電場誘起pn接合を利用した近赤外光放射する電流注入型円偏光発光素子の創製

本研究では、単層二テルル化モリブデン(2H-MoTe2)の面内に電場誘起によりpn接合を形成し、これに電流注入することで、近赤外光を放射する円偏光エレクトロルミネッセンス素子を開発することを目的としている。CVD成長法により大面積かつ高品質な二テルル化モリブデンを結晶成長し、これを母材とした発光素子開発を目指している。今年度は、金属/2H-MoTe2の低接触抵抗化および、2H-MoTe2を発光層として利用したEL素子開発とその光学特性調査に着目し研究を実施した。 まず、劈開法で作製した単層2H-MoTe2との低抵抗コンタクト形成のため、レーザー照射により相転移させた金属相MoTe2をソース・ドレイン電極として利用した2H-MoTe2チャネルFETを作製した。バックゲート電圧を制御することでソース・ドレイン電流が制御できることを示した。また、ラマン分光測定およびオージェ電子スペクトル測定を用いて金属相形成メカニズムを調べ、2H-MoTe2中の結晶欠陥と結晶の温度上昇によって金属相が形成されることを発見した。次に、デュアルバックゲート電極を有する原子層積層構造EL素子を作製し、その電気的特性を調べた。バックゲート電圧を変化させることで、発光層となる2H-MoTe2中のキャリア密度を任意に変調できることを実証した。この手法を用いて面内PN接合を形成し、順方向電流を流すことでエレクトロルミネッセンスが生じることを示した。発光強度のバックゲート電圧依存性を調べたところ、発光強度を高める最適なバックゲート電圧が存在し、P領域、N領域ともにキャリア密度が高い場合、EL強度だけでなく、光照射時の光生成電流も減少する傾向が見られた。現在は、そのメカニズムを解明するべく、光生成電流および光起電力のゲート電圧依存性を調べている。