JPH11340499A - 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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- JPH11340499A JPH11340499A JP14099998A JP14099998A JPH11340499A JP H11340499 A JPH11340499 A JP H11340499A JP 14099998 A JP14099998 A JP 14099998A JP 14099998 A JP14099998 A JP 14099998A JP H11340499 A JPH11340499 A JP H11340499A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 発光効率が高く、閾値電流の低い発光材料を
各種の光ファイバに適合するように発光波長を調整で
き、この発光材料を簡便にかつ安価に製造する。 【解決手段】 ｐ型アモルファスシリコン１４中に粒径
がナノメートルオーダーのβ−鉄シリサイド半導体粒子
１３がドット状に分散した発光材料である。ｎ型半導体
基板１１ａ上にｐ型アモルファスシリコン層１４ａを形
成し、このｐ型アモルファスシリコン層１４ａ上にβ−
鉄シリサイド半導体粒子１３をドット状に堆積し、この
β−鉄シリサイド半導体粒子１３を埋めるようにｐ型ア
モルファスシリコン層１４ａを形成する。β−鉄シリサ
イド半導体粒子の堆積とｐ型アモルファスシリコン層の
形成を少なくとも１回繰返すことが好ましい。半導体基
板１１ａ上にこの発光材料を発光層１５ａを形成し、電
極１６、１７を設けることにより発光素子２０ａとな
る。
各種の光ファイバに適合するように発光波長を調整で
き、この発光材料を簡便にかつ安価に製造する。 【解決手段】 ｐ型アモルファスシリコン１４中に粒径
がナノメートルオーダーのβ−鉄シリサイド半導体粒子
１３がドット状に分散した発光材料である。ｎ型半導体
基板１１ａ上にｐ型アモルファスシリコン層１４ａを形
成し、このｐ型アモルファスシリコン層１４ａ上にβ−
鉄シリサイド半導体粒子１３をドット状に堆積し、この
β−鉄シリサイド半導体粒子１３を埋めるようにｐ型ア
モルファスシリコン層１４ａを形成する。β−鉄シリサ
イド半導体粒子の堆積とｐ型アモルファスシリコン層の
形成を少なくとも１回繰返すことが好ましい。半導体基
板１１ａ上にこの発光材料を発光層１５ａを形成し、電
極１６、１７を設けることにより発光素子２０ａ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金属シリサイ
ド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金属シリサイ
ド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
半導体の応用がその候補となる。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。
ン基板上の発光素子としては、ガリウムヒ素等の化合物
半導体の応用がその候補となる。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。
【０００３】従来、こうした技術で作製される発光素子
のうち電流注入で発光する素子として、石英の光ファイ
バに適合した１．５μｍ付近の波長で発光する、鉄シリ
サイドを含む発光素子が報告されている（D.Leong, M.H
arry, K.J.Reesen, and K.P.Homewood, "NATURE" Vol.3
87, 12 June 1997, pp686-688）。この発光素子は、結
晶方位（１００）のｎ型シリコン基板上にエピタキシャ
ル成長によりｎ型シリコン層とｐ型シリコン層を積層
し、この基板上のｐｎ接合の界面付近のｐ型シリコン層
に鉄イオンを注入した後、アニール処理してβ−ＦｅＳ
ｉ2の単結晶層を形成して作られる。
のうち電流注入で発光する素子として、石英の光ファイ
バに適合した１．５μｍ付近の波長で発光する、鉄シリ
サイドを含む発光素子が報告されている（D.Leong, M.H
arry, K.J.Reesen, and K.P.Homewood, "NATURE" Vol.3
87, 12 June 1997, pp686-688）。この発光素子は、結
晶方位（１００）のｎ型シリコン基板上にエピタキシャ
ル成長によりｎ型シリコン層とｐ型シリコン層を積層
し、この基板上のｐｎ接合の界面付近のｐ型シリコン層
に鉄イオンを注入した後、アニール処理してβ−ＦｅＳ
ｉ2の単結晶層を形成して作られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記鉄シリサ
イドを含む発光素子は、β−ＦｅＳｉ2がドット状でな
く、層状に形成され、しかもイオン注入では結晶性の良
いβ−ＦｅＳｉ2が得られないため、外部量子効率が
０．１％程度となって、発光効率が低い問題点がある。
本発明の目的は、発光効率が高く、閾値電流の低い発光
材料を提供することにある。本発明の別の目的は、各種
の光ファイバに適合するように発光波長を調整すること
が可能であって、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。
イドを含む発光素子は、β−ＦｅＳｉ2がドット状でな
く、層状に形成され、しかもイオン注入では結晶性の良
いβ−ＦｅＳｉ2が得られないため、外部量子効率が
０．１％程度となって、発光効率が低い問題点がある。
本発明の目的は、発光効率が高く、閾値電流の低い発光
材料を提供することにある。本発明の別の目的は、各種
の光ファイバに適合するように発光波長を調整すること
が可能であって、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及び図２に示すようにｐ型若しくはｎ型アモルファ
スシリコン１４又はｐ型若しくはｎ型アモルファス炭化
ケイ素中に粒径がナノメートルオーダーのβ−鉄シリサ
イド半導体粒子１３がドット状に分散した発光材料１０
ａ，１０ｂである。粒径がナノメートルオーダーのβ−
鉄シリサイド半導体粒子１３がドット状の結晶状態でバ
ンドギャップの大きいアモルファスシリコン１４又はア
モルファス炭化ケイ素中に分散しているため、注入され
たキャリアはβ−鉄シリサイド半導体粒子１３の内部に
閉じ込められる。β−鉄シリサイドの電気伝導特性によ
りアモルファスシリコン１４又はアモルファス炭化ケイ
素はｐ型であることが望ましい。
図１及び図２に示すようにｐ型若しくはｎ型アモルファ
スシリコン１４又はｐ型若しくはｎ型アモルファス炭化
ケイ素中に粒径がナノメートルオーダーのβ−鉄シリサ
イド半導体粒子１３がドット状に分散した発光材料１０
ａ，１０ｂである。粒径がナノメートルオーダーのβ−
鉄シリサイド半導体粒子１３がドット状の結晶状態でバ
ンドギャップの大きいアモルファスシリコン１４又はア
モルファス炭化ケイ素中に分散しているため、注入され
たキャリアはβ−鉄シリサイド半導体粒子１３の内部に
閉じ込められる。β−鉄シリサイドの電気伝導特性によ
りアモルファスシリコン１４又はアモルファス炭化ケイ
素はｐ型であることが望ましい。
【０００６】請求項２に係る発明は、ｐ型若しくはｎ型
アモルファスシリコン、ｐ型若しくはｎ型アモルファス
炭化ケイ素、絶縁性アモルファス窒化ケイ素又はアモル
ファス酸化ケイ素中に粒径がナノメートルオーダーのβ
−鉄以外の金属シリサイド半導体粒子がドット状に分散
した発光材料である。請求項１に係る発明と同様に、粒
径がナノメートルオーダーのβ−鉄以外の金属シリサイ
ド半導体粒子がドット状の結晶状態でバンドギャップの
大きいｐ型若しくはｎ型アモルファスシリコン、ｐ型若
しくはｎ型アモルファス炭化ケイ素、絶縁性アモルファ
ス窒化ケイ素又はアモルファス酸化ケイ素中に分散して
いるため、注入されたキャリアは上記金属シリサイド半
導体粒子の内部に閉じ込められる。従って、請求項１及
び２に係る発明とも、イオン注入によりシリコン半導体
のｐｎ接合の界面付近に鉄イオンを打ち込んだ後、アニ
ール処理して鉄シリサイド単結晶層を形成させた従来の
発光材料に比べて、これらの発明の発光材料の発光効率
は格段に向上する。
アモルファスシリコン、ｐ型若しくはｎ型アモルファス
炭化ケイ素、絶縁性アモルファス窒化ケイ素又はアモル
ファス酸化ケイ素中に粒径がナノメートルオーダーのβ
−鉄以外の金属シリサイド半導体粒子がドット状に分散
した発光材料である。請求項１に係る発明と同様に、粒
径がナノメートルオーダーのβ−鉄以外の金属シリサイ
ド半導体粒子がドット状の結晶状態でバンドギャップの
大きいｐ型若しくはｎ型アモルファスシリコン、ｐ型若
しくはｎ型アモルファス炭化ケイ素、絶縁性アモルファ
ス窒化ケイ素又はアモルファス酸化ケイ素中に分散して
いるため、注入されたキャリアは上記金属シリサイド半
導体粒子の内部に閉じ込められる。従って、請求項１及
び２に係る発明とも、イオン注入によりシリコン半導体
のｐｎ接合の界面付近に鉄イオンを打ち込んだ後、アニ
ール処理して鉄シリサイド単結晶層を形成させた従来の
発光材料に比べて、これらの発明の発光材料の発光効率
は格段に向上する。
【０００７】請求項３に係る発明は、請求項２に係る発
明であって、ｐ型若しくはｎ型アモルファスシリコン中
に分散したβ−鉄以外の金属シリサイド半導体粒子を構
成する金属原子がマグネシウム、バリウム、クロム、マ
ンガン、ルテニウム、レニウム、オスミウム又はイリジ
ウムである発光材料である。請求項４に係る発明は、請
求項２に係る発明であって、ｐ型若しくはｎ型アモルフ
ァス炭化ケイ素、絶縁性アモルファス窒化ケイ素又はア
モルファス酸化ケイ素中に分散したβ−鉄以外の金属シ
リサイド半導体粒子を構成する金属原子がマグネシウ
ム、バリウム、クロム、マンガン、ルテニウム、レニウ
ム、オスミウム、イリジウム又はカルシウムである発光
材料である。
明であって、ｐ型若しくはｎ型アモルファスシリコン中
に分散したβ−鉄以外の金属シリサイド半導体粒子を構
成する金属原子がマグネシウム、バリウム、クロム、マ
ンガン、ルテニウム、レニウム、オスミウム又はイリジ
ウムである発光材料である。請求項４に係る発明は、請
求項２に係る発明であって、ｐ型若しくはｎ型アモルフ
ァス炭化ケイ素、絶縁性アモルファス窒化ケイ素又はア
モルファス酸化ケイ素中に分散したβ−鉄以外の金属シ
リサイド半導体粒子を構成する金属原子がマグネシウ
ム、バリウム、クロム、マンガン、ルテニウム、レニウ
ム、オスミウム、イリジウム又はカルシウムである発光
材料である。
【０００８】請求項５に係る発明は、図１に示すように
ｎ型半導体基板１１ａ上にｐ型アモルファスシリコン層
１４ａを形成し、このｐ型アモルファスシリコン層１４
ａ上にβ−鉄シリサイド半導体粒子１３をドット状に堆
積し、このβ−鉄シリサイド半導体粒子１３を埋めるよ
うにｐ型アモルファスシリコン層１４ａを形成する発光
材料の製造方法である。請求項６に係る発明は、請求項
５に係る発明であって、β−鉄シリサイド半導体粒子１
３の堆積とｐ型アモルファスシリコン層１４ａの形成を
少なくとも１回繰返し行う発光材料の製造方法である。
ｎ型半導体基板１１ａ上にｐ型アモルファスシリコン層
１４ａを形成し、このｐ型アモルファスシリコン層１４
ａ上にβ−鉄シリサイド半導体粒子１３をドット状に堆
積し、このβ−鉄シリサイド半導体粒子１３を埋めるよ
うにｐ型アモルファスシリコン層１４ａを形成する発光
材料の製造方法である。請求項６に係る発明は、請求項
５に係る発明であって、β−鉄シリサイド半導体粒子１
３の堆積とｐ型アモルファスシリコン層１４ａの形成を
少なくとも１回繰返し行う発光材料の製造方法である。
【０００９】請求項７に係る発明は、図２に示すよう
に、ｐ型半導体基板１１ｂ上にｐ型アモルファスシリコ
ン層１４ａを形成し、このｐ型アモルファスシリコン層
１４ａ上にβ−鉄シリサイド半導体粒子１３をドット状
に堆積し、このβ−鉄シリサイド半導体粒子１３を埋め
るようにｐ型アモルファスシリコン層１４ａを形成し、
このｐ型アモルファスシリコン層１４ａ上にｎ型アモル
ファスシリコン層１２ａを形成する発光材料の製造方法
である。請求項８に係る発明は、請求項７に係る発明で
あって、β−鉄シリサイド半導体粒子１３の堆積とｐ型
アモルファスシリコン層１４ａの形成を少なくとも１回
繰返し行った後、ｎ型アモルファスシリコン層１２ａを
形成する発光材料の製造方法である。
に、ｐ型半導体基板１１ｂ上にｐ型アモルファスシリコ
ン層１４ａを形成し、このｐ型アモルファスシリコン層
１４ａ上にβ−鉄シリサイド半導体粒子１３をドット状
に堆積し、このβ−鉄シリサイド半導体粒子１３を埋め
るようにｐ型アモルファスシリコン層１４ａを形成し、
このｐ型アモルファスシリコン層１４ａ上にｎ型アモル
ファスシリコン層１２ａを形成する発光材料の製造方法
である。請求項８に係る発明は、請求項７に係る発明で
あって、β−鉄シリサイド半導体粒子１３の堆積とｐ型
アモルファスシリコン層１４ａの形成を少なくとも１回
繰返し行った後、ｎ型アモルファスシリコン層１２ａを
形成する発光材料の製造方法である。
【００１０】請求項９に係る発明は、図３又は図４に示
すようにｎ型又はｐ型半導体基板１１ａ，１１ｂ上に粒
径がナノメートルオーダーのβ−鉄シリサイド半導体粒
子１３がｐ型アモルファスシリコン１４中にドット状に
分散した発光層１５ａ，１５ｂが形成された発光素子２
０ａ，２０ｂである。請求項１に係る発光材料を発光層
１５ａ，１５ｂ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２０ａ，２０ｂが得られる。
すようにｎ型又はｐ型半導体基板１１ａ，１１ｂ上に粒
径がナノメートルオーダーのβ−鉄シリサイド半導体粒
子１３がｐ型アモルファスシリコン１４中にドット状に
分散した発光層１５ａ，１５ｂが形成された発光素子２
０ａ，２０ｂである。請求項１に係る発光材料を発光層
１５ａ，１５ｂ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２０ａ，２０ｂが得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明のβ−鉄シリサイド発光材
料又はその他の金属シリサイド発光材料は、アモルファ
スシリコン（Ｓｉ）、アモルファス炭化ケイ素（ＳｉＣ
X，但し、０＜Ｘ≦１）、絶縁性アモルファス窒化ケイ
素（Ｓｉ3ＮY，但し、０＜Ｙ≦４）又はアモルファス酸
化ケイ素（ＳｉＯZ，但し、０＜Ｚ≦２）中にβ−鉄又
はその他の金属シリサイド半導体粒子がドット状に分散
する。上記アモルファスのシリコン、炭化ケイ素、窒化
ケイ素又は酸化ケイ素は化学気相堆積法（以下、ＣＶＤ
法という）により１層又は２層以上のアモルファス層を
積層して形成される。このアモルファスシリコン等の中
に分散するβ−鉄又はその他の金属シリサイド半導体粒
子は、アモルファス層と交互にやはりＣＶＤ法により粒
径がナノメートルオーダーのドット状に形成される。こ
のＣＶＤ法を用いることにより、β−鉄又はその他の金
属シリサイドは自己組織化してドット状に形成される。
本発明のＣＶＤ法では、イオン注入により金属シリサイ
ドを形成する場合と比べて、原料ガスの流入量、ガス
比、ガス圧、堆積時間等を制御することにより金属シリ
サイド半導体粒子をドット状に形成し易く、かつ結晶性
を良好にすることができる。このため、本発明の発光材
料は、格子欠陥や転位等の非発光中心の原因となる構造
が極めて少なく発光効率が増大する。
料又はその他の金属シリサイド発光材料は、アモルファ
スシリコン（Ｓｉ）、アモルファス炭化ケイ素（ＳｉＣ
X，但し、０＜Ｘ≦１）、絶縁性アモルファス窒化ケイ
素（Ｓｉ3ＮY，但し、０＜Ｙ≦４）又はアモルファス酸
化ケイ素（ＳｉＯZ，但し、０＜Ｚ≦２）中にβ−鉄又
はその他の金属シリサイド半導体粒子がドット状に分散
する。上記アモルファスのシリコン、炭化ケイ素、窒化
ケイ素又は酸化ケイ素は化学気相堆積法（以下、ＣＶＤ
法という）により１層又は２層以上のアモルファス層を
積層して形成される。このアモルファスシリコン等の中
に分散するβ−鉄又はその他の金属シリサイド半導体粒
子は、アモルファス層と交互にやはりＣＶＤ法により粒
径がナノメートルオーダーのドット状に形成される。こ
のＣＶＤ法を用いることにより、β−鉄又はその他の金
属シリサイドは自己組織化してドット状に形成される。
本発明のＣＶＤ法では、イオン注入により金属シリサイ
ドを形成する場合と比べて、原料ガスの流入量、ガス
比、ガス圧、堆積時間等を制御することにより金属シリ
サイド半導体粒子をドット状に形成し易く、かつ結晶性
を良好にすることができる。このため、本発明の発光材
料は、格子欠陥や転位等の非発光中心の原因となる構造
が極めて少なく発光効率が増大する。
【００１２】金属シリサイド半導体粒子を構成する金属
原子の種類と粒径を変えることにより光インターコネク
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。この
金属原子は、ｐ型若しくはｎ型アモルファスシリコン中
に分散したβ−鉄以外の金属シリサイド半導体粒子を構
成する金属原子である場合、マグネシウム、バリウム、
クロム、マンガン、ルテニウム、レニウム、オスミウム
又はイリジウムから選ばれる。また金属原子がｐ型若し
くはｎ型アモルファス炭化ケイ素、絶縁性アモルファス
窒化ケイ素又はアモルファス酸化ケイ素中に分散したβ
−鉄以外の金属シリサイド半導体粒子を構成する金属原
子である場合には、がマグネシウム、バリウム、クロ
ム、マンガン、ルテニウム、レニウム、オスミウム、イ
リジウム又はカルシウムから選ばれる。金属シリサイド
半導体粒子の粒径は上記製造条件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（１ｎｍ〜数百ｎｍ）に揃えることができる。
この粒径は発光効率を考慮すると、好ましくは１〜１０
０ｎｍである。そのために金属シリサイドの堆積時間と
温度は金属シリサイドが膜状にならないように制御され
る。上記金属シリサイド半導体粒子は、金属原子毎に発
光する波長が異なるため、用途に応じて所望の金属シリ
サイドが選択される。例えば、β−鉄シリサイドは約
１．５μｍの波長の光を発光するので、石英の光ファイ
バに適する。
原子の種類と粒径を変えることにより光インターコネク
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。この
金属原子は、ｐ型若しくはｎ型アモルファスシリコン中
に分散したβ−鉄以外の金属シリサイド半導体粒子を構
成する金属原子である場合、マグネシウム、バリウム、
クロム、マンガン、ルテニウム、レニウム、オスミウム
又はイリジウムから選ばれる。また金属原子がｐ型若し
くはｎ型アモルファス炭化ケイ素、絶縁性アモルファス
窒化ケイ素又はアモルファス酸化ケイ素中に分散したβ
−鉄以外の金属シリサイド半導体粒子を構成する金属原
子である場合には、がマグネシウム、バリウム、クロ
ム、マンガン、ルテニウム、レニウム、オスミウム、イ
リジウム又はカルシウムから選ばれる。金属シリサイド
半導体粒子の粒径は上記製造条件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（１ｎｍ〜数百ｎｍ）に揃えることができる。
この粒径は発光効率を考慮すると、好ましくは１〜１０
０ｎｍである。そのために金属シリサイドの堆積時間と
温度は金属シリサイドが膜状にならないように制御され
る。上記金属シリサイド半導体粒子は、金属原子毎に発
光する波長が異なるため、用途に応じて所望の金属シリ
サイドが選択される。例えば、β−鉄シリサイドは約
１．５μｍの波長の光を発光するので、石英の光ファイ
バに適する。
【００１３】β−鉄シリサイド半導体粒子を閉じ込める
物質をｐ型アモルファスシリコン層とした場合に、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５又は請求項６に係る方法であっ
て、先ず図１に示すようにｎ型半導体基板１１ａ上にｐ
型アモルファスシリコン層１４ａを形成する。このｐ型
アモルファスシリコン層１４ａはＣＶＤによる積層でも
よいし、或いは半導体基板１１ａの表面にホウ素、イン
ジウム、ガリウム等のドーパントをイオン注入して形成
してもよい。次いでこのｐ型アモルファスシリコン層１
４ａ上にＣＶＤ法によりβ−鉄シリサイド半導体粒子１
３をドット状に堆積し、このβ−鉄シリサイド半導体粒
子１３を埋めるようにｐ型アモルファスシリコン層１４
ａを形成する。発光密度を高めるためには、β−鉄シリ
サイド半導体粒子１３の堆積とｐ型アモルファスシリコ
ン層１４ａの形成を少なくとも１回繰返し行うことが好
ましい。この場合、ｐ型アモルファスシリコン層１４ａ
とβ−鉄シリサイド半導体粒子１３とを交互に堆積す
る。これにより半導体基板１１ａ上に発光層１５ａが形
成される。
物質をｐ型アモルファスシリコン層とした場合に、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５又は請求項６に係る方法であっ
て、先ず図１に示すようにｎ型半導体基板１１ａ上にｐ
型アモルファスシリコン層１４ａを形成する。このｐ型
アモルファスシリコン層１４ａはＣＶＤによる積層でも
よいし、或いは半導体基板１１ａの表面にホウ素、イン
ジウム、ガリウム等のドーパントをイオン注入して形成
してもよい。次いでこのｐ型アモルファスシリコン層１
４ａ上にＣＶＤ法によりβ−鉄シリサイド半導体粒子１
３をドット状に堆積し、このβ−鉄シリサイド半導体粒
子１３を埋めるようにｐ型アモルファスシリコン層１４
ａを形成する。発光密度を高めるためには、β−鉄シリ
サイド半導体粒子１３の堆積とｐ型アモルファスシリコ
ン層１４ａの形成を少なくとも１回繰返し行うことが好
ましい。この場合、ｐ型アモルファスシリコン層１４ａ
とβ−鉄シリサイド半導体粒子１３とを交互に堆積す
る。これにより半導体基板１１ａ上に発光層１５ａが形
成される。
【００１４】第２の製造方法は請求項７又は請求項８に
係る方法であって、先ず図２に示すようにｐ型半導体基
板１１ｂ上にｐ型アモルファスシリコン層１４ａを形成
する。このｐ型アモルファスシリコン層１４ａはＣＶＤ
による積層でもよいし、或いは半導体基板１１ｂの表面
にホウ素、インジウム、ガリウム等のドーパントをイオ
ン注入して形成してもよい。次いでこのｐ型アモルファ
スシリコン層１４ａ上にＣＶＤ法によりβ−鉄シリサイ
ド半導体粒子１３をドット状に堆積し、このβ−鉄シリ
サイド半導体粒子１３を埋めるようにｐ型アモルファス
シリコン層１４ａを形成する。発光密度を高めるために
は、β−鉄シリサイド半導体粒子１３の堆積とｐ型アモ
ルファスシリコン層１４ａの形成を少なくとも１回繰返
し行うことが好ましい。この場合、ｐ型アモルファスシ
リコン層１４ａと金属シリサイド半導体粒子１３とを交
互に堆積した後、ｎ型アモルファスシリコン層１２ａを
形成する。これにより半導体基板１１ｂ上に発光層１５
ｂが形成される。
係る方法であって、先ず図２に示すようにｐ型半導体基
板１１ｂ上にｐ型アモルファスシリコン層１４ａを形成
する。このｐ型アモルファスシリコン層１４ａはＣＶＤ
による積層でもよいし、或いは半導体基板１１ｂの表面
にホウ素、インジウム、ガリウム等のドーパントをイオ
ン注入して形成してもよい。次いでこのｐ型アモルファ
スシリコン層１４ａ上にＣＶＤ法によりβ−鉄シリサイ
ド半導体粒子１３をドット状に堆積し、このβ−鉄シリ
サイド半導体粒子１３を埋めるようにｐ型アモルファス
シリコン層１４ａを形成する。発光密度を高めるために
は、β−鉄シリサイド半導体粒子１３の堆積とｐ型アモ
ルファスシリコン層１４ａの形成を少なくとも１回繰返
し行うことが好ましい。この場合、ｐ型アモルファスシ
リコン層１４ａと金属シリサイド半導体粒子１３とを交
互に堆積した後、ｎ型アモルファスシリコン層１２ａを
形成する。これにより半導体基板１１ｂ上に発光層１５
ｂが形成される。
【００１５】請求項９に係る発明では、図３に示すよう
にｎ型半導体基板１１ａ上に上述した発光層１５ａが、
また図４に示すようにｐ型半導体基板１１ｂ上に上述し
た発光層１５ｂがそれぞれ形成される。発光層１５ａ又
は１５ｂの上面と半導体基板１１ａ又は１１ｂの下面に
それぞれ電極１６及び１７を形成することにより発光素
子２０ａ又は２０ｂが得られる。この半導体基板として
はシリコン基板が好ましい。
にｎ型半導体基板１１ａ上に上述した発光層１５ａが、
また図４に示すようにｐ型半導体基板１１ｂ上に上述し
た発光層１５ｂがそれぞれ形成される。発光層１５ａ又
は１５ｂの上面と半導体基板１１ａ又は１１ｂの下面に
それぞれ電極１６及び１７を形成することにより発光素
子２０ａ又は２０ｂが得られる。この半導体基板として
はシリコン基板が好ましい。
【００１６】
【実施例】次に本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。この例では第１の製造方法により、図５に示すＣＶ
Ｄ装置を使用して以下の条件でシリコン基板上に発光層
を形成した。即ち、ＣＶＤ炉２０には第１ガス導入管２
１、第２ガス導入管２２及び真空排気管２３が設けられ
る。第１ガス導入管２１からは窒素ガスで希釈されたＳ
ｉＨ4ガスとドーパント用のＢ2Ｈ6ガスが導入され、第
２ガス導入管２２からは窒素ガスで希釈されたＦｅＣｌ
2とＦｅＣｌ3を主成分とする鉄塩化物ガスが導入され
る。ＣＶＤ炉２０内には結晶方位が（１００）のｎ型の
シリコン基板１１ａが基板ホルダ２４により保持され
る。第２ガス導入管２２の前段には反応炉２６が設けら
れる。反応炉２６内には純度９９．９％以上のフィラメ
ント状の鉄ワイヤ２７が収容され、この反応炉２６には
塩素ガス導入管２８が設けられる。
る。この例では第１の製造方法により、図５に示すＣＶ
Ｄ装置を使用して以下の条件でシリコン基板上に発光層
を形成した。即ち、ＣＶＤ炉２０には第１ガス導入管２
１、第２ガス導入管２２及び真空排気管２３が設けられ
る。第１ガス導入管２１からは窒素ガスで希釈されたＳ
ｉＨ4ガスとドーパント用のＢ2Ｈ6ガスが導入され、第
２ガス導入管２２からは窒素ガスで希釈されたＦｅＣｌ
2とＦｅＣｌ3を主成分とする鉄塩化物ガスが導入され
る。ＣＶＤ炉２０内には結晶方位が（１００）のｎ型の
シリコン基板１１ａが基板ホルダ２４により保持され
る。第２ガス導入管２２の前段には反応炉２６が設けら
れる。反応炉２６内には純度９９．９％以上のフィラメ
ント状の鉄ワイヤ２７が収容され、この反応炉２６には
塩素ガス導入管２８が設けられる。
【００１７】次に上記ＣＶＤ装置による発光層の形成に
ついて説明する。先ず反応炉２６内の鉄ワイヤ２７を３
００℃に加熱し、塩素ガス導入管２８を通じて窒素ガス
で希釈された塩素ガス（Ｃｌ2）を反応炉２６に導入す
ると鉄ワイヤ２７は塩素ガスと化学反応してＦｅＣｌ2
とＦｅＣｌ3を主成分とする鉄塩化物ガスを生じる。こ
の鉄塩素物ガスは第２ガス導入管２２を通じてＣＶＤ炉
２０内に供給される。一方、第１ガス導入管２１からは
窒素ガスで希釈されたＳｉＨ4ガスとドーパント用のＢ2
Ｈ6ガスがＣＶＤ炉２０内に供給される。第１及び第２
ガス導入管からのガス供給量を調整することにより、Ｃ
ＶＤ炉２０内において、β−鉄シリサイド（ＦｅＳ
ｉ2）の成膜速度が０．１ｎｍ／秒以下になるように、
ＳｉＨ4ガスと鉄塩素物ガスの分圧は決定される。
ついて説明する。先ず反応炉２６内の鉄ワイヤ２７を３
００℃に加熱し、塩素ガス導入管２８を通じて窒素ガス
で希釈された塩素ガス（Ｃｌ2）を反応炉２６に導入す
ると鉄ワイヤ２７は塩素ガスと化学反応してＦｅＣｌ2
とＦｅＣｌ3を主成分とする鉄塩化物ガスを生じる。こ
の鉄塩素物ガスは第２ガス導入管２２を通じてＣＶＤ炉
２０内に供給される。一方、第１ガス導入管２１からは
窒素ガスで希釈されたＳｉＨ4ガスとドーパント用のＢ2
Ｈ6ガスがＣＶＤ炉２０内に供給される。第１及び第２
ガス導入管からのガス供給量を調整することにより、Ｃ
ＶＤ炉２０内において、β−鉄シリサイド（ＦｅＳ
ｉ2）の成膜速度が０．１ｎｍ／秒以下になるように、
ＳｉＨ4ガスと鉄塩素物ガスの分圧は決定される。
【００１８】先ずｎ型シリコン基板１１ａの温度を５６
０℃に下げて、第１ガス導入管２１から窒素ガスで希釈
されたＳｉＨ4ガスとドーパント用のＢ2Ｈ6ガスをＣＶ
Ｄ炉２０内に導入し、高ドープのｐ型アモルファスシリ
コン層１４ａを形成した。次いでＣＶＤ炉２０内のｎ型
シリコン基板１１ａを７５０〜８５０℃に加熱した後、
第１及び第２ガス導入管２１及び２２から所定の流量比
のガスを導入して、図１に示すように、シリコン基板１
１ａ上に形成された高ドープのｐ型アモルファスシリコ
ン層１４ａ上にドッド状のβ−鉄シリサイド（ＦｅＳｉ
2）粒子１３を形成した。
０℃に下げて、第１ガス導入管２１から窒素ガスで希釈
されたＳｉＨ4ガスとドーパント用のＢ2Ｈ6ガスをＣＶ
Ｄ炉２０内に導入し、高ドープのｐ型アモルファスシリ
コン層１４ａを形成した。次いでＣＶＤ炉２０内のｎ型
シリコン基板１１ａを７５０〜８５０℃に加熱した後、
第１及び第２ガス導入管２１及び２２から所定の流量比
のガスを導入して、図１に示すように、シリコン基板１
１ａ上に形成された高ドープのｐ型アモルファスシリコ
ン層１４ａ上にドッド状のβ−鉄シリサイド（ＦｅＳｉ
2）粒子１３を形成した。
【００１９】次にｎ型シリコン基板１１ａの温度を再び
５６０℃に下げて、第１ガス導入管２１から窒素ガスで
希釈されたＳｉＨ4ガスとドーパント用のＢ2Ｈ6ガスを
ＣＶＤ炉２０内に導入して、β−鉄シリサイド粒子１３
を埋込むように高ドープのｐ型アモルファスシリコン層
１４ａを形成した。ここではｐ型アモルファスシリコン
層は２０オングストローム以上堆積した。その後、β−
鉄シリサイド粒子１３の堆積と高ドープのｐ型アモルフ
ァスシリコン層１４ａの堆積を４回繰返して、図１に示
すように発光層１５ａを形成した。
５６０℃に下げて、第１ガス導入管２１から窒素ガスで
希釈されたＳｉＨ4ガスとドーパント用のＢ2Ｈ6ガスを
ＣＶＤ炉２０内に導入して、β−鉄シリサイド粒子１３
を埋込むように高ドープのｐ型アモルファスシリコン層
１４ａを形成した。ここではｐ型アモルファスシリコン
層は２０オングストローム以上堆積した。その後、β−
鉄シリサイド粒子１３の堆積と高ドープのｐ型アモルフ
ァスシリコン層１４ａの堆積を４回繰返して、図１に示
すように発光層１５ａを形成した。
【００２０】図１に示した発光材料を作製した後、シリ
コン基板１１ａをＣＶＤ炉２０から取り出して、図示し
ない真空蒸着装置を使用して最上層のｐ型アモルファス
シリコン層１４ａの上面にＡｕ薄膜からなる電極１６
を、またシリコン基板１１ａの下面にＡｕ−Ｓｂ合金膜
からなる電極１７をそれぞれ形成して、発光素子２０ａ
を得た。得られた発光素子２０ａの電極１６及び１７に
順方向バイアスを印加し、エレクトロルミネッセンス
（ＥＬ）を測定した。その結果を図６に示す。図６から
明らかなように、石英の光ファイバに適合する発光波長
である約１．５μｍをピークとするエレクトロルミネッ
センスを確認した。
コン基板１１ａをＣＶＤ炉２０から取り出して、図示し
ない真空蒸着装置を使用して最上層のｐ型アモルファス
シリコン層１４ａの上面にＡｕ薄膜からなる電極１６
を、またシリコン基板１１ａの下面にＡｕ−Ｓｂ合金膜
からなる電極１７をそれぞれ形成して、発光素子２０ａ
を得た。得られた発光素子２０ａの電極１６及び１７に
順方向バイアスを印加し、エレクトロルミネッセンス
（ＥＬ）を測定した。その結果を図６に示す。図６から
明らかなように、石英の光ファイバに適合する発光波長
である約１．５μｍをピークとするエレクトロルミネッ
センスを確認した。
【００２１】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の金属シリサ
イド発光材料は粒径がナノメートルオーダーの金属シリ
サイド半導体粒子がアモルファスシリコン中にドット状
に分散した構造を有するから、発光効率が高く、閾値電
流を低下させることができる。また化学気相堆積法とい
う従来の簡便な工程を利用して、金属シリサイドを自己
組織化するため、安価に発光材料を製造できる利点もあ
る。また金属シリサイド半導体粒子の粒径を変えること
により、発光波長を調整することが可能であるため、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。
イド発光材料は粒径がナノメートルオーダーの金属シリ
サイド半導体粒子がアモルファスシリコン中にドット状
に分散した構造を有するから、発光効率が高く、閾値電
流を低下させることができる。また化学気相堆積法とい
う従来の簡便な工程を利用して、金属シリサイドを自己
組織化するため、安価に発光材料を製造できる利点もあ
る。また金属シリサイド半導体粒子の粒径を変えること
により、発光波長を調整することが可能であるため、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】本発明の第１の製造方法で作られた発光材料の
構成を示す模式断面図。
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た発光材料の
構成を示す模式断面図。
構成を示す模式断面図。
【図３】本発明の第１の製造方法で作られた発光材料を
用いた発光素子の構成を示す模式断面図。
用いた発光素子の構成を示す模式断面図。
【図４】本発明の第２の製造方法で作られた発光材料を
用いた発光素子の構成を示す模式断面図。
用いた発光素子の構成を示す模式断面図。
【図５】本発明の発光材料の製造に使用するＣＶＤ装置
の構成図。
の構成図。
【図６】その発光素子の発光波長と発光強度を示す図。
１０ａ，１０ｂ β−鉄シリサイド発光材料 １１ａ ｎ型半導体基板（ｎ型シリコン基板） １１ｂ ｐ型半導体基板（ｐ型シリコン基板） １２ａ ｎ型アモルファスシリコン層 １３ β−鉄シリサイド半導体粒子 １４ ｐ型アモルファスシリコン １４ａ ｐ型アモルファスシリコン層 １５ａ，１５ｂ 発光層 １６，１７ 電極 ２０ａ，２０ｂ 発光素子
Claims (9)
- 【請求項１】 ｐ型若しくはｎ型アモルファスシリコン
(14)又はｐ型若しくはｎ型アモルファス炭化ケイ素中に
粒径がナノメートルオーダーのβ−鉄シリサイド半導体
粒子(13)がドット状に分散した発光材料。 - 【請求項２】 ｐ型若しくはｎ型アモルファスシリコ
ン、ｐ型若しくはｎ型アモルファス炭化ケイ素、絶縁性
アモルファス窒化ケイ素又はアモルファス酸化ケイ素中
に粒径がナノメートルオーダーのβ−鉄以外の金属シリ
サイド半導体粒子がドット状に分散した発光材料。 - 【請求項３】 ｐ型若しくはｎ型アモルファスシリコン
中に分散したβ−鉄以外の金属シリサイド半導体粒子を
構成する金属原子がマグネシウム、バリウム、クロム、
マンガン、ルテニウム、レニウム、オスミウム又はイリ
ジウムである請求項２記載の発光材料。 - 【請求項４】 ｐ型若しくはｎ型アモルファス炭化ケイ
素、絶縁性アモルファス窒化ケイ素又はアモルファス酸
化ケイ素中に分散したβ−鉄以外の金属シリサイド半導
体粒子を構成する金属原子がマグネシウム、バリウム、
クロム、マンガン、ルテニウム、レニウム、オスミウ
ム、イリジウム又はカルシウムである請求項２記載の発
光材料。 - 【請求項５】 ｎ型半導体基板(11a)上にｐ型アモルフ
ァスシリコン層(14a)を形成し、前記ｐ型アモルファス
シリコン層(14a)上にβ−鉄シリサイド半導体粒子(13)
をドット状に堆積し、前記β−鉄シリサイド半導体粒子
(13)を埋めるようにｐ型アモルファスシリコン層(14a)
を形成する発光材料の製造方法。 - 【請求項６】 β−鉄シリサイド半導体粒子(13)の堆積
とｐ型アモルファスシリコン層(14a)の形成を少なくと
も１回繰返し行う請求項５記載の発光材料の製造方法。 - 【請求項７】 ｐ型半導体基板(11b)上にｐ型アモルフ
ァスシリコン層(14a)を形成し、前記ｐ型アモルファス
シリコン層(14a)上にβ−鉄シリサイド半導体粒子(13)
をドット状に堆積し、前記β−鉄シリサイド半導体粒子
(13)を埋めるようにｐ型アモルファスシリコン層(14a)
を形成し、前記ｐ型アモルファスシリコン層(14a)上に
ｎ型アモルファスシリコン層(12a)を形成する発光材料
の製造方法。 - 【請求項８】 β−鉄シリサイド半導体粒子(13)の堆積
とｐ型アモルファスシリコン層(14a)の形成を少なくと
も１回繰返し行った後、ｎ型アモルファスシリコン層(1
2a)を形成する請求項７記載の発光材料の製造方法。 - 【請求項９】 ｎ型又はｐ型半導体基板(11a,11b)上に
粒径がナノメートルオーダーのβ−鉄シリサイド半導体
粒子(13)がｐ型アモルファスシリコン(14)中にドット状
に分散した発光層(15a,15b)が形成された発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14099998A JP3331591B2 (ja) | 1998-05-22 | 1998-05-22 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP14099998A JP3331591B2 (ja) | 1998-05-22 | 1998-05-22 | 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 (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11340499A true JPH11340499A (ja) | 1999-12-10 |
| JP3331591B2 JP3331591B2 (ja) | 2002-10-07 |
Family
ID=15281818
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14099998A Expired - Fee Related JP3331591B2 (ja) | 1998-05-22 | 1998-05-22 | 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) | JP3331591B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003031790A (ja) * | 2001-07-17 | 2003-01-31 | Sharp Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
| JP2004247412A (ja) * | 2003-02-12 | 2004-09-02 | Yamaha Corp | 半導体積層構造及びその製造方法並びにそれを備えた半導体装置 |
| JP2005303249A (ja) * | 2004-03-18 | 2005-10-27 | Japan Science & Technology Agency | 半導体デバイスの製造方法 |
| CN105689731A (zh) * | 2016-01-28 | 2016-06-22 | 湖北大学 | 一种Fe3Si磁性纳米颗粒粉体的低温制备方法 |
-
1998
- 1998-05-22 JP JP14099998A patent/JP3331591B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| CN105689731A (zh) * | 2016-01-28 | 2016-06-22 | 湖北大学 | 一种Fe3Si磁性纳米颗粒粉体的低温制备方法 |
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|---|---|
| JP3331591B2 (ja) | 2002-10-07 |
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