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助成番号 180943
研 究 成 果 報 告 書

研究テーマ（和文） ＡＢ

h-BN への原子/分子インターカレーション：p-n 接合の実現と紫外線発光

研究テーマ（欧文） ＡＺ

Atom/molecule intercalation into
deep-ultraviolet light emission

研究氏代表名者

ｶﾀｶﾅ ＣＣ姓）イチノクラ

名）サトル

研究期間 Ｂ

２０１８ ～ ２０１９ 年

漢字 ＣＢ

一ノ倉聖

報告年度 ＹR

２０１９ 年

Satoru

研究機関名

東京工業大学

ﾛｰﾏ字 ＣＺ Ichinokura

研究代表者 ＣＤ
所属機関・職名

h-BN:

realizationof

p-njunction

and東京工業大学 助教

概要 ＥＡ (600 字～800 字程度にまとめてください。)
本研究では窒素とホウ素の層状物質である六方晶窒化ホウ素(h-BN)に着目する。h-BN は 5.8 eV という非常に大きなバンドギャップを持つ半導体である。このエネルギーは 215 nm の深紫外光に対応するため、殺菌光源等への応用が考えられるが、発光デバイスの作製に必要なキャリアドーピング、すなわちエネルギーバンド操作の方法が確立していない。これは、通常の半導体で用いられる元素置換法が困難なためである。本研究では h-BN 表面へ電子親和力の大きい有機分子を吸着させたり、基板との界面へイオン化エネルギーの小さいアルカリ金属を侵入（インターカレーション）させることで、h-BN に電荷移動を生じてキャリアドーピングが可能であるか否か確かめた。
まず、ロジウム薄膜上に化学気相蒸着法により作製した単原子層 h-BN にリチウムとセシウムを蒸着した。すると、
h-BN のエネルギーバンド位置がそれぞれ 1.7 eV と 2.6 eV シフトすることが明らかとなった。これは、リチウムやセシウムが h-BN と基板との界面へ侵入し、電荷移動を起こして電気双極子を作ることで強力な電場を発生させ、それがh-BN のバンドのエネルギーを変化させていると考えると理解できる。これは h-BN への直接のキャリアドーピングではないが、h-BN のエネルギーバンドの形状を調べるには非常に有効な手段である。よって基礎科学的に重要な知見であるため 2019 年の日本表面科学会年次大会で発表し、講演奨励賞を受賞した。現在、この成果を論文発表する準備を進めている。
h-BN へのキャリアドーピングを成功させるためには基板への電荷移動を防ぐことが重要であるとわかったため、よりバンドギャップの大きい酸化膜つきのシリコン基板上に h-BN を転写し、そこへのリチウム蒸着も行った。すると、今度は 0.5eV 程度のバンドシフトが見られた。これは h-BN へのキャリアドーピングが生じている可能性があるので、現在解析を行っている。

キーワード ＦＡ

六方晶窒化ホウ素

ワイドギャップ半導体

インターカレーション（以下は記入しないでください。）
助成財団ｺｰﾄﾞ ＴＡ

研究課題番号 ＡＡ

研究機関番号 ＡＣ

シート番号- 1 -発表文献（この研究を発表した雑誌・図書について記入してください。）
論文標題ＧＢ
雑誌

著者名 ＧＡ
ページ ＧＦ

雑誌名 ＧＣ～発行年 ＧＥ

巻号 ＧＤ

論文標題ＧＢ
雑誌

著者名 ＧＡ
ページ ＧＦ雑誌名 ＧＣ～

発行年 ＧＥ

巻号 ＧＤ

論文標題ＧＢ
雑誌

著者名 ＧＡ
ページ ＧＦ

雑誌名 ＧＣ～発行年 ＧＥ

巻号 ＧＤ

発行年 ＨＤ

総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

発行年 ＨＤ

総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

著者名 ＨＡ
図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ
著者名 ＨＡ

図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ

欧文概要 ＥＺIn this research, we focused on hexagonal boron nitride (h-BN), which is a layered material of nitrogenand boron. h-BN is a semiconductor with a very large band gap of 5.8 eV. Since this energy corresponds
to deep ultraviolet light of 215 nm, it can be applied to germicidal light sources. However, carrier
doping, namely the energy band manipulation necessary for producing a light emitting device has notbeen established. This is because the element substitution method used in ordinary semiconductors isdifficult. In this study, we aim to achieve the charge transfer to h-BN by adsorbing organic moleculeswith high electron affinity or by intercalating alkali metal with high ionization energy into theinterface with the substrate.
First, lithium and cesium were vapor-deposited on the monoatomic layer h-BN produced by the chemical
vapor deposition method on the rhodium thin film. Then, it became clear that the energy band positionsof h-BN are shifted by 1.7 eV and 2.6 eV, respectively. Here, lithium or cesium seem to penetrate into
the interface between h-BN and the substrate. They cause a charge transfer, and create an electric dipole
to generate a strong electric field, which changes the energy of the h-BN band. This does not mean adirect carrier doping to h-BN, but it is a very effective to investigate the shape of the energy bandof h-BN. Therefore, because it is an important knowledge in basic science, we presented it at the 2019
Annual Meeting of the Surface Science Society of Japan and received the lecture encouragement award.
We are currently preparing for the publication of these results.
Since it was found that preventing charge transfer to the substrate is important for successful carrier
doping of h-BN, we transferred h-BN to a silicon substrate with the oxidized surface, which has a larger
band gap than h-BN. A band shift of about 0.5 eV was observed by the lithium vapor deposition, implying
the carrier doping to h-BN.

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