JP3306077B2 - 多孔質シリコン発光素子と多孔質シリコン受光素子ならびにそれらの製造方法 - Google Patents
多孔質シリコン発光素子と多孔質シリコン受光素子ならびにそれらの製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、多孔質シリコンに関
するものである。さらに詳しくは、この発明は、可視光
域での発光や受発光機能を有する光機能素子等として有
用な多孔質シリコン、およびその製造方法に関するもの
である。
するものである。さらに詳しくは、この発明は、可視光
域での発光や受発光機能を有する光機能素子等として有
用な多孔質シリコン、およびその製造方法に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術とその課題】従来より、各種の組成と構造
からなる受光素子や発光素子等の光機能材料、そして、
それらのデバイスが知られているが、半導体材料からな
る光素子としては、ＧａＡｓ系の化合物半導体などの極
めて限定された種類のものしか知られていない。
からなる受光素子や発光素子等の光機能材料、そして、
それらのデバイスが知られているが、半導体材料からな
る光素子としては、ＧａＡｓ系の化合物半導体などの極
めて限定された種類のものしか知られていない。
【０００３】光エレクトロニクスのデバイス材料として
は、小型で、かつ、高効率での受・発光が可能な半導体
材料の出現が望まれているところであるが、前記の通り
の限られた種類の化合物半導体がこのような機能を有す
るものとして知られているにすぎない。
は、小型で、かつ、高効率での受・発光が可能な半導体
材料の出現が望まれているところであるが、前記の通り
の限られた種類の化合物半導体がこのような機能を有す
るものとして知られているにすぎない。
【０００４】しかも、これらの化合物半導体はその製造
が難しく、高コストであって、組成の均質性、素子構成
の厳密性を確保しなければならないことから、これまで
に実用化されている半導体レーザー等においても、その
製造は簡便ではなく、また、生産コストの低減にも大き
な制約があった。
が難しく、高コストであって、組成の均質性、素子構成
の厳密性を確保しなければならないことから、これまで
に実用化されている半導体レーザー等においても、その
製造は簡便ではなく、また、生産コストの低減にも大き
な制約があった。
【０００５】このような観点から、たとえばシリコン等
の最も一般的な半導体材料についても受発光等の光機能
の実現が研究の対象として考慮されてきたが、これまで
のところ、この出願の発明者の検討以外にはほとんどそ
の可能性を示唆する報告や提案はなされていないのが実
情である。
の最も一般的な半導体材料についても受発光等の光機能
の実現が研究の対象として考慮されてきたが、これまで
のところ、この出願の発明者の検討以外にはほとんどそ
の可能性を示唆する報告や提案はなされていないのが実
情である。
【０００６】この発明は、以上の通りの事情に鑑みてな
されたものであり、受光・発光素子等の光機能材料の新
しい展開を可能とする新規なシリコン材料を提供するこ
とを目的としている。
されたものであり、受光・発光素子等の光機能材料の新
しい展開を可能とする新規なシリコン材料を提供するこ
とを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、シリコン単結晶の基板表面に微
小孔を有する多孔質シリコンからなる発光多孔質シリコ
ンとその素子、そしてその製造法を提供する。
を解決するものとして、シリコン単結晶の基板表面に微
小孔を有する多孔質シリコンからなる発光多孔質シリコ
ンとその素子、そしてその製造法を提供する。
【０００８】また、この発明は、この発光とともに、可
視光受光をも可能とする新しい受発光多孔質シリコンを
も提供する。
視光受光をも可能とする新しい受発光多孔質シリコンを
も提供する。
【０００９】すなわち、この発明は、この出願の発明者
によって検討されてきたシリコン半導体材料の機能高度
化のアプローチの過程において見出された画期的な知見
に基づくものであって、シリコン単結晶の基板表面に多
数の、たとえば約２〜５０nm径の微小孔を形成した多孔
質シリコンからなる発光多孔質シリコンという特異的な
光機能材料を提供し、また、この材料が受光素子として
も使用し得るとの知見も加え、新しい受発光素子等も提
供するものである。
によって検討されてきたシリコン半導体材料の機能高度
化のアプローチの過程において見出された画期的な知見
に基づくものであって、シリコン単結晶の基板表面に多
数の、たとえば約２〜５０nm径の微小孔を形成した多孔
質シリコンからなる発光多孔質シリコンという特異的な
光機能材料を提供し、また、この材料が受光素子として
も使用し得るとの知見も加え、新しい受発光素子等も提
供するものである。
【００１０】この発明の多孔質シリコンは、たとえば図
１に模式的に示したように、シリコン単結晶基板（１）
に、微小孔（２）が形成されているものであって、その
微小孔（２）の平均直径は、たとえば２〜５０nm程度の
大きさを有している。
１に模式的に示したように、シリコン単結晶基板（１）
に、微小孔（２）が形成されているものであって、その
微小孔（２）の平均直径は、たとえば２〜５０nm程度の
大きさを有している。
【００１１】この微小孔（２）を有する多孔質シリコン
（ＰＳ）層（３）は、たとえば陽極酸化することによっ
て形成できるものであって、シリコン単結晶をＨＦ水溶
液中等で処理することによって形成することができる。
（ＰＳ）層（３）は、たとえば陽極酸化することによっ
て形成できるものであって、シリコン単結晶をＨＦ水溶
液中等で処理することによって形成することができる。
【００１２】ｐ型あるいはｎ型のいずれの場合でもこの
微小孔（２）を有する多孔質シリコン（ＰＳ）層（３）
の形成は可能であって、前記の微小孔（２）の平均直径
は、シリコン単結晶基板（１）の比抵抗と陽極酸化の条
件等によって変化させることができる。このような微小
孔（２）の形成は、金属の孔食と似ており、直径ととも
に、その多孔質シリコン（ＰＳ）層（３）の厚み（ｄ）
は、陽極酸化時間等の条件の選択によって、たとえば約
１〜100 μｍ程度の範囲で広範囲に制御することができ
る。多孔度は、ほぼ２０〜８０％程度とすることがで
き、基板の比抵抗と陽極酸化条件等によって選択するこ
とができる。そして、表面積は、体積比として、200 ｍ
2 ／cm3 程度にまで及ぶ。
微小孔（２）を有する多孔質シリコン（ＰＳ）層（３）
の形成は可能であって、前記の微小孔（２）の平均直径
は、シリコン単結晶基板（１）の比抵抗と陽極酸化の条
件等によって変化させることができる。このような微小
孔（２）の形成は、金属の孔食と似ており、直径ととも
に、その多孔質シリコン（ＰＳ）層（３）の厚み（ｄ）
は、陽極酸化時間等の条件の選択によって、たとえば約
１〜100 μｍ程度の範囲で広範囲に制御することができ
る。多孔度は、ほぼ２０〜８０％程度とすることがで
き、基板の比抵抗と陽極酸化条件等によって選択するこ
とができる。そして、表面積は、体積比として、200 ｍ
2 ／cm3 程度にまで及ぶ。
【００１３】このような多孔質シリコン（ＰＳ）層
（３）は、高抵抗率で、１０11Ωcm以上の抵抗値を有
し、また、酸化によって厚いＳｉＯ2 層を形成すること
ができるという特質を有してもいる。
（３）は、高抵抗率で、１０11Ωcm以上の抵抗値を有
し、また、酸化によって厚いＳｉＯ2 層を形成すること
ができるという特質を有してもいる。
【００１４】多孔質シリコン（ＰＳ）については、ＳＯ
Ｉ構造の形成、ヘテロエピタシー、シリサイド形成、あ
るいは湿式太陽電池への応用が研究されてきているが、
光電子特性については、この出願の発明者以外によって
は検討されてきていない。
Ｉ構造の形成、ヘテロエピタシー、シリサイド形成、あ
るいは湿式太陽電池への応用が研究されてきているが、
光電子特性については、この出願の発明者以外によって
は検討されてきていない。
【００１５】この発明は、発明者のこれまでの検討から
得られた知見を踏まえつつ、多孔質シリコン（ＰＳ）に
よる発光機能と可視部における受光機能というさらに新
たな発見に基づいて完成されている。
得られた知見を踏まえつつ、多孔質シリコン（ＰＳ）に
よる発光機能と可視部における受光機能というさらに新
たな発見に基づいて完成されている。
【００１６】発光、受光機能を有するこの発明の多孔質
シリコンについてさらに説明すると、図１に示したよう
な基板（１）表面に多孔質シリコン（ＰＳ）層（３）を
有する構造は、前記した通りの陽極酸化によって形成で
きるとともに、この多孔質シリコン層（３）の微小孔
（２）の大きさ（径）や深さを、前記の通り陽極酸化条
件等のコントロールによって変化させることや、さらに
は、多孔質シリコン層（３）の表面層（〜100 Å程度）
をエッチング処理することによって、表面層を除去し、
前記の構造を安定化したり、微小孔（２）の形状、大き
さ等をより効果的に制御することができる。
シリコンについてさらに説明すると、図１に示したよう
な基板（１）表面に多孔質シリコン（ＰＳ）層（３）を
有する構造は、前記した通りの陽極酸化によって形成で
きるとともに、この多孔質シリコン層（３）の微小孔
（２）の大きさ（径）や深さを、前記の通り陽極酸化条
件等のコントロールによって変化させることや、さらに
は、多孔質シリコン層（３）の表面層（〜100 Å程度）
をエッチング処理することによって、表面層を除去し、
前記の構造を安定化したり、微小孔（２）の形状、大き
さ等をより効果的に制御することができる。
【００１７】これらの制御によって、発光波長の変更、
調整もこの発明によって可能となる。微小孔（２）の制
御は、いわゆる量子サイズ効果をも実現する。
調整もこの発明によって可能となる。微小孔（２）の制
御は、いわゆる量子サイズ効果をも実現する。
【００１８】表面層のエッチング処理としては、化学エ
ッチング、プラズマエッチング等の適宜な手段が採用で
きる。たとえば化学エッチングとして、陽極酸化処理後
の多孔質シリコンの表面をＫＯＨ水溶液に浸して行なう
ことができる。酸素ガス等を使用してもよい。
ッチング、プラズマエッチング等の適宜な手段が採用で
きる。たとえば化学エッチングとして、陽極酸化処理後
の多孔質シリコンの表面をＫＯＨ水溶液に浸して行なう
ことができる。酸素ガス等を使用してもよい。
【００１９】また、化成処理中に、光を照射し、たとえ
ば200 〜300 μＡ／cm2 程度の短絡電流を通電すること
によって処理することもできる。
ば200 〜300 μＡ／cm2 程度の短絡電流を通電すること
によって処理することもできる。
【００２０】これらの処理を可能とするこの発明の多孔
質シリコンは、多孔質層を持たないシリコン基板と一体
のものとして光素子やその他の光機能材としてもよい
し、あるいは、多孔質層のみからなる、すなわち貫通微
小孔を有する多孔質シリコン板として使用してもよい。
質シリコンは、多孔質層を持たないシリコン基板と一体
のものとして光素子やその他の光機能材としてもよい
し、あるいは、多孔質層のみからなる、すなわち貫通微
小孔を有する多孔質シリコン板として使用してもよい。
【００２１】この後者の場合には、陽極酸化、さらには
必要に応じてエッチング処理した後に、多孔質シリコン
層を剥離して使用することができる。より具体的には、
ＨＦ中の陽極化成において、電流を電解研磨の水準（≧
400 ｍＡ／cm2 ）程度までに一挙に増大させる。こうす
ることによって、多孔質シリコン層のみがＨＦ液面に浮
いてくるので、これをすくい上げて濾紙上で乾燥する。
必要に応じてエッチング処理した後に、多孔質シリコン
層を剥離して使用することができる。より具体的には、
ＨＦ中の陽極化成において、電流を電解研磨の水準（≧
400 ｍＡ／cm2 ）程度までに一挙に増大させる。こうす
ることによって、多孔質シリコン層のみがＨＦ液面に浮
いてくるので、これをすくい上げて濾紙上で乾燥する。
【００２２】このようにして単離された多孔質シリコン
は、適宜に積層構造化し、デバイスとして応用される。
は、適宜に積層構造化し、デバイスとして応用される。
【００２３】たとえば以上の通りの、基板表面部に微小
孔を有する多孔質シリコン、あるいは貫通孔を有する多
孔質シリコンのいずれのものも、光機能材として有用で
あり、たとえばＥＬ素子、ＬＥＤ、ＬＤ、さらには光励
起によるレーザ発振装置、ＯＥＩＣ等として優れた作用
効果を発揮する。
孔を有する多孔質シリコン、あるいは貫通孔を有する多
孔質シリコンのいずれのものも、光機能材として有用で
あり、たとえばＥＬ素子、ＬＥＤ、ＬＤ、さらには光励
起によるレーザ発振装置、ＯＥＩＣ等として優れた作用
効果を発揮する。
【００２４】以下、実施例を示し、さらに詳しくこの発
明のシリコン光素子について説明する。
明のシリコン光素子について説明する。
【００２５】
【実施例】［実施例１］ 裏面にオーミックコンタクト（Ａｌ）をとったｐ型Ｓｉ
ウェハー（８〜１１Ω・cm）を、その一部表面を露出さ
せて耐酸性ワックスで被覆した後にＨＦ水溶液（２０〜
４８wt% ）中で陽極酸化（２５〜８０ｍＡ／cm2 ）処理
し、シリコン単結晶基板表面に多孔性の微小孔を有する
多孔質シリコン（ＰＳ）層を形成した。その厚さは、約
４０μｍであって、平均直径は、およそ１２nmであっ
た。
ウェハー（８〜１１Ω・cm）を、その一部表面を露出さ
せて耐酸性ワックスで被覆した後にＨＦ水溶液（２０〜
４８wt% ）中で陽極酸化（２５〜８０ｍＡ／cm2 ）処理
し、シリコン単結晶基板表面に多孔性の微小孔を有する
多孔質シリコン（ＰＳ）層を形成した。その厚さは、約
４０μｍであって、平均直径は、およそ１２nmであっ
た。
【００２６】この多孔質シリコン（ＰＳ）に対して、水
銀ランプを用いて赤外線成分をフィルター除去したＵＶ
光を照射した。温度は室温とした。
銀ランプを用いて赤外線成分をフィルター除去したＵＶ
光を照射した。温度は室温とした。
【００２７】その結果、たとえば図２に例示した通りの
ホトルミネッセンスの発光スペクトルを得た。ピーク波
長は7500Åで、発光色は橙色あった。
ホトルミネッセンスの発光スペクトルを得た。ピーク波
長は7500Åで、発光色は橙色あった。
【００２８】なお、陽極酸化には、対向電極としてPtを
使用した。
使用した。
【００２９】［実施例２］ 実施例１と同様にして陽極酸化し、多孔質シリコンを作
製した。
製した。
【００３０】電流をより大きくする場合、ＨＦ濃度を低
下させる場合、さらにはシリコン基板としてより大きな
比抵抗のものを用いる場合には、ホトルミネッセンスの
発光スペクトルはより短波長の青色発光にシフトするこ
とが確認された。
下させる場合、さらにはシリコン基板としてより大きな
比抵抗のものを用いる場合には、ホトルミネッセンスの
発光スペクトルはより短波長の青色発光にシフトするこ
とが確認された。
【００３１】［実施例３］ 実施例１と同様にして、抵抗値８〜１１Ω・cmのｐ型Ｓ
ｉウェハーおよび比抵抗１〜２Ω・cmのｎ型Ｓｉウェハ
ーを陽極酸化処理した。
ｉウェハーおよび比抵抗１〜２Ω・cmのｎ型Ｓｉウェハ
ーを陽極酸化処理した。
【００３２】この場合の電流は、ｐ型の時には２５ｍＡ
／cm2 、ｎ型の時には８０ｍＡ／cm2 とした。また、い
ずれの場合もＨＦ水溶液の濃度は、４８％とした。ｎ型
の場合には、距離２０cmにおいて500 Ｗタングステンラ
ンプによる光照射を行なった。
／cm2 、ｎ型の時には８０ｍＡ／cm2 とした。また、い
ずれの場合もＨＦ水溶液の濃度は、４８％とした。ｎ型
の場合には、距離２０cmにおいて500 Ｗタングステンラ
ンプによる光照射を行なった。
【００３３】各々、４０μｍ厚の多孔質層を有するｐ型
多孔質シリコンとｎ型多孔質シリコンを得た。
多孔質シリコンとｎ型多孔質シリコンを得た。
【００３４】この各々の多孔質シリコンについてＮ2 レ
ーザーを照射し、室温でのホトルミネッセンス特性を確
認した。また、500 ＷＸｅランプを使用し、フィルター
処理したＵＶ光を照射し、室温でのホトルミネッセンス
スペクトルを測定した。その結果を示したものが図３で
ある。
ーザーを照射し、室温でのホトルミネッセンス特性を確
認した。また、500 ＷＸｅランプを使用し、フィルター
処理したＵＶ光を照射し、室温でのホトルミネッセンス
スペクトルを測定した。その結果を示したものが図３で
ある。
【００３５】ｐ型多孔質シリコンでは約700nm にピーク
が見られ、また、ｎ型多孔質シリコンでは、約650nm
（黄色）にピークが確認された。
が見られ、また、ｎ型多孔質シリコンでは、約650nm
（黄色）にピークが確認された。
【００３６】［実施例４］ 実施例３において作製したｐ型多孔質シリコンをＫＯＨ
１０％（mt）水溶液に浸し、表面の化学エッチングを行
なった。
１０％（mt）水溶液に浸し、表面の化学エッチングを行
なった。
【００３７】この処理により、乾燥時の表面層と多孔質
シリコン層内部との界面ストレスによる損傷が効果的に
防止された。また、この処理により発光強度はより大き
くなり、ホトルミネッセンス発光スペクトルの青色側へ
のシフトも認められた。
シリコン層内部との界面ストレスによる損傷が効果的に
防止された。また、この処理により発光強度はより大き
くなり、ホトルミネッセンス発光スペクトルの青色側へ
のシフトも認められた。
【００３８】［実施例５］ 実施例３のｐ型多孔質シリコンの作製において、500 Ｗ
タングステンランプを用いて、距離２０cmで光照射しつ
つ陽極酸化を行なった。
タングステンランプを用いて、距離２０cmで光照射しつ
つ陽極酸化を行なった。
【００３９】得られた多孔質シリコンのＸｅランプＵＶ
によるホトルミネッセンスは、図３に示したように、室
温で620nm にスペクトルピークを有する黄色であること
が確認された。
によるホトルミネッセンスは、図３に示したように、室
温で620nm にスペクトルピークを有する黄色であること
が確認された。
【００４０】なお、化成処理中に、短絡電流（200 〜30
0 μＡ／cm2 ）を約２〜５分流すことにより表層部のエ
ッチングが進行し、発光強度がより大きくなること、さ
らにスペクトルの青色側へのシフトが確認された。
0 μＡ／cm2 ）を約２〜５分流すことにより表層部のエ
ッチングが進行し、発光強度がより大きくなること、さ
らにスペクトルの青色側へのシフトが確認された。
【００４１】［実施例６］ 実施例５と同様にして作製したｐ型多孔質シリコンを、
さらに酸素雰囲気下において熱処理した。
さらに酸素雰囲気下において熱処理した。
【００４２】得られた多孔質シリコン（Ａ）を、陽極酸
化処理のみしたｐ型多孔質シリコン（Ｂ）と対比しつ
つ、そのホトルミネッセンス発光スペクスルを示したも
のが図４である。励起光としては、Ｈｅ−Ｃｄレーザー
（325nm ）を使用した。ピーク500nm の青色のホトルミ
ネッセンスを確認した。
化処理のみしたｐ型多孔質シリコン（Ｂ）と対比しつ
つ、そのホトルミネッセンス発光スペクスルを示したも
のが図４である。励起光としては、Ｈｅ−Ｃｄレーザー
（325nm ）を使用した。ピーク500nm の青色のホトルミ
ネッセンスを確認した。
【００４３】［実施例７］ ｐ型Ｓｉウェハー（111 ）（１０〜２０Ω・cm）を用
い、電流；１０ｍＡ／cm2 およびＨＦ濃度；２０％の条
件において陽極酸化し、多孔質層の厚さ３μｍの多孔質
シリコンを得た。これを500 Ｗタングステンランプで照
射しつつ、ＨＦ水溶液中において短絡電流（200 μＡ／
cm2 ）通電し、エッチング処理した。
い、電流；１０ｍＡ／cm2 およびＨＦ濃度；２０％の条
件において陽極酸化し、多孔質層の厚さ３μｍの多孔質
シリコンを得た。これを500 Ｗタングステンランプで照
射しつつ、ＨＦ水溶液中において短絡電流（200 μＡ／
cm2 ）通電し、エッチング処理した。
【００４４】図５に示したように、この多孔質シリコン
層（ＰＳ）を有するｐ型シリコン基板の片面にＡｌ層
を、また他面に半透明電極として150 Å厚のＡｕを配設
し、順方向電圧17.5Ｖを印加した（電流100 ｍＡ／cm2
）。
層（ＰＳ）を有するｐ型シリコン基板の片面にＡｌ層
を、また他面に半透明電極として150 Å厚のＡｕを配設
し、順方向電圧17.5Ｖを印加した（電流100 ｍＡ／cm2
）。
【００４５】室温において、図６に示したＥＬスペクト
ルが確認された。
ルが確認された。
【００４６】ロックイン検出（チョッパ周波数130 Ｈ
ｚ）とした。
ｚ）とした。
【００４７】図６に例示したようにＥＬスペクトルが確
認されたことにより、図５に例示したデバイスはＥＬ発
光を行う発光素子であることがわかる。より具体的に
は、この発光素子は、シリコン基板と、当該シリコン基
板にその片面に露出するように 埋設された発光多孔質シ
リコン層と、当該発光多孔質シリコン層に接するように
シリコン基板の片面側に設けられた透明電極層と、当該
透明電極層とは反対側に位置するようにシリコン基板の
他面側に設けられた電極層とを有し、透明電極層および
電極層を介した電圧印加によって発光多孔質シリコン層
がＥＬ発光するようになっていることを特徴としてい
る。
認されたことにより、図５に例示したデバイスはＥＬ発
光を行う発光素子であることがわかる。より具体的に
は、この発光素子は、シリコン基板と、当該シリコン基
板にその片面に露出するように 埋設された発光多孔質シ
リコン層と、当該発光多孔質シリコン層に接するように
シリコン基板の片面側に設けられた透明電極層と、当該
透明電極層とは反対側に位置するようにシリコン基板の
他面側に設けられた電極層とを有し、透明電極層および
電極層を介した電圧印加によって発光多孔質シリコン層
がＥＬ発光するようになっていることを特徴としてい
る。
【００４８】また、この図５の発光素子は、シリコン基
板をｐ型基板とした場合にはＬＥＤ、シリコン基板をｎ
型基板とした場合にはＥＬ素子として機能することは言
うまでもない。
板をｐ型基板とした場合にはＬＥＤ、シリコン基板をｎ
型基板とした場合にはＥＬ素子として機能することは言
うまでもない。
【００４９】［実施例８］ ｐ型多孔質シリコン（多孔質層厚み、３０μｍ）（基板
８〜１１Ω・cm）を用意し、その側面に図７に示したよ
うに半透明電極としてＡｕ蒸着し、基板側が負（−）と
なるように電圧を印加し、Ｘｅランプ（500 Ｗ）を光源
として光照射した。
８〜１１Ω・cm）を用意し、その側面に図７に示したよ
うに半透明電極としてＡｕ蒸着し、基板側が負（−）と
なるように電圧を印加し、Ｘｅランプ（500 Ｗ）を光源
として光照射した。
【００５０】その結果、図８に示したように、多孔質シ
リコン（ＰＳ）層には、その分光感度に明確な電圧依存
性が確認された。また、基礎吸収端が可視部にあること
も確認された。
リコン（ＰＳ）層には、その分光感度に明確な電圧依存
性が確認された。また、基礎吸収端が可視部にあること
も確認された。
【００５１】このことから、この多孔質シリコン（Ｐ
Ｓ）は、可視部の受光素子としても有効であることがわ
かる。
Ｓ）は、可視部の受光素子としても有効であることがわ
かる。
【００５２】したがって、この発明の多孔質シリコン
は、電圧依存性の分光感度を有する受光多孔質シリコン
とすることができ、さらには、図７に例示したように、
シリコン基板と、当該シリコン基板にその片面に露出す
るように埋設された受光多孔質シリコン層と、当該受光
多孔質シリコン層に接するようにシリコン基板の片面側
に設けられた透明電極層と、当該透明電極層とは反対側
に位置するようにシリコン基板の他面側に設けられた電
極層とを有し、透明電極層および電極層を介して 印加さ
れた電圧値に従って異なる分光感度を有することを特徴
とする受光素子を実現することができる。
は、電圧依存性の分光感度を有する受光多孔質シリコン
とすることができ、さらには、図７に例示したように、
シリコン基板と、当該シリコン基板にその片面に露出す
るように埋設された受光多孔質シリコン層と、当該受光
多孔質シリコン層に接するようにシリコン基板の片面側
に設けられた透明電極層と、当該透明電極層とは反対側
に位置するようにシリコン基板の他面側に設けられた電
極層とを有し、透明電極層および電極層を介して 印加さ
れた電圧値に従って異なる分光感度を有することを特徴
とする受光素子を実現することができる。
【００５３】［実施例９］ 実施例３において、陽極酸化処理中に、電流を電解研磨
水準（320 ｍＡ／cm2）にまで一挙に増大させた。その
結果、ｐ型多孔質シリコン層のみが剥離されてＨＦ液面
上に浮上した。
水準（320 ｍＡ／cm2）にまで一挙に増大させた。その
結果、ｐ型多孔質シリコン層のみが剥離されてＨＦ液面
上に浮上した。
【００５４】これをすくい上げて濾紙上で乾燥した。
【００５５】この貫通微小孔を有する多孔質シリコン板
について、Ｘ線回折評価を行なった。図９に示したよう
に、単結晶性を保っていることが確認された。
について、Ｘ線回折評価を行なった。図９に示したよう
に、単結晶性を保っていることが確認された。
【００５６】以上の各実施例、特に実施例８および実施
例９からも明らかなように、この発明は、多孔質シリコ
ンが光導電効果に対する分光感度を有し、且つ単結晶性
を保つようにシリコン単結晶基板の比抵抗値、陽極酸化
用溶液の濃度、および陽極酸化の電流値を調整して、シ
リコン単結晶基板を陽極酸化することにより、可視発光
を行う多孔質シリコンを陽極酸化のみで製造することが
でき、実施例１〜６にも示したように、その発光帯を橙
色〜青色の可視域とすることができるのであり、さらに
は陽極酸化に加えて化学エッチングや熱的酸化を施した
り、あるいは陽極酸化中に光照射や短絡電流通電を行っ
たりすることで、より青色側へシフトさせることもでき
る。
例９からも明らかなように、この発明は、多孔質シリコ
ンが光導電効果に対する分光感度を有し、且つ単結晶性
を保つようにシリコン単結晶基板の比抵抗値、陽極酸化
用溶液の濃度、および陽極酸化の電流値を調整して、シ
リコン単結晶基板を陽極酸化することにより、可視発光
を行う多孔質シリコンを陽極酸化のみで製造することが
でき、実施例１〜６にも示したように、その発光帯を橙
色〜青色の可視域とすることができるのであり、さらに
は陽極酸化に加えて化学エッチングや熱的酸化を施した
り、あるいは陽極酸化中に光照射や短絡電流通電を行っ
たりすることで、より青色側へシフトさせることもでき
る。
【００５７】
【発明の効果】この発明によって、以上詳しく説明した
通り、半導体シリコンによって全く新しい光機能材料、
たとえば発光素子、さらには受光素子等としてのＥＬ、
ＬＥＤ、ＬＤ、レーザー発振装置ＯＥＩＣ等が実現され
る。
通り、半導体シリコンによって全く新しい光機能材料、
たとえば発光素子、さらには受光素子等としてのＥＬ、
ＬＥＤ、ＬＤ、レーザー発振装置ＯＥＩＣ等が実現され
る。
【図１】この発明の多孔質シリコン（ＰＳ）光素子を模
式的に例示した断面図である。
式的に例示した断面図である。
【図２】この発明の多孔質シリコン（ＰＳ）素子による
ホトルミネッセンス発光スペクトルを示したスペクトル
図である。
ホトルミネッセンス発光スペクトルを示したスペクトル
図である。
【図３】この発明の別の多孔質シリコン（ＰＳ）による
ホトルミネッセンス発光スペクトル図である。
ホトルミネッセンス発光スペクトル図である。
【図４】さらに別の多孔質シリコン（ＰＳ）のホトルミ
ネッセンス発光スペクトル図である。
ネッセンス発光スペクトル図である。
【図５】ＥＬスペクトル測定用デバイスあるいはこの発
明の発光素子としての構成を示した断面図である。
明の発光素子としての構成を示した断面図である。
【図６】ＥＬスペクトル図である。
【図７】この発明の素子の受光素子としての構成を示し
た断面図である。
た断面図である。
【図８】図７の素子による分光感度の波長相関図であ
る。
る。
【図９】多孔質シリコンのＸ線回折図である。
１ シリコン単結晶基板 ２ 微小孔 ３ 多孔質シリコン（ＰＳ）層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−310122（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−56854（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−26139（ＪＰ，Ａ) Ｌ．Ｔ．Ｃａｎｈａｍ，Ｓｉｌｉｃｏ ｎ ｑｕａｎｔｕｍ ｗｉｒｅ ａｒｒ ａｙ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｂｙ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎ ｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｄｉｓｓｏｌｕ ｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｆｅｒｓ，Ａｐｐ ｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅ ｒｓ，米国，Ｖｏｌ．57，Ｎｏ．10, ｐ．1046−1048 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 33/00 H01L 21/306 - 21/3063 H01L 31/00 - 31/10
Claims (11)
- 【請求項１】 シリコン基板と、当該シリコン基板にそ
の片面に露出するように埋設された発光多孔質シリコン
層と、当該発光多孔質シリコン層に接するようにシリコ
ン基板の片面側に設けられた透明電極層と、当該透明電
極層とは反対側に位置するようにシリコン基板の他面側
に設けられた電極層とを有し、透明電極層および電極層
を介した電圧印加によって発光多孔質シリコン層がＥＬ
発光するようになっていることを特徴とする多孔質シリ
コン発光素子。 - 【請求項２】 シリコン基板がｐ型基板であるＬＥＤと
しての請求項１の多孔質シリコン発光素子。 - 【請求項３】 シリコン基板がｎ型基板であるＥＬ素子
としての請求項１の多孔質シリコン発光素子。 - 【請求項４】 シリコン基板と、当該シリコン基板にそ
の片面に露出するように埋設された受光多孔質シリコン
層と、当該受光多孔質シリコン層に接するようにシリコ
ン基板の片面側に設けられた透明電極層と、当該透明電
極層とは反対側に位置するようにシリコン基板の他面側
に設けられた電極層とを有し、透明電極層および電極層
を介して印加された電圧値に従って異なる分光感度を有
することを特徴とする多孔質シリコン受光素子。 - 【請求項５】 シリコン単結晶基板を陽極酸化し、次い
でＫＯＨ水溶液に浸して表面層の化学エッチングを行う
ことにより多孔質シリコン層を形成することを特徴とす
る請求項１ないし４のいずれかの多孔質シリコン発光素
子又は多孔質シリコン受光素子の製造方法。 - 【請求項６】 シリコン単結晶基板の陽極酸化中に、当
該シリコン単結晶基板に光照射することにより多孔質シ
リコン層を形成することを特徴とする請求項１ないし４
のいずれかの多孔質シリコン発光素子又は多孔質シリコ
ン受光素子の製造方法。 - 【請求項７】 シリコン単結晶基板の陽極酸化中に、当
該シリコン単結晶基板に光照射しつつ短絡電流を通電す
ることにより多孔質シリコン層を形成することを特徴と
する請求項１ないし４のいずれかの多孔質シリコン発光
素子又は多孔質シリコン受光素子の製造方法。 - 【請求項８】 シリコン単結晶基板を陽極酸化し、次い
で酸素雰囲気下において熱処理することにより多孔質シ
リコン層を形成することを特徴とする請求項１ないし４
のいずれかの多孔質シリコン発光素子又は多孔質シリコ
ン受光素子の製造方法。 - 【請求項９】 陽極酸化後、シリコン単結晶基板をＫＯ
Ｈ水溶液水溶液に浸して表面層の化学エッチングを行う
請求項６または７の多孔質シリコン発光素子又は多孔質
シリコン受光素子の製造方法。 - 【請求項１０】 陽極酸化後、シリコン単結晶基板を酸
素雰囲気下において熱処理する請求項６または７の多孔
質シリコン発光素子又は多孔質シリコン受光素子の製造
方法。 - 【請求項１１】 シリコン単結晶基板の陽極酸化におい
て通電電流を電解研磨の水準に増大し、生成した多孔質
シリコン層のみを単離することにより、貫通微小孔を有
する多孔質シリコン層を形成することを特徴とする請求
項１ないし４のいずれかの多孔質シリコン発光素子又は
多孔質シリコン受光素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19866891A JP3306077B2 (ja) | 1991-03-28 | 1991-07-13 | 多孔質シリコン発光素子と多孔質シリコン受光素子ならびにそれらの製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6505491 | 1991-03-28 | ||
| JP3-65054 | 1991-03-28 | ||
| JP19866891A JP3306077B2 (ja) | 1991-03-28 | 1991-07-13 | 多孔質シリコン発光素子と多孔質シリコン受光素子ならびにそれらの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04356977A JPH04356977A (ja) | 1992-12-10 |
| JP3306077B2 true JP3306077B2 (ja) | 2002-07-24 |
Family
ID=26406197
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19866891A Expired - Fee Related JP3306077B2 (ja) | 1991-03-28 | 1991-07-13 | 多孔質シリコン発光素子と多孔質シリコン受光素子ならびにそれらの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3306077B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012039016A (ja) * | 2010-08-11 | 2012-02-23 | New Japan Radio Co Ltd | 多孔質シリコン光素子の製造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5689603A (en) * | 1993-07-07 | 1997-11-18 | Huth; Gerald C. | Optically interactive nanostructure |
| DE69433696T2 (de) | 1993-11-02 | 2004-08-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma | Halbleiterbauelement mit einem Aggregat von Mikro-Nadeln aus Halbleitermaterial |
| US6734451B2 (en) | 1993-11-02 | 2004-05-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Aggregate of semiconductor micro-needles and method of manufacturing the same, and semiconductor apparatus and method of manufacturing the same |
| JP2001257368A (ja) | 2000-03-09 | 2001-09-21 | Matsushita Research Institute Tokyo Inc | 光電子材料及び応用素子、並びに光電子材料の製造方法 |
| US7276312B2 (en) | 2003-01-14 | 2007-10-02 | Japan Science And Technology Agency | Light-detectable solid thin-film secondary battery |
| JP2005008909A (ja) * | 2003-06-16 | 2005-01-13 | Canon Inc | 構造体の製造方法 |
| JP4257431B2 (ja) * | 2004-11-15 | 2009-04-22 | 国立大学法人群馬大学 | 多孔質半導体膜の形成方法 |
| JP4920343B2 (ja) | 2006-08-24 | 2012-04-18 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体素子 |
-
1991
- 1991-07-13 JP JP19866891A patent/JP3306077B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｌ．Ｔ．Ｃａｎｈａｍ，Ｓｉｌｉｃｏｎ ｑｕａｎｔｕｍ ｗｉｒｅ ａｒｒａｙ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｂｙ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｆｅｒｓ，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，米国，Ｖｏｌ．５７，Ｎｏ．１０，ｐ．１０４６−１０４８ |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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|---|---|
| JPH04356977A (ja) | 1992-12-10 |
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