JP3395810B2 - ポーラスシリコン発光素子の製造方法 - Google Patents
ポーラスシリコン発光素子の製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はシリコン半導体を発光
素子として利用したポーラスシリコン発光素子の製造方
法に関する。
素子として利用したポーラスシリコン発光素子の製造方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より発光ダイオード、レーザダイオ
ード等で代表される固体発光素子は、例えばガリウムヒ
素等の直接遷移形化合物半導体を素材としている。これ
らの化合物半導体は集積回路の素材として利用するには
不向きである。これに対して、シリコンは集積回路の製
造に適していることはよく知られている。従ってシリコ
ンを素材とする発光素子を作ることができれば光集積回
路の実現に一歩近付くことになる。しかしながら、シリ
コンを素材とし、電気的なエネルギによって発光する発
光素子は未だ実現の例はない。ここでシリコンを発光素
子の素材として利用する一つの試みとしてポーラスシリ
コン発光素子が考えられている。
ード等で代表される固体発光素子は、例えばガリウムヒ
素等の直接遷移形化合物半導体を素材としている。これ
らの化合物半導体は集積回路の素材として利用するには
不向きである。これに対して、シリコンは集積回路の製
造に適していることはよく知られている。従ってシリコ
ンを素材とする発光素子を作ることができれば光集積回
路の実現に一歩近付くことになる。しかしながら、シリ
コンを素材とし、電気的なエネルギによって発光する発
光素子は未だ実現の例はない。ここでシリコンを発光素
子の素材として利用する一つの試みとしてポーラスシリ
コン発光素子が考えられている。
【０００３】ポーラスシリコン発光素子とはＰ型或いは
Ｎ型の単結晶のシリコン半導体基板の一方の面に電極を
オーミック接合によって被着形成し、他方の面と対向し
て白金等の電極を配置し、シリコン半導体基板を陽極、
対向電極を陰極としてフッ酸エタノール水溶液に浸すこ
とにより、シリコン半導体基板の表面は陽極酸化され、
ポーラス性（多孔質）となる。
Ｎ型の単結晶のシリコン半導体基板の一方の面に電極を
オーミック接合によって被着形成し、他方の面と対向し
て白金等の電極を配置し、シリコン半導体基板を陽極、
対向電極を陰極としてフッ酸エタノール水溶液に浸すこ
とにより、シリコン半導体基板の表面は陽極酸化され、
ポーラス性（多孔質）となる。
【０００４】図２に従来から知られているポーラスシリ
コン発光素子の製造方法の一例を示す。シリコン半導体
基板１の背面に例えばアルミニューム等の導電体で形成
される電極２をオーミック接合により被着形成する。シ
リコン半導体基板１と対向して白金等で作られた対向電
極３を配置し、容器５内にフッ酸エタノール水溶液４を
満たし、シリコン半導体基板１を陽極としてシリコン半
導体基板１の表面を陽極酸化させる。陽極酸化の条件と
しては電流密度を１０〜２０mA／cm2 以下に選定するも
のとする。因みに電流密度を１００〜２００mA／cm2 程
度に採ると、シリコン半導体基板１の表面はエッチング
され、境面状態となる。
コン発光素子の製造方法の一例を示す。シリコン半導体
基板１の背面に例えばアルミニューム等の導電体で形成
される電極２をオーミック接合により被着形成する。シ
リコン半導体基板１と対向して白金等で作られた対向電
極３を配置し、容器５内にフッ酸エタノール水溶液４を
満たし、シリコン半導体基板１を陽極としてシリコン半
導体基板１の表面を陽極酸化させる。陽極酸化の条件と
しては電流密度を１０〜２０mA／cm2 以下に選定するも
のとする。因みに電流密度を１００〜２００mA／cm2 程
度に採ると、シリコン半導体基板１の表面はエッチング
され、境面状態となる。
【０００５】シリコン半導体基板１の表面が陽極酸化さ
れることによりシリコン半導体基板１の表面はポーラス
性（多孔質）となる。この陽極酸化された面に例えば紫
外光を照射すると、シリコン半導体基板の表面から照射
光より波長が長い例えば赤外光が発生する現象が見られ
る。この発光現象が見られるシリコン半導体基板を一般
にポーラスシリコン発光素子と呼んでいる。
れることによりシリコン半導体基板１の表面はポーラス
性（多孔質）となる。この陽極酸化された面に例えば紫
外光を照射すると、シリコン半導体基板の表面から照射
光より波長が長い例えば赤外光が発生する現象が見られ
る。この発光現象が見られるシリコン半導体基板を一般
にポーラスシリコン発光素子と呼んでいる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ポーラスシリコン発光
素子の解明は緒についたばかりで未知の部分が多い。ポ
ーラスシリコン発光素子の振舞を解明する上で、発光強
度を如何にすると変化させることができるかを知ること
は重要な要素と考える。本発明者は種々実験を行った結
果、陽極酸化に用いる水溶液の成分比を変えた実験では
発光強度がそれ程変わらない代わりに発光の波長が変わ
る性質があることが解った。
素子の解明は緒についたばかりで未知の部分が多い。ポ
ーラスシリコン発光素子の振舞を解明する上で、発光強
度を如何にすると変化させることができるかを知ること
は重要な要素と考える。本発明者は種々実験を行った結
果、陽極酸化に用いる水溶液の成分比を変えた実験では
発光強度がそれ程変わらない代わりに発光の波長が変わ
る性質があることが解った。
【０００７】図３はフッ酸エタノール水溶液のフッ酸の
濃度を変えた場合に得られるポーラスシリコン発光素子
の発光強度と、発光する光の波長が変化する様子を示
す。図示するように、フッ酸の濃度が低い程、発光強度
が強くなり、発光する光の波長は短くなる傾向にあるこ
とが解る。図４はフッ酸エタノール水溶液のエタノール
の濃度を変えてポーラスシリコン発光素子を作製し、作
製されたポーラスシリコンの波長と、発光強度の特性を
示す。図４から明らかなようにエタノール濃度を変えた
場合は波長及び発光強度は共にエタノール濃度が約３３
％程度のとき、発光強度は最大値を示し、発光波長は最
短値となる特性を呈することが解る。
濃度を変えた場合に得られるポーラスシリコン発光素子
の発光強度と、発光する光の波長が変化する様子を示
す。図示するように、フッ酸の濃度が低い程、発光強度
が強くなり、発光する光の波長は短くなる傾向にあるこ
とが解る。図４はフッ酸エタノール水溶液のエタノール
の濃度を変えてポーラスシリコン発光素子を作製し、作
製されたポーラスシリコンの波長と、発光強度の特性を
示す。図４から明らかなようにエタノール濃度を変えた
場合は波長及び発光強度は共にエタノール濃度が約３３
％程度のとき、発光強度は最大値を示し、発光波長は最
短値となる特性を呈することが解る。
【０００８】これらの実験から、フッ酸の濃度１０％程
度、エタノール濃度を２０〜４０％程度に採ることによ
り、発光波長が0.７μm 付近で、発光強度が強いポーラ
スシリコン発光素子が得られることが解る。しかしなが
ら、フッ酸及びエタノールの濃度を変えることにより、
発光強度が異なるポーラスシリコン発光素子を製造しよ
うとすると、発光波長が変わってしまう不都合がある。
度、エタノール濃度を２０〜４０％程度に採ることによ
り、発光波長が0.７μm 付近で、発光強度が強いポーラ
スシリコン発光素子が得られることが解る。しかしなが
ら、フッ酸及びエタノールの濃度を変えることにより、
発光強度が異なるポーラスシリコン発光素子を製造しよ
うとすると、発光波長が変わってしまう不都合がある。
【０００９】この発明の目的は発光波長をほぼ一定波長
に維持したまま、発光強度だけを変えることができるポ
ーラスシリコン発光素子の製造方法を提案しようとする
ものである。
に維持したまま、発光強度だけを変えることができるポ
ーラスシリコン発光素子の製造方法を提案しようとする
ものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明では、フッ酸濃
度及びエタノール濃度を一定に維持した状態で陽極酸化
時間を変化させることにより発光強度の異なるポーラス
シリコンを製造することを特徴とするものである。この
発明によるポーラスシリコン発光素子の製造方法によれ
ば、フッ酸及びエタノール濃度を一定の条件下におくこ
とにより、出来上がるポーラスシリコン発光素子の発光
波長はフッ酸及びエタノール濃度の条件で決まる発光波
長に規定することができる。これと共に陽極酸化時間を
変えることにより発光強度だけを単独で変えることがで
きる。よって発光波長が一定波長に揃えられて、発光強
度だけが異なるポーラスシリコン発光素子を容易に得る
ことができる。
度及びエタノール濃度を一定に維持した状態で陽極酸化
時間を変化させることにより発光強度の異なるポーラス
シリコンを製造することを特徴とするものである。この
発明によるポーラスシリコン発光素子の製造方法によれ
ば、フッ酸及びエタノール濃度を一定の条件下におくこ
とにより、出来上がるポーラスシリコン発光素子の発光
波長はフッ酸及びエタノール濃度の条件で決まる発光波
長に規定することができる。これと共に陽極酸化時間を
変えることにより発光強度だけを単独で変えることがで
きる。よって発光波長が一定波長に揃えられて、発光強
度だけが異なるポーラスシリコン発光素子を容易に得る
ことができる。
【００１１】
【実施例】図１にこの発明による製造方法で製造したポ
ーラスシリコン発光素子の発光強度の特性を示す。この
実施例ではシリコン半導体基板１，電極２及び対向電極
３は図２と同じものとし、フッ酸エタノール水溶液の条
件を、フッ酸濃度を１０％近辺、エタノール濃度を３３
％付近に、また、陽極酸化時の電流密度を２０mA／cm2
付近に選定し、反応温度を２５℃に設定して陽極酸化時
間を１０分、３０分、１２０分に選定した場合の発光強
度特性を示す。
ーラスシリコン発光素子の発光強度の特性を示す。この
実施例ではシリコン半導体基板１，電極２及び対向電極
３は図２と同じものとし、フッ酸エタノール水溶液の条
件を、フッ酸濃度を１０％近辺、エタノール濃度を３３
％付近に、また、陽極酸化時の電流密度を２０mA／cm2
付近に選定し、反応温度を２５℃に設定して陽極酸化時
間を１０分、３０分、１２０分に選定した場合の発光強
度特性を示す。
【００１２】図１に示す曲線Ａは陽極酸化時間を１０分
とした場合の発光強度特性。曲線Ｂは陽極酸化時間を３
０分とした場合の発光強度特性。曲線Ｃは陽極酸化時間
を１２０分とした場合の発光強度特性を示す。図１に示
した曲線Ａ，Ｂ，Ｃから明らかなように、陽極酸化時間
を変えると、発光強度のピーク値が異なる発光素子を作
ることができることが解る。特に、発光強度のピーク値
は発光波長が約0.７〜0.８μm の間に集中し、発光強度
に違いにあっても発光波長はほぼ一定値に維持できるこ
とが解る。
とした場合の発光強度特性。曲線Ｂは陽極酸化時間を３
０分とした場合の発光強度特性。曲線Ｃは陽極酸化時間
を１２０分とした場合の発光強度特性を示す。図１に示
した曲線Ａ，Ｂ，Ｃから明らかなように、陽極酸化時間
を変えると、発光強度のピーク値が異なる発光素子を作
ることができることが解る。特に、発光強度のピーク値
は発光波長が約0.７〜0.８μm の間に集中し、発光強度
に違いにあっても発光波長はほぼ一定値に維持できるこ
とが解る。
【００１３】上述した実施例から明らかなように陽極酸
化時間を短くする程、発光強度が強いポーラスシリコン
発光素子が得られることが解る。しかしながら、陽極酸
化時間を極端に短くすれば陽極酸化が開始に至らない状
態となり、ポーラス層が得られなくなる。陽極酸化が開
始され、発光性が得られる限界は５〜６分程度となる。
従って発光強度が最も強いポーラスシリコン発光素子を
得るための陽極酸化時間は５〜１０分の間に存在するも
のと考えられる。また、フッ酸濃度も１０％前後に±２
〜３％の幅を持ち、更にエタノール濃度も図４から明ら
かなように３３％付近が最良で、その前後に幅を持ち２
０〜４０％の範囲でこの発明を適用できることは容易に
理解できよう。
化時間を短くする程、発光強度が強いポーラスシリコン
発光素子が得られることが解る。しかしながら、陽極酸
化時間を極端に短くすれば陽極酸化が開始に至らない状
態となり、ポーラス層が得られなくなる。陽極酸化が開
始され、発光性が得られる限界は５〜６分程度となる。
従って発光強度が最も強いポーラスシリコン発光素子を
得るための陽極酸化時間は５〜１０分の間に存在するも
のと考えられる。また、フッ酸濃度も１０％前後に±２
〜３％の幅を持ち、更にエタノール濃度も図４から明ら
かなように３３％付近が最良で、その前後に幅を持ち２
０〜４０％の範囲でこの発明を適用できることは容易に
理解できよう。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
フッ酸エタノール水溶液の条件を変えずに陽極酸化時間
を変えてポーラスシリコン発光素子を製造することによ
り、発光の波長がほぼ一定で、発光強度の異なるポーラ
スシリコン発光素子を得ることができた。
フッ酸エタノール水溶液の条件を変えずに陽極酸化時間
を変えてポーラスシリコン発光素子を製造することによ
り、発光の波長がほぼ一定で、発光強度の異なるポーラ
スシリコン発光素子を得ることができた。
【００１５】このようにポーラスシリコン発光素子の発
光強度を決める主要な因子が陽極酸化時間に存すること
が解る。陽極酸化時間の違いはポーラス層の表面形状の
違いとして表れる。従って、ポーラス層の表面形状の違
いから、発光強度の違いを推察することができ、発光の
メカニズム解明に利用できる効果が得られる。
光強度を決める主要な因子が陽極酸化時間に存すること
が解る。陽極酸化時間の違いはポーラス層の表面形状の
違いとして表れる。従って、ポーラス層の表面形状の違
いから、発光強度の違いを推察することができ、発光の
メカニズム解明に利用できる効果が得られる。
【図１】この発明の一実施例を示すグラフ。
【図２】従来のポーラスシリコン発光素子の製造方法を
説明するための図。
説明するための図。
【図３】ポーラスシリコン発光素子を製造する場合に用
いるフッ酸エタノール水溶液におけるフッ酸濃度を変え
た場合に生じるポーラスシリコン発光素子の発光特性を
説明するためのグラフ。
いるフッ酸エタノール水溶液におけるフッ酸濃度を変え
た場合に生じるポーラスシリコン発光素子の発光特性を
説明するためのグラフ。
【図４】ポーラスシリコン発光素子を製造する場合に用
いるフッ酸エタノール水溶液におけるエタノール濃度を
変えた場合に生じるポーラスシリコン発光素子の発光特
性を説明するためのグラフ。
いるフッ酸エタノール水溶液におけるエタノール濃度を
変えた場合に生じるポーラスシリコン発光素子の発光特
性を説明するためのグラフ。
１ シリコン半導体基板
２ 電極
３ 対向電極
４ フッ酸エタノール水溶液
Ａ 陽極酸化時間が１０分の発光強度特性
Ｂ 陽極酸化時間が３０分の発光強度特性
Ｃ 陽極酸化時間が１２０分の発光強度特性
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平６−268255（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−77527（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−97500（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−244460（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−163982（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−356977（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−226696（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−216110（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−45622（ＪＰ，Ａ)
特表 平９−506211（ＪＰ，Ａ)
特表 平５−502978（ＪＰ，Ａ)
Ａｐｐｌｉｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓ
ｃｉｅｎｃｅ，1989年，41／42，ｐ.
614−618
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｕｍｉｎｅ
ｓｃｅｎｃｅ，1993年，57，ｐ．45−49
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 33/00
H01L 21/316
H01L 21/306
Claims (2)
- 【請求項１】 フッ酸エタノール水溶液中において、対
向電極を陰極、シリコン基板を陽極として通電すること
により上記シリコン基板の表面を陽極酸化してポーラス
層を形成し、このポーラス層に光を照射することにより
上記ポーラス層より上記照射光より波長が長い光を発光
するポーラスシリコン発光素子の製造方法において、 上記水溶液及び電流密度を一定条件の下で上記陽極酸化
に要する時間を変えることにより、発光する光の波長が
ほぼ一定値に揃えられ、発光強度がそれぞれに異なるポ
ーラスシリコン発光素子を製造することを特徴とするポ
ーラスシリコン発光素子の製造方法。 - 【請求項２】 上記水溶液のエタノール濃度を２０〜４
０％，電流密度を１０〜３０mA／cm2 の条件の下で上記
陽極酸化時間を７〜１０分程度に選定したことを特徴と
する請求項１記載のポーラスシリコン発光素子の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27653394A JP3395810B2 (ja) | 1994-11-10 | 1994-11-10 | ポーラスシリコン発光素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27653394A JP3395810B2 (ja) | 1994-11-10 | 1994-11-10 | ポーラスシリコン発光素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08139359A JPH08139359A (ja) | 1996-05-31 |
| JP3395810B2 true JP3395810B2 (ja) | 2003-04-14 |
Family
ID=17570804
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27653394A Expired - Fee Related JP3395810B2 (ja) | 1994-11-10 | 1994-11-10 | ポーラスシリコン発光素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3395810B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3490903B2 (ja) * | 1997-09-11 | 2004-01-26 | Ｋｄｄｉ株式会社 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
| JP4920343B2 (ja) | 2006-08-24 | 2012-04-18 | 浜松ホトニクス株式会社 | 半導体素子 |
| JP4920342B2 (ja) | 2006-08-24 | 2012-04-18 | 浜松ホトニクス株式会社 | シリコン素子の製造方法 |
-
1994
- 1994-11-10 JP JP27653394A patent/JP3395810B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Ａｐｐｌｉｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９８９年，４１／４２，ｐ．６１４−６１８ |
| Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ，１９９３年，５７，ｐ．４５−４９ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08139359A (ja) | 1996-05-31 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20030107 |
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| R250 | Receipt of annual fees |
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