東京大学大学院工学系研究科のVincent Tung教授らが参加する国際共同研究グループは、原子1層の厚さでp型半導体として働く「ホウ素炭素窒化物（BCN）」を初めて作り、2インチのウエハー全面に成長させる手法を開発した。論文は2026年9月30日に学術誌「Nature」のオンライン版に掲載され、同大学が10月1日に発表した。
今のチップの回路は、電子が電気を運ぶn型と、電子の抜けた穴である「正孔」が電気を運ぶp型の、2種類のトランジスターを組み合わせて作る。原子数層まで薄くできる2次元半導体は、次世代の微細なトランジスターや、素子を上下に重ねる3次元集積への応用が期待されている。ただ、n型の研究が進む一方で、それに見合う性能のp型材料は限られていた。特に、電気をよく流す性能と、大きな面積で成長させることを両立するのが難しかった。
研究グループは、シリコン半導体で一部の原子を別の元素に置き換えて電気の流れ方を変える「ドーピング」の考え方を、原子1層の材料に持ち込んだ。電気を流しにくい窒化ホウ素の原子の並びに炭素を組み込み、p型の性質を引き出した。難しいのは、炭素が窒化ホウ素の中に入らず、グラフェンのような炭素だけの塊になりやすい点だった。
そこで、性質の異なる2種類の原料分子を使い分けた。一方がホウ素と窒素を供給し、もう一方は段階的に分解しながら遅れて炭素を放出する。炭素を「いつ、どのような形で」銅の表面に届けるかを分子の選び方で制御し、炭素の塊ができるのを抑えた。条件を詰めた結果、2インチの基板の上に途切れのない1層の膜ができた。電子顕微鏡では、窒化ホウ素の並びの中に炭素原子が1個ずつ、あるいは2個組で入り込んでいる様子を確かめた。
研究グループがBCNの膜で作ったトランジスターは、室温で正孔の動きやすさを表す移動度が約100cm²/Vs、電流が流れる状態と流れない状態の比が約1億倍だった。3回に分けて成長させた膜から作った224個の素子を、ウエハー上の異なる位置で評価し、性能がそろっていることも確かめた。
研究グループは、二硫化モリブデンなどのn型の2次元半導体と組み合わせれば、原子層の材料だけで相補型の回路を作れる可能性があるとしている。立体的に加工した基板の上への成膜も実証した。一方で、炭素の量と電気的な性質の関係の解明、より低い温度での成長、回路への集積、量産の工程への展開は今後の課題に挙げる。
