2006 Fiscal Year Annual Research Report
アモルファスSi中のErの発光に対するダングリングボンドの役割
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16560005
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
久米田 稔 金沢大学, 自然科学研究科, 教授 (30019773)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森本 章治 金沢大学, 自然科学研究科, 教授 (60143880)
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| Keywords | 水素化アモルファスシリコン / エルビウム / 発光スペクトル / ダングリングボンド / 酸化アルミニウム薄膜 / 多層構造 / シュタルク準位 / 配位子場 |
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| Research Abstract |
Siダングリングボンドの果たすEr発光に対する役割を調べるために、Siダングリングボンドのある場所と発光に関わるErのある場所を空間的に分離することを考え、Erを光学ギャップの大きい薄膜材料に添加して、その上にダングリングボンド密度を制御してアモルファスSiを作製した。光学ギャップの大きな材料としてLiNbO_3結晶軸膜とアモルファスAl_2O_3薄膜を用いたが、界面が1層だけの場合は、Erの発光に対するa-Si : H堆積の発光強度の増大は観測されなかった。観測の感度を上げるために、Erを添加したアモルファスAl_2O_3薄膜のあいだに約20nmの厚さのa-Si : H層を挟んだ
Al_2O_3:Er/a-Si : H/Al_2O_3:Er/a-Si : H/Al_2O_3:Er
の多層構造を作製し、300度Cでアニールした所、Erの発光が観測された。a-Si : Hを挟まないAl_2O_3:Erの3層構造だけでは同じアニール条件でErの発光は観測されないことから、a-Si : Hが空間的には離れたErの励起に何らかの影響を及ぼすことを示している。しかし、これがSiダングリングボンドを介した励起エネルギー移行によるものかどうかは分からない。Er添加Al_2O_3とa-Si : Hの厚さを変えて詳細な発光特性を調べる必要がある。
Erのまわりの結晶場の影響を配位子場理論に基づいて考察し、低温(19K)での実験で得られたスペクトルと比較することにより、Erの入り方を明らかにしてきた。素性のはっきりしないパラメータを用いるのではなく、波動関数に基づいてシュタルク準位を計算して、Erを囲む酸素の作る正8面体が歪んだ構造がErの発光スペクトルと矛盾しない結果を与えることを示した。また、発光スペクトルが低エネルギー側ほど広い幅を示すのは、アモルファス物質固有の構造乱れがその主な原因であることを示した。
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