DE69414898T2

DE69414898T2 - Licht emittierende Vorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE69414898T2
Application number: DE69414898T
Authority: DE
Inventors: Hideya C/O Canon Kabushiki Kaisha Tokyo 146 Kumomi; Takao C/O Canon Kabushiki Kaisha Tokyo 146 Yonehara
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-03-29
Filing date: 1994-03-28
Publication date: 1999-06-10
Anticipated expiration: 2014-03-29
Also published as: ATE174156T1; DE69414898D1; EP0618624A2; EP0618624B1; JPH06338631A; US5726464A; EP0618624A3

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Licht emittierende Vorrichtung und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Zum Stand der Technik

Seit kurzem sind poröse Materialien als neues zweckmäßiges Material für einen aktiven Faktor der Struktur in einer Vorrichtung verwendet worden. Hauptsächlich ist das prosöse Gefüge von Halbleiterkristallen, beispielsweise der Gruppe IV, aufgrund der schnellen Oxidationsfähigkeit für den herkömmlichen SO1- (Silizium auf Isolator-) Strukturbildungsprozeß (bezieht sich auf T. Unagami und M. Seki, J. Electrochem. Soc. 125, 1339 (1978)) verwendet worden. In diesem Falle wird Rohmaterial lediglich als Strukturmaterial in keinerlei Verbindung mit den elektronischen und optischen Eigenschaften verwendet. Seit kurzem wird eine Erforschung und Entwicklung zur Anwendung bei Licht emittierenden Vorrichtungen energisch vorangetrieben, die auf einem Leuchtphänomen mit hoher Effizienz bei Raumtemperatur fußt (bezieht sich auf L. T. Canham, Appl. Phsy. Lett. 56, 1046 (1990)), wegen des Leuchtphänomens bei niedriger Temperatur (bezieht sich auf C. Pickering, et al., J. Phsy. C17, 6535 (1984) aufgrund einer Mikrostruktur mit einem erwünschten Trägerquanten-Sperreffekt. Im allgemeinen kann die poröse Struktur selbst leicht beim Verarbeiten eines Rohmaterials gebildet werden. Wenn einige Probleme bei der praktischen Anwendung überwunden sind, kann die funktionelle Anwendung derartigen poröser Materialien eine sehr attraktive neue Technologie darstellen.
Eine große Hürde, die die praktische Anwendung porösen Materials behindert, besteht darin, daß es schwierig ist, Strom in die poröse Zone zu injizieren. Eine aktive Licht emittierende Vorrichtung muß als Elektrolumineszenzvorrichtung (EL- Vorrichtung) funktionieren. Um eine EL-Vorrichtung mit hoher Effizienz zu realisieren, ist es wünschenswert, eine Vorrichtung des Strominjektionstyps zu verwenden. Es ist berichtet worden, daß eine Licht emittierende Diode (LED) unter Verwendung einer Halbleiterelektrode auf einer Strominjektionsschicht im Vergleich zur potentiellen hocheffizienten Photolumineszenz (PL) desselben porösen Materials eine weit geringere Effizienz zeigt. Beispielsweise kann ein unbewaffnetes Auge bei einer Raumbeleuchtung klar erkennen, daß eine poröse Siliziumschicht, die durch Anodisieren der Oberfläche eines einkristallinen Siliziumsubstrats in einer sauren Fluorwasserstofflösung über den sichtbaren Strahlenbereich als Reaktion auf eine Beleuchtung durch eine Mehrwatt-Ultraviolettstrahllampe leuchtet, so daß die PL-Energieeffizienz mehrere Prozent übersteigt. Da jedoch die Strominjektion, die über einen Schottky-Übergang zwischen einer semitransparenten Goldelektrode und derselben porösen Schicht erfolgt, weniger als eine Quanteneffizienz von 10&supmin;³% hat (bezieht sich auf N. Koshida, et al., Appl. Phys. Lett. 60, 347 (1992)), wird eine sehr hohe Betriebsspannung von mehreren 100 Volt benötigt, um eine schwache Lumineszenz mit dem bloßen Auge im Dunkeln zu erkennen (bezieht sich auf A. Richter, et al., IEEE Electron Device Lett. 12, 691 (1991)). Eine bemerkenswerte Verbesserung bei der LED mit einer leitfähigen transparenten Elektrode ist nicht in Sicht (bezieht sich auf F. Namavar, et al., Appl. Phsy. Lett. 60, 2514 (1992)) einer Injektionselektrode aus Indiumzinnoxid, einem n-dotierten mikrokristallinen Siliziumkarbidfilm (uc-SiC) (bezieht sich auf T. Futagi, et al., Jpn. J. Appl. Phys. 31, L616 (1992)), und einem pn-Heteroübergang, um mit einer derartigen Situation zu Rande zu kommen. Im Beispiel, bei dem ein n-dotierter Galliumphosphor (GaP) zum selben Zwecke verwendet wird, ist im aktuellen Falle (bezieht sich auf J. C. Campbell, et al. Appl. Phys. 60, 889 (1992)) nicht einmal die Strominjektion erreicht worden.
Andererseits wird berichtet, daß die Strominjektion, bei der eine poröse Siliziumschicht in eine elektrolythische Lösung eintaucht, die für eine Anodisierung verwendet wird, um die Fest-Flüssig-Übergangsfläche in Innenwänden in Poren des porösen Siliziums zu nutzen, verglichen mit der zuvor beschriebenen Halbleiterelektrode (bezieht sich auf A. Halimaoui, et al., Appl. Phys. Lett. 59, 304 (1991), P. M. M. C. Bressers, et al., Appl. Phys., Lett. 61, 108 (1992), E. Bustarret, et al., Appl. Phys. Lett. 61, 1552 (1992), L. T. Canhma, et al., Appl. Phys. Lett. 61, 2563 (1992)) die Leuchteffizienz verbessert. Das zuvor genannte Verfahren ist in der praktischen Anwendung dürftig, weil die poröse Siliziumschicht bei einer Lichtemission geätzt wird, so daß die Lichtemission bald verschwindet. Jedoch wird angemerkt, daß es eine Möglichkeit gibt, daß die Strominjektionseffizienz weitestgehend über die EL-Effizienz des Injektionstyps porösen Siliziums dominiert. Aus diesem Grund ist daran gedacht worden, daß die dürftige Übergangsfläche zwischen der Elektrode und der porösen Siliziumschicht die Strominjektion behindert, wodurch die dürftige Emissionseffizienz der Festkörper-LED des Injektionselektrodentyps verursacht wird. Daher ist es wünschenswert, ein neues Injektionselektrodenmaterial mit guter Übergangsflächeneigenschaft über den Heteroübergang einzuführen.
Das Dokument DE-A-41 26 955 offenbart eine Licht emittierende Vorrichtung mit einer Elektrode, einem p-dotierten Substrat, einer p&spplus;-dotierten porösen Schicht und mit einer n&spplus;- dotierten porösen Schicht und mit einer Elektrode.
Darüber hinaus offenbart das Dokument IBM Technical Dislosure Bulletin, Band 36, Nr. 3 (März 1993), Armonk, New York, US, Seiten 289 und 290: "Electroluminescent Device Based on Silicon Semiconductor" ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrolumineszenzvorrichtung auf Siliziumbasis mit einer n- dotierten Schicht, einer p&spplus;-dotierten Schicht sowie mit Kontaktelektroden. Die p-dotierte Schicht ist porös und arbeitet als Leuchtschicht. Darüber hinaus offenbart dieses Dokument ein Verfahren zur Herstellung einer weiteren Elektrolumineszenz- Vorrichtung auf Siliziumbasis mit einer Elektrode, einer p&spplus;- dotierten nichtporösen Zone, einer p-dotierten porösen Zone und einer n&spplus;-dotierten nichtporösen Zone und einer Elektrode.
Um die zuvor beschriebenen technischen Probleme zu überwinden, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Licht emittierende Vorrichtung zu schaffen, die einen verringerter Übergangswiderstand zwischen der Elektrode und der Leuchtzone hat.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Licht emittierende Vorrichtung zu schaffen, die eine Strominjektion mit hoher Effizienz ausführen kann.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Licht emittierende Vorrichtung zu schaffen, die eine exzellente Leuchteffizienz aufweist.
Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellverfahren für eine derartige Licht emittierende Vorrichtung zu schaffen.
Nach der vorliegenden Erfindung werden die obigen Aufgaben gelöst mit einer Licht emittierende Vorrichtung, mit einer Leuchtzone mit einem porösen Halbleiter eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer Kontaktzone mit einem elektrisch mit der Leuchtzone verbundenen nichtporösen Halbleiter eines zweiten Leitfähigkeitstyps und mit einer auf der Kontaktzone vorgesehen Elektrode 5, wobei die Leuchtzone als Ergebnis eines durch die Kontaktzone in die Leuchtzone fließenden Stroms Licht emittiert, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zwischenzone mit einem nichtporösen Halbleiter eines ersten Leitfähigkeitstyps zwischen der Leuchtzone und der Kontaktzone vorgesehen ist, und daß der Strom durch die Zwischenzone in die Leuchtzone fließt.
Darüber hinaus werden die obigen Aufgaben gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer zuvor bezeichneten Licht emittierenden Vorrichtung, mit den Verfahrensschritten: epitaktisches Züchten einer p-dotierten Siliziumschicht auf einem n-dotierten Siliziumsubstrat; Herbeiführen einer porösen Struktur in einem Teil der p-dotierten Siliziumschicht in Stärkerichtung; und Ausrüsten des n-dotierten Siliziumsubstrats und der porös strukturierten p-dotierten Siliziumschicht mit einer Elektrode.
Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden Zeichnung und der detaillierten Beschreibung anhand der Zeichnung deutlich.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm, das ein strukturelles erläuterndes Beispiel einer nicht erfindungsgemäßen Licht emittierenden Vorrichtung zeigt;
Fig. 2A und 2C sind schematische Diagramme, die jeweils nicht-erfindungsgemäße erläuternde Beispiele zeigen, und Fig. 2B und 2D sind schematische Diagramme, die jeweils ein Ausführungsbeispiel der Licht emittierenden Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 3A und 3C sind schematische Diagramme, die jeweils nicht-erfindungsgemäße erläuternde Beispiele zeigen, und Fig. 3B und 3D sind schematische Diagramme, die jeweils ein Ausführungsbeispiel der Licht emittierenden Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 4A bis 4C sind schematische Diagramme, die ein erläuterndes Beispiel eines Herstellprozesses einer nichterfindungsgemäßen Licht emittierenden Vorrichtung zeigen;
Fig. 5A bis 5C sind schematische Diagramme, die einen nicht erfindungsgemäßen Herstellprozeß einer Licht emittierenden Vorrichtung zeigen;
Fig. 6 ist ein schematisches Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Herstellprozesses einer Licht emittierenden Vorrichtung zeigt;
Fig. 7 ist ein schematisches Diagramm, das ein erläuterndes Beispiel eines nicht erfindungsgemäßen Herstellprozesses einer Licht emittierenden Vorrichtung zeigt;
Fig. 8A bis 8C sind schematische Diagramme, die ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Herstellprozesses einer Licht emittierenden Vorrichtung zeigen;
Fig. 9A bis 9C sind schematische Diagramme, die ein erläuterndes Beispiel eines nicht erfindungsgemäßen Herstellprozesses einer Licht emittierenden Vorrichtung zeigen;
Fig. 10A bis 10D sind schematische Diagramme, die ein erläuterndes Beispiel eines nicht erfindungsgemäßen Herstellprozesses einer Licht emittierenden Vorrichtung zeigen;
Fig. 11 ist ein schematisches Diagramm, das eine erläuternde Ansicht eines nicht erfindungsgemäßen Herstellverfahrens einer Licht emittierenden Vorrichtung zeigt;
Fig. 12A bis 12D sind Diagramme, die ein erläuterndes Beispiel eines nicht erfindungsgemäßen Herstellprozesses einer Licht emittierenden Vorrichtung zeigen;
Fig. 13 ist ein schematisches Diagramm, das ein erläuterndes Beispiel eines nicht erfindungsgemäßen Herstellprozesses einer Licht emittierenden Vorrichtung zeigt;
Fig. 14A bis 14F sind schematische Diagramme, die ein erläuterndes Beispiel eines nicht erfindungsgemäßen Herstellprozesses einer Licht emittierenden Vorrichtung zeigen;
Fig. 15A bis 15D sind schematische Diagramme, die ein erläuterndes Beispiel eines nicht erfindungsgemäßen Herstellprozesses einer Licht emittierenden Vorrichtung zeigen;
Fig. 16A bis 16E sind schematische Diagramme, die ein erläuterndes Beispiel eines nicht erfindungsgemäßen Herstellprozesses einer Licht emittierenden Vorrichtung zeigen; und
Fig. 17A bis 17D sind Modelldiagramme, die ein erläuterndes Beispiel eines nicht-erfindungsgemäßen Herstellprozesses einer Licht emittierenden Vorrichtung zeigen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Die vorliegende Erfindung resultiert daraus, daß die hiesigen Erfinder sich eifrig bemüht haben, die zuvor genannten Probleme zu lösen.
Nun wird nachstehend eine detaillierte Erläuterung für die Licht emittierende Vorrichtung und das Herstellverfahren für die Licht emittierende Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung gegeben.
Fig. 1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die den konzeptionellen Elementeaufbau einer erläuternden Licht emittierenden Vorrichtung zeigt, die nicht zur vorliegenden Erfindung gehört. Die Licht emittierende Vorrichtung hat einen Aufbau, bei dem die Leuchtzone 2 mit einem porösen Leuchtmaterial zwischen den Strominjektions-Elektrodenzonen 1, 3 eingeschlossen ist. Die Injektionselektrodenzone 2 ist aus einem nichtporösen Material mit einem niedrigem Widerstand gebildet, der derselbe ist, wie beim Ausgangsmaterial für die Leuchtzone 2. Eine Übergangsfläche 4 zwischen beiden Zonen hat eine stetige Kristallstruktur. Beide Zonen sind von unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp, und dort sind homogene pn-dotierte Übergänge gebildet. Die Injektionselektrodenzone 3 ist nicht von ihrer Struktur abhängig, wenn sie nur von geringem Widerstand ist. Die Injektionselektrodenzone 3 ist vom selben Leitfähigkeitstyp wie die Leuchtzone 2. Die Übergangsfläche zwischen beiden Zonen hat eine stetige Kristallstruktur. Wenn ein Gleichstrom durch die Injektionselektrodenzonen 1 und 3 durch die mit der Vorrichtung verbundene herausgeführte Elektrode 5 und 5' fließt, werden elektrische Ladungen aus der homogenen pn-dotierten Übergangsfläche 4 zur Leuchtzone 2 injiziert, so daß Lichtemission auftritt. Wenn die herausgeführte Elektrode 5' direkt mit der Lichtemissionszone 2 mit einem niedrigen Übergangswiderstand gebondet ist, kann die Injektionselektrodenzone 3 entfallen.
Dieser Punkt der erläuternden Vorrichtung wird beschrieben anhand Untersuchungen, wie die Übergangsflächeneigenschaften die Strominjektionseffizienz des gesamten Elements beeinflussen.
(1) Zuerst wird der gute Stromübergang zwischen dem herausgeführten Metallkontakt 5 und der Injektionselektrodenzone 2 bestätigt, weil die Injektionselektrodenzone 1 aus einem nichtporösen Material niedrigem Widerstands gebildet ist.
(2) Ein guter homogener pn-Übergang kann gebildet werden, weil sich die Kristallstruktur an der Übergangsfläche 4 zwischen der Injektionselektrodenzone 1 und der Leuchtzone 2 in selben Material fortsetzt und entlang beider Zonen ein gemeinsames Ausgangsmaterial hat. Wie zum Stand der Technik beschrieben, beherrscht die Übergangsflächeneigenschaften die Strominjektionseffizienz und die Leuchteffizienz des Elements. Von daher hat die erläuternde Licht emittierende Vorrichtung eine hohe Effizienz durch Bilden einer Injektionselektrodenzone, die eine "nichtporöse Struktur" ist, die "eine Kristallstruktur" hat, die stetig zur Leuchtzone 2 ist, und die aus "demselben Material" des "Heteroübergangstyps" ist. Wenn darüber hinaus die Injektionselektrodenzone 3 vorgesehen ist, (3) dann ist der Kontakt zwischen der Leuchtzone 2 und der Injektionselektrodenzone 3 wegen "Stetigkeit der Kristallstruktur" gegenstandslos, und (4) es ist anzunehmen, daß der gute Stromübergang zwischen der Injektionselektrodenzone 3 und der herausgeführten Elektrode 5' sich aus der guten Leitfähigkeit der Injektionselektrodenzone 3 ergibt.
Es ist nicht notwendigerweise erforderlich, daß die Leuchtzone 2 aus einheitlichem porösen Leuchtmaterial längs der ganzen Zone besteht. Die Leuchtzone kann aus einer Vielzahl poröser oder nichtporöser Zonen unterschiedlicher Struktur hergestellt sein. Es ist erforderlich, daß wenigstens eine der Zonen aus Leuchtmaterial besteht. Wenn andere Zonen für die Benutzung, mit Ausnahme der Leuchtfunktion bereitgestellt werden, können folglich sowohl die Vorrichtungseigenschaften als auch das Vorrichtungsherstellverfahren in einigen Fällen passend sein. Beispielsweise besteht die Umgebung der Übergangsfläche der Injektionselektrodenzone 1 aus nichtporösen oder nichtleuchtenden porösen Material mit relativ großer Reststruktur, wodurch der pn-Übergang bei der Übergangsfläche 4 weiter verbessert werden kann. Von den Herstellverfahren der Licht emittierenden Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung (ist später zu beschreiben) kann das Verfahren, das eine Epitaxie verwendet, die epitaktische Übergangsfläche und die Filmqualität einer epitaktischen Schicht weiter verbessern.
Im in der Lichtemissionszone 2 existierenden porösen Material wird die Struktur aus demselben Ursprungsmaterial wie die Injektionselektrodenzone 2 oder 3 hergestellt, wodurch es nicht wichtig ist, daß ein Heteromaterial auf den Frontoberflächenporen in der Reststruktur gebildet wird. Darüber hinaus können alle Räume in einer Pore mit einem Heteromaterial ausgefüllt werden. Die mechanische und thermische Stabilität ist in einigen Fällen im allgemeinen nicht ausreichend, weil das poröse Leuchtmaterial eine sehr feine Reststruktur besitzt. Eine wirksame Verstärkung kann von daher in einigen Fällen unter Verwendung des obigen Heteromaterials erfolgen.
Fig. 2A bis 2D veranschaulichen eine räumliche Anordnung einer Leuchtzone mit einer nichtporösen Zone und einem porösen Leuchtmaterial. Insbesondere veranschaulichen die Fig. 2B und 2C Ausführungsbeispiele einer Licht emittierenden Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2A bis 2D zeigen ein Beispiel, bei dem ein Stromweg vertikal auf der Oberfläche eines einkristallinen Substrats in Wafer-Form gebildet ist. In der höchst vereinfachten Vorrichtungsstruktur, die in Fig. 2A gezeigt ist, ist ein pn- Übergang zwischen der nichtporösen Schicht 1 eines ersten Leitfähigkeitstyps und der porösen Leuchtschicht 2 eines zweiten Leutfähigkeitstyps gebildet, mit einer stetigen Kristallstruktur im pn-Übergang. Die herausgeführten Elektroden 5 und 5' sind jeweils an den Enden der Elementestruktur vorgesehen. Gleiche Bezugszeichen stellen Zonen entsprechend jenen von Fig. 1 dar. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Zwischenschicht 2' zwischen der nichtporösen Schicht 1 und der porösen Leuchtschicht 2 (Fig. 2B) vorgesehen. Dieses Ausführungsbeispiel zeigt, daß die Leuchtzone 2 eine Zone enthält, die sich von der porösen Leuchtzone in der Struktur von Fig. 1 unterscheidet. Das heißt, die Zwischenschicht 2' enthält die Leuchtzone 2, die in Fig. 1 gezeigt ist. Die Zwischenzone 2' enthält ein nichtporöses Material mit einem Einkristall. Jedoch ist der Leitfähigkeitstyp der Zwischenzone 2' derselbe wie derjenige der porösen Leuchtschicht 2, und die Schichten vor und hinter der Zwischenschicht 2' könnten in Kristallstruktur fortgesetzt sein. Jedoch ist es nicht unbedingt erforderlich, daß die Übergangsfläche zwischen der Zwischenschicht 2' und der anderen Schicht in der Leuchtzone 2 scharf verläuft, sondern sie kann restriktiv und stetig variiert werden. Nach einem weiteren nicht erfindungsgemäßen veranschaulichenden Beispiel der vorliegenden Erfindung kann bezüglich der Eigenschaften der Übergangsfläche zwischen der herausgeführten Elektrode 5' und der porösen Leuchtschicht 2 eine zusätzliche Injektionselektrodenschicht 3 vorgesehen sein (Fig. 2C). Dies ist ein erläuterndes Beispiel, das die Injektionselektrode 3 zeigt, die in der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtungsstruktur vorgesehen ist. Die Injektionselektrodenschicht 3 besteht beispielsweise aus einem porösen nichtleuchtenden Material oder aus einem nichtporösen Material, das einen Einkristall enthält. Jedoch sollte der Leitfähigkeitstyp der Injektionselektrodenschicht 3 derselbe sein wie derjenige der nichtporösen Schicht 2. Die Kristallstruktur zwischen der Injektionselektrodenschicht 3 und der nichtporösen Leuchtelektrodenschicht 2 sollte in Kristallstruktur fortgesetzt sein. Die Übergangsfläche ist jedoch nicht notwendigerweise scharf, sondern kann in restriktiver und kontinuierlicher Weise variieren. Fig. 2D veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit der Injektionselektrodenschicht 3.
Fig. 3A bis 3D sind erläuternde Beispiele und Ausführungsbeispiele, die zeigen, daß ein Elektrodenleitweg in einer Richtung parallel zur Oberfläche eines nichtkristallinen Films gebildet ist, der auf der isolierenden Oberfläche von beispielsweise dem Substrat in Wafer-Form 0 gebildet ist. Jedes strukturelle Element und dessen Funktion entspricht jenen der Fig. 2A bis 2D. Die herausgeführten Elektroden 5 und 5' sind in Kontakt mit der Filmoberfläche. Jedoch sollte die geometrische Anordnung nicht auf das vorliegende Beispiel beschränkt sein.
Als nächstes wird hinsichtlich des Herstellverfahrens der Licht emittierenden Vorrichtung, das zur Herstellung der zuvor erläuterten Vorrichtungen verwendet werden kann, die Einrichtung eines in den Fig. 2A bis 2D und 3A bis 3D gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß einem Prozeß zur Herstellung einer Lichtemissionszone mit einem porösen Leuchtmaterial und einer nichtporösen Zone beschrieben, die jeweils von unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp sind, um so eine stetige Kristallstruktur zu bilden.
Das erste erläuternde Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung mit der in Fig. 2A gezeigten Struktur ist in Fig. 4A bis 4C dargestellt. Ein nichtporöses Substrat 1 mit einem gewünschten Leitfähigkeitstyp und einem Widerstand wird zuerst vorbereitet (Fig. 4A). Die Schicht 20, die eine gegenüber dem Substrat 1 entgegengesetzten Leitfähigkeit hat, aber aus demselben Grundmaterial besteht, hat eine stetige Struktur an der Übergangsfläche 4 und ist auf der Oberfläche des Substrats 1 vorgesehen (Fig. 4B). In einem konkreten Verfahren kann die Schicht 20 durch Epitaxie auf der Oberfläche des Substrats 1 gebildet werden, mit Verunreinigungselementen, die zur Steuerung des Leitfähigkeitstyps eingefügt werden, oder die Schicht 20 wird intern von der Oberfläche des Substrats 1 durch Bewirken einer Gegendotierung durch eine Ionenimplantation aus der Oberfläche des Substrats 1 gebildet, einer Feststoff- Phasendiffusion aus einem aufgetragenen oder einer Diffusion aus einem Gasphasenfilm. Darüber hinaus ist es möglich, die oben genannten Verfahren zu kombinieren. Die Leuchtzone 2 mit einem porösen Leuchtmaterial kann als nächstes hergestellt werden, indem die Schicht 20 von der Oberfläche der Übergangsfläche 4 unter Verwendung eines Verfahrens der Umsetzung eines nichtporösen Materials in ein poröses Material überführt wird, wie beispielsweise durch Anodisieren oder eine Photoformierung (Fig. 4C). Als nächstes werden die herausgeführten Elektroden 5 und 5' gebildet. Letztlich kann eine Vorrichtung mit der in Fig. 2A gezeigten Struktur gebildet werden. Da die pn- Übergangsfläche 4 vor einer porösen Strukturbildung eine stetige Kristallstruktur hat, wird der Originalzustand selbst nach einem letzten Schritt beibehalten.
Das zweite erläuternde Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung mit der in Fig. 2A gezeigten Struktur ist als nächstes in den Fig. 5A bis 5C dargestellt. Zuerst wird ein nichtporöses Substrat 1 mit einem gewünschten Leitfähigkeitstyp und einer gewünschten Leitfähigkeit vorbereitet (Fig. 5A). Eine poröse Strukturbildung wird aus der Oberfläche des Substrats 1 zu einer gewünschten Tiefe bewirkt (Fig. 5B). Als nächstes wird eine Gegendotierung aus der Oberfläche der porös strukturierten Formierungsschicht 20 ausgeführt, um die poröse Leuchtschicht 2 mit einem unterschiedlichen Leitfähigkeitstyp gegenüber demjenigen des Substrats 1 zu erzeugen (Fig. 5C). Dann kann die Vorrichtung mit der in Fig. 2A gezeigten Struktur durch Bilden der herausgeführten Elektroden 5 und 5' gebildet werden. Es erübrigt sich zu sagen, die Kristallstruktur wird in derselben Weise wie jene in den Fig. 4A bis 4D stetig an der pn- Übergangsfläche 4 fortgesetzt.
Erläuternde Verfahren der Herstellung der in Fig. 2B gezeigten Vorrichtung sind nachstehend beschrieben. Die ersten Verfahren können durch geringfügiges Abwandeln der Verfahren ausgeführt werden, die jeweils die in Fig. 2A gezeigte Vorrichtung bilden, erläutert anhand der Fig. 4A bis 4C und 5A bis 5C. Zuerst wird in dem in Fig. 4B gezeigten Schritt die Zwischenschicht 2' auf einer gewünschten Stärke durch Beenden der porösen Strukturformierung belassen, direkt bevor die Formierung die Übergangsfläche 4 von der Oberfläche der Schicht 2 erreicht ist (Fig. 6). Im in Fig. 4C gezeigten Schritt wird eine Gegendotierung über die Oberfläche der porös strukturierten Formierungsschicht 20 zur nichtporösen Zone des Substrats 1 gebildet, um die Zwischenschicht 2' mit einer gewünschten Stärkte herzustellen (Fig. 7). In jedem Fall wird die Zwischenschicht 2' aus einem nichtporösen Material desselben Leitfähigkeitstyps wie derjenige der porösen Leuchtschicht 2 erzeugt und das eine stetige Kristallstruktur an der pn- Übergangsfläche 4 zum Substrat 1 hat.
Das zweite erläuternde Verfahren zur Herstellung der in Fig. 2B gezeigten Vorrichtung wird nicht auf den Schritt 1 angewandt, in dem ein pn-Übergang durch Gegendotierung gebildet wird, nachdem die poröse Strukturschicht in der in den Fig. 5A bis 5C gezeigten Weise gebildet ist. Der Grund dafür ist der, daß das Phänomen genutzt wird, daß sowohl die poröse Strukturbildung als auch die poröse Materialstruktur weitestgehend durch die Zusammensetzung des nichtporösen Materials durch Verunreinigungskonzentration und andere Faktoren beeinflußt werden. Bei der porösen Siliziumbildung durch eine Anodisieren vergrößert sich beispielsweise die Strukturstärke, weil eine schwere Verunreinigungskonzentration in einem Siliziumsubstrat den Widerstand herabsetzt, wobei die Reststruktur groß ist und der poröse Grad herabgesetzt ist, wodurch ein Widerstandsanstieg aufgrund porösen Materials unterdrückt wird. In diesem Falle wird ein nichtleuchtendes poröses Material gebildet. In den anhand der Fig. 8A bis 8C erläuternden Schritten wird ein nichtleuchtendes poröses Material niedrigen Widerstands als Zwischenschicht 2' verwendet, wie in Fig. 2B gezeigt. Zuerst wird das nichtporöse Substrat 1 mit einem gewünschten Leitfähigkeitstyp und einem gewünschten Widerstand vorbereitet (Fig. 8A). Auf einer Oberfläche des Substrats ist die Schicht 20' vorgesehen, die einen Leitfähigkeitstyp besitzt, der sich von demjenigen des Substrats 1 unterscheidet, aber dasselbe Ausgangsmaterial verwendet und die eine stetige Kristallstruktur an der Übergangsfläche 4 besitzt. Des weiteren hat die Schicht 20, die vom selben Leitfähigkeitstyp wie die Schicht 20' ist, aber eine unterschiedliche Verunreinigungskonzentration besitzt, eine stetige Kristallstruktur (Fig. 8B). Die Verunreinigungskonzentration der Schicht 20' kann beispielsweise auf einen höheren Betrag gesetzt werden als diejenige der Schicht 20. Der im in Fig. 4B gezeigten Schritt angewandte Prozeß kann in einem konkreten Verfahren zur Herstellung der Schichten 20 und 20' verwendet werden. Wenn beispielsweise eine Formierung durch Epitaxie bewirkt wird, kann die Schicht 20 nach Auftragen der Schicht 20' aufgetragen werden. Bei Ionenimplantation kann eine mehrschrittige Ionenimplantation mit variierender Implantationsenergiebedingung oder Ionenspezien verwendet werden, oder es kann ein Ionenimplantationsprofil angewandt werden, wodurch der räumliche Übergang zwischen den Schichten 20 und 20' stetig wird. Indem die Schichten 20 und 20' als nächstes aus der Oberfläche der Übergangsfläche 4 porös gemacht werden (Fig. 8C), wobei die Leuchtzone 2 mit einem leuchtenden porösen Material arbeitet, wird die Schicht 20' als Zwischenschicht 2' gebildet. Dann werden die herausgeführten Elektroden 5 und 5' auf der Leuchtzone 2 gebildet, um eine Licht emittierende Vorrichtung mit der in Fig. 2B gezeigten Struktur zu erzeugen. In diesem Falle ist die Kristallstruktur an der pn- Übergangsschnitstelle stetig.
Das erste erläuternde Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung mit der in Fig. 2C gezeigten Struktur wird als nächstes in den Fig. 9A bis 9C dargestellt. Zuerst wird das nichtporöse Substrat 1 mit einem gewünschten Leitfähigkeitstyp und einer gewünschten Leitfähigkeit vorbereitet (Fig. 9A). Auf der Oberfläche des Substrats ist die Schicht 20 vorgesehen, deren Leitfähigkeitstyp sich von demjenigen des Substrats 1 unterscheidet, aber aus demselben Ausgangsmaterial besteht und eine stetige Kristallstruktur an der Übergangsfläche 4 besitzt. Des weiteren ist die Schicht 30 vorgesehen, die vom selben Leitfähigkeitstyp wie die Schicht 20 ist, und eine unterschiedliche Ionenkonzentration besitzt (Fig. 9B). Die Verunreinigungskonzentration der Schicht 30 kann beispielsweise höher sein als diejenige der Schicht 20. Der Prozeß, der im in Fig. 4B gezeigten Schritt verwendet wird, kann als konkretes Verfahren der Herstellung der Schichten 20 und 30 verwendet werden. Beispielsweise wird die Formierung durch Epitaxie bewirkt, die Schicht 30 wird aufgetragen, nachdem die Schicht 20 aufgetragen wurde. Bei der Ionenimplantation kann die mehrschrittige Ionenimplantation mit variierender Implantationsenergiebedingung oder Ionenarten verwendet werden, oder ein Ionenimplantationsprofil, wodurch der räumliche Übergang zwischen den Schichten 20 und 30 stetig wird. Indem als nächstes die Schichten 30 und 20 von der Oberfläche der Übergangsfläche 4 (Fig. 9C) porös gemacht werden, werden die beiden Schichten zu einer Injektionselektrodenschicht 3 eines nichtleuchtenden porösen Materials und zur Leuchtschicht 2 mit einem leuchtenden porösen Material. Dann werden die herausgeführten Elektroden 5 und 5' auf der Leuchtschicht 2 gebildet, um eine Licht emittierende Vorrichtung mit der in Fig. 2B gezeigten Struktur zu schaffen. In diesem Falle ist die Kristallstruktur an der pn-Übergangsfläche 4 stetig.
Das zweite erläuternde Beispiel der Herstellung einer Vorrichtung mit der in Fig. 2C gezeigten Struktur ist in den Fig. 10A bis 10D dargestellt. Zuerst wird das nichtporöse Substrat 1 mit einem gewünschten Leitfähigkeitstyp und einem Leitvermögen vorbereitet (Fig. 10A). Auf der Oberfläche des Substrats ist die Schicht 20 vorgesehen, deren Leitfähigkeitstyp sich von demjenigen des Substrats 1 unterscheidet, aber aus demselben Material besteht und eine stetige Kristallstruktur an der Übergangsfläche 4 aufweist (Fig. 10B). Das konkrete Verfahren der Herstellung der Schicht 20 ist dasselbe wie beim zuvor beschriebenen Prozeß. Als nächstes wird die Schicht 20 von der Oberfläche der Übergangsfläche 4 porös gemacht, um die Leuchtschicht 2 zu bilden, mit einem leuchtenden porösen Material (Fig. 10C). Die Injektionselektrodenschicht 3 eines nichtporösen Materials wird auf die Oberfläche durch Epitaxie usw. aufgetragen (Fig. 10D). Da die Injektionselektrodenschicht 3 vom selben Leitfähigkeitstyp sein sollte wie diejenige der Licht emittierenden Vorrichtung 2 mit einem guten Leitvermögen, werden Verunreinigungen beim Auftragen eingeführt oder in einem späteren Schritt dotiert.
Durch Ausführen sowohl des ersten als auch zweiten erläuternden Verfahrens zur Bildung der Vorrichtung mit der in Fig. 2C gezeigten Struktur ist es möglich, die Injektionselektrodenschicht 3 der mehreren in Fig. 11 gezeigten Schichten zu schaffen. In diesem Falle kann die nichtporöse Injektionselektrodenschicht 32 durch Epitaxie oder dergleichen auf die nach dem ersten Verfahren hergestellte nichtleuchtende poröse Injektionselektrodenschicht 31 aufgetragen werden.
Im dritten erläuternden Verfahren zur Herstellung einer in Fig. 2C gezeigten Vorrichtung werden die Schichtenherstellungsschritte, die zuvor beschrieben sind, umgekehrt. Der dritte Prozeß wird nachstehend anhand der Fig. 12A bis 12D erläutert. Zuerst wird das nichtporöse Substrat 0 mit einem gewünschten Leitfähigkeitstyp und Leitvermögen vorbereitet (Schritt 12A). Das Substrat 0 wird bis zu einer gewünschten Tiefe von der Oberfläche porös gemacht, um die Leuchtschicht 2 mit einem porösen Leuchtmaterial zu bilden (Fig. 12B). Die Injektionselektrodenschicht 1 wird durch Epitaxie usw. auf die Oberfläche des Substrats 0 aufgetragen (Fig. 12C). In diesem Falle sollte die Injektionselektrodenschicht 1 aus einem nichtporösen Material niedrigen Widerstands bestehen. Die Übergangsfläche 4 zwischen der Injektionselektrodenschicht 1 und der Leuchtschicht 2 sollte aus einer stetigen Kristallstruktur bestehen, und das Substrat 0 sollte sich von der Leuchtschicht 2 im Leitfähigkeitstyp unterscheiden. Folglich ist es erforderlich, daß Verunreinigungen beim Auftragen eingeführt werden oder in einem späteren Schritt dotiert wird. Indem das Substrat auf den Kopf gestellt wird, entsteht die in Fig. 12D dargestellte Struktur. Die pn-Übergangsfläche 4 wird zwischen der zuletzt aufgetragen Injektionselektrodenschicht 1 und der Leuchtschicht 2 gebildet. Die Injektionselektrodenschicht 3, die vom selben Leitfähigkeitstyp ist wie die Leuchtschicht 2, im unporös übriggebliebenen Substrat 0 wird auf der Leuchtschicht 2 gebildet. Die herausgeführten Elektroden 5 und 5' werden gebildet, um eine in Fig. 2C dargestellte Vorrichtung zu schaffen.
Die in Fig. 2D gezeigte Vorrichtung kann durch Kombinieren des Verfahrens zur Herstellung der in Fig. 2B gezeigten Vorrichtung und dem Verfahren der zur Herstellung der in Fig. 2C gezeigten Vorrichtung gebildet werden. Nachdem in Bezug auf Fig. 2A beispielsweise die Schicht, die vom selben Leitfähigkeitstyp wie diejenige des Substrats 0 ist und eine hohe Verunreinigungskonzentration aufweist, auf der Oberfläche des nichtporösen Substrats 0 gebildet ist, geht der Prozeß zu den in Fig. 12B gezeigten Schritten. Somit wird eine Schicht hoher Verunreinigungskonzentration in eine Zwischenschicht 2' aus nichtleuchtendem porösen Material umgewandelt, so daß die in Fig. 13 gezeigte Struktur geschaffen wird, und die in Fig. 2D gezeigte Vorrichtung kann gebildet werden.
Das erläuternde Verfahren zur Herstellung der in den Fig. 3A bis 3D gezeigten Vorrichtungsgruppe ist dasselbe wie in den Fig. 2A bis 2D, mit der Ausnahme, daß ein nichtporöser Film auf der isolierenden Oberfläche eines Substrats porös gemacht wird. Eine Erläuterung wird für einige typische Bildungsschritte anhand der Vorrichtungsstruktur von Fig. 3D als ein Beispiel gegeben.
Fig. 14A bis 14F zeigen das erste erläuternde Verfahren zur Herstellung der in Fig. 3D gezeigten Vorrichtung. Zuerst wird ein Substrat bereitgestellt, auf dem ein nichtporöser Film 20 auf der Isolationsoberfläche des Substrats 0 gebildet ist (Fig. 14A). Unter Verwendung eines photolithographischen Prozesses und eines lokalen Dotierungsprozesses, wie beispielsweise eine herkömmlicherweise bei der integrierten Halbleiterherstellung verwendete Technik fokussierter Ionenstrahlen, wird die Zone 10 mit einem Leitfähigkeitstyp, der sich von dem des nichtporösen Films 20 unterscheidet, im nichtporösen Film 20 gebildet, und es wird die Zone 30 mit demselben Leitfähigkeitstyp wie derjenige des nichtporösen Films 20 und mit einer hohen Verunreinigungskonzentration und hohem Widerstand gebildet (Fig. 14B). Die herausgeführten Elektroden S und 5', in Kontakt mit dem Zonen 10 bzw. 30, werden unter Verwendung einer Mustertechnik gebildet (14C). Des weiteren wird eine Schutzschicht 6 über den Elektroden 5 und 5' gebildet (Fig. 14D). Da die Schutzschicht 6 die Struktur darunter im folgenden Schritt schützt, wenn die Zone 20 des restlichen nichtporösen Films der porösen Struktur dem porösen Strukturbildungsprozeß unterzogen wird, muß sie hinreichend dem porösen Strukturbildungsprozeß widerstehen. Der Schutzfilm auf dem linken Ende der Öffnung wird von der Grenze zwischen den Zonen 10 und 20 versetzt, wie in der Zeichnung gezeigt. Als nächstes wird die Zone 20 in eine poröse Schicht umgewandelt. Im Falle der Anwendung eines Anodisierprozesses als konkreter poröser Strukturbildungsprozeß wird das gesamte Substrat in eine Elektrolytlösung eingetaucht. Strom wird durch die herausgeführte Elektrode 5' und die Gegenelektrode 7 geschickt (Fig. 14E). Im Falle einer Photoformierung wird der poröse Strukturbildungsprozeß lediglich durch Beleuchten einheitlicher Strahlen ausgeführt. In den obigen Schritten wird die Zone unter der Öffnung des Schutzfilms 6 in die Leuchtzone 2 umgewandelt, die ein leuchtendes poröses Material enthält, der versetzte Teil wird in die Zwischenschicht 2' umgewandelt, und die Zonen 10 bzw. 30 in die Injektionselektrodenzonen 1 bzw. 3 werden umgewandelt. Die in Fig. 3D gezeigte Vorrichtung mit einem pn- Übergang an der Übergangsfläche 4 mit einer stetigen Kristallstruktur wird gebildet (Fig. 14F). Wenn der Versatz des Schutzfilms 6 an der Öffnung fortgelassen wird, wird die in Fig. 3C gezeigte Vorrichtung gebildet. Wenn die Formierung der Zone 30 fortgelassen wird, entsteht die in Fig. 3B gezeigte Vorrichtung. Wenn der Versatz an der Öffnung im Schutzfilm 6 und die Formierung der Zone 30 fortgelassen wird, entsteht die in Fig. 3A gezeigte Vorrichtung.
Als nächstes wird das zweite erläuternde Verfahren zur Bildung der in Fig. 3D gezeigten Vorrichtung anhand der Fig. 15A bis 15D beschrieben. Zuerst wird ein Substrat bereitgestellt, das den auf dem Substrat 0 gebildeten nichtporösen Film 20 mit einer Isolationsoberfläche enthält (Fig. 15A). Das gesamte Substrat wird in eine Elektrolytlösung eingetaucht. Dann wird eine Photoformierung durch Beleuchten eines lokal fokussierten Lichts auf den nichtporösen Film 20 ausgeführt, um die Leuchtzone 20 zu bilden, die das leuchtende poröse Material enthält (Fig. 15B). Nachfolgend wird unter Verwendung einer lokalen Dotiertechnik die Zone 10 mit einem Leitfähigkeitstyp, der sich vom nichtporösen Film 20 unterscheidet, und die Zone 30 mit demselben Leitfähigkeitstyp wie der nichtporöse Film 20 und mit einer hohen Verunreinigungskonzentration und niedrigem Widerstand gebildet (Fig. 15C). Gemäß den obigen Schritten wird die in Fig. 3D gezeigte Struktur gebildet, die die Zonen 10 und 30 enthält, jeweils umgesetzt in die Injektionselektrodenzone 1 bzw. 3 sowie die zwischen der Zone 10 und der in die Zwischenschicht 2 umgesetzten Leuchtzone 2 übriggebliebene Zone (Fig. 15D). Die in den Fig. 3A bis 3C gezeigten Vorrichtungen können durch Ändern der räumlichen Position der Zone 10 oder durch Auslassen einiger Schritte abgewandelt werden.

[Beispiele]

Eine detaillierte Erläuterung wird nun für die Beispiele nach der vorliegenden Erfindung einer Licht emittierenden Vorrichtung und einem Herstellverfahren für eine Licht emittierenden Vorrichtung anhand der Beispiele unter Verwendung eines Siliziumkristallmaterials beschrieben.

(Vergleichendes Beispiel 1)

Das vergleichende Beispiel einer Licht emittierenden Vorrichtung mit der in Fig. 2A gezeigten Struktur mit den Herstellschritten der Fig. 4A bis 4C ist nachstehend beschrieben.
Zuerst wird ein phosphordotierter einkristalliner Silizium- Wafer des n-Typs präpariert, der eine Flächenausrichtung von < 100> und einen spezifischen Widerstand von 0,02 Ω·cm hat. Auf der Oberfläche des Wafers wurde eine p-dotierte einkristalline Siliziumschicht in einer Stärke von etwa 1 um aufgetragen, wurde epitaxial gezüchtet unter Verwendung eines CVD-Prozesses unter gleichzeitiger Verwendung von Diclorsilangas und Diborgas. Aluminium mit einer Filmstärke von 200 nm (2 000 Å) wurde auf die rückseitige Oberfläche des Wafers aufgeampft, um den perfekten Stromübergang sicherzustellen.
Nur die Wafer-Oberfläche wurde mit einer Fluorwasswerstoff- Ethanol-Säurelösung von 20 Gewichtsprozenten kontaktiert, um einer ebenen Platinelektrode gegenüberzustehen. Während der Beleuchtung der Wafer-Oberfläche mit einer 1-kW-Halogenlampe wurde an den als Anode dienenden Wafer und an die Platinelektrode eine Spannung angelegt. Eine Anodisierung wurde zwei Minuten lang ausgeführt, wobei eine Stromdichte auf der Wafer-Oberfläche von 10 mA·cm&supmin;² aufrechterhalten wurde. Wenn der Querschnitt einer speziell vorbereiteten Probe zur Bestätigung der porösen Strukturbildung unter einem Elektronenmikroskop mit hoher Auflösungsleistung beobachtet wurde, konnte bestätigt werden, daß die Anodisierung gerade bis zu einer Tiefe von 1 um in die Wafer-Oberfläche fortgeschritten war, um eine poröse Schicht zu bilden, und die Reststruktur der porösen Schicht wurde in perfekter Weise zur Kristallstruktur des Substrats fortgesetzt. Das bedeutet, daß die gesamte p-dotierte epitaktische Si-Schicht in eine poröse Schicht umgesetzt wurde. Beleuchten der Oberfläche der porösen Schicht mit einer 5-Watt- UV-Lampe gab ein rote PL. Da die poröse Leuchtschicht eine sehr feine und brüchige Struktur hatte, wurde nur die Oberfläche der Reststruktur durch einen RTO-Prozeß (schnelle thermische Oxidation) zur Stabilisierung oxidiert. Durch diesen Prozeß wurde die PL-Emissionsspitze etwas blau verschoben und die Stärke wurde auf das Fünffache erhöht.
Nachdem bestätigt war, daß sich die oxidierte poröse Schicht mit einer erhöhten PL-Effizienz in einem hinreichend stabilen Zustand befand, wurde ein SiO&sub2;-Film einer Stärke von 200 nm (2 000 Å) erneut auf die Wafer-Oberfläche unter Verwendung eines CVD- Prozesses aufgetragen. Dann wurden einige quadratische 2-mm- Öffnungen auf dem Oxidfilm durch den herkömmlichen photolithographischen Prozeß gebildet. Bei der Bildung der Öffnungen muß der Oxidfilm auf der oberen Oberfläche der oxidierten porösen Schicht als Unterlageschicht ebenfalls beseitigt werden. Vor einer Neuformierung eines natürlichen Oxidfilms in der Öffnung wurde ein semitransparenter Golddünnfilm oder ein Film einer Stärke von 10 nm (100 Å) darauf aufgetragen. Darüber hinaus wurde eine Al-Elektrode aus der Öffnung herausgeführt.
Wenn durch die Kontakte der vorderseitigen und rückseitigen Oberflächen des Wafers der durch den obigen Prozeß präparierten Vorrichtung ein Gleichstrom geleitet wurde, konnte eine Gleichrichtereigenschaft festgestellt werden, wobei die Stromrichtung mit der Kontaktseite der Vorderoberfläche die positive Elektrode in Vorwärtsrichtung ist, und ein sichtbarer Leuchtbereich nahe Orange aus der Öffnung im Oxidfilm trat bei einer Schwellwertspannung von etwa 3 Volt auf. Es wird angenommen, daß dieses Leuchten eine Elektrolumineszenz aufgrund einer Strominjektion über die Übergangsfläche zwischen der n- dotierten einkristallinen Schicht und dem Substrat und der p- dotierten positiven Schicht in die poröse Siliziumschicht mit einer ultrafeinen Struktur ist. Es wird angenommen, daß der Grund für die hinreichend niedrige Leuchtschwellwertspannung der ist, daß die stetige Kristallstruktur in der pn-Übergangsfläche eine gute Gleichrichtereigenschaft besitzt, wodurch die Strominjektionseffizienz höher ist als diejenige einer herkömmlichen Struktur.

(Beispiel 1)

Es folgt nun eine Erläuterung eines Beispiels einer Licht emittierenden Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung mit der in Fig. 2B gezeigten Struktur, die mit den in Fig. 6 gezeigten Herstellschritten hergestellt wird.
Eine Vorrichtung wurde durch Wiederholen der Vorrichtungsvorbereitungsschritte des vergleichenden Beispiels 1 präpariert, mit der Ausnahme, daß die Anodisierungszeit um 1,5 Sekunden reduziert wurde. Wenn der Querschnitt einer besonders vorbereiteten Probe zur Bestätigung der porösen Strukturbildung unter einem Elektronenmikroskop mit hohem Auflösungsvermögen beobachtet wurde, konnte bestätigt werden, daß die Anodisierung von der Wafer-Oberfläche bis zu etwa 0,9 um Tiefe zur Bildung einer porösen Schicht fortschreitet, und daß das Kristallgitterbild perfekt in einem stetigen Zustand war, aber eine einkristalline Zwischenschicht etwa 0,1 um stark zwischen einer kontrasterzeugenden Oberfläche gebildet wurde, die scheinbar eine epitaktische Übergangsfläche und eine poröse Schicht war.
Wenn eine Gleichsspannung an die Kontakte auf den vorderen und rückseitigen Oberflächen eines Wafers angelegt wurde, zeigte die Vorrichtung ein Gleichrichtungsverhältnis, das um fast eine Ordnung höher ist als dasjenige der Vorrichtung des vergleichenden Beispiels 1. Die Schwellwertspannung erhöhte sich auf etwa 3,5 Volt, aber es wurde eine Leuchteffizienz erzielt, die mehrere Male stärker war als diejenige der Vorrichtung des vergleichenden Beispiels 1. Es wird angenommen, daß die verbesserte Gleichrichtereigenschaft daraus resultiert, daß die vorderen und hinteren Abschnitte des pn-Übergangs aus einem perfekten Einkristall gebildet waren. Dies verbessert die Effizienz der Strominjektion in die poröse Leuchtschicht, wodurch sich die Leuchteffizienz erhöht.

(Beispiel 2)

Es folgt nun eine Erläuterung eines Ausführungsbeispiels einer Licht emittierenden Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung mit der in Fig. 2B gezeigten Struktur, die mit den Schritten der Fig. 8A bis 8C hergestellt wird.
Eine Vorrichtung wurde präpariert durch Wiederholen der Vorrichtungsvorbereitungsschritte des vergleichenden Beispiels 1, mit der Ausnahme, daß der Schritt des Züchtens einer p- dotierten epitaktischen Schicht auf einem n-dotierten einkristallinen Substrat in zwei Schritte eingeteilt wurde. Die beiden Schritte zur Bildung einer p-dotierten Schicht mit Auftragen einer stark dotierten Schicht über 0,2 um Stärke mit dem partiellen Druck von zehnfach erhöhtem Bor-(II)- Wasserstoffgas und dann Reduzieren des partiellen Druckes des Bor-(II)-Wasserstoffgases auf den ursprünglichen Druck zum Züchten einer leichtdotierten Schicht von etwa 0,2 um Stärke.
Die Beobachtung des Querschnitts einer Probe ergab, daß die Anodisierung von der Wafer-Oberfläche auf etwa 1 um Tiefe zur Bildung einer porösen Schicht fortschritt. Gemäß einer weiteren detaillierten Beobachtung konnte jedoch bestätigt werden, daß ein poröses Material mit ultrafeinen Poren zu einer Tiefe von etwa 0,8 um von der Wafer-Oberfläche und der Schicht einer Stärke von etwa 0,2 um unter dem ultrafeinen porösen Material eines porösen Materials großer Poren mit einer durchschnittlichen Struktur gebildet wurde, die um etwa zwei Strukturgrößen größer war.
Anläßlich eines Gleichstromflusses durch die Elektroden der Vorder- und Rückseite des Wafers wurde herausgefunden, daß die Vorrichtung eine Zwischeneigenschaft zwischen den Vorrichtungen des vergleichenden Beispiels 1 und eines Beispiels 1 in Punkten zeigte, die sich auf die Gleichrichtereigenschaften, die Leuchtschwellwertspannung und die Leuchtefffizienz beziehen. In diesem Falle wurde angenommen, daß die poröse Schicht mit größeren Poren als Zwischenschicht funktionierte..

(Vergleichendes Beispiel 2)

Nun wird ein vergleichendes Beispiel einer Licht emittierenden Vorrichtung beschrieben, die die in Fig. 2A gezeigte Struktur hat und gemäß den Schritten der Fig. 5A bis 5C hergestellt wird.
Zuerst wurde ein bordotierter Siliziumeinkristall-Wafer des p-Typs mit einer Flächenausrichtung von < 100> und einem spezifischen Widerstand von 10 Q cm präpariert. Borionen wurden auf 50 keV beschleunigt, um in die rückwärtige Oberfläche des Wafers mit einer Dosis von 5 · 10¹&sup4; cm&supmin;² implantiert zu werden. Dann wurde der Wafer einer thermischen Behandlung bei 950º Celsius für 30 Minuten in einer Stickstoffatmosphäre aktiviert.
Als nächstes wurde das Substrat zwischen ein paar paralleler Platinflächenelektroden angeordnet und in eine hydrofluorische Ethernolsäurelösung getaucht mit einer Konzentration von 25 Gewichtsprozenten. Anodisieren wurde ausgeführt durch Anlegen einer Gleichspannung zwischen eine Platinelektrode, die als Anode arbeitet, die der rückwärtigen Oberfläche des Wafers gegenübersteht, und die andere Platinelektrode für eine Minute, mit der anderen Zone als die Wafer-Oberfläche, die elektrische isoliert ist, während die Stromdichte auf der Wafer-Oberfläche auf 10 mA · cm&supmin;² gesteuert wurde. Dann wurde der Wafer für 10 Minuten unter einer Beleuchtung in einem Raum mit der aktiven elektrisch kurzgeschlossen Schaltung belassen. Wenn der Querschnitt einer beobachtenden Probe, die speziell vorbereitet war, um den porösen Bildungsprozeß zu beobachten, unter einem hochauflösenden Elektronenmikroskop beoebachtet wurde, konnte bestätigt werden, daß die Anodisierung von der Oberfläche des Wafers direkt auf 0,5 um Tiefe fortschritt, um eine poröse Schicht zu bilden. Wenn die Oberfläche der porösen Schicht mit einer 5-Watt-UV-Lampe bestrahlt wurde, trat PL in Rot auf.
Als nächstes wurden auf 30 keV beschleunigte Wasserstoffionen in die Oberfläche des Wafers mit einer Dosis von 1 · 10¹&sup5; cm&supmin;² implantiert und einer RTO unterzogen, um die Aktivierung und die poröse Strukturstabilisierung zu erzielen. Die PL-Leuchtspitze war etwas blau verschoben und in der Stärke erhöht.
Nachdem bestätigt worden war, daß die oxidierte poröse Schicht eine erhöhte PL-Effizienz in einem hinreichend stbilisierten Zustand hatte, wurde der Oxidfilm auf der oberen Oberfläche der porösen Schicht mit einer verdünnten Lösung mit Fluorwasserstoffsäure beseitigt. Vor Neuformierung eines natürlichen Oxidfilms wurde ITO mit einer Stärke von 150 nm (1500 Å) aufgedampft und dann in Quadrate von 5 mm in Art von Inseln gemustert. Ein AlSi-Film wurde auf die gesamte rückwärtige Oberfläche des Wafers durch Sputtern aufgetragen.
Wenn ein Gleichstrom durch die Elektroden auf der vorderen und rückwärtigen Oberfläche des Wafers der Vorrichtung geleitet wurde, die gemäß den zuvor beschriebenen Schritten hergestellt war, wurde eine Gleichrichteigenschaft festgestellt, wobei der Strom der vorderen Oberflächenelektrode als positive Elektrode in Vorwärtsrichtung floß, und ein Leuchten im sichtbaren Bereich nahe Orange trat von den ITO-Inselabschnitten mit einer Schwellwertspannung von etwa 5 Volt auf. Es wird berücksichtigt, daß die Lichtemission eine Elektrolumineszenz aufgrund einer Strominjektion in die poröse Siliziumschicht mit einer ultrafeinen Struktur ist, über die Übergangsfläche zwischen der p-dotierten einkristallinen Schicht des Substrats und der porösen Schicht, wie sie direkt auf der p-dotierten Schicht vorgesehen und durch Aktivieren von Wasserstoffionen in eine n- Dotierung gewandelt ist. Es wird angenommen, daß die Leuchtschwellwertspannung hinreichend niedrig für die praktische Anwendung ist, die daraus resultiert, daß die stetige Kristallstruktur in der pn-Übergangsfläche gute Gleichrichtereigenschaften hat und die Strominjektionseffizienz höher ist als die herkömmliche.

(Beispiel 3)

Es folgt eine Erläuterung für ein Beispiel einer Licht emittierenden Vorrichtung mit einer in Fig. 2B gezeigten Struktur, die im in Fig. 7 gezeigten erläuternden Prozeß hergestellt wird.
Eine Vorrichtung wurde gemäß der Prozedur des vergleichenden Beispiels 2 präpariert, mit der Ausnahme, daß die Beschleunigungsenergie für die Wasserstoffionenimplantation auf 45 keV erhöht und die Dosismenge verdoppelt wurde. Obwohl es schwierig ist, aus einer Querschnittsbeoachtung klar zu bestimmen, wird angenommen, daß sich die n-dotierte Zone ins Innere des einkristallinen Substrats durch die poröse Schicht erstreckt.
Wenn ein Gleichstrom durch die Elektroden der vorderen und rückseitigen Oberfläche des Wafers geleitet wurde, zeigte die Vorrichtung ein Gleichrichtungsverhältnis, das höher ist um nahezu eine Größenordnung als bei der Vorrichtung des vergleichenden Beispiels 2. Die Schwellwertspannung war mit etwa 6 Volt leicht erhöht, aber die Leuchteffizienz wurde in mehrfacher Stärke als beim vergleichenden Beispiel 2 erzielt. Es wird angenommen, daß die verbesserte Gleichrichteigenschaft daraus resultiert, daß die vordere und hintere Zone der pn- Übergangsfläche aus einem perfekten Einkristall gebildet ist, und daß dies die Effizienz der Strominjektion in die poröse Leuchtschicht verbessert, wodurch die Leuchteffizienz erhöht wird.

(Vergleichendes Beispiel 3)

Nun wird ein vergleichendes Beispiel einer Licht emittierenden Vorrichtung beschrieben, die die in Fig. 2C gezeigte Struktur hat und die im in den Fig. 9A bis 9C gezeigten Schritten hergestellt wird.
Eine Vorrichtung wurde durch die folgenden Prozedur des vergleichenden Beispiels 1 präpariert, mit der Ausnahme, daß nachdem eine p-dotierte epitaktische Schicht auf einem n- dotierten einkristallinen Substrat gebildet wurde, Borionen in die Oberfläche desselben mit einer Beschleunigungsspannung von 20 keV in einer Dosis von 5 · 10¹&sup4; cm-2 implantiert wurden, und das Substrat der thermischen Behandlung in einer Stickstoffatmosphäre bei 950ºC für 30 Minuten aktiviert wurde. Eine Beobachtung des Querschnitts einer Probe erbrachte, daß die Anodisierung von der Wafer-Oberfläche bis zu etwa 1 um Tiefe zur Bildung einer porösen Schicht fortschreitet. In weiterer detaillierter Beobachtung wurde erkannt, daß die Oberfläche eine porösen Schicht mit großen Poren und mit einer Stärke von etwa 0,05 um war, und die darunterliegende poröse Schicht war fast eine ultrafeine poröse Schicht.
Wenn Gleichstrom durch die vordere und obere Oberfläche des Wafers geschickt wurde, waren sowohl die Gleichrichteigenschaft als auch die Leuchtschwellwertspannung im wesentlichen dieselben wie jene im vergleichenden Beispiel 1, und die Leuchteffizienz war um ein Mehrfaches gegenüber demjenigen des vergleichenden Beispiels 1 erhöht. Da die poröse Schicht mit großer Porenstruktur auf der äußeren Oberfläche in Fig. 2C gezeigten als Injektionselektrodenschicht 3 arbeitet, wird in diesem Falle angenommen, daß der Übergangswiderstand mit der herausgeführten Elektrode verringert ist, so daß die Leuchteffizienz verbessert ist.

(Vergleichendes Beispiel 4)

Nun wird eine Licht emittierende Vorrichtung mit der in Fig. 2C gezeigten Struktur beschrieben, die gemäß den in Fig. 10A bis 10D gezeigten Schritten hergestellt wird.
Eine Vorrichtung wurde gemäß der Prozedur des vergleichenden Beispiels 1 präpariert, mit der Ausnahme, daß der folgende Schritt zwischen die RTO-Behandlung zur porösen Schicht und den CVD-SiO&sub2;-Schichtauftragungsschritt hinzukam. Der hinzugekommene Schritt beinhaltet einerseits die Beseitigung des Oxidfilms auf der oberen Oberfläche der porösen Schicht mit der oxidierten Oberfläche der Reststruktur, und andrerseits die Epitaxie einer p-dotierten Siliziumschicht von 30 nm (300 Å) Stärke unter Verwendung eines Versetzsputterverfahrens, bei dem eine schwer p-dotierte Siliziumantikathode verwendet wird. Bei der Beobachtung des Querschnitts einer Probe wurden unzählige Defekte einschließlich Kristallzwillingen und Fehlstellen in der epitaktischen Siliziumschicht beobachtet. Es konnte jedoch bestätigt werden, daß die Kristallstruktur der darunterliegenden porösen Schicht eine durchschnittliche Struktur erreichte.
Nach Gleichstromfluß durch die vordere und hintere Oberfläche des Wafers zeigte sich, daß die Gleichrichtereigenschaft und die Leuchtschwellwertspannung der Vorrichtung im wesentlichen dieselbe wie jene des vergleichenden Beispiels 1 war, und die Leuchteffizienz war um das Mehrfache gegenüber dem vergleichenden Beispiel 1 verbessert. In diesem Falle wurde angenommen, daß wegen der epitaktischen Siliziumschicht auf der in Fig. 2 gezeigten Oberfläche, die als Injektionselektrodenschicht 3 arbeitet, der Übergangswiderstand mit der herausgeführten Elektrode verringert war, wodurch die Leuchteffizienz verbessert wird.

(Vergleichendes Beispiel 5)

Nachstehend wird eine Licht emittierende Vorrichtung mit der in Fig. 2C gezeigten Struktur erläutert, die gemäß den in Fig. 11 gezeigten Schritten gebildet wird.
Eine Vorrichtung wurde durch Befolgen der Prozedur des vergleichenden Beispiels 3 präpariert, mit der Ausnahme, daß der folgende Schritt hinzukam, nachdem der Herstellschritt der porösen Schicht und der RTO-Behandlungsschritt beendet war. Der zusätzliche Schritt ist ein Schritt nach Beseitigen eines Oxidfilms der Epitaxie einer p-dotierten Siliziumschicht von etwa 15 nm (150 Å) Stärke unter Verwendung eines versetzten Sputterverfahrens, bei dem ein mit einer hohen Konzentration p- dotiertes Silizium als Antikathode diente. Bei der Beobachtung des Querschnitts einer Probe wurde eine ultradünne Schicht von 0,05 um in der Tiefe in die obere Oberflächenseite der porösen Schicht in eine poröse Struktur mit groben Poren umgewandelt. Es kann gesagt werden, daß die epitaktische Schicht auf der porösen Schicht nahezu ein Einkristall ist, weil ein Defekt oder dergleichen nicht darin gefunden wurde. Es wird angenommen, daß die verbesserte Kristallinität der epitaktischen Schicht daraus resultiert, daß die epitaktisch gezüchtete Oberfläche eine poröse mit groben Poren ist, verglichen mit derjenigen im vergleichenden Beispiel 4.
Nach Leiten von Gleichstrom durch die vordere und hintere Oberfläche des Wafers der obigen Vorrichtung waren die Gleichrichtereigenschaften der Vorrichtung im wesentlichen dieselben wie jene des vergleichenden Beispiels 3. Die Leuchtschwellwertspannung war leicht erhöht, wodurch die Leuchteffizienz um etwa 50% verbessert war. Da in diesem Falle die epitaktische Schicht auf der oberen Oberfläche sowie die darunterliegende poröse Schicht eine grobe Struktur hatten und als in Fig. 2C gezeigte Injektionselektrodenschicht 3 arbeiteten, wird angenommen, daß der Übergangswiderstand der herausgeführten Elektrode so reduziert war, daß die Leuchteffizienz verbessert wurde.

(Vergleichendes Beispiel 6)

Das vergleichende Beispiel der Licht emittierenden Vorrichtung mit der in Fig. 2C gezeigten Struktur, gebildet gemäß den in den Fig. 12A bis 12D gezeigten Schritten, wird nachstehend erläutert.
Dieselben Schritte wie die des vergleichenden Beispiels 2 wurden ausgeführt, mit Ausnahme des Implantationsschrittes von Wasserstoffionen, und die poröse Schicht wurde einer RTO- Behandlung unterzogen. Nachdem der Oxidfilm an der oberen Oberfläche der porösen Schicht beseitigt war, wurde eine n- dotierte Siliziumschicht von etwa 20 nm (200 Å) epitaktisch unter Verwendung eines versetzten Sputterverfahrens gezüchtet, bei dem ein mit hoher Konzentration n-dotiertes Silizium als Antikathode verwendet wurde. Bei der Beobachtung des Querschnitts einer beobachteten Probe wurden einige Defekte einschließlich Versetzungen und Kristallzwillingen der epitaktischen Siliziumschicht gefunden. Jedoch konnte bestätigt werden, daß die Kristallstruktur von der darunterliegenden porösen Schicht als Ganzes stetig war.
Nachdem bestätigt worden war, daß die oxidierte poröse Schicht mit erhöhter PL-Effizienz hinreichend stabilisiert war, wurde ein etwa 200 nm (2 000 Å) starker SiO&sub2;-Film erneut auf die Oberfläche des Wafers unter Verwendung eines CVD-Prozesses aufgetragen. Unter Verwendung eines herkömmlichen photolithographischen Prozesses wurden Öffnungen von 2 · 2 mm² im Oxidfilm gebildet. Darüber hinaus wurde ein semitransparenter Goldfilm mit einer Stärke von 10 nm (100 Å) in den Öffnungen aufgedampft, um die herausgeführten Al-Elektroden durch die Öffnungen zu beschalten.
Wenn ein Gleichstrom durch die Elektroden auf der hinteren Oberfläche des obigen Wafers geschickt wurde, zeigte die durch die obigen Schritte erzeugte Vorrichtung eine Gleichrichtereigenschaft, bei der ein Vorwärtsstrom zur Oberflächenelektrode fließt, die als Kathode dient. Licht im Emissionsbereich sichtbarer Strahlen nahe dem Orange wurde aus den Öffnungen des Oxidfilms bei einer Schwellwertspannung von etwa 2 Volt emittiert. Es wird angenommen, daß diese Lichtemission aufgrund einer Elektrolumineszenz erfolgt, die auf der Strominjektion in die poröse Siliziumschicht mit einer ultrafeinen Struktur über die Übergangsfläche zwischen der n- dotierten epitaktischen Kristallschicht und der darunterliegenden p-dotierten porösen Schicht basiert. Es wird angenommen, daß die hinreichend niedrige Leuchtschwellwertspannung zur praktischen Verwendung daraus resultiert, daß die pn-Übergangsfläche eine stetige Kristallstruktur und gute Gleichrichtereigenschaften besitzt und folglich die Strominjektionseffizienz sehr hoch ist.

(Beispiel 4)

Ein Beispiel einer Licht emittierenden Vorrichtung mit der in Fig. 2D gezeigten, in den Herstellschritten der Fig. 13 erzeugten Struktur wird nun erläutert.
Die Vorrichtung wurde durch ein Verfahren nach der Erfindung in derselben Weise wie im vergleichenden Beispiel 6 präpariert, mit Ausnahme der vorherigen Umsetzung der Oberfläche eines p- dotierten einkristallinen Substrats in eine poröse Struktur, Borionen mit einer Dosis von 5 · 10¹&sup4; cm&supmin;² wurden in die Oberfläche derselben mit einer Beschleunigungsspannung von 20 keV implantiert. Dann wurde die implantierte Oberfläche durch Tempern in einer Stickstoffatmosphäre bei 950ºC für 30 Minuten aktiviert. Die Beobachtung eines Querschnitts einer Probe ergab, daß die ultradünne Schicht von 0,05 um in der oberen Oberflächenseite der porösen Schicht in einem porösen Zustand mit einer massiven Struktur war, und daß die epitaktische Schicht darauf fast keine Defekte enthielt, und es kann festgestellt werden, daß nahezu ein Einkristall vorlag. Es wird angenommen, daß sich die epitaktische Schicht mit einer besseren Kristallinität als diejenige des vergleichenden Beispiels 4 aus der epitaktisch gezüchteten Oberfläche mit massiver poröser Struktur ergibt.
Nach Leiten eines Gleichstroms durch die Elektroden der vorderen und hinteren Oberflächen des Wafers waren die Gleichrichteigenschaften und die Leuchtschwellwertspannung der Vorrichtung im wesentlichen dieselben wie jene im vergleichenden Beispiel 6, und die Leuchteffizienz war um das Mehrfache verbessert, verglichen mit derjenigen des vergleichenden Beispiels 6. In diesem Falle wird angenommen, daß die Kristallinität der n-dotierten epitaktischen Siliziumschicht in der oberen verkleinerten Oberfläche den Übergangswiderstand der Übergangsfläche verringert, so daß sich die Leuchteffizienz verbessert.

(Beispiel 5)

Nachstehend wird ein Beispiel einer Licht emittierenden Vorrichtung mit der in Fig. 3D gezeigten Vorrichtung erläutert, die in den Herstellschritten der Fig. 14A bis 14F beschrieben ist, die nicht zum erfindungsgemäßen Verfahren gehören.
Zuerst wurde ein SOI-Substrat mit einem bordotierten Silizium Einkristall-Dünnfilm des p-Typs mit einer Flächenausrichtung von < 100> und einer Stärke von 0,5 um auf einem transparenten Quarzsubstrat bereitgestellt. Das SOI- Substrat wurde zur Bildung von 10 · 10 um²-Elementtrennzonen dem LOCOS-Prozeß unterzogen. Die Oberflächen der separierten Siliziuminseln wurden auf etwa 50 nm (500 Å) oxidiert. Mit einem Streifen von 1,5 um Breite, übriggelassen am Mittelabschnitt der Insel, wurden dann mit 150 keV beschleunigte Borionen in einer Dosis von 2 · 10¹&sup5; cm&supmin;² in die rechte Zone implantiert, und mit 150 keV beschleunigte Phosphorionen wurden in einer Dosis von 3 · 10¹&sup5; cm&supmin;² in die linke Zone implantiert. Das Substrat wurde einer thermischen Behandlung in einer Stickstoffatmosphäre bei 950ºC für 30 Minuten unterzogen, um es zu aktivieren. Als nächstes wurden Aluminiumleitungen in Kontakt mit der rechten und linken ionenimplantierten Zone gebracht. Insbesondere wurde die Verdrahtung aus der borimplantierten Zone zur Flachausrichtung des Substrats bewickelt. Dann wurde ein herkömmlicher Photolack auf die Oberfläche des Substrats geschichtet. Eine Öffnung wurde in der nicht ionenimplantierten Streifenzone links zum Mittelbereich der Siliziumsinsel an der Oberflächenseite gebildet. Das Ende der Öffnung an der pn- Übergangsseite wurde verschoben, um sich so mit der Innenseite der Streifenzone von der Übergangsgrenze leicht zu überlappen. Dann wurde der Oxidfilm auf der Oberfläche der Öffnung beseitigt.
Das Substrat wurde durch Eintauchen in eine saure Fluorwasserstoff-Ethanollösung mit einer Konzentration von 25 Gewichtsprozenten einem Anodisierungsprozeß unterzogen, während ein Gleichstrom durch eine Platinplattenelektrode, die als Kathode dient und dem Substrat gegenübersteht, und die Aluminiumverdrahtungswicklung zur Flachausrichtung des Substrats geschickt wurde. Der Anodisierungsprozeß war in 30 Sekunden abgeschlossen, während die Anodisierungsstromdichte auf einen feststehenden Wert von 20 mA · cm&supmin;² an der Photolacköffnung auf der Oberfläche des Substrats geregelt wurde. Dann wurde der Photolack vom Substrat entfernt. Eine SiNx-Film wurde auf die gesamte Oberfläche des Substrats unter Verwendung eines Plasma- CVD-Prozesses aufgetragen. Eine Öffnung wurde an einer Stelle gebildet, wo die Aluminiumverdrahtung benötigt wurde.
Eine Beobachtung des Querschnitts der Vorrichtung ergab, daß die 1,4 um breite Streifenzone am Mittenabschnitt der Siliziuminsel eine poröse Struktur bekommen hatte. Es scheint möglich, daß eine vorbestimmte Zwischenschicht mit einer Breite von weniger als etwa 0,1 um an der pn-Übergangsgrenze gebildet war.
Nach Leiten eines Gleichstromes durch beiden Elektroden, die die poröse Zone in der Vorrichtung einschließen, zeigte die Vorrichtung ihre guten Gleichrichtereigenschaften. Ein Leuchten wurde bei einer niedrigen Betriebsspannung von etwa 1 Volt erkannt.

(Beispiel 6)

Nachstehend wird als Beispiel einer Licht emittierenden Vorrichtung der in Fig. 3D gezeigten Struktur beschrieben, die gemäß den nicht zum Verfahren der vorliegenden Erfindung gehörenden Schritten der Fig. 5A bis 5C hergestellt wird.
Ein SIMOX-Substrat mit einem phosphordotierten einkristallinen Dünnfilm aus n-dotiertem Silizium mit einer Oberflächenausrichtung von < 100> , einem spezifischen Widerstand von 20 Ω · cm und einer Stärke von 0,5 um auf einem eingebetteten Oxidfilm von 300 nm (3 000 Å) Stärke wurde zunächst bereitgestellt. Das SIMOX-Substrat wurde in eine saure Fluorwasserstofflösung mit einer Konzentration von 49 Gewichtsprozenten getaucht. Eine Photobildung wurde durch Bestrahlen mit einem He-Ne-Laserstrahl ausgeführt, der in einer rechteckigen Gestalt von 2 · 8 um² fokussiert auf einen Teil der Substratoberfläche von 30 Minuten strahlte. Als nächstes wurde das Substrat dem RTO-Prozeß zur Stabilisierung der porösen Zone unterzogen. Gemäß denselben Schritten wie jene zur Herstellung der Vorrichtung von Beispiel 5 wurde eine Ionenplantation bezüglich der beiden Zonen ausgeführt, die die poröse Zone zur elektrischen Isolierung dieser einschließen. Der Elementetrennschritt unter Verwendung des LOCOS-Prozesses aktiviert die implantierten Ionen. In diesem Falle wurde die phosphorionenimplantierte Zone von der porösen Zone um 0,1 um beabstandet, und die borionenimplantierte Zone wurde von der porösen Zone um 0,2 um beabstandet. Somit wurde die Horizontaldiffusion während einer Aktivierungsbehandlung direkt vor der Grenze der porösen Zone abgebrochen. Eine Zwischenschicht wurde zwischen der borimplantierten Zone und der porösen Zone gebildet. Letztlich wurden Aluminiumdrähte aus beiden ionenimplantierten Zonen herausgeleitet, so daß die Vorrichtung vollständig hergestellt war.
Nach Durchleiten eines Gleichstromes durch zwei Elektroden, die die poröse Zone in der Vorrichtung einschließen, zeigte sich, daß die Vorrichtung gute Gleichrichteigenschaften besitzt. Es wurde festgestellt, daß eine Lichtemission bei einer niedrigen Betriebsspannung von etwa 1,5 V auftrat.

(Beispiel 7)

Nachstehend wird ein Beispiel einer Ansteuerung einer Licht emittierenden Vorrichtungsansteuerung durch eine elektrische Schaltung erläutert, die auf demselben Substrat hergestellt wird, einschließlich der Licht emittierenden Vorrichtung, die im Beispiel 5 gezeigt ist, bezüglich der Fig. 16A bis 16E und 17A bis 17D.
Ein SOI-Substrat mit einem bordotierten Siliziumeinkristallfilm 200 des p-Typs, mit einer Flächenausrichtung von < 100> , einem spezifischen Widerstand von 10 Ω · cm und einer Stärke von 0,5 um wurde zuerst auf einer Isolieroberfläche eines Siliziumsubstrats 0 bereitgestellt (Fig. 16A). Das Substrat wurde einer Elementeisolation durch Verwenden des LOCOS-Prozesses zur Bildung von Inselzonen 20 unterzogen, die jeweils eine Fläche von 10 · 10 um² haben. Ein 50 nm (500 Å) starker Oxidfilm 7 wurde auf der Oberfläche einer jeden isolierten Siliziuminsel unter Verwendung eines thermischen Oxidationsprozesses gebildet (Fig. 16B). Als nächstes wurde ein polikristalliner Siliziumfilm von 0,5 um Stärke auf die Oberfläche des Oxidfilms 7 unter Verwendung des LPCVD-Prozesses aufgetragen. Der polikristalline Siliziumfilm wurde durch einen herkömmlichen photolithographischen Prozeß gemustert, um so die 2 um breite Inselzone 8 (Fig. 16C) zurückzulassen. Mit dem Photolack, der als Mustermarke dient, wurden dann mit 180 keV beschleunigte Phosphorionen in einer Dosis von 2 · 10¹&sup5; cm&supmin;² lokal in die polikristalline Siliziumfilm-Inselzone 8 implantiert, sowie als Teile 10 und 10' der einkriställinen Siliziumfilm-Inselzone 20 auf beiden Seiten der Zone 8. Darüber hinaus wurden mit 100 keV beschleunigte Borionen mit einer Dosis von 1 · 10¹&sup5; cm&supmin;² in einen Teil 13 der einkristallinen Siliziumfilm-Inselzone unter Anwendung des obigen Schrittes (Fig. 16D) implantiert. Die Verunreinigungen wurden durch einen thermischen Prozeß bei 900ºC über 30 Minuten aktiviert. Die Oxidfilme auf den Oberflächen der Zonen 30 und 10' wurden beseitigt, und dann wurden Aluminiumleitungen 5 und 5' aus den Öffnungen (Fig. 16E) herausgeführt. Dann wurde der Siliziumoxidfilm 9 auf die Oberfläche des sich ergebenden Substrats aufgetragen, und die Aluminiumleitung 50 wurde herausgenommen, um zur einkristallinen Siliziumfilm-Inselzone 9 (Fig. 17A) zu leiten. Als nächstes wurde die Öffnung 100 auf einem Teil des oberen Teils der einkristallinen Siliziumfilminsel 20 (Fig. 17B) gebildet. Der Siliziumnitridfilm 6 wurde so gebildet, daß eine Öffnung von 1,5 um Breite mit einem leichten Versatz zur Zone 10 übrigblieb (Fig. 17C). Letztlich wurde die Zone 2, geöffnet in derselben Weise wie im Beispiel 11, in eine poröse Schicht umgewandelt.
Eine Licht emittierende Vorrichtung, die die Zonen 10 und 30 gemäß der in Fig. 14F gezeigten ionenimplantierten Elektrodenzone 1 und 3 enthält, die Zone 2 gemäß der porösen Schicht 2 einschließlich einer Lichtemissionszone und die Offset-Zone gemäß der Zwischenzone 2', wurde gemäß den obigen Schritten gebildet (Fig. 14D). Die ionenimplantierte Elektrodenzone 1 arbeitet als Drain-Zone eines MOS-Transistors der die als Source-Teil arbeitende Zone 10' enthält, die als Kanal arbeitende Zone 20 und die als Gate-Elektrode arbeitende polikristalline Siliziumfilm-Inselzone 9. Mit einer an die Leitungen 5 und 5' angelegten Spannung von 15 V wurde der MOS- Transistor bei einer Schwellwertspannung von 1,1 V leitend geschaltet, wenn die Gate-Spannung sich von 0 über die Leitung 50 erhöhte. Es konnte bestätigt werden, daß die poröse Zone einschließlich einer Lichtemissionszone bei 1,5 V oder mehr leuchtete. Die Beziehung zwischen der Leuchtstärke und der Gate- Spannung zeigte oberhalb 2 V lineare Eigenschaften. Wenn eine Rechteckwelle von 5 V an das Gate eines MOS-Transistors von einem getrennt auf dem Substrat gebildeten Schieberegister angelegt wurde, konnte die Licht emittierende Vorrichtung sogar 20 MHz folgen.
Die folgenden Merkmale können aus den obigen Erläuterungen abgeleitet werden.
Eine Licht emittierende Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung hat einen Vorrichtungsaufbau mit einer nichtporösen Zone mit einer stetigen, an die Leuchtzone einschließlich eines porösen Materials angrenzende Kristallstruktur und arbeitet als Strominjektionselektrode für die Leuchtzone, wodurch die perfekte Verbindungseigenschaft zwischen der Elektrode und der Leuchtzone den Übergangswiderstand verringert. Durch Trennen der Leitfähigkeitstypen der nichtporösen Zone und der Leuchtzone voneinander konnte eine Strominjektion von der Übergangszone mit hoher Effizienz injiziert werden. Im Ergebnis kann eine Licht emittierende Vorrichtung mit hervorragender Leuchteffizienz für die praktische Anwendung als Gesamtvorrichtung bereitgestellt werden. Nach der vorliegenden Erfindung ermöglicht das Herstellverfahren für die Licht emittierende Vorrichtung die Herstellung von Licht emittierenden Vorrichtungen mit guter Leuchteffizienz.

Claims

1. Licht emittierende Vorrichtung, mit einer Leuchtzone (2) mit einem porösen Halbleiter eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer Kontaktzone (1) mit einem elektrisch mit der Leuchtzone (2) verbundenen nichtporösen Halbleiter eines zweiten Leitfähigkeitstyps und mit einer auf der Kontaktzone vorgesehen Elektrode 5, wobei die Leuchtzone als Ergebnis eines durch die Kontaktzone in die Leuchtzone fließenden Stroms Licht emittiert, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zwischenzone (2') mit einem nichtporösen Halbleiter eines ersten Leitfähigkeitstyps zwischen der Leuchtzone (2) und der Kontaktzone (1) vorgesehen ist, und daß der Strom durch die Zwischenzone (2') in die Leuchtzone fließt.

2. Lichtemissionsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Leuchtzone (2), die Zwischenzone (2') und die Kontaktzone (3) aufeinanderfolgende Schichten bilden.

3. Licht emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Leuchtzone (2), die Zwischenzone (2') und die Kontaktzone (1) auf demselben Substrat gebildet sind und parallel zur Oberfläche des Substrats verlaufen.

4. Licht emittierende Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Leuchtzone (2) und die Zwischenzone (2') p-dotiertes Silizium enthalten und die Kontaktzone (1) n-dotierten Silizium enthält.

5. Verfahren zur Herstellung einer Licht emittierenden Vorrichtung nach Anspruch 2, mit den Verfahrensschritten:

epitaktisches Züchten einer p-dotierten Siliziumschicht (2, 2') auf einem n-dotierten Siliziumsubstrat (1);

Herbeiführen einer porösen Struktur in einem Teil der p- dotierten Siliziumschicht (2) in Stärkerichtung; und

Ausrüsten des n-dotierten Siliziumsubstrats (1) und der porös strukturierten p-dotierten Siliziumschicht (2) mit einer Elektrode (5, 5').

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die poröse Strukturbildung durch Anodisieren durchgeführt wird.