シリコン中の希土類元素による発光過程に関する基礎的研究

1.パルス色素レ-ザ照射による不純物ド-プの検討:シリコン基板上にEr薄膜(約100nm)を真空蒸着し、これをクライオスタットに固定したのちEr膜上からパルス色素レ-ザを1発照射した。(照射条件:パルス幅0.5μs、エネルギ-密度1.8〜1.9J/cm^2、波長584nm、圧力6x10^<-4>P、室温照射)用いたレ-ザ・エネルギ-の範囲では基板シリコンは溶融しないことを確認している。上記試料を大気中で照射したとき、Erと共に0がほとんど同じ領域に導入され、照射直後、および1000℃迄のアニ-ル後でもErによる発光は認められなかった。Erの酸化物が形成されたためと考えられる。真空中で照射した試料ではAESによるErの検出限界以下であった。SIMS分析の結果、基板表面でSi原子数の約10^<-4>、指数関数様の濃度分布をしていることが判明した。2.不純物中心の電気的諸物性の測定:備品として購入したダブル・パルス発生器を用いてDLTS測定を行なった。P基板には不純物によるもの以外にErによるエネルギ-準位は見出だせなかった。N形基板の場合、Er中の不純物(Feなど)による準位の他にErをド-プした試料のみにEcー0.24eV(σ_n=1x10^<-16>cm^2)に準位が形成されるが、さらに検討を要する。3.不純物中心からの発光特性の測定:上記の条件でN基板にErを真空中(6x10^<-4>p)でド-プした試料にはドナ-の束縛励起子によるフォノン・サイドバンド(1.092、1.149eV)以外発光は認められない。窒素雰囲気中で赤外ランプアニ-ル(700〜900℃)した試料において、液体He温度でErの4f電子の遷移による発光(1.58μm)を観測することに成功した。レ-ザ照射によるErド-プしたSiから発光が観測されたのは本実験が世界で最初のものである。800℃のアニ-ル後束縛励起子の強度と同程度の発光が認められるが、レ-ザ照射エネルギ-、パルス数、アニ-ル・パタ-ンなどド-プ法の最適化に向けた実験が必要である。

1.パルス色素レ-ザ照射による不純物ド-プの検討:シリコン基板上にEr薄膜(約100nm)を真空蒸着し、これをクライオスタットに固定したのちEr膜上からパルス色素レ-ザを1発照射した。(照射条件:パルス幅0.5μs、エネルギ-密度1.8〜1.9J/cm^2、波長584nm、圧力6x10^<-4>P、室温照射)用いたレ-ザ・エネルギ-の範囲では基板シリコンは溶融しないことを確認している。上記試料を大気中で照射したとき、Erと共に0がほとんど同じ領域に導入され、照射直後、および1000℃迄のアニ-ル後でもErによる発光は認められなかった。Erの酸化物が形成されたためと考えられる。真空中で照射した試料ではAESによるErの検出限界以下であった。SIMS分析の結果、基板表面でSi原子数の約10^<-4>、指数関数様の濃度分布をしていることが判明した。2.不純物中心の電気的諸物性の測定:備品として購入したダブル・パルス発生器を用いてDLTS測定を行なった。P基板には不純物によるもの以外にErによるエネルギ-準位は見出だせなかった。N形基板の場合、Er中の不純物(Feなど)による準位の他にErをド-プした試料のみにEcー0.24eV(σ_n=1x10^<-16>cm^2)に準位が形成されるが、さらに検討を要する。3.不純物中心からの発光特性の測定:上記の条件でN基板にErを真空中(6x10^<-4>p)でド-プした試料にはドナ-の束縛励起子によるフォノン・サイドバンド(1.092、1.149eV)以外発光は認められない。窒素雰囲気中で赤外ランプアニ-ル(700〜900℃)した試料において、液体He温度でErの4f電子の遷移による発光(1.58μm)を観測することに成功した。レ-ザ照射によるErド-プしたSiから発光が観測されたのは本実験が世界で最初のものである。800℃のアニ-ル後束縛励起子の強度と同程度の発光が認められるが、レ-ザ照射エネルギ-、パルス数、アニ-ル・パタ-ンなどド-プ法の最適化に向けた実験が必要である。