JPH05335624A - Ｓｉ発光装置およびその作製方法 - Google Patents
Ｓｉ発光装置およびその作製方法Info
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- JPH05335624A JPH05335624A JP13833392A JP13833392A JPH05335624A JP H05335624 A JPH05335624 A JP H05335624A JP 13833392 A JP13833392 A JP 13833392A JP 13833392 A JP13833392 A JP 13833392A JP H05335624 A JPH05335624 A JP H05335624A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 多孔質Ｓｉの発光波長を容易に制御し、複数
の発光波長をもつ発光素子を同一基板面内への形成を実
現する。 【構成】 あらかじめフォトリソグラフィー、イオン注
入技術などの従来技術を用い、Ｓｉ基板面内に不純物添
加領域を形成しその領域の比抵抗を変え、その基板を陽
極化成することによって多孔質度を変えて波長制御され
た多孔質Ｓｉ発光領域を得る。 【効果】 本発明の方法を用いることによって、Ｓｉ基
板面内に波長を制御された発光領域の形成が容易にな
り、さらにＳｉ基板面内に波長制御された複数の発光領
域の形成を容易になる。
の発光波長をもつ発光素子を同一基板面内への形成を実
現する。 【構成】 あらかじめフォトリソグラフィー、イオン注
入技術などの従来技術を用い、Ｓｉ基板面内に不純物添
加領域を形成しその領域の比抵抗を変え、その基板を陽
極化成することによって多孔質度を変えて波長制御され
た多孔質Ｓｉ発光領域を得る。 【効果】 本発明の方法を用いることによって、Ｓｉ基
板面内に波長を制御された発光領域の形成が容易にな
り、さらにＳｉ基板面内に波長制御された複数の発光領
域の形成を容易になる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、多孔質Ｓｉ層を用いた
発光装置の作製方法に関する。
発光装置の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、間接遷移型半導体であるＳｉ単結
晶が、多孔質構造をとることによって常温で発光するこ
とが確認され、さらに、最近電流注入で発光することが
確認され、ＯＥＩＣ材料への適用の可能性が示された。
晶が、多孔質構造をとることによって常温で発光するこ
とが確認され、さらに、最近電流注入で発光することが
確認され、ＯＥＩＣ材料への適用の可能性が示された。
【０００３】多孔質Ｓｉは、Ｓｉ基板を陽極、白金板を
陰極として、フッ酸水溶液中にて電流を流すことによっ
て形成される（このプロセスを陽極化成反応と呼ぶ）。
用いるＳｉ基板の伝導型、基板比抵抗、フッ酸水溶液の
濃度、反応時の電流密度、反応の時間、反応時の光照射
の有無等で、多孔質層の構造が異なり、発光波長も赤か
ら緑まで変化する。この反応は、正孔の供給が重要な寄
与をしＳｉが酸化されフッ酸溶液中でエッチングされる
ことで多孔質が形成される。
陰極として、フッ酸水溶液中にて電流を流すことによっ
て形成される（このプロセスを陽極化成反応と呼ぶ）。
用いるＳｉ基板の伝導型、基板比抵抗、フッ酸水溶液の
濃度、反応時の電流密度、反応の時間、反応時の光照射
の有無等で、多孔質層の構造が異なり、発光波長も赤か
ら緑まで変化する。この反応は、正孔の供給が重要な寄
与をしＳｉが酸化されフッ酸溶液中でエッチングされる
ことで多孔質が形成される。
【０００４】図２および図３は、陽極化成反応により形
成した多孔質Ｓｉ層の室温でのフォトルミネッセンスス
ペクトルの一例である（アプライド フィジックス レ
ター５７号（１９９０年）１０４６ページから１０４８
ページ、ジャパニーズ ジャーナル オブ アプライド
フィジックス ３０号（１９９１年）１２２１ページ
から１２２３ページ）。これらの図から、陽極化成反応
条件、つまり陽極化成反応の時間、Ｓｉ基板の導電型、
反応中の光照射の有無によって多孔質Ｓｉ層からの発光
波長が約０．６から０．９μｍと形成条件によって変化
できることを示している。しかし、要求される発光波長
を容易に得るためには、用いるＳｉ基板により多数の陽
極化成反応の条件を最適化しなければならない。また複
数の発光領域を同一基板面内に形成するには、フォトリ
ソグラフィー、条件を最適化した陽極化成反応を複数回
繰り返す必要があり、その形成は非常に困難であった。
成した多孔質Ｓｉ層の室温でのフォトルミネッセンスス
ペクトルの一例である（アプライド フィジックス レ
ター５７号（１９９０年）１０４６ページから１０４８
ページ、ジャパニーズ ジャーナル オブ アプライド
フィジックス ３０号（１９９１年）１２２１ページ
から１２２３ページ）。これらの図から、陽極化成反応
条件、つまり陽極化成反応の時間、Ｓｉ基板の導電型、
反応中の光照射の有無によって多孔質Ｓｉ層からの発光
波長が約０．６から０．９μｍと形成条件によって変化
できることを示している。しかし、要求される発光波長
を容易に得るためには、用いるＳｉ基板により多数の陽
極化成反応の条件を最適化しなければならない。また複
数の発光領域を同一基板面内に形成するには、フォトリ
ソグラフィー、条件を最適化した陽極化成反応を複数回
繰り返す必要があり、その形成は非常に困難であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記方法で形成する多
孔質Ｓｉ領域は、基板の比抵抗、陽極化成反応の条件
（用いる陽極化成溶液の組成、反応時間、光照射の有
無）で多孔質Ｓｉ層の発光波長が決定されるので、要求
される発光波長を持つ領域の形成、あるいは同一基板面
内への複数の発光領域の形成が非常に困難であった。
孔質Ｓｉ領域は、基板の比抵抗、陽極化成反応の条件
（用いる陽極化成溶液の組成、反応時間、光照射の有
無）で多孔質Ｓｉ層の発光波長が決定されるので、要求
される発光波長を持つ領域の形成、あるいは同一基板面
内への複数の発光領域の形成が非常に困難であった。
【０００６】本発明の目的は、発光素子の発光波長の制
御を容易にし、Ｓｉ基板面内に複数の発光素子を容易に
形成する方法を提供するとともに、本法で形成した発光
装置を提供することにある。
御を容易にし、Ｓｉ基板面内に複数の発光素子を容易に
形成する方法を提供するとともに、本法で形成した発光
装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的の解決のため
に、図１のＳｉ基板１１面内にイオン注入方法、拡散法
などの手段を用いて不純物を添加し、Ｓｉ基板表面層の
比抵抗を制御した領域を形成し、これを陽極化成するこ
とによって多孔質度の異なる複数の多孔質Ｓｉ発光領域
１２、１３、１４を形成する。
に、図１のＳｉ基板１１面内にイオン注入方法、拡散法
などの手段を用いて不純物を添加し、Ｓｉ基板表面層の
比抵抗を制御した領域を形成し、これを陽極化成するこ
とによって多孔質度の異なる複数の多孔質Ｓｉ発光領域
１２、１３、１４を形成する。
【０００８】
【作用】以下、Ｓｉ基板にイオン注入法によってＳｉ基
板面内に複数の不純物添加領域を形成し、Ｓｉ基板の表
面層の比抵抗を変えた多孔質Ｓｉ層の多孔質度を変え形
成した発光素子の例を用いて本発明の作用を説明する。
まず、Ｓｉ基板の複数の特定領域に異なった注入量でイ
オン注入し、熱処理することで不純物を添加し、比抵抗
の異なった３つの領域を形成する。この試料を陽極化成
反応すると、図１に示すような多孔質度の大きく異なっ
た多孔質Ｓｉ層１２、１３、１４が形成される。領域の
比抵抗が小さいほど多孔質度が大きく、すなわち、多孔
質Ｓｉ層の孔の径が大きくなりＳｉの体積は小さくなっ
ている。それぞれの領域から得られたフォトルミネッセ
ンススペクトルを図４に示す。この図から、不純物添加
領域の比抵抗が低いほど、発光波長は短波長側にシフト
していることが判る。したがって、Ｓｉ基板面内の特定
領域に不純物を導入し、その領域の比抵抗を変えること
で、多孔質層の発光波長を容易に制御できる。
板面内に複数の不純物添加領域を形成し、Ｓｉ基板の表
面層の比抵抗を変えた多孔質Ｓｉ層の多孔質度を変え形
成した発光素子の例を用いて本発明の作用を説明する。
まず、Ｓｉ基板の複数の特定領域に異なった注入量でイ
オン注入し、熱処理することで不純物を添加し、比抵抗
の異なった３つの領域を形成する。この試料を陽極化成
反応すると、図１に示すような多孔質度の大きく異なっ
た多孔質Ｓｉ層１２、１３、１４が形成される。領域の
比抵抗が小さいほど多孔質度が大きく、すなわち、多孔
質Ｓｉ層の孔の径が大きくなりＳｉの体積は小さくなっ
ている。それぞれの領域から得られたフォトルミネッセ
ンススペクトルを図４に示す。この図から、不純物添加
領域の比抵抗が低いほど、発光波長は短波長側にシフト
していることが判る。したがって、Ｓｉ基板面内の特定
領域に不純物を導入し、その領域の比抵抗を変えること
で、多孔質層の発光波長を容易に制御できる。
【０００９】また、複数の発光領域を同一基板面内に形
成するには、複数回のフォトリソグラフィー、用いる陽
極化成溶液の組成、反応時間、光照射の有無などの条件
を変えた陽極化成反応が必要であった。本方法を用いる
ことで、Ｓｉ基板面内に複数の比抵抗の異なる領域を形
成し陽極化成反応を行うことによって、異なった波長を
もつ複数の発光領域の容易に形成することができる。
成するには、複数回のフォトリソグラフィー、用いる陽
極化成溶液の組成、反応時間、光照射の有無などの条件
を変えた陽極化成反応が必要であった。本方法を用いる
ことで、Ｓｉ基板面内に複数の比抵抗の異なる領域を形
成し陽極化成反応を行うことによって、異なった波長を
もつ複数の発光領域の容易に形成することができる。
【００１０】
【実施例】（実施例１）まず、イオン注入法を用いてＳ
ｉ基板面内の特定領域に不純物添加し、その領域の比抵
抗を変え、陽極化成反応を行い多孔質度を変えた複数の
発光領域を形成した例を説明する。図５に示すように、
比抵抗０．１Ω−ｃｍのｎ型Ｓｉ（１００）基板５０１
に厚さ０．５μｍの熱酸化膜５０２の開孔部５０３を形
成する。開孔部の大きさはこの場合、５ｍｍ×５ｍｍと
した。この基板に、Ｂイオンを加速エネルギー８０ｋｅ
Ｖ、注入量１×１０14／ｃｍ2でイオン注入を行う。図
６に示すように新たに開孔部５０３を形成し。注入量１
×１０13／ｃｍ2で注入、同様に開孔部をもう一つ設
け、注入量１×１０12／ｃｍ2でイオン注入を行う（図
７）。その後、導入した不純物を活性化するために通常
の電気炉で９００℃で１５分間のアニールを行った（図
８）。その後、陽極化成反応前にマスクとして用いた熱
酸化膜は、１０％フッ酸水溶液に浸し除去する。陽極化
成反応は、フッ酸濃度５０％の水溶液にアルコールを容
量比１：１で混合した溶液を用い、電流密度５０ｍＡ／
ｃｍ2、１０分間、光を照射し行った。
ｉ基板面内の特定領域に不純物添加し、その領域の比抵
抗を変え、陽極化成反応を行い多孔質度を変えた複数の
発光領域を形成した例を説明する。図５に示すように、
比抵抗０．１Ω−ｃｍのｎ型Ｓｉ（１００）基板５０１
に厚さ０．５μｍの熱酸化膜５０２の開孔部５０３を形
成する。開孔部の大きさはこの場合、５ｍｍ×５ｍｍと
した。この基板に、Ｂイオンを加速エネルギー８０ｋｅ
Ｖ、注入量１×１０14／ｃｍ2でイオン注入を行う。図
６に示すように新たに開孔部５０３を形成し。注入量１
×１０13／ｃｍ2で注入、同様に開孔部をもう一つ設
け、注入量１×１０12／ｃｍ2でイオン注入を行う（図
７）。その後、導入した不純物を活性化するために通常
の電気炉で９００℃で１５分間のアニールを行った（図
８）。その後、陽極化成反応前にマスクとして用いた熱
酸化膜は、１０％フッ酸水溶液に浸し除去する。陽極化
成反応は、フッ酸濃度５０％の水溶液にアルコールを容
量比１：１で混合した溶液を用い、電流密度５０ｍＡ／
ｃｍ2、１０分間、光を照射し行った。
【００１１】作製した試料の発光特性を調べるために、
それぞれの発光領域のフォトルミネッセンススペクトル
を測定した結果を図１０に示す。図中のスペクトル
（ａ）は注入量が１×１０14／ｃｍ2の領域（図９の５
１０）、（ｂ）は注入量が１×１０13／ｃｍ2（図９の
５０９）、（ｃ）は注入量が１×１０12／ｃｍ2（図９
の５０８）の領域より得らたスペクトルに相当する。従
来、複数の波長を変えた発光領域を同一基板面内に形成
するには、フォトリソグラフィー、条件を変えた陽極化
成反応を複数回、行わなければならなかった。ところが
本発明の方法を用いることで、発光波長の制御が容易に
なり、なおかつ一度の陽極化成反応で複数の発光波長を
有する多孔質Ｓｉ層が形成できることを確認した。
それぞれの発光領域のフォトルミネッセンススペクトル
を測定した結果を図１０に示す。図中のスペクトル
（ａ）は注入量が１×１０14／ｃｍ2の領域（図９の５
１０）、（ｂ）は注入量が１×１０13／ｃｍ2（図９の
５０９）、（ｃ）は注入量が１×１０12／ｃｍ2（図９
の５０８）の領域より得らたスペクトルに相当する。従
来、複数の波長を変えた発光領域を同一基板面内に形成
するには、フォトリソグラフィー、条件を変えた陽極化
成反応を複数回、行わなければならなかった。ところが
本発明の方法を用いることで、発光波長の制御が容易に
なり、なおかつ一度の陽極化成反応で複数の発光波長を
有する多孔質Ｓｉ層が形成できることを確認した。
【００１２】（実施例２）次に、波長を制御された発光
領域に電流注入し、その発光を制御する電気回路も備え
もつ発光装置をＳｉ基板上に作製した例を説明する。図
１１に示すように、比抵抗０．１Ω−ｃｍのｐ型Ｓｉ
（１００） 基板７０１に膜厚約３０ｎｍの熱酸化膜７
０２を形成する。コンタクト領域７０４、および発光部
７０５の形成領域に開孔部を設け、ｎ型不純物であるリ
ンをイオン注入する。その後、レジスト７０３を除去
し、不純物活性化のために通常の電気炉を用い６００℃
の温度で１５分間の熱処理を行い、図１２に示すように
高濃度ｎ型層７０６を形成する。その後、フォトリソグ
ラフィー技術によってレジスト７０７に陽極化成のため
の開孔部を形成する（図１３）。このようにして作製し
た基板を陽極化成し、レジスト開孔部に多孔質Ｓｉ層７
０８を形成する（図１４）。陽極化成反応は、５０％フ
ッ酸水溶液に容量比１：１でアルコールを混合した化成
溶液中で、電流密度５０ｍＡ／ｃｍ2、光を照射しなが
ら３分間行った。レジストを除去した後、Ａｌゲート電
極７０９を蒸着しＣＶＤ法で保護用の酸化膜７１０を堆
積する（図１５）。約２％のＫＯＨ水溶液で表面処理
し、透明電極９１１を蒸着する（図１６）。作製した試
料は、ゲート電圧のオンオフで多孔質Ｓｉ領域へ電子が
注入が制御されるので、この多孔質Ｓｉ領域の発光の制
御が可能となった。
領域に電流注入し、その発光を制御する電気回路も備え
もつ発光装置をＳｉ基板上に作製した例を説明する。図
１１に示すように、比抵抗０．１Ω−ｃｍのｐ型Ｓｉ
（１００） 基板７０１に膜厚約３０ｎｍの熱酸化膜７
０２を形成する。コンタクト領域７０４、および発光部
７０５の形成領域に開孔部を設け、ｎ型不純物であるリ
ンをイオン注入する。その後、レジスト７０３を除去
し、不純物活性化のために通常の電気炉を用い６００℃
の温度で１５分間の熱処理を行い、図１２に示すように
高濃度ｎ型層７０６を形成する。その後、フォトリソグ
ラフィー技術によってレジスト７０７に陽極化成のため
の開孔部を形成する（図１３）。このようにして作製し
た基板を陽極化成し、レジスト開孔部に多孔質Ｓｉ層７
０８を形成する（図１４）。陽極化成反応は、５０％フ
ッ酸水溶液に容量比１：１でアルコールを混合した化成
溶液中で、電流密度５０ｍＡ／ｃｍ2、光を照射しなが
ら３分間行った。レジストを除去した後、Ａｌゲート電
極７０９を蒸着しＣＶＤ法で保護用の酸化膜７１０を堆
積する（図１５）。約２％のＫＯＨ水溶液で表面処理
し、透明電極９１１を蒸着する（図１６）。作製した試
料は、ゲート電圧のオンオフで多孔質Ｓｉ領域へ電子が
注入が制御されるので、この多孔質Ｓｉ領域の発光の制
御が可能となった。
【００１３】
【発明の効果】本発明の方法を用いることによって、Ｓ
ｉ基板面内に波長の制御された発光領域の形成が可能に
なるとともに、複数の領域に不純物添加をすることでＳ
ｉ基板面内に複数の発光波長を有する発光領域の形成が
可能となった。
ｉ基板面内に波長の制御された発光領域の形成が可能に
なるとともに、複数の領域に不純物添加をすることでＳ
ｉ基板面内に複数の発光波長を有する発光領域の形成が
可能となった。
【図１】本発明の一実施例を示す素子構造の断面図であ
る。
る。
【図２】従来技術の例を示す素子特性図である。
【図３】従来技術の例を示す素子特性図である。
【図４】本発明の作用を説明する素子の発光波長の典型
例を示す図である。
例を示す図である。
【図５】本発明の一実施例を示す素子断面構造の形成プ
ロセス図である。
ロセス図である。
【図６】本発明の一実施例を示す素子断面構造の形成プ
ロセス図である。
ロセス図である。
【図７】本発明の一実施例を示す素子断面構造の形成プ
ロセス図である。
ロセス図である。
【図８】本発明の一実施例を示す素子断面構造の形成プ
ロセス図である。
ロセス図である。
【図９】本発明の一実施例を示す素子断面構造の形成プ
ロセス図である。
ロセス図である。
【図１０】本発明の一実施例で形成された素子特性を示
す図である。
す図である。
【図１１】本発明の一実施例を示す素子断面構造の形成
プロセス図である。
プロセス図である。
【図１２】本発明の一実施例を示す素子断面構造の形成
プロセス図である。
プロセス図である。
【図１３】本発明の一実施例を示す素子断面構造の形成
プロセス図である。
プロセス図である。
【図１４】本発明の一実施例を示す素子断面構造の形成
プロセス図である。
プロセス図である。
【図１５】本発明の一実施例を示す素子断面構造の形成
プロセス図である。
プロセス図である。
【図１６】本発明の一実施例を示す素子断面構造の形成
プロセス図である。
プロセス図である。
１１…Ｓｉ基板、１２〜１４…多孔質Ｓｉ層、５０１…
ｎ−Ｓｉ（１００）基板、５０２…ＳｉＯ2膜、５０３
…開孔部、５０４…イオン注入層、５０５〜５０７…高
濃度ｎ型層、５０８〜５１０…多孔質Ｓｉ層、７０１…
ｐ−Ｓｉ（１００）基板、７０２…熱酸化膜、７０３…
レジスト、７０４…コンタクト領域、７０５…発光領
域、７０６…高濃度ｎ型層、７０７…レジスト、７０８
…多孔質Ｓｉ層、７０９…ゲート電極、７１０…ＣＶＤ
ＳｉＯ2膜、７１１…ＩＴＯ透明電極。
ｎ−Ｓｉ（１００）基板、５０２…ＳｉＯ2膜、５０３
…開孔部、５０４…イオン注入層、５０５〜５０７…高
濃度ｎ型層、５０８〜５１０…多孔質Ｓｉ層、７０１…
ｐ−Ｓｉ（１００）基板、７０２…熱酸化膜、７０３…
レジスト、７０４…コンタクト領域、７０５…発光領
域、７０６…高濃度ｎ型層、７０７…レジスト、７０８
…多孔質Ｓｉ層、７０９…ゲート電極、７１０…ＣＶＤ
ＳｉＯ2膜、７１１…ＩＴＯ透明電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 嶋田 寿一 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内
Claims (3)
- 【請求項１】Ｓｉ基板面内の特定領域に制御して不純物
を添加し、Ｓｉ基板表面層の比抵抗を変えることによ
り、陽極化成反応で形成した多孔質Ｓｉ層の多孔質度を
変えて複数の発光領域を形成したことを特長とするＳｉ
発光装置。 - 【請求項２】Ｓｉ基板面内に複数の制御した不純物添加
領域を形成し、それぞれの比抵抗を変えることによっ
て、陽極化成反応で形成した多孔質Ｓｉ層の多孔質度を
変え、Ｓｉ基板面内に複数の発光波長をもたせることを
特長とするＳｉ発光装置の作製方法。 - 【請求項３】Ｓｉ基板面内の特定領域に制御して不純物
添加し、Ｓｉ基板表面層の比抵抗を変えることにより、
陽極化成反応で形成した多孔質Ｓｉ層の多孔質度を変
え、発光波長を制御した発光装置と、その発光装置に電
流注入し発光を制御する電気回路を同一基板面内に備え
ることを特長とするＳｉ発光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13833392A JPH05335624A (ja) | 1992-05-29 | 1992-05-29 | Ｓｉ発光装置およびその作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13833392A JPH05335624A (ja) | 1992-05-29 | 1992-05-29 | Ｓｉ発光装置およびその作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05335624A true JPH05335624A (ja) | 1993-12-17 |
Family
ID=15219460
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13833392A Pending JPH05335624A (ja) | 1992-05-29 | 1992-05-29 | Ｓｉ発光装置およびその作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05335624A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2854729A1 (fr) * | 2003-05-06 | 2004-11-12 | Canon Kk | Element comprenant une region poreuse et procede pour sa fabrication |
| US9196800B2 (en) | 1996-06-26 | 2015-11-24 | Osram Gmbh | Light-radiating semiconductor component with a luminescence conversion element |
-
1992
- 1992-05-29 JP JP13833392A patent/JPH05335624A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9196800B2 (en) | 1996-06-26 | 2015-11-24 | Osram Gmbh | Light-radiating semiconductor component with a luminescence conversion element |
| FR2854729A1 (fr) * | 2003-05-06 | 2004-11-12 | Canon Kk | Element comprenant une region poreuse et procede pour sa fabrication |
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