JPH1117216A - 発光素子材料の製造方法 - Google Patents
発光素子材料の製造方法Info
- Publication number
- JPH1117216A JPH1117216A JP17132797A JP17132797A JPH1117216A JP H1117216 A JPH1117216 A JP H1117216A JP 17132797 A JP17132797 A JP 17132797A JP 17132797 A JP17132797 A JP 17132797A JP H1117216 A JPH1117216 A JP H1117216A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- porous
- pores
- oxidized
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Led Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 Ｅｒを細孔に電着させた多孔質Ｓｉ基板を熱
処理して多結晶化することで耐久性に優れた発光素子を
得る。 【解決手段】 電気化学的エッチング等によりＰ型Ｓｉ
基板１の表面に多数の細孔を形成後、Ｓｉ基板を負極と
してＥｒイオン含有電解液（Ｅｒ Ｃｌ３ ５〜５０ｗ
ｔ％のメタノール溶液）中で電解する。細孔表面に付着
したＥｒを酸化処理して発光体Ｅｒ２Ｏ３に転化後、熱
処理して多孔質構造を多結晶構造に変える。基板は単結
晶、多結晶，非晶質Ｓｉの何れでもよく、酸化処理は高
温短時間がよい。Ｓｉ基板の裏側にはＢをイオン注入し
てＰ＋層を形成した上にＡｌ電極２を蒸着する。基板の
表面側には前記の方法で高濃度のＥｒを含む発光層３を
形成し、その上にＰを大量ドープしたｎ＋Ｓｉのエピタ
キ成長膜４を形成する。この多層膜にメサエッチングで
Ｖ溝を形成し、その表面に形成した酸化膜５をエッチ除
去し成長膜上にＡｌ電極６を蒸着してＰｎ接合型発光素
子を得る。
処理して多結晶化することで耐久性に優れた発光素子を
得る。 【解決手段】 電気化学的エッチング等によりＰ型Ｓｉ
基板１の表面に多数の細孔を形成後、Ｓｉ基板を負極と
してＥｒイオン含有電解液（Ｅｒ Ｃｌ３ ５〜５０ｗ
ｔ％のメタノール溶液）中で電解する。細孔表面に付着
したＥｒを酸化処理して発光体Ｅｒ２Ｏ３に転化後、熱
処理して多孔質構造を多結晶構造に変える。基板は単結
晶、多結晶，非晶質Ｓｉの何れでもよく、酸化処理は高
温短時間がよい。Ｓｉ基板の裏側にはＢをイオン注入し
てＰ＋層を形成した上にＡｌ電極２を蒸着する。基板の
表面側には前記の方法で高濃度のＥｒを含む発光層３を
形成し、その上にＰを大量ドープしたｎ＋Ｓｉのエピタ
キ成長膜４を形成する。この多層膜にメサエッチングで
Ｖ溝を形成し、その表面に形成した酸化膜５をエッチ除
去し成長膜上にＡｌ電極６を蒸着してＰｎ接合型発光素
子を得る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信，自発光ディス
プレー，光集積回路，発光源等に使用される発光素子材
料の製造方法に関する。
プレー，光集積回路，発光源等に使用される発光素子材
料の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】Ｓｉに希土類元素を注入すると、Ｓｉ中
の酸素原子と希土類元素のイオンとの結合による発光が
生じる。なかでも、Ｅｒは、光ファイバの損失が最も少
ない波長に相当する１．５４μｍの発光を呈するため、
光通信，光集積回路等への応用が期待されている。たと
えば、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．４３，ｐ９４３
−９４５（１９８３）では、ＥｒをＳｉ基板中にイオン
インプランテーションすることにより、６Ｋの温度で
１．５４μｍのホトルミネッセンス特性を示すことが報
告されている。
の酸素原子と希土類元素のイオンとの結合による発光が
生じる。なかでも、Ｅｒは、光ファイバの損失が最も少
ない波長に相当する１．５４μｍの発光を呈するため、
光通信，光集積回路等への応用が期待されている。たと
えば、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．４３，ｐ９４３
−９４５（１９８３）では、ＥｒをＳｉ基板中にイオン
インプランテーションすることにより、６Ｋの温度で
１．５４μｍのホトルミネッセンス特性を示すことが報
告されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】Ｅｒを注入した発光素
子で十分な発光強度を得るためには、高濃度でＥｒを注
入する必要がある。しかし、従来のイオンインプランテ
ーション法では、Ｅｒイオンが重いため、Ｅｒ3+ビーム
を安定に得難い。また、Ｓｉ基板へ数μｍの深さでＥｒ
3+を打ち込むために大きな加速電圧を必要とする。しか
も、Ｓｉ基板前面にＥｒ3+イオンを打ち込む際に、数ｍ
ｍ2 のイオンビームをウェーハ全体にわたって長時間ス
キャンさせることが必要になる。このようなことから、
Ｓｉ基板全体へのＥｒイオン注入濃度は、１０19個／ｃ
ｍ3 程度の低濃度に止まる。高濃度でＥｒ3+を単結晶Ｓ
ｉに注入することには限界があり、必要とする発光強度
に必要な濃度までＥｒ注入量を多くすることは困難であ
る。また、イオンインプランテーション法では、Ｅｒイ
オンを高速でＳｉ基板に打ち込むため、点欠陥，線欠
陥，ループ欠陥，転位等の欠陥が生成し易い。このよう
な欠陥があると発光効率が低下し、必要とする発光素子
が得られない。Ｅｒ注入の基板には、単結晶Ｓｉの外に
ポリＳｉ，非晶質Ｓｉ，多孔質Ｓｉ等を使用する試みも
検討されている。この場合には、単結晶Ｓｉ基板と比較
して多量のＥｒイオンを注入できるが、多量注入によっ
て点欠陥，線欠陥，転位等の欠陥が発生し易い。その結
果、注入量の増加は、却って発光効率を低下させる原因
となる。
子で十分な発光強度を得るためには、高濃度でＥｒを注
入する必要がある。しかし、従来のイオンインプランテ
ーション法では、Ｅｒイオンが重いため、Ｅｒ3+ビーム
を安定に得難い。また、Ｓｉ基板へ数μｍの深さでＥｒ
3+を打ち込むために大きな加速電圧を必要とする。しか
も、Ｓｉ基板前面にＥｒ3+イオンを打ち込む際に、数ｍ
ｍ2 のイオンビームをウェーハ全体にわたって長時間ス
キャンさせることが必要になる。このようなことから、
Ｓｉ基板全体へのＥｒイオン注入濃度は、１０19個／ｃ
ｍ3 程度の低濃度に止まる。高濃度でＥｒ3+を単結晶Ｓ
ｉに注入することには限界があり、必要とする発光強度
に必要な濃度までＥｒ注入量を多くすることは困難であ
る。また、イオンインプランテーション法では、Ｅｒイ
オンを高速でＳｉ基板に打ち込むため、点欠陥，線欠
陥，ループ欠陥，転位等の欠陥が生成し易い。このよう
な欠陥があると発光効率が低下し、必要とする発光素子
が得られない。Ｅｒ注入の基板には、単結晶Ｓｉの外に
ポリＳｉ，非晶質Ｓｉ，多孔質Ｓｉ等を使用する試みも
検討されている。この場合には、単結晶Ｓｉ基板と比較
して多量のＥｒイオンを注入できるが、多量注入によっ
て点欠陥，線欠陥，転位等の欠陥が発生し易い。その結
果、注入量の増加は、却って発光効率を低下させる原因
となる。
【０００４】一部では、多孔質Ｓｉの表面にＥｒを電気
化学的に付着させることも試みられている。たとえば、
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６５，ｐ９８３（１９
９４）では、比抵抗が数Ω・ｃｍのｐ型（１００）Ｓｉ
基板を用い、フッ化水素酸溶液中で１〜８ｍＡ／ｃｍ2
の電流を供給する陽極化成処理により多孔質Ｓｉを作製
し、次いでＥｒＣｌ3 を解かしたエタノール溶液中に多
孔質Ｓｉをカソードとして浸漬し、Ｅｒ3+を多孔質Ｓｉ
の表面に電着させることが報告されている。しかし、多
孔質Ｓｉは脆い構造であり、しかも電流注入型発光素子
を作製する場合には多孔質Ｓｉと電極との接点が非常に
小さいので、Ｅｒを電着させた多孔質Ｓｉ発光素子は、
接点に大きな電界がかかり、寿命が極端に短い。本発明
は、このような問題を解消すべく案出されたものであ
り、Ｅｒを細孔に電着させた多孔質Ｓｉをアニーリング
で多結晶化することにより、発光特性に優れた良質の膜
を作製することを目的とする。
化学的に付着させることも試みられている。たとえば、
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６５，ｐ９８３（１９
９４）では、比抵抗が数Ω・ｃｍのｐ型（１００）Ｓｉ
基板を用い、フッ化水素酸溶液中で１〜８ｍＡ／ｃｍ2
の電流を供給する陽極化成処理により多孔質Ｓｉを作製
し、次いでＥｒＣｌ3 を解かしたエタノール溶液中に多
孔質Ｓｉをカソードとして浸漬し、Ｅｒ3+を多孔質Ｓｉ
の表面に電着させることが報告されている。しかし、多
孔質Ｓｉは脆い構造であり、しかも電流注入型発光素子
を作製する場合には多孔質Ｓｉと電極との接点が非常に
小さいので、Ｅｒを電着させた多孔質Ｓｉ発光素子は、
接点に大きな電界がかかり、寿命が極端に短い。本発明
は、このような問題を解消すべく案出されたものであ
り、Ｅｒを細孔に電着させた多孔質Ｓｉをアニーリング
で多結晶化することにより、発光特性に優れた良質の膜
を作製することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の製造方法は、そ
の目的を達成するため、電気化学的エッチング又はマス
クパターンを用いたメサエッチングによりＳｉ基板の表
面に多数の細孔を形成した後、Ｓｉ基板を陰極として希
土類金属イオン含有電解液中で電解することにより細孔
表面に希土類金属イオンを付着させ、付着した希土類金
属を酸化処理し、次いで多孔質構造を多結晶構造にする
アニーリングを施すことを特徴とする。
の目的を達成するため、電気化学的エッチング又はマス
クパターンを用いたメサエッチングによりＳｉ基板の表
面に多数の細孔を形成した後、Ｓｉ基板を陰極として希
土類金属イオン含有電解液中で電解することにより細孔
表面に希土類金属イオンを付着させ、付着した希土類金
属を酸化処理し、次いで多孔質構造を多結晶構造にする
アニーリングを施すことを特徴とする。
【０００６】Ｓｉ基板としては、単結晶Ｓｉ，多結晶Ｓ
ｉ，非晶質Ｓｉ等が使用される。Ｅｒ含有電解液として
は、ＥｒＣｌ3 質量濃度５〜５０％のエタノール溶液が
好ましい。酸化処理は、内部まで酸化されないように高
温短時間（具体的には、１２００〜１４００℃に１０〜
６０秒）の加熱が好ましい。また、過酸化水素水又は質
量濃度１〜１０％の水酸化リチウム溶液に１〜６０秒浸
漬する酸化処理も採用可能である。多孔質化の程度によ
っては、アニーリングでＳｉ基板表面を十分に多結晶化
できないことがある。このような場合、アニーリングに
先立って、酸化処理されたＳｉ基板表面にある細孔をＳ
ｉ粉末で充填する方法，酸化処理されたＳｉ基板の表面
にＳｉをエピタキシャル成長させる方法等が採用され
る。以下の説明では、希土類金属としてＥｒを例にとっ
て説明するが、本発明はこれに拘束されるものではな
く、Ｙｂ（発光波長１μｍ），Ｎｄ（発光波長１．０６
μｍ）等、他の希土類元素も同様に使用可能である。
ｉ，非晶質Ｓｉ等が使用される。Ｅｒ含有電解液として
は、ＥｒＣｌ3 質量濃度５〜５０％のエタノール溶液が
好ましい。酸化処理は、内部まで酸化されないように高
温短時間（具体的には、１２００〜１４００℃に１０〜
６０秒）の加熱が好ましい。また、過酸化水素水又は質
量濃度１〜１０％の水酸化リチウム溶液に１〜６０秒浸
漬する酸化処理も採用可能である。多孔質化の程度によ
っては、アニーリングでＳｉ基板表面を十分に多結晶化
できないことがある。このような場合、アニーリングに
先立って、酸化処理されたＳｉ基板表面にある細孔をＳ
ｉ粉末で充填する方法，酸化処理されたＳｉ基板の表面
にＳｉをエピタキシャル成長させる方法等が採用され
る。以下の説明では、希土類金属としてＥｒを例にとっ
て説明するが、本発明はこれに拘束されるものではな
く、Ｙｂ（発光波長１μｍ），Ｎｄ（発光波長１．０６
μｍ）等、他の希土類元素も同様に使用可能である。
【０００７】
【実施の形態】Ｓｉ基板としては、単結晶Ｓｉ，多結晶
Ｓｉ，非晶質Ｓｉ等が使用される。Ｓｉ基板は、電気化
学的なエッチングにより表面が多孔質化される。たとえ
ば、４８％フッ酸水溶液に０．１〜５倍のエチルアルコ
ールを加えた溶液にｐ型Ｓｉ基板を浸漬し、電流密度５
〜５００ｍＡ／ｃｍ2 で１〜６０分間陽極処理すると、
基板表面が多孔質化される。このとき、フッ酸水溶液に
対しエチルアルコールが０．１倍未満になると、陽極処
理時に生成した泡によって多孔質化が阻害される。逆に
５倍を超えるエチルアルコールでは、多孔質の構造が極
端に脆くなるため、安定的な試料の取扱いが困難にな
る。また、電流密度が５００ｍＡ／ｃｍ2 を超えると多
孔質化ではなく電解研磨が起こり始め、逆に５ｍＡ／ｃ
ｍ2 に満たない電流密度では長時間の処理を必要とす
る。ｎ型基板を使用する場合には、同様な処理条件に加
え、陽極化成処理時にＳｉ基板を光照射することが必要
である。ｎ型Ｓｉ基板から作製した多孔質Ｓｉは、ｐ型
Ｓｉ基板から作製した多孔質Ｓｉに比較して、同じ電流
密度で化成処理しても多孔度が低いため、多孔質構造が
安定になる。
Ｓｉ，非晶質Ｓｉ等が使用される。Ｓｉ基板は、電気化
学的なエッチングにより表面が多孔質化される。たとえ
ば、４８％フッ酸水溶液に０．１〜５倍のエチルアルコ
ールを加えた溶液にｐ型Ｓｉ基板を浸漬し、電流密度５
〜５００ｍＡ／ｃｍ2 で１〜６０分間陽極処理すると、
基板表面が多孔質化される。このとき、フッ酸水溶液に
対しエチルアルコールが０．１倍未満になると、陽極処
理時に生成した泡によって多孔質化が阻害される。逆に
５倍を超えるエチルアルコールでは、多孔質の構造が極
端に脆くなるため、安定的な試料の取扱いが困難にな
る。また、電流密度が５００ｍＡ／ｃｍ2 を超えると多
孔質化ではなく電解研磨が起こり始め、逆に５ｍＡ／ｃ
ｍ2 に満たない電流密度では長時間の処理を必要とす
る。ｎ型基板を使用する場合には、同様な処理条件に加
え、陽極化成処理時にＳｉ基板を光照射することが必要
である。ｎ型Ｓｉ基板から作製した多孔質Ｓｉは、ｐ型
Ｓｉ基板から作製した多孔質Ｓｉに比較して、同じ電流
密度で化成処理しても多孔度が低いため、多孔質構造が
安定になる。
【０００８】マスクパターンを用いてメサエッチングす
ると、Ｓｉ（１００）基板ではＶ溝が、Ｓｉ（１１０）
基板では垂直溝が形成される。Ｖ溝を使用する場合に
は、Ｖ溝全体にわたってＥｒイオンが一様に電着するた
め、厚く且つＥｒイオンの濃度勾配が緩やかな発光層が
形成される。他方、垂直溝では、溝の底面にＥｒイオン
が電着するため、薄いものの、δ関数的に局部的にＥｒ
が高濃度に注入された発光層が形成される。多孔質化さ
れたＳｉ基板は、Ｅｒのハロゲン化物を含む電解液中で
陰極電解される。たとえば、質量濃度５〜５０％のＥｒ
Ｃｌ3 エタノール溶液を電解液として使用する場合、電
流密度０．１〜１ｍＡ／ｃｍ2 で１０〜１００分間陰極
電解することにより、１０20〜１０22個／ｃｍ3 の高濃
度でＥｒが多孔質Ｓｉの表面に付着する。Ｅｒの付着量
は電気量で定まるが、Ｅｒ付着濃度が１０20個／ｃｍ 3
以上となるように電流及び供給時間が設定される。
ると、Ｓｉ（１００）基板ではＶ溝が、Ｓｉ（１１０）
基板では垂直溝が形成される。Ｖ溝を使用する場合に
は、Ｖ溝全体にわたってＥｒイオンが一様に電着するた
め、厚く且つＥｒイオンの濃度勾配が緩やかな発光層が
形成される。他方、垂直溝では、溝の底面にＥｒイオン
が電着するため、薄いものの、δ関数的に局部的にＥｒ
が高濃度に注入された発光層が形成される。多孔質化さ
れたＳｉ基板は、Ｅｒのハロゲン化物を含む電解液中で
陰極電解される。たとえば、質量濃度５〜５０％のＥｒ
Ｃｌ3 エタノール溶液を電解液として使用する場合、電
流密度０．１〜１ｍＡ／ｃｍ2 で１０〜１００分間陰極
電解することにより、１０20〜１０22個／ｃｍ3 の高濃
度でＥｒが多孔質Ｓｉの表面に付着する。Ｅｒの付着量
は電気量で定まるが、Ｅｒ付着濃度が１０20個／ｃｍ 3
以上となるように電流及び供給時間が設定される。
【０００９】Ｅｒが付着した多孔質Ｓｉは、酸化処理さ
れる。Ｅｒは、酸化処理によって発光体として有効なＥ
ｒ2 Ｏ3 等に転化される。加熱酸化による場合、不活性
ガスＡｒで０．１〜１ａｔｍ．の範囲にＯ2 濃度を調節
した酸化性雰囲気を使用し、昇温速度２００℃／秒以上
で昇温して、８００〜１４００℃に１０〜６０秒加熱し
た後、降温速度１００℃／秒以上で冷却する。酸化処理
では、内部まで酸化が進行しないように８００〜１４０
０℃×１０〜６０秒の高速短時間加熱が好ましい。内部
まで酸化が進行すると、膜全体が絶縁性のガラス層にな
るため、電流注入素子の作製に際して電流注入が不可能
になる。８００℃未満の加熱温度や１０秒に達しない加
熱時間では加熱が十分に進行せず、１４００℃を超える
加熱温度や６０秒を超える加熱時間では内部まで酸化さ
れるようになり、何れも好ましくない。
れる。Ｅｒは、酸化処理によって発光体として有効なＥ
ｒ2 Ｏ3 等に転化される。加熱酸化による場合、不活性
ガスＡｒで０．１〜１ａｔｍ．の範囲にＯ2 濃度を調節
した酸化性雰囲気を使用し、昇温速度２００℃／秒以上
で昇温して、８００〜１４００℃に１０〜６０秒加熱し
た後、降温速度１００℃／秒以上で冷却する。酸化処理
では、内部まで酸化が進行しないように８００〜１４０
０℃×１０〜６０秒の高速短時間加熱が好ましい。内部
まで酸化が進行すると、膜全体が絶縁性のガラス層にな
るため、電流注入素子の作製に際して電流注入が不可能
になる。８００℃未満の加熱温度や１０秒に達しない加
熱時間では加熱が十分に進行せず、１４００℃を超える
加熱温度や６０秒を超える加熱時間では内部まで酸化さ
れるようになり、何れも好ましくない。
【００１０】酸化処理としては、過酸化水素水や質量濃
度１〜１０％の水酸化リチウム溶液を用いた湿式法も採
用できる。この場合、過酸化水素水又は水酸化リチウム
溶液にＥｒ電着膜を１〜６０秒浸漬すると、膜全体が十
分に酸化される。酸化処理された多孔質Ｓｉは、レーザ
アニーリング，真空アニーリング等の処理によって脆い
多孔質構造が多結晶Ｓｉに変換される。このとき、多結
晶Ｓｉの内部にまでＥｒが拡散し、表層のＥｒ濃度が従
来のイオンインプランテーションに比較して１０20個／
ｃｍ3 以上と高濃度になる。アニーリングには、不活性
雰囲気，真空雰囲気等の非酸化性雰囲気が使用され、た
とえば８００〜１４００℃に１０〜６０分加熱した後で
徐冷する条件が採用される。８００℃未満の加熱温度や
１０分に達しない短時間加熱では、多結晶化が十分に進
行しない。逆に、１４００℃をこえる加熱温度や６０分
を超える長時間加熱では、膜全体に均一に分散したＥｒ
自体が再凝集を起こして、膜の発光特性を劣化させる。
度１〜１０％の水酸化リチウム溶液を用いた湿式法も採
用できる。この場合、過酸化水素水又は水酸化リチウム
溶液にＥｒ電着膜を１〜６０秒浸漬すると、膜全体が十
分に酸化される。酸化処理された多孔質Ｓｉは、レーザ
アニーリング，真空アニーリング等の処理によって脆い
多孔質構造が多結晶Ｓｉに変換される。このとき、多結
晶Ｓｉの内部にまでＥｒが拡散し、表層のＥｒ濃度が従
来のイオンインプランテーションに比較して１０20個／
ｃｍ3 以上と高濃度になる。アニーリングには、不活性
雰囲気，真空雰囲気等の非酸化性雰囲気が使用され、た
とえば８００〜１４００℃に１０〜６０分加熱した後で
徐冷する条件が採用される。８００℃未満の加熱温度や
１０分に達しない短時間加熱では、多結晶化が十分に進
行しない。逆に、１４００℃をこえる加熱温度や６０分
を超える長時間加熱では、膜全体に均一に分散したＥｒ
自体が再凝集を起こして、膜の発光特性を劣化させる。
【００１１】多孔質の程度によっては、アニールによっ
て多結晶化が十分に進行しないことがある。たとえば、
ｎ型Ｓｉ基板を使用した場合、細孔及びＳｉコラムの径
が数μｍの大きな多孔質構造となるため、アニーリング
によって膜を平坦化できない。このような場合、酸化処
理後の多孔質ＳｉをＳｉの融点１４００℃以上まで加熱
し、又は多孔質Ｓｉに０．０５μｍ程度の超微粉Ｓｉを
散布して細孔を埋め、又はＳｉをエピタキシャル成長さ
せることにより、Ｅｒの蒸発を抑制した条件下でアニー
ルすることが好ましい。このようにして、多孔質構造の
細孔を埋めると多結晶Ｓｉと同様な構造が得られ、ひい
ては多結晶Ｓｉと同様に温度８００〜１４００℃でアニ
ールできる。
て多結晶化が十分に進行しないことがある。たとえば、
ｎ型Ｓｉ基板を使用した場合、細孔及びＳｉコラムの径
が数μｍの大きな多孔質構造となるため、アニーリング
によって膜を平坦化できない。このような場合、酸化処
理後の多孔質ＳｉをＳｉの融点１４００℃以上まで加熱
し、又は多孔質Ｓｉに０．０５μｍ程度の超微粉Ｓｉを
散布して細孔を埋め、又はＳｉをエピタキシャル成長さ
せることにより、Ｅｒの蒸発を抑制した条件下でアニー
ルすることが好ましい。このようにして、多孔質構造の
細孔を埋めると多結晶Ｓｉと同様な構造が得られ、ひい
ては多結晶Ｓｉと同様に温度８００〜１４００℃でアニ
ールできる。
【００１２】Ｅｒが高濃度に注入されたＳｉは、発光素
子，可視発光素子等に使用される。たとえば、発光素子
では、図１，２に示すような積層構造が採用される。図
１のｐｎ接合型発光素子は、次のように作製される。ｐ
型Ｓｉ基板１の裏面にＢをイオン注入してｐ+ 層を形成
し、ｐ+ 層とオーミック接合するＡｌ電極（＋極）２を
蒸着法で形成する。ｐ型Ｓｉ基板１の表面側には、前述
した方法で１０20個／ｃｍ3 以上のＥｒイオンを含む発
光層３を形成し、大量のＰをドーピングして活性化させ
たＳｉのエピタキシャル成長膜４を発光層３の上に形成
する。このようにして形成された多層膜にメサエッチン
グでＶ溝を形成し、Ｖ溝に臨む表面を酸化処理して酸化
膜５を形成する。次いで、表面酸化膜をエッチング除去
し、ｎ+ のエピタキシャル成長膜４の上にＡｌ電極６
（−極）を蒸着する。このｐｎ接合型発光素子では、酸
化膜５を介して発光が取り出される。
子，可視発光素子等に使用される。たとえば、発光素子
では、図１，２に示すような積層構造が採用される。図
１のｐｎ接合型発光素子は、次のように作製される。ｐ
型Ｓｉ基板１の裏面にＢをイオン注入してｐ+ 層を形成
し、ｐ+ 層とオーミック接合するＡｌ電極（＋極）２を
蒸着法で形成する。ｐ型Ｓｉ基板１の表面側には、前述
した方法で１０20個／ｃｍ3 以上のＥｒイオンを含む発
光層３を形成し、大量のＰをドーピングして活性化させ
たＳｉのエピタキシャル成長膜４を発光層３の上に形成
する。このようにして形成された多層膜にメサエッチン
グでＶ溝を形成し、Ｖ溝に臨む表面を酸化処理して酸化
膜５を形成する。次いで、表面酸化膜をエッチング除去
し、ｎ+ のエピタキシャル成長膜４の上にＡｌ電極６
（−極）を蒸着する。このｐｎ接合型発光素子では、酸
化膜５を介して発光が取り出される。
【００１３】ｎ型Ｓｉ基板を使用する場合、図２に示す
ような構造をもつｐｎ接合型発光素子が作製される。こ
の場合、ｎ型Ｓｉ基板７の裏面にＰをイオン注入してｎ
+ 層を形成し、ｎ+ 層とオーミック接合するＡｌ電極
（−極）８を蒸着法で形成する。ｎ型Ｓｉ基板７の表面
側には、前述した方法で１０20個／ｃｍ3 以上のＥｒイ
オンを含む発光層９を形成し、Ｂを高濃度にドーピング
したｐ+ 層１０を発光層９の上に形成する。次いで、Ｂ
ドープ層１０を酸化して酸化膜１１を形成し、酸化膜１
１の一部をエッチング除去し、Ｂドープ層１０の上にＡ
ｌ電極１２（＋極）を蒸着する。このｐｎ接合型発光素
子では、上部から発光が取り出される。
ような構造をもつｐｎ接合型発光素子が作製される。こ
の場合、ｎ型Ｓｉ基板７の裏面にＰをイオン注入してｎ
+ 層を形成し、ｎ+ 層とオーミック接合するＡｌ電極
（−極）８を蒸着法で形成する。ｎ型Ｓｉ基板７の表面
側には、前述した方法で１０20個／ｃｍ3 以上のＥｒイ
オンを含む発光層９を形成し、Ｂを高濃度にドーピング
したｐ+ 層１０を発光層９の上に形成する。次いで、Ｂ
ドープ層１０を酸化して酸化膜１１を形成し、酸化膜１
１の一部をエッチング除去し、Ｂドープ層１０の上にＡ
ｌ電極１２（＋極）を蒸着する。このｐｎ接合型発光素
子では、上部から発光が取り出される。
【００１４】
【実施例】比抵抗３〜５Ω・ｃｍのｐ型（１００）Ｓｉ
基板から、次の手順で発光素子を作製した。ＨＦ：Ｃ2
Ｈ5 ＯＨ：Ｈ2 Ｏ＝１：２：１の溶液にＳｉ基板を陽極
として浸漬し、電流１０ｍＡ／ｃｍ2 を６０分供給し、
Ｓｉ基板を電解エッチングした。電解エッチングによ
り、Ｓｉ基板の表面が多孔質化した。Ｓｉ基板表面に形
成された多孔質構造は、それぞれ５ｎｍ程度の細孔及び
Ｓｉコラムからなっていた。ＥｒＣｌ3 を質量濃度で１
０％溶かしたエタノール溶液を調製した。多孔質化され
たＳｉ基板を陰極としてエタノール溶液に浸漬し、電流
密度０．１ｍＡ／ｃｍ2 で６０分電着した。電着された
Ｅｒの分布をＳＩＭＳで観察すると、多孔質Ｓｉ層とＳ
ｉ基板との界面に向けてＥｒ濃度が高く、多孔質Ｓｉ層
の表面に向けてＥｒ濃度が低くなっていた。Ｅｒ濃度
は、界面近傍で４×１０20個／ｃｍ3 ，表面近傍で１×
１０20個／ｃｍ3 であり、界面から表面に向けてほぼ一
定の割合で減少していた。
基板から、次の手順で発光素子を作製した。ＨＦ：Ｃ2
Ｈ5 ＯＨ：Ｈ2 Ｏ＝１：２：１の溶液にＳｉ基板を陽極
として浸漬し、電流１０ｍＡ／ｃｍ2 を６０分供給し、
Ｓｉ基板を電解エッチングした。電解エッチングによ
り、Ｓｉ基板の表面が多孔質化した。Ｓｉ基板表面に形
成された多孔質構造は、それぞれ５ｎｍ程度の細孔及び
Ｓｉコラムからなっていた。ＥｒＣｌ3 を質量濃度で１
０％溶かしたエタノール溶液を調製した。多孔質化され
たＳｉ基板を陰極としてエタノール溶液に浸漬し、電流
密度０．１ｍＡ／ｃｍ2 で６０分電着した。電着された
Ｅｒの分布をＳＩＭＳで観察すると、多孔質Ｓｉ層とＳ
ｉ基板との界面に向けてＥｒ濃度が高く、多孔質Ｓｉ層
の表面に向けてＥｒ濃度が低くなっていた。Ｅｒ濃度
は、界面近傍で４×１０20個／ｃｍ3 ，表面近傍で１×
１０20個／ｃｍ3 であり、界面から表面に向けてほぼ一
定の割合で減少していた。
【００１５】Ｅｒ電着後、急速加熱炉を用いてＳｉ基板
を酸化処理した。酸化処理には、酸素分圧１ａｔｍ．の
酸化雰囲気中で昇温速度２００℃／秒で昇温し、１２０
０℃に３０秒保持し、降温速度１００℃／秒で冷却する
条件を採用した。酸化処理された表面を観察すると、多
孔質Ｓｉの表面に電着しているＥｒがＥｒ2 Ｏ3 に酸化
されており、Ｓｉコラムの表面も１原子層程度が酸化さ
れていた。次いで、真空中で１０００℃に３０分加熱
し、降温速度１℃／秒で徐冷するアニーリングを施し
た。アニーリングされたＳｉ基板の表面は、１００ｎｍ
〜数μｍの結晶粒からなる膜厚５μｍ程度の多孔質Ｓｉ
となっており、この多孔質Ｓｉに１０20個／ｃｍ3 のＥ
ｒ2 Ｏ3 発光体が含まれていた。このような膜をもつＳ
ｉ基板から、図１に示すｐｎ接合型発光素子を作製し
た。得られたｐｎ接合型発光素子の発光特性を調査した
ところ、従来のイオンインプランテーションで素子の発
光効率（１０-6程度）と比較して１０4 倍程度高い発光
効率（約１０-2）を示した。
を酸化処理した。酸化処理には、酸素分圧１ａｔｍ．の
酸化雰囲気中で昇温速度２００℃／秒で昇温し、１２０
０℃に３０秒保持し、降温速度１００℃／秒で冷却する
条件を採用した。酸化処理された表面を観察すると、多
孔質Ｓｉの表面に電着しているＥｒがＥｒ2 Ｏ3 に酸化
されており、Ｓｉコラムの表面も１原子層程度が酸化さ
れていた。次いで、真空中で１０００℃に３０分加熱
し、降温速度１℃／秒で徐冷するアニーリングを施し
た。アニーリングされたＳｉ基板の表面は、１００ｎｍ
〜数μｍの結晶粒からなる膜厚５μｍ程度の多孔質Ｓｉ
となっており、この多孔質Ｓｉに１０20個／ｃｍ3 のＥ
ｒ2 Ｏ3 発光体が含まれていた。このような膜をもつＳ
ｉ基板から、図１に示すｐｎ接合型発光素子を作製し
た。得られたｐｎ接合型発光素子の発光特性を調査した
ところ、従来のイオンインプランテーションで素子の発
光効率（１０-6程度）と比較して１０4 倍程度高い発光
効率（約１０-2）を示した。
【００１６】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、多孔質化したＳｉにＥｒを電着させた後、酸化処理
及びアニールすることにより表層のＥｒ濃度を高めてい
る。そのため、従来のイオンインプランテーションに比
較して格段に高濃度のＥｒをＳｉ表層に注入することが
でき、優れた発光特性を呈する材料が得られる。また、
多孔質化したＳｉ表層を多結晶化しているので、多孔質
に起因する脆さがなく、電極との接点を比較的大きくす
ることができるため、得られる発光素子の寿命も長くな
る。
は、多孔質化したＳｉにＥｒを電着させた後、酸化処理
及びアニールすることにより表層のＥｒ濃度を高めてい
る。そのため、従来のイオンインプランテーションに比
較して格段に高濃度のＥｒをＳｉ表層に注入することが
でき、優れた発光特性を呈する材料が得られる。また、
多孔質化したＳｉ表層を多結晶化しているので、多孔質
に起因する脆さがなく、電極との接点を比較的大きくす
ることができるため、得られる発光素子の寿命も長くな
る。
【図１】 本発明に従ってＥｒを高濃度で表層に注入し
たｐ型Ｓｉ基板で形成された発光素子
たｐ型Ｓｉ基板で形成された発光素子
【図２】 本発明に従ってＥｒを高濃度で表層に注入し
たｎ型Ｓｉ基板で形成された発光素子
たｎ型Ｓｉ基板で形成された発光素子
１：ｐ型Ｓｉ基板 ２，１２：Ａｌ電極（＋）
３，９：発光層 ４：エピタキシャル成長膜 ５，１１：酸化膜
６，８：Ａｌ電極（−） ７：ｎ型Ｓｉ基板 １０：Ｂドープ層
３，９：発光層 ４：エピタキシャル成長膜 ５，１１：酸化膜
６，８：Ａｌ電極（−） ７：ｎ型Ｓｉ基板 １０：Ｂドープ層
Claims (7)
- 【請求項１】 電気化学的エッチング又はマスクパター
ンを用いたメサエッチングによりＳｉ基板の表面に多数
の細孔を形成した後、Ｓｉ基板を陰極として希土類金属
イオン含有電解液中で電解することにより細孔表面に希
土類金属イオンを付着させ、付着した希土類金属を酸化
処理し、次いで多孔質構造を多結晶構造にするアニーリ
ングを施すことを特徴とする発光素子材料の製造方法。 - 【請求項２】 Ｓｉ基板として単結晶Ｓｉ，多結晶Ｓｉ
又は非晶質Ｓｉを使用する請求項１記載の製造方法。 - 【請求項３】 希土類金属含有電解液としてＥｒＣｌ3
質量濃度５〜５０％のエタノール溶液を使用する請求項
１記載の製造方法。 - 【請求項４】 ８００〜１４００℃に１０〜６０秒加熱
する酸化処理を施す請求項１記載の製造方法。 - 【請求項５】 過酸化水素水又は質量濃度１〜１０％の
水酸化リチウム溶液に１〜６０秒浸漬することにより酸
化処理を行う請求項１記載の製造方法。 - 【請求項６】 アニーリングに先立って、酸化処理され
たＳｉ基板表面にある細孔をＳｉ粉末で充填する請求項
１記載の製造方法。 - 【請求項７】 アニーリングに先立って、酸化処理され
たＳｉ基板の表面にＳｉをエピタキシャル成長させる請
求項１記載の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17132797A JPH1117216A (ja) | 1997-06-27 | 1997-06-27 | 発光素子材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17132797A JPH1117216A (ja) | 1997-06-27 | 1997-06-27 | 発光素子材料の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1117216A true JPH1117216A (ja) | 1999-01-22 |
Family
ID=15921187
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17132797A Pending JPH1117216A (ja) | 1997-06-27 | 1997-06-27 | 発光素子材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1117216A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006514445A (ja) * | 2003-03-21 | 2006-04-27 | インテル・コーポレーション | 改良された発光装置のシステム及び方法 |
| JP2008053446A (ja) * | 2006-08-24 | 2008-03-06 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体素子 |
| CN100459182C (zh) * | 2003-02-28 | 2009-02-04 | 信越半导体株式会社 | 发光元件 |
| JP2013165146A (ja) * | 2012-02-10 | 2013-08-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | シリコン発光素子およびその製造方法 |
| JP2017092088A (ja) * | 2015-11-04 | 2017-05-25 | 株式会社ソディック | 発光素子 |
-
1997
- 1997-06-27 JP JP17132797A patent/JPH1117216A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100459182C (zh) * | 2003-02-28 | 2009-02-04 | 信越半导体株式会社 | 发光元件 |
| JP2006514445A (ja) * | 2003-03-21 | 2006-04-27 | インテル・コーポレーション | 改良された発光装置のシステム及び方法 |
| JP2008053446A (ja) * | 2006-08-24 | 2008-03-06 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体素子 |
| US8110836B2 (en) | 2006-08-24 | 2012-02-07 | Hamamatsu Photonics K.K. | Semiconductor device |
| JP2013165146A (ja) * | 2012-02-10 | 2013-08-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | シリコン発光素子およびその製造方法 |
| JP2017092088A (ja) * | 2015-11-04 | 2017-05-25 | 株式会社ソディック | 発光素子 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100246902B1 (ko) | 반도체기판 및 그의 제작방법 | |
| US6806171B1 (en) | Method of producing a thin layer of crystalline material | |
| JP2001160540A (ja) | 半導体装置の製造方法、液相成長法及び液相成長装置、太陽電池 | |
| US6017773A (en) | Stabilizing process for porous silicon and resulting light emitting device | |
| JPH06338631A (ja) | 発光素子及びその製造方法 | |
| JPH1117217A (ja) | 発光素子材料の製造方法 | |
| KR100861739B1 (ko) | 수정된 실리콘으로의 저-도스량 산소 주입에 의한 얇은매립 산화물 | |
| JP3777668B2 (ja) | 薄膜太陽電池の製造方法 | |
| JPH1117216A (ja) | 発光素子材料の製造方法 | |
| US8668840B2 (en) | Solution used in the fabrication of a porous semiconductor material, and a method of fabricating said material | |
| WO2024192921A1 (zh) | 肖特基二极管制备方法及肖特基二极管 | |
| EP0312466B1 (fr) | Procédé de fabrication d'une structure de silicium sur isolant | |
| JP2019129233A (ja) | Ｓｏｉウェーハの製造方法 | |
| JP3297600B2 (ja) | 半導体基板の作製方法 | |
| JPH07254729A (ja) | 半導体発光装置の製造方法 | |
| US3961353A (en) | High power semiconductor device | |
| JP2001089291A (ja) | 液相成長法、半導体部材の製造方法、太陽電池の製造方法 | |
| Baumgart et al. | Defect structure of epitaxial films grown on porous silicon | |
| US4006045A (en) | Method for producing high power semiconductor device using anodic treatment and enhanced diffusion | |
| JP3963030B2 (ja) | 薄膜半導体の製造方法 | |
| JPH0846161A (ja) | Ｓｏｉ基板及びその製造方法 | |
| US20240186141A1 (en) | Method for preparing a germanium substrate and germanium substrate structure for epitaxial growth of a germanium layer | |
| Hérino | Porous silicon for microelectronics and optoelectronics | |
| Cao et al. | formation of mosaic silicon oxide structure during metal-assisted electrochemical etching of silicon at high current density | |
| JP2010027731A (ja) | Ｓｉｍｏｘウェーハの製造方法及びｓｉｍｏｘウェーハ |