直接遷移型半導体β-FeSi_2を用いたSi上発光ダイオードの研究開発

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11750249
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 末益 崇 筑波大学, 物理工学系, 講師 (40282339)
• Keywords: 鉄シリサイド / 発光ダイオード / エレクトロルミネッセンス

Research Abstract

本研究では、Si上に直接遷移型半導体鉄シリサイド(β-FeSi_2)を用いて、赤外領域の発光ダイオードを実現することを目的に実験を行い、以下の結果を得た。
1.Si中にβ-FeSi_2球を埋込んだSi/β-FeSi_2球/Si埋込み構造を作製したところ、β-FeSi_2球の大きさが約100nmの時に、低温で1.5μmのPL発光を得た。β-FeSi_2球が大きい時には、周囲のSi中に多数の欠陥が導入され、これが非発光再結合中心として働くため、発光が得られなかった、欠陥が導入されたことは、試料の断面TEM観察およびDLTS測定より確認できた。
2.上記埋込み構造を、不活性ガス雰囲気中900度で10時間アニールすることで、β-FeSi_2の結晶性が格段に向上し、かつ、β-FeSi_2のPL強度も5倍となり、900度でのアニールが非常に効果的であることが明かとなった。結晶性が向上したことは、X線回折の回折ピーク強度が格段に強くなったことから判断した。
3.Si pn接合に、直径約100nmのβ-FeSi_2球を埋込んだ発光ダイオードを作製したところ、10A/cm^2以上の電流注入で、1.6μmの室温発光を世界で初めて実現した。

Research Products

• [Publications] T.Suemasu: "Room Temperature 1.6μm Electroluminescence from a Si-Based Light Emitting Diode with β-FeSi_2 Active Region"Japanese Journal of Applied Physics. Vol.39,No.10B. L1013-L1015 (2000)
• [Publications] T.Suemasu: "Dependence of photoluminescence from β-FeSi_2 and induced deep levels in Si on the size of embedded β-FeSi_2 balls in Si"Thin Solid Films. Vol.381. 209-213 (2001)
• [Publications] T.Suemasu: "Optimum annealing condiction for 1.5μm photoluminescence from reactive deposition epitaxy β-FeSi_2 balls embedded in Si crystals"Journal of Luminescence. Vol.87-89. 528-531 (2000)
• [Publications] T.Suemasu: "分子線エピタキシー法によるβ-FeSi_2球のSi中埋込み構造作製と高温アニールによる赤外フォトルミネッセンスの増大"レーザー研究. Vol.28,No.2. 99-102 (2000)
• [Publications] T.Suemasu: "Growth of Continuous and Highly (100)-Oriented β-FeSi_2 Films on Si (001) from Si/Fe Multilayers with SiO_2 Capping and Templates"Japanese Journal of Applied Physics. Vol.38,No.8A. L878-L880 (1999)
• [Publications] T.Suemasu: "Improvement of 1.5μm Photoluminscence from Reactive Deposition Epitaxy Grown β-FeSi_2 Balls in Si by High Temperature Annealing"Japanese Journal of Applied Physics. Vol.38,No.6A/B. L620-L622 (1999)
• [Publications] T.Suemasu: "Fabrication of p-Si/β-FeSi_2 balls/n-Si structures by MBE and their electrical and optical properties"Journal of Luminescence. Vol.80. 473-477 (1999)
• [Publications] 末益崇: "熱反応堆積法を利用した赤外発光β-FeSi_2球及び高移動度β-FeSi_2膜の作製:高温アニールによる特性改善"材料科学. Vol.37,No.1. 16-20 (2000)
• [Publications] 末益崇: "環境にやさしい直接遷移型半導体β-FeSi_2の研究の現状と将来展望"応用物理. Vol.39,No.7. 804-810 (2000)
• [Publications] 末益崇: "鉄シリサイドβ-FeSi_2を活性領域とするSi系LEDの室温発光"真空ジャーナル. Vol.75(掲載予定). (2001)