Deep ultraviolet light emitting diode using h-BN ultrathin film

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K15443
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 29020:Thin film/surface and interfacial physical properties-related
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: Ichinokura Satoru 東京工業大学, 理学院, 助教 (00792566)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 六方晶窒化ホウ素 / ワイドギャップ半導体 / バンド構造 / インターカレーション

Outline of Final Research Achievements

Hexagonal boron nitride (h-BN) is expected to be a useful deep UV light source for disinfection of pathogens. In this study, we demonstrate that the energy band of h-BN can be manipulated by the intercalation of alkali metals at the interface between the monoatomic layer of h-BN and the substrate rhodium film. The intercalation of lithium and cesium shifts the valence band of h-BN by 1.9 and 2.7 eV, respectively, in the direction of n-type doping. This large shift can be explained by dipole formation due to charge transfer from the alkali metal to the rhodium surface. If this phenomenon is applied to the interface between the electrode and h-BN in h-BN field emission devices, the operating voltage required for luminescence can in principle be reduced by almost half.

Free Research Field

薄膜・表面物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は電界発光デバイスへの応用へ向けた基礎研究であるが、h-BNという物質自体の基礎研究にも貢献する。セシウムによって生ずるバンドシフトにより価電子帯の頂点はフェルミエネルギー下5.7eVに達する。h-BNのバンドギャップは5.8eVであるため、伝導帯はロジウムのフェルミ面から非占有状態側にわずか0.1eVの位置にあることがわかる。つまり、さらに0.1eVバンドをシフトさせれば伝導帯が占有準位となり、ARPESによって伝導帯の底の波数を明らかとすることができる。これにより、単原子層h-BNが直接遷移型であるのか、それとも間接遷移型であるのか、実験的に明らかとすることができる。