2014 Fiscal Year Research-status Report
極薄シリコン／シリコン酸化膜二次元量子構造への電子トンネル注入発光デバイスの研究
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26630130
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
森田 瑞穂 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50157905)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | シリコン / シリコン酸化膜 / 発光デバイス / 量子井戸 / トンネル効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
N-フルオロピリジニウム塩を用いた光エッチングによるシリコン層厚さ均一化法を開発し、シリコン・オン・インシュレータ基板のシリコン層厚さの面内ばらつきを光エッチングにより低減した。
シリコン・オン・インシュレータ基板上にインジウムスズ酸化物／極薄シリコン酸化膜／極薄シリコン層／埋込シリコン酸化膜構造発光デバイスを製作する技術を開発し、光エッチングによるシリコン層厚さ均一化プロセスを組み込んだデバイス製作法を開発した。
発光特性の測定・解析を行い、極薄シリコン酸化膜／極薄シリコン層／埋込シリコン酸化膜構造のフォトルミネッセンス特性においてバルクシリコンバンドギャップより大きいエネルギーの二つのピークを観測し、シリコン層の薄膜化に伴って高エネルギー側へシフトするピークと、シリコン層厚さに依存しないピークに分離された。シリコン層厚さに依存するピークは、二次元構造における量子閉じ込め効果による発光であると考えられる。ピークの高エネルギー側へのシフトは、シリコン層のエネルギーギャップの増大を示唆している。シリコン層厚さに依存しないピークは、シリコン／シリコン酸化膜界面のトラップを介した発光であると考えられる。発光デバイスのエレクトロルミネッセンス特性においても二つのピークを観測し、量子閉じ込め効果による発光ピークとトラップを介した発光ピークに分離された。エレクトロルミネッセンス特性における発光ピークエネルギーは、フォトルミネッセン特性におけるピークエネルギーにほぼ一致した。光エッチングによりシリコン層厚さを均一化した発光デバイスのエレクトロルミネッセンス特性においてバルクシリコンバンドギャップより大きいエネルギーの高強度発光を観測した。バルクシリコンバンドギャップより大きいエネルギーの発光は、光配線発光部への応用上重要である。
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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
光エッチングによるシリコン層厚さ均一化法の開発については、均一な厚さのシリコン層を有する発光デバイスの発光特性において高効率発光の端緒となる高強度発光を観測した。デバイスの製作においては、光エッチングによるシリコン層厚さ均一化プロセスを組み込んだデバイス製作法を開発した。発光特性の測定・解析においては、フォトルミネッセンス特性とエレクトロルミネッセンス特性を測定し、二次元構造における量子閉じ込め効果による発光とシリコン／シリコン酸化膜界面のトラップを介した発光を観測した。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究を研究計画通りに遂行する。発光特性のシリコン層厚さ依存性の解明を継続して推進する。特に、発光強度のシリコン層厚さ依存性を解明し、シリコン層バンド構造の間接遷移から準直接遷移への移行を明らかにする。また、発光特性のシリコン酸化膜厚さ依存性の解明を行う。特に、発光強度のシリコン酸化膜厚さ依存性を解明し、発光の高効率電子注入を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
研究計画調書に、今年度の設備備品費としてアルゴンレーザーの費用を記載した。研究の進行状況に応じて、フォトルミネッセンス特性をより正確に測定するために、今年度は測定条件に合致しない発振波長の出力が低い半導体レーザーの費用に研究費を使用した。半導体レーザーの費用はアルゴンレーザーより少ないため、主に費用の差に相当する次年度使用予定の研究費が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
フォトルミネッセンス特性およびエレクトロルミネッセンス特性をより高精度で測定するために、光学部品の費用に使用できる。
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