材料科学：発光性ペロブスカイト半導体における制御可能なp型挙動とn型挙動

半導体における伝導性と極性の確実な制御は、現代エレクトロニクスの核心であり、ダイオード、トランジスター、太陽電池、光検出器、発光ダイオード、半導体レーザーなど、カギとなる数々の発明をもたらした。SiやGaNなどの典型的な半導体では、正（p）型と負（n）型の伝導性はそれぞれ、結晶格子への電子受容性元素と電子供与性元素のドーピングを通して達成される。新たな種類の半導体であるハロゲン化物ペロブスカイトでは、高いオプトエレクトロニクス特性を維持しつつ電荷伝導挙動を確実に制御するための機構は、いまだ発見されていない。今回我々は、強い電子吸引能を持つホスホン酸分子ドーパントを導入することによって、ワイドバンドギャップペロブスカイト半導体におけるp型およびn型の特性を調節できることを報告する。これにより得られたキャリア濃度はp型およびn型の試料で10¹³ cm⁻³以上、ホール係数は−0.5 m³ C⁻¹（n型)から0.6 m³ C⁻¹（p型）の範囲であった。バンドギャップ全域にわたるフェルミ準位のシフトが観測された。重要なのは、70～85％という高いフォトルミネッセンス量子収率を維持しつつ、n型伝導からp型伝導への遷移が実現されたことである。発光性ペロブスカイト半導体への制御可能なドーピングによって、単純な構造のペロブスカイト発光ダイオードにおいて超高輝度（1.1 × 10⁶ cd m⁻²以上）と並外れた外部量子効率（28.4％）の実証が可能になった。

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