多孔質シリコンの可視発光機構の解明とシリコン光集積への展開

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07405016
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 越田 信義 東京農工大学, 工学部, 教授 (50143631)
• 研究分担者: 小山 英樹 東京農工大学, 工学部, 助手 (40234918) ; 須田 良幸 東京農工大学, 工学部, 助教授 (10226582)
• キーワード: 多孔質シリコン / シリコンナノクリスタリット / 量子閉じ込め効果 / 可視発光 / シリコン発光ダイオード / シリコン光集積 / コールドカソード / 双安定メモリ

研究概要

「多孔質シリコンの可視発光機構の解明」および「シリコンを基本とした新しい光集積工学の学術基盤の確立」を目的とする研究を初年・次年度に続いて行い,今年度は以下の成果を得た。
(a)PL発光機構の解析
試料作成中の磁界印加および試料作成後の光照射という外部効果の支援に基づく構造制御法を発展させ、発光効率の向上と赤〜青発光の安定化の指針を得た。また、バンド構造、表面終端とバルクの相互作用の点から、発光がシリコンナノ微結晶の量子閉じ込めによることを示した。
(b)EL発光素子の大面積化の検討
多結晶シリコン膜をべ一スとした発光ダイオードの形成法を検討し、単結晶基板と同様な手法が適用できることを確認した。試作した素子の電気的光学的特性の解析により注入形のEL機構が成立していることを明らかにした。
(C)シリコン光集積の基礎的検討
これまでに確立したシリコン光導波路・光共振器の基礎技術を発展させて埋め込み形3次元導波路などを作製し、動作特性を解析した。多孔質シリコンの屈折率が大幅に制御できることから多様な導波路が形成できることが判明した。
(d)新規の光・電子機能の解析
シリコン発光ダイオードの負性抵抗素子、双安定メモリ素子、面放出形コールドカソードとしての特性を、発光特性と関連させてくわしく解析し、シリコンナノ微結晶へのキャリア注入が関与した現象であることをつきとめた。また強電界の下ではシリコンナノ微結晶系において電子が弾道化することを見いだした。

研究成果

• [文献書誌] Y.Suda, K.Obata, and N.Koshida:"Observation of band dispersions in photoluminescent porous Si" Phys.Rev.Lett.80(in press). (1998)
• [文献書誌] X.Sheng, H.Koyama, and N.Koshida: "Efficient surface-emitting cold cathodes based on electroluminescent porous silicon diodes" J.Vac.Sci. & Technol.B. 16(in press). (1998)
• [文献書誌] M.Araki, M.Takahashi, H.Koyama, and N.Koshida: "Performances of Buried-Type Porous Silicon Optical Waveguides," Mat.Res.Soc.Symp.Proc.486(in press). (1998)
• [文献書誌] K.Ueno and N.Koshida: "Negative-resistance effects in electroluminescent porous silicon diodes," Jpn.J.Appl.Phys.37(in press). (1998)
• [文献書誌] H.Koyama, Y.Matsushita, and N.Koshida: "Activation of blue emission from oxidized porous silicon by annealing in water vapor," J.Appl.Phys.82(in press). (1996)
• [文献書誌] X.Sheng, T.Ozaki, H.Koyama, and N.Koshida: "Improved cold electron emission charactersitics of electroluminescent porous silicon diodes" J.Vac.Sci. & Technol.B. 15,. 1661-1665 (1997)
• [文献書誌] T.Matsumoto, Y.Masumoto, T.Nakagawa, M.Hashimoto, K.Ueno, and N.Koshida:"Electroluminescence from deuterium-terminated porous silicon" Jpn.J.Appl.Phys.36,. L1089-L1091 (1997)
• [文献書誌] H.Koyama and N.Koshida: "Spectroscopic analysis of blue-green emission from oxidized porous silicon:possible evidence for Si-nanostructure-based mechanism," Solid State Comm.103. 37-41 (1997)