JPH10270807A - 発光素子用半導体及びその製造方法 - Google Patents
発光素子用半導体及びその製造方法Info
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- JPH10270807A JPH10270807A JP9298097A JP9298097A JPH10270807A JP H10270807 A JPH10270807 A JP H10270807A JP 9298097 A JP9298097 A JP 9298097A JP 9298097 A JP9298097 A JP 9298097A JP H10270807 A JPH10270807 A JP H10270807A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 バンドギャップの広い半導体に希土類元素を
添加した場合に十分な発光強度を達成し、これにより室
温での使用に好適な発光素子を実現する。 【解決手段】 本発明の発光素子用半導体は、希土類元
素を発光中心として含む炭化ケイ素からなるものであ
り、次の工程〜により製造する。．ＳｉＣ基板を
超音波により洗浄する。．ＳｉＣ基板に対してイオン
注入により希土類元素をドープする。．ＳｉＣ基板を
洗浄及びエッチングする。．ＳｉＣ基板に対してアニ
ール処理を施す。
添加した場合に十分な発光強度を達成し、これにより室
温での使用に好適な発光素子を実現する。 【解決手段】 本発明の発光素子用半導体は、希土類元
素を発光中心として含む炭化ケイ素からなるものであ
り、次の工程〜により製造する。．ＳｉＣ基板を
超音波により洗浄する。．ＳｉＣ基板に対してイオン
注入により希土類元素をドープする。．ＳｉＣ基板を
洗浄及びエッチングする。．ＳｉＣ基板に対してアニ
ール処理を施す。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオード、
半導体レーザ等の発光素子の材料となる発光素子用半導
体及びその製造方法に関する。
半導体レーザ等の発光素子の材料となる発光素子用半導
体及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】希土類元素を添加した半導体は、発光素
子への応用や発光メカニズムの解明のために広く研究さ
れている。例えば、希土類元素としてエルビウム（Ｅ
ｒ）を用いたものは、Ｅｒ3+の4f殻の4I13/2→4I15/2に
よる発光波長が石英系ファイバの最低損失波長1540nmに
一致するため、光通信用発光素子の材料として大いに期
待されている。
子への応用や発光メカニズムの解明のために広く研究さ
れている。例えば、希土類元素としてエルビウム（Ｅ
ｒ）を用いたものは、Ｅｒ3+の4f殻の4I13/2→4I15/2に
よる発光波長が石英系ファイバの最低損失波長1540nmに
一致するため、光通信用発光素子の材料として大いに期
待されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現在ま
でに実現されている希土類元素を添加した半導体の多く
は、バンドギャップの狭い半導体（例えばＩｎＰやＳ
ｉ）であった。したがって、その狭いバンドギャップゆ
えに温度上昇に伴い発光強度が大幅に低下するので、室
温での発光は難しかった。
でに実現されている希土類元素を添加した半導体の多く
は、バンドギャップの狭い半導体（例えばＩｎＰやＳ
ｉ）であった。したがって、その狭いバンドギャップゆ
えに温度上昇に伴い発光強度が大幅に低下するので、室
温での発光は難しかった。
【０００４】
【発明の目的】そこで、本発明の目的は、バンドギャッ
プの広い半導体に希土類元素を添加した場合に十分な発
光強度を達成し、これにより室温での使用に好適な発光
素子を実現できる発光素子用半導体及びその製造方法を
提供することにある。
プの広い半導体に希土類元素を添加した場合に十分な発
光強度を達成し、これにより室温での使用に好適な発光
素子を実現できる発光素子用半導体及びその製造方法を
提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明に係る発光素子用
半導体は、希土類元素を発光中心として含む炭化ケイ素
からなるものである。前記希土類元素は、イッテリビウ
ム（以下「Ｙｂ」という。）若しくはエルビウム（以下
「Ｅｒ」という。）又はこれらの両方でもよく、又は、
Ｙｂ、Ｅｒ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐ
ｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｔｍ及びＬ
ｕからなる群から選ばれた一又は二以上でもよい。更
に、Ｎ、Ｏ等の軽元素を共添加してもよい。
半導体は、希土類元素を発光中心として含む炭化ケイ素
からなるものである。前記希土類元素は、イッテリビウ
ム（以下「Ｙｂ」という。）若しくはエルビウム（以下
「Ｅｒ」という。）又はこれらの両方でもよく、又は、
Ｙｂ、Ｅｒ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐ
ｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｔｍ及びＬ
ｕからなる群から選ばれた一又は二以上でもよい。更
に、Ｎ、Ｏ等の軽元素を共添加してもよい。
【０００６】本発明に係る発光素子用半導体の製造方法
は、前記炭化ケイ素に対してイオン注入により前記希土
類元素をドープする第一工程と、この希土類元素がドー
プされた炭化ケイ素にアニール処理を施す第二工程とを
備えたものである。前記第二工程は、アニール温度が16
00℃程度であり、かつアニール時間が30分程度であるも
のとしてもよい。
は、前記炭化ケイ素に対してイオン注入により前記希土
類元素をドープする第一工程と、この希土類元素がドー
プされた炭化ケイ素にアニール処理を施す第二工程とを
備えたものである。前記第二工程は、アニール温度が16
00℃程度であり、かつアニール時間が30分程度であるも
のとしてもよい。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明に係る発光素子用半導体及
びその製造方法の一実施形態を、以下に説明する。
びその製造方法の一実施形態を、以下に説明する。
【０００８】本実施形態の発光素子用半導体は、図１の
工程図に示すように、次の工程〜により製造する。
．炭化ケイ素の単結晶基板（以下、単に「ＳｉＣ基
板」という。）を超音波により洗浄する。このときに用
いる洗浄液は、最初にアセトン（１分２回）、続いてメ
タノール（１分２回）、最後に純水（１分２回）であ
る。．ＳｉＣ基板に対してイオン注入により希土類元
素をドープする。イオン注入の条件は、エネルギ１MeV
、ドーズ量１×10-13 cm-2である。．ＳｉＣ基板を
洗浄及びエッチングする。洗浄の条件はと同じであ
る。エッチングは、５％フッ酸（ＨＦ）中に１分間浸し
た後、純水ですすぐことにより行う。．ＳｉＣ基板に
対してアニール処理を施す。アニール温度は1600℃程
度、アニール時間は30分程度である。熱源はフラッシュ
ランプを使用する。以下、ＳｉＣ基板に対してイッテリ
ビウムをドープした試料を「ＳｉＣ：Ｙｂ（実施例
１）」、ＳｉＣ基板に対してエルビウムをドープした試
料を「ＳｉＣ：Ｅｒ（実施例２）」と表記する。
工程図に示すように、次の工程〜により製造する。
．炭化ケイ素の単結晶基板（以下、単に「ＳｉＣ基
板」という。）を超音波により洗浄する。このときに用
いる洗浄液は、最初にアセトン（１分２回）、続いてメ
タノール（１分２回）、最後に純水（１分２回）であ
る。．ＳｉＣ基板に対してイオン注入により希土類元
素をドープする。イオン注入の条件は、エネルギ１MeV
、ドーズ量１×10-13 cm-2である。．ＳｉＣ基板を
洗浄及びエッチングする。洗浄の条件はと同じであ
る。エッチングは、５％フッ酸（ＨＦ）中に１分間浸し
た後、純水ですすぐことにより行う。．ＳｉＣ基板に
対してアニール処理を施す。アニール温度は1600℃程
度、アニール時間は30分程度である。熱源はフラッシュ
ランプを使用する。以下、ＳｉＣ基板に対してイッテリ
ビウムをドープした試料を「ＳｉＣ：Ｙｂ（実施例
１）」、ＳｉＣ基板に対してエルビウムをドープした試
料を「ＳｉＣ：Ｅｒ（実施例２）」と表記する。
【０００９】このようにして作製した試料についてフォ
トルミネッセンス（以下「ＰＬ」という。）法により評
価した結果を、図２乃至図６に示す。ＰＬ法よる評価
は、試料をクライオスタット内に取付け、波長325nm 及
びパワー20mWのレーザ光により試料を励起し、試料から
発するＰＬ光をダブルモノクロメータにより分光し、液
体窒素で冷却したゲルマニウム検出器（p-i-n ダイオー
ド）でＰＬスペクトルを受光することにより行った。
トルミネッセンス（以下「ＰＬ」という。）法により評
価した結果を、図２乃至図６に示す。ＰＬ法よる評価
は、試料をクライオスタット内に取付け、波長325nm 及
びパワー20mWのレーザ光により試料を励起し、試料から
発するＰＬ光をダブルモノクロメータにより分光し、液
体窒素で冷却したゲルマニウム検出器（p-i-n ダイオー
ド）でＰＬスペクトルを受光することにより行った。
【００１０】図２は、ＳｉＣ：Ｙｂの20ＫにおけるＰＬ
スペクトルを示すグラフである。この図から明らかなよ
うに、ＳｉＣ：Ｙｂは、ＰＬ強度のピークが従来のＩｎ
Ｐ：Ｙｂよりも多い五個となっており、ＰＬ強度の高い
領域も980 〜1040nmと広い。図３は、ＳｉＣ：ＹｂのＰ
Ｌスペクトルの測定温度依存性を示すグラフである。図
４は、ＳｉＣ：ＹｂのＰＬ強度の測定温度依存性を示す
グラフである。これらの図から明らかなように、Ｓｉ
Ｃ：Ｙｂは室温（300K）でも十分に発光する。
スペクトルを示すグラフである。この図から明らかなよ
うに、ＳｉＣ：Ｙｂは、ＰＬ強度のピークが従来のＩｎ
Ｐ：Ｙｂよりも多い五個となっており、ＰＬ強度の高い
領域も980 〜1040nmと広い。図３は、ＳｉＣ：ＹｂのＰ
Ｌスペクトルの測定温度依存性を示すグラフである。図
４は、ＳｉＣ：ＹｂのＰＬ強度の測定温度依存性を示す
グラフである。これらの図から明らかなように、Ｓｉ
Ｃ：Ｙｂは室温（300K）でも十分に発光する。
【００１１】図５は、ＳｉＣ：ＥｒのＰＬスペクトルの
測定温度依存性を示すグラフである。図６は、ＳｉＣ：
ＥｒのＰＬ強度の測定温度依存性を示すグラフである。
これらの図から明らかなように、ＳｉＣ：Ｅｒは室温
（300K）でも十分に発光する。
測定温度依存性を示すグラフである。図６は、ＳｉＣ：
ＥｒのＰＬ強度の測定温度依存性を示すグラフである。
これらの図から明らかなように、ＳｉＣ：Ｅｒは室温
（300K）でも十分に発光する。
【００１２】図７は、図４及び図６のグラフから温度消
光活性化エネルギを求めた結果を示す図表である。温度
消光活性化エネルギは、次式により求めた。
光活性化エネルギを求めた結果を示す図表である。温度
消光活性化エネルギは、次式により求めた。
【００１３】
【数１】
【００１４】図７では、比較例１としてＩｎＰ：Ｙｂ
（アニール温度550 ℃）、比較例２としてＩｎＰ：Ｙｂ
（アニール温度750 ℃）、比較例３としてＳｉ：Ｅｒ、
比較例４としてＳｉ：Ｅｒ，Ｃを記載している。図７か
ら明らかなように、実施例１及び２は、Ｃ3 及びＥ3 が
ないので、温度消光しにくいことがわかる。
（アニール温度550 ℃）、比較例２としてＩｎＰ：Ｙｂ
（アニール温度750 ℃）、比較例３としてＳｉ：Ｅｒ、
比較例４としてＳｉ：Ｅｒ，Ｃを記載している。図７か
ら明らかなように、実施例１及び２は、Ｃ3 及びＥ3 が
ないので、温度消光しにくいことがわかる。
【００１５】なお、本発明は、いうまでもないが、上記
実施形態に限定されるものではない。例えば、炭化ケイ
素に含まれる希土類元素は、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌ
ａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔ
ｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｔｍ及びＬｕからなる群から選ばれた
一又は二以上としてもよい。更に、Ｎ、Ｏ等の軽元素を
共添加してもよい。
実施形態に限定されるものではない。例えば、炭化ケイ
素に含まれる希土類元素は、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌ
ａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔ
ｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｔｍ及びＬｕからなる群から選ばれた
一又は二以上としてもよい。更に、Ｎ、Ｏ等の軽元素を
共添加してもよい。
【００１６】
【発明の効果】請求項１，２，３又は４記載の発光素子
用半導体によれば、希土類元素を発光中心として含む炭
化ケイ素からなることにより、従来の希土類元素を含む
半導体に比べて、室温でのＰＬ強度を飛躍的に向上でき
る。したがって、炭化ケイ素のバンドギャップが広いこ
とから、室温でも高い発光効率を維持でき、これにより
室温での使用に好適な発光素子を実現できる。更に、バ
ンドギャップが広いこと及び1600℃程度の熱処理を施し
てあることから、耐熱性に優れるので、パワー用発光素
子を実現できる。
用半導体によれば、希土類元素を発光中心として含む炭
化ケイ素からなることにより、従来の希土類元素を含む
半導体に比べて、室温でのＰＬ強度を飛躍的に向上でき
る。したがって、炭化ケイ素のバンドギャップが広いこ
とから、室温でも高い発光効率を維持でき、これにより
室温での使用に好適な発光素子を実現できる。更に、バ
ンドギャップが広いこと及び1600℃程度の熱処理を施し
てあることから、耐熱性に優れるので、パワー用発光素
子を実現できる。
【００１７】請求項３記載の発光素子用半導体によれ
ば、エルビウムを発光中心として含む炭化ケイ素からな
ることにより、発光波長が石英系ファイバの最低損失波
長に一致するため、光通信に好適な発光素子を実現でき
る。
ば、エルビウムを発光中心として含む炭化ケイ素からな
ることにより、発光波長が石英系ファイバの最低損失波
長に一致するため、光通信に好適な発光素子を実現でき
る。
【００１８】請求項５記載の発光素子用半導体の製造方
法によれば、炭化ケイ素に対してイオン注入により希土
類元素をドープする工程と、希土類元素がドープされた
炭化ケイ素にアニール処理を施す工程とを備えたことに
より、本発明に係る発光素子用半導体を簡単かつ高品質
に製造することができる。
法によれば、炭化ケイ素に対してイオン注入により希土
類元素をドープする工程と、希土類元素がドープされた
炭化ケイ素にアニール処理を施す工程とを備えたことに
より、本発明に係る発光素子用半導体を簡単かつ高品質
に製造することができる。
【００１９】請求項６記載の発光素子用半導体の製造方
法によれば、アニール温度が1600℃程度、かつアニール
時間が30分程度であることより、炭化ケイ素中に希土類
元素の発光中心を良好に形成できる。
法によれば、アニール温度が1600℃程度、かつアニール
時間が30分程度であることより、炭化ケイ素中に希土類
元素の発光中心を良好に形成できる。
【図１】本発明に係る発光素子用半導体の製造方法の一
実施形態を示す工程図である。
実施形態を示す工程図である。
【図２】本発明に係る発光素子用半導体の実施例１にお
けるＰＬスペクトルを示すグラフである。
けるＰＬスペクトルを示すグラフである。
【図３】本発明に係る発光素子用半導体の実施例１にお
けるＰＬスペクトルの測定温度依存性を示すグラフであ
る。
けるＰＬスペクトルの測定温度依存性を示すグラフであ
る。
【図４】本発明に係る発光素子用半導体の実施例１にお
けるＰＬ強度の測定温度依存性を示すグラフである。
けるＰＬ強度の測定温度依存性を示すグラフである。
【図５】本発明に係る発光素子用半導体の実施例２にお
けるＰＬスペクトルの測定温度依存性を示すグラフであ
る。
けるＰＬスペクトルの測定温度依存性を示すグラフであ
る。
【図６】本発明に係る発光素子用半導体の実施例２にお
けるＰＬ強度の測定温度依存性を示すグラフである。
けるＰＬ強度の測定温度依存性を示すグラフである。
【図７】図４及び図６のグラフから温度消光活性化エネ
ルギを求めた結果を示す図表である。
ルギを求めた結果を示す図表である。
Claims (6)
- 【請求項１】 希土類元素を発光中心として含む炭化ケ
イ素からなる発光素子用半導体。 - 【請求項２】 前記希土類元素がイッテリビウムである
請求項１記載の発光素子用半導体。 - 【請求項３】 前記希土類元素がエルビウムである請求
項１記載の発光素子用半導体。 - 【請求項４】 前記希土類元素がイッテリビウム及びエ
ルビウムである請求項１記載の発光素子用半導体。 - 【請求項５】 前記炭化ケイ素に対してイオン注入によ
り前記希土類元素をドープする第一工程と、この希土類
元素がドープされた炭化ケイ素にアニール処理を施す第
二工程とを備えた、請求項１，２，３又は４記載の発光
素子用半導体の製造方法。 - 【請求項６】 前記第二工程は、アニール温度が1600℃
程度であり、かつアニール時間が30分程度である、請求
項５記載の発光素子用半導体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9298097A JPH10270807A (ja) | 1997-03-27 | 1997-03-27 | 発光素子用半導体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9298097A JPH10270807A (ja) | 1997-03-27 | 1997-03-27 | 発光素子用半導体及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10270807A true JPH10270807A (ja) | 1998-10-09 |
Family
ID=14069544
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9298097A Pending JPH10270807A (ja) | 1997-03-27 | 1997-03-27 | 発光素子用半導体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10270807A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100411613B1 (ko) * | 2001-02-26 | 2003-12-18 | 한국표준과학연구원 | 광전자 소자용 실리콘 박막 구조체 및 그 제조방법 |
| CN1294632C (zh) * | 2001-12-13 | 2007-01-10 | 优志旺电机株式会社 | 半导体晶片的热处理方法 |
| CN100380613C (zh) * | 2001-12-25 | 2008-04-09 | 优志旺电机株式会社 | 闪光辐射装置与光加热装置 |
| JP2009542018A (ja) * | 2006-06-29 | 2009-11-26 | シュミット テクノロジー システムズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | スペクトルを改変するランタノイドを有するシリコン太陽電池およびそれらの生産方法 |
-
1997
- 1997-03-27 JP JP9298097A patent/JPH10270807A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100411613B1 (ko) * | 2001-02-26 | 2003-12-18 | 한국표준과학연구원 | 광전자 소자용 실리콘 박막 구조체 및 그 제조방법 |
| CN1294632C (zh) * | 2001-12-13 | 2007-01-10 | 优志旺电机株式会社 | 半导体晶片的热处理方法 |
| CN100380613C (zh) * | 2001-12-25 | 2008-04-09 | 优志旺电机株式会社 | 闪光辐射装置与光加热装置 |
| JP2009542018A (ja) * | 2006-06-29 | 2009-11-26 | シュミット テクノロジー システムズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | スペクトルを改変するランタノイドを有するシリコン太陽電池およびそれらの生産方法 |
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