JPH0883940A - 半導体微細柱の集合体，半導体装置及びそれらの製造方法 - Google Patents
半導体微細柱の集合体，半導体装置及びそれらの製造方法Info
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- JPH0883940A JPH0883940A JP29231794A JP29231794A JPH0883940A JP H0883940 A JPH0883940 A JP H0883940A JP 29231794 A JP29231794 A JP 29231794A JP 29231794 A JP29231794 A JP 29231794A JP H0883940 A JPH0883940 A JP H0883940A
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
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- Photo Coupler, Interrupter, Optical-To-Optical Conversion Devices (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 再現性よく受光，発光，波長変換等を行なう
半導体装置の構造及びその製造方法を実現する。また、
シリコンウエハプロセスとの互換性の高い素子構造及び
その製造方法を実現する。 【構成】 シリコン基板１の表面に上面絶縁膜５を堆積
後、シリコンの半球状グレイン６からなる第１点状マス
クＭs1を形成し、第１点状マスクＭs1を用いて上面絶縁
膜５を島状にパターニングし、第２点状マスクＭs2を形
成する。この第２点状マスクＭs2を用いてシリコン基板
１をエッチングし、半導体微細柱２の集合体を形成す
る。その後、各半導体微細柱２間の隙間を絶縁層３で埋
めて平坦化し、平坦化された半導体微細柱２表面の酸化
膜を除去し、透明電極４をその上に形成する。シリコン
基板上に直接第１点状マスクを形成し、第１点状マスク
を用いてシリコン基板をエッチングしてもよい。
半導体装置の構造及びその製造方法を実現する。また、
シリコンウエハプロセスとの互換性の高い素子構造及び
その製造方法を実現する。 【構成】 シリコン基板１の表面に上面絶縁膜５を堆積
後、シリコンの半球状グレイン６からなる第１点状マス
クＭs1を形成し、第１点状マスクＭs1を用いて上面絶縁
膜５を島状にパターニングし、第２点状マスクＭs2を形
成する。この第２点状マスクＭs2を用いてシリコン基板
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る。その後、各半導体微細柱２間の隙間を絶縁層３で埋
めて平坦化し、平坦化された半導体微細柱２表面の酸化
膜を除去し、透明電極４をその上に形成する。シリコン
基板上に直接第１点状マスクを形成し、第１点状マスク
を用いてシリコン基板をエッチングしてもよい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、量子サイズ効果により
エレクトロルミネッセンス，フォトルミネッセンス，光
電変換機能等を行う半導体微細柱の集合体，半導体装置
及びそれらの製造方法に関する。
エレクトロルミネッセンス，フォトルミネッセンス，光
電変換機能等を行う半導体微細柱の集合体，半導体装置
及びそれらの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、特開平４−３５６９７７号公報に
開示されるように、多孔質シリコンを形成して発光デバ
イスとして使用とするものがある。これは、図３３に示
すように、陽極化成によってシリコン基板１０１の表面
部に多数の微細孔１０２を設けた多孔質シリコンを形成
したものである。この多孔質シリコンに光を照射すると
吸収端が可視部にあるフォトルミネッセンスが観察さ
れ、シリコンによる受光発光素子が可能となる。すなわ
ち、通常のシリコン単結晶からなる半導体装置では、励
起された電子は低エネルギーレベルに間接遷移するの
で、遷移によるエネルギは熱に変換される。そのため、
可視部での発光が困難とされていたが、多孔質シリコン
のように壁部を構成するシリコンの壁厚が０．０１μｍ
程度になると、シリコンのバンド巾が量子サイズ効果に
よって１．２ｅＶから２．５ｅＶに広くなるに伴い、励
起された電子がバンド間を直接遷移する現象があると報
告されている。そして、このバンド間の直接遷移によっ
て、発光が可能となった。
開示されるように、多孔質シリコンを形成して発光デバ
イスとして使用とするものがある。これは、図３３に示
すように、陽極化成によってシリコン基板１０１の表面
部に多数の微細孔１０２を設けた多孔質シリコンを形成
したものである。この多孔質シリコンに光を照射すると
吸収端が可視部にあるフォトルミネッセンスが観察さ
れ、シリコンによる受光発光素子が可能となる。すなわ
ち、通常のシリコン単結晶からなる半導体装置では、励
起された電子は低エネルギーレベルに間接遷移するの
で、遷移によるエネルギは熱に変換される。そのため、
可視部での発光が困難とされていたが、多孔質シリコン
のように壁部を構成するシリコンの壁厚が０．０１μｍ
程度になると、シリコンのバンド巾が量子サイズ効果に
よって１．２ｅＶから２．５ｅＶに広くなるに伴い、励
起された電子がバンド間を直接遷移する現象があると報
告されている。そして、このバンド間の直接遷移によっ
て、発光が可能となった。
【０００３】また、この多孔質シリコンの両端に電極を
設けて電界をかけ、エレクトロルミネッセンスを観察す
ることも報告されている。
設けて電界をかけ、エレクトロルミネッセンスを観察す
ることも報告されている。
【０００４】一方、半導体集積回路を搭載した半導体装
置では、情報社会の進展にともない、高度かつ大容量な
情報通信機器をパーソナル化する方向に進展してきてい
る。すなわち、ハンディコンピュータや携帯電話から、
さらに高度の情報がやり取りできる機器が要請されてい
る。そのためには、従来の電気信号のみを扱う半導体装
置を高機能にするとともに、光や音声等を扱える複合的
な機能を有する半導体装置であることが望ましい。図３
４は、このようなニーズに応えるべく構成された３次元
集積回路システムの断面構造を示す。このような３次元
集積回路システムは、従来の２次元集積回路システムで
は必然的に生じる微細化の限界を越え得るだけでなく、
機能の向上や機能の多様化をもたらすものと期待されて
いる。同図において、第１層目のＰ型シリコン基板１０
１ａに形成されたＮウェル１０２の表面領域に、ソース
１０３，ドレイン１０４，ゲート酸化膜１０５及びゲー
ト１０６からなるＰＭＯＳＦＥＴ１１０ａが形成されて
おり、第１層目シリコン基板１０１ａの表面領域に、ソ
ース１０３，ドレイン１０４，ゲート酸化膜１０５及び
ゲート１０６からなるＮＭＯＳＦＥＴ１１０ｂ等の半導
体装置が形成されている。そして、各ソース・ドレイン
領域等を接続する配線１０７と、各部の上を覆う層間絶
縁膜１０８とが形成され、この層間絶縁膜１０８は平坦
化されている。さらに、この層間絶縁膜１０８の上にシ
リコン単結晶からなる第２層目のシリコン基板１０１ｂ
が形成されている。この第２層目のシリコン基板１０１
ｂにも、上記第１層目のシリコン基板１０１ａにおける
半導体装置と同様に、ＰＭＯＳＦＥＴ１１０ａやＮＭＯ
ＳＦＥＴ１１０ｂ等の半導体装置が形成されている。そ
して、第１層目の半導体装置と第２層目の半導体装置と
の間は、金属配線１０９を介して電気的に接続されてい
る（例えば第１回新機能素子技術シンポジウム予稿集ｐ
７６，１９８２年 ５月）。
置では、情報社会の進展にともない、高度かつ大容量な
情報通信機器をパーソナル化する方向に進展してきてい
る。すなわち、ハンディコンピュータや携帯電話から、
さらに高度の情報がやり取りできる機器が要請されてい
る。そのためには、従来の電気信号のみを扱う半導体装
置を高機能にするとともに、光や音声等を扱える複合的
な機能を有する半導体装置であることが望ましい。図３
４は、このようなニーズに応えるべく構成された３次元
集積回路システムの断面構造を示す。このような３次元
集積回路システムは、従来の２次元集積回路システムで
は必然的に生じる微細化の限界を越え得るだけでなく、
機能の向上や機能の多様化をもたらすものと期待されて
いる。同図において、第１層目のＰ型シリコン基板１０
１ａに形成されたＮウェル１０２の表面領域に、ソース
１０３，ドレイン１０４，ゲート酸化膜１０５及びゲー
ト１０６からなるＰＭＯＳＦＥＴ１１０ａが形成されて
おり、第１層目シリコン基板１０１ａの表面領域に、ソ
ース１０３，ドレイン１０４，ゲート酸化膜１０５及び
ゲート１０６からなるＮＭＯＳＦＥＴ１１０ｂ等の半導
体装置が形成されている。そして、各ソース・ドレイン
領域等を接続する配線１０７と、各部の上を覆う層間絶
縁膜１０８とが形成され、この層間絶縁膜１０８は平坦
化されている。さらに、この層間絶縁膜１０８の上にシ
リコン単結晶からなる第２層目のシリコン基板１０１ｂ
が形成されている。この第２層目のシリコン基板１０１
ｂにも、上記第１層目のシリコン基板１０１ａにおける
半導体装置と同様に、ＰＭＯＳＦＥＴ１１０ａやＮＭＯ
ＳＦＥＴ１１０ｂ等の半導体装置が形成されている。そ
して、第１層目の半導体装置と第２層目の半導体装置と
の間は、金属配線１０９を介して電気的に接続されてい
る（例えば第１回新機能素子技術シンポジウム予稿集ｐ
７６，１９８２年 ５月）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図３３
に示すような陽極化成によってシリコン基板１０１の表
面部に形成された多孔質シリコンでは、電界を印加して
エレクトロルミネッセンスを得たり、光を照射してフォ
トルミネッセンスを得ようとすると、下記のような問題
があった。
に示すような陽極化成によってシリコン基板１０１の表
面部に形成された多孔質シリコンでは、電界を印加して
エレクトロルミネッセンスを得たり、光を照射してフォ
トルミネッセンスを得ようとすると、下記のような問題
があった。
【０００６】すなわち、陽極化成法によって形成される
微細孔１０２の径や深さの制御が難しく、微細孔１０２
の形状も複雑でその壁厚の分布が極めてランダムであ
る。そのため、壁厚を薄くすべくエッチングを強く行う
と、一部が基板から分離して剥がれてしまう虞れがあ
る。また、壁厚がランダムなので、量子サイズ効果が全
壁部に亘って均一に生じるわけではなく、シャープな波
長の発光が得られない。さらに、多孔質シリコンの複雑
な形状の微細孔の壁面には陽極化成中に分子や原子が吸
着しやすく、このようなシリコン表面に付着した原子や
分子の影響で発光波長の再現性がなく、寿命も短くな
る。
微細孔１０２の径や深さの制御が難しく、微細孔１０２
の形状も複雑でその壁厚の分布が極めてランダムであ
る。そのため、壁厚を薄くすべくエッチングを強く行う
と、一部が基板から分離して剥がれてしまう虞れがあ
る。また、壁厚がランダムなので、量子サイズ効果が全
壁部に亘って均一に生じるわけではなく、シャープな波
長の発光が得られない。さらに、多孔質シリコンの複雑
な形状の微細孔の壁面には陽極化成中に分子や原子が吸
着しやすく、このようなシリコン表面に付着した原子や
分子の影響で発光波長の再現性がなく、寿命も短くな
る。
【０００７】本発明の第１の目的は、上記問題点に鑑
み、多孔質構造ではなく、半導体微細柱を多数個並設す
る構造を利用すれば、径方向の寸法が均一となる点に着
目し、高強度かつ波長分布のバラツキの小さいエレクト
ロルミネッセンス，フォトルミネッセンス等の発光や、
光信号−電気信号の変換を行わせるための量子化領域及
びその製造方法を提供することにある。
み、多孔質構造ではなく、半導体微細柱を多数個並設す
る構造を利用すれば、径方向の寸法が均一となる点に着
目し、高強度かつ波長分布のバラツキの小さいエレクト
ロルミネッセンス，フォトルミネッセンス等の発光や、
光信号−電気信号の変換を行わせるための量子化領域及
びその製造方法を提供することにある。
【０００８】また、前述のごとく提唱されている３次元
集積回路システムでは下記の問題がある。図３４に示さ
れる配線１０９を形成する際、コンタクトホールを形成
した後、コンタクトホールへの配線材料を堆積して埋め
込むという堆積法で形成される。したがって、コンタク
トホールが非常に深くなるので、配線材料の埋込不良に
よる抵抗値の増大や断線等の不良が生じやすく信頼性に
乏しい。このような製造技術の問題から、実用に耐えう
る３次元集積回路システムを実現することは困難であ
り、特に、３次元を越える集積回路システムの実現は極
めて困難である。
集積回路システムでは下記の問題がある。図３４に示さ
れる配線１０９を形成する際、コンタクトホールを形成
した後、コンタクトホールへの配線材料を堆積して埋め
込むという堆積法で形成される。したがって、コンタク
トホールが非常に深くなるので、配線材料の埋込不良に
よる抵抗値の増大や断線等の不良が生じやすく信頼性に
乏しい。このような製造技術の問題から、実用に耐えう
る３次元集積回路システムを実現することは困難であ
り、特に、３次元を越える集積回路システムの実現は極
めて困難である。
【０００９】本発明の第２の目的は、多種の信号変換機
能を有する半導体微細柱の集合体を集積回路システムに
組み込むことにより、高度の情報処理機能を備えた半導
体装置を提供することにある。
能を有する半導体微細柱の集合体を集積回路システムに
組み込むことにより、高度の情報処理機能を備えた半導
体装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本願では、半導体微細柱の集合体及びその製
造方法に関する請求項１〜９，４４〜５９に開示される
手段を講じている。
るために、本願では、半導体微細柱の集合体及びその製
造方法に関する請求項１〜９，４４〜５９に開示される
手段を講じている。
【００１１】また、上記第２の目的を達成するために、
本願では、半導体装置及びその製造方法に関する請求項
１０〜４３，６０〜７８に開示される手段を講じてい
る。
本願では、半導体装置及びその製造方法に関する請求項
１０〜４３，６０〜７８に開示される手段を講じてい
る。
【００１２】請求項１の発明の講じた手段は、量子化領
域を、基板上に、径方向の寸法が量子サイズ効果を生じ
る程度に微細な半導体の柱状体からなる半導体微細柱を
多数個並設してなる半導体微細柱で構成したものであ
る。
域を、基板上に、径方向の寸法が量子サイズ効果を生じ
る程度に微細な半導体の柱状体からなる半導体微細柱を
多数個並設してなる半導体微細柱で構成したものであ
る。
【００１３】請求項２の発明の講じた手段は、請求項１
の発明において、上記各半導体微細柱を、上記基板の表
面にほぼ垂直に形成したものである。
の発明において、上記各半導体微細柱を、上記基板の表
面にほぼ垂直に形成したものである。
【００１４】請求項３の発明の講じた手段は、請求項１
又は２の発明において、上記各半導体微細柱を、互いに
分離して形成したものである。
又は２の発明において、上記各半導体微細柱を、互いに
分離して形成したものである。
【００１５】請求項４の発明の講じた手段は、請求項
１，２又は３の発明において、上記各半導体微細柱の側
部に絶縁層を設けたものである。
１，２又は３の発明において、上記各半導体微細柱の側
部に絶縁層を設けたものである。
【００１６】請求項５の発明の講じた手段は、請求項４
の発明において、上記絶縁層を、各半導体微細柱間の隙
間を埋めるように形成したものである。
の発明において、上記絶縁層を、各半導体微細柱間の隙
間を埋めるように形成したものである。
【００１７】請求項６の発明の講じた手段は、請求項５
の発明において、上記半導体微細柱及び絶縁層を、半導
体微細柱の軸方向に対してほぼ同じ寸法に形成され、先
端部が平坦化したものである。
の発明において、上記半導体微細柱及び絶縁層を、半導
体微細柱の軸方向に対してほぼ同じ寸法に形成され、先
端部が平坦化したものである。
【００１８】請求項７の発明の講じた手段は、請求項
４，５又は６の発明において、上記絶縁層を、酸化物で
構成したものである。
４，５又は６の発明において、上記絶縁層を、酸化物で
構成したものである。
【００１９】請求項８の発明の講じた手段は、請求項
４，５又は６の発明において、上記絶縁層を、窒化物で
構成したものである。
４，５又は６の発明において、上記絶縁層を、窒化物で
構成したものである。
【００２０】請求項９の発明の講じた手段は、請求項５
又は６の発明において、上記絶縁層を、各半導体微細柱
の周囲の酸化層とその外側の窒化層との２層で構成した
ものである。
又は６の発明において、上記絶縁層を、各半導体微細柱
の周囲の酸化層とその外側の窒化層との２層で構成した
ものである。
【００２１】請求項１０の発明の講じた手段は、半導体
装置として、半導体基板と、上記半導体基板の表面から
所定深さまで延び、径方向の寸法が量子サイズ効果を生
じる程度に微細な半導体微細柱の集合体からなる量子化
領域とを設ける構成としたものである。
装置として、半導体基板と、上記半導体基板の表面から
所定深さまで延び、径方向の寸法が量子サイズ効果を生
じる程度に微細な半導体微細柱の集合体からなる量子化
領域とを設ける構成としたものである。
【００２２】請求項１１の発明の講じた手段は、請求項
１０の発明において、第１光信号を生成して上記量子化
領域に入光させる光信号生成手段を設け、上記量子化領
域を、上記光信号生成手段からの光信号を受けて、第２
光信号を生成するように構成したものである。
１０の発明において、第１光信号を生成して上記量子化
領域に入光させる光信号生成手段を設け、上記量子化領
域を、上記光信号生成手段からの光信号を受けて、第２
光信号を生成するように構成したものである。
【００２３】請求項１２の発明の講じた手段は、請求項
１１の発明において、上記光信号生成手段を、所定の光
信号を受けて上記第１光信号を生成する光変換素子とし
たものである。
１１の発明において、上記光信号生成手段を、所定の光
信号を受けて上記第１光信号を生成する光変換素子とし
たものである。
【００２４】請求項１３の発明の講じた手段は、請求項
１１又は１２の発明において、上記半導体基板の一部に
溝部を設け、上記量子化領域及び光信号生成手段を上記
溝部の両側部に設けて相対向させたものである。
１１又は１２の発明において、上記半導体基板の一部に
溝部を設け、上記量子化領域及び光信号生成手段を上記
溝部の両側部に設けて相対向させたものである。
【００２５】請求項１４の発明の講じた手段は、請求項
１１，１２又は１３の発明において、上記量子化領域で
生成される第２光信号を処理する回路を上記半導体基板
上に設けたものである。
１１，１２又は１３の発明において、上記量子化領域で
生成される第２光信号を処理する回路を上記半導体基板
上に設けたものである。
【００２６】請求項１５の発明の講じた手段は、請求項
１０の発明において、上記量子化領域の上に、上記各半
導体微細柱の上端部と電気的に接続される上部電極を設
け、上記半導体基板の上記各半導体微細柱の下端部に接
触する部分を下部電極として機能させたものである。
１０の発明において、上記量子化領域の上に、上記各半
導体微細柱の上端部と電気的に接続される上部電極を設
け、上記半導体基板の上記各半導体微細柱の下端部に接
触する部分を下部電極として機能させたものである。
【００２７】請求項１６の発明の講じた手段は、請求項
１５の発明において、上記上部電極と下部電極とを介し
て上記量子化領域に所定の第１電気信号を入力させる電
気信号入力手段を設け、上記量子化領域を、上記第１電
気信号を受けて第２光信号を生成するように構成したも
のである。
１５の発明において、上記上部電極と下部電極とを介し
て上記量子化領域に所定の第１電気信号を入力させる電
気信号入力手段を設け、上記量子化領域を、上記第１電
気信号を受けて第２光信号を生成するように構成したも
のである。
【００２８】請求項１７の発明の講じた手段は、請求項
１６の発明において、上記電気信号入力手段を、所定の
光信号を受けて上記第１電気信号を生成する受光素子で
構成したものである。
１６の発明において、上記電気信号入力手段を、所定の
光信号を受けて上記第１電気信号を生成する受光素子で
構成したものである。
【００２９】請求項１８の発明の講じた手段は、請求項
１６又は１７の発明において、上記量子化領域で生成さ
れる第２光信号を受けて、第３電気信号を生成する光検
出手段を設けたものである。
１６又は１７の発明において、上記量子化領域で生成さ
れる第２光信号を受けて、第３電気信号を生成する光検
出手段を設けたものである。
【００３０】請求項１９の発明の講じた手段は、請求項
１８の発明において、上記量子化領域を、上記第１電気
信号の電圧値が所定値以上であるときに第２光信号を生
成するように構成したものである。
１８の発明において、上記量子化領域を、上記第１電気
信号の電圧値が所定値以上であるときに第２光信号を生
成するように構成したものである。
【００３１】請求項２０の発明の講じた手段は、請求項
１８の発明において、上記光検出手段を、上記半導体基
板上の上記量子化領域とは異なる部位に設け、径方向の
寸法が量子サイズ効果を生じる程度に微細な半導体微細
柱の集合体で構成したものである。
１８の発明において、上記光検出手段を、上記半導体基
板上の上記量子化領域とは異なる部位に設け、径方向の
寸法が量子サイズ効果を生じる程度に微細な半導体微細
柱の集合体で構成したものである。
【００３２】請求項２１の発明の講じた手段は、請求項
１８，１９又は２０の発明において、上記半導体基板に
溝部を形成し、上記量子化領域及び上記光検出手段を上
記溝の両側部に設けて相対向させたものである。
１８，１９又は２０の発明において、上記半導体基板に
溝部を形成し、上記量子化領域及び上記光検出手段を上
記溝の両側部に設けて相対向させたものである。
【００３３】請求項２２の発明の講じた手段は、請求項
１５の発明において、上記量子化領域を、第１光信号を
受けて、上記各半導体微細柱の上端部−下端部間の電位
差で表わされる第２電気信号を生成するように構成し、
さらに、上記第１光信号を生成して上記量子化領域に入
射させる光信号生成手段と、上記量子化領域で生成され
る第２電気信号を処理する電気回路とを設けたものであ
る。
１５の発明において、上記量子化領域を、第１光信号を
受けて、上記各半導体微細柱の上端部−下端部間の電位
差で表わされる第２電気信号を生成するように構成し、
さらに、上記第１光信号を生成して上記量子化領域に入
射させる光信号生成手段と、上記量子化領域で生成され
る第２電気信号を処理する電気回路とを設けたものであ
る。
【００３４】請求項２３の発明の講じた手段は、請求項
１６又は１７の発明において、上記活性領域内の各半導
体微細柱に軸方向の応力を生ぜしめる応力発生手段を設
け、上記量子化領域を、上記第１電気信号を受けて、上
記各半導体微細柱の応力に応じた波長を有する第２光信
号を生成するように構成したものである。
１６又は１７の発明において、上記活性領域内の各半導
体微細柱に軸方向の応力を生ぜしめる応力発生手段を設
け、上記量子化領域を、上記第１電気信号を受けて、上
記各半導体微細柱の応力に応じた波長を有する第２光信
号を生成するように構成したものである。
【００３５】請求項２４の発明の講じた手段は、請求項
２３の発明において、上記応力発生手段を、上記上部電
極と、上部電極に連結され外部からの機械的力を伝達す
るプローブとで構成したものである。
２３の発明において、上記応力発生手段を、上記上部電
極と、上部電極に連結され外部からの機械的力を伝達す
るプローブとで構成したものである。
【００３６】請求項２５の発明の講じた手段は、請求請
求項１０，１５，２３又は２４の発明において、上記各
半導体微細柱を、上記半導体基板の表面にほぼ垂直に形
成したものである。
求項１０，１５，２３又は２４の発明において、上記各
半導体微細柱を、上記半導体基板の表面にほぼ垂直に形
成したものである。
【００３７】請求項２６の発明の講じた手段は、請求項
１５，１６，１７，１８，１９又は２０の発明におい
て、上記上部電極を、透明性物質で構成したものであ
る。
１５，１６，１７，１８，１９又は２０の発明におい
て、上記上部電極を、透明性物質で構成したものであ
る。
【００３８】請求項２７の発明の講じた手段は、請求項
２６の発明において、上記上部電極の上に、上記量子化
領域で生成される光信号を集光する集光手段を設けたも
のである。
２６の発明において、上記上部電極の上に、上記量子化
領域で生成される光信号を集光する集光手段を設けたも
のである。
【００３９】請求項２８の発明の講じた手段は、請求項
２６の発明において、上記量子化領域を、上記半導体微
細柱の集合体が半導体基板の表面に並行な面内で直線縞
状に形成されてなる複数の直線縞状活性層に区画し、上
記各直線縞状活性層間を分離絶縁する直線縞状分離層を
介設し、上記直線縞状活性層と直線縞状分離層とを１次
元フレネルレンズを構成するよう交互に配置したもので
ある。
２６の発明において、上記量子化領域を、上記半導体微
細柱の集合体が半導体基板の表面に並行な面内で直線縞
状に形成されてなる複数の直線縞状活性層に区画し、上
記各直線縞状活性層間を分離絶縁する直線縞状分離層を
介設し、上記直線縞状活性層と直線縞状分離層とを１次
元フレネルレンズを構成するよう交互に配置したもので
ある。
【００４０】請求項２９の発明の講じた手段は、請求項
２６の発明において、上記量子化領域を、上記半導体微
細柱の集合体が半導体基板の表面に並行な面内でリング
状に形成されてなる複数のリング状活性層に区画し、上
記各リング状活性層間を分離絶縁するリング状分離層を
介設し、上記リング状活性層とリング状分離層とを２次
元フレネルレンズを構成するよう交互に配置したもので
ある。
２６の発明において、上記量子化領域を、上記半導体微
細柱の集合体が半導体基板の表面に並行な面内でリング
状に形成されてなる複数のリング状活性層に区画し、上
記各リング状活性層間を分離絶縁するリング状分離層を
介設し、上記リング状活性層とリング状分離層とを２次
元フレネルレンズを構成するよう交互に配置したもので
ある。
【００４１】請求項３０の発明の講じた手段は、請求項
２６，２７，２８又は２９の発明において、上記量子化
領域の複数個が上記半導体基板の上で所定の平面的パタ
ーンを有するように配置し、半導体装置を光学的表示素
子として機能させたものである。
２６，２７，２８又は２９の発明において、上記量子化
領域の複数個が上記半導体基板の上で所定の平面的パタ
ーンを有するように配置し、半導体装置を光学的表示素
子として機能させたものである。
【００４２】請求項３１の発明の講じた手段は、請求項
１６，１７又は３０の発明において、上記半導体基板上
に自己検査回路を付設したＬＳＩを設け、上記量子化領
域を、上記ＬＳＩの自己検査回路内に設けたものであ
る。
１６，１７又は３０の発明において、上記半導体基板上
に自己検査回路を付設したＬＳＩを設け、上記量子化領
域を、上記ＬＳＩの自己検査回路内に設けたものであ
る。
【００４３】請求項３２の発明の講じた手段は、請求項
１０，１５又は２５の発明において、上記各半導体微細
柱を、互いに分離して形成したものである。
１０，１５又は２５の発明において、上記各半導体微細
柱を、互いに分離して形成したものである。
【００４４】請求項３３の発明の講じた手段は、請求項
１０，１５，２５又は３２の発明において、上記各半導
体微細柱の側部に絶縁層を設けたものである。
１０，１５，２５又は３２の発明において、上記各半導
体微細柱の側部に絶縁層を設けたものである。
【００４５】請求項３４の発明の講じた手段は、請求項
３３の発明において、上記各絶縁層を、各半導体微細柱
間の隙間を埋めて一体化されているように構成したもの
である。
３３の発明において、上記各絶縁層を、各半導体微細柱
間の隙間を埋めて一体化されているように構成したもの
である。
【００４６】請求項３５の発明の講じた手段は、請求項
３４の発明において、上記各半導体微細柱及び絶縁層
を、上記半導体微細柱の軸方向に対してほぼ同じ寸法に
形成し、先端部を平坦化したものである。
３４の発明において、上記各半導体微細柱及び絶縁層
を、上記半導体微細柱の軸方向に対してほぼ同じ寸法に
形成し、先端部を平坦化したものである。
【００４７】請求項３６の発明の講じた手段は、請求項
３３，３４又は３５の発明において、上記絶縁層を、酸
化物で構成したものである。
３３，３４又は３５の発明において、上記絶縁層を、酸
化物で構成したものである。
【００４８】請求項３７の発明の講じた手段は、請求項
３３，３４又は３５の発明において、上記絶縁層を、窒
化物で構成したものである。
３３，３４又は３５の発明において、上記絶縁層を、窒
化物で構成したものである。
【００４９】請求項３８の発明の講じた手段は、請求項
３４又は３５の発明において、上記絶縁層を、各半導体
微細柱の周囲の酸化層とその外側の窒化層との２層で構
成したものである。
３４又は３５の発明において、上記絶縁層を、各半導体
微細柱の周囲の酸化層とその外側の窒化層との２層で構
成したものである。
【００５０】請求項３９の発明の講じた手段は、請求項
１０，１５，２５，３２，３３，３４，３５，３６，３
７又は３８の発明において、上記半導体基板の量子化領
域の側方に、上記量子化領域を他の領域から分離するよ
うに取り囲む絶縁分離層を設けたものである。
１０，１５，２５，３２，３３，３４，３５，３６，３
７又は３８の発明において、上記半導体基板の量子化領
域の側方に、上記量子化領域を他の領域から分離するよ
うに取り囲む絶縁分離層を設けたものである。
【００５１】請求項４０の発明の講じた手段は、請求項
１０，１５，２５，３２，３３，３４，３５，３６，３
７，３８又は３９の発明において、上記量子化領域内の
各半導体微細柱の下端部と半導体基板との間に、絶縁膜
を介設したものである。
１０，１５，２５，３２，３３，３４，３５，３６，３
７，３８又は３９の発明において、上記量子化領域内の
各半導体微細柱の下端部と半導体基板との間に、絶縁膜
を介設したものである。
【００５２】請求項４１の発明の講じた手段は、請求項
１０、１５，２５，３２，３３，３４，３５，３６，３
７，３８，３９又は４０の発明において、上記各半導体
微細柱の軸方向にｐｎ接合部を形成したものである。
１０、１５，２５，３２，３３，３４，３５，３６，３
７，３８，３９又は４０の発明において、上記各半導体
微細柱の軸方向にｐｎ接合部を形成したものである。
【００５３】請求項４２の発明の講じた手段は、請求項
３９の発明において、上記絶縁分離層を貫通して上記半
導体基板の下部電極に接続する側方電極を設けたもので
ある。
３９の発明において、上記絶縁分離層を貫通して上記半
導体基板の下部電極に接続する側方電極を設けたもので
ある。
【００５４】請求項４３の発明の講じた手段は、請求項
４２の発明において、上記側方電極を、量子化領域を取
り囲むように複数個設け、上記各側方電極に同一周波数
の高周波電力をその位相が順次変化するように印加する
高周波電源を印加する高周波電力印加手段を設けたもの
である。
４２の発明において、上記側方電極を、量子化領域を取
り囲むように複数個設け、上記各側方電極に同一周波数
の高周波電力をその位相が順次変化するように印加する
高周波電源を印加する高周波電力印加手段を設けたもの
である。
【００５５】請求項４４の発明の講じた手段は、半導体
微細柱の製造方法として、半導体基板の上に、径方向の
寸法が上記半導体の量子サイズ効果を生じる寸法に対応
する程度に微小な多数の点状領域を覆う第１点状マスク
を形成する工程と、上記第１点状マスクを用いて、上記
半導体基板をエッチングして、軸方向が互いにほぼ平行
となるように並ぶ多数の半導体微細柱を形成する工程と
を有する方法である。
微細柱の製造方法として、半導体基板の上に、径方向の
寸法が上記半導体の量子サイズ効果を生じる寸法に対応
する程度に微小な多数の点状領域を覆う第１点状マスク
を形成する工程と、上記第１点状マスクを用いて、上記
半導体基板をエッチングして、軸方向が互いにほぼ平行
となるように並ぶ多数の半導体微細柱を形成する工程と
を有する方法である。
【００５６】請求項４５の発明の講じた手段は、半導体
微細柱の製造方法として、半導体基板の上に、絶縁膜を
堆積する工程と、上記絶縁膜の上に、径方向の寸法が上
記半導体の量子サイズ効果を生じる寸法に対応する程度
に微小な多数の点状領域を覆う第１点状マスクを形成す
る工程と、上記第１点状マスクを用いて、上記絶縁膜を
パターニングし、径方向の寸法が上記半導体の量子サイ
ズ効果を生じる寸法に対応する程度に微小な多数の点状
絶縁膜からなる第２点状マスクを形成する工程と、上記
第２点状マスクを用いて半導体基板をエッチングして、
軸方向が互いにほぼ平行となるように並ぶ多数の半導体
微細柱を形成する工程とを有する方法である。
微細柱の製造方法として、半導体基板の上に、絶縁膜を
堆積する工程と、上記絶縁膜の上に、径方向の寸法が上
記半導体の量子サイズ効果を生じる寸法に対応する程度
に微小な多数の点状領域を覆う第１点状マスクを形成す
る工程と、上記第１点状マスクを用いて、上記絶縁膜を
パターニングし、径方向の寸法が上記半導体の量子サイ
ズ効果を生じる寸法に対応する程度に微小な多数の点状
絶縁膜からなる第２点状マスクを形成する工程と、上記
第２点状マスクを用いて半導体基板をエッチングして、
軸方向が互いにほぼ平行となるように並ぶ多数の半導体
微細柱を形成する工程とを有する方法である。
【００５７】請求項４６の発明の講じた手段は、請求項
４４又は４５の発明において、上記第１点状マスクを形
成する工程では、上記半導体基板の上にフォトレジスト
を塗布し、さらに該フォトレジスト膜の一部を原子間顕
微鏡のカンチレバーの探針を用いて点状領域が残存する
ように機械的に除去し、フォトレジスト膜の残存する部
分を上記第１点状マスクとする方法である。
４４又は４５の発明において、上記第１点状マスクを形
成する工程では、上記半導体基板の上にフォトレジスト
を塗布し、さらに該フォトレジスト膜の一部を原子間顕
微鏡のカンチレバーの探針を用いて点状領域が残存する
ように機械的に除去し、フォトレジスト膜の残存する部
分を上記第１点状マスクとする方法である。
【００５８】請求項４７の発明の講じた手段は、請求項
４４又は４５の発明において、上記第１点状マスクを形
成する工程では、上記半導体基板の上にフォトレジスト
を塗布し、さらに該フォトレジスト膜を光の干渉による
ドットマトリクスパターン部分が残存するようにパター
ニングし、このフォトレジスト膜の残存する部分を上記
第１点状マスクとする方法である。
４４又は４５の発明において、上記第１点状マスクを形
成する工程では、上記半導体基板の上にフォトレジスト
を塗布し、さらに該フォトレジスト膜を光の干渉による
ドットマトリクスパターン部分が残存するようにパター
ニングし、このフォトレジスト膜の残存する部分を上記
第１点状マスクとする方法である。
【００５９】請求項４８の発明の講じた手段は、請求項
４４又は４５の発明において、上記第１点状マスクを形
成する工程では、粒状体を堆積するように行う方法であ
る。
４４又は４５の発明において、上記第１点状マスクを形
成する工程では、粒状体を堆積するように行う方法であ
る。
【００６０】請求項４９の発明の講じた手段は、請求項
４４又は４５の発明において、上記半導体微細柱の集合
体を形成する工程の後に、上記点状マスクを除去する工
程を有する方法である。
４４又は４５の発明において、上記半導体微細柱の集合
体を形成する工程の後に、上記点状マスクを除去する工
程を有する方法である。
【００６１】請求項５０の発明の講じた手段は、請求項
４８又は４９の発明において、上記第１点状マスクを形
成する工程では、半導体物質のグレインを粒状体として
形成する方法である。
４８又は４９の発明において、上記第１点状マスクを形
成する工程では、半導体物質のグレインを粒状体として
形成する方法である。
【００６２】請求項５１の発明の講じた手段は、請求項
４８又は４９の発明において、上記第１点状マスクを形
成する工程では、半導体物質のグレイン成長の核となる
金属の種を粒状体として形成する方法である。
４８又は４９の発明において、上記第１点状マスクを形
成する工程では、半導体物質のグレイン成長の核となる
金属の種を粒状体として形成する方法である。
【００６３】請求項５２の発明の講じた手段は、請求項
４８又は４９の発明において、上記第１点状マスクを形
成する工程では、金属の種を形成し、この核の周囲に半
導体物質のグレインを粒状体として成長させる方法であ
る。
４８又は４９の発明において、上記第１点状マスクを形
成する工程では、金属の種を形成し、この核の周囲に半
導体物質のグレインを粒状体として成長させる方法であ
る。
【００６４】請求項５３の発明の講じた手段は、請求項
４８又は４９の発明において、上記第１点状マスクを形
成する工程では、＜３１１＞配向をもつシリコン結晶か
らなるグレインを粒状体として形成する方法である。
４８又は４９の発明において、上記第１点状マスクを形
成する工程では、＜３１１＞配向をもつシリコン結晶か
らなるグレインを粒状体として形成する方法である。
【００６５】請求項５４の発明の講じた手段は、請求項
４８又は４９の発明において、上記第１点状マスクを形
成する工程では、アモルファスシリコンからなるグレイ
ンを粒状体として形成する方法である。
４８又は４９の発明において、上記第１点状マスクを形
成する工程では、アモルファスシリコンからなるグレイ
ンを粒状体として形成する方法である。
【００６６】請求項５５の発明の講じた手段は、請求項
４８，４９，５０，５１，５２，５３又は５４の発明に
おいて、上記第１点状マスクの形成工程の後に、上記粒
状体を少なくとも１回アニールして、被着体との界面の
面積を縮小させる工程を含む方法である。
４８，４９，５０，５１，５２，５３又は５４の発明に
おいて、上記第１点状マスクの形成工程の後に、上記粒
状体を少なくとも１回アニールして、被着体との界面の
面積を縮小させる工程を含む方法である。
【００６７】請求項５６の発明の講じた手段は、請求項
４４，４５，４６，４７，４８，４９，５０，５１，５
２，５３，５４又は５５の発明において、上記半導体微
細柱の周囲に絶縁層を形成する工程を有する方法であ
る。
４４，４５，４６，４７，４８，４９，５０，５１，５
２，５３，５４又は５５の発明において、上記半導体微
細柱の周囲に絶縁層を形成する工程を有する方法であ
る。
【００６８】請求項５７の発明の講じた手段は、請求項
５６の発明において、上記絶縁層を形成する工程では、
各半導体微細柱間の隙間を絶縁層で埋めるように行う方
法である。
５６の発明において、上記絶縁層を形成する工程では、
各半導体微細柱間の隙間を絶縁層で埋めるように行う方
法である。
【００６９】請求項５８の発明の講じた手段は、請求項
５６又は５７の発明において、上記絶縁層を形成する工
程を、ＣＶＤ法により行う方法である。
５６又は５７の発明において、上記絶縁層を形成する工
程を、ＣＶＤ法により行う方法である。
【００７０】請求項５９の発明の講じた手段は、請求項
５６又は５７の発明において、上記絶縁層を形成する工
程を、半導体微細柱の側部及び先端部の表面を酸化する
ことにより行う方法である。
５６又は５７の発明において、上記絶縁層を形成する工
程を、半導体微細柱の側部及び先端部の表面を酸化する
ことにより行う方法である。
【００７１】請求項６０の発明の講じた手段は、半導体
装置の製造方法として、半導体基板の上に、径方向の寸
法が上記半導体の量子サイズ効果を生じる寸法に対応す
る程度に微小な多数の点状領域を覆う第１点状マスクを
形成する工程と、上記第１点状マスクを用いて、上記半
導体基板をエッチングして、軸方向が互いにほぼ平行と
なるように並ぶ多数の半導体微細柱の集合体を形成する
工程と、上記第１点状マスクを除去する工程と、上記各
半導体微細柱の先端上に、各半導体微細柱と電気的に接
続する上部電極を形成する工程とを有する方法である。
装置の製造方法として、半導体基板の上に、径方向の寸
法が上記半導体の量子サイズ効果を生じる寸法に対応す
る程度に微小な多数の点状領域を覆う第１点状マスクを
形成する工程と、上記第１点状マスクを用いて、上記半
導体基板をエッチングして、軸方向が互いにほぼ平行と
なるように並ぶ多数の半導体微細柱の集合体を形成する
工程と、上記第１点状マスクを除去する工程と、上記各
半導体微細柱の先端上に、各半導体微細柱と電気的に接
続する上部電極を形成する工程とを有する方法である。
【００７２】請求項６１の発明の講じた手段は、半導体
装置の製造方法として、半導体基板の上に、絶縁膜を堆
積する工程と、上記絶縁膜の上に、径方向の寸法が上記
半導体の量子サイズ効果を生じる寸法に対応する程度に
微小な多数の点状領域を覆う第１点状マスクを形成する
工程と、上記第１点状マスクを用いて、上記絶縁膜をパ
ターニングし、径方向の寸法が上記半導体の量子サイズ
効果を生じる寸法に対応する程度に微小な多数の点状絶
縁膜からなる第２点状マスクを形成する工程と、上記第
２点状マスクを用いて半導体基板をエッチングして、軸
方向が互いにほぼ平行となるように並ぶ多数の半導体微
細柱の集合体を形成する工程と、少なくとも上記第１点
状マスクを除去する工程と、上記各半導体微細柱の先端
上に、各半導体微細柱と電気的に接続する上部電極を形
成する工程とを有する方法である。
装置の製造方法として、半導体基板の上に、絶縁膜を堆
積する工程と、上記絶縁膜の上に、径方向の寸法が上記
半導体の量子サイズ効果を生じる寸法に対応する程度に
微小な多数の点状領域を覆う第１点状マスクを形成する
工程と、上記第１点状マスクを用いて、上記絶縁膜をパ
ターニングし、径方向の寸法が上記半導体の量子サイズ
効果を生じる寸法に対応する程度に微小な多数の点状絶
縁膜からなる第２点状マスクを形成する工程と、上記第
２点状マスクを用いて半導体基板をエッチングして、軸
方向が互いにほぼ平行となるように並ぶ多数の半導体微
細柱の集合体を形成する工程と、少なくとも上記第１点
状マスクを除去する工程と、上記各半導体微細柱の先端
上に、各半導体微細柱と電気的に接続する上部電極を形
成する工程とを有する方法である。
【００７３】請求項６２の発明の講じた手段は、請求項
６０又は６１の発明において、上記第１点状マスクを形
成する工程では、上記半導体基板の上にフォトレジスト
を塗布し、さらに該フォトレジスト膜の一部を原子間顕
微鏡のカンチレバーの探針を用いて点状領域が残存する
ように機械的に除去し、フォトレジスト膜の残存する部
分を上記第１点状マスクとする方法である。
６０又は６１の発明において、上記第１点状マスクを形
成する工程では、上記半導体基板の上にフォトレジスト
を塗布し、さらに該フォトレジスト膜の一部を原子間顕
微鏡のカンチレバーの探針を用いて点状領域が残存する
ように機械的に除去し、フォトレジスト膜の残存する部
分を上記第１点状マスクとする方法である。
【００７４】請求項６３の発明の講じた手段は、請求項
６０又は６１の発明において、上記第１点状マスクを形
成する工程では、上記半導体基板の上にフォトレジスト
を塗布し、さらに該フォトレジスト膜を光の干渉による
ドットマトリクスパターン部分が残存するようにパター
ニングし、このフォトレジスト膜の残存する部分を上記
第１点状マスクとする方法である。
６０又は６１の発明において、上記第１点状マスクを形
成する工程では、上記半導体基板の上にフォトレジスト
を塗布し、さらに該フォトレジスト膜を光の干渉による
ドットマトリクスパターン部分が残存するようにパター
ニングし、このフォトレジスト膜の残存する部分を上記
第１点状マスクとする方法である。
【００７５】請求項６４の発明の講じた手段は、請求項
６０又は６１の発明において、上記第１点状マスクを形
成する工程は、粒状体を堆積するように行う方法であ
る。
６０又は６１の発明において、上記第１点状マスクを形
成する工程は、粒状体を堆積するように行う方法であ
る。
【００７６】請求項６５の発明の講じた手段は、請求項
６０又は６１記載の半導体装置の製造方法において、上
記第１第１点状マスクを形成する工程では、半導体物質
のグレインを粒状体として形成する方法である。
６０又は６１記載の半導体装置の製造方法において、上
記第１第１点状マスクを形成する工程では、半導体物質
のグレインを粒状体として形成する方法である。
【００７７】請求項６６の発明の講じた手段は、請求項
６０又は６１の発明において、上記第１点状マスクを形
成する工程では、半導体物質のグレイン成長の核となる
金属の種を粒状体として形成する方法である。
６０又は６１の発明において、上記第１点状マスクを形
成する工程では、半導体物質のグレイン成長の核となる
金属の種を粒状体として形成する方法である。
【００７８】請求項６７の発明の講じた手段は、請求項
６０又は６１の発明において、上記第１点状マスクを形
成する工程では、成長核となる金属の種を形成し、この
核の周囲に半導体物質のグレインを粒状体として成長さ
せる方法である。
６０又は６１の発明において、上記第１点状マスクを形
成する工程では、成長核となる金属の種を形成し、この
核の周囲に半導体物質のグレインを粒状体として成長さ
せる方法である。
【００７９】請求項６８の発明の講じた手段は、請求項
６０又は６１の発明において、上記第１点状マスクを形
成する工程では、＜３１１＞配向をもつシリコン結晶か
らなるグレインを粒状体として形成する方法である。
６０又は６１の発明において、上記第１点状マスクを形
成する工程では、＜３１１＞配向をもつシリコン結晶か
らなるグレインを粒状体として形成する方法である。
【００８０】請求項６９の発明の講じた手段は、請求項
６０又は６１の発明において、上記第１点状マスクを形
成する工程では、アモルファスシリコンからなるグレイ
ンを粒状体として形成する方法である。
６０又は６１の発明において、上記第１点状マスクを形
成する工程では、アモルファスシリコンからなるグレイ
ンを粒状体として形成する方法である。
【００８１】請求項７０の発明の講じた手段は、請求項
６４，６５，６６，６７，６８又は６９の発明におい
て、上記第１点状マスクの形成工程の後に、上記粒状体
を少なくとも１回アニールして、被着体との界面の面積
を縮小させる工程を有する方法である。
６４，６５，６６，６７，６８又は６９の発明におい
て、上記第１点状マスクの形成工程の後に、上記粒状体
を少なくとも１回アニールして、被着体との界面の面積
を縮小させる工程を有する方法である。
【００８２】請求項７１の発明の講じた手段は、請求項
６０，６１，６２，６３，６４，６５，６６，６７，６
８，６９又は７１の発明において、上記各半導体微細柱
の周囲に絶縁層を形成する工程を含む方法である。
６０，６１，６２，６３，６４，６５，６６，６７，６
８，６９又は７１の発明において、上記各半導体微細柱
の周囲に絶縁層を形成する工程を含む方法である。
【００８３】請求項７２の発明の講じた手段は、請求項
７１の発明において、上記絶縁層を形成する工程を、各
半導体微細柱間の隙間を絶縁層で埋めるように行う方法
である。
７１の発明において、上記絶縁層を形成する工程を、各
半導体微細柱間の隙間を絶縁層で埋めるように行う方法
である。
【００８４】請求項７３の発明の講じた手段は、請求項
７１又は７２の発明において、上記絶縁層を形成する工
程を、ＣＶＤ法により行う方法である。
７１又は７２の発明において、上記絶縁層を形成する工
程を、ＣＶＤ法により行う方法である。
【００８５】請求項７４の発明の講じた手段は、請求項
７１又は７２の発明において、上記絶縁層を形成する工
程を、上記各半導体微細柱の側部及び先端部の表面を酸
化することにより行う方法である。
７１又は７２の発明において、上記絶縁層を形成する工
程を、上記各半導体微細柱の側部及び先端部の表面を酸
化することにより行う方法である。
【００８６】請求項７５の発明の講じた手段は、請求項
６０，６１，６２，６３，６４，６５，６６，６７，６
８，６９，７０，７１，７２，７３又は７４の発明にお
いて、上記半導体基板にｐｎ接合を形成する工程を有
し、上記半導体微細柱の集合体を形成する工程では、少
なくとも上記ｐｎ接合部よりも下方まで各半導体微細柱
を形成する方法である。
６０，６１，６２，６３，６４，６５，６６，６７，６
８，６９，７０，７１，７２，７３又は７４の発明にお
いて、上記半導体基板にｐｎ接合を形成する工程を有
し、上記半導体微細柱の集合体を形成する工程では、少
なくとも上記ｐｎ接合部よりも下方まで各半導体微細柱
を形成する方法である。
【００８７】請求項７６の発明の講じた手段は、請求項
６０，６１，６２，６３，６４，６５，６６，６７，６
８，６９，７０，７１，７２，７３，７４又は７５の発
明において、上記半導体微細柱の集合体の側方に、半導
体微細柱の集合体を他の領域から分離するように取り囲
む絶縁分離層を形成する工程を有する方法である。
６０，６１，６２，６３，６４，６５，６６，６７，６
８，６９，７０，７１，７２，７３，７４又は７５の発
明において、上記半導体微細柱の集合体の側方に、半導
体微細柱の集合体を他の領域から分離するように取り囲
む絶縁分離層を形成する工程を有する方法である。
【００８８】請求項７７の発明の講じた手段は、請求項
７６の発明において、上記絶縁分離層を貫通して、半導
体基板に接続する側方電極を形成する工程を有する方法
である。
７６の発明において、上記絶縁分離層を貫通して、半導
体基板に接続する側方電極を形成する工程を有する方法
である。
【００８９】請求項７８の発明の講じた手段は、請求項
７７の発明において、上記側方電極を形成する工程で
は、複数個の側方電極を形成する方法である。
７７の発明において、上記側方電極を形成する工程で
は、複数個の側方電極を形成する方法である。
【００９０】
【作用】以上の構成により、請求項１の発明では、半導
体微細柱の集合体において、各半導体微細柱の径が量子
サイズ効果を生じる程度に小さく形成されているので、
半導体のバンド幅が拡大し、通常のサイズでは励起され
た電子が間接遷移する種類の半導体でも直接遷移型に移
行する。したがって、半導体微細柱を構成する半導体が
間接遷移型である場合でも、半導体微細柱の集合体に光
が照射されると、量子サイズ効果により、フォトルミネ
ッセンスが生じ、半導体微細柱の抵抗値が変化し、ある
いはエレクトロルミネッセンスが生じるので、この半導
体微細柱の集合体をそのまま波長変換素子、受光素子、
発光素子等に利用することが可能になる。
体微細柱の集合体において、各半導体微細柱の径が量子
サイズ効果を生じる程度に小さく形成されているので、
半導体のバンド幅が拡大し、通常のサイズでは励起され
た電子が間接遷移する種類の半導体でも直接遷移型に移
行する。したがって、半導体微細柱を構成する半導体が
間接遷移型である場合でも、半導体微細柱の集合体に光
が照射されると、量子サイズ効果により、フォトルミネ
ッセンスが生じ、半導体微細柱の抵抗値が変化し、ある
いはエレクトロルミネッセンスが生じるので、この半導
体微細柱の集合体をそのまま波長変換素子、受光素子、
発光素子等に利用することが可能になる。
【００９１】その場合、従来のような多孔質シリコン等
とは異なり、各半導体微細柱が柱状であるので、軸方向
に直交する面内における径の寸法が、どの方位にあって
も量子サイズ効果を生じる程度に小さくなり、かつ均一
化される。したがって、量子サイズ効果が高くなり、か
つ確実に再現される。
とは異なり、各半導体微細柱が柱状であるので、軸方向
に直交する面内における径の寸法が、どの方位にあって
も量子サイズ効果を生じる程度に小さくなり、かつ均一
化される。したがって、量子サイズ効果が高くなり、か
つ確実に再現される。
【００９２】請求項２の発明では、半導体微細柱が基板
面にほぼ垂直に形成されていることで、フォトルミネッ
センスを生ぜしめるための光の入射効率がよくなるとと
もに、フォトルミネッセンスやエレクトロルミネッセン
スの発光の取出し効率が高くなることになる。
面にほぼ垂直に形成されていることで、フォトルミネッ
センスを生ぜしめるための光の入射効率がよくなるとと
もに、フォトルミネッセンスやエレクトロルミネッセン
スの発光の取出し効率が高くなることになる。
【００９３】請求項３の発明では、各半導体微細柱が互
いに分離して形成されているので、各半導体微細柱の各
部において径方向の寸法が量子サイズ効果を生じる程度
に微細となり、量子サイズ効果が確実に得られることに
なる。
いに分離して形成されているので、各半導体微細柱の各
部において径方向の寸法が量子サイズ効果を生じる程度
に微細となり、量子サイズ効果が確実に得られることに
なる。
【００９４】請求項４，５の発明では、各半導体微細柱
の側部の絶縁層に不純物が捕えられ、あるいは、不純物
の外部から半導体微細柱への侵入が阻止されるので、量
子サイズ効果の再現性例えば発光波長の再現性が良好と
なり、かつ量子サイズ効果を維持しうる寿命が長くな
る。
の側部の絶縁層に不純物が捕えられ、あるいは、不純物
の外部から半導体微細柱への侵入が阻止されるので、量
子サイズ効果の再現性例えば発光波長の再現性が良好と
なり、かつ量子サイズ効果を維持しうる寿命が長くな
る。
【００９５】請求項６の発明では、各半導体微細柱の先
端部が平坦化されているので、半導体微細柱の集合体に
上方から光を入射させ、あるいは電圧を印加させる場合
に、光の入射効率や電圧の印加効率が高くなる。
端部が平坦化されているので、半導体微細柱の集合体に
上方から光を入射させ、あるいは電圧を印加させる場合
に、光の入射効率や電圧の印加効率が高くなる。
【００９６】請求項７の発明では、半導体微細柱周囲の
絶縁層が酸化物で構成されている場合、酸化物は一般的
に屈折率の低い物質なので、半導体微細柱の横方向への
発光の取出し及び横方向からの光の入射が可能となる。
絶縁層が酸化物で構成されている場合、酸化物は一般的
に屈折率の低い物質なので、半導体微細柱の横方向への
発光の取出し及び横方向からの光の入射が可能となる。
【００９７】請求項８の発明では、絶縁層が窒化物で構
成されている場合、半導体微細柱には周囲の絶縁層との
熱膨張係数の相違による圧縮応力が作用するので、半導
体微細柱中におけるキャリアの励起作用が大きくなり、
量子サイズ効果の発現が顕著になる。
成されている場合、半導体微細柱には周囲の絶縁層との
熱膨張係数の相違による圧縮応力が作用するので、半導
体微細柱中におけるキャリアの励起作用が大きくなり、
量子サイズ効果の発現が顕著になる。
【００９８】請求項９の発明では、半導体微細柱の周囲
が酸化物で構成されているので、熱酸化により容易に形
成可能となり、かつ、その外側では半導体微細柱間の隙
間が窒化物で埋められているので、熱膨張係数の相違に
より半導体微細柱に圧縮応力が印加され、量子サイズ効
果の発現が顕著になる。
が酸化物で構成されているので、熱酸化により容易に形
成可能となり、かつ、その外側では半導体微細柱間の隙
間が窒化物で埋められているので、熱膨張係数の相違に
より半導体微細柱に圧縮応力が印加され、量子サイズ効
果の発現が顕著になる。
【００９９】請求項１０，１１，１２，１４の発明で
は、半導体装置において、量子化領域に光が照射される
と、量子化領域のキャリアが励起され、発光を生じる。
したがって、この状態で半導体装置が光変換素子として
機能する。
は、半導体装置において、量子化領域に光が照射される
と、量子化領域のキャリアが励起され、発光を生じる。
したがって、この状態で半導体装置が光変換素子として
機能する。
【０１００】請求項１３，２１の発明では、半導体装置
が２次元集積回路システムを構成しても、３次元集積回
路システムに匹敵する高い情報処理機能を有することに
なる。
が２次元集積回路システムを構成しても、３次元集積回
路システムに匹敵する高い情報処理機能を有することに
なる。
【０１０１】請求項１５，１６，１７，１８，１９，２
０，２２の発明では、上部電極を介して電圧が印加さ
れ、あるいは光が照射されると、半導体微細柱の集合体
が量子サイズ効果によって発光するので、半導体装置が
発光素子，波長変換素子として機能する。また、量子化
領域に光が照射されると、半導体微細柱の抵抗値が変化
するので、上部電極を介して抵抗値の変化を検知するこ
とで、半導体装置が検知感度のよい受光素子等として機
能することになる。
０，２２の発明では、上部電極を介して電圧が印加さ
れ、あるいは光が照射されると、半導体微細柱の集合体
が量子サイズ効果によって発光するので、半導体装置が
発光素子，波長変換素子として機能する。また、量子化
領域に光が照射されると、半導体微細柱の抵抗値が変化
するので、上部電極を介して抵抗値の変化を検知するこ
とで、半導体装置が検知感度のよい受光素子等として機
能することになる。
【０１０２】請求項２３，２４の発明では、量子化領域
を介して力が光信号に変換されるので、力−光変換素子
を構成することが可能となる。
を介して力が光信号に変換されるので、力−光変換素子
を構成することが可能となる。
【０１０３】請求項２５の発明では、半導体微細柱が基
板面にほぼ垂直に形成されていることで、フォトルミネ
ッセンスを生ぜしめるための光の入射効率がよくなると
ともに、フォトルミネッセンスやエレクトロルミネッセ
ンスの発光の取出し効率が高くなることになる。
板面にほぼ垂直に形成されていることで、フォトルミネ
ッセンスを生ぜしめるための光の入射効率がよくなると
ともに、フォトルミネッセンスやエレクトロルミネッセ
ンスの発光の取出し効率が高くなることになる。
【０１０４】請求項２６の発明では、半導体装置の上部
電極が透明なので、量子化領域への光の入射及び量子化
領域からの光の取出しが確保されることになる。
電極が透明なので、量子化領域への光の入射及び量子化
領域からの光の取出しが確保されることになる。
【０１０５】請求項２７の発明では、量子化領域から出
力される第２光信号を光ファイバー等を介して、外部に
伝達する際の伝達効率が向上する。
力される第２光信号を光ファイバー等を介して、外部に
伝達する際の伝達効率が向上する。
【０１０６】請求項２８の発明では、半導体微細柱の集
合体からなる帯状活性層と帯状分離層とが交互に配置さ
れて１次元フレネルレンズを構成しているので、別途光
学系を設けることなく、設計された線上に発光を集光さ
せ、あるいは線状光源から量子化領域に光を入射させる
ことが可能となる。
合体からなる帯状活性層と帯状分離層とが交互に配置さ
れて１次元フレネルレンズを構成しているので、別途光
学系を設けることなく、設計された線上に発光を集光さ
せ、あるいは線状光源から量子化領域に光を入射させる
ことが可能となる。
【０１０７】請求項２９の発明では、半導体微細柱の集
合体からなる帯状活性層と帯状分離層とが交互に配置さ
れて２次元フレネルレンズを構成しているので、別途光
学系を設けることなく、設計された点上に発光を集光さ
せ、あるいは点状光源から量子化領域に光を入射させる
ことが可能となる。
合体からなる帯状活性層と帯状分離層とが交互に配置さ
れて２次元フレネルレンズを構成しているので、別途光
学系を設けることなく、設計された点上に発光を集光さ
せ、あるいは点状光源から量子化領域に光を入射させる
ことが可能となる。
【０１０８】請求項３０，３１の発明では、半導体装置
の情報処理能力がさらに向上する。
の情報処理能力がさらに向上する。
【０１０９】請求項３２の発明では、各半導体微細柱が
互いに分離して形成されているので、各半導体微細柱の
各部において径方向の寸法が量子サイズ効果を生じる程
度に微細となり、量子サイズ効果が確実に得られること
になる。
互いに分離して形成されているので、各半導体微細柱の
各部において径方向の寸法が量子サイズ効果を生じる程
度に微細となり、量子サイズ効果が確実に得られること
になる。
【０１１０】請求項３３，３４の発明では、各半導体微
細柱の側部の絶縁層に不純物が捕えられ、あるいは、不
純物の外部から半導体微細柱への侵入が阻止されるの
で、量子サイズ効果の再現性例えば発光波長の再現性が
良好となり、かつ量子サイズ効果を維持しうる寿命が長
くなる。
細柱の側部の絶縁層に不純物が捕えられ、あるいは、不
純物の外部から半導体微細柱への侵入が阻止されるの
で、量子サイズ効果の再現性例えば発光波長の再現性が
良好となり、かつ量子サイズ効果を維持しうる寿命が長
くなる。
【０１１１】請求項３５の発明では、各半導体微細柱の
先端部が平坦化されているので、半導体微細柱の集合体
に上方から光を入射させ、あるいは電圧を印加させる場
合に、光の入射効率や電圧の印加効率が高くなる。
先端部が平坦化されているので、半導体微細柱の集合体
に上方から光を入射させ、あるいは電圧を印加させる場
合に、光の入射効率や電圧の印加効率が高くなる。
【０１１２】請求項３６の発明では、半導体微細柱周囲
の絶縁層が酸化物で構成されている場合、酸化物は一般
的に屈折率の低い物質なので、半導体微細柱の横方向へ
の発光の取出し及び横方向からの光の入射が可能とな
る。
の絶縁層が酸化物で構成されている場合、酸化物は一般
的に屈折率の低い物質なので、半導体微細柱の横方向へ
の発光の取出し及び横方向からの光の入射が可能とな
る。
【０１１３】請求項３７の発明では、絶縁層が窒化物で
構成されている場合、半導体微細柱には周囲の絶縁層と
の熱膨張係数の相違による圧縮応力が作用するので、半
導体微細柱中におけるキャリアの励起作用が大きくな
り、量子サイズ効果の発現が顕著になる。
構成されている場合、半導体微細柱には周囲の絶縁層と
の熱膨張係数の相違による圧縮応力が作用するので、半
導体微細柱中におけるキャリアの励起作用が大きくな
り、量子サイズ効果の発現が顕著になる。
【０１１４】請求項３８の発明では、半導体微細柱の周
囲が酸化物で構成されているので、熱酸化により容易に
形成可能となり、かつ、その外側では半導体微細柱間の
隙間が窒化物で埋められているので、熱膨張係数の相違
により半導体微細柱に圧縮応力が印加され、量子サイズ
効果の発現が顕著になる。
囲が酸化物で構成されているので、熱酸化により容易に
形成可能となり、かつ、その外側では半導体微細柱間の
隙間が窒化物で埋められているので、熱膨張係数の相違
により半導体微細柱に圧縮応力が印加され、量子サイズ
効果の発現が顕著になる。
【０１１５】請求項３９の発明では、半導体装置の量子
化領域が絶縁分離層によって他の領域から絶縁されてい
るので、他の領域からの干渉を受けることなく、量子化
領域の作動が確実に維持されることになる。
化領域が絶縁分離層によって他の領域から絶縁されてい
るので、他の領域からの干渉を受けることなく、量子化
領域の作動が確実に維持されることになる。
【０１１６】請求項４０の発明では、半導体微細柱の集
合体からなる量子化領域と半導体基板との間に絶縁膜が
形成されているので、半導体装置をＳＯＩ構造の素子に
適用することが可能になる。
合体からなる量子化領域と半導体基板との間に絶縁膜が
形成されているので、半導体装置をＳＯＩ構造の素子に
適用することが可能になる。
【０１１７】請求項４１の発明では、量子化領域の各半
導体微細柱の軸方向にｐｎ接合が形成されているので、
電圧の印加等により、量子化領域に効率よくキャリアが
注入される。したがって、発光素子では発光効率が向上
し、受光素子や波長変換素子等では光の検知感度が向上
することになる。
導体微細柱の軸方向にｐｎ接合が形成されているので、
電圧の印加等により、量子化領域に効率よくキャリアが
注入される。したがって、発光素子では発光効率が向上
し、受光素子や波長変換素子等では光の検知感度が向上
することになる。
【０１１８】請求項４２の発明では、半導体装置の量子
化領域を取り囲む絶縁分離層を貫通して側方電極が形成
されているので、半導体装置を受光素子，発光素子等と
する際の電気信号の授受が円滑となる。
化領域を取り囲む絶縁分離層を貫通して側方電極が形成
されているので、半導体装置を受光素子，発光素子等と
する際の電気信号の授受が円滑となる。
【０１１９】請求項４３の発明では、量子化領域を取り
囲む複数の側方電極に高周波電力印加手段から高周波電
源が印加されると、半導体微細柱に高周波電力によって
励起された電子が蓄積され、キャリアとして注入される
ので、多量の電子の注入により、量子化領域の発光強度
が極めて高くなる。すなわち、印加電圧により発光する
場合には、極めて強い発光が得られるとともに、入射光
によって発光する場合には、弱い入射光に対しても強い
発光が得られることになる。
囲む複数の側方電極に高周波電力印加手段から高周波電
源が印加されると、半導体微細柱に高周波電力によって
励起された電子が蓄積され、キャリアとして注入される
ので、多量の電子の注入により、量子化領域の発光強度
が極めて高くなる。すなわち、印加電圧により発光する
場合には、極めて強い発光が得られるとともに、入射光
によって発光する場合には、弱い入射光に対しても強い
発光が得られることになる。
【０１２０】請求項４４の発明では、半導体微細柱の集
合体を形成するに際し、半導体物質の量子サイズ効果が
生じる寸法に対応する寸法の微細な第１点状マスクを形
成し、この第１点状マスクを用いて半導体基板を所定深
さまでエッチングするようにしているので、得られる半
導体微細柱の径方向の寸法が微細となり、半導体微細柱
が互いにほぼ分離した構造となる。したがって、各半導
体微細柱において、電圧の印加や光の照射に対して量子
サイズ効果による受光や発光が可能な半導体微細柱の集
合体が形成されることになる。しかも、このような製造
方法では、半導体微細柱の形状も真直性のよい形状とな
るので、発光の取出し効率や、受光の際における光の入
射効率のよい半導体微細柱の集合体が形成されることに
なる。
合体を形成するに際し、半導体物質の量子サイズ効果が
生じる寸法に対応する寸法の微細な第１点状マスクを形
成し、この第１点状マスクを用いて半導体基板を所定深
さまでエッチングするようにしているので、得られる半
導体微細柱の径方向の寸法が微細となり、半導体微細柱
が互いにほぼ分離した構造となる。したがって、各半導
体微細柱において、電圧の印加や光の照射に対して量子
サイズ効果による受光や発光が可能な半導体微細柱の集
合体が形成されることになる。しかも、このような製造
方法では、半導体微細柱の形状も真直性のよい形状とな
るので、発光の取出し効率や、受光の際における光の入
射効率のよい半導体微細柱の集合体が形成されることに
なる。
【０１２１】請求項４５の発明では、微細な粒状体を除
去した後に残る島状の絶縁膜を第２点状マスクとして半
導体基板がエッチングされ、量子サイズ効果が生じうる
半導体微細柱の集合体が得られる。その場合、半導体基
板上の絶縁膜は半導体基板のエッチング用マスクとして
の機能が高いので、半導体微細柱の集合体中の各半導体
微細柱の径や深さがより均一になる。
去した後に残る島状の絶縁膜を第２点状マスクとして半
導体基板がエッチングされ、量子サイズ効果が生じうる
半導体微細柱の集合体が得られる。その場合、半導体基
板上の絶縁膜は半導体基板のエッチング用マスクとして
の機能が高いので、半導体微細柱の集合体中の各半導体
微細柱の径や深さがより均一になる。
【０１２２】請求項４６，４７の発明では、フォトレジ
スト膜のパターニングにより形成される第１点状マスク
を直接用いて半導体微細柱が形成され、あるいは第２点
状マスクが形成されるので、点状マスクを形成する際
に、現在のフォトリソグラフィー技術を利用して、微細
な第１点状マスクを形成することが可能となる。
スト膜のパターニングにより形成される第１点状マスク
を直接用いて半導体微細柱が形成され、あるいは第２点
状マスクが形成されるので、点状マスクを形成する際
に、現在のフォトリソグラフィー技術を利用して、微細
な第１点状マスクを形成することが可能となる。
【０１２３】請求項４８の発明では、粒状体の堆積を利
用して第１点状マスクが形成されるので、ＣＶＤ技術を
利用したマスクの形成が可能となる。
用して第１点状マスクが形成されるので、ＣＶＤ技術を
利用したマスクの形成が可能となる。
【０１２４】請求項４９の発明では、半導体微細柱の集
合体が形成された後、点状マスクが除去されるので、そ
の後半導体微細柱の上に電極を形成することが可能にな
る。
合体が形成された後、点状マスクが除去されるので、そ
の後半導体微細柱の上に電極を形成することが可能にな
る。
【０１２５】請求項５０の発明では、第１点状マスクと
して半導体物質のグレインが形成されるので、微細なグ
レインの成長が容易である半導体物質の特性を利用し
て、径方向の寸法の揃った半導体微細柱の集合体の形成
が容易となる。
して半導体物質のグレインが形成されるので、微細なグ
レインの成長が容易である半導体物質の特性を利用し
て、径方向の寸法の揃った半導体微細柱の集合体の形成
が容易となる。
【０１２６】請求項５１の発明では、グレインの成長核
となる金属の種が第１点状マスクとして形成されるの
で、半導体物質のグレインよりもさらに微細な金属の種
を利用して、より微細な半導体微細柱の集合体が形成さ
れることになる。
となる金属の種が第１点状マスクとして形成されるの
で、半導体物質のグレインよりもさらに微細な金属の種
を利用して、より微細な半導体微細柱の集合体が形成さ
れることになる。
【０１２７】請求項５２の発明では、金属の種を成長核
として半導体物質のグレインが形成されるので、半球状
に近い良好な形状のグレインが形成される。したがっ
て、このグレインをマスクに用いて形成される各半導体
微細柱の形状も真円に近い良好なものとなる。
として半導体物質のグレインが形成されるので、半球状
に近い良好な形状のグレインが形成される。したがっ
て、このグレインをマスクに用いて形成される各半導体
微細柱の形状も真円に近い良好なものとなる。
【０１２８】請求項５３の発明では、半導体物質のグレ
インとして、＜３１１＞配向をもつシリコン結晶のグレ
インが形成されるので、各グレインの分離性及び形状の
良好なグレインが形成されることになる。
インとして、＜３１１＞配向をもつシリコン結晶のグレ
インが形成されるので、各グレインの分離性及び形状の
良好なグレインが形成されることになる。
【０１２９】請求項５４の発明では、半導体物質のグレ
インとして、アモルファスシリコンのグレインが形成さ
れるので、各グレインの分離性及び形状の良好なグレイ
ンが形成されることになる。
インとして、アモルファスシリコンのグレインが形成さ
れるので、各グレインの分離性及び形状の良好なグレイ
ンが形成されることになる。
【０１３０】請求項５５の発明では、粒状体がアニール
されて被着体との界面の面積が縮小されるので、粒状体
の分離性及び形状がさらに良好なものとなる。
されて被着体との界面の面積が縮小されるので、粒状体
の分離性及び形状がさらに良好なものとなる。
【０１３１】請求項５６の発明では、各半導体微細柱の
周囲に絶縁層が形成されるので、不純物の少ない半導体
微細柱が形成される。したがって、量子サイズ効果によ
る発光等の特性の再現性のよい，かつ受光体や発光体と
しての寿命の長い半導体微細柱の集合体が得られる。
周囲に絶縁層が形成されるので、不純物の少ない半導体
微細柱が形成される。したがって、量子サイズ効果によ
る発光等の特性の再現性のよい，かつ受光体や発光体と
しての寿命の長い半導体微細柱の集合体が得られる。
【０１３２】請求項５７の発明では、各半導体微細柱間
の隙間が絶縁層で埋められるので、上記請求項５６の発
明の作用がより顕著になる。
の隙間が絶縁層で埋められるので、上記請求項５６の発
明の作用がより顕著になる。
【０１３３】請求項５８の発明では、絶縁層がＣＶＤ法
で形成されるので、絶縁層の形成を容易に行うことがで
きる。
で形成されるので、絶縁層の形成を容易に行うことがで
きる。
【０１３４】請求項５９の発明では、半導体物質は熱酸
化により良好な絶縁体となる酸化膜を形成するので、こ
の性質を利用して、酸化物を別途使用することなく容易
に絶縁層が形成されることになる。
化により良好な絶縁体となる酸化膜を形成するので、こ
の性質を利用して、酸化物を別途使用することなく容易
に絶縁層が形成されることになる。
【０１３５】請求項６０の発明では、第１点状マスクを
形成し、第１点状マスクを用いて半導体基板をエッチン
グするようにしているので、得られる半導体微細柱の径
方向の寸法が微細となり、半導体微細柱が互いにほぼ分
離した構造となる。したがって、発光の取出し効率や、
光の入射効率のよい半導体微細柱の集合体が形成され、
受光素子，発光素子，波長変換素子等として特性の良好
な半導体装置が得られる。さらに、このような工程はシ
リコン等の半導体デバイスを製造するための工程で用い
られる加工技術であるので、半導体デバイスの製造プロ
セスとの互換性が得られる。
形成し、第１点状マスクを用いて半導体基板をエッチン
グするようにしているので、得られる半導体微細柱の径
方向の寸法が微細となり、半導体微細柱が互いにほぼ分
離した構造となる。したがって、発光の取出し効率や、
光の入射効率のよい半導体微細柱の集合体が形成され、
受光素子，発光素子，波長変換素子等として特性の良好
な半導体装置が得られる。さらに、このような工程はシ
リコン等の半導体デバイスを製造するための工程で用い
られる加工技術であるので、半導体デバイスの製造プロ
セスとの互換性が得られる。
【０１３６】請求項６１の発明では、微細な粒状体を除
去した後に残る島状の絶縁膜を第２点状マスクとして半
導体基板がエッチングされ、量子サイズ効果が生じうる
半導体微細柱の集合体が得られる。その場合、半導体基
板上の絶縁膜は半導体基板のエッチング用マスクとして
の機能が高いので、半導体微細柱の集合体中の各半導体
微細柱の径や深さがより均一になる。
去した後に残る島状の絶縁膜を第２点状マスクとして半
導体基板がエッチングされ、量子サイズ効果が生じうる
半導体微細柱の集合体が得られる。その場合、半導体基
板上の絶縁膜は半導体基板のエッチング用マスクとして
の機能が高いので、半導体微細柱の集合体中の各半導体
微細柱の径や深さがより均一になる。
【０１３７】請求項６２，６３の発明では、フォトレジ
スト膜のパターニングにより形成される第１点状マスク
を直接用いて半導体微細柱が形成され、あるいは第２点
状マスクが形成されるので、点状マスクを形成する際
に、現在のフォトリソグラフィー技術を利用して、微細
な第１点状マスクを形成することが可能となる。
スト膜のパターニングにより形成される第１点状マスク
を直接用いて半導体微細柱が形成され、あるいは第２点
状マスクが形成されるので、点状マスクを形成する際
に、現在のフォトリソグラフィー技術を利用して、微細
な第１点状マスクを形成することが可能となる。
【０１３８】請求項６４の発明では、粒状体の堆積を利
用して第１点状マスクが形成されるので、ＣＶＤ技術を
利用したマスクの形成が可能となる。
用して第１点状マスクが形成されるので、ＣＶＤ技術を
利用したマスクの形成が可能となる。
【０１３９】請求項６５の発明では、第１点状マスクと
して半導体物質のグレインが形成されるので、微細なグ
レインの成長が容易である半導体物質の特性を利用し
て、径方向の寸法の揃った半導体微細柱の集合体の形成
が容易となる。
して半導体物質のグレインが形成されるので、微細なグ
レインの成長が容易である半導体物質の特性を利用し
て、径方向の寸法の揃った半導体微細柱の集合体の形成
が容易となる。
【０１４０】請求項６６の発明では、グレインの成長核
となる金属の種が第１点状マスクとして形成されるの
で、半導体物質のグレインよりもさらに微細な金属の種
を利用して、より微細な半導体微細柱の集合体が形成さ
れることになる。
となる金属の種が第１点状マスクとして形成されるの
で、半導体物質のグレインよりもさらに微細な金属の種
を利用して、より微細な半導体微細柱の集合体が形成さ
れることになる。
【０１４１】請求項６７の発明では、金属の種を成長核
として半導体物質のグレインが形成されるので、半球状
に近い良好な形状のグレインが形成される。したがっ
て、このグレインをマスクに用いて形成される各半導体
微細柱の形状も真円に近い良好なものとなる。
として半導体物質のグレインが形成されるので、半球状
に近い良好な形状のグレインが形成される。したがっ
て、このグレインをマスクに用いて形成される各半導体
微細柱の形状も真円に近い良好なものとなる。
【０１４２】請求項６８の発明では、半導体物質のグレ
インとして、＜３１１＞配向をもつシリコン結晶のグレ
インが形成されるので、各グレインの分離性及び形状の
良好なグレインが形成されることになる。
インとして、＜３１１＞配向をもつシリコン結晶のグレ
インが形成されるので、各グレインの分離性及び形状の
良好なグレインが形成されることになる。
【０１４３】請求項６９の発明では、半導体物質のグレ
インとして、アモルファスシリコンのグレインが形成さ
れるので、各グレインの分離性及び形状の良好なグレイ
ンが形成されることになる。
インとして、アモルファスシリコンのグレインが形成さ
れるので、各グレインの分離性及び形状の良好なグレイ
ンが形成されることになる。
【０１４４】請求項７０の発明では、粒状体がアニール
されて被着体との界面の面積が縮小されるので、粒状体
の分離性及び形状がさらに良好なものとなる。
されて被着体との界面の面積が縮小されるので、粒状体
の分離性及び形状がさらに良好なものとなる。
【０１４５】請求項７１の発明では、各半導体微細柱の
周囲に絶縁層が形成されるので、不純物の少ない半導体
微細柱が形成される。したがって、量子サイズ効果によ
る発光等の特性の再現性のよい，かつ受光体や発光体と
しての寿命の長い半導体微細柱の集合体が得られる。
周囲に絶縁層が形成されるので、不純物の少ない半導体
微細柱が形成される。したがって、量子サイズ効果によ
る発光等の特性の再現性のよい，かつ受光体や発光体と
しての寿命の長い半導体微細柱の集合体が得られる。
【０１４６】請求項７２の発明では、各半導体微細柱間
の隙間が絶縁層で埋められるので、上記請求項５６の発
明の作用がより顕著になる。
の隙間が絶縁層で埋められるので、上記請求項５６の発
明の作用がより顕著になる。
【０１４７】請求項７３の発明では、絶縁層がＣＶＤ法
で形成されるので、絶縁層の形成を容易に行うことがで
きる。
で形成されるので、絶縁層の形成を容易に行うことがで
きる。
【０１４８】請求項７４の発明では、半導体物質は熱酸
化により良好な絶縁体となる酸化膜を形成するので、こ
の性質を利用して、酸化物を別途使用することなく容易
に絶縁層が形成されることになる。
化により良好な絶縁体となる酸化膜を形成するので、こ
の性質を利用して、酸化物を別途使用することなく容易
に絶縁層が形成されることになる。
【０１４９】請求項７５の発明では、半導体基板にｐｎ
接合が形成された後、その接合部よりも深く半導体微細
柱が形成されるので、半導体微細柱の軸方向にｐｎ接合
が形成される。したがって、ｐｎ接合を利用した発光効
率や受光効率の高い受光素子，発光素子，波長変換素子
等が得られることになる。
接合が形成された後、その接合部よりも深く半導体微細
柱が形成されるので、半導体微細柱の軸方向にｐｎ接合
が形成される。したがって、ｐｎ接合を利用した発光効
率や受光効率の高い受光素子，発光素子，波長変換素子
等が得られることになる。
【０１５０】請求項７６の発明では、半導体微細柱の集
合体の側方に絶縁分離層が形成されるので、同じ半導体
基板の上に他の半導体素子を搭載する工程を実行するこ
とが容易となる。
合体の側方に絶縁分離層が形成されるので、同じ半導体
基板の上に他の半導体素子を搭載する工程を実行するこ
とが容易となる。
【０１５１】請求項７７の発明では、半導体微細柱の集
合体の側方の絶縁分離層を貫通して側方電極が形成され
るので、発光素子，受光素子等として電気信号の授受の
容易な半導体装置が得られることになる。
合体の側方の絶縁分離層を貫通して側方電極が形成され
るので、発光素子，受光素子等として電気信号の授受の
容易な半導体装置が得られることになる。
【０１５２】請求項７８の発明では、複数個の側方電極
が形成されているので、この複数個の側方電極に外部か
ら高周波電力を印加することが可能となり、各半導体微
細柱の電子の蓄積による発光効率や受光効率の高い半導
体装置が得られることになる。
が形成されているので、この複数個の側方電極に外部か
ら高周波電力を印加することが可能となり、各半導体微
細柱の電子の蓄積による発光効率や受光効率の高い半導
体装置が得られることになる。
【０１５３】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。
しながら説明する。
【０１５４】（実施例１）図１は、実施例１に係る光半
導体装置の断面図である。図１に示すように、この半導
体装置は、単結晶構造を有するシリコン基板１と、この
シリコン基板１の表面から所定深さまで延び、軸方向が
基板１の面に垂直な多数の半導体微細柱２と、その周囲
のスペースを埋めるシリコン酸化膜からなる絶縁層３
と、半導体微細柱２及び絶縁層３の上端を平坦化した上
に形成された透明電極４とを備えている。そして、上記
半導体微細柱２の集合体が量子化領域Ｒqaとして機能す
る。上記半導体微細柱２の基端は上記基板１に連なって
支持されており、各半導体微細柱２の径は２〜５０ｎｍ
程度である。上記絶縁層３は、各半導体微細柱２を構成
するシリコンの表面部を熱酸化して形成される。上記透
明電極４は、各半導体微細柱２の上端と接することによ
り各半導体微細柱２とは電気的に接続されていて、透明
電極４と各半導体微細柱２の基端に接続される半導体基
板１との間に所定の電圧を印加し、あるいは量子化領域
Ｒqaに光を照射することにより、各半導体微細柱２に量
子サイズ効果による発光を生ぜしめ、エレクトロルミネ
ッセンス，フォトルミネッセンスが発生可能な構造とし
ている。
導体装置の断面図である。図１に示すように、この半導
体装置は、単結晶構造を有するシリコン基板１と、この
シリコン基板１の表面から所定深さまで延び、軸方向が
基板１の面に垂直な多数の半導体微細柱２と、その周囲
のスペースを埋めるシリコン酸化膜からなる絶縁層３
と、半導体微細柱２及び絶縁層３の上端を平坦化した上
に形成された透明電極４とを備えている。そして、上記
半導体微細柱２の集合体が量子化領域Ｒqaとして機能す
る。上記半導体微細柱２の基端は上記基板１に連なって
支持されており、各半導体微細柱２の径は２〜５０ｎｍ
程度である。上記絶縁層３は、各半導体微細柱２を構成
するシリコンの表面部を熱酸化して形成される。上記透
明電極４は、各半導体微細柱２の上端と接することによ
り各半導体微細柱２とは電気的に接続されていて、透明
電極４と各半導体微細柱２の基端に接続される半導体基
板１との間に所定の電圧を印加し、あるいは量子化領域
Ｒqaに光を照射することにより、各半導体微細柱２に量
子サイズ効果による発光を生ぜしめ、エレクトロルミネ
ッセンス，フォトルミネッセンスが発生可能な構造とし
ている。
【０１５５】次に、光半導体装置の製造方法について説
明する。図２（ａ）〜（ｅ）は、上記光半導体装置の製
造工程における構造の変化を示す断面図である。
明する。図２（ａ）〜（ｅ）は、上記光半導体装置の製
造工程における構造の変化を示す断面図である。
【０１５６】まず、図２（ａ）に示すように、シリコン
基板１上に熱酸化，ＣＶＤ等により、シリコン酸化膜，
シリコン窒化膜等からなる上面絶縁膜５を形成した後、
ＬＰＣＶＤ法によりシリコンからなる半球状グレイン６
を堆積した。この際、原料ガスとしてＨｅベースの２０
％ＳｉＨ4 ガスを用い、ガス流量を３００ｃｃｍとする
と、同図に示すような数nmの半径を持つ半球状グレイン
６が得られた。
基板１上に熱酸化，ＣＶＤ等により、シリコン酸化膜，
シリコン窒化膜等からなる上面絶縁膜５を形成した後、
ＬＰＣＶＤ法によりシリコンからなる半球状グレイン６
を堆積した。この際、原料ガスとしてＨｅベースの２０
％ＳｉＨ4 ガスを用い、ガス流量を３００ｃｃｍとする
と、同図に示すような数nmの半径を持つ半球状グレイン
６が得られた。
【０１５７】ただし、この半球状グレイン６の作成は、
水素ガス雰囲気中でＳｉＨ4 ガスを用いてもよい。その
場合、特に半球状グレイン６の堆積が制御しやすくな
る。
水素ガス雰囲気中でＳｉＨ4 ガスを用いてもよい。その
場合、特に半球状グレイン６の堆積が制御しやすくな
る。
【０１５８】次に、図２（ｂ）に示すように、多数の半
球状グレイン６からなる第１点状マスクＭs1として、シ
リコン酸化膜又はシリコン窒化膜等の上面絶縁膜５をエ
ッチングし、多数の半球状グレイン６のパターンに対応
する島状パターンをもつ上面絶縁膜５の残存部からなる
第２点状マスクＭs2を形成した。シリコン基板１上の上
面絶縁膜５のエッチングは、例えばＣＦ4 ／ＣＨＦ3 ＝
３０／４０ｓｃｃｍの混合ガス雰囲気中、圧力１Ｐａ
で、ＲＦパワー４００Ｗで行なっている。その後、各半
球状グレイン６はエッチングして除去する。
球状グレイン６からなる第１点状マスクＭs1として、シ
リコン酸化膜又はシリコン窒化膜等の上面絶縁膜５をエ
ッチングし、多数の半球状グレイン６のパターンに対応
する島状パターンをもつ上面絶縁膜５の残存部からなる
第２点状マスクＭs2を形成した。シリコン基板１上の上
面絶縁膜５のエッチングは、例えばＣＦ4 ／ＣＨＦ3 ＝
３０／４０ｓｃｃｍの混合ガス雰囲気中、圧力１Ｐａ
で、ＲＦパワー４００Ｗで行なっている。その後、各半
球状グレイン６はエッチングして除去する。
【０１５９】次に、図２（ｃ）に示すように、島状にパ
ターニングされた第２点状マスクＭs2を使用して、シリ
コン基板１を所定深さだけエッチングし、シリコン基板
１の表面に垂直な多数の半導体微細柱２を形成した。エ
ッチング条件は、Ｃl2／Ｏ2＝９０／３ｓｃｃｍの混合
ガス雰囲気中、圧力１Ｐａで、ＲＦパワーが２００Ｗで
行った。この各半導体微細柱２の側部は半導体基板１の
表面にほぼ垂直で、かつほぼ真直であり、後述のよう
に、半球状グレイン６の形成条件を適正にすることで、
互いに連続することなく独立したものとしうる。
ターニングされた第２点状マスクＭs2を使用して、シリ
コン基板１を所定深さだけエッチングし、シリコン基板
１の表面に垂直な多数の半導体微細柱２を形成した。エ
ッチング条件は、Ｃl2／Ｏ2＝９０／３ｓｃｃｍの混合
ガス雰囲気中、圧力１Ｐａで、ＲＦパワーが２００Ｗで
行った。この各半導体微細柱２の側部は半導体基板１の
表面にほぼ垂直で、かつほぼ真直であり、後述のよう
に、半球状グレイン６の形成条件を適正にすることで、
互いに連続することなく独立したものとしうる。
【０１６０】そして、図２（ｄ）に示すように、半導体
微細柱２の側面をシリコン酸化膜からなる絶縁層３で覆
い、半導体微細柱２間の隙間を絶縁層３で埋めた後、そ
の先端面を平坦化した。
微細柱２の側面をシリコン酸化膜からなる絶縁層３で覆
い、半導体微細柱２間の隙間を絶縁層３で埋めた後、そ
の先端面を平坦化した。
【０１６１】さらに、図２（ｅ）に示すように、絶縁層
３のうち平坦化された半導体微細柱２先端部の表面の絶
縁層３を除去し、その上に透明電極４を形成した。
３のうち平坦化された半導体微細柱２先端部の表面の絶
縁層３を除去し、その上に透明電極４を形成した。
【０１６２】なお、上記実施例１では、半導体基板１の
上に上面絶縁膜５を形成し、この上に第１点状マスクＭ
s1を形成した後、上面絶縁膜５からなる第２点状マスク
Ｍs2を形成して、この第２点状マスクＭs2を用いてシリ
コン基板１をエッチングしたが、第１点状マスクＭs1を
直接シリコン基板１上に形成し、この第１点状マスクＭ
s1を用いて、半導体微細柱２を形成するためのエッチン
グを行ってもよい。
上に上面絶縁膜５を形成し、この上に第１点状マスクＭ
s1を形成した後、上面絶縁膜５からなる第２点状マスク
Ｍs2を形成して、この第２点状マスクＭs2を用いてシリ
コン基板１をエッチングしたが、第１点状マスクＭs1を
直接シリコン基板１上に形成し、この第１点状マスクＭ
s1を用いて、半導体微細柱２を形成するためのエッチン
グを行ってもよい。
【０１６３】次に、以上のように構成された光半導体装
置の動作を説明する。ここでは、ｐ型シリコン基板１の
表面から所定深さの部位まで半導体微細柱２を形成した
領域が量子化領域Ｒqaとなる。そして、シリコン基板１
を接地電位として、各半導体微細柱２に電気的に接続さ
れている透明電極４に、順方向の電圧２０Ｖを印加する
と、室温において、可視光のエレクトロルミネッセンス
が確認された。シリコンの場合、電圧の印加等によって
励起された電子は一般には間接遷移を生じるので、遷移
によるエネルギはほとんど熱に変換され、可視部での発
光が困難とされていた。それに対し、上記実施例１で
は、シリコンの量子化領域Ｒqaが数nmの半径を持つ半導
体微細柱２の集合体からなる構造となっているので、シ
リコンのバンド巾が量子サイズ効果によって１．２ｅＶ
から２．５ｅＶに広くなると同時に、励起された電子が
直接遷移し、バンド間の直接遷移による可視部での発光
が生じるのである。しかも、従来のような陽極化成法に
よって形成された多孔質シリコンに比べ、上記実施例１
のようなシリコンの微細柱２の集合体では、高い発光強
度とシャープな波長特性とを得ることができる。
置の動作を説明する。ここでは、ｐ型シリコン基板１の
表面から所定深さの部位まで半導体微細柱２を形成した
領域が量子化領域Ｒqaとなる。そして、シリコン基板１
を接地電位として、各半導体微細柱２に電気的に接続さ
れている透明電極４に、順方向の電圧２０Ｖを印加する
と、室温において、可視光のエレクトロルミネッセンス
が確認された。シリコンの場合、電圧の印加等によって
励起された電子は一般には間接遷移を生じるので、遷移
によるエネルギはほとんど熱に変換され、可視部での発
光が困難とされていた。それに対し、上記実施例１で
は、シリコンの量子化領域Ｒqaが数nmの半径を持つ半導
体微細柱２の集合体からなる構造となっているので、シ
リコンのバンド巾が量子サイズ効果によって１．２ｅＶ
から２．５ｅＶに広くなると同時に、励起された電子が
直接遷移し、バンド間の直接遷移による可視部での発光
が生じるのである。しかも、従来のような陽極化成法に
よって形成された多孔質シリコンに比べ、上記実施例１
のようなシリコンの微細柱２の集合体では、高い発光強
度とシャープな波長特性とを得ることができる。
【０１６４】以下、その理由について、構造上の相違に
基づき推察する。図４（ａ）は、上述の製造工程でマス
クとして使用したグレインをアモルファスシリコンとし
た場合、図４（ｂ）はグレインを＜３１１＞配向のシリ
コン単結晶とした場合における横断面構造をそれぞれ示
し、これらの構造が形成される条件の相違については後
述する。図４（ｃ）は従来の陽極化成法で形成された多
孔質シリコンの横断面構造である。図４（ｃ）に示すよ
うに、従来の陽極化成法で形成された多孔質シリコンで
は、基本的にシリコンの陽極酸化によって生じる酸化膜
中の微細孔を利用してシリコンを多孔質状にするもので
あるから、多孔質シリコン中でシリコンは壁部を構成す
る。そして、シリコンの壁厚つまり両端の隣接する微細
孔間の距離ｄにバラツキが多い（図中の距離ｄ１，ｄ２
参照）。また、両端の隣接する微細孔間の距離ｄが大き
いと（図中のｄ２のように）量子サイズ効果を生じない
と考えられる。それに対し、本発明では、図４（ａ），
（ｂ）に示すように、各半導体微細柱２は横断面内で互
いにほぼ孤立した島状となっており、各半導体微細柱２
においては、方向によって多少の径のバラツキはあるも
ののほぼ量子サイズ効果を維持しうる寸法に収まってい
ると考えられる。よって、高い発光強度とシャープな波
長特性とを得ることができるのである。
基づき推察する。図４（ａ）は、上述の製造工程でマス
クとして使用したグレインをアモルファスシリコンとし
た場合、図４（ｂ）はグレインを＜３１１＞配向のシリ
コン単結晶とした場合における横断面構造をそれぞれ示
し、これらの構造が形成される条件の相違については後
述する。図４（ｃ）は従来の陽極化成法で形成された多
孔質シリコンの横断面構造である。図４（ｃ）に示すよ
うに、従来の陽極化成法で形成された多孔質シリコンで
は、基本的にシリコンの陽極酸化によって生じる酸化膜
中の微細孔を利用してシリコンを多孔質状にするもので
あるから、多孔質シリコン中でシリコンは壁部を構成す
る。そして、シリコンの壁厚つまり両端の隣接する微細
孔間の距離ｄにバラツキが多い（図中の距離ｄ１，ｄ２
参照）。また、両端の隣接する微細孔間の距離ｄが大き
いと（図中のｄ２のように）量子サイズ効果を生じない
と考えられる。それに対し、本発明では、図４（ａ），
（ｂ）に示すように、各半導体微細柱２は横断面内で互
いにほぼ孤立した島状となっており、各半導体微細柱２
においては、方向によって多少の径のバラツキはあるも
ののほぼ量子サイズ効果を維持しうる寸法に収まってい
ると考えられる。よって、高い発光強度とシャープな波
長特性とを得ることができるのである。
【０１６５】図５は、透明電極４への印加電圧に対する
半導体微細柱２の集合体に流れる電流（注入電流）の特
性を示し、図６は半導体微細柱２の集合体への注入電流
に対するエレクトロルミネッセンスの発光強度を示す。
この２つの図から、透明電極４への印加電圧が高いほど
発光強度も高いことがわかる。また、図７はキャリア注
入電圧に対する発光強度の変化特性を示し、キャリア注
入電圧を変化させることによって、赤、青、黄色等の各
色の発光に対応したカラーの表示素子を形成することが
可能となることが分かる。
半導体微細柱２の集合体に流れる電流（注入電流）の特
性を示し、図６は半導体微細柱２の集合体への注入電流
に対するエレクトロルミネッセンスの発光強度を示す。
この２つの図から、透明電極４への印加電圧が高いほど
発光強度も高いことがわかる。また、図７はキャリア注
入電圧に対する発光強度の変化特性を示し、キャリア注
入電圧を変化させることによって、赤、青、黄色等の各
色の発光に対応したカラーの表示素子を形成することが
可能となることが分かる。
【０１６６】また、図２（ａ）〜（ｅ）に示されるよう
に、上記実施例１における製造工程では、数nmの半径を
持つシリコン単結晶の微細な半導体微細柱２の集合体か
らなる量子化領域Ｒqaを作成するために実施される加工
方法は、全て通常のＭＯＳＦＥＴ等の半導体装置を作成
する場合におけるプロセスで用いられているものであ
る。すなわち、各半導体微細柱２間のスペースを酸化膜
３で埋め込み、上端を平坦化し、量子化領域に透明電極
４が電気的に接続されるように構成されているので、通
常の半導体装置を製造するためにシリコンウエハを加工
するプロセスと互換性があり、本発明による光半導体装
置を形成した後に、通常のＭＯＳＦＥＴ等の従来の半導
体装置を形成することができる。
に、上記実施例１における製造工程では、数nmの半径を
持つシリコン単結晶の微細な半導体微細柱２の集合体か
らなる量子化領域Ｒqaを作成するために実施される加工
方法は、全て通常のＭＯＳＦＥＴ等の半導体装置を作成
する場合におけるプロセスで用いられているものであ
る。すなわち、各半導体微細柱２間のスペースを酸化膜
３で埋め込み、上端を平坦化し、量子化領域に透明電極
４が電気的に接続されるように構成されているので、通
常の半導体装置を製造するためにシリコンウエハを加工
するプロセスと互換性があり、本発明による光半導体装
置を形成した後に、通常のＭＯＳＦＥＴ等の従来の半導
体装置を形成することができる。
【０１６７】次に、上記光半導体装置の製造方法におけ
る各工程の条件の詳細について説明する。
る各工程の条件の詳細について説明する。
【０１６８】まず、図２（ａ）に示す工程におけるグレ
インを形成する方法は、ＤＲＡＭの容量を増加する方法
として1990年から報告されている。たとえば、Y.Hayash
ideet al., Ext.Abs.22nd SSDM (1990) p.869-872、
H.Watanabe et al.,J.Appl.Phys. 71 (1991) p.3538-35
43 、H.Itoh et al.,Tech. Dig. of VLSI Symp (1991)
p.6-7 などに開示されており、これらの方法を適用す
ることにより、容易にグレインを形成することができ
る。
インを形成する方法は、ＤＲＡＭの容量を増加する方法
として1990年から報告されている。たとえば、Y.Hayash
ideet al., Ext.Abs.22nd SSDM (1990) p.869-872、
H.Watanabe et al.,J.Appl.Phys. 71 (1991) p.3538-35
43 、H.Itoh et al.,Tech. Dig. of VLSI Symp (1991)
p.6-7 などに開示されており、これらの方法を適用す
ることにより、容易にグレインを形成することができ
る。
【０１６９】図３は、グレインの形成工程において、ガ
ス流量が３００ｃｃｍの条件下で、堆積温度とＳi Ｈ4
分圧を変化させた場合のグレインの形状変化を示し、同
図中に挿入したグラフはシリコンの結晶相図である。す
なわち、グレインとして、アモルファスシリコンが形成
されるアモルファス領域、基板面に垂直な方向の方位が
＜３１１＞となる単結晶シリコンが形成される＜３１１
＞配向領域、基板面に垂直な方向の方位が＜１１０＞と
なる単結晶シリコンが形成される＜１１０＞配向領域で
ある。
ス流量が３００ｃｃｍの条件下で、堆積温度とＳi Ｈ4
分圧を変化させた場合のグレインの形状変化を示し、同
図中に挿入したグラフはシリコンの結晶相図である。す
なわち、グレインとして、アモルファスシリコンが形成
されるアモルファス領域、基板面に垂直な方向の方位が
＜３１１＞となる単結晶シリコンが形成される＜３１１
＞配向領域、基板面に垂直な方向の方位が＜１１０＞と
なる単結晶シリコンが形成される＜１１０＞配向領域で
ある。
【０１７０】また、形成された粒の形状からは、下記３
つの領域 半球状グレイン（ＨＳＧ−hemi spherical grain）
とアモルファスシリコン（αＳi ）とが混在するＨＳＧ
−ａＳi 領域 全面的に半球状グレインが形成されるＨＳＧ領域 数個のグレインが結合して表面から見た形状が円筒
形（ＣＴＧ−cylindrical trained grain ）になってい
るクレスタ状のグレインが形成されるＣＴＧ領域 が重要である。
つの領域 半球状グレイン（ＨＳＧ−hemi spherical grain）
とアモルファスシリコン（αＳi ）とが混在するＨＳＧ
−ａＳi 領域 全面的に半球状グレインが形成されるＨＳＧ領域 数個のグレインが結合して表面から見た形状が円筒
形（ＣＴＧ−cylindrical trained grain ）になってい
るクレスタ状のグレインが形成されるＣＴＧ領域 が重要である。
【０１７１】これらの結果から、次のことが確かめられ
た。
た。
【０１７２】(1) ＨＳＧ領域は、温度範囲が５７０℃〜
５８０℃、Ｓi Ｈ4 分圧（形成圧力）の範囲が０．５To
rrから２．０Torrの間に存在し、＜３１１＞配向領域内
に存在する (2) ＨＳＧ−ａＳi 領域は、アモルファス領域と＜３１
１＞配向領域との境界付近に存在する (3) ＣＴＧ領域は、主に＜３１１＞配向領域と＜１１０
＞配向領域との境界に存在する (4) また、ＨＳＧ領域は、上記の（３１１）配向領域の
中で上記２つの領域（ＨＳＧ−ａＳi 領域とＣＴＧ領域
とに挟まれる領域に存在する (5) グレインがアモルファスシリコンに近いほどグレイ
ンサイズが大きく、＜１１０＞配向に近いほどグレイン
サイズが小さくなっている (6) Ｓi Ｈ4 分圧（形成圧力）が高いほど、アモルファ
ス領域が増大する (7) グレインサイズの相違は、膜表面でのグレイン成長
核（Ｎi ，Ｗ等の金属）の密度の相違に起因する (8) 以上のことから、堆積温度を５６０〜５９０℃、Ｓ
i Ｈ4 分圧を０．１〜０．４Torrの条件でグレインを堆
積すると、半球状グレインとクラスタ状グレインとが面
密度０．４〜０．７で得られる。
５８０℃、Ｓi Ｈ4 分圧（形成圧力）の範囲が０．５To
rrから２．０Torrの間に存在し、＜３１１＞配向領域内
に存在する (2) ＨＳＧ−ａＳi 領域は、アモルファス領域と＜３１
１＞配向領域との境界付近に存在する (3) ＣＴＧ領域は、主に＜３１１＞配向領域と＜１１０
＞配向領域との境界に存在する (4) また、ＨＳＧ領域は、上記の（３１１）配向領域の
中で上記２つの領域（ＨＳＧ−ａＳi 領域とＣＴＧ領域
とに挟まれる領域に存在する (5) グレインがアモルファスシリコンに近いほどグレイ
ンサイズが大きく、＜１１０＞配向に近いほどグレイン
サイズが小さくなっている (6) Ｓi Ｈ4 分圧（形成圧力）が高いほど、アモルファ
ス領域が増大する (7) グレインサイズの相違は、膜表面でのグレイン成長
核（Ｎi ，Ｗ等の金属）の密度の相違に起因する (8) 以上のことから、堆積温度を５６０〜５９０℃、Ｓ
i Ｈ4 分圧を０．１〜０．４Torrの条件でグレインを堆
積すると、半球状グレインとクラスタ状グレインとが面
密度０．４〜０．７で得られる。
【０１７３】上記実施例では、シリコン単結晶の半導体
微細柱２の側部を熱酸化して、シリコン酸化膜からなる
絶縁層３で半導体微細柱２の周囲の隙間を埋めたが、本
発明はかかる実施例に限定されるものではなく、必ずし
も絶縁層を設けなくても量子サイズ効果による発光は生
じる。ただし、上記実施例１のごとく、半導体微細柱２
の側部を熱酸化等して形成した絶縁層３で覆うことによ
り、下記の利点が得られる。すなわち、シリコン基板１
をエッチングして半導体微細柱２を形成する際に半導体
微細柱２の側面に不純物や異物が付着するが、このよう
な不純物や異物を絶縁層３中に固定できる。また、その
後も、シリコン単結晶の半導体微細柱２の集合体からな
る量子化領域Ｒqaに不純物や異物が侵入するのを阻止す
ることができる。そして、この不純物等の量子化領域Ｒ
qaへの入り込みを防止することで、半導体微細柱２の側
面に付着した原子や分子の影響を排除し、再現性安定性
よく一定の発光波長を得ることができ、長寿命のシリコ
ン受光発光素子等の半導体装置を得ることができる。
微細柱２の側部を熱酸化して、シリコン酸化膜からなる
絶縁層３で半導体微細柱２の周囲の隙間を埋めたが、本
発明はかかる実施例に限定されるものではなく、必ずし
も絶縁層を設けなくても量子サイズ効果による発光は生
じる。ただし、上記実施例１のごとく、半導体微細柱２
の側部を熱酸化等して形成した絶縁層３で覆うことによ
り、下記の利点が得られる。すなわち、シリコン基板１
をエッチングして半導体微細柱２を形成する際に半導体
微細柱２の側面に不純物や異物が付着するが、このよう
な不純物や異物を絶縁層３中に固定できる。また、その
後も、シリコン単結晶の半導体微細柱２の集合体からな
る量子化領域Ｒqaに不純物や異物が侵入するのを阻止す
ることができる。そして、この不純物等の量子化領域Ｒ
qaへの入り込みを防止することで、半導体微細柱２の側
面に付着した原子や分子の影響を排除し、再現性安定性
よく一定の発光波長を得ることができ、長寿命のシリコ
ン受光発光素子等の半導体装置を得ることができる。
【０１７４】また、シリコン酸化物や窒化物等からなる
絶縁層３は、必ずしも上記実施例１のごとく半導体微細
柱２の周囲の隙間を埋めている必要はなく、単に半導体
微細柱２の表面付近に形成するだけでも、不純物等の固
定及び侵入阻止機能は得られる。ただし、上記実施例１
のごとく、半導体微細柱２の周囲の隙間を絶縁層３で埋
めることで、各半導体微細柱２間の短絡を確実に防止し
うるとともに、半導体微細柱２の形状を崩すことなく先
端部を平坦化することができ、透明電極４との電気的接
続を確実に行うことができる。
絶縁層３は、必ずしも上記実施例１のごとく半導体微細
柱２の周囲の隙間を埋めている必要はなく、単に半導体
微細柱２の表面付近に形成するだけでも、不純物等の固
定及び侵入阻止機能は得られる。ただし、上記実施例１
のごとく、半導体微細柱２の周囲の隙間を絶縁層３で埋
めることで、各半導体微細柱２間の短絡を確実に防止し
うるとともに、半導体微細柱２の形状を崩すことなく先
端部を平坦化することができ、透明電極４との電気的接
続を確実に行うことができる。
【０１７５】（実施例２）次に、実施例２について説明
する。図８（ａ）〜（ｅ）は、実施例２における光半導
体装置の製造工程を示し、上述の実施例１とほど同様の
手順によっている。ここで、上記実施例１との相異点
は、ＬＰＣＶＤ法による半球状グレイン６の堆積条件が
変更されている点と、半導体微細柱２の側面を熱酸化膜
３ａで覆った後、半導体微細柱２間の隙間をＣＶＤ等に
よるシリコン酸化膜３ｂで埋めて平坦化した点である。
すなわち、この２つの酸化膜３ａ及び３ｂにより、絶縁
層３が構成されている。
する。図８（ａ）〜（ｅ）は、実施例２における光半導
体装置の製造工程を示し、上述の実施例１とほど同様の
手順によっている。ここで、上記実施例１との相異点
は、ＬＰＣＶＤ法による半球状グレイン６の堆積条件が
変更されている点と、半導体微細柱２の側面を熱酸化膜
３ａで覆った後、半導体微細柱２間の隙間をＣＶＤ等に
よるシリコン酸化膜３ｂで埋めて平坦化した点である。
すなわち、この２つの酸化膜３ａ及び３ｂにより、絶縁
層３が構成されている。
【０１７６】半球状グレイン６の堆積工程では、原料ガ
スとしてＨe ベースの１５％Ｓi Ｈ4 を用い、ガス流量
は１００ｃｃｍ、堆積温度は５００〜７００℃、Ｓi Ｈ
4 の分圧は０．１〜０．４Torrという条件で堆積を行っ
ている。ガス流量を少なくし、堆積速度を遅くすると堆
積温度が低い条件でデポを行いうる。図９は、ガス流量
が１００ｃｃｍという条件下で、堆積温度とＳi Ｈ4 の
分圧を変化させた場合の半球状グレイン６の形状変化を
示す。実施例１と同様に、形成された粒形状から上述の
ＨＳＧ−ａＳi 領域、ＨＳＧ領域、ＣＴＧ領域の
３つの領域に分けられる。
スとしてＨe ベースの１５％Ｓi Ｈ4 を用い、ガス流量
は１００ｃｃｍ、堆積温度は５００〜７００℃、Ｓi Ｈ
4 の分圧は０．１〜０．４Torrという条件で堆積を行っ
ている。ガス流量を少なくし、堆積速度を遅くすると堆
積温度が低い条件でデポを行いうる。図９は、ガス流量
が１００ｃｃｍという条件下で、堆積温度とＳi Ｈ4 の
分圧を変化させた場合の半球状グレイン６の形状変化を
示す。実施例１と同様に、形成された粒形状から上述の
ＨＳＧ−ａＳi 領域、ＨＳＧ領域、ＣＴＧ領域の
３つの領域に分けられる。
【０１７７】これらの結果から、次のことが確かめられ
た。
た。
【０１７８】(1) ＨＳＧ領域は、温度範囲にして５００
℃〜６５０℃、Ｓi Ｈ4 分圧の範囲で０．１Torrから
０．４Torrである その他、上記実施例１において述べた(2) 〜(7) と同様
の傾向がある (8) 以上のことから、適正な半球状グレイン６を得るの
ための堆積温度範囲は、上記実施例１に比べて広い。
℃〜６５０℃、Ｓi Ｈ4 分圧の範囲で０．１Torrから
０．４Torrである その他、上記実施例１において述べた(2) 〜(7) と同様
の傾向がある (8) 以上のことから、適正な半球状グレイン６を得るの
ための堆積温度範囲は、上記実施例１に比べて広い。
【０１７９】したがって、本実施例２では、原料ガスで
あるＳi Ｈ4 のＨe ベースに対する濃度とガス流量とを
変えることで、適正な堆積温度温度の範囲を拡大させる
ことができる。また、各半導体微細柱２の間の隙間をＣ
ＶＤ法による酸化膜３ｂ又は窒化膜で埋めることで、上
記実施例１のように熱酸化膜のみにより隙間を埋めるの
に比べ、より確実に隙間を埋めることができる。
あるＳi Ｈ4 のＨe ベースに対する濃度とガス流量とを
変えることで、適正な堆積温度温度の範囲を拡大させる
ことができる。また、各半導体微細柱２の間の隙間をＣ
ＶＤ法による酸化膜３ｂ又は窒化膜で埋めることで、上
記実施例１のように熱酸化膜のみにより隙間を埋めるの
に比べ、より確実に隙間を埋めることができる。
【０１８０】なお、上記実施例２では、熱酸化膜３ａを
形成してからＣＶＤによるシリコン酸化膜３ｂを形成し
たが、本発明はかかる実施例に限定されるものではな
く、工程の都合によっては、すべての絶縁層３をＣＶＤ
法により形成してもよい。
形成してからＣＶＤによるシリコン酸化膜３ｂを形成し
たが、本発明はかかる実施例に限定されるものではな
く、工程の都合によっては、すべての絶縁層３をＣＶＤ
法により形成してもよい。
【０１８１】その場合、すべての絶縁層３をシリコン酸
化物で構成すると、シリコン酸化物の屈折率は小さいの
で、横方向に発光を取り出すことができる。また、すべ
ての絶縁層３を窒化物で構成すると、シリコン窒化物と
シリコンとの熱膨張係数の相違によって半導体微細柱２
に圧縮歪みを与えることで、量子サイズ効果をより顕著
に発揮することができる。また、本実施例におけるＣＶ
Ｄによるシリコン酸化膜３ｂの代わりにシリコン窒化膜
を形成しても同じである。
化物で構成すると、シリコン酸化物の屈折率は小さいの
で、横方向に発光を取り出すことができる。また、すべ
ての絶縁層３を窒化物で構成すると、シリコン窒化物と
シリコンとの熱膨張係数の相違によって半導体微細柱２
に圧縮歪みを与えることで、量子サイズ効果をより顕著
に発揮することができる。また、本実施例におけるＣＶ
Ｄによるシリコン酸化膜３ｂの代わりにシリコン窒化膜
を形成しても同じである。
【０１８２】（実施例３）次に、半球状グレイン６の形
状の改良に関する実施例３について説明する。上記実施
例１とほぼ同じ製造工程中において、半球状グレイン６
を形成した後、配管内のＳｉＨ4 ガスを真空引きして抜
き、連続してチューブ内に不活性ガスであるＮ2 ガスを
導入しながらアニールを行なった。図１１は、アニール
時間と粒径、粒密度との関係を示す。アニール時間を長
くすると、粒径が小さくなることがわかる。粒径が小さ
くなるに従い、表面及び界面の面積が収縮しようとする
ので、グレインが半球状に近づく傾向が見られ、グレイ
ン自体の表面積の増加率は高くなる。また、アニール時
間が２分以上になると半球状グレイン６が形成されてい
ない領域が増加する。半球状グレイン６が形成されにく
くなるのは、アニールによる表面酸化の度合いが大きく
なり、表面でのグレイン成長を妨げる為である。さら
に、酸素分圧が異なる２つの条件下で２ステップ・アニ
ールを行うことによって、半球状グレイン６の粒径をさ
らに均一に制御できる。
状の改良に関する実施例３について説明する。上記実施
例１とほぼ同じ製造工程中において、半球状グレイン６
を形成した後、配管内のＳｉＨ4 ガスを真空引きして抜
き、連続してチューブ内に不活性ガスであるＮ2 ガスを
導入しながらアニールを行なった。図１１は、アニール
時間と粒径、粒密度との関係を示す。アニール時間を長
くすると、粒径が小さくなることがわかる。粒径が小さ
くなるに従い、表面及び界面の面積が収縮しようとする
ので、グレインが半球状に近づく傾向が見られ、グレイ
ン自体の表面積の増加率は高くなる。また、アニール時
間が２分以上になると半球状グレイン６が形成されてい
ない領域が増加する。半球状グレイン６が形成されにく
くなるのは、アニールによる表面酸化の度合いが大きく
なり、表面でのグレイン成長を妨げる為である。さら
に、酸素分圧が異なる２つの条件下で２ステップ・アニ
ールを行うことによって、半球状グレイン６の粒径をさ
らに均一に制御できる。
【０１８３】図１０（ａ）〜（ｃ）は、いずれも成膜条
件を共通とし（温度５７５℃，圧力１．０Ｔorr ，２０
％ＳｉＨ4 ガス流量３００ｓｃｃｍ）、アニール条件の
うちアニール温度も共通とし（５７５℃）、アニール条
件の他の条件を変えた場合における半球状グレインのＳ
ＥＭ写真である。図１０（ａ）は、成膜後すぐにＮ2雰
囲気，１．０Ｔorr で３０min アニールした場合、同図
（ｂ）は成膜後真空（約０．０１Ｔorr ）中で２min ア
ニールした後連続して０．１４Ｔorr で１０分間アニー
ルした場合、同図（ｃ）は、成膜後真空（約０．０１Ｔ
orr ）中で５min アニールした後連続してＮ2 雰囲気，
１．０Ｔorr で、３０min アニールした場合の半球状グ
レインのＳＥＭ写真である。
件を共通とし（温度５７５℃，圧力１．０Ｔorr ，２０
％ＳｉＨ4 ガス流量３００ｓｃｃｍ）、アニール条件の
うちアニール温度も共通とし（５７５℃）、アニール条
件の他の条件を変えた場合における半球状グレインのＳ
ＥＭ写真である。図１０（ａ）は、成膜後すぐにＮ2雰
囲気，１．０Ｔorr で３０min アニールした場合、同図
（ｂ）は成膜後真空（約０．０１Ｔorr ）中で２min ア
ニールした後連続して０．１４Ｔorr で１０分間アニー
ルした場合、同図（ｃ）は、成膜後真空（約０．０１Ｔ
orr ）中で５min アニールした後連続してＮ2 雰囲気，
１．０Ｔorr で、３０min アニールした場合の半球状グ
レインのＳＥＭ写真である。
【０１８４】なお、半球状グレイン６を形成した後の半
導体微細柱２，絶縁層３，透明電極４等の形成を行う
が、この工程は、基本的に上記実施例１とほぼ同様であ
る。
導体微細柱２，絶縁層３，透明電極４等の形成を行う
が、この工程は、基本的に上記実施例１とほぼ同様であ
る。
【０１８５】本実施例３では、半球状グレイン６をアニ
ールしてその粒径を小さくし、かつ形状をより半球状に
近付けるように改良したので、シリコン基板１の表面付
近の面内にほぼ均一に半径のそろった半導体微細柱２を
形成することができた。そして、量子化領域となる半導
体微細柱２の半径が均一になったことで、発光波長がよ
り急峻になり、発光強度も大きくなる。
ールしてその粒径を小さくし、かつ形状をより半球状に
近付けるように改良したので、シリコン基板１の表面付
近の面内にほぼ均一に半径のそろった半導体微細柱２を
形成することができた。そして、量子化領域となる半導
体微細柱２の半径が均一になったことで、発光波長がよ
り急峻になり、発光強度も大きくなる。
【０１８６】（実施例４）次に、実施例４について説明
する。図１２（ａ），（ｂ）は、実施例４における半球
状グレインの形成手順を示す断面図である。
する。図１２（ａ），（ｂ）は、実施例４における半球
状グレインの形成手順を示す断面図である。
【０１８７】まず、図１２（ａ）に示すように、シリコ
ン基板１の上面絶縁膜５の上に、グレインの結晶成長の
核となる結晶成長核８を形成した。この結晶成長核８
は、錫やロジウム等の金属で構成されている。その際、
核形成には、上面絶縁膜５を堆積したシリコン基板１
を、表面処理液に常温で１分間浸した後、水洗乾燥し
た。表面処理液には鍍金などで用いられる処理液を用い
た。
ン基板１の上面絶縁膜５の上に、グレインの結晶成長の
核となる結晶成長核８を形成した。この結晶成長核８
は、錫やロジウム等の金属で構成されている。その際、
核形成には、上面絶縁膜５を堆積したシリコン基板１
を、表面処理液に常温で１分間浸した後、水洗乾燥し
た。表面処理液には鍍金などで用いられる処理液を用い
た。
【０１８８】次に、図１２（ｂ）に示すように、この結
晶成長核８を核として、上面絶縁膜５上にＬＰＣＶＤ法
でシリコンの半球状グレイン６を成長させた。原料ガス
としてはＨe ベースの１５％Ｓi Ｈ4 を用い、ガス流量
は１００ｃｃｍであった。堆積温度を５００〜７００
℃、Ｓi Ｈ4 分圧は０．１〜０．４Torrである。この条
件下で、選択的にシリコン粒状体６を結晶成長核８上に
堆積させ、多数のシリコン粒状体６からなる第１点状マ
スクＭs1を形成した。
晶成長核８を核として、上面絶縁膜５上にＬＰＣＶＤ法
でシリコンの半球状グレイン６を成長させた。原料ガス
としてはＨe ベースの１５％Ｓi Ｈ4 を用い、ガス流量
は１００ｃｃｍであった。堆積温度を５００〜７００
℃、Ｓi Ｈ4 分圧は０．１〜０．４Torrである。この条
件下で、選択的にシリコン粒状体６を結晶成長核８上に
堆積させ、多数のシリコン粒状体６からなる第１点状マ
スクＭs1を形成した。
【０１８９】その後、実施例１の工程（図２（ｃ）〜
（ｅ）参照）と同じ工程で、半球状グレイン，絶縁層，
透明電極等の形成を行った。
（ｅ）参照）と同じ工程で、半球状グレイン，絶縁層，
透明電極等の形成を行った。
【０１９０】図１３は、上記図１２（ａ）に示す表面処
理を行った場合と行わなかった場合のグレインの粒度分
布を比較する図である。表面処理をしない場合は、粒径
分布の平均値が１１０オングストロームであり、最大粒
径が２００オングストロームを超えるのに対して、表面
処理をした場合は、粒径分布の平均値が６０オングスト
ロームであり、最大粒径が１２０オングストローム以下
であった。このように、グレインの形成に先立って結晶
成長核８を形成するための表面処理を行うことで、半球
状グレイン６の分布及び大きさが均一となり、面内に均
一に半球状のグレインの分布が得られた。そして、量子
化領域となる半導体微細柱２の半径及び分布が均一化さ
れたことで、発光波長がより急峻になり、発光強度も面
内で均一になり大きくなる。
理を行った場合と行わなかった場合のグレインの粒度分
布を比較する図である。表面処理をしない場合は、粒径
分布の平均値が１１０オングストロームであり、最大粒
径が２００オングストロームを超えるのに対して、表面
処理をした場合は、粒径分布の平均値が６０オングスト
ロームであり、最大粒径が１２０オングストローム以下
であった。このように、グレインの形成に先立って結晶
成長核８を形成するための表面処理を行うことで、半球
状グレイン６の分布及び大きさが均一となり、面内に均
一に半球状のグレインの分布が得られた。そして、量子
化領域となる半導体微細柱２の半径及び分布が均一化さ
れたことで、発光波長がより急峻になり、発光強度も面
内で均一になり大きくなる。
【０１９１】このようにして形成したシリコン受光素子
に対し、ｐ型シリコン基板１に負の電圧を印加し各半導
体微細柱の先端側に接地電位としておき、高圧水銀ラン
プを光源として半導体微細柱の集合体（量子化領域）に
光を照射した。その結果、光の照射によって、半導体微
細柱をもつ量子化領域の抵抗値が変化し、受光素子とし
て用いることができた。
に対し、ｐ型シリコン基板１に負の電圧を印加し各半導
体微細柱の先端側に接地電位としておき、高圧水銀ラン
プを光源として半導体微細柱の集合体（量子化領域）に
光を照射した。その結果、光の照射によって、半導体微
細柱をもつ量子化領域の抵抗値が変化し、受光素子とし
て用いることができた。
【０１９２】（実施例５）次に、実施例５について説明
する。図１４は、実施例５に係る光半導体装置の断面図
である。図１４では、光半導体装置の基本的な構成は、
上記実施例１の図１に示す構造とほぼ同じであるが、本
実施例では、シリコン基板１上の量子化領域Ｒqaの側方
が絶縁分離層９によって他の領域と区画されている。こ
の絶縁分離層９の深さは、半導体微細柱２の深さｈより
も深い。さらに、半導体微細柱２上の透明電極４とは別
に、絶縁分離層９を貫通する側方電極１０が形成されて
いる。この側方電極１０は、各半導体微細柱２の上部電
極である透明電極４に対し下部電極として機能するシリ
コン基板１に接続されている。
する。図１４は、実施例５に係る光半導体装置の断面図
である。図１４では、光半導体装置の基本的な構成は、
上記実施例１の図１に示す構造とほぼ同じであるが、本
実施例では、シリコン基板１上の量子化領域Ｒqaの側方
が絶縁分離層９によって他の領域と区画されている。こ
の絶縁分離層９の深さは、半導体微細柱２の深さｈより
も深い。さらに、半導体微細柱２上の透明電極４とは別
に、絶縁分離層９を貫通する側方電極１０が形成されて
いる。この側方電極１０は、各半導体微細柱２の上部電
極である透明電極４に対し下部電極として機能するシリ
コン基板１に接続されている。
【０１９３】以上のように構成された光半導体装置につ
いて、その動作を説明する。透明電極４と側方電極１０
との間に電圧（例えば５０Volt程度）が印加されると、
量子化領域Ｒqa内の各半導体微細柱２の先端と基端との
間に電位差が生じ、実施例１と同様の量子サイズ効果に
より、室温において可視光のエレクトロルミネッセンス
が発生する。本実施例５では、キャリア注入電圧を２５
〜２００Voltに変化させることによって、赤、青、黄
色、それぞれの発光に対応した可視光のエレクトロルミ
ネッセンスが確認された。特に、本実施例５のように側
方電極１０を設けることにより、光半導体装置の量子化
領域Ｒqaと外部との間で信号の授受を行うことが容易と
なる。
いて、その動作を説明する。透明電極４と側方電極１０
との間に電圧（例えば５０Volt程度）が印加されると、
量子化領域Ｒqa内の各半導体微細柱２の先端と基端との
間に電位差が生じ、実施例１と同様の量子サイズ効果に
より、室温において可視光のエレクトロルミネッセンス
が発生する。本実施例５では、キャリア注入電圧を２５
〜２００Voltに変化させることによって、赤、青、黄
色、それぞれの発光に対応した可視光のエレクトロルミ
ネッセンスが確認された。特に、本実施例５のように側
方電極１０を設けることにより、光半導体装置の量子化
領域Ｒqaと外部との間で信号の授受を行うことが容易と
なる。
【０１９４】（実施例６）次に、実施例６について説明
する。図１５は、実施例６に係る光半導体装置の断面図
であって、基本的な構成は上記実施例５の図１４に示す
構造とほぼ同じである。ただし、実施例６では、上記実
施例５と異なり、ｎ型シリコン基板１が用いられ、この
ｎ型シリコン基板１の一部にｐウェル１１が形成されて
いるとともに、ｐウェル１１の上方からシリコン基板１
の表面に至る領域にはｎ型不純物がドープされている。
そして、量子化領域Ｒqa内の各半導体微細柱２は、シリ
コン基板１をシリコン基板１の表面からｐウェル１１の
内部に至る深さまでエッチングして形成されている。つ
まり、各半導体微細柱２の高さｈは、シリコン基板１の
ｐウェル１１とその上方との間のｐｎ接合部の深さより
も大きい。したがって、各半導体微細柱２の基端部付近
はｐ型シリコンで構成され、各半導体微細柱２の基端部
よりも上方の部分はｎ型シリコンで構成されており、半
導体微細柱２の途中にｐｎ接合部２ａが形成されてい
る。また、ｐウェル１１とシリコン基板１の本体部との
間にもｐｎ接合が形成されているので、量子化領域Ｒqa
はｎ型シリコン基板１と分離されている。そして、側方
電極１０は、このｐウェル１１に接続するように構成さ
れている。
する。図１５は、実施例６に係る光半導体装置の断面図
であって、基本的な構成は上記実施例５の図１４に示す
構造とほぼ同じである。ただし、実施例６では、上記実
施例５と異なり、ｎ型シリコン基板１が用いられ、この
ｎ型シリコン基板１の一部にｐウェル１１が形成されて
いるとともに、ｐウェル１１の上方からシリコン基板１
の表面に至る領域にはｎ型不純物がドープされている。
そして、量子化領域Ｒqa内の各半導体微細柱２は、シリ
コン基板１をシリコン基板１の表面からｐウェル１１の
内部に至る深さまでエッチングして形成されている。つ
まり、各半導体微細柱２の高さｈは、シリコン基板１の
ｐウェル１１とその上方との間のｐｎ接合部の深さより
も大きい。したがって、各半導体微細柱２の基端部付近
はｐ型シリコンで構成され、各半導体微細柱２の基端部
よりも上方の部分はｎ型シリコンで構成されており、半
導体微細柱２の途中にｐｎ接合部２ａが形成されてい
る。また、ｐウェル１１とシリコン基板１の本体部との
間にもｐｎ接合が形成されているので、量子化領域Ｒqa
はｎ型シリコン基板１と分離されている。そして、側方
電極１０は、このｐウェル１１に接続するように構成さ
れている。
【０１９５】本実施例６においても、透明電極４と側方
電極１０との間に順方向に電圧５０Voltを印加すると、
室温で可視光のエレクトロルミネッセンスが生じること
が確認された。さらに、キャリア注入電圧を２５〜２０
０voltに変化させることによって、赤、青、黄色、それ
ぞれの発光に対応した可視光のエレクトロルミネッセン
スの発生が確認された。
電極１０との間に順方向に電圧５０Voltを印加すると、
室温で可視光のエレクトロルミネッセンスが生じること
が確認された。さらに、キャリア注入電圧を２５〜２０
０voltに変化させることによって、赤、青、黄色、それ
ぞれの発光に対応した可視光のエレクトロルミネッセン
スの発生が確認された。
【０１９６】したがって、上記実施例６では、上記実施
例５と同様の効果に加えて、下記の効果が得られる。す
なわち、半導体微細柱２の集合体からなる量子化領域Ｒ
qaが、側方の絶縁分離層９によって他の領域と分離され
ているとともに、ｐウェル１１によってｎ型シリコン基
板１に対しても分離されているので、絶縁分離層９に形
成された側方電極１０と透明電極４との間に電圧を印加
することで、シリコン基板上に多くの量子化領域を形成
した場合にも、各量子化領域ごとに発光させることがで
きる。また、各半導体微細柱２の中にｐｎ接合を形成し
ているので、各半導体微細柱２に効率良くキャリアを注
入することができ、発光効率の高い光半導体装置を提供
できる。
例５と同様の効果に加えて、下記の効果が得られる。す
なわち、半導体微細柱２の集合体からなる量子化領域Ｒ
qaが、側方の絶縁分離層９によって他の領域と分離され
ているとともに、ｐウェル１１によってｎ型シリコン基
板１に対しても分離されているので、絶縁分離層９に形
成された側方電極１０と透明電極４との間に電圧を印加
することで、シリコン基板上に多くの量子化領域を形成
した場合にも、各量子化領域ごとに発光させることがで
きる。また、各半導体微細柱２の中にｐｎ接合を形成し
ているので、各半導体微細柱２に効率良くキャリアを注
入することができ、発光効率の高い光半導体装置を提供
できる。
【０１９７】（実施例７）次に、実施例７について説明
する。図１６は、実施例７に係る光半導体装置の断面図
である。本実施例７における光半導体装置の基本的な構
造は、上記実施例５の図１４に示す構造とほぼ同じであ
って、ｐ型シリコン基板１上に半導体微細柱２の集合体
からなる量子化領域Ｒqaが形成され、さらに量子化領域
Ｒqa上の透明電極４と、量子化領域Ｒqaを取り囲む絶縁
分離層９と、該絶縁分離層９を貫通したシリコン基板１
に接続する側方電極１０とが形成されている。ただし、
本実施例では、半導体微細柱２の集合体からなる量子化
領域Ｒqaが単層ではなく、半導体微細柱２及びその周囲
の隙間を埋める絶縁層３が混在してなる直線縞状量子化
領域１２ａと、シリコン酸化膜からなる直線縞状分離層
１３ａとが交互に配置された構造となっている。図１７
（ａ）は、この両者の直線縞状構造の平面状態を概略的
に示し、直線縞状量子化領域１２ａ（図中の暗部）と直
線縞状分離層１３ａ（図中の白紙部）とが１次元フレネ
ルレンズを構成するような間隔で交互に形成されてい
る。
する。図１６は、実施例７に係る光半導体装置の断面図
である。本実施例７における光半導体装置の基本的な構
造は、上記実施例５の図１４に示す構造とほぼ同じであ
って、ｐ型シリコン基板１上に半導体微細柱２の集合体
からなる量子化領域Ｒqaが形成され、さらに量子化領域
Ｒqa上の透明電極４と、量子化領域Ｒqaを取り囲む絶縁
分離層９と、該絶縁分離層９を貫通したシリコン基板１
に接続する側方電極１０とが形成されている。ただし、
本実施例では、半導体微細柱２の集合体からなる量子化
領域Ｒqaが単層ではなく、半導体微細柱２及びその周囲
の隙間を埋める絶縁層３が混在してなる直線縞状量子化
領域１２ａと、シリコン酸化膜からなる直線縞状分離層
１３ａとが交互に配置された構造となっている。図１７
（ａ）は、この両者の直線縞状構造の平面状態を概略的
に示し、直線縞状量子化領域１２ａ（図中の暗部）と直
線縞状分離層１３ａ（図中の白紙部）とが１次元フレネ
ルレンズを構成するような間隔で交互に形成されてい
る。
【０１９８】また、図１７（ｂ）は別例を示し、リング
状量子化領域１２ｂとリング状分離層１３ｂとを交互に
配置させて２次元フレネルレンズを構成した場合の平面
状態を示す。
状量子化領域１２ｂとリング状分離層１３ｂとを交互に
配置させて２次元フレネルレンズを構成した場合の平面
状態を示す。
【０１９９】本実施例においても、透明電極４と側方電
極１０との間に順方向に電圧を印加すると、室温におい
て、可視光のエレクトロルミネッセンスが発生すること
が確認された。
極１０との間に順方向に電圧を印加すると、室温におい
て、可視光のエレクトロルミネッセンスが発生すること
が確認された。
【０２００】以上のように構成された光半導体装置で
は、領域１２ａ，１２ｂと隣接する分離層１３ａ，１３
ｂとが交互に配置され、量子化領域Ｒqa全体がフレネル
レンズとして機能する。したがって、別途集光装置は不
要である。すなわち、図１７（ａ）に示す１次元フレネ
ルレンズ又は図１７（ｂ）に示す２次元フレネルレンズ
を形成する量子化領域Ｒqaが発光すると、シリコン基板
１の表面に対して垂直な方向に向かう光は線上あるいは
点上に集光され、設計された領域に光を集めることがで
きる。したがって、その焦点近傍に別途受光素子を配置
しておくと、この光半導体装置から発光される光が受光
素子に効率良く集光され、受光素子を介して信号又は光
に変換された電力を遠隔地に送信することが可能とな
る。また、フォトルミネッセンスを行わせる波長変換素
子や受光素子として使用する場合には、線状光源や点状
光源からの光を量子化領域Ｒqa全体に照射することが可
能となる。
は、領域１２ａ，１２ｂと隣接する分離層１３ａ，１３
ｂとが交互に配置され、量子化領域Ｒqa全体がフレネル
レンズとして機能する。したがって、別途集光装置は不
要である。すなわち、図１７（ａ）に示す１次元フレネ
ルレンズ又は図１７（ｂ）に示す２次元フレネルレンズ
を形成する量子化領域Ｒqaが発光すると、シリコン基板
１の表面に対して垂直な方向に向かう光は線上あるいは
点上に集光され、設計された領域に光を集めることがで
きる。したがって、その焦点近傍に別途受光素子を配置
しておくと、この光半導体装置から発光される光が受光
素子に効率良く集光され、受光素子を介して信号又は光
に変換された電力を遠隔地に送信することが可能とな
る。また、フォトルミネッセンスを行わせる波長変換素
子や受光素子として使用する場合には、線状光源や点状
光源からの光を量子化領域Ｒqa全体に照射することが可
能となる。
【０２０１】（実施例８）次に、実施例８について説明
する。図１８は実施例８に係る光半導体装置の断面構造
を示し、基本的には、上記実施例７の図１５に示す光半
導体装置の構造とほぼ同じである。すなわち、ｐｎ接合
部２ａを有する半導体微細柱２及び絶縁層３の集合体か
らなる量子化領域Ｒqaと、量子化領域Ｒqaの上の透明電
極４と、量子化領域Ｒqaの各半導体微細柱２の基端を支
持し、ｎ型シリコン基板１と電気的に絶縁されたｐウェ
ル１１と、量子化領域Ｒqaを取り囲む絶縁分離層９と、
該絶縁分離層９を貫通してｐウェル１１に接続する側方
電極１０とが配置されている。
する。図１８は実施例８に係る光半導体装置の断面構造
を示し、基本的には、上記実施例７の図１５に示す光半
導体装置の構造とほぼ同じである。すなわち、ｐｎ接合
部２ａを有する半導体微細柱２及び絶縁層３の集合体か
らなる量子化領域Ｒqaと、量子化領域Ｒqaの上の透明電
極４と、量子化領域Ｒqaの各半導体微細柱２の基端を支
持し、ｎ型シリコン基板１と電気的に絶縁されたｐウェ
ル１１と、量子化領域Ｒqaを取り囲む絶縁分離層９と、
該絶縁分離層９を貫通してｐウェル１１に接続する側方
電極１０とが配置されている。
【０２０２】本実施例では、図は省略するが、上記量子
化領域Ｒqaの製造工程において、シリコン基板１にｐウ
ェル１１を形成し、さらにその情報をｎ領域にして、上
記実施例１で述べたような第１又は第２点状マスクを用
いて半導体基板１をｐウェル１１に達する深さまでエッ
チングする。この製造工程により、半導体微細柱２にｐ
ｎ接合部２ａが形成される。
化領域Ｒqaの製造工程において、シリコン基板１にｐウ
ェル１１を形成し、さらにその情報をｎ領域にして、上
記実施例１で述べたような第１又は第２点状マスクを用
いて半導体基板１をｐウェル１１に達する深さまでエッ
チングする。この製造工程により、半導体微細柱２にｐ
ｎ接合部２ａが形成される。
【０２０３】また、本実施例８では、上記側方電極１０
は量子化領域Ｒqaの側方２か所に設けられ、この２つの
側方電極１０間を接続する回路１７に高周波電圧を印加
するための高周波電源１４が介設されている。また、上
記回路１７と透明電極４とを接続する回路１８には、回
路１８を開閉するためのスイッチ１５と、直流電源１６
とが直列に接続されている。
は量子化領域Ｒqaの側方２か所に設けられ、この２つの
側方電極１０間を接続する回路１７に高周波電圧を印加
するための高周波電源１４が介設されている。また、上
記回路１７と透明電極４とを接続する回路１８には、回
路１８を開閉するためのスイッチ１５と、直流電源１６
とが直列に接続されている。
【０２０４】以上のように構成されたシリコン発光素子
について、その動作を説明する。
について、その動作を説明する。
【０２０５】図１９に示すように、シリコンの結晶に高
周波電力が印加されると、高い周波数で変化する電場に
シリコンの結晶格子内の電子（黒丸で示す部分）が励起
され、ある程度周期的な運動を行う。本実施例の場合、
半導体微細柱２近傍の絶縁分離層９に形成された２つの
側方電極１０，１０に、高周波電源１４が接続されてい
るので、ｐ型シリコン基板１に高周波電力によって励起
された電子が蓄積される。この蓄積された電子は、透明
電極４を介して印加された順方向電圧によって、量子化
領域Ｒqa内の各半導体微細柱２に導かれ、各半導体微細
柱２内のｐｎ接合部２ａを通して多量の電子が注入され
る。この注入によって、量子化領域Ｒqaの発光強度は増
大する。透明電極４には電圧１００Voltを印加した。こ
の場合も、室温において、可視光のエレクトロルミネッ
センスが確認された。
周波電力が印加されると、高い周波数で変化する電場に
シリコンの結晶格子内の電子（黒丸で示す部分）が励起
され、ある程度周期的な運動を行う。本実施例の場合、
半導体微細柱２近傍の絶縁分離層９に形成された２つの
側方電極１０，１０に、高周波電源１４が接続されてい
るので、ｐ型シリコン基板１に高周波電力によって励起
された電子が蓄積される。この蓄積された電子は、透明
電極４を介して印加された順方向電圧によって、量子化
領域Ｒqa内の各半導体微細柱２に導かれ、各半導体微細
柱２内のｐｎ接合部２ａを通して多量の電子が注入され
る。この注入によって、量子化領域Ｒqaの発光強度は増
大する。透明電極４には電圧１００Voltを印加した。こ
の場合も、室温において、可視光のエレクトロルミネッ
センスが確認された。
【０２０６】以上のように、本実施例８では、ｐ型シリ
コン基板１に高周波電力を印加することによって励起さ
れた電子を、量子化領域Ｒqa内の各半導体微細柱２に導
き、ｐｎ接合部２ａを通して多量の電子を注入し、量子
化領域Ｒqaを強く発光させ、透明電極４に与えられる弱
い信号に対しても効率良く発光させることができる。
コン基板１に高周波電力を印加することによって励起さ
れた電子を、量子化領域Ｒqa内の各半導体微細柱２に導
き、ｐｎ接合部２ａを通して多量の電子を注入し、量子
化領域Ｒqaを強く発光させ、透明電極４に与えられる弱
い信号に対しても効率良く発光させることができる。
【０２０７】なお、上記実施例８では、量子化領域Ｒqa
の側方に２つの側方電極１０を形成したが、量子化領域
Ｒqaを取り囲む３つ以上の側方電極１０を設け、この側
方電極に同一周波数の高周波電力をその位相が昇順又は
降順に変化するように印加することにより量子化領域Ｒ
qaに回転磁場を発生させてもよい。その場合、より高い
発光効率を得ることができる。
の側方に２つの側方電極１０を形成したが、量子化領域
Ｒqaを取り囲む３つ以上の側方電極１０を設け、この側
方電極に同一周波数の高周波電力をその位相が昇順又は
降順に変化するように印加することにより量子化領域Ｒ
qaに回転磁場を発生させてもよい。その場合、より高い
発光効率を得ることができる。
【０２０８】（実施例９）次に、実施例９について説明
する。図２０は、実施例９に係る光半導体装置の断面構
造の一部を示す。本実施例では、シリコン基板１の上
に、半導体微細柱２の集合体からなる量子化領域Ｒqa
と、ｐ領域２０ａ及びｎ領域２０ｂからなるフォトダイ
オード２０とが搭載されている。また、上記フォトダイ
オード２０及び量子化領域Ｒqaの上には、共通の透明電
極４が設けられている。そして、上記透明電極４とシリ
コン基板１との間に所定の電圧を印加するための駆動回
路部２１が設けられている。すなわち、駆動回路部２１
を介してフォトダイオード２０に一定のバイアスが印加
された状態で、フォトダイオード２０に光信号Ｓgo0 が
入力されると、フォトダイオード２０に起電力が生じ、
駆動回路２１により例えば１５Ｖに昇圧され、第１電気
信号Ｓge1 として量子化領域Ｒqa内の各半導体微細柱２
に印加される。その結果、各半導体微細柱２が発光して
第２光信号Ｓgo2 として出力される。各半導体微細柱２
の製造仕様を変更することで、この時の発光波長は、変
化させることができる。
する。図２０は、実施例９に係る光半導体装置の断面構
造の一部を示す。本実施例では、シリコン基板１の上
に、半導体微細柱２の集合体からなる量子化領域Ｒqa
と、ｐ領域２０ａ及びｎ領域２０ｂからなるフォトダイ
オード２０とが搭載されている。また、上記フォトダイ
オード２０及び量子化領域Ｒqaの上には、共通の透明電
極４が設けられている。そして、上記透明電極４とシリ
コン基板１との間に所定の電圧を印加するための駆動回
路部２１が設けられている。すなわち、駆動回路部２１
を介してフォトダイオード２０に一定のバイアスが印加
された状態で、フォトダイオード２０に光信号Ｓgo0 が
入力されると、フォトダイオード２０に起電力が生じ、
駆動回路２１により例えば１５Ｖに昇圧され、第１電気
信号Ｓge1 として量子化領域Ｒqa内の各半導体微細柱２
に印加される。その結果、各半導体微細柱２が発光して
第２光信号Ｓgo2 として出力される。各半導体微細柱２
の製造仕様を変更することで、この時の発光波長は、変
化させることができる。
【０２０９】次に、図２１（ａ）〜（ｃ）を参照しなが
ら、上記図２０の構造を少し変形させた構造を有する光
半導体装置の製造工程について説明する。まず、図２１
（ａ）に示すように、シリコンで構成されるシリコン基
板１上のある部分に、半導体微細柱２の集合体からなる
量子化領域Ｒqaを形成する。次に、図２１（ｂ）に示す
ように、上記量子化領域Ｒqaとは異なる領域が開口され
たフォトレジストマスク２５を用いて、シリコン基板１
内にＡｓ+ イオンを注入することで、ｎ領域２４ａを深
く形成し、続けてＢ+ イオンを注入してｐ領域２４ｂを
浅く形成する。その際、Ａｓ+ イオンとＢ+ イオンとの
いずれもがほとんど注入されない中間部が真性領域２４
ｃとなり、ｐ領域２４ａ，ｎ領域２４ｂ及び真性領域２
４ｃからなるいわゆるＰＩＮ構造のフォトダイオード２
４が形成される。なお、フォトダイオード２４を形成し
ようとする部分のシリコン基板を予め深く掘り込んでお
き、各領域２４ａ，２４ｃ，２４ｂを順次エピタキシャ
ル成長させることにより、フォトダイオード２４を形成
してもよい。その後、図２１（ｃ）に示すように、シリ
コン基板１の上に光を透過する伝導体配線２５（例えば
Ａｕからなる）を形成し、さらに駆動回路２１を形成す
る。
ら、上記図２０の構造を少し変形させた構造を有する光
半導体装置の製造工程について説明する。まず、図２１
（ａ）に示すように、シリコンで構成されるシリコン基
板１上のある部分に、半導体微細柱２の集合体からなる
量子化領域Ｒqaを形成する。次に、図２１（ｂ）に示す
ように、上記量子化領域Ｒqaとは異なる領域が開口され
たフォトレジストマスク２５を用いて、シリコン基板１
内にＡｓ+ イオンを注入することで、ｎ領域２４ａを深
く形成し、続けてＢ+ イオンを注入してｐ領域２４ｂを
浅く形成する。その際、Ａｓ+ イオンとＢ+ イオンとの
いずれもがほとんど注入されない中間部が真性領域２４
ｃとなり、ｐ領域２４ａ，ｎ領域２４ｂ及び真性領域２
４ｃからなるいわゆるＰＩＮ構造のフォトダイオード２
４が形成される。なお、フォトダイオード２４を形成し
ようとする部分のシリコン基板を予め深く掘り込んでお
き、各領域２４ａ，２４ｃ，２４ｂを順次エピタキシャ
ル成長させることにより、フォトダイオード２４を形成
してもよい。その後、図２１（ｃ）に示すように、シリ
コン基板１の上に光を透過する伝導体配線２５（例えば
Ａｕからなる）を形成し、さらに駆動回路２１を形成す
る。
【０２１０】図２１（ｃ）に示す光半導体装置では、あ
る波長の光信号Ｓgo0 をフォトダイオード２４で受け
て、量子化領域Ｒqaの各半導体微細柱２から第２光信号
Ｓgo2を出力するように構成することができる。この第
２光信号Ｓgo2 の波長は構造や製造方法により変化させ
ることができる。このような光半導体装置が、シリコン
プロセスにより製造できるので、微小なチップ内に収納
することができ、光通信等への応用が可能となる。
る波長の光信号Ｓgo0 をフォトダイオード２４で受け
て、量子化領域Ｒqaの各半導体微細柱２から第２光信号
Ｓgo2を出力するように構成することができる。この第
２光信号Ｓgo2 の波長は構造や製造方法により変化させ
ることができる。このような光半導体装置が、シリコン
プロセスにより製造できるので、微小なチップ内に収納
することができ、光通信等への応用が可能となる。
【０２１１】なお、上記実施例における光半導体装置の
構成に加え、量子化領域Ｒqaから出力される第２光信号
Ｓgo2 を電気信号に変換する回路を設けることで、信号
経路において伝達情報を光で変調する機能を有するデバ
イスを作成することもできる。
構成に加え、量子化領域Ｒqaから出力される第２光信号
Ｓgo2 を電気信号に変換する回路を設けることで、信号
経路において伝達情報を光で変調する機能を有するデバ
イスを作成することもできる。
【０２１２】（実施例１０）次に、半導体微細柱の集合
体を用いて応力センサを構成した実施例１０について説
明する。図２２は、実施例１０における応力センサの構
造及び作動原理を示す。すなわち、本実施例では、シリ
コン基板１上に半導体微細柱２の集合体からなる量子化
領域Ｒqaと、透明電極４とが形成されている。また、光
半導体装置には、さらに、量子化領域Ｒqaに透明電極４
を介して電圧を印加するための駆動回路２８が配設され
ている。
体を用いて応力センサを構成した実施例１０について説
明する。図２２は、実施例１０における応力センサの構
造及び作動原理を示す。すなわち、本実施例では、シリ
コン基板１上に半導体微細柱２の集合体からなる量子化
領域Ｒqaと、透明電極４とが形成されている。また、光
半導体装置には、さらに、量子化領域Ｒqaに透明電極４
を介して電圧を印加するための駆動回路２８が配設され
ている。
【０２１３】ここで、図２２の各丸で囲んだ箇所は、各
半導体微細柱２に加わる応力状態の変化に対する半導体
微細柱２の形状の変化を示す。前述のように、半導体微
細柱２の両端に電圧が印加されると、量子閉じ込め効果
により、半導体微細柱２内でバンドギャップワイドニン
グが生じ、可視部におけるエレクトロルミネッセンスが
観測される。このバンドギャップワイドニング量ΔＥ
は、一般に半導体微細柱２の径に反比例することが知ら
れている。したがって、外部から印加される力によっ
て、１０ｎｍ程度である半導体微細柱２の径ｄが変化す
ると、１／ΔＥに反比例する発光波長λも変化する。例
えば、半導体微細柱２に圧縮応力が作用すると、半導体
微細柱２の径ｄはポアソン比に応じて増大し、発光波長
λは長波長側にシフトする。また、半導体微細柱２に引
張応力が作用すると、半導体微細柱２の径ｄがポアソン
比に応じて減少し、発光波長λは短波長側にシフトす
る。
半導体微細柱２に加わる応力状態の変化に対する半導体
微細柱２の形状の変化を示す。前述のように、半導体微
細柱２の両端に電圧が印加されると、量子閉じ込め効果
により、半導体微細柱２内でバンドギャップワイドニン
グが生じ、可視部におけるエレクトロルミネッセンスが
観測される。このバンドギャップワイドニング量ΔＥ
は、一般に半導体微細柱２の径に反比例することが知ら
れている。したがって、外部から印加される力によっ
て、１０ｎｍ程度である半導体微細柱２の径ｄが変化す
ると、１／ΔＥに反比例する発光波長λも変化する。例
えば、半導体微細柱２に圧縮応力が作用すると、半導体
微細柱２の径ｄはポアソン比に応じて増大し、発光波長
λは長波長側にシフトする。また、半導体微細柱２に引
張応力が作用すると、半導体微細柱２の径ｄがポアソン
比に応じて減少し、発光波長λは短波長側にシフトす
る。
【０２１４】図２３（ａ）は、半導体微細柱の集合体を
利用した応力センサの構造例を示し、上記図２２に示す
基本的な構造に加え、外部からの力を量子化領域Ｒqaの
各半導体微細柱に伝達するための透明プローブ２９ａ，
２９ｂをシリコン基板１の上下に配設している。図２３
（ｂ）は、量子化領域Ｒqaから出力される第２光信号Ｓ
go2 の発光スペクトルを示し、中心波長６３０ｎｍに対
し、１Ｐａの圧縮，引張りに応じ、それぞれ短波長，長
波長側に中心発光波長が約１０ｎｍシフトしているのが
観察された。特に、応力を検知するためのプローブ２９
ａ，２９ｂを外部の力を検知しようとする対象物に接続
し、プローブ２９ａ，２９ｂ及び透明電極４を応力伝達
手段とすることで、応力を感度よく光に表示することが
できる。本実施例においても、光半導体装置をシリコン
プロセスを用いて容易に製造することができる。
利用した応力センサの構造例を示し、上記図２２に示す
基本的な構造に加え、外部からの力を量子化領域Ｒqaの
各半導体微細柱に伝達するための透明プローブ２９ａ，
２９ｂをシリコン基板１の上下に配設している。図２３
（ｂ）は、量子化領域Ｒqaから出力される第２光信号Ｓ
go2 の発光スペクトルを示し、中心波長６３０ｎｍに対
し、１Ｐａの圧縮，引張りに応じ、それぞれ短波長，長
波長側に中心発光波長が約１０ｎｍシフトしているのが
観察された。特に、応力を検知するためのプローブ２９
ａ，２９ｂを外部の力を検知しようとする対象物に接続
し、プローブ２９ａ，２９ｂ及び透明電極４を応力伝達
手段とすることで、応力を感度よく光に表示することが
できる。本実施例においても、光半導体装置をシリコン
プロセスを用いて容易に製造することができる。
【０２１５】また、後述の実施例のごとく、本実施例に
おける量子化領域Ｒqaからの第２光信号Ｓgo2 をさらに
受光素子により検知して、電気信号に変換するようにし
てもよい。
おける量子化領域Ｒqaからの第２光信号Ｓgo2 をさらに
受光素子により検知して、電気信号に変換するようにし
てもよい。
【０２１６】（実施例１１）次に、実施例１１について
説明する。図２４は、実施例１１における半導体装置の
全体構成を示し、高機能のポケットコンピュータとして
使用可能なものである。半導体チップ５０の上には、半
導体チップ５０上の各回路に関する信号の処理を行う中
央処理回路５１と、メモリ５２と、電気入出力回路５３
と、光信号を集光機構を介して受ける受光部５４と、光
信号を出力する第１発光部５５と、半導体チップ５０上
の画素を通して信号を表示する第２発光部５６と、音波
の入出力を行う音波センサ部５７及び音波出力部５８
と、ＴＦＴ液晶パネルからなる表示パネルを駆動するた
めの駆動回路５９と、外部からの光信号を電気信号に変
換し半導体チップ５０内の各部回路に電源として供給す
る電源供給部６０とが配設されている。そして、上記メ
モリ５２，電気入出力回路５３，受光部５４，各発光部
５５，５６，音波センサ部５７，音波出力部５８，表示
パネル駆動回路５９等の各部は中央処理回路５１と信号
線を介して接続されている。
説明する。図２４は、実施例１１における半導体装置の
全体構成を示し、高機能のポケットコンピュータとして
使用可能なものである。半導体チップ５０の上には、半
導体チップ５０上の各回路に関する信号の処理を行う中
央処理回路５１と、メモリ５２と、電気入出力回路５３
と、光信号を集光機構を介して受ける受光部５４と、光
信号を出力する第１発光部５５と、半導体チップ５０上
の画素を通して信号を表示する第２発光部５６と、音波
の入出力を行う音波センサ部５７及び音波出力部５８
と、ＴＦＴ液晶パネルからなる表示パネルを駆動するた
めの駆動回路５９と、外部からの光信号を電気信号に変
換し半導体チップ５０内の各部回路に電源として供給す
る電源供給部６０とが配設されている。そして、上記メ
モリ５２，電気入出力回路５３，受光部５４，各発光部
５５，５６，音波センサ部５７，音波出力部５８，表示
パネル駆動回路５９等の各部は中央処理回路５１と信号
線を介して接続されている。
【０２１７】ここで、上記各部のうち中央処理回路５
１，メモリ５２，電気入出力回路３等は従来のシリコン
集積回路と同様のＭＯＳトランジスタ構造を有する。ま
た、受光部５４は一般的なフォトトランジスタ構造を有
する。
１，メモリ５２，電気入出力回路３等は従来のシリコン
集積回路と同様のＭＯＳトランジスタ構造を有する。ま
た、受光部５４は一般的なフォトトランジスタ構造を有
する。
【０２１８】それに対し、第１発光部５５及び第２発光
部５６は、上記実施例１等と同様の半導体微細柱の集合
体からなる量子化領域により構成されている。
部５６は、上記実施例１等と同様の半導体微細柱の集合
体からなる量子化領域により構成されている。
【０２１９】図２５（ａ）〜（ｄ）は、本実施例におけ
る半導体微細柱の集合体を形成する工程を示し、各図の
左側は断面図、右側は平面図である。まず、図２５
（ａ）に示すように、シリコン基板１の上にフォトレジ
スト膜Ｆrsを形成する。次に、図２（ｂ）に示すよう
に、２光束に分けたＦ２真空紫外線レーザ光を重ねて斜
めから入射させ、干渉縞を露光して現像する。すると、
１回目の露光によって、図２５（ｂ）の右側に示すよう
に、フォトレジスト膜Ｆrsのうち干渉縞の露光強度の高
い部分が除去されてなる縞模様のマスクパターンが形成
される。そして、図は省略するが、図２５（ｂ）に示す
シリコン基板１を９０度回転させた位置で、同じ２光束
のレーザ光を入射することで、最終的に数ｎｍ角の第１
点状マスクＭs1が得られる。レーザ光の干渉縞を形成す
る際、波長と入射角度により決まる所定ピッチの縞が形
成されるので、点状マスクＭs1の大きさを任意に調整し
得る。次に、図２５（ｃ）に示すように、第１点状マス
クＭs1を用いてシリコン基板１を０．５〜数μｍの深さ
までエッチングし、半導体微細柱２の集合体を形成す
る。エッチング条件は上記第１実施例と同様である。そ
の後、フォトレジスト膜Ｆrsを除去した後、半導体微細
柱２の側方を側部を熱酸化して絶縁層３で埋め、平坦化
する。さらに、図２５（ｄ）に示すように、平坦化され
た各半導体微細柱２の上端部の酸化層を除去した後、量
子化領域Ｒqaの上に透明電極４を形成する。
る半導体微細柱の集合体を形成する工程を示し、各図の
左側は断面図、右側は平面図である。まず、図２５
（ａ）に示すように、シリコン基板１の上にフォトレジ
スト膜Ｆrsを形成する。次に、図２（ｂ）に示すよう
に、２光束に分けたＦ２真空紫外線レーザ光を重ねて斜
めから入射させ、干渉縞を露光して現像する。すると、
１回目の露光によって、図２５（ｂ）の右側に示すよう
に、フォトレジスト膜Ｆrsのうち干渉縞の露光強度の高
い部分が除去されてなる縞模様のマスクパターンが形成
される。そして、図は省略するが、図２５（ｂ）に示す
シリコン基板１を９０度回転させた位置で、同じ２光束
のレーザ光を入射することで、最終的に数ｎｍ角の第１
点状マスクＭs1が得られる。レーザ光の干渉縞を形成す
る際、波長と入射角度により決まる所定ピッチの縞が形
成されるので、点状マスクＭs1の大きさを任意に調整し
得る。次に、図２５（ｃ）に示すように、第１点状マス
クＭs1を用いてシリコン基板１を０．５〜数μｍの深さ
までエッチングし、半導体微細柱２の集合体を形成す
る。エッチング条件は上記第１実施例と同様である。そ
の後、フォトレジスト膜Ｆrsを除去した後、半導体微細
柱２の側方を側部を熱酸化して絶縁層３で埋め、平坦化
する。さらに、図２５（ｄ）に示すように、平坦化され
た各半導体微細柱２の上端部の酸化層を除去した後、量
子化領域Ｒqaの上に透明電極４を形成する。
【０２２０】なお、フォトレジスト膜Ｆrsをパターニン
グして点状マスクＭs1を形成するには、本実施例のごと
く、干渉縞を形成するほか原子間力顕微鏡のカンチレバ
ーの探針を所定の押圧力で押付けた状態でシリコン基板
を水平方向に移動して、プリべーキングされたフォトレ
ジスト膜に縦横多数の凹状溝を形成し、残存する点状の
部分を点状マスクとしてもよい。また、フォトレジスト
膜をパターニングして点状マスクを形成する場合、上記
実施例１のごとく、シリコン基板１の上に酸化膜を形成
した後、フォトレジスト膜の第１点状マスクを用いて酸
化膜を点状にパターニングし、これを第２点状マスクと
して半導体をエッチングするようにしてもよい。
グして点状マスクＭs1を形成するには、本実施例のごと
く、干渉縞を形成するほか原子間力顕微鏡のカンチレバ
ーの探針を所定の押圧力で押付けた状態でシリコン基板
を水平方向に移動して、プリべーキングされたフォトレ
ジスト膜に縦横多数の凹状溝を形成し、残存する点状の
部分を点状マスクとしてもよい。また、フォトレジスト
膜をパターニングして点状マスクを形成する場合、上記
実施例１のごとく、シリコン基板１の上に酸化膜を形成
した後、フォトレジスト膜の第１点状マスクを用いて酸
化膜を点状にパターニングし、これを第２点状マスクと
して半導体をエッチングするようにしてもよい。
【０２２１】次に、図２６は本実施例に係る半導体チッ
プ５０の平面図であって、半導体チップ５０上にはマト
リクス状に配置された多くの量子化領域Ｒqa（半導体微
細柱の集合体）からなる第２発光部５６が搭載されてい
る。つまり、第２発光部５６の各量子化領域Ｒqaが信号
に応じて、所定パターンを表示するようにオン・オフす
ることで、例えば半導体チップ５０上の回路の良否判定
等を表示するようにしている。
プ５０の平面図であって、半導体チップ５０上にはマト
リクス状に配置された多くの量子化領域Ｒqa（半導体微
細柱の集合体）からなる第２発光部５６が搭載されてい
る。つまり、第２発光部５６の各量子化領域Ｒqaが信号
に応じて、所定パターンを表示するようにオン・オフす
ることで、例えば半導体チップ５０上の回路の良否判定
等を表示するようにしている。
【０２２２】一方、第１発光部５５が出力する光信号
は、光ファイバーを介して外部に伝達される。図２７
は、第１発光部５５の部分の断面構造を示し、半導体微
細柱の集合体からなる量子化領域Ｒqaの上に透明電極４
が形成されているとともに、さらに透明電極４の上にフ
ィルタ６２を介して集光機構である凸レンズ６１が載置
されている。そして、凸レンズ６１で集光された第２光
信号Ｓgo2 が光ファイバー（図示せず）を介して外部に
出力される。このフィルタ６２は、透明な屈折率の異な
る薄膜を複数層重ねて多重干渉を生ぜしめたバンドパス
フィルタである。このフィルタ６２は必ずしも必要でな
いが、比較的長距離の信号伝搬が必要な場合、光のバン
ドを狭めることで信号の減衰を抑制し得るので、第１発
光部５５の量子化領域Ｒqaの上にはフィルタを設けるこ
とが好ましい。そして、凸レンズ等の集光機構を付設す
ることで、光ファイバーとの結合状態が良好になる。な
お、光ファイバーは半導体チップ５０の表面にほぼ垂直
に設置されている。
は、光ファイバーを介して外部に伝達される。図２７
は、第１発光部５５の部分の断面構造を示し、半導体微
細柱の集合体からなる量子化領域Ｒqaの上に透明電極４
が形成されているとともに、さらに透明電極４の上にフ
ィルタ６２を介して集光機構である凸レンズ６１が載置
されている。そして、凸レンズ６１で集光された第２光
信号Ｓgo2 が光ファイバー（図示せず）を介して外部に
出力される。このフィルタ６２は、透明な屈折率の異な
る薄膜を複数層重ねて多重干渉を生ぜしめたバンドパス
フィルタである。このフィルタ６２は必ずしも必要でな
いが、比較的長距離の信号伝搬が必要な場合、光のバン
ドを狭めることで信号の減衰を抑制し得るので、第１発
光部５５の量子化領域Ｒqaの上にはフィルタを設けるこ
とが好ましい。そして、凸レンズ等の集光機構を付設す
ることで、光ファイバーとの結合状態が良好になる。な
お、光ファイバーは半導体チップ５０の表面にほぼ垂直
に設置されている。
【０２２３】表示パネル駆動回路５９は、通常のＭＯＳ
集積回路で構成されており、大面積の表示機能が必要な
場合に液晶表示装置（ＬＣＤ）を使用するためのもので
ある。
集積回路で構成されており、大面積の表示機能が必要な
場合に液晶表示装置（ＬＣＤ）を使用するためのもので
ある。
【０２２４】上記音波センサ部５７は、図２８（ａ），
（ｂ）に示すように、４点で支持された薄いダイアフラ
ム６３を半導体チップ５０上に形成しておき、音波を受
けて生じるダイアフラム６３の変位量がブリッジの抵抗
の変化量と比例する現象（ピエゾ抵抗効果）を用いて音
波を電気信号に変換している。ピエゾ抵抗効果素子は応
力センサとして開発が進められており、本実施例はこの
技術を応用したものである。ただし、コンデンサマイク
ロフォンのように電極と基板との間の静電容量の変化量
を検知し音波を検出することもできる。
（ｂ）に示すように、４点で支持された薄いダイアフラ
ム６３を半導体チップ５０上に形成しておき、音波を受
けて生じるダイアフラム６３の変位量がブリッジの抵抗
の変化量と比例する現象（ピエゾ抵抗効果）を用いて音
波を電気信号に変換している。ピエゾ抵抗効果素子は応
力センサとして開発が進められており、本実施例はこの
技術を応用したものである。ただし、コンデンサマイク
ロフォンのように電極と基板との間の静電容量の変化量
を検知し音波を検出することもできる。
【０２２５】上記音波出力部５８は、図２９に示すよう
に、片持梁状のダイアフラム６４を備え、音声信号を受
けて発生する静電気力により、ダイアフラム６４を振動
させて、音波を発生させるように構成されている。ただ
し、このような構造の部材の代わりに、音声信号で外部
の小電力のスピーカーを駆動するようにしてもよい。
に、片持梁状のダイアフラム６４を備え、音声信号を受
けて発生する静電気力により、ダイアフラム６４を振動
させて、音波を発生させるように構成されている。ただ
し、このような構造の部材の代わりに、音声信号で外部
の小電力のスピーカーを駆動するようにしてもよい。
【０２２６】上記電源供給部６０は、外部からの光を電
気エネルギーに変換し、半導体チップ５０内の各部の回
路に供給する回路であり、光を受けて電流信号に変換す
るフォトダイオードと、この電流信号を受けて３〜５Ｖ
程度の定電圧を生ぜしめる定電圧回路とにより構成され
ている（図面は省略する）。電源の供給が光ではなくミ
リ波やマイクロ波等の電磁波である場合には、アンテナ
とダイオードとからなる検波回路と定電圧回路とをこれ
に変えて使用することができる。
気エネルギーに変換し、半導体チップ５０内の各部の回
路に供給する回路であり、光を受けて電流信号に変換す
るフォトダイオードと、この電流信号を受けて３〜５Ｖ
程度の定電圧を生ぜしめる定電圧回路とにより構成され
ている（図面は省略する）。電源の供給が光ではなくミ
リ波やマイクロ波等の電磁波である場合には、アンテナ
とダイオードとからなる検波回路と定電圧回路とをこれ
に変えて使用することができる。
【０２２７】本実施例のごとく、光を用いて信号を入力
し、また光により電力を供給することにより、ワイヤレ
スで半導体装置を機能させることができる。また、信号
や電力を入力するための配線をなくすことで、寄生イン
ピーダンスに起因して生じる信号の遅延を最小限にする
ことができる。１チップでこのような多種の機能を実現
し得るので、携帯用コンピュータ等の小型化に大きな役
割を果たすことができる。また、音波による信号の入力
や出力の機能を持たせることで、音声記憶や電話回線を
介する信号の授受等、コンピュータのヒューマンインタ
ーフェースの高度化に役立つ。さらに、半導体装置の製
造工程においても、ワイヤの接続の工程の一部が不要と
なり、製造コストの低減、歩留まりの向上を図ることが
できる。さらに、発光表示機能と自己検査機能とを併用
すれば、不良品だけを表示機能により容易に選別するこ
とができ、検査費用及び検査時間の低減を図ることがで
きる。
し、また光により電力を供給することにより、ワイヤレ
スで半導体装置を機能させることができる。また、信号
や電力を入力するための配線をなくすことで、寄生イン
ピーダンスに起因して生じる信号の遅延を最小限にする
ことができる。１チップでこのような多種の機能を実現
し得るので、携帯用コンピュータ等の小型化に大きな役
割を果たすことができる。また、音波による信号の入力
や出力の機能を持たせることで、音声記憶や電話回線を
介する信号の授受等、コンピュータのヒューマンインタ
ーフェースの高度化に役立つ。さらに、半導体装置の製
造工程においても、ワイヤの接続の工程の一部が不要と
なり、製造コストの低減、歩留まりの向上を図ることが
できる。さらに、発光表示機能と自己検査機能とを併用
すれば、不良品だけを表示機能により容易に選別するこ
とができ、検査費用及び検査時間の低減を図ることがで
きる。
【０２２８】（実施例１２）次に、実施例１２について
説明する。図３０（ａ）〜（ｄ）は、受光素子，発光素
子を集積回路内に組み込んだ光半導体装置の製造工程を
示す。まず、図３０（ａ）に示すように、ｐ型シリコン
基板１ａ上に、ｎ型ソース７１，ｎ型ドレイン７２，ゲ
ート酸化膜７３，ゲート電極７４及び層間絶縁膜７５か
らなるＭＯＳＦＥＴ７０を形成する。次に、図３０
（ｂ）に示すように、上記ＭＯＳＦＥＴ７０の形成領域
に隣接する層間絶縁膜７５の開口領域に、上記実施例１
等の工程により、半導体微細柱の集合体からなり発光素
子として機能する量子化領域Ｒqaを形成する。そして、
図３０（ｃ）に示すように、各量子化領域の部分を開口
する絶縁膜７６を形成し、量子化領域Ｒqaを覆いさらに
上記絶縁膜７６の一部まで覆うようにＩＴＯからなる透
明電極４を形成する。その後、ドレイン７２と透明電極
４とを電気的に接続する金属配線７７を形成する。そし
て、図３０（ｄ）に示すように、金属，ポリシリコン等
からなる配線７７や透明電極４の上に量子化領域Ｒqaの
上を開口した基板間絶縁膜７８を形成し、表面を平坦化
する。
説明する。図３０（ａ）〜（ｄ）は、受光素子，発光素
子を集積回路内に組み込んだ光半導体装置の製造工程を
示す。まず、図３０（ａ）に示すように、ｐ型シリコン
基板１ａ上に、ｎ型ソース７１，ｎ型ドレイン７２，ゲ
ート酸化膜７３，ゲート電極７４及び層間絶縁膜７５か
らなるＭＯＳＦＥＴ７０を形成する。次に、図３０
（ｂ）に示すように、上記ＭＯＳＦＥＴ７０の形成領域
に隣接する層間絶縁膜７５の開口領域に、上記実施例１
等の工程により、半導体微細柱の集合体からなり発光素
子として機能する量子化領域Ｒqaを形成する。そして、
図３０（ｃ）に示すように、各量子化領域の部分を開口
する絶縁膜７６を形成し、量子化領域Ｒqaを覆いさらに
上記絶縁膜７６の一部まで覆うようにＩＴＯからなる透
明電極４を形成する。その後、ドレイン７２と透明電極
４とを電気的に接続する金属配線７７を形成する。そし
て、図３０（ｄ）に示すように、金属，ポリシリコン等
からなる配線７７や透明電極４の上に量子化領域Ｒqaの
上を開口した基板間絶縁膜７８を形成し、表面を平坦化
する。
【０２２９】一方、図面は省略するが、別のシリコン基
板１ｂに、上記図３０（ａ）〜（ｄ）に示す工程におけ
る量子化領域Ｒqaの代りに、ｐ領域及びｎ領域からなり
受光素子として機能するフォトダイオード７９を形成
し、このフォトダイオード７９の上に透明電極４を付設
して、さらにフォトダイオード７９の上方を開口した基
板間絶縁膜７８を形成する。
板１ｂに、上記図３０（ａ）〜（ｄ）に示す工程におけ
る量子化領域Ｒqaの代りに、ｐ領域及びｎ領域からなり
受光素子として機能するフォトダイオード７９を形成
し、このフォトダイオード７９の上に透明電極４を付設
して、さらにフォトダイオード７９の上方を開口した基
板間絶縁膜７８を形成する。
【０２３０】図３１は、上記２つのシリコン基板１ａ，
１ｂを、量子化領域Ｒqaとフォトダイオード７９とが対
向するように、基板間絶縁膜７８を介して張合わせてな
る光半導体装置の断面構造を示す。下側の論理回路の出
力電極であるＭＯＳＦＥＴ７０のドレイン７２は厚さ
０．１μｍの半導体微細柱の集合体からなる量子化領域
Ｒqaに透明電極４とを介して接続されている。そして、
出力電極であるドレイン７２の電位が２Ｖに上昇する
と、第１電気信号Ｓge1 が出力され、配線７７を介して
量子化領域Ｒqaの各半導体微細柱に０．２ＭＶ／ｃｍ程
度の電界が印加される。この第１電気信号Ｓge1 を受け
て、各半導体微細柱が発光し、量子化領域Ｒqaから第２
光信号Ｓgo2 が出力される。そして、透明電極４を透過
した第２光信号Ｓgo2 が、フォトダイオード７９に入力
されると、フォトダイオード７９から第３電気信号Ｓge
3 が出力される。そして、この第３電気信号Ｓge3 は、
金属配線７７を介して側方のＭＯＳＦＥＴ７０のドレイ
ンに入力される。その後の信号処理は、通常の集積回路
と同様に行われる。
１ｂを、量子化領域Ｒqaとフォトダイオード７９とが対
向するように、基板間絶縁膜７８を介して張合わせてな
る光半導体装置の断面構造を示す。下側の論理回路の出
力電極であるＭＯＳＦＥＴ７０のドレイン７２は厚さ
０．１μｍの半導体微細柱の集合体からなる量子化領域
Ｒqaに透明電極４とを介して接続されている。そして、
出力電極であるドレイン７２の電位が２Ｖに上昇する
と、第１電気信号Ｓge1 が出力され、配線７７を介して
量子化領域Ｒqaの各半導体微細柱に０．２ＭＶ／ｃｍ程
度の電界が印加される。この第１電気信号Ｓge1 を受け
て、各半導体微細柱が発光し、量子化領域Ｒqaから第２
光信号Ｓgo2 が出力される。そして、透明電極４を透過
した第２光信号Ｓgo2 が、フォトダイオード７９に入力
されると、フォトダイオード７９から第３電気信号Ｓge
3 が出力される。そして、この第３電気信号Ｓge3 は、
金属配線７７を介して側方のＭＯＳＦＥＴ７０のドレイ
ンに入力される。その後の信号処理は、通常の集積回路
と同様に行われる。
【０２３１】したがって、本実施例では、集積回路上に
形成した受光素子により出力信号が電気信号から光信号
に変換された後、再び電気信号に変換されるという光複
合素子を組み込んだ光半導体装置が得られることにな
る。
形成した受光素子により出力信号が電気信号から光信号
に変換された後、再び電気信号に変換されるという光複
合素子を組み込んだ光半導体装置が得られることにな
る。
【０２３２】（実施例１３）次に、実施例１３について
説明する。図３２（ａ）〜（ｄ）は、溝部を介して発光
素子，受光素子を相対向させた構造を有する光半導体装
置の製造工程を示す。まず、図３２（ａ）に示すよう
に、シリコン基板１の相隣接する２つの領域に、半導体
微細柱の集合体からなり発光素子として機能する量子化
領域Ｒqaと、ｐ領域及びｎ領域からなり受光素子として
機能するフォトダイオード７９とを形成する。次に、図
３２（ｂ）に示すように、量子化領域Ｒqaとフォトダイ
オード７９との上に、層間絶縁膜７５やポリシリコンか
らなる配線７７を形成する。なお、この場合には、量子
化領域Ｒqa及びフォトダイオード７９の上に透明電極は
形成する必要がない。次に、図３２（ｃ）に示すよう
に、シリコン基板１の量子化領域Ｒqa及びフォトダイオ
ード７９の一部を含む両者間の領域をエッチングして、
溝部８０を形成する。
説明する。図３２（ａ）〜（ｄ）は、溝部を介して発光
素子，受光素子を相対向させた構造を有する光半導体装
置の製造工程を示す。まず、図３２（ａ）に示すよう
に、シリコン基板１の相隣接する２つの領域に、半導体
微細柱の集合体からなり発光素子として機能する量子化
領域Ｒqaと、ｐ領域及びｎ領域からなり受光素子として
機能するフォトダイオード７９とを形成する。次に、図
３２（ｂ）に示すように、量子化領域Ｒqaとフォトダイ
オード７９との上に、層間絶縁膜７５やポリシリコンか
らなる配線７７を形成する。なお、この場合には、量子
化領域Ｒqa及びフォトダイオード７９の上に透明電極は
形成する必要がない。次に、図３２（ｃ）に示すよう
に、シリコン基板１の量子化領域Ｒqa及びフォトダイオ
ード７９の一部を含む両者間の領域をエッチングして、
溝部８０を形成する。
【０２３３】図３２（ｄ）は、光半導体装置の仕上り状
態における断面構造を示す。同図に示すように、発光素
子として機能する量子化領域Ｒqaと、受光素子として機
能するフォトダイオード７９との側部が露出している。
言い換えると、量子化領域Ｒqaとフォトダイオード７９
とが溝部８０の側壁に形成され、両者が相対向してい
る。そして、上記実施例１の図１に示すように、量子化
領域Ｒqaの各半導体微細柱２の周囲は透明なシリコン酸
化膜からなる絶縁層３が形成されているので、量子化領
域Ｒqaからの発光がその側方からも観察可能な状態とな
っている。したがって、本実施例では、第１電気信号Ｓ
ge1 が配線７７を介して量子化領域Ｒqaに入力される
と、量子化領域Ｒqaから第２光信号Ｓgo2 が出力され、
さらにフォトダイオード７９で第３電気信号Ｓge3 に変
換される。特に、本実施例では、２つの基板を張合わせ
る必要がなく、２次元集積回路で実施例１２の３次元集
積回路構造と同様の機能を発揮することができる。しか
も、位置合わせの問題もないので、製造上も極めて容易
に光複合素子を搭載し得る。
態における断面構造を示す。同図に示すように、発光素
子として機能する量子化領域Ｒqaと、受光素子として機
能するフォトダイオード７９との側部が露出している。
言い換えると、量子化領域Ｒqaとフォトダイオード７９
とが溝部８０の側壁に形成され、両者が相対向してい
る。そして、上記実施例１の図１に示すように、量子化
領域Ｒqaの各半導体微細柱２の周囲は透明なシリコン酸
化膜からなる絶縁層３が形成されているので、量子化領
域Ｒqaからの発光がその側方からも観察可能な状態とな
っている。したがって、本実施例では、第１電気信号Ｓ
ge1 が配線７７を介して量子化領域Ｒqaに入力される
と、量子化領域Ｒqaから第２光信号Ｓgo2 が出力され、
さらにフォトダイオード７９で第３電気信号Ｓge3 に変
換される。特に、本実施例では、２つの基板を張合わせ
る必要がなく、２次元集積回路で実施例１２の３次元集
積回路構造と同様の機能を発揮することができる。しか
も、位置合わせの問題もないので、製造上も極めて容易
に光複合素子を搭載し得る。
【０２３４】以上の各実施例では、半導体基板としてシ
リコンの単結晶基板を用いたが、本発明はかかる実施例
に限定されるものではなく、例えばゲルマニウム等の単
一元素からなる半導体や、Ｇa Ａs ，Ｇa Ｐ，Ｇa Ｎ，
Ｉn Ｐ等のII−Ｖ族化合物半導体にも適用しうる。特
に、Ｇa Ａs 等の直接遷移型のバンド構造を有する物質
の半導体微細柱を形成すると、量子サイズ効果によって
発光強度が高くなるとともに、特性のよいレーザー光が
容易に得られることができる利点がある。また、必ずし
も単結晶体である必要はなく、例えばアモルファスシリ
コンの微細柱の集合体を利用して効率の高い光電変換を
行わせることで、高効率の太陽電池等を構成することも
可能である。
リコンの単結晶基板を用いたが、本発明はかかる実施例
に限定されるものではなく、例えばゲルマニウム等の単
一元素からなる半導体や、Ｇa Ａs ，Ｇa Ｐ，Ｇa Ｎ，
Ｉn Ｐ等のII−Ｖ族化合物半導体にも適用しうる。特
に、Ｇa Ａs 等の直接遷移型のバンド構造を有する物質
の半導体微細柱を形成すると、量子サイズ効果によって
発光強度が高くなるとともに、特性のよいレーザー光が
容易に得られることができる利点がある。また、必ずし
も単結晶体である必要はなく、例えばアモルファスシリ
コンの微細柱の集合体を利用して効率の高い光電変換を
行わせることで、高効率の太陽電池等を構成することも
可能である。
【０２３５】また、上記各実施例では、シリコン基板１
の上に直接半導体微細柱２の集合体を形成したが、本発
明はかかる実施例に限定されるものではなく、シリコン
基板上に絶縁膜を介して半導体微細柱の集合体を形成し
てもよい。すなわち、いわゆるＳＯＩ構造とすることも
できる。
の上に直接半導体微細柱２の集合体を形成したが、本発
明はかかる実施例に限定されるものではなく、シリコン
基板上に絶縁膜を介して半導体微細柱の集合体を形成し
てもよい。すなわち、いわゆるＳＯＩ構造とすることも
できる。
【０２３６】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、半導体微細柱の集合体として、基板上に、径方
向の寸法が量子サイズ効果を生じる程度に微細な半導体
の柱状体からなる半導体微細柱を多数個並設する構成と
したので、半導体のバンド幅の拡大により、効率の高い
波長変換素子とすることができるとともに、効率の高い
受光素子の受光部，発光素子の発光部とすることができ
る。
よれば、半導体微細柱の集合体として、基板上に、径方
向の寸法が量子サイズ効果を生じる程度に微細な半導体
の柱状体からなる半導体微細柱を多数個並設する構成と
したので、半導体のバンド幅の拡大により、効率の高い
波長変換素子とすることができるとともに、効率の高い
受光素子の受光部，発光素子の発光部とすることができ
る。
【０２３７】請求項２の発明によれば、光の入射効率や
取出し効率の向上を図ることができる。
取出し効率の向上を図ることができる。
【０２３８】請求項３の発明によれば、量子サイズ効果
を確実に発揮することができる。
を確実に発揮することができる。
【０２３９】請求項４，５の発明によれば、量子サイズ
効果の再現性の確実化と寿命の延長とを図ることができ
る。
効果の再現性の確実化と寿命の延長とを図ることができ
る。
【０２４０】請求項６の発明によれば、光の入射効率や
電圧の印加効率の向上を図ることができる。
電圧の印加効率の向上を図ることができる。
【０２４１】請求項７の発明によれば、半導体微細柱の
横方向への発光の取出し及び横方向からの光の入射を図
ることができる。
横方向への発光の取出し及び横方向からの光の入射を図
ることができる。
【０２４２】請求項８，９の発明によれば、量子サイズ
効果を顕著に発揮することができる。
効果を顕著に発揮することができる。
【０２４３】請求項１０，１１，１２，１４の発明によ
れば、半導体装置の構成として、半導体基板と半導体微
細柱の集合体からなる量子化領域とを設けたので、半導
体装置を光変換素子として機能させることができる。
れば、半導体装置の構成として、半導体基板と半導体微
細柱の集合体からなる量子化領域とを設けたので、半導
体装置を光変換素子として機能させることができる。
【０２４４】請求項１３，２１の発明によれば、２次元
集積回路システムでも３次元集積回路システムに匹敵す
る高い情報処理機能を発揮することができる。
集積回路システムでも３次元集積回路システムに匹敵す
る高い情報処理機能を発揮することができる。
【０２４５】請求項１５，１６，１７，１８，１９，２
０，２２の発明によれば、半導体装置を発光素子，波長
変換素子，受光素子等として機能させることができる。
０，２２の発明によれば、半導体装置を発光素子，波長
変換素子，受光素子等として機能させることができる。
【０２４６】請求項２３，２４の発明によれば、半導体
装置を力−光変換素子として機能させることができる。
装置を力−光変換素子として機能させることができる。
【０２４７】請求項２５の発明によれば、光の入射効率
や取出し効率の向上を図ることができる。
や取出し効率の向上を図ることができる。
【０２４８】請求項２６の発明によれば、量子化領域へ
の光の入射及び量子化領域からの光の取出しを行うこと
ができる。
の光の入射及び量子化領域からの光の取出しを行うこと
ができる。
【０２４９】請求項２７の発明によれば、光信号を光フ
ァイバー等を介して外部に伝達する際の伝達効率の向上
を図ることができる。
ァイバー等を介して外部に伝達する際の伝達効率の向上
を図ることができる。
【０２５０】請求項２８，２９の発明によれば、光信号
の伝達機能の向上を図ることができる。
の伝達機能の向上を図ることができる。
【０２５１】請求項３０，３１の発明によれば、半導体
装置の情報処理能力をより向上させることができる。
装置の情報処理能力をより向上させることができる。
【０２５２】請求項３２の発明によれば、量子サイズ効
果を確実に発揮することができる。
果を確実に発揮することができる。
【０２５３】請求項３３，３４の発明によれば、量子サ
イズ効果の再現性の確実化と寿命の延長とを図ることが
できる。
イズ効果の再現性の確実化と寿命の延長とを図ることが
できる。
【０２５４】請求項３５の発明によれば、光の入射効率
や電圧の印加効率の向上を図ることができる。
や電圧の印加効率の向上を図ることができる。
【０２５５】請求項３６の発明によれば、半導体微細柱
の横方向への発光の取出し及び横方向からの光の入射を
図ることができる。
の横方向への発光の取出し及び横方向からの光の入射を
図ることができる。
【０２５６】請求項３７，３８の発明によれば、量子サ
イズ効果を顕著に発揮することができる。
イズ効果を顕著に発揮することができる。
【０２５７】請求項３９の発明によれば、量子化領域の
作動を確実に維持することができる。
作動を確実に維持することができる。
【０２５８】請求項４０の発明によれば、半導体装置の
ＳＯＩ構造の素子への適用を図ることができる。
ＳＯＩ構造の素子への適用を図ることができる。
【０２５９】請求項４１の発明によれば、発光，受光，
波長変換機能の向上を図ることができる。
波長変換機能の向上を図ることができる。
【０２６０】請求項４２の発明によれば、半導体装置を
受光素子，発光素子等とする際の電気信号の授受を円滑
とできる。
受光素子，発光素子等とする際の電気信号の授受を円滑
とできる。
【０２６１】請求項４３の発明によれば、発光強度の向
上を図ることができる。
上を図ることができる。
【０２６２】請求項４４の発明によれば、半導体微細柱
の集合体の形成方法として、第１点状マスクを形成し、
第１点状マスクを用いて半導体基板を所定深さまでエッ
チングするようにしたので、高い量子サイズ効果による
受光や発光を生じる半導体微細柱の集合体を容易に形成
することができる。。
の集合体の形成方法として、第１点状マスクを形成し、
第１点状マスクを用いて半導体基板を所定深さまでエッ
チングするようにしたので、高い量子サイズ効果による
受光や発光を生じる半導体微細柱の集合体を容易に形成
することができる。。
【０２６３】請求項４５の発明によれば、半導体微細柱
の集合体中の各半導体微細柱の径や深さの均一化を図る
ことができる。
の集合体中の各半導体微細柱の径や深さの均一化を図る
ことができる。
【０２６４】請求項４６，４７の発明によれば、現在の
フォトリソグラフィー技術を利用して、微細な第１点状
マスクを形成することができる。
フォトリソグラフィー技術を利用して、微細な第１点状
マスクを形成することができる。
【０２６５】請求項４８の発明によれば、ＣＶＤ技術を
利用してマスクを形成することができる。
利用してマスクを形成することができる。
【０２６６】請求項４９の発明によれば、半導体微細柱
の集合体が形成された後、点状マスクを除去するように
したので、その後の工程を円滑に進めることができる。
の集合体が形成された後、点状マスクを除去するように
したので、その後の工程を円滑に進めることができる。
【０２６７】請求項５０，５１，５２の発明によれば、
径方向の寸法の揃った微細な半導体微細柱の集合体を容
易に形成することができる。
径方向の寸法の揃った微細な半導体微細柱の集合体を容
易に形成することができる。
【０２６８】請求項５３，５４，５５の発明によれば、
各グレインの分離性及び形状の改善を図ることができ
る。
各グレインの分離性及び形状の改善を図ることができ
る。
【０２６９】請求項５６，５７の発明によれば、量子サ
イズ効果による発光等の特性の再現性の向上と寿命の延
長とを図ることができる。
イズ効果による発光等の特性の再現性の向上と寿命の延
長とを図ることができる。
【０２７０】請求項５８，５９の発明によれば、絶縁層
の形成の容易化を図ることができる。
の形成の容易化を図ることができる。
【０２７１】請求項６０の発明によれば、半導体デバイ
スの製造プロセスとの互換性を図りつつ、受光素子，発
光素子，波長変換素子等として特性の良好な半導体装置
を得ることができる。
スの製造プロセスとの互換性を図りつつ、受光素子，発
光素子，波長変換素子等として特性の良好な半導体装置
を得ることができる。
【０２７２】請求項６１の発明では、半導体微細柱の集
合体中の各半導体微細柱の径や深さの均一化を図ること
ができる。
合体中の各半導体微細柱の径や深さの均一化を図ること
ができる。
【０２７３】請求項６２，６３の発明によれば、現在の
フォトリソグラフィー技術を利用して、微細な第１点状
マスクを形成することができる。
フォトリソグラフィー技術を利用して、微細な第１点状
マスクを形成することができる。
【０２７４】請求項６４の発明によれば、ＣＶＤ技術を
利用して第１点状マスクを形成することができる。
利用して第１点状マスクを形成することができる。
【０２７５】請求項６５，６６，６７の発明によれば、
径方向の寸法の揃った微細な半導体微細柱の集合体を容
易に形成することができる。
径方向の寸法の揃った微細な半導体微細柱の集合体を容
易に形成することができる。
【０２７６】請求項６８，６９，７０の発明によれば、
各グレインの分離性及び形状の改善を図ることができ
る。
各グレインの分離性及び形状の改善を図ることができ
る。
【０２７７】請求項７１，７２の発明によれば、量子サ
イズ効果による発光等の特性の再現性の向上と寿命の延
長とを図ることができる。
イズ効果による発光等の特性の再現性の向上と寿命の延
長とを図ることができる。
【０２７８】請求項７３，７４の発明によれば、絶縁層
をＣＶＤ法や熱酸化法で形成するようにしたので、絶縁
層の形成の容易化を図ることができる。
をＣＶＤ法や熱酸化法で形成するようにしたので、絶縁
層の形成の容易化を図ることができる。
【０２７９】請求項７５の発明によれば、ｐｎ接合を利
用した発光効率や受光効率の高い受光素子，発光素子，
波長変換素子等が得ることができる。
用した発光効率や受光効率の高い受光素子，発光素子，
波長変換素子等が得ることができる。
【０２８０】請求項７６の発明によれば、同じ半導体基
板の上に他の半導体素子を搭載する工程の容易化を図る
ことができる。
板の上に他の半導体素子を搭載する工程の容易化を図る
ことができる。
【０２８１】請求項７７の発明によれば、発光素子，受
光素子等として電気信号の授受の容易な半導体装置を得
ることができる。
光素子等として電気信号の授受の容易な半導体装置を得
ることができる。
【０２８２】請求項７８の発明によれば、各半導体微細
柱の電子の蓄積による発光効率や受光効率の高い半導体
装置を得ることができる。
柱の電子の蓄積による発光効率や受光効率の高い半導体
装置を得ることができる。
【図１】実施例１に係る光半導体素子の断面図である。
【図２】実施例１における光半導体素子の製造工程中に
おける構造の変化を示す断面図である。
おける構造の変化を示す断面図である。
【図３】実施例１において堆積温度とＳi Ｈ4 分圧とを
変化させた場合の半球状グレインの形状変化を示す図で
ある。
変化させた場合の半球状グレインの形状変化を示す図で
ある。
【図４】実施例１の製造方法によるアモルファス領域，
＜３１１＞配向領域のグレインを用いて作成された半導
体微細柱の集合体，及び従来の陽極化成法による多孔質
シリコンの構造を示す横断面図である。
＜３１１＞配向領域のグレインを用いて作成された半導
体微細柱の集合体，及び従来の陽極化成法による多孔質
シリコンの構造を示す横断面図である。
【図５】量子化領域への印加電圧に対する電流の変化特
性を示す図である。
性を示す図である。
【図６】量子化領域の発光の強度の電流依存性を示す図
である。
である。
【図７】量子化領域の発光の波長の電圧依存性を示す図
である。
である。
【図８】実施例２に係る半導体装置の製造工程における
構造の変化を示す断面図である。
構造の変化を示す断面図である。
【図９】実施例２において堆積温度とＳi Ｈ4 分圧とを
変化させた場合の半球状グレインの形状変化を示す図で
ある。
変化させた場合の半球状グレインの形状変化を示す図で
ある。
【図１０】アニール条件を変化させた場合の半球状グレ
インの形状を示すＳＥＭ写真である。
インの形状を示すＳＥＭ写真である。
【図１１】実施例３における半球状グレインのアニール
時間と粒径、粒密度との関係を示す図である。
時間と粒径、粒密度との関係を示す図である。
【図１２】実施例４におけるグレインの形成工程におけ
る状態の変化を示す断面図である。
る状態の変化を示す断面図である。
【図１３】実施例４における表面処理の有無によるグレ
インの粒径の分布の相違を示す図である。
インの粒径の分布の相違を示す図である。
【図１４】実施例５に係る光半導体装置の断面図であ
る。
る。
【図１５】実施例６に係る光半導体装置の断面図であ
る。
る。
【図１６】実施例７に係る光半導体装置の断面図であ
る。
る。
【図１７】１次元及び２次元フレネルレンズの平面構造
を模式的に示す図である。
を模式的に示す図である。
【図１８】実施例８に係る光半導体装置の断面図であ
る。
る。
【図１９】高周波電力を印加されたシリコンの結晶格子
内における電子の運動状態を説明する図である。
内における電子の運動状態を説明する図である。
【図２０】実施例９に係る半導体装置の断面図である。
【図２１】実施例９の半導体装置の製造工程における構
造の変化を示す断面図である。
造の変化を示す断面図である。
【図２２】実施例１０に係る量子化領域を利用した応力
センサの原理を説明するための断面図である。
センサの原理を説明するための断面図である。
【図２３】実施例１０の応力センサの断面構造と、応力
センサからの出力光の波長の応力に対する変化とを示す
図である。
センサからの出力光の波長の応力に対する変化とを示す
図である。
【図２４】実施例１０に係る半導体装置の全体構成を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図２５】実施例１１に係る半導体装置の製造工程にお
ける構造の変化を示す断面図及び平面図である。
ける構造の変化を示す断面図及び平面図である。
【図２６】実施例１１に係る表示装置の平面図である。
【図２７】実施例１１に係る半導体装置の第１発光部の
部分の断面図である。
部分の断面図である。
【図２８】実施例１１に係る半導体装置中の音波センサ
部の構造を示す断面図及び平面図である。
部の構造を示す断面図及び平面図である。
【図２９】実施例１１に係る半導体装置中の音波出力部
の構成を示す断面図である。
の構成を示す断面図である。
【図３０】実施例１２に係る半導体装置の製造工程にお
ける構造の変化を示す断面図である。
ける構造の変化を示す断面図である。
【図３１】実施例１２に係る半導体装置の断面図であ
る。
る。
【図３２】実施例１３に係る半導体装置の製造工程にお
ける構造の変化を示す断面図である。
ける構造の変化を示す断面図である。
【図３３】従来の陽極化成によって形成した多孔質シリ
コンの断面図である。
コンの断面図である。
【図３４】従来提唱されている３次元集積回路システム
の一部を示す断面図である。
の一部を示す断面図である。
１ シリコン基板 ２ 半導体微細柱 ３ 絶縁層 ４ 透明電極 ５ 上面絶縁膜 ６ 半球状グレイン ８ 結晶成長核 ９ 絶縁分離層 １０ 基板側電極 １１ ｐウェル １２ 帯状活性層 １３ 帯状分離層 １４ 高周波電源 １５ スイッチ １６ 直流電源 １７ ，１８ 回路 Ｒqa 量子化領域 Ｍs1 第１点状マスク Ａs2 第２点状マスク
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成７年３月６日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１０】
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 29/06 29/84 Ｚ 31/04 31/12 Ｊ 33/00 Ａ Ｈ０５Ｂ 33/00 // Ｈ０１Ｌ 27/15 Ｄ 8832−4Ｍ Ｈ０１Ｓ 3/18 (72)発明者 野村 登 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (78)
- 【請求項１】 基板上に、径方向の寸法が量子サイズ効
果を生じる程度に微細な半導体の柱状体からなる半導体
微細柱を多数個並設したことを特徴とする半導体微細柱
の集合体。 - 【請求項２】 請求項１記載の半導体微細柱の集合体に
おいて、 上記各半導体微細柱は、上記基板の表面にほぼ垂直に形
成されていることを特徴とする半導体微細柱の集合体。 - 【請求項３】 請求項１又は２記載の半導体微細柱の集
合体において、 上記各半導体微細柱は、互いに分離して形成されている
ことを特徴とする半導体微細柱の集合体。 - 【請求項４】 請求項１，２又は３記載の半導体微細柱
の集合体において、 上記各半導体微細柱の側部に絶縁層が設けられているこ
とを特徴とする半導体微細柱の集合体。 - 【請求項５】 請求項４記載の半導体微細柱の集合体に
おいて、 上記絶縁層は、各半導体微細柱間の隙間を埋めるように
形成されていることを特徴とする半導体微細柱の集合
体。 - 【請求項６】 請求項５記載の半導体微細柱の集合体に
おいて、 上記半導体微細柱及び絶縁層は、半導体微細柱の軸方向
に対してほぼ同じ寸法に形成され、先端部が平坦化され
ていることを特徴とする半導体微細柱の集合体。 - 【請求項７】 請求項４，５又は６記載の半導体微細柱
の集合体において、 上記絶縁層は、酸化物で構成されていることを特徴とす
る半導体微細柱の集合体。 - 【請求項８】 請求項４，５又は６記載の半導体微細柱
の集合体において、 上記絶縁層は、窒化物で構成されていることを特徴とす
る半導体微細柱の集合体。 - 【請求項９】 請求項５又は６記載の半導体微細柱の集
合体において、 上記絶縁層は、各半導体微細柱の周囲の酸化層とその外
側の窒化層との２層からなることを特徴とする半導体微
細柱の集合体。 - 【請求項１０】 半導体基板と、 上記半導体基板の表面から所定深さまで延び、径方向の
寸法が量子サイズ効果を生じる程度に微細な半導体微細
柱の集合体からなる量子化領域とを備えたことを特徴と
する半導体装置。 - 【請求項１１】 請求項１０記載の半導体装置におい
て、 第１光信号を生成して、上記量子化領域に入光させる光
信号生成手段を備え、 上記量子化領域は、上記光信号生成手段からの光信号を
受けて、第２光信号を生成することを特徴とする半導体
装置。 - 【請求項１２】 請求項１１記載の半導体装置におい
て、 上記光信号生成手段は、所定の光信号を受けて上記第１
光信号を生成する光変換素子であることを特徴とする半
導体装置。 - 【請求項１３】 請求項１１又は１２記載の半導体装置
において、 上記半導体基板の一部には、溝部が設けられており、 上記量子化領域及び光信号生成手段は、上記溝部の両側
部に設けられ相対向することを特徴とする半導体装置。 - 【請求項１４】 請求項１１，１２又は１３記載の半導
体装置において、 上記量子化領域で生成される第２光信号を処理する回路
を上記半導体基板上に備えたことを特徴とする半導体装
置。 - 【請求項１５】 請求項１０記載の半導体装置におい
て、 上記量子化領域の上には、上記各半導体微細柱の上端部
と電気的に接続される上部電極が設けられており、 上記半導体基板の上記各半導体微細柱の下端部に接触す
る部分が下部電極として機能することを特徴とする半導
体装置。 - 【請求項１６】 請求項１５記載の半導体装置におい
て、 上記上部電極と下部電極とを介して上記量子化領域に所
定の第１電気信号を入力させる電気信号入力手段を備
え、 上記量子化領域は、上記第１電気信号を受けて第２光信
号を生成することを特徴とする半導体装置。 - 【請求項１７】 請求項１６記載の半導体装置におい
て、 上記電気信号入力手段は、所定の光信号を受けて上記第
１電気信号を生成する受光素子であることを特徴とする
半導体装置。 - 【請求項１８】 請求項１６又は１７記載の半導体装置
において、 上記量子化領域で生成される第２光信号を受けて、第３
電気信号を生成する光検出手段を備えたことを特徴とす
る半導体装置。 - 【請求項１９】 請求項１８記載の半導体装置におい
て、 上記量子化領域は、上記第１電気信号の電圧値が所定値
以上であるときに第２光信号を生成することを特徴とす
る半導体装置。 - 【請求項２０】 請求項１８記載の半導体装置におい
て、 上記光検出手段は、上記半導体基板上の上記量子化領域
とは異なる部位に設けられ、径方向の寸法が量子サイズ
効果を生じる程度に微細な半導体微細柱の集合体で構成
されていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２１】 請求項１８，１９又は２０記載の半導
体装置において、 上記半導体基板には、溝部が形成されており、 上記量子化領域及び上記光検出手段は、上記溝の両側部
に設けられ相対向していることを特徴とする半導体装
置。 - 【請求項２２】 請求項１５記載の半導体装置におい
て、 上記量子化領域は、第１光信号を受けて、上記各半導体
微細柱の上端部−下端部間の電位差で表わされる第２電
気信号を生成するものであり、 上記第１光信号を生成して、上記量子化領域に入射させ
る光信号生成手段と、 上記量子化領域で生成される第２電気信号を処理する電
気回路とを備えたことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２３】 請求項１６又は１７記載の半導体装置
において、 上記活性領域内の各半導体微細柱に軸方向の応力を生ぜ
しめる応力発生手段を備え、 上記量子化領域は、上記第１電気信号を受けて、上記各
半導体微細柱の応力に応じた波長を有する第２光信号を
生成することを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２４】 請求項２３記載の半導体装置におい
て、 上記応力発生手段は、上記上部電極と、上部電極に連結
され外部からの機械的力を伝達するプローブとで構成さ
れていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２５】 請求請求項１０，１５，２３又は２４
記載の半導体装置において、 上記各半導体微細柱は、上記半導体基板の表面にほぼ垂
直に形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２６】 請求項１５，１６，１７，１８，１９
又は２０記載の半導体装置において、 上記上部電極は透明性物質で構成されていることを特徴
とする半導体装置。 - 【請求項２７】 請求項２６記載の半導体装置におい
て、 上記上部電極の上に、上記量子化領域で生成される光信
号を集光する集光手段を備えたことを特徴とする半導体
装置。 - 【請求項２８】 請求項２６記載の半導体装置におい
て、 上記量子化領域は、上記半導体微細柱の集合体が半導体
基板の表面に並行な面内で直線縞状に形成されてなる複
数の直線縞状活性層に区画され、 上記各直線縞状活性層間を分離絶縁する直線縞状分離層
が介設され、 上記直線縞状活性層と直線縞状分離層とが１次元フレネ
ルレンズを構成するよう交互に配置されていることを特
徴とする半導体装置。 - 【請求項２９】 請求項２６記載の半導体装置におい
て、 上記量子化領域は、上記半導体微細柱の集合体が半導体
基板の表面に並行な面内でリング状に形成されてなる複
数のリング状活性層に区画され、 上記各リング状活性層間を分離絶縁するリング状分離層
が介設され、 上記リング状活性層とリング状分離層とが２次元フレネ
ルレンズを構成するよう交互に配置されていることを特
徴とする半導体装置。 - 【請求項３０】 請求項２６，２７，２８又は２９記載
の半導体装置において、 上記量子化領域の複数個が上記半導体基板の上で所定の
平面的パターンを有するように配置されており、 半導体装置が光学的表示素子として機能することを特徴
とする半導体装置。 - 【請求項３１】 請求項１６，１７又は３０記載の半導
体装置において、 上記半導体基板上には、自己検査回路を付設したＬＳＩ
が設けられており、 上記量子化領域は、上記ＬＳＩの自己検査回路内に設け
られていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項３２】 請求項１０，１５又は２５記載の半導
体装置において、 上記各半導体微細柱は、互いに分離して形成されている
ことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項３３】 請求項１０，１５，２５又は３２記載
の半導体装置において、 上記各半導体微細柱の側部に絶縁層が設けられているこ
とを特徴とする半導体装置。 - 【請求項３４】 請求項３３記載の半導体装置におい
て、 上記各絶縁層は、各半導体微細柱間の隙間を埋めて、一
体化されていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項３５】 請求項３４記載の半導体装置におい
て、 上記各半導体微細柱及び絶縁層は、上記半導体微細柱の
軸方向に対してほぼ同じ寸法に形成され、先端部が平坦
化されていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項３６】 請求項３３，３４又は３５記載の半導
体装置において、 上記絶縁層は、酸化物で構成されていることを特徴とす
る半導体装置。 - 【請求項３７】 請求項３３，３４又は３５記載の半導
体装置において、 上記絶縁層は、窒化物で構成されていることを特徴とす
る半導体装置。 - 【請求項３８】 請求項３４又は３５記載の半導体装置
において、 上記絶縁層は、各半導体微細柱の周囲の酸化層とその外
側の窒化層との２層からなることを特徴とする半導体装
置。 - 【請求項３９】 請求項１０，１５，２５，３２，３
３，３４，３５，３６，３７又は３８記載の半導体装置
において、 上記半導体基板の量子化領域の側方に、上記量子化領域
を他の領域から分離するように取り囲む絶縁分離層を備
えたことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項４０】 請求項１０，１５，２５，３２，３
３，３４，３５，３６，３７，３８又は３９記載の半導
体装置において、 上記量子化領域内の各半導体微細柱の下端部と半導体基
板との間には、絶縁膜が介設されていることを特徴とす
る半導体装置。 - 【請求項４１】 請求項１０、１５，２５，３２，３
３，３４，３５，３６，３７，３８，３９又は４０記載
の半導体装置において、 上記各半導体微細柱は、軸方向にｐｎ接合を有すること
を特徴とする半導体装置。 - 【請求項４２】 請求項３９記載の半導体装置におい
て、 上記絶縁分離層を貫通して上記半導体基板の下部電極に
接続する側方電極を備えたことを特徴とする半導体装
置。 - 【請求項４３】 請求項４２記載の半導体装置におい
て、 上記側方電極は、量子化領域を取り囲むように複数個設
けられており、 上記各側方電極に同一周波数の高周波電力をその位相が
順次変化するように印加する高周波電力印加手段を備え
たことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項４４】 半導体基板の上に、径方向の寸法が上
記半導体の量子サイズ効果を生じる寸法に対応する程度
に微小な点状領域を覆う第１点状マスクを形成する工程
と、 上記第１点状マスクを用いて、上記半導体基板をエッチ
ングして、軸方向が互いにほぼ平行となるように並ぶ多
数の半導体微細柱を形成する工程とを備えたことを特徴
とする半導体微細柱の集合体の製造方法。 - 【請求項４５】 半導体基板の上に、絶縁膜を堆積する
工程と、 上記絶縁膜の上に、径方向の寸法が上記半導体の量子サ
イズ効果を生じる寸法に対応する程度に微小な多数の点
状領域を覆う第１点状マスクを形成する工程と、 上記第１点状マスクを用いて、上記絶縁膜をパターニン
グし、径方向の寸法が上記半導体の量子サイズ効果を生
じる寸法に対応する程度に微小な多数の点状絶縁膜から
なる第２点状マスクを形成する工程と、 上記第２点状マスクを用いて半導体基板をエッチングし
て、軸方向が互いにほぼ平行となるように並ぶ多数の半
導体微細柱を形成する工程とを備えたことを特徴とする
半導体微細柱の集合体の製造方法。 - 【請求項４６】 請求項４４又は４５記載の半導体微細
柱の集合体の製造方法において、 上記第１点状マスクを形成する工程では、上記半導体基
板の上にフォトレジストを塗布し、さらに該フォトレジ
スト膜の一部を原子間顕微鏡のカンチレバーの探針を用
いて点状領域が残存するように機械的に除去し、フォト
レジスト膜の残存する部分を上記第１点状マスクとする
ことを特徴とする半導体微細柱の集合体の製造方法。 - 【請求項４７】 請求項４４又は４５記載の半導体微細
柱の集合体の製造方法において、 上記第１点状マスクを形成する工程では、上記半導体基
板の上にフォトレジストを塗布し、さらに該フォトレジ
スト膜を光の干渉によるドットマトリクスパターン部分
が残存するようにパターニングし、このフォトレジスト
膜の残存する部分を上記第１点状マスクとすることを特
徴とする半導体微細柱の集合体の製造方法。 - 【請求項４８】 請求項４４又は４５記載の半導体微細
柱の集合体の製造方法において、 上記第１点状マスクを形成する工程は、粒状体を堆積す
るように行うことを特徴とする半導体微細柱の集合体の
製造方法。 - 【請求項４９】 請求項４４又は４５記載の半導体微細
柱の集合体の製造方法において、 上記半導体微細柱の集合体を形成する工程の後に、上記
点状マスクを除去する工程を含むことを特徴とする半導
体微細柱の集合体の製造方法。 - 【請求項５０】 請求項４８又は４９記載の半導体微細
柱の集合体の製造方法において、上記第１点状マスクを
形成する工程では、半導体物質のグレインを粒状体とし
て形成することを特徴とする半導体微細柱の集合体の製
造方法。 - 【請求項５１】 請求項４８又は４９記載の半導体微細
柱の集合体の製造方法において、 上記第１点状マスクを形成する工程では、半導体物質の
グレイン成長の核となる金属の種を粒状体として形成す
ることを特徴とする半導体微細柱の集合体の製造方法。 - 【請求項５２】 請求項４８又は４９記載の半導体微細
柱の集合体の製造方法において、 上記第１点状マスクを形成する工程では、金属の種を形
成し、この核の周囲に半導体物質のグレインを粒状体と
して成長させることを特徴とする半導体微細柱の集合体
の製造方法。 - 【請求項５３】 請求項４８又は４９記載の半導体微細
柱の集合体の製造方法において、 上記第１点状マスクを形成する工程では、＜３１１＞配
向をもつシリコン結晶からなるグレインを粒状体として
形成することを特徴とする半導体微細柱の集合体の製造
方法。 - 【請求項５４】 請求項４８又は４９記載の半導体微細
柱の集合体の製造方法において、 上記第１点状マスクを形成する工程では、アモルファス
シリコンからなるグレインを粒状体として形成すること
を特徴とする半導体微細柱の集合体の製造方法。 - 【請求項５５】 請求項４８，４９，５０，５１，５
２，５３又は５４記載の半導体微細柱の集合体の製造方
法において、 上記第１点状マスクの形成工程の後に、上記粒状体を少
なくとも１回アニールして、被着体との界面の面積を縮
小させる工程を含むことを特徴とする半導体微細柱の集
合体の製造方法。 - 【請求項５６】 請求項４４，４５，４６，４７，４
８，４９，５０，５１，５２，５３，５４又は５５記載
の半導体微細柱の集合体の製造方法において、 上記半導体微細柱の周囲に絶縁層を形成する工程を含む
ことを特徴とする半導体微細柱の集合体の製造方法。 - 【請求項５７】 請求項５６記載の半導体微細柱の集合
体の製造方法において、 上記絶縁層を形成する工程は、各半導体微細柱間の隙間
を絶縁層で埋めるように行うことを特徴とする半導体微
細柱の集合体の製造方法。 - 【請求項５８】 請求項５６又は５７記載の半導体微細
柱の集合体の製造方法において、 上記絶縁層を形成する工程は、ＣＶＤ法により行うこと
を特徴とする半導体微細柱の集合体の製造方法。 - 【請求項５９】 請求項５６又は５７記載の半導体微細
柱の集合体の製造方法において、 上記絶縁層を形成する工程は、半導体微細柱の側部及び
先端部の表面を酸化することにより行うことを特徴とす
る半導体微細柱の集合体の製造方法。 - 【請求項６０】 半導体基板の上に、径方向の寸法が上
記半導体の量子サイズ効果を生じる寸法に対応する程度
に多数の微小な点状領域を覆う第１点状マスクを形成す
る工程と、 上記第１点状マスクを用いて、上記半導体基板を表面か
ら所定深さまでエッチングして、軸方向が互いにほぼ平
行となるように並ぶ半導体微細柱の集合体を形成する工
程と、 上記第１点状マスクを除去する工程と、 上記各半導体微細柱の先端上に、各半導体微細柱と電気
的に接続する上部電極を形成する工程とを備えたことを
特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項６１】 半導体基板の上に、絶縁膜を堆積する
工程と、 上記絶縁膜の上に、径方向の寸法が上記半導体の量子サ
イズ効果を生じる寸法に対応する程度に微小な多数の点
状領域を覆う第１点状マスクを形成する工程と、 上記第１点状マスクを用いて、上記絶縁膜をパターニン
グし、径方向の寸法が上記半導体の量子サイズ効果を生
じる寸法に対応する程度に微小な多数の点状絶縁膜から
なる第２点状マスクを形成する工程と、 上記第２点状マスクを用いて半導体基板をエッチングし
て、軸方向が互いにほぼ平行となるように並ぶ多数の半
導体微細柱の集合体を形成する工程と、 少なくとも上記第１点状マスクを除去する工程と、 上記各半導体微細柱の先端上に、各半導体微細柱と電気
的に接続する上部電極を形成する工程とを備えたことを
特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項６２】 請求項６０又は６１記載の半導体装置
の製造方法において、 上記第１点状マスクを形成する工程では、上記半導体基
板の上にフォトレジストを塗布し、さらに該フォトレジ
スト膜の一部を原子間顕微鏡のカンチレバーの探針を用
いて点状領域が残存するように機械的に除去し、フォト
レジスト膜の残存する部分を上記第１点状マスクとする
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項６３】 請求項６０又は６１記載の半導体装置
の製造方法において、上記第１点状マスクを形成する工
程では、上記半導体基板の上にフォトレジストを塗布
し、さらに該フォトレジスト膜を光の干渉によるドット
マトリクスパターン部分が残存するようにパターニング
し、このフォトレジスト膜の残存する部分を上記第１点
状マスクとすることを特徴とする半導体装置の製造方
法。 - 【請求項６４】 請求項６０又は６１記載の半導体装置
の製造方法において、 上記第１点状マスクを形成する工程は、粒状体を堆積す
るように行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項６５】 請求項６０又は６１記載の半導体装置
の製造方法において、上記第１第１点状マスクを形成す
る工程では、半導体物質のグレインを粒状体として形成
することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項６６】 請求項６０又は６１記載の半導体装置
の製造方法において、 上記第１点状マスクを形成する工程では、半導体物質の
グレイン成長の核となる金属の種を粒状体として形成す
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項６７】 請求項６０又は６１記載の半導体装置
の製造方法において、 上記第１点状マスクを形成する工程では、金属の種を形
成し、この核の周囲に半導体物質のグレインを粒状体と
して成長させることを特徴とする半導体装置の製造方
法。 - 【請求項６８】 請求項６０又は６１記載の半導体装置
の製造方法において、 上記第１点状マスクを形成する工程では、＜３１１＞配
向をもつシリコン結晶からなるグレインを粒状体として
形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項６９】 請求項６０又は６１記載の半導体装置
の製造方法において、 上記第１点状マスクを形成する工程では、アモルファス
シリコンからなるグレインを粒状体として形成すること
を特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項７０】 請求項６４，６５，６６，６７，６８
又は６９記載の半導体装置の製造方法において、 上記第１点状マスクの形成工程の後に、上記粒状体を少
なくとも１回アニールして、被着体との界面の面積を縮
小させる工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造
方法。 - 【請求項７１】 請求項６０，６１，６２，６３，６
４，６５，６６，６７，６８，６９又は７１記載の半導
体装置の製造方法において、 上記各半導体微細柱の周囲に絶縁層を形成する工程を含
むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項７２】 請求項７１記載の半導体装置の製造方
法において、 上記絶縁層を形成する工程は、各半導体微細柱間の隙間
を絶縁層で埋めるように行うことを特徴とする半導体装
置の製造方法。 - 【請求項７３】 請求項７１又は７２記載の半導体装置
の製造方法において、 上記絶縁層を形成する工程は、ＣＶＤ法により行うこと
を特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項７４】 請求項７１又は７２記載の半導体装置
の製造方法において、 上記絶縁層を形成する工程は、上記各半導体微細柱の側
部及び先端部の表面を酸化することにより行うことを特
徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項７５】 請求項６０，６１，６２，６３，６
４，６５，６６，６７，６８，６９，７０，７１，７
２，７３又は７４記載の半導体装置の製造方法におい
て、 上記半導体基板にｐｎ接合を形成する工程を含み、 上記半導体微細柱の集合体を形成する工程では、少なく
とも上記ｐｎ接合部よりも下方まで各半導体微細柱を形
成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項７６】 請求項６０，６１，６２，６３，６
４，６５，６６，６７，６８，６９，７０，７１，７
２，７３，７４又は７５記載の半導体装置の製造方法に
おいて、 上記半導体微細柱の集合体の側方に、半導体微細柱の集
合体を他の領域から分離するように取り囲む絶縁分離層
を形成する工程を備えたことを特徴とする半導体装置の
製造方法。 - 【請求項７７】 請求項７６記載の半導体装置の製造方
法において、 上記絶縁分離層を貫通して、半導体基板に接続する側方
電極を形成する工程を備えたことを特徴とする半導体装
置の製造方法。 - 【請求項７８】 請求項７７記載の半導体装置の製造方
法において、 上記側方電極を形成する工程では、複数個の側方電極を
形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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