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論文

Size and dopant-concentration dependence of photoluminescence properties of ion-implanted phosphorus- and boron-codoped Si nanocrystals

中村 俊博*; 安達 定雄*; 藤井 稔*; 杉本 泰*; 三浦 健太*; 山本 春也

Physical Review B, 91(16), p.165424_1 - 165424_8, 2015/04

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.91.165424
 被引用回数：16 パーセンタイル：54.05(Materials Science, Multidisciplinary)

半導体ナノ結晶は量子閉じ込め効果などサイズに起因したユニークな物性を示すことから、その不純物ドーピングによる新たな電気的及び光学的特性の発現が期待される。本研究では、発光素子への応用が期待されているシリコン(Si)ナノ結晶を対象に、イオン注入法によりリン(P)とホウ素(B)を共ドープし、フォトルミネッセンス(PL)特性のサイズ(平均値: 3.5, 4.4, 5.2nm)、ドープ量(0.1-4.5$$times$$10$$^{16}$$cm$$^{-2}$$)依存性を調べた。その結果、Siナノ結晶のサイズや不純物のドープ量が増加するとともに、発光ピークの低エネルギー側へのシフトが観測された。したがって、このピークはバンド間遷移による発光と同定でき、サイズやドープ量の変化によりバンドギャップが減少していると考えることができる。このようなバンド間遷移に加え、イオン注入に伴い形成された欠陥を介した発光も見出し、Siナノ結晶における精密な発光特性制御の可能性を示した。

論文

Effects of electron irradiation on CuInS$$_{2}$$ crystals

阿部 賢一郎*; 三好 芳洋*; 芦田 淳*; 脇田 和樹*; 大島 武; 森下 憲雄; 神谷 富裕; 渡瀬 星児*; 伊崎 昌伸*

Japanese Journal of Applied Physics, 44(1B), p.718 - 721, 2005/01

https://doi.org/10.1143/JJAP.44.718
 被引用回数：1 パーセンタイル：4.60(Physics, Applied)

耐放射線性を有する宇宙用太陽電池の材料候補であるカルコパイライト系半導体の電子線照射により発生する結晶欠陥をフォトルミネッセンス(PL)法により調べた。試料はCuInS$$_{2}$$単結晶を用い、室温にて3MeV電子線を照射した。PL測定の結果、電子線の照射とともに自由励起子(1.535eV)及び束縛励起子(1.530eV, 1.525eV)のピーク強度が減少し5$$times$$10$$^{17}$$/cm$$^{2}$$の照射で未照射の1/30となった。また、ドナー,アクセプタペアのピークは5$$times$$10$$^{17}$$/cm$$^{2}$$の照射で未照射の1/3となった。これは照射により結晶性が低下したことで説明できる。一方、照射量の増加とともに0.73eVから1.20eV付近に欠陥形成に由来するブロードなピークが新たに出現することが見いだされた。このブロードピークの温度依存性を解析することで、このブロードピークが11個のピークの重ね合わせによることが決定された。さらにこれらのうち特長的な2つのピークについて、発光強度の温度依存性より活性化エネルギーを求めたところ0.07から0.09eVであることが判明した。

論文

Effects of implantation conditions on the luminescence properties of Eu-doped GaN

中西 康夫*; 若原 昭浩*; 岡田 浩*; 吉田 明*; 大島 武; 伊藤 久義; 中尾 節男*; 斎藤 和雄*; Kim, Y. T.*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 206, p.1033 - 1036, 2003/05

https://doi.org/10.1016/S0168-583X(03)00928-5
 被引用回数：18 パーセンタイル：73.61(Instruments & Instrumentation)

サファイア基板上にエピタキシャル成長した窒化ガリウム(GaN)(0001)へEuイオンを注入し、フォトルミネッセンス発光特性を調べた。室温でEuイオンを多段階のエネルギーで注入することで2.8$$times$$10$$^{19}$$から2.8$$times$$10$$^{20}$$/cm$$^{3}$$のEu濃度層を形成した。注入後、NH$$_{3}$$,N$$_{2}$$雰囲気中で900から1050$$^{circ}C$$の温度範囲で5から30分間熱処理することで結晶を回復させた。その結果、621nm付近にEu$$^{3+}$$の4f-4f遷移に起因する鋭い発光ピークが観測された。このピーク強度はEu濃度の増加とともに増加したが2.8$$times$$10$$^{20}$$/cm$$^{3}$$では飽和した。

論文

Effect of alloy composition on photoluminescence properties of europium implanted AlGaInN

中西 康夫*; 若原 昭浩*; 岡田 浩*; 吉田 明*; 大島 武; 伊藤 久義

Physica Status Solidi (C), 0(1), p.461 - 464, 2002/12

https://doi.org/10.1002/pssc.200390088

半導体発光素子の開発のために、ワイドバンドギャップ半導体である窒化ガリウム(GaN)中へ、イオン注入法を用いて、優れた発光特性もつ希土類元素の一つであるユーロピウム(Eu)を導入した。また、今回はGaNとAlまたはInの混晶半導体であるAlGaN,InGaNへのEu注入も行った。これは、結晶の周期性,局所的な対称性が異なる混晶半導体を用いることで、導入したEu元素が母材結晶より受ける影響が変化し、発光効率も変化すると考えたからである。実験の結果、EuドープAlGaNでは、Eu$$^{3+}$$からの発光強度がEuドープGaNよりも数倍増加したが、発光減衰時間は30%短くなった。EuドープInGaNでは、成長温度の違いからEu$$^{3+}$$からの発光強度は低下したが、発光減衰時間は同程度であった。

論文

Effect of 3 MeV electron irradiation on the photoluminescence properties of Eu-doped GaN

中西 康夫*; 若原 昭浩*; 岡田 浩*; 吉田 明*; 大島 武; 伊藤 久義

Applied Physics Letters, 81(11), p.1943 - 1945, 2002/09

https://doi.org/10.1063/1.1504873
 被引用回数：19 パーセンタイル：58.66(Physics, Applied)

イオン注入法によりEuドープした窒化ガリウム(GaN)へ3MeV電子線照射を行い、発光特性の変化を調べた。電子線照射は室温で10$$^{16}$$から3$$times$$10$$^{17}$$/cm$$^{2}$$の範囲で行った。He-Cdレーザーを用い、600nm付近に観測されるEu$$^{3+}$$の$$^{5}$$D$$_{0}$$-$$^{7}$$F$$_{2}$$遷移に関するフォトルミネッセンス(PL)を調べた。その結果、発光強度は電子線照射によってもほとんど変化しないことが明かとなり、GaNのバンド端発光強度が3$$times$$10$$^{17}$$/cm$$^{2}$$でほとんど観測されなくなることと比較すると、Eu$$^{3+}$$の$$^{5}$$D$$_{0}$$-$$^{7}$$F$$_{2}$$遷移によるPL発光は非常に優れた耐放射線性を示すと帰結できる。

論文

Radiation effects and surface deformation of silica by ion microbeam

西川 宏之*; 惣野 崇*; 服部 雅晴*; 西原 義孝*; 大木 義路*; 渡辺 英紀*; 及川 将一*; 神谷 富裕; 荒川 和夫

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 191(1-4), p.342 - 345, 2002/05

https://doi.org/10.1016/S0168-583X(02)00530-X
 被引用回数：3 パーセンタイル：24.11(Instruments & Instrumentation)

シリカガラスを用い、MeVエネルギーのイオンマイクロビームの照射効果を顕微フォトルミネッセンス(PL)・ラマン分光器と原子間顕微鏡(AFM)を用いて調べた。フォトルミネッセンス測定では、非架橋酸素ラジカル(≡Si-O)による欠陥を示す650nm帯が、イオンの飛跡に沿って分布している。また、マイクロビームの走査照射により生じた表面形状変化をAFMを用いて調べた結果、表面形状変化はビーム走査幅とイオン到達深度に良く対応して生じていることを明らかにした。さらに、照射と未照射の境界領域に強いPL強度分布を示す部分が生成することを見出した。この境界領域では、シリカガラス内部の高密度化とそれに付随して生じた表面形状変化による応力が原因で生成した欠陥と考えられる。

論文

Photoluminescence properties of Eu-doped GaN by ion implantation

中西 康夫*; 若原 昭浩*; 吉田 明*; 大島 武; 伊藤 久義; 酒井 士郎*

IPAP Conference Series 1 (Proceedings of International Workshop on Nitride Semiconductors), p.486 - 489, 2000/11

窒化ガリウム(GaN)半導体材料を赤色発光素子へ応用することを目的に、希土類元素であるEuをGaNに注入した。試料はサファイア基板上に有機金属気相エピタキシャル成長法(OMVPE)により作製したGaN薄膜を用い、室温にて100または200keV-Eu$$^{+}$$を10$$^{13}$$~10$$^{15}$$/cm$$^{2}$$の範囲で注入した。注入後、NH$$_{3}$$:N$$_{2}$$=1:9雰囲気中で950から1000$$^{circ}C$$の範囲で熱処理を行い結晶性を回復させた後、325nmのHe-Cdレーザーを用いてフォトルミネッセンス(PL)測定を行った。PL測定の結果、Eu注入によりGaNのバンド間遷移による発光が消失し、Euの4f-4f遷移に起因する発光及びEu$$^{3+}$$に起因する発光が600nm及び621nmに観測された。

論文

Effects of C or Si co-implantation on the electrical activation of B atoms implanted in 4H-SiC

伊藤 久義; T.Troffer*; C.Peppermuller*; G.Pensl*

Applied Physics Letters, 73(10), p.1427 - 1429, 1998/09

https://doi.org/10.1063/1.121965
 被引用回数：32 パーセンタイル：77.32(Physics, Applied)

六方晶炭化珪素(4H-SiC)半導体におけるホウ素(B)アクセプターの電気的活性化に対する炭素(C)または珪素(Si)共注入効果を、ホール測定及びフォトルミネッセンス(PL)測定法を用いて調べた。この結果、B注入層の正孔濃度は、B単独注入の場合と比較し、C共注入を行うと増加し、Si共注入を行うと減少することが解った。C共注入を高温(800$$^{circ}$$C)で実施すると、室温C共注入と比べ、正孔濃度はより一層増加することを見出した。またPL測定より、浅い準位を有するBアクセプターに起因する波長383.9nmの発光線強度が、C共注入により増大することが解った。これらの結果は、B注入により作製したp型層の電気特性がC共注入により改善されることを示している。また本論文では、注入B原子の電気的活性化に対する共注入効果の機構についても議論する。

論文

Scandium and gallium implantation doping of silicon carbide

T.Henkel*; 田中 保宣*; 小林 直人*; I.Koutzarov*; 奥村 元*; 吉田 貞史*; 大島 武

Mat. Res. Soc. Symp. Proc., 512, p.163 - 168, 1998/00

シリコンカーバイドへスカンジウム及びガリウムの注入を行い、ラザフォード後方散乱、ラマン分光、フォトルミネッセンスにより評価を行った。室温でガリウム注入(1$$times$$10$$^{19}$$/cm$$^{3}$$)を行うと、アモルファス化はしないが非常に多くの欠陥が形成される。その後熱処理により結晶は回復し始め、1630$$^{circ}$$Cでの熱処理で結晶性は未注入試料まで回復することがわかった。スカンジウム注入においてもガリウムとほぼ同様の結果であった。ラマン分光の結果は、注入後TO,LOともにピークは減少したが、1500$$^{circ}$$C以上の熱処理を行うと未注入試料と同程度まで回復した。電気特性については、1700$$^{circ}$$C熱処理の試料についてキャリア濃度を測定したところ、ガリウム注入試料の方が、スカンジウム注入試料よりキャリア濃度が多く、アクセプタ不純物として有効であった。

論文

Photoluminescence of radiation induced defects in 3C-SiC epitaxially grown on Si

伊藤 久義; 吉川 正人; 梨山 勇; 奥村 元*; 三沢 俊司*; 吉田 貞史*

Journal of Applied Physics, 77(2), p.837 - 842, 1995/01

https://doi.org/10.1063/1.359008
 被引用回数：64 パーセンタイル：91.77(Physics, Applied)

化学気相成長法によりSi基板上にエピタキシャル成長させて作製した立方晶シリコンカーバイド(3C-SiC)単結晶に対し、1MeV電子線照射により形成される欠陥をフォトルミネッセンス(PL)法を用いて調べた結果、照射SiCにおける支配的な発光線E:1.913eVをはじめとした照射欠陥に起因する複数の発光線を見い出した。発光中心E-PLセンターのアニール挙動については、約100$$^{circ}$$C及び約700$$^{circ}$$Cにアニールステージが存在する等の結果が得られ、我々が先に明らかにしたSi単一空孔に起因するTl-ESRセンターのアニール挙動とほぼ一致することが解った。これより、1.913eV発光線はSi単一空孔に起因すると結論できる。また、E発光線が光励起キャリアのSiCバンド端と欠陥準位間の再結合により生じると仮定することにより、Si単一空孔の欠陥準位は価電子帯上端から0.50eV離れた位置(Ev+0.50eV)に存在すると推測される。

報告書

蛍光ガラス線量計の基本特性

石川 達也*; 村上 博幸

JAERI-Tech 94-034, 43 Pages, 1994/12

JAERI-Tech-94-034.pdf:1.65MB

蛍光ガラス線量計は、窒素ガスレーザー紫外線励起法の開発により、きわめて安定性に優れた高精度の線量計となったため、個人モニタリングや環境モニタリングにおける積算線量測定への応用が期待されている。今回同ガラス線量計の実用化に当って必要となる基本的特性、即ち線量直線性、エネルギー特性、方向特性、異種の放射線の混合照射時の測定性能、経時変化特性等を照射試験により調査した。この結果、今回調査したガラス線量計は、上記の項目のすべてに対して実用上十分な特性を有することが確認された。本報では今回の調査で得られたガラス線量計の基本的特性について報告し、今後同線量計を実際に使用する場合の基礎的データとする。

論文

Characterization of defects in hot-implanted $$beta$$-SiC

伊藤 久義; 青木 康; 吉川 正人; 梨山 勇; 奥村 元*; 吉田 貞史*

13th Symp. on Materials Science and Engineering, Research Center of Ion Beam Technology, Hosei Nniv., 0, p.75 - 80, 1994/12

立方晶シリコンカーバイド($$beta$$-SiC)への高温注入技術を確立する上で重要な注入欠陥に関する情報を得るために、イオン注入$$beta$$-SiC試料の電子スピン共鳴(ESR)及びフォトルミネッセンス(PL)測定を行った。ESR測定の結果、N$$_{2+}$$やAl$$^{+}$$を室温で$$beta$$-SiCに注入した場合高密度欠陥形成を示す等方的ESR信号(g~2.003)が得られた。注入温度を上昇させるとこの欠陥量は減少し、800$$^{circ}$$C以上ではほぼ一定の値を示した。注入温度800$$^{circ}$$Cは$$beta$$-SiC中の単一空孔が移動・消滅する温度に対応する。また、注入温度の上昇による注入層の結晶性回復を示す結果がPL測定からも得られた。PL測定からは、更に、約1000$$^{circ}$$C以上の高温注入においては注入層に点欠陥(発光中心D$$_{1}$$及びD$$_{2}$$)が形成されることが解った。注入後の残留欠陥を低減し、注入不純物の電気的活性化をすすめるためには、注入条件の最適化が必要となる。

論文

個人線量測定用ガラス線量計の基本特性

石川 達也*; 村上 博幸; 南 賢太郎

フィルムバッジニュース, 0(200), p.3 - 8, 1993/08

ガラス線量計はデータの保存性や安定性など優れた特長を有している。近年、ガス(窒素)レーザーを利用した紫外線励起法の開発によりプレドース等の諸問題が解決され、個人線量計としての利用が大いに期待されている。線量計測課では、このガラス線量計に着目し、実際の個人モニタリングへの導入を目的として各種基本特性を調査した。本報は、上記調査結果すなわちガラス線量計の基本的特性を広く紹介するものである。

口頭

$$beta$$-FeSi$$_{2}$$ナノ結晶/SiO$$_{2}$$のナノ混合相のフォトルミネッセンス特性

達見 隆秀*; 中村 達哉*; 森田 洸介*; 小林 博之*; 鳴海 一雅; 前田 佳均

no journal, , 

$$beta$$-FeSi$$_{2}$$ナノ結晶($$beta$$-NCs)/Siのナノ混合相は、$$beta$$-FeSi$$_{2}$$固有のバンド(Aバンド)の強い発光が観測されている。しかし、ナノ混合相は顕著な温度消光が見られるため室温発光の大きな障害になっている。$$beta$$-FeSi$$_{2}$$の表面を酸化すると純粋な表面SiO$$_{2}$$層ができ、表面非輻射再結合を低減できるため、酸化は発光増強に効果的である。本研究では、$$beta$$-NCs/Siナノ混合相を選択酸化して作製した$$beta$$-NCs/SiO$$_{2}$$ナノ混合相のフォトルミネッセンス(PL)特性を検討し、室温発光への可能性を見出したので報告する。イオンビーム合成法を用いて作製した$$beta$$-NCs/Siナノ混合相を空気中900$$^{circ}$$Cで表面酸化させた。PLは波長641nmの半導体レーザで励起し、分光器とGe-Pin光検出器を用いてスペクトルを測定した。未酸化及び6時間酸化させたナノ混合相についてPLスペクトルの温度依存性を測定すると、発光強度の温度消光が未酸化の場合と同じように酸化試料についても観察された。発光強度の温度依存性はそれぞれのバンドで異なるが、Aバンド発光については$$beta$$-NCs/SiO$$_{2}$$ナノ混合相も酸化前の$$beta$$-NCs/Siナノ混合相の発光挙動と同じであることがわかった。発光強度は低温の1/300程度と大幅に減少したが、270K近くまでAバンド発光を確認した。このことから$$beta$$-NCs/SiO$$_{2}$$ナノ混合相は室温発光に有望であるといえる。

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