高品位六方晶窒化ホウ素単結晶の創製と新たな機能発現

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23246116
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 無機材料・物性
• 研究機関: 独立行政法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 谷口 尚 独立行政法人物質・材料研究機構, 先端材料プロセスユニット, グループリーダー (80354413)
• 研究分担者: 渡邊 賢司 物質・材料研究機構, 光・電子材料ユニット 光電機能グループ, 主席研究員 (20343840) ; 川村 史朗 物質・材料研究機構, 先端材料プロセスユニット 超高圧グループ, 主任研究員 (80448092) ; 宮川 仁 物質・材料研究機構, 超伝導物性ユニット強相関物質探索グループ, 主任研究員 (40552667) ; 大場 史康 京都大学, 大学院工学研究科 材料工学専攻, 准教授 (90378795) ; 山田 貴壽 (独)産業技術総合研究所, ナノチューブ応用研究センター, 主任研究員 (30306500) ; 中山 敦子 新潟大学, 研究推進機構 超域学術院, 准教授 (50399383)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 六方晶窒化ホウ素単結晶 / 遠紫外線発光 / グラフェン基板

研究概要

高純度六方晶窒化ホウ素(hBN)単結晶の創製と、これを利用した新たな機能発現を目的とした。hBNのバンドギャップが約6.4eVであること、炭素不純物と高輝度紫外線バンド端発光との相関を実験的に明らかにした。更にグラフェン基板材料として、hBN-グラフェン積層構造に加え、MoS2系等の新たな2次元電子系デバイス用基板、絶縁膜としての有用性を各国の研究機関との連携で明らかにした。不純物制御のための基礎研究として、BN多形及びAlNにおける希土類元素の配位環境を理論と微構造解析により明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Tunable symmetry breaking and helical edge transport in a graphene quantum spin Hall state (2014)
  • 著者名/発表者名: A.F.Young, J.D.Sanchez-Yamagishi, B.Hunt, S.H.Choi, K.Watanabe, T.Taniguchi, R.C.Ashoori, and P.Jarillo-Herrero
  • 雑誌名: Nature 巻: 505 ページ: 528-532
  • DOI: 10.1038/nature12800
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tunable Phonon Polaritons in Atomically Thin van der Waals Crystals of Boron Nitride (2014)
  • 著者名/発表者名: S.Dai, Z.Fei, Q.Ma, A.S.Rodin, M.Wagner, A.S.McLeod, M.K.Liu, W.Gannett, W.Regan, K.Watanabe, T.Taniguchi, M.Thiemens, G.Dominguez, A.H.C.Neto, A.Zettl, F.Keilmann, P.Jarillo-Herrero, M.M.Fogler, and D.N.Basov
  • 雑誌名: Science 巻: 343 ページ: 1125-1129
  • DOI: 10.1126/science.1246833
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atomic structure of luminescent centers in high-efficiency Ce-doped w-AlN single crystal (2014)
  • 著者名/発表者名: R.Ishikawa, A.R.Lupini, F.Oba, S.D.Findlay, N.Shibata, T.Taniguchi, K.Watanabe, H.Hayashi, T.Sakai, I.Tanaka, Y.Ikuhara, and S.J.Pennycook
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 4 ページ: 3778-1-5
  • DOI: 10.1038/srep03778
  • 査読あり
• [雑誌論文] Screening Charged Impurities and Lifting the Orbital Degeneracy in Graphene by Populating Landau Levels (2014)
  • 著者名/発表者名: A.Luican-Mayer, M.Kharitonov, G.Li, C.-P.Lu, I.Skachko, A.-M.B.Goncalves, K.Watanabe, T.Taniguchi, and E.Y.Andrei
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 巻: 112 ページ: 036804
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.112.036804
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reconfigurable p-n junction diodes and the photovoltaic effect in exfoliated MoS2 films (2014)
  • 著者名/発表者名: S.Sutar, P.Agnihotri, E.Comfort, T.Taniguchi, K.Watanabe, and L.Ung, Ji
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: 104 ページ: 122104
  • DOI: 10.1063/1.4870067
  • 査読あり
• [雑誌論文] Local environment of silicon in cubic boron nitride (2013)
  • 著者名/発表者名: H.Murata, T.Taniguchi, S.Hishita, T.Yamamoto, F.Oba, and I.Tanaka
  • 雑誌名: Journal ofApplied Physics 巻: 114 ページ: 233502-1-4
  • DOI: 10.1063/1.4849015
  • 査読あり
• [雑誌論文] Functional complex point-defect structure in a huge-size-mismatch system (2013)
  • 著者名/発表者名: R.Ishikawa, N.Shibata, F.Oba, T.Taniguchi, S.D.Findlay, I.Tanaka, and Y.Ikuhara
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 110 ページ: 065504-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.065504
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermal Conductivity and Phonon Transport in Suspended Few-Layer Hexagonal Boron Nitride (2013)
  • 著者名/発表者名: I.Jo, M.T.Pettes, J.Kim, K.Watanabe, T.Taniguchi, Z.Yao, and L.Shi
  • 雑誌名: Nano Letters 巻: 13 ページ: 550-554
  • DOI: 10.1021/nl304060g
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photovoltaic infrared photoresponse of the high-mobility graphene quantum Hall system due to cyclotron resonance (2013)
  • 著者名/発表者名: S.Masubuchi, M.Onuki, M.Arai, T.Yamaguchi, K.Watanabe, T.Taniguchi, and T.Machida
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 88 ページ: 121402
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.88.121402
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrically tunable transverse magnetic focusing in graphene (2013)
  • 著者名/発表者名: T.Taychatanapat, K.Watanabe, T.Taniguchi, P.Jarillo-Herrero
  • 雑誌名: Nat. Phys 巻: 9[4] ページ: 225-229
  • DOI: 10.1038/NPHYS2549
  • 査読あり
• [雑誌論文] One-dimensional electrical contact to a two-dimensional material (2013)
  • 著者名/発表者名: L.Wang, I.Meric, P.Huang, Q.Gao, Y.Gao, H.Tran, T.Taniguchi, K.Watanabe, L.M.Campos, D.Muller, J.Guo, P.Kim, J.Hone, K.Shepard, C.Dean
  • 雑誌名: Science 巻: 342 ページ: 614-617
  • DOI: 10.1126/science.1244358
  • 査読あり
• [雑誌論文] Massive Dirac Fermions and Hofstadter Butterfly in a van der Waals Heterostructure (2013)
  • 著者名/発表者名: B.Hunt, J.D.Sanchez-Yamagishi, A.F.Young, M.Yankowitz, B.J.LeRoy, K.Watanabe, T.Taniguchi, P.Moon, M.Koshino, P.Jarillo-Herrero, and R.C.Ashoori
  • 雑誌名: Science 巻: 340 ページ: 1427-1430
  • DOI: 10.1126/science.1237240
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hofstadter's butterfly and the fractal quantum Hall effect in moire superlattices (2013)
  • 著者名/発表者名: C.R.Dean, L.Wang, P.Maher, C.Forsythe, F.Ghahari, Y.Gao, J.Katoch, M.Ishigami, P.Moon, M.Koshino, T.Taniguchi, K.Watanabe, K.L.Shepard, J.Hone, and P.Kim
  • 雑誌名: Nature 巻: 497 ページ: 598-602
  • DOI: 10.1038/nature12186
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantum Hall Effect Screening and Layer-Polarized Insulating States in Twisted Bilayer Graphene (2012)
  • 著者名/発表者名: J.Sanchez-Yamagishi, T.Taychatanapat, K.Watanabe, T.Taniguchi, A.Yacoby and P.Jarillo-Herrero
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 巻: 108[7] ページ: 076601-1
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.076601
  • 査読あり
• [雑誌論文] Long-Wavelength Local Density of States Oscillations Near Graphene Step Edges (2012)
  • 著者名/発表者名: J.Xue, J.Sanchez-Yamagishi, K.Watanabe, T.Taniguchi, P.Jarillo-Herrero and B.LeRoy
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 巻: 108[1] ページ: 016801-1
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.016801
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hunting for Monolayer Boron Nitride : Optical and Raman Signatures (2011)
  • 著者名/発表者名: R.V.Gorbachev, I.Riaz, R.R.Nair, R.Jalil, L.Britnell, B.D.Belle, E.W.Hill, K.S.Novoselov, K.Watanabe, T.Taniguchi, A.K.Geim and P.Blake
  • 雑誌名: Small 巻: 7[4] ページ: 465-468
  • DOI: 10.1002/smll.201001628
  • 査読あり
• [雑誌論文] Exciton optical transitions in a hexagonal boron nitride single crystal (2011)
  • 著者名/発表者名: L.Museur, G.Brasse, A.Pierret, S.Maine, B.Attal-Tretout, F.Ducastelle, A.Loiseau, J.Barjon, K.Watanabe, T.Taniguchi and A.Kanaev
  • 雑誌名: Phys. Status Solidi-Rapid Res. Lett 巻: 5[5-6] ページ: 214-216
  • DOI: 10.1002/pssr.201105190
  • 査読あり
• [学会発表] Band alignment of zinc-blende and chalcopyrite semiconductors : Effects of misfit dislocations (2014)
  • 著者名/発表者名: F.Oba
  • 学会等名: APS March Meeting 2014
  • 発表場所: Denver
  • 年月日: 2014-03-03
  • 招待講演
• [学会発表] Synthesis of high purity hBN single crystals by using solvent growth process (2013)
  • 著者名/発表者名: T.Taniguchi, K.Watanabe
  • 学会等名: 5th Inter. Conf on Recent Progress in Graphene Res
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 20130909-13
  • 招待講演
• [学会発表] Luminescence image of cleaved crystal in hexagonal boron nitride grown by temperature gradient method (2013)
  • 著者名/発表者名: 渡邊賢司
  • 学会等名: 第32回電子材料シンポジウム
  • 発表場所: 滋賀県守山市
  • 年月日: 20130710-12
  • 招待講演
• [学会発表] Optical Properties of Boron Nitride Single Crystals (2013)
  • 著者名/発表者名: K.Watanabe
  • 学会等名: CLEO-PR 2013
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 20130630-0704
  • 招待講演
• [学会発表] Point defects in oxide and nitride semiconductors : Understanding and prediction toward material screening (2013)
  • 著者名/発表者名: F.Oba
  • 学会等名: MRS Fall Meeting
  • 発表場所: Boston
  • 年月日: 2013-12-03
  • 招待講演
• [学会発表] 高圧合成法による高純度窒化ホウ素単結晶研究の現状と新しい応用展開 (2013)
  • 著者名/発表者名: 渡邊賢司
  • 学会等名: 第15回応用物理学会プラズマエレクトロニクス分科会新領域研究会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2013-11-22
  • 招待講演
• [学会発表] Complex behavior of defects in oxide semiconductors : Insights from first-principles calculations (2013)
  • 著者名/発表者名: F.Oba
  • 学会等名: International Symposium on Compound Semiconductors 2013 (ISCS2013)
  • 発表場所: Kobe
  • 年月日: 2013-05-21
  • 招待講演
• [学会発表] 窒化ホウ素単結晶の高圧合成 (2012)
  • 著者名/発表者名: 谷口 尚
  • 学会等名: 第36回結晶成長討論会,日本結晶成長学会
  • 発表場所: 佐賀
  • 年月日: 20120926-28
  • 招待講演
• [学会発表] 高純度窒化ホウ素単結晶の高圧下フラックス成長 (2012)
  • 著者名/発表者名: 谷口 尚
  • 学会等名: 第7回日本フラックス成長研究発表会
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 2012-12-07
  • 招待講演
• [学会発表] Complex behavior of point defects in oxide and nitride semiconductors : Insights from density functional calculations (2012)
  • 著者名/発表者名: F.Oba
  • 学会等名: The 5th International Symposium on Designing, Processing and Properties of Advanced Engineering Materials (ISAEM-2012)
  • 発表場所: Toyohashi
  • 年月日: 2012-11-08
  • 招待講演
• [学会発表] 酸化物・窒化物半導体における点欠陥の電子構造と機能 (2012)
  • 著者名/発表者名: 大場史康
  • 学会等名: 日本金属学会2012年秋期講演大会
  • 発表場所: 松山市
  • 年月日: 2012-09-19
  • 招待講演
• [学会発表] Synthesis of hBN single crystals under high pressure and high temperature (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Taniguchi
  • 学会等名: 第7回日米セミナー Nanoscale Transport Phenomena, JSPS(Japan), NSF(USA), ONR (USA)
  • 発表場所: Ise,Shima
  • 年月日: 20111211-14
  • 招待講演
• [学会発表] High purity boron nitride : synthesis under high pressure and 1atm, and their properties (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Taniguchi
  • 学会等名: NDNC2011
  • 発表場所: Matsue
  • 年月日: 20110516-20
  • 招待講演
• [学会発表] 高純度窒化ホウ素単結晶及び焼結体の高圧合成と機能発現 (2011)
  • 著者名/発表者名: 谷口 尚
  • 学会等名: 先進セラミックス第124委員会 第136回会議,日本学術振興会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2011-06-02
  • 招待講演
• [図書] "Synthesis and Properties of Single Crystalline cBN and Its Sintered Body, In V.K.Sarin (Editor-in-Chief) & C.E. Nebel (Vol.Ed.), Comprehensive Hard Materials (vol.3) (ISBN: 9780080965277) (2014)
  • 著者名/発表者名: T.Taniguchi
  • 総ページ数: 587-605
  • 出版者: Elsevier
• [備考]
  • URL: http://www.nims.go.jp/personal/BN_research/index-j_BNR.html
• [産業財産権] 紫外線発光六方晶窒化ホウ素結晶体の製造方法 (2013)
  • 発明者名: 谷口 尚、渡邊賢司、窪田陽一、津田 統
  • 権利者名: 潮田資勝
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特許第5257995号
  • 取得年月日: 2013-05-02