励起子トランジスタの創成と励起子輸送の学理探求：情報担体へ進化する励起子

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当該年度は，非局在型の「室温・長寿命励起子」の実現を目指し，①新材料ZION のシュードモルフィック成長の実現，②励起子寿命ならびに励起子発光メカニズムの解明，に注力した．①のシュードモルフィック成長については，ZION膜の単結晶成長に有利なZnO基板を使用し，かつ膜成長時における吸着原子のマイグレーションに有利なO極性面を使用することで，これを実現した．高分解能透過型電子顕微鏡による観察からは，O極性ZnO基板とZION薄膜界面には，原子レベルで急峻なZION/ZnOヘテロ界面が形成されていることが分かった．TEM像からZION膜の原子間距離を算出したところ，O極性面上では少なくとも15 MLまでは原子間距離が基板と等しく，世界で初めてとなるZION膜のシュードモルフィック成長が観察された（本成果はJ. Mater. Res.誌に招待論文として掲載）．また平行して，コスト面で圧倒的に有利なサファイア基板上へのZION膜の単結晶成長も試みた．基板と膜との間の大きな格子不整合率（18%）がボトルネックとなるが，代表者が開発した「逆Stranski-Krastanov 法」によりサファイア基板上においても高品質膜が形成可能であることが示された．②については，まず時間分解フォトルミネッセンスにより励起子発光寿命を評価した．結果，非輻射再結合寿命はpsecオーダーと短く，これがデバイス性能を支配する可能性が示された．非輻射再結合中心の密度は10^17-10^18 /cm3と見積られ，これは不純物もしくはZn欠損との複合欠陥によるものと考えられる．今後は，原料の高純度化を行うとともに，成膜温度や成膜後の降温レート・降温時の雰囲気等を制御することで，非平衡下で形成されやすいとされる点欠陥の発生の抑制に注力し，励起子輸送の実現を目指す．