2019 Fiscal Year Annual Research Report
Research on ultraviolet and blue light emitting MOS device with rare earth oxide compatible with LSI process
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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 – 2020-03-31
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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 |
大規模集積回路（LSI）と共存が可能な、赤・緑・青の3原色および紫外領域のシリコン系材料による電界発光素子の開発を目指して、希土類元素を導入した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Pr、CeおよびGdを様々な濃度で配合した3元素の希土類を導入した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、850～950℃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。今年度は、Pr、CeおよびGd の3元素を導入した酸化膜を持つMOS型発光素子について解析した。Pr、Ceに、より高いエネルギーの発光波長のピークを持つGdを混合し、GdからPr、Ceへのエネルギー移動や、GdとCeによる紫外発光等の可能性を検討した。希土類元素の配合比および作製条件が発光特性に及ぼす影響を解析した。
EL発光特性では、熱処理温度850、900 ℃の素子で白色、950 ℃の素子で青紫色の発光を確認した。分光特性におけるピークの波長は、希土類元素の発光性遷移のエネルギーギャップと対応していることを示した。490、540、620、650および740 nmの波長のピークは、Pr3+に起因し、315 と355 nmのピークはそれぞれGd3+とCe3+に対応すると考えられる。Gd濃度とともにPrに起因する発光強度が上昇していることを示した。
XPS、TEM分析を行い、酸化膜表面から約50 nmまではGd、Pr、Ceが微結晶を含む酸化物の層であり、それ以上ではシリコン酸化物を主とするアモルファス層であることが分かった。また、熱処理温度の上昇によって、希土類酸化物層の厚さは大きく変化せず、シリコン酸化物のアモルファス層は厚くなることを示した。
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