| 研究課題/領域番号 |
20H00354
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分30:応用物理工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
谷口 尚 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 拠点長 (80354413)
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| 研究分担者 |
町田 友樹 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (00376633)
山田 貴壽 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究チーム長 (30306500)
小島 一信 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (30534250)
宮川 仁 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, 主任研究員 (40552667)
秩父 重英 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (80266907)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
45,240千円 (直接経費: 34,800千円、間接経費: 10,440千円)
2022年度: 12,480千円 (直接経費: 9,600千円、間接経費: 2,880千円)
2021年度: 17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2020年度: 15,470千円 (直接経費: 11,900千円、間接経費: 3,570千円)
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| キーワード | 六方晶窒化ホウ素 / 高圧合成 / 遠紫外線発光 / 反応性溶媒 / 高純度単結晶 / 2次元光・電子デバイス / インターカーレーション / 六方晶窒化ホウ素単結晶 / 合成合成 / 不純物制御 / 窒化ホウ素 / 高圧下結晶成長 / 2次元原子層基板 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
窒化ホウ素（BN）は炭素と類似の結晶構造を有し、黒鉛型の六方晶(hBN)は耐熱材料、絶縁材料等として産業応用されている。このhBNの応用は炭素材料の多様性と比較して未だ限定的と云えるが、近年新たな半導体材料としての展開が進みつつある。本課題では現行の不純物がppmにとどまっている高純度化のレベルをppb領域にまで引き上げた高品位化を実現し、hBNの遠紫外線発光素子の高効率化を始めとしたBNの科学の基礎を先導する。更に、hBNへの半導体化は最大の課題であるが、高純度単結晶を獲得した上で、適切なドーピングと半導体特性の評価、制御に挑戦する。
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| 研究成果の概要 |
高圧下での結晶成長溶媒の最適化を進め、残留炭素不純物濃度が数10ppbレベルの高品位六方晶窒化ホウ素(hBN)単結晶を得た（EPR評価）。高純度結晶の遠紫外線発光効率と残留炭素不純物量には強い相関があり良質結晶の外部量子効率の目安として3%程度を得た。発光ダイナミクスの評価よりhBNは間接遷移型半導体でありながら、発光に必要な運動量の変化に合致するフォノンが多く存在し、かつエネルギーバンドが平坦な領域が存在するために発光しやすい事を見いだした。更に、電気化学的手法による水酸化カリウム水溶液を用いて、K添加hBNを得た。また、2次元原子層素子向け絶縁基板としての国内外機関との連携も進められた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
窒化ホウ素（BN）は炭素と類似の結晶構造を有し、黒鉛型の六方晶(hBN)は耐熱材料、絶縁材料等として産業応用されている。本研究では高純度化のレベルをppb領域にまで引き上げたhBN結晶の高品位化とその遠紫外線発光素子の高効率化を見いだした。hBNへのドー ピングによる半導体化は最大の課題であるが、電気化学的手法による水酸化カリウム水溶液を用いて、K添加hBNの合成に成功した。半導体特性評価のため、電界効果トランジスタ構造によるよる評価手法の確立が課題である。本課題により、2次元原子層デバイス基盤としての活用も含め、hBNの新たな半導体材料として基礎の確立に向けた成果を得ることが出来た。
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