ErドープSiの1.54μm発光メカニズムの解明

背景

光照射などでエルビウム(Er)ドープシリコン(Si)中のSiにエネルギーを与えることにより、Erイオンの波長1.54umの発光が観測されます。これはErの間接励起といって発光デバイスを作るときに非常に重要なエネルギー伝達メカニズムです。つまり実際の発光デバイスでは「PN接合を作ってそこに電気的エネルギーを与えErの発光を得る」という間接励起によるエネルギー伝達が必要であるからです。しかし、ErドープSiは20K程の低温では発光するが、温度が上がるにつれて発光が減少し、室温では観測できない程になってしまいます。室温で発光しなければ実用的ではありません。

これは現在Si中のErのもっとも有力な励起モデルです。Erを添加することによってSiバンド間にできたトラップ準位を介してErにエネルギーを伝達するモデルです。

目的

ErドープSi中のErの発光機構を調べることで温度消光の問題を解決する手がかりをつかもうとしています。

方法

Er の発光を観測するときに、ErドープSiにレーザー照射を行いSi にエネルギーを与えています。この発光方法をPhotoLuminescence法といいます。下の図のように、ErドープSiの基板両面に電極を付け、Erの発光時に電圧を印加することでErの発光強度に変化があらわれます。

この現象を利用して、SiからErへのエネルギー伝達機構を解明しようとしています。