JPH07247199A - Method of manufacturing visible light-emitting silicon and method of manufacturing element using the same - Google Patents
Method of manufacturing visible light-emitting silicon and method of manufacturing element using the sameInfo
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Abstract
(57)【要約】
【目的】ポーラス・シリコンと同等な可視発光が可能で
あるとともに、素子の機能に応じた膜厚や形状などのサ
イズの制御を容易に行うことができるようにした可視発
光するシリコンの製造方法およびそれを用いた素子の製
造方法を提供することを目的とする。
【構成】水素原子を含有しないアモルファス・シリコン
を作製し、このアモルファス・シリコンを結晶化して超
微結晶シリコンを作製し、さらに上記のようにして作製
された超微結晶シリコンを光照射の下にフッ酸を含有す
る混合液中に浸漬してエッチングすることによって、可
視発光するシリコン(可視発光微結晶シリコン)を製造
する。
(57) [Summary] [Purpose] Visible light emission equivalent to that of porous silicon is possible, and it is also possible to easily control the size such as film thickness and shape according to the function of the device. It is an object of the present invention to provide a method for producing silicon and a method for producing an element using the same. [Structure] Amorphous silicon containing no hydrogen atoms is produced, and this amorphous silicon is crystallized to produce ultrafine crystalline silicon. Further, the ultrafine crystalline silicon produced as described above is irradiated with light. By immersing in a mixed solution containing hydrofluoric acid and performing etching, visible light emitting silicon (visible light emitting microcrystalline silicon) is manufactured.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、可視発光するシリコン
の製造方法およびそれを用いた素子の製造方法に関し、
さらに詳細には、多孔質シリコン(ポーラス・シリコ
ン:porous silicon)と同等な可視領域
におけるルミネセンス発光を示す可視発光するシリコン
の製造方法およびそれを用いた素子の製造方法に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing visible light-emitting silicon and a method for producing an element using the same.
More specifically, the present invention relates to a method for producing visible light-emitting silicon that exhibits luminescence emission in the visible region equivalent to that of porous silicon (porous silicon), and a method for producing an element using the same.
【0002】[0002]
【発明の背景】従来、シリコン(Si)は間接遷移型の
半導体であり、しかもバンド・ギャップが「1.1e
V」と近赤外領域にあるため、可視光領域の発光素子と
しての応用は困難であると考えられてきた。BACKGROUND OF THE INVENTION Conventionally, silicon (Si) has been an indirect transition type semiconductor and has a band gap of "1.1e".
Since it is in the near-infrared region as V, it has been considered difficult to apply it as a light emitting device in the visible light region.
【0003】ところが、近年において、フッ酸(HF)
の化成液中でシリコンを陽極化成して製造されるポーラ
ス・シリコンが、室温において強い可視光のフォトルミ
ネセンス発光を示すことが示され、シリコンを使用した
発光素子や、同一のシリコンの基板上に発光素子と電子
素子とを形成した光電子素子の開発の途を開くものとし
て期待された。However, in recent years, hydrofluoric acid (HF)
It is shown that porous silicon produced by anodizing silicon in the chemical conversion liquid shows strong photoluminescence emission of visible light at room temperature, and it can be used as a light emitting device using silicon or on the same silicon substrate. It was expected to open the way for the development of optoelectronic devices in which light emitting devices and electronic devices were formed.
【0004】しかしながら、ポーラス・シリコンは陽極
化成により製造されるものであるため、素子として応用
する際に要求される膜厚や形状などのサイズの制御が不
可能であるので、現実には素子として応用することが極
めて困難であることが指摘されており、ポーラス・シリ
コンと同等に可視発光可能であるとともに、しかも膜厚
や形状などのサイズの制御を容易に行うことができ、発
光素子や光電子素子として応用可能なシリコンの製造が
強く要望されてきた。However, since porous silicon is manufactured by anodization, it is impossible to control the size such as film thickness and shape required when it is applied as an element. It has been pointed out that it is extremely difficult to apply, it can emit visible light as well as porous silicon, and can easily control the size such as film thickness and shape. There has been a strong demand for the production of silicon applicable as a device.
【0005】本発明は、上記した要望に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、ポーラス・シリ
コンと同等な可視発光が可能であるとともに、素子の機
能に応じた膜厚や形状などのサイズの制御を容易に行う
ことができるようにした可視発光するシリコンの製造方
法およびそれを用いた素子の製造方法を提供しようとす
るものである。The present invention has been made in view of the above-mentioned demands, and an object thereof is to enable visible light emission equivalent to that of porous silicon and to provide a film thickness and a shape corresponding to the function of the element. It is intended to provide a method of manufacturing visible light-emitting silicon and a method of manufacturing an element using the same, in which the sizes of the above can be easily controlled.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による可視発光するシリコンの製造方法およ
びそれを用いた素子の製造方法においては、水素原子を
含有しないアモルファス・シリコンを作製し、このアモ
ルファス・シリコンを結晶化して超微結晶シリコンを作
製し、さらに上記のようにして作製された超微結晶シリ
コンを光照射の下にフッ酸を含有する混合液中に浸漬し
てエッチングすることによって、可視発光するシリコン
(可視発光微結晶シリコン)を製造するようにしたもの
である。In order to achieve the above object, in the method for producing visible light-emitting silicon according to the present invention and the method for producing an element using the same, amorphous silicon containing no hydrogen atom is produced. , This amorphous silicon is crystallized to produce ultra-fine crystalline silicon, and the ultra-fine crystalline silicon produced as described above is dipped in a mixed solution containing hydrofluoric acid under light irradiation and etched. By doing so, visible light emitting silicon (visible light emitting microcrystalline silicon) is manufactured.
【0007】[0007]
【作用】上記のようにして製造された可視発光微結晶シ
リコンは、その表面のダングリング・ボンドが、少なく
とも水素原子あるいは酸素原子で終端化されることにな
って、ポーラス・シリコンと同等の可視発光を示すこと
になる。The visible light emitting microcrystalline silicon produced as described above has dangling bonds on its surface terminated with at least hydrogen atoms or oxygen atoms, and thus has a visible light equivalent to that of porous silicon. It will emit light.
【0008】また、本発明による可視発光するシリコン
の製造方法およびそれを用いた素子の製造方法において
は、陽極化成を行うことなく、薄膜作製技術や平面加工
技術を用いて可視発光微結晶シリコンやそれを用いた素
子を製造するものであるため、素子の機能に応じた膜厚
や形状などのサイズの制御を容易に行うことができるの
で、任意のサイズの発光素子を作製することが可能とな
り、また、同一のシリコン基板上に発光素子と電子素子
とを形成した光電子素子を作製することができるように
なる。Further, in the method for producing visible light emitting silicon and the method for producing an element using the same according to the present invention, visible light emitting microcrystalline silicon or a thin film of visible light emitting microcrystalline silicon is formed by using thin film forming technology or planar processing technology without performing anodization. Since the element is manufactured using it, it is possible to easily control the size such as the film thickness and the shape according to the function of the element, so that it is possible to manufacture a light emitting element of any size. Further, it becomes possible to manufacture an optoelectronic element in which a light emitting element and an electronic element are formed on the same silicon substrate.
【0009】[0009]
【実施例】以下、図面に基づいて、本発明による可視発
光するシリコンの製造方法およびそれを用いた素子の製
造方法の実施例を詳細に説明するものとする。Embodiments of the method for producing visible light-emitting silicon and the method for producing an element using the same according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【0010】まず、本発明による可視発光するシリコン
の製造方法の一実施例を説明することとする。First, an embodiment of the method for producing visible light emitting silicon according to the present invention will be described.
【0011】〔第1工程:アモルファス・シリコンの作
製〕高純度のシリコン単結晶から、電子ビーム加熱法あ
るいはスパッター法などの薄膜作製技術によって、シリ
コンの基板上に所望の厚さのアモルファス・シリコンの
薄膜を形成する。[First Step: Production of Amorphous Silicon] Amorphous silicon having a desired thickness is formed on a silicon substrate by a thin film production technique such as an electron beam heating method or a sputtering method from a high-purity silicon single crystal. Form a thin film.
【0012】即ち、高純度のシリコン単結晶をソース材
料として、超高真空中において電子ビーム加熱法によ
り、シリコンの基板上に所望の厚さのアモルファス・シ
リコンの薄膜を形成する。That is, using a high-purity silicon single crystal as a source material, an amorphous silicon thin film having a desired thickness is formed on a silicon substrate by an electron beam heating method in an ultrahigh vacuum.
【0013】また、高純度のシリコン単結晶をターゲッ
ト材料として、アルゴン(Ar)雰囲気中においてスパ
ッター法により、シリコンの基板上に所望の厚さのアモ
ルファス・シリコンの薄膜を形成する。Further, using a high-purity silicon single crystal as a target material, an amorphous silicon thin film having a desired thickness is formed on a silicon substrate by a sputtering method in an argon (Ar) atmosphere.
【0014】なお、上記におけるアモルファス・シリコ
ンの薄膜形成処理の際には、チタンのゲッター作用を用
いて水素ガスを抽出し、シリコン原子と水素原子との結
合を防ぐようにして、水素を完全に含有しないアモルフ
ァス・シリコンを形成するようにする。In the above-mentioned amorphous silicon thin film forming process, hydrogen is completely removed by extracting hydrogen gas by using the getter action of titanium to prevent the bonding between silicon atoms and hydrogen atoms. Amorphous silicon not containing is formed.
【0015】また、さらに、シリコンの基板温度を約2
50゜C以下に押さえるようにして、基板に形成される
アモルファス・シリコンの結晶化を確実に防止する。Further, the substrate temperature of silicon is set to about 2
By keeping the temperature below 50 ° C., the crystallization of the amorphous silicon formed on the substrate is surely prevented.
【0016】図1は、上記における電子ビーム加熱法を
実施するための電子ビーム蒸着装置であり、真空チャン
バー10と、真空チャンバー10内に配設された電子ビ
ーム発生源12と、真空チャンバー10内を超真空にす
るためのサブリメーション・ポンプ14、ディフュージ
ョン・ポンプ16およびロータリー・ポンプ18よりな
るポンプ群と、シリコン基板20の温度を約250゜C
以下に押さえるよう制御する基板温度コントローラー2
2とを備えている。FIG. 1 shows an electron beam vapor deposition apparatus for carrying out the electron beam heating method described above, which includes a vacuum chamber 10, an electron beam generation source 12 arranged in the vacuum chamber 10, and an inside of the vacuum chamber 10. And a silicon substrate 20 at a temperature of about 250 ° C. and a group of pumps including a sublimation pump 14, a diffusion pump 16 and a rotary pump 18 for making the chamber ultra-vacuum.
Substrate temperature controller 2 that controls to hold below
2 and.
【0017】上記のように構成された電子ビーム蒸着装
置において、ソース材料24として高純度シリコン単結
晶を配置する。そして、電子ビーム発生源12から放出
される電子ビームをソース材料24に衝突させて、ソー
ス材料24からシリコン原子を放出させる。こうしてソ
ース材料24から放出されたシリコン原子がシリコン基
板20に付着し、シリコン基板20上にアモルファス・
シリコンの薄膜を形成する。In the electron beam evaporation apparatus constructed as described above, a high-purity silicon single crystal is arranged as the source material 24. Then, the electron beam emitted from the electron beam generation source 12 collides with the source material 24 to emit silicon atoms from the source material 24. In this way, the silicon atoms released from the source material 24 adhere to the silicon substrate 20 and form an amorphous film on the silicon substrate 20.
Form a thin film of silicon.
【0018】また、図2は、上記におけるスパッター法
を実施するためのスパッター装置であり、図1の電子ビ
ーム蒸着装置と共通する構成部材には同一の符号を付し
て示すことにより、詳細な説明は省略する。FIG. 2 shows a sputtering apparatus for carrying out the above-mentioned sputtering method, and the components common to those of the electron beam evaporation apparatus of FIG. The description is omitted.
【0019】このスパッター装置においては、真空チャ
ンバー内にアルゴン・ガスを導入し、高周波コントロー
ラー21の制御によりイオン化されたAr+イオンをタ
ーゲット材料26へ衝突させ、ターゲット材料26から
放出されたシリコン原子がシリコン基板20に付着し、
シリコン基板20上にアモルファス・シリコンの薄膜を
形成する。In this sputtering apparatus, argon gas is introduced into the vacuum chamber, and the ionized Ar + ions are made to collide with the target material 26 under the control of the high-frequency controller 21, so that the silicon atoms released from the target material 26 are removed. Attached to the silicon substrate 20,
A thin film of amorphous silicon is formed on the silicon substrate 20.
【0020】〔第2工程:アモルファス・シリコンの結
晶化:超微結晶シリコンの作製〕上記第1工程で作成し
たアモルファス・シリコンを、アルゴン雰囲気中におい
て加熱処理する。この際に、加熱処理温度と加熱時間を
適宜制御して、結晶サイズが数nm〜数十nmのシリコ
ン微粒子の薄膜を作成する。なお、こうしてアモルファ
ス・シリコンを結晶化させて作成されたシリコン微粒子
の薄膜を、本明細書中においては「超微結晶シリコン」
と称している。[Second Step: Crystallization of Amorphous Silicon: Preparation of Ultrafine Crystalline Silicon] The amorphous silicon prepared in the first step is heat-treated in an argon atmosphere. At this time, the heat treatment temperature and the heating time are appropriately controlled to form a thin film of silicon fine particles having a crystal size of several nm to several tens of nm. In this specification, a thin film of fine silicon particles formed by crystallizing amorphous silicon is referred to as "ultrafine crystalline silicon" in the present specification.
Is called.
【0021】図3は、上記加熱処理を実施するための加
熱装置を示し、電気炉内にアモルファス・シリコンの薄
膜が形成されたシリコン基板20を配置した石英管30
を配設している。この石英管30内には、酸素(O2)
ガス、水素(H2)ガス、窒素(N2)ガスおよびアルゴ
ン・ガスを供給するためのガス供給システム32から、
用途に応じて上記各種ガスが導入されている。そして、
石英管30を囲むようにして、電気炉が配置されてい
る。FIG. 3 shows a heating device for carrying out the above heat treatment, and a quartz tube 30 in which a silicon substrate 20 on which a thin film of amorphous silicon is formed is placed in an electric furnace.
Are installed. In the quartz tube 30, oxygen (O 2 )
A gas supply system 32 for supplying gas, hydrogen (H 2 ) gas, nitrogen (N 2 ) gas and argon gas,
The above various gases are introduced according to the use. And
An electric furnace is arranged so as to surround the quartz tube 30.
【0022】さらに、石英管30内には熱電対34が配
置されていて、シリコン基板20の温度および加熱時間
は、温度コントローラー36により制御される。Further, a thermocouple 34 is arranged in the quartz tube 30, and the temperature and heating time of the silicon substrate 20 are controlled by the temperature controller 36.
【0023】従って、上記した加熱装置において、温度
コントローラー36により加熱処理温度と加熱時間を適
宜制御することにより、結晶サイズが数nm〜数十nm
のシリコン微粒子を備えた超微結晶シリコンを、アモル
ファス・シリコンから作製する。Therefore, in the above-mentioned heating device, the crystal size can be several nm to several tens nm by appropriately controlling the heat treatment temperature and the heating time by the temperature controller 36.
The ultra-fine crystalline silicon with the silicon fine particles is prepared from amorphous silicon.
【0024】〔第3工程:超微結晶シリコンの可視発光
化:可視発光微結晶シリコンの作製〕上記第2工程で作
成した超微結晶シリコンを、光照射の下にフッ酸(H
F)とエタノール(EtOH)の混合液に浸漬してエッ
チングし、超微結晶シリコンの表面のダングリング・ボ
ンドを水素原子、酸素原子で終端化する。[Third Step: Making Ultrafine Crystalline Silicon Visible Light Emitting: Preparation of Visible Light Emitting Microcrystalline Silicon] The ultrafine crystalline silicon produced in the second step was exposed to hydrofluoric acid (H
It is immersed in a mixed solution of F) and ethanol (EtOH) and etched to terminate dangling bonds on the surface of ultrafine crystalline silicon with hydrogen atoms and oxygen atoms.
【0025】図4は、水素原子、酸素原子による超微結
晶シリコンの表面の終端化処理を実施するための装置を
示し、超音波加熱台40上に載置されたテフロン・バー
ス42内には、フッ酸とエタノールの混合液が充填され
ており、その中に表面に超微結晶シリコンを作製したシ
リコン基板20が浸漬される。そして、超音波加熱台4
0によりフッ酸とエタノールの混合液の液温が制御され
るとともに、水銀ランプやタングステン・ランプなどよ
りなる光源44からの光照射の下に、エッチングが行わ
れて超微結晶シリコンの表面のダングリング・ボンドを
水素原子、酸素原子で終端化する。FIG. 4 shows an apparatus for terminating the surface of ultra-fine crystalline silicon with hydrogen atoms and oxygen atoms. In the Teflon berth 42 placed on the ultrasonic heating table 40, there is shown an apparatus. , A mixed solution of hydrofluoric acid and ethanol is filled, and the silicon substrate 20 having ultrafine crystalline silicon formed on the surface thereof is immersed therein. And the ultrasonic heating table 4
0 controls the temperature of the mixed solution of hydrofluoric acid and ethanol, and etching is performed under the irradiation of light from a light source 44 such as a mercury lamp or a tungsten lamp to dang the surface of the ultrafine crystalline silicon. The ring bond is terminated with hydrogen atoms and oxygen atoms.
【0026】なお、光源44から光照射を行う際に、所
定の波長のみ透過させるフィルター46を配設して、光
源44から光照射の波長制御を行ったり、シリコン基板
20へ効率よく光が照射されるように、集光レンズ48
により光束を集光するようにしてもよい。When the light source 44 irradiates the light, a filter 46 that transmits only a predetermined wavelength is provided to control the wavelength of the light irradiating from the light source 44 or to efficiently irradiate the silicon substrate 20 with the light. As shown in FIG.
The light flux may be condensed by means of.
【0027】こうして水素原子あるいは酸素原子で終端
化された超微結晶シリコンは、ポーラス・シリコンと同
等に、室温において図5に示すような発光スペクトルを
示す。即ち、超微結晶シリコンが室温においてフォトル
ミネセンス発光を示す発光部として機能することにな
り、可視発光するシリコン(可視発光微結晶シリコン)
が製造された。The ultrafine crystalline silicon thus terminated with hydrogen atoms or oxygen atoms exhibits an emission spectrum as shown in FIG. 5 at room temperature, similar to porous silicon. That is, the ultrafine crystalline silicon functions as a light emitting portion that emits photoluminescence at room temperature, and silicon that emits visible light (visible light emitting microcrystalline silicon)
Was manufactured.
【0028】なお、図5の発光スペクトルを得た際の実
験条件は、 (1)アモルファス・シリコンの膜厚:1000オング
ストローム (2)加熱処理の温度および時間:アルゴン・ガス中で
820゜Cで1msecの加熱処理 (3)エッチング処理:液温50゜Cの25%フッ酸の
混合液に90分間浸漬 (4)エッチング処理の際の光照射:波長1μmで1m
W/cm2の強度の光を照射 (5)発光の測定においては励起用レーザーとしてヘリ
ウム・カドミウム(He−Cd)レーザーを用い室温
(RT)において発光を計測 である。The experimental conditions for obtaining the emission spectrum of FIG. 5 are: (1) Amorphous silicon film thickness: 1000 Å (2) Heat treatment temperature and time: Argon gas at 820 ° C. Heat treatment for 1 msec (3) Etching treatment: Immersed in a mixed solution of 25% hydrofluoric acid at a liquid temperature of 50 ° C for 90 minutes (4) Light irradiation during etching treatment: 1 m at a wavelength of 1 μm
Irradiation with light having an intensity of W / cm 2 (5) In measurement of light emission, light emission is measured at room temperature (RT) using a helium-cadmium (He-Cd) laser as an excitation laser.
【0029】上記した可視発光するシリコンの製造方法
によれば、極めて精度良く膜厚やサイズを制御可能な電
子ビーム法やスパッター法などにより、任意の位置に任
意のパターンの発光部を作成することが可能であるた
め、発光素子や電子素子に応用する際のサイズ・コント
ロールを容易に行うことができるようになる。According to the above-described method of producing visible light-emitting silicon, a light-emitting portion having an arbitrary pattern is formed at an arbitrary position by an electron beam method or a sputtering method, which can control the film thickness and size with extremely high accuracy. Therefore, it becomes possible to easily control the size when applied to a light emitting device or an electronic device.
【0030】なお、超微結晶シリコンの表面を終端化す
る水素原子と酸素原子との比率を変化させることによ
り、可視発光微結晶シリコンから発光される光の波長を
変化させることができる。The wavelength of the light emitted from the visible light emitting microcrystalline silicon can be changed by changing the ratio of hydrogen atoms and oxygen atoms that terminate the surface of the ultrafine crystalline silicon.
【0031】また、可視発光微結晶シリコンから発光さ
れる光の波長は、可視発光微結晶シリコンの粒径、加熱
処理や水素原子、酸素原子による微結晶の表面の終端化
処理などの際の温度、水素原子、酸素原子による微結晶
の表面の終端化処理を実施する際における光照射に使用
する光源44から放射される光の波長(フィルター46
によって制御できる。)、加熱処理やエッチング処理あ
るいは水素原子、酸素原子による微結晶の表面の終端化
処理などの各種処理の処理時間などに依存するため、こ
れらを変化させることにより任意の波長に制御すること
ができる。The wavelength of the light emitted from the visible light-emitting microcrystalline silicon depends on the particle size of the visible light-emitting microcrystalline silicon, the temperature at the time of heat treatment, the termination of the surface of the microcrystal with hydrogen atoms or oxygen atoms, and the like. , The wavelength of the light emitted from the light source 44 used for light irradiation when the surface of the microcrystal is terminated by hydrogen atoms and oxygen atoms (the filter 46).
Can be controlled by. ), It depends on the treatment time of various treatments such as heat treatment, etching treatment, or termination treatment of the surface of the microcrystal with hydrogen atoms or oxygen atoms, so that it is possible to control to any wavelength by changing these. .
【0032】次に、上記した可視発光微結晶シリコンを
用いた発光素子の製造方法に関して説明する。Next, a method of manufacturing a light emitting device using the above visible light emitting microcrystalline silicon will be described.
【0033】即ち、平面加工技術を用いて、予め設計さ
れた素子の構造によって、必要な場所に必要な寸法の発
光部を上記した可視発光するシリコンの製造方法(第1
工程:アモルファス・シリコンの作製、第2工程:アモ
ルファス・シリコンの結晶化(超微結晶シリコンの作
製)、第3工程:超微結晶シリコンの可視発光化(可視
発光微結晶シリコンの作製))により作製し、さらに電
流注入用の電極を形成する。そして、素子分離、封入し
て発光素子を作製する。That is, the method for producing silicon that emits visible light as described above in a light emitting portion having a required size at a required location according to the structure of a device designed in advance by using a planar processing technique (first
Process: Amorphous silicon fabrication, 2nd process: Amorphous silicon crystallization (fabrication of ultrafine crystal silicon), 3rd process: Ultrafine crystal silicon visible light emission (fabrication of visible light emitting microcrystalline silicon)) It is manufactured, and an electrode for current injection is further formed. Then, the element is separated and enclosed to manufacture a light emitting element.
【0034】つまり、本発明による可視発光する微結晶
シリコンの製造方法によれば、リソグラフィ技術を用い
て素子パターンの制御を行い、予め定めたところにだけ
予め定めた形状の発光素子を作製することができるよう
になる。That is, according to the method for producing microcrystalline silicon that emits visible light according to the present invention, the element pattern is controlled by using the lithographic technique, and a light emitting element having a predetermined shape is produced only at a predetermined position. Will be able to.
【0035】図6には、発光素子の製造工程が示されて
おり、上記方法によりシリコン基板上に発光素子を作製
することができる。即ち、シリコン基板100(図6
(a))の表面をドライ酸化してSiO2膜102を形
成する(図6(b))。そして、SiO2膜102の表
面に上記した可視発光するシリコンの製造方法(第1工
程、第2工程および第3工程)により可視発光微結晶シ
リコンを作製する。FIG. 6 shows a manufacturing process of a light emitting device, and the light emitting device can be manufactured on a silicon substrate by the above method. That is, the silicon substrate 100 (see FIG.
The surface of (a) is dry-oxidized to form the SiO 2 film 102 (FIG. 6B). Then, visible light emitting microcrystalline silicon is produced on the surface of the SiO 2 film 102 by the above-described method for producing visible light emitting silicon (first step, second step and third step).
【0036】即ち、SiO2膜102の表面にアモルフ
ァス・シリコン104を作製し(可視発光するシリコン
の製造方法の第1工程)(図6(c))、これを加熱処
理(可視発光するシリコンの製造方法の第2工程)、エ
ッチング処理(可視発光するシリコンの製造方法の第3
工程)して、可視発光微結晶シリコン106を作製する
(図6(d))。そして、可視発光微結晶シリコン10
6の表面に金(Au)などにより電極108、110を
形成すると発光素子として発光ダイオード(LED)が
得られ、電極108、110に通電すると可視発光す
る。That is, amorphous silicon 104 is formed on the surface of the SiO 2 film 102 (the first step of the method for producing visible light-emitting silicon) (FIG. 6C), and this is heat-treated (visible light-emitting silicon is used). The second step of the manufacturing method), the etching treatment (the third step of the method for manufacturing visible light emitting silicon)
Process) to produce visible light emitting microcrystalline silicon 106 (FIG. 6D). And visible light emitting microcrystalline silicon 10
A light emitting diode (LED) is obtained as a light emitting element by forming the electrodes 108 and 110 with gold (Au) or the like on the surface of 6, and visible light is emitted when the electrodes 108 and 110 are energized.
【0037】さらに、図7には、レーザーを構成した場
合の例が示されており、図6と同一の構成部材に関して
は同一の符号を付して示すことにより、詳細な説明は省
略するが、レーザーを構成する場合には、可視発光微結
晶シリコン106を金などにより形成されるミラー11
2、114で構成される共振器内に配置するようすれば
よい。なお、ミラー112、114は、電極としても機
能する。Further, FIG. 7 shows an example in the case of constructing a laser, and the same components as those in FIG. 6 are designated by the same reference numerals, and a detailed description thereof will be omitted. In the case of forming a laser, the visible light emitting microcrystalline silicon 106 is formed by a mirror 11 made of gold or the like.
It suffices to dispose it in the resonator constituted by 2, 114. The mirrors 112 and 114 also function as electrodes.
【0038】さらに、光電子素子を作製する場合には、
上記した発光素子の作製と同時に、シリコンの平面加工
技術を用いて、発光素子のとなりにそれを制御する電子
素子を形成し、用途に応じて発光素子と電子素子の機能
や数、そして位置を決定し、光電子素子をシリコン基板
上に作製する。Further, when manufacturing an optoelectronic device,
Simultaneously with the fabrication of the light emitting element described above, a planar processing technology of silicon is used to form an electronic element that controls the light emitting element next to the light emitting element, and the function, number, and position of the light emitting element and the electronic elements are determined according to the application. Then, the optoelectronic device is manufactured on the silicon substrate.
【0039】図8には、光電子素子の一例が示されてお
り、図6と同一の構成部材に関しては同一の符号を付し
て示すことにより詳細な説明は省略するが、単一のシリ
コン基板100上に、可視発光微結晶シリコンから構成
される光信号受信部と、電子素子としてのIC部と、可
視発光微結晶シリコンから構成されるLED部と、可視
発光微結晶シリコンから構成されるレーザー部とを備え
た光電子素子を作製することができる。FIG. 8 shows an example of an optoelectronic element. The same components as those in FIG. 6 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. However, a single silicon substrate is used. On 100, an optical signal receiving part made of visible light emitting microcrystalline silicon, an IC part as an electronic element, an LED part made of visible light emitting microcrystalline silicon, and a laser made of visible light emitting microcrystalline silicon. And an optoelectronic device having a section can be manufactured.
【0040】即ち、本発明による可視発光するシリコン
の製造方法によれば、陽極化成を用いることなくシリコ
ンを可視発光させることができるので、隣接するICな
どの電子素子にマスクを施しておけば、隣接する電子素
子がエッチング処理(可視発光するシリコンの製造方法
の第3工程)などの際にアタックされることを完全に防
ぐことができ、発光素子と電子素子とを同一にシリコン
基板上に作製することができる。That is, according to the method for producing visible light-emitting silicon of the present invention, silicon can be made to emit visible light without using anodization. Therefore, if an electronic element such as an adjacent IC is masked, It is possible to completely prevent an adjacent electronic element from being attacked during an etching process (the third step of the method for producing visible light-emitting silicon), and to fabricate the light emitting element and the electronic element on the same silicon substrate. can do.
【0041】つまり、電子素子と同一のシリコン基板上
に発光素子を作製でき、シリコンをベースにした光電子
集積回路を容易に作製することができるようになる。That is, the light emitting element can be manufactured on the same silicon substrate as the electronic element, and the silicon-based optoelectronic integrated circuit can be easily manufactured.
【0042】なお、上記実施例においては、フッ酸とエ
タノールの混合液によりエッチングを行ったが、エタノ
ール(EtOH)を用いなくても良い。In the above embodiment, the etching was performed with the mixed solution of hydrofluoric acid and ethanol, but ethanol (EtOH) may not be used.
【0043】また、本願出願人による特願平5−776
95号「ポーラス・シリコンおよびその製造方法」にお
いて示されているように、フッ酸とエタノールの混合液
に塩酸(HCl)を加えることにより発光の劣化を防ぐ
ようにしてもよい。Also, Japanese Patent Application No. 5-776 filed by the present applicant.
As shown in No. 95 “Porous Silicon and Method for Producing the Same”, deterioration of light emission may be prevented by adding hydrochloric acid (HCl) to a mixed solution of hydrofluoric acid and ethanol.
【0044】[0044]
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。Since the present invention is constructed as described above, it has the following effects.
【0045】ポーラス・シリコンと同等な可視発光が可
能なシリコンを製造することができ、しかもこの可視発
光するシリコンを素子として応用する場合に、素子の機
能に応じた膜厚や形状などのサイズの制御を容易に行う
ことができるようになる。Silicon capable of emitting visible light equivalent to that of porous silicon can be manufactured, and when this visible light emitting silicon is applied as an element, it has a size such as a film thickness and a shape depending on the function of the element. The control can be easily performed.
【0046】即ち、水素原子を含有しないアモルファス
・シリコンを作製し、このアモルファス・シリコンを結
晶化して超微結晶シリコンを作製し、さらに超微結晶シ
リコンを光照射の下にフッ酸を含有する混合液中でエッ
チングして可視発光微結晶シリコンを作製するようにし
たため、可視発光微結晶シリコンの表面のダングリング
・ボンドが、少なくとも水素原子あるいは酸素原子で終
端化されることになって、ポーラス・シリコンと同等の
可視発光を示すようになる。That is, amorphous silicon containing no hydrogen atoms is produced, and the amorphous silicon is crystallized to produce ultrafine crystalline silicon. Further, the ultrafine crystalline silicon is mixed with hydrofluoric acid under light irradiation. Since the visible light emitting microcrystalline silicon was produced by etching in the liquid, the dangling bond on the surface of the visible light emitting microcrystalline silicon is to be terminated by at least hydrogen atoms or oxygen atoms. It emits visible light emission equivalent to that of silicon.
【0047】しかも、陽極化成を行うことなく、薄膜作
製技術や平面加工技術を用いて可視発光微結晶シリコン
やそれを用いた素子を製造できるものであるため、素子
の機能に応じた膜厚や形状などのサイズの制御を容易に
行うことができるので、任意のサイズの発光素子を作製
することが可能となり、また、同一のシリコン基板上に
発光素子と電子素子とを形成した光電子素子を作製する
ことができるようになる。Moreover, since visible light emitting microcrystalline silicon and an element using the same can be manufactured by using a thin film manufacturing technique and a planar processing technique without performing anodization, the film thickness and the thickness depending on the function of the element can be obtained. Since it is possible to easily control the size such as the shape, it is possible to manufacture a light emitting element of any size, and to manufacture an optoelectronic element in which the light emitting element and the electronic element are formed on the same silicon substrate. You will be able to.
【図1】本発明において使用する電子ビーム加熱法を実
施するための電子ビーム蒸着装置の概略構成説明図であ
る。FIG. 1 is a schematic configuration explanatory view of an electron beam vapor deposition apparatus for carrying out an electron beam heating method used in the present invention.
【図2】本発明において使用するスパッター法を実施す
るためのスパッター装置の概略構成説明図である。FIG. 2 is a schematic configuration explanatory view of a sputtering apparatus for carrying out a sputtering method used in the present invention.
【図3】本発明において加熱処理を実施するための加熱
装置の概略構成説明図である。FIG. 3 is a schematic configuration explanatory view of a heating device for carrying out a heat treatment in the present invention.
【図4】本発明において水素原子、酸素原子による超微
結晶シリコンの表面の終端化処理を実施するための装置
の概略構成説明図である。FIG. 4 is a schematic structural explanatory view of an apparatus for carrying out a termination treatment of the surface of ultrafine crystalline silicon with hydrogen atoms and oxygen atoms in the present invention.
【図5】本発明により製造された可視発光微結晶シリコ
ンの発光スペクトルを示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing an emission spectrum of visible light emitting microcrystalline silicon manufactured according to the present invention.
【図6】本発明により発光素子(LED)を製造する際
の製造工程の一例を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of a manufacturing process when manufacturing a light emitting device (LED) according to the present invention.
【図7】本発明によりレーザーを製造する際の製造工程
の一例を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory view showing an example of a manufacturing process when manufacturing a laser according to the present invention.
【図8】本発明により光電子素子を製造する際の製造工
程の一例を示す説明図である。FIG. 8 is an explanatory view showing an example of a manufacturing process when manufacturing an optoelectronic device according to the present invention.
100 シリコン基板 102 SiO2膜 104 アモルファス・シリコン 106 可視発光微結晶シリコン 108、110 電極 112、114 ミラー100 Silicon Substrate 102 SiO 2 Film 104 Amorphous Silicon 106 Visible Light Emitting Microcrystalline Silicon 108, 110 Electrode 112, 114 Mirror
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅野 卓雄 埼玉県和光市広沢2番1号 理化学研究所 内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Takuo Sugano 2-1, Hirosawa, Wako-shi, Saitama RIKEN
Claims (7)
リコンを作製する第一の工程と、 前記第一の工程によって作製されたアモルファス・シリ
コンを結晶化して超微結晶シリコンを作製する第二の工
程と、 前記第二の工程によって作製された超微結晶シリコン
を、光照射の下にフッ酸を含有する混合液中でエッチン
グして可視発光微結晶シリコンを作製する第三の工程と
を有することを特徴とする可視発光するシリコンの製造
方法。1. A first step of producing amorphous silicon containing no hydrogen atoms, and a second step of crystallizing the amorphous silicon produced by the first step to produce ultrafine crystalline silicon. A third step of producing visible light-emitting microcrystalline silicon by etching the ultrafine crystalline silicon produced by the second step in a mixed solution containing hydrofluoric acid under light irradiation. A method for manufacturing visible light emitting silicon.
ゲッターにより水素原子を抽出しながら、高純度のシリ
コン単結晶から薄膜作製手段によってシリコン基板上に
所定の膜厚のアモルファス・シリコンを作製する請求項
1記載の可視発光するシリコンの製造方法。2. The first step is to extract hydrogen atoms by a getter in an ultrahigh vacuum, and to obtain amorphous silicon of a predetermined thickness on a silicon substrate by a thin film forming means from a high-purity silicon single crystal. The method for producing visible light-emitting silicon according to claim 1, which is produced.
基板上に所定の膜厚のアモルファス・シリコンを作製す
る際における前記シリコン基板の温度は、約250°C
以下である請求項2記載の可視発光するシリコンの製造
方法。3. In the first step, the temperature of the silicon substrate when forming amorphous silicon having a predetermined film thickness on the silicon substrate is about 250 ° C.
The method for producing visible light emitting silicon according to claim 2, wherein:
シリコンをアルゴン雰囲気中において加熱処理し、結晶
サイズが約数nm乃至数十nmのシリコン微粒子を備え
るように結晶化して超微結晶シリコンを作製する請求項
1記載の可視発光するシリコンの製造方法。4. The second step is the amorphous.
2. The method for producing visible light-emitting silicon according to claim 1, wherein silicon is heat-treated in an argon atmosphere and crystallized so as to have silicon fine particles having a crystal size of about several nm to several tens nm to produce ultrafine crystalline silicon.
の表面のダングリング・ボンドが、少なくとも水素原子
あるいは酸素原子で終端化されているものを含むように
する請求項1記載の可視発光するシリコンの製造方法。5. The visible light emission according to claim 1, wherein the third step includes dangling bonds on the surface of the microcrystalline silicon that are terminated with at least hydrogen atoms or oxygen atoms. Method for manufacturing silicon.
コンの平面加工手段を用いて、水素原子を含有しないア
モルファス・シリコンを作製する第一の工程と、前記第
一の工程によって作製されたアモルファス・シリコンを
結晶化して超微結晶シリコンを作製する第二の工程と、
前記第二の工程によって作製された超微結晶シリコン
を、光照射の下にフッ酸を含有する混合液中でエッチン
グして可視発光微結晶シリコンを作製する第三の工程と
により、所定の箇所に所定の形状の可視発光微結晶シリ
コンを作製し、さらに前記可視発光微結晶シリコンに電
流注入用の電極を形成して発光素子を作製することを特
徴とする可視発光するシリコンの製造方法を用いた素子
の製造方法。6. A first step of producing amorphous silicon containing no hydrogen atoms by using a flat surface processing means of silicon according to a structure of a device designed in advance, and an amorphous. A second step of crystallizing silicon to produce ultrafine crystalline silicon;
The ultrafine crystalline silicon produced by the second step is etched under a light irradiation in a mixed solution containing hydrofluoric acid to produce a visible light emitting microcrystalline silicon, and a predetermined portion is formed. A visible light emitting microcrystalline silicon having a predetermined shape is formed on a substrate, and an electrode for current injection is further formed on the visible light emitting microcrystalline silicon to prepare a light emitting element. Manufacturing method of the existing device.
コンの平面加工手段を用いてシリコン基板上に、水素原
子を含有しないアモルファス・シリコンを作製する第一
の工程と、前記第一の工程によって作製されたアモルフ
ァス・シリコンを結晶化して超微結晶シリコンを作製す
る第二の工程と、前記第二の工程によって作製された超
微結晶シリコンを、光照射の下にフッ酸を含有する混合
液中でエッチングして可視発光微結晶シリコンを作製す
る第三の工程とにより、所定の箇所に所定の形状の可視
発光微結晶シリコンを作製し、さらに前記可視発光微結
晶シリコンに電流注入用の電極を形成して発光素子を作
製し、 前記発光素子を作製した前記シリコン基板上に、前記シ
リコンの平面加工手段を用いて、前記発光素子を制御す
る電子素子を形成して光電子素子を作製することを特徴
とする可視発光するシリコンの製造方法を用いた素子の
製造方法。7. A first step of producing amorphous silicon containing no hydrogen atoms on a silicon substrate using a planar processing means of silicon according to a pre-designed device structure, and the first step. In a mixed solution containing hydrofluoric acid under light irradiation, the second step of crystallizing the amorphous silicon thus produced to produce ultrafine crystalline silicon, and the ultrafine crystalline silicon produced by the second step By the third step of producing visible light emitting microcrystalline silicon by etching with, a visible light emitting microcrystalline silicon having a predetermined shape is produced at a predetermined position, and an electrode for current injection is further provided on the visible light emitting microcrystalline silicon. An electronic element for controlling the light emitting element by using the planar processing means of the silicon on the silicon substrate on which the light emitting element is formed Method for producing a device using the method for manufacturing a silicon to visible light emission, characterized in that formed and to produce optoelectronic devices.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6573594A JPH07247199A (en) | 1994-03-09 | 1994-03-09 | Method of manufacturing visible light-emitting silicon and method of manufacturing element using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6573594A JPH07247199A (en) | 1994-03-09 | 1994-03-09 | Method of manufacturing visible light-emitting silicon and method of manufacturing element using the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07247199A true JPH07247199A (en) | 1995-09-26 |
Family
ID=13295583
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6573594A Pending JPH07247199A (en) | 1994-03-09 | 1994-03-09 | Method of manufacturing visible light-emitting silicon and method of manufacturing element using the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07247199A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005116709A (en) * | 2003-10-06 | 2005-04-28 | Sony Corp | Semiconductor integrated circuit device and manufacturing method thereof |
| JP2006514445A (en) * | 2003-03-21 | 2006-04-27 | インテル・コーポレーション | Improved light emitting device system and method |
| JP2013150978A (en) * | 2005-04-29 | 2013-08-08 | Univ Of Rochester | Ultrathin porous nanoscale membranes, methods of manufacturing, and uses thereof |
-
1994
- 1994-03-09 JP JP6573594A patent/JPH07247199A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006514445A (en) * | 2003-03-21 | 2006-04-27 | インテル・コーポレーション | Improved light emitting device system and method |
| JP2005116709A (en) * | 2003-10-06 | 2005-04-28 | Sony Corp | Semiconductor integrated circuit device and manufacturing method thereof |
| JP2013150978A (en) * | 2005-04-29 | 2013-08-08 | Univ Of Rochester | Ultrathin porous nanoscale membranes, methods of manufacturing, and uses thereof |
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