ＩＶ族化合物半導体ナノ結晶コロイドの開発とデバイス応用実証

近年進歩の著しい環境親和型半導体材料であるシリコン量子ドットコロイドについて、単一ドット発光分光測定による基礎物性の解明を行い、その応用展開に向けて多方面から研究を行った。1点目は不純物同時ドープシリコン量子ドットの単一ドット分光測定に世界で初めて成功し、その発光エネルギーと線幅の分布を評価することにより、不純物ドープシリコン量子ドットの発光特性が従来のシリコン量子ドットのものと大きく異なっていることを見出した。特に、低温における発光線幅が従来の量子ドットに比べて非常に大きいことから、発光メカニズムが大きく異なることが考えられる。発光スペクトルから見積もったHuang-Rhys因子は約2から5であり、ダイヤモンド結晶中のNVセンターと同等の値であることから、観測された線幅の広い発光は局在準位にトラップされた励起子からの発光である可能性が高い。2点目はシリコン量子ドットコロイドの高機能化に向けたアプローチとして、有機分子による表面修飾プロセスの開発を行った。官能基をナノ結晶表面に付与することでバイオ材料との複合体を容易に作製できることから、表面修飾はシリコン量子ドットコロイドの医療分野への応用に向けたファーストステップとして非常に重要である。具体的にはヒドロシリル化反応によりアリルアミンとアクリル酸を修飾することで、水分散性シリコン量子ドットコロイドを作製した。また、表面修飾後の発光特性について詳細に研究し、表面修飾による発光の劣化がほとんど無いプロセス条件を見出した。

近年進歩の著しい環境親和型半導体材料であるシリコン量子ドットコロイドについて、単一ドット発光分光測定による基礎物性の解明を行い、その応用展開に向けて多方面から研究を行った。1点目は不純物同時ドープシリコン量子ドットの単一ドット分光測定に世界で初めて成功し、その発光エネルギーと線幅の分布を評価することにより、不純物ドープシリコン量子ドットの発光特性が従来のシリコン量子ドットのものと大きく異なっていることを見出した。特に、低温における発光線幅が従来の量子ドットに比べて非常に大きいことから、発光メカニズムが大きく異なることが考えられる。発光スペクトルから見積もったHuang-Rhys因子は約2から5であり、ダイヤモンド結晶中のNVセンターと同等の値であることから、観測された線幅の広い発光は局在準位にトラップされた励起子からの発光である可能性が高い。2点目はシリコン量子ドットコロイドの高機能化に向けたアプローチとして、有機分子による表面修飾プロセスの開発を行った。官能基をナノ結晶表面に付与することでバイオ材料との複合体を容易に作製できることから、表面修飾はシリコン量子ドットコロイドの医療分野への応用に向けたファーストステップとして非常に重要である。具体的にはヒドロシリル化反応によりアリルアミンとアクリル酸を修飾することで、水分散性シリコン量子ドットコロイドを作製した。また、表面修飾後の発光特性について詳細に研究し、表面修飾による発光の劣化がほとんど無いプロセス条件を見出した。