JP4392051B2 - 発光素子およびその製造方法 - Google Patents
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Description
Claims (13)
- 各々がn型の導電型を有する複数の第1の量子ドットを含み、電子が絶縁層をトンネルして前記複数の第1の量子ドットを膜厚方向に流れる第1の導電部材と、
前記第1の導電部材に接して配置され、単一原子からなる半導体層と、
前記半導体層に接して配置され、各々がp型の導電型を有する複数の第2の量子ドットを含み、正孔が絶縁層をトンネルして前記複数の第2の量子ドットを膜厚方向に流れる第2の導電部材とを備え、
前記第1の導電部材において、前記正孔に対する障壁エネルギーは、前記電子に対する障壁エネルギーよりも大きく、
前記第2の導電部材において、前記電子に対する障壁エネルギーは、前記正孔に対する障壁エネルギーよりも大きく、
前記半導体層は、ゲルマニウムからなり、前記第1および第2の量子ドットとの間で前記電子および前記正孔に対するエネルギー障壁を有し、
前記複数の第1の量子ドットの各々は、前記第1の導電部材の膜厚方向にランダムに配置され、シリコンドットからなり、
前記複数の第2の量子ドットは、前記第2の導電部材の膜厚方向にランダムに配置され、シリコンドットからなり、
前記第1の導電部材は、SiO 2 よりも多くのシリコンと、酸素元素とを含むシリコン薄膜からなり、
前記第2の導電部材は、Si 3 N 4 よりも多くのシリコンと、窒素元素とを含むシリコン薄膜からなる、発光素子。 - 前記半導体層は、量子サイズ効果が生じない膜厚を有するときのエネルギーギャップ以上のエネルギーを有する、請求項1に記載の発光素子。
- 前記半導体層は、10nm以下の膜厚を有する、請求項1に記載の発光素子。
- 前記第1の導電部材は、前記複数の第1の量子ドットとトンネル電流が流れる第1の絶縁層とを含み、
前記第2の導電部材は、前記複数の第2の量子ドットとトンネル電流が流れる第2の絶縁層とを含む、請求項1に記載の発光素子。 - 前記第1および第2の絶縁層の各々は、10nm以下の膜厚を有する、請求項4に記載の発光素子。
- 各々がn型の導電型を有する複数の第1の量子ドットを含み、電子が絶縁層をトンネルして前記複数の第1の量子ドットを膜厚方向に流れる第1の導電部材と、
前記第1の導電部材に接して配置され、単一原子からなる半導体層と、
前記半導体層に接して配置され、各々がp型の導電型を有する複数の第2の量子ドットを含み、正孔が絶縁層をトンネルして前記複数の第2の量子ドットを膜厚方向に流れる第2の導電部材とを備え、
前記第1の導電部材において、前記正孔に対する障壁エネルギーは、前記電子に対する障壁エネルギーよりも大きく、
前記第2の導電部材において、前記電子に対する障壁エネルギーは、前記正孔に対する障壁エネルギーよりも大きく、
前記半導体層は、前記第1および第2の量子ドットとの間で前記電子および前記正孔に対するエネルギー障壁を有し、
前記複数の第1の量子ドットは、前記第1の導電部材の膜厚方向にランダムに配置され、シリコンドットからなり、
前記複数の第2の量子ドットは、前記第2の導電部材の膜厚方向にランダムに配置され、シリコンドットからなり、
前記半導体層は、ゲルマニウムからなり、
前記第1の導電部材は、
複数の第1の絶縁膜と、
前記複数の第1の絶縁膜と交互に配置され、各々が前記複数の第1の量子ドットを含む複数のn型半導体薄膜とを含み、
前記第2の導電部材は、
複数の第2の絶縁膜と、
前記複数の第2の絶縁膜と交互に配置され、各々が前記複数の第2の量子ドットを含む複数のp型半導体薄膜とを含み、
前記複数の第1の絶縁膜の各々は、SiO 2 膜からなり、
前記複数のn型半導体薄膜の各々は、SiO 2 よりも多くのシリコンと、酸素元素と、前記複数の第1の量子ドットとを含み、
前記複数の第2の絶縁膜の各々は、Si 3 N 4 膜からなり、
前記複数のp型半導体薄膜の各々は、Si 3 N 4 よりも多くのシリコンと、窒素元素と、前記複数の第2の量子ドットとを含む、発光素子。 - 単一原子からなる発光層と、
各々がn型の導電型を有する複数の第1の量子ドットを含み、隣接する第1の量子ドット間をトンネルさせて電子を前記発光層に蓄積する第1の導電部材と、
各々がp型の導電型を有する複数の第2の量子ドットを含み、隣接する第2の量子ドット間をトンネルさせて正孔を前記発光層に蓄積する第2の導電部材とを備え、
前記第1の導電部材において、前記正孔に対する障壁エネルギーは、前記電子に対する障壁エネルギーよりも大きく、
前記第2の導電部材において、前記電子に対する障壁エネルギーは、前記正孔に対する障壁エネルギーよりも大きく、
前記半導体層は、前記第1および第2の量子ドットとの間で前記電子および前記正孔に対するエネルギー障壁を有し、
前記複数の第1の量子ドットは、前記第1の導電部材の膜厚方向にランダムに配置され、シリコンドットからなり、
前記複数の第2の量子ドットは、前記第2の導電部材の膜厚方向にランダムに配置され、シリコンドットからなり、
前記半導体層は、ゲルマニウムからなり、
前記第1の導電部材は、SiO 2 よりも多くのシリコンと、酸素元素とを含むシリコン薄膜からなり、
前記第2の導電部材は、Si 3 N 4 よりも多くのシリコンと、窒素元素とを含むシリコン薄膜からなり、
前記発光層は、ゲルマニウムからなる、発光素子。 - 前記発光層は、10nm以下の膜厚を有する、請求項7に記載の発光素子。
- シリコンからなる量子ドットと絶縁層とを含む第1の導電部材を半導体基板上の一主面に堆積する第1の工程と、
単原子のゲルマニウムからなる半導体層を前記第1の導電部材上に堆積する第2の工程と、
シリコンからなる量子ドットと絶縁層とを含む第2の導電部材を前記半導体層上に堆積する第3の工程と、
前記第1の導電部材中へn型の不純物を導入する第4の工程と、
前記第2の導電部材中へp型の不純物を導入する第5の工程と、
前記n型の不純物を含む前記第1の導電部材と、前記半導体層と、前記p型の不純物を含む前記第2の導電部材とを熱処理する第6の工程とを備え、
前記第1の工程において、酸素を含む第1の材料ガスの流量に対するシリコンを含む第2の材料ガスの流量の比を第1の基準値以上に設定してSiO 2 よりも多くのシリコンと、酸素元素とを含むシリコン薄膜からなる前記第1の導電部材が前記一主面に堆積され、
前記第3の工程において、窒素を含む第3の材料ガスの流量に対する前記第2の材料ガスの流量の比を第2の基準値以上に設定してSi 3 N 4 よりも多くのシリコンと、窒素元素とを含むシリコン薄膜からなる前記第2の導電部材が前記第1の導電部材上に堆積される、発光素子の製造方法。 - 前記第2の工程において、ゲルマニウムを含む材料ガスを用いて基板温度を2段階に変化させて前記半導体層が堆積される、請求項9に記載の発光素子の製造方法。
- 前記第2の工程において、前記基板温度を第1の温度から前記第1の温度よりも高い第2の温度に上昇させながら前記半導体層が堆積される、請求項10に記載の発光素子の製造方法。
- 前記第2の工程において、10nm以下の膜厚を有する前記半導体層が堆積される、請求項11に記載の発光素子の製造方法。
- 前記第6の工程において、前記n型の不純物を含む前記第1の導電部材、前記半導体層および前記p型の不純物を含む前記第2の導電部材は、窒素雰囲気中で熱処理される、請求項11に記載の発光素子の製造方法。
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