JPH1117217A - 発光素子材料の製造方法 - Google Patents
発光素子材料の製造方法Info
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- JPH1117217A JPH1117217A JP17132897A JP17132897A JPH1117217A JP H1117217 A JPH1117217 A JP H1117217A JP 17132897 A JP17132897 A JP 17132897A JP 17132897 A JP17132897 A JP 17132897A JP H1117217 A JPH1117217 A JP H1117217A
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- porous
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 Ｅｒ2 Ｏ3 等の希土類金属酸化物を高濃度で
Ｓｉ基板に注入し、耐久性に優れた発光素子，光結合素
子を得る。 【解決手段】 電気化学的エッチング又はマスクパター
ンを用いたメサエッチングによりＳｉ基板の表面に多数
の細孔を形成した後、多孔質化したＳｉ表層にＥｒ2 Ｏ
3 等の希土類金属酸化物をスパッタリングで付着させ、
次いで多孔質構造を多結晶構造にするアニーリングを施
す。Ｓｉ基板としては、単結晶Ｓｉ，多結晶Ｓｉ，非晶
質Ｓｉ等が使用される。アニーリングに先立って、Ｓｉ
基板表面にある細孔をＳｉ粉末で充填し、又はＳｉ基板
の表面にＳｉをエピタキシャル成長させてもよい。 【効果】 希土類金属酸化物が高濃度で注入されるため
発光特性に優れ、多結晶化により脆さも解消される。ま
た、酸化物の形態で注入されるため、従来のイオンイン
プランテーション法における酸化工程が省略される。
Ｓｉ基板に注入し、耐久性に優れた発光素子，光結合素
子を得る。 【解決手段】 電気化学的エッチング又はマスクパター
ンを用いたメサエッチングによりＳｉ基板の表面に多数
の細孔を形成した後、多孔質化したＳｉ表層にＥｒ2 Ｏ
3 等の希土類金属酸化物をスパッタリングで付着させ、
次いで多孔質構造を多結晶構造にするアニーリングを施
す。Ｓｉ基板としては、単結晶Ｓｉ，多結晶Ｓｉ，非晶
質Ｓｉ等が使用される。アニーリングに先立って、Ｓｉ
基板表面にある細孔をＳｉ粉末で充填し、又はＳｉ基板
の表面にＳｉをエピタキシャル成長させてもよい。 【効果】 希土類金属酸化物が高濃度で注入されるため
発光特性に優れ、多結晶化により脆さも解消される。ま
た、酸化物の形態で注入されるため、従来のイオンイン
プランテーション法における酸化工程が省略される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信，自発光ディス
プレー，光集積回路，発光源等に使用される発光素子材
料の製造方法に関する。
プレー，光集積回路，発光源等に使用される発光素子材
料の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】Ｓｉに希土類元素を注入すると、Ｓｉ中
の酸素原子と希土類元素のイオンとが結合することによ
る発光が生じる。なかでも、Ｅｒは、光ファイバの損失
が最も少ない波長に相当する１．５４μｍの発光を呈す
るため、光通信，光集積回路等への応用が期待されてい
る。たとえば、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．４３，
ｐ９４３−９４５（１９８３）では、ＥｒをＳｉ基板中
にイオンインプランテーションすることにより、６Ｋの
温度で１．５４μｍのホトルミネッセンス特性を示すこ
とが報告されている。
の酸素原子と希土類元素のイオンとが結合することによ
る発光が生じる。なかでも、Ｅｒは、光ファイバの損失
が最も少ない波長に相当する１．５４μｍの発光を呈す
るため、光通信，光集積回路等への応用が期待されてい
る。たとえば、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．４３，
ｐ９４３−９４５（１９８３）では、ＥｒをＳｉ基板中
にイオンインプランテーションすることにより、６Ｋの
温度で１．５４μｍのホトルミネッセンス特性を示すこ
とが報告されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】Ｅｒを注入した発光素
子で十分な発光強度を得るためには、高濃度でＥｒを注
入する必要がある。しかし、従来のイオンインプランテ
ーション法では、Ｅｒイオンが重いため、Ｅｒ3+ビーム
を安定に得難い。また、Ｓｉ基板へ数μｍの深さでＥｒ
3+を打ち込むために大きな加速電圧を必要とする。しか
も、Ｓｉ基板前面にＥｒ3+イオンを打ち込む際に、数ｍ
ｍ2 のイオンビームをウェーハ全体にわたって長時間ス
キャンさせることが必要になる。このようなことから、
Ｓｉ基板全体へのＥｒイオン注入濃度は、１０19個／ｃ
ｍ3 程度の低濃度に止まる。高濃度でＥｒ3+を単結晶Ｓ
ｉに注入することには限界があり、必要とする発光強度
に必要な濃度までＥｒ注入量を多くすることは困難であ
る。また、イオンインプランテーション法では、Ｅｒイ
オンを高速でＳｉ基板に打ち込むため、点欠陥，線欠
陥，ループ欠陥，転位等の欠陥が生成し易い。このよう
な欠陥があると発光効率が低下し、必要とする発光素子
が得られない。Ｅｒ注入の基板には、単結晶Ｓｉの外に
ポリＳｉ，非晶質Ｓｉ，多孔質Ｓｉ等を使用する試みも
検討されている。この場合には、単結晶Ｓｉ基板と比較
して多量のＥｒイオンを注入できるが、多量注入によっ
て点欠陥，線欠陥，転位等の欠陥が発生し易い。その結
果、注入量の増加は、却って発光効率を低下させる原因
となる。
子で十分な発光強度を得るためには、高濃度でＥｒを注
入する必要がある。しかし、従来のイオンインプランテ
ーション法では、Ｅｒイオンが重いため、Ｅｒ3+ビーム
を安定に得難い。また、Ｓｉ基板へ数μｍの深さでＥｒ
3+を打ち込むために大きな加速電圧を必要とする。しか
も、Ｓｉ基板前面にＥｒ3+イオンを打ち込む際に、数ｍ
ｍ2 のイオンビームをウェーハ全体にわたって長時間ス
キャンさせることが必要になる。このようなことから、
Ｓｉ基板全体へのＥｒイオン注入濃度は、１０19個／ｃ
ｍ3 程度の低濃度に止まる。高濃度でＥｒ3+を単結晶Ｓ
ｉに注入することには限界があり、必要とする発光強度
に必要な濃度までＥｒ注入量を多くすることは困難であ
る。また、イオンインプランテーション法では、Ｅｒイ
オンを高速でＳｉ基板に打ち込むため、点欠陥，線欠
陥，ループ欠陥，転位等の欠陥が生成し易い。このよう
な欠陥があると発光効率が低下し、必要とする発光素子
が得られない。Ｅｒ注入の基板には、単結晶Ｓｉの外に
ポリＳｉ，非晶質Ｓｉ，多孔質Ｓｉ等を使用する試みも
検討されている。この場合には、単結晶Ｓｉ基板と比較
して多量のＥｒイオンを注入できるが、多量注入によっ
て点欠陥，線欠陥，転位等の欠陥が発生し易い。その結
果、注入量の増加は、却って発光効率を低下させる原因
となる。
【０００４】一部では、多孔質Ｓｉの表面にＥｒを電気
化学的に付着させることも試みられている。たとえば、
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６５，ｐ９８３（１９
９４）では、比抵抗が数Ω・ｃｍのｐ型（１００）Ｓｉ
基板を用い、フッ化水素酸溶液中で１〜８ｍＡ／ｃｍ2
の電流を供給する陽極化成処理により多孔質Ｓｉを作製
し、次いでＥｒＣｌ3 を解かしたエタノール溶液中に多
孔質Ｓｉをカソードとして浸漬し、Ｅｒ3+を多孔質Ｓｉ
の表面に電着させることが報告されている。しかし、多
孔質Ｓｉは脆い構造であり、しかも電流注入型発光素子
を作製する場合には多孔質Ｓｉと電極との接点が非常に
小さいので、Ｅｒを電着させた多孔質Ｓｉ発光素子は、
接点に大きな電界がかかり、寿命が極端に短い。本発明
は、このような問題を解消すべく案出されたものであ
り、多孔質化したＳｉ表層に希土類金属の酸化物をスパ
ッタリングで付着させ、次いで多孔質Ｓｉをアニーリン
グにより多結晶化することにより、発光特性に優れた良
質の膜を作製することを目的とする。
化学的に付着させることも試みられている。たとえば、
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６５，ｐ９８３（１９
９４）では、比抵抗が数Ω・ｃｍのｐ型（１００）Ｓｉ
基板を用い、フッ化水素酸溶液中で１〜８ｍＡ／ｃｍ2
の電流を供給する陽極化成処理により多孔質Ｓｉを作製
し、次いでＥｒＣｌ3 を解かしたエタノール溶液中に多
孔質Ｓｉをカソードとして浸漬し、Ｅｒ3+を多孔質Ｓｉ
の表面に電着させることが報告されている。しかし、多
孔質Ｓｉは脆い構造であり、しかも電流注入型発光素子
を作製する場合には多孔質Ｓｉと電極との接点が非常に
小さいので、Ｅｒを電着させた多孔質Ｓｉ発光素子は、
接点に大きな電界がかかり、寿命が極端に短い。本発明
は、このような問題を解消すべく案出されたものであ
り、多孔質化したＳｉ表層に希土類金属の酸化物をスパ
ッタリングで付着させ、次いで多孔質Ｓｉをアニーリン
グにより多結晶化することにより、発光特性に優れた良
質の膜を作製することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の製造方法は、そ
の目的を達成するため、電気化学的エッチング又はマス
クパターンを用いたメサエッチングによりＳｉ基板の表
面に多数の細孔を形成した後、多孔質化したＳｉ表面に
希土類金属の酸化物をスパッタリングで付着させ、次い
で多孔質構造を多結晶構造にするアニーリングを施すこ
とを特徴とする。Ｓｉ基板としては、単結晶Ｓｉ，多結
晶Ｓｉ，非晶質Ｓｉ等が使用される。希土類金属の酸化
物としては、Ｅｒ2 Ｏ3 ，Ｃｅ2 Ｏ3 ，Ｅｕ2 Ｏ3 ，Ｄ
ｙ2 Ｏ3，Ｎｄ2 Ｏ3 ，Ｌａ2 Ｏ3 ，Ｐｒ2 Ｏ3 ，Ｐｍ2
Ｏ3 ，Ｓｍ2 Ｏ3 ，Ｇｄ2 Ｏ3，Ｔｂ2 Ｏ3 ，Ｈｏ2 Ｏ
3 ，Ｔｍ2 Ｏ3 ，Ｙｂ2 Ｏ3 ，Ｌｕ2 Ｏ3 等が使用さ
れ、スパッタリング時間，プラズマ強度等によって注入
濃度を制御することができる。希土類金属の酸化物を付
着させた多孔質Ｓｉは、８００〜１４００℃に１０〜６
０分加熱し、次いで徐冷するアニーリングによって多結
晶化される。以下の説明では、希土類金属の酸化物をＥ
ｒ2 Ｏ3 で代表させて説明する。
の目的を達成するため、電気化学的エッチング又はマス
クパターンを用いたメサエッチングによりＳｉ基板の表
面に多数の細孔を形成した後、多孔質化したＳｉ表面に
希土類金属の酸化物をスパッタリングで付着させ、次い
で多孔質構造を多結晶構造にするアニーリングを施すこ
とを特徴とする。Ｓｉ基板としては、単結晶Ｓｉ，多結
晶Ｓｉ，非晶質Ｓｉ等が使用される。希土類金属の酸化
物としては、Ｅｒ2 Ｏ3 ，Ｃｅ2 Ｏ3 ，Ｅｕ2 Ｏ3 ，Ｄ
ｙ2 Ｏ3，Ｎｄ2 Ｏ3 ，Ｌａ2 Ｏ3 ，Ｐｒ2 Ｏ3 ，Ｐｍ2
Ｏ3 ，Ｓｍ2 Ｏ3 ，Ｇｄ2 Ｏ3，Ｔｂ2 Ｏ3 ，Ｈｏ2 Ｏ
3 ，Ｔｍ2 Ｏ3 ，Ｙｂ2 Ｏ3 ，Ｌｕ2 Ｏ3 等が使用さ
れ、スパッタリング時間，プラズマ強度等によって注入
濃度を制御することができる。希土類金属の酸化物を付
着させた多孔質Ｓｉは、８００〜１４００℃に１０〜６
０分加熱し、次いで徐冷するアニーリングによって多結
晶化される。以下の説明では、希土類金属の酸化物をＥ
ｒ2 Ｏ3 で代表させて説明する。
【０００６】多孔質化の程度によっては、アニーリング
でＳｉ基板表面を十分に多結晶化できないことがある。
このような場合、アニーリングに先立って、スパッタリ
ング処理されたＳｉ基板表面にある細孔をＳｉ粉末で充
填する方法，スパッタリング処理されたＳｉ基板の表面
にＳｉをエピタキシャル成長させる方法等が採用され
る。以下の説明では、希土類金属としてＥｒを例にとっ
て説明するが、本発明はこれに拘束されるものではな
く、Ｙｂ（発光波長１μｍ），Ｎｄ（発光波長１．０６
μｍ）等、他の希土類元素も同様に使用可能である。
でＳｉ基板表面を十分に多結晶化できないことがある。
このような場合、アニーリングに先立って、スパッタリ
ング処理されたＳｉ基板表面にある細孔をＳｉ粉末で充
填する方法，スパッタリング処理されたＳｉ基板の表面
にＳｉをエピタキシャル成長させる方法等が採用され
る。以下の説明では、希土類金属としてＥｒを例にとっ
て説明するが、本発明はこれに拘束されるものではな
く、Ｙｂ（発光波長１μｍ），Ｎｄ（発光波長１．０６
μｍ）等、他の希土類元素も同様に使用可能である。
【０００７】
【実施の形態】Ｓｉ基板としては、単結晶Ｓｉ，多結晶
Ｓｉ，非晶質Ｓｉ等が使用される。Ｓｉ基板は、電気化
学的なエッチングにより表面が多孔質化される。たとえ
ば、４８％フッ酸水溶液に０．１〜５倍のエチルアルコ
ールを加えた溶液にｐ型Ｓｉ基板を浸漬し、電流密度５
〜５００ｍＡ／ｃｍ2 で１〜６０分間陽極処理すると、
基板表面が多孔質化される。このとき、フッ酸水溶液に
対しエチルアルコールが０．１倍未満になると、陽極処
理時に生成した泡によって多孔質化が阻害される。逆に
５倍を超えるエチルアルコールでは、多孔質の構造が極
端に脆くなるため、安定的な試料の取扱いが困難にな
る。また、電流密度が５００ｍＡ／ｃｍ2 を超えると多
孔質化ではなく電解研磨が起こり始め、逆に５ｍＡ／ｃ
ｍ2 に満たない電流密度では長時間の処理を必要とす
る。
Ｓｉ，非晶質Ｓｉ等が使用される。Ｓｉ基板は、電気化
学的なエッチングにより表面が多孔質化される。たとえ
ば、４８％フッ酸水溶液に０．１〜５倍のエチルアルコ
ールを加えた溶液にｐ型Ｓｉ基板を浸漬し、電流密度５
〜５００ｍＡ／ｃｍ2 で１〜６０分間陽極処理すると、
基板表面が多孔質化される。このとき、フッ酸水溶液に
対しエチルアルコールが０．１倍未満になると、陽極処
理時に生成した泡によって多孔質化が阻害される。逆に
５倍を超えるエチルアルコールでは、多孔質の構造が極
端に脆くなるため、安定的な試料の取扱いが困難にな
る。また、電流密度が５００ｍＡ／ｃｍ2 を超えると多
孔質化ではなく電解研磨が起こり始め、逆に５ｍＡ／ｃ
ｍ2 に満たない電流密度では長時間の処理を必要とす
る。
【０００８】ｎ型基板を使用する場合には、同様な処理
条件に加え、陽極化成処理時にＳｉ基板を光照射するこ
とが必要である。ｎ型Ｓｉ基板から作製した多孔質Ｓｉ
は、ｐ型Ｓｉ基板から作製した多孔質Ｓｉに比較して、
同じ電流密度で化成処理しても多孔度が低いため、多孔
質構造が安定になる。マスクパターンを用いてメサエッ
チングすると、Ｓｉ（１００）基板ではＶ溝が、Ｓｉ
（１１０）基板では垂直溝が形成される。Ｖ溝を使用す
る場合には、Ｖ溝全体にわたってＥｒ2 Ｏ3 が一様にス
パッタされるため、厚く且つＥｒ2 Ｏ3の濃度勾配が緩
やかな発光層が形成される。他方、垂直溝では、溝の底
面にＥｒ 2 Ｏ3 がスパッタされるため、薄いものの、δ
関数的に局部的にＥｒ2 Ｏ3 が高濃度に注入された発光
層が形成される。
条件に加え、陽極化成処理時にＳｉ基板を光照射するこ
とが必要である。ｎ型Ｓｉ基板から作製した多孔質Ｓｉ
は、ｐ型Ｓｉ基板から作製した多孔質Ｓｉに比較して、
同じ電流密度で化成処理しても多孔度が低いため、多孔
質構造が安定になる。マスクパターンを用いてメサエッ
チングすると、Ｓｉ（１００）基板ではＶ溝が、Ｓｉ
（１１０）基板では垂直溝が形成される。Ｖ溝を使用す
る場合には、Ｖ溝全体にわたってＥｒ2 Ｏ3 が一様にス
パッタされるため、厚く且つＥｒ2 Ｏ3の濃度勾配が緩
やかな発光層が形成される。他方、垂直溝では、溝の底
面にＥｒ 2 Ｏ3 がスパッタされるため、薄いものの、δ
関数的に局部的にＥｒ2 Ｏ3 が高濃度に注入された発光
層が形成される。
【０００９】多孔質化されたＳｉ基板に対して、プラズ
マスパッタリング等により希土類金属の酸化物を付着さ
せる。ＲＦマグネトロンスパッタリングを用いた場合、
Ａｒガス圧１０-1〜１０-3トール，ＲＦ出力０．１〜５
Ｗ／ｃｍ2 でＥｒ2 Ｏ3 をスパッタリングすると、１分
間に５０〜１００ÅのＥｒ2 Ｏ3 膜が多孔質化されたＳ
ｉ基板に堆積される。この堆積条件でスパッタリングを
１０分程度継続すると、１０20〜１０22個／ｃｍ3 の高
濃度でＥｒ2 Ｏ3 が多孔質Ｓｉの細孔表面に付着する。
Ｅｒ2 Ｏ3 の付着量はスパッタリング時間，プラズマ強
度等によって定まるが、Ｅｒ付着濃度が１０20個／ｃｍ
3 以上となるように条件設定することが好ましい。この
ようにしてスパッタリングされた希土類金属の酸化物
は、すでに発光体として有効な作用を呈するため。イオ
ンインプランテーション法等のように酸化処理の工程を
必要としない。
マスパッタリング等により希土類金属の酸化物を付着さ
せる。ＲＦマグネトロンスパッタリングを用いた場合、
Ａｒガス圧１０-1〜１０-3トール，ＲＦ出力０．１〜５
Ｗ／ｃｍ2 でＥｒ2 Ｏ3 をスパッタリングすると、１分
間に５０〜１００ÅのＥｒ2 Ｏ3 膜が多孔質化されたＳ
ｉ基板に堆積される。この堆積条件でスパッタリングを
１０分程度継続すると、１０20〜１０22個／ｃｍ3 の高
濃度でＥｒ2 Ｏ3 が多孔質Ｓｉの細孔表面に付着する。
Ｅｒ2 Ｏ3 の付着量はスパッタリング時間，プラズマ強
度等によって定まるが、Ｅｒ付着濃度が１０20個／ｃｍ
3 以上となるように条件設定することが好ましい。この
ようにしてスパッタリングされた希土類金属の酸化物
は、すでに発光体として有効な作用を呈するため。イオ
ンインプランテーション法等のように酸化処理の工程を
必要としない。
【００１０】Ｅｒ2 Ｏ3 がスパッタリングされた多孔質
Ｓｉは、レーザアニーリング，真空アニーリング等の処
理によって脆い多孔質構造が多結晶Ｓｉに変換される。
このとき、多結晶Ｓｉの内部にまでＥｒ2 Ｏ3 が拡散し
ているため、アニーリングによって従来のイオンインプ
ランテーションに比較して１０20個／ｃｍ3 以上の高濃
度でＥｒ2 Ｏ3 を含んだ多結晶のＳｉ膜が形成される。
アニーリングには、不活性雰囲気，真空雰囲気等の非酸
化性雰囲気が使用され、たとえば８００〜１４００℃に
１０〜６０分加熱した後で徐冷する条件が採用される。
８００℃未満の加熱温度や１０分に達しない短時間加熱
では、多結晶化が十分に進行しない。逆に、１４００℃
をこえる加熱温度や６０分を超える長時間加熱では、膜
全体に均一に分散したＥｒ2 Ｏ3 自体が再凝集を起こ
し、膜の発光特性を劣化させる。
Ｓｉは、レーザアニーリング，真空アニーリング等の処
理によって脆い多孔質構造が多結晶Ｓｉに変換される。
このとき、多結晶Ｓｉの内部にまでＥｒ2 Ｏ3 が拡散し
ているため、アニーリングによって従来のイオンインプ
ランテーションに比較して１０20個／ｃｍ3 以上の高濃
度でＥｒ2 Ｏ3 を含んだ多結晶のＳｉ膜が形成される。
アニーリングには、不活性雰囲気，真空雰囲気等の非酸
化性雰囲気が使用され、たとえば８００〜１４００℃に
１０〜６０分加熱した後で徐冷する条件が採用される。
８００℃未満の加熱温度や１０分に達しない短時間加熱
では、多結晶化が十分に進行しない。逆に、１４００℃
をこえる加熱温度や６０分を超える長時間加熱では、膜
全体に均一に分散したＥｒ2 Ｏ3 自体が再凝集を起こ
し、膜の発光特性を劣化させる。
【００１１】多孔質の程度によっては、アニールによっ
て多結晶化が十分に進行しないことがある。たとえば、
ｎ型Ｓｉ基板を使用した場合、細孔及びＳｉコラムの径
が数μｍの大きな多孔質構造となるため、８００〜１２
００℃の温度ではアニーリングによって膜を平坦化でき
ない。このような場合、スパッタリング処理後の多孔質
ＳｉをＳｉの融点１４００℃以上まで加熱し、又は多孔
質Ｓｉに０．０５μｍ程度の超微粉Ｓｉを散布して細孔
を埋め、又はＳｉをエピタキシャル成長させることによ
り、Ｅｒ2 Ｏ3 の蒸発を抑制した条件下でアニールする
ことが好ましい。このようにして、多孔質構造の細孔を
埋めると多結晶Ｓｉと同様な構造が得られ、ひいては多
結晶Ｓｉと同様に温度８００〜１４００℃でアニールで
きる。
て多結晶化が十分に進行しないことがある。たとえば、
ｎ型Ｓｉ基板を使用した場合、細孔及びＳｉコラムの径
が数μｍの大きな多孔質構造となるため、８００〜１２
００℃の温度ではアニーリングによって膜を平坦化でき
ない。このような場合、スパッタリング処理後の多孔質
ＳｉをＳｉの融点１４００℃以上まで加熱し、又は多孔
質Ｓｉに０．０５μｍ程度の超微粉Ｓｉを散布して細孔
を埋め、又はＳｉをエピタキシャル成長させることによ
り、Ｅｒ2 Ｏ3 の蒸発を抑制した条件下でアニールする
ことが好ましい。このようにして、多孔質構造の細孔を
埋めると多結晶Ｓｉと同様な構造が得られ、ひいては多
結晶Ｓｉと同様に温度８００〜１４００℃でアニールで
きる。
【００１２】Ｅｒが高濃度に注入されたＳｉは、発光素
子，可視発光素子等に使用される。たとえば、発光素子
では、図１，２に示すような積層構造が採用される。図
１のｐｎ接合型発光素子は、次のように作製される。ｐ
型Ｓｉ基板１の裏面にＢをイオン注入してｐ+ 層を形成
し、ｐ+ 層とオーミック接合するＡｌ電極（＋極）２を
蒸着法で形成する。ｐ型Ｓｉ基板１の表面側には、前述
した方法で１０20個／ｃｍ3 以上のＥｒ2 Ｏ3 を含む発
光層３を形成し、大量のＰをドーピングして活性化させ
たＳｉのエピタキシャル成長膜４を発光層３の上に形成
する。このようにして形成された多層膜にメサエッチン
グでＶ溝を形成し、Ｖ溝に臨む表面を酸化処理して酸化
膜５を形成する。次いで、表面酸化膜をエッチング除去
し、ｎ+ のエピタキシャル成長膜４の上にＡｌ電極６
（−極）を蒸着する。このｐｎ接合型発光素子では、酸
化膜５を介して発光が取り出される。
子，可視発光素子等に使用される。たとえば、発光素子
では、図１，２に示すような積層構造が採用される。図
１のｐｎ接合型発光素子は、次のように作製される。ｐ
型Ｓｉ基板１の裏面にＢをイオン注入してｐ+ 層を形成
し、ｐ+ 層とオーミック接合するＡｌ電極（＋極）２を
蒸着法で形成する。ｐ型Ｓｉ基板１の表面側には、前述
した方法で１０20個／ｃｍ3 以上のＥｒ2 Ｏ3 を含む発
光層３を形成し、大量のＰをドーピングして活性化させ
たＳｉのエピタキシャル成長膜４を発光層３の上に形成
する。このようにして形成された多層膜にメサエッチン
グでＶ溝を形成し、Ｖ溝に臨む表面を酸化処理して酸化
膜５を形成する。次いで、表面酸化膜をエッチング除去
し、ｎ+ のエピタキシャル成長膜４の上にＡｌ電極６
（−極）を蒸着する。このｐｎ接合型発光素子では、酸
化膜５を介して発光が取り出される。
【００１３】ｎ型Ｓｉ基板を使用する場合、図２に示す
ような構造をもつｐｎ接合型発光素子が作製される。こ
の場合、ｎ型Ｓｉ基板７の裏面にＰをイオン注入してｎ
+ 層を形成し、ｎ+ 層とオーミック接合するＡｌ電極
（−極）８を蒸着法で形成する。ｎ型Ｓｉ基板７の表面
側には、前述した方法で１０20個／ｃｍ3 以上のＥｒ2
Ｏ3 を含む発光層９を形成し、Ｂを高濃度にドーピング
したｐ+ 層１０を発光層９の上に形成する。次いで、Ｂ
ドープ層１０を酸化して酸化膜１１を形成し、酸化膜１
１の一部をエッチング除去し、Ｂドープ層１０の上にＡ
ｌ電極１２（＋極）を蒸着する。このｐｎ接合型発光素
子では、上部から発光が取り出される。
ような構造をもつｐｎ接合型発光素子が作製される。こ
の場合、ｎ型Ｓｉ基板７の裏面にＰをイオン注入してｎ
+ 層を形成し、ｎ+ 層とオーミック接合するＡｌ電極
（−極）８を蒸着法で形成する。ｎ型Ｓｉ基板７の表面
側には、前述した方法で１０20個／ｃｍ3 以上のＥｒ2
Ｏ3 を含む発光層９を形成し、Ｂを高濃度にドーピング
したｐ+ 層１０を発光層９の上に形成する。次いで、Ｂ
ドープ層１０を酸化して酸化膜１１を形成し、酸化膜１
１の一部をエッチング除去し、Ｂドープ層１０の上にＡ
ｌ電極１２（＋極）を蒸着する。このｐｎ接合型発光素
子では、上部から発光が取り出される。
【００１４】
【実施例】比抵抗３〜５Ω・ｃｍのｐ型（１００）Ｓｉ
基板から、次の手順で発光素子を作製した。ＨＦ：Ｃ2
Ｈ5 ＯＨ：Ｈ2 Ｏ＝１：２：１の溶液にＳｉ基板を陽極
として浸漬し、電流１０ｍＡ／ｃｍ2 を６０分供給し、
Ｓｉ基板を電解エッチングした。電解エッチングによ
り、Ｓｉ基板の表面が多孔質化した。Ｓｉ基板表面に形
成された多孔質構造は、それぞれ５ｎｍ程度の細孔及び
Ｓｉコラムからなっていた。表面が多孔質化されたＳｉ
基板に対し、Ａｒガス圧１０-2トール，ＲＦ出力２Ｗ／
ｃｍ2 ，スパッタリング時間１０分の条件下でＥｒ2 Ｏ
3 をＲＦマグネトロンスパッタリングした。スパッタリ
ング後の表面をＳＥＭ観察すると、図３で模式的に示す
ように多孔質Ｓｉの表面及び細孔１３の底面に多量のＥ
ｒ2 Ｏ3 が付着し、細孔１３に臨むＳｉコラム１４の側
面にはＥｒ2 Ｏ3 が薄く付着していた。
基板から、次の手順で発光素子を作製した。ＨＦ：Ｃ2
Ｈ5 ＯＨ：Ｈ2 Ｏ＝１：２：１の溶液にＳｉ基板を陽極
として浸漬し、電流１０ｍＡ／ｃｍ2 を６０分供給し、
Ｓｉ基板を電解エッチングした。電解エッチングによ
り、Ｓｉ基板の表面が多孔質化した。Ｓｉ基板表面に形
成された多孔質構造は、それぞれ５ｎｍ程度の細孔及び
Ｓｉコラムからなっていた。表面が多孔質化されたＳｉ
基板に対し、Ａｒガス圧１０-2トール，ＲＦ出力２Ｗ／
ｃｍ2 ，スパッタリング時間１０分の条件下でＥｒ2 Ｏ
3 をＲＦマグネトロンスパッタリングした。スパッタリ
ング後の表面をＳＥＭ観察すると、図３で模式的に示す
ように多孔質Ｓｉの表面及び細孔１３の底面に多量のＥ
ｒ2 Ｏ3 が付着し、細孔１３に臨むＳｉコラム１４の側
面にはＥｒ2 Ｏ3 が薄く付着していた。
【００１５】次いで、真空中で１０００℃に３０分加熱
し、降温速度１℃／秒で徐冷するアニーリングを施し
た。アニーリングされたＳｉ基板の表面は、１００ｎｍ
〜数μｍの結晶粒からなる膜厚５μｍ程度の多孔質Ｓｉ
となっており、この多孔質Ｓｉに１０20個／ｃｍ3 のＥ
ｒ2 Ｏ3 発光体が含まれていた。このような膜をもつＳ
ｉ基板から、図１に示すｐｎ接合型発光素子を作製し
た。得られたｐｎ接合型発光素子の発光特性を調査した
ところ、従来のイオンインプランテーションで素子の発
光効率（１０-6程度）と比較して１０4 倍程度高い発光
効率（約１０-2）を示した。
し、降温速度１℃／秒で徐冷するアニーリングを施し
た。アニーリングされたＳｉ基板の表面は、１００ｎｍ
〜数μｍの結晶粒からなる膜厚５μｍ程度の多孔質Ｓｉ
となっており、この多孔質Ｓｉに１０20個／ｃｍ3 のＥ
ｒ2 Ｏ3 発光体が含まれていた。このような膜をもつＳ
ｉ基板から、図１に示すｐｎ接合型発光素子を作製し
た。得られたｐｎ接合型発光素子の発光特性を調査した
ところ、従来のイオンインプランテーションで素子の発
光効率（１０-6程度）と比較して１０4 倍程度高い発光
効率（約１０-2）を示した。
【００１６】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、多孔質化したＳｉにＥｒ2 Ｏ3 をスパッタリングし
た後、アニールすることにより表層のＥｒ濃度を高めて
いる。そのため、従来のイオンインプランテーションに
比較して格段に高濃度のＥｒをＳｉ表層に注入すること
ができ、優れた発光特性を呈する材料が得られる。ま
た、多孔質化したＳｉ表層を多結晶化しているので、多
孔質に起因する脆さがなく、電極との接点を比較的大き
くすることができ、得られる発光素子の寿命も長くな
る。
は、多孔質化したＳｉにＥｒ2 Ｏ3 をスパッタリングし
た後、アニールすることにより表層のＥｒ濃度を高めて
いる。そのため、従来のイオンインプランテーションに
比較して格段に高濃度のＥｒをＳｉ表層に注入すること
ができ、優れた発光特性を呈する材料が得られる。ま
た、多孔質化したＳｉ表層を多結晶化しているので、多
孔質に起因する脆さがなく、電極との接点を比較的大き
くすることができ、得られる発光素子の寿命も長くな
る。
【図１】 本発明に従ってＥｒを高濃度で表層に注入し
たｐ型Ｓｉ基板で形成された発光素子
たｐ型Ｓｉ基板で形成された発光素子
【図２】 本発明に従ってＥｒを高濃度で表層に注入し
たｎ型Ｓｉ基板で形成された発光素子
たｎ型Ｓｉ基板で形成された発光素子
【図３】 ＲＦマグネトロンスパッタリングで多孔質Ｓ
ｉに付着したＥｒ2Ｏ3 を示す模式図
ｉに付着したＥｒ2Ｏ3 を示す模式図
１：ｐ型Ｓｉ基板 ２，１２：Ａｌ電極（＋）
３，９：発光層 ４：エピタキシャル成長膜 ５，１１：酸化膜
６，８：Ａｌ電極（−） ７：ｎ型Ｓｉ基板 １０：Ｂドープ層 １３：細孔
１４：Ｓｉコラム
３，９：発光層 ４：エピタキシャル成長膜 ５，１１：酸化膜
６，８：Ａｌ電極（−） ７：ｎ型Ｓｉ基板 １０：Ｂドープ層 １３：細孔
１４：Ｓｉコラム
Claims (4)
- 【請求項１】 電気化学的エッチング又はマスクパター
ンを用いたメサエッチングによりＳｉ基板の表面に多数
の細孔を形成した後、多孔質化したＳｉ表面に希土類金
属の酸化物をスパッタリングで付着させ、次いで多孔質
構造を多結晶構造にするアニーリングを施すことを特徴
とする発光素子材料の製造方法。 - 【請求項２】 Ｓｉ基板として単結晶Ｓｉ，多結晶Ｓｉ
又は非晶質Ｓｉを使用する請求項１記載の製造方法。 - 【請求項３】 アニーリングに先立って、希土類金属の
酸化物が付着したＳｉ基板表面にある細孔をＳｉ粉末で
充填する請求項１記載の製造方法。 - 【請求項４】 アニーリングに先立って、希土類金属の
酸化物が付着したＳｉ基板の表面にＳｉをエピタキシャ
ル成長させる請求項１記載の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17132897A JPH1117217A (ja) | 1997-06-27 | 1997-06-27 | 発光素子材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17132897A JPH1117217A (ja) | 1997-06-27 | 1997-06-27 | 発光素子材料の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1117217A true JPH1117217A (ja) | 1999-01-22 |
Family
ID=15921204
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17132897A Pending JPH1117217A (ja) | 1997-06-27 | 1997-06-27 | 発光素子材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1117217A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6846509B2 (en) * | 2000-11-22 | 2005-01-25 | Massachusetts Institute Of Technology | Room temperature luminescent Erbium Oxide thin films for photonics |
| 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 |
| JP2006135208A (ja) * | 2004-11-09 | 2006-05-25 | Sony Corp | 希土類元素イオンの拡散領域の製造方法および発光素子の製造方法および発光素子 |
| WO2007147670A1 (de) | 2006-06-23 | 2007-12-27 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur herstellung eines siliziumsubstrats mit veränderten oberflächeneigenschaften sowie ein derartiges siliziumsubstrat |
| JP2013048136A (ja) * | 2011-08-29 | 2013-03-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光素子およびその製造方法 |
| JP2014038926A (ja) * | 2012-08-15 | 2014-02-27 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光素子およびその製造方法 |
| JP2014038927A (ja) * | 2012-08-15 | 2014-02-27 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光素子およびその製造方法 |
| JP2017092075A (ja) * | 2015-11-02 | 2017-05-25 | 株式会社ソディック | 発光素子 |
-
1997
- 1997-06-27 JP JP17132897A patent/JPH1117217A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6846509B2 (en) * | 2000-11-22 | 2005-01-25 | Massachusetts Institute Of Technology | Room temperature luminescent Erbium Oxide thin films for photonics |
| 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 |
| JP2006135208A (ja) * | 2004-11-09 | 2006-05-25 | Sony Corp | 希土類元素イオンの拡散領域の製造方法および発光素子の製造方法および発光素子 |
| WO2007147670A1 (de) | 2006-06-23 | 2007-12-27 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur herstellung eines siliziumsubstrats mit veränderten oberflächeneigenschaften sowie ein derartiges siliziumsubstrat |
| JP2013048136A (ja) * | 2011-08-29 | 2013-03-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光素子およびその製造方法 |
| JP2014038926A (ja) * | 2012-08-15 | 2014-02-27 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光素子およびその製造方法 |
| JP2014038927A (ja) * | 2012-08-15 | 2014-02-27 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光素子およびその製造方法 |
| JP2017092075A (ja) * | 2015-11-02 | 2017-05-25 | 株式会社ソディック | 発光素子 |
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