JPH09295891A - 希土類元素ドープＳｉ材料およびその製造方法 - Google Patents
希土類元素ドープＳｉ材料およびその製造方法Info
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- JPH09295891A JPH09295891A JP13284696A JP13284696A JPH09295891A JP H09295891 A JPH09295891 A JP H09295891A JP 13284696 A JP13284696 A JP 13284696A JP 13284696 A JP13284696 A JP 13284696A JP H09295891 A JPH09295891 A JP H09295891A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】発光効率が高く、光デバイスへの応用が可能な
希土類元素ドープＳｉ材料およびその製造方法を提供す
る。 【解決手段】超微結晶により形成されたＳｉ材料に、希
土類元素をドープし、上記超微結晶により形成されたＳ
ｉ材料の可視発光と上記希土類元素の赤外および可視発
光とを発現できるようにしたものである。高純度のアモ
ルファスＳｉ薄膜の中に希土類元素をイオン注入し、希
土類元素の原子を核にして希土類元素ドープＳｉ材料を
製造したり、レーザー・アブレーションを用いて、希土
類元素添加のＳｉターゲットから直接的に、希土類元素
ドープＳｉ材料を製造したりすることができる。
希土類元素ドープＳｉ材料およびその製造方法を提供す
る。 【解決手段】超微結晶により形成されたＳｉ材料に、希
土類元素をドープし、上記超微結晶により形成されたＳ
ｉ材料の可視発光と上記希土類元素の赤外および可視発
光とを発現できるようにしたものである。高純度のアモ
ルファスＳｉ薄膜の中に希土類元素をイオン注入し、希
土類元素の原子を核にして希土類元素ドープＳｉ材料を
製造したり、レーザー・アブレーションを用いて、希土
類元素添加のＳｉターゲットから直接的に、希土類元素
ドープＳｉ材料を製造したりすることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、希土類元素を添加
（ドープ）したシリコン（Ｓｉ）材料、即ち、希土類元
素ドープＳｉ材料およびその製造方法に関し、さらに詳
細には、光メモリなどの光デバイスの製造を可能にする
希土類元素ドープＳｉ材料およびその製造方法に関す
る。
（ドープ）したシリコン（Ｓｉ）材料、即ち、希土類元
素ドープＳｉ材料およびその製造方法に関し、さらに詳
細には、光メモリなどの光デバイスの製造を可能にする
希土類元素ドープＳｉ材料およびその製造方法に関す
る。
【０００２】
【発明の背景および発明が解決しようとする課題】従来
より、半導体に添加された希土類元素の原子は、４ｆ内
殻遷移による鋭い赤外および可視発光を示すことが知ら
れている。
より、半導体に添加された希土類元素の原子は、４ｆ内
殻遷移による鋭い赤外および可視発光を示すことが知ら
れている。
【０００３】こうした希土類元素の原子の発光の波長位
置や半値全幅は、半導体たる母体材料または温度にほと
んど依存せず、一定の値を示すものである。
置や半値全幅は、半導体たる母体材料または温度にほと
んど依存せず、一定の値を示すものである。
【０００４】特に、希土類元素の中で、例えば、エルビ
ウム（Ｅｒ）は、１．５５μｍの波長で発光するもので
あった。
ウム（Ｅｒ）は、１．５５μｍの波長で発光するもので
あった。
【０００５】ここで、１．５５μｍという波長は、光フ
ァイバーの最小伝達損失波長であるため、エルビウムの
発光の光ファイバー通信への応用が大きく期待されてい
る。即ち、現在においては、こうした希土類元素の光学
特性を利用した光デバイスの開発が切望されている。
ァイバーの最小伝達損失波長であるため、エルビウムの
発光の光ファイバー通信への応用が大きく期待されてい
る。即ち、現在においては、こうした希土類元素の光学
特性を利用した光デバイスの開発が切望されている。
【０００６】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
ものであり、発光効率が高く、光メモリなどの光デバイ
スへの応用が可能な希土類元素ドープＳｉ材料およびそ
の製造方法を提供しようとするものである。
ものであり、発光効率が高く、光メモリなどの光デバイ
スへの応用が可能な希土類元素ドープＳｉ材料およびそ
の製造方法を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明における希土類元素ドープＳｉ材料は、超微
結晶により形成されたＳｉ材料に、希土類元素をドープ
し、上記超微結晶により形成されたＳｉ材料の可視発光
と上記希土類元素の赤外および可視発光とを発現できる
ようにしたものである。
に、本発明における希土類元素ドープＳｉ材料は、超微
結晶により形成されたＳｉ材料に、希土類元素をドープ
し、上記超微結晶により形成されたＳｉ材料の可視発光
と上記希土類元素の赤外および可視発光とを発現できる
ようにしたものである。
【０００８】また、希土類元素としてエルビウムを、超
微結晶により形成されたＳｉ材料にドープするようにし
たものである。
微結晶により形成されたＳｉ材料にドープするようにし
たものである。
【０００９】さらに、本発明による希土類元素ドープＳ
ｉ材料の製造方法は、高純度のアモルファスＳｉ薄膜の
中に希土類元素をイオン注入し、希土類元素の原子を核
にして希土類元素ドープＳｉ材料を製造するものであ
る。
ｉ材料の製造方法は、高純度のアモルファスＳｉ薄膜の
中に希土類元素をイオン注入し、希土類元素の原子を核
にして希土類元素ドープＳｉ材料を製造するものであ
る。
【００１０】さらにまた、本発明による希土類元素ドー
プＳｉ材料の製造方法は、レーザー・アブレーションを
用いて、希土類元素添加のＳｉターゲットから直接的
に、希土類元素ドープＳｉ材料を製造するものである。
プＳｉ材料の製造方法は、レーザー・アブレーションを
用いて、希土類元素添加のＳｉターゲットから直接的
に、希土類元素ドープＳｉ材料を製造するものである。
【００１１】また、上記した本発明による希土類元素ド
ープＳｉ材料の製造方法のそれぞれにおいて、希土類元
素としてエルビウムを用いたものである。
ープＳｉ材料の製造方法のそれぞれにおいて、希土類元
素としてエルビウムを用いたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面に基づいて、本
発明による希土類元素ドープＳｉ材料およびその製造方
法の実施の形態を詳細に説明するものとする。
発明による希土類元素ドープＳｉ材料およびその製造方
法の実施の形態を詳細に説明するものとする。
【００１３】ところで、半導体における希土類元素の原
子の発光メカニズムは、今だ明確には解明されていな
い。このため、エルビウムをＳｉ材料に添加して発光特
性を観測する研究は近年多く報告されているが、上記発
光メカニズムの未解明のために、発光効率が低く、実用
するまでに至っていないという問題点があった。
子の発光メカニズムは、今だ明確には解明されていな
い。このため、エルビウムをＳｉ材料に添加して発光特
性を観測する研究は近年多く報告されているが、上記発
光メカニズムの未解明のために、発光効率が低く、実用
するまでに至っていないという問題点があった。
【００１４】しかしながら、出願人は、約１０年前から
希土類元素としてエルビウムをドープした半導体の光学
特性の研究に取り組み、エルビウムが母体材料に占める
位置やエネルギー伝達過程などを明らかにし、この系の
試料作製と評価手段を熟知しており、発光効率の高い希
土類ドープＳｉ材料を得ることができた。
希土類元素としてエルビウムをドープした半導体の光学
特性の研究に取り組み、エルビウムが母体材料に占める
位置やエネルギー伝達過程などを明らかにし、この系の
試料作製と評価手段を熟知しており、発光効率の高い希
土類ドープＳｉ材料を得ることができた。
【００１５】即ち、結晶の寸法が３〜５ｎｍの大きさの
微結晶により構成されるＳｉ（以下、「ナノ微結晶Ｓ
ｉ」と称す。）では、量子サイズ効果が現れることにな
り、電子の波としての性質が顕著に現れて、バルク状の
Ｓｉ材料とは異なる光学的、電気的特性を示すことにな
るものであり、出願人は、平均粒径３ｎｍのナノ微結晶
Ｓｉ薄膜を製作し、世界ではじめてＳｉ材料の青色の強
い発光を室温で実現した（特開平７−２３７９９５号公
報参照）。この発光は、室温でも極低温でも発光効率が
極めて高く劣化しないが、この優れた光学特性は、量子
準位間の直接遷移に基づくものである。
微結晶により構成されるＳｉ（以下、「ナノ微結晶Ｓ
ｉ」と称す。）では、量子サイズ効果が現れることにな
り、電子の波としての性質が顕著に現れて、バルク状の
Ｓｉ材料とは異なる光学的、電気的特性を示すことにな
るものであり、出願人は、平均粒径３ｎｍのナノ微結晶
Ｓｉ薄膜を製作し、世界ではじめてＳｉ材料の青色の強
い発光を室温で実現した（特開平７−２３７９９５号公
報参照）。この発光は、室温でも極低温でも発光効率が
極めて高く劣化しないが、この優れた光学特性は、量子
準位間の直接遷移に基づくものである。
【００１６】ここで、Ｓｉ材料にドープされた希土類元
素の発光効率を高めるためには、母体結晶たるＳｉ結晶
にドープされる希土類元素と母体結晶との相互作用を如
何に強くすることができるかが重要である。
素の発光効率を高めるためには、母体結晶たるＳｉ結晶
にドープされる希土類元素と母体結晶との相互作用を如
何に強くすることができるかが重要である。
【００１７】つまり、希土類元素としてエルビウムを選
択した場合に、Ｓｉ材料にドープされたエルビウムの発
光効率を高めるためには、母体結晶たるＳｉ結晶にドー
プされるエルビウムと母体結晶との相互作用を如何に強
くすることができるかが重要である。
択した場合に、Ｓｉ材料にドープされたエルビウムの発
光効率を高めるためには、母体結晶たるＳｉ結晶にドー
プされるエルビウムと母体結晶との相互作用を如何に強
くすることができるかが重要である。
【００１８】エルビウム・イオンからの発光は、エルビ
ウム原子の内殻にある４ｆ軌道の電子の結晶場分裂準位
間の遷移によって起こる。基本的には、結晶場によっ
て、エルビウム原子の対称性が減り、遷移確率が上が
る。また、遷移確率は、遷移する準位の状態密度に比例
する。そこで、出願人は、一個のナノ微結晶に一個のエ
ルビウムをドープし、超微細構造による結晶場対称性の
低下をはかり、また、量子サイズ効果により、母体ナノ
微結晶の量子準位の状態密度を格段に上げることに着目
し、エルビウムのエネルギー伝達効率を高め、発光効率
のよい材料作製に成功した。
ウム原子の内殻にある４ｆ軌道の電子の結晶場分裂準位
間の遷移によって起こる。基本的には、結晶場によっ
て、エルビウム原子の対称性が減り、遷移確率が上が
る。また、遷移確率は、遷移する準位の状態密度に比例
する。そこで、出願人は、一個のナノ微結晶に一個のエ
ルビウムをドープし、超微細構造による結晶場対称性の
低下をはかり、また、量子サイズ効果により、母体ナノ
微結晶の量子準位の状態密度を格段に上げることに着目
し、エルビウムのエネルギー伝達効率を高め、発光効率
のよい材料作製に成功した。
【００１９】出願人の実験によれば、母体材料のＳｉを
ｎｍオーダーの超微結晶により形成したナノ微結晶Ｓｉ
として形成し、４ｆ電子とＳｉ量子ドットに閉じこめら
れた電子との相互作用によって、エルビウム発光中心へ
のエネルギー伝達が効率よく行われ、発光の高効率化が
可能となった。
ｎｍオーダーの超微結晶により形成したナノ微結晶Ｓｉ
として形成し、４ｆ電子とＳｉ量子ドットに閉じこめら
れた電子との相互作用によって、エルビウム発光中心へ
のエネルギー伝達が効率よく行われ、発光の高効率化が
可能となった。
【００２０】図１には、エルビウムをドープしたナノ微
結晶Ｓｉの１．５５μｍ発光スペクトルが示されてい
る。本実験により、エルビウムの中心発光効率が高めら
れ、図１に示すような鋭い発光は、室温まで観測でき
た。このエルビウム添加ナノ微結晶Ｓｉ材料を用いれ
ば、室温で動作する、Ｓｉ発光素子をはじめて製作でき
る。こうしたエルビウムをドープしたナノ微結晶Ｓｉに
おいては、ナノ微結晶Ｓｉによる青色発光とエルビウム
による１．５５μｍの波長の発光との双方を発現するこ
とができたものであり、エルビウムをドープしたナノ微
結晶Ｓｉにおける発光メカニズムは、エルビウムの内殻
準位と量子準位の相互作用によるものである。
結晶Ｓｉの１．５５μｍ発光スペクトルが示されてい
る。本実験により、エルビウムの中心発光効率が高めら
れ、図１に示すような鋭い発光は、室温まで観測でき
た。このエルビウム添加ナノ微結晶Ｓｉ材料を用いれ
ば、室温で動作する、Ｓｉ発光素子をはじめて製作でき
る。こうしたエルビウムをドープしたナノ微結晶Ｓｉに
おいては、ナノ微結晶Ｓｉによる青色発光とエルビウム
による１．５５μｍの波長の発光との双方を発現するこ
とができたものであり、エルビウムをドープしたナノ微
結晶Ｓｉにおける発光メカニズムは、エルビウムの内殻
準位と量子準位の相互作用によるものである。
【００２１】即ち、エルビウム発光中心の励起は、母体
材料となるナノ微結晶Ｓｉの量子準位に励起された電子
からのエネルギー伝達によって起こり、またその逆の過
程も存在する。ナノ微結晶Ｓｉでは、量子サイズ効果に
より直接遷移が著しく増幅され、室温での可視青色発光
が強く観測されている（特開平７−２３７９９５号公報
参照）。
材料となるナノ微結晶Ｓｉの量子準位に励起された電子
からのエネルギー伝達によって起こり、またその逆の過
程も存在する。ナノ微結晶Ｓｉでは、量子サイズ効果に
より直接遷移が著しく増幅され、室温での可視青色発光
が強く観測されている（特開平７−２３７９９５号公報
参照）。
【００２２】こうしたエルビウムをドープしたナノ微結
晶Ｓｉにおいて、ナノ微結晶Ｓｉからの青色発光は発光
寿命が数百ピコ秒と非常に速いため、超高速な励起が可
能である。一方、エルビウムによる１．５５μｍの波長
の発光の発光寿命は１ミリ秒以上であり、ナノ微結晶Ｓ
ｉからの青色発光より６桁も長い（図２参照）。つま
り、可視青色発光準位への励起を用いて、エルビウム準
位に書かれた情報は、１ミリ秒まで保持できる。つま
り、エルビウムの発光寿命としての１ミリ秒は、コンピ
ュータのＤＲＡＭのメモリー時間としては十分な長さで
あるので、エルビウム準位を光のメモリーとして用いる
ことが十分可能である（図３（ａ）参照）。また、エル
ビウム準位に記録されたデータの読み出しはエルビウム
を再励起し、母体材料の発光として取り出すことになる
（図３（ｂ））。エルビウム原子が励起準位にいる時間
が１ミリ秒以上あるため、光データを記録する格好の媒
体となりうる。
晶Ｓｉにおいて、ナノ微結晶Ｓｉからの青色発光は発光
寿命が数百ピコ秒と非常に速いため、超高速な励起が可
能である。一方、エルビウムによる１．５５μｍの波長
の発光の発光寿命は１ミリ秒以上であり、ナノ微結晶Ｓ
ｉからの青色発光より６桁も長い（図２参照）。つま
り、可視青色発光準位への励起を用いて、エルビウム準
位に書かれた情報は、１ミリ秒まで保持できる。つま
り、エルビウムの発光寿命としての１ミリ秒は、コンピ
ュータのＤＲＡＭのメモリー時間としては十分な長さで
あるので、エルビウム準位を光のメモリーとして用いる
ことが十分可能である（図３（ａ）参照）。また、エル
ビウム準位に記録されたデータの読み出しはエルビウム
を再励起し、母体材料の発光として取り出すことになる
（図３（ｂ））。エルビウム原子が励起準位にいる時間
が１ミリ秒以上あるため、光データを記録する格好の媒
体となりうる。
【００２３】即ち、エルビウムをナノ微結晶Ｓｉにドー
プすることにより、青色発光および１．５５μｍの波長
で発光する光デバイスが作成可能であり、従って、エル
ビウムをドープしたナノ微結晶Ｓｉにより、Ｓｉ基板に
電子回路と光回路とを集積することが可能になる。
プすることにより、青色発光および１．５５μｍの波長
で発光する光デバイスが作成可能であり、従って、エル
ビウムをドープしたナノ微結晶Ｓｉにより、Ｓｉ基板に
電子回路と光回路とを集積することが可能になる。
【００２４】つまり、エルビウムをドープしたナノ微結
晶Ｓｉ（ナノ微結晶Ｓｉ：Ｅｒ）は、Ｓｉ基板上で構成
することが可能であり、ナノ微結晶Ｓｉ：Ｅｒにより構
成した光メモリーでは、書き換えや読み出しの光を可視
光とし、情報の出力は光ファイバーの最小伝達損失波長
の１．５５μｍで行うことができる。即ち、単結晶のＳ
ｉでは、発光的遷移の確率が極めて低く、エルビウム準
位へのエネルギーの伝達も効率が低いため、エルビウム
からの強い発光が期待できず、情報の読み書きもほぼ不
可能である。しかしながら、ナノ微結晶Ｓｉ：Ｅｒで
は、量子準位とエルビウム内殻電子との相互作用によ
り、エルビウム準位を高速に励起または再励起すること
ができ、その情報を可視光の青色光で書いたり、読んだ
りすることができる。
晶Ｓｉ（ナノ微結晶Ｓｉ：Ｅｒ）は、Ｓｉ基板上で構成
することが可能であり、ナノ微結晶Ｓｉ：Ｅｒにより構
成した光メモリーでは、書き換えや読み出しの光を可視
光とし、情報の出力は光ファイバーの最小伝達損失波長
の１．５５μｍで行うことができる。即ち、単結晶のＳ
ｉでは、発光的遷移の確率が極めて低く、エルビウム準
位へのエネルギーの伝達も効率が低いため、エルビウム
からの強い発光が期待できず、情報の読み書きもほぼ不
可能である。しかしながら、ナノ微結晶Ｓｉ：Ｅｒで
は、量子準位とエルビウム内殻電子との相互作用によ
り、エルビウム準位を高速に励起または再励起すること
ができ、その情報を可視光の青色光で書いたり、読んだ
りすることができる。
【００２５】なお、ナノ微結晶Ｓｉ：Ｅｒを用いて光デ
バイスとして光メモリを構成するには、例えば、図４
（ａ）（ｂ）に示すように、Ｓｉ基板１０上にナノ微結
晶Ｓｉ：Ｅｒ（ｎｃ−Ｓｉ：Ｅｒ）のセル１２のアレイ
１４を形成し（図４（ａ））、レーザー１６を照射して
ナノ微結晶Ｓｉ：Ｅｒの各セル１２に情報を書き込むと
ともに、検出器１８によりセル１０からの発光を検出し
て情報を読み取るようにすればよい（図４（ｂ））。
バイスとして光メモリを構成するには、例えば、図４
（ａ）（ｂ）に示すように、Ｓｉ基板１０上にナノ微結
晶Ｓｉ：Ｅｒ（ｎｃ−Ｓｉ：Ｅｒ）のセル１２のアレイ
１４を形成し（図４（ａ））、レーザー１６を照射して
ナノ微結晶Ｓｉ：Ｅｒの各セル１２に情報を書き込むと
ともに、検出器１８によりセル１０からの発光を検出し
て情報を読み取るようにすればよい（図４（ｂ））。
【００２６】また、図５に示すように、図４の場合と同
様にＳｉ基板１０上にナノ微結晶Ｓｉ：Ｅｒ（ｎｃ−Ｓ
ｉ：Ｅｒ）のセル１２のアレイ１４を形成し、電流によ
りセル１０への情報の書き込みを行い、検出器１８によ
りセル１０からの発光を検出して情報を読み取るように
構成してもよい。
様にＳｉ基板１０上にナノ微結晶Ｓｉ：Ｅｒ（ｎｃ−Ｓ
ｉ：Ｅｒ）のセル１２のアレイ１４を形成し、電流によ
りセル１０への情報の書き込みを行い、検出器１８によ
りセル１０からの発光を検出して情報を読み取るように
構成してもよい。
【００２７】上記したように、ナノ微結晶Ｓｉ：Ｅｒを
用いて光デバイスとして光メモリを構成することができ
るが、光メモリ以外の光デバイスとしては、例えば、図
６に示す波長変換器を構成することができる。
用いて光デバイスとして光メモリを構成することができ
るが、光メモリ以外の光デバイスとしては、例えば、図
６に示す波長変換器を構成することができる。
【００２８】即ち、図６に示す波長変換器においては、
レーザーやＬＥＤから出射される可視光情報をナノ微結
晶Ｓｉ：Ｅｒ（ｎｃ−Ｓｉ：Ｅｒ）に入射することによ
り、可視光情報を１．５５μｍ波長（光ファイバーの最
小伝達損失波長）の光情報に変換して、光ファイバー・
システムに入力することができる。
レーザーやＬＥＤから出射される可視光情報をナノ微結
晶Ｓｉ：Ｅｒ（ｎｃ−Ｓｉ：Ｅｒ）に入射することによ
り、可視光情報を１．５５μｍ波長（光ファイバーの最
小伝達損失波長）の光情報に変換して、光ファイバー・
システムに入力することができる。
【００２９】上記したナノ微結晶Ｓｉ：Ｅｒの薄膜を製
造するには、以下の２種類の方法を用いることができ
る。
造するには、以下の２種類の方法を用いることができ
る。
【００３０】即ち、第１の方法は、高純度のアモルファ
スＳｉ薄膜の中にエルビウムをイオン注入し、エルビウ
ム原子を核にするナノ微結晶Ｓｉを製作する方法であ
る。この方法では、一個のＳｉドットに一個のエルビウ
ム原子をドープすることができ、母体のナノ微結晶から
のエネルギー伝達を良くする。
スＳｉ薄膜の中にエルビウムをイオン注入し、エルビウ
ム原子を核にするナノ微結晶Ｓｉを製作する方法であ
る。この方法では、一個のＳｉドットに一個のエルビウ
ム原子をドープすることができ、母体のナノ微結晶から
のエネルギー伝達を良くする。
【００３１】第２の方法は、レーザー・アブレーション
を用いて直接エルビウム添加のＳｉターゲットからＳｉ
の微結晶を作製する。この方法では、ナノ微結晶Ｓｉ：
Ｅｒを大面積かつ厚く製作することができる。
を用いて直接エルビウム添加のＳｉターゲットからＳｉ
の微結晶を作製する。この方法では、ナノ微結晶Ｓｉ：
Ｅｒを大面積かつ厚く製作することができる。
【００３２】また、エルビウムの発光は、極低温でも室
温でも１．５５μｍで一定の値を示しており、この性質
は、エルビウム発光が母体材料の物性を調べるプローブ
となり得ることを示している。即ち、エルビウムは、母
体からのエネルギー伝達により励起されるので、非発光
な母体材料でも、エルビウムを発光させることができ、
この発光をプローブに使用することができる。
温でも１．５５μｍで一定の値を示しており、この性質
は、エルビウム発光が母体材料の物性を調べるプローブ
となり得ることを示している。即ち、エルビウムは、母
体からのエネルギー伝達により励起されるので、非発光
な母体材料でも、エルビウムを発光させることができ、
この発光をプローブに使用することができる。
【００３３】例えば、ポーラス・シリコンのような発光
エネルギーと吸収端が一致しないような材料や、微結晶
Ｓｉのようなアモルファス領域の存在によって微結晶の
吸収が隠される場合、エルビウムの発光をプローブに、
母体材料の吸収端あるいは禁制帯幅を測定できる。図７
は、エルビウム発光の励起特性から母体ポーラス・シリ
コンの禁制帯幅Ｅｇを測定できることを示したグラフで
あり、図７（ａ）は試料１たるエルビウム（Ｅｒ）を添
加したポーラス・シリコンのエルビウム発光とポーラス
・シリコンの可視発光との励起特性であり、図７（ｂ）
は試料２たるエルビウム（Ｅｒ）を添加したポーラス・
シリコンのエルビウム発光とポーラス・シリコンの可視
発光との励起特性であり、エルビウム発光の励起エネル
ギー依存性と母体ポーラス・シリコンの励起エネルギー
の依存性とが示されている。図７（ａ）（ｂ）に示され
ているように、エルビウムとポーラス・シリコンとは同
じ吸収端を持ち、エルビウム発光の吸収端が母体ポーラ
ス・シリコンの禁制帯幅Ｅｇと一致する。従って、ポー
ラス・シリコンの発光が観測できなくても、この方法で
Ｅｇを同定できる。ポーラス・シリコンに限らず、エル
ビウムのような発光エネルギーが０．８ｅＶ（１．５４
μｍ）と小さいプローブを用いれば、多くの材料、特
に、混合材料のプローブとして有効である。
エネルギーと吸収端が一致しないような材料や、微結晶
Ｓｉのようなアモルファス領域の存在によって微結晶の
吸収が隠される場合、エルビウムの発光をプローブに、
母体材料の吸収端あるいは禁制帯幅を測定できる。図７
は、エルビウム発光の励起特性から母体ポーラス・シリ
コンの禁制帯幅Ｅｇを測定できることを示したグラフで
あり、図７（ａ）は試料１たるエルビウム（Ｅｒ）を添
加したポーラス・シリコンのエルビウム発光とポーラス
・シリコンの可視発光との励起特性であり、図７（ｂ）
は試料２たるエルビウム（Ｅｒ）を添加したポーラス・
シリコンのエルビウム発光とポーラス・シリコンの可視
発光との励起特性であり、エルビウム発光の励起エネル
ギー依存性と母体ポーラス・シリコンの励起エネルギー
の依存性とが示されている。図７（ａ）（ｂ）に示され
ているように、エルビウムとポーラス・シリコンとは同
じ吸収端を持ち、エルビウム発光の吸収端が母体ポーラ
ス・シリコンの禁制帯幅Ｅｇと一致する。従って、ポー
ラス・シリコンの発光が観測できなくても、この方法で
Ｅｇを同定できる。ポーラス・シリコンに限らず、エル
ビウムのような発光エネルギーが０．８ｅＶ（１．５４
μｍ）と小さいプローブを用いれば、多くの材料、特
に、混合材料のプローブとして有効である。
【００３４】即ち、図７（ａ）（ｂ）は発光するポーラ
ス・シリコンを例に示したが、発光しない母体材料で
も、エルビウム発光の吸収端を測定すれば、母体材料の
禁制帯幅Ｅｇが決まる。
ス・シリコンを例に示したが、発光しない母体材料で
も、エルビウム発光の吸収端を測定すれば、母体材料の
禁制帯幅Ｅｇが決まる。
【００３５】なお、上記においては、希土類元素として
エルビウムを用いた場合に関して説明したが、エルビウ
ム以外の希土類元素を用いてもよいことは勿論である。
エルビウムを用いた場合に関して説明したが、エルビウ
ム以外の希土類元素を用いてもよいことは勿論である。
【００３６】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、発光効率が高く、光デバイスへの応用が可
能な希土類元素ドープＳｉ材料およびその製造方法を提
供することができるという優れた効果を奏する。
ているので、発光効率が高く、光デバイスへの応用が可
能な希土類元素ドープＳｉ材料およびその製造方法を提
供することができるという優れた効果を奏する。
【図１】エルビウムをドープしたナノ微結晶Ｓｉの１．
５５μｍ発光スペクトルを示すグラフである。
５５μｍ発光スペクトルを示すグラフである。
【図２】エルビウムの発光の時間応答特性を示すグラフ
である。
である。
【図３】光データの読み書きの原理を示す説明図であっ
て、（ａ）は光データの書き込みの原理を示す説明図で
あり、（ｂ）は光データの読み込みの原理を示す説明図
である。
て、（ａ）は光データの書き込みの原理を示す説明図で
あり、（ｂ）は光データの読み込みの原理を示す説明図
である。
【図４】ナノ微結晶Ｓｉ：Ｅｒを用いて構成した光メモ
リの説明図であって、（ａ）は光メモリの平面構成説明
図であり、（ｂ）は動作原理の断面説明図である。
リの説明図であって、（ａ）は光メモリの平面構成説明
図であり、（ｂ）は動作原理の断面説明図である。
【図５】ナノ微結晶Ｓｉ：Ｅｒを用いて構成した光メモ
リの他の動作原理の説明図である。
リの他の動作原理の説明図である。
【図６】ナノ微結晶Ｓｉ：Ｅｒを用いて構成した波長変
換器動作原理の説明図である。
換器動作原理の説明図である。
【図７】エルビウム発光の励起特性から母体ポーラス・
シリコンの禁制帯幅Ｅｇを測定できることを示したグラ
フであり、図７（ａ）は試料１たるエルビウム（Ｅｒ）
を添加したポーラス・シリコンのエルビウム発光とポー
ラス・シリコンの可視発光との励起特性であり、図７
（ｂ）は試料２たるエルビウム（Ｅｒ）を添加したポー
ラス・シリコンのエルビウム発光とポーラス・シリコン
の可視発光との励起特性であり、エルビウム発光の励起
エネルギー依存性と母体ポーラス・シリコンの励起エネ
ルギーの依存性とが示されている。
シリコンの禁制帯幅Ｅｇを測定できることを示したグラ
フであり、図７（ａ）は試料１たるエルビウム（Ｅｒ）
を添加したポーラス・シリコンのエルビウム発光とポー
ラス・シリコンの可視発光との励起特性であり、図７
（ｂ）は試料２たるエルビウム（Ｅｒ）を添加したポー
ラス・シリコンのエルビウム発光とポーラス・シリコン
の可視発光との励起特性であり、エルビウム発光の励起
エネルギー依存性と母体ポーラス・シリコンの励起エネ
ルギーの依存性とが示されている。
１０ Ｓｉ基板 １２ ナノ微結晶Ｓｉ：Ｅｒ（ｎｃ−Ｓｉ：Ｅｒ）
のセル １４ アレイ １６ レーザー １８ 検出器
のセル １４ アレイ １６ レーザー １８ 検出器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅野 卓雄 埼玉県和光市広沢２番１号 理化学研究所 内
Claims (5)
- 【請求項１】 超微結晶により形成されたＳｉ材料に、
希土類元素をドープし、前記超微結晶により形成された
Ｓｉ材料の可視発光と前記希土類元素の赤外および可視
発光とを発現できることを特徴とする希土類元素ドープ
Ｓｉ材料。 - 【請求項２】 前記希土類元素がエルビウムである請求
項１に記載の希土類元素ドープＳｉ材料。 - 【請求項３】 高純度のアモルファスＳｉ薄膜の中に希
土類元素をイオン注入し、希土類元素の原子を核にして
希土類元素ドープＳｉ材料を製造することを特徴とする
希土類元素ドープＳｉ材料の製造方法。 - 【請求項４】 レーザー・アブレーションを用いて、希
土類元素添加のＳｉターゲットから直接的に、希土類元
素ドープＳｉ材料を製造することを特徴とする希土類元
素ドープＳｉ材料の製造方法。 - 【請求項５】 前記希土類元素がエルビウムである請求
項３または請求項４のいずれか１項に記載の希土類元素
ドープＳｉ材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13284696A JP3600872B2 (ja) | 1996-04-30 | 1996-04-30 | 希土類元素ドープＳｉ材料およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13284696A JP3600872B2 (ja) | 1996-04-30 | 1996-04-30 | 希土類元素ドープＳｉ材料およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09295891A true JPH09295891A (ja) | 1997-11-18 |
| JP3600872B2 JP3600872B2 (ja) | 2004-12-15 |
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ID=15090890
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13284696A Expired - Fee Related JP3600872B2 (ja) | 1996-04-30 | 1996-04-30 | 希土類元素ドープＳｉ材料およびその製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3600872B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100356266B1 (ko) * | 2000-04-08 | 2002-10-12 | 한국과학기술연구원 | 세륨실리케이트 발광재료 및 그 제조방법 |
| KR20040016644A (ko) * | 2002-08-19 | 2004-02-25 | 주식회사 다산 씨.앤드.아이 | 혼합액상원료를 이용한 반도체 발광장치용세륨-실리케이트 박막 및 그 제조방법 |
| JP2006135208A (ja) * | 2004-11-09 | 2006-05-25 | Sony Corp | 希土類元素イオンの拡散領域の製造方法および発光素子の製造方法および発光素子 |
| JP2006164938A (ja) * | 2004-11-11 | 2006-06-22 | Sony Corp | 発光素子及びその製造方法、並びに、発光装置 |
| JP2006173424A (ja) * | 2004-12-17 | 2006-06-29 | Sony Corp | 発光素子、発光素子の製造方法および表示装置 |
| CN102832267A (zh) * | 2012-09-06 | 2012-12-19 | 西安隆基硅材料股份有限公司 | 含有上转换发光量子点的晶体硅及其制备方法 |
-
1996
- 1996-04-30 JP JP13284696A patent/JP3600872B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
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|---|---|---|---|---|
| KR100356266B1 (ko) * | 2000-04-08 | 2002-10-12 | 한국과학기술연구원 | 세륨실리케이트 발광재료 및 그 제조방법 |
| KR20040016644A (ko) * | 2002-08-19 | 2004-02-25 | 주식회사 다산 씨.앤드.아이 | 혼합액상원료를 이용한 반도체 발광장치용세륨-실리케이트 박막 및 그 제조방법 |
| JP2006135208A (ja) * | 2004-11-09 | 2006-05-25 | Sony Corp | 希土類元素イオンの拡散領域の製造方法および発光素子の製造方法および発光素子 |
| JP4529646B2 (ja) * | 2004-11-09 | 2010-08-25 | ソニー株式会社 | 希土類元素イオンの拡散領域の製造方法および発光素子の製造方法および発光素子 |
| JP2006164938A (ja) * | 2004-11-11 | 2006-06-22 | Sony Corp | 発光素子及びその製造方法、並びに、発光装置 |
| JP2006173424A (ja) * | 2004-12-17 | 2006-06-29 | Sony Corp | 発光素子、発光素子の製造方法および表示装置 |
| CN102832267A (zh) * | 2012-09-06 | 2012-12-19 | 西安隆基硅材料股份有限公司 | 含有上转换发光量子点的晶体硅及其制备方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3600872B2 (ja) | 2004-12-15 |
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