WO1993004503A1 - Verfahren zum herstellen von elektrolumineszenten siliziumstrukturen - Google Patents

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WO1993004503A1
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Peter Steiner
Walter Lang
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing electroluminescent silicon structures.
  • a band gap of a semiconductor material is understood to mean the difference between the energy levels of the valence band and the conduction band, which is occupied by electrons.
  • the highest energetic state lies in the valence band directly below the lowest energetic state of the conduction band. This causes a direct transition of electrons into the valence band to result in their recombination with holes (positive charge carriers), which leads to the generation of photons whose energy corresponds to the bandgap of the semiconductor material.
  • Typical materials with such a direct band transition are, for example, GaAs compound semiconductors, which for this reason are frequently used for the production of light-emitting elements.
  • silicon is a semiconductor material with an indirect band transition.
  • the highest energetic state in the valence band is offset from the lowest energetic state in the conduction band, so that there is no direct drop from Electrons can take place in the valence band.
  • the electrons of such materials with an indirect band transition must combine both with holes and with phonons. The likelihood of this process is extremely low, since three particles are involved.
  • porous silicon layers which are produced by anodizing in a hydrofluoric acid electrolyte, two-dimensional quantum bundles or quantum wires or quantum conductors are formed, which result in a change in the energy band gap of microporous silicon structures compared to single-crystal silicon.
  • the present invention is based on the object of specifying a method for producing electroluminescent silicon structures.
  • the invention is based on the knowledge that the method known in the prior art for producing photoluminescent silicon structures, in which a silicon wafer is introduced into an acid bath and anodized therein in order to produce a microporous silicon layer, for the production of electroluminescent silicon structures It can be further developed by illuminating the silicon wafer on its anodic side at least for a part of the time during which it is introduced into the acid bath and anodized, whereupon two contacts are generated with which a voltage is applied to the microporous silicon layer can be applied.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a production method according to the invention produced electroluminescent silicon structure
  • FIG. 2 shows a device for carrying out essential method steps in the production method according to the invention.
  • the silicon component shown in FIG. 1, which is designated in its entirety by reference number 1, is obtained in a manner known per se by separating a multiplicity of identical silicon components which are formed on a common silicon wafer.
  • the silicon component 1 comprises a p-type substrate 2, on which an oxide layer 3 is arranged with a central recess 4, which in turn is covered by a nitride layer 5.
  • a nitride layer 5 On the nitride layer 5 there is, for example, a ring-shaped metallization 6 in the form of a chrome-gold alloy running around the recess 4.
  • the p-substrate 2 is followed by a p + doping region 7 which, like a trough, has an n + doping region lying directly below the recess 4 to form a pn junction
  • the silicon within the n + doping region 8 and within a part of the p + doping region 7 is a microporous silicon layer 10.
  • the pn junction 9 lies within the microporous silicon layer 10.
  • a further nitride layer 11 covers the front of the component 1 with the exception of the recess 4 in the area of the microporous silicon layer
  • first electrode 13 which can be formed, for example, by a 120 nm thick gold contact layer or by an approximately 200 nm thick indium tin oxide layer.
  • the p-substrate 2 is provided with a second electrode 14 in the form of an ohmic contact.
  • the manufacturing process of this silicon component 1 comprises the following process steps:
  • the silicon oxide layer 2 serving as an implantation mask is applied to a silicon wafer, for example by thermal oxidation. Then this is structured using known photolithographic measures.
  • a first doping step for p + doping of the lower doping region then takes place using this implantation mask, whereupon n + doping of an overlying doping region takes place with reduced implantation energy, whereupon a driving-in diffusion process for driving in the doping substances is carried out.
  • This is followed by a process step of depositing the nitride layer 5 over the entire surface, onto which a chromium-gold metallization 6 is applied over the entire surface, which is then structured using known measures for producing the ring-shaped contact zone 6 .
  • nitride layer 11 is then deposited over the entire surface, whereupon a photoresist (not shown) is applied and structured. After suitable photolithographic steps, the nitride layer 5, 11 is etched away in the region of the central recess 4 and in the region of the further recess 12 above the metallization, whereupon the photoresist is removed.
  • the anodization area of the silicon wafer 20 can be limited laterally by an acid-resistant masking layer, the acid-resistant masking layer being preferred. is opaque.
  • a silicon wafer 20 with a plurality of the silicon components 1 structured by the process steps just explained is now further treated in a manufacturing device 21 for carrying out the essential steps of the manufacturing method according to the invention to be explained below.
  • the manufacturing device 21 comprises an acid basin 22, in which an acid bath 23 is contained, which contains two to fifty percent by weight of hydrofluoric acid and the rest of ethanol and water.
  • An anode 24 and a cathode 25 are provided in the acid bath 23 in an opposing, spaced-apart arrangement.
  • a holding device 26 is designed on its periphery in such a way that it lies sealingly against the walls of the acid basin 22 when it is inserted into the acid basin 22 from above.
  • the holding device 26 has a central recess 27, at the location of which the silicon wafer 20 is held in a manner sealed at its edge regions.
  • the arrangement of the holding device is thus such that a current flow between the anode 24 and the cathode 25 must pass through the silicon wafer 20 vertically to the main surfaces thereof.
  • a lighting device 28 in the form of a mercury lamp or halogen lamp is arranged above the acid bath 23 or, in the case of an acid-proof design of the lighting device 28, within the acid bath 23 such that the silicon wafer 20 is illuminated from its anodic side. If the lighting device 28 is arranged outside the acid basin 22, it is preferred to use a (not shown) window to provide for the passage of light. If the lighting device 28 is arranged above the acid basin 22 in the acid bath 23, a mirror can also be provided for deflecting the rays toward the wafer.
  • the lighting device can also be a laser.
  • an argon ion laser with a wavelength of 488 nm and a surface power density of 5 W / cm 2 is preferred. In this case, it is possible to selectively create luminescent areas by selective anodizing.
  • the silicon wafer 20 After the silicon wafer 20 has been inserted into the holding device 26, it is pushed into the acid basin 22 from above. Now the silicon wafer is anodized by applying a corresponding direct current to the anode 24 and the cathode 25 with a current density of 2 to 500 mA / cm 2 , the silicon wafer 20 converting the one in the area of the recesses 4 of the silicon components 1 ⁇ experiences crystalline silicon in a microporous, electroluminescent silicon layer 10. The process of anodizing in the acid bath and the illumination by the lighting device 28 is carried out with a time period such that the microporous silicon layer 10 extends beyond the pn junction 9 into the substrate 2. Typical anodizing and lighting times are between 10 s and 20 min.
  • the silicon component After the silicon component has been rinsed, it is provided with the rear ohmic contact 14 and with the transparent electrode 13 on the front.
  • the front electrode can be realized by applying a gold cone with a thickness of 120 nm or by applying an indium tin oxide layer with a thickness of 200 nm. After separating the silicon components 1 by appropriately dividing the silicon wafer, the element is finished, apart from a housing.
  • the silicon component 1 produced by the method according to the invention has a pn junction within the porous silicon layer 10.
  • a pn junction is considered to be preferred for increasing the quantum yield.
  • the pn junction is not necessary for the basic functionality of the element, so that the n + doping region 8 can be omitted.
  • opposite doping polarities can be used compared to the exemplary embodiment.
  • the second electrode 14 it is not necessary for the second electrode 14 to be in the form of a back ohmic contact on the back of the substrate 2. Any type of contacting to the substrate 2, which can also be implemented on the front side, is possible.
  • contacts can also be formed in an interdigital structure on the microporous layer by the upper metallization.

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Abstract

Es ist ein Verfahren zum Herstellen von elektrolumineszenten Siliziumstrukturen angegeben, das folgende Verfahrensschritte umfaßt: Einbringen eines Siliziumwafers in ein Säurebad; Anodisieren des Siliziumwafers in dem Säurebad; Beleuchten des Siliziumwafers auf dessen anodischer Seite zumindest über einen Teil der Zeit, während der er in das Säurebad eingebracht ist und anodisiert wird; wodurch das einkristalline Silizium des Siliziumwafers zumindest bereichsweise in eine mikroporöse Siliziumschicht umgewandelt wird; Erzeugen zweiter Kontakte (13, 14), mit denen an die mikroporöse Siliziumschicht (10) eine Spannung anlegbar ist.

Description

Verfahren zum Herstellen von elektrolumineszenten
Siliziumstrukturen
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Her¬ stellen von elektrolumineszenten Siliziumstrukturen.
Lange Zeit ist man davon ausgegangen, daß sich nur Struktu¬ ren aus solchen Halbleitermaterialien für eine Lichtemission eignen, die einen direkten Bandübergang aufweisen. Wie all¬ gemein bekannt ist, versteht man unter einem Bandabstand eines Halbleitermateriales die Differenz zwischen den Ener¬ gieniveaus des Valenzbandes und des Leitungsbandes, das mit Elektronen besetzt ist. Bei Halbleitermaterialien mit direk¬ tem Bandübergang liegt der höchste energetische Zustand in dem Valenzband direkt unterhalb des niedrigsten energeti¬ schen Zustandes des Leitungsbandes. Dies bewirkt, daß bei einem direkten Übergang von Elektronen in das Valenzband de¬ ren Rekombination mit Löchern (positiven Ladungsträgern) auftritt, wodurch es zur Erzeugung von Photonen kommt, deren Energie dem Bandabstand des Halbleitermaterials entspricht.
Typische Materialien mit einem derartigen direkten Bandüber¬ gang sind beispielsweise GaAs-Verbindungshalbleiter, die aus diesem Grunde für die Erzeugung von lichtemittierenden Ele¬ menten häufig verwendet werden.
Im Gegensatz zu GaAs ist Silizium ein Halbleitermaterial mit einem indirekten Bandübergang. Bei derartigen Materialien sind der höchste energetische Zustand in dem Valenzband ge¬ genüber dem niedrigsten energetischen Zustand in dem Lei¬ tungsband versetzt, so daß kein direktes Herabfallen von Elektronen in das Valenzband stattfinden kann. Um geeignete Energieniveaus zu erreichen, müssen bei derartigen Materia¬ lien mit indirektem Bandübergang die Elektronen sowohl mit Löchern als auch mit Phononen kombinieren. Für deisen Prozeß ist die Wahrscheinlichkeit, da drei Teilchen beteiligt sind, äußerst gering.
In jüngerer Zeit wurde herausgefunden, daß Halbleiterstruk¬ turen aus Silizium sich trotz der Tatsache, daß es sich bei Silizium um ein Halbleitermaterial mit indirektem Bandüber¬ gang handelt, dann zur Photolumineszenz eignen, wenn das Si¬ lizium in einem wässrigen Flußsäurebad zur Erzeugung von mikroporösen Siliziu schichten anodisiert wird.
Beispielsweise wird verwiesen auf L. T. Canha , Appl. Phys. Lett. 57 (10), 3. September 1990, Seiten 1046 bis 1048. Innerhalb der mikroporösen Schichten mit Porenweiten von weniger als 20 A findet eine Beschränkung der Elektronen¬ bewegung auf eine Dimension statt, also auf eine Bewegungs¬ richtung längs der zwischen den Poren definierten sogenann¬ ten "Quantenleitern" oder "Quantendrähten". Diese Quanten¬ leiter bewirken durch eine Einschränkung der Bewegungs¬ möglichkeiten der Elektronen einen direkten Übergang der Elektronen zwischen dem Leitungs- und Valenzband. Mit anderen Worten wird durch eine örtliche Beschränkung der Bewegungsmöglichkeit der Elektronen die Bandstruktur gezielt beeinflußt. Wie jedoch Canham in der genannten Schrift ausführt, (vergleiche Seite 1047, rechte Spalte, letzter Absatz) tritt die Lumineszenz bei Silizium nur im Falle von frisch anodisierten Siliziumsubstraten auf. Mit anderen Worten ist es bislang nicht gelungen, die Photolumineszenz bei derartigen Siliziumstrukturen stabil aufrecht zu erhalten.
Aus der Veröffentlichung "Silicon Lights Up", Scientific American, Juli 1991, Seiten 86 und 87 ist es gleichfalls zu entnehmen, daß poröse Silizu strukturen, die in einer wäss¬ rigen Flußsäure aus einem Siliziumwafer erzeugt sind, durch Licht zu einer Photolumineszenz anregbar sind. Ferner wird darauf hingewiesen, daß es auch gelungen sei, die Lumines¬ zenz bei Siliziumstrukturen elektrisch anzuregen, ohne daß jedoch die Art der Struktur oder das Herstellungsverfahren der Struktur offenbart werden.
In der Fachveröffentlichung V. Lehmann, Appl. Phys. Lett. 58 (8), 25. Februar 1991, Seiten 856 bis 858 ist es offenbart, daß in porösen Siliziumschichten, die durch Anodisieren in einem Flußsäureelektrolyten erzeugt werden, zweidi ensionale Quantenbündelungen oder Quantendrähte bzw. Quantenleiter entstehen, durch die sich eine Änderung des energetischen Bandabstandes der mikroporösen Siliziumstukturen gegenüber einkrisallinem Silizium ergibt.
Die Veröffentlichung C. Pickering, J. Phys. C: Solid State Phys. 17 (1984), Seiten 6535 bis 6552 befaßt sich mit opti¬ schen Studien von porösen Siliziumfilmstrukturen, die durch Anodisieren von Siliziumwafern in einer wäßrigen Lösung von Flußsäure erzeugt worden sind. Wie auf Seite 6537, 2. Ab¬ schnitt, letzter Absatz ausgeführt wird, wurden jedoch Pho¬ tolumineszenzmessungen nur bei sehr niedrigen Temperaturen von 4,2 K durchgeführt.
Die Veröffentlichung H. Föll, Appl. Phys. A 53, 1991, Seiten 8 bis 19 befaßt sich zwar mit den Eigenschaften von Sili- zium-Elektrolyd-Übergängen bei Siliziumproben, die in eine wäßrige Flußsäurelösung eingetaucht werden. Auch hier ist die Bildung poröser Siliziumschichten offenbart. Diese Schrift befaßt sich jedoch nicht mit photolumineszenten oder elektrolumineszenten Siliziumstrukturen, sondern mit der Un¬ tersuchung der Eigenschaften des Silizium-Flußsäure-Übergan¬ ges. Zu diesem Zweck wird ein universelles elektrochemisches Siliziumanalysegerät gezeigt, bei dem zur Festlegung der Diffusionslänge und der Oberflächenrekombinationsgeschwin¬ digkeit auf einem Silizimwafer die Vorderseite des Wafers mit einem Laserstrahl mit einer Wellenlänge, die eine ge¬ ringe Eindringtiefe hat, beleuchtet wird. Hierdurch werden Minoritätsträger nahe an der vorderen Oberfläche erzeugt. Der sich ergebende rückseitige Photostrom wird gemessen. Um lumineszente Eigenschaften von Silizium geht es also bei dieser Veröffentlichung nicht.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegen¬ den Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Her¬ stellen von elektrolumineszenten Siliziumstrukturen anzuge¬ ben.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen von elektrolumineszenten Siliziumstrukturen gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß das im Stand der Technik bekannte Verfahren zum Herstellen von pho- tolumineszenten Siliziumstrukturen, bei dem ein Siliziumwa- fer in ein Säurebad eingebracht und in diesem zur Erzeugung einer mikroporösen Siliziumschicht anodisiert wird, für die Herstellung von elektrolumineszenten Siliziumstrukturen wei¬ terbildbar ist, indem der Siliziumwafer auf seiner anodi¬ schen Seite zumindest über einen Teil der Zeit, während der er in das Säurebad eingebracht ist und anodisiert wird, be¬ leuchtet wird, woraufhin zwei Kontakte erzeugt werden, mit denen eine Spannung an die mikroporöse Siliziumschicht anlegbar ist.
Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figu¬ ren das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren, eine zur Durchführung des Herstellungsverfahrens geeignete Vorrich¬ tung sowie eine nach dem erfindungsgemäßen Herstellungsver¬ fahren erzeugte elektrolumineszente Siliziumstruktur näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung einer nach dem erfin- dungsgemäßen Herstellungsverfahren erzeugten elek¬ trolumineszenten Siliziumstruktur; und
Fig. 2 eine Vorrichtung zur Durchführung wesentlicher Ver¬ fahrensschritte bei dem erfindungsgemäßen Herstel¬ lungsverfahren.
Zunächst sei unter Bezugnahme auf Fig. 1 die Struktur eines nach dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren hergestell¬ ten elektrolumineszenten Siliziumbauelementes erläutert, be¬ vor der Verfahrensablauf dargelegt wird.
Das in Fig. 1 gezeigte Siliziumbauelement, das in seiner Ge¬ samtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist, wird in an sich bekannter Weise durch Vereinzeln einer Vielzahl von identischen Siliziumbauelementen erhalten, welche, auf einem gemeinsamen Siliziumwafer ausgebildet werden.
Das Siliziumbauelement 1 umfaßt ein p-Substrat 2 , auf dem eine Oxidschicht 3 mit einer mittigen Ausnehmung 4 angeord¬ net ist, die ihrerseits von einer Nitridschicht 5 überdeckt ist. Auf der Nitridschicht 5 liegt eine beispielsweise ring¬ förmig um die Ausnehmung 4 verlaufende Metallisierung 6 in Form einer Chrom-Gold-Legierung. Unterhalb der Ausnehmung 4 schließt sich an das p-Substrat 2 ein p+-Dotierungsbereich 7 an, der wannenartig einen direkt unter der Ausnehmung 4 lie¬ genden n+-Dotierungsbereich zur Bildung eines p-n-Überganges
9 umschließt. Das Silizium innerhalb des n+-Dotierungsberei- ches 8 sowie innerhalb eines Teiles des p+-Dotierungsberei- ches 7 ist eine mikroporöse Siliziumschicht 10.
Mit anderen Worten liegt der pn-Übergang 9 innerhalb der mikroporösen Siliziumschicht 10. Eine weitere Nitridschicht 11 überdeckt die Vorderseite des Bauelementes 1 mit Ausnahme der Ausnehmung 4 im Bereich der mikroporösen Siliziumschicht
10 sowie einer weiteren Ausnehmung 12 im Bereich der Me¬ tallisierung 6. Das Siliziumbauelement 1 ist vorderseitig ganzflächig mit einer transparenten oder zumindest teilweise lichtdurchläs¬ sigen ersten Elektrode 13 bedeckt, die beispielsweise durch eine 120 nm dicke Goldkontaktschicht oder durch eine etwa 200 nm dicke Indium-Zinn-Oxidschicht gebildet sein kann.
Rückseitig ist das p-Substrat 2 mit einer zweiten Elektrode 14 in Form eines Ohm'sehen Kontaktes versehen.
Das Herstellungsverfahren dieses Siliziumbauelementes 1 um¬ faßt folgende Prozeßschritte: Auf einen Siliziumwafer wird die als Implantationsmaske dienende Siliziumoxidschicht 2 beispielsweise durch thermische Oxidation aufgebracht. An¬ schließend wird diese mit an sich bekannten photolithogra¬ phischen Maßnahmen strukturiert. Nunmehr erfolgt unter Ver¬ wendung dieser Implantationsmaske ein erster Dotierungs¬ schritt zur p+-Dotierung des unteren Dotierungsbereiches, woraufhin mit verminderter Implantationsenergie eine n+-Do- tierung eines darüberliegenden Dotierungsbereiches erfolgt, woraufhin ein Eintreibdiffusionsprozeß zum Eintreiben der Dotierungsstoffe durchgeführt wird. Hierauf schließt sich ein Prozeßschritt des ganzflächigen Abscheidens der Nitrid- schicht 5 an, auf die ganzflächig eine Chrom-Gold-Metalli¬ sierung 6 aufgebracht wird, welche anschließend unter Ver¬ wendung von an sich bekannten Maßnahmen zur Erzeugung der ringförmig verlaufenden Kontaktzone 6 strukturiert wird. Nunmehr erfolgt ein ganzflächiges Abscheiden der weiteren Nitridschicht 11, woraufhin ein Photolack (nicht darge¬ stellt) aufgebracht und strukturiert wird. Nach geeigneten photolithographischen Schritten wird die Nitridschicht 5, 11 im Bereich der Mittenausnehmung 4 sowie im Bereich der wei¬ tern Ausnehmung 12 oberhalb der Metallisierung weggeätzt, woraufhin der Photolack entfernt wird.
Der Anodisierungsbereich des Siliziumwafers 20 kann durch eine säureresistente Maskierungsschicht lateral beschränkt werden, wobei die säureresistente Maskierungsschicht bevor- zugt lichtundurchlässig ist.
Ein Siliziumwafer 20 mit einer Vielzahl der durch die soeben erläuterten Prozeßschritte strukturierten Siliziumbauele¬ mente 1 wird nunmehr in einer Herstellungsvorrichtung 21 zur Durchführung der nachfolgend zu erläuternden, wesentlichen Schritte des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens weiter behandelt.
Die Herstellungsvorrichtung 21 umfaßt ein Säurebecken 22, in dem ein Säurebad 23 enthalten ist, welches zwei bis fünfzig Gewichtsprozent Flußsäure und im übrigen Äthanol und Wasser enthält.
In dem Säurebad 23 sind in sich gegenüberliegender, von einander beabstandeter Anordnung eine Anode 24 sowie eine Kathode 25 vorgesehen.
Eine Haltevorrichtung 26 ist an ihrer Peripherie derart aus¬ gestaltet, daß sie dichtend an den Wandungen des Säurebek- kens 22 anliegt, wenn sie von oben in das Säurebecken 22 eingeschoben ist. Die Haltevorrichtung 26 weist eine mittige Ausnehmung 27 auf, an deren Ort der Siliziumwafer 20 in einer an seinen Randbereichen dichtend umschlossenen Art ge¬ halten ist.
Die Anordnung der Haltevorrichtung ist also dergestalt, daß ein Stromfluß zwischen der Anode 24 und der Kathode 25 den Siliziumwafer 20 vertikal zu dessen Hauptflächen durchlaufen muß.
Eine Beleuchtungsvorrichtung 28 in Form einer Quecksilber¬ lampe oder Halogenlampe ist derart oberhalb des Säurebades 23 oder bei säurefester Ausführung der Beleuchtungsvorrich¬ tung 28 innerhalb des Säurebades 23 angeordnet, daß der Si¬ liziumwafer 20 von seiner anodischen Seite beleuchtet wird. Bei Anordnung der Beleuchtungsvorrichtung 28 außerhalb des Säurebeckens 22 ist es bevorzugt, in diesem ein (nicht ge- zeigtes) Fenster für den Lichtdurchtritt vorzusehen. Auch kann bei Anordnung der Beleuchtungsvorrichtung 28 oberhalb des Säurebeckens 22 in dem Säurebad 23 ein Spiegel zur Umlenkung der Strahlen zu dem Wafer hin vorgesehen sein.
Die Beleuchtungsvorrichtung kann auch ein Laser sein. Bevor¬ zugt ist in diesem Fall ein Argon-Ionen-Laser mit einer Wel¬ lenlänge von 488 nm bei einer Flächenleistungsdichte von 5 W/cm2.In diesem Fall ist es möglich, durch selektives Ano¬ disieren selektiv lumineszente Bereiche zu schaffen.
Nunmehr wird das weitere Herstellungsverfahren der mittels der anfänglich geschilderten Prozeßschritte erzeugten Sili¬ ziumbauelemente 1 innerhalb des Siliziumwafers 20 gleich¬ falls unter Bezugnahme auf Fig. 2 näher erläutert.
Nachdem der Siliziumwafer 20 in die Haltevorrichtung 26 ein¬ gebracht ist, wird diese von oben in das Säurebecken 22 ein¬ geschoben. Nunmehr wird der Siliziumwafer durch Anlegen eines entsprechenden Gleichstromes an die Anode 24 und die Kathode 25 mit einer Stromdichte von 2 bis 500 mA/cm2 ano¬ disiert, wobei der Siliziumwafer 20 im Bereich der Ausneh- mungen 4 der Siliziumbauelemente 1 eine Umwandlung des ein¬ kristallinen Siliziums in eine mikroporöse, elektrolumines- zente Siliziumschicht 10 erfährt. Der Prozeß des Anodisie- rens in dem Säurebad sowie die Beleuchtung durch die Be¬ leuchtungsvorrichtung 28 wird mit einer derartigen Zeitdauer durchgeführt, daß sich die mikroporöse Siliziumschicht 10 bis jenseits des pn-Überganges 9 in das Substrat 2 hinein erstreckt. Typische Anodisierungs- und Beleuchtungszeiten liegen zwischen 10 s und 20 min.
Nach dem Spülen des Siliziumbauelementes wird dieses mit dem rückseitigen Ohm'sehen Kontakt 14 sowie mit der vordersei¬ tigen transparenten Elektrode 13 versehen. Die vorderseitige Elektrode kann durch Aufbringen eines Goldkontakes mit 120 nm Dicke oder durch Aufbringen einer Indium-Zinn-Oxid- schicht mit 200 nm Dicke realisiert werden. Nach Vereinzeln der Siliziumbauelemente 1 durch entsprechen¬ des Zerteilen des Siliziumwafers ist das Element, abgesehen von einer Gehäusung, fertiggestellt.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Siliziumbauelement 1 einen pn-Übergang innerhalb der porösen Siliziumschicht 10 auf. Zwar wird ein derartiger pn-Übergang zum Erhöhen der Quantenausbeute als bevorzugt angesehen. Für die grundsätz¬ liche Funktionsfähigkeit des Elementes ist der pn-Übergang jedoch nicht erforderlich, so daß der n+-Dotierungsbereich 8 entfallen kann.
Gleichfalls können gegenüber dem Ausfuhrungsbeispiel entge¬ gengesetzte Dotierungspolaritäten verwendet werden.
Ferner ist es nicht erforderlich, daß die zweite Elektrode 14 als rückseitiger Ohm'scher Kontakt auf der Rückseite des Substrates 2 ausgebildet ist. Jegliche Art der Herstellung einer Kontaktierung zu dem Substrat 2, die auch vorderseitig implementiert sein kann, kommt in Betracht.
Auch können bei Wegfall des rückseitigen Kontaktes Kontakte in einer Interdigitalstruktur auf der mikroporösen Schicht durch die obere Metallisierung gebildet sein.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen von elektrolumineszenten Sili- ziumstrukturen,
gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
Einbringen eines Siliziumwafers (20) in ein Säure¬ bad (23) ;
Anodisieren des Siliziumwafers (20) in dem Säurebad (23) ;
Beleuchten des Siliziumwafers (20) auf dessen ano¬ discher Seite zumindest über einen Teil der Zeit, während der der Siliziumwafer (20) in das Säurebad (23) eingebracht ist und anodisiert wird; wodurch das einkristalline Silizium des Siliziumwafers (20) zumindest bereichsweise in eine mikroporöse Siliziumschicht (11) umgewandelt wird; und
Erzeugen zweiter Kontakte (13, 14), mit denen an die mikroporöse Siliziumschicht (10) eine Spannung anlegbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Anodisieren mit einer Stromdichte von 2 bis 500 mA/cm2 erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich¬ net,
daß das Säurebad zwei bis fünfzig Gewichtsprozent Flu߬ säure enthält und im übrigen aus Äthanol und Wasser be¬ steht.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge¬ kennzeichnet,
daß der Siliziumwafer (20) n-dotiert ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dotierung des Siliziumwafers derart gewählt ist, daß dessen spezifischer Widerstand zwischen 1 und 10 Ohm cm beträgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge¬ kennzeichnet ,
daß die Beleuchtung mit einer Quecksilberlampe oder einer Halogenlampe oder einem Laser erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeich¬ net durch folgende anfängliche Verfahrensschritte vor dem Einbringen des Siliziumwafers (20) in das Säurebad (23):
Erzeugen einer als Implantationsmaske dienenden Si¬ liziumoxidschicht (3) ;
Strukturieren der Siliziumoxidschicht (3) ;
Implantieren von Dotierstoffen mit der Polarität des Siliziumwafers (20) ;
Eintreiben der Dotierstoffe in einem Eintreibdif¬ fusionsprozeß;
Ganzflächiges Abscheiden einer Nitridschicht (5) ;
Aufbringen einer Chrom-Gold-Metallisierung (6) ;
Strukturieren der Chrom-Gold-Metallisierung (6) ; Abscheiden einer weiteren Nitridschicht (11) ;
Aufbringen und Strukturieren von Photolack;
Wegätzen der Nitridschicht (5, 11) in einem später aktiven Bereich (4) des Siliziumbauelementes sowie in einem Bereich (12) der Chrom-Gold-Metallisierung (6) ; und
Entfernen des Photolacks;
woraufhin der auf die beschriebene Weise mit Silizium- strukturen versehene Siliziumwafer (20) in das Säurebad (23) eingebracht und den genannten weiteren Verfahrens¬ schritten unterworfen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeich¬ net durch
den weiteren Verfahrensschritt des zusätzlichen I plan- tierens von Dotierstoffen mit einer zu der Polarität des Siliziumwafers (20) entgegengesetzten Polarität zur Schaffung eines pn-Überganges (9) in der später porösen Siliziumschicht (10) .
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge¬ kennzeichnet,
daß der Verfahrensschritt des Erzeugens des zweiten Kon¬ taktes das Erzeugen eine Ohm'sehen Kontaktes (14) auf der Rückseite des Siliziumsubstrates (20) umfaßt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge¬ kennzeichnet,
daß der Verfahrensschritt des Erzeugens des ersten Kon¬ taktes das Aufbringen eines Goldkontaktes (13) umfaßt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dicke des Goldkontaktes etwa 120 nm beträgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge¬ kennzeichnet,
daß der Verfahrensschritt des Erzeugens des ersten Kon¬ taktes das Aufbringen einer Indium-Zinn-Oxidschicht um¬ faßt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dicke der Indium-Zinn-Oxidschicht etwa 200 nm beträgt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge¬ kennzeichnet,
daß der Verfahrensschritt des Kontakterzeugens folgende Schritte umfaßt:
Aufbringen eines zumindest teilweise lichtdurch¬ lässigen ersten Kontaktes (13) auf die mikroporöse Siliziumschicht (10) ; und
Erzeugen eines zweiten Kontaktes (14) zur Kontak- tierung eines Bereiches (2) des Siliziumwafers (20) unterhalb der mikroporösen Siliziumschicht (10) .
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
daß der Anodisierungsbereich des Siliziumwafers (20) durch eine säureresistente Maskierungsschicht lateral beschränkt wird.
16. Verfahren nach Ansprüche 15, dadurch gekennzeichnet,
daß die säureresistente Maskierungsschicht lichtundurch¬ lässig ist.
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