2016 Fiscal Year Research-status Report
LSIと共存可能な希土類元素を用いた紫外・青色MOS型発光素子の研究
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16K06270
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| Research Institution | Toyama Prefectural University |
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Principal Investigator |
松田 敏弘 富山県立大学, 工学部, 教授 (70326073)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岩田 栄之 富山県立大学, 工学部, 准教授 (80223402)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 半導体 / 希土類 / 発光 / シリコン / ＭＯＳ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、シリコン系材料によるLSIと共存が可能な、赤・緑・青の3原色および紫外領域の電界発光素子の開発を目指して、希土類元素と添加物を導入したMOS構造によるEL発光素子に関する下記の研究を行った。
希土類元素として主にGd、Pr、Ce等を導入したMOS型発光素子を作製し、物理的、電気的およびエレクトロルミネッセンス（EL）特性の解析を行った。
希土類元素の有機コート材をシリコン基板にスピンコートし、950℃の熱処理によって酸化膜を形成し、ITOをゲート電極とするMOS構造を作製した。酸化膜に導入する希土類としては、Gd、(Ta + Gd)、 (Ta + Pr) および (Pr + Ce)について検討した。
試作したMOS型素子に0.1～1mAの電流を流した場合、白色、ピンク、青みを帯びた白、紫等の色のELを確認することができた。このとき、酸化膜中にはFowler - Nordheim (FN)電流が流れていることを、電流－電圧特性によって明らかにした。
(Ta + Gd)を導入したMOS型素子のEL分光特性解析では、紫外から青の範囲の波長の強度の比率がTa と Gdの混合比によって変化することを示した。(Ta + Pr)および(Pr + Ce)を導入したMOS型素子のEL分光特性では、PrイオンおよびCeイオンのエネルギー遷移によるピークを、それぞれ、確認した。XPSと断面TEM解析によって、MOS型素子の酸化膜は、希土類を含む酸化膜・ケイ酸塩の層およびSiOxリッチな層の2層構造であることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
希土類を導入した酸化膜を持つMOS型発光素子について、計画に基づいて研究を進めた。希土類元素として主にGd、(Ta + Gd)、 (Ta + Pr) および (Pr + Ce)等を導入したMOS型発光素子の作製条件の検討を行い、白色、ピンク、青みを帯びた白、紫等の色のELを観測し、紫外領域を含めたEL特性を明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
ディスプレイへの応用も考慮して、発光色の制御の可能性について検討する。まず、これまでに緑色と赤色のELの観測実績のあるTbおよびEuを希土類元素として用いる。様々な混合比率でTbとEuを導入したMOS型発光素子の作製と発光特性の解析を行う。TbとEuの混合比率がEL分光特性に及ぼす影響を解析し、発光色の制御の可能性について検討する。さらに、これらの試料について、発光素子の酸化膜の表面からシリコン界面までのXPS、TEM等による物理的解析と、I－V特性等の電気的特性を行い、EL分光特性の結果も総合して、希土類イオンの励起・エネルギー遷移と発光機構を解析し、作製条件の最適化を図る。
また、EL特性に加えてPL特性の測定を行い、発光層における希土類元素のエネルギー遷移について、既存の文献も参照しつつ詳細に解析する。紫外励起光源と関連する光学系を、既存のEL特性解析システムに組み込み、Gdイオンに関連する遷移エネルギーから予想される発光スペクトルのピークにも対応するPL特性測定システムを構築する。
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| Causes of Carryover |
EL用の装置を改造してPL分光特性解析を行う予定であるが、研究の主目的である紫外・青色MOS型発光素子のEL特性解析を先に進めた。改造の検討・設計を行っているPL解析装置に用いる一部の部品については、検討完了後に入手することとしたため、次年度使用額が生じることとなった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
今後の研究で必要となるPL分光特性解析について、性能・仕様を再検討したうえで、PL分光特性解析装置を整備する。
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