東北大学
学際科学フロンティア研究所

新領域創成研究部

在職期間:2016.4-2017.2

正直 花奈子Kanako Shojiki

助教物質材料・エネルギー領域

メンター教員(当時)
教授
秩父 重英(多元物質科学研究所)
研究分野 半導体、光・電子デバイス、結晶成長
主な研究テーマ
  • ワイドバンドギャップ半導体を用いた高機能光デバイスの実現
所属学会 応用物理学会、日本結晶成長学会
研究概要  

信号機や表示素子を皮切りに、白色LED照明として世の中に広まり省エネルギー化を実現している青色LEDは、ワイドバンドギャップ半導体の一つである窒化物半導体(窒化インジウムガリウム)を活性層に用いて作られています。LEDという発光デバイスを実現する際に必要となったのが、高品質な結晶の成長技術です。では、青色LEDのように既に実用化され普及している光デバイスの性能を凌駕し、より高効率化・高機能化した光デバイスを作製するためには何が必要なのでしょうか。それは、材料の物性を引き出す高品質な結晶の成長技術に加えて、材料の組み合わせに囚われない構造設計だと考えています。

ワイドギャップ半導体には、窒化物半導体の他にも酸化亜鉛などを代表とする酸化物半導体があります。窒化ガリウムと酸化亜鉛に共通する物性は、電子と正孔の対である励起子が室温でも安定に存在するということ、即ち大きな励起子束縛エネルギーです。この大きな励起子束縛エネルギーというワイドギャップ半導体の魅力的な物性を生かすことができれば、高機能な光デバイスの創成が可能になります。私たちは、高品質結晶を成長する技術を開発してワイドギャップ半導体の物性である励起子の魅力を充分に引き出し、さらに励起子と物質の相互作用を人為的に制御できるデバイス構造を設計・作製することを目的として研究を行います。この研究は、結晶欠陥に起因する非輻射再結合に支配されてきた従前の光デバイスの性能を原理的に超越する高効率・多機能な発光デバイスの実現に繋がります。

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