多孔質シリコンの発光機構に関する研究

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フッ酸(HF)溶液中で光照射をすると,多孔質シリコンの発光効率が高まり,発光波長が短波長側にシフト(ブルーシフト)することはよく知られている.これは,多孔質シリコンを構成するシリコン微結晶が光化学反応により微細化し,電子・正孔の量子閉じ込め効果が増大したことによるものと解釈できる.この仮説をより確かなものにするため,本研究では,この光照射を色ガラスフィルター(短波長遮断フィルター)を通して行うことを試みた.おもな成果は以下の2点にまとめることができる.1.発光波長制御の実証いろいろな遮断波長をもつフィルターで実験を行ったところ,試料の発光波長は光照射時間の経過とともに連続的にブルーシフトし,使用したフィルターの遮断波長付近で発光波長のシフトが飽和するという結果が得られた.これは上記の仮説を支持する結果であり,多孔質シリコンの可視発光がシリコン微結晶における量子サイズ効果によるものであることを示す一つの証拠となるものである.同時に,試料の発光波長を制御する技術を開発したという点も重要である.2.発光スペクトルの広がりの由来本研究で用いた光照射法は,試料の均一性を高める効果ももっている.一般に多孔質シリコンの発光スペクトルは半値全幅が0.3〜0.4eVと広く,これは不均一性によるものと考えられてきた。そこで,この光照射法を利用して均一化を図った試料の発光スペクトル(半値全幅)がどのように変化するかを調べてみた.しかし,結果として得られたスペクトル形状は一般の試料と同様であった.この事実は多孔質シリコンの発光スペクトルの広がりが不均一性によるものではなく,電子-格子相互作用などの不均一性以外の原因によるものであることを示しており,発光機構解明に重要な鍵となる。