JPH07247199A - 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 - Google Patents
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Info
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- JPH07247199A JPH07247199A JP6573594A JP6573594A JPH07247199A JP H07247199 A JPH07247199 A JP H07247199A JP 6573594 A JP6573594 A JP 6573594A JP 6573594 A JP6573594 A JP 6573594A JP H07247199 A JPH07247199 A JP H07247199A
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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。
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。
Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
の製造方法の一実施例を説明することとする。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
用いた発光素子の製造方法に関して説明する。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【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。
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。
【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。
・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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
るためのスパッター装置の概略構成説明図である。
【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。
装置の概略構成説明図である。
【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。
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。
【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。
ンの発光スペクトルを示すグラフである。
【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。
の製造工程の一例を示す説明図である。
【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。
の一例を示す説明図である。
【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。
程の一例を示す説明図である。
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
───────────────────────────────────────────────────── 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
Claims (7)
- 【請求項１】 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
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。 - 【請求項２】 前記第一の工程は、超高真空中において
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。 - 【請求項３】 前記第一の工程において、前記シリコン
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。 - 【請求項４】 前記第二の工程は、前記アモルファス・
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。 - 【請求項５】 前記第三の工程は、前記微結晶シリコン
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。 - 【請求項６】 予め設計された素子の構造に従ってシリ
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。 - 【請求項７】 予め設計された素子の構造に従ってシリ
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6573594A JPH07247199A (ja) | 1994-03-09 | 1994-03-09 | 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 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6573594A JPH07247199A (ja) | 1994-03-09 | 1994-03-09 | 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 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07247199A true JPH07247199A (ja) | 1995-09-26 |
Family
ID=13295583
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6573594A Pending JPH07247199A (ja) | 1994-03-09 | 1994-03-09 | 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 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07247199A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005116709A (ja) * | 2003-10-06 | 2005-04-28 | Sony Corp | 半導体集積回路装置およびその製造方法 |
| JP2006514445A (ja) * | 2003-03-21 | 2006-04-27 | インテル・コーポレーション | 改良された発光装置のシステム及び方法 |
| JP2013150978A (ja) * | 2005-04-29 | 2013-08-08 | Univ Of Rochester | 超薄多孔質ナノスケール膜、その製造方法および使用 |
-
1994
- 1994-03-09 JP JP6573594A patent/JPH07247199A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006514445A (ja) * | 2003-03-21 | 2006-04-27 | インテル・コーポレーション | 改良された発光装置のシステム及び方法 |
| JP2005116709A (ja) * | 2003-10-06 | 2005-04-28 | Sony Corp | 半導体集積回路装置およびその製造方法 |
| JP2013150978A (ja) * | 2005-04-29 | 2013-08-08 | Univ Of Rochester | 超薄多孔質ナノスケール膜、その製造方法および使用 |
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