JP2000077710A - 発光材料およびその製造方法並びにこれを用いた発光素子 - Google Patents
発光材料およびその製造方法並びにこれを用いた発光素子Info
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- JP2000077710A JP2000077710A JP24978898A JP24978898A JP2000077710A JP 2000077710 A JP2000077710 A JP 2000077710A JP 24978898 A JP24978898 A JP 24978898A JP 24978898 A JP24978898 A JP 24978898A JP 2000077710 A JP2000077710 A JP 2000077710A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体基板上に直接作製することができ、発
光効率が高く、発光波長の制御が可能で発光減衰速度の
速い発光材料及びこれを用いた発光素子を安価に製造す
る。 【解決手段】 粒径がナノメ−トルオ−ダ−のシリコン
微結晶粒子１２又はゲルマニウム微結晶粒子１２がシリ
コンカ−バイド多結晶体１３中にドット状に分散した発
光材料１０である。減圧化学気相堆積法又は化学気相堆
積法により半導体基板１６上に８５０〜１４００℃でシ
リコンカ−バイド多結晶膜１３とシリコン微結晶粒子１
２又はゲルマニウム微結晶粒子とを交互に堆積する。堆
積後に、半導体基板１６を少なくとも真空中、不活性雰
囲気又は水素を含む不活性雰囲気で１０００〜１５００
℃の温度でアニ−ル処理することが好ましい。また半導
体基板上にこの発光材料を発光層１１として電極１８、
１９を設けることにより発光素子２０となる。
光効率が高く、発光波長の制御が可能で発光減衰速度の
速い発光材料及びこれを用いた発光素子を安価に製造す
る。 【解決手段】 粒径がナノメ−トルオ−ダ−のシリコン
微結晶粒子１２又はゲルマニウム微結晶粒子１２がシリ
コンカ−バイド多結晶体１３中にドット状に分散した発
光材料１０である。減圧化学気相堆積法又は化学気相堆
積法により半導体基板１６上に８５０〜１４００℃でシ
リコンカ−バイド多結晶膜１３とシリコン微結晶粒子１
２又はゲルマニウム微結晶粒子とを交互に堆積する。堆
積後に、半導体基板１６を少なくとも真空中、不活性雰
囲気又は水素を含む不活性雰囲気で１０００〜１５００
℃の温度でアニ−ル処理することが好ましい。また半導
体基板上にこの発光材料を発光層１１として電極１８、
１９を設けることにより発光素子２０となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光で通信を行う光
インタ−コネクションの分野で使用されるシリコンベ−
スの発光材料及びその製造方法並びにこれを用いた発光
素子に関するものである。
インタ−コネクションの分野で使用されるシリコンベ−
スの発光材料及びその製造方法並びにこれを用いた発光
素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光インタ−コネクションのためのシリコ
ン基板上の発光素子としては、ガリウムヒ素等の化合物
半導体の応用が候補となる。しかしそれらの化合物半導
体は、シリコン基板上で欠陥の少ない構造を作製するこ
とが困難であり、熱安定性が乏しい。またその製造にお
いては、既存のシリコン集積回路の製造プロセスのみで
は対応できず、新たな製造プロセスの付加が必要とな
り、製造コストが高くなる。そのため、既存のシリコン
集積回路の製造プロセスのみで製造可能なシリコンベ−
スの発光構造の作製技術が望まれる。シリコンベ−スの
発光材料としては、陽極酸化により作製するポ−ラスシ
リコンが知られている（Ｌ．Ｔ．Ｃａｎｈａｍ，”Ａｐ
ｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．５７，Ｎｏ．１
０，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ，１９９０，ｐｐ．１０４６−
１０４８）。また、シリコン酸化物に覆われたシリコン
微結晶粒子からなる発光材料を作製するいくつかの方法
が提案されている（特開平８−１７５７７号）。
ン基板上の発光素子としては、ガリウムヒ素等の化合物
半導体の応用が候補となる。しかしそれらの化合物半導
体は、シリコン基板上で欠陥の少ない構造を作製するこ
とが困難であり、熱安定性が乏しい。またその製造にお
いては、既存のシリコン集積回路の製造プロセスのみで
は対応できず、新たな製造プロセスの付加が必要とな
り、製造コストが高くなる。そのため、既存のシリコン
集積回路の製造プロセスのみで製造可能なシリコンベ−
スの発光構造の作製技術が望まれる。シリコンベ−スの
発光材料としては、陽極酸化により作製するポ−ラスシ
リコンが知られている（Ｌ．Ｔ．Ｃａｎｈａｍ，”Ａｐ
ｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．５７，Ｎｏ．１
０，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ，１９９０，ｐｐ．１０４６−
１０４８）。また、シリコン酸化物に覆われたシリコン
微結晶粒子からなる発光材料を作製するいくつかの方法
が提案されている（特開平８−１７５７７号）。
【０００３】また、珪素系半導体材料を主成分とする核
とそれを被覆している炭化珪素とからなる構造を有する
超微粒子を含むことを特徴とする材料が提案されてお
り、その材料の作成方法としては、プラズマＣＶＤ法、
スパッタ法或いはガス中蒸発法等で珪素系半導体超微粒
子からなる核を形成し、その核の表面の珪素を炭化処理
し、その微粒子の集合体を基体上に層状に堆積した微粒
子膜を得る方法が提案されている（特開平３−１２０５
１９号公報）。
とそれを被覆している炭化珪素とからなる構造を有する
超微粒子を含むことを特徴とする材料が提案されてお
り、その材料の作成方法としては、プラズマＣＶＤ法、
スパッタ法或いはガス中蒸発法等で珪素系半導体超微粒
子からなる核を形成し、その核の表面の珪素を炭化処理
し、その微粒子の集合体を基体上に層状に堆積した微粒
子膜を得る方法が提案されている（特開平３−１２０５
１９号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の方
法で製造された発光材料は、発光効率が低く、発光減衰
速度が遅い問題がある。また、界面準位の影響で発光波
長の制御が困難である問題がある。また、上記特開平３
−１２０５１９号公報に示される超微粒子材料は、核と
なる珪素系半導体及び被覆層の炭化珪素の結晶性が悪
く、しかも、堆積される微粒子間の結晶連続性が悪いた
め、発光材料として用いるためには発光効率が低く、し
かも、良い電流注入特性が得られ無いという問題点があ
る。本発明の目的は、半導体基板上に作製可能であっ
て、光ファイバに適合する発光波長の制御が可能であっ
て、発光効率が高く、発光減衰速度の速い発光材料を提
供することにある。本発明の別の目的は、上記発光材料
を簡便にかつ安価に製造する方法を提供することにあ
る。更に、本発明の別の目的は、上記発光材料を用いた
発光素子を提供することにある。
法で製造された発光材料は、発光効率が低く、発光減衰
速度が遅い問題がある。また、界面準位の影響で発光波
長の制御が困難である問題がある。また、上記特開平３
−１２０５１９号公報に示される超微粒子材料は、核と
なる珪素系半導体及び被覆層の炭化珪素の結晶性が悪
く、しかも、堆積される微粒子間の結晶連続性が悪いた
め、発光材料として用いるためには発光効率が低く、し
かも、良い電流注入特性が得られ無いという問題点があ
る。本発明の目的は、半導体基板上に作製可能であっ
て、光ファイバに適合する発光波長の制御が可能であっ
て、発光効率が高く、発光減衰速度の速い発光材料を提
供することにある。本発明の別の目的は、上記発光材料
を簡便にかつ安価に製造する方法を提供することにあ
る。更に、本発明の別の目的は、上記発光材料を用いた
発光素子を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
図１に示すように粒径がナノメ−トルオ−ダ−のシリコ
ン微結晶粒子１２又はゲルマニウム微結晶粒子１２がシ
リコンカ−バイド多結晶体１３中にドット状に分散した
発光材料１０である。シリコン微結晶粒子１２又はゲル
マニウム微結晶粒子１２がドット状の結晶状態でバンド
ギャップの大きいシリコンカ−バイド多結晶体１３に囲
まれているため、注入されたキャリアはドット状のシリ
コン微結晶粒子１２又はゲルマニウム微結晶１２の内部
に閉じ込められる。従って、従来の珪素系半導体材料を
主成分とする核とそれを被覆している炭化珪素とからな
る構造を有する超微粒子を含むことを特徴とする材料に
比べて、発光効率は格段に向上する。
図１に示すように粒径がナノメ−トルオ−ダ−のシリコ
ン微結晶粒子１２又はゲルマニウム微結晶粒子１２がシ
リコンカ−バイド多結晶体１３中にドット状に分散した
発光材料１０である。シリコン微結晶粒子１２又はゲル
マニウム微結晶粒子１２がドット状の結晶状態でバンド
ギャップの大きいシリコンカ−バイド多結晶体１３に囲
まれているため、注入されたキャリアはドット状のシリ
コン微結晶粒子１２又はゲルマニウム微結晶１２の内部
に閉じ込められる。従って、従来の珪素系半導体材料を
主成分とする核とそれを被覆している炭化珪素とからな
る構造を有する超微粒子を含むことを特徴とする材料に
比べて、発光効率は格段に向上する。
【０００６】請求項２に係る発明は、請求項１に係る発
明であって、シリコン微結晶粒子１２又はゲルマニウム
微結晶粒子１２の粒径が１０ナノメ−トル以下である発
光材料である。請求項３に係る発明は、請求項１又は２
に係る発明であって、シリコン微結晶粒子１２又はゲル
マニウム微結晶粒子１２が１０11〜１０12／ｃｍ2の密
度で分散した発光材料である。
明であって、シリコン微結晶粒子１２又はゲルマニウム
微結晶粒子１２の粒径が１０ナノメ−トル以下である発
光材料である。請求項３に係る発明は、請求項１又は２
に係る発明であって、シリコン微結晶粒子１２又はゲル
マニウム微結晶粒子１２が１０11〜１０12／ｃｍ2の密
度で分散した発光材料である。
【０００７】請求項４に係る発明は、図１に示すように
減圧化学気相堆積法又は化学気相堆積法により半導体基
板１６上に８５０〜１４００℃でシリコンカ−バイド多
結晶膜１３ａとシリコン微結晶粒子１２又はゲルマニウ
ム微結晶粒子１２とを交互に堆積する発光材料の製造方
法である。請求項５に係る発明は、請求項４に係る発明
であって、シリコンカ−バイド多結晶膜１３ａとシリコ
ン微結晶粒子１２又はゲルマニウム微結晶粒子１２とを
交互に半導体基板１６上に堆積した後、半導体基板１６
を少なくとも真空中、不活性雰囲気又は水素を含む不活
性雰囲気で１０００〜１５００℃の温度でアニ−ル処理
する発光材料の製造方法である。
減圧化学気相堆積法又は化学気相堆積法により半導体基
板１６上に８５０〜１４００℃でシリコンカ−バイド多
結晶膜１３ａとシリコン微結晶粒子１２又はゲルマニウ
ム微結晶粒子１２とを交互に堆積する発光材料の製造方
法である。請求項５に係る発明は、請求項４に係る発明
であって、シリコンカ−バイド多結晶膜１３ａとシリコ
ン微結晶粒子１２又はゲルマニウム微結晶粒子１２とを
交互に半導体基板１６上に堆積した後、半導体基板１６
を少なくとも真空中、不活性雰囲気又は水素を含む不活
性雰囲気で１０００〜１５００℃の温度でアニ−ル処理
する発光材料の製造方法である。
【０００８】請求項６に係る発明は、図２に示すように
減圧化学気相堆積法又は化学気相堆積法により半導体基
板１６上に８５０〜１４００℃でシリコンカ−バイド多
結晶膜１３ａとシリコン多結晶膜１２ａ又はゲルマニウ
ム多結晶膜１２aとを交互に堆積した後、半導体基板１
６を少なくとも真空中、不活性雰囲気又は水素を含む不
活性雰囲気で１０００〜１５００℃の温度でアニ−ル処
理する発光材料の製造方法である。請求項７に係る発明
は、図３に示すように半導体基板１６上に粒径がナノメ
−トルオ−ダ−のシリコン微結晶粒子１２又はゲルマニ
ウム微結晶粒子１２がシリコンカ−バイド多結晶体１３
中にドット状に分散した発光層１１が形成された発光素
子２０である。請求項１に係る発光材料を発光層１１と
することにより、発光効率が高く、発光減衰速度の速い
発光素子が得られる。
減圧化学気相堆積法又は化学気相堆積法により半導体基
板１６上に８５０〜１４００℃でシリコンカ−バイド多
結晶膜１３ａとシリコン多結晶膜１２ａ又はゲルマニウ
ム多結晶膜１２aとを交互に堆積した後、半導体基板１
６を少なくとも真空中、不活性雰囲気又は水素を含む不
活性雰囲気で１０００〜１５００℃の温度でアニ−ル処
理する発光材料の製造方法である。請求項７に係る発明
は、図３に示すように半導体基板１６上に粒径がナノメ
−トルオ−ダ−のシリコン微結晶粒子１２又はゲルマニ
ウム微結晶粒子１２がシリコンカ−バイド多結晶体１３
中にドット状に分散した発光層１１が形成された発光素
子２０である。請求項１に係る発光材料を発光層１１と
することにより、発光効率が高く、発光減衰速度の速い
発光素子が得られる。
【０００９】
【発明の実施の形態】シリコンカ−バイド多結晶体中に
分散するシリコン又はゲルマニウム微結晶粒子の粒径は
１０ナノメ−トル以下である。微結晶粒子の粒径を１０
ナノメ−トル以下にすることにより、発光する波長を１
１００ｎｍ以下にすることができる。光ファイバに適合
した波長が得られる５ナノメ−トル以下が好ましい。１
０ナノメ−トルを超えると、有効なキャリアの閉じ込め
効果が得られず発光効率が低下する。この粒径が小さく
なる程、発光する波長は高エネルギ側、即ち短波長側に
移行する。シリコンカ−バイド多結晶体中に分散するシ
リコン又はゲルマニウム微結晶粒子の好ましい分散密度
は１０11〜１０12／ｃｍ2である。このような高い密度
で分散させることにより３次元的に高密度に量子ドット
が形成され、発光強度が格段に高い発光材料が得られ
る。
分散するシリコン又はゲルマニウム微結晶粒子の粒径は
１０ナノメ−トル以下である。微結晶粒子の粒径を１０
ナノメ−トル以下にすることにより、発光する波長を１
１００ｎｍ以下にすることができる。光ファイバに適合
した波長が得られる５ナノメ−トル以下が好ましい。１
０ナノメ−トルを超えると、有効なキャリアの閉じ込め
効果が得られず発光効率が低下する。この粒径が小さく
なる程、発光する波長は高エネルギ側、即ち短波長側に
移行する。シリコンカ−バイド多結晶体中に分散するシ
リコン又はゲルマニウム微結晶粒子の好ましい分散密度
は１０11〜１０12／ｃｍ2である。このような高い密度
で分散させることにより３次元的に高密度に量子ドット
が形成され、発光強度が格段に高い発光材料が得られ
る。
【００１０】本発明の発光材料は次の２つの方法により
製造される。第１の製造方法は請求項４又は請求項５に
係る方法であって、図１に示すように減圧化学気相堆積
法又は化学気相堆積法により半導体基板１６上に８５０
〜１４００℃の雰囲気温度でシリコンカ−バイド多結晶
膜１３ａとシリコン微結晶粒子１２又はゲルマニウム微
結晶粒子１２とを交互に堆積する。堆積するときの雰囲
気温度が低いとアモルファスシリコンカ−バイド膜とア
モルファスシリコンが生成するのに対して、堆積温度を
８５０〜１４００℃に設定することにより多結晶のシリ
コンカ−バイド膜１３ａと多結晶のシリコン粒子１２又
はゲルマニウム粒子１２が生成する。
製造される。第１の製造方法は請求項４又は請求項５に
係る方法であって、図１に示すように減圧化学気相堆積
法又は化学気相堆積法により半導体基板１６上に８５０
〜１４００℃の雰囲気温度でシリコンカ−バイド多結晶
膜１３ａとシリコン微結晶粒子１２又はゲルマニウム微
結晶粒子１２とを交互に堆積する。堆積するときの雰囲
気温度が低いとアモルファスシリコンカ−バイド膜とア
モルファスシリコンが生成するのに対して、堆積温度を
８５０〜１４００℃に設定することにより多結晶のシリ
コンカ−バイド膜１３ａと多結晶のシリコン粒子１２又
はゲルマニウム粒子１２が生成する。
【００１１】多結晶のシリコンカ−バイド膜１３ａと多
結晶のシリコン粒子１２又はゲルマニウム粒子１２を堆
積した後、堆積後の半導体基板１６を少なくとも真空
中、不活性雰囲気又は水素を含む不活性雰囲気で１００
０〜１５００℃の温度でアニ−ル処理することが好まし
い。アニ−ル温度が１０００℃に満たない場合には、結
晶欠陥の除去が不十分となる。堆積後の半導体基板１６
を少なくとも真空中、不活性雰囲気又は水素を含む不活
性雰囲気で１０００〜１５００℃の温度でアニ−ル処理
すると、結晶欠陥を除去できる。特にアニ−ル雰囲気が
水素を含む不活性雰囲気である場合には、局在準位に悪
影響を及ぼす結晶中のダングリングボンドを水素で終端
させて取り除くことができる。
結晶のシリコン粒子１２又はゲルマニウム粒子１２を堆
積した後、堆積後の半導体基板１６を少なくとも真空
中、不活性雰囲気又は水素を含む不活性雰囲気で１００
０〜１５００℃の温度でアニ−ル処理することが好まし
い。アニ−ル温度が１０００℃に満たない場合には、結
晶欠陥の除去が不十分となる。堆積後の半導体基板１６
を少なくとも真空中、不活性雰囲気又は水素を含む不活
性雰囲気で１０００〜１５００℃の温度でアニ−ル処理
すると、結晶欠陥を除去できる。特にアニ−ル雰囲気が
水素を含む不活性雰囲気である場合には、局在準位に悪
影響を及ぼす結晶中のダングリングボンドを水素で終端
させて取り除くことができる。
【００１２】第２の製造方法は請求項６に係る方法であ
って、図２に示すように減圧化学気相堆積法又は化学気
相堆積法により半導体基板１６上に８５０〜１４００℃
でシリコンカ−バイド多結晶膜１３ａとシリコン多結晶
膜１２ａ又はゲルマニウム多結晶膜１２ａとを交互に堆
積した後、半導体基板１６を少なくとも真空中、不活性
雰囲気又は水素を含む不活性雰囲気で１０００〜１５０
０℃の温度でアニ−ル処理する。堆積温度を８５０〜１
４００℃に設定することにより多結晶のシリコンカ−バ
イド膜１３ａと多結晶のシリコン膜１２ａ又はゲルマニ
ウム膜１２ａが生成する。生成したシリコン多結晶膜１
２ａ又はゲルマニウム多結晶膜１２ａを少なくとも真空
中、不活性雰囲気又は水素を含む不活性雰囲気で１００
０〜１５００℃の温度でアニ−ル処理或いはレ−ザ照射
すると、シリコンの析出が起こり、図１に示す様にドッ
ト状のシリコン微結晶粒子１２又はゲルマニウム微結晶
粒子１２になる。堆積温度が低い場合には、シリコン多
結晶膜又はゲルマニウム多結晶膜が得られない。またア
ニ−ル温度が低い場合には、ドット状のシリコン微結晶
粒子又はゲルマニウム微結晶粒子が得られず、また結晶
欠陥も除去できない。
って、図２に示すように減圧化学気相堆積法又は化学気
相堆積法により半導体基板１６上に８５０〜１４００℃
でシリコンカ−バイド多結晶膜１３ａとシリコン多結晶
膜１２ａ又はゲルマニウム多結晶膜１２ａとを交互に堆
積した後、半導体基板１６を少なくとも真空中、不活性
雰囲気又は水素を含む不活性雰囲気で１０００〜１５０
０℃の温度でアニ−ル処理する。堆積温度を８５０〜１
４００℃に設定することにより多結晶のシリコンカ−バ
イド膜１３ａと多結晶のシリコン膜１２ａ又はゲルマニ
ウム膜１２ａが生成する。生成したシリコン多結晶膜１
２ａ又はゲルマニウム多結晶膜１２ａを少なくとも真空
中、不活性雰囲気又は水素を含む不活性雰囲気で１００
０〜１５００℃の温度でアニ−ル処理或いはレ−ザ照射
すると、シリコンの析出が起こり、図１に示す様にドッ
ト状のシリコン微結晶粒子１２又はゲルマニウム微結晶
粒子１２になる。堆積温度が低い場合には、シリコン多
結晶膜又はゲルマニウム多結晶膜が得られない。またア
ニ−ル温度が低い場合には、ドット状のシリコン微結晶
粒子又はゲルマニウム微結晶粒子が得られず、また結晶
欠陥も除去できない。
【００１３】なお、第１及び第２の製造方法とも、シリ
コン微結晶粒子１２又はゲルマニウム微結晶粒子１２の
粒径はその微結晶粒子又はその多結晶膜の堆積条件を変
えて粒径又は膜厚を制御することにより、変えることが
できる。またその粒径もナノメ−トルオ−ダ−に揃える
ことができる。また本発明の製造方法は、高価な分子線
エピタキシ−（ＭＢＥ）法や有機金属気相成長（ＭＯＣ
ＶＤ）法を用いずに、既存のシリコン電子デバイス製造
に広く用いられる減圧化学気相堆積法又は化学気相堆積
法により安価にかつ簡便に行うことができる。
コン微結晶粒子１２又はゲルマニウム微結晶粒子１２の
粒径はその微結晶粒子又はその多結晶膜の堆積条件を変
えて粒径又は膜厚を制御することにより、変えることが
できる。またその粒径もナノメ−トルオ−ダ−に揃える
ことができる。また本発明の製造方法は、高価な分子線
エピタキシ−（ＭＢＥ）法や有機金属気相成長（ＭＯＣ
ＶＤ）法を用いずに、既存のシリコン電子デバイス製造
に広く用いられる減圧化学気相堆積法又は化学気相堆積
法により安価にかつ簡便に行うことができる。
【００１４】請求項７に係る発明では、図３に示すよう
に半導体基板１６上に請求項１に係る発光材料からなる
発光層１１が形成される。この半導体基板としてはシリ
コン基板が好ましい。この発光素子２０は、半導体基板
１６が例えばｐ型のシリコン基板である場合には、発光
層１１上にクラッド層となるｎ型のシリコン層１７を形
成する。半導体基板１６がｎ型のシリコン基板である場
合には、発光層１１上にｐ型のシリコン層１７を形成す
る。このシリコン層１７は発光層１１に続いて同一の減
圧化学気相堆積装置又は化学気相堆積装置で行うと効率
的である。シリコン層１７を形成した後、シリコン層１
７の上面及び半導体基板１６の下面にそれぞれ電極１８
及び１９を形成することにより、ＬＥＤ発光素子２０が
得られる。シリコン層１７上の電極１８は発光層の発光
面積を広くとるため、シリコン層１７の一部に形成され
る。
に半導体基板１６上に請求項１に係る発光材料からなる
発光層１１が形成される。この半導体基板としてはシリ
コン基板が好ましい。この発光素子２０は、半導体基板
１６が例えばｐ型のシリコン基板である場合には、発光
層１１上にクラッド層となるｎ型のシリコン層１７を形
成する。半導体基板１６がｎ型のシリコン基板である場
合には、発光層１１上にｐ型のシリコン層１７を形成す
る。このシリコン層１７は発光層１１に続いて同一の減
圧化学気相堆積装置又は化学気相堆積装置で行うと効率
的である。シリコン層１７を形成した後、シリコン層１
７の上面及び半導体基板１６の下面にそれぞれ電極１８
及び１９を形成することにより、ＬＥＤ発光素子２０が
得られる。シリコン層１７上の電極１８は発光層の発光
面積を広くとるため、シリコン層１７の一部に形成され
る。
【００１５】
【実施例】次に本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。第２の製造方法で減圧化学気相堆積装置を用いて下
記の条件でシリコン基板上にシリコンカ−バイド多結晶
膜とシリコン多結晶膜とを交互に堆積した。即ち、通常
のＲＣＡ洗浄を施した結晶方位が（００１）面であるシ
リコンウェ−ハをシリコン基板として、この基板上に１
２００℃の雰囲気温度でシリコンカ−バイド膜とシリコ
ン膜を交互に成長させた。シリコンカ−バイド膜はＳｉ
Ｈ4ガスとＣ3Ｈ8、Ｈ2ガスをそれぞれガス流量４２、２
１及び１４００ｃｃ／ｍｉｎでガス圧３０Ｔｏｒｒの条
件で堆積した。一方シリコン膜はＳｉＨ4ガスをガス流
量４２ｃｃ／ｍｉｎでガス圧３０Ｔｏｒｒの条件で堆積
した。堆積した膜厚はシリコンカ−バイド膜及びシリコ
ン膜のそれぞれが４ナノメ−トルと２ナノメ−トル分に
相当し、シリコンカ−バイド膜を６層、シリコン膜を５
層分積層した。得られた積層体をランプアニ−ル炉を用
いて、水素を含む不活性ガス雰囲気中で１４００℃の温
度で３０分間アニ−ル処理して発光材料を得た。この発
光材料の断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察した
ところ、ナノメ−トルオ−ダ−の大きさの揃ったドット
状のシリコン微結晶粒子がシリコンカ−バイド多結晶体
中に周期的に分散していることが確認された。
る。第２の製造方法で減圧化学気相堆積装置を用いて下
記の条件でシリコン基板上にシリコンカ−バイド多結晶
膜とシリコン多結晶膜とを交互に堆積した。即ち、通常
のＲＣＡ洗浄を施した結晶方位が（００１）面であるシ
リコンウェ−ハをシリコン基板として、この基板上に１
２００℃の雰囲気温度でシリコンカ−バイド膜とシリコ
ン膜を交互に成長させた。シリコンカ−バイド膜はＳｉ
Ｈ4ガスとＣ3Ｈ8、Ｈ2ガスをそれぞれガス流量４２、２
１及び１４００ｃｃ／ｍｉｎでガス圧３０Ｔｏｒｒの条
件で堆積した。一方シリコン膜はＳｉＨ4ガスをガス流
量４２ｃｃ／ｍｉｎでガス圧３０Ｔｏｒｒの条件で堆積
した。堆積した膜厚はシリコンカ−バイド膜及びシリコ
ン膜のそれぞれが４ナノメ−トルと２ナノメ−トル分に
相当し、シリコンカ−バイド膜を６層、シリコン膜を５
層分積層した。得られた積層体をランプアニ−ル炉を用
いて、水素を含む不活性ガス雰囲気中で１４００℃の温
度で３０分間アニ−ル処理して発光材料を得た。この発
光材料の断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察した
ところ、ナノメ−トルオ−ダ−の大きさの揃ったドット
状のシリコン微結晶粒子がシリコンカ−バイド多結晶体
中に周期的に分散していることが確認された。
【００１６】上記発光材料を使用してＬＥＤ発光素子を
作製した。図３に示すようにｐ型のシリコン基板１６上
に形成された発光材料を発光層１１とし、この発光層１
１上に減圧化学気相堆積装置を用いてｎ型のシリコン層
１７を形成した。即ち、同一の減圧化学気相堆積装置で
発光層１１とシリコン層１７を形成した。この装置から
基板１６を取出して、このｎ型シリコン層１７の上面及
びｐ型シリコン基板１６の下面にそれぞれスパッタリン
グにより電極１８及び１９を形成して、ＬＥＤ発光素子
２０を作製した。このようにして作製された発光素子２
０の電極１８及び１９に通電して、エレクトロルミネッ
センス（ＥＬ）を測定した。その結果を図４に示す。図
４から明らかなように、約６５０ナノメ−トルをピ−ク
とするエレクトロルミネッセンスを確認した。
作製した。図３に示すようにｐ型のシリコン基板１６上
に形成された発光材料を発光層１１とし、この発光層１
１上に減圧化学気相堆積装置を用いてｎ型のシリコン層
１７を形成した。即ち、同一の減圧化学気相堆積装置で
発光層１１とシリコン層１７を形成した。この装置から
基板１６を取出して、このｎ型シリコン層１７の上面及
びｐ型シリコン基板１６の下面にそれぞれスパッタリン
グにより電極１８及び１９を形成して、ＬＥＤ発光素子
２０を作製した。このようにして作製された発光素子２
０の電極１８及び１９に通電して、エレクトロルミネッ
センス（ＥＬ）を測定した。その結果を図４に示す。図
４から明らかなように、約６５０ナノメ−トルをピ−ク
とするエレクトロルミネッセンスを確認した。
【００１７】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の発光材料は
シリコン基板のような半導体基板上に直接作製すること
ができる。また、粒径がナノメ−トルオ−ダ−の粒径の
揃ったシリコン微結晶粒子又はゲルマニウム微結晶粒子
の半導体粒子がシリコンカ−バイド多結晶体中にドット
状に分散した構造を有するから、発光効率が高く、発光
波長の制御が可能で発光減衰速度の速い。また減圧化学
気相堆積法又は化学気相堆積法とアニ−ル処理という従
来の簡便な工程を利用して安価に発光材料を製造できる
利点もある。また上記半導体粒子の粒径を変えることに
より、発光波長の制御が可能であるため、光インタ−コ
ネクションの分野で使用される各種の光ファイバに適合
した波長を発光する発光素子を作り出すことができる。
シリコン基板のような半導体基板上に直接作製すること
ができる。また、粒径がナノメ−トルオ−ダ−の粒径の
揃ったシリコン微結晶粒子又はゲルマニウム微結晶粒子
の半導体粒子がシリコンカ−バイド多結晶体中にドット
状に分散した構造を有するから、発光効率が高く、発光
波長の制御が可能で発光減衰速度の速い。また減圧化学
気相堆積法又は化学気相堆積法とアニ−ル処理という従
来の簡便な工程を利用して安価に発光材料を製造できる
利点もある。また上記半導体粒子の粒径を変えることに
より、発光波長の制御が可能であるため、光インタ−コ
ネクションの分野で使用される各種の光ファイバに適合
した波長を発光する発光素子を作り出すことができる。
【図１】本発明の発光材料の構成を示す模式断面図。
【図２】本発明の第２の製造方法で作られるアニ−ル前
の発光材料の構成を示す模式断面図。
の発光材料の構成を示す模式断面図。
【図３】本発明の発光素子の断面図。
【図４】本発明の発光素子の発光波長と発光強度を示す
図。
図。
１０ 発光材料 １１ 発光層 １２ シリコン微結晶粒子又はゲルマニウム微結晶粒子 １２ａ シリコン多結晶膜又はゲルマニウム多結晶膜 １３ シリコンカ−バイド多結晶体 １３ａ シリコンカ−バイド多結晶膜 １６ 半導体基板（シリコン基板） ２０ 発光素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々 絋一 埼玉県大宮市北袋町１−297 三菱マテリ アル株式会社総合研究所内 Ｆターム(参考） 5F041 AA03 CA03 CA12 CA23 CA24 CA33 CA65 CA73 5F045 AA06 AB03 AB05 AB06 AC01 AD12 AD13 AD14 AD15 AD16 AD17 AD18 AE23 AF03 AF13 BB16 CA10 DA52 HA16 5F073 CA24 CB04 DA16 DA35
Claims (7)
- 【請求項１】 粒径がナノメ−トルオ−ダ−のシリコン
微結晶粒子（１２）又はゲルマニウム微結晶粒子（１
２）がシリコンカ−バイド多結晶体（１３）中にドット
状に分散した発光材料。 - 【請求項２】 シリコン微結晶粒子（１２）又はゲルマ
ニウム微結晶粒子（１２）の粒径が１０ナノメ−トル以
下である請求項１記載の発光材料。 - 【請求項３】 シリコン微結晶粒子（１２）又はゲルマ
ニウム微結晶粒子（１２）が１０11〜１０12／ｃｍ2の
密度で分散した請求項１又は２記載の発光材料。 - 【請求項４】 減圧化学気相堆積法又は化学気相堆積法
により半導体基板（１６）上に８５０〜１４００℃でシ
リコンカ−バイド多結晶膜（１３ａ）とシリコン微結晶
粒子（１２）又はゲルマニウム微結晶粒子（１２）とを
交互に堆積する発光材料の製造方法。 - 【請求項５】 シリコンカ−バイド多結晶膜（１３ａ）
とシリコン微結晶粒子（１２）又はゲルマニウム微結晶
粒子（１２）とを交互に半導体基板（１６）上に堆積し
た後、前記半導体基板（１６）を少なくとも真空中、不
活性雰囲気又は水素を含む不活性雰囲気で１０００〜１
５００℃の温度でアニ−ル処理する請求項４記載の発光
材料の製造方法。 - 【請求項６】 減圧化学気相堆積法又は化学気相堆積法
により半導体基板（１６）上に８５０〜１４００℃でシ
リコンカ−バイド多結晶膜（１３ａ）とシリコン多結晶
膜（１２ａ）又はゲルマニウム多結晶膜（１２ａ）とを
交互に堆積した後、前記半導体基板（１６）を少なくと
も真空中、不活性雰囲気又は水素を含む不活性雰囲気で
１０００〜１５００℃の温度でアニ−ル処理する発光材
料の製造方法。 - 【請求項７】 半導体基板（１６）上に粒径がナノメ−
トルオ−ダ−のシリコン微結晶粒子（１２）又はゲルマ
ニウム微結晶粒子（１２）がシリコンカ−バイド多結晶
体（１３）中にドッ状に分散した発光層（１１）が形成
された発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24978898A JP2000077710A (ja) | 1998-09-03 | 1998-09-03 | 発光材料およびその製造方法並びにこれを用いた発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24978898A JP2000077710A (ja) | 1998-09-03 | 1998-09-03 | 発光材料およびその製造方法並びにこれを用いた発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000077710A true JP2000077710A (ja) | 2000-03-14 |
Family
ID=17198241
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24978898A Withdrawn JP2000077710A (ja) | 1998-09-03 | 1998-09-03 | 発光材料およびその製造方法並びにこれを用いた発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000077710A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006514445A (ja) * | 2003-03-21 | 2006-04-27 | インテル・コーポレーション | 改良された発光装置のシステム及び方法 |
| KR100632632B1 (ko) | 2004-05-28 | 2006-10-12 | 삼성전자주식회사 | 나노 결정의 다층 박막 제조 방법 및 이를 이용한유·무기 하이브리드 전기 발광 소자 |
| JP2010103430A (ja) * | 2008-10-27 | 2010-05-06 | Fujitsu Ltd | 構造体及び半導体光装置 |
| US8653501B2 (en) | 2010-06-14 | 2014-02-18 | Canon Kabushiki Kaisha | Emitting device and manufacturing method therefor |
-
1998
- 1998-09-03 JP JP24978898A patent/JP2000077710A/ja not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006514445A (ja) * | 2003-03-21 | 2006-04-27 | インテル・コーポレーション | 改良された発光装置のシステム及び方法 |
| KR100632632B1 (ko) | 2004-05-28 | 2006-10-12 | 삼성전자주식회사 | 나노 결정의 다층 박막 제조 방법 및 이를 이용한유·무기 하이브리드 전기 발광 소자 |
| US9598634B2 (en) | 2004-05-28 | 2017-03-21 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method for preparing multilayer of nanocrystals, and organic-inorganic hybrid electroluminescence device comprising multilayer of nanocrystals prepared by the method |
| US10920134B2 (en) | 2004-05-28 | 2021-02-16 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method for preparing multilayer of nanocrystals, and organic-inorganic hybrid electroluminescence device comprising multilayer of nanocrystals prepared by the method |
| JP2010103430A (ja) * | 2008-10-27 | 2010-05-06 | Fujitsu Ltd | 構造体及び半導体光装置 |
| US8653501B2 (en) | 2010-06-14 | 2014-02-18 | Canon Kabushiki Kaisha | Emitting device and manufacturing method therefor |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060110 |