JPH0697499A - 発光素子 - Google Patents
発光素子Info
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- JPH0697499A JPH0697499A JP27083192A JP27083192A JPH0697499A JP H0697499 A JPH0697499 A JP H0697499A JP 27083192 A JP27083192 A JP 27083192A JP 27083192 A JP27083192 A JP 27083192A JP H0697499 A JPH0697499 A JP H0697499A
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- emitting element
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 シリコンを用いた発光素子、特にｐｎ接合を
用いて電荷を注入して発光させる発光素子を提供する。 【構成】 発光素子１は、ｐ型の微結晶を含有する非晶
質シリコンカーボン（μｃ−ＳｉＣ）１１と多孔質シリ
コン層１２ａとｎ型の微結晶を含有する非晶質シリコン
カーボン層１３と透明電極であるＩＴＯ１４とで形成さ
れ、一方、μｃ−ＳｉＣ１１の下面には金属１８が形成
されている。発光素子１は、ＩＴＯ１４が形成されたガ
ラス基板２１上に導電性の接着剤２３、例えば銀ペース
ト等を用いて接着されている。 【効果】 従来の発光素子のバイアス電圧よりも低いバ
イアス電圧で、電子や正孔が発光層に入るので、従来の
発光素子よりも低い動作電圧で発光し、しかも輝度を向
上させることができる。
用いて電荷を注入して発光させる発光素子を提供する。 【構成】 発光素子１は、ｐ型の微結晶を含有する非晶
質シリコンカーボン（μｃ−ＳｉＣ）１１と多孔質シリ
コン層１２ａとｎ型の微結晶を含有する非晶質シリコン
カーボン層１３と透明電極であるＩＴＯ１４とで形成さ
れ、一方、μｃ−ＳｉＣ１１の下面には金属１８が形成
されている。発光素子１は、ＩＴＯ１４が形成されたガ
ラス基板２１上に導電性の接着剤２３、例えば銀ペース
ト等を用いて接着されている。 【効果】 従来の発光素子のバイアス電圧よりも低いバ
イアス電圧で、電子や正孔が発光層に入るので、従来の
発光素子よりも低い動作電圧で発光し、しかも輝度を向
上させることができる。
Description
【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、特にｐｎ接合を用いた電荷注入型の発光素子
（ＬＥＤ）に関するものである。
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、特にｐｎ接合を用いた電荷注入型の発光素子
（ＬＥＤ）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、このため従来の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。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、特に最終的にはレーザへの応用が可能
なｐｎ接合を用いた電荷注入型の発光素子の実現が切望
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、このため従来の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。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、特に最終的にはレーザへの応用が可能
なｐｎ接合を用いた電荷注入型の発光素子の実現が切望
されていた。
【０００３】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 Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ 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、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ていた。
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 Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ 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、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ていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、多孔質
シリコンと良好なｐｎ接合を形成し、発光素子が作製可
能な材料が見いだせなかったため、この多孔質シリコン
を用いたｐｎ接合型の電荷注入型の発光素子は実現され
ていなかった。本発明は上記の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ｐｎ接合
を用いて電荷を注入して発光させる発光素子を提供する
ことを目的とする。
シリコンと良好なｐｎ接合を形成し、発光素子が作製可
能な材料が見いだせなかったため、この多孔質シリコン
を用いたｐｎ接合型の電荷注入型の発光素子は実現され
ていなかった。本発明は上記の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ｐｎ接合
を用いて電荷を注入して発光させる発光素子を提供する
ことを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明の発光素子は、バンドギャップが２．２ｅＶ
以上のｐ型半導体とｎ型半導体により多孔質シリコン層
を挟んだ構成としたことを特徴とするものである。
めに本発明の発光素子は、バンドギャップが２．２ｅＶ
以上のｐ型半導体とｎ型半導体により多孔質シリコン層
を挟んだ構成としたことを特徴とするものである。
【０００６】
【作用】ｐｎ接合を用いた電荷注入型の発光素子を実現
するためには、発光層である多孔質シリコン層に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。
するためには、発光層である多孔質シリコン層に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。
【０００７】本発明者らはｐ型またはｎ型の単結晶シリ
コン基板（抵抗率０．５〜１００Ωｃｍ）の上に同型の
半導体として広いバンドギャップ（２．２ｅＶ〜２．４
ｅＶ）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を堆積し、そ
の後、この単結晶シリコンを５〜１０μｍの厚さにエッ
チングし、この単結晶シリコン部分を陽極化成法（エチ
ルアルコール：弗酸（４８％の水溶液）＝０：１〜１
０：１の水溶液中で、陽極に単結晶シリコンをまた陰極
に白金等の電極をつなぎ、１ｍＡ／ｃｍ2 〜２００ｍＡ
／ｃｍ2 の電流を流し単結晶シリコンを加工する方法）
ですべて発光層である多孔質シリコンに加工し、その後
ｎ型またはｐ型半導体として広いバンドギャップ（２．
２ｅＶ〜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層上に堆積すると良好なｐｎ接合
が得られることを見いだした。
コン基板（抵抗率０．５〜１００Ωｃｍ）の上に同型の
半導体として広いバンドギャップ（２．２ｅＶ〜２．４
ｅＶ）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を堆積し、そ
の後、この単結晶シリコンを５〜１０μｍの厚さにエッ
チングし、この単結晶シリコン部分を陽極化成法（エチ
ルアルコール：弗酸（４８％の水溶液）＝０：１〜１
０：１の水溶液中で、陽極に単結晶シリコンをまた陰極
に白金等の電極をつなぎ、１ｍＡ／ｃｍ2 〜２００ｍＡ
／ｃｍ2 の電流を流し単結晶シリコンを加工する方法）
ですべて発光層である多孔質シリコンに加工し、その後
ｎ型またはｐ型半導体として広いバンドギャップ（２．
２ｅＶ〜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層上に堆積すると良好なｐｎ接合
が得られることを見いだした。
【０００８】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の作製方法（基板の比抵抗、陽
極化成の方法等）はもちろんのこと、特に多孔質シリコ
ン層と微結晶を含有する非晶質シリコンカーボン膜の界
面特性にダメージを与えないよう、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最適化することが
非常に重要である。
めには多孔質シリコン層の作製方法（基板の比抵抗、陽
極化成の方法等）はもちろんのこと、特に多孔質シリコ
ン層と微結晶を含有する非晶質シリコンカーボン膜の界
面特性にダメージを与えないよう、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最適化することが
非常に重要である。
【０００９】これらについて本発明者らは鋭意研究を行
った。その結果、ｐ型単結晶シリコン基板（抵抗率０．
５〜１００Ωｃｍ）を用いた場合には、その基板上に同
型の微結晶を含有する非晶質シリコンカーボンを堆積
し、その後この単結晶シリコンを５〜１０μｍの厚さに
エッチングし、この単結晶シリコンの部分をエチルアル
コール：弗酸（４８％の水溶液）＝０．１：１〜５：１
の水溶液中で電流密度５〜５０ｍＡ／ｃｍ2 において単
結晶シリコン部分をすべて多孔質シリコン層に加工し、
さらに光化学エッチングもしくは、ＫＯＨ溶液に３分間
浸し多孔質シリコン層の表面の不純物層を取り除き、そ
の後ｎ型の微結晶を含有する非晶質シリコンカーボンを
堆積することにより、ｐ型の微結晶を含有する非晶質シ
リコンカーボンから多孔質シリコン層へ良好に正孔が注
入でき、かつｎ型の微結晶を含有する非晶質シリコンカ
ーボンから多孔質シリコンへ良好に電子が注入できるＬ
ＥＤが作製可能なｐｎ接合ができることを見いだした。
また、電子サイクロトロン共鳴プラズマＣＶＤ法によ
り、ガス圧０．００１〜０．００８Ｔｏｒｒ、基板温度
１５０〜３５０°Ｃ、投入電力２００〜３５０Ｗ、Ｓｉ
Ｈ4 ：ＣＨ4 ：ＰＨ3 ：Ｈ2 ＝１：１〜３：０．００５
〜０．０３：１００〜２００において微結晶を含有する
非晶質シリコンカーボン膜を作製することにより、ｎ型
半導体である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
条件をまた、電子サイクロトロン共鳴プラズマＣＶＤ法
により、ガス圧０．００１〜０．００８Ｔｏｒｒ、基板
温度１５０〜３５０°Ｃ、投入電力２００〜３５０Ｗ、
ＳｉＨ4 ：ＣＨ4 ：Ｂ2 Ｈ6 ：Ｈ2 ＝１：１〜３：０．
００５〜０．０３：１００〜２００において微結晶を含
有する非晶質シリコンカーボン膜を作製することによ
り、ｐ型半導体である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正孔が良好に注入
できるような微結晶を含有する非晶質シリコンカーボン
膜の堆積条件を見いだした。その結果、ｐｎ接合を用い
た電荷注入型の発光素子が実現できたわけである。
った。その結果、ｐ型単結晶シリコン基板（抵抗率０．
５〜１００Ωｃｍ）を用いた場合には、その基板上に同
型の微結晶を含有する非晶質シリコンカーボンを堆積
し、その後この単結晶シリコンを５〜１０μｍの厚さに
エッチングし、この単結晶シリコンの部分をエチルアル
コール：弗酸（４８％の水溶液）＝０．１：１〜５：１
の水溶液中で電流密度５〜５０ｍＡ／ｃｍ2 において単
結晶シリコン部分をすべて多孔質シリコン層に加工し、
さらに光化学エッチングもしくは、ＫＯＨ溶液に３分間
浸し多孔質シリコン層の表面の不純物層を取り除き、そ
の後ｎ型の微結晶を含有する非晶質シリコンカーボンを
堆積することにより、ｐ型の微結晶を含有する非晶質シ
リコンカーボンから多孔質シリコン層へ良好に正孔が注
入でき、かつｎ型の微結晶を含有する非晶質シリコンカ
ーボンから多孔質シリコンへ良好に電子が注入できるＬ
ＥＤが作製可能なｐｎ接合ができることを見いだした。
また、電子サイクロトロン共鳴プラズマＣＶＤ法によ
り、ガス圧０．００１〜０．００８Ｔｏｒｒ、基板温度
１５０〜３５０°Ｃ、投入電力２００〜３５０Ｗ、Ｓｉ
Ｈ4 ：ＣＨ4 ：ＰＨ3 ：Ｈ2 ＝１：１〜３：０．００５
〜０．０３：１００〜２００において微結晶を含有する
非晶質シリコンカーボン膜を作製することにより、ｎ型
半導体である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
条件をまた、電子サイクロトロン共鳴プラズマＣＶＤ法
により、ガス圧０．００１〜０．００８Ｔｏｒｒ、基板
温度１５０〜３５０°Ｃ、投入電力２００〜３５０Ｗ、
ＳｉＨ4 ：ＣＨ4 ：Ｂ2 Ｈ6 ：Ｈ2 ＝１：１〜３：０．
００５〜０．０３：１００〜２００において微結晶を含
有する非晶質シリコンカーボン膜を作製することによ
り、ｐ型半導体である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正孔が良好に注入
できるような微結晶を含有する非晶質シリコンカーボン
膜の堆積条件を見いだした。その結果、ｐｎ接合を用い
た電荷注入型の発光素子が実現できたわけである。
【００１０】さらに、ｎ型の単結晶シリコン基板の場合
は、ｎ型の微結晶を含有する非晶質シリコンカーボンか
ら多孔質シリコン層へ良好に電子が注入できる多孔質シ
リコン層の作製条件は、多孔質シリコン層を作製する
際、光を当てなければならないということを除いては、
ｐ型の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。
は、ｎ型の微結晶を含有する非晶質シリコンカーボンか
ら多孔質シリコン層へ良好に電子が注入できる多孔質シ
リコン層の作製条件は、多孔質シリコン層を作製する
際、光を当てなければならないということを除いては、
ｐ型の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。
【００１１】なお、上記に示した発光素子が作製可能な
条件については、この範囲外ではなぜ発光素子が作製不
可能かその理由は不明な点が多い。しかし、現状分かっ
ている理由について下記に記述すると、エチルアルコー
ルと弗酸の比率については、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のため、
多孔質シリコン層が均一にできないためである。電流密
度については、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である。ま
た、電子サイクロトロン共鳴プラズマＣＶＤ法のガス圧
については、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るためで
ある。また、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が
作製不可能となるためである。基板温度については、１
５０°Ｃ未満では微結晶を含有する非晶質シリコンカー
ボンが作製不可能となり、また３５０°Ｃ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ためで
ある。
条件については、この範囲外ではなぜ発光素子が作製不
可能かその理由は不明な点が多い。しかし、現状分かっ
ている理由について下記に記述すると、エチルアルコー
ルと弗酸の比率については、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のため、
多孔質シリコン層が均一にできないためである。電流密
度については、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である。ま
た、電子サイクロトロン共鳴プラズマＣＶＤ法のガス圧
については、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るためで
ある。また、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が
作製不可能となるためである。基板温度については、１
５０°Ｃ未満では微結晶を含有する非晶質シリコンカー
ボンが作製不可能となり、また３５０°Ｃ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ためで
ある。
【００１２】なお、ｐ型または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ｐ型または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は
実現できる。しかし、ｐ型またはｎ型の非晶質シリコン
カーボンのバンドギャップと導電率はバンドギャップ
２．２ｅＶの所で、導電率１０-5Ｓ／ｃｍと微結晶を含
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
と思われる。さらに、ｐ型またはｎ型の微結晶を含有す
るシリコン、ｐ型またはｎ型の非晶質シリコンを用いて
も原理的に発光素子は実現できる。しかし、微結晶を含
有する非晶質シリコン、非晶質シリコン共に微結晶を含
有する非晶質シリコンカーボン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当然発光輝
度は低下するものと考えられる。
非晶質シリコンカーボン膜の代わりにｐ型または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は
実現できる。しかし、ｐ型またはｎ型の非晶質シリコン
カーボンのバンドギャップと導電率はバンドギャップ
２．２ｅＶの所で、導電率１０-5Ｓ／ｃｍと微結晶を含
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
と思われる。さらに、ｐ型またはｎ型の微結晶を含有す
るシリコン、ｐ型またはｎ型の非晶質シリコンを用いて
も原理的に発光素子は実現できる。しかし、微結晶を含
有する非晶質シリコン、非晶質シリコン共に微結晶を含
有する非晶質シリコンカーボン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当然発光輝
度は低下するものと考えられる。
【００１３】
【実施例】以下に本発明の実施例である発光素子につい
て、図１乃至図７を参照して説明する。
て、図１乃至図７を参照して説明する。
【００１４】実施例１ 図１はガラス基板上に載置した実施例１の発光素子の概
略構造図である。図１に示す発光素子１は、ｐ型の微結
晶を含有する非晶質シリコンカーボン（μｃ−ＳｉＣ）
１１と多孔質シリコン層１２ａとｎ型のμＣ−ＳｉＣ層
１３と透明電極であるインジウムティンオキサイド（Ｉ
ＴＯ）１４とから形成されている。またμｃ−ＳｉＣ１
１の下面には金属１８が形成されている。発光素子１
は、ＩＴＯ１４が形成されたガラス基板２１上に導電性
の接着剤２３、例えば銀ペースト等を用いて接着されて
いる。
略構造図である。図１に示す発光素子１は、ｐ型の微結
晶を含有する非晶質シリコンカーボン（μｃ−ＳｉＣ）
１１と多孔質シリコン層１２ａとｎ型のμＣ−ＳｉＣ層
１３と透明電極であるインジウムティンオキサイド（Ｉ
ＴＯ）１４とから形成されている。またμｃ−ＳｉＣ１
１の下面には金属１８が形成されている。発光素子１
は、ＩＴＯ１４が形成されたガラス基板２１上に導電性
の接着剤２３、例えば銀ペースト等を用いて接着されて
いる。
【００１５】次に、図１に示す発光素子１の製法につい
て説明する。図２に示すように、両面をミラー研磨した
ｐ型の単結晶シリコン基板１２の上面に電子サイクロト
ロン共鳴化学堆積法（ＥＣＲ ＣＶＤ）により、ｐ型の
微結晶を含有する非晶質シリコンカーボン層１１を堆積
する。堆積条件は、マイクロ波パワー２００Ｗ〜３００
Ｗ、基板温度１５０〜３００°Ｃ、圧力２．５〜８ｍＴ
ｏｒｒで、ガス比Ｓｉ：ＣＨ4 ：Ｂ2 Ｈ6 ：Ｈ2 ＝１：
１〜３：０．００５〜０．０３：１００〜２００であ
る。膜厚は１００〜３００オングストロームである。そ
の後、蒸着装置を用いて、ｐ型のμｃ−ＳｉＣ１１の上
面に金属１８を１００〜１００００オングストローム堆
積する。次に、図３に示すように金属面及び側面を耐Ｋ
ＯＨワックス２５でカバーして単結晶シリコン層（Ｃ−
Ｓｉ）１２の厚さが５〜１０μｍになるまでエッチング
する。そのワックスでカバーしたＣ−Ｓｉ基板１２を図
４に示すように弗酸：エタノール：水＝１：２：１の水
溶液２６中に浸す。定電流電源Ｅを用い、その陰極側に
白金電極を、その陽極側にＣ−Ｓｉ基板１２を接続す
る。１０〜３０ｍＡ／ｃｍ2 の定電流を流しながら、Ｃ
−Ｓｉ１２がすべて多孔質シリコンになるまでエッチン
グする。この場合、ｐ型のＣ−Ｓｉ基板を用いているた
め暗中、明中どちらで陽極化成を行ってもよい。化成時
間はＣ−Ｓｉ１２の厚みによって異なり、通常５μｍの
場合であれば、５分程度である。
て説明する。図２に示すように、両面をミラー研磨した
ｐ型の単結晶シリコン基板１２の上面に電子サイクロト
ロン共鳴化学堆積法（ＥＣＲ ＣＶＤ）により、ｐ型の
微結晶を含有する非晶質シリコンカーボン層１１を堆積
する。堆積条件は、マイクロ波パワー２００Ｗ〜３００
Ｗ、基板温度１５０〜３００°Ｃ、圧力２．５〜８ｍＴ
ｏｒｒで、ガス比Ｓｉ：ＣＨ4 ：Ｂ2 Ｈ6 ：Ｈ2 ＝１：
１〜３：０．００５〜０．０３：１００〜２００であ
る。膜厚は１００〜３００オングストロームである。そ
の後、蒸着装置を用いて、ｐ型のμｃ−ＳｉＣ１１の上
面に金属１８を１００〜１００００オングストローム堆
積する。次に、図３に示すように金属面及び側面を耐Ｋ
ＯＨワックス２５でカバーして単結晶シリコン層（Ｃ−
Ｓｉ）１２の厚さが５〜１０μｍになるまでエッチング
する。そのワックスでカバーしたＣ−Ｓｉ基板１２を図
４に示すように弗酸：エタノール：水＝１：２：１の水
溶液２６中に浸す。定電流電源Ｅを用い、その陰極側に
白金電極を、その陽極側にＣ−Ｓｉ基板１２を接続す
る。１０〜３０ｍＡ／ｃｍ2 の定電流を流しながら、Ｃ
−Ｓｉ１２がすべて多孔質シリコンになるまでエッチン
グする。この場合、ｐ型のＣ−Ｓｉ基板を用いているた
め暗中、明中どちらで陽極化成を行ってもよい。化成時
間はＣ−Ｓｉ１２の厚みによって異なり、通常５μｍの
場合であれば、５分程度である。
【００１６】次に、図５に示すように定電流電源Ｅを取
り外し、白金電極とＣ−Ｓｉ基板１２とを短絡し、光照
射をし、多孔質シリコン層の表面を薄くエッチングする
（光化学エッチング）。このエッチングは、Ｈ2 ０：Ｋ
ＯＨ＝１００：１〜３の溶液に数秒から数分浸けること
により、代用することができる。その後、ワックスを落
として、水洗い・乾燥を行い、図６に示すように予めＩ
ＴＯ１４を表面にコートしておいたガラス基板２１上に
銀ペースト等の導電性の接着剤２３ではりつける。
り外し、白金電極とＣ−Ｓｉ基板１２とを短絡し、光照
射をし、多孔質シリコン層の表面を薄くエッチングする
（光化学エッチング）。このエッチングは、Ｈ2 ０：Ｋ
ＯＨ＝１００：１〜３の溶液に数秒から数分浸けること
により、代用することができる。その後、ワックスを落
として、水洗い・乾燥を行い、図６に示すように予めＩ
ＴＯ１４を表面にコートしておいたガラス基板２１上に
銀ペースト等の導電性の接着剤２３ではりつける。
【００１７】更に、ＥＣＲ ＣＶＤ法で、ｎ型の微結晶
を含有する非晶質シリコンカーボン層１３を、膜厚１０
０〜３００オングストローム堆積する。尚、この場合の
堆積条件は前述のＥＣＲ ＣＶＤ法の場合と同様であ
る。最後に、微結晶を含有する非晶質シリコンカーボン
層１３上に膜厚４００〜７００オングストロームのＩＴ
Ｏ１４を形成して上部電極とすることにより、図１に示
す発光素子１を得ることができる。
を含有する非晶質シリコンカーボン層１３を、膜厚１０
０〜３００オングストローム堆積する。尚、この場合の
堆積条件は前述のＥＣＲ ＣＶＤ法の場合と同様であ
る。最後に、微結晶を含有する非晶質シリコンカーボン
層１３上に膜厚４００〜７００オングストロームのＩＴ
Ｏ１４を形成して上部電極とすることにより、図１に示
す発光素子１を得ることができる。
【００１８】実施例２ 図７はガラス基板上に載置した実施例２の発光素子の概
略構造図である。図７に示す発光素子２は、ｎ型のμｃ
−ＳｉＣ１５と多孔質シリコン層１６ａとｐ型のμｃ−
ＳｉＣ１７と透明電極であるＩＴＯ１４とから形成され
ている。また、μｃ−ＳｉＣ１５の下面には金属１８が
形成されている。発光素子２は、ＩＴＯ１４が形成され
たガラス基板２１上に導電性の接着剤２３、例えば銀ペ
ースト等を用いて接着されている。
略構造図である。図７に示す発光素子２は、ｎ型のμｃ
−ＳｉＣ１５と多孔質シリコン層１６ａとｐ型のμｃ−
ＳｉＣ１７と透明電極であるＩＴＯ１４とから形成され
ている。また、μｃ−ＳｉＣ１５の下面には金属１８が
形成されている。発光素子２は、ＩＴＯ１４が形成され
たガラス基板２１上に導電性の接着剤２３、例えば銀ペ
ースト等を用いて接着されている。
【００１９】次に、図７に示す発光素子２の製法につい
て説明する。尚、本実施例の製法は図２乃至図６に示す
実施例１の製法と概略同じであるので、本実施例の製法
の説明においても図２乃至図６を用いることとし、但
し、実施例１と異なる構成部分については括弧書きで符
号を付すこととする。
て説明する。尚、本実施例の製法は図２乃至図６に示す
実施例１の製法と概略同じであるので、本実施例の製法
の説明においても図２乃至図６を用いることとし、但
し、実施例１と異なる構成部分については括弧書きで符
号を付すこととする。
【００２０】図２に示すように、両面をミラー研磨した
ｎ型のＣ−Ｓｉ基板１６の上面に電子サイクロトロトロ
ン共鳴化学堆積法（ＥＣＲ ＣＶＤ）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１５を堆積す
る。堆積条件は、マイクロ波パワー２００Ｗ〜３００
Ｗ、基板温度１５０〜３００°Ｃ、圧力２．５〜８ｍＴ
ｏｒｒで、ガス比Ｓｉ：ＣＨ4 ：Ｂ2 Ｈ6 ：Ｈ2 ＝１：
１〜３：０．００５〜０．０３：１００〜２００であ
る。膜厚は１００〜３００オングストロームである。そ
の後、蒸着装置を用いて、μｃ−ＳｉＣ１５の上面に金
属１８を１００〜１００００オングストローム堆積す
る。次に、図３に示すように金属面及び側面を耐ＫＯＨ
ワックス２５でカバーしてＣ−Ｓｉ１６の厚さが５〜１
０μｍになるまでエッチングする。そのワックスでカバ
ーしたＣ−Ｓｉ基板１６を図４に示すように弗酸：エタ
ノール：水＝１：２：１の水溶液２６中に浸す。定電流
電源Ｅを用い、その陰極側に白金電極を、その陽極側に
μｃ−ＳｉＣ基板１５を接続する。１０〜３０ｍＡ／ｃ
ｍ2 の定電流を流しながら、エッチッングしたＣ−Ｓｉ
１６がすべて多孔質シリコンになるまでエッチングす
る。この際、ｐ型のＣ−Ｓｉ基板を用い、ｐ型の微結晶
を含有する非晶質シリコンカーボンを堆積する場合に
は、暗中、明中どちらで陽極化成を行ってもよいが、ｎ
型のＣ−Ｓｉ基板を用い、ｎ型の微結晶を含有する非晶
質シリコンカーボンを堆積する場合には、タングステン
ランプなどの光を照射して陽極化成を行う必要がある。
化成時間はＣ−Ｓｉ層１６の厚みによって異なり、通常
５μｍの場合であれば、５分程度である。
ｎ型のＣ−Ｓｉ基板１６の上面に電子サイクロトロトロ
ン共鳴化学堆積法（ＥＣＲ ＣＶＤ）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１５を堆積す
る。堆積条件は、マイクロ波パワー２００Ｗ〜３００
Ｗ、基板温度１５０〜３００°Ｃ、圧力２．５〜８ｍＴ
ｏｒｒで、ガス比Ｓｉ：ＣＨ4 ：Ｂ2 Ｈ6 ：Ｈ2 ＝１：
１〜３：０．００５〜０．０３：１００〜２００であ
る。膜厚は１００〜３００オングストロームである。そ
の後、蒸着装置を用いて、μｃ−ＳｉＣ１５の上面に金
属１８を１００〜１００００オングストローム堆積す
る。次に、図３に示すように金属面及び側面を耐ＫＯＨ
ワックス２５でカバーしてＣ−Ｓｉ１６の厚さが５〜１
０μｍになるまでエッチングする。そのワックスでカバ
ーしたＣ−Ｓｉ基板１６を図４に示すように弗酸：エタ
ノール：水＝１：２：１の水溶液２６中に浸す。定電流
電源Ｅを用い、その陰極側に白金電極を、その陽極側に
μｃ−ＳｉＣ基板１５を接続する。１０〜３０ｍＡ／ｃ
ｍ2 の定電流を流しながら、エッチッングしたＣ−Ｓｉ
１６がすべて多孔質シリコンになるまでエッチングす
る。この際、ｐ型のＣ−Ｓｉ基板を用い、ｐ型の微結晶
を含有する非晶質シリコンカーボンを堆積する場合に
は、暗中、明中どちらで陽極化成を行ってもよいが、ｎ
型のＣ−Ｓｉ基板を用い、ｎ型の微結晶を含有する非晶
質シリコンカーボンを堆積する場合には、タングステン
ランプなどの光を照射して陽極化成を行う必要がある。
化成時間はＣ−Ｓｉ層１６の厚みによって異なり、通常
５μｍの場合であれば、５分程度である。
【００２１】次に、実施例１の場合と同様にして、多孔
質シリコン層の表面を薄くエッチングし、ワックスを落
として、水洗い・乾燥を行い、ガラス基板２１上に銀ペ
ースト等の導電性の接着剤２３ではりつける。
質シリコン層の表面を薄くエッチングし、ワックスを落
として、水洗い・乾燥を行い、ガラス基板２１上に銀ペ
ースト等の導電性の接着剤２３ではりつける。
【００２２】更に、ＥＣＲ ＣＶＤ法で、ｐ型の微結晶
を含有する非晶質シリコンカーボン層１７を、膜厚１０
０〜３００オングストローム堆積する。尚、この場合の
堆積条件は前述の場合と同様である。最後に、微結晶を
含有する非晶質シリコンカーボン層１７上に膜厚４００
〜７００オングストロームのＩＴＯ１４を形成して上部
電極とすることにより、図７に示す発光素子２を得るこ
とができる。
を含有する非晶質シリコンカーボン層１７を、膜厚１０
０〜３００オングストローム堆積する。尚、この場合の
堆積条件は前述の場合と同様である。最後に、微結晶を
含有する非晶質シリコンカーボン層１７上に膜厚４００
〜７００オングストロームのＩＴＯ１４を形成して上部
電極とすることにより、図７に示す発光素子２を得るこ
とができる。
【００２３】上記の実施例によれば、バンドギャップが
２．２ｅＶの多孔質シリコン層をバンドギャップが２．
２ｅＶ〜２．４ｅＶの微結晶を含有する非晶質シリコン
カーボンにより挟持した構成としたことにより、バイア
ス電圧を印加したときに、従来の発光素子よりも、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、したがって、従来の発光素子が１０〜１５Ｖのバイ
アス電圧を必要としたのに対して、本実施例の発光素子
は、通常の論理素子の駆動電圧である５〜１２Ｖのバイ
アス電圧で十分な輝度を得ることができる。このように
本実施例の発光素子は、通常の集積回路の駆動電圧と同
じ電圧で十分な輝度を得ることができるので、光通信、
自発光型ディスプレイ、光集積回路等の光源として用い
るのに好適である。
２．２ｅＶの多孔質シリコン層をバンドギャップが２．
２ｅＶ〜２．４ｅＶの微結晶を含有する非晶質シリコン
カーボンにより挟持した構成としたことにより、バイア
ス電圧を印加したときに、従来の発光素子よりも、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、したがって、従来の発光素子が１０〜１５Ｖのバイ
アス電圧を必要としたのに対して、本実施例の発光素子
は、通常の論理素子の駆動電圧である５〜１２Ｖのバイ
アス電圧で十分な輝度を得ることができる。このように
本実施例の発光素子は、通常の集積回路の駆動電圧と同
じ電圧で十分な輝度を得ることができるので、光通信、
自発光型ディスプレイ、光集積回路等の光源として用い
るのに好適である。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、バ
ンドギャップが２．２ｅＶ以上のｐ型半導体とｎ型半導
体により多孔質シリコン層を挟んだ構成としたことによ
り、従来の発光素子のバイアス電圧よりも低いバイアス
電圧で、電子や正孔が発光層に入るので、従来の発光素
子よりも低い動作電圧で発光し、しかも輝度を向上させ
ることができる発光素子を提供することができる。
ンドギャップが２．２ｅＶ以上のｐ型半導体とｎ型半導
体により多孔質シリコン層を挟んだ構成としたことによ
り、従来の発光素子のバイアス電圧よりも低いバイアス
電圧で、電子や正孔が発光層に入るので、従来の発光素
子よりも低い動作電圧で発光し、しかも輝度を向上させ
ることができる発光素子を提供することができる。
【００２５】また、本発明の発光素子は３００°Ｃ以下
の低温プロセスで作製可能なことより、論理、演算、駆
動、受光素子等を作製した後、素子部分をワックス等で
覆い、本発明の発光素子を作製すれば、論理、演算、駆
動、受光素子等を破壊することなくモノシリックに発光
素子と論理、演算、駆動、受光素子等を作り込みことが
できるので、特に光通信、自発光型ディスプレイ、光集
積回路等の光源として好適である。
の低温プロセスで作製可能なことより、論理、演算、駆
動、受光素子等を作製した後、素子部分をワックス等で
覆い、本発明の発光素子を作製すれば、論理、演算、駆
動、受光素子等を破壊することなくモノシリックに発光
素子と論理、演算、駆動、受光素子等を作り込みことが
できるので、特に光通信、自発光型ディスプレイ、光集
積回路等の光源として好適である。
【図１】ガラス基板上に載置した実施例１の発光素子の
概略構造図である。
概略構造図である。
【図２】本発明の一実施例である発光素子の製法を説明
するための図である。
するための図である。
【図３】本発明の一実施例である発光素子の製法を説明
するための図である。
するための図である。
【図４】本発明の一実施例である発光素子の製法を説明
するための図である。
するための図である。
【図５】本発明の一実施例である発光素子の製法を説明
するための図である。
するための図である。
【図６】本発明の一実施例である発光素子の製法を説明
するための図である。
するための図である。
【図７】ガラス基板上に載置した実施例２の発光素子の
概略構造図である。
概略構造図である。
１，２ 発光素子 １１ ｐ型のμｃ−ＳｉＣ層 １２ ｐ型のＣ−Ｓｉ層 １３ ｎ型の微結晶を含有する非晶質シリコンカーボ
ン層 １４ ＩＴＯ １５ ｎ型のμｃ−ＳｉＣ層 １６ ｎ型のＣ−Ｓｉ層 １７ ｐ型の微結晶を含有する非晶質シリコンカーボ
ン層 １８ 金属 ２１ ガラス基板 ２３ 接着剤 ２５ ワックス
ン層 １４ ＩＴＯ １５ ｎ型のμｃ−ＳｉＣ層 １６ ｎ型のＣ−Ｓｉ層 １７ ｐ型の微結晶を含有する非晶質シリコンカーボ
ン層 １８ 金属 ２１ ガラス基板 ２３ 接着剤 ２５ ワックス
Claims (3)
- 【請求項１】 バンドギャップが２．２ｅＶ以上のｐ型
半導体とｎ型半導体により多孔質シリコン層を挟んだ構
成としたことを特徴とする発光素子。 - 【請求項２】 前記ｐ型半導体及び前記ｎ型半導体は、
微結晶を含む非晶質シリコンカーボンである請求項１記
載の発光素子。 - 【請求項３】 前記ｐ型半導体及び前記ｎ型半導体は、
非晶質シリコンカーボンである請求項１記載の発光素
子。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27083192A JPH0697499A (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | 発光素子 |
| 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 |
|---|---|---|---|
| JP27083192A JPH0697499A (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | 発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0697499A true JPH0697499A (ja) | 1994-04-08 |
Family
ID=17491623
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27083192A Withdrawn JPH0697499A (ja) | 1992-01-24 | 1992-09-14 | 発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0697499A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005327808A (ja) * | 2004-05-12 | 2005-11-24 | Tohoku Univ | 半導体デバイス |
| US6979582B2 (en) * | 2003-09-22 | 2005-12-27 | National Chung-Hsing University | Vertical-cavity surface emitting laser diode and method for producing the same |
| CN110249432A (zh) * | 2017-02-14 | 2019-09-17 | 三菱电机株式会社 | 电力用半导体装置 |
-
1992
- 1992-09-14 JP JP27083192A patent/JPH0697499A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6979582B2 (en) * | 2003-09-22 | 2005-12-27 | National Chung-Hsing University | Vertical-cavity surface emitting laser diode and method for producing the same |
| JP2005327808A (ja) * | 2004-05-12 | 2005-11-24 | Tohoku Univ | 半導体デバイス |
| CN110249432A (zh) * | 2017-02-14 | 2019-09-17 | 三菱电机株式会社 | 电力用半导体装置 |
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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 |