2022 Fiscal Year Annual Research Report
六方晶窒化ボロン半導体の直接遷移型化と深紫外励起子発光ダイナミクスの研究
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20K20993
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
秩父 重英 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (80266907)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
原 和彦 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (80202266)
小島 一信 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (30534250) [Withdrawn]
嶋 紘平 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (40805173)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| Keywords | 窒化ボロン / 間接遷移 / 直接遷移 / 深紫外線 / 時間分解分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
六方晶窒化ホウ素(hBN)は、B原子とN原子によるハニカム構造シートが積層された、禁制帯幅の非常に広い（UWBG）半導体である。hBNは間接遷移型半導体でありながら室温で210～230 nmの明るい発光を呈すため深紫外(DUV)光源用発光材料として期待できる。近年、単一原子層hBN（mBN）が直接遷移型となる事が報告されたが検証が必要であった。そこで、発光の過渡現象（ダイナミクス）の観点から光学遷移過程を吟味する基礎的研究が必要であった。ところがUWBG半導体の光パルス励起は困難であり発光ダイナミクス研究自体が極めて少なかった。本研究では、フェムト秒パルスDUVレーザや、フェムト秒パルス電子線を用いた時間分解発光計測法によりhBN薄膜の発光寿命を定量した。また、本研究遂行中に新たに発見された、直接遷移型に近い禁制帯を持つグラファイト積層六方晶BN（Bernal BN：bBN）の局所発光評価を行ってbBNの優れた発光性能を見出した。具体的には、【成果1】分子に炭素を含まないBCl3を用いた化学気相堆積(CVD)により、炭素由来の深い準位による発光が従前より抑えられたhBN薄膜を得た（静大）。【成果2】CVDや分子線エピタキシーにより製膜された、エピタキシャルhBN及びmBN薄膜の時間分解フォトルミネッセンス(TRPL)測定を試み、hBN薄膜のバンド端発光の室温PL寿命が54ピコ秒であることを明らかにした。高純度単結晶では130 ps程度であり改善の余地がある。mBNの発光波長付近にレーザ光の散乱や共鳴ラマン散乱が干渉するため時間分解カソードルミネッセンス(TRCL)測定を試みた（東北大）。【成果3)】ホームメイドのCL装置により、mBN薄膜のCLスペクトル測定に世界で初めて成功した。
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Research Products
(11 results)
