私達のグループでは実用化・工業化を目指してダイヤモンド半導体を紫外線センサーに応用する研究を展開しています。地球環境問題への対応および安全・安心社会の実現のため、火炎や有害物質などを高感度・迅速に探知する小型・簡便なセンサーの開発は極めて重要な研究課題になっています。しかしながら、通常の光センサーは太陽光の波長に対しても応答してしまうという問題がありました。このため新たな光センサーには「太陽光には含まれない波長で」、かつ、「火炎や有害物質から発生する蛍光の波長である深紫外線にだけ応答する」ことが要求されます。深紫外線とは、太陽光線の内、オゾン層に吸収されるため地表に届かない波長280ｎｍ以下の紫外線のことを指しています。
今回、水素修飾されたボロン添加ｐ型ダイヤモンド半導体のエピタキシャル単結晶層上にくし形構造の金属電極を作製し、金属／水素修飾ダイヤモンド／金属型の接合構造を持つ紫外線センサーを試作しました（図１）。わずか0.4Ｖの印加電圧での深紫外線（波長220ｎｍ）照射に対して1000万倍の光電流が流れ、「巨大光伝導効果」が現れることを発見しました。量子効率100％を仮定した光電流に比べ、1000倍ものゲイン特性を持っています。この巨大光伝導効果は水素を除去した表面では観測されないことから、水素修飾表面に特有な現象であることがわかっています。深紫外線（208ｎｍ）の可視光（波長630ｎｍ）に対する受光感度比は約7桁であり（図2）、平方センチメートル当たり10-12ワット（1ピコワット）もの微弱深紫外線を低電圧で検知する世界最高水準の性能を有しています。今後、超高感度・深紫外線センサーの開発に応用されることが期待できます。 |
