研究課題
イオン注入により構造制御されたナノ構造シリコンに着目し、光電子機能デバイスへの応用を目的とし、発光現象を中心とした光学特性と構造との相関を中心とした基礎研究を行った。本研究の特徴はイオン注入による試料の作製方法と熱処理に急速ランプ加熱を併用することであり、従来の半導体プロセスと整合性を持ち、清浄性、化学的安定性などの点で、近年特に注目されており、高効率・モノリシックナノ量子デバイスへの応用が期待される。今年度は以下の様な有益な結果を得ることができ、さらに、次年度へ向けての準備を完了した。(1)微細構造の均一化、及び熱処理条件による発光の高効率化注入シリコンの分布状態は、注入量、加速エネルギーなどの条件に強く依存する。この研究では、加速エネルギーを段階的に変化させ多重注入することにより、過剰シリコン濃度の均一化をはかった。これまでは注入後、前処理を行わず、電気炉による高温アニールによりシリコンナノクリスタルを形成させていたが、熱処理前にランプアニールプロセスを追加し、相分離・核形成を促進し、クラスター密度を高くすることにより発光強度が数倍高くなることが明らかとなった。(2)ナノ構造シリコン形成の低温化、および発光機構これまでは高温熱処理(1000度以上)後のみにシリコンナノクリスタルが形成されることがわかっていたが、それ以下の温度では生成することができず、デバイス作製上のネックとなっていた。前処理としてランプアニールを行い、その後900度程度で熱処理を行うことでもナノクリスタルが形成され、それに伴い可視領域の発光も観測されることがわかった。この結果と(1)で述べた発光強度の増大は、従来から私たちの提唱している、Cluster-Cluster Interactionモデルによって説明することができ、このモデルが極めて有力であることを実証することができた。
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Vacuum (in press)
