全固体ペロブスカイトトランジスタにおける静電的光ルミネッセンスチューニング

要旨

我々は、エピタキシャル単結晶金属ハロゲン化物ペロブスカイトに基づく全固体半導体素子を実証し、ゲート電圧によるペロブスカイト光ルミネセンスの可逆的制御を可能にした。電界発光ダイオードとは根本的に異なり、この光ルミネセンス電界効果トランジスタは、ゲート電界を用いて移動電荷の界面密度を静電的に制御し、それにより光キャリアの放射再結合および非放射再結合経路に影響を与える。このようなトランジスタにおいてゲート電圧を変化させることで、非放射界面再結合の速度を効率的に変化させ、光ルミネセンス強度を65％から98％（温度に依存）変調できる。適切なゲート印加条件下では、非放射損失をほぼ完全に除去することが可能である。この機能性に加えて、高い吸収係数による強力な可視光域の吸収・発光特性、ならびにエピタキシャルペロブスカイト薄膜の制御可能な厚さと巨視的に均一な形態が相まり、大面積・薄膜デバイスにおいて高い外部光ルミネセンス量子効率が実現されている。このような高効率でスケーラブル、かつ静電的にチューニング可能な光電スイッチは、金属ハロゲン化物ペロブスカイトのフォトニクスおよび光エレクトロニクス分野における応用可能性を広げるものである。

English

We demonstrate an all solid state semiconductor device, based on epitaxial single crystalline metal halide perovskites, enabling reversible control of a perovskite photoluminescence with a gate voltage. Fundamentally distinct from electroluminescent diodes, such a photoluminescence field effect transistor uses the gate electric field to electrostatically modulate the interfacial density of mobile charges, thereby affecting the radiative and nonradiative recombination channels of photocarriers. Varying the gate voltage in such transistors efficiently changes the rate of nonradiative interfacial recombination and modulates the photoluminescence intensity by 65 to 98 percent (depending on temperature). At favorable gating, nearly complete elimination of non-radiative losses can be achieved. This functionality, coupled with the strong visible-range absorption and emission, possible due to the high absorption coefficient, as well as controllable thickness and macroscopically homogeneous morphology of epitaxial perovskite films, leads to high external photoluminescence quantum efficiencies realized in large-area, thin-film devices. Such high-efficiency, scalable, electrostatically tunable optoelectronic switches broaden the potential applications of metal-halide perovskites in photonics and optoelectronics.

全固体ペロブスカイトトランジスタにおける静電的光ルミネッセンスチューニング

Electrostatic Photoluminescence Tuning in All-Solid-State Perovskite Transistors

要旨

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