六方晶BN の薄膜成長とその深紫外発光評価

摘要

六方晶窒化ホウ素（h-BN）は、ホウ素および窒素のsp2 結合からなる原子シートが積層した結晶構造をもつ、禁制帯幅が約6.0 eV のワイドギャップ材料である。従来は、その優れた耐熱性や化学的安定性から、高温セラミックスやルツボ材として利用されていたが、近年、高圧溶液法により215 nm に強い固有励起子発光を示す高品質な単結晶試料が作製されたことがきっかけとなり、次世代電子デバイス用の材料として注目されるようになった1)。遷移型については、直接型と間接型の両面から議論がなされてきたが、最近では間接遷移型であるとの結論に落ち着きつつある2)。それにもかかわらずバンド端発光の効率は高く、この手法により作製された粉体試料を蛍光体とした電子線励起型の深紫外ランプが試作されている3)。さらに、高電子移動度を有するグラフェンや半導体のバンド構造を有するMoS2 などの遷移金属カルコゲナイドに類似した結晶構造と優れた電気絶縁性4)から、2 次元材料電子デバイス用の基板や絶縁層材料としても期待されている5)。そのような応用を実現する上で、大面積で高品質なh-BN薄膜を得ることは重要である。これまでにh-BN の薄膜は、主に各種原料を用いる化学気相法（CVD）や分子線エピタキシー法により作製されている6-9)。我々は、工業的にpyrolytic BN （PBN）の作製に利用されているBCl3とNH3 を原料とするCVD に着目し、大面積ウエハの入手が容易なサファイアを基板とするh-BN薄膜の作製法確立を目指している10)。