JPH08307011A

JPH08307011A - 発光素子およびその製造方法

Info

Publication number: JPH08307011A
Application number: JP10443595A
Authority: JP
Inventors: Shigeyasu Mori; 重恭森; Masayuki Nakano; 雅行中野; Koichiro Adachi; 浩一郎足立; Satoshi Morishita; 敏森下; Kazuo Sugimoto; 和雄杉本; Takashi Fukushima; 隆史福島; Yukiko Mori; 由紀子森; Akira Okuto; 章奥藤
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1995-04-27
Filing date: 1995-04-27
Publication date: 1996-11-22
Anticipated expiration: 2020-06-29
Also published as: JP3666683B2

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体材料としてシリコンを用いて量子効果
を発現でき、しかも均一にかつ再現性よく製造すること
ができる実用性のある発光素子及びその製造方法を得
る。【構成】発光素子において、発光領域を、５０ｎｍ以
下の粒径をもった結晶粒２ａからなる微結晶シリコン層
２により構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発光素子およびその製
造方法に関し、特にその構成材料として微結晶シリコン
を用いたものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の発光素子としては、エレクトロル
ミネッセンス、発光ダイオード、レーザダイオード等が
あり、これらはいずれも、その構成材料として、II−VI
族や、III−V族の化合物半導体を用いたものである。

【０００３】従来、シリコン、特に単結晶シリコンを用
いた発光素子はなく、単結晶シリコンは発光素子の材料
にはなり得ないというのが一般的な考え方であった。

【０００４】しかしながら、単結晶シリコンは、多くの
半導体素子に用いられており、製造技術の進歩により微
細な各種の加工が可能であり、また、製造コストも比較
的安い優れた材料である。また、現状では、単結晶シリ
コンを用いた発光素子がないために、モノリシックなプ
ロセスを用いてオプトエレクトロニクス半導体素子を製
造することは不可能とされている。

【０００５】このオプトエレクトロニクス半導体素子
は、電気的な信号処理及び光学的な信号処理が可能であ
るので、次世代の高速な信号処理素子として有望視され
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このようなことから、
単結晶シリコン材料を用いて発光素子を作製することは
重要な課題となっている。

【０００７】ところで、固体物理（Ｖｏｌ．２７，Ｎ
ｏ．２，Ｐ１５２〜１５８、１９９２）には、単結晶シ
リコンからの発光現象がナノメータ構造の量子効果によ
り生ずることが開示されている。このようなシリコン結
晶のナノメーター構造を作成する方法としては、単結晶
シリコンを電極としてＨＦ水溶液中で一定電流を流し、
これにより単結晶シリコンを陽極化成処理する方法があ
り、この方法により図４に示すような多孔質シリコン層
４を形成することができる。このようなナノメーター構
造を有するシリコン層は、量子効果やその表面に形成し
た酸化膜の効果によって可視光領域の発光光が得られる
ことが確認されているが、このようなシリコン結晶の量
子効果による発光機構は、未だ十分に解明されるには至
っていない。

【０００８】また、特開平６−５３５４３号公報におい
ては、単結晶シリコン基板上にて、リソグラフィーによ
るマスク層を用いてパターニングを行い、さらにエッチ
ングによって基板表面に柱状構造を形成するという記載
があるが、現在のパターニング技術では、Ｘ線リソグラ
フィを使っても１００ｎｍの繰り返しパターンを形成す
ることが限界であり、数ナノメーターサイズの柱状結晶
を製造することはできない。この１００ｎｍサイズの結
晶では量子効果を発現するのは困難であり、発光素子に
はなりえない。

【０００９】本発明はこのような従来の状況に鑑みてな
されたもので、半導体材料としてシリコンを用いて量子
効果を発現でき、しかも均一にかつ再現性よく製造する
ことができる実用性のある発光素子及びその製造方法を
得ることが本発明の目的である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明（請求項１）に
係る発光素子は、５０ｎｍ以下の粒径をもった微結晶シ
リコンから構成した発光領域を有し、該発光領域にて発
光を行うものであり、そのことにより上記目的が達成さ
れる。

【００１１】この発明（請求項２）は、請求項１の発光
素子において、前記発光領域への励起光の照射により、
該発光領域を構成する微結晶シリコンを励起させて、該
発光領域での発光を行うようにしたものである。

【００１２】この発明（請求項３）は、請求項１の発光
素子において、前記発光領域への電界の印加により、該
発光領域を構成する微結晶シリコンを励起させて、該発
光領域での発光を行うようにしたものである。

【００１３】この発明（請求項４）は、請求項１の発光
素子において、前記微結晶シリコンからなる発光領域の
表面を薄く酸化して酸化膜を形成したものである。

【００１４】この発明（請求項５）に係る発光素子の製
造方法は、請求項１記載の発光素子を製造する方法であ
って、前記微結晶シリコンを、シラン化合物を原料とす
るＣＶＤ法によって基板上に堆積させる工程を含むもの
であり、そのことにより上記目的が達成される。

【００１５】この発明（請求項６）は、請求項５記載の
発光素子の製造方法において、前記ＣＶＤ法による微結
晶シリコンの堆積を、予備排気室を具備したＣＶＤ装置
を用いて行うようにしたものである。

【００１６】この発明（請求項７）は、請求項５記載の
発光素子の製造方法において、前記ＣＶＤ法による微結
晶シリコンの堆積を、非晶質と微結晶が混在する温度で
行うようにしたものである。

【００１７】この発明（請求項８）は、請求項７記載の
発光素子の製造方法において、前記ＣＶＤ法により堆積
した非晶質と微結晶が混在するシリコン層を、選択的溶
解性のある溶液により、その微結晶シリコンからなる部
分が残るよう、その微結晶シリコン以外の結晶及び非晶
質からなる部分を溶解する工程を含むものである。

【００１８】この発明（請求項９）は、請求項８記載の
発光素子の製造方法において、前記選択的溶解性のある
溶液としてフッ酸、硝酸、及び酢酸の混合溶液を用いる
ものである。

【００１９】この発明（請求項１０）は、請求項９記載
の発光素子の製造方法において、前記選択的溶解性のあ
る混合溶液として、フッ酸：硝酸：酢酸の混合比が１：
１００：１００である溶液を用いるものである。

【００２０】この発明（請求項１１）に係る発光素子の
製造方法は、請求項１記載の発光素子を製造する方法で
あって、基板の表面の所定領域に結晶欠陥を形成する工
程と、該基板表面の結晶欠陥を形成した領域上に微結晶
シリコンが形成されるようシリコン層の成長を行う工程
とを含むものである。

【００２１】この発明（請求項１２）は、請求項１１記
載の発光素子の製造方法において、前記結晶欠陥の形成
を、前記基板を構成する結晶に不純物を導入して行うも
のである。

【００２２】この発明（請求項１３）は、請求項１１記
載の発光素子の製造方法において、前記結晶欠陥の形成
を、前記基板の表面をエッチングして行うものである。

【００２３】この発明（請求項１４）に係る発光素子の
製造方法は、請求項１記載の発光素子を製造する方法で
あって、基板の表面に多結晶シリコンを堆積する工程
と、該基板表面の多結晶シリコン層上に微結晶シリコン
が形成されるようシリコン層の成長を行う工程とを含む
ものである。

【００２４】

【作用】この発明（請求項１）においては、発光領域
を、５０ｎｍ以下の粒径をもった微結晶シリコンから構
成したから、５０ｎｍ以下の粒径をもった微結晶シリコ
ンが、その発光のメカニズムは明確ではないが、量子サ
イズ効果等によって光励気あるいは電荷注入によって発
光することから、量子効果を発現するシリコン発光素子
を実現できる。

【００２５】この発明（請求項２）においては、請求項
１の発光素子において、前記発光領域への励起光の照射
により、該発光領域を構成する微結晶シリコンを励起さ
せて、該発光領域での発光を行うようにしたので、光信
号によりシリコン発光素子を動作させることができる。

【００２６】この発明（請求項３）においては、請求項
１の発光素子において、前記発光領域への電界の印加に
より、該発光領域を構成する微結晶シリコンを励起させ
て、該発光領域での発光を行うようにしたので、電気信
号によりシリコン発光素子を動作させることができる。

【００２７】この発明（請求項４）においては、請求項
１の発光素子において、前記微結晶シリコンからなる発
光領域の表面を薄く酸化して酸化膜を形成したので、微
結晶シリコン中にエネルギーが閉じこめられて、発光強
度を高めることができる。

【００２８】この発明（請求項５）においては、請求項
１記載の発光素子を構成する微結晶シリコンを、シラン
化合物を原料とするＣＶＤ法によって基板上に堆積させ
るようにしたので、シラン化合物を原料とするＣＶＤ処
理を行った時、まず基板上に種結晶が生成する。その種
結晶を中心として結晶成長が進み、５０ｎｍ以下の粒径
をもった微結晶シリコン層が成長する。これにより、量
子効果を発現するシリコン発光素子を製造することがで
きる。

【００２９】この発明（請求項６）においては、請求項
５記載の発光素子の製造方法において、前記ＣＶＤ法に
よる微結晶シリコンの堆積を、予備排気室を具備したＣ
ＶＤ装置を用いて行うようにしたので、基板の装置内へ
の出し入れの際に、装置内の成長雰囲気が乱れるのを抑
制でき、このため基板表面の状態が均一になって粒径の
揃った微結晶シリコンを堆積することができる。

【００３０】この発明（請求項７）においては、請求項
５記載の発光素子の製造方法において、前記ＣＶＤ法に
よる微結晶シリコンの堆積を、非晶質と微結晶が混在す
る温度で行うので、多結晶層や非晶質層の成長を回避で
きる。

【００３１】この発明（請求項８）においては、請求項
７記載の発光素子の製造方法において、前記ＣＶＤ法に
より堆積した非晶質と微結晶が混在するシリコン層を、
選択的溶解性のある溶液により、その微結晶シリコンか
らなる部分が残るよう、その微結晶シリコン以外の結晶
及び非晶質からなる部分を溶解するので、発光の効率を
向上できる。

【００３２】この発明（請求項９）においては、請求項
８記載の発光素子の製造方法において、前記選択的溶解
性のある溶液としてフッ酸、硝酸、及び酢酸の混合溶液
を用いるので、微結晶シリコンのみ残るよう、微結晶以
外の結晶や化合物を溶解する処理を実現できる。

【００３３】この発明（請求項１０）においては、請求
項９記載の発光素子の製造方法において、前記選択的溶
解性のある混合溶液として、フッ酸：硝酸：酢酸の混合
比が１：１００：１００である溶液を用いるので、最も
効率よく微結晶シリコン以外の結晶や化合物を溶解する
ことができる。

【００３４】この発明（請求項１１）においては、請求
項１記載の発光素子の製造方法において、基板の表面に
選択的に結晶欠陥領域を形成し、該基板表面の結晶欠陥
を形成した領域上に微結晶シリコンが形成されるようシ
リコン層の成長を行うようにしたので、基板表面の選択
適な処理により、基板表面の所定の領域に微結晶シリコ
ン層を形成できる。

【００３５】つまり、シリコン結晶表面に微結晶シリコ
ンを堆積する際に、下地になる表面の結晶が揃っている
と、その表面にシリコンがエピタキシャル成長してしま
うので、堆積前に表面の結晶に結晶欠陥を導入すること
で微結晶シリコンを堆積することができる。

【００３６】この発明（請求項１２）においては、請求
項１１記載の発光素子の製造方法において、前記結晶欠
陥の形成を、前記基板を構成する結晶に不純物を導入し
て行うので、上記基板表面上での選択的な微結晶シリコ
ンの成長を、半導体処理プロセスにおけるイオン注入処
理により実現できる。

【００３７】この発明（請求項１３）においては、請求
項１１記載の発光素子を製造する方法において、前記結
晶欠陥の形成を、前記基板の表面をエッチングして行う
ので、基板表面上での選択的な微結晶シリコンの成長
を、半導体処理プロセスにおけるエッチング処理により
実現できる。このエッチング方法は湿式、乾式双方とも
有効である。湿式としては酸、アルカリ水溶液を用い、
乾式としてはプラズマを用いることが有効である。

【００３８】この発明（請求項１４）においては、請求
項１記載の発光素子におけるシリコン基板の表面に多結
晶シリコン層をあらかじめ堆積しておき、該多結晶シリ
コン層上でシリコン膜の成長を行うようにしたので、基
板表面への結晶欠陥の導入処理と同様のメカニズムによ
り、上記シリコン基板上に微結晶シリコン層を形成でき
る。

【００３９】

【実施例】

（実施例１）図１は本発明の第１の実施例による発光素
子に用いられる微結晶シリコン層を示す図であり、図１
（ａ）は断面図、図１（ｂ）は平面図である。

【００４０】図において、２は基板１上に形成された微
結晶シリコン層で、その結晶粒２ａの粒径は、５０ｎｍ
以下となっている。

【００４１】次に上記微結晶シリコン層の形成方法につ
いて説明する。

【００４２】まず、６インチのシリコンウエハ（基板）
１を熱酸化法によって処理して、その表面に厚さ１００
０オングストロームの酸化膜を形成する。そして、この
基板１をＣＶＤ装置の炉内に装填する。該炉内の基板を
５８５℃に昇温するとともに、該炉の中に、１００％の
モノシランガスを圧力３０Ｐａ、流量５０ｓｃｃｍの条
件下で導入し、該基板表面の酸化膜上にシリコン微結晶
を成長させて、微結晶シリコン層２を形成する。

【００４３】ここでは、シリコン微結晶の堆積を行う
際、基板の温度を５８５℃に昇温しているため、シリコ
ン微結晶のＣＶＤ法による堆積は、非晶質と微結晶が混
在する温度で有効に行われる。なお、この温度以下で
は、非晶質が堆積され、また、この温度以上では、多結
晶シリコンの成長が起こってしまうため、微結晶シリコ
ンを得ることができない。

【００４４】このようにして形成した微結晶シリコン層
の表面を、電子顕微鏡で観察したところ、図１に示すよ
うに３０から４０ｎｍの粒径の微結晶２ａが基板一面
に、厚さ１０００オングストロームで形成されているこ
とが確認された。

【００４５】このサンプル（微結晶シリコン層）に、室
温で５１４ｎｍのＡｒイオンレーザ光を照射したとこ
ろ、図５に示すように６７０ｎｍ付近にピークを持つブ
ロードな発光光を観測することができた。

【００４６】図２は、光励起により上記微結晶シリコン
層を発光させるシステムの説明図であり、図中、１０
は、波長４８８ｎｍ及び５１４ｎｍ付近にピークを持つ
アルゴンイオンレーザー光を発生する光源である。

【００４７】このような光源１０で発生したレーザー光
を励起光Ｌ１として、上記基板１上に形成された微結晶
シリコン層２に照射すると、そのシリコン微結晶２ａ中
にエネルギーが閉じ込められて、該微結晶２ａから発光
光Ｌ２が出射する。

【００４８】本実施例の発光素子は、図１に示すように
基板上に形成された微結晶シリコン層２をその発光領域
として用い、図２に示すような発光システムにより、発
光を行うものである。

【００４９】このような構成の本実施例の発光素子は、
シリコン半導体素子製造プロセスに合致した方法で、論
理回路、演算回路、駆動回路等を構成する回路素子や受
光素子とモノリシックにシリコン基板上に形成できるの
で、特に、光通信、自発光型ディスプレイ、光集積回路
等の光源として好適である。

【００５０】（実施例２）本実施例は、上記第１の実施
例で微結晶シリコンの成長材料として用いたモノシラン
ガスに代えて、ジシランを用いたものである。

【００５１】本実施例の発光素子は、ジシランを基板上
に堆積した微結晶シリコン層をその発光領域として用
い、図２に示すような発光システムにより、発光を行う
ものである。

【００５２】この実施例においても、上記第１の実施例
と同様の効果が得られた。

【００５３】（実施例３）本実施例では、基板上に微結
晶シリコンを堆積するためのＣＶＤ装置として、ロード
ロックシステムを有するＣＶＤ装置を用いている。本実
施例のＣＶＤ装置では、微結晶シリコンのデポジション
を行う炉は、その容積が炉の容積に比べて十分小さい予
備排気室を有しており、炉内へのウエハ（基板）の出し
入れを、炉内の成長雰囲気を乱すことなく行うことがで
きる。

【００５４】本実施例の発光素子は、予備排気室付きの
ＣＶＤ装置により堆積した微結晶シリコン層をその発光
領域として用い、図２に示すような発光システムによ
り、発光を行うものである。

【００５５】この実施例においても、上記第１の実施例
と同様の効果が得られた。

【００５６】なお、上記第１ないし第３の実施例では、
微結晶シリコンの成長材料であるシラン化合物として、
シラン系ガスの代表的なモノシランあるいはジシランを
用いているが、該微結晶シリコンの成長材料には、直鎖
状シラン化合物、分岐状鎖状シラン化合物、環状構造を
有するシラン化合物を用いることが有効であり、具体的
には上記モノシランやジシランの他に、シラン系ガスの
代表例であるトリシラン、テトラシランを用いることが
できる。

【００５７】また、上記各実施例においてＣＶＤ法によ
って堆積した微結晶シリコン膜は非晶質シリコンを含ん
でいるために、その非晶質部分が微結晶部分からの発光
の障害となっている。

【００５８】そこで、ＣＶＤ法によって堆積した微結晶
シリコン膜から微結晶部分以外のものを除去することに
より、発光の効率を向上させることができる。

【００５９】以下、このようにして発光効率を向上した
実施例について説明する。

【００６０】（実施例４）この実施例では、上記第１の
実施例において得られた微結晶シリコン層を、さらに微
結晶シリコンのみを溶解しない混合溶液により処理する
ようにしている。すなわち、上記第１の実施例と同様に
してモノシランをＣＶＤ法により基板上に堆積して微結
晶シリコン層を形成する。その後、この基板を、フッ
酸：硝酸：酢酸の混合比が１：１００：１００である混
合溶液に１０分間浸積して、該基板上の微結晶シリコン
以外の結晶及び化合物を溶解する。

【００６１】その試料，つまり上記混合溶液により処理
した微結晶シリコン層を電子顕微鏡で観察したところ、
結晶粒の径が２０ｎｍ以下のものがほとんどであった。

【００６２】この試料に、室温で５１４ｎｍのＡｒイオ
ンレーザ光を照射したところ発光を観測することができ
なかったが、光を照射し続けることで上記第１の実施例
で得られた発光より短波長シフトした６５０ｎｍにピー
クを持つブロードな発光が認められ始めた。この発光強
度は照射時間と共に増加した。

【００６３】この実施例では、ＣＶＤ法により堆積した
微結晶シリコン層に対して、選択的溶解性のある溶液で
微結晶シリコン以外の結晶及び化合物を溶解し、微結晶
シリコンのみを残す処理を施しているため、上記第１の
実施例の効果に加えて、微結晶シリコンからの発光の効
率を向上させることが可能となる。

【００６４】また、この実施例では、フッ酸、硝酸、及
び酢酸の混合溶液として、その混合比がフッ酸：硝酸：
酢酸＝１：１００：１００であるものを用いているた
め、最も効率よく選択的に微結晶シリコン以外の結晶や
化合物を溶解することができる。

【００６５】ただし、混合比は、上記のものに限らず、
フッ酸：硝酸：酢酸の比率が１：１０〜１０００：１０
〜１０００ではあれば、選択性を有しながら微結晶以外
のものを溶かすことができ、望ましくはフッ酸：硝酸：
酢酸の比率が１：５０〜５００：５０〜５００であれば
良い。また、前述の選択的溶解性のある溶液としては、
フッ酸、硝酸、酢酸の混合溶液を使うことが有効であ
る。

【００６６】（実施例５）この実施例では、上記第４の
実施例で得られた微結晶シリコン層の表面に酸化膜を形
成するようにしている。

【００６７】すなわち、上記第１の実施例と同様にして
モノシランをＣＶＤ法により基板上に堆積して微結晶シ
リコン層を形成する。その後、この基板を、フッ酸：硝
酸：酢酸の混合比が１：１００：１００である混合溶液
に１０分間浸積して、該基板上の微結晶シリコン以外の
結晶及び化合物を溶解する。

【００６８】そして、上記選択的溶解性のある溶液によ
り処理した基板を、さらに硫酸と過酸化水素水の混合溶
液で処理して、基板上の微結晶シリコン層の表面を薄く
酸化し、これにより、該微結晶シリコン層の表面に薄い
酸化膜を形成している。

【００６９】このような処理を施した微結晶シリコン層
に、上記第４実施例と同様に、室温で５１４ｎｍのＡｒ
イオンレーザ光を照射したところ、上記第１の実施例で
得られた発光光より短波長シフトした６５０ｎｍにピー
クを持つブロードな発光が認められた。

【００７０】このように微結晶シリコン表面を薄く酸化
すると、その発光効率を向上させることができる。これ
は、薄い酸化膜が外部から与えられるエネルギーの閉じ
こめに有効であるためと考えられる。

【００７１】なお、本実施例では、微結晶シリコンの酸
化方法としては、酸化剤溶液への浸積法を用いている
が、これは、熱酸化法、ＣＶＤ法等の方法でもよい。ま
た、空気中に放置することにより、微結晶シリコンの表
面に酸化膜が自然に付着する自然酸化を用いることもで
きるが、ＣＶＤ法等の積極的な酸化膜の形成方法がこの
自然酸化法より安定な成膜法であることは言うまでもな
い。

【００７２】（実施例６）図３は本発明の第６の実施例
による発光素子に用いられる微結晶シリコン層を示す図
である。

【００７３】図において、１ａは基板１の表面の所定領
域上に形成された高濃度不純物領域であり、この高濃度
不純物領域１ａ上には、その結晶粒２ａの粒径が５０ｎ
ｍ以下である微結晶シリコン層２が形成され、該基板表
面の、領域１ａ以外の部分には、シリコンのエピタキシ
ャル成長層２ｂが形成されている。

【００７４】次に上記微結晶シリコン層の形成方法につ
いて説明する。

【００７５】まず、６インチのシリコンウエハ（基板）
１上でレジスト膜のパターニングを行い、続いて、該レ
ジスト膜のパターンをマスクとして、基板表面にＡｓを
不純物としてドーピングして高濃度不純物領域１ａを形
成する。

【００７６】そして、該レジスト膜を剥離した後、該基
板１をＣＶＤ炉内に導入する。該ＣＶＤ炉内の基板１を
５８５℃に昇温するとともに、該ＣＶＤ炉中にモノシラ
ンガスを導入して、シリコン微結晶を高濃度不純物領域
１ａ上に成長させる。この時、シリコン基板１の高濃度
不純物領域１ａ以外の表面領域には、シリコンのエピタ
キシャル成長が起こり、微結晶シリコンの成長は認めら
れない。

【００７７】このような処理を施した基板の表面を、電
子顕微鏡で観察したところ、図３に示すように３０から
４０ｎｍの粒径の微結晶２ａが高濃度不純物領域１ａ一
面に、厚さ１０００オングストロームで形成されている
ことが確認された。

【００７８】さらに、この試料（基板）に電子ビーム蒸
着装置により処理を施して、上記微結晶シリコン層２上
に透明電極であるインジウムティンオキサイド（ＩＴ
Ｏ）を４００〜７００オングストローム堆積した。

【００７９】このサンプル（微結晶シリコン層）に、図
３に示すように電荷注入による励起のための電界を印加
したところ、図５に示すように６７０ｎｍにピークを持
つブロードな発光を観測することができた。

【００８０】また、図３は電荷注入による発光のシステ
ムについても示しており、図中、５は一端が上記ＩＴＯ
膜３に接続され、他端が上記高濃度不純物領域１ａに接
続された電源である。

【００８１】このような電源５により微結晶シリコン層
２に上下から電界を加え、該微結晶シリコン層に電荷注
入することにより、該微結晶シリコン層を発光させるこ
とができる。なお、発光のメカニズムは光励起の場合と
同じである。

【００８２】本実施例の発光素子は、図３に示すように
基板上に形成された微結晶シリコン層２をその発光領域
として用い、図３の発光システムにより、発光を行うも
のである。

【００８３】（実施例７）本実施例では、上記第６の実
施例における高濃度不純物領域に代えて、結晶欠陥領域
を形成している。

【００８４】すなわち、上記第６の実施例と同様にし
て、６インチのシリコン基板上でレジストのパターニン
グによりレジスト膜を形成する。

【００８５】そして、該レジスト膜のパターンをマスク
として、該基板表面の、レジスト膜で覆われていない部
分にプラズマエッチング等のドライエッチングを施して
結晶欠陥を導入し、該基板表面に結晶欠陥領域を形成す
る。

【００８６】その後は、レジスト膜を剥離した基板を、
上記第６の実施例と同様にＣＶＤ炉に導入し、シリコン
のＣＶＤ処理により、上記基板１上にシリコンの成長を
行う。

【００８７】これにより結晶欠陥を導入した領域には、
３０から４０ｎｍの粒径の微結晶シリコン層を成長する
ことができた。また、上記基板の、結晶欠陥の導入され
ていない領域には、シリコンのエピタキシャル成長が起
こり、微結晶シリコンの成長は認められなかった。

【００８８】（実施例８）この実施例では、第７の実施
例おける結晶欠陥の導入を、ドライエッチングに代え
て、ウエットエッチングにより行うようにしている。

【００８９】すなわち、上記第６の実施例と同様にし
て、６インチのシリコン基板上でレジストのパターニン
グによりレジスト膜を形成する。

【００９０】そして、該レジスト膜のパターンをマスク
として、該基板表面の、レジスト膜で覆われていない部
分に、４０％ＨＦ水溶液によりウエットエッチングを施
して結晶欠陥を導入し、該基板表面に結晶欠陥領域を形
成する。

【００９１】この基板を実施例６と同様にＣＶＤ炉に導
入し、シリコンの堆積を行うことにより、結晶欠陥を導
入した領域には、３０から４０ｎｍの粒径の微結晶シリ
コンを１０００オングストロームの膜厚に成長した。こ
こで、基板の、結晶欠陥の導入されていない領域にはシ
リコンのエピタキシャル成長が起こり微結晶シリコンの
成長は認められない。

【００９２】なお、上記ウエットエッチングに用いる水
溶液は、酸、アルカリの何れの水溶液でもよい。

【００９３】（実施例９）この実施例では、基板上に形
成した多結晶シリコン層上に微結晶シリコン層を形成す
るようにしている。

【００９４】すなわち、６インチのシリコン基板の表面
を熱酸化法によって処理して、該基板表面に厚さ１００
０オングストロームの酸化膜を形成する。次に、ＣＶＤ
法によって、多結晶シリコン層を熱酸化膜上に１５００
オングストローム堆積する。その後、この基板を上記第
６の実施例と同様にＣＶＤ炉に導入し、該多結晶シリコ
ン層上にシリコンの堆積を行うことにより、全面に、３
０から４０ｎｍの粒径の微結晶シリコンを１０００オン
グストロームの膜厚に成長した。

【００９５】なお、上記各実施例で使用される、微結晶
シリコン層を堆積する基板には、例えば、石英基板、ガ
ラス基板、シリコン基板等を用いることができ、特に限
定されるものではない。

【００９６】しかし、電界発光型の発光素子では、導電
性を有する基板を使用するようにすれば、発光素子に電
極を付けるのが容易となる。

【００９７】また、オプトエレクトロニクス素子では、
シリコン基板が最も有用な基板となる。つまりシリコン
基板を用いると、該基板上に電気回路を形成し、そこに
発光素子を形成することが可能となる。

【００９８】また、この発光素子を使った表示素子で
は、透明な基板に発光素子を形成することが有効であ
り、石英基板、ガラス基板が有用なものとなる。

【００９９】また、単結晶のシリコン基板を使用する場
合、基板の面方位が限定されることはなく、（１０
０）、（１１０）、（１１１）の全ての基板上に発光素
子を形成でき、オフ基板でも問題なく発光素子を形成で
きる。

【０１００】また、基板の不純物濃度や不純物の種類に
も依存せずに発光素子を形成できる。

【０１０１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、Ｃ
ＶＤ法によって基板上に５０ｎｍ以下の粒径をもった微
結晶シリコンを堆積することにより、従来のシリコン半
導体プロセスに合致した製造方法で発光素子を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による発光素子に用いら
れる微結晶シリコン層を示す図であり、図１（ａ）は断
面図、図１（ｂ）は平面図である。

【図２】上記第１の実施例における光励起による発光の
システムを示す図である。

【図３】本発明の第６の実施例による発光素子に用いら
れる微結晶シリコン層を示すとともに、電荷注入による
発光のシステムを示す図である。

【図４】従来の方法により基板上に形成した多孔質シリ
コン層を示す図である。

【図５】上記第１〜第３及び第６の実施例の微結晶シリ
コン層からの発光光の強度分布を示す図である。

【符号の説明】

１基板１ａ高濃度不純物領域２微結晶シリコン層２ａ結晶粒２ｂエピタキシャル層３ＩＴＯ膜５電源１０光源Ｌ１励起光Ｌ２発光光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者森下敏大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者杉本和雄大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者福島隆史大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者森由紀子大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者奥藤章大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】５０ｎｍ以下の粒径をもった微結晶シリ
コンから構成した発光領域を有し、該発光領域にて発光
を行う発光素子。
【請求項２】請求項１記載の発光素子において、前記発光領域への励起光の照射により、該発光領域を構
成する微結晶シリコンを励起させて、該発光領域での発
光を行う発光素子。
【請求項３】請求項１記載の発光素子において、前記発光領域への電界の印加により、該発光領域を構成
する微結晶シリコンを励起させて、該発光領域での発光
を行う発光素子。
【請求項４】請求項１記載の発光素子において、前記微結晶シリコンからなる発光領域は、その表面を薄
く酸化して形成した酸化膜を有する発光素子。
【請求項５】請求項１記載の発光素子を製造する方法
において、前記微結晶シリコンを、シラン化合物を原料とするＣＶ
Ｄ法によって基板上に堆積させる工程を含む発光素子の
製造方法。
【請求項６】請求項５記載の発光素子の製造方法にお
いて、前記ＣＶＤ法による微結晶シリコンの堆積は、予備排気
室を具備したＣＶＤ装置を用いて行う発光素子の製造方
法。
【請求項７】請求項５記載の発光素子の製造方法にお
いて、前記ＣＶＤ法による微結晶シリコンの堆積は、非晶質と
微結晶が混在する温度で行う発光素子の製造方法。
【請求項８】請求項７記載の発光素子の製造方法にお
いて、前記ＣＶＤ法により堆積した非晶質と微結晶が混在する
シリコン層を、選択的溶解性のある溶液により、その微
結晶シリコンからなる部分が残るよう、その微結晶シリ
コン以外の結晶及び非晶質からなる部分を溶解する工程
を含む発光素子の製造方法。
【請求項９】請求項８記載の発光素子の製造方法にお
いて、前記選択的溶解性のある溶液としてフッ酸、硝酸、及び
酢酸の混合溶液を用いる発光素子の製造方法。
【請求項１０】請求項９記載の発光素子の製造方法に
おいて、前記選択的溶解性のある混合溶液として、フッ酸：硝
酸：酢酸の混合比が１：１００：１００である溶液を用
いる発光素子の製造方法。
【請求項１１】請求項１記載の発光素子を製造する方
法において、基板の表面の所定領域に結晶欠陥を形成する工程と、該基板表面の結晶欠陥を形成した領域上に微結晶シリコ
ンが形成されるようシリコン層の成長を行う工程とを含
む発光素子の製造方法。
【請求項１２】請求項１１記載の発光素子の製造方法
において、前記結晶欠陥の形成は、前記基板を構成する結晶に不純
物を導入して行う発光素子の製造方法。
【請求項１３】請求項１１記載の発光素子の製造方法
において、前記結晶欠陥の形成は、前記基板の表面をエッチングし
て行う発光素子の製造方法。
【請求項１４】請求項１記載の発光素子を製造する方
法において、基板の表面に多結晶シリコンを堆積する工程と、該基板表面の多結晶シリコン層上に微結晶シリコンが形
成されるようシリコン層の成長を行う工程とを含む発光
素子の製造方法。