JPH06509212A - エレクトロルミネセンスシリコン素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 エレクトロルミネセンスシリコン素子 本発明は、エレクトロルミネセンスシリコン素子１ｅｌｅ＋ｌ＋ｏｌａｍｉｎｅ ＋ｃｅｎｌ　＋１ｌｉｅｏｎ　ｄｅｖｉｃｅ）に係わる。 「光／電子」集積回路における使用のための、シリコンを基体とする発光素子又 はシリコン互換性の発光素子の製造に、大きな関心が寄せられている。こうした 素子の開発を行う過程で、シリコンからの可視エレクトロルミネセンスが、その 状況の幾つかが簡略的に後述される様々な状況において観察されている。 ＲＮ＋ｕ＋ｕｎ　（ｒシリコンｐ−ｎ接合からの可視光（“Ｖ口１ｂｌｔＬｉ（ ｈｌ　ｔｒａｍ　５ｉｌｉｃｏｎ　ｐ−ｎ　ｊｕｎｃｔｉｏｎ″）　Ｊ　、　Ｐ ｈｙ＋、Ｒｅｗ、Ｖａｔｔｏｏ　、ｐ７００　（１９５５）　）と、ＣｈＹｎｏ ｖｅｌｈ　とＭＣＫｔ７（ｒシリコンにおけるなだれ降伏からの光子放出（”Ｐ ｈｏｌｏｎ　Ｅｍｉｓｉｉｏｎ　Ｉ＋ｏｓ＾ｖ＋ｌ＋ｎｃｈｅ　Ｂ＋＋ｇｋｄｏ ｖｎ　ｉｎ　５ｉｌｉｃｏ　”　）　Ｊ　、　Ｐｈ７ｓ、　Ｒｅｖ、、　Ｙｏ１ １０２、ｐ３６９　（１９５６）　）は、バルクシリコンｐ−ｎ接合（ｂｕｌｋ ＋１ｌｉｃｏｎ　ｐ−ｎ　１ｎｎｃｌｉｏｎ）が「なだれ降伏」に至るまで逆方 向ノくイアスミ圧を印加される時に、非常に広い帯域のエレクトロルミネセンス 発光が生じることを論述している。この発光は、約３＋Ｖからｌ＋Ｖ未満までを 範囲とし、非常に低効率であり、典型的には電子１つ当たり１０−５個の光子で ある。 二酸化ケイ素層が非常に小さな（５０人幅未満）ケイ素クリスタライトを含む「 金属／二酸化ケイ素／ケイ素」構造からの可視エレクトロルミネセンスも、観察 されている。 これは、Ｄｉ　Ｍｅ「ｉｔ他によって、論文［小さなケイ素の島を含む二酸化ケ イ素薄膜におけるエレクトロルミネセンスの研究（”Ｅｌｅｃｌ＋ｏｌｎｓｉｎ ＋ｔｃｅｎｃｅ　５Ｉｎｄｉｅ＋　ｉｎ　５ｉｌｉｃｏｎ　ＤｉｏＸｉｄｅ　Ｆ ｉ１ｍＣｏｎｌ＋ｉｎｉｎｇ　ＴｉＢ　５ｉｌｉｃｏｎ　ｌ＋ｌ墓ｎｄ＋　”　 ）　Ｊ　（］、＾ｐｐｌ、　Ｐｈ７ｓ、。 Ｖｏｌ　５６．　ｐ４０１　（１９８４１１において論述されている。この場合 も同様に、その発光は非常に低効率であり、典型的には電子１つ当たり１０−６ 個の光子である。 Ｗ　Ｗｔ＋ｉｎｇとＥ　Ａ　Ｂｓｎ１＊ｍｉｎは、論文「シリコンの陽極酸化の 途上のルミネセンス（”Ｌｅ１ｎ＋＋ｃｅｎｅ＋　ｄｕ＋ｉＢ　Ａｎｏｄｉｅ　 ０ｔｉｄｚｔｉｏｎｏｆ　５ｉｌｉｅｏ”　Ｊ　（１，Ｅｌ＋ＣＩ＋ｏｃｈｅ！ １．　Ｓｏｃ、、　Ｖｏｌ　ＩＩ、ｐ１２５６＋１９６１１１　において、バル クシリコン表面がその表面を酸化することが可能な電解質中て陽極バイアス印加 される時の、そのバルクシリコン表面からの可視エレクトロルミネセンスを論述 している。この場合も同様に、その発光は非常に低効率であり、これに加えて、 その発光は、その界面における化学変化の結果として生じるが故に不安定である 。この分野における更に新しい研究成果が、八Ｐ　８１目ｂｉｎ他によって、論 文「ケイ素／二酸化ケイ素／電解質の系におけるエレクトロルミネセンススペク トル（−Ｅｌｅｃｌ＋ｏｌｕｍｉｎｅｓｅｅｎｃｅ　５ｐｅｃｌ＋＠ｉｎ　ｔｈ ｅ　５Ｈｌｃ＋＋５ｉｌｉｃｏｎ−５ｉｌｉｃｏｎ　Ｄｉｏｘｉｄｅ−Ｅｌｅｃ ｌ＋ｏ１７１ｅ　”　）　Ｊ　（ＳｏｗｉｅｌＥｌｅｅｌ＋ｏｃｈｅｓ、、　Ｖ ｏｌ　２１１．　ｐ５Ｇ？　（１９８４））において論述されている。 ＾Ｇｅｅは、論文「電解質と接触しているシリコン陽極における電気化学ルミネ センス（”Ｅｌｅｃｌ＋ｏｅｈｅｍｉｌｎａ＋ｉｎｅ＋ｃｅｎｃｓ　ｔｌ　ｔＳ ｉｌｉｃｏｎ　Ａｎｏｄｅ　ｉｎ　Ｃｏｎ１ｘｃｌ　ｗｉｔｈ　ｔｎ　Ｅｌｓｅ ｌ＋ｏ１７１ｅ”　）　Ｊ　（］。 Ｅｌｅｃｌ＋ａｅｈ！ｍ、Ｓｏｃ、、　Ｖｏｌ　１Ｇ？、　ｐ７８７　（１９６ ［１１）において、様々な電解質中で陽極バイアスを受けることによる、パルク ル型シリコンｆｂｕｌｋ　ｐ−１７ｐｅ　＋１ｌｉｃｏｎｌ上に化学的に形成さ れたスティン薄膜（＋ｔｇｉｎ　１１１ｍ１からの可視エレクトロルミネセンス を論述している。この発光は、上記薄膜の陽極酸化の結果として生じ、不可逆的 である。 従って、シリコンからエレクトロルミネセンスを得るための上記の諸方法は、幾 つかの欠点、主に、非常に低い効率又は不可逆性という欠点を有する。これらの 欠点の故に、上記の諸方法は、実際的なエレクトロルミネセンスシリコン素子の 製造には適していない。 最近になって、Ｌ　Ｔ　ＣＩｎｂ＊ｍは、論文「ウェーハの電気化学的及び化学 的溶解によるシリコン量子ワイヤアレイの製造（”５ｉｌｉｃｏｎ　Ｑｌｌｌｌ ｌｌｌｌｌｌ　Ｗｉｒｅ　Ａ＋＋＋７　Ｆｒｂ＋ｉｃ＊１ｉｏｎ　ｂ７Ｅｌｓｅ ロｏ＋ｈ＋ｍｉ＋ｘｌ　ｌｎｄ　ＣｈｅＩＩｉｅ＋ｌ旧＋＋ｏｌＩｌｌｉｏｎ　 ｏｆ　Ｗｔｔｓ＋＋″）」（＾ｐｐｌ、　Ｐｈ７＋、、　Ｖｏｌ　５７．　ｐ１ ０４６　（１９９Ｇ））において、バルクシリコンウェーハの表面層内における 自立形シリコン量子ワイヤアレイの形成を論述している。自立形ワイヤとは、別 の材料の中に沈められていないか又は埋め込まれてはいないワイヤであると理解 される。このワイヤ自体は互いに絶縁された列である必要はなく、連結されても よい。量子ワイヤとは、担体の量子閉し込めｆｑｕｔｎｌｏｍ　ｃｏｎｌｉｎ１ ｍ＋ｎｌ）がそのワイヤ内で起こるのに十分なたけワイヤ直径が小さいワイヤで ある。これによる結果は、当該材料（この場合にはシリコン）のバンドギャップ （ｂ　１ｎ　ｄＨｐ）が大きく増大するということである。可視赤色ホトルミネ センスが、適切な照射を受けた量子ワイヤアレイから放出される。し、かじ、こ のようなアレイの抵抗率は高く、従って、従来の集積回路構成要素においてめら れる低印加バイアス電圧では、こうしたアレイが高度のエレクトロルミネセンス を生じさせるとは考えられない。この研究は他でも行われており、適切にドーピ ングされた自立形シリコン量子ワイヤが、適切な電流を維持することが可能であ り且つエレクトロルミネセンスを示すことが可能である低抵抗率のアレイを与え るであろうということを、研究者たちが提案し続けてきた。これにも係わらず、 上記のエレクトロルミネセンスの特徴が示されるように適切にドーピングされた シリコン量子ワイヤは、現在まで報告されてはいない。 本発明の目的は、別の形のエレクトロルミネセンスシリコン素子を提供すること である。 本発明は、表面が不動態化された量子ワイヤを包含する多孔質領域を含むシリコ ン材料と、前記多孔質領域内の伝導性材料との複合構造を有し、前記伝導性材料 が、＋＋１　量子ワイヤを通しての電気伝導を増大させるように形成され、 ｒｂ）量子ワイヤを非発光性にする程度には、量子ワイヤの表面不動枯化を大き く劣化させることがなく、ｌｃ）量子ワイヤ内の少数担体密度を増大させるよう に形成される ことを特徴とするエレクトロルミネセンスシリコン素子を提供する。 本明細書で使用される術語「表面不動態化（ｓｕ＋ｔｇｃｅｐｇｓ＋１ｙａｌｉ ｏｎ）　Ｊと術語［表面不動態化された（＋＊＋Ｉ暑ｃｅｐ＋５ｓｉｖｉｌｅｄ ）　Ｊは、低密度の無放射再結合中心（ｎｏｎ−＋＋ｄ口１ｉｙｅ＋ｅｃｏｓｂ ｉｎ暑１ｉｏｎ　ｃ＋ｎｌ＋ｃ）を有する表面の形成に関連する。更に詳細な説 明は、ＰｈＨＲｅｙ　Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ　５７．　ｐ　２４９．　１９８ ６から得られる。 本発明の実施例が、シリコンの陽極酸化に基づ〈従来技術の素子を特徴付ける安 定性を太き（上回る度合いの安定性を伴って、低バイアス電圧でエレクトロルミ ネセンスを示すことが観察され−Ｃいる。 本発明は、１つの側面では、表面不動態化された量子ワイヤを包含する多孔質領 域を含むシリコン材料と、前記多孔質領域内の伝導性材料との複合構造を有し、 前記伝導性材料が、ｉｎ）　１４気的に連続した電流経路が前記多孔質領域を通 って延在することを確保するように形成され、 ｆｂｌ　量子ワイヤを非発光性にする程には、電子ワイヤの表面不動態化を大き く劣化させることがなく、ｆ＋ｉｌｆワイヤの中に少数担体を注入するように形 成されることを特徴とするエレクトロルミネセンスシリコン素子を提供する。 本発明は、別の側面では、表面不動態化を伴う量子ワイヤを有する多孔質シリコ ン層と、伝導性材料との複合構造を有し、前記伝導性材料が、 ｒｇ　前記多孔質シリコン層の内部表面の全体に亙って、電気的に連続した電流 経路を形成し、 ｆｂｌ　前記多孔質シリコン層の表面不動態化を大きく劣化させることがなく、 （ｃ）量子ワイヤの中に少数担体を効率的に注入することが可能である ことを特徴とするエレクトロルミネセンスシリコン素子を提供する。 前記複合構造は、１０ボルト以下の、望ましくは５ボルト以下のバイアス電圧を 受けて、少なくとも　１−＾ｃ−２の電流密度を維持することが可能であること が好ましい。 前記伝導性材料は、電解質か、金属か、半金属であってよい。 前記多孔質シリコンは、ｌｘ　１０１８ｃｍ−３より大きく且っ　１×ｌＧ２１ ｃｍ−３より大きくはないドープ剤不純物濃度を有する、多量のドーピングが行 われた　口型又は　ｐ型のシリコン材料の中に細孔を形成することによって作ら れることが可能である。或いは、この代わりに、前記多孔質シリコンは、　ＩＸ Ｉ（ｌ　ｃｍ　〜ＩＸ　ｔｏ１８ｃｍ−３の範囲内のドープ剤不純物濃度を有す る、少量のドーピングが行われた口型又はｐ型のシリコン材料の中に細孔を形成 することによって作られることも可能である。 本発明は、その別の側面では、表面不動態化を伴う量子ワイヤを含む多孔質シリ コン層と、伝導性材料との複合構造の形成を含むことを特徴とする、エレクトロ ルミネセンスシリコン素子の製造方法を提供する。 この複合構造の形成は、」１記多孔質シリコン層の中への金属の電気めっきを含 んでもよく、或いは、その代わりに、上記多孔質シリコン層の中への電解質の注 入を含んでもよい。 本発明は、その別の側面では、 （ａ）表面不動態化を伴う量子ワイヤを含む多孔質シリコンを形成することと、 （ｂ）Ｌ記量子ワイヤを非発光性にすることなしに上記伝導性材料を通る電気伝 導を増大させるように形成された伝導性材料を、上記多孔質シリコンの中に入り 込ませることを含むことを特徴とする、エレクトロルミネセンスシリコン素子の 製造方法を提供する。 伝導性材料を多孔質シリコンの中に入り込ませる上記段階は、その多孔質シリコ ンの中に伝導性材料を導入するための電気化学的手顛を含むことが可能である。 この段階は、その多孔質シリコンの中に金属を電気めっきすることを含んでもよ い。 上記多孔質シリコンを形成する上記段階は、Ｉ　Ｘ　１０”ｃｓ’より大きく且 つＩ　Ｘ　１０”ｃｍ−３より大きくはないドープ剤不純物濃度を有する、多量 のドーピングが行われた口型又はｐ型のシリコン材料の中に細孔を形成すること を含んでよい。この代わりに、上記多孔質シリコンを形成する上記段階は、Ｉ　 Ｘ　１０”ｃｍ−３１８〜３ 〜ｌＸｌ０ｃ１１　の範囲内のドープ剤不純物濃度を有する、少量のドーピング が行われた口型又はｐ型のシリコン材料の中に細孔を形成することを含んでもよ い。 本発明は、上記方法で作られるエレクトロルミネセンスシリコン素子も提供する 。 本発明が更に詳細に理解されるように、以下では、本発明の実施例が、次の添付 図面を参照して、単なる例示として説明される。 図１は、本発明のエレクトロルミネセンスシリコン素子の垂直断面を概略的に示 す。 図２は、量子ワイヤにおける結合性と分岐とを図解する。 図３は、多孔質シリコン層の中に電気めっきされた金属を含む、本発明のエレク トロルミネセンスシリコン素子の垂直断面を概略的に示す。 図４と図５は、図３による素子と比較基準用の素子とのエレクトロルミネセンス 素子と伝導特性をグラフの形で示す。 図６は、本発明の電気めっきされた素子からのエレクトロルミネセンス発光スペ クトルと、比較用の多孔質シリコン層からのエレクトロルミネセンス発光スペク トルとをグラフの形で示す。 図７は、多孔質シリコン層の深さに対応した電気めっきスズの分布をグラフの形 で示ス。 図８（ｊ）は、多孔質シリコン層の非電気めっき区域における電圧に応した電流 の変化を示す。 図８（ｂ）は、多孔質シリコン層のスズ電気めっき区域における電圧に応じた電 流の変化を示す。 図１を参照すると、この図には、本発明のエレクトロルミネセンス素子の断面が 概略的に図解されている。この素子は全体として参照符号１０で示される。この 素子は、点線１２＾で示される当初の上部表面と下部表面１２Ｂとを有する厚さ 　４００μ−のシリコンウェーハから作られた、シリコン構造物１２を含む。こ のシリコン構造物１２は、バルクシリコン層１４と多孔質シリコン層１６とを含 む。バルクシリコン層１４は、原型ウェーハと概ね同一の厚さを有し、一点破線 １４＾で示されるように垂直方向に縮小された形で示される。多孔質シリコン層 １６は、０．１〜５０μｍの節回内の厚さを有する。厳密に言えば、「層（ｌＩ マＣ「）」という表現は、層１４と層１６が析出によって作られるのではないが 故に正しくないが、この術語は、当業では素子の層（＋ｌ＋＊ｌｌ１ｍ１　を表 すために一般的に使用される。構造１２のようなシリコン構造物の製造は、Ｌ　 Ｔ　Ｃｇｎｌ＋＋ｉによって、論文［ウェーハの電気化学的及び化学的溶解によ るシリコン量子ワイヤアレイの製造（”５ｉｌｉｅｏｎ　Ｑｕｔｎｌｉｍ　Ｗｉ ｒｅ　Ａ＋＋ｓ７　Ｆｘｂ＋１ｃＩｌｉｏｎ　ｂ７Ｅｌｅｃｌ＋ｏｃｈ！ｉｉｅ ＊ｌ　暑ｎｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｄｉ＋＋ｏｌａｌｉｏｎ　ｏｆ　Ｗｓｌｓ＋ ＋”　）　ＪｆＡｐｐｌ、Ｐｈｙ＋、Ｌｅｆｔ、、　Ｖｏｌ　５７．　９１０４ ６　（１９９０１１において論述されている。この多孔質シリコン層１６は、絶 縁された量子ワイヤ１８が量子ワイヤ間の細孔２０によって画定されるように、 互いに結合する細孔２０を形成するために十分に溶解させられる。量子ワイヤ１ ８は、バルクシリコン層１４から直立している。量子ワイヤ１８の形状と幅は一 定不変ではなく、細孔径は量子ワイヤ径よりも大きい。ワイヤ１８と細孔２０が 、図解を容易にするために、概略的な形で図１に示されている。 第１の実施例では、素子１０は、５ｘ　Ｂ１８Ｃ１ｌ−３のヒ素ドナー濃闇を有 する、多量のドーピングが行われたｎ型（ｌｉｔ）シリコン〜エーハから作られ る。多孔質シリコン層１６は７８％の多孔度と１３１１ｍの厚さを有し、その形 成後に１７力月間に亙って空気中でエージングされたものである。この多孔質シ リコン層１６は、紫外光で照射された時に可視（オレンジ色）ホトルミネセンス を放出した。空気中でのエージングの結果として、バルク層１４とワイヤ１８と の露出表面が、酸化された水素化ケイ素の表面層２２を有した。層２２のような 表面層が、低密度の無放射再結合中心を有するが故に、シリコン量子ワイヤの下 に位置する表面不動枯化をもたらす。ワイヤ１８が、シリコン構造物１２と組み 合わされた複合「電解質／半導体」構造２５を形成するために、電解ｆｆ２４の 中に浸された。電解質２４は、濃度０．５Ｍ　＋　Ｏ，ｌｉｔを有する’　２　 ＳＯｐ　：　Ｎ　１２　Ｓ　２　０　ｇの水溶液であった。白金電極２６が電解 質２１中に浸され、オーム接続（Ｏｈｍｉｅ　ｃｏｎｎｅｃｌｉｏｏ１２ｇが、 バルクシリコン層１４に与えられた。 量子ワイヤを含む層１６のような多孔質シリコン層は、電解質２４が存在しない 時に、高い電気抵抗率を有する。層１６を連続媒質として取り扱うことによって 、電気抵抗率が決定されることが可能であり、１１０６０ｈ　ｃｌｌよりも数桁 大きい典型的な抵抗値が、それに関して測定されている。従って、電解質２４が 存在しない時には、そのシリコン構造物は、層１４と層１６とに垂直な矢印２９ に対して平行な方向に高い抵抗率を有する。しかし、シリコン構造物１２がマイ ナスであって陰極を形成し、且つ白金電極２６がプラスてあり陽極を形成するよ うに、素子１０がバイアス電圧を印加された時には、この素子は、５ボルト未満 のバイアス電圧において、数ｍＡＣｌ！−２程度の適切な電流密度を通過させた 。このバイアス極性は、顧方向バイアスが印加されたシリコン構造物Ｉ２に相当 した。電流密度を決定するために、多孔質シリコン層１６の上部表面の　１Ｃ１ １２の幾何学的区域が電解質に露出され、この構造物１２の他の表面領域はマス キングされた。この場合には、白金電極と構造物Ｉ２の間を流れる電流は数ｍＡ であった。電流密度が、細孔の内側表面積を無視して、「電流」対「幾何学的面 積」の比率として計算された。約１ボルト以上のバイアス電圧の場合には、素子 １０のこの実施例は、裸眼で見ることが可能なオレンジ色のエレクトロルミネセ ンスを放出した。このエレクトロルミネセンス放出は、数時間に亙っての試験時 間内ではエレクトロルミネセンスの減少が観察されなかったが故に、安定してい ると見なされた。これは、従来技術の類似の構造における陽極酸化に組み合わさ れたルミネセンスの場合の数秒台の寿命とは対照的である。更に、この試験に使 用されたシリコン構造物１２が、その構造物１２が電解質２４から取り出されて ｔ＋Ｖ光に晒された時に、減少することないホトルミネセンスを放出することが 観察された。従って、このエレクトロルミネセンス放出は、時間の経過につれて 強度が低減するエレクトロルミネセンス放出を生じさせる、不動態化表面層２２ に対して生じる時間依存的な化学的変化の結果ではなかった。この代わりに、こ のニレクー　トロルミネセノス放出は、ペルオキソ硫酸イオン（Ｓ２　０ｓ　２ −）還元によって少数担体（この場合には正孔）を量子ワイヤ１８の中に注入し たことの結果であると考えられる。低印加電圧におけるシリコン基体の素子から の、裸眼で見ることが可能なエレクトロルミネセンス放出の実現が、従来技術を 凌駕する重要な利点をもたらす。 図２を参照すると、この図には、シリコン構造物３２の断面図が概略的に図解さ れている。この図は正確な縮尺率で描かれてはいない。特徴を明瞭に示すために 、個々の領域の相対的寸法が変えられている。このシリコン構造物３２は、３５ ０〜４００μ−の範囲内の厚さのバルクシリコンウェーハの非エツチング部分３ ４を含む（一部分しか示されていない）。この部分３４は、以下では「ウェーハ ３４」と呼ばれる。シリコン量子ワイヤ層３６はつ工−ハ３４から延び、０１〜 ５０４ｍの範囲内の厚さである。つ工−ハ３４は、典型的には直径２．５１であ る量子ワイヤ３８のような儒々の量子ワイヤを含む。図２は、ワイヤの結合性と 分岐とを図解し、この図は、図１における多孔質層１６内の同じワイヤ１８の図 解よりも、細孔の重なり合いによって生じさせられた量子ワイヤをより適切に図 解している。しかし、シリコン量子ワイヤは、この図に図示されてはいない顕微 鏡的な粗さと起伏のある直径とを有することが認められている。 素子ＩＱの第２の実施例は、５ｘ　１Ｏ１５ｃｅ−”のヒ素ドナー濃度を有する 、少量のドーピングが行われたｎ型Ｉｎ−）　シリコンウェーハを用いた。この 実施例では、多孔質シリコン層１６は７６％の多孔度と　０４μ屯の厚さを有し 、電解質中に沈められる前に、１７力月間に亙って空気中でエージングされた。 その電解質は上２の実施例で使用されたものと同じであった。　１ボルト以上の バイアス電圧によって、そのシリコン構造物を陰極として用いて、バイアスが印 加された時に、オレンジ色の可視エレクトロルミネセンスが観察された。 素子１０の第３の実施例では、５ｘ　１０００ｃｍ−”のボロン・アクセプター 濃度をＨする、多量のドーピングが行われたｐ型（ｐ　）ノリコンウェーハを用 いた。この実施例では、多孔質シリコン１１１６は７５？６の多孔度と　４３μ ｍの厚さを有し、電解質中に沈められる前に、１５力月間に亙って空気中でエー ジングされた。その電解質はＪ−記の諸実施例で使用されたものと同しであった 。 ５ボルト以」−のバイアス電圧によって、そのシリコン構造物を陰極として用い て、バイアスが印加された時に、オレンジ色の可視エレクトロルミネセンスが観 察された。このバイアス極性は、逆バイアスが印加されたシリコン構造物１２に 相当する。 素子ｌＯの第５４の実施例では、　５Ｘ　１Ｇ”８１１−３のボロン・アクセプ ター濃度を有する、多量のドーピングが行われた　ｐ型（ｐ　）シリコンウェー ハを用いた。この実施例では、多孔質シリコン層１６は７２％の多孔度と　１． ２μｍの厚さを有し、１６力月間に亙ってエージングされた。この実施例では、 ５ボルト以上のバイアス電圧によって、そのシリコン構造物を陰極として用いる ことにより、バイアス印加された時に、オレンジ色の可視エレクトロルミネセン スが同様に生じた。 比較のために、量子ワイヤの有効な密度ををもたらすには低すぎるように意図的 に決定された多孔度を有する点を除いて素ｆＩＧと同等である素子が作られた。 この比較用の素子は、５×１０”ｃｍ’のヒ素ドナー濃度を有する、多量のドー ピングが行われた　ｎ型（ｎ　）　ノリコンウエーハから作られた。この素子は 、４４９６の多孔度と　５μｍの厚さを有する多孔質シリコン層１６を有し、１ ７力月間に亙って空気中でエージングされた。この素子は、素子ｌＯと同一の電 解質と電気接続とを含んでいたが、その多孔質シリコン層の多孔度と厚さの点で 素子１ｏとは異なっていた。 この素子は、３Ｇボルトまでのバイアス電圧による陰極バイアスを受けても、可 視エレクトロルミネセンスを示さなかった。更に、この比較用の素子の多孔質シ リコン層は可視ホトルミネセンスも示さなかった。これは、この素子が（素子１ ｏの場合の多孔度に比較して）はるかに低い多孔度を有することに起因すると考 えられ、このことは、この素子が絶縁量子ワイヤを有効な崖合いにまで包含する ことがなかったということを示している。 更に一般的に言えば、シリコン量子ワイヤがその中に沈められる材料は、必ずし も電解質である必要はなく、半導体か半金属か伝導性ポリマーのような伝導性材 料であってよい。この材料が電解質であるか別の種類の伝導性材料であるかに係 わらず、量子ワイヤに接触する材料は、幾つかの基準を満たさなければならない 。以下で３つの基準が言及される。これらの基準は、本発明の素子への組み込み に対するその伝導性材料の適合性に関する試験をもたらす。 この伝導性材料は、低温度すなわち　３００℃より低い温度において使用可能な 、多孔質シリコン層１６の中への溶浸処置に、適合可能でなければならない。　 ３００℃を越える高温度においては、その表面不動態化層２２が劣化し、多孔質 層１６からのホトルミネセンスが完全に又は部分的に消失することになる。これ に加えて、このようなより一層高い温度では、多孔質層１６が、その層目体を再 形成し始め、ワイヤ１８の幅を増大させてワイヤ１８の数を減少させる可能性が ある。従って、担体の量子閉じ込めが失われる可能性がある。しかし、表面不動 態化と量子閉じ込めとが重大な劣化を被らない場合、又は、そした劣化の全てが 後で相殺される場合には、より高温度における素子製造が実現可能である。 上記伝導性材料は適切な伝導性を持たなければならない。しかし、多孔質層の中 への溶浸に適合するためにその伝導性材料が持たなければならない最小バルク伝 導率を画定することは適切ではない。これは、この伝導性材料の伝導率が、バル ク状態の場合と細孔内の存在の場合との間で相違するからである。複合構造２５ （上記シリコン構造物１２と上記伝導性材料との組み合わせ）によって維持され るべき最小電流密度を画定することの方が、より適切である。実際は、この複合 構造２５は、１ｏボルト未満の順方向バイアスにおいて１　ｓＡｃ＋ｓ−２以上 の電流密度を維持するのに十分なだけの伝導性を持たなければならない。この場 合、この電流密度は、上記で説明された通りに測定される。 上記伝導性材料で細孔体積を概ね満たすこと、又は、少なくとも−Ｆ記伝導性材 料が下記で説明されるように電気的に連続していることを可能にするのに十分な だけ伝導性材料を細孔体積内に入り込ませることのどちらかが、可能でなければ ならない。 伝導性材料に対する電気接点（例えば電極２６）とバルクシリコンとの間に、良 好な電気的接続がなければならない。これが実現されるためには、その伝導性材 料が、表面層２２を完全に覆う物理的に連続した層を形成する必要はない。例え ば、上記電極とシリコン構造物１２との間に良好な接続を生じさせる伝導性材料 の網状組織を形成することで十分である。重要なことは、伝導性材料２４が量子 ワイヤ表面の大部分に対する接触をもたらし、エレクトロルミネセンスの発生の ために必要とされるようにバイアス下でワイヤ１８内を電流が流れることを可能 にするということである。この伝導性材料２４は、例えば１０ボルト未満の低電 圧において大きな電流密度が複合構造２５内を流れることを可能にする。この伝 導性材料２４は、電気的に連続した伝導経路が、一方の素子端子（電極２６）か ら他方の素子端子（オーム接続２８）へと、伝導性材料２４と量子ワイヤ１８と バルクシリコン１４とを通って形成されることを確実なものにする。 伝導性材料２４は、酸化された水素化ケイ素の表面層２２との安定した界面を形 成しなければならず、且つ、その層によって与えられる表面の不動態化を大きく 劣化させることがあってはならない。即ち、多孔質層１６は、伝導性材料が細孔 ２０の中に入り込まされ終わった後も、依然としてホトルミネセンスを生じさせ ることか可能でなければならない。このことは、伝導性材料の受入れ可能性に関 する好適な品質管理試験をもたらす。 この伝導性材料は、素子１ｏが低バイアス電圧にある時に、シリコン量子ワイヤ １８内の少数担体の密度の増大をもたらすことが可能でなければならない。この 伝導性材料は、量子ワイヤ１８の中に適切な効率で少数担体を注入することによ って、このことを実現することが可能である。注入効率は、Ｓ　Ｍ　Ｓｘｅによ って＋Ｐｈｙ＋ｉｃ＋　ｏｒ　Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅ＋” 　、　Ｗｉｌｅ２　暑ｎｄ　５ＯＴＩＩ。 Ｎｓｗ　Ｙｏｌｋ　（１９８１）　ｐ２６８　において説明されているように、 「少数担体電流」対「適切な接合部を通過する総電流」の比率として定義される 少数担体注入率ｇを使用して定量化されることが多い。 量子ワイヤ１８内の少数担体の密度は、高温担体誘導衝撃イオン化（ｈｏｔ　ｃ ｓ＋＋ｉｅ＋−１ｎｄｕｃｅｄ　ｉｍｐＩｃｌ　ｉｏｎ口鳳１ｉｏｎｌ　によっ て増大させられることも可能である。高電界によって加速された高温多数担体（ ｈｏｔ　ｍｔｉｏ＋ｉ１７　＋＊＋＋ｉｃ＋ｌが、アクロスザバンドギ＋　−／ プ［相］イオン化（＊ｃ＋ｏｉ＋ｌｈ＋−ｂｔｎｄ　Ｈｐ　１ｏｎｉ＋＊ｆｉｏ ｎｌによって正孔対を生じさせる。 本明細書で使用される術語「少数担体」は、次の原則に基づいて使用される。多 数担体のタイプである特定の担体タイプが、印加バイアス下でシリコン量子ワイ ヤ１８中を流れる電流の大部分の原因である。少数担体は、多数担体とは反対の 符号を有する。本発明の実施例においてエレクトロルミネセンスが量子ワイヤ１ ８中に観察されるが故に、少数担体と多数担体の再結合が量子ワイヤ１８中で起 こると考えられる。量子ワイヤ１８が上記のように高い抵抗率を有するが故に、 量子ワイヤ１８は、量子ワイヤがそれから形成された原型シリコンウェーハの電 気的特性を維持していないように見える。従って、バルクシリコン１４の多数担 体のタイプ（ｎ型又はｐ型）は、量子ワイヤ１８内に多数担体電流の流れを生じ させる電荷担体のタイプと同一であっても反対であってもよい。 通常の「金属／半導体」接合（シタットキー接合）は、一般的に、非常に低い少 数担体注入率を示し、即ち、ＩＱ’＜　１　＜１０３である。例えば、Ａ　ＣＹ 　ＹａとＥ　ＨＳｎｏｗによって測定されたように（［金ＩＩＩ／シリコン接点 の少数担体注入（“Ｍｉｎｏ＋１１７Ｃ＋＋＋ｉｅ＋　Ｉｎｉ＋ｅｌｉｏｎ　ｏ ｆ　Ｍ＋ｌ＋ｌ−５ｉｌｉｃｏｎ　Ｃｏｎｌｇｅ口　＋　）」。 ５ｏｌｉｄ　５ｌｓｌｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、　Ｖｏｌ　１２．　ｐ１５ ５（＋９６９１１、「金／バルクｎ型シリコン」接合の場合には、Ｎ　＝　１０ ”ｃｍ−３のドーピングレベルにおいて、低バイアス電圧下でｇ＝　５Ｘ　１０ ’である。 ［金属／絶縁体／半導体（Ｍｉｓ）　Ｊ接合を形成するために金属層と半導体層 との開に薄い絶縁層を組み込むことが、低バイアス下における少数担体注入率を 増大させることが可能である。 ２ボルトのバイアスにおける１０−１程度のにの値が、最適の厚さの界面酸化物 層を含むバルクＭＩＳシリコン構造物に関して報告されている（ｔｌ　ＣＣｔ＋ ｄとＥ　Ｈ１ｌｂｏｄｓ＋ｉｃｋ　、５ｏｌｉｄ　Ｓｌ＊１ｅＥｌ＋ｃｌ＋ｏｎ ｉｃ＋、　Ｖｏｌ　１６．　ｐ３６５　（１９７３１）　ｏ更に高いτ値が、ｐ −ｎ同種接合（ｈｏｍｏｉｗｎｃｌｉｏｎｌとｐ−ｎ異種接合（ｈｅｌｅ＋ｏｉ ｗｎｃｌｉｏｍｌとを用いて得られることが可能である。Ｓ　Ｒ１１ｏ＋＋１ｓ ｏａは、　１．　Ａ９１１１Ｐｈｙ＋、、　Ｖｏｌ　５３．　ｐ１２３　（１９ ８２１において、溶液中の特定のイオンからのバルクｎ型シリコンの中への正孔 注入を定量化した。 ペルオキソ硫酸イオンのような強力な酸化剤が、シリコンの価電子帯端の下方の 正孔状態に関連付けられ、　Ｉｌｌ　ＮＨ４Ｆ中のＨＦ改変０．１Ｍ溶液からシ リコンの中に正孔を比較的効率良く注入する（ｇ　＝ｌ（１’）。これとは対照 的に、プロトンのような弱い酸化剤は非効率的な正孔注入剤であり、僅かな少数 担体電流しか生しさせない（π〈１θ−５）。 本発明の素子では、少数担体は伝導性材料２４からシリコン量子ワイヤＩ８の中 に注入されなければならない。」二記の公表データは、様々な状況下のバルクシ リコンに関するものであって、シリコン量子ワイヤの中への少数担体の注入に関 するデータは公表されていない。しかし、材料２４は、１０ボルト以下のバイア ス電圧において１０−４以上の、ワイヤ１８の中への注入率ｇを生じさせること が可能でなければならない。ＩＯボルト以下のバイアス電圧において注入率ｇが １０−４以上である材料は、本明細書の目的に適った少数担体の効率的な注入を 可能にする。 本発明の素子は、ＩＸ　ＩＱ”ｃｍ’より大きく且ツＬＸ　Ｉ（１”ｃ＠’より 大きくはないドープ剤不純物濃度を有する、多量のドーピングが行われた　ｎ型 又は　ｐ型のシリコン材料から作られることが可能である。或いは、この代わり に、本発明の素子は、　１×ｌ　Ｇ　”　ｃ　ｆｆｉ’−３〜１×１０１８イ３ の範囲内のドープ剤不純物濃度を有する、少量のドーピングが行われた　ｎ型又 は　ｐ型のシリコン材料から作られることも可能である。 図３を参照すると、この図には、金属被覆の形で伝導性材料を含む、参照符号４ ０によって全体的に示された本発明の素子が、概略的に示されている。素子４０ の横方向の外側領域は、参照符号４０＾で示される波形の縁で示されるように省 略されている。素子１０は、図１と同様の理想化された形状で示される。 素子４０は、バルクシリコンウェーハ４４と多孔質シリコン層４６とを有するシ リコン構造物４２を含む。ウェーハ４４は、点線４４＾によって示されるように 縮小された中央領域を有する。多孔質層４６は、金属４８によって電気めっきさ れ、この金属４８は上記の諸実施例の電解質２４に取って代わる。多孔質層４６ は、参照符号５２て示されるような界面酸化物層をその各々が有する、参照符号 ５０で示されるような量子ワイヤを含む。金属４８は酸化物５２上に眉を形成し 、穴５４のような不連続部分をその層上に存する。多孔質層４６の上には、半透 明な伝導性電極層５６が載り、ウェーハ４４がオーム接点（Ｏｈ１＋　ｅｏｎｌ ｘｃｌ）５ｇを有する。 素子４０の第１の実施例が、４×１Ｏ１８ｃ１１−３のボロンアクセプター濃度 を有するｐ＋ンノリンウエーハから、次のように作られた。ウェーハを、同体積 割合のエタノールとｒ　ＨＦ／水」溶液＜ｈａ重量％のｌ（Ｆを含む）とを含む 電解質（以下では電解質Ｉと呼ばれる）の中で陽極酸化した。この陽極酸化は、 暗闇の中で１５秒間に亙って　１００ａ＋Ａｅｉ−２の電流密度で行われた。こ れは、厚さ　１μｍの多孔質層４６を生じさせ、この後で、この多孔質層＋６ヲ ２１０℃で２０分間に亙って空気中でアニーリングした。この多孔質層４６は、 ＵＶ照射を受けて可視ホトルミネセンスを示した。この後で、多孔質層４６の上 部表面を、９■２の区域だけを露出させるようにマスキングした。１０π■／リ ツトルのＡυＣ１３と２９π■／リツトルのＮＩｃｔとを含む水溶液から多孔質 層４６の上記区域の中へ金を電気めっきした。白金陽穫が使用された。 １０ｍＡｃｍ’の電流密度を、４５秒間に亙って加えた。これにより、約０２μ ｍの厚さの金薄膜が、その上部に金めつき多孔質シリコンの複合体を生じさせた 。 素子４Ｇのこの第１の実施例のエレクトロルミネセンス特性と電気特性とが、図 ４と図５とに別々に示されており、これらの図では、これらの特性が、電気めっ き金が存在しない場合の多孔質層４６とノリコーンウェーハ４４の特性と比較さ れている。いずれの場合も、透明電極が各々の多孔質層の上部表面上に付着させ られ、一方の場合には、金めつき領域の上に付着させられている。両方の場合と も、透明電極とウェーハ上のオーム接点との間にバイアス電圧が加えられ、この 透明電極はプラスであり、オーム接点はマイナスであった。電流が流れる間、多 孔質層４６からのエレクトロルミネセンス放出が、光電子倍増管を使用して監視 された。 図４では、光電子倍増管電流によってナノアンペア単位で表示すれたエレクトロ ルミネセンスが、バイアス電圧に対比してプロットされている。グラフ６０は本 発明の金めっきされた実施例に係わり、グラフ６２は比較用の非めっき多孔質層 に係わる。 グラフＨは、この金めっきされた実施例が３ボルトを越えるバイアス電圧でエレ クトロルミネセンスを示し、このエレクトロルミネセンスはバイアス電圧の増大 に応じて急速に増大するということを示している。グラフ６２は、上記非めっき 多孔質層が、ｌＯボルトを下回るバイアス電圧では僅かなエレクトロルミネセン スしか示さず、そのエレクトロルミネセンスは、バイアス電圧が１０ボルトを越 えて増大していくに応じて緩慢に増大するだけであるということを示している。 この非めっき多孔質層は、−に記の金めっきされた実施例によって僅か約８ボル トのバイアスで示されるエレクトロルミネセンスを放出するために、６０ボルト のバイアスを必要とする。 図５では、グラフ６４が、本発明の金めっきされた実施例の場合の、バイアス電 圧に対比した電流（ナノアンペア単位）を示し、グラフ６６が、比較用の非めっ き多孔質層の場合の、バイアス電圧に対比した電流（ナノアンペア単位）を示し ている。これらのグラフは、金めっきされた実施例が、比較用の非めっき多孔質 層よりもはるかに高い伝導率を有するということを示している。 図６を参照すると、この図には、上記の本発明の金めっきされた実施例の場合の 、波長（ｌＴＩｌｌ）に応じてプロットされたエレクトロルミネセンス放出（任 意の単位）のグラフ７０が示されている。グラフ７０は、エレクトロルミネセン ス放出の大部分が、７６０ｎｍを中心とする　５５０〜８５０Ｉｍの範囲内であ ることを示している。Ｈ！　−Ｃｄ　レーザからの青色光が、上記の比較用の非 めっき多孔質層からホトルミネセンスを得るために使用され、これによって、図 ６の第２のグラフ７２が与えられた。グラフ７２は、めっき金属が存在しない時 のエレクトロルミネセンス放出の大部分が、６６［１＋＋１ｍを中心とする　５ ５０〜７９０Ｉの範囲内であるということを示している。従って、比較用の非め っき多孔質層のホトルミネセンスに比較して、エレクトロルミネセンス放出のス ペクトルの範囲が、より一層広く、そのエレクトロルミネセンス放出が、より長 い波長にシフトされている。グラフ７０とグラフ７２の両方は、強度値全体のピ ーク強度で実際強度を割り算することによって計算された、正規化された強度値 を有する。 既に言及したように、素子４Ｇの第１の実施例は、多孔質層の上に載る厚さ０２ μｍの金薄膜を有するものであるが、この金薄膜は、可視光に対する透明性を得 るという観点からは不必要に厚いものである。上に載る金薄膜を取り除くために 、この複合体に、低エネルギーのアルゴンイオンによりエツチングを行った。こ れは、青色レーザ照射によって多孔質層４６から得ることが可能な可視ホトルミ ネセンスを著しく増大させた。 素子４０の第２の実施例が、８Ｘ　ＩＱ１８ｅｓ−３のヒ素ドナー濃度を有する 　ｎ＋シリコンウェーハから、次のように行なわれた。このウェーハを、暗室の 中で１０分間に亙って電流密度７５１１ＡＣ１−２において電解１ｉ■の中で陽 極酸化した。この後で、ウェーハを、同体積割合のエタノールとｒ　ＩＩＦ／水 」溶液（２０重量％の）ＩＦを含む）とを含む第２の電解質の中で、６時間に亙 って２７℃において化学溶解させた。この後で、このウェーハを空気中で２時間 に亙って２００℃でアニーリングした。フーリエ変換赤外性光分ＦｆｒｆＦＴＩ Ｒ＋は、このアニーリング段階が露出シリコン表面上にケイ素酸化物層を生しさ せることを示している。この一連の段階は、ＵＶ照射を受けて可視ホトルミネセ ンスを示す多孔質層４６を生しさせた。その後で、この多孔質層の上部表面を、 ９ｎｉ２の区域だけを露出させるようにマスキングした。ｌＯｇ■／リットルの ＡｌＩＣｌ３と２．９！ＩＩ／リツトルのＮＩＣ１とを含む水溶液から多孔質層 ４６の−Ｌ紀区域の中へ金を電気めっきした。１■＾Ｃ園−２の電流密度を、１ ０分間に亙って加えた。これにより、幾分か変色した金薄膜が、その上部に金め つき多孔質シリコンの複合体を生じさせた。上記の実施例に関して説明したよう に電極付与後にバイアスを印加することによって、この実施例からもエレクトロ ルミネセンスが得られた。 本発明の更に別の実施例は、酸化物層５２を生じさせるためのアニーリングが行 われなかった点を除いて、素子４０と同等である。この実施例は、８Ｘ　１０１ ８ｃｍ’のヒ素ドナー濃度を有する１１＋　シリコンウェーハから次のように行 われた。このウェーッ・を、暗室の中で１０分間に亙って電流密度７．５ｍＡｃ ｍ−２において電解質Ｉの中で陽極酸化した。この後で、ウェーッ１を、電解質 Ｉの中で、５時間に亙って２７℃において化学溶解させた。この一連の段階は、 Ｕｖ照射を受けて可視ホトルミネセンスを示す多孔質層を生しさせた。その後で 、この多孔質層の上部表面を、９ｍｍ２の区域だけを露出させるようにマスキン グした。１３ｇ１１／リツトルのＳｎＳＯ４と　０．４ｇｍ／リットルのゼラチ ンと　ｔｌ、　２１ｍ／リットルのβナフテンと５０体積％のエタノールとを含 む酸性ＴＦＩ２Ｓｏ４）水溶液から、多孔質層６６の上記区域の中にスズを電気 めっきした。純粋スズ陽極が使用された。　１ｓＡｅ■−２の電流密度を、３０ 分間に亙って加えた。これにより、灰色のスズ薄膜が、その上部にスズめっき多 孔質シリコンの複合体を生じさせた。 この複合体を　１１０℃において１０分間に亙って乾燥した。上記の諸実施例に 関して説明されたように電極付与後にバイアスを印加することによって、この実 施例からもエレクトロルミネセンスが得られた。 厚さ約５１の多量にドーピングされたｎ型シリコンの多孔質層の中へのスズ電気 めっきが、深さに応じたスズの分布の均一性を調べるために行われた。 容認可能な深さ均一性を得るように多孔質シリコンの中に金属を電気メッキする ことは、困難であることが知られている。 このことは、ＲＨｅ＋ｉｎｏとＰ　ＩｓｎとＧ　Ｂｏｍｅｈｉｌによって、論文 ［多孔質シリコン上のニッケルめっき（“Ｎ１ｃｋｅｌ　Ｐｌｓ目ｎ（ｏｎＰｏ ＋ｏｏ＋　５ｉｌｉｃｏｎ”　）　Ｊ　（＋、　Ｅｌｅｅｌ＋ｏｅｈｅｓ、Ｓｏ ｃ、　：　５ｏｌｉｄ−ＳｔａｌｅＳｃｉｓｌｌｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｅｈｎｏｌ ｏＢ、　Ｖｏｌ　１３２．　ｐ２５１３　（１９８５１）において論述されてい る。彼らの結果は、約１μ−を越える厚さの多孔質層全体に亙ってニッケルのニ ッケルの均一な深さ分布を得る上で、彼らが困難に直面したということを示して いる。 深さに応した金属析出物の均一性を調べるために、エージングされた多孔質シリ コン試験層（多孔度６４％）と純粋スズ陽極とを、ＨＣＩ／５ｎＣ１２電気めっ き液の中に浸した。そのシリコンに陰極を形成するのに適した極性のバイアス電 圧を印加した。 約８時間をかけて電流密度を数μ八〇ｍ−２から数−へｃ霞−２へと漸進的に増 加した。 図７を参照すると、この図には、比較的厚い多孔質シリコン試験層の全体に亙っ てのスズ分布を示す二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ＋の結果が、グラフの形で示 されている。曲線８０は、厚さに応じた３°Ｓ１の分布を示し、曲線８２は　１ １６Ｓｎのそれを示し、曲＄１！［１（は　１１８Ｓｎのそれを示し、曲線８６ は　１２０Ｓｎのそれを示す。曲線８０は、上記多孔質試験層の厚さに対応する 点に凹み８０１を有する。曲線８２．８４．８６は、上記多孔質試験層の厚さの より大きな部分に、スズが非常に均一に析出したということを示している。ＳＩ ＭＳは干渉の影響を受けやすい。この使用におけるＳＩＭＳの信頼性を検査する ために、多孔質シリコン試験層の厚さの内部における［測定された　１２０Ｓｎ 」対［測定された　１１８Ｓｎ、の比率を計算した。この比率が、自然発生した スズに関して適正である１４であることが発見された。 電気めっきを行う前に、この多孔質シリコン試験層は、紫外光を受けて可視ホト ルミネセンスを示した。スズで電気めっきされた後でも、その多孔質シリコン試 験層は依然としてこのホトルミネセンスを生しさせたが、このことは、その多孔 質シリコン試験層の表面不動態化が上記処理によって、さほど大きく劣化させら れていないということを示している。 この多孔質シリコン試験層の電気的特性も調べられた。各々の場合にその試験層 を介した電気接続を形成することが可能となるように、アルミニウム小片を、そ の試験層の非めっき済試料とめっき済試料の両方に対して２５０℃で焼結した。 図８を参照すると、この図には、試験層の（１）非めっき済区域と（ｂｌ　めっ き済区域とに関する「電流ｊ対「電圧」のグラフが示されている。非めっき済区 域とめっき済区域とに関する比較結果は、その試験層の伝導率が、めっき済区域 の方が著しく大きいということを示している。例えば、＋８Ｖバイアスにおいて 試験層の非めっき済区域を通って流れる電流は、図８（Ｉ）に線９０によって示 されるように、０１μ人台である。これとは対照的に、試験層のめっき済区域に 関する同等の電流は、図８（ｂ）に線９２によって示されるように、１０１八台 である。従って、めっき済区域を通る電流は、非めっき済区域を通る電流の１０ ５倍の大きさである。 このことは、多孔質シリコン層の中に電気めっきされたスズが前述のように電気 的に連続した層を形成するということを明白に示している。しかし、そのスズが シリコン量子ワイヤの間の細孔を満たす度合い、又は、そのスズが表面不動態化 層を覆う変合いは、分かっていない。 量子ワイヤを含む多孔質シリコン層の中に金属を電気めっきするための方法は、 金とスズの含浸に限定されるものではない。 しかし、金属の電気的に連続した層が形成されるためには、使用される電気めっ き液が、電気毛管現象が生じる時に少なくともバイアスを受けて、細孔を十分に 湿らせる必要がある。 場合によっては、電気めっきを、多孔質シリコン層のエツチングによる量子ワイ ヤアレイの形成に使用される溶液と同じ溶液の中で行うことも可能である。これ は、デリケートなシリコン構造物をがエツチング液から取り出し、更に別の処理 が行われる前に乾燥させることを必要としないという利点を与える。 更に、電気めっき金を含む実施例に関して上記で示されたように、表面不動態化 は、部分的な電気化学的処理と、これに続く、空気中か又は別の種類の気体媒質 もしくは蒸気媒質の中でのエイジング又はアニーリングとによって行われる代わ りに、そうした電気化学的処理だけによって全て行われることが可能である。 （）本５　Ｌ４　Ｊ・１ネ与・）手１こＶ）奢りＹ′１★ン１ｔｏ４乙１丁（■ 明　１（喜 国際調査報告 １ｍ１１１１＾″′Ｓ″Ｈ″″　ＰＣＴ／６Ｆ１　０２１０ＯＳ４７−−＾、Ｍ ｍ−Ｎ−ＰＣＴ／ＧＢ　９２１００５４７＋−＋　−…−−＋　＾５ｓｉ−１− −ｓ−ＰＣＴ／ＧＢ　９２１０い５４７＾Ｎ）−４＾ＮＧ　＾ＮＮＥＸ　＾ＮＮ Ｅ：ＸＥ：フロントページの続き （７２）発明者　レオン、ウエン・イーイギリス国、ウスターシャー・ダブリュ ・アール・１４・３・ピー・ニス、マルバーン、セント・アントリユース・ロー ド（番地なし）、ディー・アール・エイ・エレクトロニクス・ディビジョン・ア ール・ニス・アール・イー気付 （７２）発明者　コックス、ティモジ−・イングラムイギリス国、ウスターシャ ー・ダブリュ・アール・１４・３・ピー・ニス、マルバーン、セント・アントリ ユース・ロード（番地なし）、ディー・アール・エイ・エレクトロニクス・ディ ビジョン・アール・ニス・アール・イー気付

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．表面不動態化された量子ワイヤ（１８）を包含する多孔質領域（１６）を含 むシリコン材料（１２）と、前記多孔質領域（１６）内の伝導性材料（２４）と の複合構造（２５）を含み、前記伝導性材料（２４）が、（ａ）前記量子ワイヤ （１８）を通しての電気伝導を増大させるように形成され、 （ｂ）前記量子ワイヤ（１８）を非発光性にする程には、前記量子ワイヤの表面 不動態化（２２）を大きく劣化させることがなく、（ｃ）前記量子ワイヤ（１８ ）内の少数担体密度を増大させるように形成される ことを特徴とする前記エレクトロルミネセンスシリコン素子。 ２．表面不動態化された量子ワイヤ（１８）を包含する多孔質領域（１６）を含 むシリコン材料（１２）と、前記多孔質領域（１６）内の伝導性材料１２４）と の複合構造（２５）を含み、前記伝導性材料（２４）が、（ａ）電気的に連続し た電流経路が前記多孔質領域（１６）を通って延在することを確保するように形 成され、（ｂ）前記量子ワイヤ（１８）を非発光性にする程には、前記量子ワイ ヤの表面不動態化（２２）を大きく劣化させることがなく、（ｃ）前記量子ワイ ヤ（１８）の中に少数担体を注入するように形成される ことを特徴とする前記エレクトロルミネセンスシリコン素子。 ３．表面不動態化（２２）を伴う量子ワイヤ（１８）を有する多孔質シリコン層 （１６）と、伝導性材料（２４）との複合構造（２５）を含み、前記伝導性材料 （２４）が、 （ａ）前記多孔質シリコン層（１６）の内側表面の全体に亙って、電気的に連続 した層（２４）を形成し、 （ｂ）前記多孔質シリコン層（１６）の表面不動態化（２２）を大きく劣化させ ることがなく、 （ｃ）前記量子ワイヤ（１８）の中に少数担体を効率的に注入することが可能で ある ことを特徴とする前記エレクトロルミネセンスシリコン素子。 ４．前記複合構造（２５）が、１０ボルト以下のバイアス電圧を受けて、少なく とも１ｍＡｃｍ−２の電流密度を維持することが可能であることを特徴とする請 求項１、２又は３に記載のエレクトロルミネセンスシリコン素子。 ５．前記複合構造（２５）が、５ボルト以下のバイアス電圧を受けて、少なくと も１ｍＡｃ−２の電流密度を維持することが可能であることを特徴とする請求項 ４に記載のエレクトロルミネセンスシリコン素子。 ６．前記伝導性材料が電解質（２４）であることを特徴とする請求項１から５の いずれか一項に記載のエレクトロルミネセンスシリコン素子。 ７．前記伝導性材料が金属（４８）又は半金属であることを特徴とする請求項１ から５のいずれか一項に記載のエレクトロルミネセンスシリコン素子。 ８．前記多孔質シリコン（１６、４６）が、１×１０１８ｃｍ−３より大きく且 つ１×１０２１ｃｍ−３より大きくはないドナー濃度を有する、多量のドーピン グが行われたｎ型バルクシリコン材料から延びることを特徴とする請求項１から ７のいずれか一項に記載のエレクトロルミネセンスシリコン素子。 ９．前記多孔質シリコン（１６、４６）が、１×１０１１ｃｍ−３〜１×１０１ ８ｃｍ３の範囲内のドナー濃度を有する、少量のドーピングが行われたｎ型バル クシリコン材料から延びることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記 載のエレク３口ルミネセンスシリコン素子。 １０．前記多孔質シリコン（１６、４６）が、１×１０１８ｃｍ−３より大きく 且つ１×１０２１ｃｍ−３より大きくはないアクセプター濃度を有する、多量の ドーピングが行われたｐ型バルクシリコン材料から延びることを特徴とする請求 項１から７のいずれか一項に記載のエレクトロルミネセンスシリコン素子。 １１．前記多孔質シリコン（１６、４６）が、１×１０１１ｃｍ−３〜１×１０ １８ｃｍ−３の範囲内のアクセプター濃度を有する、少量のドーピングが行われ たｐ型バルクシリコン材料から延びることを特徴とする請求項１から７のいずれ か一項に記載のエレクトロルミネセンスシリコン素子。 １２．表面不動態化（２２）を伴う量子ワイヤ（１８）を有する多孔質シリコン 層（１６）と、伝導性材料（２４）との複合構造（２５）を形成することを含む ことを特徴とするエレクトロルミネセンスシリコン素子の製造方法。 １３．前記複合構造の形成が前記多孔質シリコン層（４６）の中への金属（４８ ）の電気めっきを含むことを特徴とする請求項１２に記載のエレクトロルミネセ ンスシリコン素子の製造方法。 １４．前記複合構造の形成が前記多孔質シリコン層（１６）の中への電解質（２ ４）の導入を含むことを特徴とする請求項１２に記載のエレクトロルミネセンス シリコン素子の製造方法。 １５．エレクトロルミネセンスシリコン素子の製造方法であって、（ａ）表面不 動態化（２２）を伴う量子ワイヤ（１８）を含む多孔質シリコン（１６）を形成 することと、 （ｂ）上記量子ワイヤ（１８）を非発光性にすることなしにその伝導性材料（２ ４）を通しての電気伝導を増大させるように形成された伝導性材料（２４）を、 上記多孔質シリコン（１６）に入り込ませること を含むことを特徴とするエレクトロルミネセンスシリコン素子の製造方法 １６．伝導性材料（４８）を前記多孔質シリコンに入り込ませる前記段階が、前 記多孔質シリコン（４６）の中に前記伝導性材料（４８）を導入するための電気 化学的手順を含むことを特徴とする請求項１５に記載のエレクトロルミネセンス シリコン素子の製造方法。 １７．前記電気化学的手順が、前記多孔質シリコン（４６）の中に金属を電気め っきすることを含むことを特徴とする請求項１６に記載のエレクトロルミネセン スシリコン素子の製造方法。 １８．前記多孔質シリコン（１６）を形成する前記段階が、１×１０１８ｃｍ− ３より大きく且つ１×１０２１ｃｍ−３より大きくはないドナー濃度を有する、 多量のドーピングが行われたｎ型シリコン材料の中に細孔を形成することを含む ことを特徴とする請求項１２から１７のいずれか一項に記載のエレクトロルミネ センスシリコン素子の製造方法。 １９．前記多孔質シリコンを形成する前記段階が、１×１０１１ｃｍ−３〜１× １０１８ｃｍ−３の範囲内のドナー濃度を有する、少量のドーピングが行われた ｎ型シリコン材料の中に細孔を形成することを含むことを特徴とする請求項１２ から１７のいずれか一項に記載のエレクトロルミネセンスシリコン素子の製造方 法。 ２０．前記多孔質シリコンを形成する前記段階が、１×１０１８ｃｍ−３より大 きく且つ１×１０２１ｃｍ−３より大きくはないアクセプター濃度を有する、多 量のドーピングが行われたｐ型シリコン材料の中に細孔を形成することを含むこ とを特徴とする請求項１２から１７のいずれか一項に記載のエレクトロルミネセ ンスシリコン素子の製造方法。 ２１．前記多孔質シリコンを形成する前記段階が、１×１０１１ｃｍ−３〜１× １０１８ｃｍ−３の範囲内のアクセプター濃度を有する、少量のドーピングが行 われたｐ型のシリコン材料の中に細孔を形成することを含むことを特徴とする請 求項１２から１７のいずれか一項に記載のエレクトロルミネセンスシリコン素子 の製造方法。 ２２．請求項１２から２１のいずれか一項に記載の方法によって製造されること を特徴とするエレクトロルミネセンスシリコン素子。