JPH11310776A - 発光材料及びその製造方法並びにこれを用いた発光素子 - Google Patents
発光材料及びその製造方法並びにこれを用いた発光素子Info
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- JPH11310776A JPH11310776A JP12037598A JP12037598A JPH11310776A JP H11310776 A JPH11310776 A JP H11310776A JP 12037598 A JP12037598 A JP 12037598A JP 12037598 A JP12037598 A JP 12037598A JP H11310776 A JPH11310776 A JP H11310776A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体基板上に直接作製することができ、発
光効率が高く、発光波長の制御が可能で発光減衰速度の
速い発光材料及びこれを用いた発光素子を安価に製造す
る。 【解決手段】 粒径がナノメートルオーダーのシリコン
微結晶粒子１２又はゲルマニウム微結晶粒子がシリコン
窒化物多結晶体１３中にドット状に分散した発光材料１
０である。減圧化学気相堆積法又は化学気相堆積法によ
り半導体基板１６上に６００〜９００℃でシリコン窒化
物多結晶膜１３とシリコン微結晶粒子１２又はゲルマニ
ウム微結晶粒子とを交互に堆積する。堆積後に、半導体
基板１６を少なくとも真空中、不活性雰囲気又は水素を
含む不活性雰囲気で７００〜１５００℃の温度でアニー
ル処理することが好ましい。また半導体基板上にこの発
光材料を発光層１１として電極１８、１９を設けること
により発光素子２０となる。
光効率が高く、発光波長の制御が可能で発光減衰速度の
速い発光材料及びこれを用いた発光素子を安価に製造す
る。 【解決手段】 粒径がナノメートルオーダーのシリコン
微結晶粒子１２又はゲルマニウム微結晶粒子がシリコン
窒化物多結晶体１３中にドット状に分散した発光材料１
０である。減圧化学気相堆積法又は化学気相堆積法によ
り半導体基板１６上に６００〜９００℃でシリコン窒化
物多結晶膜１３とシリコン微結晶粒子１２又はゲルマニ
ウム微結晶粒子とを交互に堆積する。堆積後に、半導体
基板１６を少なくとも真空中、不活性雰囲気又は水素を
含む不活性雰囲気で７００〜１５００℃の温度でアニー
ル処理することが好ましい。また半導体基板上にこの発
光材料を発光層１１として電極１８、１９を設けること
により発光素子２０となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光で通信を行う光
インターコネクションの分野で使用されるシリコンベー
スの発光材料及びその製造方法並びにこれを用いた発光
素子に関するものである。
インターコネクションの分野で使用されるシリコンベー
スの発光材料及びその製造方法並びにこれを用いた発光
素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光インターコネクションのためのシリコ
ン基板上の発光素子としては、ガリウムヒ素等の化合物
半導体の応用が候補となる。しかしそれらの化合物半導
体は、シリコン基板上で欠陥の少ない構造を作製するこ
とが困難であり、熱安定性が乏しい。またその製造にお
いては、既存のシリコン集積回路の製造プロセスのみで
は対応できず、新たな製造プロセスの付加が必要とな
り、製造コストが高くなる。そのため、既存のシリコン
集積回路の製造プロセスのみで製造可能なシリコンベー
スの発光構造の作製技術が望まれる。シリコンベースの
発光材料としては、陽極酸化により作製するポーラスシ
リコンが知られている(L.T.Canham,"Appl.Phys.Lett.Vo
l.57,No.10,3 September,1990,pp.1046-1048)。また、
シリコン酸化物に覆われたシリコン微結晶粒子からなる
発光材料を作製するいくつかの方法が提案されている
（特開平８−１７５７７）。
ン基板上の発光素子としては、ガリウムヒ素等の化合物
半導体の応用が候補となる。しかしそれらの化合物半導
体は、シリコン基板上で欠陥の少ない構造を作製するこ
とが困難であり、熱安定性が乏しい。またその製造にお
いては、既存のシリコン集積回路の製造プロセスのみで
は対応できず、新たな製造プロセスの付加が必要とな
り、製造コストが高くなる。そのため、既存のシリコン
集積回路の製造プロセスのみで製造可能なシリコンベー
スの発光構造の作製技術が望まれる。シリコンベースの
発光材料としては、陽極酸化により作製するポーラスシ
リコンが知られている(L.T.Canham,"Appl.Phys.Lett.Vo
l.57,No.10,3 September,1990,pp.1046-1048)。また、
シリコン酸化物に覆われたシリコン微結晶粒子からなる
発光材料を作製するいくつかの方法が提案されている
（特開平８−１７５７７）。
【０００３】従来、本発明と近似した構造の材料の製造
方法として、例えば絶縁体をマトリックスとし、このマ
トリックスとそのなかに分散される半導体微粒子が３次
元量子井戸を形成する半導体微粒子分散膜の製造方法で
あって、上記マトリックス及び上記半導体微粒子がそれ
ぞれプラズマ化学気相成長法（プラズマＣＶＤ法）によ
って交互に堆積されたアモルファス窒化シリコン及びア
モルファスシリコンであることを特徴とする半導体微粒
子分散膜の製造方法が提案されている（特開平５−７４
７２０）。
方法として、例えば絶縁体をマトリックスとし、このマ
トリックスとそのなかに分散される半導体微粒子が３次
元量子井戸を形成する半導体微粒子分散膜の製造方法で
あって、上記マトリックス及び上記半導体微粒子がそれ
ぞれプラズマ化学気相成長法（プラズマＣＶＤ法）によ
って交互に堆積されたアモルファス窒化シリコン及びア
モルファスシリコンであることを特徴とする半導体微粒
子分散膜の製造方法が提案されている（特開平５−７４
７２０）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の方
法で製造された発光材料は、発光効率が低く、発光減衰
速度が遅い問題がある。また、界面準位の影響で発光波
長の制御が困難である問題がある。また、上記特開平５
−７４７２０号公報に示される方法で製造された半導体
微粒子分散膜は、アモルファス窒化シリコンからなる絶
縁体マトリックスのなかに分散された半導体微粒子がア
モルファスシリコンからなるため、発光材料として用い
るには発光効率が低い問題点がある。本発明の目的は、
半導体基板上に作製可能であって、光ファイバに適合す
る発光波長の制御が可能であって、発光効率が高く、発
光減衰速度の速い発光材料を提供することにある。本発
明の別の目的は、上記発光材料を簡便にかつ安価に製造
する方法を提供することにある。本発明の別の目的は、
上記発光材料を用いた発光素子を提供することにある。
法で製造された発光材料は、発光効率が低く、発光減衰
速度が遅い問題がある。また、界面準位の影響で発光波
長の制御が困難である問題がある。また、上記特開平５
−７４７２０号公報に示される方法で製造された半導体
微粒子分散膜は、アモルファス窒化シリコンからなる絶
縁体マトリックスのなかに分散された半導体微粒子がア
モルファスシリコンからなるため、発光材料として用い
るには発光効率が低い問題点がある。本発明の目的は、
半導体基板上に作製可能であって、光ファイバに適合す
る発光波長の制御が可能であって、発光効率が高く、発
光減衰速度の速い発光材料を提供することにある。本発
明の別の目的は、上記発光材料を簡便にかつ安価に製造
する方法を提供することにある。本発明の別の目的は、
上記発光材料を用いた発光素子を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
図１に示すように粒径がナノメートルオーダーのシリコ
ン微結晶粒子１２又はゲルマニウム微結晶粒子がシリコ
ン窒化物多結晶体１３中にドット状に分散した発光材料
１０である。シリコン微結晶粒子１２又はゲルマニウム
微結晶粒子がドット状の結晶状態でバンドギャップの大
きいシリコン窒化物多結晶体１３に囲まれているため、
注入されたキャリアはドット状のシリコン微結晶粒子１
２又はゲルマニウム微結晶の内部に閉じ込められる。従
って、従来のアモルファス窒化シリコンからなる絶縁体
マトリックスの中に分散されたアモルファスシリコンか
らなる半導体微粒子に比べて、発光効率は格段に向上す
る。
図１に示すように粒径がナノメートルオーダーのシリコ
ン微結晶粒子１２又はゲルマニウム微結晶粒子がシリコ
ン窒化物多結晶体１３中にドット状に分散した発光材料
１０である。シリコン微結晶粒子１２又はゲルマニウム
微結晶粒子がドット状の結晶状態でバンドギャップの大
きいシリコン窒化物多結晶体１３に囲まれているため、
注入されたキャリアはドット状のシリコン微結晶粒子１
２又はゲルマニウム微結晶の内部に閉じ込められる。従
って、従来のアモルファス窒化シリコンからなる絶縁体
マトリックスの中に分散されたアモルファスシリコンか
らなる半導体微粒子に比べて、発光効率は格段に向上す
る。
【０００６】請求項２に係る発明は、請求項１に係る発
明であって、シリコン微結晶粒子１２又はゲルマニウム
微結晶粒子の粒径が１０ナノメートル以下である発光材
料である。請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係
る発明であって、シリコン微結晶粒子１２又はゲルマニ
ウム微結晶粒子が１０11〜１０12／ｃｍ2の密度で分散
した発光材料である。
明であって、シリコン微結晶粒子１２又はゲルマニウム
微結晶粒子の粒径が１０ナノメートル以下である発光材
料である。請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係
る発明であって、シリコン微結晶粒子１２又はゲルマニ
ウム微結晶粒子が１０11〜１０12／ｃｍ2の密度で分散
した発光材料である。
【０００７】請求項４に係る発明は、図１に示すように
減圧化学気相堆積法又は化学気相堆積法により半導体基
板１６上に６００〜９００℃でシリコン窒化物多結晶膜
１３ａとシリコン微結晶粒子１２又はゲルマニウム微結
晶粒子とを交互に堆積する発光材料の製造方法である。
請求項５に係る発明は、請求項４に係る発明であって、
シリコン窒化物多結晶膜１３ａとシリコン微結晶粒子１
２又はゲルマニウム微結晶粒子とを交互に半導体基板１
６上に堆積した後、半導体基板１６を少なくとも真空
中、不活性雰囲気又は水素を含む不活性雰囲気で７００
〜１５００℃の温度でアニール処理する発光材料の製造
方法である。
減圧化学気相堆積法又は化学気相堆積法により半導体基
板１６上に６００〜９００℃でシリコン窒化物多結晶膜
１３ａとシリコン微結晶粒子１２又はゲルマニウム微結
晶粒子とを交互に堆積する発光材料の製造方法である。
請求項５に係る発明は、請求項４に係る発明であって、
シリコン窒化物多結晶膜１３ａとシリコン微結晶粒子１
２又はゲルマニウム微結晶粒子とを交互に半導体基板１
６上に堆積した後、半導体基板１６を少なくとも真空
中、不活性雰囲気又は水素を含む不活性雰囲気で７００
〜１５００℃の温度でアニール処理する発光材料の製造
方法である。
【０００８】請求項６に係る発明は、図２に示すように
減圧化学気相堆積法又は化学気相堆積法により半導体基
板１６上に６００〜９００℃でシリコン窒化物多結晶膜
１３ａとシリコン多結晶膜１２ａ又はゲルマニウム多結
晶膜とを交互に堆積した後、半導体基板１６を少なくと
も真空中、不活性雰囲気又は水素を含む不活性雰囲気で
７００〜１５００℃の温度でアニール処理する発光材料
の製造方法である。請求項７に係る発明は、図３に示す
ように半導体基板１６上に粒径がナノメートルオーダー
のシリコン微結晶粒子１２又はゲルマニウム微結晶粒子
がシリコン窒化物多結晶体１３中にドット状に分散した
発光層１１が形成された発光素子２０である。請求項１
に係る発光材料を発光層１１とすることにより、発光効
率が高く、発光減衰速度の速い発光素子が得られる。
減圧化学気相堆積法又は化学気相堆積法により半導体基
板１６上に６００〜９００℃でシリコン窒化物多結晶膜
１３ａとシリコン多結晶膜１２ａ又はゲルマニウム多結
晶膜とを交互に堆積した後、半導体基板１６を少なくと
も真空中、不活性雰囲気又は水素を含む不活性雰囲気で
７００〜１５００℃の温度でアニール処理する発光材料
の製造方法である。請求項７に係る発明は、図３に示す
ように半導体基板１６上に粒径がナノメートルオーダー
のシリコン微結晶粒子１２又はゲルマニウム微結晶粒子
がシリコン窒化物多結晶体１３中にドット状に分散した
発光層１１が形成された発光素子２０である。請求項１
に係る発光材料を発光層１１とすることにより、発光効
率が高く、発光減衰速度の速い発光素子が得られる。
【０００９】
【発明の実施の形態】シリコン窒化物多結晶体中に分散
する半導体微結晶は、シリコン窒化物と格子定数が大き
く相違しないシリコン微結晶又はゲルマニウム微結晶で
ある。シリコン窒化物多結晶体中に分散するこの微結晶
粒子の粒径は１０ナノメートル以下である。微結晶粒子
の粒径を１０ナノメートル以下にすることにより、発光
する波長を１１００ｎｍ以下にすることができる。光フ
ァイバに適合した波長が得られる５ナノメートル以下が
好ましい。１０ナノメートルを超えると、有効なキャリ
アの閉じ込み効果が得られず発光効率が低下する。この
粒径が小さくなる程、発光する波長は高エネルギ側、即
ち短波長側に移行する。シリコン窒化物多結晶体中に分
散するシリコン又はゲルマニウム微結晶粒子の好ましい
分散密度は１０11〜１０12／ｃｍ2である。このような
高い密度で分散させることにより３次元的に高密度に量
子ドットが形成され、発光強度が格段に高い発光材料が
得られる。
する半導体微結晶は、シリコン窒化物と格子定数が大き
く相違しないシリコン微結晶又はゲルマニウム微結晶で
ある。シリコン窒化物多結晶体中に分散するこの微結晶
粒子の粒径は１０ナノメートル以下である。微結晶粒子
の粒径を１０ナノメートル以下にすることにより、発光
する波長を１１００ｎｍ以下にすることができる。光フ
ァイバに適合した波長が得られる５ナノメートル以下が
好ましい。１０ナノメートルを超えると、有効なキャリ
アの閉じ込み効果が得られず発光効率が低下する。この
粒径が小さくなる程、発光する波長は高エネルギ側、即
ち短波長側に移行する。シリコン窒化物多結晶体中に分
散するシリコン又はゲルマニウム微結晶粒子の好ましい
分散密度は１０11〜１０12／ｃｍ2である。このような
高い密度で分散させることにより３次元的に高密度に量
子ドットが形成され、発光強度が格段に高い発光材料が
得られる。
【００１０】本発明の発光材料は次の２つの方法により
製造される。第１の製造方法は請求項４又は請求項５に
係る方法であって、図１に示すように減圧化学気相堆積
法又は化学気相堆積法により半導体基板１６上に６００
〜９００℃の雰囲気温度でシリコン窒化物多結晶膜１３
ａとシリコン微結晶粒子１２又はゲルマニウム微結晶粒
子とを交互に堆積する。堆積するときの雰囲気温度が低
いとアモルファスシリコン窒化膜とアモルファスシリコ
ンが生成するのに対して、堆積温度を６００〜９００℃
に設定することにより多結晶のシリコン窒化膜１３ａと
多結晶のシリコン粒子１２又はゲルマニウム粒子が生成
する。
製造される。第１の製造方法は請求項４又は請求項５に
係る方法であって、図１に示すように減圧化学気相堆積
法又は化学気相堆積法により半導体基板１６上に６００
〜９００℃の雰囲気温度でシリコン窒化物多結晶膜１３
ａとシリコン微結晶粒子１２又はゲルマニウム微結晶粒
子とを交互に堆積する。堆積するときの雰囲気温度が低
いとアモルファスシリコン窒化膜とアモルファスシリコ
ンが生成するのに対して、堆積温度を６００〜９００℃
に設定することにより多結晶のシリコン窒化膜１３ａと
多結晶のシリコン粒子１２又はゲルマニウム粒子が生成
する。
【００１１】多結晶のシリコン窒化膜１３ａと多結晶の
シリコン粒子１２又はゲルマニウム粒子を堆積した後、
堆積後の半導体基板１６を少なくとも真空中、不活性雰
囲気又は水素を含む不活性雰囲気で７００〜１５００℃
の温度でアニール処理することが好ましい。アニール温
度が７００℃に満たない場合には、結晶欠陥の除去が不
十分となる。堆積後の半導体基板１６を少なくとも真空
中、不活性雰囲気又は水素を含む不活性雰囲気で７００
〜１５００℃の温度でアニール処理すると、結晶欠陥を
除去できる。特にアニール雰囲気が水素を含む不活性雰
囲気である場合には、局在準位に悪影響を及ぼす結晶中
のダングリングボンドを水素で終端させて取り除くこと
ができる。
シリコン粒子１２又はゲルマニウム粒子を堆積した後、
堆積後の半導体基板１６を少なくとも真空中、不活性雰
囲気又は水素を含む不活性雰囲気で７００〜１５００℃
の温度でアニール処理することが好ましい。アニール温
度が７００℃に満たない場合には、結晶欠陥の除去が不
十分となる。堆積後の半導体基板１６を少なくとも真空
中、不活性雰囲気又は水素を含む不活性雰囲気で７００
〜１５００℃の温度でアニール処理すると、結晶欠陥を
除去できる。特にアニール雰囲気が水素を含む不活性雰
囲気である場合には、局在準位に悪影響を及ぼす結晶中
のダングリングボンドを水素で終端させて取り除くこと
ができる。
【００１２】第２の製造方法は請求項６に係る方法であ
って、図２に示すように減圧化学気相堆積法又は化学気
相堆積法により半導体基板１６上に６００〜９００℃で
シリコン窒化物多結晶膜１３ａとシリコン多結晶膜１２
ａ又はゲルマニウム多結晶膜とを交互に堆積した後、半
導体基板１６を少なくとも真空中、不活性雰囲気又は水
素を含む不活性雰囲気で７００〜１５００℃の温度でア
ニール処理する。堆積温度を６００〜９００℃に設定す
ることにより多結晶のシリコン窒化膜１３ａと多結晶の
シリコン膜１２ａ又はゲルマニウム膜が生成する。生成
したシリコン多結晶膜１２ａ又はゲルマニウム多結晶膜
を少なくとも真空中、不活性雰囲気又は水素を含む不活
性雰囲気で７００〜１５００℃の温度でアニール処理或
いはレーザ照射すると、シリコンの析出が起こり、図１
に示すようにドット状のシリコン微結晶粒子１２又はゲ
ルマニウム微結晶粒子になる。堆積温度が低い場合に
は、シリコン多結晶膜又はゲルマニウム多結晶膜が得ら
れない。またアニール温度が低い場合には、ドット状の
シリコン微結晶粒子又はゲルマニウム微結晶粒子が得ら
れず、また結晶欠陥も除去できない。
って、図２に示すように減圧化学気相堆積法又は化学気
相堆積法により半導体基板１６上に６００〜９００℃で
シリコン窒化物多結晶膜１３ａとシリコン多結晶膜１２
ａ又はゲルマニウム多結晶膜とを交互に堆積した後、半
導体基板１６を少なくとも真空中、不活性雰囲気又は水
素を含む不活性雰囲気で７００〜１５００℃の温度でア
ニール処理する。堆積温度を６００〜９００℃に設定す
ることにより多結晶のシリコン窒化膜１３ａと多結晶の
シリコン膜１２ａ又はゲルマニウム膜が生成する。生成
したシリコン多結晶膜１２ａ又はゲルマニウム多結晶膜
を少なくとも真空中、不活性雰囲気又は水素を含む不活
性雰囲気で７００〜１５００℃の温度でアニール処理或
いはレーザ照射すると、シリコンの析出が起こり、図１
に示すようにドット状のシリコン微結晶粒子１２又はゲ
ルマニウム微結晶粒子になる。堆積温度が低い場合に
は、シリコン多結晶膜又はゲルマニウム多結晶膜が得ら
れない。またアニール温度が低い場合には、ドット状の
シリコン微結晶粒子又はゲルマニウム微結晶粒子が得ら
れず、また結晶欠陥も除去できない。
【００１３】なお、第１及び第２の製造方法とも、シリ
コン微結晶粒子１２又はゲルマニウム微結晶粒子の粒径
はその微結晶粒子又はその多結晶膜の堆積条件を変えて
粒径又は膜厚を制御することにより、変えることができ
る。またその粒径もナノメートルオーダーに揃えること
ができる。また本発明の製造方法は、高価な分子線エピ
タキシー（ＭＢＥ）法や有機金属気相成長（ＭＯＣＶ
Ｄ）法を用いずに、既存のシリコン電子デバイス製造に
広く用いられる減圧化学気相堆積法又は化学気相堆積法
により安価にかつ簡便に行うことができる。
コン微結晶粒子１２又はゲルマニウム微結晶粒子の粒径
はその微結晶粒子又はその多結晶膜の堆積条件を変えて
粒径又は膜厚を制御することにより、変えることができ
る。またその粒径もナノメートルオーダーに揃えること
ができる。また本発明の製造方法は、高価な分子線エピ
タキシー（ＭＢＥ）法や有機金属気相成長（ＭＯＣＶ
Ｄ）法を用いずに、既存のシリコン電子デバイス製造に
広く用いられる減圧化学気相堆積法又は化学気相堆積法
により安価にかつ簡便に行うことができる。
【００１４】請求項７に係る発明では、図３に示すよう
に半導体基板１６上に請求項１に係る発光材料からなる
発光層１１が形成される。この半導体基板としてはシリ
コン基板が好ましい。この発光素子２０は、半導体基板
１６が例えばｐ型のシリコン基板である場合には、発光
層１１上にクラッド層となるｎ型のシリコン層１７を形
成する。半導体基板１６がｎ型のシリコン基板である場
合には、発光層１１上にｐ型のシリコン層１７を形成す
る。このシリコン層１７は発光層１１に続いて同一の減
圧化学気相堆積装置又は化学気相堆積装置で行うと効率
的である。シリコン層１７を形成した後、シリコン層１
７の上面及び半導体基板１６の下面にそれぞれ電極１８
及び１９を形成することにより、ＬＥＤ発光素子２０が
得られる。シリコン層１７上の電極１８は発光層の発光
面積を広くとるため、シリコン層１７の一部に形成され
る。
に半導体基板１６上に請求項１に係る発光材料からなる
発光層１１が形成される。この半導体基板としてはシリ
コン基板が好ましい。この発光素子２０は、半導体基板
１６が例えばｐ型のシリコン基板である場合には、発光
層１１上にクラッド層となるｎ型のシリコン層１７を形
成する。半導体基板１６がｎ型のシリコン基板である場
合には、発光層１１上にｐ型のシリコン層１７を形成す
る。このシリコン層１７は発光層１１に続いて同一の減
圧化学気相堆積装置又は化学気相堆積装置で行うと効率
的である。シリコン層１７を形成した後、シリコン層１
７の上面及び半導体基板１６の下面にそれぞれ電極１８
及び１９を形成することにより、ＬＥＤ発光素子２０が
得られる。シリコン層１７上の電極１８は発光層の発光
面積を広くとるため、シリコン層１７の一部に形成され
る。
【００１５】
【実施例】次に本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。第２の製造方法で減圧化学気相堆積装置を用いて下
記の条件でシリコン基板上にシリコン窒化物多結晶膜と
シリコン多結晶膜とを交互に堆積した。即ち、通常のＲ
ＣＡ洗浄を施した結晶方位が（００１）面であるシリコ
ンウェーハをシリコン基板として、この基板上に７００
℃の雰囲気温度でシリコン窒化膜とシリコン膜を交互に
成長させた。シリコン窒化膜はＳｉＨ2Ｃｌ2ガスとＮＨ
3ガスをそれぞれガス流量５０ｃｃ／ｍｉｎ及び１００
０ｃｃ／ｍｉｎでガス圧０．３Ｔｏｒｒの条件で堆積し
た。一方シリコン膜はＳｉＨ2Ｃｌ2ガスをガス流量５０
ｃｃ／ｍｉｎでガス圧０．３Ｔｏｒｒの条件で堆積し
た。堆積した膜厚はシリコン窒化膜及びシリコン膜のそ
れぞれが４ナノメートルと２ナノメートル分に相当し、
シリコン窒化膜を６層、シリコン膜を５層分積層した。
得られた積層体をランプアニール炉を用いて、水素を含
む不活性ガス雰囲気中で１０００℃の温度で３０分間ア
ニール処理して発光材料を得た。この発光材料の断面を
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察したところ、ナノメ
ートルオーダーの大きさの揃ったドット状のシリコン微
結晶粒子がシリコン窒化物多結晶体中に周期的に分散し
ていることが確認された。
る。第２の製造方法で減圧化学気相堆積装置を用いて下
記の条件でシリコン基板上にシリコン窒化物多結晶膜と
シリコン多結晶膜とを交互に堆積した。即ち、通常のＲ
ＣＡ洗浄を施した結晶方位が（００１）面であるシリコ
ンウェーハをシリコン基板として、この基板上に７００
℃の雰囲気温度でシリコン窒化膜とシリコン膜を交互に
成長させた。シリコン窒化膜はＳｉＨ2Ｃｌ2ガスとＮＨ
3ガスをそれぞれガス流量５０ｃｃ／ｍｉｎ及び１００
０ｃｃ／ｍｉｎでガス圧０．３Ｔｏｒｒの条件で堆積し
た。一方シリコン膜はＳｉＨ2Ｃｌ2ガスをガス流量５０
ｃｃ／ｍｉｎでガス圧０．３Ｔｏｒｒの条件で堆積し
た。堆積した膜厚はシリコン窒化膜及びシリコン膜のそ
れぞれが４ナノメートルと２ナノメートル分に相当し、
シリコン窒化膜を６層、シリコン膜を５層分積層した。
得られた積層体をランプアニール炉を用いて、水素を含
む不活性ガス雰囲気中で１０００℃の温度で３０分間ア
ニール処理して発光材料を得た。この発光材料の断面を
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察したところ、ナノメ
ートルオーダーの大きさの揃ったドット状のシリコン微
結晶粒子がシリコン窒化物多結晶体中に周期的に分散し
ていることが確認された。
【００１６】上記発光材料を使用してＬＥＤ発光素子を
作製した。図３に示すようにｐ型のシリコン基板１６上
に形成された発光材料を発光層１１とし、この発光層１
１上に減圧化学気相堆積装置を用いてｎ型のシリコン層
１７を形成した。即ち、同一の減圧化学気相堆積装置で
発光層１１とシリコン層１７を形成した。この装置から
基板１６を取出して、このｎ型シリコン層１７の上面及
びｐ型シリコン基板１６の下面にそれぞれスパッタリン
グにより電極１８及び１９を形成して、ＬＥＤ発光素子
２０を作製した。このようにして作製された発光素子２
０の電極１８及び１９に通電して、エレクトロルミネッ
センス（ＥＬ）を測定した。その結果を図４に示す。図
４から明らかなように、約６５０ナノメートルをピーク
とするエレクトロルミネッセンスを確認した。
作製した。図３に示すようにｐ型のシリコン基板１６上
に形成された発光材料を発光層１１とし、この発光層１
１上に減圧化学気相堆積装置を用いてｎ型のシリコン層
１７を形成した。即ち、同一の減圧化学気相堆積装置で
発光層１１とシリコン層１７を形成した。この装置から
基板１６を取出して、このｎ型シリコン層１７の上面及
びｐ型シリコン基板１６の下面にそれぞれスパッタリン
グにより電極１８及び１９を形成して、ＬＥＤ発光素子
２０を作製した。このようにして作製された発光素子２
０の電極１８及び１９に通電して、エレクトロルミネッ
センス（ＥＬ）を測定した。その結果を図４に示す。図
４から明らかなように、約６５０ナノメートルをピーク
とするエレクトロルミネッセンスを確認した。
【００１７】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の発光材料は
シリコン基板のような半導体基板上に直接作製すること
ができる。また、粒径がナノメートルオーダーの粒径の
揃ったシリコン微結晶粒子又はゲルマニウム微結晶粒子
の半導体粒子がシリコン窒化物多結晶体中にドット状に
分散した構造を有するから、発光効率が高く、発光波長
の制御が可能で発光減衰速度の速い。また減圧化学気相
堆積法又は化学気相堆積法とアニール処理という従来の
簡便な工程を利用して安価に発光材料を製造できる利点
もある。また上記半導体粒子の粒径を変えることによ
り、発光波長の制御が可能であるため、光インターコネ
クションの分野で使用される各種の光ファイバに適合し
た波長を発光する発光素子を作り出すことができる。
シリコン基板のような半導体基板上に直接作製すること
ができる。また、粒径がナノメートルオーダーの粒径の
揃ったシリコン微結晶粒子又はゲルマニウム微結晶粒子
の半導体粒子がシリコン窒化物多結晶体中にドット状に
分散した構造を有するから、発光効率が高く、発光波長
の制御が可能で発光減衰速度の速い。また減圧化学気相
堆積法又は化学気相堆積法とアニール処理という従来の
簡便な工程を利用して安価に発光材料を製造できる利点
もある。また上記半導体粒子の粒径を変えることによ
り、発光波長の制御が可能であるため、光インターコネ
クションの分野で使用される各種の光ファイバに適合し
た波長を発光する発光素子を作り出すことができる。
【図１】本発明の発光材料の構成を示す模式断面図。
【図２】本発明の第２の製造方法で作られるアニール前
の発光材料の構成を示す模式断面図。
の発光材料の構成を示す模式断面図。
【図３】本発明の発光素子の断面図。
【図４】その発光素子の発光波長と発光強度を示す図。
１０ 発光材料 １１ 発光層 １２ シリコン微結晶粒子 １２ａ シリコン多結晶膜 １３ シリコン窒化物多結晶体 １３ａ シリコン窒化物多結晶膜 １６ 半導体基板（シリコン基板） ２０ 発光素子
Claims (7)
- 【請求項１】 粒径がナノメートルオーダーのシリコン
微結晶粒子(12)又はゲルマニウム微結晶粒子がシリコン
窒化物多結晶体(13)中にドット状に分散した発光材料。 - 【請求項２】 シリコン微結晶粒子(12)又はゲルマニウ
ム微結晶粒子の粒径が１０ナノメートル以下である請求
項１記載の発光材料。 - 【請求項３】 シリコン微結晶粒子(12)又はゲルマニウ
ム微結晶粒子が１０11〜１０12／ｃｍ2の密度で分散し
た請求項１又は２記載の発光材料。 - 【請求項４】 減圧化学気相堆積法又は化学気相堆積法
により半導体基板(16)上に６００〜９００℃でシリコン
窒化物多結晶膜(13a)とシリコン微結晶粒子(12)又はゲ
ルマニウム微結晶粒子とを交互に堆積する発光材料の製
造方法。 - 【請求項５】 シリコン窒化物多結晶膜(13a)とシリコ
ン微結晶粒子(12)又はゲルマニウム微結晶粒子とを交互
に半導体基板(16)上に堆積した後、前記半導体基板(16)
を少なくとも真空中、不活性雰囲気又は水素を含む不活
性雰囲気で７００〜１５００℃の温度でアニール処理す
る請求項４記載の発光材料の製造方法。 - 【請求項６】 減圧化学気相堆積法又は化学気相堆積法
により半導体基板(16)上に６００〜９００℃でシリコン
窒化物多結晶膜(13a)とシリコン多結晶膜(12a)又はゲル
マニウム多結晶膜とを交互に堆積した後、前記半導体基
板(16)を少なくとも真空中、不活性雰囲気又は水素を含
む不活性雰囲気で７００〜１５００℃の温度でアニール
処理する発光材料の製造方法。 - 【請求項７】 半導体基板(16)上に粒径がナノメートル
オーダーのシリコン微結晶粒子又はゲルマニウム微結晶
粒子(12)がシリコン窒化物多結晶体(13)中にドット状に
分散した発光層(11)が形成された発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12037598A JPH11310776A (ja) | 1998-04-30 | 1998-04-30 | 発光材料及びその製造方法並びにこれを用いた発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12037598A JPH11310776A (ja) | 1998-04-30 | 1998-04-30 | 発光材料及びその製造方法並びにこれを用いた発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11310776A true JPH11310776A (ja) | 1999-11-09 |
Family
ID=14784662
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12037598A Pending JPH11310776A (ja) | 1998-04-30 | 1998-04-30 | 発光材料及びその製造方法並びにこれを用いた発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11310776A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004083653A (ja) * | 2002-08-23 | 2004-03-18 | Sharp Corp | 発光装置ならびに蛍光体およびその製造方法 |
| WO2006049449A1 (en) * | 2004-11-04 | 2006-05-11 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Silicon nitride layer for light emitting device, light emitting device using the same, and method of forming silicon nitride layer for light emitting device |
| JP2007535806A (ja) * | 2004-04-30 | 2007-12-06 | ニューサウス・イノヴェイションズ・ピーティーワイ・リミテッド | 人工アモルファス半導体および太陽電池への適用 |
| JP2008305914A (ja) * | 2007-06-06 | 2008-12-18 | Sharp Corp | 発光素子、半導体チップ、チップモジュール、発光素子の製造方法 |
| JP2012084331A (ja) * | 2010-10-08 | 2012-04-26 | Sharp Corp | 発光装置 |
| JP2012109360A (ja) * | 2010-11-16 | 2012-06-07 | Canon Inc | シリコン発光素子に用いる活性層およびその活性層の製造方法 |
| US8421116B2 (en) | 2008-12-08 | 2013-04-16 | Sharp Kabushiki Kaisha | Light emitting device and method for manufacturing the same |
| US8698193B2 (en) | 2008-07-29 | 2014-04-15 | Sharp Kabushiki Kaisha | Light emitting device and method for manufacturing the same |
-
1998
- 1998-04-30 JP JP12037598A patent/JPH11310776A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004083653A (ja) * | 2002-08-23 | 2004-03-18 | Sharp Corp | 発光装置ならびに蛍光体およびその製造方法 |
| JP2007535806A (ja) * | 2004-04-30 | 2007-12-06 | ニューサウス・イノヴェイションズ・ピーティーワイ・リミテッド | 人工アモルファス半導体および太陽電池への適用 |
| WO2006049449A1 (en) * | 2004-11-04 | 2006-05-11 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Silicon nitride layer for light emitting device, light emitting device using the same, and method of forming silicon nitride layer for light emitting device |
| JP2008519462A (ja) * | 2004-11-04 | 2008-06-05 | エレクトロニクス アンド テレコミュニケーションズ リサーチ インスチチュート | 発光素子用シリコン窒化膜及びこれを利用した発光素子、並びに、発光素子用シリコン窒化膜の製造方法 |
| JP4790723B2 (ja) * | 2004-11-04 | 2011-10-12 | エレクトロニクス アンド テレコミュニケーションズ リサーチ インスチチュート | 発光素子用シリコン窒化膜及びこれを利用した発光素子、並びに、発光素子用シリコン窒化膜の製造方法 |
| US8222055B2 (en) | 2004-11-04 | 2012-07-17 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Silicon nitride layer for light emitting device, light emitting device using the same, and method of forming silicon nitride layer for light emitting device |
| JP2008305914A (ja) * | 2007-06-06 | 2008-12-18 | Sharp Corp | 発光素子、半導体チップ、チップモジュール、発光素子の製造方法 |
| US8698193B2 (en) | 2008-07-29 | 2014-04-15 | Sharp Kabushiki Kaisha | Light emitting device and method for manufacturing the same |
| US8421116B2 (en) | 2008-12-08 | 2013-04-16 | Sharp Kabushiki Kaisha | Light emitting device and method for manufacturing the same |
| JP2012084331A (ja) * | 2010-10-08 | 2012-04-26 | Sharp Corp | 発光装置 |
| JP2012109360A (ja) * | 2010-11-16 | 2012-06-07 | Canon Inc | シリコン発光素子に用いる活性層およびその活性層の製造方法 |
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|---|---|---|---|
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