JPH06283754A - Light emitting element - Google Patents

Light emitting element

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Publication number
JPH06283754A
JPH06283754A JP9246493A JP9246493A JPH06283754A JP H06283754 A JPH06283754 A JP H06283754A JP 9246493 A JP9246493 A JP 9246493A JP 9246493 A JP9246493 A JP 9246493A JP H06283754 A JPH06283754 A JP H06283754A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light emitting
thermal oxidation
type
rapid thermal
porous silicon
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP9246493A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shusuke Mimura
秀典 三村
Toshirou Futaki
登史郎 二木
Takahiro Matsumoto
貴裕 松本
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
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Publication of JPH06283754A publication Critical patent/JPH06283754A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To provide a light emitting element using polycrystalline silicon, especially, a light emitting element which emits a light by injecting charges, using p-n junction. CONSTITUTION:A high-speed thermal oxide porous silicon layer 13 is made on a p-type single crystalline silicon substrate 12, and an amorphous silicon carbon alloy 14 containing n-type fine crystals is stacked on the high-speed porous silicon layer 13. By constituting this element as mentioned above, a p-n junction type of light emitting element using silicon can be materialized. Moreover, a light emitting element, which can prevent the drop of the efficiency of light emission, can be provided by using high-speed thermal oxide polycrystalline silicon.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光通信、自発光型ディ
スプレイ、光源、光集積回路等に用いることのできる発
光素子に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light emitting device which can be used for optical communication, a self-luminous display, a light source, an optical integrated circuit and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】シリコン半導体は間接遷移半導体である
ため発光素子の作製は実現不可能であると考えられてお
り、発光素子はIII −V属化合物半導体、II−VI属化合
物半導体、およびIV−VI属化合物半導体で作製されてい
た。しかし、シリコン半導体は化合物半導体に比べ、資
源が豊富、安価であり、特に多結晶シリコンは、ステン
レス基板、石英基板、ガラス基板等種々の基板上に大面
積のものを安価に作製することができる。また、デバイ
ス設計・作製技術が高く現状の化合物半導体では実現す
ることが難しい高集積度でかつ高信頼性のある論理、演
算、駆動、受光素子等を同一基板上に作り込める等の利
点により、シリコンを用いた発光素子の実現が切望され
ていた。
2. Description of the Related Art Since a silicon semiconductor is an indirect transition semiconductor, it is considered impossible to manufacture a light emitting device. The light emitting device is a III-V group compound semiconductor, a II-VI group compound semiconductor, and an IV-group compound semiconductor. It was made of VI compound semiconductors. However, silicon semiconductors have more resources and are cheaper than compound semiconductors. In particular, polycrystalline silicon can be manufactured on a large area on various substrates such as stainless steel substrates, quartz substrates, and glass substrates at low cost. . In addition, due to the advantage that device design / fabrication technology is high and it is difficult to realize with the current compound semiconductors, it is possible to build highly integrated and highly reliable logic, operation, drive, light receiving element, etc. on the same substrate. It has been earnestly desired to realize a light emitting device using silicon.

【0003】ところが、1990年、L.T.Canh
amにより単結晶シリコンを弗酸溶液中で陽極化成した
多孔質シリコンが室温で強いホトルミネッセンスを示す
ことが示された(Applied Physics L
etters 57,1990,p.1046)。この
ことは、シリコンでも発光素子が実現できる可能性があ
ることを示しており、その後このホトルミネッセンスの
発生メカニズムについて盛んに研究が行われてた。
However, in 1990, L. T. Canh
am showed that porous silicon obtained by anodizing single-crystal silicon in a hydrofluoric acid solution exhibits strong photoluminescence at room temperature (Applied Physics L).
etters 57, 1990, p. 1046). This indicates that there is a possibility that a light emitting device can be realized even with silicon, and thereafter, the mechanism of this photoluminescence generation was actively studied.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】この多孔質シリコンを
用いた発光素子としては、特願平4−34507がある
が、従来の多孔質シリコンを用いた発光素子は、赤色か
らオレンジ色までの発光しか示さず、青色に発光するも
のはなかった。また、従来の発光素子は動作中に発光輝
度の低下が見られた。
As a light emitting device using this porous silicon, there is Japanese Patent Application No. 4-34507. Conventional light emitting devices using porous silicon emit light from red to orange. However, none of them emitted blue light. Further, the conventional light emitting element was observed to have a decrease in light emission luminance during operation.

【0005】本発明は、上記事情に基づいてなされたも
のであり、シリコンを用いた発光素子、特に青色発光素
子を提供することを目的としたものである。また、動作
中に発光輝度の低下が少ない発光素子の実現を目的とし
たものである。
The present invention has been made under the above circumstances, and an object thereof is to provide a light emitting element using silicon, particularly a blue light emitting element. Further, it is intended to realize a light emitting element in which a decrease in emission luminance is small during operation.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項1記載の発明の発光素子は、p型又はn型の単
結晶シリコン上に形成された多孔質シリコンを高速熱酸
化することにより作製した高速熱酸化多孔質シリコンを
用いたことを特徴とするものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the light-emitting device according to the present invention is characterized in that porous silicon formed on p-type or n-type single crystal silicon is thermally oxidized at high speed. It is characterized by using the rapid thermal oxidation porous silicon produced by.

【0007】請求項2記載の発明の発光素子は、p型又
はn型の多結晶シリコン上に形成された多孔質シリコン
を高速熱酸化することにより作製した高速熱酸化多孔質
シリコンを用いたことを特徴とするものである。
The light emitting device according to the second aspect of the present invention uses the rapid thermal oxidation porous silicon produced by rapid thermal oxidation of the porous silicon formed on the p-type or n-type polycrystalline silicon. It is characterized by.

【0008】請求項3記載の発明の発光素子は、p型又
はn型の単結晶シリコン上に形成された多孔質シリコン
を高速熱酸化した高速熱酸化多孔質シリコンと前記単結
晶シリコンと異なる伝導型をもつ半導体からなるpn接
合を用いたことを特徴とするものである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a light emitting device having a high thermal oxidation porous silicon obtained by rapid thermal oxidation of porous silicon formed on p-type or n-type single crystal silicon, and a conduction different from that of the single crystal silicon. It is characterized by using a pn junction made of a semiconductor having a mold.

【0009】請求項4記載の発明の発光素子は、p型又
はn型の多結晶シリコン上に形成された多孔質シリコン
を高速熱酸化した高速熱酸化多孔質シリコンと前記多結
晶シリコンと異なる伝導型をもつ半導体からなるpn接
合を用いたことを特徴とするものである。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a light emitting device, wherein high-speed thermal oxidation porous silicon obtained by rapid thermal oxidation of porous silicon formed on p-type or n-type polycrystalline silicon and conduction different from that of the polycrystalline silicon. It is characterized by using a pn junction made of a semiconductor having a mold.

【0010】請求項5記載の発明の発光素子は、請求項
3又は4記載の発明において、半導体層が微結晶を含有
する非晶質シリコンカーボン合金であることを特徴とす
るものである。
A light emitting device according to a fifth aspect of the invention is characterized in that, in the third or fourth aspect of the invention, the semiconductor layer is an amorphous silicon carbon alloy containing microcrystals.

【0011】請求項6記載の発明の発光素子は、請求項
3又は4記載の発明において、半導体層が非晶質シリコ
ンカーボン合金であることを特徴とするものである。
A light emitting device according to a sixth aspect of the present invention is the light emitting device according to the third or fourth aspect, wherein the semiconductor layer is an amorphous silicon carbon alloy.

【0012】請求項7記載の発明の発光素子は、請求項
3又は4記載の発明において、半導体層が微結晶を含有
する非晶質シリコンを用いたことを特徴とするものであ
る。
A light emitting device according to a seventh aspect of the present invention is characterized in that, in the third or fourth aspect of the invention, the semiconductor layer uses amorphous silicon containing microcrystals.

【0013】請求項8記載の発明の発光素子は、p型又
はn型の単結晶シリコン上に形成された多孔質シリコン
を高速熱酸化した高速熱酸化多孔質シリコン上にインジ
ウムティンオキサイドを形成したことを特徴とするもの
である。
In the light emitting device according to the present invention, the indium tin oxide is formed on the rapid thermal oxidation porous silicon obtained by rapid thermal oxidation of the porous silicon formed on the p-type or n-type single crystal silicon. It is characterized by that.

【0014】請求項9記載の発明の発光素子は、p型又
はn型の多結晶シリコン上に形成された多孔質シリコン
を高速熱酸化した高速熱酸化多孔質シリコン上にインジ
ウムティンオキサイドを形成したことを特徴とするもの
である。
According to a ninth aspect of the light-emitting device of the present invention, indium tin oxide is formed on rapid thermal oxidation porous silicon obtained by rapid thermal oxidation of porous silicon formed on p-type or n-type polycrystalline silicon. It is characterized by that.

【0015】請求項10記載の発明の発光素子は、請求
項8又は9記載の発明において、インジウムティンオキ
サイドに代えてAuを用いたことを特徴とするものであ
る。
A light emitting device according to a tenth aspect of the invention is characterized in that, in the eighth or ninth aspect of the invention, Au is used instead of indium tin oxide.

【0016】[0016]

【作用】青色発光素子を作製するためには、その発光層
が青色より広いエネルギーバンドギャップ(約2.5e
V以上)を持ち、かつ電子と正孔が発光再結合すること
が必要である。簡便にこの必要条件を持つことを確認す
るためには、紫外光励起によるホトルミネッサンスを測
定し、青色発光することを確認すればよい。この現象が
確認できれば、発光層に電子及び正孔をなんらかの手段
で注入し、発光層で再結合を起こさせれば青色発光素子
が実現できる。本発明者たちは、多孔質シリコンを高速
熱酸化炉で高速熱酸化することにより作製した高速熱酸
化多孔質シリコンが紫外光励起により、青色発光するこ
とを見いだした。また、発光層に正孔と電子を注入し発
光層で再結合させる手段を見いだした。
In order to manufacture a blue light emitting device, its light emitting layer has an energy band gap (about 2.5e) wider than that of blue.
V or more), and the electrons and holes must be radiatively recombined. In order to easily confirm that this requirement is satisfied, it is sufficient to measure photoluminescence due to ultraviolet light excitation and confirm that it emits blue light. If this phenomenon can be confirmed, a blue light emitting device can be realized by injecting electrons and holes into the light emitting layer by some means and causing recombination in the light emitting layer. The present inventors have found that rapid thermal oxidation porous silicon produced by rapid thermal oxidation of porous silicon in a rapid thermal oxidation furnace emits blue light when excited by ultraviolet light. Further, they have found a means for injecting holes and electrons into the light emitting layer and recombining them in the light emitting layer.

【0017】本発明者等は、p型又はn型の単結晶シリ
コン基板(面方位(111)及び(100)、抵抗率
0.05〜50Ωcm)の上に、陽極化成法(エチルア
ルコール:弗酸(48%の水溶液)=0:1〜10:1
の水溶液中で、陽極側に単結晶シリコンを接続し、また
陰極側に白金等の電極を接続して電流密度:1mA/c
2 〜200mA/cm2 の電流を流し、単結晶シリコ
ンを加工する方法)で30秒〜10分間処理することに
より、多孔質シリコン(porous Si)層を作製
し、その後前記多孔質シリコン層を高速熱酸化(酸素又
は酸素及び窒素雰囲気中において、800℃〜1200
℃で10秒〜120秒間熱酸化を行う。)することによ
り作製した高速熱酸化多孔質シリコン層が、紫外光励起
により、強い青色ホトルミネッサンスを示すことを見い
だした。また、高速熱酸化多孔質シリコン上に、高速熱
酸化多孔質シリコンを作製した単結晶シリコン基板と異
なる伝導型を持つ広いバンドギャップ(2.0〜2.4
eV)と高い導電率(10-2〜101 S/cm)とを有
する微結晶を含有する非晶質シリコンカーボン合金(μ
c−SiC)を堆積すると良好なpn接合が得られるこ
とを見いだした。また、単結晶シリコン基板のかわりに
p型又はn型の多結晶シリコン基板を用い高速熱酸化多
孔質シリコンを作製した場合にも、同様の方法で良好な
pn接合が得られることを見いだした。
The present inventors have conducted an anodization method (ethyl alcohol: fluorine) on a p-type or n-type single crystal silicon substrate (plane orientation (111) and (100), resistivity 0.05 to 50 Ωcm). Acid (48% aqueous solution) = 0: 1 to 10: 1
Current density: 1 mA / c by connecting single crystal silicon to the anode side and an electrode such as platinum to the cathode side in the aqueous solution of
A current of m 2 to 200 mA / cm 2 is applied and a treatment of single crystal silicon is performed for 30 seconds to 10 minutes to prepare a porous silicon (porous Si) layer, and then the porous silicon layer is formed. Rapid thermal oxidation (800 ° C to 1200 ° C in oxygen or oxygen and nitrogen atmosphere)
Thermal oxidation is performed at 10 ° C. for 10 seconds to 120 seconds. It was found that the rapid thermal oxidation porous silicon layer produced by the above) exhibits strong blue photoluminescence when excited by ultraviolet light. In addition, a wide band gap (2.0 to 2.4) having a conductivity type different from that of the single crystal silicon substrate on which the rapid thermal oxidation porous silicon is manufactured is provided on the rapid thermal oxidation porous silicon.
eV) and an amorphous silicon carbon alloy containing microcrystals having a high conductivity (10 −2 to 10 1 S / cm) (μ
It has been found that a good pn junction can be obtained by depositing c-SiC). It was also found that a good pn junction can be obtained by the same method when a rapid thermal oxidation porous silicon is produced by using a p-type or n-type polycrystalline silicon substrate instead of a single crystal silicon substrate.

【0018】LED発光するような良好なpn接合を作
製するためには、高速熱酸化多孔質シリコン層の作製方
法(基板の比抵抗、陽極化成の方法、高速熱酸化炉の温
度、雰囲気、酸化時間等)はもちろんのこと、特に高速
熱酸化多孔質シリコン層と、微結晶を含有する非晶質シ
リコンカーボン合金膜との界面特性にダメージを与えな
いように、微結晶を含有する非晶質シリコンカーボン合
金の堆積条件を最適化することが非常に重要である。
In order to produce a good pn junction that emits light from an LED, a method for producing a rapid thermal oxidation porous silicon layer (resistivity of substrate, anodization method, temperature of fast thermal oxidation furnace, atmosphere, oxidation). Time, etc.), especially, the amorphous material containing microcrystals so as not to damage the interface characteristics between the rapid thermal oxidation porous silicon layer and the amorphous silicon carbon alloy film containing microcrystals. It is very important to optimize the deposition conditions of silicon carbon alloy.

【0019】これらについて本発明者等は鋭意研究を行
った結果、陽極化成法によりエチルアルコール:弗酸
(48%の水溶液)=0.1:1〜5:1、電流密度5
〜50mA/cm2 、陽極化成時間1〜5分において面
方位(111)及び(100)、抵抗率0.1〜40Ω
cmのp型単結晶シリコン基板の表面に多孔質シリコン
層を作製し、50℃/sec〜200℃/secの温度
上昇を持つ高速熱酸化炉で800℃〜1200℃で30
秒から60秒間熱酸化することにより、p型単結晶シリ
コン基板から高速熱酸化多孔質シリコン層に正孔が注入
できる高速熱酸化多孔質シリコン層の作製条件を見いだ
した。
The inventors of the present invention have conducted diligent research on these, and as a result, by the anodization method, ethyl alcohol: hydrofluoric acid (48% aqueous solution) = 0.1: 1 to 5: 1, current density 5
˜50 mA / cm 2 , plane orientation (111) and (100), anodization time 1 to 5 minutes, resistivity 0.1 to 40 Ω
cm-type p-type single crystal silicon substrate, and a porous silicon layer is formed on the surface of the p-type single crystal silicon substrate.
The conditions for producing a rapid thermal oxidation porous silicon layer capable of injecting holes from the p-type single crystal silicon substrate into the rapid thermal oxidation porous silicon layer by thermal oxidation for 60 seconds were found.

【0020】また、電子サイクロトロン共鳴プラズマC
VD法によりガス圧0.001〜0.008Torr、
基板温度150〜350℃、投入電力200〜350
W、SiH4 :CH4 :PH3 :H2 =1:1〜3:
0.005〜0.03:100〜200において前記高
速熱酸化多孔質シリコン層の表面にn型の微結晶を含有
する非晶質シリコンカーボン合金膜を作製することによ
り、n型の微結晶を含有する非晶質シリコンカーボン合
金膜から高速熱酸化多孔質シリコン層に電子が良好に注
入できるn型の微結晶を含有する非晶質シリコンカーボ
ン合金の堆積条件を見いだした。その結果、青色発光素
子が実現できたわけである。
Further, electron cyclotron resonance plasma C
Gas pressure of 0.001 to 0.008 Torr by VD method,
Substrate temperature 150-350 ° C, input power 200-350
W, SiH 4: CH 4: PH 3: H 2 = 1: 1~3:
At 0.005 to 0.03: 100 to 200, an amorphous silicon carbon alloy film containing n-type crystallites is formed on the surface of the rapid thermal oxidation porous silicon layer to form n-type crystallites. The deposition conditions of the amorphous silicon carbon alloy containing n-type microcrystals capable of favorably injecting electrons from the contained amorphous silicon carbon alloy film into the rapid thermal oxidation porous silicon layer were found. As a result, a blue light emitting element was realized.

【0021】また、この発光素子は青色発光するだけで
なく、発光効率の低下が極めて少ない。これは、一般に
多孔質シリコンは水素でターミネートされているが、水
素は熱等に対して不安定であるため多孔質シリコンから
外れ易いのに対し、酸素は熱等に対して安定しているた
め多孔質シリコンから外れ難いので、多孔質シリコンを
ターミネートしている水素を酸素に置換することによ
り、多孔質シリコンのダングリングボンドによって生じ
る発光特性の劣化を防止することができるからである。
Further, this light emitting element not only emits blue light, but also has a very small decrease in luminous efficiency. This is because porous silicon is generally terminated with hydrogen, but hydrogen is unstable with respect to heat and is easily separated from porous silicon, while oxygen is stable with respect to heat and the like. This is because it is difficult to separate from the porous silicon, and by replacing the hydrogen terminating the porous silicon with oxygen, it is possible to prevent the deterioration of the light emission characteristics caused by the dangling bond of the porous silicon.

【0022】また、n型単結晶シリコン基板を用いて発
光素子を作製する条件について、n型単結晶シリコン基
板から高速熱酸化多孔質シリコン層に電子が良好に注入
できる高速熱酸化多孔質シリコン層の作製条件は、陽極
化成の際に光を照射しなければならないことを除けば、
p型単結晶シリコン基板を用いた場合と同じ条件である
こと、p型の微結晶を含有する非晶質シリコンカーボン
合金膜から高速熱酸化多孔質シリコン層に正孔が良好に
注入できるp型の微結晶を含有する非晶質シリコンカー
ボン合金の堆積条件は、原料ガスとしてPH3 の代わり
にB2 6 を用いることを除けば、n型の微結晶を含有
する非晶質シリコンカーボン合金の堆積条件と同じであ
ることを見いだした。
Regarding the conditions for manufacturing a light emitting device using an n-type single crystal silicon substrate, a rapid thermal oxidation porous silicon layer capable of favorably injecting electrons from the n type single crystal silicon substrate into the rapid thermal oxidation porous silicon layer. Manufacturing conditions of, except that light must be irradiated during the anodization,
The same conditions as in the case of using a p-type single crystal silicon substrate, and p-type capable of favorably injecting holes from the amorphous silicon carbon alloy film containing p-type microcrystals into the rapid thermal oxidation porous silicon layer As for the deposition conditions of the amorphous silicon carbon alloy containing the microcrystals, except that B 2 H 6 is used as the source gas in place of PH 3 , the amorphous silicon carbon alloy containing the n-type microcrystals is used. It was found that the deposition conditions were the same.

【0023】さらに、p型多結晶シリコンを用いて発光
素子を作製する条件について、p型多結晶シリコンから
高速熱酸化多孔質シリコン層に正孔が良好に注入できる
高速熱酸化多孔質シリコン層の作製条件は、陽極化成の
際に光を照射しなければならないことを除けば、p型単
結晶シリコン基板を用いた場合と同じ条件であること、
また、n型多結晶シリコンを用いて発光素子を作製する
条件について、n型単結晶シリコン基板を用いた場合と
同じ条件であることを見いだした。
Further, regarding the conditions for manufacturing a light emitting device using p-type polycrystalline silicon, a high-speed thermally-oxidized porous silicon layer capable of favorably injecting holes from p-type polycrystalline silicon into the rapid-thermally oxidized porous silicon layer is provided. The manufacturing conditions are the same as those using the p-type single crystal silicon substrate, except that light must be irradiated during anodization.
It was also found that the conditions for manufacturing a light emitting element using n-type polycrystalline silicon are the same as the conditions for using an n-type single crystal silicon substrate.

【0024】尚、発明者等が調べたところでは、単結晶
シリコンの抵抗率が40Ωcmを越えると基板の抵抗が
高くなって基板から高速熱酸化多孔質シリコンに電荷が
良好に注入されなくなり、良好な発光素子を作製できな
いことが分かった。なお、多結晶シリコンの抵抗率につ
いては、多結晶シリコンは薄膜で用いるため、多結晶シ
リコンの抵抗率が106 Ωcmまで、多結晶シリコンか
ら高速熱酸化多孔質シリコンに電荷が注入される接合が
得られることが分かった。
It has been found by the inventors that when the resistivity of single crystal silicon exceeds 40 Ωcm, the resistance of the substrate becomes high, and the charge is not well injected from the substrate into the rapid thermal oxidation porous silicon. It was found that it was not possible to fabricate such a light emitting device. Regarding the resistivity of the polycrystalline silicon, since the polycrystalline silicon is used as a thin film, the junction in which the electric charge is injected from the polycrystalline silicon to the rapid thermal oxidation porous silicon until the resistivity of the polycrystalline silicon is up to 10 6 Ωcm. It turned out to be obtained.

【0025】また、陽極化成法により多孔質シリコン層
を作製するに際し、エチルアルコールと弗酸の比率がエ
チルアルコール:弗酸=0.1:1未満になると陽極化
成の際に生じる泡のため多孔質シリコンが均一にでき
ず、また電流密度が50mA/cm2 を越えると除々に
シリコンの電界研磨が起こり始めてくるため、良好な発
光素子を作製できないことが分かった。
Further, when the porous silicon layer is formed by the anodization method, if the ratio of ethyl alcohol and hydrofluoric acid is less than 0.1: 1 of ethyl alcohol: hydrofluoric acid, bubbles are generated during the anodization and the porosity is increased. It was found that a good light emitting device could not be produced because the quality silicon could not be made uniform, and when the current density exceeded 50 mA / cm 2 , silicon electropolishing gradually began to occur.

【0026】さらに、電子サイクロトロン共鳴プラズマ
CVD法により微結晶を含有する非晶質シリコンカーボ
ン合金膜を作製するに際し、ガス圧が0.001Tor
r未満ではエッチング効果により下地の高速熱酸化多孔
質シリコン層にダメージを与え、0.008Torrを
越えるとプラズマが安定せず微結晶を含有する非晶質シ
リコンカーボン合金が作製不可能となるため、良好な発
光素子を作製できないことが分かった。
Further, when an amorphous silicon carbon alloy film containing fine crystals is formed by the electron cyclotron resonance plasma CVD method, the gas pressure is 0.001 Tor.
If it is less than r, the underlying rapid thermal oxidation porous silicon layer is damaged by the etching effect, and if it exceeds 0.008 Torr, the plasma is not stabilized and an amorphous silicon carbon alloy containing fine crystals cannot be produced. It was found that a good light emitting element could not be manufactured.

【0027】また、基板温度が150℃未満では微結晶
を含有する非晶質シリコンカーボン合金が作製不可能と
なり、350℃を越えると高速熱酸化多孔質シリコン層
の表面状態が変化し発光しなくなるため、良好な発光素
子を作製できないことが分かった。
If the substrate temperature is lower than 150 ° C., an amorphous silicon carbon alloy containing microcrystals cannot be produced. If the substrate temperature exceeds 350 ° C., the surface state of the rapid thermal oxidation porous silicon layer changes and no light is emitted. Therefore, it was found that a favorable light-emitting element could not be manufactured.

【0028】さらに、多孔質シリコン層を高速熱酸化し
て高速熱酸化多孔質シリコン層を作製するに際し、熱酸
化時間が10秒未満では多孔質シリコンをターミネート
している水素の大部分を酸素に置換することができず、
120秒を越えると多孔質シリコンの構造が変化するた
め、良好な発光を示さず、結果として発光素子を作製で
きないことが分かった。
Further, in the rapid thermal oxidation of the porous silicon layer to produce the rapid thermal oxidation porous silicon layer, most of the hydrogen terminating the porous silicon is converted into oxygen when the thermal oxidation time is less than 10 seconds. Cannot be replaced,
It was found that when the time exceeds 120 seconds, the structure of the porous silicon changes, so that good light emission is not exhibited, and as a result, a light emitting device cannot be manufactured.

【0029】[0029]

【実施例】本発明の第一実施例について、図1、図5、
図7を参照して説明する。図1は、本発明の第一実施例
であるp型単結晶シリコンを用いた発光素子の概略構造
図である。図5は、陽極化成法により多孔質シリコンを
作製する方法を説明するための図である。図7は、図1
に示す発光素子のインジウムティンオキサイド(IT
O)側に30Vの正電圧を印加した場合における発光ス
ペクトルを表した図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic structural diagram of a light emitting device using p-type single crystal silicon which is a first embodiment of the present invention. FIG. 5 is a diagram for explaining a method for producing porous silicon by the anodization method. FIG. 7 shows FIG.
Indium tin oxide (IT
It is a figure showing an emission spectrum when a positive voltage of 30V is applied to the (O) side.

【0030】図1に示す発光素子1は、p型単結晶シリ
コン基板12の裏面にAl11を蒸着し、p型単結晶シ
リコン基板12の表面に高速熱酸化多孔質シリコン層1
3を形成し、高速熱酸化多孔質シリコン層13の上にn
型の微結晶を含有する非晶質シリコンカーボン合金膜1
4を形成し、さらにn型の微結晶を含有する非晶質シリ
コンカーボン合金膜14の上に透明電極としてITO1
5を形成したものである。
In the light emitting device 1 shown in FIG. 1, Al 11 is vapor-deposited on the back surface of the p-type single crystal silicon substrate 12, and the rapid thermal oxidation porous silicon layer 1 is formed on the surface of the p-type single crystal silicon substrate 12.
3 is formed, and n is formed on the rapid thermal oxidation porous silicon layer 13.
Type amorphous carbon-carbon alloy film 1 containing microcrystals
4 is formed on the amorphous silicon carbon alloy film 14 containing n-type microcrystals, and ITO1 is formed as a transparent electrode.
5 is formed.

【0031】図1に示す発光素子1の製造方法について
説明する。先ず、p型単結晶シリコン基板12((10
0)面、抵抗率0.2〜10Ωcm)の裏面にAl11
を蒸着してオーミックコンタクトをとり、第一中間生成
物を作製する。
A method of manufacturing the light emitting device 1 shown in FIG. 1 will be described. First, the p-type single crystal silicon substrate 12 ((10
0) surface, Al11 on the back surface with a resistivity of 0.2 to 10 Ωcm)
Is vapor-deposited to form an ohmic contact to produce a first intermediate product.

【0032】次に、図5に示すように、p型単結晶シリ
コン基板12の表面に多孔質化したい部分を除いて第一
中間生成物をワックスで覆い、陰極側に白金電極Ptを
接続し、また陽極側にAl11を接続して、白金電極P
t及び第一中間生成物をエチルアルコール:弗酸(48
%の水溶液)=1:1の溶液(C2 5 OH+HF+H
2 O)の中に浸す。定電流電源を用いて電流密度を10
〜30mA/cm2 に固定し約3〜5分間陽極化成を行
うことによって多孔質シリコン層を作製し、第二中間生
成物を作製する。
Next, as shown in FIG. 5, the first intermediate product is covered with wax on the surface of the p-type single crystal silicon substrate 12 except for the portion to be made porous, and the platinum electrode Pt is connected to the cathode side. , Al11 is connected to the anode side, and the platinum electrode P
t and the first intermediate product as ethyl alcohol: hydrofluoric acid (48
% Aqueous solution) = 1: 1 solution (C 2 H 5 OH + HF + H
2 O). Use a constant current power source to increase the current density to 10
A porous silicon layer is prepared by fixing at -30 mA / cm 2 and anodizing for about 3 to 5 minutes to prepare a second intermediate product.

【0033】第二中間生成物の表面に付着したワックス
を有機溶剤で解かし、Alをエッチングし、純水で洗浄
した後、p型単結晶シリコン基板12上に作製した多孔
質シリコン層を酸素又は酸素及び窒素雰囲気中におい
て、高速赤外線照射装置を用いて800℃〜1200℃
で10秒〜120秒間熱酸化することにより高速熱酸化
多孔質シリコン層13を作製し、第三中間生成物を作製
する。その後再び、P型単結晶シリコン基板12の裏面
にAl11を蒸着してオーミックコンタクトをとる。
After the wax adhering to the surface of the second intermediate product is thawed with an organic solvent, Al is etched, and washed with pure water, the porous silicon layer formed on the p-type single crystal silicon substrate 12 is treated with oxygen or oxygen. 800 ° C to 1200 ° C using a high-speed infrared irradiation device in an oxygen and nitrogen atmosphere
By rapid thermal oxidation for 10 seconds to 120 seconds, a rapid thermal oxidation porous silicon layer 13 is produced, and a third intermediate product is produced. After that, again Al11 is vapor-deposited on the back surface of the P-type single crystal silicon substrate 12 to make ohmic contact.

【0034】第三中間生成物を電子サイクロトロン共鳴
プラズマCVD装置に入れ、n型の微結晶を含有する非
晶質シリコンカーボン合金を高速熱酸化多孔質シリコン
層13の上に150オングストローム堆積してn型の微
結晶を含有する非晶質シリコンカーボン合金膜14を作
製し、第四中間生成物を作製する。堆積条件はガス圧
0.005〜0.008Torr、投入電力300W、
SiH4 :CH4 :PH3 :H2 =1:1〜3:0.0
05〜0.03:100〜200、基板温度300℃で
ある。
The third intermediate product is placed in an electron cyclotron resonance plasma CVD apparatus, and an amorphous silicon carbon alloy containing n-type microcrystals is deposited on the rapid thermal oxidation porous silicon layer 13 by 150 angstroms. An amorphous silicon carbon alloy film 14 containing microcrystals of the mold is prepared, and a fourth intermediate product is prepared. The deposition conditions are gas pressure 0.005 to 0.008 Torr, input power 300 W,
SiH 4: CH 4: PH 3 : H 2 = 1: 1~3: 0.0
05-0.03: 100-200, substrate temperature 300 degreeC.

【0035】電子ビーム蒸着装置を用い、第四中間生成
物のn型の微結晶を含有する非晶質シリコンカーボン合
金膜14上に透明電極としてITO15を600オング
ストローム堆積し、発光素子1を作製する。
Using an electron beam evaporation apparatus, ITO 15 is deposited as a transparent electrode on the amorphous silicon carbon alloy film 14 containing the n-type microcrystals of the fourth intermediate product to a thickness of 600 angstrom to manufacture the light emitting device 1. .

【0036】ITO15側に30Vの負電圧を印加した
ときの発光スペクトルは、図7に示すように、発光波長
が約400〜600nmで、ピーク波長は450nmで
あった。
As shown in FIG. 7, the emission spectrum when a negative voltage of 30 V was applied to the ITO 15 side had an emission wavelength of about 400 to 600 nm and a peak wavelength of 450 nm.

【0037】本発明の第一実施例によれば、p型単結晶
シリコン基板12上に形成された高速熱酸化多孔質シリ
コン層13とn型の微結晶を含有する非晶質シリコンカ
ーボン合金膜14からなるpn接合を用いたので、p型
単結晶シリコン基板12から正孔を、またn型の微結晶
を含有する非晶質シリコンカーボン合金膜14から電子
を高速熱酸化多孔質シリコン層13に良好に注入するこ
とができる。また、本実施例の発光素子は、図7に示し
たように青色発光の発光素子となる。
According to the first embodiment of the present invention, an amorphous silicon carbon alloy film containing a rapid thermal oxidation porous silicon layer 13 formed on a p-type single crystal silicon substrate 12 and n-type microcrystals. Since the pn junction consisting of 14 is used, holes are rapidly emitted from the p-type single crystal silicon substrate 12 and electrons are emitted from the amorphous silicon carbon alloy film 14 containing n-type microcrystals. Can be injected well. Further, the light emitting element of this embodiment is a blue light emitting element as shown in FIG.

【0038】また、発光層である多孔質シリコン層を高
速熱酸化して高速熱酸化多孔質シリコン層13としたこ
とにより、多孔質シリコンをターミネートしている水素
を酸素に置換することができ、これにより熱等の原因に
よって発光効率が低下するのを防止することができる。
Further, since the porous silicon layer which is the light emitting layer is subjected to rapid thermal oxidation to form the rapid thermal oxidation porous silicon layer 13, the hydrogen terminating the porous silicon can be replaced with oxygen. As a result, it is possible to prevent the luminous efficiency from decreasing due to heat or the like.

【0039】次に、本発明の第二実施例について、図
2、図6、図8を参照して説明する。図2は、本発明の
第二実施例であるn型単結晶シリコンを用いた発光素子
の概略構造図である。図6は、陽極化成法により多孔質
シリコンを作製する方法を説明するための図である。図
8は、図2に示す発光素子のITO側に40Vの正電圧
を印加した場合における発光スペクトルを示す図であ
る。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2, 6 and 8. FIG. 2 is a schematic structural diagram of a light emitting device using n-type single crystal silicon which is a second embodiment of the present invention. FIG. 6 is a diagram for explaining a method for producing porous silicon by the anodization method. FIG. 8 is a diagram showing an emission spectrum when a positive voltage of 40 V is applied to the ITO side of the light emitting element shown in FIG.

【0040】図2に示す発光素子2は、n型単結晶シリ
コン基板22の裏面にAl21を蒸着し、n型単結晶シ
リコン基板22の表面に高速熱酸化多孔質シリコン層2
3を形成し、高速熱酸化多孔質シリコン層23の上にp
型の微結晶を含有する非晶質シリコンカーボン合金膜2
4を形成し、さらにp型の微結晶を含有する非晶質シリ
コンカーボン合金膜24の上に透明電極としてITO2
5を形成したものである。発光素子2の製造方法は、陽
極化成を行う際、図6に示すように、n型単結晶シリコ
ン基板22の多孔質シリコンを作製する面にタングステ
ンランプ光を照射すること、および電子サイクロトロン
共鳴プラズマCVD装置を用いてp型の微結晶を含有す
る非晶質シリコンカーボン合金を高速熱酸化多孔質シリ
コン層23上に堆積する条件がSiH4 :CH4 :B2
6 :H2 =1:1〜3:0.005〜0.03:10
0〜200であることを除けば、第一実施例と同様であ
るので、その詳細な説明を省略する。
In the light emitting device 2 shown in FIG. 2, Al 21 is vapor-deposited on the back surface of the n-type single crystal silicon substrate 22, and the rapid thermal oxidation porous silicon layer 2 is formed on the surface of the n-type single crystal silicon substrate 22.
3 is formed, and p is formed on the rapid thermal oxidation porous silicon layer 23.
-Type amorphous silicon carbon alloy film 2 containing microcrystals
4 is formed on the amorphous silicon carbon alloy film 24 containing p-type microcrystals, and ITO 2 is formed as a transparent electrode.
5 is formed. As shown in FIG. 6, the method for manufacturing the light-emitting element 2 is such that, when performing anodization, the surface of the n-type single crystal silicon substrate 22 on which porous silicon is to be produced is irradiated with tungsten lamp light, and electron cyclotron resonance plasma is used. The conditions for depositing an amorphous silicon carbon alloy containing p-type microcrystals on the rapid thermal oxidation porous silicon layer 23 using a CVD apparatus are SiH 4 : CH 4 : B 2
H 6: H 2 = 1: 1~3: 0.005~0.03: 10
Since it is the same as the first embodiment except that it is 0 to 200, detailed description thereof will be omitted.

【0041】ITO25側に40Vの正電圧を印加した
ときの発光スペクトルは、図8に示すように、発光波長
が約400〜600nmで、ピーク波長は445nmで
あった。
The emission spectrum when a positive voltage of 40 V was applied to the ITO 25 side had an emission wavelength of about 400 to 600 nm and a peak wavelength of 445 nm, as shown in FIG.

【0042】本発明の第二実施例によれば、n型単結晶
シリコン基板22上に形成された高速熱酸化多孔質シリ
コン層23とp型の微結晶を含有する非晶質シリコンカ
ーボン合金膜24からなるpn接合を用いたので、n型
単結晶シリコン基板22から電子を、またp型の微結晶
を含有する非晶質シリコンカーボン合金膜24から正孔
を高速熱酸化多孔質シリコン層23に良好に注入するこ
とができる。その他の効果は、第一実施例と同様であ
る。
According to the second embodiment of the present invention, an amorphous silicon carbon alloy film containing a p-type microcrystal and a rapid thermal oxidation porous silicon layer 23 formed on an n-type single crystal silicon substrate 22. Since a pn junction made of 24 is used, electrons are emitted from the n-type single crystal silicon substrate 22 and holes are emitted from the amorphous silicon carbon alloy film 24 containing p-type microcrystals. Can be injected well. Other effects are similar to those of the first embodiment.

【0043】次に、本発明の第三実施例について、図3
を参照して説明する。図3は、本発明の第三実施例であ
るp型単結晶シリコンを用いた発光素子の概略構造図で
ある。
Next, the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Will be described with reference to. FIG. 3 is a schematic structural diagram of a light emitting device using p-type single crystal silicon which is a third embodiment of the present invention.

【0044】図3に示す発光素子3は、p型単結晶シリ
コン基板32の裏面にAl31を蒸着し、p型単結晶シ
リコン基板32の表面に高速熱酸化多孔質シリコン層3
3を形成し、高速熱酸化多孔質シリコン層33の上にn
型の非晶質シリコンカーボン合金(a−SiC)膜34
を形成し、さらにn型の非晶質シリコンカーボン合金膜
34の上に透明電極としてITO35を形成したもので
ある。発光素子3の製造方法は、電子サイクロトロン共
鳴プラズマCVD装置を用いずに通常のプラズマCVD
装置を用いて、n型の非晶質シリコンカーボン合金膜を
高速熱酸化多孔質シリコン層33上に作製できる点を除
いては、第一実施例と同様であるので、その詳細な説明
を省略する。
In the light emitting device 3 shown in FIG. 3, Al 31 is vapor-deposited on the back surface of the p-type single crystal silicon substrate 32, and the rapid thermal oxidation porous silicon layer 3 is formed on the surface of the p type single crystal silicon substrate 32.
3 is formed on the rapid thermal oxidation porous silicon layer 33.
Type amorphous silicon carbon alloy (a-SiC) film 34
And the ITO 35 is formed as a transparent electrode on the n-type amorphous silicon carbon alloy film 34. The light emitting element 3 is manufactured by using a normal plasma CVD method without using an electron cyclotron resonance plasma CVD apparatus.
Since an n-type amorphous silicon carbon alloy film can be formed on the rapid thermal oxidation porous silicon layer 33 by using the apparatus, the detailed description thereof is omitted because it is similar to the first embodiment. To do.

【0045】本発明の第三実施例によれば、通常のプラ
ズマCVD装置を用いてn型の非晶質シリコンカーボン
合金膜34を高速熱酸化多孔質シリコン層33上に作製
することができるので、第一実施例に比べて発光素子の
作製が容易となる。しかし、非晶質シリコンカーボン
は、バンドギャップ2.0eVの所で導電率10 -5
/cmであり、微結晶を含有する非晶質シリコンカーボ
ン合金と比べてバンドギャップ、導電率共に低い値を示
すため、第一実施例に示す発光素子に比べて発光輝度が
若干低下する。その他の効果は、第一実施例と同様であ
る。
According to the third embodiment of the present invention, the n-type amorphous silicon carbon alloy film 34 can be formed on the rapid thermal oxidation porous silicon layer 33 by using an ordinary plasma CVD apparatus. Thus, the light emitting device can be manufactured more easily than in the first embodiment. However, amorphous silicon carbon has a conductivity of 10 −5 S at a band gap of 2.0 eV.
/ Cm, which is lower in both bandgap and conductivity than the amorphous silicon carbon alloy containing microcrystals, and thus the emission luminance is slightly lower than that of the light emitting device shown in the first embodiment. Other effects are similar to those of the first embodiment.

【0046】尚、第三実施例では、p型単結晶シリコン
基板32の表面に高速熱酸化多孔質シリコン層33を形
成し、高速熱酸化多孔質シリコン層33の上にn型の非
晶質シリコンカーボン合金膜34を形成したが、本発明
はこれに限定されず、n型単結晶シリコン基板の表面に
高速熱酸化多孔質シリコン層を形成し、高速熱酸化多孔
質シリコン層の上にp型の非晶質シリコンカーボン合金
膜を形成するものであってもよい。
In the third embodiment, the rapid thermal oxidation porous silicon layer 33 is formed on the surface of the p-type single crystal silicon substrate 32, and the n-type amorphous is formed on the rapid thermal oxidation porous silicon layer 33. Although the silicon-carbon alloy film 34 is formed, the present invention is not limited to this, and a rapid thermal oxidation porous silicon layer is formed on the surface of an n-type single crystal silicon substrate, and p is formed on the rapid thermal oxidation porous silicon layer. A type of amorphous silicon carbon alloy film may be formed.

【0047】また、非晶質シリコンカーボン合金膜に代
えて微結晶を含有する非晶質シリコン(μc−Si)膜
を用いてもよい。しかし、微結晶を含有する非晶質シリ
コンも、微結晶を含有する非晶質シリコンカーボン合金
ほどバンドギャップが広い所で導電率を高くすることが
できないため、非晶質シリコンカーボン合金を用いた場
合と同様に第一実施例に示す発光素子に比べて若干発光
輝度が低下する。
Instead of the amorphous silicon carbon alloy film, an amorphous silicon (μc-Si) film containing fine crystals may be used. However, even amorphous silicon containing microcrystals cannot be made to have higher conductivity in a place where the bandgap is wider than that of amorphous silicon carbon alloy containing microcrystals, so amorphous silicon carbon alloy was used. Similar to the case, the emission brightness is slightly lower than that of the light emitting device shown in the first embodiment.

【0048】次に、本発明の第四実施例について、図4
を参照して説明する。図4は、本発明の第四実施例であ
るp型単結晶シリコンを用いた発光素子の構造図であ
る。
Next, the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Will be described with reference to. FIG. 4 is a structural diagram of a light emitting device using p-type single crystal silicon according to a fourth embodiment of the present invention.

【0049】図4に示す発光素子4は、p型単結晶シリ
コン基板42の裏面にAl41を蒸着し、p型単結晶シ
リコン基板42の表面に高速熱酸化多孔質シリコン層4
3を形成し、高速熱酸化多孔質シリコン層43の上にI
TO44を直接形成したものである。発光素子4の製造
方法は、電子サイクロトロン共鳴プラズマCVD装置を
用いてn型の微結晶を含有する非晶質シリコンカーボン
合金を多孔質シリコン層の上に作製する工程がない点を
除いては、第一実施例と同様であるので、その詳細な説
明を省略する。
In the light emitting device 4 shown in FIG. 4, Al 41 is vapor-deposited on the back surface of the p-type single crystal silicon substrate 42, and the rapid thermal oxidation porous silicon layer 4 is formed on the surface of the p type single crystal silicon substrate 42.
3 is formed, and I is formed on the rapid thermal oxidation porous silicon layer 43.
The TO44 is directly formed. The manufacturing method of the light-emitting element 4 is different from that of the method of manufacturing an amorphous silicon carbon alloy containing n-type microcrystals on a porous silicon layer by using an electron cyclotron resonance plasma CVD apparatus, except that Since it is similar to the first embodiment, detailed description thereof will be omitted.

【0050】本発明の第四実施例によれば、高速熱酸化
多孔質シリコン層43の上にITO44を直接形成した
ので、第一実施例に比べて、発光素子の構造を簡単にで
きる。しかし、第一実施例に示す発光素子に比べて若干
発光輝度が低下する。その他の効果は、第一実施例と同
様である。
According to the fourth embodiment of the present invention, since the ITO 44 is directly formed on the rapid thermal oxidation porous silicon layer 43, the structure of the light emitting device can be simplified as compared with the first embodiment. However, the emission brightness is slightly lower than that of the light emitting device shown in the first embodiment. Other effects are similar to those of the first embodiment.

【0051】尚、第四実施例ではp型単結晶シリコン基
板42の表面に高速熱酸化多孔質シリコン層43を形成
し、高速熱酸化多孔質シリコン層43の上にITO44
を直接形成したが、本発明はこれに限定されず、n型単
結晶シリコン基板の表面に高速熱酸化多孔質シリコン層
を形成し、高速熱酸化多孔質シリコン層の上にITOを
直接形成するものであってもよい。
In the fourth embodiment, the rapid thermal oxidation porous silicon layer 43 is formed on the surface of the p-type single crystal silicon substrate 42, and the ITO 44 is formed on the rapid thermal oxidation porous silicon layer 43.
However, the present invention is not limited to this, and the rapid thermal oxidation porous silicon layer is formed on the surface of the n-type single crystal silicon substrate, and the ITO is directly formed on the rapid thermal oxidation porous silicon layer. It may be one.

【0052】また、ITOに代えてAuを用いてもよ
い。しかし、ITOを用いた場合と同様に第一実施例に
示す発光素子に比べて若干発光輝度が低下する。
Au may be used instead of ITO. However, as in the case of using ITO, the light emission luminance is slightly lower than that of the light emitting device shown in the first embodiment.

【0053】本発明は、上記の各実施例に限定されるも
のではなく、その要旨の範囲内において種々の変形が可
能である。たとえば、上記の各実施例では、p型又はn
型単結晶シリコン基板上に形成された多孔質シリコン層
を高速熱酸化して高速熱酸化多孔質シリコン層を作製し
たが、本発明はこれに限定されるものではなく、たとえ
ば、ステンレス基板、石英基板等の上に減圧CVD法等
により形成されたp型又はn型多結晶シリコン層の上に
形成された多孔質シリコン層を高速熱酸化して高速熱酸
化多孔質シリコン層を作製してもよい。多結晶シリコン
を用いて発光素子を作製した場合、純粋なシリコンウェ
ハから切り出した単結晶シリコン基板を用いて発光素子
を作製する場合に比べて大面積のものを安価に作製する
ことができる。
The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, but various modifications can be made within the scope of the invention. For example, in each of the above embodiments, p-type or n-type
A rapid thermal oxidation porous silicon layer was produced by rapid thermal oxidation of a porous silicon layer formed on a die-type single crystal silicon substrate, but the present invention is not limited to this. Even if a rapid thermal oxidation porous silicon layer is produced by rapid thermal oxidation of a porous silicon layer formed on a p-type or n-type polycrystalline silicon layer formed on a substrate or the like by a low pressure CVD method or the like. Good. When a light-emitting element is manufactured using polycrystalline silicon, a large-area one can be manufactured at lower cost than when a light-emitting element is manufactured using a single crystal silicon substrate cut out from a pure silicon wafer.

【0054】[0054]

【発明の効果】以上説明したように請求項1記載の発明
によれば、p型又はn型の単結晶シリコン上に形成され
た多孔質シリコンを高速熱酸化することにより、そのエ
ネルギーバンドギャップが約2.5eV以上で、電子と
正孔が発光再結合する高速熱酸化多孔質シリコンを作製
することができ、これにより青色発光も可能な発光素子
を提供することができる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the energy band gap of the porous silicon formed on the p-type or n-type single crystal silicon is increased by rapid thermal oxidation. At about 2.5 eV or more, high-speed thermally oxidized porous silicon in which electrons and holes are radiatively recombined can be produced, and thus a light emitting device capable of emitting blue light can be provided.

【0055】請求項2記載の発明によれば、p型又はn
型の多結晶シリコン上に形成された多孔質シリコンを高
速熱酸化することにより、そのエネルギーバンドギャッ
プが約2.5eV以上で、電子と正孔が発光再結合する
高速熱酸化多孔質シリコンを作製することができ、これ
により青色発光も可能な発光素子を提供することができ
る。また、多結晶シリコン上に形成された多孔質シリコ
ンを高速熱酸化した高速熱酸化多孔質シリコンを用いた
ことにより、純粋なシリコンウェハから切り出した単結
晶シリコン基板状に作製した高速熱酸化多孔質シリコン
を用いて作製した発光素子に比べて大面積のものを安価
に作製できる発光素子を提供することができる。
According to the second aspect of the invention, the p-type or n-type
-Speed thermal oxidation of porous silicon formed on p-type polycrystalline silicon to produce high-speed thermally oxidized porous silicon with an energy band gap of approximately 2.5 eV or more and in which electrons and holes are radiatively recombined. Therefore, a light emitting element capable of emitting blue light can be provided. In addition, by using rapid thermal oxidation porous silicon obtained by rapid thermal oxidation of porous silicon formed on polycrystalline silicon, high speed thermal oxidation porous silicon produced on a single crystal silicon substrate cut from a pure silicon wafer. A light-emitting element which has a large area and can be manufactured at low cost as compared with a light-emitting element manufactured using silicon can be provided.

【0056】請求項3記載の発明によれば、p型又はn
型の単結晶シリコン上に形成された多孔質シリコンを高
速熱酸化した高速熱酸化多孔質シリコンと前記単結晶シ
リコンと異なる伝導型をもつ半導体からなるpn接合を
用いたため、高速熱酸化多孔質シリコンに正孔や電子を
注入し、再結合させることができ、これにより青色発光
も可能な発光素子を提供することができる。
According to the invention of claim 3, a p-type or n-type
Rapid thermal oxidation porous silicon obtained by rapid thermal oxidation of the porous silicon formed on the single crystal silicon of the type and a semiconductor having a conductivity type different from that of the single crystal silicon. Holes and electrons can be injected into and recombined with each other, whereby a light emitting element capable of emitting blue light can be provided.

【0057】請求項4記載の発明によれば、p型又はn
型の多結晶シリコン上に形成された多孔質シリコンを高
速熱酸化した高速熱酸化多孔質シリコンと前記多結晶シ
リコンと異なる伝導型をもつ半導体からなるpn接合を
用いたため、請求項3記載の発明に加えて、純粋なシリ
コンウェハから切り出した単結晶シリコン基板状に作製
した高速熱酸化多孔質シリコンを用いて作製した発光素
子に比べて大面積のものを安価に作製できる発光素子を
提供することができる。
According to the invention of claim 4, a p-type or an n-type
4. The invention according to claim 3, wherein a pn junction made of a rapid thermal oxidation porous silicon obtained by rapid thermal oxidation of porous silicon formed on a polycrystalline silicon of a type and a semiconductor having a conductivity type different from that of the polycrystalline silicon is used. In addition, to provide a light-emitting element that can be manufactured in a large area at low cost compared to a light-emitting element manufactured using high-speed thermally oxidized porous silicon that is manufactured in a single crystal silicon substrate shape cut from a pure silicon wafer. You can

【0058】請求項5記載の発明によれば、請求項3又
は4記載の発明において、半導体が微結晶を含有する非
晶質シリコンカーボン合金からなるので、請求項3又は
4記載の発明の効果に加えて、発光層である高速熱酸化
多孔質シリコンに正孔や電子を良好に注入し、再結合さ
せることができ、したがってシリコンを用いた良好なp
n接合構造の発光素子を提供することができる。
According to the invention of claim 5, in the invention of claim 3 or 4, since the semiconductor is made of an amorphous silicon carbon alloy containing microcrystals, the effect of the invention of claim 3 or 4 In addition, holes and electrons can be favorably injected and recombined into the rapid thermal oxidation porous silicon that is the light emitting layer, and therefore, good p
A light emitting device having an n-junction structure can be provided.

【0059】請求項6記載の発明によれば、請求項3又
は4記載の発明において、半導体が非晶質シリコンカー
ボン合金からなるので、請求項3又は4記載の発明の効
果に加えて、通常のプラズマCVD装置を用いて発光素
子を作製することができ、したがって作製が容易で安価
な発光素子を提供することができる。
According to the invention of claim 6, in the invention of claim 3 or 4, since the semiconductor is made of an amorphous silicon carbon alloy, in addition to the effect of the invention of claim 3 or 4, It is possible to manufacture a light emitting element by using the plasma CVD apparatus described in (1) above, and thus it is possible to provide a light emitting element that is easy to manufacture and inexpensive.

【0060】請求項7記載の発明によれば、請求項3又
は4記載の発明において、半導体が微結晶を含有する非
晶質シリコンを用いたので、請求項3又は4記載の発明
の効果に加えて、通常のプラズマCVD装置を用いて発
光素子を作製することができ、したがって作製が容易で
安価な発光素子を提供することができる。
According to the invention of claim 7, in the invention of claim 3 or 4, since the semiconductor uses amorphous silicon containing microcrystals, the effect of the invention of claim 3 or 4 can be obtained. In addition, a light emitting element can be manufactured by using a normal plasma CVD apparatus, and thus a light emitting element which is easy to manufacture and inexpensive can be provided.

【0061】請求項8記載の発明によれば、p型又はn
型の単結晶のシリコン上に形成された多孔質シリコンを
高速熱酸化した高速熱酸化多孔質シリコン上にITOを
直接形成したので、構造の簡単な発光素子を提供するこ
とができる。
According to the invention of claim 8, p-type or n-type
Since ITO is directly formed on the rapid thermal oxidation porous silicon obtained by rapid thermal oxidation of the porous silicon formed on the mold single crystal silicon, a light emitting device having a simple structure can be provided.

【0062】請求項9記載の発明によれば、p型又はn
型の多結晶のシリコン上に形成された多孔質シリコンを
高速熱酸化した高速熱酸化多孔質シリコン上にITOを
直接形成したので、構造の簡単な発光素子を提供するこ
とができる。
According to the invention of claim 9, p-type or n-type
Since ITO is directly formed on the rapid thermal oxidation porous silicon obtained by rapid thermal oxidation of the porous silicon formed on the polycrystalline silicon of the mold, a light emitting device having a simple structure can be provided.

【0063】請求項10記載の発明によれば、p型又は
n型の単結晶又は多結晶のシリコン上に形成された多孔
質シリコンを高速熱酸化した高速熱酸化多孔質シリコン
上にAuを直接形成したので、構造の簡単な発光素子を
提供することができる。
According to the tenth aspect of the present invention, Au is directly deposited on the rapid thermal oxidation porous silicon obtained by rapid thermal oxidation of the porous silicon formed on the p-type or n-type single crystal or polycrystalline silicon. Since it is formed, a light emitting device having a simple structure can be provided.

【0064】また、上記の発明によれば、発光層に多孔
質シリコンを高速熱酸化した高速熱酸化多孔質シリコン
を用いたことにより、ダングリングボンドによる多孔質
シリコンの発光特性の劣化を防止することができ、発光
効率の低下を防止することができる発光素子を提供する
ことができる。
Further, according to the above-mentioned invention, since the rapid thermal oxidation porous silicon obtained by rapid thermal oxidation of the porous silicon is used for the light emitting layer, the deterioration of the emission characteristics of the porous silicon due to the dangling bond is prevented. Therefore, it is possible to provide a light emitting element capable of preventing a decrease in luminous efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第一実施例であるp型単結晶シリコン
を用いた発光素子の概略構造図である。
FIG. 1 is a schematic structural diagram of a light emitting device using p-type single crystal silicon which is a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第二実施例であるn型単結晶シリコン
を用いた発光素子の概略構造図である。
FIG. 2 is a schematic structural diagram of a light emitting device using n-type single crystal silicon which is a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第三実施例であるp型単結晶シリコン
を用いた発光素子の概略構造図である。
FIG. 3 is a schematic structural diagram of a light emitting device using p-type single crystal silicon which is a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第四実施例であるp型単結晶シリコン
を用いた発光素子の概略構造図である。
FIG. 4 is a schematic structural diagram of a light emitting device using p-type single crystal silicon according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】陽極化成法により多孔質シリコンを作製する方
法を説明するための図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining a method for producing porous silicon by anodizing.

【図6】陽極化成法により多孔質シリコンを作製する方
法を説明するための図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining a method for producing porous silicon by anodization.

【図7】図1に示す発光素子のITO側に30Vの負電
圧を印加した場合における発光スペクトルを表した図で
ある。
FIG. 7 is a diagram showing an emission spectrum when a negative voltage of 30 V is applied to the ITO side of the light emitting device shown in FIG.

【図8】図2に示す発光素子のITO側に40Vの正電
圧を印加した場合における発光スペクトルを表した図で
ある。
8 is a diagram showing an emission spectrum when a positive voltage of 40 V is applied to the ITO side of the light emitting device shown in FIG.

【符合の説明】[Explanation of sign]

1,2,3,4 発光素子 11,21,31,41 Al 12,32,42 p型単結晶シリコン基板 13,23,33,43 高速熱酸化多孔質シリコン
層 14 n型の微結晶を含有するシリコンカーボン合金
膜 15,25,35,44 ITO 22 n型単結晶シリコン基板 24 p型の微結晶を含有するシリコンカーボン合金
膜 34 n型の非晶質シリコンカーボン合金膜
1,2,3,4 Light emitting element 11,21,31,41 Al 12,32,42 p-type single crystal silicon substrate 13,23,33,43 Fast thermal oxidation porous silicon layer 14 Contains n-type microcrystals Silicon carbon alloy film 15, 25, 35, 44 ITO 22 n-type single crystal silicon substrate 24 silicon carbon alloy film containing p-type microcrystals 34 n-type amorphous silicon carbon alloy film

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成5年6月18日[Submission date] June 18, 1993

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0031[Correction target item name] 0031

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0031】図1に示す発光素子1の製造方法について
説明する。先ず、p型単結晶シリコン基板12((10
0)面、抵抗率0.1〜10Ωcm)の裏面にAl11
を蒸着してオーミックコンタクトをとり、第一中間生成
物を作製する。
A method of manufacturing the light emitting device 1 shown in FIG. 1 will be described. First, the p-type single crystal silicon substrate 12 ((10
0) surface, Al11 on the back surface having a resistivity of 0.1 to 10 Ωcm)
Is vapor-deposited to form an ohmic contact to produce a first intermediate product.

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0034[Correction target item name] 0034

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0034】第三中間生成物を電子サイクロトロン共鳴
プラズマCVD装置に入れ、n型の微結晶を含有する非
晶質シリコンカーボン合金を高速熱酸化多孔質シリコン
層13の上に100〜600オングストローム堆積して
n型の微結晶を含有する非晶質シリコンカーボン合金膜
14を作製し、第四中間生成物を作製する。堆積条件は
ガス圧0.005〜0.008Torr、投入電力30
0W、SiH4 :CH4 :PH3 :H2 =1:1〜3:
0.005〜0.03:100〜200、基板温度30
0℃である。
The third intermediate product is placed in an electron cyclotron resonance plasma CVD apparatus, and an amorphous silicon carbon alloy containing n-type microcrystals is deposited on the rapid thermal oxidation porous silicon layer 13 by 100 to 600 angstrom. As a result, an amorphous silicon carbon alloy film 14 containing n-type microcrystals is produced, and a fourth intermediate product is produced. The deposition conditions are gas pressure of 0.005 to 0.008 Torr and input power of 30.
0W, SiH 4: CH 4: PH 3: H 2 = 1: 1~3:
0.005-0.03: 100-200, substrate temperature 30
It is 0 ° C.

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 p型又はn型の単結晶シリコン上に形成
された多孔質シリコンを高速熱酸化することにより作製
した高速熱酸化多孔質シリコンを用いたことを特徴とす
る発光素子。
1. A light emitting device comprising a rapid thermal oxidation porous silicon produced by rapid thermal oxidation of porous silicon formed on p-type or n-type single crystal silicon.
【請求項2】 p型又はn型の多結晶シリコン上に形成
された多孔質シリコンを高速熱酸化することにより作製
した高速熱酸化多孔質シリコンを用いたことを特徴とす
る発光素子。
2. A light emitting device comprising a rapid thermal oxidation porous silicon produced by rapid thermal oxidation of porous silicon formed on p-type or n-type polycrystalline silicon.
【請求項3】 p型又はn型の単結晶シリコン上に形成
された多孔質シリコンを高速熱酸化した高速熱酸化多孔
質シリコンと前記単結晶シリコンと異なる伝導型をもつ
半導体からなるpn接合を用いたことを特徴とする発光
素子。
3. A rapid thermal oxidation porous silicon obtained by rapid thermal oxidation of porous silicon formed on p-type or n-type single crystal silicon and a pn junction made of a semiconductor having a conductivity type different from that of the single crystal silicon. A light emitting element characterized by being used.
【請求項4】 p型又はn型の多結晶シリコン上に形成
された多孔質シリコンを高速熱酸化した高速熱酸化多孔
質シリコンと前記多結晶シリコンと異なる伝導型をもつ
半導体からなるpn接合を用いたことを特徴とする発光
素子。
4. A pn junction composed of rapid thermal oxidation porous silicon obtained by rapid thermal oxidation of porous silicon formed on p-type or n-type polycrystalline silicon and a semiconductor having a conductivity type different from that of the polycrystalline silicon. A light emitting element characterized by being used.
【請求項5】 前記半導体が微結晶を含有する非晶質シ
リコンカーボン合金からなることを特徴とする請求項3
又は4記載の発光素子。
5. The semiconductor according to claim 3, comprising an amorphous silicon carbon alloy containing microcrystals.
Alternatively, the light-emitting element according to item 4.
【請求項6】 前記半導体が非晶質シリコンカーボン合
金からなることを特徴とする請求項3又は4記載の発光
素子。
6. The light emitting device according to claim 3, wherein the semiconductor is made of an amorphous silicon carbon alloy.
【請求項7】 前記半導体が微結晶を含有する非晶質シ
リコンを用いたことを特徴とする請求項3又は4記載の
発光素子。
7. The light emitting device according to claim 3, wherein the semiconductor is amorphous silicon containing microcrystals.
【請求項8】 p型又はn型の単結晶シリコン上に形成
された多孔質シリコンを高速熱酸化した高速熱酸化多孔
質シリコン上にインジウムティンオキサイドを形成した
ことを特徴とする発光素子。
8. A light emitting device comprising indium tin oxide formed on rapid thermal oxidation porous silicon obtained by rapid thermal oxidation of porous silicon formed on p-type or n-type single crystal silicon.
【請求項9】 p型又はn型の多結晶シリコン上に形成
された多孔質シリコンを高速熱酸化した高速熱酸化多孔
質シリコン上にインジウムティンオキサイドを形成した
ことを特徴とする発光素子。
9. A light emitting device characterized in that indium tin oxide is formed on rapid thermal oxidation porous silicon obtained by rapid thermal oxidation of porous silicon formed on p-type or n-type polycrystalline silicon.
【請求項10】 前記インジウムティンオキサイドに代
えてAuを用いたことを特徴とする請求項8又は9記載
の発光素子。
10. The light emitting device according to claim 8, wherein Au is used in place of the indium tin oxide.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008152878A1 (en) * 2007-06-11 2008-12-18 Hitachi Maxell, Ltd. Crystal silicone element

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