JP2806136B2 - 微細構造発光素子作製方法 - Google Patents
微細構造発光素子作製方法Info
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- JP2806136B2 JP2806136B2 JP8317492A JP8317492A JP2806136B2 JP 2806136 B2 JP2806136 B2 JP 2806136B2 JP 8317492 A JP8317492 A JP 8317492A JP 8317492 A JP8317492 A JP 8317492A JP 2806136 B2 JP2806136 B2 JP 2806136B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光素子としては用いら
れなかったＳｉやＧｅなどの半導体材料において、微細
構造を形成することで量子効果を利用した発光素子を作
製するのに際し、リソグラフィー技術を応用して制御性
よくこの微細構造発光素子を形成する方法に関するもの
である。
れなかったＳｉやＧｅなどの半導体材料において、微細
構造を形成することで量子効果を利用した発光素子を作
製するのに際し、リソグラフィー技術を応用して制御性
よくこの微細構造発光素子を形成する方法に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】近年、多孔質シリコンからの可視光発光
が確認され注目を集めている。これは図３に示すよう
に、フッ化水素酸水溶液３０２中にアルミニウム電極３
０５を蒸着したシリコン基板３０４を浸して白金電極３
０３と対向させ、直流電源３０１により電界をかける化
成処理で表面を多孔質状に改質することで作製できる。
多孔質シリコンからの発光現象は数ナノメータ程度の細
かい柱状構造内に電子が閉じこめられることによる量子
効果に基づくとされている。
が確認され注目を集めている。これは図３に示すよう
に、フッ化水素酸水溶液３０２中にアルミニウム電極３
０５を蒸着したシリコン基板３０４を浸して白金電極３
０３と対向させ、直流電源３０１により電界をかける化
成処理で表面を多孔質状に改質することで作製できる。
多孔質シリコンからの発光現象は数ナノメータ程度の細
かい柱状構造内に電子が閉じこめられることによる量子
効果に基づくとされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来、発光素子として
はガリウム砒素などの直接遷移型の化合物半導体を材料
としてきた。これら化合物半導体はシリコンに比べては
るかに高価であるばかりでなく、その取扱いに注意を要
する場合が多い。またこれらの材料から光デバイスを作
製する際に重要である加工技術は未だ研究段階にあるも
のが多く、必ずしも生産側の要求を満たしてはいない。
一方、上記の多孔質シリコンからの可視光発光現象を利
用すれば、これまでのＬＳＩ技術で培われた各種のプロ
セス技術をそのまま応用できるだけでなく、光電子集積
回路の実現が期待できる。しかしフッ化水素酸溶液を用
いた化成処理により多孔質構造を形成する場合、発光領
域となる柱状構造のサイズは種々の化成処理条件に依存
し、制御性に乏しい。従って、任意のナノメータレベル
の極微細構造を高精度で形成する方法が必要となるが、
現在のリソグラフィー技術ではナノメータオーダの微細
構造を直接転写することは困難である。本発明の目的
は、このような従来の問題点を解決して高精度なナノメ
ータレベルの極微細構造を有する発光素子の作製方法を
提供することにある。
はガリウム砒素などの直接遷移型の化合物半導体を材料
としてきた。これら化合物半導体はシリコンに比べては
るかに高価であるばかりでなく、その取扱いに注意を要
する場合が多い。またこれらの材料から光デバイスを作
製する際に重要である加工技術は未だ研究段階にあるも
のが多く、必ずしも生産側の要求を満たしてはいない。
一方、上記の多孔質シリコンからの可視光発光現象を利
用すれば、これまでのＬＳＩ技術で培われた各種のプロ
セス技術をそのまま応用できるだけでなく、光電子集積
回路の実現が期待できる。しかしフッ化水素酸溶液を用
いた化成処理により多孔質構造を形成する場合、発光領
域となる柱状構造のサイズは種々の化成処理条件に依存
し、制御性に乏しい。従って、任意のナノメータレベル
の極微細構造を高精度で形成する方法が必要となるが、
現在のリソグラフィー技術ではナノメータオーダの微細
構造を直接転写することは困難である。本発明の目的
は、このような従来の問題点を解決して高精度なナノメ
ータレベルの極微細構造を有する発光素子の作製方法を
提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、微細構造を有
する半導体発光素子の作製方法において、半導体基板表
面にリソグラフィー技術により微細パターン転写を行っ
た後、該パターン形成面から所望の深さだけ酸化させ、
半導体領域をさらに細くさせることを特徴とする半導体
発光素子作製方法である。
する半導体発光素子の作製方法において、半導体基板表
面にリソグラフィー技術により微細パターン転写を行っ
た後、該パターン形成面から所望の深さだけ酸化させ、
半導体領域をさらに細くさせることを特徴とする半導体
発光素子作製方法である。
【０００５】
【作用】図１は本発明の方法の説明図である。まずシリ
コンやゲルマニウムなどの半導体基板１０２にレジスト
を塗布し、各種リソグラフィー法により極微細なドット
パターンを形成する。この際のパターン寸法はできるだ
け小さくすることが必要であるため、電子ビーム露光な
どによる直接描画が望ましい。これをマスクとして各種
エッチング方法によりパターン転写を行う。以上の工程
で作製される柱状構造１０１の寸法はエッチングの際の
アンダーカットを考慮しない場合はレジストマスクと同
程度である（図１（ａ））。その後、この試料を熱酸化
またはプラズマ酸化させることにより柱状部分の上面お
よび側面から表面酸化層１０３を形成し、半導体領域を
細くさせることでナノメータレベルの発光領域１０４を
得る（図１（ｂ））。上記の工程において、レジスト露
光およびエッチングによる微細構造転写は従来の技術に
より精度よく制御できることに加えて、後処理である酸
化工程は一般に酸化速度が遅いために処理時間により高
精度で柱状構造寸法の制御が可能である。さらに酸化層
により半導体層を包み込むことで表面非発光再結合中心
による影響を取り除くだけでなく、パターン転写に伴う
加工損傷層の回復にもつながる。
コンやゲルマニウムなどの半導体基板１０２にレジスト
を塗布し、各種リソグラフィー法により極微細なドット
パターンを形成する。この際のパターン寸法はできるだ
け小さくすることが必要であるため、電子ビーム露光な
どによる直接描画が望ましい。これをマスクとして各種
エッチング方法によりパターン転写を行う。以上の工程
で作製される柱状構造１０１の寸法はエッチングの際の
アンダーカットを考慮しない場合はレジストマスクと同
程度である（図１（ａ））。その後、この試料を熱酸化
またはプラズマ酸化させることにより柱状部分の上面お
よび側面から表面酸化層１０３を形成し、半導体領域を
細くさせることでナノメータレベルの発光領域１０４を
得る（図１（ｂ））。上記の工程において、レジスト露
光およびエッチングによる微細構造転写は従来の技術に
より精度よく制御できることに加えて、後処理である酸
化工程は一般に酸化速度が遅いために処理時間により高
精度で柱状構造寸法の制御が可能である。さらに酸化層
により半導体層を包み込むことで表面非発光再結合中心
による影響を取り除くだけでなく、パターン転写に伴う
加工損傷層の回復にもつながる。
【０００６】
【実施例】次に本発明の実施例について説明する。本実
施例では、シリコンによる微細構造発光素子の作製例を
図２に従って示す。シリコン基板２０２上に３０ｎｍの
ＰＭＭＡレジスト２０１を塗布し、電子ビーム露光を行
い、直径２０ｎｍのドットパターンを形成した（図２
（ａ））。露光は加速電圧５０ｋＶとして従来の露光装
置よりもビーム径を細くした装置を用いた。さらにこの
試料に金パラジウム２０３を真空蒸着した後、レジスト
剥離し、メタルマスクを形成した（図２（ｂ）：リフト
オフ法）。これをマスクとして、塩素ガスを用いた反応
性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）によりドットパ
ターン（柱状構造）２０４をシリコン基板２０２に転写
した。エッチングはＥＣＲエッチャーにより行い、加工
の際の引き出し電圧は５０Ｖとし、シリコン基板に損傷
ができるだけ導入されないような条件下で１００ｎｍエ
ッチングした（図２（ｃ））。金パラジウムマスクを剥
離した後、試料を酸素雰囲気中で熱酸化することで表面
酸化層２０５により柱状構造を包み込むと共に、半導体
領域を細らせて微細構造発光領域２０６を作製した（図
２（ｄ））。本方法により作製した微細構造発光素子は
アルゴンレーザ励起により可視領域の発光が確認され
た。本方法においては、発光領域を任意に形成できるだ
けでなく、発光波長はドットパターンの寸法および酸化
時間により制御可能である。さらに上記の作製工程は光
電子集積回路作製にも十分対応可能なものである。
施例では、シリコンによる微細構造発光素子の作製例を
図２に従って示す。シリコン基板２０２上に３０ｎｍの
ＰＭＭＡレジスト２０１を塗布し、電子ビーム露光を行
い、直径２０ｎｍのドットパターンを形成した（図２
（ａ））。露光は加速電圧５０ｋＶとして従来の露光装
置よりもビーム径を細くした装置を用いた。さらにこの
試料に金パラジウム２０３を真空蒸着した後、レジスト
剥離し、メタルマスクを形成した（図２（ｂ）：リフト
オフ法）。これをマスクとして、塩素ガスを用いた反応
性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）によりドットパ
ターン（柱状構造）２０４をシリコン基板２０２に転写
した。エッチングはＥＣＲエッチャーにより行い、加工
の際の引き出し電圧は５０Ｖとし、シリコン基板に損傷
ができるだけ導入されないような条件下で１００ｎｍエ
ッチングした（図２（ｃ））。金パラジウムマスクを剥
離した後、試料を酸素雰囲気中で熱酸化することで表面
酸化層２０５により柱状構造を包み込むと共に、半導体
領域を細らせて微細構造発光領域２０６を作製した（図
２（ｄ））。本方法により作製した微細構造発光素子は
アルゴンレーザ励起により可視領域の発光が確認され
た。本方法においては、発光領域を任意に形成できるだ
けでなく、発光波長はドットパターンの寸法および酸化
時間により制御可能である。さらに上記の作製工程は光
電子集積回路作製にも十分対応可能なものである。
【０００７】
【発明の効果】以上のように、本発明によると従来のリ
ソグラフィー技術と後処理である酸化工程を組み合わせ
ることにより、ナノメータ微細構造を有する発光素子の
作製が可能であるだけでなく、発光領域および発光波長
の選択を自由に、かつ制御性よく行うことができる利点
を有する。
ソグラフィー技術と後処理である酸化工程を組み合わせ
ることにより、ナノメータ微細構造を有する発光素子の
作製が可能であるだけでなく、発光領域および発光波長
の選択を自由に、かつ制御性よく行うことができる利点
を有する。
【図１】本発明の微細構造発光素子作製方法の説明図で
ある。
ある。
【図２】本発明の微細構造発光素子作製方法の一例の工
程図である。
程図である。
【図３】化成処理法による多孔質シリコン作製方法の説
明図である。
明図である。
１０１ 柱状構造 １０２ 半導体基板 １０３ 表面酸化層 １０４ 発光領域 ２０１ ＰＭＭＡレジスト ２０２ シリコン基板 ２０３ 金パラジウム ２０４ 柱状構造 ２０５ 表面酸化層 ２０６ 発光領域 ３０１ 直流電源 ３０２ フッ化水素酸水
溶液 ３０３ 白金電極 ３０４ シリコン基板 ３０５ アルミ電極 ３０６ ワックス
溶液 ３０３ 白金電極 ３０４ シリコン基板 ３０５ アルミ電極 ３０６ ワックス
Claims (1)
- 【請求項１】 微細構造を有する半導体発光素子の作製
方法において、半導体基板表面にリソグラフィー技術に
より微細パターン転写を行った後、該パターン形成面か
ら所望の深さだけ酸化させ、半導体領域をさらに細くさ
せることを特徴とする半導体発光素子作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8317492A JP2806136B2 (ja) | 1992-03-05 | 1992-03-05 | 微細構造発光素子作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8317492A JP2806136B2 (ja) | 1992-03-05 | 1992-03-05 | 微細構造発光素子作製方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05251740A JPH05251740A (ja) | 1993-09-28 |
| JP2806136B2 true JP2806136B2 (ja) | 1998-09-30 |
Family
ID=13794924
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8317492A Expired - Fee Related JP2806136B2 (ja) | 1992-03-05 | 1992-03-05 | 微細構造発光素子作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2806136B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7758794B2 (en) * | 2001-10-29 | 2010-07-20 | Princeton University | Method of making an article comprising nanoscale patterns with reduced edge roughness |
| JP2008053422A (ja) * | 2006-08-24 | 2008-03-06 | Hitachi Maxell Ltd | 結晶シリコン素子及び結晶シリコン素子の製造方法 |
-
1992
- 1992-03-05 JP JP8317492A patent/JP2806136B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| パリティ，ＶＯＬ．７，ＮＯ．１２ （１９９２−１２），Ｐ．４−１２ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05251740A (ja) | 1993-09-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |