JPH0677529A - Light emitting semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Light emitting semiconductor device and its manufacture

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JPH0677529A
JPH0677529A JP22551692A JP22551692A JPH0677529A JP H0677529 A JPH0677529 A JP H0677529A JP 22551692 A JP22551692 A JP 22551692A JP 22551692 A JP22551692 A JP 22551692A JP H0677529 A JPH0677529 A JP H0677529A
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JP
Japan
Prior art keywords
layer
silicon
porous structure
light emitting
germanium compound
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP22551692A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobuaki Tosakai
伸明 止境
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0677529A publication Critical patent/JPH0677529A/en
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Abstract

PURPOSE:To obtain a light emitting semiconductor device radiating a light whose wavelength is longer than the natural oscillation wavelenth of semiconductor constituting a light emitting layer. CONSTITUTION:The title device has at least one multilayered structure wherein a semiconductor layer (silicon layer 2) is sandwiched by electrochemically stable material layers (silicon germanium compound layers 3). Fine porous structure 5 is constituted on the section of the semiconductor layer which section is exposed on the section of the multilayered structure. By injecting a carrier in the fine porous structure 5, a light whose wavelength is longer than the natural oscillation wavelength of the semiconductor constituting the porous structure 5 is radiated. On the substrate, at least the one multilayered structure wherein the semiconductor layer (silicon layer 2) is sandwiched by the electrochemically stable material (silicon germanium compound layers 3) is formed and subjected to anodic oxidation, thereby forming the fine porous structure 5 on the section of the semiconductor layer (silicon layer 2).

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、発光半導体装置、特
に、半導体層の断面に多孔質構造を有し、この多孔質構
造にキャリアを注入することによって緑色ないし青色の
光を放射する発光半導体装置およびその製造方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light emitting semiconductor device, and more particularly to a light emitting semiconductor device having a porous structure in a cross section of a semiconductor layer and emitting green or blue light by injecting carriers into the porous structure. The present invention relates to a device and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】シリコン結晶は1.2eV程度の禁制帯
幅をもち、間接遷移型バンド構造を有しているため、可
視光帯域では発光しないと考えられていた。しかしなが
ら、先に、シリコン基板を陽極化成することによって表
面を海綿状の多孔質構造を形成し、この多孔質構造の中
に電子を閉じ込めて、量子サイズ効果による高い量子エ
ネルギー準位を持たせ、この高い量子エネルギー準位間
の遷移によって可視光を発生させることが試みられた
(NIKKEI MICRODEVICES 1992
年2月号p.72〜76参照)。
2. Description of the Related Art Since silicon crystals have a forbidden band width of about 1.2 eV and an indirect transition type band structure, it has been considered that they do not emit light in the visible light band. However, first, a sponge-like porous structure is formed on the surface by anodizing a silicon substrate, electrons are confined in this porous structure, and a high quantum energy level due to the quantum size effect is given, Attempts have been made to generate visible light by the transition between these high quantum energy levels (NIKKEI MICRODEVICES 1992).
February issue p. 72-76).

【0003】図4(A),(B)は、従来の発光半導体
装置の説明図である。図4(A)はシリコン基板を陽極
化成した後の断面を模式的に示し、図4(B)は陽極化
成によって多孔質構造を形成したシリコン基板表面の多
孔度とエネルギーギャップの関係を示している。この図
において、31はシリコン基板、32は多孔質構造であ
る。
FIGS. 4A and 4B are explanatory views of a conventional light emitting semiconductor device. FIG. 4 (A) schematically shows a cross section after anodizing the silicon substrate, and FIG. 4 (B) shows the relationship between the porosity and the energy gap of the surface of the silicon substrate having a porous structure formed by anodizing. There is. In this figure, 31 is a silicon substrate and 32 is a porous structure.

【0004】この場合の陽極化成は、p型のシリコン基
板31を濃度50%のフッ酸とアルコールの容積比1:
1の電解液に浸漬し、このp型のシリコン基板31を正
にし、別に設けた電極を負にして、10mA/cm2
度の電流密度で5分間電流を流す工程である。
In this case, the anodization is carried out by using the p-type silicon substrate 31 with a volume ratio of hydrofluoric acid and alcohol having a concentration of 50% of 1 :.
Immersed in 1 of the electrolytic solution, the silicon substrate 31 of the p-type positively, and negatively separately provided electrode, a step of flowing a 5 minute current at a current density of about 10 mA / cm 2.

【0005】この陽極化成によってシリコン基板31の
表面に、数μmの深さまで20〜30Åの多孔質構造3
2が形成されるが、実験によると、図4(B)に示され
るように、多孔度(ポロシティ)が50%のときエネル
ギーギャップは1.3eV、70%のとき1.4eV、
80%のとき1.42eV、85%のとき1.55e
V、90%のとき1.78eVであった。
By this anodization, a porous structure 3 of 20 to 30 Å is formed on the surface of the silicon substrate 31 to a depth of several μm.
2 is formed, but according to the experiment, as shown in FIG. 4B, the energy gap is 1.3 eV when the porosity is 50%, and the energy gap is 1.4 eV when the porosity is 70%.
1.42eV at 80%, 1.55e at 85%
It was 1.78 eV when V and 90%.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来の技術によると、
上記のように、陽極化成によって形成した多孔質構造の
多孔度を大きくなることによってエネルギーギャップが
大きくなり、多孔度が90%のとき1.78eVのエネ
ルギーギャップになる。そして、この多孔質構造32に
キャリアを注入するとオレンジ色の光が放出されるが、
これ以上陽極化成を続けても表面が荒れるだけで多孔度
が大きくならず、したがってエネルギーギャップが大き
くならないため、緑色や青色の光を放出させることはで
きなかった。
According to the prior art,
As described above, the energy gap is increased by increasing the porosity of the porous structure formed by anodization, and the energy gap is 1.78 eV when the porosity is 90%. Then, when a carrier is injected into the porous structure 32, orange light is emitted,
Even if anodization is continued for a longer time, the surface is only roughened, the porosity does not increase, and the energy gap does not increase, so that green or blue light cannot be emitted.

【0007】本発明は、半導体層、特にシリコン層表面
の多孔質構造の多孔度を上げることにより実効的エネル
ギーギャップをより大きくして、半導体層、例えばシリ
コンの固有発光波長よりも短波長の緑色や青色の光を放
出する発光半導体装置を提供することを目的とする。
According to the present invention, the effective energy gap is increased by increasing the porosity of the porous structure on the surface of the semiconductor layer, particularly the silicon layer, and the green color having a wavelength shorter than the intrinsic emission wavelength of the semiconductor layer, for example, silicon. It is an object of the present invention to provide a light emitting semiconductor device that emits blue or blue light.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】この発明にかかる発光半
導体装置においては、半導体層を電気化学的に安定な材
料層によって挟んだ積層構造を少なくとも1つ有し、該
積層構造の断面に露出する半導体層の断面に微細な多孔
質構造を有する構成を採用し、この多孔質構造にキャリ
アを注入することによって、この多孔質構造を構成する
半導体の固有発振波長よりも短い波長の光を放出するよ
うにした。
A light emitting semiconductor device according to the present invention has at least one laminated structure in which a semiconductor layer is sandwiched between electrochemically stable material layers, and is exposed in a cross section of the laminated structure. By adopting a structure having a fine porous structure in the cross section of the semiconductor layer and injecting carriers into this porous structure, light having a wavelength shorter than the natural oscillation wavelength of the semiconductor constituting this porous structure is emitted. I did it.

【0009】この場合、半導体層をシリコンとし、緑色
ないし青色の光を放出するようにすることができる。
In this case, the semiconductor layer may be made of silicon so as to emit green or blue light.

【0010】また、本発明にかかる発光半導体装置の製
造方法においては、基板上に半導体層を電気化学的に安
定な材料層によって挟んだ積層構造を少なくとも1つ形
成する工程と、該積層構造を陽極化成することによって
該積層構造の断面に露出する半導体層の断面に微細な多
孔質構造を形成する工程を採用した。
Further, in the method for manufacturing a light emitting semiconductor device according to the present invention, a step of forming at least one laminated structure in which a semiconductor layer is sandwiched between electrochemically stable material layers on a substrate, and the laminated structure. A step of forming a fine porous structure on the cross section of the semiconductor layer exposed on the cross section of the laminated structure by anodization was adopted.

【0011】この場合、半導体層をシリコンとし、電気
化学的に安定な材料層をシリコンゲルマニウム化合物と
して、緑色ないし青色の光を放出するようにすることが
できる。
In this case, the semiconductor layer may be made of silicon, and the electrochemically stable material layer may be made of a silicon germanium compound so that green or blue light is emitted.

【0012】[0012]

【作用】本発明のように、シリコン等の半導体層をシリ
コンゲルマニウム化合物等の電気化学的に安定な材料層
によって挟んだ積層構造を少なくとも1対形成し、この
積層構造の断面を陽極化成すると、この断面に露出する
シリコン等の半導体層の断面に20〜30Åより微細な
海綿状の多孔質構造が生じやすくなり、量子サイズ効果
が効率よく起こり、実効的エネルギーギャップをより大
きくすることができて、従来の半導体表面を陽極化成し
て海綿状にする場合に比較して、より波長の短い光を放
出させることができる。
According to the present invention, when at least one pair of laminated structures in which a semiconductor layer such as silicon is sandwiched by electrochemically stable material layers such as silicon germanium compound is formed and the cross section of the laminated structure is anodized, A sponge-like porous structure finer than 20 to 30 Å is likely to occur in the cross section of the semiconductor layer such as silicon exposed in this cross section, the quantum size effect efficiently occurs, and the effective energy gap can be increased. Light having a shorter wavelength can be emitted as compared with the case where a conventional semiconductor surface is anodized to form a sponge.

【0013】このように、半導体層の断面に極微細な多
孔質構造が形成される原因は、未だ解明されていない
が、シリコン等の半導体層をシリコンゲルマニウム化合
物等の電気化学的に安定な材料層によって挟んだ積層構
造を形成して、その断面を陽極化成すると、この積層構
造を構成する半導体層の厚さが既に海綿状の多孔質構造
程度に薄いため、陽極化成によって広い表面を陽極化成
する従来の技術に比較して、より細くて充分な長さを有
する半導体フィラメントを残す海綿状の多孔質構造が形
成されるものと推測される。
The cause of the formation of the extremely fine porous structure in the cross section of the semiconductor layer has not yet been clarified, but the semiconductor layer made of silicon or the like is made of an electrochemically stable material such as a silicon germanium compound. When a layered structure sandwiched by layers is formed and its cross section is anodized, the semiconductor layers that make up this layered structure are already as thin as a sponge-like porous structure, so anodization forms a large surface. It is speculated that a sponge-like porous structure is formed, which leaves a semiconductor filament that is thinner and has a sufficient length as compared with the related art.

【0014】[0014]

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 (第1実施例)図1(A)〜(D)は、本発明の第1実
施例の発光半導体装置の製造工程説明図である。この図
において、1はシリコン基板、2はシリコン層、3はシ
リコンゲルマニウム化合物層、4は開口、5は多孔質構
造、6は電極を示している。
EXAMPLES Examples of the present invention will be described below. (First Embodiment) FIGS. 1A to 1D are explanatory views of a manufacturing process of a light emitting semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. In this figure, 1 is a silicon substrate, 2 is a silicon layer, 3 is a silicon germanium compound layer, 4 is an opening, 5 is a porous structure, and 6 is an electrode.

【0015】この製造工程説明図によって、本発明の第
1実施例の発光半導体装置の製造方法を説明する。
A method of manufacturing the light emitting semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the manufacturing process explanatory diagram.

【0016】第1工程(図1(A)参照) シリコン基板1の上に、MOVPE法によって厚さ20
〜30Åのシリコン(Si)層2と、厚さ20〜30Å
のシリコンゲルマニウム化合物(SiGe)層3を交互
に数μmの厚さになるまでエピタキシャル成長する。な
お、このMOVPE法を、MOCVD法、MBE法等他
の成長法に代えることができる。
First step (see FIG. 1 (A)) A silicon substrate 1 having a thickness of 20 is formed by MOVPE.
~ 30Å silicon (Si) layer 2 and thickness 20 ~ 30Å
The silicon germanium compound (SiGe) layers 3 are alternately grown epitaxially to a thickness of several μm. The MOVPE method can be replaced with another growth method such as MOCVD method and MBE method.

【0017】第2工程(図1(B)参照) この積層構造に、フォトリソグラフィー技術によってシ
リコン基板1の表面に達する直径数μmの開口4を形成
する。
Second step (see FIG. 1B) In this laminated structure, an opening 4 having a diameter of several μm reaching the surface of the silicon substrate 1 is formed by a photolithography technique.

【0018】第3工程(図1(C)参照) 第2工程によって形成した積層構造体を、濃度50%の
フッ酸とアルコールの容積比1:1の電解液に浸漬し、
この積層構造体を正にし、別に設けた電極を負にして、
電流密度10mA/cm2 程度の電流を5分間流して陽
極化成する。その結果、開口4の側壁に露出しているシ
リコン層2の断面に、シリコン層2の横方向に20〜3
0Åより微細で、広いエネルギーギャップをもつ多孔質
構造5が形成され、シリコンゲルマニウム化合物(Si
Ge)層3は陽極化成されないで残る。
Third step (see FIG. 1C) The laminated structure formed in the second step is immersed in an electrolytic solution having a concentration of hydrofluoric acid and alcohol of 50% and a volume ratio of 1: 1.
Make this laminated structure positive and make the separately provided electrode negative,
Anodization is performed by passing a current having a current density of about 10 mA / cm 2 for 5 minutes. As a result, the cross section of the silicon layer 2 exposed on the side wall of the opening 4 has a width of 20 to 3 in the lateral direction of the silicon layer 2.
A porous structure 5 finer than 0 Å and having a wide energy gap is formed, and a silicon germanium compound (Si
The Ge) layer 3 remains unanodized.

【0019】第4工程(図1(D)参照) 積層構造体の最上層にあるシリコン層2の上に金等の電
極6を形成する。このシリコン基板1と電極6の間に電
圧を印加してキャリアを注入すると、電子と正孔が微細
な多孔質構造5の広いエネルギーギャップを介して再結
合されるため緑色ないし青色の光を放出する。なお、こ
の電極をITOで形成すると、微細な多孔質構造5から
放出される光を、ITO電極を通して外部に放出させる
ことができる。
Fourth Step (see FIG. 1D) An electrode 6 made of gold or the like is formed on the silicon layer 2 which is the uppermost layer of the laminated structure. When a voltage is applied between the silicon substrate 1 and the electrode 6 to inject carriers, electrons and holes are recombined through the wide energy gap of the fine porous structure 5 to emit green or blue light. To do. If this electrode is made of ITO, the light emitted from the fine porous structure 5 can be emitted to the outside through the ITO electrode.

【0020】この説明では、第1工程において、シリコ
ンゲルマニウム化合物(SiGe)層3の厚さを、シリ
コン層と同程度の20〜30Åにしたが、この厚さはさ
ほど重要ではなく、発光に寄与するシリコン層の密度を
高くするため可能な限り薄くすることが望ましい。
In this description, in the first step, the thickness of the silicon germanium compound (SiGe) layer 3 is set to 20 to 30 Å, which is about the same as that of the silicon layer, but this thickness is not so important and contributes to light emission. It is desirable to make the silicon layer as thin as possible in order to increase the density of the silicon layer.

【0021】また、この説明では第2工程において、直
径数μmの開口4を形成したが、これに代えて幅数μm
の溝を形成して積層構造体を平面内で2分する構造を採
用してもよい。この場合は、溝の両側の最上層シリコン
層に各々1つの電極を形成し、その間に電流を流すこと
ができる。
Further, in this description, the opening 4 having a diameter of several μm was formed in the second step, but instead of this, the width of several μm.
Alternatively, a structure may be adopted in which the groove is formed to divide the laminated structure into two in a plane. In this case, one electrode is formed on each of the uppermost silicon layers on both sides of the groove, and a current can be passed between them.

【0022】なお、この実施例において、電気化学的に
安定な材料層としてシリコンゲルマニウム化合物層を採
用したのは、シリコンとゲルマニウムの格子定数が4%
程度異なるだけで近似しているため、単結晶層を結晶性
よく積層して成長しやすいからである。
In this embodiment, the silicon germanium compound layer is used as the electrochemically stable material layer because the lattice constant of silicon and germanium is 4%.
This is because the approximations are made only by varying the degree, and it is easy to grow by stacking single crystal layers with good crystallinity.

【0023】また、この実施例において、多孔質構造を
発光層としてシリコン層を用いているが、先に説明した
原理によって、他の半導体層を用いる場合でも同様の効
果を生じる。ただし、化合物半導体層を用いると、陽極
化成によってこの化合物半導体の組成のままの微細な多
孔質構造を形成することが困難であった。
Further, in this embodiment, the silicon layer is used as the light emitting layer having the porous structure, but the same effect is obtained even when other semiconductor layers are used according to the principle described above. However, when the compound semiconductor layer is used, it is difficult to form a fine porous structure with the composition of the compound semiconductor by anodization.

【0024】(第2実施例)図2は、本発明の第2実施
例の発光半導体装置の構成説明図である。この図におい
て、11はシリコン基板、12,14,16,17,1
9,21,22,24,26はシリコンゲルマニウム化
合物層、13,15,18,20,23,25はシリコ
ン層、27B ,27G ,27R は開口、28B ,2
G ,28R は多孔質構造、29B ,29G ,29R
電極を示している。
(Second Embodiment) FIG. 2 is a structural explanatory view of a light emitting semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. In this figure, 11 is a silicon substrate, 12, 14, 16, 17, 1
9, 21, 22, 24, 26 are silicon germanium compound layers, 13, 15, 18, 20, 23, 25 are silicon layers, 27 B , 27 G , 27 R are openings, 28 B , 2
8 G and 28 R are porous structures, and 29 B , 29 G and 29 R are electrodes.

【0025】この図によって本発明の第2実施例の発光
半導体装置の製造方法の説明を兼ねてその構成を説明す
る。
The structure of the second embodiment of the present invention will be described in conjunction with the description of the method for manufacturing the light emitting semiconductor device.

【0026】第1工程 シリコン基板11の上に、MOCVD法によって、各層
の厚さが厚い(60Å〜100Å程度)シリコンゲルマ
ニウム化合物層12、シリコン層13、シリコンゲルマ
ニウム化合物層14、シリコン層15、シリコンゲルマ
ニウム化合物層16を順次成長する。
First Step A silicon germanium compound layer 12, a silicon layer 13, a silicon germanium compound layer 14, a silicon layer 15, and a silicon layer each having a large thickness (about 60 Å to 100 Å) on the silicon substrate 11 by MOCVD. The germanium compound layer 16 is sequentially grown.

【0027】第2工程 このシリコンゲルマニウム化合物層12、シリコン層1
3、シリコンゲルマニウム化合物層14、シリコン層1
5、シリコンゲルマニウム化合物層16からなる積層体
に、フォトリソグラフィー技術によって開口27R を形
成する。
Second Step This silicon germanium compound layer 12 and silicon layer 1
3, silicon germanium compound layer 14, silicon layer 1
5. The opening 27 R is formed in the laminated body including the silicon germanium compound layer 16 by the photolithography technique.

【0028】第3工程 このシリコンゲルマニウム化合物層12、シリコン層1
3、シリコンゲルマニウム化合物層14、シリコン層1
5、シリコンゲルマニウム化合物層16からなる積層体
を濃度50%のフッ酸とアルコールの容積比1:1の電
解液に浸漬し、この積層体を正にし、別に設けた電極に
負にして10mA/cm2 程度の電流を流して陽極化成
し、開口27R の側壁に露出しているシリコン層13,
15の断面に微細な多孔質構造28R を形成する。
Third Step This silicon germanium compound layer 12 and silicon layer 1
3, silicon germanium compound layer 14, silicon layer 1
5. The laminated body composed of the silicon germanium compound layer 16 was immersed in an electrolyte solution having a volume ratio of hydrofluoric acid and alcohol of 1: 1 at a concentration of 50%, and the laminated body was made positive and negatively applied to a separately provided electrode at 10 mA / a silicon layer 13 exposed on the side wall of the opening 27 R by anodizing by applying a current of about cm 2 .
A fine porous structure 28 R is formed on the cross section of 15.

【0029】第4工程 開口27R にレジストを埋め込んだ後、全面に、各層の
厚さがやや薄い(30Å〜40Å程度)、シリコンゲル
マニウム化合物層17、シリコン層18、シリコンゲル
マニウム化合物層19、シリコン層20、シリコンゲル
マニウム化合物層21を成長する。この際、シリコンゲ
ルマニウム化合物層16の上には単結晶層が成長する
が、開口27R に埋め込んだレジストの上には多結晶層
が成長する。
Fourth Step: After the resist is embedded in the opening 27 R , the thickness of each layer is slightly thin (about 30Å to 40Å), the silicon germanium compound layer 17, the silicon layer 18, the silicon germanium compound layer 19 and the silicon are formed. A layer 20 and a silicon germanium compound layer 21 are grown. At this time, a single crystal layer grows on the silicon germanium compound layer 16, but a polycrystalline layer grows on the resist embedded in the opening 27 R.

【0030】第5工程 このシリコンゲルマニウム化合物層17、シリコン層1
8、シリコンゲルマニウム化合物層19、シリコン層2
0、シリコンゲルマニウム化合物層21からなる積層体
にフォトリソグラフィー技術によって開口27G を形成
する。
Fifth Step This silicon germanium compound layer 17 and silicon layer 1
8, silicon germanium compound layer 19, silicon layer 2
0, an opening 27 G is formed in the laminated body including the silicon germanium compound layer 21 by a photolithography technique.

【0031】第6工程 第3工程と同様の工程によって、シリコンゲルマニウム
化合物層17、シリコン層18、シリコンゲルマニウム
化合物層19、シリコン層20、シリコンゲルマニウム
化合物層21からなる積層体の開口27G の側壁に露出
しているシリコン層18,20の断面に微細な多孔質構
造28G を形成する。
Sixth step By the same step as the third step, the side wall of the opening 27 G of the laminated body composed of the silicon germanium compound layer 17, the silicon layer 18, the silicon germanium compound layer 19, the silicon layer 20, and the silicon germanium compound layer 21. A fine porous structure 28 G is formed on the cross section of the silicon layers 18 and 20 exposed at the bottom.

【0032】第7工程 開口27G にレジストを埋め込んだ後、全面に、各層の
厚さがさらに薄い(10Å〜20Å程度)、シリコンゲ
ルマニウム化合物層22、シリコン層23、シリコンゲ
ルマニウム化合物層24、シリコン層25、シリコンゲ
ルマニウム化合物層26を成長する。この際、シリコン
ゲルマニウム化合物層21の上には単結晶層が成長する
が、開口27R に埋め込んだレジストの上に成長した多
結晶層の上と、開口27G に埋め込んだレジストの上に
は多結晶層が成長する。
Seventh step: After the resist is buried in the opening 27 G , the thickness of each layer is thinner (about 10Å to 20Å) on the entire surface, the silicon germanium compound layer 22, the silicon layer 23, the silicon germanium compound layer 24, and the silicon. A layer 25 and a silicon germanium compound layer 26 are grown. At this time, a single crystal layer grows on the silicon germanium compound layer 21, but on the polycrystalline layer grown on the resist embedded in the opening 27 R and on the resist embedded in the opening 27 G. A polycrystalline layer grows.

【0033】第8工程 このシリコンゲルマニウム化合物層22、シリコン層2
3、シリコンゲルマニウム化合物層24、シリコン層2
5、シリコンゲルマニウム化合物層26からなる積層体
にフォトリソグラフィー技術によって開口27B を形成
する。
Eighth Process This silicon germanium compound layer 22, silicon layer 2
3, silicon germanium compound layer 24, silicon layer 2
5. The opening 27 B is formed in the laminated body including the silicon germanium compound layer 26 by the photolithography technique.

【0034】第9工程 第3工程と同様の工程によって、シリコンゲルマニウム
化合物層22、シリコン層23、シリコンゲルマニウム
化合物層24、シリコン層25、シリコンゲルマニウム
化合物層26からなる積層体の開口27B の側壁に露出
しているシリコン層23,25の断面に微細な多孔質構
造28B を形成する。
Ninth step By the same step as the third step, the side wall of the opening 27 B of the laminated body including the silicon germanium compound layer 22, the silicon layer 23, the silicon germanium compound layer 24, the silicon layer 25, and the silicon germanium compound layer 26. A fine porous structure 28 B is formed on the cross section of the silicon layers 23 and 25 exposed at the bottom.

【0035】第10工程 開口27B にレジストを埋め込んだ後、全面に金を蒸着
し、パターニングして電極29B ,29G ,29R を形
成する。その後、開口27R ,27G の上に成長した多
結晶層をエッチングして除去し、開口27R ,27G
27B 中のレジストを除去する。
[0035] After embedding the resist to the tenth step opening 27 B, the entire surface by depositing gold, patterned electrodes 29 B, and form a 29 G, 29 R. After that, the polycrystalline layer grown on the openings 27 R , 27 G is removed by etching to remove the openings 27 R , 27 G ,
The resist in 27 B is removed.

【0036】この実施例においては、シリコン層13,
15の厚さを厚くし(60Å〜100Å程度)、シリコ
ン層18,20の厚さをそれより薄くし(30Å〜40
Å程度)、シリコン層23,25の厚さをそれよりさら
に薄くし(10Å〜20Å程度)ているため、同程度の
陽極化成によって、開口27R 中の多孔質構造28
Rと、開口27G 中の多孔質構造28G と、開口27B
中の多孔質構造28B を比較すると、これらの多孔質構
造はこの順に多孔度が高くなり微細化され、その結果、
それらのエネルギーギャップは、この順に大きくなる。
In this embodiment, the silicon layer 13,
The thickness of 15 is made thick (about 60Å to 100Å), and the thickness of the silicon layers 18 and 20 is made thinner (30Å to 40).
About Å), since the thickness of the silicon layer 23, 25 and thinner than that (about 10A~20A), the same degree of anodization, the porous structure 28 in the opening 27 R
And R, and the porous structure 28 G during opening 27 G, the opening 27 B
Comparing the inner porous structures 28 B , these porous structures become higher in porosity and finer in this order, and as a result,
Their energy gaps increase in this order.

【0037】したがって、各半導体層の厚さと陽極化成
の時間を調節することによって、多孔質構造28R と、
多孔質構造28G と、多孔質構造28B のエネルギーギ
ャップを赤色、緑色、青色の波長に相当する値に設計す
ることができる。そして、電極29B ,29G ,29R
とシリコン基板11の間に選択的に電流を流してキャリ
アを注入することによって、赤色、緑色、青色の光を放
射させることができる。
Therefore, by adjusting the thickness of each semiconductor layer and the time of anodization, the porous structure 28 R ,
The energy gaps of the porous structure 28 G and the porous structure 28 B can be designed to have values corresponding to red, green and blue wavelengths. And the electrodes 29 B , 29 G , and 29 R
By selectively passing a current between the silicon substrate 11 and the silicon substrate 11 to inject carriers, red, green and blue lights can be emitted.

【0038】図3は、本発明の第2実施例の発光半導体
装置の波長特性図である。この図は、本発明の第2実施
例の発光半導体装置において、多孔質構造28Rと、多
孔質構造28G と、多孔質構造28B の微細化の程度を
変えることによってエネルギーギャップを赤色(a)、
緑色(b)、青色(c)の波長に相当する値に設計する
ことができることを示している。
FIG. 3 is a wavelength characteristic diagram of the light emitting semiconductor device of the second embodiment of the present invention. This figure shows that in the light emitting semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, the energy gap is changed to red () by changing the degree of miniaturization of the porous structure 28 R , the porous structure 28 G and the porous structure 28 B. a),
It shows that the values can be designed to correspond to the wavelengths of green (b) and blue (c).

【0039】このように、赤色、緑色、青色の光を組み
合わせて1つの画素とすることによって二次元カラー表
示装置を構成することができる。
As described above, the two-dimensional color display device can be constructed by combining the red, green and blue lights into one pixel.

【0040】上記の実施例においては、主に、各半導体
層の厚さを、赤色、緑色、青色の光の波長に相当するエ
ネルギーギャップになるように設計したが、各半導体層
の厚さを同一にし、陽極化成の時間を調節することによ
って、多孔質構造28R ,28G ,28B の微細化の程
度を変えることによって、赤色、緑色、青色の光の波長
に相当するエネルギーギャップを設計することもでき
る。
In the above embodiments, the thickness of each semiconductor layer was designed so as to have an energy gap corresponding to the wavelengths of red, green and blue light. The energy gaps corresponding to the wavelengths of red, green, and blue light are designed by changing the degree of miniaturization of the porous structures 28 R , 28 G , and 28 B by making them the same and adjusting the anodization time. You can also do it.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
シリコン等のエネルギーギャップが大きい半導体を層状
に形成し、かつ、この半導体層に比較容易なプロセスで
ある陽極化成を行うことによって発光波長(色)を調節
することができ、これを表示用発光装置として、また、
オプトエレクトロニクスIC(OEIC)用の光源とし
て用いることができ、さらに、発光波長(色)が異なる
光源を組み合わせて画素にすることによって二次元カラ
ー表示装置を形成することができる。
As described above, according to the present invention,
The emission wavelength (color) can be adjusted by forming a semiconductor having a large energy gap such as silicon in a layered form and performing anodization on this semiconductor layer, which is a comparatively easy process. As well as
It can be used as a light source for an optoelectronic IC (OEIC), and a two-dimensional color display device can be formed by combining light sources having different emission wavelengths (colors) into pixels.

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

【図1】(A)〜(D)は、本発明の第1実施例の発光
半導体装置の製造工程説明図である。
1A to 1D are explanatory views of a manufacturing process of a light emitting semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2実施例の発光半導体装置の構成説
明図である。
FIG. 2 is a structural explanatory view of a light emitting semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第2実施例の発光半導体装置の波長特
性図である。
FIG. 3 is a wavelength characteristic diagram of a light emitting semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図4】(A),(B)は、従来の発光半導体装置の説
明図である。
4A and 4B are explanatory views of a conventional light emitting semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 2 シリコン層 3 シリコンゲルマニウム化合物層 4 開口 5 多孔質構造 6 電極 11 シリコン基板 12,14,16,17,19,21,22,24,2
6 シリコンゲルマニウム化合物層 13,15,18,20,23,25 シリコン層 27B ,27G ,27R 開口 28B ,28G ,28R 多孔質構造 29B ,29G ,29R 電極
1 Silicon Substrate 2 Silicon Layer 3 Silicon Germanium Compound Layer 4 Opening 5 Porous Structure 6 Electrode 11 Silicon Substrate 12, 14, 16, 17, 19, 21, 21, 22, 24, 2
6 Silicon Germanium Compound Layer 13, 15, 18, 20, 23, 25 Silicon Layer 27 B , 27 G , 27 R Opening 28 B , 28 G , 28 R Porous Structure 29 B , 29 G , 29 R Electrode

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体層を電気化学的に安定な材料層に
よって挟んだ積層構造を少なくとも1つ有し、該積層構
造の断面に露出する半導体層の断面に微細な多孔質構造
を有し、該微細な多孔質構造にキャリアを注入すること
によって、該多孔質構造を構成する半導体の固有発光波
長よりも短い波長の光を放出することを特徴とする発光
半導体装置。
1. A semiconductor device having at least one laminated structure in which a semiconductor layer is sandwiched between electrochemically stable material layers, and a fine porous structure is formed in a cross section of the semiconductor layer exposed in the cross section of the laminated structure. A light emitting semiconductor device, characterized in that by injecting a carrier into the fine porous structure, light having a wavelength shorter than an intrinsic emission wavelength of a semiconductor forming the porous structure is emitted.
【請求項2】 半導体層がシリコンからなり、緑色ない
し青色の光を放出することを特徴とする請求項1に記載
された発光半導体装置。
2. The light emitting semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor layer is made of silicon and emits green or blue light.
【請求項3】 基板上に半導体層を電気化学的に安定な
材料層によって挟んだ積層構造を少なくとも1つ形成す
る工程と、該積層構造を陽極化成することによって該積
層構造の断面に露出する半導体層の断面に微細な多孔質
構造を形成する工程を含むことを特徴とする発光半導体
装置の製造方法。
3. A step of forming at least one laminated structure in which a semiconductor layer is sandwiched between electrochemically stable material layers on a substrate, and an anodization of the laminated structure exposes a cross section of the laminated structure. A method of manufacturing a light emitting semiconductor device, comprising the step of forming a fine porous structure in a cross section of a semiconductor layer.
【請求項4】 半導体層がシリコンからなり、電気化学
的に安定な材料層がシリコンゲルマニウム化合物からな
り、緑色ないし青色の光を放出することを特徴とする請
求項3に記載された発光半導体装置の製造方法。
4. The light emitting semiconductor device according to claim 3, wherein the semiconductor layer is made of silicon, and the electrochemically stable material layer is made of a silicon germanium compound, and emits green or blue light. Manufacturing method.
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