| 研究課題/領域番号 |
20K20993
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分21:電気電子工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
秩父 重英 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (80266907)
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| 研究分担者 |
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)
嶋 紘平 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (40805173)
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| 研究期間 (年度) |
2020-07-30 – 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 |
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2021年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2020年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
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| キーワード | 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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| 研究開始時の研究の概要 |
六方晶層状窒化ボロン(h-BN)は、２次元ハニカム構造を層状に積み重ねた、禁制帯幅の広い半導体である。そして間接遷移型半導体でありながら室温で210～230 nmの発光を呈するため、深紫外(DUV)光源用材料として期待できる。ごく最近、単一原子層h-BNの禁制帯が直接遷移型となる事が報告されたが真偽は定かではない。
本研究では、高純度h-BN単層膜をエピタキシャル成長させ、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て発光寿命や拡散長等を定量化し発光機構を明らかにする。本研究が実現されれば、h-BN以外の広禁制帯幅半導体の発光機構研究や物性の理解も可能となる。
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| 研究成果の概要 |
ボロンと窒素による2次元ハニカム構造が面内で60°回転しながら層状に積み重なった六方晶窒化ホウ素(hBN)半導体は、間接遷移型禁制帯をもちながら室温で210～230 nmの高効率発光を呈すため深紫外光源用材料として期待できる。近年、単一層hBN（mBNと略す）の禁制帯が直接遷移型になると報告されたが真偽は定かではなかった。我々は発光効率や発光の過渡現象（ダイナミクス）の観点から直接遷移型である事を確認した。また、本研究遂行中に新たに直接遷移型禁制帯を持つのではないかと提案されたグラファイト積層六方晶BN（Bernal BN）の局所発光評価を行い、bBNの優れた発光性能も見出した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
hBNが間接遷移型半導体でありながら光子エネルギー約5.8 eVの高効率深紫外線(DUV)発光を呈すること、hBNを単一層まで薄くしたmBNの禁制帯が直接遷移型となり6.04 eVの発光を呈する事に加え、グラファイト状積層構造のBernal BNも直接遷移型ではないかと思われる禁制帯を持ち6.035 eVの発光を呈する事を明らかにした事は学術的意義が大きいだけでなく、BNを用いたDUV発光素子の開発に繋がり殺菌や消毒を通じて安全な水・空気・サニタリー環境の提供を通じて社会貢献できる。また、本研究に用いた自作の陰極線蛍光計測系は禁制帯幅に制限されないためBN以外の2次元材料の評価に有用である。
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