2015 Fiscal Year Annual Research Report
イオンビームとレーザービームの融合プロセスによる光機能性シリコンナノ結晶の形成
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25390124
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| Research Institution | Aichi University of Education |
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Principal Investigator |
岩山 勉 愛知教育大学, 教育学部, 教授 (70223435)
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2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 量子ビーム / イオン注入 / レーザーアブレーション / 可視発光 / 急速加熱 / エキシマ光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
半導体シリコンは電子デバイスとしては広く利用されているが、発光デバイスとしては殆ど利用されていない。本研究はこの様なシリコンをナノ結晶化することで、新機能性（発光等）の発現とそのデバイス応用を、イオン・レーザービーム融合したプロセスにより達成しようとするものである。具体的には、イオン注入により過飽和固溶体を形成し、急速加熱、エキシマUV・レーザー光照射などを組み合わせた手法で、プロセスの低温化と発光強度増強の可能性、さらには注入層の電気伝導度などの電気的な特性評価、電界発光の可能性を探ることを主な目的としている。
二酸化シリコンにシリコンをイオン注入し、高温熱処理することで、シリコンナノ結晶が形成され、それとともに可視発光（おもに赤色）が観測される。発光効率(強度)の向上、発光波長の可変性、プロセスの低温化は実用的なデバイスを開発する上で重要な問題となる。私たちの提案している発光モデルでは、発光波長、強度はシリコン結晶のサイズそのものだけに依存しているわけではなく、その局所構造、並びにナノ結晶間の距離（相互作用）などが影響を及ぼしていると考えている。すなわち、発光強度はナノシリコン結晶の数に比例し、その数密度の変化に伴い発光波長も増強できることが期待される。
今年度の研究では昨年度までの研究を継続しつつ、圧力制御された酸素雰囲気中でレーザーアブレーション(PLD)法により試料を作製し、作製後に様々な処理を施すことの発光への影響を詳細に調べ、イオン注入した資料との類似性を検証した。この手法はイオン注入に比べ、簡便に条件が制御できることから、イオン注入の条件決定のために極めて有効であり、重要なデータを得ることができた。また、エキシマ光照射と急速加熱を併用することで欠陥制御、析出、拡散、核生成・成長、結晶化プロセスを制御することができ発光強度を増強することができた。
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