JPH07245423A - シリコンゲルマニウム混晶を用いた発光素子およびその作製方法 - Google Patents
シリコンゲルマニウム混晶を用いた発光素子およびその作製方法Info
- Publication number
- JPH07245423A JPH07245423A JP3036996A JP3699691A JPH07245423A JP H07245423 A JPH07245423 A JP H07245423A JP 3036996 A JP3036996 A JP 3036996A JP 3699691 A JP3699691 A JP 3699691A JP H07245423 A JPH07245423 A JP H07245423A
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- Japan
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- silicon
- light emitting
- mixed crystal
- emitting element
- superlattice structure
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 シリコン系の材料を用いた近赤外領域の発光
素子を提供する。 【構成】 シリコン基板１上に、シリコンとゲルマニウ
ムの混晶層２およびシリコン層３の薄膜を順次エピタキ
シャル成長させ、超格子構造４を形成する。この時、超
格子構造形成後に熱処理を加えることによって、発光強
度を増大させることができる。電極６．７に電圧をかけ
ると、電子と正孔は超格子構造中で再結合をして近赤外
領域で発光をする。超格子構造であるために、この発光
は非常に強い発光となる。フィルター８を通してこの発
光を取り出すことによって、近赤外領域の発光素子が得
られる。
素子を提供する。 【構成】 シリコン基板１上に、シリコンとゲルマニウ
ムの混晶層２およびシリコン層３の薄膜を順次エピタキ
シャル成長させ、超格子構造４を形成する。この時、超
格子構造形成後に熱処理を加えることによって、発光強
度を増大させることができる。電極６．７に電圧をかけ
ると、電子と正孔は超格子構造中で再結合をして近赤外
領域で発光をする。超格子構造であるために、この発光
は非常に強い発光となる。フィルター８を通してこの発
光を取り出すことによって、近赤外領域の発光素子が得
られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン系の材料を用
いた近赤外光の発光素子に関するものである。
いた近赤外光の発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、近赤外領域の発光素子は、その主
な使用対象が光通信用であることから、光通信用発光素
子と総称され、材料としては、１．２〜１．６μｍの波
長帯では、ＩｎＰ基板上にエピタキシャル成長されたＩ
ｎ1-x Ｇａx Ａｓy Ｐ1-y が知られている。また、転位
の発生したシリコンは、１．２〜１．６μｍの波長帯に
鋭い発光を示すことが知られている。
な使用対象が光通信用であることから、光通信用発光素
子と総称され、材料としては、１．２〜１．６μｍの波
長帯では、ＩｎＰ基板上にエピタキシャル成長されたＩ
ｎ1-x Ｇａx Ａｓy Ｐ1-y が知られている。また、転位
の発生したシリコンは、１．２〜１．６μｍの波長帯に
鋭い発光を示すことが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｉｎ
1-x Ｇａx Ａｓy Ｐ1-y のような化合物半導体では、各
成分の組成比を正確にコントロールしなければならな
い。発光線の半値幅が広い、といった問題点があった。
また、シリコンを発光素子に用いることは、現在のシリ
コンＬＳＩに発光素子までも組み込めるということか
ら、デバイスの集積化および多機能化の観点から、非常
に期待が持てる技術であるが、シリコンは発光強度が非
常に弱いために、発光素子に応用することはできなかっ
た。
1-x Ｇａx Ａｓy Ｐ1-y のような化合物半導体では、各
成分の組成比を正確にコントロールしなければならな
い。発光線の半値幅が広い、といった問題点があった。
また、シリコンを発光素子に用いることは、現在のシリ
コンＬＳＩに発光素子までも組み込めるということか
ら、デバイスの集積化および多機能化の観点から、非常
に期待が持てる技術であるが、シリコンは発光強度が非
常に弱いために、発光素子に応用することはできなかっ
た。
【０００４】本発明は、従来技術のこのような欠点を解
消し、シリコン系の材料を用いて近赤外領域の発光強度
の大きい素子を提供することを目的とする。
消し、シリコン系の材料を用いて近赤外領域の発光強度
の大きい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】シリコン基板上にシリコ
ンとゲルマニウムの混晶（Ｓｉ1-x Ｇｅx ）をエピタキ
シャル成長させた後、さらにその上にシリコン、シリコ
ンとゲルマニウムの混晶、シリコン、…の順に繰り返し
エピタキシャル成長を行ない、超格子構造を作成してフ
ォトルミネッセンスを測定すると、超格子部分での電子
と正孔の再結合によって、波長１．２〜１．８μｍの近
赤外領域で、非常に強い発光が観測される。そこで、こ
のような超格子構造をｐｎ接合部分に用いたダイオード
を作製し、ｐｎ接合に順方向電圧を加えると、電子とホ
ールはｐｎ接合部分で再結合して近赤外光を放出するの
で、近赤外の発光素子として使うことができる。
ンとゲルマニウムの混晶（Ｓｉ1-x Ｇｅx ）をエピタキ
シャル成長させた後、さらにその上にシリコン、シリコ
ンとゲルマニウムの混晶、シリコン、…の順に繰り返し
エピタキシャル成長を行ない、超格子構造を作成してフ
ォトルミネッセンスを測定すると、超格子部分での電子
と正孔の再結合によって、波長１．２〜１．８μｍの近
赤外領域で、非常に強い発光が観測される。そこで、こ
のような超格子構造をｐｎ接合部分に用いたダイオード
を作製し、ｐｎ接合に順方向電圧を加えると、電子とホ
ールはｐｎ接合部分で再結合して近赤外光を放出するの
で、近赤外の発光素子として使うことができる。
【０００６】この発光素子の作製において、発光強度を
可能なかぎり強くしなければならないが、シリコン基板
上に、シリコンおよびシリコンとゲルマニウムの混晶と
で、超格子構造を形成した場合、適当な熱処理を加えた
場合には、熱処理を加えなかった場合よりもフォトルミ
ネッセンスの強度が増大する。そこで、超格子構造を形
成した後に、熱処理を加えることによって、この発光素
子の発光強度を増大させることができる。
可能なかぎり強くしなければならないが、シリコン基板
上に、シリコンおよびシリコンとゲルマニウムの混晶と
で、超格子構造を形成した場合、適当な熱処理を加えた
場合には、熱処理を加えなかった場合よりもフォトルミ
ネッセンスの強度が増大する。そこで、超格子構造を形
成した後に、熱処理を加えることによって、この発光素
子の発光強度を増大させることができる。
【０００７】また、フォトルミネッセンスに見られる発
光帯のピーク波長は、シリコンとゲルマニウムの混晶の
組成比によって決まるので、組成比を変えることによっ
て、この発光素子の発光波長を変えることができる。
光帯のピーク波長は、シリコンとゲルマニウムの混晶の
組成比によって決まるので、組成比を変えることによっ
て、この発光素子の発光波長を変えることができる。
【０００８】このようにして作製した発光素子におい
て、さらに発光強度を強くするための方法として、エッ
チングによって二次元の微細パターンを形成する方法が
ある。微細パターン化することによって、電子とホール
がパターンの中に閉じ込められ、発光効率が増大する。
て、さらに発光強度を強くするための方法として、エッ
チングによって二次元の微細パターンを形成する方法が
ある。微細パターン化することによって、電子とホール
がパターンの中に閉じ込められ、発光効率が増大する。
【０００９】シリコン基板上に、シリコンおよびシリコ
ンとゲルマニウムの混晶とで、超格子構造を形成した場
合、フォトルミネッセンスの発光帯の半値幅はかなり広
いものであるが、この素子の表面を、近赤外領域の干渉
フィルターで覆うことによって、発光帯のうち特定の波
長だけを取り出すことができる。
ンとゲルマニウムの混晶とで、超格子構造を形成した場
合、フォトルミネッセンスの発光帯の半値幅はかなり広
いものであるが、この素子の表面を、近赤外領域の干渉
フィルターで覆うことによって、発光帯のうち特定の波
長だけを取り出すことができる。
【００１０】
【実施例】次に本発明の実施例について図面を参照して
詳細に説明する。
詳細に説明する。
【００１１】図１は、シリコン基板上に、シリコンおよ
びシリコンとゲルマニウムの混晶を交互にエピタキシャ
ル成長させて、超格子構造を形成した試料のフォトルミ
ネッセンススペクトルである。近赤外領域に、非常に発
光強度の強い発光帯が観測される。したがって、この発
光帯を発光素子に使うことが可能である。図２は、本発
明による近赤外発光素子の素子構造を示す断面図であ
る。ｎ型の単結晶シリコン基板１上にＭＢＥ法で厚さ５
０Ａのシリコンとゲルマニウムの混晶層（Ｓｉ0.7 Ｇｅ
0.3 ）２と厚さ１００Ａのシリコン層３を交互にエピタ
キシャル成長して厚さ３０００〜６０００Ａの超格子構
造４を形成する。その上につづけてｐ型のシリコン層５
をエピタキシャル成長する。そのあとＭＢＥのチャンバ
ー内あるいはＮ２ガス中で熱処理する。エピタキシャル
成長時の基板温度は４００℃である。温度はエピタキシ
ャル時の基板温度より高い６００℃、時間は３０〜６０
秒である。このあと電極６．７を形成し、基板をへき開
して断面にフィルター８を形成する。このようにして作
製した素子の電極６．７に電圧を加えることによって、
ｎ型シリコン中の電子、ｐ型シリコン中のホールはそれ
ぞれ超格子構造のｐｎ接合部分へ集まり、再結合をして
光を放出する。図２ではｐｎ接合の端面で光を取り出す
ようになっており、フィルター８によって、図１に示し
た半値幅の広い発光帯のうち特定の発光線のみが放出さ
れる。図２の構造において、電極６．７を透明にするこ
とによって面発光型の素子とすることも可能である。
びシリコンとゲルマニウムの混晶を交互にエピタキシャ
ル成長させて、超格子構造を形成した試料のフォトルミ
ネッセンススペクトルである。近赤外領域に、非常に発
光強度の強い発光帯が観測される。したがって、この発
光帯を発光素子に使うことが可能である。図２は、本発
明による近赤外発光素子の素子構造を示す断面図であ
る。ｎ型の単結晶シリコン基板１上にＭＢＥ法で厚さ５
０Ａのシリコンとゲルマニウムの混晶層（Ｓｉ0.7 Ｇｅ
0.3 ）２と厚さ１００Ａのシリコン層３を交互にエピタ
キシャル成長して厚さ３０００〜６０００Ａの超格子構
造４を形成する。その上につづけてｐ型のシリコン層５
をエピタキシャル成長する。そのあとＭＢＥのチャンバ
ー内あるいはＮ２ガス中で熱処理する。エピタキシャル
成長時の基板温度は４００℃である。温度はエピタキシ
ャル時の基板温度より高い６００℃、時間は３０〜６０
秒である。このあと電極６．７を形成し、基板をへき開
して断面にフィルター８を形成する。このようにして作
製した素子の電極６．７に電圧を加えることによって、
ｎ型シリコン中の電子、ｐ型シリコン中のホールはそれ
ぞれ超格子構造のｐｎ接合部分へ集まり、再結合をして
光を放出する。図２ではｐｎ接合の端面で光を取り出す
ようになっており、フィルター８によって、図１に示し
た半値幅の広い発光帯のうち特定の発光線のみが放出さ
れる。図２の構造において、電極６．７を透明にするこ
とによって面発光型の素子とすることも可能である。
【００１２】なお、基板１上に超格子構造４を形成した
あと、電子ビームリソグラフィとドライエッチングを用
いて超格子構造４に格子状の溝を形成して超格子構造４
を０．１μｍレベルの極めて微細な直方体に分割する
と、電極６．７に電圧を加えて電流を流したとき、電子
とホールがこの微細な直方体にとじこめられるのでさら
に発光効率が向上する。
あと、電子ビームリソグラフィとドライエッチングを用
いて超格子構造４に格子状の溝を形成して超格子構造４
を０．１μｍレベルの極めて微細な直方体に分割する
と、電極６．７に電圧を加えて電流を流したとき、電子
とホールがこの微細な直方体にとじこめられるのでさら
に発光効率が向上する。
【００１３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
シリコン系の材料を用いて近赤外領域の発光強度の大き
い素子が提供される。
シリコン系の材料を用いて近赤外領域の発光強度の大き
い素子が提供される。
【図１】シリコンおよびシリコンとゲルマニウムの混晶
の、超格子構造を形成した試料のフォトルミネッセンス
スペクトル
の、超格子構造を形成した試料のフォトルミネッセンス
スペクトル
【図２】本発明による近赤外発光素子の素子構造の例を
示した断面図である。
示した断面図である。
１ ｎ型のシリコン基板 ２ シリコンとゲルマニウムの混晶層 ３ シリコン層 ４ 超格子構造 ５ ｐ型シリコン層 ６，７ 電極 ８ フィルター
【手続補正書】
【提出日】平成６年１０月１３日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の名称】 シリコンゲルマニウム混晶を用い
た発光素子およびその作製方法
た発光素子およびその作製方法
Claims (3)
- 【請求項１】 シリコンおよびシリコンとゲルマニウム
の混晶とが交互に積層された超格子構造を有し、超格子
内での電子とホールの再結合によって近赤外光を放出す
ることを特徴とする発光素子。 - 【請求項２】 シリコン基板上に、シリコンおよびシリ
コンとゲルマニウムの混晶を交互にエピタキシャル成長
して超格子構造を形成した後、熱処理を加えることを特
徴とする発光素子の作製方法。 - 【請求項３】 超格子構造に、さらに二次元の微細パタ
ーンを形成することを特徴とする請求項１に記載の発光
素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3036996A JPH07245423A (ja) | 1991-03-04 | 1991-03-04 | シリコンゲルマニウム混晶を用いた発光素子およびその作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3036996A JPH07245423A (ja) | 1991-03-04 | 1991-03-04 | シリコンゲルマニウム混晶を用いた発光素子およびその作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07245423A true JPH07245423A (ja) | 1995-09-19 |
Family
ID=12485347
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3036996A Pending JPH07245423A (ja) | 1991-03-04 | 1991-03-04 | シリコンゲルマニウム混晶を用いた発光素子およびその作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07245423A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0895292A1 (en) * | 1997-07-29 | 1999-02-03 | Hitachi Europe Limited | Electroluminescent device |
| KR101437926B1 (ko) * | 2013-02-26 | 2014-09-11 | 서울대학교산학협력단 | 게르마늄 전기발광소자 및 그 제조방법 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02125670A (ja) * | 1988-11-04 | 1990-05-14 | Nec Corp | 発光素子 |
-
1991
- 1991-03-04 JP JP3036996A patent/JPH07245423A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02125670A (ja) * | 1988-11-04 | 1990-05-14 | Nec Corp | 発光素子 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0895292A1 (en) * | 1997-07-29 | 1999-02-03 | Hitachi Europe Limited | Electroluminescent device |
| KR101437926B1 (ko) * | 2013-02-26 | 2014-09-11 | 서울대학교산학협력단 | 게르마늄 전기발광소자 및 그 제조방법 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19971224 |