半導体鉄シリサイドを用いた室温動作赤外発光ダイオードの作製

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12555084
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 末益 崇 筑波大学, 物理工学系, 教授 (40282339)
• 研究分担者: 長谷川 文夫 筑波大学, 物理工学系, 教授 (70143170)
• キーワード: 鉄シリサイド / フォトルミネッセンス / エレクトロルミネッセンス / 発光ダイオード

研究概要

本研究では、Si基板上にエピタキシャル成長可能な半導体鉄シリサイド(β-FeSi_2)を用いて、室温で動作する赤外領域の発光ダイオードを実現することを目的に実験を行った。実際に室温発光のダイオードが作製できたが、本年度は特に以下の点が明かとなった
(1).Si中にβ-FeSi_2を埋込んだSi/β-FeSi_2粒/Si構造を形成する際、β-FeSi_2のサイズが150nmまではβ-FeSi_2の体積増大に伴い1.52μm(77K)をピークとする発光強度が増加した。しかし、サィズが200nmを超えると1.2-1.4μm付近にSiの欠陥と思われる発光が観察されるようになった。このため、Si中に埋込むβ-FeSi_2のサイズは、100-150nmが最適である。
(2).p-Si/β-FeSi_2粒/n-Si構造の発光特性は、p-Siのドーピング濃度、成長温度にも非常に敏感であることが分かった。p型のドーパントとしてメタホウ酸(HBO_2)を使っているが、従来知られていた750度という成長温度では、p-Si表面に多数のピットが現れた。また、650度で行うと酸素に起因する欠陥から発光した。以上の結果より、p-Siの成長温度を700度が最適であることが分かった。

研究成果

• [文献書誌] K.Takakura: "Investigation of direct and indirect bandgaps of [100]-oriented nearly strain-free β-FeSi_2 films grown by molecular beam epitaxy"Applied Physics Letters. Vol.80,No.4. 556-558 (2002)
• [文献書誌] 知京豊裕: "Si結晶中に埋込まれたFeSi_2のTEM観察"まてりあ. 40巻・12号. 1013-1013 (2001)
• [文献書誌] N.Hiroi: "Direct Growth of [100]-Oriented β-FeSi_2, Films on Si(001) Substarates by Molecular Beam Epitaxy"Japanese Journal of Applied Physics. Vol.40,No.10 A. L1008-L1011 (2001)
• [文献書誌] T.Suemasu: "Influence of Si growth temperature for embedding β-FeSi_2, and resultant strain in β-FeSi_2 on light emission from p-Si/β-FeSi_2 particles/n-Si light-emitting diodes"Applied Physics Letters. Vol.79,No.12. 1804-1806 (2001)
• [文献書誌] K.Takarabe: "Optical absorption spectra of β-FeSi_2 under pressure"physics status solidi (b). Vol.223. 259-263 (2001)
• [文献書誌] 長谷川文夫: "鉄シリサイドβ-FeSi_2を活性領域とするSi系LEDの室温発光"真空ジャーナル. 75号. 5-9 (2001)
• [文献書誌] K.Takarabe: "Optical porperties of β-FeSi_2 under pressure"Physical Review B. Vol.65. 165125 (2002)
• [文献書誌] L Nakamura: "Investigation of the energy band structure of orthorhombic BaSi_2 by optical and electrical measurements and theoretical calculations"Applied Physics Letters. Vol.81,No.6. 1032-1034 (2002)
• [文献書誌] K.Takakura: "Comparison of donor and acceptor levles in undoped, high quality (β-FeSi_2 films grown by MBE and multi-layer method"International Journal of Modern Physics B. Vol.6,No.28&29. 4314-4317 (2002)