UV and visible light emitting fused-silica substrates fabricated by Si-ion implantation

Siイオン注入した溶融石英基板からの可視及び紫外発光

Umenyi, A. V.*; 本美 勝史*; 三浦 健太*; 花泉 修*; 山本 春也; 井上 愛知; 吉川 正人

Umenyi, A. V.*; Hommi, Masashi*; Miura, Kenta*; Hanaizumi, Osamu*; Yamamoto, Shunya; Inoue, Aichi; Yoshikawa, Masahito

近年、量子閉じ込め効果を利用したSi系発光材料が注目され、その一種であるSiナノクリスタルは、SiとSiOとの同時スパッタ,SiO媒質へのSiイオン注入等の手法により作製されている。本研究では、溶融SiO基板へのSiイオンの照射量を変えることによって、紫外域である波長370nm付近に発光ピークが発現することを新たに見いだしたので報告する。溶融SiO基板へのSiイオン注入は、原子力機構・TIARA内の400kVイオン注入装置を用いて行った。Siイオン照射条件は、エネルギー80keV,照射量210ions/cmとし、室温で照射を行った。試料を11001250Cでアニール処理後に励起光源としてHe-Cdレーザ(波長325nm)を使用したフォトルミネッセンス(PL)スペクトルを測定した。その結果、アニール温度によらず、波長370nm付近をピークとする紫外発光ピークが観測され、そのピーク強度は、アニール温度1250Cで最大となることを見いだした。本研究で見いだされた紫外発光ピークは、単一の発光ピークであるため新たな紫外発光材料・基板としての応用が期待できる。

Various works on silicon (Si)-based luminescent materials utilizing the quantum confinement effect, such as Si nanocrystals (Si-NC's), have been reported. Typical fabrication methods of Si-NC's are co-sputtering of Si and SiO, Si-ion implantation into SiO plates, and so on. In this work, we observed ultraviolet (UV)-light emission from Si-ion-implanted fused-silica substrates under different implanting conditions. The implantation energy was 80 keV, and the implantation amount was 210 ions/cm. The Si-implanted substrates were annealed at 11001250C. Photoluminescence (PL) spectra were measured with excitation using a He-Cd laser. UV-PL spectra having peaks around a wavelength of 370 nm were observed from all the samples. The UV-peak wavelengths of the samples are almost the same in spite of the various annealing temperatures. Si-ion-implanted fused-silica are expected to be useful as light sources for next-generation optical-disk systems.