JP2000357818A - Light emitting element and its manufacture - Google Patents

Light emitting element and its manufacture

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JP2000357818A JP16990299A JP16990299A JP2000357818A JP 2000357818 A JP2000357818 A JP 2000357818A JP 16990299 A JP16990299 A JP 16990299A JP 16990299 A JP16990299 A JP 16990299A JP 2000357818 A JP2000357818 A JP 2000357818A
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light emission
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make a light-emitting wavelength changeable during manufacture by emitting light making defect or dislocation formed in an area near an interface between a first conductivity type silicon layer and a second conductivity type silicon layer laminated thereon a light emission center. SOLUTION: A defect layer 4 which becomes a light emission center is formed in an area near a p-n junction by performing on implantation of Si, B, P, etc., for a region of a p-n type Si layer 3 of a p-n diode and then annealed. Electron and hole are injected to the defect layer 4 by making a current flow to a p-n diode. Defect and dislocation in Si crystal become a light emission center and light emission line develops in a near infrared region. The defect and dislocation which become a light emission center of a light emission line are generated by annealing after ion implantation of Si, B, P, etc., to Si crystal. The sort of defect and dislocation to be generated and the sort of a light emission line to develop depend in ion implantation conditions and anneal conditions. Therefore, if proper conditions are set, just one light emission line can be made strong.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体を用いた近
赤外光の発光素子およびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a near-infrared light emitting device using a semiconductor and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、近赤外領域の発光素子は主に光通
信用途に用いられ、その材料としては、1.2〜1.6
μmの波長帯域に発光を示す、InP基板上にエピタキ
シャル成長されたInGaAsPが一般的に知られてい
る。
2. Description of the Related Art Heretofore, light-emitting elements in the near-infrared region have been mainly used for optical communication applications, and the materials thereof are 1.2 to 1.6.
InGaAsP epitaxially grown on an InP substrate, which emits light in a wavelength band of μm, is generally known.

【0003】しかしながら、InGaAsPのような化
合物半導体を用いた発光素子は、その製造時において各
成分の組成比を正確に制御しなければならない上に、発
光線の幅が広いといった問題点がある。
However, a light emitting device using a compound semiconductor such as InGaAsP has a problem that the composition ratio of each component must be accurately controlled at the time of manufacturing, and that the width of a light emitting line is wide.

【0004】このような化合物半導体に代わる材料とし
て、転位の発生したシリコンを発光素子に用いることが
試みられている。
As a material replacing such a compound semiconductor, an attempt has been made to use dislocation-generated silicon for a light emitting element.

【0005】シリコンを発光素子に用いることは、現在
のシリコンLSIに発光素子を組み込むことを可能に
し、デバイスの高集積化、多機能化の点から非常に実用
化が期待される技術である。
The use of silicon as a light emitting element is a technology that enables a light emitting element to be incorporated in a current silicon LSI, and is expected to be very practically used in terms of high integration and multifunctional devices.

【0006】しかし、転位の発生したシリコンは1.2
〜1.6μmの波長帯域に鋭い発光を示すものの、その
発光強度が弱いために、シリコンによる発光素子の実用
化は非常に困難であった。
However, silicon having dislocations is 1.2%.
Although it emits sharp light in a wavelength band of about 1.6 μm, it is very difficult to put a silicon light emitting element into practical use because of its low light emission intensity.

【0007】このような問題を解決するために本発明者
は、シリコン基板上にゲルマニウムの混晶と、転位を有
するシリコンとで成る超格子構造を少なくとも備えたこ
とを特徴とする発光素子を既に提案している(特開平4
−280479号公報)。
In order to solve such a problem, the present inventors have already developed a light emitting device characterized by having at least a superlattice structure comprising a mixed crystal of germanium and silicon having dislocations on a silicon substrate. Proposed (Japanese Unexamined Patent Publication No.
-280479).

【0008】この発光素子の構成を図6に示す。n型シ
リコン基板61上にシリコンとゲルマニウムの混晶層6
2とシリコン層63の薄膜を順次エピタキシャル成長さ
せて超格子層64を形成する。このとき、超格子構造形
成後に熱処理を行う、或いはシリコン層を厚く成長させ
た後にエッチングで薄くすることによって、エピタキシ
ャル成長したシリコン層に転位を発生させる。超格子層
62上にp型シリコン層65を形成し、このp型シリコ
ン層側とn型シリコン基板側にそれぞれ電極66、67
を形成する。電極66、67に電圧をかけると、電子と
正孔は超格子構造中の界面付近のシリコン層に発生した
転位部分で再結合し、1.2〜1.6μmの波長領域で
発光する。超格子構造によって強い発光が得られ、フィ
ルタ68を通して特定波長の発光を取り出すことができ
る。
FIG. 6 shows the structure of the light emitting device. Mixed crystal layer 6 of silicon and germanium on n-type silicon substrate 61
The superlattice layer 64 is formed by sequentially epitaxially growing the thin films 2 and the silicon layer 63. At this time, dislocations are generated in the epitaxially grown silicon layer by performing a heat treatment after the formation of the superlattice structure or by reducing the thickness of the silicon layer by etching after growing the silicon layer thickly. A p-type silicon layer 65 is formed on the superlattice layer 62, and electrodes 66 and 67 are formed on the p-type silicon layer side and the n-type silicon substrate side, respectively.
To form When a voltage is applied to the electrodes 66 and 67, electrons and holes recombine at dislocations generated in the silicon layer near the interface in the superlattice structure, and emit light in a wavelength region of 1.2 to 1.6 μm. Strong light emission is obtained by the superlattice structure, and light of a specific wavelength can be extracted through the filter 68.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では、その製造においてシリコン−ゲルマニウム
混晶層を形成するための専用装置が必要である。また、
熱処理による転位の形成法では、所望どおりに十分に転
位が発生しにくく、製品ごとに特性のバラツキを生ずる
虞がある。他の転位形成方法として、超格子構造のシリ
コン層を厚く成長させて転位を発生させてから、このシ
リコン層を薄くし、その上にシリコン−ゲルマニウム混
晶層を形成し、これを繰り返方法は、シリコン層の形成
ごとにこのような操作を繰り返し行わなければならず非
常に煩雑で時間も要する。このようなことから、専用装
置を使用する必要がなく、より簡便な方法で十分に転位
を形成可能な方法が求められている。
However, the above-mentioned prior art requires a dedicated apparatus for forming a silicon-germanium mixed crystal layer in the manufacture thereof. Also,
In the method of forming dislocations by heat treatment, dislocations are unlikely to be generated sufficiently as desired, and there is a possibility that characteristics may vary from product to product. As another dislocation formation method, a silicon layer having a superlattice structure is grown thick to generate dislocations, and then the silicon layer is thinned, a silicon-germanium mixed crystal layer is formed thereon, and this method is repeated. In such a case, such an operation must be repeatedly performed every time a silicon layer is formed, which is very complicated and time-consuming. For these reasons, there is a need for a method that does not require the use of a dedicated device and that can form dislocations sufficiently using a simpler method.

【0010】また、従来の発光素子の発光波長は、製造
時に形成する欠陥の種類を変えることができないため、
1.42μmと1.53μmしか選択できない。
In addition, the emission wavelength of the conventional light emitting device cannot change the type of defect formed during manufacturing,
Only 1.42 μm and 1.53 μm can be selected.

【0011】さらに、これら二つの波長光の強度が同程
度であるため、どちらの波長光を用いるかによって適当
なフィルター選択し設けなければならない。
Further, since the intensities of these two wavelength lights are almost the same, an appropriate filter must be selected and provided depending on which wavelength light is used.

【0012】そこで本発明の目的は、発光強度が十分に
高い発光波長を一つ有し、その発光波長を製造時に容易
に変えることができ、また製品ごとに特性のばらつきが
小さく、しかも簡便な方法で製造可能な発光素子および
その製造方法を提供することである。
Accordingly, an object of the present invention is to provide one emission wavelength having a sufficiently high emission intensity, which emission wavelength can be easily changed at the time of manufacturing, and that the characteristics of each product have small variations and are simple. An object of the present invention is to provide a light emitting device that can be manufactured by the method and a manufacturing method thereof.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】第1の発明は、第1導電
型シリコン層とその上に積層された第2導電型シリコン
層の界面付近に形成された{311}欠陥または転位を
発光中心として発光することを特徴とする発光素子に関
する。
According to a first aspect of the present invention, a {311} defect or dislocation formed near an interface between a silicon layer of a first conductivity type and a silicon layer of a second conductivity type laminated thereon is formed as a light emission center. And a light-emitting element that emits light.

【0014】第2の発明は、第1導電型シリコン層とそ
の上に積層された第2導電型シリコン層との界面付近
に、{311}欠陥または転位が形成された欠陥層と該
欠陥および転位のない無欠陥層が交互に積層された構造
を有し、該欠陥層の{311}欠陥または転位を発光中
心として発光することを特徴とする発光素子に関する。
第3の発明は、前記発光が1.2〜1.6μmの波長帯
域にあり、該波長帯域において最も発光強度の大きい発
光ラインの発光強度は、該波長帯域の他の発光ラインの
いずれに対しても相対強度比10以上であることを特徴
とする上記第1又は第2の発明の発光素子に関する。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a defect layer having a {311} defect or dislocation formed near an interface between a first conductive type silicon layer and a second conductive type silicon layer laminated thereon. The present invention relates to a light-emitting element having a structure in which defect-free layers without dislocations are alternately stacked, and emits light with a {311} defect or dislocation in the defect layer as a light emission center.
In a third aspect, the light emission is in a wavelength band of 1.2 to 1.6 μm, and the light emission intensity of the light emission line having the largest light emission intensity in the wavelength band is higher than any of the other light emission lines in the wavelength band. The present invention also relates to the light emitting device of the first or second invention, wherein the relative intensity ratio is 10 or more.

【0015】第4の発明は、少なくとも前記欠陥層の周
囲を取り囲むように素子分離領域が形成されていること
を特徴とする上記第1、第2又は第3の発明の発光素子
に関する。
A fourth invention relates to the light emitting device according to the first, second or third invention, wherein an element isolation region is formed so as to surround at least a periphery of the defect layer.

【0016】第5の発明は、シリコンウェーハ上に絶縁
層が形成され該絶縁層上にシリコン単結晶層が形成され
たSOI基板を用いて形成され、該シリコン単結晶層に
該絶縁層に達するように前記素子分離領域が形成され、
該素子分離領域により孤立された領域に前記第1導電型
シリコン層とその上に積層された前記第2導電型シリコ
ン層が形成されていることを特徴とする上記第4の発明
の発光素子に関する。
According to a fifth aspect of the present invention, an SOI substrate having an insulating layer formed on a silicon wafer and a silicon single crystal layer formed on the insulating layer is used, and the silicon single crystal layer reaches the insulating layer. The element isolation region is formed as follows,
The light emitting device according to the fourth aspect of the invention, wherein the first conductivity type silicon layer and the second conductivity type silicon layer laminated thereon are formed in a region isolated by the device isolation region. .

【0017】第6の発明は、前記第2導電型シリコン層
上に第1電極が形成され、前記第1導電型シリコン層が
露出するように前記第2導電型シリコン層が部分的に除
去されて露出した第1シリコン層上に第2電極が形成さ
れている上記第1〜第5の発明のいずれかの発光素子に
関する。
In a sixth aspect of the present invention, a first electrode is formed on the second conductivity type silicon layer, and the second conductivity type silicon layer is partially removed so that the first conductivity type silicon layer is exposed. The present invention relates to the light emitting device according to any one of the first to fifth inventions, wherein the second electrode is formed on the exposed first silicon layer.

【0018】第7の発明は、上記第1〜6の発明のいず
れかの発光素子の製造方法であって、第1シリコン層上
に積層された第2シリコン層上からイオン注入を行い、
その後にアニールを行なうことによって前記欠陥または
転位を発生させることを特徴とする発光素子の製造方法
に関する。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the method for manufacturing a light emitting device according to any one of the first to sixth aspects, wherein ions are implanted from a second silicon layer laminated on the first silicon layer.
Thereafter, the present invention relates to a method for manufacturing a light emitting device, wherein the defects or dislocations are generated by performing annealing.

【0019】第8の発明は、上記第7の発明において、
前記イオン注入におけるイオン種およびドーズ量、並び
に前記アニールにおけるアニール方法の種類、アニール
温度およびアニール時間を選択・調整することによっ
て、発光波長を制御することを特徴とする発光素子の製
造方法に関する。
According to an eighth aspect, in the seventh aspect,
The present invention relates to a method for manufacturing a light-emitting device, wherein a light-emitting wavelength is controlled by selecting and adjusting an ion species and a dose amount in the ion implantation, a type of an annealing method in the annealing, an annealing temperature and an annealing time.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を挙げて詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail.

【0021】第1の実施の形態 図1は、本発明による発光素子の構造の一例を示す概略
断面図である。
First Embodiment FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of the structure of a light emitting device according to the present invention.

【0022】本実施形態は、p型Si基板1の基板表面
付近にn型Si層3が形成されたpnダイオードの構造
を有する。そして、このn型Si層3とp型Si基板1
との界面付近に形成された欠陥層4は、SiO2からな
る素子分離領域2により周囲を取り囲まれている。
The present embodiment has a pn diode structure in which an n-type Si layer 3 is formed near the surface of a p-type Si substrate 1. Then, the n-type Si layer 3 and the p-type Si substrate 1
The defect layer 4 formed near the interface with the element is surrounded by the element isolation region 2 made of SiO 2 .

【0023】このような構造は次にようにして形成でき
る。まず、p型シリコン基板に、通常のシリコンLSI
で用いられているLOCOSやSTI等の素子分離方法
によって素子分離領域2を形成する。次に、素子分離領
域2で孤立された領域にイオン注入を行ってn型Si層
3を形成する。このときのドーズ量は、後に発生させる
欠陥や転位(欠陥層4)の位置を考慮して、n型Si層
3が素子分離領域より深い位置に達しないようにする。
すなわち、n型Si層3およびn型Si層3とp型Si
基板1との界面付近が素子分離領域2により周囲を取り
囲まれる状態となる程度に制御する。
Such a structure can be formed as follows. First, a normal silicon LSI is placed on a p-type silicon substrate.
The element isolation region 2 is formed by an element isolation method such as LOCOS or STI used in the above. Next, an n-type Si layer 3 is formed by performing ion implantation on a region isolated by the element isolation region 2. The dose at this time is set so that the n-type Si layer 3 does not reach a position deeper than the element isolation region in consideration of the position of a defect or dislocation (defect layer 4) to be generated later.
That is, the n-type Si layer 3 and the n-type Si layer 3 and the p-type Si layer
Control is performed so that the vicinity of the interface with the substrate 1 is surrounded by the element isolation region 2.

【0024】上記のpnダイオード構造において、n型
Si層3の領域にSiやB、P等のイオン注入を行い、
次いでアニールを実施することによって、発光中心とな
る欠陥層4をpn接合付近に形成する。アニールは、ラ
ピッドサーマルアニール(RTA)または炉アニール
(FA)等によって行なうことができる。
In the pn diode structure described above, ions of Si, B, P, etc. are implanted in the region of the n-type Si layer 3,
Next, annealing is performed to form a defect layer 4 serving as a light emission center near the pn junction. Annealing can be performed by rapid thermal annealing (RTA) or furnace annealing (FA).

【0025】欠陥層4の形成後に、このpnダイオード
に電流を流すための電極5、6をそれぞれn型Si層3
上およびSi基板1の裏面に形成される。なお、Si基
板1の裏面に形成される電極6については予め形成して
おいてもよい。
After the formation of the defect layer 4, the electrodes 5 and 6 for passing a current through the pn diode are respectively connected to the n-type Si layer 3.
It is formed on the upper surface and the back surface of the Si substrate 1. The electrode 6 formed on the back surface of the Si substrate 1 may be formed in advance.

【0026】なお、上記の形態では、欠陥層4をpn接
合付近に形成したが、p型層とn型層の間に形成された
高抵抗層に欠陥層4を形成してもよい。この高抵抗層
は、例えば次のようにして形成される。高抵抗シリコン
基板(数100〜1000Ωcm以上)を用い、この基
板に第1導電型不純物をイオン注入して第1導電型層
(例えばp型層)を形成し、次いで第2導電型不純物を
イオン注入して第2導電型層(例えばn型層)を形成す
る。このとき、第1導電型層と第2導電型層との間に不
純物濃度が低い高抵抗層ができるようにイオン注入時の
エネルギーを調整して各導電型層の形成位置を制御す
る。
In the above embodiment, the defect layer 4 is formed near the pn junction, but the defect layer 4 may be formed on a high resistance layer formed between the p-type layer and the n-type layer. This high resistance layer is formed, for example, as follows. Using a high-resistance silicon substrate (several hundreds to 1,000 Ωcm or more), a first conductivity type impurity is ion-implanted into the substrate to form a first conductivity type layer (for example, a p-type layer). By implantation, a second conductivity type layer (for example, an n-type layer) is formed. At this time, the position at which each conductivity type layer is formed is controlled by adjusting the energy at the time of ion implantation so that a high resistance layer having a low impurity concentration is formed between the first conductivity type layer and the second conductivity type layer.

【0027】以上のようにして形成されたpnダイオー
ドに電流を流すことによって、欠陥層4に電子と正孔が
注入される。Si結晶中の欠陥や転位が発光中心となっ
て近赤外領域に発光ラインが観測される。
By passing a current through the pn diode formed as described above, electrons and holes are injected into the defect layer 4. Emission lines are observed in the near infrared region with defects and dislocations in the Si crystal serving as emission centers.

【0028】観測される主な発光ラインは、{311}
欠陥に起因する1.37μmの発光ライン、転位に起因
する1.42μm、1.48μm、1.53μmの発光
ラインであり、製造条件によってこれらの発光ラインの
いずれか一つの強度が強くなり、その半値幅も狭い。
The main emission line observed is {311}
A light emitting line of 1.37 μm caused by a defect and a light emitting line of 1.42 μm, 1.48 μm, and 1.53 μm caused by dislocation. The intensity of any one of these light emitting lines is increased depending on manufacturing conditions. The half width is also narrow.

【0029】これらの発光ラインの発光中心となる欠陥
や転位は、Si結晶にSiやB、P等をイオン注入した
後にアニールを行なうことによって発生し、どのような
欠陥や転位が発生し、どのような発光ラインが現れるか
は、注入イオン種とドーズ量のイオン注入条件、及び、
アニール方法種と、アニール温度、アニール時間のアニ
ール条件で決まる。そのため、注入イオン種とドーズ
量、アニール方法種、アニール温度、アニール時間を適
当な条件に設定すると、上記4本の発光ラインの中で一
つの発光ラインだけを非常に強くすることができる。
The defects and dislocations serving as the light emission center of these light emitting lines are generated by performing an annealing after ion implantation of Si, B, P, etc. into the Si crystal. Whether such a light emitting line appears depends on the ion implantation conditions of the ion species to be implanted and the dose, and
It is determined by the type of annealing method and the annealing conditions such as annealing temperature and annealing time. Therefore, if the implanted ion species and dose, the annealing method type, the annealing temperature, and the annealing time are set to appropriate conditions, only one of the four light emitting lines can be made very strong.

【0030】1.2〜1.6μmの波長帯域において最
も発光強度の大きい発光ラインの発光強度は、該波長帯
域の他の発光ラインのいずれに対しても相対強度比10
以上であることが好ましい。より好ましくは50以上で
ある。
The emission intensity of the emission line having the highest emission intensity in the wavelength band of 1.2 to 1.6 μm has a relative intensity ratio of 10 to any of the other emission lines in the wavelength band.
It is preferable that it is above. More preferably, it is 50 or more.

【0031】表1に、イオン注入条件およびアニール条
件と、最も強い発光波長との関係の一例をまとめた。ま
た、図2(a)から(d)に、表1で示した各条件で欠
陥や転位を発生させた場合の発光スペクトルを示す。
Table 1 shows an example of the relationship between the ion implantation conditions and annealing conditions and the strongest emission wavelength. FIGS. 2A to 2D show emission spectra when defects and dislocations are generated under the conditions shown in Table 1.

【0032】[0032]

【表1】 上記表1中の(a)〜(d)の各条件における発光波長
の発光ラインの発光強度は、(a)の1.37μmの波
長光の発光強度を100とすると、(b)の1.42μ
mの波長光の発光強度が約50、(c)の1.48μm
の波長光の発光強度が約70、(d)の1.53μmの
波長光の発光強度が約60であった。また、同じ条件で
測定したInGaAsPの発光強度は約500〜100
0であった。なお、上記(a)〜(d)の波長光のこれ
らの発光強度は、図1に示す素子分離領域2や図3に示
す欠陥層と無欠陥層が交互に積層された構造を有してい
ないものを測定した結果であり、素子分離領域や積層構
成を設ければ数倍から数十倍以上のさらに強い発光強度
が得られる。
[Table 1] Assuming that the light emission intensity of the 1.37 μm wavelength light of (a) is 100, the light emission intensity of the light emission line at the light emission wavelength under each of the conditions (a) to (d) in Table 1 is 1. 42μ
The emission intensity of light having a wavelength of m is about 50, and 1.48 μm of (c).
The light emission intensity of the light having a wavelength of about 70 was about 70, and the light emission intensity of the light having a wavelength of 1.53 μm in FIG. Further, the emission intensity of InGaAsP measured under the same conditions is about 500 to 100.
It was 0. The emission intensities of the above wavelengths (a) to (d) have a structure in which the element isolation region 2 shown in FIG. 1 and the defect layer and the defect-free layer shown in FIG. 3 are alternately stacked. This is the result of measurement of the case where no light-emitting element is provided. If the element isolation region or the laminated structure is provided, a stronger light emission intensity of several times to several tens times or more can be obtained.

【0033】図1に示す本実施の形態の構成において
は、このときの発光を図の紙面に垂直な方向に取り出
す。また、図1に示す構成では、素子分離領域2が、発
光中心となる欠陥や転位を取り囲むように形成されてい
るため、電子と正孔の横方向(基板の平面方向)への拡
散が防止され、発光効率が増大する。
In the configuration of the present embodiment shown in FIG. 1, light emitted at this time is extracted in a direction perpendicular to the plane of the drawing. In the configuration shown in FIG. 1, the element isolation region 2 is formed so as to surround a defect or a dislocation serving as a light emission center, so that diffusion of electrons and holes in the lateral direction (the plane direction of the substrate) is prevented. As a result, the luminous efficiency increases.

【0034】第2の実施の形態 図3は、本発明の第2の実施形態の構成を示す断面図で
ある。本実施形態では、欠陥層4を形成する際のイオン
注入の加速電圧を変えて繰り返しイオン注入を行なうこ
とによって,欠陥層と無欠陥層が交互に積層された超格
子のような構造を形成した。これにより、発光中心であ
る欠陥・転位密度を増やすと同時にキャリアの閉込め効
果を増大して発光強度を増大させることができる。
Second Embodiment FIG. 3 is a sectional view showing the structure of a second embodiment of the present invention. In the present embodiment, a structure like a superlattice in which defect layers and defect-free layers are alternately stacked is formed by repeatedly performing ion implantation while changing the acceleration voltage for ion implantation when forming the defect layer 4. . This makes it possible to increase the defect / dislocation density, which is the emission center, and at the same time, increase the effect of confining carriers to increase the emission intensity.

【0035】第3の実施の形態 図4に本実施形態の構成を示す。図4(a)は平面図、
図4(b)及び(c)は、それぞれ図4(a)のA−A
線およびB−B線に沿った断面図である。
Third Embodiment FIG. 4 shows the configuration of this embodiment. FIG. 4A is a plan view,
FIGS. 4B and 4C respectively show AA of FIG. 4A.
It is sectional drawing along the line and the BB line.

【0036】本実施形態では、基板として、シリコンウ
ェーハ上の絶縁層8(シリコン酸化膜)上に単結晶シリ
コン層が形成されたSOI基板を用いることによって、
横方向(基板平面方向)だけでなく、基板深さ方向のキ
ャリアの閉込め効果も増大させている。
In this embodiment, an SOI substrate having a single crystal silicon layer formed on an insulating layer 8 (silicon oxide film) on a silicon wafer is used as a substrate.
The effect of confining carriers not only in the lateral direction (substrate plane direction) but also in the substrate depth direction is increased.

【0037】本実施形態は、素子分離領域2により孤立
されたSOI基板の単結晶シリコン層に、p型Si層7
を形成し、その上にn型Si層3を形成している。素子
分離領域2は、これらのp型Si層7及びn型Si層3
の周囲を取り囲み、かつSOI基板の絶縁層8に達する
ように形成されている。このような構成によって、横方
向(基板平面方向)だけでなく、基板深さ方向のキャリ
アの閉込め効果を増大させることができる。
In this embodiment, the p-type Si layer 7 is formed on the single crystal silicon layer of the SOI substrate isolated by the element isolation region 2.
Is formed, and an n-type Si layer 3 is formed thereon. The element isolation region 2 includes the p-type Si layer 7 and the n-type Si layer 3
Is formed to reach the insulating layer 8 of the SOI substrate. With such a configuration, it is possible to increase the effect of confining carriers not only in the lateral direction (the plane direction of the substrate) but also in the depth direction of the substrate.

【0038】また、本実施形態では、電極5、6を両方
とも基板の表側からとる構造を有している。電極5は通
常通り基板表面のn型Si層上に設けられ、一方の電極
6は、基板表面のn型Si層5の領域を部分的にエッチ
ング除去してp型Si層7を露出させ、その表面に電極
6を形成している。なお、このように電極を両方とも基
板の表側からとる構造は、図1や図3に示した第1及び
第2の実施の形態にも適用できる。
In this embodiment, both electrodes 5 and 6 have a structure in which the electrodes are taken from the front side of the substrate. The electrode 5 is provided on the n-type Si layer on the substrate surface as usual, and the one electrode 6 exposes the p-type Si layer 7 by partially etching away the region of the n-type Si layer 5 on the substrate surface, The electrode 6 is formed on the surface. Note that such a structure in which both electrodes are formed from the front side of the substrate can be applied to the first and second embodiments shown in FIGS. 1 and 3.

【0039】第4の実施の形態 図5に本実施形態の概略平面図を示す。上部電極5の形
状をドーナツ型とすることによって、基板に垂直方向へ
光を取り出す構造としてある。
Fourth Embodiment FIG. 5 is a schematic plan view of the present embodiment. By making the shape of the upper electrode 5 into a donut shape, light is extracted in a direction perpendicular to the substrate.

【0040】その他の電極構造としては、電極を発光波
長に対して透明な材料として基板に垂直方向へ光を取り
出す構造とすることもできる。
As another electrode structure, a structure in which the electrode is made of a material transparent to the emission wavelength and light is taken out in the direction perpendicular to the substrate can be used.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、イオン注入およびアニールの同一製造工程にお
いてそれぞれイオン注入条件およびアニール条件を変え
ることによって、発生する欠陥や転位の種類を変えるこ
とができ、異なる発光波長を有する発光素子を容易に製
造することができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, the types of defects and dislocations to be generated can be changed by changing the ion implantation conditions and annealing conditions in the same manufacturing steps of ion implantation and annealing. Thus, light emitting elements having different emission wavelengths can be easily manufactured.

【0042】また、イオン注入条件およびアニール条件
の設定によって、複数の波長光のうち一つだけの発光強
度を強くできるため、フィルタを設けなくても単一の波
長光を取り出すことができ、製造工程を簡略化でき、製
造コストが低減できる。
Further, by setting the ion implantation conditions and the annealing conditions, the emission intensity of only one of the plurality of wavelength lights can be increased, so that a single wavelength light can be extracted without providing a filter. The process can be simplified, and the manufacturing cost can be reduced.

【0043】また、欠陥や転位が従来技術にくらべて確
実に十分に形成できるため、製品ごとの特性のバラツキ
を小さくすることができる。
Further, since defects and dislocations can be formed more reliably and more reliably than in the prior art, it is possible to reduce variations in the characteristics of each product.

【0044】また、Siを用いた近赤外領域の発光素子
を実現できるので、ひとつのSiチップ上に光デバイス
とメモリー、論理回路などを搭載したSi−OEICを
作製することが可能である。
Further, since a light emitting element in the near infrared region using Si can be realized, it is possible to manufacture a Si-OEIC in which an optical device, a memory, a logic circuit, and the like are mounted on one Si chip.

【0045】さらに、本発明におけるイオン注入および
アニールは、既存のシリコンLSIに用いられているプ
ロセスをそのまま用いることができるので、新たに特殊
な装置を導入したり、Si−OEICを作る上でLSI
プロセスとの整合性を気にする必要がなく、簡便かつ低
コストでSi−OEICを製造できる。
Further, the ion implantation and annealing in the present invention can use the process used for the existing silicon LSI as it is, so that a new special device can be introduced or the LSI can be used for producing the Si-OEIC.
The Si-OEIC can be manufactured simply and at low cost without having to worry about consistency with the process.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の発光素子の概略構成断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view of a light emitting device of the present invention.

【図2】本発明の発光素子の発光スペクトルを示す図で
ある。
FIG. 2 is a diagram showing an emission spectrum of the light emitting device of the present invention.

【図3】本発明の発光素子の概略構成断面図である。FIG. 3 is a schematic sectional view of a light emitting device of the present invention.

【図4】本発明の発光素子の構成を説明するための概略
断面図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a light emitting device of the present invention.

【図5】本発明の発光素子の構成を説明するための概略
平面図である。
FIG. 5 is a schematic plan view illustrating a configuration of a light emitting device of the present invention.

【図6】従来の発光素子の概略構成断面図である。FIG. 6 is a schematic sectional view of a conventional light emitting device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 p型Si基板 2 素子分離領域 3 n型Si層 4 欠陥層 5 電極 6 電極 7 p型Si層 8 絶縁層 9 SOI基板 61 n型シリコン基板 62 シリコン−ゲルマニウム混晶層 63 シリコン層 64 超格子層 65 p型シリコン層 66 電極 67 電極 68 フィルタ REFERENCE SIGNS LIST 1 p-type Si substrate 2 element isolation region 3 n-type Si layer 4 defect layer 5 electrode 6 electrode 7 p-type Si layer 8 insulating layer 9 SOI substrate 61 n-type silicon substrate 62 silicon-germanium mixed crystal layer 63 silicon layer 64 super lattice Layer 65 p-type silicon layer 66 electrode 67 electrode 68 filter

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1導電型シリコン層とその上に積層さ
れた第2導電型シリコン層の界面付近に形成された{3
11}欠陥または転位を発光中心として発光することを
特徴とする発光素子。
1. A method according to claim 1, wherein the first conductive type silicon layer and the second conductive type silicon layer laminated thereon are formed near the interface.
11. A light-emitting element which emits light with a defect or dislocation as a light-emission center.
【請求項2】 第1導電型シリコン層とその上に積層さ
れた第2導電型シリコン層との界面付近に、{311}
欠陥または転位が形成された欠陥層と該欠陥および転位
のない無欠陥層が交互に積層された構造を有し、該欠陥
層の{311}欠陥または転位を発光中心として発光す
ることを特徴とする発光素子。
2. A {311} near an interface between a first conductivity type silicon layer and a second conductivity type silicon layer laminated thereon.
It has a structure in which a defect layer in which defects or dislocations are formed and a defect-free layer without defects and dislocations are alternately stacked, and emits light with a {311} defect or dislocation in the defect layer as an emission center. Light emitting element.
【請求項3】 前記発光は1.2〜1.6μmの波長帯
域にあり、該波長帯域において最も発光強度の大きい発
光ラインの発光強度は、該波長帯域の他の発光ラインの
いずれに対しても相対強度比10以上であることを特徴
とする請求項1又は2記載の発光素子。
3. The light emission is in a wavelength band of 1.2 to 1.6 μm, and the light emission intensity of the light emission line having the highest light emission intensity in the wavelength band is higher than any of the other light emission lines in the wavelength band. 3. The light emitting device according to claim 1, wherein the relative intensity ratio is 10 or more.
【請求項4】 少なくとも前記欠陥層の周囲を取り囲む
ように素子分離領域が形成されていることを特徴とする
請求項1、2又は3記載の発光素子。
4. The light emitting device according to claim 1, wherein an element isolation region is formed so as to surround at least a periphery of the defect layer.
【請求項5】 シリコンウェーハ上に絶縁層が形成され
該絶縁層上にシリコン単結晶層が形成されたSOI基板
を用いて形成され、該シリコン単結晶層に該絶縁層に達
するように前記素子分離領域が形成され、該素子分離領
域により孤立された領域に前記第1導電型シリコン層と
その上に積層された前記第2導電型シリコン層が形成さ
れていることを特徴とする請求項4記載の発光素子。
5. An element formed using an SOI substrate having an insulating layer formed on a silicon wafer and a silicon single crystal layer formed on the insulating layer, and the silicon single crystal layer reaching the insulating layer. An isolation region is formed, and the first conductivity type silicon layer and the second conductivity type silicon layer laminated thereon are formed in a region isolated by the element isolation region. The light-emitting element according to any one of the preceding claims.
【請求項6】 前記第2導電型シリコン層上に第1電極
が形成され、前記第1導電型シリコン層が露出するよう
に前記第2導電型シリコン層が部分的に除去されて露出
した第1シリコン層上に第2電極が形成されている請求
項1〜5いずれか1項に記載の発光素子。
6. A second electrode, wherein a first electrode is formed on the second conductive type silicon layer, and the second conductive type silicon layer is partially removed and exposed such that the first conductive type silicon layer is exposed. The light emitting device according to claim 1, wherein a second electrode is formed on one silicon layer.
【請求項7】 請求項1〜6のいずれか1項に記載の発
光素子の製造方法であって、第1シリコン層上に積層さ
れた第2シリコン層上からイオン注入を行い、その後に
アニールを行なうことによって前記欠陥または転位を発
生させることを特徴とする発光素子の製造方法。
7. The method for manufacturing a light emitting device according to claim 1, wherein ions are implanted from a second silicon layer laminated on the first silicon layer, and thereafter, annealing is performed. A method for producing the light emitting element, wherein the defect or the dislocation is generated by performing the following.
【請求項8】 前記イオン注入におけるイオン種および
ドーズ量、並びに前記アニールにおけるアニール方法の
種類、アニール温度およびアニール時間を選択・調整す
ることによって、発光波長を制御することを特徴とする
請求項7記載の発光素子の製造方法。
8. The emission wavelength is controlled by selecting and adjusting an ion species and a dose amount in the ion implantation, a type of an annealing method in the annealing, an annealing temperature and an annealing time. A method for manufacturing the light-emitting element according to the above.
【請求項9】 前記イオン種がSi、B、Pのいずれか
であり、前記アニール方法がラピッドサーマルアニー
ル、炉アニールのいずれかである請求項8記載の発光素
子の製造方法。
9. The method according to claim 8, wherein the ionic species is any of Si, B, and P, and the annealing method is any of rapid thermal annealing and furnace annealing.
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