1997 年度実績報告書

希土類元素添加Siナノ構造を用いた光メモリーに関する研究

研究課題

研究課題/領域番号	08650415
研究機関	理化学研究所
研究代表者	趙新為理化学研究所, ナノ電子材料研究チーム, フロンティア研究員 (50260211)
研究分担者	一色秀夫理化学研究所, ナノ電子材料研究チーム, フロンティア研究員 (60260212)
キーワード	ナノ微結晶Si / Er / 発光デバイス / レーザー / 光メモリー
研究概要	半導体に添加されたErは1.54μmで発光し、光ファイバー通信への応用が大きく期待される。一方、ナノ微結晶Si(nc-Si)は、量子サイズ効果により室温で強い青色発光を示す。この青色発光の寿命が数百ピコ秒と非常に速いため、超高速な励起が可能である。一方のErは発光寿命が1ミリ秒と長いため、Er準位を光のメモリーとして用いることは十分可能である。本研究では、ポーラスSiやnc-SiへErを添加し、Er添加したnc-Si-発光素子、光メモリー素子を試作することを目的とし、以下の成果を得た。 (1)nc-Si:Er、ポーラスSi:Erの発光特性本研究では、nc-SiとポーラスSiにErを添加し、室温においてポーラスSiによる可視発光とErからの1.54μm発光を同一試料で実現した。Er発光中心の励起は、母体のnc-Siの量子準位に励起された電子からのエネルギー伝達によって起こり、またその逆の過程も存在すると考えられる。本研究では、この相互作用を評価し、Erの再励起が可能であることを明らかにしし、Er添加ナノ微結晶Si材料を光の記録媒体としての可能性を評価した。また、本研究では励起されたEr中心にパルス電界を印加し、Er中心に記録された情報を消去できることを示した。 (2)Si自己形成ドットと細線の作製と再配列本研究では、Erを結晶の核に用いることによりSi基板上にSiの自己形成ドットや細線を作製し、原子力顕微鏡を用いて、それらを再移動することに成功した。作製したSiドットのサイズは、直径10から50ナノメートル、高さは1から10ナノメートルであった。Si細線の直径は20から50ナノメートル、長さは0.2から1μmであった。 (3)発光素子の試作本研究では、nc-Si材料の光学特性と電気的特性を評価したとともに、nc-Si:Erを用いた光導波路をSiの基板上に作製し、それをヘキ解してストライプ型のレーザーを作製し、光励起により世界ではじめて室温までの1.54μmのレーザー発振を実現した。また、ダイオードを製作し、1.54μm近辺に電流注入による発光が観測された。

研究成果
(6件)

すべてその他

すべて文献書誌 (6件)

[文献書誌] X.Zhao.et al: "Photoluminesecence and Probe effect of Er-doped nanometer-sized Si materials" Applied Surface Science. Vol113/114. 121-125 (1997)
[文献書誌] X.Zhao.et al: "Size control of Si nanocrystallites formed in amorphous Si matrix by Er doping" Material Science & Engineering B. (in press). (1998)
[文献書誌] S.Nomura,et al: "Landan level formation in semicouductor quantumdots in a high magnetic field" Applied physics Letters. Vol.71. 2316-2318 (1997)
[文献書誌] Toshiaki Iitaka,et al: "Calculating the linear response functions of non interacting electrous with a time-depenatent Schroduger equation" physical Review E. Vol.56. 1222-1229 (1997)
[文献書誌] S.Nomura,et al: "Linear Scaling calculation for optical spectra of Lange hydrogeusted Si nanocry stallites" physical Review B. Vol.56. 4348-4350 (1997)
[文献書誌] X.Zhao: "Rositren/positronium annihilation in nanocrystaleine Si" RIKEN Accelerate progress Report. Vol.30(in press). (1997)

1997 年度 実績報告書

希土類元素添加Siナノ構造を用いた光メモリーに関する研究

研究代表者

趙 新為 理化学研究所, ナノ電子材料研究チーム, フロンティア研究員 (50260211)

研究成果

[文献書誌] X.Zhao.et al: "Photoluminesecence and Probe effect of Er-doped nanometer-sized Si materials" Applied Surface Science. Vol113/114. 121-125 (1997)

[文献書誌] X.Zhao.et al: "Size control of Si nanocrystallites formed in amorphous Si matrix by Er doping" Material Science & Engineering B. (in press). (1998)

[文献書誌] S.Nomura,et al: "Landan level formation in semicouductor quantumdots in a high magnetic field" Applied physics Letters. Vol.71. 2316-2318 (1997)

[文献書誌] Toshiaki Iitaka,et al: "Calculating the linear response functions of non interacting electrous with a time-depenatent Schroduger equation" physical Review E. Vol.56. 1222-1229 (1997)

[文献書誌] S.Nomura,et al: "Linear Scaling calculation for optical spectra of Lange hydrogeusted Si nanocry stallites" physical Review B. Vol.56. 4348-4350 (1997)

[文献書誌] X.Zhao: "Rositren/positronium annihilation in nanocrystaleine Si" RIKEN Accelerate progress Report. Vol.30(in press). (1997)

1997 年度実績報告書

趙新為理化学研究所, ナノ電子材料研究チーム, フロンティア研究員 (50260211)