JPH05206515A - 超微粒子発光素子及びその製造装置 - Google Patents
超微粒子発光素子及びその製造装置Info
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- JPH05206515A JPH05206515A JP36051591A JP36051591A JPH05206515A JP H05206515 A JPH05206515 A JP H05206515A JP 36051591 A JP36051591 A JP 36051591A JP 36051591 A JP36051591 A JP 36051591A JP H05206515 A JPH05206515 A JP H05206515A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 粒径が小さく、しかも均一性の良好な超微粒
子を提供する。 【構成】 反応容器８内へ導入した原料ガスＧに向けて
レーザ光Ｌ１を照射し、ブレークダウン現象により超微
粒子を製造する。レーザ光Ｌ１のエネルギを受けた原料
ガスは解離して活性化し、煙状に舞い上がりながら凝集
する。この時、粒径の小さな超微粒子は横方向及び上方
へ舞い上がった後に沈降するので、レーザ光Ｌ１の集光
位置Ｐ以上の高さに設置した超微粒子採集手段３８とし
ての棚４０，４０Ａに載置した基板４２上には粒径が小
さく且つ均一性の良好な超微粒子Ｂが採集されることに
なる。
子を提供する。 【構成】 反応容器８内へ導入した原料ガスＧに向けて
レーザ光Ｌ１を照射し、ブレークダウン現象により超微
粒子を製造する。レーザ光Ｌ１のエネルギを受けた原料
ガスは解離して活性化し、煙状に舞い上がりながら凝集
する。この時、粒径の小さな超微粒子は横方向及び上方
へ舞い上がった後に沈降するので、レーザ光Ｌ１の集光
位置Ｐ以上の高さに設置した超微粒子採集手段３８とし
ての棚４０，４０Ａに載置した基板４２上には粒径が小
さく且つ均一性の良好な超微粒子Ｂが採集されることに
なる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超微粒子発光素子及び
その製造装置に関する。
その製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、物質を非常に小さくして元の固体
と比較したとき、重量当りの表面積の大きさによって元
の固体とは特性上異なった状態となる、いわゆる超微粒
子が注目されている。この超微粒子とは、例えば粒径１
〜１０ｎｍの範囲の粒子のことを称し、いわゆる体積効
果や表面効果が現われて元の固体とは全く違ったふるま
いをする物質の新しい状態となる。このように元の固体
とは全く違ったふるまいをする超微粒子を、例えば半導
体材料、金属材料、絶縁材料等により形成することによ
り、今までとは性質の異なった全く新しいデバイスの誕
生が期待される。特に、半導体材料、例えばシリコンを
超微粒子結晶粉末化（例えば２０ｎｍ以下）すると、量
子効果が現われて電子の波動性により発光現象、トンネ
ル現象、超高速化現象が発生し、新しい電子デバイスの
出現が期待される。
と比較したとき、重量当りの表面積の大きさによって元
の固体とは特性上異なった状態となる、いわゆる超微粒
子が注目されている。この超微粒子とは、例えば粒径１
〜１０ｎｍの範囲の粒子のことを称し、いわゆる体積効
果や表面効果が現われて元の固体とは全く違ったふるま
いをする物質の新しい状態となる。このように元の固体
とは全く違ったふるまいをする超微粒子を、例えば半導
体材料、金属材料、絶縁材料等により形成することによ
り、今までとは性質の異なった全く新しいデバイスの誕
生が期待される。特に、半導体材料、例えばシリコンを
超微粒子結晶粉末化（例えば２０ｎｍ以下）すると、量
子効果が現われて電子の波動性により発光現象、トンネ
ル現象、超高速化現象が発生し、新しい電子デバイスの
出現が期待される。
【０００３】例えば、Ｓｉ（シリコン）の超微粒子を適
用したデバイスを例にとると、シリコンは、従来にあっ
ては発光ダイオードとしては使用することができないも
のと考えられていたが、例えば粒径５ｎｍ以下の超微粒
子にすることにより光学的なフォトルミネセンス効果を
生じ、発光することが確認されている。また、このよう
な発光現象が電流注入、すなわち電気的な作用により現
われるとすれば、シリコン自体がＬＳＩと非常に材料的
な相性が良好であることからＬＳＩチップ間の高速コネ
クションとしての光コネクション分野への応用が期待さ
れると共に平面ディスプレイ分野への応用等も期待され
る。
用したデバイスを例にとると、シリコンは、従来にあっ
ては発光ダイオードとしては使用することができないも
のと考えられていたが、例えば粒径５ｎｍ以下の超微粒
子にすることにより光学的なフォトルミネセンス効果を
生じ、発光することが確認されている。また、このよう
な発光現象が電流注入、すなわち電気的な作用により現
われるとすれば、シリコン自体がＬＳＩと非常に材料的
な相性が良好であることからＬＳＩチップ間の高速コネ
クションとしての光コネクション分野への応用が期待さ
れると共に平面ディスプレイ分野への応用等も期待され
る。
【０００４】ところで、超微粒子（量子箱）ではなく量
子細線を利用したもの、すなわち表面を多孔質化するこ
とで太さ数ｎｍオーダで高さ数μｍオーダのシリコンの
ワイヤ状の柱を林立させたシリコンウエハを用いてこれ
をレーザ光の作用で発光させたデバイスは知られている
が、超微粒子を用いた電気的な発光素子は十分に開発さ
れておらず研究の段階である。この研究段階中の、電気
的な作用による発光デバイスへのアプローチとして、シ
リコンのＬＳＩチップ上にＧａＡｓ系の発光素子を積み
上げて、発光デバイスを製造しようとする試みがなされ
ている。
子細線を利用したもの、すなわち表面を多孔質化するこ
とで太さ数ｎｍオーダで高さ数μｍオーダのシリコンの
ワイヤ状の柱を林立させたシリコンウエハを用いてこれ
をレーザ光の作用で発光させたデバイスは知られている
が、超微粒子を用いた電気的な発光素子は十分に開発さ
れておらず研究の段階である。この研究段階中の、電気
的な作用による発光デバイスへのアプローチとして、シ
リコンのＬＳＩチップ上にＧａＡｓ系の発光素子を積み
上げて、発光デバイスを製造しようとする試みがなされ
ている。
【０００５】また、例えば発光素子に使用するための量
子効果を十分に発揮するような超微粒子を製造するため
の方法としては蒸発・凝縮法、触媒反応法、プラズマ
法、レーザ法等が提案されているが、その中で特にレー
ザ法が注目されている。その理由は、レーザ光の単色性
による高い物質選択性のため反応ガスが効率的に光エネ
ルギを吸収し高温の熱反応を容易に起こすことができる
こと及び光学的な手法により容易に反応領域の制御が可
能であること等による。しかしながら、品質の良好な、
例えば粒径２０ｎｍ以下の超微粒子を製造することは非
常に困難であった。
子効果を十分に発揮するような超微粒子を製造するため
の方法としては蒸発・凝縮法、触媒反応法、プラズマ
法、レーザ法等が提案されているが、その中で特にレー
ザ法が注目されている。その理由は、レーザ光の単色性
による高い物質選択性のため反応ガスが効率的に光エネ
ルギを吸収し高温の熱反応を容易に起こすことができる
こと及び光学的な手法により容易に反応領域の制御が可
能であること等による。しかしながら、品質の良好な、
例えば粒径２０ｎｍ以下の超微粒子を製造することは非
常に困難であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者は、
例えばシリコンの粒径２０ｎｍ以下の超微粒子を得るた
めに試みに図１６に示すような超微粒子製造装置を検討
した。すなわち水平方向に設置した反応容器２内に原料
ガス例えばシラン（ＳｉＨ4 ）を導入し、この中に集光
レンズ４で絞ったレーザ光Ｌを照射すると集光レンズ４
の焦点、すなわち集光位置Ｐのシランが分解されてシリ
コン原子が分離、凝集して超微粒子（クラスタ）が基板
６上に堆積形成されることになる。ところで、超微粒子
を用いた発光素子等のデバイスの実現及びその性質の向
上には、製造された超微粒子の粒径を揃えることが必要
であるが、上記したような製造装置にあっては、解離し
た原子が凝集するときに種々の個数で結合して凝集する
ことから粒径の大きさが変動し、例えば３ｎｍ〜４０ｎ
ｍの範囲に分布するという改善点があった。また、凝集
した超微粒子が光圧によって横方向に飛散されたりし
て、粒径の大小の超微粒子が混在するという改善点も有
していた。
例えばシリコンの粒径２０ｎｍ以下の超微粒子を得るた
めに試みに図１６に示すような超微粒子製造装置を検討
した。すなわち水平方向に設置した反応容器２内に原料
ガス例えばシラン（ＳｉＨ4 ）を導入し、この中に集光
レンズ４で絞ったレーザ光Ｌを照射すると集光レンズ４
の焦点、すなわち集光位置Ｐのシランが分解されてシリ
コン原子が分離、凝集して超微粒子（クラスタ）が基板
６上に堆積形成されることになる。ところで、超微粒子
を用いた発光素子等のデバイスの実現及びその性質の向
上には、製造された超微粒子の粒径を揃えることが必要
であるが、上記したような製造装置にあっては、解離し
た原子が凝集するときに種々の個数で結合して凝集する
ことから粒径の大きさが変動し、例えば３ｎｍ〜４０ｎ
ｍの範囲に分布するという改善点があった。また、凝集
した超微粒子が光圧によって横方向に飛散されたりし
て、粒径の大小の超微粒子が混在するという改善点も有
していた。
【０００７】そこで、大きな粒径の超微粒子を採集する
場合には集光位置Ｐの付近の真下に基板４を設置し、小
さな粒径の超微粒子を採集する場合には集光位置Ｐから
水平方向へ離れた位置に基板６を設置することも考えら
れるが、この方法では超微粒子の粒径の分別力は十分で
はなく、粒径の大きさの異なる超微粒子が混在し、粒径
のサイズを揃えることができないという改善点がある。
特に、基板６上にデバイス用のパターンが刻んで形成さ
れている場合には、特に粒径サイズの均一性が要求さ
れ、上記した問題点の解決が強く望まれている。
場合には集光位置Ｐの付近の真下に基板４を設置し、小
さな粒径の超微粒子を採集する場合には集光位置Ｐから
水平方向へ離れた位置に基板６を設置することも考えら
れるが、この方法では超微粒子の粒径の分別力は十分で
はなく、粒径の大きさの異なる超微粒子が混在し、粒径
のサイズを揃えることができないという改善点がある。
特に、基板６上にデバイス用のパターンが刻んで形成さ
れている場合には、特に粒径サイズの均一性が要求さ
れ、上記した問題点の解決が強く望まれている。
【０００８】また、前述したようにシリコンのＬＳＩチ
ップ上にＧａＡｓ系の発光素子を形成して発光デバイス
を製造する場合には、シリコンの不純物レベルを構成す
るＧａ，ＡｓがシリコンＬＳＩを汚染する原因となり、
あまり実用的ではなく、上述のように形成したシリコン
超微粒子を用いて汚染の心配のない発光素子を製造する
ことが強く望まれている。本発明は、以上のような問題
点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたもので
ある。本発明の目的は、粒径の揃った超微粒子の結晶粉
末を製造できる超微粒子製造装置及びこの装置で製造さ
れたシリコン超微粒子で製造された超微粒子発光素子を
提供することにある。
ップ上にＧａＡｓ系の発光素子を形成して発光デバイス
を製造する場合には、シリコンの不純物レベルを構成す
るＧａ，ＡｓがシリコンＬＳＩを汚染する原因となり、
あまり実用的ではなく、上述のように形成したシリコン
超微粒子を用いて汚染の心配のない発光素子を製造する
ことが強く望まれている。本発明は、以上のような問題
点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたもので
ある。本発明の目的は、粒径の揃った超微粒子の結晶粉
末を製造できる超微粒子製造装置及びこの装置で製造さ
れたシリコン超微粒子で製造された超微粒子発光素子を
提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、第１の発明は、反応容器内へ導入した超微粒子用
の原料ガスにレーザ光を照射して超微粒子を形成する超
微粒子製造装置において、前記反応容器内に、粒径の比
較的均一な超微粒子を採集すべく前記レーザ光の集光位
置以上の高さに超微粒子採集手段を設けるように構成し
たものである。また、第２の発明は、Ｎ型のシリコン超
微粒子とＰ型のシリコン超微粒子とを接合処理して、電
流の注入により発光する発光接合面を形成するように構
成したものである。
めに、第１の発明は、反応容器内へ導入した超微粒子用
の原料ガスにレーザ光を照射して超微粒子を形成する超
微粒子製造装置において、前記反応容器内に、粒径の比
較的均一な超微粒子を採集すべく前記レーザ光の集光位
置以上の高さに超微粒子採集手段を設けるように構成し
たものである。また、第２の発明は、Ｎ型のシリコン超
微粒子とＰ型のシリコン超微粒子とを接合処理して、電
流の注入により発光する発光接合面を形成するように構
成したものである。
【００１０】
【作用】上記した第１の発明によれば、反応容器内へ導
入した原料ガスにレーザ光を照射することにより、レー
ザ光の焦光位置に存在するガスは誘電破壊（ブレークダ
ウン）により解離し、凝集する。この時発生する超微粒
子は煙状となって反応容器内に浮遊し、粒径の小さな超
微粒子は集光位置よりも上方に舞い上がり、集光位置よ
りも上方に設置された超微粒子採集手段によって採集さ
れることになる。従って、粒径の小さなしかも均一な超
微粒子の結晶を得ることが可能となる。また、上記した
第２の発明によれば、上記第１の発明によって得られた
例えばシリコンの超微粒子を用いて発光素子が得られ
る。すなわち、上記第１の発明を用いて例えばシリコン
の超微粒子を形成する際に、原料ガスの他に例えばＢＣ
ｌ3 等のＰ型不純物ガスやＰＯＣｌ3 等のＮ型不純物ガ
スを混入させてＰ型の超微粒子及びＮ型の超微粒子を製
造し、これらＰ型の超微粒子とＮ型の超微粒子を基板上
に積層させたり、或いはマトリクス材を介して相互の粒
子を混ぜ合わせて熱処理することにより発光接合面を形
成する。そして、この形成された発光接合面に電流を注
入することにより量子効果により発光現象が現われるこ
とになる。
入した原料ガスにレーザ光を照射することにより、レー
ザ光の焦光位置に存在するガスは誘電破壊（ブレークダ
ウン）により解離し、凝集する。この時発生する超微粒
子は煙状となって反応容器内に浮遊し、粒径の小さな超
微粒子は集光位置よりも上方に舞い上がり、集光位置よ
りも上方に設置された超微粒子採集手段によって採集さ
れることになる。従って、粒径の小さなしかも均一な超
微粒子の結晶を得ることが可能となる。また、上記した
第２の発明によれば、上記第１の発明によって得られた
例えばシリコンの超微粒子を用いて発光素子が得られ
る。すなわち、上記第１の発明を用いて例えばシリコン
の超微粒子を形成する際に、原料ガスの他に例えばＢＣ
ｌ3 等のＰ型不純物ガスやＰＯＣｌ3 等のＮ型不純物ガ
スを混入させてＰ型の超微粒子及びＮ型の超微粒子を製
造し、これらＰ型の超微粒子とＮ型の超微粒子を基板上
に積層させたり、或いはマトリクス材を介して相互の粒
子を混ぜ合わせて熱処理することにより発光接合面を形
成する。そして、この形成された発光接合面に電流を注
入することにより量子効果により発光現象が現われるこ
とになる。
【００１１】
【実施例】以下に、本発明に係る超微粒子発光素子及び
これを製造する超微粒子製造装置の一実施例を添付図面
に基づいて詳述する。まず、第１の発明である超微粒子
製造装置の一実施例を説明する。図１は第１の発明に係
る超微粒子製造装置を示す概略構成図である。図１６に
示す装置と同一部分については同一符号を付す。図示す
るようにこの超微粒子製造装置は、例えばステンレス等
により円筒体状に成形された反応容器８を有しており、
この反応容器８の天井部の中央には上方へ円筒状に突出
させたレーザ光導入部１０が形成されると共に、このレ
ーザ光導入部１０の上端部には、レーザ光を内部へ導入
するための、例えば石英ガラス等により構成されたレー
ザ光導入窓１２が取り付けられている。
これを製造する超微粒子製造装置の一実施例を添付図面
に基づいて詳述する。まず、第１の発明である超微粒子
製造装置の一実施例を説明する。図１は第１の発明に係
る超微粒子製造装置を示す概略構成図である。図１６に
示す装置と同一部分については同一符号を付す。図示す
るようにこの超微粒子製造装置は、例えばステンレス等
により円筒体状に成形された反応容器８を有しており、
この反応容器８の天井部の中央には上方へ円筒状に突出
させたレーザ光導入部１０が形成されると共に、このレ
ーザ光導入部１０の上端部には、レーザ光を内部へ導入
するための、例えば石英ガラス等により構成されたレー
ザ光導入窓１２が取り付けられている。
【００１２】そして、このレーザ光導入部１０の下端
部、すなわち反応容器８側に臨む開口部には、反応容器
８内で発生する超微粒子がレーザ光導入窓側へ侵入して
窓に付着することを防止するための微粒子侵入防止膜１
４が取り付けられている。この微粒子侵入防止膜１４の
材料としては、多孔性材料の膜、繊維質の膜或いは金属
網等であって原料ガスと反応せず、しかも不純物となら
ず、ゴミも発生せず、吸湿性の比較的少ない材料ならば
どのようなものでもよい。そして、この微粒子侵入防止
膜１４の略中心には、入射するレーザ光をこれに当たる
ことなく通すための孔１６が形成されている。
部、すなわち反応容器８側に臨む開口部には、反応容器
８内で発生する超微粒子がレーザ光導入窓側へ侵入して
窓に付着することを防止するための微粒子侵入防止膜１
４が取り付けられている。この微粒子侵入防止膜１４の
材料としては、多孔性材料の膜、繊維質の膜或いは金属
網等であって原料ガスと反応せず、しかも不純物となら
ず、ゴミも発生せず、吸湿性の比較的少ない材料ならば
どのようなものでもよい。そして、この微粒子侵入防止
膜１４の略中心には、入射するレーザ光をこれに当たる
ことなく通すための孔１６が形成されている。
【００１３】上記レーザ光導入窓１２の外側には、例え
ば炭酸ガスレーザ等のレーザ光Ｌ１を発するレーザ発振
器１８及びこのレーザ光Ｌ１を集光する集光レンズ２０
が設けられると共に、上記レーザ発振器１８には図示し
ない制御部が接続されており、レーザ光のパルス間隔等
を適宜調整し得るように構成されている。また、この反
応容器８の天井部には、反応容器８内の圧力を検知する
圧力計２２が接続されると共に、例えばシランのような
原料ガスをキャリアガスと共に導入するガス導入管２４
が接続され、この導入管２４にはガス導入バルブ２６が
介設されて原料ガスの供給を制御するように構成されて
いる。
ば炭酸ガスレーザ等のレーザ光Ｌ１を発するレーザ発振
器１８及びこのレーザ光Ｌ１を集光する集光レンズ２０
が設けられると共に、上記レーザ発振器１８には図示し
ない制御部が接続されており、レーザ光のパルス間隔等
を適宜調整し得るように構成されている。また、この反
応容器８の天井部には、反応容器８内の圧力を検知する
圧力計２２が接続されると共に、例えばシランのような
原料ガスをキャリアガスと共に導入するガス導入管２４
が接続され、この導入管２４にはガス導入バルブ２６が
介設されて原料ガスの供給を制御するように構成されて
いる。
【００１４】更に、反応容器８の底部の中央には、下方
へ突出させて例えば石英よりなる観察窓２８が取り付け
られると共に、この内側には前述と同様な構造の微粒子
侵入防止膜３０が形成されると共にこの観察窓２８の外
側には遮光板３２を設けてレーザ光Ｌ１の透過を防止し
ている。また、この底部には、図示しない真空ポンプや
フィルタ等に接続されたガス排気管３４が連結されると
共に、このガス排気管３４には排気を制御する排気バル
ブ３６が介設されている。
へ突出させて例えば石英よりなる観察窓２８が取り付け
られると共に、この内側には前述と同様な構造の微粒子
侵入防止膜３０が形成されると共にこの観察窓２８の外
側には遮光板３２を設けてレーザ光Ｌ１の透過を防止し
ている。また、この底部には、図示しない真空ポンプや
フィルタ等に接続されたガス排気管３４が連結されると
共に、このガス排気管３４には排気を制御する排気バル
ブ３６が介設されている。
【００１５】この反応容器８内の内壁には、粒径の比較
的均一な超微粒子を採集するための本発明の特長とする
超微粒子採集手段３８が設けられている。具体的には、
この採集手段３８は、容器内方に向けて水平方向に延在
させた多数の棚４０を容器内の高さ方向に沿って所定の
間隙を隔てて設置することにより構成されており、特
に、レーザ光の集光位置Ｐと同じ水平レベル或いはそれ
以上の高さに設置されている棚４０Ａにおいては、粒径
が小さく均一性の特に良好な超微粒子が採集される。ま
た、棚４０が下段に行くに従って、採集される超微粒子
の粒径のサイズは次第に大きくなる。上記棚４０の大き
さは、この部分に処理すべき基板４２が乗る程度に設定
する。
的均一な超微粒子を採集するための本発明の特長とする
超微粒子採集手段３８が設けられている。具体的には、
この採集手段３８は、容器内方に向けて水平方向に延在
させた多数の棚４０を容器内の高さ方向に沿って所定の
間隙を隔てて設置することにより構成されており、特
に、レーザ光の集光位置Ｐと同じ水平レベル或いはそれ
以上の高さに設置されている棚４０Ａにおいては、粒径
が小さく均一性の特に良好な超微粒子が採集される。ま
た、棚４０が下段に行くに従って、採集される超微粒子
の粒径のサイズは次第に大きくなる。上記棚４０の大き
さは、この部分に処理すべき基板４２が乗る程度に設定
する。
【００１６】次に、以上のような構成された装置の動作
について説明する。まず、超微粒子採集手段３８の各棚
４０に処理すべき基板４２を載置する。そして反応容器
８の底部に設けたガス排気管３４を介して内部雰囲気を
排出することにより高真空にし、排気バルブ３６を閉じ
る。次に、ガス導入管２４のガス導入バルブ２６を開に
することによりキャリアガスにより搬送されてきた原料
ガスＧ或はキャリアガスなしで搬送されてきた原料ガス
Ｇ、例えばシランを反応容器８内へ所定の圧力になるま
で導入し、このガス導入バルブ２６を閉じる。そして、
レーザ発振器１８を駆動することによりパルス状のレー
ザ光Ｌ１を発射し、これを集光レンズ２０、レーザ光導
入窓１２を介して反応容器８内へ導入する。
について説明する。まず、超微粒子採集手段３８の各棚
４０に処理すべき基板４２を載置する。そして反応容器
８の底部に設けたガス排気管３４を介して内部雰囲気を
排出することにより高真空にし、排気バルブ３６を閉じ
る。次に、ガス導入管２４のガス導入バルブ２６を開に
することによりキャリアガスにより搬送されてきた原料
ガスＧ或はキャリアガスなしで搬送されてきた原料ガス
Ｇ、例えばシランを反応容器８内へ所定の圧力になるま
で導入し、このガス導入バルブ２６を閉じる。そして、
レーザ発振器１８を駆動することによりパルス状のレー
ザ光Ｌ１を発射し、これを集光レンズ２０、レーザ光導
入窓１２を介して反応容器８内へ導入する。
【００１７】するとレーザ光Ｌ１の集光位置Ｐにおいて
は、シラン（ＳｉＨ4 ）がブレークダウン現象により分
解、活性化し、活性化したＳｉ原子群は凝集して超微粒
子Ｂとなって薄い煙状に反応容器８内を浮遊する。この
時、粒径の小さな超微粒子は集光位置Ｐよりも上方へ舞
い上がる傾向となり、超微粒子の煙はゆっくりと沈降し
ていく。そして、粒径の小さな超微粒子は横に広がりな
がら特にゆっくりと沈降し、粒径の大きな超微粒子は比
較的早く沈降して行く。従って、集光位置Ｐと同じ水平
レベル或いはそれよりも高い位置にある棚４０Ａに設け
た基板４２には粒径が小さくしかも均一な超微粒子が採
集されることになる。また、集光位置Ｐよりも下方に位
置される棚４０に載置される基板４２には、下方に行く
に従って次第に粒径の大きな超微粒子が採集されること
になり、粒径のサイズ別に採集することが可能となる。
は、シラン（ＳｉＨ4 ）がブレークダウン現象により分
解、活性化し、活性化したＳｉ原子群は凝集して超微粒
子Ｂとなって薄い煙状に反応容器８内を浮遊する。この
時、粒径の小さな超微粒子は集光位置Ｐよりも上方へ舞
い上がる傾向となり、超微粒子の煙はゆっくりと沈降し
ていく。そして、粒径の小さな超微粒子は横に広がりな
がら特にゆっくりと沈降し、粒径の大きな超微粒子は比
較的早く沈降して行く。従って、集光位置Ｐと同じ水平
レベル或いはそれよりも高い位置にある棚４０Ａに設け
た基板４２には粒径が小さくしかも均一な超微粒子が採
集されることになる。また、集光位置Ｐよりも下方に位
置される棚４０に載置される基板４２には、下方に行く
に従って次第に粒径の大きな超微粒子が採集されること
になり、粒径のサイズ別に採集することが可能となる。
【００１８】目標とする超微粒子の粒径のサイズは、反
応容器８内の反応ガス圧を調整することにより制御で
き、より粒径の小さな超微粒子を得るには反応ガス圧を
小さくする。一般的には量子効果を有効に発揮させるた
めには、光学的に応用する場合は粒径が２ｎｍ〜５０ｎ
ｍの範囲、電子デバイスに用いる場合は１０ｎｍ前後で
あり、本実施例にあっては、粒径約２０ｎｍ以下の半導
体、金属、絶縁体（光学材）の超微粒子を製造すること
ができる。
応容器８内の反応ガス圧を調整することにより制御で
き、より粒径の小さな超微粒子を得るには反応ガス圧を
小さくする。一般的には量子効果を有効に発揮させるた
めには、光学的に応用する場合は粒径が２ｎｍ〜５０ｎ
ｍの範囲、電子デバイスに用いる場合は１０ｎｍ前後で
あり、本実施例にあっては、粒径約２０ｎｍ以下の半導
体、金属、絶縁体（光学材）の超微粒子を製造すること
ができる。
【００１９】また、特に粒径の小さな超微粒子を得るた
めには、レーザ光のパルス間隔を、原料ガスが１つのパ
ルスの照射により解離して活性化し凝集し終るまでに要
する時間よりも長く設定する。これにより複数の超微粒
子が結合して凝集することがなくなり、粒径の特に小さ
な超微粒子を得ることが可能となる。また、上記実施例
にあっては単なるシリコンの超微粒子を製造する場合に
ついて説明したが、これに限定されず、例えば原料ガス
の供給時に例えばＢＣｌ3 等のＰ型不純物ガスやＰＯＣ
ｌ3 等のＮ型不純物ガスを混入させることによりＰ型の
シリコン超微粒子或いはＮ型のシリコン超微粒子も得る
ことができる。
めには、レーザ光のパルス間隔を、原料ガスが１つのパ
ルスの照射により解離して活性化し凝集し終るまでに要
する時間よりも長く設定する。これにより複数の超微粒
子が結合して凝集することがなくなり、粒径の特に小さ
な超微粒子を得ることが可能となる。また、上記実施例
にあっては単なるシリコンの超微粒子を製造する場合に
ついて説明したが、これに限定されず、例えば原料ガス
の供給時に例えばＢＣｌ3 等のＰ型不純物ガスやＰＯＣ
ｌ3 等のＮ型不純物ガスを混入させることによりＰ型の
シリコン超微粒子或いはＮ型のシリコン超微粒子も得る
ことができる。
【００２０】また更に、上記実施例はシリコンのような
半導体のみならず、金属材、絶縁体（光学材）等の超微
粒子を製造するときにも適用することができ、また、原
料ガスとしてはシランに限定されず気相化合物となり得
るものであればどのようなガスでも使用することができ
る。尚、上記実施例にあっては、上方から下方に向けて
レーザ光Ｌ１を照射する場合について説明したが、これ
に限定されず、図２に示すように図１６で示したと同様
に横方面からレーザ光Ｌ１を照射するようにしてもよ
い。この場合にも、反応容器２内の高さ方向に沿って基
板４２等を載置する多数の棚４０を所定の間隔でもって
設けることにより超微粒子採集手段３８を形成する。そ
して、集光位置Ｐと同じレベル或いはそれ以上高い位置
に設置された棚４０Ａ上に載置された基板４２上に、粒
径が小さく均一性の良好な超微粒子が採集されることに
なる。
半導体のみならず、金属材、絶縁体（光学材）等の超微
粒子を製造するときにも適用することができ、また、原
料ガスとしてはシランに限定されず気相化合物となり得
るものであればどのようなガスでも使用することができ
る。尚、上記実施例にあっては、上方から下方に向けて
レーザ光Ｌ１を照射する場合について説明したが、これ
に限定されず、図２に示すように図１６で示したと同様
に横方面からレーザ光Ｌ１を照射するようにしてもよ
い。この場合にも、反応容器２内の高さ方向に沿って基
板４２等を載置する多数の棚４０を所定の間隔でもって
設けることにより超微粒子採集手段３８を形成する。そ
して、集光位置Ｐと同じレベル或いはそれ以上高い位置
に設置された棚４０Ａ上に載置された基板４２上に、粒
径が小さく均一性の良好な超微粒子が採集されることに
なる。
【００２１】次に、第２の発明である超微粒子発光素子
の一実施例を説明する。この発明は、例えば第１の発明
を用いて製造したＮ型及びＰ型のシリコン超微粒子を使
用して製造された発光素子である。前述のようにシリコ
ンの超微粒子をフォトルミネセンス効果により発光させ
ることは可能であるが、電気的に発光させることは現在
のところできない。電気的な発光素子を形成するために
は、Ｐ型の超微粒子とＮ型の超微粒子とを形成すること
が必要であり、これらＰ型とＮ型の超微粒子を接合して
ＰＮ接合構造を形成し、この接合面に電流を注入させる
ことにより電気的発光素子が可能となる。
の一実施例を説明する。この発明は、例えば第１の発明
を用いて製造したＮ型及びＰ型のシリコン超微粒子を使
用して製造された発光素子である。前述のようにシリコ
ンの超微粒子をフォトルミネセンス効果により発光させ
ることは可能であるが、電気的に発光させることは現在
のところできない。電気的な発光素子を形成するために
は、Ｐ型の超微粒子とＮ型の超微粒子とを形成すること
が必要であり、これらＰ型とＮ型の超微粒子を接合して
ＰＮ接合構造を形成し、この接合面に電流を注入させる
ことにより電気的発光素子が可能となる。
【００２２】まず、Ｐ型及びＮ型のシリコン超微粒子を
製造する方法には２つあり、その１つは、第１の発明の
説明の中で記したように、シリコン超微粒子製造の時に
シランガスを使用するがこの時、原料ガスに各々Ｐ型不
純物ガスまたはＮ型不純物ガスを混入させる。これによ
り、Ｐ型及びＮ型のシリコン超微粒子を得ることができ
る。他の１つの方法は、第１の発明の説明の中で記した
ように、純度の高いシランガスを用いて単なるシリコン
超微粒子を製造し、その後、これを不純物拡散炉に入れ
てＰ型化またはＮ型化する。これによりＰ型及びＮ型の
シリコン超微粒子を得ることができる。
製造する方法には２つあり、その１つは、第１の発明の
説明の中で記したように、シリコン超微粒子製造の時に
シランガスを使用するがこの時、原料ガスに各々Ｐ型不
純物ガスまたはＮ型不純物ガスを混入させる。これによ
り、Ｐ型及びＮ型のシリコン超微粒子を得ることができ
る。他の１つの方法は、第１の発明の説明の中で記した
ように、純度の高いシランガスを用いて単なるシリコン
超微粒子を製造し、その後、これを不純物拡散炉に入れ
てＰ型化またはＮ型化する。これによりＰ型及びＮ型の
シリコン超微粒子を得ることができる。
【００２３】次に、シリコン超微粒子の電気的発光原理
について説明する。まず、図３に示すように１つのＮ型
のシリコン超微粒子５０と１つのＰ型のシリコン超微粒
子の接合モデルを検討する。図４乃至図５は図３中のＩ
−Ｉ線で切った面のエネルギレベル構造図を近似的に表
わした図である。両超微粒子５０，５２の接合部は発光
接合面５４として構成され、各超微粒子５０，５２の他
端にはオーミック金属電極５６，５８が接続されてい
る。図４はバイアス電圧がゼロで、図中波線で示すフェ
ルミ準位６０が直線状になっている。この状態ではＮ型
のシリコン超微粒子５０中のキャリアである自由電子６
２及びＰ型のシリコン超微粒子５２中のキャリアである
正孔６４はともに移動しない。
について説明する。まず、図３に示すように１つのＮ型
のシリコン超微粒子５０と１つのＰ型のシリコン超微粒
子の接合モデルを検討する。図４乃至図５は図３中のＩ
−Ｉ線で切った面のエネルギレベル構造図を近似的に表
わした図である。両超微粒子５０，５２の接合部は発光
接合面５４として構成され、各超微粒子５０，５２の他
端にはオーミック金属電極５６，５８が接続されてい
る。図４はバイアス電圧がゼロで、図中波線で示すフェ
ルミ準位６０が直線状になっている。この状態ではＮ型
のシリコン超微粒子５０中のキャリアである自由電子６
２及びＰ型のシリコン超微粒子５２中のキャリアである
正孔６４はともに移動しない。
【００２４】図５はＮ型のシリコン超微粒子に＋、Ｐ型
のシリコン超微粒子に−の電圧、すなわち逆バイアスの
電圧を印加した場合を示し、この場合にも何ら反応は生
じない。図６は、Ｎ型のシリコン超微粒子に−、Ｐ型の
シリコン超微粒子に＋の電圧、すなわち順方向バイアス
電圧を印加した場合を示し、この場合には電極５６から
Ｎ型のシリコン超微粒子５０へ電子６２の注入が行なわ
れ、他の電極５８からＰ型のシリコン超微粒子５０へ正
孔６４の注入が行なわれる。そして、発光接合面５４に
て上記電子と正孔の再結合面が生じ、この時、エネルギ
ギャップに相当するエネルギが発光６６となって放出さ
れることになる。
のシリコン超微粒子に−の電圧、すなわち逆バイアスの
電圧を印加した場合を示し、この場合にも何ら反応は生
じない。図６は、Ｎ型のシリコン超微粒子に−、Ｐ型の
シリコン超微粒子に＋の電圧、すなわち順方向バイアス
電圧を印加した場合を示し、この場合には電極５６から
Ｎ型のシリコン超微粒子５０へ電子６２の注入が行なわ
れ、他の電極５８からＰ型のシリコン超微粒子５０へ正
孔６４の注入が行なわれる。そして、発光接合面５４に
て上記電子と正孔の再結合面が生じ、この時、エネルギ
ギャップに相当するエネルギが発光６６となって放出さ
れることになる。
【００２５】また、図７は、各シリコン超微粒子５０，
５２の全体が、薄い酸化膜、例えば自然酸化膜６８，６
８により被われている場合を示し、図８及び図９はその
場合のエネルギレベル構造図を示す。図８はバイアス電
圧がゼロの場合を示しておりフェルミ準位は直線状にな
っている。この場合には、電子６２及び正孔６４はとも
に移動せず、発光現象も生じない。これに対して、図９
は順方向にバイアス電圧を印加した場合を示し、この場
合には、自然酸化膜の厚さは約１ｎｍ〜２ｎｍ程度と非
常に薄いことから電子６２はトンネル効果の作用により
容易に自然酸化膜６８を通り抜ける。すなわち、トンネ
ル効果により電極５６からＮ型の超微粒子５０へ注入さ
れた電子６２は再び自然酸化膜６８を突き抜けてＰ型の
領域に注入され、ここで正孔６４と再結合して発光６６
が生ずる。
５２の全体が、薄い酸化膜、例えば自然酸化膜６８，６
８により被われている場合を示し、図８及び図９はその
場合のエネルギレベル構造図を示す。図８はバイアス電
圧がゼロの場合を示しておりフェルミ準位は直線状にな
っている。この場合には、電子６２及び正孔６４はとも
に移動せず、発光現象も生じない。これに対して、図９
は順方向にバイアス電圧を印加した場合を示し、この場
合には、自然酸化膜の厚さは約１ｎｍ〜２ｎｍ程度と非
常に薄いことから電子６２はトンネル効果の作用により
容易に自然酸化膜６８を通り抜ける。すなわち、トンネ
ル効果により電極５６からＮ型の超微粒子５０へ注入さ
れた電子６２は再び自然酸化膜６８を突き抜けてＰ型の
領域に注入され、ここで正孔６４と再結合して発光６６
が生ずる。
【００２６】以上の原理を用いて形成された超微粒子発
光素子の断面図を図１３に示す。図示するようにこの超
微粒子発光素子７０は、ガラス或いはシリコンウエハよ
りなる基板７２上に金属電極７４を形成し、この電極７
４上にまずＮ型のシリコン超微粒子５０を積層し、更
に、この上にＰ型のシリコン超微粒子５２を積層して構
成されている。そして、これら両超微粒子５０，５２の
接合部は発光接合面５４として構成される。更に、上記
Ｐ型のシリコン超微粒子５２の上部には、押さえ込み用
のカーボン膜７５及び透明電極７６が順次形成されて、
超微粒子発光素子７０の全体が形成される。
光素子の断面図を図１３に示す。図示するようにこの超
微粒子発光素子７０は、ガラス或いはシリコンウエハよ
りなる基板７２上に金属電極７４を形成し、この電極７
４上にまずＮ型のシリコン超微粒子５０を積層し、更
に、この上にＰ型のシリコン超微粒子５２を積層して構
成されている。そして、これら両超微粒子５０，５２の
接合部は発光接合面５４として構成される。更に、上記
Ｐ型のシリコン超微粒子５２の上部には、押さえ込み用
のカーボン膜７５及び透明電極７６が順次形成されて、
超微粒子発光素子７０の全体が形成される。
【００２７】この発光素子７０の製造過程を具体的に説
明すると、まず、図１０に示すようにガラス或いはシリ
コンウエハ等よりなる基板７２上にパターニングした金
属電極７４をアルミニウムやモリブデン等により配設
し、この上に厚い酸化膜、例えばＳｉＯ2 酸化膜７７を
形成する。そして、上記金属電極７４の上方に位置する
酸化膜をエッチング等により除去し、穴７８を形成す
る。次に、図１１に示すようにこの穴７８に、まず、Ｎ
型のシリコン超微粒子５０を穴７８の深さの約半分程ま
で詰め込む。更に、図１２に示すように上記Ｎ型のシリ
コン超微粒子５０の上にＰ型のシリコン超微粒子５２を
詰め込み、穴７８内をほぼ一杯にする。そして、更に上
方に例えばスパーク法等によりカーボン膜７５を薄くオ
ーバコートすることにより、詰め込んだ超微粒子群を押
さえ込むようにする。尚、Ｐ型とＮ型のシリコン超微粒
子の詰め込み順序を逆にしてもよい。更に、図１３に示
すように上記カーボン膜７５の上方から、例えば透明な
ネサガラス等の薄い透明電極７６を形成し、全体を完成
する。尚、途中の工程でＮ型及びＰ型のシリコン超微粒
子５０，５２を接合化するために、所定の温度で熱処理
を行ない、発光接合面５４を形成する。
明すると、まず、図１０に示すようにガラス或いはシリ
コンウエハ等よりなる基板７２上にパターニングした金
属電極７４をアルミニウムやモリブデン等により配設
し、この上に厚い酸化膜、例えばＳｉＯ2 酸化膜７７を
形成する。そして、上記金属電極７４の上方に位置する
酸化膜をエッチング等により除去し、穴７８を形成す
る。次に、図１１に示すようにこの穴７８に、まず、Ｎ
型のシリコン超微粒子５０を穴７８の深さの約半分程ま
で詰め込む。更に、図１２に示すように上記Ｎ型のシリ
コン超微粒子５０の上にＰ型のシリコン超微粒子５２を
詰め込み、穴７８内をほぼ一杯にする。そして、更に上
方に例えばスパーク法等によりカーボン膜７５を薄くオ
ーバコートすることにより、詰め込んだ超微粒子群を押
さえ込むようにする。尚、Ｐ型とＮ型のシリコン超微粒
子の詰め込み順序を逆にしてもよい。更に、図１３に示
すように上記カーボン膜７５の上方から、例えば透明な
ネサガラス等の薄い透明電極７６を形成し、全体を完成
する。尚、途中の工程でＮ型及びＰ型のシリコン超微粒
子５０，５２を接合化するために、所定の温度で熱処理
を行ない、発光接合面５４を形成する。
【００２８】次に、このように構成された本実施例の動
作について説明する。まず、Ｎ型のシリコン超微粒子５
０と接している基板７２上の金属電極７４に−の電圧を
印加すると共に、Ｐ型のシリコン超微粒子５２と接して
いる上部の透明電極７６に＋の電圧を印加することによ
り、この発光素子７０に順方向のバイアス電圧を印加す
る。
作について説明する。まず、Ｎ型のシリコン超微粒子５
０と接している基板７２上の金属電極７４に−の電圧を
印加すると共に、Ｐ型のシリコン超微粒子５２と接して
いる上部の透明電極７６に＋の電圧を印加することによ
り、この発光素子７０に順方向のバイアス電圧を印加す
る。
【００２９】すると、両超微粒子５０，５２が接合して
いる発光接合面５４にて、前記したようにＮ型のシリコ
ン超微粒子５０へ注入された電子とＰ型のシリコン超微
粒子５２へ注入された正孔とが再結合し、そのときのエ
ネルギキャップに相当するエネルギが発光６６となって
放出されることになる。このように、本実施例において
は、Ｐ型及びＮ型の超微粒子を接合して、この部分に電
流を注入することにより、光学的ではなく電気的な発光
を生ぜしめることが可能である。
いる発光接合面５４にて、前記したようにＮ型のシリコ
ン超微粒子５０へ注入された電子とＰ型のシリコン超微
粒子５２へ注入された正孔とが再結合し、そのときのエ
ネルギキャップに相当するエネルギが発光６６となって
放出されることになる。このように、本実施例において
は、Ｐ型及びＮ型の超微粒子を接合して、この部分に電
流を注入することにより、光学的ではなく電気的な発光
を生ぜしめることが可能である。
【００３０】特に、このシリコンを用いた超微粒子発光
素子は、ＧａＡｓ系の発光素子と異なって汚染等の心配
がなく、ＬＳＩとの品質的な相性が良いことから、ＬＳ
Ｉチップ間または、ＬＳＩチップ内の高速コネクション
として利用できるのみならず、平面ディスプレイ等への
応用も可能である。尚、上記実施例にあっては、Ｎ型の
シリコン超微粒子５０の上方にＰ型のシリコン超微粒子
５２を積層し、両超微粒子の接合部に発光接合面５４を
形成して２段構造の発光素子として構成したが、これに
限定されず、図１４に示すようにＮ型及びＰ型のシリコ
ン超微粒子５０，５２を混合状態にして相互に接合する
ように構成してもよい。すなわち、Ｎ型及びＰ型のシリ
コン超微粒子５０，５２を例えば不純物が少なくしかも
超微粒子を変質させないガラス材をマトリクス材として
用い略均等に例えば配分比５０％，５０％として混合
し、これを内側面に透明電極８０，８２がコーティング
された２枚の石英ガラス或いは硬質ガラスよりなる基板
８４，８６間に挟み込んで形成する。
素子は、ＧａＡｓ系の発光素子と異なって汚染等の心配
がなく、ＬＳＩとの品質的な相性が良いことから、ＬＳ
Ｉチップ間または、ＬＳＩチップ内の高速コネクション
として利用できるのみならず、平面ディスプレイ等への
応用も可能である。尚、上記実施例にあっては、Ｎ型の
シリコン超微粒子５０の上方にＰ型のシリコン超微粒子
５２を積層し、両超微粒子の接合部に発光接合面５４を
形成して２段構造の発光素子として構成したが、これに
限定されず、図１４に示すようにＮ型及びＰ型のシリコ
ン超微粒子５０，５２を混合状態にして相互に接合する
ように構成してもよい。すなわち、Ｎ型及びＰ型のシリ
コン超微粒子５０，５２を例えば不純物が少なくしかも
超微粒子を変質させないガラス材をマトリクス材として
用い略均等に例えば配分比５０％，５０％として混合
し、これを内側面に透明電極８０，８２がコーティング
された２枚の石英ガラス或いは硬質ガラスよりなる基板
８４，８６間に挟み込んで形成する。
【００３１】このようにして超微粒子群を基板８４，８
６間に挟み込んだ後に、これに所定の高温下にて熱処理
を施して、両超微粒子５０，５２の接触部にて接合処理
を行うことにより発光接合面５４を形成する。この発光
接合面５４は、先の実施例においては、両超微粒子層が
相互に接触する部分において１つの面となるように形成
されたが、本実施例にあっては、図示するように両超微
粒子５０，５２が混在していることから両透明電極８
０，８２によって仕切られる領域に均等に分散された状
態で存在することになる。そして、このように構成され
た両透明電極８０，８２間に所定電圧の直流（ＤＣ）バ
イアスまたは交流（ＡＣ）バイアスを電源８８から印加
する。このバイアス電圧の印加により、各順方向の発光
接合面５４から発光６６が生じ、この発光６６は両面に
設けた基板８４，８６から外方へ向けて放出されること
になる。
６間に挟み込んだ後に、これに所定の高温下にて熱処理
を施して、両超微粒子５０，５２の接触部にて接合処理
を行うことにより発光接合面５４を形成する。この発光
接合面５４は、先の実施例においては、両超微粒子層が
相互に接触する部分において１つの面となるように形成
されたが、本実施例にあっては、図示するように両超微
粒子５０，５２が混在していることから両透明電極８
０，８２によって仕切られる領域に均等に分散された状
態で存在することになる。そして、このように構成され
た両透明電極８０，８２間に所定電圧の直流（ＤＣ）バ
イアスまたは交流（ＡＣ）バイアスを電源８８から印加
する。このバイアス電圧の印加により、各順方向の発光
接合面５４から発光６６が生じ、この発光６６は両面に
設けた基板８４，８６から外方へ向けて放出されること
になる。
【００３２】この場合、この発光素子に加える電圧が交
流バイアスのとき、または直流バイアスのときでも共に
発光６６を生ずる利点を有する。そして、ＰＮ接合の発
光接合面５４へ電流を注入するためには、比較的大きな
電圧を必要とする。この理由は、両超微粒子のＰＮ接合
部すなわち発光接合面７２に対して逆バイアス電圧が印
加される可能性は略５０％であり、この状態で順方向接
合部に対して電流を注入するには、その印加電圧は逆方
向接合部でのトンネル効果または雪崩現象に依存するた
めに高電圧の電流が必要とされる。
流バイアスのとき、または直流バイアスのときでも共に
発光６６を生ずる利点を有する。そして、ＰＮ接合の発
光接合面５４へ電流を注入するためには、比較的大きな
電圧を必要とする。この理由は、両超微粒子のＰＮ接合
部すなわち発光接合面７２に対して逆バイアス電圧が印
加される可能性は略５０％であり、この状態で順方向接
合部に対して電流を注入するには、その印加電圧は逆方
向接合部でのトンネル効果または雪崩現象に依存するた
めに高電圧の電流が必要とされる。
【００３３】上記実施例にあっては発光６６を各基板８
４，８６の面を通過させて外方へ放出させるようにした
が、これに限定されず、例えば図１５に示すように両基
板８４，８６の外側面にそれぞれ反射膜９０，９２をコ
ーティングするように構成してもよい。これによれば、
発光接合面５４からの発光６６は上記それぞれ反射膜９
０，９２と対応する透明電極８０，８２との間で反射を
繰り返しながら各基板８４，８６の側面すなわち両端部
へ案内され、これより外方へ放出されることになる。
４，８６の面を通過させて外方へ放出させるようにした
が、これに限定されず、例えば図１５に示すように両基
板８４，８６の外側面にそれぞれ反射膜９０，９２をコ
ーティングするように構成してもよい。これによれば、
発光接合面５４からの発光６６は上記それぞれ反射膜９
０，９２と対応する透明電極８０，８２との間で反射を
繰り返しながら各基板８４，８６の側面すなわち両端部
へ案内され、これより外方へ放出されることになる。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば次
のような優れた作用効果を発揮することができる。第１
の発明によれば、レーザ光の集光位置以上の高さのレベ
ルにて超微粒子を採集するようにしたので、粒径が小さ
く、しかもサイズの均一な超微粒子を得ることができ
る。従って、超微粒子の量子効果を有効に利用したデバ
イスを製造することができる。第２の発明によれば、超
微粒子の量子効果を利用したシリコンの電気的な発光素
子を提供することができる。従って、この発光素子をＬ
ＳＩチップ間またはＬＳＩチップ内に組み込むことによ
り高速コネクションとして使用することができる。
のような優れた作用効果を発揮することができる。第１
の発明によれば、レーザ光の集光位置以上の高さのレベ
ルにて超微粒子を採集するようにしたので、粒径が小さ
く、しかもサイズの均一な超微粒子を得ることができ
る。従って、超微粒子の量子効果を有効に利用したデバ
イスを製造することができる。第２の発明によれば、超
微粒子の量子効果を利用したシリコンの電気的な発光素
子を提供することができる。従って、この発光素子をＬ
ＳＩチップ間またはＬＳＩチップ内に組み込むことによ
り高速コネクションとして使用することができる。
【図１】第１の発明に係る超微粒子製造装置を示す概略
構成図である。
構成図である。
【図２】第１の発明に係る超微粒子製造装置の変形例を
示す概略構成図である。
示す概略構成図である。
【図３】Ｎ型及びＰ型のシリコン超微粒子の接合モデル
を示す図である。
を示す図である。
【図４】バイアス電圧がゼロのときのエネルギレベル構
造図である。
造図である。
【図５】逆方向にバイアス電圧が印加されたときのエネ
ルギレベル構造図である。
ルギレベル構造図である。
【図６】順方向にバイアス電圧が印加されたときのエネ
ルギレベル構造図である。
ルギレベル構造図である。
【図７】表面が自然酸化膜で被われたＮ型及びＰ型シリ
コン超微粒子の接合モデルを示す図である。
コン超微粒子の接合モデルを示す図である。
【図８】図７の接合モデルにおいてバイアス電圧がゼロ
のときのエネルギレベル構造図である。
のときのエネルギレベル構造図である。
【図９】図７の接合モデルにおいて順方向にバイアス電
圧が印加されたときのエネルギレベル構造図である。
圧が印加されたときのエネルギレベル構造図である。
【図１０】超微粒子を用いて形成される発光素子の製造
プロセスを示す図である。
プロセスを示す図である。
【図１１】超微粒子を用いて形成される発光素子の製造
プロセスを示す図である。
プロセスを示す図である。
【図１２】超微粒子を用いて形成される発光素子の製造
プロセスを示す図である。
プロセスを示す図である。
【図１３】第２の発明に係る超微粒子発光素子の構造を
示す構成図である。
示す構成図である。
【図１４】第２の発明に係る超微粒子発光素子の変形例
を示す構成図である。
を示す構成図である。
【図１５】第２の発明に係る超微粒子発光素子の他の変
形例を示す構成図である。
形例を示す構成図である。
【図１６】本発明者が提案した超微粒子製造装置を示す
概略構成図である。
概略構成図である。
２，８…反応容器、１８…レーザ発振器、３８…超微粒
子採集手段、４０，４０Ａ…棚、４２，７２…基板、５
０…Ｎ型のシリコン超微粒子、５２…Ｐ型のシリコン超
微粒子、５４…発光接合面、６６…発光、７０…超微粒
子発光素子、７４…金属電極、７６…透明電極、７７…
酸化膜、Ｂ…超微粒子、Ｇ…原料ガス、Ｌ１…レーザ
光、Ｐ…集光位置。
子採集手段、４０，４０Ａ…棚、４２，７２…基板、５
０…Ｎ型のシリコン超微粒子、５２…Ｐ型のシリコン超
微粒子、５４…発光接合面、６６…発光、７０…超微粒
子発光素子、７４…金属電極、７６…透明電極、７７…
酸化膜、Ｂ…超微粒子、Ｇ…原料ガス、Ｌ１…レーザ
光、Ｐ…集光位置。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年３月１５日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１０】
【作用】上記した第１の発明によれば、反応容器内へ導
入した原料ガスにレーザ光を照射することにより、レー
ザ光の焦光位置に存在するガスは誘電破壊（ブレークダ
ウン）により解離し、凝集する。この時発生する超微粒
子は煙状となって反応容器内に浮遊し、粒径の小さな超
微粒子は集光位置よりも上方に舞い上がり、集光位置よ
りも上方に設置された超微粒子採集手段によって採集さ
れることになる。従って、粒径の小さなしかも均一な超
微粒子の結晶を得ることが可能となる。また、上記した
第２の発明によれば、上記第１の発明によって得られた
例えばシリコンの超微粒子を用いて発光素子が得られ
る。すなわち、上記第１の発明を用いて例えばシリコン
の超微粒子を形成する際に、原料ガスの他に例えば適当
なＰ型不純物ガスや適当なＮ型不純物ガスを混入させて
Ｐ型の超微粒子及びＮ型の超微粒子を製造し、これらＰ
型の超微粒子とＮ型の超微粒子を基板上に積層させた
り、或いはマトリクス材を介して相互の粒子を混ぜ合わ
せて熱処理することにより発光接合面を形成する。そし
て、この形成された発光接合面に電流を注入することに
より量子効果により発光現象が現われることになる。
入した原料ガスにレーザ光を照射することにより、レー
ザ光の焦光位置に存在するガスは誘電破壊（ブレークダ
ウン）により解離し、凝集する。この時発生する超微粒
子は煙状となって反応容器内に浮遊し、粒径の小さな超
微粒子は集光位置よりも上方に舞い上がり、集光位置よ
りも上方に設置された超微粒子採集手段によって採集さ
れることになる。従って、粒径の小さなしかも均一な超
微粒子の結晶を得ることが可能となる。また、上記した
第２の発明によれば、上記第１の発明によって得られた
例えばシリコンの超微粒子を用いて発光素子が得られ
る。すなわち、上記第１の発明を用いて例えばシリコン
の超微粒子を形成する際に、原料ガスの他に例えば適当
なＰ型不純物ガスや適当なＮ型不純物ガスを混入させて
Ｐ型の超微粒子及びＮ型の超微粒子を製造し、これらＰ
型の超微粒子とＮ型の超微粒子を基板上に積層させた
り、或いはマトリクス材を介して相互の粒子を混ぜ合わ
せて熱処理することにより発光接合面を形成する。そし
て、この形成された発光接合面に電流を注入することに
より量子効果により発光現象が現われることになる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１１】
【実施例】以下に、本発明に係る超微粒子発光素子及び
これを製造する超微粒子製造装置の一実施例を添付図面
に基づいて詳述する。まず、第１の発明である超微粒子
製造装置の一実施例を説明する。図１は第１の発明に係
る超微粒子製造装置を示す概略構成図である。図１６に
示す装置と同一部分については同一符号を付す。図示す
るようにこの超微粒子製造装置は、例えばステンレス等
により円筒体状に成形された反応容器８を有しており、
この反応容器８の天井部の中央には上方へ円筒状に突出
させたレーザ光導入部１０が形成されると共に、このレ
ーザ光導入部１０の上端部には、レーザ光を内部へ導入
するための、例えば反射防止膜コートの石英ガラス等に
より構成されたレーザ光導入窓１２が取り付けられてい
る。
これを製造する超微粒子製造装置の一実施例を添付図面
に基づいて詳述する。まず、第１の発明である超微粒子
製造装置の一実施例を説明する。図１は第１の発明に係
る超微粒子製造装置を示す概略構成図である。図１６に
示す装置と同一部分については同一符号を付す。図示す
るようにこの超微粒子製造装置は、例えばステンレス等
により円筒体状に成形された反応容器８を有しており、
この反応容器８の天井部の中央には上方へ円筒状に突出
させたレーザ光導入部１０が形成されると共に、このレ
ーザ光導入部１０の上端部には、レーザ光を内部へ導入
するための、例えば反射防止膜コートの石英ガラス等に
より構成されたレーザ光導入窓１２が取り付けられてい
る。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１８】目標とする超微粒子の粒径のサイズは、反
応容器８内の反応ガス圧を調整することにより制御で
き、より粒径の小さな超微粒子を得るには反応ガス圧を
小さくする。一般的には量子効果を有効に発揮させるた
めには、光学的に応用する場合は粒径が２ｎｍ〜５０ｎ
ｍの範囲、電子デバイスに用いる場合は１０ｎｍ以下で
あり、本実施例にあっては、粒径約２０ｎｍ以下の半導
体、金属、絶縁体（光学材）の超微粒子を製造すること
ができる。
応容器８内の反応ガス圧を調整することにより制御で
き、より粒径の小さな超微粒子を得るには反応ガス圧を
小さくする。一般的には量子効果を有効に発揮させるた
めには、光学的に応用する場合は粒径が２ｎｍ〜５０ｎ
ｍの範囲、電子デバイスに用いる場合は１０ｎｍ以下で
あり、本実施例にあっては、粒径約２０ｎｍ以下の半導
体、金属、絶縁体（光学材）の超微粒子を製造すること
ができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１９】また、特に粒径の小さな超微粒子を得るた
めには、レーザ光のパルス間隔を、原料ガスが１つのパ
ルスの照射により解離して活性化し凝集し終るまでに要
する時間よりも長く設定する。これにより複数の超微粒
子が結合して凝集することがなくなり、粒径の特に小さ
な超微粒子を得ることか可能となる。また、上記実施例
にあっては単なるシリコンの超微粒子を製造する場合に
ついて説明したが、これに限定されず、例えば原料ガス
の供給時に例えばＰ型不純物ガスやＮ型不純物ガスを混
入させることによりＰ型のシリコン超微粒子或いはＮ型
のシリコン超微粒子も得ることができる。
めには、レーザ光のパルス間隔を、原料ガスが１つのパ
ルスの照射により解離して活性化し凝集し終るまでに要
する時間よりも長く設定する。これにより複数の超微粒
子が結合して凝集することがなくなり、粒径の特に小さ
な超微粒子を得ることか可能となる。また、上記実施例
にあっては単なるシリコンの超微粒子を製造する場合に
ついて説明したが、これに限定されず、例えば原料ガス
の供給時に例えばＰ型不純物ガスやＮ型不純物ガスを混
入させることによりＰ型のシリコン超微粒子或いはＮ型
のシリコン超微粒子も得ることができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３２】この場合、この発光素子に加える電圧が交
流バイアスのとき、または直流バイアスのときでも共に
発光６６を生ずる利点を有する。そして、ＰＮ接合の発
光接合面５４へ電流を注入するためには、比較的大きな
電圧を必要とする。この理由は、両超微粒子のＰＮ接合
部すなわち発光接合面７２に対して逆バイアス電圧が印
加される可能性は略５０％であり、この状態で順方向接
合部に対して電流を注入するには、その印加電圧は逆方
向接合部での電圧ロス、トンネル効果または雪崩現象に
依存するために高電圧の電流が必要とされる。
流バイアスのとき、または直流バイアスのときでも共に
発光６６を生ずる利点を有する。そして、ＰＮ接合の発
光接合面５４へ電流を注入するためには、比較的大きな
電圧を必要とする。この理由は、両超微粒子のＰＮ接合
部すなわち発光接合面７２に対して逆バイアス電圧が印
加される可能性は略５０％であり、この状態で順方向接
合部に対して電流を注入するには、その印加電圧は逆方
向接合部での電圧ロス、トンネル効果または雪崩現象に
依存するために高電圧の電流が必要とされる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１４】
Claims (2)
- 【請求項１】 反応容器内へ導入した超微粒子用の原料
ガスにレーザ光を照射して超微粒子を形成する超微粒子
製造装置において、前記反応容器内に、粒径の比較的均
一な超微粒子を採集すべく前記レーザ光の集光位置以上
の高さに超微粒子採集手段を設けるように構成したこと
を特徴とする超微粒子製造装置。 - 【請求項２】 Ｎ型のシリコン超微粒子とＰ型のシリコ
ン超微粒子とを接合処理して、電流の注入により発光す
る発光接合面を形成するように構成したことを特徴とす
る超微粒子発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36051591A JPH05206515A (ja) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | 超微粒子発光素子及びその製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36051591A JPH05206515A (ja) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | 超微粒子発光素子及びその製造装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05206515A true JPH05206515A (ja) | 1993-08-13 |
Family
ID=18469733
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36051591A Pending JPH05206515A (ja) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | 超微粒子発光素子及びその製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05206515A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0853334A4 (en) * | 1996-06-19 | 2001-07-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | PHOTOELECTRONIC MATERIAL, DEVICE USING THE SAME, AND MANUFACTURING METHOD |
| WO2001091155A1 (fr) * | 2000-05-23 | 2001-11-29 | Japan Science And Technology Corporation | Micro-canon a electrons de type a effet de taille quantique, affichage mince l'utilisant, et son procede de fabrication |
| AU752891B2 (en) * | 1996-06-19 | 2002-10-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Photoelectronic material, device using the same, and method for manufacturing the same |
| WO2003032690A1 (fr) * | 2001-10-01 | 2003-04-17 | Japan Science And Technology Agency | Ecran a emission spontanee a l'etat solide et son procede de production |
| EP0976161A4 (en) * | 1997-02-14 | 2004-03-24 | David Oberman | OPTOELECTRONIC SEMICONDUCTOR DIODES AND DEVICES THAT CONTAIN THESE |
| CN111615426A (zh) * | 2018-07-23 | 2020-09-01 | 株式会社Lg化学 | 纳米粒子合成装置和使用其的纳米粒子合成方法 |
-
1991
- 1991-12-27 JP JP36051591A patent/JPH05206515A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0853334A4 (en) * | 1996-06-19 | 2001-07-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | PHOTOELECTRONIC MATERIAL, DEVICE USING THE SAME, AND MANUFACTURING METHOD |
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| US6838743B2 (en) | 1996-06-19 | 2005-01-04 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optoelectronic material, device using the same and method for manufacturing optoelectronic material |
| US6730934B2 (en) | 1996-06-19 | 2004-05-04 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optoelectronic material, device using the same and method for manufacturing optoelectronic material |
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| US6887725B2 (en) | 2000-05-23 | 2005-05-03 | Japan Science And Technology Agency | Micro electron gun of quantum size effect type and flat display using such electron guns as well as methods of their manufacture |
| US6661021B2 (en) | 2000-05-23 | 2003-12-09 | Japan Science And Technology Corporation | Quantum size effect type micro electron gun and flat display unit using it and method for manufacturing the same |
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| JP2003115385A (ja) * | 2001-10-01 | 2003-04-18 | Japan Science & Technology Corp | 固体自発光表示装置及びその製造方法 |
| WO2003032690A1 (fr) * | 2001-10-01 | 2003-04-17 | Japan Science And Technology Agency | Ecran a emission spontanee a l'etat solide et son procede de production |
| US7053422B2 (en) | 2001-10-01 | 2006-05-30 | Japan Science And Technology Agency | Solid-state self-emission display and its production method |
| CN111615426A (zh) * | 2018-07-23 | 2020-09-01 | 株式会社Lg化学 | 纳米粒子合成装置和使用其的纳米粒子合成方法 |
| JP2021508287A (ja) * | 2018-07-23 | 2021-03-04 | エルジー・ケム・リミテッド | ナノ粒子合成装置およびこれを用いたナノ粒子の合成方法 |
| US11577214B2 (en) | 2018-07-23 | 2023-02-14 | Lg Chem, Ltd. | Nanoparticle synthesis device and nanoparticle synthesis method using same |
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