h-BN極薄膜を用いた深紫外発光ダイオードの創製

2021 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19K15443
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分29020:薄膜および表面界面物性関連
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 一ノ倉 聖 東京工業大学, 理学院, 助教 (00792566)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 六方晶窒化ホウ素 / ワイドギャップ半導体 / バンド構造 / インターカレーション

研究成果の概要

六方晶窒化ホウ素(h-BN)は病原体の殺菌に有用な深紫外線光源として期待されている。本研究では単原子層h-BNと基板のロジウム薄膜の界面にアルカリ金属を侵入させるとh-BNのエネルギーバンドを操作できることを実証した。リチウム、セシウムの侵入によりh-BNの価電子帯はn型ドーピング方向にそれぞれ1.9, 2.7 eV移動した。この大きな移動量はアルカリ金属からロジウムの表面への電荷移動による双極子形成により説明できる。この現象をh-BN電界発光デバイスの電極とh-BNの界面に応用すると、原理的には発光に必要な動作電圧を約半減させることができる。

自由記述の分野

薄膜・表面物理

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は電界発光デバイスへの応用へ向けた基礎研究であるが、h-BNという物質自体の基礎研究にも貢献する。セシウムによって生ずるバンドシフトにより価電子帯の頂点はフェルミエネルギー下5.7eVに達する。h-BNのバンドギャップは5.8eVであるため、伝導帯はロジウムのフェルミ面から非占有状態側にわずか0.1eVの位置にあることがわかる。つまり、さらに0.1eVバンドをシフトさせれば伝導帯が占有準位となり、ARPESによって伝導帯の底の波数を明らかとすることができる。これにより、単原子層h-BNが直接遷移型であるのか、それとも間接遷移型であるのか、実験的に明らかとすることができる。