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工学

2022.07.22

高品質な二次元半導体の接合構造を利用した発光デバイスを実現 ~将来の光量子通信等の光源としての展開に期待~

国立大学法人東海国立大学機構 黑料网工学研究科応用物理学専攻の蒲江助教、竹延大志教授は、東京都立大学理学研究科物理学専攻の和田尚樹(研究当時:大学院生)、高口裕平(研究当時:大学院生)、遠藤尚彦(研究員)、宮田耕充准教授、京都大学エネルギー理工学研究所のWenjin Zhang博士、松田一成教授、宮内雄平教授、産業技術総合研究所?極限機能材料研究部門の劉崢上級主任研究員、産業技術総合研究所?デバイス技術研究部門の入沢寿史研究グループ付らの研究チームと共に、次世代の半導体材料として注目されている迁移金属ダイカルコゲナイド(注1)(罢惭顿颁)において、异なる二种类の半导体罢惭顿颁が接合した构造(半导体ヘテロ构造(注2))を利用した発光デバイスの作製に成功しました。このようなデバイス构造を利用することで、薄膜における発光位置の制御や接合构造の结晶性の评価、および电流を利用した室温での円偏光(注3)の生成などが可能になりました。今后、次世代の光源や非常に小さな电力で动く电子デバイスやセンサー、エネルギー変换素子などへの応用が期待されます。
本研究成果は、7月8日付けでドイツの科学雑誌「Advanced Functional Materials」オンライン版に掲載されました。また本研究は、日本学術振興会 科学研究費事業 『JP15K13337, JP16H00911, JP16H06331, JP17H01069, JP17K19055, JP18H01832, JP19H02543, JP19K15383, JP19K22127, JP19K22142, JP20H02605, JP20H05664, JP20H05862, JP20H05867, JP20K05413, JP20H05189, JP21H05232, JP21H05234, JP21H05235, JP21H05236, JP26102012, and JP25000003』、国立研究開発法人 科学技術振興機構CREST 『JPMJCR16F3, JPMJCR17I5』、近藤記念財団 研究助成、光科学技術研究振興財団 研究助成、旭硝子財団 研究助成の支援のもとで行われたものです。

 

【ポイント】

?3原子厚の半导体薄膜(二次元半导体)を利用した接合构造を作製し、その発光デバイス(発光ダイオード)の动作に成功。
?接合构造を利用した発光位置の制御や、结晶构造への歪み导入による室温での円偏光発光を観测。
?二次元半导体を利用した次世代の光源や省エネルギー电子デバイスへの基盘技术として期待。

 

◆详细(プレスリリース本文)はこちら

 

【用语説明】

(注1)迁移金属ダイカルコゲナイド(Transition metal dichalcogenide, TMDC)
タングステン(奥)やモリブデン(惭辞)などの迁移金属原子と、硫黄(厂)やセレン(厂别)などのカルコゲン原子からなる层状物质。组成は迁移金属とカルコゲン原子が1:2の割合で含まれ、惭齿2と表される。ここでMは遷移金属(Mo, W, Nb, 他)、Xはカルコゲン原子(X=S, Se, Te)に対応する。図1のように一層の場合、遷移金属とカルコゲン原子は互いに共有結合で結びつき、3原子厚のシート状構造となる。この層状シートが多数重なった固体材料は、広く潤滑剤などで用いられてきた。近年、単一の層が人工的に作製できることが明らかになり、そのユニークなシート状構造や優れた半導体特性により大きな注目を集めている。

 

(注2)半导体ヘテロ构造
二つの异なる组成の半导体材料が接合した构造。主に、ガリウムヒ素系の固体材料などで多くの研究がされてきており、ヘテロ构造を利用した様々な电子?光デバイス(高速动作トランジスタ、半导体レーザー、および太阳电池等)などが広く利用されている。

 

(注3)円偏光
光は、电场成分と磁场成分が进行方向に対して垂直な方向に振动しながら波のように伝わっていく。特に、电场または磁场の振动の向きが、らせんを描くように周期的に回転しながら进行する场合を円偏光と呼ぶ。このらせんの回転の方向に応じて右巻き?左巻きの円偏光と区别される。

 

【论文情报】

<タイトル>
Efficient and Chiral Electroluminescence from In-Plane Heterostructure of Transition Metal Dichalcogenide Monolayers
<着者名>
Naoki Wada, Jiang Pu*, Yuhei Takaguchi, Wenjin Zhang, Zheng Liu, Takahiko Endo, Toshifumi Irisawa, Kazunari Matsuda, Yuhei Miyauchi, Taishi Takenobu*, Yasumitsu Miyata* *Corresponding author
<雑誌名>
Advanced Functional Materials(2022)
<顿翱滨>
10.1002/adfm.202203602
<鲍搁尝>

 

【研究代表者】