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本研究では、半導体シリコン(Si)へ希土類元素Erのド-ピングを行ない、エルビウム(Er)と同時にド-ピングした酸素原子(O)の、1)Erドープ層の結晶性に対する影響、2)Er発光強度に対する影響を定量的に調べた。Erド-ピング法として、レーザード-ピング法ならびにイオン注入法を用いて比較検討を行なった。その結果、以下の点を明かにした。
1.レーザード-ピング法によりErを、Siの結晶性を保持した状態で約1×10^<21>Er/cm^3の高濃度までド-ピングすることが可能である。
2.イオン注入法でEr原子のみをド-ピングする場合、後熱処理によりイオン注入による結晶格子の欠陥を改悪させるためには、Er濃度は約5×10^<18>Er/cm^3以下である必要がある。
3.ErとOを同時にド-ピングした場合、Er濃度を約1×10^<19>Er/cm^3までド-ピングを行なっても、ド-ピング領域の結晶性を後熱処理により回復させることが可能である。ただし、この時のO濃度の範囲は1×10^<19>O/cm^3〜1×10^<20>O/cm^3である。
4.Er固有の波長である1.54μm近傍の発光強度が最大となったのはEr濃度が1×10^<19>Er/cm^3、O濃度が1×10^<20>O/cm^3場合であった。
5.本年度科学研究費において備品購入したデジタルオシロスコープによりレーザード-ピング時のSi相変化を時間分解して直接測定することに成功した。Erド-ピング時のレーザー照射領域の溶融状態は、Erが存在しない時に比べて約2倍の時間存続していることが初めて明かになった。この相変化の長時間化により、レーザード-ピングにおける良好な結晶性が得られると考えられる。
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