希土類元素添加シリコンによる赤外発光デバイスの開発

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12555088
• Research Institution: Nagoya Institute of Technology
• Principal Investigator: 中嶋 堅志郎 名古屋工業大学, 工学部, 教授 (80024305)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 菱田 有二 (株)イオン工学研究所, 室長 ; 安部 功二 名古屋工業大学, 工学部, 助手 (30314074) ; 江龍 修 名古屋工業大学, 工学部, 助教授 (10223679)
• Keywords: エルビウム / 酸素 / イオン共注入 / 固相エピタキシャル成長 / 蛍光寿命 / フォトルミネセンス / 広がり抵抗 / SIMS

Research Abstract

1.蛍光寿命測定によるEr発光中心の励起通過
立方対称性を持つEr発光中心の主ピーク波長(1.537μm)において、波長分解能2.7nmで5Kの寿命測定を行った。バック・グラウンドの影響を取り除くとEr中心への電子・正孔対のエネルギー移行過程は(a)時定数〜2nsの高速過程(全強度の75%)と(b)約150nsの遅い過程(全強度の25%)で構成されていることを見出した。過程(a)はこれまでに寿命測定から推測されていた時定数と一致していて、前年度導入された高速寿命測定装置(応答速度1ns)とHe冷却装置により始めて実験的に確認された。過程(b)はこれまでに報告された例が無く、これについても高速寿命測定により始めて明らかになったものと考えている。100Kでは過程(a)は消滅し、過程(b)が支配的となる。フォトルミネセンス強度の温度クエンチは過程(a)に依存していると推測される。(発表準備中)
2.エキシマ・レーザー、イオン注入を併用した低照射損傷条件でのEr発光中心形成
前年度の研究よりErO(O/Er=1,Er=1×10^<19>cm^<-3>)を共注入し、アモルファス化したSiでは基板・注入層界面からのSPE成長によりEr発光センサーが形成されることを明らかにした。ファーネスアニールではSPE再成長速度に限界があり、固溶限により成長中にErは偏析する。レーザーアニール(KrF、0.4〜0.6J/cm^2、10〜100パルス)によりErを偏析させずにドープすることが可能であるが(SIMS分析より)、Er中心の発光は得られなかった。発光中心を光学的に活性化するには900℃、1〜5分間のアニールが必要である。レーザーアニールのみではEr-O相互作用が完了していないことが原因と考えられる。
3.MBE成長によるp-Si/Er-doped n-Si/n-Si構造作製とEL発光特性
Erのレーザードーピングとその後のMBEによるSi薄膜成長により、標記構造を作製した。Erドーピングした表面をあらかじめHC1でエッチすることによりErドープ層上にp-Siをエピ成長した(CAICISSにより確認)。立ち上がり電圧0.4VのI-V整流特性を得たが、pn接合構造の最適化が不十分であり、ELを得るには至らなかった。しかし、本年度の研究によりErドープELデバイス作成に必要な基盤技術に関する知見を得た。

Research Products

• [Publications] K. Nakajima 他4名: "Correlation between Er-luminescent centers and defects in Si co-implanted with Er and O"Nuclear Instruments and Methods in Physcis Research B. 175-177. 208-213 (2001)
• [Publications] 中嶋 堅志郎: "SC半導体基板のレーザープロセス"応用物理. 70・2. 188-190 (2001)
• [Publications] 前田 泰志他4名: "Er発光強度の固相エピタキシャル成長速度依存性"第48回応用物理学関係連合講演会予稿集(28pYK7). 2001 春. 1399 (2001)
• [Publications] 前田 泰志他5名: "ER発光の蛍光寿命と酸素濃度依存性"第62回応用物理学学術講演会予稿集(13aP10-18). 2001 秋. 1091 (2001)
• [Publications] 前田 泰志他5名: "Er発光の蛍光寿命の測定温度依存性"第49回応用物理学関係連合講演会予稿集(27pYF2). 2002 春. (2002)