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GROUP III-V NITRIDE SEMICONDUCTOR, PHOTOCATALYST SEMICONDUCTOR DEVICE, PHOTOCATALYTIC OXIDATION/REDUCTION REACTOR, AND METHOD FOR CARRYING OUT PHOTO-ELECTROCHEMICAL REACTION

Patent code P110003765
File No. E067P29
Posted date Jun 29, 2011
Application number P2006-188221
Publication number P2008-012478A
Patent number P4783686
Date of filing Jul 7, 2006
Date of publication of application Jan 24, 2008
Date of registration Jul 15, 2011
Inventor
  • (In Japanese)藤井 克司
  • (In Japanese)大川 和宏
  • (In Japanese)小野 雅人
  • (In Japanese)岩城 安浩
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人科学技術振興機構
  • (In Japanese)学校法人東京理科大学
Title GROUP III-V NITRIDE SEMICONDUCTOR, PHOTOCATALYST SEMICONDUCTOR DEVICE, PHOTOCATALYTIC OXIDATION/REDUCTION REACTOR, AND METHOD FOR CARRYING OUT PHOTO-ELECTROCHEMICAL REACTION
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a group III-V nitride semiconductor that causes an oxidation/reduction reaction by light-irradiation with higher light conversion efficiency, a photocatalyst semiconductor device, a photocatalytic oxidation/reduction reactor, and a method for carrying out a photo-electrochemical reaction.
SOLUTION: The group III-V nitride semiconductor for use in a photocatalytic oxidation/reduction reaction is characterized by comprising a base layer and a surface layer overlaid thereon each having mutually different semiconductor characteristics forming an interface contacting the base layer and the surface layer, whereby at least the surface layer is made to have a function of accelerating carrier migration. The semiconductor may have the structure that the base layer and the surface layer have a mutually different conductivity type, the structure that the base layer and the surface layer have an identical conductivity type with the carrier concentration in the base layer being higher than the carrier concentration in the surface layer, or the structure that the band gap energy (EgL) of a substance constituting the surface layer is lower than the band gap energy (EgH) of a substance constituting the base layer.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


近年、光触媒を利用して、例えばエネルギー分野においては光照射によって水を電気分解して水素ガスなどのエネルギーを得たり、また環境分野においては光照射によって有害物質や有機物を分解することが広く行われている。
光触媒として、例えば窒化ガリウム(GaN)などのIII -V族窒化物半導体化合物(以下、「III -V族化合物」ともいう。)は、熱などに対する耐久性、耐ガス性、耐溶剤性が高いことにより、例えば高温の動作環境の光触媒反応において好適に使用することができる。



III -V族化合物としては、例えば、それが半導体発光素子として用いられたものが開示されている(例えば、特許文献1および特許文献2参照。)。
そして、半導体発光素子として用いる場合においてはその素子を動作させる目的で、半導体特性が互いに異なる複数の層を積層して用いることが一般的に行われている(例えば、特許文献3,4参照。)。



然るに、これらの積層構造の半導体は半導体発光素子として用いられるものであり、光触媒効率などのエネルギー変換効率を、連続して積層させた半導体結晶同士の相互作用などによる結晶特性から向上させる試みは今までになかった。



また、光触媒による電気分解装置を構成する光触媒半導体素子として酸化還元反応に用いる場合に、半導体特性が互いに異なる複数の層を積層して用いることが行われている(例えば、特許文献5~8参照。)。



然るに、このような光触媒による電気分解装置に用いられる積層構造の半導体は、単結晶体を連続的に積層した構造ではなく非晶体や多結晶体を積層させたものであり、さらに、この光触媒による電気分解装置に用いる半導体素子においても、光触媒効率などのエネルギー変換効率を結晶構造から向上させる試みは今までになかった。



【特許文献1】
特開2001-135575号公報
【特許文献2】
特開2003-63898号公報
【特許文献3】
特開2003-047859号公報
【特許文献4】
特公平06-028737号公報
【特許文献5】
特開2005-133174号公報
【特許文献6】
米国特許出願公開第2004/0195564号明細書
【特許文献7】
米国特許出願公開第2005/0156205号明細書
【特許文献8】
特開2005-028225号公報

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、光を受けて酸化還元反応の触媒作用を発現させるIII -V族窒化物半導体、光触媒半導体素子、光触媒酸化還元反応装置および光電気化学反応実行方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
光触媒酸化還元反応用のIII -V族窒化物半導体であって、
互いに半導体特性の異なる基層およびこの基層に積層された表層を有し、
前記基層と前記表層とが接触する界面が形成されることにより、少なくとも表層がキャリア移動促進作用を有し、
前記基層および前記表層が、その導電型が互いに異なるものであり、
前記表層の厚さが10~18nmであることを特徴とするIII -V族窒化物半導体。

【請求項2】
 
表層を形成する物質のバンドギャップエネルギーEgLが、基層を形成する物質のバンドギャップエネルギーEgHより小さいことを特徴とする請求項1に記載のIII -V族窒化物半導体。

【請求項3】
 
光触媒酸化還元反応用の光触媒半導体素子であって、
基板上に請求項1または請求項2に記載のIII -V族窒化物半導体が積層されていることを特徴とする光触媒半導体素子。

【請求項4】
 
光触媒酸化還元反応用の光触媒酸化還元反応装置であって、
電解液に接触した状態とされて互いに電気的に接続された一対の電気分解用電極のうち一方の電極が請求項1または請求項2に記載のIII -V族窒化物半導体よりなり、
当該III -V族窒化物半導体を構成する触媒反応面に光が照射されることにより、酸化反応または還元反応が当該触媒反応面において生じるものであることを特徴とする光触媒酸化還元反応装置。

【請求項5】
 
III -V族窒化物半導体における触媒反応面に光が照射されると共に一対の電気分解用電極間に電圧が印加されることにより、酸化反応または還元反応が当該触媒反応面において生じることを特徴とする請求項4に記載の光触媒酸化還元反応装置。

【請求項6】
 
請求項1または請求項2に記載のIII -V族窒化物半導体を用い、当該III -V族窒化物半導体における触媒反応面に励起光を照射し、当該触媒反応面において酸化反応または還元反応を生じさせることを特徴とする光電気化学反応実行方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2006188221thum.jpg
State of application right Registered
Reference ( R and D project ) ERATO NAKAMURA Inhomogeneous Crystal AREA
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