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

IV族半导体纳米结构的带隙工程及高效发光器件的开发

基本信息

批准号：
00J04990
负责人：
歳清公明
金额：
$ 1.92万
依托单位：
Kobe University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

共掺杂 P 和 B 的 Si 纳米晶体的发光 Si 纳米晶体的发光特性根据杂质类型和掺杂量的不同而有很大差异。杂质控制是决定半导体物理性能的最重要因素，目前大多数器件的物理性能都是通过杂质掺杂来控制的。因此，为了将硅纳米晶体作为发光器件和集成电路实际应用，需要进一步了解杂质效应。在这项研究中，我们制备了共掺杂 P 和 B 的 Si 纳米晶体。我们在 BPSG（硼磷硅酸盐玻璃）中制备了硅纳米晶体，并研究了它们在不同磷浓度下的发射和吸收特性。随着 P 浓度的增加，发射峰向较低能量移动，并且在低于块状硅晶体的带隙能量处观察到 D-A 对发射。即使在室温下也观察到D-A对发射，并且发射强度约为低温(5K)下的一半。我们还发现共掺杂硅纳米晶的发光寿命比纯硅纳米晶短大约一个数量级。这项研究是第一份关于硅纳米晶室温 D-A 对发射的报告。光吸收测量的结果表明，在纳米尺寸的硅晶体中自由载流子的补偿是可能的。