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助成番号 170316
研 究 成 果 報 告 書（国立情報学研究所の民間助成研究成果概要データベース・登録原稿）
研究テーマ（和文） ＡＢ

生体に優しい材料のみを用いた深紫外線発光素子

研究テーマ（欧文） ＡＺ

Deep ultraviolet emission devices using harmless elements

研究氏
代表名者

ｶﾀｶﾅ ＣＣ姓） ヨシマツ名）コウヘイ

研究期間 Ｂ

２０１７ ～ ２０１８ 年

漢字 ＣＢ

吉松公平

報告年度 ＹR

２０１８ 年

Kohei

研究機関名

東北大学

ﾛｰﾏ字 ＣＺ Yoshimatsu

研究代表者 ＣＤ
所属機関・職名

東北大学多元物質科学研究所・講師

概要 ＥＡ (600 字～800 字程度にまとめてください。)
波長 200-280 nm の深紫外線は薬剤不要の殺菌手段として利用されている。しかし、その光源は水銀ランプが用いられており、安全性・耐久性・効率のすべての面で代替が求められている。近年、長寿命で小型の固体発光素子の開発が進められている。ここではバンドギャップが 7 eV を超える MgO と ZnO の固溶体の Mg1-xZnxO を深紫外発光層とすることを提案する。酸化物の MgO や ZnO は材料、合成方法が人体に安全である利点を持つ。
本研究では高 Mg 組成の Mg1-xZnxO/MgO 多重量子井戸構造を形成し、放射光 X 線回折を用いた構造解析とカソードルミネッセンス法を用いた深紫外発光特性評価を行った。Mg 組成 85%の Mg0.85Zn0.15O を井戸層に用いた多重量子井戸の放射光 X 線回折測定から、明瞭な超格子回折を観測することに成功した。１次元ステップモデルを用いた構造シミュ
レーションによるフィッティングから、井戸層とバリア層の厚さがそれぞれ 4.0 nm, 5.1 nm と算出され、設計通りの構造が積層できていることを明らかにした。カソードルミネッセンス法により得られた多重量子井戸構造の発光特性では、Mg0.85Zn0.15O の多重量子井戸で 6.0 eV に明瞭な発光ピークを持つスペクトルが得られた。Mg/Zn 組成比から見積もったバンドギャップもおよそ 6.0 eV であり、バンド端発光であると考えられる。多重量子井戸構造に由来する発光強度の増大を明らかにするため、Mg0.85Zn0.15O 単膜との発光スペクトルの比較を行った。多重量子井戸と単膜で双方のMg0.85Zn0.15O 厚さを一致させ、電子線の強度で規格化することで両者を比較したところ、多重量子井戸の方がバンド端発光が 2 倍ほど強いとの結果が得られた。これらの結果は、Mg1-xZnxO/MgO 多重量子井戸の深紫外発光素子としての可能性を示すものである。

キーワード ＦＡ

深紫外線酸化物

多重量子井戸（以下は記入しないでください。）
助成財団ｺｰﾄﾞ ＴＡ

研究課題番号 ＡＡ

研究機関番号 ＡＣ

シート番号- 1 -発表文献（この研究を発表した雑誌・図書について記入してください。）
論文標題ＧＢ
雑誌

著者名 ＧＡ
ページ ＧＦ

雑誌名 ＧＣ～発行年 ＧＥ巻号 ＧＤ

論文標題ＧＢ
雑誌

著者名 ＧＡ
ページ ＧＦ

雑誌名 ＧＣ～発行年 ＧＥ

巻号 ＧＤ

論文標題ＧＢ
雑誌

著者名 ＧＡ
ページ ＧＦ

雑誌名 ＧＣ～発行年 ＧＥ

巻号 ＧＤ

発行年 ＨＤ

総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

発行年 ＨＤ

総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

著者名 ＨＡ
図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ
著者名 ＨＡ

図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ

欧文概要 ＥＺ
Deep ultraviolet light is utilized for sterilization of water without drug. A mercury lamp which is used as deep
ultraviolet light source is expected for replacement due to its non-safety, low durability, and low efficiency. Recently,
new high-performance solid-type emission devices are developed. Here, I propose an oxide that is composed of harmless
MgO and ZnO to apply ultraviolet light emission layers.
In this study, I fabricated Mg1-xZnxO/MgO multi-quantum well structures, and investigated their structures andemission properties by using synchrotron radiation x-ray diffraction and cathode luminescence method, respectively. Fromthe x-ray diffraction pattern of the Mg0.85Zn0.15O/MgO multi-quantum well, I found clear superlattice reflections comingfrom the quantum well structures. From the structural analysis based on the one-dimensional step model, I estimated thelength of well and barrier layers as 4.0 and 5.1 nm, respectively, which is in good agreement to that I have designed. Fromthe cathode luminescence spectrum, clear peak structure at 6 eV was detected in the Mg0.85Zn0.15O/MgO multi-quantum
well. In comparison to the bandgap of Mg0.85Zn0.15O estimated from the chemical composition, the cathode luminescencepeak comes from band edge emission. In order to reveal the enhancement of light emission owing to the multi-quantum
well structure, I compared the intensity of cathode luminescence peak between the single Mg0.85Zn0.15O layers andMg0.85Zn0.15O/MgO multi-quantum well. The intensity was twice larger in the multi-quantum well. These results suggestthat the Mg1-xZnxO/MgO multi-quantum well is possible candidate for future deep ultraviolet devices.

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