蛍光EXAFS法による半導体中の極希薄原子周辺局所構造と半導体物性の解析

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本研究では、希土類Tbイオンを添加したSiO_2中に対し放射光励起時に観測される可視光発光を検出することにより、発光に関与するTbイオン周辺の局所構造をサイト選択的に評価した。試料は、熱酸化処理を施したp型Si(100)基板に対してTbイオンを注入した後、Ar雰囲気下で950℃で30minアニール処理を行うことにより作製した。XAFS測定は、高エネルギー加速器研究機構放射光研究施設BL9Aにおいて行った。放射光照射時に観測される試料からの可視発光(λ=540,435nm)を集光し干渉フィルターで分光した後、フォトマルを用いて検出した。測定はすべて室温にて行った。放射光を試料に照射した場合、Ar^+レーザにより励起した場合と同様、Tbに起因した発光ピークが観測されることが分かった。また、可視発光によるXAFS測定においても、蛍光XAFS測定と同様にTbL_III吸収端にてXAFSスペクトルが観測されることが分かった。蛍光を検出した場合と波長540nmの可視発光を検出した場合とでは、規格化EXAFSの振幅の減衰やwhite lineの強度に若干の違いが見られるものの、構造パラメータに顕著な違いは見られなかった。このことから、波長540nmの発光に寄与するTb発光中心は、蛍光法により観測されるTb局所構造に似た構造を形成していると思われる。しかしながら、可視発光を検出した場合、アニール前後でXANESスペクトルの形状に違いが見られた。このため、各波長の発光に関与するTb局所構造に違いが生じている可能性が示唆される。