JPH0697420A - 光結合素子 - Google Patents
光結合素子Info
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- JPH0697420A JPH0697420A JP27083792A JP27083792A JPH0697420A JP H0697420 A JPH0697420 A JP H0697420A JP 27083792 A JP27083792 A JP 27083792A JP 27083792 A JP27083792 A JP 27083792A JP H0697420 A JPH0697420 A JP H0697420A
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- light emitting
- light
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- emitting element
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 発光素子をシリコンで作製した光結合素子を
提供する。 【構成】 光結合素子は、発光素子と受光素子とをモノ
リシックに基板上に形成し、光を伝送する光導波路を備
えるものである。発光素子は、ｐ型単結晶シリコン基板
１２の表面に陽極化成法により多孔質シリコン層１４を
形成し、更にその上に電子サイクロトロン共鳴プラズマ
ＣＶＤ法によりｎ型の微結晶を含有する非晶質シリコン
カーボン層１６ａを堆積させて形成される。受光素子
は、ｐ型単結晶シリコン基板１２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層１６ｂを同様の方
法で堆積させて形成される。光導波路は、スパッタ成膜
法によりバリウムホウケイ酸ガラス２４を発光素子と受
光素子との間に堆積させて形成される。
提供する。 【構成】 光結合素子は、発光素子と受光素子とをモノ
リシックに基板上に形成し、光を伝送する光導波路を備
えるものである。発光素子は、ｐ型単結晶シリコン基板
１２の表面に陽極化成法により多孔質シリコン層１４を
形成し、更にその上に電子サイクロトロン共鳴プラズマ
ＣＶＤ法によりｎ型の微結晶を含有する非晶質シリコン
カーボン層１６ａを堆積させて形成される。受光素子
は、ｐ型単結晶シリコン基板１２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層１６ｂを同様の方
法で堆積させて形成される。光導波路は、スパッタ成膜
法によりバリウムホウケイ酸ガラス２４を発光素子と受
光素子との間に堆積させて形成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気信号を光によって
転送する光結合素子に関するものである。
転送する光結合素子に関するものである。
【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、従来、ｐｎ接合を用いた発光素子は III−V 属化合
物半導体、II−VI属化合物半導体、又はIV−VI属化合物
半導体で作製されていた。たとえば従来の光結合素子で
は、発光素子を形成するのにシリコン基板上にヘテロエ
ピタキシャル成長法を用いてＧａＡｓ層等を多層形成し
ており、その構造は非常に複雑で、形成技術も難しいも
のであった。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、単結晶作製技術が高く大面積のもの
を安価に供給できる。また、シリコン半導体はデバイス
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
点を有する。このため、シリコンを用いた発光素子、特
にこの発光素子を用いた光結合素子の実現が切望されて
いた。
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、従来、ｐｎ接合を用いた発光素子は III−V 属化合
物半導体、II−VI属化合物半導体、又はIV−VI属化合物
半導体で作製されていた。たとえば従来の光結合素子で
は、発光素子を形成するのにシリコン基板上にヘテロエ
ピタキシャル成長法を用いてＧａＡｓ層等を多層形成し
ており、その構造は非常に複雑で、形成技術も難しいも
のであった。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、単結晶作製技術が高く大面積のもの
を安価に供給できる。また、シリコン半導体はデバイス
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
点を有する。このため、シリコンを用いた発光素子、特
にこの発光素子を用いた光結合素子の実現が切望されて
いた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、1990年、L.
T.Canham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 Letters 57, 19
90, 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、この後、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
究が行われた。
T.Canham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 Letters 57, 19
90, 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、この後、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
究が行われた。
【０００４】しかしながら、多孔質シリコンと良好なｐ
ｎ接合を形成し、発光素子が作製可能な材料を見出すこ
とができなかったため、この多孔質シリコンを用いたｐ
ｎ接合構造の電荷注入型発光素子は実現されておらず、
したがって、シリコンを用いた発光素子を有する光結合
素子の実現も困難であると思われていた。
ｎ接合を形成し、発光素子が作製可能な材料を見出すこ
とができなかったため、この多孔質シリコンを用いたｐ
ｎ接合構造の電荷注入型発光素子は実現されておらず、
したがって、シリコンを用いた発光素子を有する光結合
素子の実現も困難であると思われていた。
【０００５】本発明は上記事情に基づいてなされたもの
であり、発光素子をシリコンで作製した光結合素子を提
供することを目的とするものである。
であり、発光素子をシリコンで作製した光結合素子を提
供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明は、ｐ型半導体とｎ型半導体とで多孔質シリ
コンを挟んだ構成とした発光素子と、受光素子と、前記
発光素子が送信した光情報を前記受光素子に伝送する光
伝送手段とをモノリシックに基板上に形成したことを特
徴とするものである。
めの本発明は、ｐ型半導体とｎ型半導体とで多孔質シリ
コンを挟んだ構成とした発光素子と、受光素子と、前記
発光素子が送信した光情報を前記受光素子に伝送する光
伝送手段とをモノリシックに基板上に形成したことを特
徴とするものである。
【０００７】
【作用】ｐｎ接合を用いた電荷注入型発光素子を実現す
るためには、発光層である多孔質シリコンにｐ型半導体
から正孔を注入し、かつｎ型半導体から電子を注入し、
発光層で再結合させることが必要である。
るためには、発光層である多孔質シリコンにｐ型半導体
から正孔を注入し、かつｎ型半導体から電子を注入し、
発光層で再結合させることが必要である。
【０００８】本発明者等は、ｐ型又はｎ型単結晶シリコ
ン基板上に発光層である多孔質シリコンを陽極化成法で
形成し、その後、ｎ型又はｐ型半導体として広いバンド
ギャップ（２．０〜２．４ｅＶ）と高い導電率（１０-2
〜１０1 Ｓ／ｃｍ）を持つ微結晶を含有する非晶質シリ
コンカーボン膜を多孔質シリコン上に堆積すると良好な
ｐｎ接合が得られることを見出した。このため、この発
光素子とシリコンを用いて形成した受光素子とをモノリ
シックに基板上に形成して光結合素子を作製することに
より、従来のものに比べて、製造コストが安く、しかも
高集積度で且つ信頼性が高い光結合素子を実現すること
ができる。
ン基板上に発光層である多孔質シリコンを陽極化成法で
形成し、その後、ｎ型又はｐ型半導体として広いバンド
ギャップ（２．０〜２．４ｅＶ）と高い導電率（１０-2
〜１０1 Ｓ／ｃｍ）を持つ微結晶を含有する非晶質シリ
コンカーボン膜を多孔質シリコン上に堆積すると良好な
ｐｎ接合が得られることを見出した。このため、この発
光素子とシリコンを用いて形成した受光素子とをモノリ
シックに基板上に形成して光結合素子を作製することに
より、従来のものに比べて、製造コストが安く、しかも
高集積度で且つ信頼性が高い光結合素子を実現すること
ができる。
【０００９】
【実施例】以下に本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。図１は本発明の一実施例である光結合素
子の概略構成図、図２は陽極化成法を説明するための図
である。
して説明する。図１は本発明の一実施例である光結合素
子の概略構成図、図２は陽極化成法を説明するための図
である。
【００１０】図１に示す光結合素子は、発光素子と受光
素子とをモノリシックに基板上に形成し、更に発光素子
から発された光を受光素子に伝送する光伝送手段として
の光導波路を備えるものである。発光素子は、ｐ型単結
晶シリコン基板１２の表面に多孔質シリコン層１４を形
成し、更にその上にｎ型の微結晶を含有する非晶質シリ
コンカーボン層１６ａを形成したものである。受光素子
は、ｐ型単結晶シリコン基板１２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層１６ｂを形成した
ものである。ｎ型の微結晶を含有する非晶質シリコンカ
ーボン層１６ａ，１６ｂ上には、それぞれＩＴＯ（Indi
um Tin Oxide）膜で透明電極１８ａ，１８ｂが形成さ
れ、ｐ型単結晶シリコン基板１２の裏面にはＡｌ層で電
極２２が形成されている。また、光導波路は、透明電極
１８ａ，１８ｂ上及び発光素子と受光素子との間に、バ
リウムホウケイ酸ガラス２４で形成されている。
素子とをモノリシックに基板上に形成し、更に発光素子
から発された光を受光素子に伝送する光伝送手段として
の光導波路を備えるものである。発光素子は、ｐ型単結
晶シリコン基板１２の表面に多孔質シリコン層１４を形
成し、更にその上にｎ型の微結晶を含有する非晶質シリ
コンカーボン層１６ａを形成したものである。受光素子
は、ｐ型単結晶シリコン基板１２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層１６ｂを形成した
ものである。ｎ型の微結晶を含有する非晶質シリコンカ
ーボン層１６ａ，１６ｂ上には、それぞれＩＴＯ（Indi
um Tin Oxide）膜で透明電極１８ａ，１８ｂが形成さ
れ、ｐ型単結晶シリコン基板１２の裏面にはＡｌ層で電
極２２が形成されている。また、光導波路は、透明電極
１８ａ，１８ｂ上及び発光素子と受光素子との間に、バ
リウムホウケイ酸ガラス２４で形成されている。
【００１１】次に、図１に示す光結合素子の製法につい
て説明する。まず、ｐ型単結晶シリコン基板１２（結晶
面（１００）、抵抗率０．１〜４０Ωｃｍ）の裏面にＡ
ｌを蒸着してオーミックコンタクトをとり、電極２２を
形成する。
て説明する。まず、ｐ型単結晶シリコン基板１２（結晶
面（１００）、抵抗率０．１〜４０Ωｃｍ）の裏面にＡ
ｌを蒸着してオーミックコンタクトをとり、電極２２を
形成する。
【００１２】次に、ｐ型単結晶シリコン基板１２の表面
に多孔質シリコン層１４を陽極化成法で形成する。すな
わち、まず、図２に示すように、ｐ型単結晶シリコン基
板１２上に、多孔質化したい部分を除いてワックス３２
でマスクをする。定電流電源３４を用い、その陰極側に
白金電極を、その陽極側にｐ型単結晶シリコン基板１２
の電極２２を付け、その後、ｐ型単結晶シリコン基板１
２をエチルアルコール：弗酸（４８％の水溶液）＝０．
１〜５：１の溶液中に浸す。ここで、エチルアルコール
と弗酸の比率を上記のように設定したのは、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生
じる泡によって、多孔質シリコン層１４が均一に形成さ
れないためである。そして、定電流電源３４の電流を５
〜５０ｍＡ／ｃｍ2 に固定し、１〜５分間陽極化成を行
う。ただし、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ので注意
を要する。その後、ｐ型単結晶シリコン基板１２を光化
学エッチング又はＫＯＨ溶液に３秒間浸して多孔質シリ
コン層１４の表面の不純物層を取り除き、また、ｐ型単
結晶シリコン基板１２上のワックス３２を有機溶剤で解
かし、純水で洗浄する。
に多孔質シリコン層１４を陽極化成法で形成する。すな
わち、まず、図２に示すように、ｐ型単結晶シリコン基
板１２上に、多孔質化したい部分を除いてワックス３２
でマスクをする。定電流電源３４を用い、その陰極側に
白金電極を、その陽極側にｐ型単結晶シリコン基板１２
の電極２２を付け、その後、ｐ型単結晶シリコン基板１
２をエチルアルコール：弗酸（４８％の水溶液）＝０．
１〜５：１の溶液中に浸す。ここで、エチルアルコール
と弗酸の比率を上記のように設定したのは、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生
じる泡によって、多孔質シリコン層１４が均一に形成さ
れないためである。そして、定電流電源３４の電流を５
〜５０ｍＡ／ｃｍ2 に固定し、１〜５分間陽極化成を行
う。ただし、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ので注意
を要する。その後、ｐ型単結晶シリコン基板１２を光化
学エッチング又はＫＯＨ溶液に３秒間浸して多孔質シリ
コン層１４の表面の不純物層を取り除き、また、ｐ型単
結晶シリコン基板１２上のワックス３２を有機溶剤で解
かし、純水で洗浄する。
【００１３】次に、ｎ型の微結晶を含有する非晶質シリ
コンカーボン膜１６ａ，１６ｂを電子サイクロトロン共
鳴プラズマＣＶＤ法により堆積させる。ところで、発光
素子において発光するのに良好なｐｎ接合を作製するた
めには、多孔質シリコン層１４の作製方法はもちろんの
こと、特に多孔質シリコン層１４とｎ型の微結晶を含有
する非晶質シリコンカーボン膜１６ａとの界面特性にダ
メージを与えないよう、ｎ型の微結晶を含有する非晶質
シリコンカーボン膜１６ａの堆積条件を最適化すること
が非常に重要である。
コンカーボン膜１６ａ，１６ｂを電子サイクロトロン共
鳴プラズマＣＶＤ法により堆積させる。ところで、発光
素子において発光するのに良好なｐｎ接合を作製するた
めには、多孔質シリコン層１４の作製方法はもちろんの
こと、特に多孔質シリコン層１４とｎ型の微結晶を含有
する非晶質シリコンカーボン膜１６ａとの界面特性にダ
メージを与えないよう、ｎ型の微結晶を含有する非晶質
シリコンカーボン膜１６ａの堆積条件を最適化すること
が非常に重要である。
【００１４】本発明者等は、ｎ型の微結晶を含有する非
晶質シリコンカーボン膜から多孔質シリコン層上に電子
が良好に注入できるようなｎ型の微結晶を含有する非晶
質シリコンカーボン膜の堆積条件を見出した。すなわ
ち、電子サイクロトロン共鳴プラズマＣＶＤ装置でｎ型
の微結晶を含有する非晶質シリコンカーボン膜を堆積さ
せる堆積条件は、ガス圧０．００１〜０．００８Ｔｏｒ
ｒ、投入電力２００〜３５０Ｗ、ＳｉＨ4 ：ＣＨ4 ：Ｐ
Ｈ3 ：Ｈ2 ＝１：１〜３：０．００５〜０．０３：１０
０〜２００、基板温度１５０〜３５０℃である。尚、本
発明者等が調べたところでは、電子サイクロトロン共鳴
プラズマＣＶＤ法のガス圧が０．００１Ｔｏｒｒ未満で
は、エッチング効果で下地の多孔質シリコン層にダメー
ジを与え、また０．００８Ｔｏｒｒを越えると、プラズ
マが安定せずｎ型の微結晶を含有する非晶質シリコンカ
ーボン膜が作製不可能となる。また、基板温度が１５０
℃未満では、ｎ型の微結晶を含有する非晶質シリコンカ
ーボン膜が作製不可能となり、また３５０℃以上では多
孔質シリコン層の表面状態が変化し発光しなくなること
がわかった。
晶質シリコンカーボン膜から多孔質シリコン層上に電子
が良好に注入できるようなｎ型の微結晶を含有する非晶
質シリコンカーボン膜の堆積条件を見出した。すなわ
ち、電子サイクロトロン共鳴プラズマＣＶＤ装置でｎ型
の微結晶を含有する非晶質シリコンカーボン膜を堆積さ
せる堆積条件は、ガス圧０．００１〜０．００８Ｔｏｒ
ｒ、投入電力２００〜３５０Ｗ、ＳｉＨ4 ：ＣＨ4 ：Ｐ
Ｈ3 ：Ｈ2 ＝１：１〜３：０．００５〜０．０３：１０
０〜２００、基板温度１５０〜３５０℃である。尚、本
発明者等が調べたところでは、電子サイクロトロン共鳴
プラズマＣＶＤ法のガス圧が０．００１Ｔｏｒｒ未満で
は、エッチング効果で下地の多孔質シリコン層にダメー
ジを与え、また０．００８Ｔｏｒｒを越えると、プラズ
マが安定せずｎ型の微結晶を含有する非晶質シリコンカ
ーボン膜が作製不可能となる。また、基板温度が１５０
℃未満では、ｎ型の微結晶を含有する非晶質シリコンカ
ーボン膜が作製不可能となり、また３５０℃以上では多
孔質シリコン層の表面状態が変化し発光しなくなること
がわかった。
【００１５】このようにして形成したｎ型の微結晶を含
有する非晶質シリコンカーボン層を、多孔質シリコン層
１４の上側の部分と受光素子を形成する部分とを除いて
除去することにより、ｎ型の微結晶を含有する非晶質シ
リコンカーボン層１６ａ，１６ｂが得られ、発光素子と
受光素子が形成される。
有する非晶質シリコンカーボン層を、多孔質シリコン層
１４の上側の部分と受光素子を形成する部分とを除いて
除去することにより、ｎ型の微結晶を含有する非晶質シ
リコンカーボン層１６ａ，１６ｂが得られ、発光素子と
受光素子が形成される。
【００１６】次に、電子ビーム蒸着装置を用い、ＩＴＯ
膜を堆積させた後、発光素子と受光素子との間のＩＴＯ
膜を除去することによって、透明電極１８ａ，１８ｂを
形成する。次に、スパッタ成膜装置を用いて、石英ガラ
ス２６を約３μｍの厚さに形成した後、図１に示すよう
に透明電極１８ａ，１８ｂの一部が露出するようにパタ
ーニングする。そして、更にその上に、スパッタ成膜装
置を用いて、バリウムホウケイ酸ガラス２４を約１μｍ
の厚さに成膜して光導波路を形成する。ここで、透明電
極１８ａ，１８ｂの一部を露出させるために、バリウム
ホウケイ酸ガラス２４の両端部を除去するが、発光素子
が発する光を効率よく光導波路に取り入れることができ
るように且つ受光素子に光を効率よく入射できるよう
に、バリウムホウケイ酸ガラス２４をパターニングする
ことが必要である。最後に、電極２２を接地し、透明電
極１８ａ，１８ｂを電源に接続することにより、図１に
示す光結合素子を得ることができる。
膜を堆積させた後、発光素子と受光素子との間のＩＴＯ
膜を除去することによって、透明電極１８ａ，１８ｂを
形成する。次に、スパッタ成膜装置を用いて、石英ガラ
ス２６を約３μｍの厚さに形成した後、図１に示すよう
に透明電極１８ａ，１８ｂの一部が露出するようにパタ
ーニングする。そして、更にその上に、スパッタ成膜装
置を用いて、バリウムホウケイ酸ガラス２４を約１μｍ
の厚さに成膜して光導波路を形成する。ここで、透明電
極１８ａ，１８ｂの一部を露出させるために、バリウム
ホウケイ酸ガラス２４の両端部を除去するが、発光素子
が発する光を効率よく光導波路に取り入れることができ
るように且つ受光素子に光を効率よく入射できるよう
に、バリウムホウケイ酸ガラス２４をパターニングする
ことが必要である。最後に、電極２２を接地し、透明電
極１８ａ，１８ｂを電源に接続することにより、図１に
示す光結合素子を得ることができる。
【００１７】次に、本実施例の光結合素子の動作につい
て説明する。発光素子に電気信号が入力すると、多孔質
シリコン層１４で電子と正孔との再結合が起こって、発
光素子が発光し、その光が光導波路に入る。光導波路を
形成しているバリウムホウケイ酸ガラス２４の屈折率ｎ
2 は１．５３で、石英ガラス２６の屈折率ｎ1 （＝１．
４５９）及び空気の屈折率ｎ（＝１）よりも大きいた
め、光を光導波路内で全反射させて受光素子の側に伝送
することができる。そして、光導波路内を伝送してきた
光が、受光素子の上部からｎ型の微結晶を含有する非晶
質シリコンカーボン層１６ｂに入ると、受光素子で入射
光に起因した起電力が発生し、電気信号の転送が行われ
る。
て説明する。発光素子に電気信号が入力すると、多孔質
シリコン層１４で電子と正孔との再結合が起こって、発
光素子が発光し、その光が光導波路に入る。光導波路を
形成しているバリウムホウケイ酸ガラス２４の屈折率ｎ
2 は１．５３で、石英ガラス２６の屈折率ｎ1 （＝１．
４５９）及び空気の屈折率ｎ（＝１）よりも大きいた
め、光を光導波路内で全反射させて受光素子の側に伝送
することができる。そして、光導波路内を伝送してきた
光が、受光素子の上部からｎ型の微結晶を含有する非晶
質シリコンカーボン層１６ｂに入ると、受光素子で入射
光に起因した起電力が発生し、電気信号の転送が行われ
る。
【００１８】本実施例では、発光素子をｐ型単結晶シリ
コンとｎ型の微結晶を含有する非晶質シリコンカーボン
膜とで多孔質シリコン層を挟んで構成したことにより、
発光層である多孔質シリコン層に電子や正孔が入り易く
なり、良好なｐｎ接合構造の発光素子を得ることができ
る。このため、この発光素子と、シリコンを用いて形成
した受光素子とをモノリシックに基板上に形成すること
によって、化合物半導体を用いて作製した従来の光結合
素子に比べて、構造が簡易で、製造コストを安くするこ
とができ、しかも高集積度で且つ信頼性の高い光結合素
子を得ることができる。したがって、本実施例の光結合
素子は、高い信頼性、信号転送の高速性が要求されるコ
ンピュータ用素子等として使用するのに好適である。
コンとｎ型の微結晶を含有する非晶質シリコンカーボン
膜とで多孔質シリコン層を挟んで構成したことにより、
発光層である多孔質シリコン層に電子や正孔が入り易く
なり、良好なｐｎ接合構造の発光素子を得ることができ
る。このため、この発光素子と、シリコンを用いて形成
した受光素子とをモノリシックに基板上に形成すること
によって、化合物半導体を用いて作製した従来の光結合
素子に比べて、構造が簡易で、製造コストを安くするこ
とができ、しかも高集積度で且つ信頼性の高い光結合素
子を得ることができる。したがって、本実施例の光結合
素子は、高い信頼性、信号転送の高速性が要求されるコ
ンピュータ用素子等として使用するのに好適である。
【００１９】尚、本発明は、上記の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、上記の実施例では、発光素子を
構成するｎ型半導体としてｎ型の微結晶を含有する非晶
質シリコンカーボン膜を用いた場合について説明した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、たとえ
ば、ｎ型の微結晶を含有する非晶質シリコンカーボン膜
の代わりにｎ型の非晶質シリコンカーボンを用いても原
理的に発光素子を実現できる。この場合、非晶質シリコ
ンカーボンを形成するには、通常のＰＶＣＶＤ法を用い
ればよいので、製法が容易であるという利点がある。し
かし、非晶質シリコンカーボンのバンドギャップと導電
率はバンドギャップ２．０ｅＶの所で、導電率１０-5Ｓ
／ｃｍであり、微結晶を含有する非晶質シリコンカーボ
ン膜に比べてバンドギャップ、導電率共に低い値を示す
ため、発光輝度が低下するという欠点もある。
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、上記の実施例では、発光素子を
構成するｎ型半導体としてｎ型の微結晶を含有する非晶
質シリコンカーボン膜を用いた場合について説明した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、たとえ
ば、ｎ型の微結晶を含有する非晶質シリコンカーボン膜
の代わりにｎ型の非晶質シリコンカーボンを用いても原
理的に発光素子を実現できる。この場合、非晶質シリコ
ンカーボンを形成するには、通常のＰＶＣＶＤ法を用い
ればよいので、製法が容易であるという利点がある。し
かし、非晶質シリコンカーボンのバンドギャップと導電
率はバンドギャップ２．０ｅＶの所で、導電率１０-5Ｓ
／ｃｍであり、微結晶を含有する非晶質シリコンカーボ
ン膜に比べてバンドギャップ、導電率共に低い値を示す
ため、発光輝度が低下するという欠点もある。
【００２０】また、上記の実施例において、ｎ型の微結
晶を含有する非晶質シリコンカーボン膜とＩＴＯ膜の代
わりに、たとえばＡｕ層やＩＴＯ膜を直接形成してもよ
い。この場合は、構造が非常に簡単になるが、発光輝度
が小さくなるという欠点がある。
晶を含有する非晶質シリコンカーボン膜とＩＴＯ膜の代
わりに、たとえばＡｕ層やＩＴＯ膜を直接形成してもよ
い。この場合は、構造が非常に簡単になるが、発光輝度
が小さくなるという欠点がある。
【００２１】更に、上記の実施例において、光結合素子
を構成する各半導体を、その伝導型が異なる半導体を用
いて形成してもよい。この場合、光結合素子を作製する
のに、以下の二点に注意する必要がある。すなわち、ｎ
型単結晶シリコン基板から多孔質シリコン層へ良好に電
子を注入できる多孔質シリコン層を作製するためには、
光を照射しながらｎ型単結晶シリコン基板上に多孔質シ
リコン層を作製しなければならない。また、発光素子を
構成するｐ型半導体として、たとえばｐ型の微結晶を含
有する非晶質シリコンカーボン膜を用いる場合には、多
孔質シリコン層に正孔が良好に注入できるようなｐ型の
微結晶を含有する非晶質シリコンカーボン膜の堆積条件
は、上記に説明したｎ型の微結晶を含有する非晶質シリ
コンカーボン膜の堆積条件とほとんど同じであるが、原
料ガスとしてＰＨ3 の代わりにＢ2 Ｈ6 を用いる必要が
ある。
を構成する各半導体を、その伝導型が異なる半導体を用
いて形成してもよい。この場合、光結合素子を作製する
のに、以下の二点に注意する必要がある。すなわち、ｎ
型単結晶シリコン基板から多孔質シリコン層へ良好に電
子を注入できる多孔質シリコン層を作製するためには、
光を照射しながらｎ型単結晶シリコン基板上に多孔質シ
リコン層を作製しなければならない。また、発光素子を
構成するｐ型半導体として、たとえばｐ型の微結晶を含
有する非晶質シリコンカーボン膜を用いる場合には、多
孔質シリコン層に正孔が良好に注入できるようなｐ型の
微結晶を含有する非晶質シリコンカーボン膜の堆積条件
は、上記に説明したｎ型の微結晶を含有する非晶質シリ
コンカーボン膜の堆積条件とほとんど同じであるが、原
料ガスとしてＰＨ3 の代わりにＢ2 Ｈ6 を用いる必要が
ある。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、発
光素子をｐ型半導体とｎ型半導体とで多孔質シリコンを
挟んだ構成としたことにより、発光層である多孔質シリ
コン層に電子や正孔が入り易くなり、良好なｐｎ接合構
造の発光素子を得ることができるので、この発光素子と
受光素子とをシリコンを用いて基板上にモノリシックに
形成することによって、従来のように化合物半導体を用
いて作製した場合に比べて、構造が簡易で、製造コスト
を安くすることができ、しかも高集積度で且つ信頼性を
高めることができ、したがってコンピュータ用素子等と
して使用するのに好適な光結合素子を提供することがで
きる。
光素子をｐ型半導体とｎ型半導体とで多孔質シリコンを
挟んだ構成としたことにより、発光層である多孔質シリ
コン層に電子や正孔が入り易くなり、良好なｐｎ接合構
造の発光素子を得ることができるので、この発光素子と
受光素子とをシリコンを用いて基板上にモノリシックに
形成することによって、従来のように化合物半導体を用
いて作製した場合に比べて、構造が簡易で、製造コスト
を安くすることができ、しかも高集積度で且つ信頼性を
高めることができ、したがってコンピュータ用素子等と
して使用するのに好適な光結合素子を提供することがで
きる。
【図１】本発明の第一実施例である光−光変換素子の概
略構成図である。
略構成図である。
【図２】陽極化成法を説明するための図である。
１２ ｐ型単結晶シリコン基板 １４ 多孔質シリコン層 １６ａ，１６ｂ ｎ型の微結晶を含有する非晶質シリ
コンカーボン層 １８ａ，１８ｂ 透明電極 ２２ 電極 ２４ バリウムホウケイ酸ガラス ２６ 石英ガラス ３２ ワックス ３４ 定電流電源
コンカーボン層 １８ａ，１８ｂ 透明電極 ２２ 電極 ２４ バリウムホウケイ酸ガラス ２６ 石英ガラス ３２ ワックス ３４ 定電流電源
Claims (4)
- 【請求項１】 ｐ型半導体とｎ型半導体とで多孔質シリ
コンを挟んだ構成とした発光素子と、受光素子と、前記
発光素子が送信した光情報を前記受光素子に伝送する光
伝送手段とをモノリシックに基板上に形成したことを特
徴とする光結合素子。 - 【請求項２】 前記発光素子は、単結晶シリコンと前記
単結晶シリコンと異なる伝導型をもつ微結晶を含有する
非晶質シリコンカーボン膜からなるｐｎ接合を用いたも
のである請求項１記載の光結合素子。 - 【請求項３】 前記発光素子は、単結晶シリコンと前記
単結晶シリコンと異なる伝導型をもつ非晶質シリコンカ
ーボン膜からなるｐｎ接合を用いたものである請求項１
記載の光結合素子。 - 【請求項４】 ｐ型又はｎ型単結晶シリコンと多孔質シ
リコンとで構成した発光素子と、受光素子と、前記発光
素子が送信した光情報を前記受光素子に伝送する光伝送
手段とをモノリシックに基板上に形成したことを特徴と
する光結合素子。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27083792A JPH0697420A (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | 光結合素子 |
| US08/008,566 US5285078A (en) | 1992-01-24 | 1993-01-22 | Light emitting element with employment of porous silicon and optical device utilizing light emitting element |
| DE4301940A DE4301940A1 (ja) | 1992-01-24 | 1993-01-25 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27083792A JPH0697420A (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | 光結合素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0697420A true JPH0697420A (ja) | 1994-04-08 |
Family
ID=17491704
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27083792A Withdrawn JPH0697420A (ja) | 1992-01-24 | 1992-09-14 | 光結合素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0697420A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000014813A1 (fr) * | 1998-09-04 | 2000-03-16 | Seiko Epson Corporation | Dispositif dote de moyens de communication optiques |
| JP2005327808A (ja) * | 2004-05-12 | 2005-11-24 | Tohoku Univ | 半導体デバイス |
| WO2013065668A1 (ja) * | 2011-10-31 | 2013-05-10 | 京セラ株式会社 | 受発光一体型素子を用いた受発光装置およびセンサ装置 |
-
1992
- 1992-09-14 JP JP27083792A patent/JPH0697420A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000014813A1 (fr) * | 1998-09-04 | 2000-03-16 | Seiko Epson Corporation | Dispositif dote de moyens de communication optiques |
| US6430325B1 (en) | 1998-09-04 | 2002-08-06 | Seiko Epson Corporation | Device having a light transmission device |
| US6775428B2 (en) | 1998-09-04 | 2004-08-10 | Seiko Epson Corporation | Device having a light transmission device |
| JP2005327808A (ja) * | 2004-05-12 | 2005-11-24 | Tohoku Univ | 半導体デバイス |
| WO2013065668A1 (ja) * | 2011-10-31 | 2013-05-10 | 京セラ株式会社 | 受発光一体型素子を用いた受発光装置およびセンサ装置 |
| JPWO2013065668A1 (ja) * | 2011-10-31 | 2015-04-02 | 京セラ株式会社 | 受発光一体型素子を用いた受発光装置およびセンサ装置 |
| US9478691B2 (en) | 2011-10-31 | 2016-10-25 | Kyocera Corporation | Light-receiving and emitting device including integrated light-receiving and emitting element and sensor |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19991130 |