JP3440992B2 - シリコンと窒素を主成分とする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 - Google Patents
シリコンと窒素を主成分とする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Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光で通信を行う光
インターコネクション、光通信及び可視光源の分野で使
用されるシリコンベー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。
インターコネクション、光通信及び可視光源の分野で使
用されるシリコンベー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】光インター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ー
スの発光構造の作製技術が望まれる。シリコンベースの
発光材料としては、陽極酸化により作製するポーラスシ
リコンが知られている(L.T.Canham,"Appl.Phys.Lett.Vo
l.57,No.10,3 September,1990,pp.1046-1048)。
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ー
スの発光構造の作製技術が望まれる。シリコンベースの
発光材料としては、陽極酸化により作製するポーラスシ
リコンが知られている(L.T.Canham,"Appl.Phys.Lett.Vo
l.57,No.10,3 September,1990,pp.1046-1048)。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の方
法で製造されたポーラスシリコンは、発光効率が低く、
発光減衰速度がマイクロ秒（μｓｅｃ）オーダーと遅い
問題がある。また、その製造工程は電気化学的な処理を
伴うウエットプロセスを有するため複雑であり、シリコ
ン集積回路の製造プロセスには適用できない。またこの
ようにしてして製造されたポーラスシリコンは脆弱で壊
れやすい問題がある。本発明の目的は、シリコン集積回
路の製造プロセスを用いて基板上に作製可能であって、
発光効率が高く、発光減衰速度がナノ秒（ｎｓｅｃ）オ
ーダーと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。本発明の別の目的は、上記
発光材料を用いた可視光源として利用できる発光素子を
提供することにある。
法で製造されたポーラスシリコンは、発光効率が低く、
発光減衰速度がマイクロ秒（μｓｅｃ）オーダーと遅い
問題がある。また、その製造工程は電気化学的な処理を
伴うウエットプロセスを有するため複雑であり、シリコ
ン集積回路の製造プロセスには適用できない。またこの
ようにしてして製造されたポーラスシリコンは脆弱で壊
れやすい問題がある。本発明の目的は、シリコン集積回
路の製造プロセスを用いて基板上に作製可能であって、
発光効率が高く、発光減衰速度がナノ秒（ｎｓｅｃ）オ
ーダーと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。本発明の別の目的は、上記
発光材料を用いた可視光源として利用できる発光素子を
提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
シリコンと窒素を主成分とし、アモルファス構造を有す
る発光材料であって、Ｓｉ3Ｎ4を構成するシリコンの化
学量論的理論量よりもシリコンの組成比が大きく、発光
強度が２．２ｅＶ近傍でピークを持つことを特徴とする
シリコンと窒素を主成分とする発光材料である。シリコ
ンリッチなアモルファス構造を有することにより２．２
ｅＶ近傍での発光に寄与する微細な構造が密にでき、発
光効率が高く、発光減衰速度の速い発光材料が得られ
る。
シリコンと窒素を主成分とし、アモルファス構造を有す
る発光材料であって、Ｓｉ3Ｎ4を構成するシリコンの化
学量論的理論量よりもシリコンの組成比が大きく、発光
強度が２．２ｅＶ近傍でピークを持つことを特徴とする
シリコンと窒素を主成分とする発光材料である。シリコ
ンリッチなアモルファス構造を有することにより２．２
ｅＶ近傍での発光に寄与する微細な構造が密にでき、発
光効率が高く、発光減衰速度の速い発光材料が得られ
る。
【０００５】請求項２に係る発明は、請求項１に係る発
明であって、シリコンが微結晶粒子又はアモルファスの
状態で分散している発光材料である。
明であって、シリコンが微結晶粒子又はアモルファスの
状態で分散している発光材料である。
【０００６】請求項３に係る発明は、原料ガスとしてシ
ラン（ＳｉＨ4）とアンモニア（ＮＨ3）を使用し、Ｓｉ
Ｈ4／（ＳｉＨ4＋ＮＨ3）のガス流量比が０．１以上に
なるように減圧化学気相堆積法又は化学気相堆積法によ
り基板上に６００〜１４００℃でシリコンと窒素を主成
分としシリコンリッチなアモルファス構造を有する発光
材料を堆積する発光材料の製造方法である。請求項４に
係る発明は、請求項３に係る発明であって、ガス流量比
が０．２〜０．７であって、成膜温度が７００〜１２０
０℃である製造方法である。
ラン（ＳｉＨ4）とアンモニア（ＮＨ3）を使用し、Ｓｉ
Ｈ4／（ＳｉＨ4＋ＮＨ3）のガス流量比が０．１以上に
なるように減圧化学気相堆積法又は化学気相堆積法によ
り基板上に６００〜１４００℃でシリコンと窒素を主成
分としシリコンリッチなアモルファス構造を有する発光
材料を堆積する発光材料の製造方法である。請求項４に
係る発明は、請求項３に係る発明であって、ガス流量比
が０．２〜０．７であって、成膜温度が７００〜１２０
０℃である製造方法である。
【０００７】請求項５に係る発明は、原料ガスとしてジ
クロルシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）とアンモニア（ＮＨ3）
を使用し、ＳｉＨ2Ｃｌ2／（ＳｉＨ2Ｃｌ2＋ＮＨ3）の
ガス流量比が０．１以上になるように減圧化学気相堆積
法又は化学気相堆積法により基板上に６００〜１４００
℃でシリコンと窒素を主成分としシリコンリッチなアモ
ルファス構造を有する発光材料を堆積する発光材料の製
造方法である。請求項６に係る発明は、請求項５に係る
発明であって、ガス流量比が０．２〜０．７であって、
成膜温度が７００〜１２００℃である製造方法である。
クロルシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）とアンモニア（ＮＨ3）
を使用し、ＳｉＨ2Ｃｌ2／（ＳｉＨ2Ｃｌ2＋ＮＨ3）の
ガス流量比が０．１以上になるように減圧化学気相堆積
法又は化学気相堆積法により基板上に６００〜１４００
℃でシリコンと窒素を主成分としシリコンリッチなアモ
ルファス構造を有する発光材料を堆積する発光材料の製
造方法である。請求項６に係る発明は、請求項５に係る
発明であって、ガス流量比が０．２〜０．７であって、
成膜温度が７００〜１２００℃である製造方法である。
【０００８】請求項７に係る発明は、原料ガスとしてト
リクロルシラン（ＳｉＨＣｌ3）とアンモニア（ＮＨ3）
を使用し、ＳｉＨＣｌ3／（ＳｉＨＣｌ3＋ＮＨ3）のガ
ス流量比が０．１以上になるように減圧化学気相堆積法
又は化学気相堆積法により基板上に６００〜１４００℃
でシリコンと窒素を主成分としシリコンリッチなアモル
ファス構造を有する発光材料を堆積する発光材料の製造
方法である。請求項８に係る発明は、請求項７に係る発
明であって、ガス流量比が０．２〜０．７であって、成
膜温度が７００〜１２００℃である製造方法である。
リクロルシラン（ＳｉＨＣｌ3）とアンモニア（ＮＨ3）
を使用し、ＳｉＨＣｌ3／（ＳｉＨＣｌ3＋ＮＨ3）のガ
ス流量比が０．１以上になるように減圧化学気相堆積法
又は化学気相堆積法により基板上に６００〜１４００℃
でシリコンと窒素を主成分としシリコンリッチなアモル
ファス構造を有する発光材料を堆積する発光材料の製造
方法である。請求項８に係る発明は、請求項７に係る発
明であって、ガス流量比が０．２〜０．７であって、成
膜温度が７００〜１２００℃である製造方法である。
【０００９】請求項９に係る発明は、図３に示すように
シリコンと窒素を主成分とし、アモルファス構造を有す
る発光材料であって、Ｓｉ3Ｎ4を構成するシリコンの化
学量論的理論量よりもシリコンの組成比が大きく、発光
強度が２．２ｅＶ近傍でピークを持つ発光材料が基板１
１上に発光層１２として形成された発光素子１０であ
る。
シリコンと窒素を主成分とし、アモルファス構造を有す
る発光材料であって、Ｓｉ3Ｎ4を構成するシリコンの化
学量論的理論量よりもシリコンの組成比が大きく、発光
強度が２．２ｅＶ近傍でピークを持つ発光材料が基板１
１上に発光層１２として形成された発光素子１０であ
る。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の発光材料の第１の製造方
法は請求項３に係る方法であって、原料ガスとしてシラ
ン（ＳｉＨ4）とアンモニア（ＮＨ3）を使用し、ＳｉＨ
4／（ＳｉＨ4＋ＮＨ3）のガス流量比が０．１以上にな
るように減圧化学気相堆積法又は化学気相堆積法により
基板上に６００〜１４００℃でシリコンと窒素を主成分
としシリコンリッチなアモルファス構造を有する発光材
料を堆積する。
法は請求項３に係る方法であって、原料ガスとしてシラ
ン（ＳｉＨ4）とアンモニア（ＮＨ3）を使用し、ＳｉＨ
4／（ＳｉＨ4＋ＮＨ3）のガス流量比が０．１以上にな
るように減圧化学気相堆積法又は化学気相堆積法により
基板上に６００〜１４００℃でシリコンと窒素を主成分
としシリコンリッチなアモルファス構造を有する発光材
料を堆積する。
【００１１】本発明の発光材料の第２の製造方法は請求
項５に係る方法であって、原料ガスとしてジクロルシラ
ン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）とアンモニア（ＮＨ3）を使用し、
ＳｉＨ2Ｃｌ2／（ＳｉＨ2Ｃｌ2＋ＮＨ3）のガス流量比
が０．１以上になるように減圧化学気相堆積法又は化学
気相堆積法により基板上に６００〜１４００℃でシリコ
ンと窒素を主成分としシリコンリッチなアモルファス構
造を有する発光材料を堆積する。
項５に係る方法であって、原料ガスとしてジクロルシラ
ン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）とアンモニア（ＮＨ3）を使用し、
ＳｉＨ2Ｃｌ2／（ＳｉＨ2Ｃｌ2＋ＮＨ3）のガス流量比
が０．１以上になるように減圧化学気相堆積法又は化学
気相堆積法により基板上に６００〜１４００℃でシリコ
ンと窒素を主成分としシリコンリッチなアモルファス構
造を有する発光材料を堆積する。
【００１２】本発明の発光材料の第３の製造方法は請求
項７に係る方法であって、原料ガスとしてトリクロルシ
ラン（ＳｉＨＣｌ3）とアンモニア（ＮＨ3）を使用し、
ＳｉＨＣｌ3／（ＳｉＨＣｌ3＋ＮＨ3）のガス流量比が
０．１以上になるように減圧化学気相堆積法又は化学気
相堆積法により基板上に６００〜１４００℃でシリコン
と窒素を主成分としシリコンリッチなアモルファス構造
を有する発光材料を堆積する。
項７に係る方法であって、原料ガスとしてトリクロルシ
ラン（ＳｉＨＣｌ3）とアンモニア（ＮＨ3）を使用し、
ＳｉＨＣｌ3／（ＳｉＨＣｌ3＋ＮＨ3）のガス流量比が
０．１以上になるように減圧化学気相堆積法又は化学気
相堆積法により基板上に６００〜１４００℃でシリコン
と窒素を主成分としシリコンリッチなアモルファス構造
を有する発光材料を堆積する。
【００１３】第１〜第３の製造方法において、いずれも
ガス流量比が０．１未満の場合には成膜物がシリコンリ
ッチにならないため、２．２ｅＶ近傍での発光が得られ
ず、好ましくない。また成膜温度が６００℃に満たない
場合には成膜物がシリコンリッチにならないため、２．
２ｅＶ近傍での発光効率が低く、しかも膜成長速度が遅
くなる不都合があり、１４００℃を超えると成膜物の構
造が変化して２．２ｅＶ近傍での発光が得られなくなり
好ましくない。第１〜第３の製造方法により製造された
発光材料は２．２ｅＶ近傍に発光ピークを有し、発光効
率が高く、発光減衰速度の速い発光材料である。請求項
４，７及び８に係る方法では、ガス流量比は０．２〜
０．７であって、成膜温度は７００〜１２００℃であ
る。このような条件下では光エネルギーが２．２ｅＶ近
傍で発光ピークが顕著に強く発現するため、更に発光効
率が高くなり、発光減衰速度が極めて速い発光材料が得
られる。
ガス流量比が０．１未満の場合には成膜物がシリコンリ
ッチにならないため、２．２ｅＶ近傍での発光が得られ
ず、好ましくない。また成膜温度が６００℃に満たない
場合には成膜物がシリコンリッチにならないため、２．
２ｅＶ近傍での発光効率が低く、しかも膜成長速度が遅
くなる不都合があり、１４００℃を超えると成膜物の構
造が変化して２．２ｅＶ近傍での発光が得られなくなり
好ましくない。第１〜第３の製造方法により製造された
発光材料は２．２ｅＶ近傍に発光ピークを有し、発光効
率が高く、発光減衰速度の速い発光材料である。請求項
４，７及び８に係る方法では、ガス流量比は０．２〜
０．７であって、成膜温度は７００〜１２００℃であ
る。このような条件下では光エネルギーが２．２ｅＶ近
傍で発光ピークが顕著に強く発現するため、更に発光効
率が高くなり、発光減衰速度が極めて速い発光材料が得
られる。
【００１４】請求項９に係る発明では、図３に示すよう
に基板１１上に請求項１又は請求項２に係る発光材料が
発光層１２として形成される。この基板としてはシリコ
ン基板が好ましい。請求項１又は請求項２に係る発光材
料を発光層１２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１０が得られる。
に基板１１上に請求項１又は請求項２に係る発光材料が
発光層１２として形成される。この基板としてはシリコ
ン基板が好ましい。請求項１又は請求項２に係る発光材
料を発光層１２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１０が得られる。
【００１５】この発光素子１０は、基板１１が例えばｐ
型のシリコン基板である場合には、発光層１２上にクラ
ッド層となるｎ型のシリコン層１３を形成する。基板１
１がｎ型のシリコン基板である場合には、発光層１２上
にｐ型のシリコン層１３を形成する。このシリコン層１
３は発光層１２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
１３を形成した後、シリコン層１３の上面及び基板１１
の下面にそれぞれ電極１５及び１４を形成することによ
り、ＬＥＤ発光素子１０が得られる。
型のシリコン基板である場合には、発光層１２上にクラ
ッド層となるｎ型のシリコン層１３を形成する。基板１
１がｎ型のシリコン基板である場合には、発光層１２上
にｐ型のシリコン層１３を形成する。このシリコン層１
３は発光層１２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
１３を形成した後、シリコン層１３の上面及び基板１１
の下面にそれぞれ電極１５及び１４を形成することによ
り、ＬＥＤ発光素子１０が得られる。
【００１６】また発光素子１０において、シリコン層１
３を成膜せずに、ＭＩＳ構造を作製してもよい。また発
光材料成膜時に、ｐ型基板の場合にはｎ型のドーパント
をドーピングし、ｎ型基板の場合にはｐ型のドーパント
をドーピングすることによりＬＥＤを作製してもよい。
その他に請求項１又は請求項２に係る発光材料を発光層
として用いる発光素子は全て請求項９に係る発光素子と
なる。また本発明の発光素子をＩＣ（集積回路）中に作
り込むこともできる。
３を成膜せずに、ＭＩＳ構造を作製してもよい。また発
光材料成膜時に、ｐ型基板の場合にはｎ型のドーパント
をドーピングし、ｎ型基板の場合にはｐ型のドーパント
をドーピングすることによりＬＥＤを作製してもよい。
その他に請求項１又は請求項２に係る発光材料を発光層
として用いる発光素子は全て請求項９に係る発光素子と
なる。また本発明の発光素子をＩＣ（集積回路）中に作
り込むこともできる。
【００１７】また本発明の製造方法は、高価な分子線エ
ピタキシー（ＭＢＥ）法や有機金属気相成長（ＭＯＣＶ
Ｄ）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。
ピタキシー（ＭＢＥ）法や有機金属気相成長（ＭＯＣＶ
Ｄ）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。
【００１８】
【実施例】次に本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。 ＜実施例１＞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と窒素を主成分としアモル
ファス構造を有する発光材料を堆積した。即ち、通常の
ＲＣＡ洗浄を施した結晶方位が（００１）面であるシリ
コンウェーハをシリコン基板として、この基板上に７７
５℃の成膜温度でＳｉＨ2Ｃｌ2ガスとＮＨ3ガスをそれ
ぞれガス流量２００ｃｃ／ｍｉｎでガス圧０．３Ｔｏｒ
ｒの条件で３０分間流して、膜厚が２００ｎｍの発光層
を形成した。即ち、ＳｉＨ2Ｃｌ2／（ＳｉＨ2Ｃｌ2＋Ｎ
Ｈ3）のガス流量比が０．５とした。この発光層にＨｅ
−Ｃｄレーザ（３２５ｎｍ）で光励起した時の発光特性
を図１の曲線Ａに示す。曲線Ａから明らかなように２．
２ｅＶにピークを持つ発光が肉眼で確認された。
る。 ＜実施例１＞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と窒素を主成分としアモル
ファス構造を有する発光材料を堆積した。即ち、通常の
ＲＣＡ洗浄を施した結晶方位が（００１）面であるシリ
コンウェーハをシリコン基板として、この基板上に７７
５℃の成膜温度でＳｉＨ2Ｃｌ2ガスとＮＨ3ガスをそれ
ぞれガス流量２００ｃｃ／ｍｉｎでガス圧０．３Ｔｏｒ
ｒの条件で３０分間流して、膜厚が２００ｎｍの発光層
を形成した。即ち、ＳｉＨ2Ｃｌ2／（ＳｉＨ2Ｃｌ2＋Ｎ
Ｈ3）のガス流量比が０．５とした。この発光層にＨｅ
−Ｃｄレーザ（３２５ｎｍ）で光励起した時の発光特性
を図１の曲線Ａに示す。曲線Ａから明らかなように２．
２ｅＶにピークを持つ発光が肉眼で確認された。
【００１９】また発光層の発光減衰速度を調べるために
発光の時間依存性を時間分解フォトルミネッセンス法に
より測定した結果を図４に示す。図４から明らかなよう
に約１ｎｓｅｃで発光（ＰＬ）強度が１／ｅとなり、発
光減衰速度がｎｓｅｃオーダーであることが分る。
発光の時間依存性を時間分解フォトルミネッセンス法に
より測定した結果を図４に示す。図４から明らかなよう
に約１ｎｓｅｃで発光（ＰＬ）強度が１／ｅとなり、発
光減衰速度がｎｓｅｃオーダーであることが分る。
【００２０】＜実施例２＞ＮＨ3ガスをガス流量１００
ｃｃ／ｍｉｎで流したこと、即ち、ＳｉＨ2Ｃｌ2／（Ｓ
ｉＨ2Ｃｌ2＋ＮＨ3）のガス流量比が０．６６としたこ
とを除いては実施例１と同様にしてシリコン基板上に膜
厚が１５０ｎｍの発光層を形成した。この発光層にＨｅ
−Ｃｄレーザ（３２５ｎｍ）で光励起した時の発光特性
を図１の曲線Ｂに示す。曲線Ｂから明らかなように発光
スペクトルの形状はガウス型関数により説明できること
が分った。また曲線の半値幅は１ｅＶ前後であることが
確認された。
ｃｃ／ｍｉｎで流したこと、即ち、ＳｉＨ2Ｃｌ2／（Ｓ
ｉＨ2Ｃｌ2＋ＮＨ3）のガス流量比が０．６６としたこ
とを除いては実施例１と同様にしてシリコン基板上に膜
厚が１５０ｎｍの発光層を形成した。この発光層にＨｅ
−Ｃｄレーザ（３２５ｎｍ）で光励起した時の発光特性
を図１の曲線Ｂに示す。曲線Ｂから明らかなように発光
スペクトルの形状はガウス型関数により説明できること
が分った。また曲線の半値幅は１ｅＶ前後であることが
確認された。
【００２１】＜実施例３＞ＮＨ3ガスをガス流量４００
ｃｃ／ｍｉｎで流したこと、即ち、ＳｉＨ2Ｃｌ2／（Ｓ
ｉＨ2Ｃｌ2＋ＮＨ3）のガス流量比が０．３３としたこ
とを除いては実施例１と同様にしてシリコン基板上に膜
厚が３００ｎｍの発光層を形成した。この発光層にＨｅ
−Ｃｄレーザ（３２５ｎｍ）で光励起した時の発光特性
を図１の曲線Ｃに示す。曲線Ｃから明らかなように発光
スペクトルの形状はガウス型関数により説明できること
が分った。また曲線の半値幅は１ｅＶ前後であることが
確認された。
ｃｃ／ｍｉｎで流したこと、即ち、ＳｉＨ2Ｃｌ2／（Ｓ
ｉＨ2Ｃｌ2＋ＮＨ3）のガス流量比が０．３３としたこ
とを除いては実施例１と同様にしてシリコン基板上に膜
厚が３００ｎｍの発光層を形成した。この発光層にＨｅ
−Ｃｄレーザ（３２５ｎｍ）で光励起した時の発光特性
を図１の曲線Ｃに示す。曲線Ｃから明らかなように発光
スペクトルの形状はガウス型関数により説明できること
が分った。また曲線の半値幅は１ｅＶ前後であることが
確認された。
【００２２】＜実施例４＞成膜温度を７００℃にしたこ
とを除いては実施例１と同様にしてシリコン基板上に膜
厚が１００ｎｍの発光層を形成した。この発光層にＨｅ
−Ｃｄレーザ（３２５ｎｍ）で光励起した時の発光特性
を図２の曲線Ｄに示す。曲線Ｄから明らかなように２．
２ｅＶにピークを持つ発光が確認された。
とを除いては実施例１と同様にしてシリコン基板上に膜
厚が１００ｎｍの発光層を形成した。この発光層にＨｅ
−Ｃｄレーザ（３２５ｎｍ）で光励起した時の発光特性
を図２の曲線Ｄに示す。曲線Ｄから明らかなように２．
２ｅＶにピークを持つ発光が確認された。
【００２３】＜実施例５＞成膜温度を８５０℃にしたこ
とを除いては実施例１と同様にしてシリコン基板上に膜
厚が４００ｎｍの発光層を形成した。この発光層にＨｅ
−Ｃｄレーザ（３２５ｎｍ）で光励起した時の発光特性
を図２の曲線Ｅに示す。曲線Ｅから明らかなように２．
２ｅＶにピークを持つ発光が確認された。なお、図２に
は実施例４の曲線Ｄと実施例５の曲線Ｅとの各ピークを
実施例１のピークと比較するために、実施例１の曲線Ａ
も示した。
とを除いては実施例１と同様にしてシリコン基板上に膜
厚が４００ｎｍの発光層を形成した。この発光層にＨｅ
−Ｃｄレーザ（３２５ｎｍ）で光励起した時の発光特性
を図２の曲線Ｅに示す。曲線Ｅから明らかなように２．
２ｅＶにピークを持つ発光が確認された。なお、図２に
は実施例４の曲線Ｄと実施例５の曲線Ｅとの各ピークを
実施例１のピークと比較するために、実施例１の曲線Ａ
も示した。
【００２４】＜実施例６＞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と窒素を主成
分としアモルファス構造を有する発光材料を堆積した。
即ち、図３に示すように通常のＲＣＡ洗浄を施した結晶
方位が（００１）面である高ドープｐ型シリコンウェー
ハ１をシリコン基板として、この基板上に７７５℃の成
膜温度でＳｉＨ2Ｃｌ2ガスとＮＨ3ガスをそれぞれガス
流量２００ｃｃ／ｍｉｎ（ＳｉＨ2Ｃｌ2／（ＳｉＨ2Ｃ
ｌ2＋ＮＨ3）のガス流量比が０．５）でガス圧０．３Ｔ
ｏｒｒの条件で９０秒間流して膜厚が１０ｎｍの発光層
１２を形成した。この発光層１２上にシラン（Ｓｉ
Ｈ4）とアルシン（ＡｓＨ3）を原料ガスとして用いて高
ドープｎ型シリコン層１３を１００ｎｍの厚さで成膜し
た。次いで蒸着装置を用いてｐ型シリコン基板１の下面
にＡｌ電極１４を形成し、ｎ型シリコン層３の上面にＡ
ｕ−Ｓｂ合金電極１５を形成して、ｐＩｎ(p-Insulator
-n)型発光素子１０を作製した。このようにして作製さ
れた発光素子１０に３Ｖの順バイアスを印加したとこ
ろ、２．２ｅＶにピークを持つ強い発光が肉眼で確認さ
れた。
て下記の条件でシリコン基板上にシリコンと窒素を主成
分としアモルファス構造を有する発光材料を堆積した。
即ち、図３に示すように通常のＲＣＡ洗浄を施した結晶
方位が（００１）面である高ドープｐ型シリコンウェー
ハ１をシリコン基板として、この基板上に７７５℃の成
膜温度でＳｉＨ2Ｃｌ2ガスとＮＨ3ガスをそれぞれガス
流量２００ｃｃ／ｍｉｎ（ＳｉＨ2Ｃｌ2／（ＳｉＨ2Ｃ
ｌ2＋ＮＨ3）のガス流量比が０．５）でガス圧０．３Ｔ
ｏｒｒの条件で９０秒間流して膜厚が１０ｎｍの発光層
１２を形成した。この発光層１２上にシラン（Ｓｉ
Ｈ4）とアルシン（ＡｓＨ3）を原料ガスとして用いて高
ドープｎ型シリコン層１３を１００ｎｍの厚さで成膜し
た。次いで蒸着装置を用いてｐ型シリコン基板１の下面
にＡｌ電極１４を形成し、ｎ型シリコン層３の上面にＡ
ｕ−Ｓｂ合金電極１５を形成して、ｐＩｎ(p-Insulator
-n)型発光素子１０を作製した。このようにして作製さ
れた発光素子１０に３Ｖの順バイアスを印加したとこ
ろ、２．２ｅＶにピークを持つ強い発光が肉眼で確認さ
れた。
【００２５】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の発光材料は
シリコン集積回路の製造プロセスを用いてシリコン基板
のような基板上に直接作製することができる。また、シ
リコンと窒素を主成分とし、アモルファス構造を有する
発光材料であって、Ｓｉ3Ｎ4を構成するシリコンの化学
量論的理論量よりもシリコンの組成比が大きい本発明の
発光材料は２．２ｅＶ近傍での発光に寄与する微細な構
造が密にできるため、発光効率が高く、発光減衰速度が
速い。また減圧化学気相堆積法又は化学気相堆積法とい
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２．２ｅＶ近傍に強い発光ピーク
を有するため、光インター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。
シリコン集積回路の製造プロセスを用いてシリコン基板
のような基板上に直接作製することができる。また、シ
リコンと窒素を主成分とし、アモルファス構造を有する
発光材料であって、Ｓｉ3Ｎ4を構成するシリコンの化学
量論的理論量よりもシリコンの組成比が大きい本発明の
発光材料は２．２ｅＶ近傍での発光に寄与する微細な構
造が密にできるため、発光効率が高く、発光減衰速度が
速い。また減圧化学気相堆積法又は化学気相堆積法とい
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２．２ｅＶ近傍に強い発光ピーク
を有するため、光インター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】実施例１〜３の発光材料の光子エネルギと光子
数との関係を示す図。
数との関係を示す図。
【図２】実施例４〜５の発光材料の光子エネルギと光子
数との関係を示す図。
数との関係を示す図。
【図３】本発明の発光素子の断面図。
【図４】実施例１の発光材料の発光時間とＰＬ強度との
関係を示す図。
関係を示す図。
１０ 発光素子
１１ 基板（シリコン基板）
１２ 発光層（発光材料）
１３ 高ドープ層
１４，１５ 電極
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｃ２３Ｃ 16/34 Ｃ２３Ｃ 16/34
Ｈ０１Ｌ 33/00 Ｈ０１Ｌ 33/00 Ａ
(56)参考文献 特開 昭55−80706（ＪＰ，Ａ)
特開 昭47−27899（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C09K 11/59
C01B 21/068
C23C 16/00 - 16/56
H01L 33/00
Claims (9)
- 【請求項１】 シリコンと窒素を主成分とし、アモルフ
ァス構造を有する発光材料であって、Ｓｉ3Ｎ4を構成す
るシリコンの化学量論的理論量よりもシリコンの組成比
が大きく、発光強度が２．２ｅＶ近傍でピークを持つこ
とを特徴とするシリコンと窒素を主成分とする発光材
料。 - 【請求項２】 シリコンが微結晶粒子又はアモルファス
の状態で分散している請求項１記載の発光材料。 - 【請求項３】 原料ガスとしてシラン（ＳｉＨ4）とア
ンモニア（ＮＨ3）を使用し、ＳｉＨ4／（ＳｉＨ4＋Ｎ
Ｈ3）のガス流量比が０．１以上になるように減圧化学
気相堆積法又は化学気相堆積法により基板上に６００〜
１４００℃でシリコンと窒素を主成分とし、シリコンリ
ッチなアモルファス構造を有し、発光強度が２．２ｅＶ
近傍でピークを持つ発光材料を堆積する発光材料の製造
方法。 - 【請求項４】 ガス流量比が０．２〜０．７であって、
成膜温度が７００〜１２００℃である請求項３記載の製
造方法。 - 【請求項５】 原料ガスとしてジクロルシラン（ＳｉＨ
2Ｃｌ2）とアンモニア（ＮＨ3）を使用し、ＳｉＨ2Ｃｌ
2／（ＳｉＨ2Ｃｌ2＋ＮＨ3）のガス流量比が０．１以上
になるように減圧化学気相堆積法又は化学気相堆積法に
より基板上に６００〜１４００℃でシリコンと窒素を主
成分とし、シリコンリッチなアモルファス構造を有し、
発光強度が２．２ｅＶ近傍でピークを持つ発光材料を堆
積する発光材料の製造方法。 - 【請求項６】 ガス流量比が０．２〜０．７であって、
成膜温度が７００〜１２００℃である請求項５記載の製
造方法。 - 【請求項７】 原料ガスとしてトリクロルシラン（Ｓｉ
ＨＣｌ3）とアンモニア（ＮＨ3）を使用し、ＳｉＨＣｌ
3／（ＳｉＨＣｌ3＋ＮＨ3）のガス流量比が０．１以上
になるように減圧化学気相堆積法又は化学気相堆積法に
より基板上に６００〜１４００℃でシリコンと窒素を主
成分とし、シリコンリッチなアモルファス構造を有し、
発光強度が２．２ｅＶ近傍でピークを持つ発光材料を堆
積する発光材料の製造方法。 - 【請求項８】 ガス流量比が０．２〜０．７であって、
成膜温度が７００〜１２００℃である請求項７記載の製
造方法。 - 【請求項９】 シリコンと窒素を主成分とし、アモルフ
ァス構造を有する発光材料であって、Ｓｉ3Ｎ4を構成す
るシリコンの化学量論的理論量よりもシリコンの組成比
が大きく、発光強度が２．２ｅＶ近傍でピークを持つ発
光材料が基板(11)上に発光層(12)として形成された発光
素子。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07718899A JP3440992B2 (ja) | 1999-03-23 | 1999-03-23 | シリコンと窒素を主成分とする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 |
| US09/519,452 US6399225B1 (en) | 1999-03-23 | 2000-03-06 | Silicon-and-nitrogen-containing luminescent substance, method for forming the same, and light emitting device using the same |
| DE10011567A DE10011567A1 (de) | 1999-03-23 | 2000-03-09 | Silizium- und stickstoffhaltige lumineszierende Substanz, Verfahren für ihre Herstellung, und sie verwendende lichtemittierende Vorrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07718899A JP3440992B2 (ja) | 1999-03-23 | 1999-03-23 | シリコンと窒素を主成分とする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 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| JP3440992B2 true JP3440992B2 (ja) | 2003-08-25 |
Family
ID=13626854
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07718899A Expired - Fee Related JP3440992B2 (ja) | 1999-03-23 | 1999-03-23 | シリコンと窒素を主成分とする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 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6399225B1 (ja) |
| JP (1) | JP3440992B2 (ja) |
| DE (1) | DE10011567A1 (ja) |
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| JP4529855B2 (ja) | 2005-09-26 | 2010-08-25 | 日新電機株式会社 | シリコン物体形成方法及び装置 |
| CN100446290C (zh) * | 2007-02-09 | 2008-12-24 | 南京大学 | 掺氧硅基氮化物薄膜黄绿波段发光二极管及制备方法 |
| EP2128220A4 (en) * | 2007-03-23 | 2010-12-08 | Ube Industries | ALPHA-LICIUM PHOSPHORATED NITRIDE AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME |
| JP5249721B2 (ja) * | 2008-11-06 | 2013-07-31 | 浜松ホトニクス株式会社 | シリコン発光素子 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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1999
- 1999-03-23 JP JP07718899A patent/JP3440992B2/ja not_active Expired - Fee Related
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2000
- 2000-03-06 US US09/519,452 patent/US6399225B1/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| US6399225B1 (en) | 2002-06-04 |
| DE10011567A1 (de) | 2000-11-30 |
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