直接遷移型半導体β-FeSi_2を用いたSi上発光ダイオードの研究開発

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本研究では、Si上に直接遷移型半導体鉄シリサイド(β-FeSi_2)を用いて、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い、以下の結果を得た。1.Si中にβ-FeSi_2球を埋込んだSi/β-FeSi_2球/Si埋込み構造を作製したところ、β-FeSi_2球の大きさが約100nmの時に、低温で1.5μmのPL発光を得た。β-FeSi_2球が大きい時には、周囲のSi中に多数の欠陥が導入され、これが非発光再結合中心として働くため、発光が得られなかった、欠陥が導入されたことは、試料の断面TEM観察およびDLTS測定より確認できた。2.上記埋込み構造を、不活性ガス雰囲気中900度で10時間アニールすることで、β-FeSi_2の結晶性が格段に向上し、かつ、β-FeSi_2のPL強度も5倍となり、900度でのアニールが非常に効果的であることが明かとなった。結晶性が向上したことは、X線回折の回折ピーク強度が格段に強くなったことから判断した。3.Si pn接合に、直径約100nmのβ-FeSi_2球を埋込んだ発光ダイオードを作製したところ、10A/cm^2以上の電流注入で、1.6μmの室温発光を世界で初めて実現した。