JPH0846245A - 多孔質シリコン発光層の形成法 - Google Patents
多孔質シリコン発光層の形成法Info
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- JPH0846245A JPH0846245A JP17575394A JP17575394A JPH0846245A JP H0846245 A JPH0846245 A JP H0846245A JP 17575394 A JP17575394 A JP 17575394A JP 17575394 A JP17575394 A JP 17575394A JP H0846245 A JPH0846245 A JP H0846245A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 多孔質シリコン発光層のフォトルミネッセン
ス発光の輝度向上及び発光特性を改善する。 【構成】 シリコン基板の任意の深さに電気陰性度の高
いイオンを注入したあと、陽極化成法により前記シリコ
ン基板のイオン注入領域のみに選択的に多孔質シリコン
発光層が形成される。
ス発光の輝度向上及び発光特性を改善する。 【構成】 シリコン基板の任意の深さに電気陰性度の高
いイオンを注入したあと、陽極化成法により前記シリコ
ン基板のイオン注入領域のみに選択的に多孔質シリコン
発光層が形成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、多孔質シリコン発光
層の形成法に関する。更に詳しくは、シリコン基板の表
層を陽極化成法により多孔質化することによって得られ
る多孔質シリコン発光層のフォトルミネッセンス発光の
輝度向上及び発光特性を改善する多孔質シリコン発光層
の形成法に関する。
層の形成法に関する。更に詳しくは、シリコン基板の表
層を陽極化成法により多孔質化することによって得られ
る多孔質シリコン発光層のフォトルミネッセンス発光の
輝度向上及び発光特性を改善する多孔質シリコン発光層
の形成法に関する。
【０００２】
【従来技術】単結晶シリコンをフッ化水素酸水溶液中で
陽極化成すると、陽極電流密度がある値以上の場合、鏡
面状の電解研磨が生じるが、ある値以下の場合、多孔質
層が形成されることが知られている。陽極化成は、シリ
コン単結晶及び白金板をフッ化水素酸を主成分とする溶
液中に入れ、シリコン単結晶を陽極に、白金板を陰極に
保持することにより行われる。一般に、フッ化水素酸中
にシリコン単結晶を浸漬すると、その表面は水素原子で
終端されることが知られている。多孔質層の形成のため
の陽極化成反応は、この状態から始まり、その機構を図
４に示す。
陽極化成すると、陽極電流密度がある値以上の場合、鏡
面状の電解研磨が生じるが、ある値以下の場合、多孔質
層が形成されることが知られている。陽極化成は、シリ
コン単結晶及び白金板をフッ化水素酸を主成分とする溶
液中に入れ、シリコン単結晶を陽極に、白金板を陰極に
保持することにより行われる。一般に、フッ化水素酸中
にシリコン単結晶を浸漬すると、その表面は水素原子で
終端されることが知られている。多孔質層の形成のため
の陽極化成反応は、この状態から始まり、その機構を図
４に示す。
【０００３】まず、電圧の印加によって、正孔がシリコ
ン表面に到達すると、Ｆ- イオンがシリコン表面のＳｉ
−Ｈ結合を攻撃し、Ｓｉ−Ｆ結合が形成される（ステッ
プ１）。次に結合したＦ原子の極性の影響によって、も
う一つの別のＦ- イオンがＳｉ−Ｈ結合を攻撃し、Ｈ2
分子を形成し、電極への電子の注入を引き起こす（ステ
ップ２及び３）。Ｓｉ−Ｆの集団による分極により、Ｓ
ｉ−Ｓｉ結合の電子密度が低下し、この結合は弱くな
る。そのためＨＦやＨ2 Ｏで攻撃され、表面から脱離す
る（ステップ４及び５）。しかしながら残ったシリコン
表面は、依然水素原子で終端されている。このようにし
て陽極化成反応が進む。
ン表面に到達すると、Ｆ- イオンがシリコン表面のＳｉ
−Ｈ結合を攻撃し、Ｓｉ−Ｆ結合が形成される（ステッ
プ１）。次に結合したＦ原子の極性の影響によって、も
う一つの別のＦ- イオンがＳｉ−Ｈ結合を攻撃し、Ｈ2
分子を形成し、電極への電子の注入を引き起こす（ステ
ップ２及び３）。Ｓｉ−Ｆの集団による分極により、Ｓ
ｉ−Ｓｉ結合の電子密度が低下し、この結合は弱くな
る。そのためＨＦやＨ2 Ｏで攻撃され、表面から脱離す
る（ステップ４及び５）。しかしながら残ったシリコン
表面は、依然水素原子で終端されている。このようにし
て陽極化成反応が進む。
【０００４】ここで、シリコン原子が上記反応によっ
て、原子レベルでフラットなシリコン表面より脱離する
とすれば、原子サイズのくぼみが残る。この幾何学的な
変化は、表面の電荷分布の不均一を誘起し、このくぼん
だ領域に選択的に正孔が集中することとなる。上記反応
の繰り返しによって、表面の凹凸が強調され、多数の空
孔が存在する多孔質層が形成されることとなる。この反
応は正孔が反応を制限しているので、電圧を印加さえす
れば、いくらでも多孔質層を厚くすることができる。
て、原子レベルでフラットなシリコン表面より脱離する
とすれば、原子サイズのくぼみが残る。この幾何学的な
変化は、表面の電荷分布の不均一を誘起し、このくぼん
だ領域に選択的に正孔が集中することとなる。上記反応
の繰り返しによって、表面の凹凸が強調され、多数の空
孔が存在する多孔質層が形成されることとなる。この反
応は正孔が反応を制限しているので、電圧を印加さえす
れば、いくらでも多孔質層を厚くすることができる。
【０００５】上記のように形成される多孔質層は、１９
９０年にＣａｎｈａｍによって、ＸｅランプやＨｅ−Ｃ
ｄレーザー（３２５ｎｍ）等の紫外線を照射することで
可視領域のフォトルミネッセンス発光が生じることが見
出されている（Ｌ．Ｔ．Ｃａｎｈａｍ；Ａｐｐｌ，Ｐｈ
ｙｓ，Ｌｅｔｔ．５７（１９９０）１０４６頁）。この
事実は、間接遷移型の半導体であるシリコンが、発光す
るという物理的関心、及びシリコンのデバイステクノロ
ジーとこの発光する多孔質層を融合・合体すれば単一材
料によるＯＥＩＣが実現することができるので、様々な
研究が活発に行われている。
９０年にＣａｎｈａｍによって、ＸｅランプやＨｅ−Ｃ
ｄレーザー（３２５ｎｍ）等の紫外線を照射することで
可視領域のフォトルミネッセンス発光が生じることが見
出されている（Ｌ．Ｔ．Ｃａｎｈａｍ；Ａｐｐｌ，Ｐｈ
ｙｓ，Ｌｅｔｔ．５７（１９９０）１０４６頁）。この
事実は、間接遷移型の半導体であるシリコンが、発光す
るという物理的関心、及びシリコンのデバイステクノロ
ジーとこの発光する多孔質層を融合・合体すれば単一材
料によるＯＥＩＣが実現することができるので、様々な
研究が活発に行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記の陽極化成法を利
用する従来の方法で形成される多孔質シリコン発光層
は、もともと発光強度が弱かった。また多孔質シリコン
発光層の表面が水素で終端されているため、光照射によ
り水素原子が遊離し、そのためタングリングボンドが発
生し、それに伴って発光強度が更に低下するので発光層
として使用するには問題があった。
用する従来の方法で形成される多孔質シリコン発光層
は、もともと発光強度が弱かった。また多孔質シリコン
発光層の表面が水素で終端されているため、光照射によ
り水素原子が遊離し、そのためタングリングボンドが発
生し、それに伴って発光強度が更に低下するので発光層
として使用するには問題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】多孔質シリコン発光層は
数ｎｍスケールの微結晶領域で発光しており、その発光
特性を向上させるためには微結晶に存在する非発光中心
であるシリコンのタングリングボンドを効果的に終端化
させる必要がある。そこで本発明の発明者らは鋭意検討
の結果、イオン注入法を用いて電気陰性度の高いイオン
をタングリングボンドの終端原子として膜中に導入する
ことを見出し、本発明に至った。
数ｎｍスケールの微結晶領域で発光しており、その発光
特性を向上させるためには微結晶に存在する非発光中心
であるシリコンのタングリングボンドを効果的に終端化
させる必要がある。そこで本発明の発明者らは鋭意検討
の結果、イオン注入法を用いて電気陰性度の高いイオン
をタングリングボンドの終端原子として膜中に導入する
ことを見出し、本発明に至った。
【０００８】かくしてこの発明によれば、シリコン基板
の任意の深さに電気陰性度の高いイオンを注入したあ
と、陽極化成法により前記シリコン基板のイオン注入領
域のみに選択的に多孔質シリコン発光層を形成すること
を特徴とする多孔質シリコン発光層の形成法が提供され
る。上記本発明の方法によれば、イオン注入法を用いて
シリコン基板内に局所的或いは均一に電気陰性度の高い
イオンを導入することにより、任意の深さの領域でのみ
選択的に強い発光を示す発光特性の優れた高品質な多孔
質シリコン発光層が得られる。
の任意の深さに電気陰性度の高いイオンを注入したあ
と、陽極化成法により前記シリコン基板のイオン注入領
域のみに選択的に多孔質シリコン発光層を形成すること
を特徴とする多孔質シリコン発光層の形成法が提供され
る。上記本発明の方法によれば、イオン注入法を用いて
シリコン基板内に局所的或いは均一に電気陰性度の高い
イオンを導入することにより、任意の深さの領域でのみ
選択的に強い発光を示す発光特性の優れた高品質な多孔
質シリコン発光層が得られる。
【０００９】本発明に使用できるシリコン基板は、チョ
コラルスキー（ＣＺ）法、フローティング（ＦＺ）法、
いずれの方法で作製されたものも使用できる。更に、予
めｐ型或いはｎ型のいずれの導電型をドーピングしてい
てもよい。ｐ型を付与する不純物としては、ホウ素等が
挙げられ、ｎ型を付与する不純物としては、リン、砒
素、アンチモン等が挙げられる。
コラルスキー（ＣＺ）法、フローティング（ＦＺ）法、
いずれの方法で作製されたものも使用できる。更に、予
めｐ型或いはｎ型のいずれの導電型をドーピングしてい
てもよい。ｐ型を付与する不純物としては、ホウ素等が
挙げられ、ｎ型を付与する不純物としては、リン、砒
素、アンチモン等が挙げられる。
【００１０】次に、シリコン基板に電気陰性度の高いイ
オンが注入される。電気陰性度の高いイオンとしては、
例えば、酸素、フッ素、塩素、窒素、臭素等が挙げられ
る。イオン注入は、注入されるイオンの種類によって相
違するが、運動エネルギー０〜３０ＭｅＶ、注入量１×
１０13〜１×１０17個／ｃｍ2 の条件で行われる。この
注入によって、シリコン基板内の所望の領域に注入イオ
ンを分布させることができる。また、上記イオンを複数
種類同時に注入してもよい。ここで、イオンを酸素イオ
ンとし、イオン注入条件を、運動エネルギー０〜１０Ｍ
ｅＶ、注入量１×１０14〜１×１０16個／ｃｍ2 とする
ことが更に好ましい。この条件では、基板の表面から０
〜１０μｍ、好ましくは０〜５μｍの深さに、ピーク濃
度１×１０18〜１×１０20個／ｃｍ3 の酸素イオン注入
層が形成されるので、後の工程を経ることにより、光照
射による発光強度の劣化が少ない多孔質シリコン発光層
が得られる。
オンが注入される。電気陰性度の高いイオンとしては、
例えば、酸素、フッ素、塩素、窒素、臭素等が挙げられ
る。イオン注入は、注入されるイオンの種類によって相
違するが、運動エネルギー０〜３０ＭｅＶ、注入量１×
１０13〜１×１０17個／ｃｍ2 の条件で行われる。この
注入によって、シリコン基板内の所望の領域に注入イオ
ンを分布させることができる。また、上記イオンを複数
種類同時に注入してもよい。ここで、イオンを酸素イオ
ンとし、イオン注入条件を、運動エネルギー０〜１０Ｍ
ｅＶ、注入量１×１０14〜１×１０16個／ｃｍ2 とする
ことが更に好ましい。この条件では、基板の表面から０
〜１０μｍ、好ましくは０〜５μｍの深さに、ピーク濃
度１×１０18〜１×１０20個／ｃｍ3 の酸素イオン注入
層が形成されるので、後の工程を経ることにより、光照
射による発光強度の劣化が少ない多孔質シリコン発光層
が得られる。
【００１１】また、同一のシリコン基板に複数の異なる
運動エネルギーでイオンを注入すれば、深さ方向に複数
の発光層を形成することができ、発光層の多層化を実現
することができる。更に、基板面内のイオン注入部分を
任意に選択することにより、所望の領域のみを発光層と
することもでき、前記発光層の多層化と組み合わせれ
ば、発光層の３次元化をも実現することができる。
運動エネルギーでイオンを注入すれば、深さ方向に複数
の発光層を形成することができ、発光層の多層化を実現
することができる。更に、基板面内のイオン注入部分を
任意に選択することにより、所望の領域のみを発光層と
することもでき、前記発光層の多層化と組み合わせれ
ば、発光層の３次元化をも実現することができる。
【００１２】なお、イオン注入によりシリコン基板内に
形成される注入領域のピーク濃度、分布の広がり、注入
深さは、ＬＳＳ理論（Ｍａｔ．Ｆｙｓ．Ｍｅｄｄ．Ｄａ
ｎ．Ｖｉｄ．Ｓｅｌｓｋ ３３，Ｎｏ１４（１９６
３））に基づく、イオン種、加速電圧と各特性値との対
応表から求めることができる。更に、イオン注入後にア
ニール処理を施すことによりイオン注入層を拡散させて
もよい。このアニール処理の条件は、８００〜９００
℃、１０〜６０分が適切である。
形成される注入領域のピーク濃度、分布の広がり、注入
深さは、ＬＳＳ理論（Ｍａｔ．Ｆｙｓ．Ｍｅｄｄ．Ｄａ
ｎ．Ｖｉｄ．Ｓｅｌｓｋ ３３，Ｎｏ１４（１９６
３））に基づく、イオン種、加速電圧と各特性値との対
応表から求めることができる。更に、イオン注入後にア
ニール処理を施すことによりイオン注入層を拡散させて
もよい。このアニール処理の条件は、８００〜９００
℃、１０〜６０分が適切である。
【００１３】次に、上記シリコン基板を公知の方法であ
る陽極化成法に基づいて、多孔質層に変性する。この陽
極化成法は次のように行うことができる。まず、陽極に
上記シリコン基板を接続する。次に、白金を陰極として
用い、電解溶液中に両方の電極浸す。この時使用できる
電解溶液としては、フッ化水素酸、フッ化水素酸とエチ
ルアルコール、フッ化水素酸とメチルアルコール等が使
用できるが、フッ化水素酸とエチルアルコールを使用す
ることが、処理時間の短縮の観点から好ましい。また、
フッ化水素酸とエチルアルコール混合溶液の組成をＨ
Ｆ：Ｈ2 Ｏ：Ｃ2Ｈ5 ＯＨ＝１：１：２（容積比）とす
ることが更に処理時間を短縮できるのでより好ましい。
る陽極化成法に基づいて、多孔質層に変性する。この陽
極化成法は次のように行うことができる。まず、陽極に
上記シリコン基板を接続する。次に、白金を陰極として
用い、電解溶液中に両方の電極浸す。この時使用できる
電解溶液としては、フッ化水素酸、フッ化水素酸とエチ
ルアルコール、フッ化水素酸とメチルアルコール等が使
用できるが、フッ化水素酸とエチルアルコールを使用す
ることが、処理時間の短縮の観点から好ましい。また、
フッ化水素酸とエチルアルコール混合溶液の組成をＨ
Ｆ：Ｈ2 Ｏ：Ｃ2Ｈ5 ＯＨ＝１：１：２（容積比）とす
ることが更に処理時間を短縮できるのでより好ましい。
【００１４】次に、陽極と陰極に、イオン注入深さ及び
得ようとする多孔質シリコン発光層の孔径によっても異
なるが、電流密度２〜２００ｍＡ／ｃｍ2 で、注入した
イオンの層まで到達する程度の時間だけ電流を流すこと
によって、電気化学反応が生じ、多孔質シリコン発光層
を含む多孔質層が形成される。なお、この反応は正孔が
反応を制御しているので、電圧をかけさえすればいくら
でも多孔質層を厚くすることができる。
得ようとする多孔質シリコン発光層の孔径によっても異
なるが、電流密度２〜２００ｍＡ／ｃｍ2 で、注入した
イオンの層まで到達する程度の時間だけ電流を流すこと
によって、電気化学反応が生じ、多孔質シリコン発光層
を含む多孔質層が形成される。なお、この反応は正孔が
反応を制御しているので、電圧をかけさえすればいくら
でも多孔質層を厚くすることができる。
【００１５】ここで、上記の多孔質シリコン発光層形成
に先立って、陽極化成法に使用する電解溶液に耐性の中
間層を形成することによって、更に精度良く均一な層厚
の多孔質層を形成することができる。中間層の形成法
は、次の如くである。まず、電解溶液として例えばフッ
化水素酸を使用する場合、シリコン基板に炭素イオンを
１〜６ＭｅＶ、１×１０16〜１×１０18個／ｃｍ2 の条
件で照射する。次に、シリコン基板にアニール処理を施
し、シリコン基板中に炭化珪素からなる中間層が形成さ
れる。アニール処理は、１２００〜１４００℃、２〜１
０時間、Ａｒ等の不活性ガス雰囲気下で行うことができ
る。この炭化珪素からなる中間層は、フッ酸に対して耐
性を有するので、この中間層より上側のシリコン層のみ
を多孔質化することができ、層厚の制御を精密に行うこ
とが可能となる。
に先立って、陽極化成法に使用する電解溶液に耐性の中
間層を形成することによって、更に精度良く均一な層厚
の多孔質層を形成することができる。中間層の形成法
は、次の如くである。まず、電解溶液として例えばフッ
化水素酸を使用する場合、シリコン基板に炭素イオンを
１〜６ＭｅＶ、１×１０16〜１×１０18個／ｃｍ2 の条
件で照射する。次に、シリコン基板にアニール処理を施
し、シリコン基板中に炭化珪素からなる中間層が形成さ
れる。アニール処理は、１２００〜１４００℃、２〜１
０時間、Ａｒ等の不活性ガス雰囲気下で行うことができ
る。この炭化珪素からなる中間層は、フッ酸に対して耐
性を有するので、この中間層より上側のシリコン層のみ
を多孔質化することができ、層厚の制御を精密に行うこ
とが可能となる。
【００１６】
【作用】シリコン基板の任意の深さに電気陰性度の高い
イオンを注入したあと、陽極化成法により前記シリコン
基板のイオン注入領域のみに選択的に多孔質シリコン発
光層が形成されることにより、多孔質シリコン発光層の
表面が水素で終端される代わりに、電気陰性度の高いイ
オンで終端されるので、光照射による発光強度の劣化が
殆どない発光層が得られる。
イオンを注入したあと、陽極化成法により前記シリコン
基板のイオン注入領域のみに選択的に多孔質シリコン発
光層が形成されることにより、多孔質シリコン発光層の
表面が水素で終端される代わりに、電気陰性度の高いイ
オンで終端されるので、光照射による発光強度の劣化が
殆どない発光層が得られる。
【００１７】次に、電気陰性度の高いイオンが、酸素又
はフッ素であることにより、高輝度の多孔質シリコン発
光層が得られる。また、電気陰性度の高いイオンが、シ
リコン基板の表面から０〜５μｍの深さに注入されてい
れば、高輝度及び高強度の多孔質シリコン発光層が得ら
れる。
はフッ素であることにより、高輝度の多孔質シリコン発
光層が得られる。また、電気陰性度の高いイオンが、シ
リコン基板の表面から０〜５μｍの深さに注入されてい
れば、高輝度及び高強度の多孔質シリコン発光層が得ら
れる。
【００１８】
実施例１ 以下に、図１に基づいて本発明を説明する。なお、以下
の実施例は例示であって、本発明は以下の材料、工程及
び条件に限定されるものではない。まず、ホウ素をドー
ピングしたｐ型シリコン基板１上に、酸素イオン２を運
動エネルギー４ＭｅＶ、１×１０15個／ｃｍ2 の条件で
注入した（図１（ａ）参照）。ここで図６に質量分析法
により測定した実際のシリコン基板中の酸素の深さ方向
の濃度分布を示す。この図より、酸素イオンが表面から
深さ約３．３μｍのところに２．９×１０19個／ｃｍ3
の高濃度で分布していることが示されている。
の実施例は例示であって、本発明は以下の材料、工程及
び条件に限定されるものではない。まず、ホウ素をドー
ピングしたｐ型シリコン基板１上に、酸素イオン２を運
動エネルギー４ＭｅＶ、１×１０15個／ｃｍ2 の条件で
注入した（図１（ａ）参照）。ここで図６に質量分析法
により測定した実際のシリコン基板中の酸素の深さ方向
の濃度分布を示す。この図より、酸素イオンが表面から
深さ約３．３μｍのところに２．９×１０19個／ｃｍ3
の高濃度で分布していることが示されている。
【００１９】次に、以下の方法に基づいて、シリコン基
板１の表面層を陽極化成法に付し、多孔質層３に変成し
た（図１（ｂ）参照）。この陽極化成法は、図３に基づ
いて行い、反応セル４の中に、ｐ型シリコン基板１から
なる陽極と、白金電極５からなる陰極をＨＦ：Ｈ2 Ｏ＝
１：１（容積比）のフッ化水素酸溶液６中に浸した。陽
極と陰極に電流密度２０ｍＡ／ｃｍ2 で、約１３分間電
流を流すことによって電気化学反応が生じ、ｐ型シリコ
ン基板１の表面層に厚さ２０μｍの多孔質層３が形成さ
れた。
板１の表面層を陽極化成法に付し、多孔質層３に変成し
た（図１（ｂ）参照）。この陽極化成法は、図３に基づ
いて行い、反応セル４の中に、ｐ型シリコン基板１から
なる陽極と、白金電極５からなる陰極をＨＦ：Ｈ2 Ｏ＝
１：１（容積比）のフッ化水素酸溶液６中に浸した。陽
極と陰極に電流密度２０ｍＡ／ｃｍ2 で、約１３分間電
流を流すことによって電気化学反応が生じ、ｐ型シリコ
ン基板１の表面層に厚さ２０μｍの多孔質層３が形成さ
れた。
【００２０】得られた多孔質層を高分解電子顕微鏡によ
り観察すると、基板１の表面から約３μｍ付近の酸素が
高濃度で分布する領域に孔径の異なる層、すなわち多孔
質シリコン発光層３１が形成されていることが分かっ
た。図２にこの多孔質シリコン発光層の断面フォトルミ
ネッセンスの測定結果を示す。図から明らかなように表
面から深さ約３μｍ付近の酸素が高濃度で分布する領域
から高強度のフォトルミネッセンス発光が生じているこ
とが分かる。なお、フォトルミネッセンスは、Ａｒイオ
ンレーザーから出る４８８０Åの光を照射し、室温で測
定した。
り観察すると、基板１の表面から約３μｍ付近の酸素が
高濃度で分布する領域に孔径の異なる層、すなわち多孔
質シリコン発光層３１が形成されていることが分かっ
た。図２にこの多孔質シリコン発光層の断面フォトルミ
ネッセンスの測定結果を示す。図から明らかなように表
面から深さ約３μｍ付近の酸素が高濃度で分布する領域
から高強度のフォトルミネッセンス発光が生じているこ
とが分かる。なお、フォトルミネッセンスは、Ａｒイオ
ンレーザーから出る４８８０Åの光を照射し、室温で測
定した。
【００２１】また、図５に上記の酸素が高濃度で分布す
る領域のフォトルミネッセンスのスペクトルを示す。図
から明らかなように、可視領域の発光が得られることが
分かる。
る領域のフォトルミネッセンスのスペクトルを示す。図
から明らかなように、可視領域の発光が得られることが
分かる。
【００２２】実施例２ 複数の異なる運動エネルギー２４０ＫｅＶ及び４ＭｅＶ
で１×１０15個／ｃｍ 2 の酸素イオンをｐ型シリコン基
板に注入した。次に、電流密度２０ｍＡ／ｃｍ 2 で、約
１３分間電流を流すことによって電気化学反応が生じ、
ｐ型シリコン基板１の表面層に厚さ２０μｍの多孔質層
が形成された。この多孔質層には、表面から深さ約６０
００Å及び約３μｍの領域に多孔質シリコン発光層が形
成された。
で１×１０15個／ｃｍ 2 の酸素イオンをｐ型シリコン基
板に注入した。次に、電流密度２０ｍＡ／ｃｍ 2 で、約
１３分間電流を流すことによって電気化学反応が生じ、
ｐ型シリコン基板１の表面層に厚さ２０μｍの多孔質層
が形成された。この多孔質層には、表面から深さ約６０
００Å及び約３μｍの領域に多孔質シリコン発光層が形
成された。
【００２３】上記方法に加えて、面内の選択的イオン注
入により発光領域の３次元化も実現できた。
入により発光領域の３次元化も実現できた。
【００２４】
【発明の効果】シリコン基板の任意の深さに電気陰性度
の高いイオンを注入したあと、陽極化成法により前記シ
リコン基板のイオン注入領域のみに選択的に多孔質シリ
コン発光層が形成されることにより、多孔質シリコン発
光層の表面が水素で終端される代わりに、電気陰性度の
高いイオンで終端されるので、光照射による発光強度の
劣化が殆どない発光層を得ることができる。また、イオ
ン注入の運動エネルギーを変化させることにより所望の
深さに所望の厚さの発光層を形成でき、更に発光層の多
層化、３次元化も実現できる。
の高いイオンを注入したあと、陽極化成法により前記シ
リコン基板のイオン注入領域のみに選択的に多孔質シリ
コン発光層が形成されることにより、多孔質シリコン発
光層の表面が水素で終端される代わりに、電気陰性度の
高いイオンで終端されるので、光照射による発光強度の
劣化が殆どない発光層を得ることができる。また、イオ
ン注入の運動エネルギーを変化させることにより所望の
深さに所望の厚さの発光層を形成でき、更に発光層の多
層化、３次元化も実現できる。
【００２５】次に、電気陰性度の高いイオンが、酸素又
はフッ素であることにより、高輝度の多孔質シリコン発
光層を得ることができる。また、電気陰性度の高いイオ
ンが、シリコン基板の表面から０〜５μｍの深さに注入
されていることにより、高輝度及び高強度の多孔質シリ
コン発光層を得ることができる。
はフッ素であることにより、高輝度の多孔質シリコン発
光層を得ることができる。また、電気陰性度の高いイオ
ンが、シリコン基板の表面から０〜５μｍの深さに注入
されていることにより、高輝度及び高強度の多孔質シリ
コン発光層を得ることができる。
【図１】本発明の多孔質シリコン発光層の概略製造工程
図である。
図である。
【図２】本発明の実施例で得られた多孔質シリコン発光
層の発光波長７０００Åに固定した時のフォトルミネッ
センス強度の分布図である。
層の発光波長７０００Åに固定した時のフォトルミネッ
センス強度の分布図である。
【図３】陽極酸化法に使用する反応セルの概略図であ
る。
る。
【図４】陽極化成法で多孔質シリコン発光層が形成され
る機構の概略説明図である。
る機構の概略説明図である。
【図５】本発明の実施例で得られた多孔質シリコン発光
層のフォトルミネッセンススペクトルを示す図である。
層のフォトルミネッセンススペクトルを示す図である。
【図６】本発明の実施例のイオン注入後のシリコン基板
中の酸素の深さ方向の濃度分布である。
中の酸素の深さ方向の濃度分布である。
１ ｐ型シリコン基板 ２ 酸素イオン ３ 多孔質層 ３１ 多孔質シリコン発光層 ４ 陽極化成反応セル ５ 白金電極 ６ フッ化水素酸溶液
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 潤一 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 谷口 浩 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 赤木 与志郎 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 シリコン基板の任意の深さに電気陰性度
の高いイオンを注入したあと、陽極化成法により前記シ
リコン基板のイオン注入領域のみに選択的に多孔質シリ
コン発光層を形成することを特徴とする多孔質シリコン
発光層の形成法。 - 【請求項２】 電気陰性度の高いイオンが、酸素又はフ
ッ素である請求項１記載の多孔質シリコン発光層の形成
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17575394A JP3027092B2 (ja) | 1994-07-27 | 1994-07-27 | 多孔質シリコン発光層の形成法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17575394A JP3027092B2 (ja) | 1994-07-27 | 1994-07-27 | 多孔質シリコン発光層の形成法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0846245A true JPH0846245A (ja) | 1996-02-16 |
| JP3027092B2 JP3027092B2 (ja) | 2000-03-27 |
Family
ID=16001657
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17575394A Expired - Fee Related JP3027092B2 (ja) | 1994-07-27 | 1994-07-27 | 多孔質シリコン発光層の形成法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3027092B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006135208A (ja) * | 2004-11-09 | 2006-05-25 | Sony Corp | 希土類元素イオンの拡散領域の製造方法および発光素子の製造方法および発光素子 |
| JP2008053446A (ja) * | 2006-08-24 | 2008-03-06 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体素子 |
| KR100839376B1 (ko) * | 2007-01-08 | 2008-06-19 | 연세대학교 산학협력단 | 다공성 실리콘 및 이의 제조방법 |
| WO2009038324A3 (en) * | 2007-09-18 | 2009-05-14 | Nat Univ Chungbuk Ind Acad | Porous pattern semiconductor structure and semiconductor device and manufacturing method thereof |
-
1994
- 1994-07-27 JP JP17575394A patent/JP3027092B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2006135208A (ja) * | 2004-11-09 | 2006-05-25 | Sony Corp | 希土類元素イオンの拡散領域の製造方法および発光素子の製造方法および発光素子 |
| JP4529646B2 (ja) * | 2004-11-09 | 2010-08-25 | ソニー株式会社 | 希土類元素イオンの拡散領域の製造方法および発光素子の製造方法および発光素子 |
| JP2008053446A (ja) * | 2006-08-24 | 2008-03-06 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体素子 |
| US8110836B2 (en) | 2006-08-24 | 2012-02-07 | Hamamatsu Photonics K.K. | Semiconductor device |
| KR100839376B1 (ko) * | 2007-01-08 | 2008-06-19 | 연세대학교 산학협력단 | 다공성 실리콘 및 이의 제조방법 |
| WO2009038324A3 (en) * | 2007-09-18 | 2009-05-14 | Nat Univ Chungbuk Ind Acad | Porous pattern semiconductor structure and semiconductor device and manufacturing method thereof |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3027092B2 (ja) | 2000-03-27 |
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