高圧法による高品位基板を用いた六方晶窒化ホウ素のホモエピタキシャル成長

• 研究課題/領域番号: 17H02748
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: ナノ材料工学
• 研究機関: 国立研究開発法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 渡邊 賢司 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主席研究員 (20343840)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円); 2019年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2018年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円); 2017年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
• キーワード: 六方晶窒化ホウ素 / 結晶成長 / 気相成長 / 格子欠陥 / 原子層科学 / 結晶工学 / 半導体超微細化 / 二次元原子層材料 / 光学特性

研究成果の概要

高圧合成法による高純度剥離基板を用いた六方晶窒化ホウ素（h-BN）ホモエピタキシャル成長技術の開発研究において、将来的な低欠陥・高純度CVD成長を行うための成長基板評価技術、および高圧合成法における結晶ドメインの構造を明らかにし、その成長メカニズムを予測した。また、成長基板評価技術を駆使して熱CVD法により成長した成長膜の評価を行い、成長条件により高圧法基板単結晶に比べ結晶性の向上ができる可能性があることを見出した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

六方晶窒化ホウ素のc面内横方向成長（ラテラル成長）については、本研究でこれまで試行した限りにおいて、剥離転写基板の高さ調整、成長圧力条件、成長温度条件（900-1500℃）、基板種類（サファイア、モリブデン板、タングステン板）などで顕著な成長速度の増強はみられなかった。六方晶窒化ホウ素の大面積単結晶基板は将来的な2次元材料の応用だけではなく、六方晶窒化ホウ素自体の紫外発光材料応用や、赤外ナノフォトニクス応用においても重要である点に鑑み、今後さらなる研究が必要である。

研究成果

• [雑誌論文] Far-UV photoluminescence microscope for impurity domain in hexagonal-boron-nitride single crystals by high-pressure, high-temperature synthesis (2019)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Kenji、Taniguchi Takashi
  • 雑誌名: npj 2D Materials and Applications 巻: 3 号: 1 ページ: 40-44
  • DOI: 10.1038/s41699-019-0124-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Observation of impurity incorporated domain in h-BN single crystals (2019)
  • 著者名/発表者名: 渡邊賢司、谷口尚
  • 学会等名: Compound Semiconductor Week 2019 [CSW2019]
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Observation of Impurity Incorporated Domain in h-BN Single Crystals for Improvement of Crystal Quality (2019)
  • 著者名/発表者名: 渡邊賢司、谷口尚
  • 学会等名: International Workshop TOPOLOGY 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 六方晶窒化ホウ素の発光特性と応用展開 (2019)
  • 著者名/発表者名: 渡邊賢司、谷口尚
  • 学会等名: 電気学会パワー光源応用システム調査専門委員会
  • 招待講演
• [学会発表] Observation of impurity incorporated regions in hexagonal boron nitride single crystals by high-pressure, high- temperature synthesis (2019)
  • 著者名/発表者名: 渡邊賢司、谷口尚
  • 学会等名: 第38回電子材料シンポジウム
• [学会発表] 高温高圧法により成長した六方晶窒化ホウ素単結晶の発光像観察 (2019)
  • 著者名/発表者名: 渡邊賢司、谷口尚
  • 学会等名: 第33回ダイヤモンドシンポジウム
• [学会発表] 六方晶窒化ホウ素（h-BN）の光物性と応用展開 (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡邊賢司
  • 学会等名: 第148回結晶工学分科会研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Deep UV photoluminescence microscopysystem for exploring luminous properties of hexagonal boron nitride crystals (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡邊賢司
  • 学会等名: 3rd EU-JP Flagship Workshop on Graphene and 2D Materials
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Visualization of resonant second order Raman modes for n-GaN wafer bys patial mapping method (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡邊賢司
  • 学会等名: 第37回電子材料シンポジウム
• [学会発表] 六方晶窒化ホウ素の発光機構解明のためのホモエピタキシャル成長 (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡邊 賢司, 谷口 尚
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 六方晶窒化ホウ素の光物性と応用展開 (2017)
  • 著者名/発表者名: 渡邊 賢司, 谷口 尚
  • 学会等名: グラフェンコンソーシアム第14回研究講演会
  • 招待講演
• [学会発表] Raman spectroscopy study of homoepitaxially grown hexagonal boron nitride (2017)
  • 著者名/発表者名: 渡邊 賢司, 谷口 尚
  • 学会等名: International Workshop on UV Materials and Devices IWUMD-2017
  • 国際学会
• [備考] 窒化ホウ素の研究
  • URL: http://www.nims.go.jp/personal/BN_research/index-j_BNR.html
• [備考] Boron Nitride Research
  • URL: http://www.nims.go.jp/personal/BN_research/index-e_BNR.html
• [備考] 物質・材料研究機構 研究者情報
  • URL: https://samurai.nims.go.jp/profiles/watanabe_kenji_aml?locale=ja
• [備考] 物質・材料研究機構 研究者情報(英語)
  • URL: https://samurai.nims.go.jp/profiles/watanabe_kenji_aml?locale=en
• [備考] 物質・材料研究機構 研究者情報
  • URL: http://samurai.nims.go.jp/WATANABE_Kenji_AML-j.html
• [備考] 物質・材料研究機構 研究者情報(英語)
  • URL: http://samurai.nims.go.jp/WATANABE_Kenji_AML-e.html
• [備考] 物質・材料研究機構 研究者情報
  • URL: http://samurai.nims.go.jp/WATANABE_Kenji_AML-j.html
• [備考] 物質・材料研究機構 研究者情報（英語）
  • URL: http://samurai.nims.go.jp/WATANABE_Kenji_AML-e.html