シリコン中のエルビウム元素による発光過程に関する基礎的研究

1.Er発光強度増加への検討・(1)照射レ-ザエネルギ-密度依存性:Er発光の面内分布を測定するため、フォトルミネセンス(PL)励起レ-ザの照射面積を0.1mm(直径)とした測定を試みたが、発光強度不足のため現時点では成功していない。そこで色素レ-ザのエネルギ密度を0〜2.1J/cm^2の領域で変化させ最適照射エネルギを検討した。(色素レ-ザ波長:584nm、パルス幅:0.5μs)Er発光強度は照射エネルギに対して3つの領域に区分できることが判明した。0〜0.9J/cm^2:表面に残存するEr_2O_3が主な発光源となる。(Erはド-プされていない)0.9〜1.6J/cm^2:試料表面にはEr_2O_3は残存せず、Er原子は試料内部へド-プされる。1.6J/cm^2でEr発光は最大強度になった。1.6J/cm^2〜:照射レ-ザによるEr原子のスパッタとド-ピングが競合し、照射エネルギを増加してもEr発光は減少する。(1J/cm^2照射でErの侵入深さは約60nmであった。)(2)励起機構:試料厚さ0.6mmの表面にErド-プした試料を裏面よりPL励起し、Er発光を観測した。Er原子を直接励起することなく発光が観測されることから、PL励起により形成された励起子の再結合発光により間接励起されていると推論した。(3)試料のエッチング液の検討:HNO_3ーHF系のエッチングでは表面荒れ、または酸化膜の形成によりErド-プ効率が減少し、Er発光強度が小さい。RCA洗浄では平坦な清浄面が得られ、Er発光強度がHF系エッチに比べ1桁以上増加した。2.照射レ-ザ波長のErド-ピングへの影響:KrF(248nm,0.2J/cm^2)エキシマ・レ-ザ、YAG(1.06μm、1.4J/cm^2)パルス・レ-ザの照射効果を検討した。エキシマ・レ-ザ照射で可視光より効率的なErド-プが確認されたが、同時に形成された転移による発光が現われる。次年度以降でエネルギ密度を変化させ実験を続行する予定である。YAGレ-ザ照射では、レ-ザエネルギの制約から照射面積を限定する必要があり、現時点でEr発光を確認していない。

1.Er発光強度増加への検討・(1)照射レ-ザエネルギ-密度依存性:Er発光の面内分布を測定するため、フォトルミネセンス(PL)励起レ-ザの照射面積を0.1mm(直径)とした測定を試みたが、発光強度不足のため現時点では成功していない。そこで色素レ-ザのエネルギ密度を0〜2.1J/cm^2の領域で変化させ最適照射エネルギを検討した。(色素レ-ザ波長:584nm、パルス幅:0.5μs)Er発光強度は照射エネルギに対して3つの領域に区分できることが判明した。0〜0.9J/cm^2:表面に残存するEr_2O_3が主な発光源となる。(Erはド-プされていない)0.9〜1.6J/cm^2:試料表面にはEr_2O_3は残存せず、Er原子は試料内部へド-プされる。1.6J/cm^2でEr発光は最大強度になった。1.6J/cm^2〜:照射レ-ザによるEr原子のスパッタとド-ピングが競合し、照射エネルギを増加してもEr発光は減少する。(1J/cm^2照射でErの侵入深さは約60nmであった。)(2)励起機構:試料厚さ0.6mmの表面にErド-プした試料を裏面よりPL励起し、Er発光を観測した。Er原子を直接励起することなく発光が観測されることから、PL励起により形成された励起子の再結合発光により間接励起されていると推論した。(3)試料のエッチング液の検討:HNO_3ーHF系のエッチングでは表面荒れ、または酸化膜の形成によりErド-プ効率が減少し、Er発光強度が小さい。RCA洗浄では平坦な清浄面が得られ、Er発光強度がHF系エッチに比べ1桁以上増加した。2.照射レ-ザ波長のErド-ピングへの影響:KrF(248nm,0.2J/cm^2)エキシマ・レ-ザ、YAG(1.06μm、1.4J/cm^2)パルス・レ-ザの照射効果を検討した。エキシマ・レ-ザ照射で可視光より効率的なErド-プが確認されたが、同時に形成された転移による発光が現われる。次年度以降でエネルギ密度を変化させ実験を続行する予定である。YAGレ-ザ照射では、レ-ザエネルギの制約から照射面積を限定する必要があり、現時点でEr発光を確認していない。