安価で毒性元素を含まない、近赤外線向け半導体を発見：組み込み開発ニュース

物質・材料研究機構と東京工業大学は、毒性元素を含まない近赤外線向け半導体を発見した。カルシウム、シリコン、酸素で構成され、発光素子に適した直接遷移型であることから、赤外線用の高輝度LEDや高感度検出器への応用が期待される。

[MONOist]

　物質・材料研究機構（NIMS）は2020年12月11日、東京工業大学との共同研究により、毒性元素を含まない近赤外線向け半導体を発見したと発表した。

　新たに見出した半導体は、安価で毒性のないカルシウム、シリコン、酸素からなる「Ca₃SiO」だ。これまでの赤外線向け半導体は、バンドギャップなど半導体特性を制御するため、テルル化カドミウム水銀、ヒ化ガリウムなど毒性元素を含む材料が用いられてきた。毒性元素を含まない赤外半導体も存在するが、間接遷移型と呼ばれる、発光素子に適さないものだった。

　研究グループは、毒性元素を含まず、発光素子に適した直接遷移型半導体を探索するにあたり、シリコンの結晶構造に着目した。その結果、逆ペロブスカイト型結晶構造を持つCa₃SiOは、バンドギャップが約0.9eV（波長では1.4μm）で、直接遷移型半導体となることを発見した。バンドギャップが小さいと、長波長の赤外線の吸収、検出が可能になる。また、直接遷移型であるため、赤外線発光特性だけでなく、薄くしても光を漏らさず吸収する特性が期待できる。

発見したCa₃SiO半導体の逆ペロブスカイト型結晶構造 出典：NIMS

　赤外線は、光ファイバー通信、太陽電池、暗視装置など、産業分野において重要な波長帯だ。研究グループは今後、発見した半導体の大型単結晶の合成や薄膜成長プロセスの開発、ドーピングおよび固溶による物性制御を進め、毒性元素を含まない赤外線用の高輝度LEDや高感度検出器の開発を目指す。