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

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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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substrate
light emitting
porous
light
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JP13833392A
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Akio Nishida
彰男 西田
Kiyokazu Nakagawa
清和 中川
Taku Oshima
卓 大嶋
Juichi Shimada
寿一 嶋田
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す素子構造の断面図であ
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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【符号の説明】
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。
───────────────────────────────────────────────────── 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)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
JP13833392A 1992-05-29 1992-05-29 Si発光装置およびその作製方法 Pending JPH05335624A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

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US9196800B2 (en) 1996-06-26 2015-11-24 Osram Gmbh Light-radiating semiconductor component with a luminescence conversion element
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