六方晶BN窒化物半導体に関する研究

2009 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18206004
• 研究機関: 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所
• 研究代表者: 小林 康之 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 機能物質科学研究部, 主幹研究員 (90393727)
• 研究分担者: 赤坂 哲也 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 機能物質科学研究部, 主任研究員 (90393735) ; 中野 秀俊 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子光物性研究部, 主任研究員 (90393793) ; 後藤 秀樹 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子光物性研究部, 主幹研究員 (10393795) ; 俵 毅彦 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子光物性研究部, 研究主任 (40393798) ; 眞田 治樹 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子光物性研究部, 研究主任 (50417094)
• キーワード: 結晶成長 / 半導体物性 / 光物性

研究概要

遠紫外領域で発光する素子は、環境汚染物質の検出、分解、光記録ディスクの高集積化などさまざまな応用が期待され、産業に及ぼす影響が計り知れない。六方晶窒化ホウ素(h-BN)は、遠紫外領域の発光材料としての可能性を有しているが、その基礎物性(光学バンドギャップ、発光特性、伝導性)は、未解明な部分が多い。本研究では、h-BNエピタキシャル薄膜の高品質化により、その基礎物性を解明することを目的とする。今年度は、(1)サファイア基板上に成長したh-BNエピタキシャル薄膜の光学バンドギャップの解明、(2)サファイア基板上h-BNバッファ層を用いたh-BN薄膜の成長、(3)サファイア基板上に成長したh-BN薄膜の伝導特性の解明を行った。(1)h-BNの光学バンドギャップを解明する目的で、サファイア基板上に大きなV/II比を用いて、h-BN薄膜をMOVPE成長した。h-BNエピタキシャル薄膜表面は原子レベルで平坦であり、透過および反射スペクトル測定から、その光学バンドギャップは5.9eであり、h-BNは直接遷移であることが明らかとなった。(2)サファイア基板上に平坦なh-BN厚膜成長をする目的で、MOVPE成長h-BNバッファ層上にBN薄膜をFME成長した。サファイア基板上に直接FME成長したBN薄膜は、アモルファスもしくは乱層BN構造であったが、バッファ層を用いることにより、膜厚0.4μm以上のh-BN薄膜成長が可能となった。これにより、h-BN薄膜の伝導性の解明が可能となった。(3)h-BNの伝導特性を解明する目的で、FME法によるSiドープBN成長を行った。ドーピング原料としてシランを用いることにより、SIMS分析からSiがh-BN薄膜中に均一に取り込まれており、シラン流量を制御することにより、一立方センチメートル当たり10の18乗から10の20乗のSi濃度の制御が可能であることがわかった。

研究成果

• [雑誌論文] Optical band gap of h-BN epitaxial film grown on c-plane sapphire substrate (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Kobayashi, C-L.Tsai, T.Akasaka
  • 雑誌名: Physica Status Solidi(c) (掲載確定)
  • 査読あり
• [雑誌論文] 六方晶窒化ホウ素のエピタキシャル成長とその紫外発光特性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 小林康之、蔡俊瓏、赤坂哲也
  • 雑誌名: 表面科学 31 ページ: 99-105
• [学会発表] Optical band gap of hexagonal boron nitride epitaxial film grown on c-plane sapphire substrate (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Kobayashi, T.Akasaka
  • 学会等名: 2009 Asia-Core Workshop on Wide Bandgap Semiconductors
  • 発表場所: 韓国、慶州
  • 年月日: 20091023-20091025
• [学会発表] Optical Band Gap of Hexagonal BN Epitaxial Film Grown on c-Plane Sapphire Substrate (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Kobayashi, C.L.Tsai, T.Akasaka
  • 学会等名: 8^<th> International Conference on Nitride Semiconductors
  • 発表場所: 韓国、済州島
  • 年月日: 20091018-20091023
• [学会発表] Hexagonal BN Epitaxial Growth by Flow-Rate Modulation Epitaxy on MBE-Grown h-BN Buffer Layer (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Kobayashi, C.L.Tsai, T.Akasaka
  • 学会等名: 8^<th> International Conference on Nitride Semiconductors
  • 発表場所: 韓国、済州島
  • 年月日: 20091018-20091023
• [学会発表] Near Band-Gap Luminescence of Hexagonal Boron Nitride Grown on Ni(111)Substrate by Plasma-assisted MBE (2009)
  • 著者名/発表者名: C.L.Tsai, Y.Kobayashi, T.Akasaka, M.Kasu
  • 学会等名: Electronic Materials Conference
  • 発表場所: アメリカ、ペンシルベニア州
  • 年月日: 20090624-20090626