IV族半導体ナノ構造のバンドギャップエンジニアリングと高効率発光素子の開発

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P、Bを同時ドープしたSiナノ結晶からの発光Siナノ結晶の発光特性は不純物の種類、ドープ量によって大きく変化します。不純物制御は、半導体の物性を決定する最も重要な要素であり、現在のデバイスのほとんどはその物性を不純物ドーピングによって制御しています。そのため、Siナノ結晶を発光素子や集積回路として実用化するためには、さらなる不純物効果の知識が必要となります。本研究では、PとBを同時ドープしたSiナノ結晶を作製しました。BPSG (borophosphosilicate glass)中にSiナノ結晶を作製し、様々なP濃度において、発光特性、吸収特性を調べました。P濃度の増加に伴って、発光ピークは低エネルギー側にシフトし、バルクSi結晶のバンドギャップエネルギー以下でD-Aペア発光が観測されました。D-Aペア発光は、室温においても観測され、発光強度は低温時(5K)の約2分の1程度でした。また、同時ドープSiナノ結晶の発光寿命は、ピュアSiナノ結晶に比べて1桁程度短いことが分かりました。なお、Siナノ結晶からの室温D-Aペア発光に関する報告は、本研究が初めてとなります。光吸収測定の結果から、ナノメートルサイズのSi結晶において、自由キャリア同士のcompensationが可能であることが分かりました。