2013 Fiscal Year Research-status Report
酸化膜に希土類元素を導入したMOS構造による紫外および可視発光素子の研究
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25420293
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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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) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 半導体 / 希土類 / 発光 / シリコン / MOS |
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| Research Abstract |
シリコン系材料によってLSIと共存可能な紫外および可視領域のエレクトロルミネッセンス（EL）発光素子の開発を目指して、今年度は、希土類元素としてGd、DyおよびLaを導入した酸化膜を持つMOS型発光素子を作製し、物理的、電気的および発光特性の解析を行った。さらに、アルカリ土類金属としてCaおよびBaの添加が発光特性に与える影響について評価した。
[Gd]、[Gd+Dy]、[Gd+La]、[Gd+Ca]、[Gd+Ba]を含む有機コート材をSi基板にスピンコートした後、熱処理によって発光層を形成し、ITO電極をゲートとするMOS型発光素子を作製した。入射光学系・光ファイバー、分光器、と高感度CCDとを組み合わせてEL特性解析システムを構成し、290～1000 nmの波長範囲の分光特性を測定した。作製条件と発光強度の関係を検討し、コート材の組成と熱処理条件を定めた。I－V特性を測定し、ファウラ・ノルトハイム(FN)トンネル電流が流れていることを示した。
いずれの試料からも白色のELを確認し、それぞれの分光特性を解析した。[Gd+Dy]の試料の発光スペクトルは、可視領域の波長にピークを持ち、Dyイオンのエネルギー遷移に対応することを明らかにした。また、[Gd]、 [Gd+La]、[Gd+Ca]、[Gd+Ba]の試料については、Gdイオンのエネルギー遷移に対応する紫外領域に大きな発光強度ピークを持つことを見いだした。
代表的なELスペクトルを示す[Gd+Dy]、[Gd+La]、[Gd+Ca]の試料について、断面TEMとXPSを用いて、発光層である希土類元素を含む酸化膜の断面構造と組成を解析した。酸化膜の表面には(Gd + Dy/La/Ca/Ba)－Si－O層があり、Si基板との境界までの下層には、よりSiリッチな希土類を含む酸化膜層が形成されていることを示した。
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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、下記のように計画に基づいて研究を進めた。紫外領域の波長範囲も解析可能なEL特性解析システムを構成し、分光特性の測定を可能とした。また、希土類元素として主にGd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 |
希土類元素としてGdに加えて、Tb、Eu等を導入したMOS型発光素子の作製と発光特性の解析を行う。さらに、追加熱処理を検討し、作製条件の最適化を図る。酸化膜形成後に熱処理（700～1000 ℃、O2、N2等）を追加することによって、酸化膜中の欠陥密度を変化させる。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、これまでの直流電流による酸化膜への電荷注入での発光特性に対して、パルス電圧の印加による励起・発光について検討する。パルス電圧、周波数、デューティ比等が、発光強度、分光特性に及ぼす影響を解析し、酸化膜中の希土類イオン、欠陥等の励起・エネルギー遷移と発光機構にいついて検討する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
主な使用予定は、紫外領域に対応した分光器および入射光学系の整備であったが、作製した試料の発光強度が比較的大きく、従来の装置の改良で対応することができたため、今年度の研究には支障はなかった。
今後の研究で作製する予定の試料について、紫外領域の発光特性をより詳細に解析するために必要な性能・仕様を再検討したうえで、EL特性解析装置を整備する。
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Research Products
(3 results)
