JPH0846237A - シリコン発光ダイオード - Google Patents
シリコン発光ダイオードInfo
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- JPH0846237A JPH0846237A JP19584494A JP19584494A JPH0846237A JP H0846237 A JPH0846237 A JP H0846237A JP 19584494 A JP19584494 A JP 19584494A JP 19584494 A JP19584494 A JP 19584494A JP H0846237 A JPH0846237 A JP H0846237A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】薄層シリコン層の両側にｐ型，ｎ型の半導体を
配設し、他のシリコン基板を用いた能動素子と併用を可
能にする。 【構成】シリコン基板１上に形成された酸化膜２と、酸
化膜上に形成され発光領域となる薄い上層シリコン層６
と、これに延設された厚い上層シリコン層７と、の両シ
リコン層上に形成された絶縁膜４を介して、薄い上層シ
リコン層の一方の側部の斜面に接触するように配設され
た導電性膜８とを備え、発光領域６の両側にｐｎ層が形
成され、かつ発光領域を形成するシリコン層６の厚さは
３以下ないし１ナノメータ以上であるシリコン発光ダイ
オード。
配設し、他のシリコン基板を用いた能動素子と併用を可
能にする。 【構成】シリコン基板１上に形成された酸化膜２と、酸
化膜上に形成され発光領域となる薄い上層シリコン層６
と、これに延設された厚い上層シリコン層７と、の両シ
リコン層上に形成された絶縁膜４を介して、薄い上層シ
リコン層の一方の側部の斜面に接触するように配設され
た導電性膜８とを備え、発光領域６の両側にｐｎ層が形
成され、かつ発光領域を形成するシリコン層６の厚さは
３以下ないし１ナノメータ以上であるシリコン発光ダイ
オード。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、薄いシリコン層へ、電
子と正孔を注入することによる発光デバイスに関するも
のである。
子と正孔を注入することによる発光デバイスに関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来、シリコンは間接遷移半導体として
知られ、このようなシリコンを基板として用いた発光ダ
イオードは発光効率が極めて悪かった。したがって、シ
リコンを用いた発光デバイスは、これまでＬＳＩ等の製
作する基板として用いられてきたようなシリコン単結晶
ウェハをそのまま使うのではなく、弗酸の溶液中で陽極
化成して形成される多孔質シリコンを用いるものが提案
されているにすぎなかった。しかし、多孔質シリコン
は、構造上不安定であり、不純物の局部的な添加を行い
ｐｎ接合を作ったり、電極を取り付けて電流を流すなど
のプロセスを従来の半導体デバイスの製造装置で行うに
は難点があった。また、構造上の不安定性から、電流注
入を続けた場合に経時変化するなどの問題があった。
知られ、このようなシリコンを基板として用いた発光ダ
イオードは発光効率が極めて悪かった。したがって、シ
リコンを用いた発光デバイスは、これまでＬＳＩ等の製
作する基板として用いられてきたようなシリコン単結晶
ウェハをそのまま使うのではなく、弗酸の溶液中で陽極
化成して形成される多孔質シリコンを用いるものが提案
されているにすぎなかった。しかし、多孔質シリコン
は、構造上不安定であり、不純物の局部的な添加を行い
ｐｎ接合を作ったり、電極を取り付けて電流を流すなど
のプロセスを従来の半導体デバイスの製造装置で行うに
は難点があった。また、構造上の不安定性から、電流注
入を続けた場合に経時変化するなどの問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の欠点を
改善するために提案されたもので、その目的は、半導体
デバイス製造プロセスで簡単に形成できる、シリコンの
発光デバイスの構造を提供することにある。
改善するために提案されたもので、その目的は、半導体
デバイス製造プロセスで簡単に形成できる、シリコンの
発光デバイスの構造を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明は （１）シリコン基板上に形成された酸化膜と、前記酸化
膜上に形成され発光領域となる薄い上層シリコン層と、
これに延設された厚い上層シリコン層と、前記の両シリ
コン層上に形成された絶縁膜を介して、前記薄い上層シ
リコン層の一方の側部の斜面に接触するように配設され
た導電性膜とを備え、前記発光領域の両側にｐｎ層が形
成され、かつ前記発光領域を形成するシリコン層の厚さ
は３以下ないし１ナノメータ以上であることを特徴とす
るシリコン発光ダイオードを発明の特徴とするものであ
る。 （２）シリコン基板上に形成された酸化膜と、前記酸化
膜上に形成され発光領域となる薄い上層シリコン層と、
これに延設された厚い上層シリコン層と、前記の両シリ
コン層上に形成された絶縁膜とを備え、前記薄い上層シ
リコン層上面の絶縁膜に窓を設け、前記窓を介して発光
領域に接触するように導電性膜を設け、前記発光領域を
挟んでｐｎ層が形成され、かつ前記発光領域を形成する
シリコン層の厚さは３以下ないし１ナノメータ以上であ
ることを特徴とするシリコン発光ダイオードを発明の特
徴とするものである。 （３）シリコン基板上に形成された酸化膜と、前記酸化
膜上に形成され発光領域となる薄い上層シリコン層と、
この両側に延設された厚い上層シリコン層と、前記シリ
コン層上に形成された絶縁膜とを備え、前記厚い上層シ
リコン層上面にそれぞれ電極が形成され、前記薄い上層
シリコン層の発光領域を挟んでｐｎ層が形成され、かつ
前記発光領域を形成するシリコン層の厚さは３以下ない
し１ナノメータ以上であることを特徴とするシリコン発
光ダイオードを発明の特徴とするものである。
め本発明は （１）シリコン基板上に形成された酸化膜と、前記酸化
膜上に形成され発光領域となる薄い上層シリコン層と、
これに延設された厚い上層シリコン層と、前記の両シリ
コン層上に形成された絶縁膜を介して、前記薄い上層シ
リコン層の一方の側部の斜面に接触するように配設され
た導電性膜とを備え、前記発光領域の両側にｐｎ層が形
成され、かつ前記発光領域を形成するシリコン層の厚さ
は３以下ないし１ナノメータ以上であることを特徴とす
るシリコン発光ダイオードを発明の特徴とするものであ
る。 （２）シリコン基板上に形成された酸化膜と、前記酸化
膜上に形成され発光領域となる薄い上層シリコン層と、
これに延設された厚い上層シリコン層と、前記の両シリ
コン層上に形成された絶縁膜とを備え、前記薄い上層シ
リコン層上面の絶縁膜に窓を設け、前記窓を介して発光
領域に接触するように導電性膜を設け、前記発光領域を
挟んでｐｎ層が形成され、かつ前記発光領域を形成する
シリコン層の厚さは３以下ないし１ナノメータ以上であ
ることを特徴とするシリコン発光ダイオードを発明の特
徴とするものである。 （３）シリコン基板上に形成された酸化膜と、前記酸化
膜上に形成され発光領域となる薄い上層シリコン層と、
この両側に延設された厚い上層シリコン層と、前記シリ
コン層上に形成された絶縁膜とを備え、前記厚い上層シ
リコン層上面にそれぞれ電極が形成され、前記薄い上層
シリコン層の発光領域を挟んでｐｎ層が形成され、かつ
前記発光領域を形成するシリコン層の厚さは３以下ない
し１ナノメータ以上であることを特徴とするシリコン発
光ダイオードを発明の特徴とするものである。
【０００５】
【作用】本発明は薄層シリコン層の両側にｐ型，ｎ型の
半導体を配設したことにより、他のシリコン基板を用い
た能動素子と併用を可能とすることができる。
半導体を配設したことにより、他のシリコン基板を用い
た能動素子と併用を可能とすることができる。
【０００６】
【実施例】次に本発明の実施例について説明する。 （実施例１）図１に本発明原理となる薄層シリコンから
のフォトルミネッセンスのスペクトル特性とその積分強
度の薄いシリコン厚さ依存性を示す。図では、薄いシリ
コン層（２Ｄシリコン層）の膜厚をパラメータとして相
対強度を比較してある。約２２Å（２．２ナノメータ）
で最も強いフォトルミネッセンス強度が得られる。図１
（ａ）は膜厚が２２Å以下の場合、（ｂ）は２２Å以上
の場合について示したものである。これは、ＳＩＭＯＸ
ウェハ上の上層シリコン層を薄層化し、数十Åとし、こ
れに５ｍＷのパワーのアルゴンイオンレーザー光（４８
８０Åの波長）を直径１００μｍに絞って照射した場合
の発光を分光したものである。図から明らかなように、
シリコンのバンドギャップエネルギーの約１．１ｅＶよ
りもはるかに大きいエネルギーの発光が観測されてい
る。また、その発光強度もかなり大きなものとなってい
る。図１（ｃ）にフォトルミネッセンスの積分強度の上
層の薄いシリコン層厚依存性を示す（この結果は、スペ
クトルのピークの強度をとってもほとんどかわらな
い）。図からわかるように、上層シリコンの膜厚が約２
０Å程度で最も強い発光が観測され、３０Åを越える膜
厚になると発光強度は急激に低下する。また、上層のシ
リコン層の膜厚の均一性を良くすると１０Å程度の薄い
膜厚での発光強度が増加する。したがって、３０Å以下
の膜厚で効率の良い発光が得られることになる。この発
光には、薄層シリコンの量子化レベルとシリコンとシリ
コン酸化膜の界面に存在する発光レベルとが関与してい
ると考えられる。この結果より、図２に示すような、工
程で図２（ｃ）のような構造を形成すると、発光デバイ
スができる。以下に、この形成工程について図２の断面
構造図を用いて説明する。また、上記の結果では、４８
８０Åの波長の光で励起したルミネッセンスを見ている
が、励起光の波長を短波長化すれば、発光強度が最も強
くなる上層シリコン層の膜厚は薄い方にずれることも考
えられる。
のフォトルミネッセンスのスペクトル特性とその積分強
度の薄いシリコン厚さ依存性を示す。図では、薄いシリ
コン層（２Ｄシリコン層）の膜厚をパラメータとして相
対強度を比較してある。約２２Å（２．２ナノメータ）
で最も強いフォトルミネッセンス強度が得られる。図１
（ａ）は膜厚が２２Å以下の場合、（ｂ）は２２Å以上
の場合について示したものである。これは、ＳＩＭＯＸ
ウェハ上の上層シリコン層を薄層化し、数十Åとし、こ
れに５ｍＷのパワーのアルゴンイオンレーザー光（４８
８０Åの波長）を直径１００μｍに絞って照射した場合
の発光を分光したものである。図から明らかなように、
シリコンのバンドギャップエネルギーの約１．１ｅＶよ
りもはるかに大きいエネルギーの発光が観測されてい
る。また、その発光強度もかなり大きなものとなってい
る。図１（ｃ）にフォトルミネッセンスの積分強度の上
層の薄いシリコン層厚依存性を示す（この結果は、スペ
クトルのピークの強度をとってもほとんどかわらな
い）。図からわかるように、上層シリコンの膜厚が約２
０Å程度で最も強い発光が観測され、３０Åを越える膜
厚になると発光強度は急激に低下する。また、上層のシ
リコン層の膜厚の均一性を良くすると１０Å程度の薄い
膜厚での発光強度が増加する。したがって、３０Å以下
の膜厚で効率の良い発光が得られることになる。この発
光には、薄層シリコンの量子化レベルとシリコンとシリ
コン酸化膜の界面に存在する発光レベルとが関与してい
ると考えられる。この結果より、図２に示すような、工
程で図２（ｃ）のような構造を形成すると、発光デバイ
スができる。以下に、この形成工程について図２の断面
構造図を用いて説明する。また、上記の結果では、４８
８０Åの波長の光で励起したルミネッセンスを見ている
が、励起光の波長を短波長化すれば、発光強度が最も強
くなる上層シリコン層の膜厚は薄い方にずれることも考
えられる。
【０００７】図２（ａ）に示すように、ＳＯＩ基板、た
とえばＳＩＭＯＸ基板を用い（シリコン基板１上に埋め
込み酸化膜２が形成され、さらにその上に上層シリコン
層３がある構造）、上層シリコン層３をその上に形成し
たシリコン酸化膜などの層４を加工マスクにして加工
し、薄い上層シリコン層の一部５を露出させる。図で
は、薄層シリコン部６と厚いシリコン層部７の２つの膜
厚領域を形成しているが、これは、薄いシリコン部６は
発光領域、厚いシリコン領域は電極部への接続する導電
部領域を形成するためのものである。薄いシリコン層６
は抵抗が高いので、効率を高めるためにこのような構造
としたものであり、本質ではない。したがって、厚いシ
リコン層部７はなくてもよい。また、図１のデータより
明らかなように、薄いシリコン層の膜厚は、約２２Åに
しておくのが発光効率の点で良い（以下の実施例でもこ
の点は共通）。次に、ポリシリコン等の導電性膜８を形
成し、さらにパターン形成して図２（ｂ）のように、上
部シリコン層の露出部５と接続して、かつ薄いシリコン
層６を覆うようにする。このとき、ポリシリコンにはｎ
型あるいはｐ型を与える不純物を添加しておく。これ
は、ポリシリコン膜形成中に添加することも可能である
し、膜形成後に気相からの拡散やイオン注入により添加
することもできる。さらに、パターン形成されたポリシ
リコン膜８をマスクとして、ポリシリコン層８に覆われ
ていない部分（図２の場合は、厚いシリコン層部７に対
応する電極との接続部領域）にイオン注入法などにより
ｐ型あるいはｎ型を与える不純物をドーピングし活性化
させる。このとき、ポリシリコン８の型とは反対の型を
与える不純物を添加する（たとえば、ポリシリコンがｎ
型の場合は、ｐ型を与える不純物を添加）。また、ここ
でイオン注入法を用いると、ポリシリコン層にも不純物
が添加されるので、前もってポリシリコン層に添加して
おく不純物の量は、後にイオン注入される量よりも多く
しておく必要があることは言うまでもない。次に、全体
に絶縁性膜９を形成し、上層シリコン層３の電極取り出
し部、ここでは厚いシリコン層部７上とポリシリコン部
８上に窓を開口し、これらに接続する電極１０，１１を
形成する（図２（ｃ））。このような構成とすることに
より、ポリシリコンがマスクとなり不純物導入が成され
ない薄層シリコン層部６をｉ層（低濃度層）とするｐｉ
ｎダイオードが形成できる。
とえばＳＩＭＯＸ基板を用い（シリコン基板１上に埋め
込み酸化膜２が形成され、さらにその上に上層シリコン
層３がある構造）、上層シリコン層３をその上に形成し
たシリコン酸化膜などの層４を加工マスクにして加工
し、薄い上層シリコン層の一部５を露出させる。図で
は、薄層シリコン部６と厚いシリコン層部７の２つの膜
厚領域を形成しているが、これは、薄いシリコン部６は
発光領域、厚いシリコン領域は電極部への接続する導電
部領域を形成するためのものである。薄いシリコン層６
は抵抗が高いので、効率を高めるためにこのような構造
としたものであり、本質ではない。したがって、厚いシ
リコン層部７はなくてもよい。また、図１のデータより
明らかなように、薄いシリコン層の膜厚は、約２２Åに
しておくのが発光効率の点で良い（以下の実施例でもこ
の点は共通）。次に、ポリシリコン等の導電性膜８を形
成し、さらにパターン形成して図２（ｂ）のように、上
部シリコン層の露出部５と接続して、かつ薄いシリコン
層６を覆うようにする。このとき、ポリシリコンにはｎ
型あるいはｐ型を与える不純物を添加しておく。これ
は、ポリシリコン膜形成中に添加することも可能である
し、膜形成後に気相からの拡散やイオン注入により添加
することもできる。さらに、パターン形成されたポリシ
リコン膜８をマスクとして、ポリシリコン層８に覆われ
ていない部分（図２の場合は、厚いシリコン層部７に対
応する電極との接続部領域）にイオン注入法などにより
ｐ型あるいはｎ型を与える不純物をドーピングし活性化
させる。このとき、ポリシリコン８の型とは反対の型を
与える不純物を添加する（たとえば、ポリシリコンがｎ
型の場合は、ｐ型を与える不純物を添加）。また、ここ
でイオン注入法を用いると、ポリシリコン層にも不純物
が添加されるので、前もってポリシリコン層に添加して
おく不純物の量は、後にイオン注入される量よりも多く
しておく必要があることは言うまでもない。次に、全体
に絶縁性膜９を形成し、上層シリコン層３の電極取り出
し部、ここでは厚いシリコン層部７上とポリシリコン部
８上に窓を開口し、これらに接続する電極１０，１１を
形成する（図２（ｃ））。このような構成とすることに
より、ポリシリコンがマスクとなり不純物導入が成され
ない薄層シリコン層部６をｉ層（低濃度層）とするｐｉ
ｎダイオードが形成できる。
【０００８】次に、この素子の動作原理について説明す
る。たとえば、ポリシリコン８をｎ型、厚い上層シリコ
ン層７をｐ型とすると、ポリシリコン側に厚いシリコン
層に対して正の電圧を印加すれば、電子がポリシリコン
８と薄い上層シリコン層６との接続部５から注入され、
また正孔が厚いシリコン層７の領域から注入され、低濃
度薄層シリコン層６の中で再結合する。図１ではフォト
ルミネッセンスの測定であるので、光照射で電子と正孔
を生成したが、図２の構成では電流による注入により、
電子と正孔を生成したことになる。したがって、この電
子と正孔が注入された領域のシリコンの膜厚が図１で示
した例と同様な膜厚（約３０Å以下）であれば、図１と
同様な発光が見られることになる。図２の実施例では薄
い上層シリコン層６の側面を電流注入面としているの
で、発光の強度を高めるためには、印加電圧を高めて注
入電流を増やす方法もあるが、リソグラフィーでのパタ
ーンを工夫して、側面の面積（接合面積）を増やして電
流量を増やす方法を用いれば良い。また、この実施例で
は、熱処理などにより、ポリシリコン８から薄層シリコ
ン層６に不純物が拡散し、薄層シリコン層のポリシリコ
ンに接続する部分が高濃度の不純物添加領域になること
もあるが、特に問題はない。上記の実施例や以下に示す
実施例でも接続されるシリコン層の低抵抗化を考慮し
て、高濃度不純物領域を設けているが、これは本質的で
はない。ダイオードの構成として、薄層シリコン層６を
間に挟んで、両側にｐ型とｎ型を与える半導体層があれ
ば十分である。
る。たとえば、ポリシリコン８をｎ型、厚い上層シリコ
ン層７をｐ型とすると、ポリシリコン側に厚いシリコン
層に対して正の電圧を印加すれば、電子がポリシリコン
８と薄い上層シリコン層６との接続部５から注入され、
また正孔が厚いシリコン層７の領域から注入され、低濃
度薄層シリコン層６の中で再結合する。図１ではフォト
ルミネッセンスの測定であるので、光照射で電子と正孔
を生成したが、図２の構成では電流による注入により、
電子と正孔を生成したことになる。したがって、この電
子と正孔が注入された領域のシリコンの膜厚が図１で示
した例と同様な膜厚（約３０Å以下）であれば、図１と
同様な発光が見られることになる。図２の実施例では薄
い上層シリコン層６の側面を電流注入面としているの
で、発光の強度を高めるためには、印加電圧を高めて注
入電流を増やす方法もあるが、リソグラフィーでのパタ
ーンを工夫して、側面の面積（接合面積）を増やして電
流量を増やす方法を用いれば良い。また、この実施例で
は、熱処理などにより、ポリシリコン８から薄層シリコ
ン層６に不純物が拡散し、薄層シリコン層のポリシリコ
ンに接続する部分が高濃度の不純物添加領域になること
もあるが、特に問題はない。上記の実施例や以下に示す
実施例でも接続されるシリコン層の低抵抗化を考慮し
て、高濃度不純物領域を設けているが、これは本質的で
はない。ダイオードの構成として、薄層シリコン層６を
間に挟んで、両側にｐ型とｎ型を与える半導体層があれ
ば十分である。
【０００９】（実施例２）図３は本発明の第２の実施例
を示す。図において、１は単結晶シリコン、２は埋め込
み酸化シリコン膜、３は上層単結晶シリコン層、４は酸
化シリコン膜、５は薄い上層シリコン層の露出部、６は
薄い上層シリコン層の領域、７は厚い上層シリコン層の
領域、８はポリシリコン層、９は層間絶縁膜、１０は接
続配線用電極、１１は接続配線用電極を示す。上記の実
施例１では、電極との接続層の低抵抗化のための不純物
導入をイオン注入で行うことを考えて、薄層シリコン層
部６の上にポリシリコン層８を貼付ける構造とした。こ
れは、薄層シリコン層に多量の不純物イオンを注入する
と多結晶化して、抵抗が高くなってしまうことを懸念し
てのものであるが、図３に示すように、ポリシリコン層
８を薄層シリコン層部６の上に形成しない構造でも、不
純物の導入方法を工夫すれば低抵抗化できる。また、基
板形成時にシリコン層に不純物を多く添加しておくこと
もできる。他に、気相からの拡散で不純物を導入するこ
ともできる。この場合の構成としては、実施例１との比
較で説明すると、ポリシリコンをｎ型、厚い上層シリコ
ン層とそれに接続する薄いシリコン層を高不純物濃度の
ｐ型とし、ポリシリコン側に厚いシリコン層に対して正
の電圧を印加すれば、電子が薄い上層シリコン層との接
続部５から注入され、また正孔が厚いシリコン層に接続
する高不純物濃度の薄層シリコン層から注入され、ポリ
シリコン層の下部の低濃度の薄層シリコン層の中で再結
合し発光する。この構造では、発光層となる薄いシリコ
ン層の上に、電極であるポリシリコン層が無いので、発
光した光を効率良く外部に取り出すことができる。ま
た、言うまでもないが、イオン注入のマスクとして透明
なシリコン酸化膜や窒化膜を薄いシリコン層の上に形成
し保護しておけば、電極との接続層に不純物のイオン注
入することができる。
を示す。図において、１は単結晶シリコン、２は埋め込
み酸化シリコン膜、３は上層単結晶シリコン層、４は酸
化シリコン膜、５は薄い上層シリコン層の露出部、６は
薄い上層シリコン層の領域、７は厚い上層シリコン層の
領域、８はポリシリコン層、９は層間絶縁膜、１０は接
続配線用電極、１１は接続配線用電極を示す。上記の実
施例１では、電極との接続層の低抵抗化のための不純物
導入をイオン注入で行うことを考えて、薄層シリコン層
部６の上にポリシリコン層８を貼付ける構造とした。こ
れは、薄層シリコン層に多量の不純物イオンを注入する
と多結晶化して、抵抗が高くなってしまうことを懸念し
てのものであるが、図３に示すように、ポリシリコン層
８を薄層シリコン層部６の上に形成しない構造でも、不
純物の導入方法を工夫すれば低抵抗化できる。また、基
板形成時にシリコン層に不純物を多く添加しておくこと
もできる。他に、気相からの拡散で不純物を導入するこ
ともできる。この場合の構成としては、実施例１との比
較で説明すると、ポリシリコンをｎ型、厚い上層シリコ
ン層とそれに接続する薄いシリコン層を高不純物濃度の
ｐ型とし、ポリシリコン側に厚いシリコン層に対して正
の電圧を印加すれば、電子が薄い上層シリコン層との接
続部５から注入され、また正孔が厚いシリコン層に接続
する高不純物濃度の薄層シリコン層から注入され、ポリ
シリコン層の下部の低濃度の薄層シリコン層の中で再結
合し発光する。この構造では、発光層となる薄いシリコ
ン層の上に、電極であるポリシリコン層が無いので、発
光した光を効率良く外部に取り出すことができる。ま
た、言うまでもないが、イオン注入のマスクとして透明
なシリコン酸化膜や窒化膜を薄いシリコン層の上に形成
し保護しておけば、電極との接続層に不純物のイオン注
入することができる。
【００１０】（実施例３）図４は本発明の第３の実施例
を示す。図において、１は単結晶シリコン、２は埋め込
み酸化シリコン膜、３は上層単結晶シリコン層、４は酸
化シリコン膜、６は薄い上層シリコン層の領域、７は厚
い上層シリコン層の領域、８はポリシリコン層、９は層
間絶縁膜、１０は接続配線用電極、１１は接続配線用電
極、１２は上層シリコン層に開口した窓を示す。上記の
実施例１，２では、薄いシリコン層に対するポリシリコ
ンからの電流注入部を薄いシリコン層の側面に取った
が、図４の断面構造図に示すように、薄いシリコン層６
の上部に開口した窓１２を通して薄いシリコン層とポリ
シリコン層８を接触させる方法を用いることもできる。
この構造では、上記の実施例１，２と比較して、薄いシ
リコン層と電極との良好な（低い接続抵抗を有した）接
続が容易にできる。
を示す。図において、１は単結晶シリコン、２は埋め込
み酸化シリコン膜、３は上層単結晶シリコン層、４は酸
化シリコン膜、６は薄い上層シリコン層の領域、７は厚
い上層シリコン層の領域、８はポリシリコン層、９は層
間絶縁膜、１０は接続配線用電極、１１は接続配線用電
極、１２は上層シリコン層に開口した窓を示す。上記の
実施例１，２では、薄いシリコン層に対するポリシリコ
ンからの電流注入部を薄いシリコン層の側面に取った
が、図４の断面構造図に示すように、薄いシリコン層６
の上部に開口した窓１２を通して薄いシリコン層とポリ
シリコン層８を接触させる方法を用いることもできる。
この構造では、上記の実施例１，２と比較して、薄いシ
リコン層と電極との良好な（低い接続抵抗を有した）接
続が容易にできる。
【００１１】（実施例４）図５は本発明の第４の実施例
を示す。図において、１は単結晶シリコン、２は埋め込
み酸化シリコン膜、３は上層単結晶シリコン層、４は酸
化シリコン膜、６は薄い上層シリコン層の領域、９は層
間絶縁膜、１３は厚い上層シリコン層の領域、１４は厚
い上層シリコン層の領域、１５は接続配線用電極、１６
は接続配線用電極を示す。上記の実施例１，２，３はｐ
ｉｎダイオードの片側（ｐあるいはｎ型を与える部分と
してポリシリコンを用い、対向側としてＳＯＩ基板の厚
いシリコン層を用いているが、ｐ，ｎ双方をＳＯＩ基板
の厚いシリコン層を用いることもできる。すなわち、図
５（ａ）のように、２箇所の厚いシリコン層１３，１４
が薄いシリコン層６を介してのみ接続され、周囲は同じ
ように相互に薄いシリコン層に囲まれている（すなわ
ち、島状に厚いシリコン層が形成され、その島が交互に
ｐ型，ｎ型になっており、そのｐ型の島とｎ型の島の間
に電圧を印加すると、島の間を取り巻いている薄いシリ
コン層に電流が流れ発光する構造）か、完全に絶縁され
ている（図５（ａ）では示していないが、シリコン層が
埋め込み酸化膜２の上まで除去されつくされた構造とす
ることで形成できる）構成とする。ここで、表面保護層
等を用いた不純物添加法により、選択的にシリコン層の
厚い領域１３をたとえば高不純物濃度のｐ型に、１４を
高不純物濃度のｎ型にする。このとき、薄いシリコン層
６の領域は全領域低不純物濃度となるようにしても良い
し、部分的に低不純物濃度領域を残すように不純物導入
しても良い。このような選択的な不純物の添加は、シリ
コン酸化膜やポリシリコン等をマスクとした上述のイオ
ン注入技術等で容易に行うことができることは言うまで
もない。次に、全体に絶縁性膜９を形成し、上層シリコ
ン層１３，１４の電極取り出し部に接続する電極１５，
１６を形成する（図５（ｂ））。このような構成とする
ことにより、薄層シリコン層部６をｉ層（低濃度層）と
するｐｉｎダイオードが形成できる。
を示す。図において、１は単結晶シリコン、２は埋め込
み酸化シリコン膜、３は上層単結晶シリコン層、４は酸
化シリコン膜、６は薄い上層シリコン層の領域、９は層
間絶縁膜、１３は厚い上層シリコン層の領域、１４は厚
い上層シリコン層の領域、１５は接続配線用電極、１６
は接続配線用電極を示す。上記の実施例１，２，３はｐ
ｉｎダイオードの片側（ｐあるいはｎ型を与える部分と
してポリシリコンを用い、対向側としてＳＯＩ基板の厚
いシリコン層を用いているが、ｐ，ｎ双方をＳＯＩ基板
の厚いシリコン層を用いることもできる。すなわち、図
５（ａ）のように、２箇所の厚いシリコン層１３，１４
が薄いシリコン層６を介してのみ接続され、周囲は同じ
ように相互に薄いシリコン層に囲まれている（すなわ
ち、島状に厚いシリコン層が形成され、その島が交互に
ｐ型，ｎ型になっており、そのｐ型の島とｎ型の島の間
に電圧を印加すると、島の間を取り巻いている薄いシリ
コン層に電流が流れ発光する構造）か、完全に絶縁され
ている（図５（ａ）では示していないが、シリコン層が
埋め込み酸化膜２の上まで除去されつくされた構造とす
ることで形成できる）構成とする。ここで、表面保護層
等を用いた不純物添加法により、選択的にシリコン層の
厚い領域１３をたとえば高不純物濃度のｐ型に、１４を
高不純物濃度のｎ型にする。このとき、薄いシリコン層
６の領域は全領域低不純物濃度となるようにしても良い
し、部分的に低不純物濃度領域を残すように不純物導入
しても良い。このような選択的な不純物の添加は、シリ
コン酸化膜やポリシリコン等をマスクとした上述のイオ
ン注入技術等で容易に行うことができることは言うまで
もない。次に、全体に絶縁性膜９を形成し、上層シリコ
ン層１３，１４の電極取り出し部に接続する電極１５，
１６を形成する（図５（ｂ））。このような構成とする
ことにより、薄層シリコン層部６をｉ層（低濃度層）と
するｐｉｎダイオードが形成できる。
【００１２】上記の１から４までの実施例の発光ダイオ
ード素子は、シリコン基板を土台としたＳＯＩウェハ上
に形成できるので、シリコンを基板とする能動素子であ
るＭＯＳ型トランジスタやバイポーラトランジスタ等の
素子と同じウェハ上に（素子形成領域には、基板のシリ
コンを用いても良いし、ＳＯＩの上層シリコン層を用い
ても良いことは言うまでもない）作製することができ
る。作製の工程も一部共用化できることも言うまでもな
い。また、受光デバイスを同じウェハ上に搭載すれば、
光信号を介して素子間の信号のやり取りに用いることが
でき、光信号と電気信号を併用した回路素子ができる。
ここで、受光素子としては、ゲルマニウムや化合物半導
体の素子をヘテロエピ成長させたりはりつけたりして用
いることもできるが、シリコンのフォトダイオードを用
いるのが、回路素子作製のための一貫工程として利点が
ある。また、上記の実施例では、シリコン基板をベース
としたＳＯＩウェハを例にとって説明したが、他のフッ
化カルシウム等の絶縁体やバンドギャップの広い半導体
上に形成された単結晶シリコンを２２Å程度に薄層化し
て用いても良いことは言うまでもない。
ード素子は、シリコン基板を土台としたＳＯＩウェハ上
に形成できるので、シリコンを基板とする能動素子であ
るＭＯＳ型トランジスタやバイポーラトランジスタ等の
素子と同じウェハ上に（素子形成領域には、基板のシリ
コンを用いても良いし、ＳＯＩの上層シリコン層を用い
ても良いことは言うまでもない）作製することができ
る。作製の工程も一部共用化できることも言うまでもな
い。また、受光デバイスを同じウェハ上に搭載すれば、
光信号を介して素子間の信号のやり取りに用いることが
でき、光信号と電気信号を併用した回路素子ができる。
ここで、受光素子としては、ゲルマニウムや化合物半導
体の素子をヘテロエピ成長させたりはりつけたりして用
いることもできるが、シリコンのフォトダイオードを用
いるのが、回路素子作製のための一貫工程として利点が
ある。また、上記の実施例では、シリコン基板をベース
としたＳＯＩウェハを例にとって説明したが、他のフッ
化カルシウム等の絶縁体やバンドギャップの広い半導体
上に形成された単結晶シリコンを２２Å程度に薄層化し
て用いても良いことは言うまでもない。
【００１３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、薄層
シリコン層の両側にｐ型，ｎ型の半導体を接続したダイ
オード構造により、発光ダイオードとするものであり、
従来シリコンではできなかった発光素子を提供し、他の
シリコン基板を用いた能動素子と併用することを可能に
するものである。さらに本発明は、発光ダイオードとし
て構成が簡単で、製造も容易である効果を有する。
シリコン層の両側にｐ型，ｎ型の半導体を接続したダイ
オード構造により、発光ダイオードとするものであり、
従来シリコンではできなかった発光素子を提供し、他の
シリコン基板を用いた能動素子と併用することを可能に
するものである。さらに本発明は、発光ダイオードとし
て構成が簡単で、製造も容易である効果を有する。
【図１】フォトルミネッセンス測定による発光スペクト
ルおよびその相対強度と膜厚の関係を示す図。図では薄
いシリコン層の膜厚をパラメータとしてある。（ａ）は
Ｓｉ膜厚が２２Å以下の場合、（ｂ）は膜厚が２２Å以
上の場合、（ｃ）はフォトルミネッセンススペクトルの
積分強度の膜厚依存性を示す
ルおよびその相対強度と膜厚の関係を示す図。図では薄
いシリコン層の膜厚をパラメータとしてある。（ａ）は
Ｓｉ膜厚が２２Å以下の場合、（ｂ）は膜厚が２２Å以
上の場合、（ｃ）はフォトルミネッセンススペクトルの
積分強度の膜厚依存性を示す
【図２】本発明の第１の実施例で、（ａ）〜（ｃ）は製
造工程を示す。
造工程を示す。
【図３】本発明の第２の実施例を示す。
【図４】本発明の第３の実施例を示す。
【図５】本発明の第４の実施例を示し、（ａ），（ｂ）
は製造工程を示す。
は製造工程を示す。
１ 単結晶シリコン ２ 埋め込み酸化シリコン膜 ３ 上層単結晶シリコン層 ４ 酸化シリコン膜 ５ 薄い上層シリコン層の露出部 ６ 薄い上層シリコン層の領域 ７ 厚い上層シリコン層の領域 ８ ポリシリコン層 ９ 層間絶縁膜 １０ 接続配線用電極 １１ 接続配線用電極 １２ 上層シリコン層に開口した窓 １３ 厚い上層シリコン層の領域 １４ 厚い上層シリコン層の領域 １５ 接続配線用電極 １６ 接続配線用電極
Claims (3)
- 【請求項１】 シリコン基板上に形成された酸化膜と、
前記酸化膜上に形成され発光領域となる薄い上層シリコ
ン層と、これに延設された厚い上層シリコン層と、前記
の両シリコン層上に形成された絶縁膜を介して、前記薄
い上層シリコン層の一方の側部の斜面に接触するように
配設された導電性膜とを備え、前記発光領域の両側にｐ
ｎ層が形成され、かつ前記発光領域を形成するシリコン
層の厚さは３以下ないし１ナノメータ以上であることを
特徴とするシリコン発光ダイオード。 - 【請求項２】 シリコン基板上に形成された酸化膜と、
前記酸化膜上に形成され発光領域となる薄い上層シリコ
ン層と、これに延設された厚い上層シリコン層と、前記
の両シリコン層上に形成された絶縁膜とを備え、前記薄
い上層シリコン層上面の絶縁膜に窓を設け、前記窓を介
して発光領域に接触するように導電性膜を設け、前記発
光領域を挟んでｐｎ層が形成され、かつ前記発光領域を
形成するシリコン層の厚さは３以下ないし１ナノメータ
以上であることを特徴とするシリコン発光ダイオード。 - 【請求項３】 シリコン基板上に形成された酸化膜と、
前記酸化膜上に形成され発光領域となる薄い上層シリコ
ン層と、この両側に延設された厚い上層シリコン層と、
前記シリコン層上に形成された絶縁膜とを備え、前記厚
い上層シリコン層上面にそれぞれ電極が形成され、前記
薄い上層シリコン層の発光領域を挟んでｐｎ層が形成さ
れ、かつ前記発光領域を形成するシリコン層の厚さは３
以下ないし１ナノメータ以上であることを特徴とするシ
リコン発光ダイオード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19584494A JPH0846237A (ja) | 1994-07-27 | 1994-07-27 | シリコン発光ダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19584494A JPH0846237A (ja) | 1994-07-27 | 1994-07-27 | シリコン発光ダイオード |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0846237A true JPH0846237A (ja) | 1996-02-16 |
Family
ID=16347956
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19584494A Pending JPH0846237A (ja) | 1994-07-27 | 1994-07-27 | シリコン発光ダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0846237A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002536850A (ja) * | 1999-02-10 | 2002-10-29 | コミツサリア タ レネルジー アトミーク | シリコン発光装置とその製造方法 |
| JP2008205006A (ja) * | 2007-02-16 | 2008-09-04 | Hitachi Ltd | 半導体発光素子、及びそれを用いた光電子集積回路、並びに光電子集積回路の製造方法 |
| WO2010110781A1 (en) * | 2009-03-23 | 2010-09-30 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Indirect-bandgap-semiconductor, light-emitting diode |
| US8284345B2 (en) | 2008-11-06 | 2012-10-09 | Hamamatsu Photonics K.K. | Silicon light-emitting element |
| WO2013002023A1 (ja) * | 2011-06-28 | 2013-01-03 | 株式会社日立製作所 | シリコン及びゲルマニウム発光素子 |
| US10418523B2 (en) | 2015-03-26 | 2019-09-17 | Lg Innotek Co., Ltd. | Light-emitting device and light-emitting device package |
-
1994
- 1994-07-27 JP JP19584494A patent/JPH0846237A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002536850A (ja) * | 1999-02-10 | 2002-10-29 | コミツサリア タ レネルジー アトミーク | シリコン発光装置とその製造方法 |
| JP2008205006A (ja) * | 2007-02-16 | 2008-09-04 | Hitachi Ltd | 半導体発光素子、及びそれを用いた光電子集積回路、並びに光電子集積回路の製造方法 |
| US8284345B2 (en) | 2008-11-06 | 2012-10-09 | Hamamatsu Photonics K.K. | Silicon light-emitting element |
| WO2010110781A1 (en) * | 2009-03-23 | 2010-09-30 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Indirect-bandgap-semiconductor, light-emitting diode |
| US8471270B2 (en) | 2009-03-23 | 2013-06-25 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Indirect-bandgap-semiconductor, light-emitting diode |
| WO2013002023A1 (ja) * | 2011-06-28 | 2013-01-03 | 株式会社日立製作所 | シリコン及びゲルマニウム発光素子 |
| JP2013012547A (ja) * | 2011-06-28 | 2013-01-17 | Hitachi Ltd | シリコン及びゲルマニウム発光素子 |
| US9287456B2 (en) | 2011-06-28 | 2016-03-15 | Hitachi, Ltd. | Silicon-germanium light-emitting element |
| US10418523B2 (en) | 2015-03-26 | 2019-09-17 | Lg Innotek Co., Ltd. | Light-emitting device and light-emitting device package |
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