JPH08274375A - 多孔質半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
多孔質半導体発光素子及びその製造方法Info
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- JPH08274375A JPH08274375A JP7288295A JP7288295A JPH08274375A JP H08274375 A JPH08274375 A JP H08274375A JP 7288295 A JP7288295 A JP 7288295A JP 7288295 A JP7288295 A JP 7288295A JP H08274375 A JPH08274375 A JP H08274375A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【構成】 第１の電極２と第２の電極５との間に、陽極
化成条件をかえて作成した多孔質度の異なる多孔質シリ
コン層４が形成され、波長の異なる多孔質半導体発光素
子を提供する。 【効果】 複数個に分割した電極を用いて、複数回異な
る条件で陽極化成を行うことにより、同一基板内に多孔
質度が異なる多孔質シリコン発光層を比較的簡単な工程
で形成でき、大面積の多色発光素子が安価に得られる。
さらに脆い多孔質シリコン層の機械的強度が向上し、発
光効率が安定し、向上する。
化成条件をかえて作成した多孔質度の異なる多孔質シリ
コン層４が形成され、波長の異なる多孔質半導体発光素
子を提供する。 【効果】 複数個に分割した電極を用いて、複数回異な
る条件で陽極化成を行うことにより、同一基板内に多孔
質度が異なる多孔質シリコン発光層を比較的簡単な工程
で形成でき、大面積の多色発光素子が安価に得られる。
さらに脆い多孔質シリコン層の機械的強度が向上し、発
光効率が安定し、向上する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、多孔質半導体を用いた
発光素子に関し、特に多色の多孔質半導体発光素子及び
その製造方法に関するものである。
発光素子に関し、特に多色の多孔質半導体発光素子及び
その製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、間接遷移型半導体であるシリコン
等も多孔質構造をとることにより常温で発光することが
確認され発光素子への応用が検討されている。多孔質シ
リコンは多孔質度を制御することにより発光波長が変化
することが知られており、例えば特開平５−３３５６２
４に記載されているように、シリコン基板面内の特定領
域に不純物を添加し比抵抗を変え、陽極化成によりシリ
コン基板を多孔質化する際に多孔質度を変化させ、同一
基板内で複数の発光波長を持たせる技術が知られてい
る。
等も多孔質構造をとることにより常温で発光することが
確認され発光素子への応用が検討されている。多孔質シ
リコンは多孔質度を制御することにより発光波長が変化
することが知られており、例えば特開平５−３３５６２
４に記載されているように、シリコン基板面内の特定領
域に不純物を添加し比抵抗を変え、陽極化成によりシリ
コン基板を多孔質化する際に多孔質度を変化させ、同一
基板内で複数の発光波長を持たせる技術が知られてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
不純物を添加する方法では異なる波長の数だけイオン注
入または不純物拡散が必要となるため、大型の装置が必
要であったり、プロセスが複雑となるためコストアップ
の要因となったり、また大面積の基板には対応できない
という問題点があった。
不純物を添加する方法では異なる波長の数だけイオン注
入または不純物拡散が必要となるため、大型の装置が必
要であったり、プロセスが複雑となるためコストアップ
の要因となったり、また大面積の基板には対応できない
という問題点があった。
【０００４】また、種々の多孔質度を有する多孔質シリ
コン発光層は、機械的に脆いという問題点があった。
コン発光層は、機械的に脆いという問題点があった。
【０００５】本発明の目的は、上記課題を解決する多項
質半導体発光素子及びその製造方法を提供するものであ
る。
質半導体発光素子及びその製造方法を提供するものであ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の多孔質
半導体発光素子は、絶縁性基板上に所定方向に配設され
た複数の第１の電極と、第１の電極と交差する方向に配
設された複数の第２の電極と、複数の第１の電極と複数
の第２の電極とが交差する各領域に挟持され、各領域で
の多孔質度が異なる多孔質シリコン発光層と、を備えた
ことを特徴とする。
半導体発光素子は、絶縁性基板上に所定方向に配設され
た複数の第１の電極と、第１の電極と交差する方向に配
設された複数の第２の電極と、複数の第１の電極と複数
の第２の電極とが交差する各領域に挟持され、各領域で
の多孔質度が異なる多孔質シリコン発光層と、を備えた
ことを特徴とする。
【０００７】請求項２に記載の多孔質半導体発光素子
は、請求項１に記載の多孔質半導体発光素子において、
上記多孔質シリコン発光層と第２の電極との間に、上記
多孔質シリコン発光層に当接する酸化シリコン層を備え
たことを特徴とする。
は、請求項１に記載の多孔質半導体発光素子において、
上記多孔質シリコン発光層と第２の電極との間に、上記
多孔質シリコン発光層に当接する酸化シリコン層を備え
たことを特徴とする。
【０００８】請求項３に記載の多孔質半導体発光素子
は、請求項１に記載の多孔質半導体発光素子において、
上記多孔質シリコン発光層と第２の電極との間に、上記
多孔質シリコン発光層に当接する炭化シリコン層を備え
たことを特徴とする。
は、請求項１に記載の多孔質半導体発光素子において、
上記多孔質シリコン発光層と第２の電極との間に、上記
多孔質シリコン発光層に当接する炭化シリコン層を備え
たことを特徴とする。
【０００９】請求項４に記載の多孔質半導体発光素子の
製造方法は、絶縁性基板上に複数の第１の電極を所定方
向に形成する工程と、複数の第１の電極上に多結晶シリ
コン層、アモルファスシリコン層のいづれかを形成する
工程と、複数の第１の電極を陽極として上記多結晶シリ
コン層、アモルファスシリコン層のいづれかの表面を陽
極化成する際に、異なる第１の電極において陽極化成時
の電流密度または電解液濃度を変化させて、異なる多孔
質度を有する多孔質シリコン発光層を形成する工程と、
第１の電極と交差する方向に複数の第２の電極を形成す
る工程と、を有することを特徴とする。
製造方法は、絶縁性基板上に複数の第１の電極を所定方
向に形成する工程と、複数の第１の電極上に多結晶シリ
コン層、アモルファスシリコン層のいづれかを形成する
工程と、複数の第１の電極を陽極として上記多結晶シリ
コン層、アモルファスシリコン層のいづれかの表面を陽
極化成する際に、異なる第１の電極において陽極化成時
の電流密度または電解液濃度を変化させて、異なる多孔
質度を有する多孔質シリコン発光層を形成する工程と、
第１の電極と交差する方向に複数の第２の電極を形成す
る工程と、を有することを特徴とする。
【００１０】
【作用】シリコン基板のように大きさが限定されること
のない大きなガラス基板等の絶縁性基板を用いるので、
多色の多孔質半導体発光素子を大面積にすることができ
る。
のない大きなガラス基板等の絶縁性基板を用いるので、
多色の多孔質半導体発光素子を大面積にすることができ
る。
【００１１】また、第２の電極と多孔質シリコン発光層
との間に、絶縁層である酸化シリコン層を設けることに
より、多孔質シリコン発光層の機械的強度が高くなり、
多孔質シリコン発光層表面が安定し、発光効率が安定
し、向上する。
との間に、絶縁層である酸化シリコン層を設けることに
より、多孔質シリコン発光層の機械的強度が高くなり、
多孔質シリコン発光層表面が安定し、発光効率が安定
し、向上する。
【００１２】さらに、また、第２の電極と多孔質シリコ
ン発光層との間に、半導体層である炭化シリコン層を設
けることにより、機械的強度が高くなり、多孔質シリコ
ン発光層表面が安定し、発光効率が向上する。
ン発光層との間に、半導体層である炭化シリコン層を設
けることにより、機械的強度が高くなり、多孔質シリコ
ン発光層表面が安定し、発光効率が向上する。
【００１３】多孔質度の異なる多孔質シリコン発光層を
形成できるため、イオン注入や不純物拡散を行い基板の
抵抗値を変えて多孔質度を変える従来技術に比べて、大
型の装置や複雑なプロセスが必要ではなく、また比較的
大きな面積の基板にも対応でき、コストダウンができ
る。
形成できるため、イオン注入や不純物拡散を行い基板の
抵抗値を変えて多孔質度を変える従来技術に比べて、大
型の装置や複雑なプロセスが必要ではなく、また比較的
大きな面積の基板にも対応でき、コストダウンができ
る。
【００１４】
【実施例】図１に、本発明の実施例に係る多孔質半導体
発光素子を示す。ここで、図１（ａ）は平面図であり、
図１（ｂ）は、Ａ1Ａ2の断面図である。ここで、１は、
ガラス基板、２は第１の電極、３は多結晶シリコン層ま
たはアモルファスシリコン層、４は陽極化成された発光
層となる多孔質シリコン層、５は第２の電極を示す。第
１の電極と第２の電極が交差した領域間に直流電圧を印
加することにより多孔質シリコン層４が発光し、本発明
では、交差領域ごとの多孔質シリコン層４の多孔質度が
少なくとも２種以上に異なっているので、多孔質度の違
いにより多色発光を行うことができ、ＲＧＢの３種類に
各交差領域を割り当てることも可能である。なお、ガラ
ス基板１と第１の電極２と第２の電極５はすべて透光性
であれば、両側から光の取り出しができる。
発光素子を示す。ここで、図１（ａ）は平面図であり、
図１（ｂ）は、Ａ1Ａ2の断面図である。ここで、１は、
ガラス基板、２は第１の電極、３は多結晶シリコン層ま
たはアモルファスシリコン層、４は陽極化成された発光
層となる多孔質シリコン層、５は第２の電極を示す。第
１の電極と第２の電極が交差した領域間に直流電圧を印
加することにより多孔質シリコン層４が発光し、本発明
では、交差領域ごとの多孔質シリコン層４の多孔質度が
少なくとも２種以上に異なっているので、多孔質度の違
いにより多色発光を行うことができ、ＲＧＢの３種類に
各交差領域を割り当てることも可能である。なお、ガラ
ス基板１と第１の電極２と第２の電極５はすべて透光性
であれば、両側から光の取り出しができる。
【００１５】次に、図１の多孔質半導体発光素子の製造
方法について説明する。まず、ガラス基板１上に第１の
電極２として錫を添加した酸化インジウム（ＩＴＯ）の
透明導電膜を約２０００Åの厚さで高周波スパッタ技術
により全面に形成し、フォトリソグラフィー技術とエッ
チング技術を用いてストライプ状にエッチングした。次
に、ＩＴＯ電極を形成したガラス基板１上の所定部分に
多結晶シリコン層またはアモルファスシリコン層を厚さ
２〜３０μｍでＣＶＤ法により形成した。この時、不純
物としてＢ（ボロン）をドープしｐ型の多結晶シリコン
層またはアモルファスシリコン層３とした。
方法について説明する。まず、ガラス基板１上に第１の
電極２として錫を添加した酸化インジウム（ＩＴＯ）の
透明導電膜を約２０００Åの厚さで高周波スパッタ技術
により全面に形成し、フォトリソグラフィー技術とエッ
チング技術を用いてストライプ状にエッチングした。次
に、ＩＴＯ電極を形成したガラス基板１上の所定部分に
多結晶シリコン層またはアモルファスシリコン層を厚さ
２〜３０μｍでＣＶＤ法により形成した。この時、不純
物としてＢ（ボロン）をドープしｐ型の多結晶シリコン
層またはアモルファスシリコン層３とした。
【００１６】次に、第１の電極２を陽極として陽極化成
により多結晶シリコン層またはアモルファスシリコン層
３の表面を多孔質化して、多孔質シリコン層４を形成し
た。図２に、この時の陽極化成の方法を示す。ここで、
６はフッ酸溶液の電解液、７は電流計、８は直流の定電
流源、９は白金電極、１０はスイッチ、１１は抵抗を示
す。ここで、図２（ａ）に示すように、第１の電極を一
本おきに２組に分けスイッチ１０により切り替えて陽極
化成の条件を変えることができるようにした。陽極化成
は、フッ酸濃度５０％の水溶液にエタノールを容量比で
１：１に混合した溶液を用いた。電流密度は、一方の電
極群では５０ｍＡ／ｃｍ2、他方は１０ｍＡ／ｃｍ2とし
て条件を変え多孔質度を変えた。また、図２（ｂ）に示
すように、一方の電極群は定電流源８に接続し、他方は
抵抗１１を介して定電流源８に接続することにより異な
る条件の陽極化成を一度に行うことも可能である。本実
施例ではＢをドープしたｐ型のシリコン膜を用いたが、
Ｐ（リン）等をドープしたｎ型のシリコン膜の場合は光
照射をしながら陽極化成を行うなどの工夫が必要であ
る。多孔質層の厚さは陽極化成の時間により決まるが、
シリコン層の一部だけを多孔質化しても、第１の電極に
達するまで多孔質化しても構わない。なお、第１の電極
側から光を取り出すには、第１の電極に達するまで多孔
質化する方がよい。
により多結晶シリコン層またはアモルファスシリコン層
３の表面を多孔質化して、多孔質シリコン層４を形成し
た。図２に、この時の陽極化成の方法を示す。ここで、
６はフッ酸溶液の電解液、７は電流計、８は直流の定電
流源、９は白金電極、１０はスイッチ、１１は抵抗を示
す。ここで、図２（ａ）に示すように、第１の電極を一
本おきに２組に分けスイッチ１０により切り替えて陽極
化成の条件を変えることができるようにした。陽極化成
は、フッ酸濃度５０％の水溶液にエタノールを容量比で
１：１に混合した溶液を用いた。電流密度は、一方の電
極群では５０ｍＡ／ｃｍ2、他方は１０ｍＡ／ｃｍ2とし
て条件を変え多孔質度を変えた。また、図２（ｂ）に示
すように、一方の電極群は定電流源８に接続し、他方は
抵抗１１を介して定電流源８に接続することにより異な
る条件の陽極化成を一度に行うことも可能である。本実
施例ではＢをドープしたｐ型のシリコン膜を用いたが、
Ｐ（リン）等をドープしたｎ型のシリコン膜の場合は光
照射をしながら陽極化成を行うなどの工夫が必要であ
る。多孔質層の厚さは陽極化成の時間により決まるが、
シリコン層の一部だけを多孔質化しても、第１の電極に
達するまで多孔質化しても構わない。なお、第１の電極
側から光を取り出すには、第１の電極に達するまで多孔
質化する方がよい。
【００１７】次に、蒸着やスパッタ等の方法で第２の電
極となる、アルミ、またはＩＴＯ電極を全面に形成しフ
ォトリソグラフィー技術とエッチング技術によりストラ
イプ状の第２の電極５を第１の電極２と直交する方向に
形成する。このようにして作成された発光素子は、第１
及び第２の電極の中から選択された電極に直流電圧を印
加することにより、その交点にある多孔質シリコン層４
が発光する。このようにして作製した多孔質シリコン発
光素子は、多孔質度の異なる多孔質シリコン層４を持っ
ており、陽極化成時の電流密度を大きくした多孔質シリ
コン層４は電流密度を小さくした多孔質シリコン層４よ
り短波長の発光波長を示し２色の発光が得られた。本実
施例では２種類の条件で陽極化成を行ったが、電極を３
組以上に分割し個別に陽極化成を行い、３種以上の発光
色を得ることも可能である。また多孔質度の制御は電流
密度により行ったが、溶液の組成を変えることでも可能
であり、例えばＨＦ濃度の異なる溶液を用いて２回に分
けて陽極化成を行うと、濃度が低い溶液で陽極化成を行
った多孔質シリコン層４は高い溶液を用いて陽極化成を
行った多孔質シリコン層４より発光波長が短くなり２色
の発光色が得られる。
極となる、アルミ、またはＩＴＯ電極を全面に形成しフ
ォトリソグラフィー技術とエッチング技術によりストラ
イプ状の第２の電極５を第１の電極２と直交する方向に
形成する。このようにして作成された発光素子は、第１
及び第２の電極の中から選択された電極に直流電圧を印
加することにより、その交点にある多孔質シリコン層４
が発光する。このようにして作製した多孔質シリコン発
光素子は、多孔質度の異なる多孔質シリコン層４を持っ
ており、陽極化成時の電流密度を大きくした多孔質シリ
コン層４は電流密度を小さくした多孔質シリコン層４よ
り短波長の発光波長を示し２色の発光が得られた。本実
施例では２種類の条件で陽極化成を行ったが、電極を３
組以上に分割し個別に陽極化成を行い、３種以上の発光
色を得ることも可能である。また多孔質度の制御は電流
密度により行ったが、溶液の組成を変えることでも可能
であり、例えばＨＦ濃度の異なる溶液を用いて２回に分
けて陽極化成を行うと、濃度が低い溶液で陽極化成を行
った多孔質シリコン層４は高い溶液を用いて陽極化成を
行った多孔質シリコン層４より発光波長が短くなり２色
の発光色が得られる。
【００１８】図３、図４に、他の実施例を示す。図３は
多孔質シリコン層４を形成した後に厚さ１００〜２００
Å程度のＳｉＯ2層１２を設けた以外は図１と同じであ
る。このＳｉＯ2層１２は機械的に脆い多孔質シリコン
層４の機械的強度を向上させると共に多孔質シリコン層
４の表面を安定にし、非発光再結合の抑制、キャリアの
閉じ込め等の効果もあるため、発光効率が安定し、向上
する。図４は多孔質シリコン層とは伝導型の異なるアモ
ルファスＳｉＣ層１３を多孔質シリコン層４上に当接し
て設け、アモルファスＳｉＣ層１３と多孔質シリコン層
４をＰＮ接合として順方向に電圧印加する以外は図１と
同じである。この場合は図３に示したＳｉＯ2層を設け
た効果以外にキャリアの注入効率の向上にともなう輝度
の向上が図れる。なお、ＳｉＯ2層１２は、多孔質シリ
コン層４を酸化するか、ＣＶＤ法により製膜するかによ
り得られ、アモルファスＳｉＣ層１３は、ＣＶＤ法によ
り製膜することにより得られる。
多孔質シリコン層４を形成した後に厚さ１００〜２００
Å程度のＳｉＯ2層１２を設けた以外は図１と同じであ
る。このＳｉＯ2層１２は機械的に脆い多孔質シリコン
層４の機械的強度を向上させると共に多孔質シリコン層
４の表面を安定にし、非発光再結合の抑制、キャリアの
閉じ込め等の効果もあるため、発光効率が安定し、向上
する。図４は多孔質シリコン層とは伝導型の異なるアモ
ルファスＳｉＣ層１３を多孔質シリコン層４上に当接し
て設け、アモルファスＳｉＣ層１３と多孔質シリコン層
４をＰＮ接合として順方向に電圧印加する以外は図１と
同じである。この場合は図３に示したＳｉＯ2層を設け
た効果以外にキャリアの注入効率の向上にともなう輝度
の向上が図れる。なお、ＳｉＯ2層１２は、多孔質シリ
コン層４を酸化するか、ＣＶＤ法により製膜するかによ
り得られ、アモルファスＳｉＣ層１３は、ＣＶＤ法によ
り製膜することにより得られる。
【００１９】また、第１の電極側から発光を取り出すに
は、第１の電極と絶縁性基板とが透光性でなければなら
ず、第２の電極側から発光を取り出すには、第２の電極
が透光性でなければならず、第１及び第２の電極両側か
ら発光を取り出すには、第１の電極と第２の電極と透光
性基板とが透光性でなければならず、光の取り出し方に
応じて、電極と絶縁性基板を適宜選択することができ、
従来技術よりも設計の自由度が高くなる。なお、透光性
でない絶縁性基板としては、遮光性のセラミック等の基
板の使用も可能であり、透光性でない第１、第２の電極
としては、遮光性のアルミ等の金属電極の使用が可能で
ある。
は、第１の電極と絶縁性基板とが透光性でなければなら
ず、第２の電極側から発光を取り出すには、第２の電極
が透光性でなければならず、第１及び第２の電極両側か
ら発光を取り出すには、第１の電極と第２の電極と透光
性基板とが透光性でなければならず、光の取り出し方に
応じて、電極と絶縁性基板を適宜選択することができ、
従来技術よりも設計の自由度が高くなる。なお、透光性
でない絶縁性基板としては、遮光性のセラミック等の基
板の使用も可能であり、透光性でない第１、第２の電極
としては、遮光性のアルミ等の金属電極の使用が可能で
ある。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば複
数個に分割した電極を用いて複数回の異なる条件で陽極
化成を行うことにより同一基板内に多孔質度の異なる多
孔質シリコン層が比較的簡単なプロセスで形成できるた
め、比較的大面積の多色発光素子が安価に得られる。
数個に分割した電極を用いて複数回の異なる条件で陽極
化成を行うことにより同一基板内に多孔質度の異なる多
孔質シリコン層が比較的簡単なプロセスで形成できるた
め、比較的大面積の多色発光素子が安価に得られる。
【００２１】さらに、機械的に脆い多孔質シリコン層の
機械的強度を向上させると共に、発光効率が安定し、向
上する。
機械的強度を向上させると共に、発光効率が安定し、向
上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す構造図である。
【図２】本発明の陽極化成方法を説明するための図であ
る。
る。
【図３】本発明の他の実施例を示す構造図である。
【図４】本発明のさらに他の実施例を示す構造図であ
る。
る。
１ ガラス基板 ２ 第１の電極 ３ 多結晶シリコン層またはアモルファスシリコン層 ４ 多孔質シリコン層 ５ 第２の電極
Claims (4)
- 【請求項１】 絶縁性基板上に所定方向に配設された複
数の第１の電極と、第１の電極と交差する方向に配設さ
れた複数の第２の電極と、複数の第１の電極と複数の第
２の電極とが交差する各領域に挟持され、各領域での多
孔質度が異なる多孔質シリコン発光層と、を備えたこと
を特徴とする多孔質半導体発光素子。 - 【請求項２】 上記多孔質シリコン発光層と第２の電極
との間に、上記多孔質シリコン発光層に当接する酸化シ
リコン層を備えたことを特徴とする請求項１に記載の多
孔質半導体発光素子。 - 【請求項３】 上記多孔質シリコン発光層と第２の電極
との間に、上記多孔質シリコン発光層に当接する炭化シ
リコン層を備えたことを特徴とする請求項１に記載の多
孔質半導体発光素子。 - 【請求項４】 絶縁性基板上に複数の第１の電極を所定
方向に形成する工程と、複数の第１の電極上に多結晶シ
リコン層、アモルファスシリコン層のいづれかを形成す
る工程と、複数の第１の電極を陽極として上記多結晶シ
リコン層、アモルファスシリコン層のいづれかの表面を
陽極化成する際に、異なる第１の電極において陽極化成
時の電流密度または電解液濃度を変化させて、異なる多
孔質度を有する多孔質シリコン発光層を形成する工程
と、第１の電極と交差する方向に複数の第２の電極を形
成する工程と、を有することを特徴とする多孔質半導体
発光素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7288295A JPH08274375A (ja) | 1995-03-30 | 1995-03-30 | 多孔質半導体発光素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7288295A JPH08274375A (ja) | 1995-03-30 | 1995-03-30 | 多孔質半導体発光素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08274375A true JPH08274375A (ja) | 1996-10-18 |
Family
ID=13502158
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7288295A Pending JPH08274375A (ja) | 1995-03-30 | 1995-03-30 | 多孔質半導体発光素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08274375A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1070767A1 (en) * | 1999-07-19 | 2001-01-24 | Kaneka Corporation | Method for magnetron sputtering |
| JP2001331120A (ja) * | 2000-03-15 | 2001-11-30 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 表示装置の作製方法 |
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1995
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