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JPH0653481A - Semiconductor element and semiconductor device - Google Patents

Semiconductor element and semiconductor device

Info

Publication number
JPH0653481A
JPH0653481A JP20372992A JP20372992A JPH0653481A JP H0653481 A JPH0653481 A JP H0653481A JP 20372992 A JP20372992 A JP 20372992A JP 20372992 A JP20372992 A JP 20372992A JP H0653481 A JPH0653481 A JP H0653481A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light emitting
light
emitting element
semiconductor device
semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP20372992A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akihiko Hiroe
昭彦 廣江
Kiyoshi Yokomori
清 横森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP20372992A priority Critical patent/JPH0653481A/en
Publication of JPH0653481A publication Critical patent/JPH0653481A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【目的】シリコン基板を用いて形成された集積回路の信
号をチップ内やチップ間で光を媒体として伝達するため
の手段を備えた半導体素子を提供する。 【構成】本発明の半導体素子は、結晶性シリコン基板1
3上に直接または絶縁性薄膜12を介して形成された少
なくともその発光層が水素原子を含む非単結晶性シリコ
ンよりなる発光素子11と、該発光素子11と同一基板
上に形成された該発光素子11を駆動発光させる回路と
を少なくとも構成要素として含むことを特徴とする。 【効果】水素原子を含む非単結晶性シリコンよりなる発
光素子11をシリコン集積回路上に形成したことによ
り、回路内の信号を用いて変調された光信号を得ること
が可能となる。
(57) [Abstract] [PROBLEMS] To provide a semiconductor device having means for transmitting a signal of an integrated circuit formed using a silicon substrate in a chip or between chips as a medium. [Structure] The semiconductor element of the present invention comprises a crystalline silicon substrate 1.
3, a light emitting element 11 which is formed directly or via an insulating thin film 12 and at least the light emitting layer of which is made of non-single crystalline silicon containing hydrogen atoms, and the light emission which is formed on the same substrate as the light emitting element 11. A circuit for driving the element 11 to emit light is included at least as a component. [Effect] By forming the light emitting element 11 made of non-single crystalline silicon containing hydrogen atoms on a silicon integrated circuit, it becomes possible to obtain an optical signal modulated by using the signal in the circuit.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体素子及び半導体装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor element and a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体の発光素子としては、GaAs等
のIII−V 族系、またはZnSe等のII−VI族系、あ
るいはSiC等のIV−IV族系の単結晶を用いたものが
広く研究されてきた。中でもIII−V 族系の単結晶デバ
イスは、特に電流注入で比較的高効率の発光素子を作製
できることから、既に発光ダイオード(LED)や半導
体レーザー(LD)として実用化が進んでいる。一方、
シリコン基板上に、集積回路と共に発光素子を集積化す
る試みも始まっている。例えば、GaAsの発光素子を
シリコン基板上に形成するGaAs onSiはその一つ
である。
2. Description of the Related Art As a semiconductor light emitting device, a wide range of researches have been made using a single crystal of III-V group such as GaAs, II-VI group such as ZnSe or IV-IV group such as SiC. It has been. Among them, a III-V group single crystal device can be used as a light emitting diode (LED) or a semiconductor laser (LD), because a light emitting element having a relatively high efficiency can be produced by current injection. on the other hand,
Attempts have been made to integrate a light emitting device with an integrated circuit on a silicon substrate. For example, GaAs on Si for forming a GaAs light emitting element on a silicon substrate is one of them.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】シリコン半導体素子の
微細化、高速化に伴って、チップ内またはチップ間の信
号伝達手段の広帯域化や低干渉化などの要求が高まりつ
つある。このような観点から、光を用いた信号の伝達は
注目を集め始めている。即ち、光は本質的に広帯域で、
且つ無誘導であるので、従来の電気を用いた信号伝達と
異なり、高速、高密度の信号を伝達することができ、大
変有望な伝達媒体であると考えられるからである。
With the miniaturization and speeding up of silicon semiconductor devices, there is an increasing demand for wide band and low interference of signal transmission means within or between chips. From such a viewpoint, signal transmission using light has begun to attract attention. That is, light is essentially broadband,
In addition, since it is non-inductive, it can transmit high-speed and high-density signals unlike the conventional signal transmission using electricity, and is considered to be a very promising transmission medium.

【0004】しかしながら、現状では光を用いた信号伝
達として実用化されているのは、光ファイバーを用いた
光通信のみであり、半導体のチップ間やチップ内と言っ
た、近接した2点間での信号伝達は実現していない。こ
れは、シリコン半導体のチップに受・発光素子をプロセ
スの整合性良く形成するのが難しいためである。例え
ば、発光ダイオードやレーザーダイオードなどの発光素
子として広く用いられているIII−V 族系の発光素子を
シリコン基板上に形成する、いわゆる、GaAson S
iの技術では、結晶性の良いIII−V 族系半導体をシリ
コン基板上に形成することが容易ではなく、実用化は難
しい状況である。そこで、現在考えられているのは、レ
ーザーダイオードのチップを外付けで付加して信号伝達
を行なう試みであるが、これは、幾つもの信号を並列的
に送るのに要する面積が大きくなることや、チップ間の
信号伝達に限られる等、問題があった。
However, at present, only optical communication using an optical fiber is put into practical use as signal transmission using light, and it is used between two semiconductor chips or between two adjacent points such as inside a chip. Signal transmission is not realized. This is because it is difficult to form a light receiving / light emitting element on a silicon semiconductor chip with good process matching. For example, a so-called GaAs on S, in which a III-V group light emitting element widely used as a light emitting element such as a light emitting diode or a laser diode is formed on a silicon substrate.
With the technique i, it is not easy to form a III-V group semiconductor having good crystallinity on a silicon substrate, and practical application is difficult. Therefore, what is currently considered is an attempt to externally add a laser diode chip to perform signal transmission, but this requires that the area required to send several signals in parallel becomes large. However, there were problems such as limited signal transmission between chips.

【0005】本発明は上記の点に鑑みなされたものであ
って、シリコン基板を用いて形成された集積回路の信号
を、チップ内あるいはチップ間で光を媒体として伝達す
るための手段を備えた半導体素子及び半導体装置を提供
することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above points, and is provided with means for transmitting a signal of an integrated circuit formed by using a silicon substrate as light inside a chip or between chips as a medium. An object is to provide a semiconductor element and a semiconductor device.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の半導体素子は、結晶性シリコン基板上に直
接または絶縁性薄膜を介して形成された少なくともその
発光層が水素原子を含む非単結晶性シリコンよりなる発
光素子と、該発光素子と同一基板上に形成された該発光
素子を駆動発光させる回路とを少なくとも構成要素とし
て含むことを特徴とする(請求項1)。もしくは、本発
明の半導体素子は、結晶性シリコン基板上に直接または
絶縁性薄膜を介して形成された少なくともその発光層が
水素原子を含む非単結晶性シリコンよりなる発光素子
と、該発光素子と同一基板上に形成された該発光素子を
駆動発光させる回路と、該発光素子と同一基板上に形成
された受光素子とを少なくとも構成要素として含むこと
を特徴とする(請求項2)。
In order to achieve the above object, in a semiconductor device of the present invention, at least the light emitting layer formed directly on a crystalline silicon substrate or via an insulating thin film has a non-hydrogen-containing layer. At least one of a light emitting element made of monocrystalline silicon and a circuit formed on the same substrate as the light emitting element for driving the light emitting element to emit light is defined as a constituent element (claim 1). Alternatively, the semiconductor element of the present invention is a light-emitting element, at least the light-emitting layer of which is formed on a crystalline silicon substrate directly or via an insulating thin film, is made of non-single-crystal silicon containing hydrogen atoms, and the light-emitting element It is characterized in that at least a circuit for driving and emitting the light emitting element formed on the same substrate and a light receiving element formed on the same substrate as the light emitting element are included as constituent elements (claim 2).

【0007】また、本発明の半導体装置は、結晶性シリ
コン基板上に直接または絶縁性薄膜を介して形成された
少なくともその発光層が水素原子を含む非単結晶性シリ
コンよりなる発光素子と該発光素子と同一基板上に形成
された該発光素子を駆動発光させる回路とを少なくとも
構成要素として含む半導体素子と、該発光素子より発光
される光を受光し電気信号に変換する受光素子を少なく
とも構成要素として含む半導体素子とを少なくとも含む
ことを特徴とする(請求項3)。
Further, the semiconductor device of the present invention includes a light emitting element, which is formed on a crystalline silicon substrate directly or through an insulating thin film, at least the light emitting layer of which is non-single crystalline silicon containing hydrogen atoms, and the light emitting element. A semiconductor element including, as at least one element, a circuit for driving and emitting the light emitting element formed on the same substrate as the element, and at least a light receiving element for receiving light emitted from the light emitting element and converting the light into an electric signal. And at least a semiconductor element including the above (Claim 3).

【0008】ここで、前記半導体素子もしくは半導体装
置において、前記発光素子は、水素原子を含む非単結晶
シリコンのp型層とn型層とを積層したもの(請求項
4)、あるいは、水素原子を含む非単結晶シリコンのp
型層と、p型及びn型の不純物を意図的には導入しない
層と、n型層とを積層したもの(請求項5)である。
Here, in the semiconductor element or the semiconductor device, the light emitting element is a stack of a p-type layer and an n-type layer of non-single-crystal silicon containing hydrogen atoms (claim 4), or a hydrogen atom. P of non-single crystal silicon containing
This is a laminate of a type layer, a layer in which p-type and n-type impurities are not intentionally introduced, and an n-type layer (claim 5).

【0009】また、前記半導体素子もしくは半導体装置
において、前記受光素子は、水素原子を含む非単結晶シ
リコンよりなり(請求項6)、さらには、前記受光素子
は、水素原子を含む非単結晶シリコンのp型層とn型層
とを積層したもの(請求項7)、あるいは、水素原子を
含む非単結晶シリコンのp型層と、p型及びn型の不純
物を意図的には導入しない層と、n型層とを積層したも
の(請求項8)である。
In the semiconductor element or the semiconductor device, the light receiving element is made of non-single-crystal silicon containing hydrogen atoms (claim 6), and the light-receiving element is made of non-single-crystal silicon containing hydrogen atoms. Or a p-type layer of non-single-crystal silicon containing hydrogen atoms and a layer in which p-type and n-type impurities are not intentionally introduced. And an n-type layer are laminated (claim 8).

【0010】[0010]

【作用】本発明の半導体素子においては、水素原子を含
む非単結晶性シリコンよりなる発光素子をシリコン集積
回路上に形成したことにより、回路内の信号を用いて変
調された光信号を得ることが可能となる。また、水素原
子を含む非単結晶性シリコンよりなる発光素子と、この
発光素子より出射した光を受光する受光素子とを一つの
シリコンチップ内に形成することにより、チップ内の信
号伝達を光を用いて行なうことが可能となる。
In the semiconductor device of the present invention, a light emitting device made of non-single-crystal silicon containing hydrogen atoms is formed on a silicon integrated circuit, and an optical signal modulated using the signal in the circuit is obtained. Is possible. In addition, by forming a light-emitting element made of non-single-crystal silicon containing hydrogen atoms and a light-receiving element for receiving light emitted from this light-emitting element in one silicon chip, light transmission for signal transmission in the chip is performed. It becomes possible to use it.

【0011】本発明の半導体装置においては、一つのシ
リコンチップ(半導体素子)内に水素原子を含む非単結
晶性シリコンよりなる発光素子を、他のチップ(半導体
素子)に受光素子を形成し、発光素子より出射した光を
受光素子で受光できるように各チップを配置すること
で、チップ間の信号伝達を光を用いて行なうことが可能
となる。
In the semiconductor device of the present invention, a light emitting element made of non-single crystalline silicon containing hydrogen atoms is formed in one silicon chip (semiconductor element), and a light receiving element is formed in another chip (semiconductor element). By arranging each chip so that the light emitted from the light emitting element can be received by the light receiving element, it becomes possible to perform signal transmission between the chips using light.

【0012】[0012]

【実施例】以下、本発明の構成及び作用を図示の実施例
に基づいて詳細に説明する。 [実施例1]図1は本発明による半導体素子の一実施例
を示す要部断面図である。図1において、図中、符号1
1は水素原子を含む非単結晶性シリコンからなる発光素
子、12は絶縁性薄膜、13はシリコン単結晶基板、1
4はシリコン基板に形成された拡散層で、シリコン基板
13上に形成されている集積回路部分(図示せず)の信
号によって発光素子11を駆動するための信号電極であ
る。また、15は発光素子11に接続された他方の電極
である。ここで、発光素子11は、例えば図5に示すよ
うな平行平板型のプラズマCVD装置を用いて形成され
た非晶質シリコンよりなるものである。同図中、符号4
1は真空チャンバー、42は高周波放電用電極、43は
高周波電源、44は流量調整器、45は真空ポンプであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The structure and operation of the present invention will be described below in detail with reference to the illustrated embodiments. [Embodiment 1] FIG. 1 is a cross-sectional view of essential parts showing an embodiment of a semiconductor device according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 in the drawing
Reference numeral 1 is a light emitting element made of non-single crystalline silicon containing hydrogen atoms, 12 is an insulating thin film, 13 is a silicon single crystal substrate, 1
Reference numeral 4 denotes a diffusion layer formed on the silicon substrate, which is a signal electrode for driving the light emitting element 11 by a signal from an integrated circuit portion (not shown) formed on the silicon substrate 13. Further, 15 is the other electrode connected to the light emitting element 11. Here, the light emitting element 11 is made of amorphous silicon formed by using, for example, a parallel plate type plasma CVD apparatus as shown in FIG. In the figure, reference numeral 4
1 is a vacuum chamber, 42 is a high frequency discharge electrode, 43 is a high frequency power supply, 44 is a flow rate controller, and 45 is a vacuum pump.

【0013】図1に示す半導体素子の形成方法として
は、先ず、シリコン基板13に必要な回路を形成した
後、LPCVD法によりシリコン酸化膜(絶縁性薄膜)
12を形成し、この後、シリコン酸化膜12の一部を開
口除去する。この除去された部分は、発光素子11と、
これを駆動するための信号電極14との電気的接触を得
るためのコンタクトホールとなる。この後、前述したよ
うに、図5に示すようなプラズマCVD装置によって発
光層となるa−Si:Hを堆積する。そして、この発光
層のパターンニングを行ない、発光素子11を形成した
後、Al電極を形成する。
In the method of forming the semiconductor element shown in FIG. 1, first, after forming a necessary circuit on the silicon substrate 13, a silicon oxide film (insulating thin film) is formed by LPCVD.
12 is formed, and then a part of the silicon oxide film 12 is removed by opening. The removed portion is the light emitting element 11 and
It becomes a contact hole for making electrical contact with the signal electrode 14 for driving this. Then, as described above, a-Si: H to be a light emitting layer is deposited by the plasma CVD apparatus as shown in FIG. Then, the light emitting layer is patterned to form the light emitting element 11, and then the Al electrode is formed.

【0014】ここで、図2にこの発光素子11に電流を
流した時の発光特性を示す。また、発光波長のスペクト
ルは約900nmにピークを持つブロードなものであっ
た。プラズマCVDにより形成される非晶質シリコン
は、下地基板の影響が少なく、比較的良質の発光素子を
容易に形成できる特徴がある。従って、このような素子
構造をとることで、集積回路の信号により変調された光
パルスを簡単に得ることができる。
Here, FIG. 2 shows light emitting characteristics when a current is passed through the light emitting element 11. In addition, the emission wavelength spectrum was broad with a peak at about 900 nm. Amorphous silicon formed by plasma CVD has a feature that a base substrate is less affected and a relatively good quality light emitting element can be easily formed. Therefore, with such an element structure, an optical pulse modulated by the signal of the integrated circuit can be easily obtained.

【0015】[実施例2]図3は本発明による半導体素
子の別の実施例を示す要部断面図である。図3におい
て、図中、符号21は水素原子を含む非単結晶性シリコ
ンからなる発光素子、22は絶縁性薄膜、23はシリコ
ン単結晶基板、24はシリコン基板に形成された拡散層
でシリコン基板23上に形成されている集積回路部分
(図示せず)の信号によって発光素子21を駆動するた
めの信号電極、25は発光素子21に接続された他方の
電極であり、それぞれ図1の11〜15に対応し、形成
方法も同様である。また、符号26は発光素子21から
出た光を導くための導波路、27はシリコン基板23内
に形成された拡散層で、基板23との間でpn接合また
はpin接合を作り、導波路26中を導波された光を受
光する受光素子である。上記導波路26はプラズマCV
D装置を用いて堆積したa−SiON:Hで、膜厚は発
光層21より発光したブロードな光を導くために充分な
厚さとする必要があり、約10μm位とした。また、屈
折率は、バッファー層となるシリコン酸化膜22が約
1.46であるので、この導波路層は1.52とした。
本発明の半導体素子では、図3のような素子構造とする
ことで、光による素子内の信号伝達が可能となる。
[Embodiment 2] FIG. 3 is a cross-sectional view of essential parts showing another embodiment of a semiconductor device according to the present invention. In FIG. 3, reference numeral 21 is a light emitting element made of non-single crystalline silicon containing hydrogen atoms, 22 is an insulating thin film, 23 is a silicon single crystal substrate, and 24 is a diffusion layer formed on the silicon substrate. A signal electrode for driving the light emitting element 21 by a signal of an integrated circuit portion (not shown) formed on 23, 25 is the other electrode connected to the light emitting element 21, and each of 11 to 11 in FIG. Corresponding to No. 15, the forming method is also the same. Further, reference numeral 26 is a waveguide for guiding the light emitted from the light emitting element 21, 27 is a diffusion layer formed in the silicon substrate 23, and a pn junction or a pin junction is formed with the substrate 23 to form a waveguide 26. It is a light receiving element that receives the light guided in the inside. The waveguide 26 is a plasma CV
The film thickness of a-SiON: H deposited by using the D device needs to be sufficient to guide the broad light emitted from the light emitting layer 21, and is set to about 10 μm. The refractive index of the waveguide layer is set to 1.52 because the silicon oxide film 22 serving as the buffer layer has a refractive index of about 1.46.
With the semiconductor device of the present invention, the device structure as shown in FIG. 3 enables signal transmission in the device by light.

【0016】[実施例3]図4は本発明による半導体装
置の一実施例を示す概略的要部構成図である。図4にお
いて、図中、符号32,35は集積回路を形成したシリ
コン基板(半導体素子)であり、31は一方の基板32
上に形成された発光素子で、詳しい構造は、図1に示し
た発光素子と類似のものである。また、33は他方の基
板35上に形成された受光素子、34は発光素子31よ
り出射した光を受光素子33上に集光する集光レンズで
ある。尚、基板32と基板35が充分近接して形成さ
れ、発光素子31の出射光の発散が問題とならない場合
は、集光レンズ34は省略することができる。本発明の
半導体装置では、少なくとも図4のような構成をとるこ
とにより、光を用いたチップ間の信号伝達が可能とな
る。
[Embodiment 3] FIG. 4 is a schematic view of the essential portion of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 4, reference numerals 32 and 35 denote silicon substrates (semiconductor elements) on which integrated circuits are formed, and 31 denotes one substrate 32.
The light emitting device formed above has a detailed structure similar to that of the light emitting device shown in FIG. Further, 33 is a light receiving element formed on the other substrate 35, and 34 is a condenser lens for condensing the light emitted from the light emitting element 31 on the light receiving element 33. If the substrate 32 and the substrate 35 are formed sufficiently close to each other and the divergence of the light emitted from the light emitting element 31 does not pose a problem, the condenser lens 34 can be omitted. In the semiconductor device of the present invention, at least the configuration shown in FIG. 4 enables signal transmission between chips using light.

【0017】[実施例4]図6は本発明による半導体素
子の別の実施例を示す要部断面図である。図6におい
て、図中、符号51は水素原子を含む非単結晶性シリコ
ンからなる発光素子、52は絶縁性薄膜、53はシリコ
ン単結晶基板、54はシリコン基板に形成された拡散層
でシリコン基板53上に形成されている集積回路部分
(図示せず)の信号によって発光素子51を駆動するた
めの信号電極、55は発光素子21に接続された他方の
電極、56は発光素子51から出た光を導くための導波
路であり、それぞれ図2の21〜26に対応し、形成方
法も同様である。また、符号57は非晶質シリコンより
なる受光素子、58,59はこの受光素子57に接続さ
れた電極で、これら電極より受光素子の出力が取り出さ
れる。この実施例は、前記実施例2の改良型で、受光素
子57を基板53より独立させることで、基板内に接合
を形成する必要が無く、基板に対する制約が緩和される
特徴がある。
[Embodiment 4] FIG. 6 is a cross-sectional view of essential parts showing another embodiment of a semiconductor device according to the present invention. In FIG. 6, reference numeral 51 is a light emitting element made of non-single crystalline silicon containing hydrogen atoms, 52 is an insulating thin film, 53 is a silicon single crystal substrate, and 54 is a diffusion layer formed on the silicon substrate. A signal electrode for driving the light emitting element 51 by a signal of an integrated circuit portion (not shown) formed on 53, 55 is the other electrode connected to the light emitting element 21, and 56 is emitted from the light emitting element 51. Waveguides for guiding light, which correspond to 21 to 26 in FIG. 2, respectively, and the formation method is the same. Further, reference numeral 57 is a light receiving element made of amorphous silicon, and 58 and 59 are electrodes connected to the light receiving element 57, and the output of the light receiving element is taken out from these electrodes. This embodiment is an improved version of the second embodiment and is characterized in that the light receiving element 57 is independent of the substrate 53, so that it is not necessary to form a bond in the substrate and the restriction on the substrate is relaxed.

【0018】以上の実施例1〜4において、発光素子は
電流注入できるpn接合を含むものが良く、特に、水素
化非晶質シリコンの場合、pin構造のものが発光効率
の点で有利である。また、材料としては、水素化非晶質
シリコンの他に、熱CVD法により形成された非晶質ま
たは多結晶シリコンを水素化処理したものなど、単結晶
シリコンの間接遷移型であるという、発光素子としての
欠点を有さないシリコン材料であれば何でも良い。ま
た、非単結晶性シリコンよりなる受光素子も、pn接合
とすることでフォトコンを用いたものに比べ受光感度や
速度が改善される。また、pin構造とすることでこの
改善効果は更に顕著となる。また、材料に関しても、発
光素子と同様、熱CVD法により形成される非晶質また
は多結晶シリコンを水素化処理したものなどを用いるこ
ともできる。
In Examples 1 to 4 described above, the light emitting element preferably has a pn junction capable of injecting a current, and particularly in the case of hydrogenated amorphous silicon, a pin structure is advantageous in terms of luminous efficiency. . Further, as a material, in addition to hydrogenated amorphous silicon, amorphous or polycrystalline silicon formed by a thermal CVD method is subjected to a hydrogenation treatment, which is an indirect transition type of single crystal silicon. Any silicon material may be used as long as it has no defect as an element. Further, the light receiving element made of non-single crystalline silicon is also improved in light receiving sensitivity and speed by using a pn junction as compared with an element using a photocon. Further, the improvement effect becomes more remarkable by adopting the pin structure. As for the material, as in the case of the light-emitting element, amorphous or polycrystalline silicon formed by a thermal CVD method, which is hydrogenated, or the like can be used.

【0019】[0019]

【発明の効果】以上説明したように、請求項1の半導体
素子においては、水素原子を含む非単結晶性シリコンよ
りなる発光素子をシリコン集積回路上に形成したことに
より、回路内の信号を用いて変調された光信号を得るこ
とが可能となる。また、請求項2の半導体素子において
は、水素原子を含む非単結晶性シリコンよりなる発光素
子と、この発光素子より出射した光を受光する受光素子
とを一つのシリコンチップ内に形成することにより、チ
ップ内の信号伝達を光を用いて行なうことが可能とな
る。
As described above, in the semiconductor device according to the first aspect, since the light emitting device made of non-single crystalline silicon containing hydrogen atoms is formed on the silicon integrated circuit, the signal in the circuit is used. It is possible to obtain a modulated optical signal. In the semiconductor element according to claim 2, the light emitting element made of non-single crystalline silicon containing hydrogen atoms and the light receiving element for receiving the light emitted from the light emitting element are formed in one silicon chip. , It becomes possible to carry out signal transmission in the chip by using light.

【0020】請求項3の半導体装置においては、一つの
シリコンチップ(半導体素子)内に水素原子を含む非単
結晶性シリコンよりなる発光素子を、他のチップ(半導
体素子)に受光素子を形成し、発光素子より出射した光
を受光素子で受光できるように各チップを配置すること
で、チップ間の信号伝達を光を用いて行なうことが可能
となる。
According to another aspect of the semiconductor device of the present invention, a light emitting element made of non-single crystalline silicon containing hydrogen atoms is formed in one silicon chip (semiconductor element) and a light receiving element is formed in another chip (semiconductor element). By arranging the chips so that the light emitted from the light emitting element can be received by the light receiving element, it becomes possible to perform signal transmission between the chips using light.

【0021】さらに、請求項4の発明のように、請求項
1,2の半導体素子もしくは請求項3の半導体装置にお
いて、発光素子をpn接合型にすることで、電流注入発
光が可能となり、発光光量を大きくすることができる。
また、請求項5の発明のように、請求項1,2の半導体
素子もしくは請求項3の半導体装置において、発光素子
をpin接合型にすることにより、発光効率を更に改善
することができる。
Further, as in the invention of claim 4, in the semiconductor element of claims 1 and 2 or the semiconductor device of claim 3, by making the light emitting element a pn junction type, current injection light emission becomes possible and light emission occurs. The amount of light can be increased.
Further, as in the invention of claim 5, in the semiconductor element of claims 1 and 2 or the semiconductor device of claim 3, by making the light emitting element a pin junction type, the light emission efficiency can be further improved.

【0022】さらに、請求項6の発明のように、請求項
2の半導体素子もしくは請求項3の半導体装置におい
て、受光素子を水素原子を含む非単結晶性シリコンによ
り形成することで、単結晶シリコン基板内に受光素子を
形成する必要がなくなるので、基板の構造に対する制約
を緩和することができる。また、請求項7の発明のよう
に、請求項2の半導体素子もしくは請求項3の半導体装
置において、受光素子を水素原子を含む非単結晶性シリ
コンによりなるpn接合とすることで、受光感度やスピ
ードを改善することができる。また、請求項8の発明の
ように、請求項2の半導体素子もしくは請求項3の半導
体装置において、受光素子を水素原子を含む非単結晶性
シリコンによりなるpin接合とすることで、受光感度
やスピードを更に高めることができる。
Further, as in the invention of claim 6, in the semiconductor element of claim 2 or the semiconductor device of claim 3, the light receiving element is formed of non-single-crystal silicon containing hydrogen atoms. Since it is not necessary to form the light receiving element in the substrate, the restriction on the structure of the substrate can be relaxed. Further, as in the invention of claim 7, in the semiconductor element of claim 2 or the semiconductor device of claim 3, the light receiving element is a pn junction made of non-single crystalline silicon containing hydrogen atoms. The speed can be improved. Further, as in the invention of claim 8, in the semiconductor element of claim 2 or the semiconductor device of claim 3, the light-receiving element is a pin junction made of non-single-crystal silicon containing hydrogen atoms. The speed can be further increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による半導体素子の一実施例を示す要部
断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of essential parts showing an embodiment of a semiconductor device according to the present invention.

【図2】図1に示す発光素子に電流を流した時の発光特
性を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing light emission characteristics when a current is applied to the light emitting element shown in FIG.

【図3】本発明による半導体素子の別の実施例を示す要
部断面図である。
FIG. 3 is a sectional view of an essential part showing another embodiment of the semiconductor device according to the present invention.

【図4】本発明による半導体装置の一実施例を示す概略
的要部構成図である。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an essential part showing an embodiment of a semiconductor device according to the present invention.

【図5】薄膜形成装置の一例を示すプラズマCVD装置
の説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a plasma CVD apparatus showing an example of a thin film forming apparatus.

【図6】本発明による半導体素子の別の実施例を示す要
部断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of an essential part showing another embodiment of the semiconductor device according to the present invention.

【符号の説明】 11,21,31,51・・・発光素子 12,22,52・・・絶縁性薄膜 13,23,53・・・シリコン単結晶基板 14,24,54,59・・・拡散層からなる信号電極 15,25,55,58・・・電極 26,56・・・導波路層 27,33,57・・・受光素子 32,35・・・半導体素子(集積回路の形成されたシ
リコン基板) 34・・・集光レンズ 41・・・真空チャンバー 42・・・高周波放電用電極 43・・・高周波電源 44・・・流量調整器 45・・・真空ポンプ
[Description of Reference Signs] 11, 21, 31, 51 ... Light-Emitting Element 12, 22, 52 ... Insulating Thin Film 13, 23, 53 ... Silicon Single Crystal Substrate 14, 24, 54, 59 ... Signal electrodes 15, 25, 55, 58 ... Electrodes 26, 56 ... Waveguide layers 27, 33, 57 ... Light receiving elements 32, 35 ... Semiconductor elements (formed of integrated circuits) Silicon substrate) 34 ... Condensing lens 41 ... Vacuum chamber 42 ... Electrode for high frequency discharge 43 ... High frequency power supply 44 ... Flow rate regulator 45 ... Vacuum pump

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】結晶性シリコン基板上に直接または絶縁性
薄膜を介して形成された少なくともその発光層が水素原
子を含む非単結晶性シリコンよりなる発光素子と、該発
光素子と同一基板上に形成された該発光素子を駆動発光
させる回路とを少なくとも構成要素として含むことを特
徴とする半導体素子。
1. A light emitting element, at least the light emitting layer of which is formed directly or through an insulating thin film on a crystalline silicon substrate, and which is made of non-single crystalline silicon containing hydrogen atoms, and on the same substrate as the light emitting element. A semiconductor element comprising at least a component for driving the formed light emitting element to emit light.
【請求項2】結晶性シリコン基板上に直接または絶縁性
薄膜を介して形成された少なくともその発光層が水素原
子を含む非単結晶性シリコンよりなる発光素子と、該発
光素子と同一基板上に形成された該発光素子を駆動発光
させる回路と、該発光素子と同一基板上に形成された受
光素子とを少なくとも構成要素として含むことを特徴と
する半導体素子。
2. A light emitting element, at least the light emitting layer of which is formed directly or through an insulating thin film on a crystalline silicon substrate, and which is made of non-single crystalline silicon containing hydrogen atoms, and on the same substrate as the light emitting element. A semiconductor element comprising a circuit for driving the formed light emitting element to emit light, and a light receiving element formed on the same substrate as the light emitting element, as at least constituent elements.
【請求項3】結晶性シリコン基板上に直接または絶縁性
薄膜を介して形成された少なくともその発光層が水素原
子を含む非単結晶性シリコンよりなる発光素子と該発光
素子と同一基板上に形成された該発光素子を駆動発光さ
せる回路とを少なくとも構成要素として含む半導体素子
と、該発光素子より発光される光を受光し電気信号に変
換する受光素子を少なくとも構成要素として含む半導体
素子とを少なくとも含むことを特徴とする半導体装置。
3. A light emitting element, at least the light emitting layer of which is formed directly or through an insulating thin film on a crystalline silicon substrate, and which is made of non-single crystalline silicon containing hydrogen atoms, and formed on the same substrate as the light emitting element. At least a semiconductor element including at least a circuit for driving and emitting the light emitting element as a component, and a semiconductor element including at least a light receiving element for receiving light emitted from the light emitting element and converting the light into an electric signal as a component. A semiconductor device comprising:
【請求項4】前記発光素子が、水素原子を含む非単結晶
シリコンのp型層とn型層とを積層したものであること
を特徴とする請求項1,2記載の半導体素子もしくは請
求項3記載の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the light emitting device is a stack of a p-type layer and an n-type layer of non-single-crystal silicon containing hydrogen atoms. 3. The semiconductor device according to item 3.
【請求項5】前記発光素子が、水素原子を含む非単結晶
シリコンのp型層と、p型及びn型の不純物を意図的に
は導入しない層と、n型層とを積層したものであること
を特徴とする請求項1,2記載の半導体素子もしくは請
求項3記載の半導体装置。
5. The light emitting device is a stack of a p-type layer of non-single-crystal silicon containing hydrogen atoms, a layer in which p-type and n-type impurities are not intentionally introduced, and an n-type layer. The semiconductor element according to claim 1 or the semiconductor device according to claim 3.
【請求項6】前記受光素子が、水素原子を含む非単結晶
シリコンよりなることを特徴とする請求項2記載の半導
体素子もしくは請求項3記載の半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 2 or the semiconductor device according to claim 3, wherein the light receiving element is made of non-single-crystal silicon containing hydrogen atoms.
【請求項7】前記受光素子が、水素原子を含む非単結晶
シリコンのp型層とn型層とを積層したものであること
を特徴とする請求項2記載の半導体素子もしくは請求項
3記載の半導体装置。
7. The semiconductor device according to claim 2, wherein the light-receiving element is a stack of a p-type layer and an n-type layer of non-single-crystal silicon containing hydrogen atoms. Semiconductor device.
【請求項8】前記受光素子が、水素原子を含む非単結晶
シリコンのp型層と、p型及びn型の不純物を意図的に
は導入しない層と、n型層とを積層したものであること
を特徴とする請求項2記載の半導体素子もしくは請求項
3記載の半導体装置。
8. The light-receiving element is a stack of a p-type layer of non-single-crystal silicon containing hydrogen atoms, a layer in which p-type and n-type impurities are not intentionally introduced, and an n-type layer. The semiconductor element according to claim 2 or the semiconductor device according to claim 3.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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