JPH0555627A - 注入形発光素子 - Google Patents
注入形発光素子Info
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- JPH0555627A JPH0555627A JP21552891A JP21552891A JPH0555627A JP H0555627 A JPH0555627 A JP H0555627A JP 21552891 A JP21552891 A JP 21552891A JP 21552891 A JP21552891 A JP 21552891A JP H0555627 A JPH0555627 A JP H0555627A
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- Japan
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- light emitting
- porous silicon
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- single crystal
- silicon
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 励起源としてレーザ光を用いることなく発光
可能な注入形発光素子を提供することにある。 【構成】 単結晶シリコン基板１の表面に第１導電型の
多孔質シリコン７が形成されるとともに、その多孔質シ
リコン７の空間はＣＶＤ法によるＳｉＯ2 膜９により満
たされ固定化されている。多孔質シリコン７に接するよ
うにアモルファスシリコン又はポリシリコンよりなる第
２導電型の窓層１０が形成されている。この多孔質シリ
コン７と窓層１０により形成されたｐｎ接合の両側に表
面及び裏面電極１１，１２が配置されている。そして、
電極間の電圧印加により、ｐｎ接合部分に少数キャリア
の注入が起こり、ｐｎ接合部でキャリアの再結合が起こ
り発光して窓層１０を透過していく。
可能な注入形発光素子を提供することにある。 【構成】 単結晶シリコン基板１の表面に第１導電型の
多孔質シリコン７が形成されるとともに、その多孔質シ
リコン７の空間はＣＶＤ法によるＳｉＯ2 膜９により満
たされ固定化されている。多孔質シリコン７に接するよ
うにアモルファスシリコン又はポリシリコンよりなる第
２導電型の窓層１０が形成されている。この多孔質シリ
コン７と窓層１０により形成されたｐｎ接合の両側に表
面及び裏面電極１１，１２が配置されている。そして、
電極間の電圧印加により、ｐｎ接合部分に少数キャリア
の注入が起こり、ｐｎ接合部でキャリアの再結合が起こ
り発光して窓層１０を透過していく。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、注入形発光素子に関
するものである。
するものである。
【０００２】
【従来の技術】シリコンは間接遷移型半導体であり、通
常その発光強度は非常に弱く、発光デバイス材料として
利用することができない。ところが、アプライドフィジ
ックス レター（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）５
７巻１０号（１９９０年９月３日発行）の１０４６頁に
おけるキャンハム（Ｌ．Ｔ．Ｃａｎｈａｍ）氏の論文に
よれば、集積回路用材料として広く用いられているシリ
コンをフッ酸中で陽極化成処理して多孔質シリコンを形
成することにより、可視のフォトルミネッセンスが観測
できることが報告されている。つまり、シリコンを加工
し数ｎｍ程度の太さの細線（量子細線）を作ると非常に
発光強度が増加し発光デバイス材料として利用できる可
能性が出てきた。
常その発光強度は非常に弱く、発光デバイス材料として
利用することができない。ところが、アプライドフィジ
ックス レター（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）５
７巻１０号（１９９０年９月３日発行）の１０４６頁に
おけるキャンハム（Ｌ．Ｔ．Ｃａｎｈａｍ）氏の論文に
よれば、集積回路用材料として広く用いられているシリ
コンをフッ酸中で陽極化成処理して多孔質シリコンを形
成することにより、可視のフォトルミネッセンスが観測
できることが報告されている。つまり、シリコンを加工
し数ｎｍ程度の太さの細線（量子細線）を作ると非常に
発光強度が増加し発光デバイス材料として利用できる可
能性が出てきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら現時点で
は発光させるための励起源としては外部からのレーザ光
だけであり、発光デバイスや複合デバイス（ＯＥＩＣ）
など実用性の点でそのような励起源を利用するのは困難
である。
は発光させるための励起源としては外部からのレーザ光
だけであり、発光デバイスや複合デバイス（ＯＥＩＣ）
など実用性の点でそのような励起源を利用するのは困難
である。
【０００４】この発明の目的は、励起源としてレーザ光
を用いることなく発光可能な注入形発光素子を提供する
ことにある。
を用いることなく発光可能な注入形発光素子を提供する
ことにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明は、単結晶シリ
コン基板の表面に形成された第１導電型の多孔質シリコ
ンと、前記多孔質シリコンと接し、発光光を透過可能な
第２導電型の半導体膜と、前記多孔質シリコンと半導体
膜により形成されたｐｎ接合の両側に配置された電極と
を備えた注入形発光素子をその要旨とする。
コン基板の表面に形成された第１導電型の多孔質シリコ
ンと、前記多孔質シリコンと接し、発光光を透過可能な
第２導電型の半導体膜と、前記多孔質シリコンと半導体
膜により形成されたｐｎ接合の両側に配置された電極と
を備えた注入形発光素子をその要旨とする。
【０００６】
【作用】電極間に電圧を印加すると、多孔質シリコンと
半導体膜により形成されたｐｎ接合部分に少数キャリア
の注入が起こり、ｐｎ接合部でキャリアの再結合が起こ
り発光する。この光は半導体膜を透過していく。
半導体膜により形成されたｐｎ接合部分に少数キャリア
の注入が起こり、ｐｎ接合部でキャリアの再結合が起こ
り発光する。この光は半導体膜を透過していく。
【０００７】
【実施例】以下、この発明を具体化した一実施例を図面
に従って説明する。図１には本実施例の注入形発光素子
を示す。又、図２〜図６にはその製造工程を示す。
に従って説明する。図１には本実施例の注入形発光素子
を示す。又、図２〜図６にはその製造工程を示す。
【０００８】まず、図２に示すように、ｎ型又はｐ型単
結晶シリコン基板１を用意し、単結晶シリコン基板１の
裏面側にアルミ電極板２を配置し、単結晶シリコン基板
１の表面が露出するように、アルミ電極板２及び単結晶
シリコン基板１の一部を保護用ワックス３で覆う。さら
に、このようにした単結晶シリコン基板１を濃度約２５
％のフッ酸４に浸し、白金電極５を対向配置する。そし
て、単結晶シリコン基板１を陽極とし、白金電極５を陰
極として定電流源６から電流を流して、単結晶シリコン
基板１の表面部分を陽極化成処理する。
結晶シリコン基板１を用意し、単結晶シリコン基板１の
裏面側にアルミ電極板２を配置し、単結晶シリコン基板
１の表面が露出するように、アルミ電極板２及び単結晶
シリコン基板１の一部を保護用ワックス３で覆う。さら
に、このようにした単結晶シリコン基板１を濃度約２５
％のフッ酸４に浸し、白金電極５を対向配置する。そし
て、単結晶シリコン基板１を陽極とし、白金電極５を陰
極として定電流源６から電流を流して、単結晶シリコン
基板１の表面部分を陽極化成処理する。
【０００９】これは、フッ酸４中において、Ｏ2-とＯＨ
- が単結晶シリコン基板１に引きつけられ、単結晶シリ
コン基板１の表面においてＯ2-とＯＨ- の電子が奪われ
活性な酸素が発生する。そして、この活性な酸素にてＳ
ｉＯ2 が形成され、このＳｉＯ2 がフッ酸４にて溶解さ
れる。このようなメカニズムのもとに陽極化成処理が行
われ、図３に示すように、単結晶シリコン基板１の表面
における発光領域となる部分に、多孔質シリコン７が形
成される。この多孔質シリコン７は径が数ｎｍ程度の量
子細線よりなっている。尚、図２中、８は電流計であ
る。
- が単結晶シリコン基板１に引きつけられ、単結晶シリ
コン基板１の表面においてＯ2-とＯＨ- の電子が奪われ
活性な酸素が発生する。そして、この活性な酸素にてＳ
ｉＯ2 が形成され、このＳｉＯ2 がフッ酸４にて溶解さ
れる。このようなメカニズムのもとに陽極化成処理が行
われ、図３に示すように、単結晶シリコン基板１の表面
における発光領域となる部分に、多孔質シリコン７が形
成される。この多孔質シリコン７は径が数ｎｍ程度の量
子細線よりなっている。尚、図２中、８は電流計であ
る。
【００１０】次に、希フッ酸中に単結晶シリコン基板１
を浸漬して多孔質シリコン７の表面に残っている酸化皮
膜を除去する。引き続き、図４に示すように、多孔質シ
リコン７を含む単結晶シリコン基板１の表面にＣＶＤ
（化学気相堆積）法によりＳｉＯ2 膜９を積層する。こ
のとき、多孔質シリコン７の空間部に絶縁膜となるＳｉ
Ｏ2 膜９が充填される。
を浸漬して多孔質シリコン７の表面に残っている酸化皮
膜を除去する。引き続き、図４に示すように、多孔質シ
リコン７を含む単結晶シリコン基板１の表面にＣＶＤ
（化学気相堆積）法によりＳｉＯ2 膜９を積層する。こ
のとき、多孔質シリコン７の空間部に絶縁膜となるＳｉ
Ｏ2 膜９が充填される。
【００１１】さらに、図５に示すように、多孔質シリコ
ン７の形成領域よりも小さな領域でのＳｉＯ2 膜９をド
ライエッチングもしくはウェットエッチングにより除去
して多孔質シリコン７（量子細線）の一部を露出させ
る。
ン７の形成領域よりも小さな領域でのＳｉＯ2 膜９をド
ライエッチングもしくはウェットエッチングにより除去
して多孔質シリコン７（量子細線）の一部を露出させ
る。
【００１２】そして、図６に示すように、ＳｉＯ2 膜９
の上に単結晶シリコン基板１の導電型と異なるアモルフ
ァスシリコンもしくはポリシリコンを窓層１０としてＣ
ＶＤ法やスパッタ法により形成する。つまり、単結晶シ
リコン基板１がｎ型であれば窓層１０はｐ型にする。そ
の結果、窓層１０と多孔質シリコン７との間でｐｎ接合
が形成される。このとき、窓層１０は発光される光を透
過させなければならないためその膜厚は１μｍ以下が望
ましい（窓層１０が１μｍのとき発光光強度は約１／３
に減衰する）。
の上に単結晶シリコン基板１の導電型と異なるアモルフ
ァスシリコンもしくはポリシリコンを窓層１０としてＣ
ＶＤ法やスパッタ法により形成する。つまり、単結晶シ
リコン基板１がｎ型であれば窓層１０はｐ型にする。そ
の結果、窓層１０と多孔質シリコン７との間でｐｎ接合
が形成される。このとき、窓層１０は発光される光を透
過させなければならないためその膜厚は１μｍ以下が望
ましい（窓層１０が１μｍのとき発光光強度は約１／３
に減衰する）。
【００１３】最後に、図１に示すように、窓層１０上の
一部の領域に表面電極１１を形成するとともに、単結晶
シリコン基板１の裏面側に裏面電極１２を形成する。表
面電極１１及び裏面電極１２の材質としては窓層１０及
び単結晶シリコン基板１とオーミック接合できればよ
く、例えばＡｌ，Ａｕ−Ｓｂ（シリコン基板がｎ型の場
合）等が用いられる。
一部の領域に表面電極１１を形成するとともに、単結晶
シリコン基板１の裏面側に裏面電極１２を形成する。表
面電極１１及び裏面電極１２の材質としては窓層１０及
び単結晶シリコン基板１とオーミック接合できればよ
く、例えばＡｌ，Ａｕ−Ｓｂ（シリコン基板がｎ型の場
合）等が用いられる。
【００１４】その結果、表面電極１１及び裏面電極１２
に電圧を印加することで窓層１０と多孔質シリコン７
（量子細線）との間のｐｎ接合部に電子と正孔の流入が
可能になる。
に電圧を印加することで窓層１０と多孔質シリコン７
（量子細線）との間のｐｎ接合部に電子と正孔の流入が
可能になる。
【００１５】次に、上記のように構成した注入形発光素
子の作用を説明する。ｐｎ接合部に対し順バイアスとな
るように、表面電極１１及び裏面電極１２に電圧を印加
して電極間に電流を流すことにより、ｐｎ接合部分に存
在する空乏層及び多孔質シリコン７（量子細線）側へそ
れぞれ電子と正孔が注入され、それらは多孔質シリコン
７（量子細線）内で発光再結合し光を放出する。放出さ
れた光は窓層１０を透過し取り出される。
子の作用を説明する。ｐｎ接合部に対し順バイアスとな
るように、表面電極１１及び裏面電極１２に電圧を印加
して電極間に電流を流すことにより、ｐｎ接合部分に存
在する空乏層及び多孔質シリコン７（量子細線）側へそ
れぞれ電子と正孔が注入され、それらは多孔質シリコン
７（量子細線）内で発光再結合し光を放出する。放出さ
れた光は窓層１０を透過し取り出される。
【００１６】ここで、単結晶シリコン基板１は多孔質シ
リコン７（量子細線）を形成する母材と支持体とを兼ね
ている。又、単結晶シリコン基板１は電流の通り道でも
ある。
リコン７（量子細線）を形成する母材と支持体とを兼ね
ている。又、単結晶シリコン基板１は電流の通り道でも
ある。
【００１７】このように本実施例では、単結晶シリコン
基板１の表面に第１導電型の多孔質シリコン７を形成す
るとともに、多孔質シリコン７に接するように第２導電
型の窓層１０（半導体膜）を形成し、さらに、多孔質シ
リコン７と窓層１０により形成されたｐｎ接合の両側に
表面及び裏面電極１１，１２を配置した。この素子にお
いては、電極間の電圧印加により、ｐｎ接合部分に少数
キャリアの注入が起こり、ｐｎ接合部でキャリアの再結
合が起こり発光して窓層１０を透過していく。このよう
に、励起源としてレーザ光を用いることなく発光可能な
注入形発光素子とすることができる。
基板１の表面に第１導電型の多孔質シリコン７を形成す
るとともに、多孔質シリコン７に接するように第２導電
型の窓層１０（半導体膜）を形成し、さらに、多孔質シ
リコン７と窓層１０により形成されたｐｎ接合の両側に
表面及び裏面電極１１，１２を配置した。この素子にお
いては、電極間の電圧印加により、ｐｎ接合部分に少数
キャリアの注入が起こり、ｐｎ接合部でキャリアの再結
合が起こり発光して窓層１０を透過していく。このよう
に、励起源としてレーザ光を用いることなく発光可能な
注入形発光素子とすることができる。
【００１８】又、多孔質シリコン７の空間にはＣＶＤ法
によるＳｉＯ2 膜９（絶縁性充填材）が満たされ固定化
しているので、多孔質シリコン７の強度を強くすること
ができる。
によるＳｉＯ2 膜９（絶縁性充填材）が満たされ固定化
しているので、多孔質シリコン７の強度を強くすること
ができる。
【００１９】さらに、本実施例では、窓層１０としてシ
リコンを用いているので、発光素子をＩＣと同一基板上
へ組み込む場合には次の点で利点となる。つまり、アモ
ルファスシリコンやポリシリコンは他の製造工程で用い
られるものであるので製造工程が簡略化でき、又、窓層
１０としてシリコン以外の材料を用いると汚染源となる
虞があるが、これが回避される。
リコンを用いているので、発光素子をＩＣと同一基板上
へ組み込む場合には次の点で利点となる。つまり、アモ
ルファスシリコンやポリシリコンは他の製造工程で用い
られるものであるので製造工程が簡略化でき、又、窓層
１０としてシリコン以外の材料を用いると汚染源となる
虞があるが、これが回避される。
【００２０】尚、この発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、例えば、上記実施例では裏面電極１２を用
いたが、図７に示すように、単結晶シリコン基板１の表
面側に電極１３を形成してプレーナ型の発光素子として
もよい。
のではなく、例えば、上記実施例では裏面電極１２を用
いたが、図７に示すように、単結晶シリコン基板１の表
面側に電極１３を形成してプレーナ型の発光素子として
もよい。
【００２１】又、窓層１０の材料としては、アモルファ
スシリコンやポリシリコンの他にも、ＧａＰ等の発光光
を吸収しない半導体を用いてもよい。つまり、シリコン
は発光部から放射される光を吸収してしまうためシリコ
ン材料を用いた場合には窓層１０が吸収層として働くた
め窓層１０の厚さを薄くする必要があり、逆に厚さを極
端に薄くすると窓層１０の電気抵抗が上昇してしまう
が、発光光を透過するような半導体であるＳｉＣやＧａ
ＰやＡｌＰ等のワイドバンドギャップ半導体材料を用い
れば上記問題はなくなる。
スシリコンやポリシリコンの他にも、ＧａＰ等の発光光
を吸収しない半導体を用いてもよい。つまり、シリコン
は発光部から放射される光を吸収してしまうためシリコ
ン材料を用いた場合には窓層１０が吸収層として働くた
め窓層１０の厚さを薄くする必要があり、逆に厚さを極
端に薄くすると窓層１０の電気抵抗が上昇してしまう
が、発光光を透過するような半導体であるＳｉＣやＧａ
ＰやＡｌＰ等のワイドバンドギャップ半導体材料を用い
れば上記問題はなくなる。
【００２２】さらに、絶縁膜としてのＳｉＯ2 膜９は、
多孔質シリコン７（量子細線）を熱酸化することにより
形成してもよい。しかしながら、熱酸化単独では多孔質
シリコン７（量子細線）の太さの制御と細線間の埋め込
みの兼ね合いが難しく、目的の太さの量子細線を形成し
た後はＣＶＤにより埋め込む方法の方がよい。もちろ
ん、極薄い熱酸化膜を形成した後ＣＶＤにより埋め込む
こともできる。
多孔質シリコン７（量子細線）を熱酸化することにより
形成してもよい。しかしながら、熱酸化単独では多孔質
シリコン７（量子細線）の太さの制御と細線間の埋め込
みの兼ね合いが難しく、目的の太さの量子細線を形成し
た後はＣＶＤにより埋め込む方法の方がよい。もちろ
ん、極薄い熱酸化膜を形成した後ＣＶＤにより埋め込む
こともできる。
【００２３】
【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
励起源としてレーザ光を用いることなく発光可能な注入
形発光素子とすることができる優れた効果を発揮する。
励起源としてレーザ光を用いることなく発光可能な注入
形発光素子とすることができる優れた効果を発揮する。
【図１】実施例の注入形発光素子を示す図である。
【図２】注入形発光素子の製造工程図である。
【図３】注入形発光素子の製造工程図である。
【図４】注入形発光素子の製造工程図である。
【図５】注入形発光素子の製造工程図である。
【図６】注入形発光素子の製造工程図である。
【図７】別例の注入形発光素子を示す図である。
１ 単結晶シリコン基板 ７ 多孔質シリコン ９ ＳｉＯ2 膜 １０ 半導体膜としての窓層 １１ 表面電極 １２ 裏面電極
Claims (2)
- 【請求項１】 単結晶シリコン基板の表面に形成された
第１導電型の多孔質シリコンと、 前記多孔質シリコンと接し、発光光を透過可能な第２導
電型の半導体膜と、 前記多孔質シリコンと半導体膜により形成されたｐｎ接
合の両側に配置された電極とを備えたことを特徴とする
注入形発光素子。 - 【請求項２】 前記多孔質シリコンは、その空間がＣＶ
Ｄ法による酸化シリコンにて満たされ固定化されている
ものである請求項１に記載の注入形発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21552891A JPH0555627A (ja) | 1991-08-27 | 1991-08-27 | 注入形発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21552891A JPH0555627A (ja) | 1991-08-27 | 1991-08-27 | 注入形発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0555627A true JPH0555627A (ja) | 1993-03-05 |
Family
ID=16673922
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21552891A Pending JPH0555627A (ja) | 1991-08-27 | 1991-08-27 | 注入形発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0555627A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995002259A1 (en) * | 1993-07-07 | 1995-01-19 | Huth Gerald C | An optically interactive nanostructure |
| EP0652600A1 (en) * | 1993-11-02 | 1995-05-10 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Aggregate of semiconductor micro-needles and method of manufacturing the same, and semiconductor apparatus and method of manufacturing the same |
| US6734451B2 (en) | 1993-11-02 | 2004-05-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Aggregate of semiconductor micro-needles and method of manufacturing the same, and semiconductor apparatus and method of manufacturing the same |
| KR100446622B1 (ko) * | 2002-01-10 | 2004-09-04 | 삼성전자주식회사 | 실리콘 광소자 및 이를 적용한 발광 디바이스 장치 |
| KR100455288B1 (ko) * | 2002-03-08 | 2004-11-06 | 삼성전자주식회사 | 실리콘 발광소자를 이용한 평판형 표시장치 |
| JP2008306135A (ja) * | 2007-06-11 | 2008-12-18 | Hitachi Maxell Ltd | 結晶シリコン素子 |
| ITUB20152264A1 (it) * | 2015-07-17 | 2017-01-17 | St Microelectronics Srl | Dispositivo ad emissione di luce in silicio poroso e relativo metodo di fabbricazione |
-
1991
- 1991-08-27 JP JP21552891A patent/JPH0555627A/ja active Pending
Cited By (17)
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| EP0892446A3 (en) * | 1993-11-02 | 1999-05-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method of manufacturing an aggregate of semiconductor micro-needles and method of manufacturing a semiconductor device comprising an aggregate of semiconductor micro-needles |
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| US6087197A (en) * | 1993-11-02 | 2000-07-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Aggregate of semiconductor micro-needles and method of manufacturing the same, and semiconductor apparatus and method of manufacturing the same |
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| US6489629B1 (en) | 1993-11-02 | 2002-12-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Aggregate of semiconductor micro-needles and method of manufacturing the same, and semiconductor apparatus and method of manufacturing the same |
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| EP3118905A1 (en) * | 2015-07-17 | 2017-01-18 | STMicroelectronics Srl | Porous-silicon light-emitting device and manufacturing method thereof |
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