六方晶および閃亜鉛鉱構造窒化ホウ素の高温気相エピタキシャル成長と導電性制御

六方和闪锌矿结构氮化硼的高温气相外延生长及电导率控制

• 批准号: 22H01516
• 负责人: 秩父 重英
• 金额: $ 11.4万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01516/
• 关键词: 窒化ホウ素(BN); 六方晶; 閃亜鉛鉱構造; 窒化ホウ素; グラファイト相BN

窒化ホウ素(BN)には、間接遷移型バンド構造でありながら室温で210～230nmの高効率発光を呈する六方晶(h)BNや、機械強度が強くp, n型の導電性や接合形成が報告されている閃亜鉛鉱構造(c)BNなどがあり、各々深紫外(DUV)光源、高温動作トランジスタ等を実現できる可能性がある。しかしながら、異相・多形が多く半導体光エレクトロニクスグレードの高純度エピタキシャル成長が困難である。R4年度の成果は以下のとおりである。①半導体光エレ品質のhBNエピ膜を成長させるため、既存の有機金属気相エピタキシャル成長（MOVPE）装置の改造を行った。目的は基板温度を従前の最高1200 ℃程度から1400-1500 ℃で使用できるように改造を行うことであり、付随して反応室全体の再構築を行った。年度末の段階で部品がすべて揃った。②BN薄膜の構造・電気的評価：世界情勢を鑑み、自前の装置による試料作製が間に合わない見込みであったため、他機関が結晶成長させた化学気相堆積（CVD）hBN薄膜を用いて異形や相純度に関する評価技術と知識を習得した。③BN薄膜の光学的特性評価：②と同じCVD hBN薄膜を用い、静的カソードルミネッセンス（CL）、時間分解CL、時間空間分解CL測定系を、波長200-230nmで高感度が得られるように修正した。④CVDによるBN薄膜の評価を通じ、間接遷移型のcBNの発光効率よりも、hBNの積層を少し変調しグラファイト積層構造にしたGraphitic BN（又はBernal BN、略してbBN）や単一hBN層（monolayer BN)の研究を進めた方が高効率発光が得られ、応用展開も開けると判断した（CVD膜でのbBN相の発見は世界初であり、当該論文はAPL誌のFeatured Articleに選ばれた）。R5年度以降はhBNとbBNの研究に集中する。

High efficiency luminescence at room temperature of 210~230nm due to indirect migration of boron nitride (BN), hexagonal boron nitride (h), strong mechanical strength, conductivity of n-type, and bonding formation are possible. It is difficult to grow semiconductor with high purity. The results of R4 are as follows: (1) Improvement of semiconductor optical quality hBN film growth, existing organic metal phase growth (MOVPE) devices The purpose is to reconstruct the entire reaction chamber with the substrate temperature ranging from 1200 ℃ to 1400-1500 ℃At the end of the year, the segment was divided into two categories: (2) Evaluation of BN film structure and electrical properties: world situation identification, sample preparation, crystal growth, chemical phase deposition (CVD), and technical knowledge acquisition. (3) Evaluation of optical characteristics of BN thin films: (2) The same CVD hBN thin films are used in the middle, static and stable conditions, time resolution CL, time spatial resolution CL measurement system, wavelength 200-230nm, high sensitivity and correction. (4) The evaluation of BN thin films by CVD, the light transmission efficiency of cBN with indirect migration, the increase of hBN multilayer, the improvement of multilayer structure of Graphic BN (also called Bernal BN, abbreviated bBN), and the study of monolayer BN (also called monolayer BN). In R5, the research on hBN and bbN was concentrated.

项目成果

陰極線励起による単層六方晶BNのバンド端発光の観測

阴极射线激发观察单层六方氮化硼的带边发射

• 发表时间: 2023
• 作者: 嶋紘平;Tin S. Cheng;Christopher J. Mellor;Peter H. Benton;Christine Elias;Bernard Gil;Guillaume Cassabois;Sergei V. Novikov;秩父重英
• 通讯作者: 秩父重英

Ultraviolet luminescence dynamics of hexagonal BN epilayers grown by chemical vapor deposition using carbon-free precursors

使用无碳前驱体化学气相沉积生长的六方氮化硼外延层的紫外发光动力学

• 发表时间: 2023
• 作者: T. Kasuya;K. Shima;K. Hara;and S. F. Chichibu
• 通讯作者: and S. F. Chichibu

炭素フリー原料を用いてサファイア基板にCVD成長させた多型を含むhBN薄膜における間接遷移励起子の発光ダイナミクス

使用无碳原材料在蓝宝石衬底上通过 CVD 生长的多晶型六方氮化硼薄膜中间接跃迁激子的发射动力学

• 发表时间: 2022
• 作者: 秩父重英;嶋紘平;菊地清;梅原直己;瀧口佳祐;石谷善博;原和彦
• 通讯作者: 原和彦

東北大学 多元物質科学研究所 秩父研究室HP

东北大学综合材料科学研究所秩父实验室HP

Emission dynamics of indirect excitons in hexagonal BN epilayers containing polytypic segments grown by chemical vapor deposition using carbon-free precursors

使用无碳前驱体通过化学气相沉积生长的含有多型片段的六方氮化硼外延层中间接激子的发射动力学

• 发表时间: 2022
• 作者: S. F. Chichibu;K. Shima;K. Kikuchi;N. Umehara;K. Takiguchi;Y. Ishitani;and K. Hara
• 通讯作者: and K. Hara