JPH0645644A - Si light-emitting device and its manufacture - Google Patents

Si light-emitting device and its manufacture

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JPH0645644A
JPH0645644A JP19565092A JP19565092A JPH0645644A JP H0645644 A JPH0645644 A JP H0645644A JP 19565092 A JP19565092 A JP 19565092A JP 19565092 A JP19565092 A JP 19565092A JP H0645644 A JPH0645644 A JP H0645644A
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JP
Japan
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region
layer
porous
type
emitting device
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP19565092A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masao Yamada
雅雄 山田
Jiee Korinzu Jiyooji
ジョージ・ジェー・コリンズ
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Priority to US08/179,038 priority patent/US5427977A/en
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Abstract

PURPOSE:To realize an Si light-emitting device which is provided with a new constitution by a method wherein a porous Si region as well as an n-type region and a p-type region which sandwich it are formed on an Si layer on an SOI substrate. CONSTITUTION:A p-type Si layer 3 is arranged on an Si support substrate 1 via an SiO2 film 2, an SOI substrate 4 is constituted, the Si support substrate 1 and the Si layer 3 are provided respectively with a (100) plane, silicon nitride is deposited on the whole surface, a stripe-shaped opening part 5 is formed in a prescribed position, and the SOI substrate 4 is immersed in an aqueous HF solution. Then, the p-type Si layer 3 is exposed in the opening part 5, Au is sputtered from the rear side of the Si support substrate 1, a back contact electrode 6 is formed, an anodic oxidation operation is executed, and a porous Si region 8 is formed. Then, a CVD Si or CVD SiC layer 10 is deposited on it, impurities are ion-implanted into regions on both sides of the porous Si region 8, an n-type region 12 and a p-type region 13 are formed, and, thereby, a pin diode structure provided with a light-emitting region can be realized.

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、半導体装置に関し、特
にシリコン発光装置に関する。近年、間接遷移型バンド
構造を有するシリコンを、人為的に加工して疑似直接遷
移型バンド構造を実現し、可視領域の発光を得る試みが
行なわれている。シリコンのバンド構造を変化させる方
法としては、Si/Ge超格子構造を用いる方法、量子
効果が現れるサイズまでシリコンを超微細化加工する方
法等が提案されている。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a silicon light emitting device. In recent years, attempts have been made to artificially process silicon having an indirect transition type band structure to realize a pseudo direct transition type band structure and obtain light emission in the visible region. As a method of changing the band structure of silicon, a method of using a Si / Ge superlattice structure, a method of ultrafine processing of silicon to a size at which a quantum effect appears, and the like have been proposed.

【0002】特に、シリコンを微細化する簡易な方法と
して、シリコン層を陽極酸化し、空孔率を高めることに
よって、量子細線構造を形成したポーラスSi領域を形
成し、ポーラスSi領域から発光を得る方法が報告され
ている。
In particular, as a simple method for miniaturizing silicon, a silicon layer is anodized to increase the porosity, thereby forming a porous Si region having a quantum wire structure and emitting light from the porous Si region. The method has been reported.

【0003】[0003]

【従来の技術】シリコンを量子細線化し、ホトルミネッ
センスを測定すると、室温で可視光の発光が得られてい
る。可視光の波長は、量子細線のサイズに応じて変化
し、可視領域の緑から近赤外領域までの発光が測定でき
る。
2. Description of the Related Art When silicon is made into a quantum wire and its photoluminescence is measured, visible light emission is obtained at room temperature. The wavelength of visible light varies depending on the size of the quantum wire, and the emission from the green visible region to the near infrared region can be measured.

【0004】この現象は、シリコン領域のサイズを制限
することによって、シリコン領域内にサブバンドが形成
され、バンド間で疑似的直接遷移が生じるためと考えら
れる。
This phenomenon is considered to be due to the fact that by limiting the size of the silicon region, subbands are formed in the silicon region and a pseudo direct transition occurs between the bands.

【0005】ポテンシャルの井戸幅をaとすると、再結
合遷移を行なうバンド間隔Eは、(h2 /4me * 2
+h2 /4mh * 2 )に従う。井戸幅dを狭くすれ
ば、発光波長は短波長化する。ただし、ここでhはプラ
ンク定数、me * 、mh * はそれぞれ電子、正孔の有効
質量である。シリコン領域を、約5nm以下のサイズに
微細化すると、このような量子効果により、発光現象が
生じる。
[0005] The well width of the potential is a, band spacing E for performing recombination transition, (h 2 / 4m e * d 2
+ According to the h 2 / 4m h * d 2 ). If the well width d is narrowed, the emission wavelength is shortened. Here, h is Planck's constant, and m e * and m h * are effective masses of electrons and holes, respectively. When the silicon region is miniaturized to a size of about 5 nm or less, such a quantum effect causes a light emission phenomenon.

【0006】シリコン領域を超微細化する方法として
は、微粉末化する方法もあるが、微粉末化は加工歪を伴
うため、発光効率が低くなる。また、微粉末にキャリア
を注入することが困難である。
As a method of making the silicon region ultra-fine, there is also a method of making the powder fine, but since the fine powder is accompanied by processing strain, the luminous efficiency becomes low. Further, it is difficult to inject the carrier into the fine powder.

【0007】シリコン領域を超微細化する方法として、
カンハム氏が発表したような陽極酸化によってシリコン
領域を多孔質化する方法がある(L.T.Canham,Appl.Phy
s.Lett.,57(10),(1990)1046)。
As a method for making the silicon region ultra-fine,
There is a method to make the silicon region porous by anodic oxidation as announced by Kanham (LTCanham, Appl.Phy.
S. Lett., 57 (10), (1990) 1046).

【0008】陽極酸化は、裏面に電極を形成したSiウ
エハをHF水溶液に浸漬し、同様にHF水溶液中に浸漬
した対向金属電極との間に直流電源を接続することによ
って行なう。
The anodic oxidation is carried out by immersing a Si wafer having an electrode on the back surface in an HF aqueous solution, and connecting a DC power supply between the Si wafer and the counter metal electrode which is similarly immersed in the HF aqueous solution.

【0009】この時、Siウエハが陽極、対向金属電極
が陰極になるようにすると、Siウエハ表面で陽極酸化
が生じる。酸化膜はただちにHF水溶液に溶解する。こ
の陽極酸化には、正孔の存在が必要である。したがっ
て、p型Siを用いるか、Siウエハに光を照射して電
子・正孔対を発生させる。
At this time, if the Si wafer serves as an anode and the counter metal electrode serves as a cathode, anodization occurs on the surface of the Si wafer. The oxide film immediately dissolves in the HF aqueous solution. The presence of holes is necessary for this anodization. Therefore, p-type Si is used or the Si wafer is irradiated with light to generate electron-hole pairs.

【0010】Siウエハ表面は、HF水溶液中で陽極酸
化によりエッチングされ、局所的にエッチング速度の大
きいところには、細かい凹みが生じる。一旦凹みが発生
すると、この領域に電界が集中するため、正孔がバルク
内部から供給され、エッチングが選択的に進行する。電
界は、曲率の大きな凹みの底部分に集中するため、エッ
チング孔は側面方向にはあまり広がらず、ほとんど深さ
方向に進行する。
The surface of the Si wafer is etched by anodic oxidation in an HF aqueous solution, and fine pits are locally generated where the etching rate is high. Once the depression is generated, the electric field is concentrated in this region, so that holes are supplied from the inside of the bulk, and the etching selectively progresses. Since the electric field concentrates on the bottom portion of the recess having a large curvature, the etching hole does not spread so much in the side surface direction but progresses almost in the depth direction.

【0011】このようにして、Siウエハ表面に多孔質
領域が形成される。有孔率は、HF水溶液中のHF濃
度、通電量、キャリア濃度等によって決まる。有孔率が
50%を越えると、孔が互いに接続されるようになり、
細線状のSi微細柱群が生じる。このようにして、量子
効果を示す直径5nm以下のSi量子細線を得ることが
できる。
In this way, a porous region is formed on the surface of the Si wafer. The porosity is determined by the HF concentration in the HF aqueous solution, the energization amount, the carrier concentration, and the like. If the porosity exceeds 50%, the holes will be connected to each other,
A fine line-shaped Si fine column group is generated. In this way, a Si quantum wire having a diameter of 5 nm or less, which exhibits a quantum effect, can be obtained.

【0012】このような方法で形成されるSi量子細線
領域の面積は、陽極電極面積によって容易に制御するこ
とができる。したがって、Si/Ge超格子構造等と比
べ、Si量子細線領域は、容易に作成することができ
る。
The area of the Si quantum wire region formed by such a method can be easily controlled by the area of the anode electrode. Therefore, compared to a Si / Ge superlattice structure or the like, the Si quantum wire region can be easily created.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、先にS
i量子細線領域を利用したSi発光装置を提案した(特
願平4−138074号)。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present inventors first found that S
We proposed a Si light-emitting device utilizing the i-quantum wire region (Japanese Patent Application No. 4-138074).

【0014】発光装置に要求される種々の条件を満たす
ためには、種々の形態のSi発光装置が望まれる。たと
えば、同一基板上に電気的に分離した複数個のSi発光
素子を集積化できるSi発光装置が望まれる。
In order to satisfy various conditions required for the light emitting device, various types of Si light emitting devices are desired. For example, a Si light emitting device capable of integrating a plurality of electrically separated Si light emitting elements on the same substrate is desired.

【0015】本発明の目的は、新規な構成を有するSi
発光装置を提供することである。
The object of the present invention is to provide Si having a novel structure.
A light emitting device is provided.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明のSi発光装置
は、Si層と絶縁層と支持基板とを積層したSOI基板
であって、前記Si層の所定領域上で支持基板と絶縁層
に開口が形成されているSOI基板と、前記Si層の所
定領域に形成されたポーラスSi領域と、前記Si層の
所定領域に隣接して形成されたn型領域と、前記Si層
の所定領域に隣接して、前記n型領域と対向して形成さ
れたp型領域とを含む。
A Si light emitting device of the present invention is an SOI substrate in which a Si layer, an insulating layer and a supporting substrate are laminated, and an opening is formed in the supporting substrate and the insulating layer on a predetermined region of the Si layer. An SOI substrate in which the Si layer is formed, a porous Si region formed in a predetermined region of the Si layer, an n-type region formed adjacent to the predetermined region of the Si layer, and a predetermined region of the Si layer. And includes a p-type region formed opposite to the n-type region.

【0017】[0017]

【作用】SOI基板のSi層に、ポーラスSi領域と、
このポーラスSi領域を挟むn型領域とp型領域が形成
されるため、ラテラル型のダイオード構造が形成され
る。ダイオードの陽極領域も陰極領域も露出する。
Function: A porous Si region is formed on the Si layer of the SOI substrate.
Since the n-type region and the p-type region sandwiching this porous Si region are formed, a lateral type diode structure is formed. Both the anode and cathode regions of the diode are exposed.

【0018】このラテラル型ダイオード構造を、SOI
基板上で分離すれば、電気的に分離されたSi発光素子
を得ることができる。
This lateral diode structure is
If separated on the substrate, an electrically isolated Si light emitting element can be obtained.

【0019】[0019]

【実施例】図1に、本発明の実施例によるSi発光装置
の製造方法の主要工程を示す。まず、図1(A)に示す
ように、SOI基板を準備する。Si支持基板1の上
に、SiO2 膜2を介してp型Si層3が配置されて、
SOI基板4を構成している。
EXAMPLE FIG. 1 shows main steps of a method for manufacturing a Si light emitting device according to an example of the present invention. First, as shown in FIG. 1A, an SOI substrate is prepared. The p-type Si layer 3 is arranged on the Si support substrate 1 with the SiO 2 film 2 interposed therebetween,
The SOI substrate 4 is configured.

【0020】Si支持基板1は、たとえば厚さ500〜
700μm程度の通常のSiウエハであり、SiO2
2は、たとえば厚さ1μm程度の熱酸化膜である。ま
た、p型Si層3は、たとえば厚さ約2μmの層であ
る。
The Si support substrate 1 has, for example, a thickness of 500 to
It is a normal Si wafer having a thickness of about 700 μm, and the SiO 2 film 2 is a thermal oxide film having a thickness of, for example, about 1 μm. The p-type Si layer 3 is, for example, a layer having a thickness of about 2 μm.

【0021】このようなSOI基板は、以下のような方
法によって作成することができる。2枚のSiウエハを
準備し、その少なくとも一方の表面に熱酸化により、S
iO2 膜を形成する。2枚のSiウエハを重ね合わせ、
900〜1000℃程度の高温に保持すると、2枚のS
iウエハは接着される。
Such an SOI substrate can be manufactured by the following method. Two Si wafers are prepared, and at least one surface thereof is subjected to thermal oxidation to remove S.
An iO 2 film is formed. Overlay two Si wafers,
When kept at a high temperature of 900 to 1000 ° C, two S
The i-wafer is bonded.

【0022】なお、高温に保持する間、2枚のSiウエ
ハ間に圧力や電圧を印加すると、接着性がさらに改善さ
れる。なお、熱酸化膜の代わりに、CVD酸化膜を用い
てもよい。PSGやBPSGを用いると、接着温度をさ
らに低下することもできる。
If pressure or voltage is applied between the two Si wafers while maintaining the temperature at high temperature, the adhesiveness is further improved. A CVD oxide film may be used instead of the thermal oxide film. If PSG or BPSG is used, the bonding temperature can be further lowered.

【0023】なお、接着後、半導体素子を形成すべきS
iウエハは、所望の厚さまで研磨することが好ましい。
たとえば、多量に不純物をドープしたSi基板上に低不
純物濃度のエピタキシャル層を形成し、このエピタキシ
ャル層上に他のSiウエハを接着した場合、不純物濃度
の差によってエッチングを制御し、エピタキシャル層の
みを残すことができる。
It should be noted that after the bonding, S for forming a semiconductor element should be formed.
The i-wafer is preferably polished to the desired thickness.
For example, when an epitaxial layer having a low impurity concentration is formed on a Si substrate heavily doped with impurities and another Si wafer is bonded to this epitaxial layer, etching is controlled by the difference in the impurity concentration and only the epitaxial layer is formed. You can leave.

【0024】その他、化学エッチングや機械的研磨等の
公知の種々の技術を利用することができる。なお、Si
支持基板1およびSi層3は、共に(100)面を有す
るものとする。
In addition, various known techniques such as chemical etching and mechanical polishing can be used. Note that Si
Both the support substrate 1 and the Si layer 3 have a (100) plane.

【0025】p型Si層3およびSi支持基板1の全表
面上に窒化シリコンを堆積する。Si支持基板1上の窒
化シリコン膜上にホトレジスト膜を塗布し、ホトリソグ
ラフィを用いて所定位置にストライプ状(または矩形)
の開口部を形成する。残ったホトレジスト膜をマスクと
し、窒化シリコン膜にストライプ状の開口部を形成す
る。
Silicon nitride is deposited on the entire surface of the p-type Si layer 3 and the Si supporting substrate 1. A photoresist film is applied on the silicon nitride film on the Si support substrate 1, and a stripe shape (or a rectangle) is formed at a predetermined position by using photolithography.
Forming an opening. Using the remaining photoresist film as a mask, stripe-shaped openings are formed in the silicon nitride film.

【0026】SOI基板をKOH水溶液中に浸漬し、異
方性エッチングを行なうことによって、図1(B)に示
すような開口5をSi支持基板1に形成する。なお、K
OH水溶液によるエッチング速度は、<100>方向に
大きく、SiO2 膜2が露出するまでエッチングが進
む。
The SOI substrate is dipped in a KOH aqueous solution and anisotropically etched to form an opening 5 in the Si supporting substrate 1 as shown in FIG. 1 (B). In addition, K
The etching rate by the OH aqueous solution is large in the <100> direction, and the etching proceeds until the SiO 2 film 2 is exposed.

【0027】次に、SOI基板4をHF水溶液中に浸漬
すると、表面上の窒化シリコン膜および露出したSiO
2 膜2がエッチングされて除去される。このため、開口
5の部分でp型Si層が露出する。
Next, when the SOI substrate 4 is immersed in an HF aqueous solution, the silicon nitride film on the surface and the exposed SiO 2 are exposed.
2 The film 2 is etched and removed. Therefore, the p-type Si layer is exposed at the opening 5.

【0028】次に、Si支持基板1裏面側からAuをス
パッタリングすると、開口5を含む表面上にバックコン
タクト電極6が形成される。この状態を、図1(B)に
示す。なお、バックコンタクト電極6がp型Si層と接
するストライプ領域の幅は、たとえば約1μmになるよ
うにマスク寸法を設定する。
Next, Au is sputtered from the back side of the Si support substrate 1 to form the back contact electrode 6 on the surface including the opening 5. This state is shown in FIG. The mask size is set so that the width of the stripe region where the back contact electrode 6 contacts the p-type Si layer is, for example, about 1 μm.

【0029】次に、バックコンタクト電極6を直流電源
の陽極に接続し、白金、金等の電極を直流電源の陰極に
接続し、弗酸水溶液中で陽極酸化を行なう。たとえば、
40%HF水溶液中にSOI基板4を浸漬し、電流密度
20〜100mA/cm2 で陽極酸化を行なうと、バッ
クコンタクト電極6に接しているp型Si層3の反対側
表面は陽極酸化され、エッチングされる。
Next, the back contact electrode 6 is connected to the anode of the DC power source, the electrode of platinum, gold or the like is connected to the cathode of the DC power source, and anodization is performed in a hydrofluoric acid aqueous solution. For example,
When the SOI substrate 4 is immersed in a 40% HF aqueous solution and anodized at a current density of 20 to 100 mA / cm 2 , the opposite surface of the p-type Si layer 3 in contact with the back contact electrode 6 is anodized. Is etched.

【0030】なお、このエッチングは、表面に凹凸が発
生すると、選択的に凹部でエッチングが進み、p型Si
層3表面に多数の孔が形成される。隣接する孔同士が接
続されると、残ったSi領域は細線状となる。直径5〜
10nm、深さ約1.5μm程度の細線領域を形成して
陽極酸化を終了させる。
In this etching, when irregularities are generated on the surface, the etching selectively proceeds in the concave portions, and p-type Si
A large number of holes are formed on the surface of the layer 3. When the adjacent holes are connected to each other, the remaining Si region has a thin line shape. Diameter 5
A thin line region having a thickness of 10 nm and a depth of about 1.5 μm is formed and anodic oxidation is completed.

【0031】このようにして、p型Si層3表面にポー
ラスSi領域8を形成する。なお、陽極酸化は、図1
(C)に示すようにp型Si層3の途中まで行なって
も、SiO2 膜2に達するまで行なってもよい。図2
は、ポーラスSi領域8の部分を拡大して概略的に示
す。
In this way, the porous Si region 8 is formed on the surface of the p-type Si layer 3. In addition, the anodic oxidation is as shown in FIG.
It may be performed halfway through the p-type Si layer 3 as shown in (C), or until it reaches the SiO 2 film 2. Figure 2
Shows an enlarged schematic view of the portion of the porous Si region 8.

【0032】次に、SOI基板4を洗浄、乾燥させ、O
2 雰囲気中でドライ酸化し、図2に示すように、表面に
2〜5nm程度のSi酸化膜9を形成する。次に、SO
I基板4を減圧気相堆積(LPCVD)装置中に設置
し、SiH4またはSi2 6 等のSiソースガスとH
2 ガスを流し、Si細線間の間隙を含め、Si酸化膜9
上に非晶質または多結晶のSiを堆積し、CVDSi層
10を形成する。
Next, the SOI substrate 4 is washed and dried, and
Dry oxidation is performed in 2 atmospheres to form a Si oxide film 9 of about 2 to 5 nm on the surface as shown in FIG. Next, SO
The I substrate 4 is placed in a low pressure vapor deposition (LPCVD) apparatus, and Si source gas such as SiH 4 or Si 2 H 6 and H
2 Gas is flowed, and the Si oxide film 9
Amorphous or polycrystalline Si is deposited thereon to form a CVD Si layer 10.

【0033】なお、ポーラスSi領域の間隙部は、この
CVDSi層10によって少なくとも部分的に埋め戻さ
れ、ポーラスSi領域は物理的強度を増加する。CVD
Siの代わりにCVDSiCを用いてもよい。
The gaps in the porous Si region are at least partially backfilled by this CVD Si layer 10, and the porous Si region increases the physical strength. CVD
CVDSiC may be used instead of Si.

【0034】図1(C)および図2は、p型Si層3表
面上にCVDSiあるいはCVDSiC層10を堆積し
た状態を示しているが、図1(C)では、Si酸化膜9
は図示を省略した。
FIGS. 1C and 2 show a state in which the CVDSi or CVDSiC layer 10 is deposited on the surface of the p-type Si layer 3, but in FIG. 1C, the Si oxide film 9 is formed.
Are not shown.

【0035】p型Si層3の全表面上にSi酸化膜9が
形成され、Si細線間の間隙部を含め、その上にCVD
SiあるいはCVDSiC層10が堆積されている。な
お、Si細線間の間隙が完全にCVDSiあるいはCV
DSiC層10で埋め戻された状態を示したが、CVD
SiあるいはCVDSiC層10はSi細線間の間隙を
部分的に埋め戻すものであってもよい。
The Si oxide film 9 is formed on the entire surface of the p-type Si layer 3, and the CVD is performed on the Si oxide film 9 including the gaps between the Si thin wires.
A Si or CVD SiC layer 10 is deposited. It should be noted that the gap between the Si thin wires is completely CVDSi or CV.
The state of being backfilled with the DSiC layer 10 is shown.
The Si or CVD SiC layer 10 may partially fill the gaps between the Si thin wires.

【0036】次に、図1(D)に示すように、ポーラス
Si領域8の両側の領域に選択的に不純物をイオン注入
し、n型領域12、p型領域13を形成する。その後、
バックコンタクト電極6を除去する。このようにして、
発光機能を有するSiのpinダイオード構造が形成さ
れる。
Next, as shown in FIG. 1D, impurities are selectively ion-implanted into regions on both sides of the porous Si region 8 to form an n-type region 12 and a p-type region 13. afterwards,
The back contact electrode 6 is removed. In this way
A Si pin diode structure having a light emitting function is formed.

【0037】図3は、このような製造方法を用いて作成
することができるSi発光装置の構造を示す。図3
(A)は断面図を示し、図3(B)は平面図を示す。図
1(D)に示すSOI基板4同様に、開口5を形成した
Si支持基板1上に、SiO2 膜2を介してn型Si領
域12、p型Si領域13が形成され、その間にポーラ
スSi領域8が形成されている。
FIG. 3 shows the structure of a Si light emitting device which can be manufactured by using such a manufacturing method. Figure 3
3A shows a cross-sectional view, and FIG. 3B shows a plan view. Similar to the SOI substrate 4 shown in FIG. 1D, an n-type Si region 12 and a p-type Si region 13 are formed on the Si support substrate 1 having the opening 5 formed therein, with the SiO 2 film 2 interposed therebetween, and the porous region is formed between them. A Si region 8 is formed.

【0038】これらの領域を含むSi層8、12、13
表面上にSi酸化膜9、CVDSiあるいはCVDSi
C層10が形成され、n型領域12、p型領域13の所
定領域上に開口が形成され、その部分にn側電極22、
p側電極23が形成されている。なお、n側電極22、
p側電極23間に、逆バイアス用直流電源26およびス
イッチ27が接続されている。
Si layers 8, 12, 13 including these regions
Si oxide film 9, CVDSi or CVDSi on the surface
The C layer 10 is formed, an opening is formed on a predetermined region of the n-type region 12 and the p-type region 13, and an n-side electrode 22,
A p-side electrode 23 is formed. The n-side electrode 22,
A reverse bias DC power supply 26 and a switch 27 are connected between the p-side electrodes 23.

【0039】なお、図3(B)の平面図に示すように、
ダイオード構造を取り囲む領域のSi層は除去され、ダ
イオード構造は電気的に分離されている。なお、支持基
板1上に1つのダイオード構造が作成された場合を図示
したが、Si支持基板1上には所望数のダイオード構造
を作成することができる。
As shown in the plan view of FIG. 3B,
The Si layer in the region surrounding the diode structure is removed and the diode structure is electrically isolated. Although the case where one diode structure is formed on the supporting substrate 1 is illustrated, a desired number of diode structures can be formed on the Si supporting substrate 1.

【0040】このようなダイオード構造は、n型領域1
2、p型領域13の間に多数のSi細線がSi酸化膜に
包まれて分布する構成を有し、pinないしpπnダイ
オードを構成している。
Such a diode structure has an n-type region 1
2. A large number of Si thin wires are surrounded by the Si oxide film and distributed between the p-type regions 13 to form a pin or pπn diode.

【0041】このようなダイオードに逆バイアス電圧を
印加すると、印加電圧は主に高抵抗領域であるポーラス
Si領域8に印加される。電界強度が十分高ければ、ポ
ーラスSi領域8中でアバランシェブレイクダウンが発
生し、多数の電子・正孔対が発生する。勿論、順バイア
スでも発光は観測される。
When a reverse bias voltage is applied to such a diode, the applied voltage is mainly applied to the porous Si region 8 which is a high resistance region. If the electric field strength is sufficiently high, avalanche breakdown occurs in the porous Si region 8 and many electron-hole pairs are generated. Of course, light emission is observed even with forward bias.

【0042】これらの電子・正孔対がSi細線内で再結
合すると、Si細線のサイズに応じた発光が生じる。な
お、実効的なSi細線の寸法は、表面の酸化膜および酸
化膜に隣接した空乏層によって整形されたバンド構造に
よって決定される。細線の寸法をあまり細かくしなくて
も、酸化膜、空乏層によって量子効果を発揮させること
もできる。
When these electron-hole pairs are recombined in the Si thin wire, light emission corresponding to the size of the Si thin wire occurs. The effective size of the Si thin wire is determined by the band structure shaped by the oxide film on the surface and the depletion layer adjacent to the oxide film. The quantum effect can be exhibited by the oxide film and the depletion layer without making the dimensions of the thin wire very small.

【0043】図4は、本発明の他の実施例によるSi発
光装置の製造方法の主要工程を示す。前述の実施例同
様、Si支持基板1に開口5を形成し、開口部を覆って
酸化されやすい金属であるAlで形成したAlバックコ
ンタクト電極16を形成する。
FIG. 4 shows main steps of a method for manufacturing a Si light emitting device according to another embodiment of the present invention. Similar to the above-described embodiment, the opening 5 is formed in the Si support substrate 1, and the Al back contact electrode 16 formed of Al, which is a metal that is easily oxidized, is formed to cover the opening.

【0044】その後、Alバックコンタクト電極16を
隔離した状態で弗酸水溶液15にp型Si層3表面を接
触させ、陽極酸化を行なう。陽極酸化によってAlバッ
クコンタクト電極16が接している領域のp型Si層3
表面に、ポーラスSi領域8が形成される。本実施例の
場合は、陽極酸化の孔がp型Si層3を貫通する前に陽
極酸化を停止させる。
After that, the surface of the p-type Si layer 3 is brought into contact with the aqueous solution of hydrofluoric acid 15 in a state where the Al back contact electrode 16 is isolated, and anodization is performed. P-type Si layer 3 in a region in contact with the Al back contact electrode 16 by anodic oxidation
A porous Si region 8 is formed on the surface. In the case of this embodiment, the anodization is stopped before the anodization hole penetrates the p-type Si layer 3.

【0045】その後、図4(B)に示すように、p型S
i層3表面を酸化すると共に、支持基板1の開口表面上
に形成したAlバックコンタクト電極16を酸化し、ア
ルミナ層16aに変換する。少なくとも開口部では、ア
ルミナ層16aがp型Si層3に完全に到達するように
する。
After that, as shown in FIG. 4B, p-type S
The surface of the i layer 3 is oxidized, and at the same time, the Al back contact electrode 16 formed on the opening surface of the support substrate 1 is oxidized to be converted into an alumina layer 16a. At least in the opening, the alumina layer 16a reaches the p-type Si layer 3 completely.

【0046】その後、前述の実施例同様、Si酸化膜9
を形成したp型Si層3表面に、CVDSiあるいはC
VDSiC層10を堆積し、ポーラスSi領域8の細孔
部を埋め戻す。本構成によれば、アルミナ層16aに変
換されたバックコンタクト電極は除去する必要がなくな
る。
After that, as in the above-mentioned embodiment, the Si oxide film 9 is formed.
CVDSi or C is formed on the surface of the p-type Si layer 3 on which
The VDSiC layer 10 is deposited and the pores of the porous Si region 8 are backfilled. According to this structure, it is not necessary to remove the back contact electrode converted into the alumina layer 16a.

【0047】なお、アルミナ層16a表面上に金属電極
を形成し、制御電極として用いることもできる。また、
p型Si層3を陽極酸化した後、Si酸化膜9、CVD
SiあるいはCVDSiC層10を形成せず、そのまま
ダイオード構造を形成し、ポーラスSi領域8から発光
を生じさせることも可能であろう。
A metal electrode may be formed on the surface of the alumina layer 16a and used as a control electrode. Also,
After anodizing the p-type Si layer 3, the Si oxide film 9 and CVD
It is also possible to form the diode structure as it is without forming the Si or CVD SiC layer 10 and cause the porous Si region 8 to emit light.

【0048】なお、SOI基板としてSiウエハ上にS
iO2 膜を挟んでSi層を形成したものを用いる場合を
説明したが、SOI基板は絶縁物上にSi層を有するも
のであれば、他の構成を有する物であってもよい。ま
た、n型領域、p型領域として、Si以外の導電性材料
を用いることも可能である。
As an SOI substrate, S is formed on a Si wafer.
The case of using the one having the Si layer sandwiched between the iO 2 films has been described, but the SOI substrate may have another structure as long as it has the Si layer on the insulator. It is also possible to use a conductive material other than Si for the n-type region and the p-type region.

【0049】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。
The present invention has been described above with reference to the embodiments.
The present invention is not limited to these. For example,
It will be apparent to those skilled in the art that various changes, improvements, combinations and the like can be made.

【0050】[0050]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
発光機能を有するSiダイオード構造が支持基板上にラ
テラル方向に形成できる。
As described above, according to the present invention,
A Si diode structure having a light emitting function can be formed laterally on the support substrate.

【0051】このため、同一支持基板上に多数のラテラ
ル発光Siダイオードを電気的に分離した状態で多数形
成することがも容易である。
Therefore, it is easy to form a large number of lateral light emitting Si diodes on the same supporting substrate in an electrically separated state.

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

【図1】本発明の実施例によるSi発光装置の製造方法
の主要工程を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing main steps of a method for manufacturing a Si light emitting device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1(C)に示す構成を、一部拡大して示す断
面図である。
FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view of the configuration shown in FIG.

【図3】本発明の実施例によるSi発光装置を示す図で
ある。図3(A)は断面図、図3(B)は平面図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing a Si light emitting device according to an embodiment of the present invention. 3A is a cross-sectional view and FIG. 3B is a plan view.

【図4】本発明の他の実施例によるSi発光装置の製造
方法の主要工程を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the main steps of a method for manufacturing a Si light emitting device according to another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 Si支持基板 2 SiO2 膜 3 p型Si層 4 SOI基板 5 開口 6 バックコンタクト電極 8 ポーラスSi領域(Si細線) 9 Si酸化膜 10 CVDSi層 12 n型領域 13 p型領域 15 弗酸水溶液 16 Alバックコンタクト電極 16a アルミナ層 26 逆バイアス電源 27 スイッチ1 Si supporting substrate 2 SiO 2 film 3 p-type Si layer 4 SOI substrate 5 opening 6 back contact electrode 8 porous Si region (Si thin line) 9 Si oxide film 10 CVDSi layer 12 n-type region 13 p-type region 15 hydrofluoric acid solution 16 Al back contact electrode 16a Alumina layer 26 Reverse bias power supply 27 Switch

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 Si層(3)と絶縁層(2)と支持基板
(1)とを積層したSOI基板であって、前記Si層
(3)の所定領域上で支持基板と絶縁層に開口(5)が
形成されているSOI基板(4)と、 前記Si層の所定領域に形成されたポーラスSi領域
(8)と、 前記Si層の所定領域に隣接して形成されたn型領域
(12)と、 前記Si層の所定領域に隣接して、前記n型領域(1
2)と対向して形成されたp型領域(13)とを含むS
i発光装置。
1. An SOI substrate in which a Si layer (3), an insulating layer (2), and a supporting substrate (1) are laminated, and an opening is formed in the supporting substrate and the insulating layer on a predetermined region of the Si layer (3). An SOI substrate (4) having (5) formed therein, a porous Si region (8) formed in a predetermined region of the Si layer, and an n-type region (adjacent to the predetermined region of the Si layer ( 12) and adjacent to the predetermined region of the Si layer, the n-type region (1
S including a p-type region (13) formed opposite to 2)
i light emitting device.
【請求項2】 さらに、前記ポーラスSi領域の表面上
に形成されたSi酸化膜(9)と前記Si酸化膜上に形
成されたCVDSiあるいはCVDSiC層(10)と
を含む請求項1記載のSi発光装置。
2. The Si according to claim 1, further comprising a Si oxide film (9) formed on the surface of the porous Si region and a CVD Si or CVD SiC layer (10) formed on the Si oxide film. Light emitting device.
【請求項3】 さらに、前記SOI基板(4)の開口
(5)上に形成された金属酸化物層(16a)を含む請
求項1ないし2記載のSi発光装置。
3. The Si light emitting device according to claim 1, further comprising a metal oxide layer (16a) formed on the opening (5) of the SOI substrate (4).
【請求項4】 Si層(3)と絶縁層(2)と支持基板
(1)とを積層したSOI基板(4)を準備し、支持基
板(1)側からSi層に達する開口(5)を形成する工
程と、 前記開口(5)上にバックコンタクト電極(6、16)
を形成する工程と、 前記Si層を弗酸水溶液中で陽極酸化してポーラスSi
領域(8)を形成する工程と、 前記Si層のポーラスSi領域を挟んでn型領域(1
2)とp型領域(13)を形成する工程とを含むSi発
光装置の製造方法。
4. An SOI substrate (4) in which a Si layer (3), an insulating layer (2) and a supporting substrate (1) are laminated is prepared, and an opening (5) reaching the Si layer from the supporting substrate (1) side. Forming a back contact electrode (6, 16) on the opening (5)
And a step of forming a porous Si layer by anodizing the Si layer in an aqueous solution of hydrofluoric acid.
Forming a region (8), and n-type region (1
2) and a method for manufacturing a Si light emitting device, which includes the step of forming a p-type region (13).
【請求項5】 さらに、前記ポーラスSi領域形成工程
の後、前記Si層(3)表面を熱酸化してSi酸化膜
(9)を形成する工程と、 前記Si酸化膜(9)上にSiを減圧気相堆積する工程
とを含む請求項4記載のSi発光装置の製造方法。
5. Further, after the step of forming the porous Si region, a step of thermally oxidizing the surface of the Si layer (3) to form a Si oxide film (9), and Si on the Si oxide film (9). 5. The method for manufacturing a Si light emitting device according to claim 4, further comprising the step of:
【請求項6】 前記バックコンタクト電極(6)が弗酸
水溶液に耐える金属であり、前記ポーラスSi領域形成
工程は前記SOI基板(4)を弗酸水溶液中に浸漬して
行い、 前記Siの減圧気相堆積工程の後、さらに前記バックコ
ンタクト電極(6)を除去する工程を含む請求項5記載
のSi発光装置の製造方法。
6. The back contact electrode (6) is a metal that withstands a hydrofluoric acid aqueous solution, and the porous Si region forming step is performed by immersing the SOI substrate (4) in a hydrofluoric acid aqueous solution to reduce the pressure of the Si. The method for manufacturing a Si light emitting device according to claim 5, further comprising a step of removing the back contact electrode (6) after the vapor deposition step.
【請求項7】 前記バックコンタクト電極(16)が酸
化容易な金属であり、前記ポーラスSi領域形成工程は
前記バックコンタクト電極(16)を弗酸水溶液(1
5)に触れさせずに行い、 さらに前記ポーラスSi領域形成工程の後、前記バック
コンタクト電極(16)を酸化して絶縁物層(16a)
に変換する工程を含む請求項5記載のSi発光装置の製
造方法。
7. The back contact electrode (16) is a metal that is easily oxidized, and the back contact electrode (16) is formed by a hydrofluoric acid solution (1) in the step of forming the porous Si region.
5) without touching the insulating layer (16a) by oxidizing the back contact electrode (16) after the step of forming the porous Si region.
The method for manufacturing a Si light-emitting device according to claim 5, including a step of converting into Si.
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