半導体鉄シリサイドを用いた光配線用赤外発光ダイオードの研究開発

使用半导体硅化铁的光配线用红外发光二极管的研发

基本信息

批准号：
13750298
负责人：
末益崇
金额：
$ 1.34万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、Si基板上にエピタキシャル成長可能な半導体鉄シリサイド(β-FeSi_2)を用いて、室温で動作する赤外領域の発光ダイオードを実現することを目的に実験を行った。実際に、室温のダイオードを作製できたが、本年度はとりわけ以下の点を明らかにした。(1)Si中に鉄シリサイドを埋込んだSi/β-FeSi_2粒/Si構造を形成する際、鉄シリサイド粒のサイズを0.1μmとしてきた。X線回折測定から、Si(001)基板に対して鉄シリサイドのα軸が垂直である[100]配向の鉄シリサイドが成長できていることは分かっていたが、Si(001)面上の鉄シリサイドの回転については全く分かっていなかった。そこで、透過型電子顕微鏡(TEM)により、平面TEM観察を行ったところ、鉄シリサイド粒はそれぞれが単結晶になっていること、Si(001)面上に理論的に予想されるβ-FeSi_2[010]叉は[001]//Si<110>の2通りの等価な成長様式を持っていること、さらに、モアレ縞から鉄シリサイドは歪んでいることが明らかとなった。また、鉄シリサイド粒の間隔が広く空いており、キャリア注入の向上には面内密度をもっと上げる必要がある。(2)n-Si基板を用いて発光ダイオードを作製する際、Si/β-FeSi_2粒/n-Si構造を作製し、最後に正孔注入のためボロンをドーピングしてp-Si層を成長するが、このp-Si層の成長温度により発光ダイオードの発光強度が大きく影響することが明らかとなった。具体的には、650度以下では多数の欠陥のため発光せず、また、750度以上ではp-Si表面が荒れるため、700度付近が最適である。

在这项研究中，我们进行了实验，目的是使用可以在硅衬底上外延生长的半导体硅化铁（β-FeSi_2）来实现在室温下工作的红外发光二极管。事实上，我们已经能够制造出室温二极管，但今年我们特别澄清了以下几点。 (1)当形成硅化铁嵌入Si中的Si/β-FeSi_2晶粒/Si结构时，硅化铁晶粒的尺寸设定为0.1μm。从X射线衍射测量得知，生长了[100]取向的硅化物，其中硅化物的α轴垂直于Si(001)衬底，我不知道硅化物的旋转；。因此，当我们使用透射电子显微镜（TEM）进行平面TEM观察时，我们发现每个硅化铁晶粒都是单晶，揭示了硅化铁具有两种等效的生长模式，010]和[001]//。 Si<110>，并且硅化铁因莫尔条纹而扭曲。此外，由于硅化铁颗粒间距较宽，因此需要进一步增加面内密度以改善载流子注入。 (2)当使用n-Si衬底制造发光二极管时，制造Si/β-FeSi_2晶粒/n-Si结构，最后通过掺杂硼来生长p-Si层以进行空穴注入。已经清楚的是，该p-Si层的生长温度对发光二极管的发光强度有很大影响。具体来说，低于650度时，由于缺陷较多而无法发光，而高于750度时，p-Si表面变得粗糙，因此700度左右是最佳的。