JP2002344012A

JP2002344012A - 多孔性シリコン基板及びそれを用いた発光素子並びに多孔性シリコン基板の製造方法

Info

Publication number: JP2002344012A
Application number: JP2001147390A
Authority: JP
Inventors: Mitsumasa Oku; 光正奥
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-05-17
Filing date: 2001-05-17
Publication date: 2002-11-29

Abstract

(57)【要約】【課題】多孔質シリコン層を有するシリコン基板であ
って、発光効率が高く、発光強度が大きい多孔性シリコ
ン基板及びそれを用いた発光素子並びに多孔性シリコン
基板の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】ｐ型の単結晶のシリコン基板１に、微細
な孔２が多数形成された厚さが約１２μｍの多孔質シリ
コン層３が形成されている。多孔質シリコン層３の孔２
内の壁面に沿って、不純物となるリン元素（Ｐ）を含む
不純物拡散シリコン層４が形成されている。従って、多
孔質シリコン層３の孔２に沿ってｐｎ接合が形成されて
いるので、シリコン基板１における単位面積当たりのｐ
ｎ接合の面積を実質的に大きくすることができるので、
高効率の発光素子を実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多孔質シリコン層
を有する多孔性シリコン基板及びそれを用いた発光素子
並びに多孔性シリコン基板の製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】単結晶シリコン基板をフッ酸溶液中で陽
極化成することにより、シリコン基板に多孔質シリコン
層が形成されるが、その多孔質シリコン層を有するシリ
コン基板が室温で強いホトルミネッセンスを示すという
ことが、１９９０年に発表された（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．Ｌｅｔｔ．５７、１０４６１９９０）。この発
表は、それまで間接遷移半導体であるため発光が困難で
あると考えられていたシリコンを用いての発光素子を実
現できる可能性を示すものであった。

【０００３】この従来の多孔質シリコン層を有するシリ
コン基板を用いた発光素子について、図１２を参照しな
がら説明する。尚、図１２は、その従来の発光素子の要
部拡大断面図である。

【０００４】単結晶のｐ型のシリコン基板１０１を陽極
化成することにより、図１２に示すように、シリコン基
板１０１に複数の孔１０２を有する多孔質シリコン層１
０３が形成されている。また、孔１０２に埋め込むよう
にしてシリコン基板１０１上に導電性高分子材料である
ポリピロール膜からなるキャリアを注入するための透光
性電極１０５が形成されている。さらに、シリコン基板
１０１の裏面にはアルミニウムからなるオーミック性の
裏面電極１０６が形成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
多孔性シリコン層を有するシリコン基板を用いた発光素
子は発光強度が小さかったため、光通信システム、ディ
スプレイデバイス等その他の産業においては実際に用い
ることはできないという課題があった。

【０００６】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、発光効率を高めて発光強度が大きくな
るような多孔性シリコン基板及びそれを用いた発光素子
並びに多孔性シリコン基板の製造方法を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る多孔性シリ
コン基板は、シリコン基板の上に形成された多孔質シリ
コン層と、前記多孔質シリコン層の孔の内壁に沿って形
成された不純物拡散層とを有することを特徴とするもの
である。

【０００８】本発明に係る多孔性シリコン基板は、多孔
質シリコン層の孔の内壁に不純物拡散層が形成されてｐ
ｎ接合の構造を有するので、発光素子等の光素子用の基
板として用いた場合に、高効率の発光素子等を得ること
ができる。

【０００９】また、本発明に係る多孔性シリコン基板の
製造方法は、シリコン基板に多孔質シリコン層を形成す
る第１の工程と、電解液を用いて前記シリコン基板を陽
極酸化し、前記多孔質シリコン層の孔の内壁面上に酸化
膜を形成するとともに、前記多孔質シリコン層の孔の内
壁面に沿って不純物拡散層を形成する第２の工程と、前
記酸化膜を除去する第３の工程とを備えたことを特徴と
するものである。

【００１０】本発明に係る多孔性シリコン基板の製造方
法によれば、陽極酸化の第２の工程において形成される
酸化膜を介して、電解液に含まれるドナーやアクセプタ
ーとなる不純物の元素が多孔質シリコン層の孔の内壁に
沿って拡散される。これにより、不純物拡散層を形成す
ることができ、容易にｐｎ接合の構造を有する多孔性シ
リコン基板を形成することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態に係る多
孔性シリコン基板及びそれを用いた発光素子並びに多孔
性シリコン基板の製造方法について、図１〜図１１を用
いて説明する。

【００１２】（第１の実施形態）以下、本発明の第１の
実施形態に係る多孔性シリコン基板及びそれを用いた発
光素子について、図１を参照しながら説明する。尚、図
１は、第１の実施形態に係る多孔性シリコン基板の要部
拡大断面図であり、図２は、第１の実施形態に係る発光
素子の要部拡大断面図である。

【００１３】図１に示すように、ｐ型の単結晶のシリコ
ン基板１に、微細な孔２が多数形成された厚さが約１２
μｍの多孔質シリコン層３が形成されている。ここで多
孔質シリコン層３とは、シリコン基板１において複数の
孔２が存在する領域のことをいう。

【００１４】多孔質シリコン層３の孔２内の壁面に沿っ
て、不純物となるリン元素（Ｐ）を含む不純物拡散シリ
コン層４が形成されている。尚、多孔質シリコン層３に
対するリン元素の濃度の平均は、ＳＩＭＳ（Secondary
Ion Mass Spectrometry）の深さプロファイルにより９
×１０¹⁶／ｃｍ³であることがわかった。また、不純物
拡散シリコン層４の層の厚さは、数十ｎｍ〜数μｍであ
る。

【００１５】次に、第１の実施形態に係る発光素子につ
いて図２を用いて説明する。

【００１６】図２に示すように、ｐ型の単結晶のシリコ
ン基板１に、微細な孔２が多数形成された多孔質シリコ
ン層３が形成され、多孔質シリコン層３の孔２内の壁面
に沿って、不純物となるリン元素（Ｐ）を含む不純物拡
散シリコン層４が形成されている。

【００１７】さらには、不純物拡散シリコン層４が形成
された孔２に埋め込むように金からなる半透明の透光性
電極５が形成されている。また、透光性電極５のシリコ
ン基板１表面からの厚さは、５００Å（オングストロー
ム）とする。尚、透光性電極５の材料としては、透明材
料のＩｎ（インジウム）、Ｓｎ（スズ）の複合酸化物
（以下、「ＩＴＯ」と記す）を用いてもよい。

【００１８】さらに、シリコン基板１の裏面には、アル
ミニウムからなるオーミック性の裏面電極６が形成され
ている。

【００１９】本発明の第１の実施形態に係る発光素子
は、ｐｎ接合を用いた電荷注入型発光素子であり、ｐ側
の半導体から正孔を、かつｎ側の半導体から電子を注入
し、正孔と電子とが再結合することにより発光する。こ
の場合、リン元素はドナーの役割を果たす。

【００２０】また、本発明の第１の実施形態に係る発光
素子は、多孔質シリコン層３の孔２に沿ってｐｎ接合が
形成されているので、シリコン基板１における単位面積
当たりのｐｎ接合の面積を多孔質シリコン層３がないも
のに比べて大きくすることができるので、高効率の発光
素子を実現することができる。

【００２１】次に、本発明の第１の実施形態に係る多孔
性シリコン基板の製造方法について図３を参照しながら
説明する。尚、図３は、第１の実施形態に係る多孔性シ
リコン基板の製造方法の各工程における多孔性シリコン
基板の要部拡大断面図である。

【００２２】まず、図３（ａ）に示すように、４インチ
径の比抵抗が０．２〜０．４Ω・ｃｍのｐ型の単結晶の
シリコン基板１を用い、そのシリコン基板１の裏面全面
にアルミニウム（Ａｌ）７を真空蒸着する。

【００２３】次に、シリコン基板１を窒素雰囲気中で６
００℃／３分間のシンターを行い、オーミック性コンタ
クトをとり、図４に示す陽極化成又は陽極酸化装置８の
テフロン（登録商標）製支持台に配置し、陽極化成処理
を行う。具体的には、濃度が約５０％のフッ化水素（Ｈ
Ｆ）水溶液とエタノールとを１：１で混合した溶液を電
解液９として室温でシリコン基板１を陽極として定電流
化成法により２０ｍＡ／ｃｍ²の電流を用いて陽極化成
処理を行う。この陽極化成により、図３（ｂ）に示すよ
うに、シリコン基板１の表側の面に多数の微細な孔２を
有する多孔質シリコン層３を形成する。尚、多孔質シリ
コン層３の厚さは約１２μｍとする。また、陽極化成処
理においては、対向電極として白金からなる５５メッシ
ュのメッシュ電極１０を用いる。

【００２４】尚、電解液９としては単にＨＦ水溶液でも
よいが、上述のようにエタノール等のアルコール類を混
合することにより、ガスが基板から分離しやすくなるの
で、より均一な孔２を形成することができる。また、化
成電流は１〜２００ｍＡ／ｃｍ²程度であればよく、と
りわけ５〜１００ｍＡ／ｃｍ²が好ましい。また、陽極
化成の処理は室温で行うことが望ましいが、電解液９の
温度は１０〜７０℃の範囲とする方がよい。また、多孔
質シリコン層３の厚さは、０．１〜５０．０μｍであれ
ばよく、とりわけ０．５〜１０．０μｍとすることが好
ましい。さらに、多孔質シリコン層３の孔２の口径
（φ）は、１ｎｍ〜数μｍとなるように形成するが、孔
２の口径は、本発明においては特に制限する必要はな
い。

【００２５】また、シリコン基板１を電解液９中から取
り出した後は、大気中で十分乾燥させる。このとき、こ
の多孔質シリコン層３を有するシリコン基板１に、３２
５ｎｍの波長のＨｅ−Ｃｄレーザを１５ｍＷの出力で照
射して室温のフォトルミネッセンス（以下、「ＰＬ」と
いう）を評価したところＰＬの発光色は赤橙色であっ
た。

【００２６】次に、多孔質シリコン層３を有するシリコ
ン基板１を、再び図４に示す陽極化成装置８と同じ陽極
化成装置に配置し（図示せず）、重量濃度が１％のリン
酸水溶液を電解液１１として用い、シリコン基板１を陽
極として５分間のＤＣ５０Ｖの定電圧化成である陽極酸
化を行う。尚、電解液１１としてはリン酸水溶液等のリ
ン酸系の水溶液が好ましく、エタノール等のアルコール
類を混入してもよい。また、リン酸水溶液の濃度として
は、０．０１〜１０％程度あればよい。

【００２７】このとき、電解液１１としてリン酸系溶液
を用いて陽極酸化することにより、図３（ｃ）に示すよ
うに、多孔質シリコン層３の孔２の内壁にシリコン酸化
膜１２が形成されるとともに、このシリコン酸化膜１２
中に取りこまれたリン酸イオンのリン元素が、濃度勾配
に基づく拡散によってシリコンの結晶中に侵入していく
ことになる。すなわち、電解液１１中に含まれるリン酸
イオンは陽極であるシリコン基板１に引きつけられ、リ
ン酸イオンを構成する酸素元素及びリン元素のうち、酸
素元素はシリコンの酸化に寄与する。一方、リン酸イオ
ン中のリン元素は生成されたシリコン酸化膜１２内に高
濃度の不純物として存在することとなり、そのリン元素
が多孔質シリコン層３の孔２の壁面からシリコン内に侵
入し、不純物拡散シリコン層４が形成される。

【００２８】次に、リン酸水溶液を全て抜き取り、シリ
コン基板１を陽極化成装置から取り出し、シリコン基板
１を窒素ガスブローした後に窒素雰囲気中で８０℃の温
度で約６０分間乾燥させる。尚、次工程の前に、重量濃
度が約１０％の硝酸水溶液に３０分間以上浸漬し、シリ
コン基板１の裏面のＡｌを溶出して除去し、シリコン基
板１を充分に純水洗浄した後乾燥させる。ここで、一旦
Ａｌを除去するのは、次工程の加熱温度が高いため、Ａ
ｌのシリコン基板１への拡散や、Ａｌの溶融を避けるた
めである。

【００２９】次に、図３（ｄ）に示すように、このシリ
コン基板１を約２．６６×１０^-2Ｐａの真空中、約６０
０℃の温度で約３０分間の加熱処理を行う。この加熱処
理は、リン元素の拡散を促進させるためと添加されたリ
ン元素の活性化や安定化のために行うものである。尚、
この加熱処理は、真空中に限らず、窒素、アルゴン等の
不活性ガス雰囲気中で、３００℃〜１１００℃程度の温
度で行ってもよい。

【００３０】多孔質シリコン層３に対するリン元素の平
均濃度は、ＳＩＭＳの深さプロファイルにより９×１０
¹⁶／ｃｍ³であることがわかった。また、この加熱処理
は行わなくともよく、加熱処理をしなかった場合のリン
元素の平均濃度は、２×１０ ¹⁶／ｃｍ³であった。

【００３１】尚、リン元素の含有量は、１０¹³〜１０²⁰
／ｃｍ³の範囲であればよく、とりわけ１０¹⁴〜１０¹⁹
／ｃｍ³の範囲が好ましい。尚、上限を１０²⁰／ｃｍ³
としたのは、これ以上にリン元素を添加するのは技術的
に困難であり、下限を１０¹³／ｃｍ³としたのは、これ
以下になると、発光素子等の光素子としての実用性が少
なくなるからである。

【００３２】次に、シリコン基板１を冷却した後、シリ
コン基板１をＨＦ系水溶液、例えば５％のＨＦ水溶液に
浸漬することにより、図３（ｅ）に示すように、シリコ
ン酸化膜１２を除去する。また、併せて、ＨＦ水溶液の
入った容器内を減圧することにより、孔２内の不要なガ
スを除去する。尚、ＨＦ水溶液の濃度としては、１〜３
０％程度とすることが好ましい。

【００３３】最後に、図示しないが、シリコン基板１に
微弱な超音波振動を約１２０分与えて、孔２内にまだ残
留する不要なガスを除去する。その後、ＨＦ水溶液の中
から、シリコン基板１を取り出して、シリコン基板１全
体を純水洗浄し、窒素ガスブローで水分を除去し十分に
乾燥する。

【００３４】以上により、本発明の第１の実施形態に係
る多孔性シリコン基板１３を形成することができる。

【００３５】次に、本発明の第１の実施形態に係る発光
素子の製造方法について、図５を参照しながら説明す
る。尚、図５は、第１の実施形態に係る発光素子の製造
方法における発光素子の要部拡大断面図である。また、
本実施形態に係る発光素子は、上述した本実施形態に係
る多孔性シリコン基板１３を用いる。

【００３６】図５（ａ）に示すように、多孔性シリコン
基板１３の裏面にＡｌからなるオーミック性の裏面電極
６を形成する。

【００３７】次に、図５（ｂ）に示すように、電子ビー
ム蒸着装置を用いて、不純物拡散シリコン層４が形成さ
れた孔２に埋め込むようにしてＩＴＯを多孔性シリコン
基板１３上に１０００Å堆積する。尚、この場合に、Ｉ
ＴＯの材料が多孔質シリコン層４の孔２に奥まで隈なく
埋め込まれるのが理想であるが、少なくとも孔２の１０
％以上が埋め込まれていればよい。

【００３８】以上により、第１の実施形態に係る発光素
子を形成することができる。この第１の実施形態に係る
発光素子の発光スペクトルを図６に示す。尚、この場合
の印加電圧は１５Ｖである。

【００３９】図６に示すように、約６６００Åを中心に
して、約５０００Å〜約７５００Åの波長の範囲でスペ
クトルが現れていることがわかる。特に、６０００Å〜
７０００Åの範囲で強い強度が得られている。

【００４０】また、本実施形態に係る発光素子は、リン
元素添加なしの従来の多孔性シリコン基板を用いて裏面
電極及び透光性電極を形成した発光素子に比べて、５倍
の発光ピーク強度があることがわかった。

【００４１】（第２の実施形態）以下、本発明の第２の
実施形態に係る多孔性シリコン基板及びそれを用いた発
光素子について、図７を参照しながら説明する。尚、図
７は、第２の実施形態に係る多孔性シリコン基板の要部
拡大断面図であり、図８は、第２の実施形態に係る発光
素子の要部拡大断面図である。

【００４２】図７に示すように、ｎ型の単結晶のシリコ
ン基板２１に、微細な孔２２が多数形成された厚さが約
５μｍの多孔質シリコン層２３が形成されている。ここ
で多孔質シリコン層２３とは、シリコン基板２１におい
て複数の孔２２が存在する領域のことをいう。

【００４３】多孔質シリコン層２３の孔２２内の壁面に
沿って、不純物となるホウ素元素（Ｂ）を含む不純物拡
散シリコン層２４が形成されている。尚、多孔質シリコ
ン層２３に対するホウ素元素の濃度の平均は、ＳＩＭＳ
の深さプロファイルにより２×１０¹⁵／ｃｍ³であるこ
とがわかった。また、不純物拡散シリコン層２４の層の
厚さは、数十ｎｍ〜数μｍである。

【００４４】次に、第２の実施形態に係る発光素子につ
いて図８を用いて説明する。

【００４５】図８に示すように、ｎ型の単結晶のシリコ
ン基板２１に、微細な孔２２が多数形成された多孔質シ
リコン層２３が形成され、多孔質シリコン層２３の孔２
２内の壁面に沿って、不純物となるホウ素元素（Ｂ）を
含む不純物拡散シリコン層２４が形成されている。

【００４６】さらには、不純物拡散シリコン層２４が形
成された孔２２に埋め込むように金からなる半透明の透
光性電極２５が形成されている。また、透光性電極２５
のシリコン基板２１表面からの厚さは、１０００Åとす
る。尚、透光性電極２５の材料としては、ＩＴＯを用い
てもよい。

【００４７】さらに、シリコン基板２１の裏面には、ア
ルミニウムからなるオーミック性の裏面電極２６が形成
されている。

【００４８】本発明の第２の実施形態に係る発光素子
は、ｐｎ接合を用いた電荷注入型発光素子であり、ｐ側
の半導体から正孔を、かつｎ側の半導体から電子を注入
し、正孔と電子とが再結合することにより発光する。こ
の場合、ホウ素元素はアクセプタの役割を果たす。

【００４９】また、本発明の第２の実施形態に係る発光
素子は、多孔質シリコン層２３の孔２２に沿ってｐｎ接
合が形成されているので、シリコン基板２１における単
位面積当たりのｐｎ接合の面積を多孔質シリコン層２３
のないものに比べて大きくすることができ、高効率の発
光素子を実現することができる。

【００５０】次に、本発明の第２の実施形態に係る多孔
性シリコン基板の製造方法について図９を参照しながら
説明する。尚、図９は、第２の実施形態に係る多孔性シ
リコン基板の製造方法の各工程における多孔性シリコン
基板の要部拡大断面図である。

【００５１】まず、図９（ａ）に示すように、４インチ
径の比抵抗が８．０〜１２．０Ω・ｃｍのｎ型の単結晶
のシリコン基板２１を用い、そのシリコン基板２１の裏
面全面にアルミニウム（Ａｌ）２７を真空蒸着する。

【００５２】次に、第１の実施形態と同様に、オーミッ
ク性コンタクトをとり、図４に示す陽極化成装置８と同
じ陽極化成装置に配置し（図示せず）、陽極化成処理を
行う。具体的には、濃度が約５０％のフッ化水素（Ｈ
Ｆ）水溶液とエタノールとを１：１で混合した溶液を電
解液２９として、シリコン基板２１をタングステンラン
プで照射しながら定電流化成法により１０ｍＡ／ｃｍ²
の電流を用いて陽極化成処理を行う。尚、タングステン
ランプで照射するのは正孔を供給するためであり、ま
た、５００Ｗのランプでシリコン基板２１から３０ｃｍ
の距離を離して照射する。この陽極化成により、図９
（ｂ）に示すように、シリコン基板２１の表側の面に多
数の微細な孔２２を有する多孔質シリコン層２３を形成
する。尚、多孔質シリコン層２３の厚さは約５μｍとす
る。また、陽極化成処理においては、対向電極として白
金からなる５５メッシュのメッシュ電極３０を用いる。

【００５３】尚、電解液２９としては単にＨＦ水溶液で
もよいが、上述のようにエタノール等のアルコール類を
混合することにより、ガスが発生しやすくなるので、均
一な孔２２を形成することができる。また、化成電流は
１〜２００ｍＡ／ｃｍ²程度であればよく、とりわけ５
〜１００ｍＡ／ｃｍ²が好ましい。また、陽極化成の処
理は室温で行うことが望ましいが、電解液２９の温度は
１０〜７０℃の範囲とする方がよい。また、多孔質シリ
コン層２３の厚さは、０．１〜５０．０μｍであればよ
く、とりわけ０．５〜１０．０μｍとすることが好まし
い。さらに、多孔質シリコン層２３の孔２２の口径
（φ）は、１ｎｍ〜数μｍとなるように形成するが、孔
２２の口径は、本発明においては特に制限する必要はな
い。

【００５４】また、シリコン基板２１を電解液２９中か
ら取り出した後は、大気中で十分乾燥させる。このと
き、この多孔質シリコン層２３を有するシリコン基板２
１に、３２５ｎｍの波長のＨｅ−Ｃｄレーザを１５ｍＷ
の出力で照射して室温のＰＬを評価したところ、ＰＬの
ピーク波長は６１０ｎｍであり、発光色は赤橙色であっ
た。

【００５５】次に、多孔質シリコン層２３を有するシリ
コン基板２１を、再び図４に示す陽極化成装置８と同じ
陽極化成装置に配置し（図示せず）、重量濃度が約０．
１％のホウ酸アンモニウム水溶液を電解液３１として用
い、タングステンランプを照射しながらシリコン基板２
１を陽極として２０分間のＤＣ３０Ｖの定電圧化成であ
る陽極酸化を行う。尚、電解液３１としては硝酸アンモ
ニウム等のホウ酸系の水溶液が好ましく、エタノール等
のアルコール類を混入してもよい。また、ホウ酸アンモ
ニウム水溶液の濃度としては、０．０１〜１０％程度あ
ればよい。

【００５６】このとき、電解液３１としてホウ酸系溶液
を用いて陽極酸化することにより、図９（ｃ）に示すよ
うに、多孔質シリコン層２３の孔２２の内壁にシリコン
酸化膜３２が形成されるとともに、このシリコン酸化膜
３２中に取りこまれたホウ酸イオンのホウ素元素が、濃
度勾配に基づく拡散によってシリコンの結晶中に侵入し
ていくことになる。すなわち、電解液３１中に含まれる
ホウ酸イオンは陽極であるシリコン基板２１に引きつけ
られ、ホウ酸イオンを構成する酸素元素及びホウ素元素
のうち、酸素元素はシリコンの酸化に寄与する。一方、
ホウ酸イオン中のホウ素元素は生成されたシリコン酸化
膜３２内に高濃度の不純物として存在することとなり、
そのホウ素元素が多孔質シリコン層２３の孔２２の壁面
からシリコン内に侵入し、不純物拡散シリコン層２４が
形成される。

【００５７】次に、ホウ酸水溶液を全て抜き取り、シリ
コン基板２１を陽極化成装置８から取り出し、シリコン
基板２１を窒素ガスブローした後に窒素雰囲気中で８０
℃の温度で約６０分間乾燥させる。尚、次工程の前に、
重量濃度が約１０％の硝酸水溶液に３０分間以上浸漬
し、シリコン基板２１の裏面のＡｌを溶出して除去し、
シリコン基板２１を充分に純水洗浄した後乾燥させる。

【００５８】次に、図９（ｄ）に示すように、このシリ
コン基板２１を約２．６６×１０^-2Ｐａの真空中、約６
００℃の温度で約３０分間の加熱処理を行う。この加熱
処理は、ホウ素元素の拡散を促進させるためと添加され
たリン元素の活性化や安定化のために行うものである。
尚、この加熱処理は、真空中に限らず、窒素、アルゴン
等の不活性ガス雰囲気中で、３００℃〜１１００℃程度
の温度で行ってもよい。

【００５９】多孔質シリコン層２３に対するホウ素元素
の平均濃度は、ＳＩＭＳの深さプロファイルにより２×
１０¹⁵／ｃｍ³であることがわかった。

【００６０】また、この加熱処理は行わなくともよく、
加熱処理をしなかった場合のホウ素元素の平均濃度は、
５×１０¹⁴／ｃｍ³であった。

【００６１】次に、シリコン基板２１を冷却した後、シ
リコン基板２１をＨＦ系水溶液、例えば５％のＨＦ水溶
液に浸漬することにより、図９（ｅ）に示すように、シ
リコン酸化膜３２を除去する。また、併せて、ＨＦ水溶
液の入った容器内を減圧することにより、孔２２内の不
要なガスを除去する。尚、ＨＦ水溶液の濃度としては、
１〜３０％程度とすることが好ましい。

【００６２】最後に、図示しないが、シリコン基板２１
に微弱な超音波振動を約１２０分与えて、孔２２内にま
だ残留する不要なガスを除去する。その後、ＨＦ水溶液
の中から、シリコン基板２１を取り出して、シリコン基
板２１全体を純水洗浄し、窒素ガスブローで水分を除去
し十分に乾燥する。

【００６３】以上により、本発明の第２の実施形態に係
る多孔性シリコン基板３３を形成することができる。

【００６４】次に、本発明の第２の実施形態に係る発光
素子の製造方法について、図１０を参照しながら説明す
る。尚、図１０は、第２の実施形態に係る発光素子の製
造方法における発光素子の要部拡大断面図である。ま
た、本実施形態に係る発光素子は、上述した本実施形態
に係る多孔性シリコン基板３３を用いる。

【００６５】図１０（ａ）に示すように、多孔性シリコ
ン基板３３の裏面にＡｌからなるオーミック性の裏面電
極２６を形成する。

【００６６】次に、図１０（ｂ）に示すように、電子ビ
ーム蒸着装置を用いて、不純物拡散シリコン層２４が形
成された孔２２に埋め込むようにしてＩＴＯを多孔性シ
リコン基板３３上に１０００Å堆積する。尚、この場合
に、ＩＴＯの材料が多孔質シリコン層２４の孔２２に奥
まで隈なく埋め込まれるのが理想であるが、少なくとも
孔２２の１５％以上が埋め込まれていればよい。

【００６７】以上により、第２の実施形態に係る発光素
子を形成することができる。この第２の実施形態に係る
発光素子の発光スペクトルを図１１に示す。尚、この場
合の印加電圧は１２Ｖである。

【００６８】図１１に示すように、約６５００Åを中心
にして、約５５００Å〜約７５００Åの波長の範囲でス
ペクトルが現れていることがわかる。特に、６０００Å
〜７０００Åの範囲で強い強度が得られている。

【００６９】また、本実施形態に係る発光素子は、ホウ
素元素添加なしの従来の多孔性シリコン基板を用いて裏
面電極及び透光性電極を形成した発光素子に比べて、
３．５倍の発光ピーク強度があることがわかった。

【００７０】

【発明の効果】本発明に係る多孔性シリコン基板は、シ
リコン基板の上に形成された多孔質シリコン層と、前記
多孔質シリコン層の孔の内壁に沿って形成された不純物
拡散層とを有することを特徴とするものである。

【００７１】従って、多孔質シリコン層の孔の内壁に不
純物拡散層が形成されてｐｎ接合が形成された構造なの
で、シリコン基板における単位面積当たりのｐｎ接合の
面積を実質的に大きくすることができるので、効率的な
発光素子等を実現できる。また、本発明に係る多孔性シ
リコン基板は、光電素子、太陽電池等の他の光デバイス
にも適用でき、産業上の利用可能性は大きい。

【００７２】また、本発明に係る多孔性シリコン基板の
製造方法は、シリコン基板に多孔質シリコン層を形成す
る第１の工程と、電解液を用いて前記シリコン基板を陽
極酸化し、前記多孔質シリコン層の孔の内壁面上に酸化
膜を形成するとともに、前記多孔質シリコン層の孔の内
壁面に沿って不純物拡散層を形成する第２の工程と、前
記酸化膜を除去する第３の工程とを備えたことを特徴と
するものである。

【００７３】本発明に係る多孔性シリコン基板の製造方
法によれば、陽極酸化の第２の工程において形成される
酸化膜を介して、電解液に含まれるドナーやアクセプタ
ーとなる不純物の元素が多孔質シリコン層の孔の内壁に
沿って拡散される。これにより、不純物拡散層を形成す
ることができ、容易にｐｎ接合の構造を有する多孔性シ
リコン基板を形成することができる。

【００７４】また、電解液という溶液を用いて不純物を
拡散する方法なので、微細な孔に厚さの比較的均一な不
純物拡散層を容易に形成することができるとともに、不
純物の拡散については高価な装置を必要としないので、
生産コストの面においても有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る多孔性シリコン
基板の要部拡大断面図

【図２】本発明の第１の実施形態に係る発光素子の要部
拡大断面図

【図３】本発明の第１の実施形態に係る多孔性シリコン
基板の製造方法の各工程における多孔性シリコン基板の
要部拡大断面図

【図４】陽極化成装置を示す概略断面図

【図５】第１の実施形態に係る発光素子の製造方法にお
ける発光素子の要部拡大断面図

【図６】本発明の第１の実施形態に係る発光素子の発光
スペクトルを示す図

【図７】本発明の第２の実施形態に係る多孔性シリコン
基板の要部拡大断面図

【図８】本発明の第２の実施形態に係る発光素子の要部
拡大断面図

【図９】本発明の第２の実施形態に係る多孔性シリコン
基板の製造方法の各工程における多孔性シリコン基板の
要部拡大断面図

【図１０】本発明の第２の実施形態に係る発光素子の製
造方法における発光素子の要部拡大断面図

【図１１】本発明の第２の実施形態に係る発光素子の発
光スペクトルを示す図

【図１２】従来の発光素子の要部拡大断面図

【符号の説明】

１、２１、１０１シリコン基板２、２２、１０２孔３、２３、１０３多孔質シリコン層４、２４不純物拡散シリコン層５、２５、１０５透光性電極６、２６、１０６裏面電極７、２７アルミニウム８陽極化成装置９、１１、２９、３１電解液１０、３０メッシュ電極１２、３２シリコン酸化膜１３、３３多孔性シリコン基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリコン基板の上に形成された多孔質シ
リコン層と、前記多孔質シリコン層の孔の内壁に沿って
形成された不純物拡散層とを有することを特徴とする多
孔性シリコン基板。
【請求項２】前記シリコン基板がｐ型のシリコン基板
であるとともに、前記不純物拡散層に含まれる不純物が
リン元素であることを特徴とする請求項１に記載の多孔
性シリコン基板。
【請求項３】前記シリコン基板がｎ型のシリコン基板
であるとともに、前記不純物拡散層に含まれる不純物が
ホウ素元素であることを特徴とする請求項１に記載の多
孔性シリコン基板。
【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれかに記
載の多孔性シリコン基板の前記不純物拡散層の上に形成
された第１の電極と、前記多孔性シリコン基板の裏面に
形成された第２の電極とを有することを特徴とする発光
素子。
【請求項５】前記第１の電極が透光性電極であること
を特徴とする請求項４に記載の発光素子。
【請求項６】シリコン基板に多孔質シリコン層を形成
する第１の工程と、電解液を用いて前記シリコン基板を陽極酸化し、前記多
孔質シリコン層の孔の内壁面上に酸化膜を形成するとと
もに、前記多孔質シリコン層の孔の内壁面に沿って不純
物拡散層を形成する第２の工程と、前記酸化膜を除去する第３の工程とを備えたことを特徴
とする多孔性シリコン基板の製造方法。
【請求項７】前記シリコン基板がｐ型のシリコン基板
であるとともに、前記電解液がリン酸系溶液であること
を特徴とする請求項６に記載の多孔性シリコン基板の製
造方法。
【請求項８】前記シリコン基板がｎ型のシリコン基板
であるとともに、前記電解液がホウ酸系溶液であること
を特徴とする請求項６に記載の多孔性シリコン基板の製
造方法。
【請求項９】前記第２の工程と前記第３の工程の間
に、前記シリコン基板を加熱処理する工程を備えたこと
を特徴とする請求項６ないし請求項８のいずれかに記載
の多孔性シリコン基板の製造方法。
【請求項１０】前記酸化膜をフッ化水素系溶液により
除去することを特徴とする請求項６ないし請求項９のい
ずれかに記載の多孔性シリコン基板の製造方法。
【請求項１１】前記酸化膜が二酸化シリコンであるこ
とを特徴とする請求項６ないし請求項１０のいずれかに
記載の多孔性シリコン基板の製造方法。