発光素子及びその製造方法
【目的】 電極と発光性多孔質層との界面特性に優れた発光素子を供給すること。
【構成】 結晶性半導体からなる発光性多孔質材料を含む発光領域と隣接する非多孔質領域を有する発光素子であって、前記発光領域と前記非多孔質領域の界面において両領域間の導電型が異なり、且つ両領域間の結晶構造が連続していることを特徴とする発光素子。
【効果】 発光効率の優れた実用に供し得る発光素子を供給できる。
【構成】 結晶性半導体からなる発光性多孔質材料を含む発光領域と隣接する非多孔質領域を有する発光素子であって、前記発光領域と前記非多孔質領域の界面において両領域間の導電型が異なり、且つ両領域間の結晶構造が連続していることを特徴とする発光素子。
【効果】 発光効率の優れた実用に供し得る発光素子を供給できる。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、発光素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、素子の活性構造要素に用いる新しい機能性材料として、多孔質材料が注目を集めている。ＩＶ族半導体結晶の多孔質構造を例にとってみれば、古くは高速な酸化が可能である性質を利用したＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造の形成方法（参照例：Ｔ． Ｕｎａｇａｍｉ ａｎｄ Ｍ．Ｓｅｋｉ， Ｊ． Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ． Ｓｏｃ． １２５，１３３９（１９７８））などのように、原材料の有する電子・光学的な諸特性とは無縁の、構造部材的な用途が主であった。しかし、最近になって、キャリアの量子閉じ込め効果が期待できるほどの微細構造に起因する低温での発光現象（参照例：Ｃ．Ｐｉｃｋｅｒｉｎｇ， ｅｔ ａｌ．， Ｊ． Ｐｈｙｓ． Ｃ１７，６５３５（１９８４））の常温化と高効率化（参照例：Ｌ．Ｔ． Ｃａｎｈａｍ， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ５６，１０４６（１９９０））に端を発した発光素子への応用の研究開発が盛んに行なわれている。このような多孔質材料の機能的応用は、一般に、多孔質構造自体の形成が原材料の容易な加工により成し得ることからも、幾つかの実用上の課題を克服できるなら、大変魅力的な新技術となり得る可能性を秘めている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述の、多孔質材料の発光素子への実用を阻む課題のうち、最も大きなものの一つは、多孔質領域への電流注入の難しさにある。能動的な発光素子として機能するには、エレクトロルミネッセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ：ＥＬ）素子でなければならず、更に高効率のＥＬ素子を実現するには、電流注入型であることが望ましい。ところが、現在までに報告されている電流注入層に固体電極を用いた発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）の効率は、同じ多孔質材料の示すフォトルミネッセンス（Ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｃｅｎｃｅ：ＰＬ）の高効率さから期待されるものに比べて、はるかに低い。例えば、単結晶シリコン基板表面に弗酸水溶液中での陽極化成法で形成した多孔質シリコン層は、わずか数ワットの紫外線ランプを照射するだけでも、多孔質層が可視域で光っているのが室内照明下の裸眼で明らかに確認でき、ＰＬのエネルギー効率は数％を越えているのに対し、同じ多孔質層上に形成した半透明金電極とのショットキー接合を介した電流注入では、量子効率で言っても１０-3％に満たない（参照例：Ｎ． Ｋｏｓｈｉｄａ， ｅｔ ａｌ．， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ６０，３４７（１９９２））ために、暗黒中であっても肉眼でかすかな発光を確認するには数百Ｖに及ぶ極めて高い印字電圧を要する（参照例：Ａ． Ｒｉｃｈｔｅｒ， ｅｔ ａｌ．， ＩＥＥＥ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｌｅｔｔ． １２，６９１（１９９１））のである。このような事情を克服すべく、注入電極に酸化インジウム錫を材料とする導電性透明電極（参照例：Ｆ． Ｎａｍａｖａｒ， ｅｔ ａｌ．， Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ６０，２５１４（１９９２））や、ｎ型微結晶炭化珪素膜（μｃ−ＳｉＣ）（参照例：Ｔ． Ｆｕｔａｇｉ， ｅｔ ａｌ．， Ｊｐｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． ３１，Ｌ６１６（１９９２））を用い、ｐｎ異種接合（ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ）を設けたＬＥＤの場合であっても、著しい改善は見られない。同じ目的で、ｎ型のガリウム燐（ＧａＰ）を用いた例では、電流注入すら未だ成功していない（参照例：Ｊ． Ｃ． Ｃａｍｐｂｅｌｌ， ｅｔ ａｌ．， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． ６０，８８９（１９９２））のが実情である。
【０００４】一方、多孔質シリコン層を、陽極酸化に用いる電解液中に浸透し、多孔質シリコンの孔（ｐｏｒｅ）の内壁における固液界面を利用した電流注入では、上述の固体電極の例よりも効率よく発光することが報告されている（参照例：Ａ． Ｈａｌｉｍａｏｕｉ， ｅｔ ａｌ．， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ．５９，３０４（１９９１）， Ｐ．Ｍ．Ｍ．Ｃ．Ｂｒｅｓｓｅｒｓ， ｅｔ ａｌ．， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ６１，１０８（１９９２），Ｅ． Ｂｕｓｔａｒｒｅｔ， ｅｔ ａｌ．， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ６１，１５５２（１９９２）， Ｌ． Ｔ． Ｃａｎｈａｍ， ｅｔａｌ，． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ６１，２５６３（１９９２））。この方法では、発光と同時に多孔質シリコン層がエッチングされ、ほどなくして発光は消滅するために実用性は乏しいが、電流注入効率が多孔質シリコンの注入型ＥＬの効率を大きく支配している可能性を示すものとして注目される。この観点から、固体注入電極ＬＥＤの発光効率が悪い原因を採れば、このことは電極と発光性多孔質シリコン層との界面の劣悪さが電流注入を阻害していることに起因しているものと考えられる。したがって、上述のｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎの例を越える界面特性に優れた新規な注入電極材料の導入が望まれている。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、本発明者等が上述した課題を解決すべく鋭意検討を行った結果得られた。
【０００６】本発明の発光素子は、結晶性半導体からなる発光性多孔質材料を含む発光領域と隣接する非多孔質領域を有する発光素子であって、前記発光領域と前記非多孔質領域の界面において両領域間の導電型が異なり、且つ両領域間の結晶構造が連続していることを特徴とするものである。
【０００７】本発明の発光素子の製造方法の好ましい第１の態様は、非多孔質結晶領域と、前記非多孔質結晶領域とは異なる導電型の多孔質結晶領域とを有する部材を前記多孔質結晶領域の結晶構造と前記非多孔質結晶領域の結晶構造とが連続するように形成し、前記多孔質結晶領域中に発光領域を形成することを特徴とするものである。
【０００８】本発明の発光素子の製造方法の好ましい第２の態様は、非多孔質結晶領域と、多孔質結晶領域とを有する部材を前記多孔質結晶領域の結晶構造と前記非多孔質結晶領域の結晶構造とが連続するように形成し、前記多孔質結晶領域を前記非多孔質結晶領域の導電型とは異なる導電型とし、前記多孔質結晶領域中に発光領域を形成することを特徴とするものである。
【０００９】本発明による発光素子では、多孔質材料を含む発光領域に結晶構造の連続した非多孔質領域を隣接させ、これを発光領域への電流注入電極とする素子構成をとることにより、電極と発光領域間の完全な密着性が接触抵抗を減じ、非多孔質領域と発光領域の導電型を相違させることにより、接合部からの高効率の電流注入を可能とした。その結果、素子全体として発光効率の優れた、実用に供し得る発光素子を提供することができる。
【００１０】以下、図面を参照しながら、本発明の発光素子及びその製造方法について、詳しく説明する。
【００１１】図１は、本発明による発光素子の最も概念的な素子構成を示す模式的断面図である。この素子においては、発光性多孔質材料を含む発光領域２を、電流注入電極領域１３が挟む構成をとっている。注入電極領域１は発光領域２と母材料の等しい低抵抗の非多孔質で構成されており、両領域間の界面４では双方に亙って結晶構造が連続し、且つ導電型が異なっており、そこには同種ｐｎ型接合が形成されている。注入電極領域３は、低抵抗である限りその構造を問わないが、発光領域２とは同導電型であり、それらの間の界面において結晶構造は連続している。そして、本素子に接続された取り出し電極５，５′を介して注入電極領域１，３間に直流電流を通電することにより、同種ｐｎ型接合界面４から発光領域２に電荷が注入され発光を呈する。ただし、取り出し電極５′と発光領域２が、低接触抵抗で直接接合できる場合、注入電極領域３の介在は必ずしも重要ではなく、これを省略してもよい。
【００１２】ここで、各領域間の界面特性が、素子全体の電流注入効率に与える影響を検討することにより、本発明のポイントを説明する。先ず、（１）取り出し金属電極５と注入電極領域１間の接触は、注入電極領域１が低抵抗の非多孔質で構成されていることから良好なオーミックが保証されている。そして、（２）注入電極領域１と発光領域２間に形成される接合界面４においては、母材料を等しくする両領域に亙って結晶構造が連続しているために良好な同種ｐｎ型接合が得られる。従来技術の項目で説明したとおり、これら界面特性は、素子の電流注入効率、ひいては発光効率に対して支配的であるために、注入電極領域を、「非多孔質構造」・発光領域２との「結晶構造の連続」及び「同母材料・異種導電型」というように構成することにより本発明による発光素子では、高い効率がもたらされる。更に、注入電極領域３を設けた場合、（３）発光領域２と注入電極領域３間の接触も、「結晶構造の連続性」から問題無く、（４）注入電極領域３と取り出し電極５′間の接触は、注入電極領域３の低抵抗性から良好なオーミックが期待できる。
【００１３】発光領域２は、必ずしも全域に亙って均一な発光性多孔質材料である必要はなく、構造の異なる複数の多孔質もしくは非多孔質領域から構成されていてもよい。そのうち少なくとも一領域に発光性があれば良いのである。したがって、その他の領域を発光性以外の用途に供することが出来るなら、素子特性やその製造方法にとってより好都合な場合もある。例えば、注入電極領域１との界面近傍を、残留構造が比較的粗大な非発光性多孔質か、或は非多孔質とすることによって、界面４におけるｐｎ接合特性をより一層向上させることができる。また、後述する本発明による発光素子の製造方法のうちでエピタキシャル成長を用いる方法では、エピタキシャル界面及びエピタキシャル層の膜質等を、更に改善することも可能となる。
【００１４】発光領域２が含んでいる多孔質材料は、その骨格が注入電極領域１ないし３と母材料を等しくしていればよく、残留構造の孔に面した表面には異種材料が形成されていても構わない。更に、孔の全ての空間がその異種材料で満たされていてもよい。一般に、発光性多孔質材料は非常に微細な残留構造を有しているために、機械的・熱的安定性が不足することも少なくない。従って、上述の異種材料による補強が有効な場合もある。
【００１５】本発明の発光素子のより具体的な実施形態として、非多孔質領域と発光性多孔質材料を含む発光領域の空間的配置を示した例を図２に示す。
【００１６】図２（１）〜（４）は、例えばウェハ状単結晶基板の面垂直方向に電流経路が形成されるような場合の例である。最も素子構成が簡素な図２（１）では、第一の導電型の非多孔質１と第二の導電型の発光性多孔質層２が、両者の界面で結晶構造を連続させながらｐｎ接合を形成しており、その両端には取り出し電極５，５′が設けられている。ここで、図１の図番と同じ図番の領域は各々対応している。非多孔質層１と発光性多孔質層２の間の界面特性如何によっては、中間層２′を設けてもよい（図２（２））。これは、図１に示した素子構成において、発光領域２が発光性多孔質以外の領域を含んでいる一例である。即ち、中間層２′は図１の発光領域２に含まれる。中間層２′は、例えば非発光性の多孔質であっても、或は、単結晶を含めた非多孔質でも良いが、発光性多孔質層２と導電型が等しく、その前後の層と結晶構造が連続していなければならない。しかしながら、中間層２′と発光領域２中のその他の層の界面は必ずしも急峻である必要はなく、極限的には連続的に変化させることも許される。一方、取り出し電極５′と発光性多孔質層２の間の界面特性如何によっては、もう一つの注入電極層３を設けてもよい（図２（３））。これは、図１に示した素子構成において、注入電極３を設けた例である。注入電極層３は、例えば非発光性の多孔質であっても、或は、単結晶を含めた非多孔質でも良いが、発光性非多孔質層２と導電型が等しく、かつ結晶構造が連続していなければならない。但し、その界面もまた必ずしも急峻である必要はなく、極限的に連続的に変化してもよい。図２（４）は、中間層２′と注入電極層３の双方を兼ね備えた例を図示している。
【００１７】図３（１）〜（４）は、例えばウェハ状基板０の絶縁性表面に設けられた非結晶膜の面内方向に電極経路が形成されるような場合の例であり、各構成要素とその作用は図２（１）〜（４）に示したものに対応している。ここでは、取り出し電極５，５′が膜表面で接触しているが、その幾何学的配置はこれに限ったものではない。
【００１８】次に、本発明による発光素子の製造方法について、互いに導電型の異なる発光性多孔質材料を含む発光領域と非多孔質領域を結晶構造を連続させながら隣接して形成する工程を、図２及び図３に示した素子を例にとって説明する。
【００１９】図２（１）に示した構成の素子を形成する第一の方法を図４（１）〜（３）に示す。先ず、所望の導電型及び抵抗を有する非多孔質基板１を用意し（図４（１））、この表面に、基板１と導電型は異なるが母材料は等しく、それらの界面４において結晶構造の連続した層２０を設ける（図４（２））。層２０の具体的な形成方法としては、導電型の制御のための不純物元素を導入しながら基板１表面にエピタキシャル成長させてもよいし、基板１表面からのイオン注入・堆積膜からの固相拡散や気相からの拡散によりカウンタードーピングを行ない、基板１表面から内部に形成してもよい。更には、それら両者を組み合せることも可能である。次に、陽極化成や光化成等、非多孔質を多孔質化する方法によって、層２０を表面から界面４まで多孔質化すれば（図４（３））これを発光性多孔質材料を含む発光領域２に形成できる。次いで、取り出し電極５及び５′を形成して図２（１）に示した構成の素子が形成できる。ｐｎ接合界面４では多孔質形成以前から結晶構造が連続しているために、最終工程を経た後でもこれは維持されている。
【００２０】次に、図２（１）に示した構成の素子を形成する第二の方法を図５（１）〜（３）に示す。先ず、所望の導電型及び抵抗を有する非多孔質基板１を用意し（図５（１））、この表面から、多孔質化を所望の厚さまで施す（図５（２））。次に、多孔質化層２０の表面から、カウンタードーピングを施し、多孔質化層２０を基板１とは導電型の異なる発光性多孔質層２を形成（図５R>５（３））し、取り出し電極５及び５′を形成すれば図２R>２（１）に示した構成の素子が形成できる。ここで、図４R>４（１）〜（４）に示した方法と同様、ｐｎ接合界面４で結晶構造が連続しているのは言うまでもない。
【００２１】図２（２）に示した素子を形成する方法について述べる。第一の方法は、図４及び図５を用いて説明した図２（１）の素子を形成する二つの方法をわずかに変形することによって得られる。まず、図４（３）に示した工程において、層２の表面からの多孔質化を界面４に到達する前に終了し、中間層２′を所望の層厚で残せば（図６）よい。また図４（４）に示した工程において、多孔質化層２０の表面からのカウンタードーピングを、多孔質化層２０を越えて基板１の非多孔質領域にまで進め、中間層２′を所望の層厚で形成しても（図７）よい。いずれの場合も、中間層２′は発光性多孔質層２と導電型を等しくする非多孔質であり、基板１とのｐｎ接合界面４に於て結晶構造は連続している。
【００２２】図２（２）の素子を形成する第二の方法は、図５に示したような多孔質層形成後のカウンタードーピングによってｐｎ接合を形成する工程には適用されない。なぜなら、それは多孔質化及び多孔質材料の構造がそれが形成される非多孔質材料の組成や不純物濃度等に大きく影響される現象を利用しているからである。例えば、陽極化成による多孔質シリコンの形成では、シリコン基板中の不純物濃度が高く抵抗が低くなると、残留構造が大きくまた多孔度が低下するために、多孔質としての抵抗の上昇は抑制され、構造強度が増す。一方この場合、非発光性の多孔質となる。図８（１）〜（３）で説明する工程は、そのような非発光性低抵抗の多孔質材料を図２（２）の中間層２′に用いるための方法である。まず、所望の導電型及び抵抗を有する非多孔質基板１を用意し（図８（１））、この表面に、基板１と導電型は異なるが母材料は等しく、それらの界面４において結晶構造の連続した層２０′と、更にこの層２０′と導電型が等しく不純物濃度が異なり、結晶構造の連続した層２０を設ける（図８（２））。ここで、例えば層２０′の不純物濃度は層２０のそれよりも高くすればよい。層２０及び層２０′の具体的な形成方法は、図４（２）に示した工程で用いられるものを使用できる。例えばエピタキシャル成長で形成するなら、層２０′の堆積の後に層２０を堆積させる。またイオン注入なら、注入エネルギー等の条件またはイオン種を替えた多段回の注入か、もしくはイオン注入のプロファイルを利用することになり、層２０・２０′間の空間的遷移は連続的となる。次に、層２０・２０′を表面から界面４まで多孔質化すれば（図８（３））後者を中間層２′として発光性多孔質材料を含む発光領域２が形成される。これに取り出し電極５及び５′を形成して図２（２）に示した構成の素子を形成できる。この場合、ｐｎ接合界面４では結晶構造は連続している。
【００２３】次に、図２（３）に示した構成の素子を形成する第一の方法を図９（１）〜（３）に示す。まず、所望の導電型及び抵抗を有する非多孔質基板１を用意し（図９（１））、この表面に、基板１と導電型は異なるが母材料は等しく、それらの界面４において結晶構造の連続した層２０と、更にこの層２０と導電型が等しく不純物濃度が異なり、結晶構造の連続した層３０を設ける（図９（２））。ここで、例えば層３０の不純物濃度は層２０のそれよりも高くすればよい。層２０及び層３０の具体的な形成方法は、図４（２）に示した工程で用いられるものを使用できる。例えばエピタキシャル成長で形成するなら、層２０の堆積の後に層３０を堆積させる。またイオン注入なら、注入エネルギー等の条件またはイオン種を替えた多段回の注入か、もしくはイオン注入のプロファイルを利用することになり、層２０・３０間の空間的遷移は連続的となる。次に、層３０・２０を表面から界面４まで多孔質化すれば（図９（３））両層は各々非発光性多孔質の注入電極層３並びに発光性多孔質材料を含む発光層２となる。次いで、取り出し電極５及び５′を形成して図２（３）に示した構成の素子が形成される。ここでもｐｎ接合界面４では結晶構造は連続している。
【００２４】図２（３）の素子を形成する第二の方法を図１０（１）〜（４）に示す。まず、所望の導電型及び抵抗を有する非多孔質基板１を用意し（図１０（１））、この表面に、基板１と導電型は異なるが母材料は等しく、それらの界面４において結晶構造の連続した層２０を設ける（図１０（２））。層２０の具体的な形成方法としては、これまで説明した方法と同様である。次に、層２０を表面から界面４まで多孔質化し、発光性多孔質材料を含む発光層２を形成する（図１０（３））。そして、この表面に非多孔質の注入電極層３をエピタキシャル成長等の方法によって堆積する（図１０R>０（４））。注入電極層３は、発光素子２と導電型が等しく低抵抗でなければならないから、不純物の導入は堆積時に行うか、或は後からトーピングを施す。
【００２５】図２（３）に示した構成の素子を形成する上述の第一及び第二の方法を併用することによって、図１１１１に示す複数層からなる注入電極層３を設けることも可能である。この場合、第一の方法によって形成された非発光性多孔質の注入電極層３１上に、非多孔質の注入電極層３２をエピタキシャル成長等の方法によって堆積すればよい。
【００２６】図２（３）の素子を形成する第三の方法は、それまでとは層形成方向が逆になる。これを図１２（１）〜（４）を用いて説明する。先ず、所望の導電型及び抵抗を有する非多孔質基板０を用意し（図１２（１））、この表面から所望の層厚まで多孔質化し、発光性多孔質材料を含む発光層２を形成する（図１２（２））。そして、この表面に注入電極層１をエピタキシャル成長等の方法によって堆積する（図１２（３））。ただし、注入電極層１は低抵抗な非多孔質で、発光層２との界面４で結晶構造が連続し、且つ基板０及び発光層２とは導電型が異ならねばならない。したがって不純物の導入は、堆積時に行うか、或は後からドーピングを施す必要がある。ここで、この基板の上下を逆転させてみれば、図１２（４）となる。ここでは最後に堆積した注入電極層１と発光層２の間にｐｎ接合界面４を有し、発光層２上には、基板０のうち多孔質化されずに残された発光層２と同導電型の注入電極層３が設けられている。これに取り出し電極５及び５′を設ければ図２（３）に示した素子が得られる。
【００２７】図２（４）に示した素子の形成は、上述した図２（２）の素子の形成方法及び図２（３）の素子の形成方法を組合せることによって可能である。例えば、図１２（１）において、非多孔質基板０の表面に基板０と同導電型であり且つ不純物濃度の高い層を形成した後に、図１２（２）以降に示した工程に進めば、この高濃度層が非発光性多孔質の中間層２′となることによって図１３に示した構造が得られ、図２（４）に示した素子が構成できる。
【００２８】図３に示した素子群の製造方法は、これから説明する絶縁性表面上の非多孔質膜を多孔質化する工夫を除けば、図２に示した素子群の製造方法と変わるところはない。そこで、図３（４）の素子構造を例に取って、幾つかの典型的な形成工程を説明する。
【００２９】図１４（１）〜（６）は、図３（４）の素子を形成する第一の方法を示している。はじめに、絶縁性表面を有する基板０上に非多孔質膜２０を形成されている基板を用意する（図１４（１））。次に、通常の半導体集積回路の形成に用いられるようなフォトリソグラフイー工程や集束イオンビーム技術等の局所的なドーピング法を用いて、非多孔質膜２０の面内に、非多孔質膜２０と導電型が異なる領域１０と、導電型は等しいが不純物濃度が高く抵抗の低い領域３０を設ける（図１４（２））。そして、同様なパターニング技術を用いて、領域２０・３０に接触する取り出し電極５・５′を設け（図１４（３））、更にそれらを被う保護膜６を形成する（図１４（４））。ここで保護膜６は、次の工程である非多孔質膜の残された領域２０の多孔質化において、保護膜６直下の構造を保護するものであり、多孔質化法に対する十分な耐性を有していなければならない。また、保護膜６の開口部左端は、図示するごとく領域１０・２０の境界からはオフセットしてある。次に、領域２０を多孔質化する。多孔質化の具体的方法として陽極化成を用いるなら、基板全体を化成液中に浸透し、液中に設けた対向電極７と取り出し電極５′の間に通電すれば良い（図１４（５））。或は光化成を用いるならば、単に、均一な光を照射するだけである。以上の工程により、領域２０中、保護膜６の開口部直下が発光性多孔質材料を含む発光領域２に、オフセット部が中間層２′に、そして、領域１０・３０が各々注入電極領域１・３となって、結晶構造の連続した界面４にｐｎ接合を有する図３（４）に示した素子が形成される（図１４（６））。ここで、保護膜６の開口部オフセットを省けば図３（３）の素子が、領域３０の形成を省けば図３（２）の素子が、そして、それら双方を省略すれば図３（１）の素子が形成される。
【００３０】次に、図３（４）の素子を形成する第二の方法を図１５（１）〜（６）を用いて説明する。はじめに、絶縁性表面を有する基板０上に非多孔質膜２０が形成されている基板を用意する（図１５（１））。そして、基板全体を化成液中に浸透し、非多孔質膜２０上に局所的に集束された光６を照射し光化成を行なうことによって、発光性多孔質材料を含む発光領域２を形成する（図１５（２））。次いで、局所的なドーピング技術を用いて、非多孔質膜２０と導電型が異なる領域１０と、導電型は等しいが不純物濃度が高く抵抗の低い領域３０を設ける（図１５（３））。以上の工程により、領域１０・３０が各々注入電極領域１・３となり、領域１０と発光領域２の間に残された領域を中間層２′とする図３（４）の構造が形成される（図１５（４））。ここで、領域１０の空間的位置の変更や、工程の省略によって、図３（１）〜（３）の素子も形成できる。
【００３１】
【実施例】以下、本発明の発光素子及びその製造方法の実施例を、シリコン結晶系材料を使用した例を挙げて具体的に説明する。
【００３２】（実施例１）図４の形成工程で説明した図２R>２（１）に示した構造を有する発光素子の例について説明する。
【００３３】はじめに、面方位＜１００＞、燐ドープのｎ型、抵抗率０．０２Ω・ｃｍのシリコン単結晶ウェハを用意し、この表面に、ジクロロシランガス及びジボランガスを同時に用いたＣＶＤ法によって、約１μｍ厚のｐ型単結晶シリコン層をエピタキシャル成長させた。そして、ウェハの裏面に２０００Åの膜厚でＡｌを蒸着し、完全なオーミックコンタクトを確保した。
【００３４】次いでウェハ表面のみを濃度２０ｗｔ％の弗酸水・エタノール溶液に接触させ、白金製の平板電極をこれと対向させて置いた。更にウェハ表面に出力１ｋｗのハロゲンランプを照射しながら、ウェハを陽極にとって白金電極との間に直流電圧を印加し、ウェハ面における電流密度が１０ｍＡ・ｃｍ-2で一定となるように制御しながら、２分間陽極化成を行なった。多孔質化の確認の為に特に用意した観察用試料の断面を、高解像の電子顕微鏡で観察したところ、ウェハ表面から丁度１μｍの深さまで陽極化成が進行し多孔質層が形成されていること、並びに多孔質層の残留構造と基板の結晶構造が完全に連続していることが確認された。これにより、ｎ型のエピタキシャルＳｉ層全域が多孔質化されたことになる。また、多孔質層の表面に出力５ｗの紫外線ランプを照射したところ、赤いＰＬを呈した。この発光性多孔質層は、構造が非常に微細で脆弱なので、ＲＴＯ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）を施して残留構造の極表面を酸化して安定化を図った。すると、ＰＬ発光ピークが幾分ブルーシフトし、強度も約５倍ほど増加した。
【００３５】酸化されＰＬ効率の増した多孔質層が、十分安定であることを確認した後に、このウェハ表面に再びＣＶＤ法によってＳｉＯ2膜を２０００Å程堆積した。そして、通常のフォトリソグラフィー工程で、この酸化膜に幾つかの２ｍｍ角の開口部を設けた。ただし、この開口部形成にあたって、下地の酸化されている多孔質層の最上部の酸化膜も除去されていなければならない。そこで、この開口部に再び自然酸化膜が形成される暇もなく、膜厚１００Åの半透明金薄膜を蒸着し、更に、開口部からＡｌの引きだし電極を配線した。
【００３６】以上の工程によって作成した素子の、ウェハ表裏の電極間に直流電流を通電したところ、表面電極側を陽極とした電流方向を順方向とする整流特性を示し、閾値電圧３Ｖ付近に置いて酸化膜開口部からほぼ橙色の可視面発光が得られた。この発光は、基板のｎ型単結晶層と直上のｐ型多孔質層との接合界面を介した極微細構造多孔質シリコン層への電流注入に基づくエレクトロルミネッセンスによるものと思われる。発光閾値電圧が実用的に十分低いのは、ｐｎ接合界面において結晶構造が連続しているために良好な整流特性が得られ、電流注入効率が従来のものに比べて高いことに起因していると推察される。
【００３７】（実施例２）図６の形成工程で製造した図２R>２（２）の構造を有する発光素子の例について説明する。
【００３８】実施例１の素子製造工程に於て、陽極化成時間を１．５秒間短縮し、それ以外の工程は同一にして素子を形成した。多孔質化の確認の為に特に用意した観察用試料の断面を、高解像の電子顕微鏡で観察したところ、ウェハ表面から約０．９μｍの深さまで陽極化成が進行し多孔質層が形成されていること、並びに、完全に格子像が連続してはいるもののエピタキシャル界面と思しきコントラストの生じている面と多孔質層の間に、単結晶中間層が約０．１μｍの厚さで形成されていることが確認された。
【００３９】この素子の、ウェハ表裏の電極間に直流電圧を通電したところ、実施例１の素子よりも一桁近く高い整流比を示し、閾値電圧は約３．５Ｖと若干上昇したものの、数倍強い発光効率が得られた。整流特性の向上は、ｐｎ接合界面の前後が完全単結晶で構成されていることに起因し、このことが発光性多孔質層への電流注入効率を改善し、発光効率を高めたものと思われる。
【００４０】（実施例３）図８の形成工程で製造した図２R>２（２）の製造を有する発光素子の例について説明する。
【００４１】実施例１の素子製造工程に於て、ｎ型単結晶基板上にｐ型エピタキシャル層を成長させるに際してこれを２段階に分け、それ以外の工程は同一にして素子を形成した。２段階に分けられたｐ型層形成工程とは、第一段階に於て、ジボランガスの分圧を１０倍に増して約０．２μｍの膜厚の高濃度層を堆積し、引続きジボランガス分圧をもとに戻して約０．２μｍ厚の低濃度層を成長させたものである。観察用試料の断面を観察したところ、ウェハ表面から約１μｍの深さまで陽極化成が進行し多孔質層が形成されているが、より詳細に観察すると、表面から約０．８μｍの深さまでは極微細な多孔質、そしてその下約０．２μｍ厚の層は平均構造が約二桁ほど大きい粗大な多孔質となっていることが確認された。
【００４２】この素子の、ウェハ表裏の電極間に直流電流を通電したところ、整流特性・発光閾値電圧・発光効率の各項目について、実施例１の素子と実施例２の素子の中間に位置する特性が得られた。この場合粗大構造多孔質層が中間層として機能していることが予測される。
【００４３】（実施例４）図５の形成工程で製造した図２R>２（１）の構造を有する発光素子の例について説明する。
【００４４】はじめに、面方位＜１００＞、ボロンドープのｐ型、抵抗率１０Ω・ｃｍのシリコン単結晶ウェハを用意し、この裏面に５０ｋｅＶまで加速されたボロンイオンを５×１０14ｃｍ-2のドーズ量で注入してから、窒素雰囲気中９５０℃、３０分間の熱アニールによって活性化した。
【００４５】次いで、一対の白金製平行平板電極の間に基板を置いて、これらを濃度２５ｗｔ％の弗酸水・エタノール溶液中に浸した。そして、ウェハ面以外を絶縁する形態で、ウェハ裏面側の白金電極を陽極にして白金電極対間に直流電圧を印加し、ウェハ面における電流密度が１０ｍＡ・ｃｍ-2で一定となるように制御しながら、１分間陽極化成を行ない、更に室内照明下で通電回路をショートさせたまま１０分間放置した。多孔質化の確認の為に特に用意した観察用試料の断面を、高解像の電子顕微鏡で観察したところ、ウェハ表面から丁度０．５μｍの深さまで陽極化成が進行し多孔質層が形成されていることが確認された。また、多孔質層の表面に出力５ｗの紫外線ランプを照射したところ、赤いＰＬを呈した。
【００４６】次に、このウェハ表面から３０ｋｅＶに加速された水素イオンを１×１０15ｃｍ-2のドーズ量で注入し、この活性化と多孔質構造の安定化を兼ねて、ＲＴＯを施した。すると、ＰＬ発光ピークが幾分ブルーシフトし、強度も増加した。
【００４７】酸化されＰＬ効率の増した多孔質層が、十分安定であることを確認した後に、希弗酸水溶液を用いて多孔質層の最上部の酸化膜を除去した。そして、再び自然酸化膜が形成される暇もなく、膜厚１５００ÅのＩＴＯを蒸着し、これを５ｍｍ角の島状にパターニングした。また、ウェハ裏面全面には、スパッタ法によってＡｌＳｉ膜を堆積した。
【００４８】以上の工程によって作成した素子の、ウェハ裏の電極間に直流電流を通電したところ、表面電極側を陽極とした電流方向を順方向とする整流特性を示し、閾値電圧が５Ｖ付近において島状ＩＴＯの部分からほぼ橙色の可視面発光が得られた。この発光は、基板のｐ型単結晶層と直上の水素イオンの活性化によってｎ型化した多孔質層との接合界面を介した極微細構造多孔質シリコン層への電流注入に基づくエレクトロルミネッセンスによるものと思われる。発光閾値電圧が実用的に十分低いのは、ｐｎ接合界面において結晶構造が連続しているために良好な整流特性が得られ、電流注入効率が従来のものに比べて高いことに起因していると推察される。
【００４９】（実施例５）図７の形成工程で製造した図２R>２（２）の構造を有する発光素子の例について説明する。
【００５０】実施例４の素子製造工程に於て、水素イオン注入の加速エネルギーを４５ｋｅＶに高め、ドーズ量を２倍に増す以外の工程は実施例４と同様にして素子を形成した。断面観察からは判定しかねるが、ｎ型化される領域は多孔質層を越えて、単結晶基板内部にまで及んでいるものと予測される。
【００５１】この素子の、ウェハ表裏の電極間に直流電流を通電したところ、実施例４の素子よりも一桁近く高い整流比を示し、閾値電圧は約６Ｖと若干上昇したものの、数倍強い発光効率が得られた。整流特性の向上は、ｐｎ接合界面の前後が完全単結晶で構成されていることに起因し、このことが発光性多孔質層への電流注入効率を改善し、発光効率を高めたものと思われる。
【００５２】（実施例６）図９の形成工程で製造した図２R>２（３）の構造を有する発光素子の例について説明する。
【００５３】実施例１の素子製造工程に於て、ｎ型単結晶基板上にｐ型エピタキシャル層を成長させたのちに、この表面に２０ｋｅＶに加速されたボロンイオンを５×１０14ｃｍ-2のドーズ量で注入してから、窒素雰囲気中９５０℃、３０分間の熱アニールによって活性化した。そして、それ以外の工程は実施例１と同様にして素子を形成した。観察用試料の断面を観察したところ、ウェハ表面から約１μｍの深さまで陽極化成が進行し多孔質層が形成されているが、より詳細に観察すると、最表面の約０．０５μｍの層は粗大な多孔質、そしてその下多孔質層の大半を占める層は極微細な多孔質となっていることが確認された。
【００５４】この素子の、ウェハ表裏の電極間に直流電流を通電したところ、整流特性・発光閾値電圧について、実施例１の素子とほぼ同等であり、発光効率に関しては数倍ほど向上した。この場合、最表面の粗大構造多孔質層が図２（３）における注入電極層３として機能することによって、取り出し電極との接触抵抗を減じ、ひいては発光効率を改善したものと思われる。
【００５５】（実施例７）図１０の形成工程で製造した図２（３）の構造を有する発光素子の例について説明する。
【００５６】実施例１の素子製造工程に於て、多孔質層に対するＲＴＯ処理とＣＶＤ−ＳｉＯ2膜堆積の工程の間に次の工程を加え、それ以外の工程は実施例１と同様にして素子を形成した。追加した工程は、残留構造の表面が酸化された多孔質層の最上部の酸化膜を除去した後に、高濃度ｐ型シリコンをターゲットに用いたバイアススパッタ法によって、ｐ型シリコン層を３００Å程エピタキシャル成長させる工程である。観察用試料の断面観察では、このエピタキシャルシリコン層中には無数の双晶・転位を含む欠陥が認められたが、平均構造としては下地の多孔質層の結晶構造を引き継いでいることが確認された。
【００５７】このようにして形成された素子の、ウェハ表裏の電極間に直流電流を通電したところ、整流特性・発光閾値電圧について、実施例１の素子とほぼ同等であり、発光効率に関しては数倍ほど向上した。この場合、最表面のエピタキシャルシリコン層が図２（３）における注入電極層３として機能することによって、取り出し電極との接触抵抗を減じ、ひいては発光効率を改善したものと思われる。
【００５８】（実施例８）図１１の形成工程で製造した図２（３）の構造を有する発光素子の例について説明する。
【００５９】実施例６の素子製造工程に於て、多孔質化とＲＴＯ処理工程の後に次の工程を加え、それ以外の工程は実施例６と同様にして素子を形成した。追加した工程は、残留構造の表面が酸化された多孔質層の最上部の酸化膜を除去した後に、高濃度ｐ型シリコンをターゲットに用いたバイアススパッタ法によって、ｐ型シリコン層を１５０Å程エピタキシャル成長させる工程である。観察用試料の断面観察では、多孔質層中の最表面側にある約０．０５μｍ程の極薄層が粗大構造の多孔質となっており、その上のエピタキシャルシリコン層は、その中に殆ど欠陥らしきものは見当たらず、殆ど単結晶と言ってもよいものであった。実施例７のものに比べてのエピタキシャルシリコン層の結晶性の向上は、エピタキシャル成長面が粗大構造多孔質であることによるものと思われる。
【００６０】このようにして形成された素子の、ウェハ表裏の電極間に直流電流を通電したところ、整流特性について、実施例６の素子とほぼ同等であり、発光閾値電圧は漸増、発光効率に関しては５０％ほど向上した。この場合、最表面のエピタキシャルシリコン層とその下の粗大構造多孔質層が併せて図２（３）における注入電極層３として機能することによって、取り出し電極との接触抵抗をより減じ、ひいては発光効率を改善したものと思われる。
【００６１】（実施例９）図１２の形成工程で製造した図２（３）の構造を有する発光素子の例について説明する。
【００６２】実施例４における水素イオン注入工程の手前までは、これと同様な工程で進めた。その後、多孔質にＲＴＯ処理を施し、更に多孔質層最上部の酸化膜を除去してから、高濃度ｎ型シリコンをターゲットに用いたバイアススパッタ法によって、ｎ型シリコン層を２００Å程エピタキシャル成長させた。観察用試料の断面観察では、このエピタキシャルシリコン層中に双晶・転位を含む欠陥が幾つか見られたが、全体としては下地の多孔質層から結晶構造が連続していることが確認された。
【００６３】酸化されＰＬ効率の増した多孔質層が、十分安定であることを確認した後に、このウェハ表面に再びＣＶＤ法によってＳｉＯ2膜を２０００Å程堆積した。そして、通常のフォトリソグラフィー工程で、この酸化膜に幾つかの２ｍｍ角の開口部を設けた。更に、この開口部に膜厚１００Åの半透明金薄膜を蒸着し、開口部からＡｌの引きだし電極を配線した。
【００６４】以上の工程によって作成した素子の、ウェハ裏の電極間に直流電流を通電したところ、表面電極側を陰極とした電流方向を順方向とする整流特性を示し、閾値電圧が２Ｖ付近において酸化膜開口部からほぼ橙色の可視面発光が得られた。この発光は、ｎ型エピタキシャル結晶層と直下のｐ型多孔質層との接合界面を介した、極微細構造多孔質シリコン層への電流注入に基づくエレクトロルミネッセンスによるものと思われる。発光閾値電圧が実用的に十分低いのは、ｐｎ接合界面に於て結晶構造が連続しているために、良好な整流特性が得られていることから、電流注入効率が今までになく高いことに起因していると推察される。
【００６５】（実施例１０）図１３の形成工程で製造した図２（４）の構造を有する発光素子の例について説明する。
【００６６】実施例９の素子製造工程に於て、ｐ型単結晶基板表面を多孔質化するに先だって、この表面に２０ｋｅＶに加速されたボロンイオンを５×１０14ｃｍ-2のドーズ量で注入してから、窒素雰囲気中９５０℃、３０分間の熱アニールによって活性化した。そして、それ以外の工程は実施例９と同様にして素子を形成した。観察用試料の断面観察では、多孔質層中の最表面側にある約０．０５μｍ程の極薄層が粗大構造の多孔質となっており、その上のエピタキシャルシリコン層は、その中に殆ど欠陥らしきものは見当たらず、殆ど単結晶と言ってもよいものであった。実施例７のものに比べてのエピタキシャルシリコン層の結晶性の向上は、エピタキシャル成長面が粗大構造多孔質であることによるものと思われる。
【００６７】この素子のウェハ表裏の電極間に直流電流を通電したところ、整流特性・発光閾値電圧について、実施例９の素子とほぼ同等であり、発光効率に関しては数倍ほど向上した。この場合、最表面のｎ型エピタキシャルシリコン層の結晶性が各界面における接触抵抗を減じ、ひいては発光効率を改善したものと思われる。
【００６８】（実施例１１）図１４の形成工程で説明した図３（４）の構造を有する発光素子の例について説明する。
【００６９】はじめに、透明石英基板上に面方位＜１００＞、ボロンドープのｐ型、抵抗率２０Ω・ｃｍのシリコン単結晶薄膜が膜厚０．５μｍで形成されているＳＯＩ基板を用意し、ＬＯＣＯＳ法によって１０μｍ角の領域を素子分離した。そして、分離されたシリコン島の表面を５００Å程酸化してから、島の中央部１．５μｍ幅のストライプを残して、右側の領域には１５０ｋｅＶに加速されたボロンイオンを２×１０15ｃｍ-2のドーズ量で、左側の領域には１５０ｋｅＶに加速された燐イオンを３×１０15ｃｍ-2のドーズ量で注入し、これを窒素雰囲気中９５０℃、３０分間の熱アニールによって活性化した。次に、これら左右のイオン注入領域にコンタクトするＡｌ配線を形成し、特にボロンを注入した領域からの配線は、基板のオリエンテーションフラットの位置まで引き回した。そして、基板表面に通常のフォトレジストを塗布し、表面側にはシリコン島の中央部にイオン注入されずに残されたストライプの領域に開口部を設けた。但し、開口部のｐｎ接合側の端は、接合境界よりも僅かにストライプ領域の内側にかかるようにオフセットし、開口表面の酸化膜を除去した。
【００７０】これまでの工程を経た基板を、濃度２５ｗｔ％の弗酸水・エタノール溶液に接触させ、これと対向させた白金平板電極と基板のオリエンテーションフラットの位置まで引き回されたＡｌ配線間に、白金側を陰極として直流電流を印加し陽極化成を行った。ただし、化成電流密度が基板表面のレジスト開口部において約２０ｍＡ・ｃｍ-2で一定となるように制御しながら、３０秒間で化成を終了した。そして、基板に塗布されたレジストを剥離してから、基板表面全体にプラズマＣＶＤ法によってＳｉＮx膜を堆積し、Ａｌ配線の必要な部分に開口部を設けた。素子の断面観察によれば、シリコン島の中央部１．４μｍ幅のストライプの領域が多孔質化しており、恐らくは所期の目的どおりｐｎ接合境界には、幅０．１μｍ以下の中間層も形成されたと思われる。
【００７１】この素子の多孔質化領域を挟んだこの二つの電極間に直流電流を通電したところ、良好な整流特性を示し、僅か１Ｖ程の印加電圧から発光が確認された。
【００７２】（実施例１２）図５の形成工程で製造した図３（４）の構造を有する発光素子の例について説明する。
【００７３】はじめに、３０００Å厚の埋め込み酸化膜上に面方位＜１００＞、燐ドープのｎ型、抵抗率２０Ω・ｃｍのシリコン単結晶薄膜が膜厚０．５μｍで形成されているＳＩＭＯＸ基板を用意し、濃度４９ｗｔ％の弗酸水溶液に浸透した。そしてこの表面の一部に、２×８μｍ2の矩形に集束させたＨｅ−Ｎｅ Ｌａｓｅｒビームを３０分間照射して光化成を行った。次に、この基板にＲＴＯ処理を施し、多孔質領域を安定化した。そして、実施例１１と同じ工程によって、多孔質領域を挟む二つの領域にイオン注入を施し、両領域が絶縁されるように素子分離を施した。このＬＯＣＯＳ法による素子分離工程によって、注入イオンは活性化される。但しここで、燐イオン注入領域及びボロンイオン注入領域は、多孔質領域から各々０．１，０．２μｍ程離し、活性化アニール中の横方向拡散が多孔質領域との境界かその手前に留まるようにした。これにより、ボロンイオン注入領域と多孔質領域の間には中間層も形成される。最後に、両イオン注入領域からＡｌ配線を取り出し、素子の形成を終了した。
【００７４】この素子の、多孔質領域を挟んだ二つの電極間に直流電流を通電したところ、良好な整流特性を示し、わずか１．５Ｖ程の印加電圧から発光が確認された。
【００７５】（実施例１３）最後に、実施例１１に示した発光素子の同一基板上に通常のＩＣ製造工程で電気回路を形成し、これによって発光素子を駆動する例を、図１６１６及び１７を用いて説明する。
【００７６】はじめに、絶縁性表面を有するシリコン基板０上に面方位＜１００＞、ボロンドープのｐ型、抵抗率１０Ω・ｃｍのシリコン単結晶膜２００が膜厚０．５μｍで形成されているＳＯＩ基板を用意した（図１６（１））。そして、ＬＯＣＯＳ法によって１０μｍ角の島状領域２０を素子分離し、分離したシリコン島の表面に熱酸化法によって５００Åの膜厚の酸化膜７を設けた（図１６（２））。次に、この表面にＬＰＣＶＤ法で多結晶シリコン膜を０．５μｍの膜厚で堆積し、これを通常のフォトリソグラフィー工程でパターニングして２μｍ幅の島状領域８を残した（図１６（３））。そして、パターニングしたレジストをマスクとする局所的なイオン注入によって、多結晶シリコン膜島状領域９とその両側のシリコン単結晶膜島状領域２０の一部１０・１０’に、１８０ｋｅＶに加速された隣イオンを２×１０15ｃｍ-2のドーズ量で注入し、更に、同様の工程でシリコン単結晶膜島状領域２０の一部３０には１００ｋｅＶに加速されたボロンイオンを１×１０15ｃｍ-2のドーズ量で注入した（図１６（４））。これら不純物を９００℃・３０分間の熱処理によって活性化した後に、領域３０と１０’の表面にある酸化膜を除去してアルミ配線５・５’を取り出した（図１６（５））。そして、これら表面にシリコン酸化膜９を堆積し、多結晶シリコン単結晶膜島状領域２０の一部の上部に開口部１００を設け（図１７１７（７））、シリコン窒化膜６を領域１０に対して僅かにオフセットした幅１．５μｍの開口を残して形成した（図１７（８））。最後に、実施例１１と同様の工程で開口された領域２を多孔質化した。
【００７７】以上の工程によって、領域１０・３０が図１４１４における注入電極領域１・３、領域２が発光領域を含む多孔質領域２、オフセットされた領域が中間層領域２’となって発光素子を形成する（図１７（９））。同時に、注入電極領域１はまた、領域１０’をソース部、領域２０をチャネル部、そして多結晶シリコン膜島状領域９をゲート電極とするＭＯＳ型のトランジスタのドレイン部も兼ねている。そこで、配線５・５’間に１５Ｖの電圧を印加しながら、配線５０を通じてゲート電圧を０から増加させたところ、ＭＯＳトランジスタは閾値電圧１．１Ｖでオン状態になり、１．５Ｖ以上で発光領域を含む多孔質領域２から発光が確認された。２Ｖ以上からは、発光強度とゲート電圧に線形性が得られた。また、同一基板上に別途作成しておいたシフトレジスタからＭＯＳトランジスタのゲートに５Ｖの矩形波を導入したところ、発光素子は２０ＭＨｚでも追従した。
【００７８】
【発明の効果】本発明の発光素子は、多孔質材料を含む発光領域に結晶構造の連続した非多孔質領域を隣接させ、これを発光領域への電流注入電極とする素子構成をとることにより、電極と発光領域間の完全な密着性が接触抵抗を減じ、非多孔質領域と発光領域の導電型を相違させることにより、接合部からの高効率の電流注入を可能とした。その結果、素子全体として発光効率の優れた、実用に供し得る発光素子を供給できる。
【００７９】また、本発明による発光素子の製造方法によれば、発光効率の優れた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】本発明の発光素子の構成の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の発光素子の例を示す模式図である。
【図３】本発明の発光素子の例を示す模式図である。
【図４】本発明の発光素子の製造工程の一例を示す模式図である。
【図５】本発明の発光素子の製造工程の一例を示す模式図である。
【図６】本発明の発光素子の製造工程の一例を示す模式図である。
【図７】本発明の発光素子の製造工程の一例を示す模式図である。
【図８】本発明の発光素子の製造工程の一例を示す模式図である。
【図９】本発明の発光素子の製造工程の一例を示す模式図である。
【図１０】本発明の発光素子の製造工程の一例を示す模式図である。
【図１１】本発明の発光素子の製造工程の一例を示す模式図である。
【図１２】本発明の発光素子の製造工程の一例を示す模式図である。
【図１３】本発明の発光素子の製造工程の一例を示す模式図である。
【図１４】本発明の発光素子の製造工程の一例を示す模式図である。
【図１５】本発明の発光素子の製造工程の一例を示す模式図である。
【図１６】本発明の発光素子の製造工程の一例を示す模式図である。
【図１７】本発明の発光素子の製造工程の一例を示す模式図である。
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、発光素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、素子の活性構造要素に用いる新しい機能性材料として、多孔質材料が注目を集めている。ＩＶ族半導体結晶の多孔質構造を例にとってみれば、古くは高速な酸化が可能である性質を利用したＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造の形成方法（参照例：Ｔ． Ｕｎａｇａｍｉ ａｎｄ Ｍ．Ｓｅｋｉ， Ｊ． Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ． Ｓｏｃ． １２５，１３３９（１９７８））などのように、原材料の有する電子・光学的な諸特性とは無縁の、構造部材的な用途が主であった。しかし、最近になって、キャリアの量子閉じ込め効果が期待できるほどの微細構造に起因する低温での発光現象（参照例：Ｃ．Ｐｉｃｋｅｒｉｎｇ， ｅｔ ａｌ．， Ｊ． Ｐｈｙｓ． Ｃ１７，６５３５（１９８４））の常温化と高効率化（参照例：Ｌ．Ｔ． Ｃａｎｈａｍ， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ５６，１０４６（１９９０））に端を発した発光素子への応用の研究開発が盛んに行なわれている。このような多孔質材料の機能的応用は、一般に、多孔質構造自体の形成が原材料の容易な加工により成し得ることからも、幾つかの実用上の課題を克服できるなら、大変魅力的な新技術となり得る可能性を秘めている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述の、多孔質材料の発光素子への実用を阻む課題のうち、最も大きなものの一つは、多孔質領域への電流注入の難しさにある。能動的な発光素子として機能するには、エレクトロルミネッセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ：ＥＬ）素子でなければならず、更に高効率のＥＬ素子を実現するには、電流注入型であることが望ましい。ところが、現在までに報告されている電流注入層に固体電極を用いた発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）の効率は、同じ多孔質材料の示すフォトルミネッセンス（Ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｃｅｎｃｅ：ＰＬ）の高効率さから期待されるものに比べて、はるかに低い。例えば、単結晶シリコン基板表面に弗酸水溶液中での陽極化成法で形成した多孔質シリコン層は、わずか数ワットの紫外線ランプを照射するだけでも、多孔質層が可視域で光っているのが室内照明下の裸眼で明らかに確認でき、ＰＬのエネルギー効率は数％を越えているのに対し、同じ多孔質層上に形成した半透明金電極とのショットキー接合を介した電流注入では、量子効率で言っても１０-3％に満たない（参照例：Ｎ． Ｋｏｓｈｉｄａ， ｅｔ ａｌ．， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ６０，３４７（１９９２））ために、暗黒中であっても肉眼でかすかな発光を確認するには数百Ｖに及ぶ極めて高い印字電圧を要する（参照例：Ａ． Ｒｉｃｈｔｅｒ， ｅｔ ａｌ．， ＩＥＥＥ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｌｅｔｔ． １２，６９１（１９９１））のである。このような事情を克服すべく、注入電極に酸化インジウム錫を材料とする導電性透明電極（参照例：Ｆ． Ｎａｍａｖａｒ， ｅｔ ａｌ．， Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ６０，２５１４（１９９２））や、ｎ型微結晶炭化珪素膜（μｃ−ＳｉＣ）（参照例：Ｔ． Ｆｕｔａｇｉ， ｅｔ ａｌ．， Ｊｐｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． ３１，Ｌ６１６（１９９２））を用い、ｐｎ異種接合（ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ）を設けたＬＥＤの場合であっても、著しい改善は見られない。同じ目的で、ｎ型のガリウム燐（ＧａＰ）を用いた例では、電流注入すら未だ成功していない（参照例：Ｊ． Ｃ． Ｃａｍｐｂｅｌｌ， ｅｔ ａｌ．， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． ６０，８８９（１９９２））のが実情である。
【０００４】一方、多孔質シリコン層を、陽極酸化に用いる電解液中に浸透し、多孔質シリコンの孔（ｐｏｒｅ）の内壁における固液界面を利用した電流注入では、上述の固体電極の例よりも効率よく発光することが報告されている（参照例：Ａ． Ｈａｌｉｍａｏｕｉ， ｅｔ ａｌ．， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ．５９，３０４（１９９１）， Ｐ．Ｍ．Ｍ．Ｃ．Ｂｒｅｓｓｅｒｓ， ｅｔ ａｌ．， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ６１，１０８（１９９２），Ｅ． Ｂｕｓｔａｒｒｅｔ， ｅｔ ａｌ．， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ６１，１５５２（１９９２）， Ｌ． Ｔ． Ｃａｎｈａｍ， ｅｔａｌ，． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ６１，２５６３（１９９２））。この方法では、発光と同時に多孔質シリコン層がエッチングされ、ほどなくして発光は消滅するために実用性は乏しいが、電流注入効率が多孔質シリコンの注入型ＥＬの効率を大きく支配している可能性を示すものとして注目される。この観点から、固体注入電極ＬＥＤの発光効率が悪い原因を採れば、このことは電極と発光性多孔質シリコン層との界面の劣悪さが電流注入を阻害していることに起因しているものと考えられる。したがって、上述のｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎの例を越える界面特性に優れた新規な注入電極材料の導入が望まれている。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、本発明者等が上述した課題を解決すべく鋭意検討を行った結果得られた。
【０００６】本発明の発光素子は、結晶性半導体からなる発光性多孔質材料を含む発光領域と隣接する非多孔質領域を有する発光素子であって、前記発光領域と前記非多孔質領域の界面において両領域間の導電型が異なり、且つ両領域間の結晶構造が連続していることを特徴とするものである。
【０００７】本発明の発光素子の製造方法の好ましい第１の態様は、非多孔質結晶領域と、前記非多孔質結晶領域とは異なる導電型の多孔質結晶領域とを有する部材を前記多孔質結晶領域の結晶構造と前記非多孔質結晶領域の結晶構造とが連続するように形成し、前記多孔質結晶領域中に発光領域を形成することを特徴とするものである。
【０００８】本発明の発光素子の製造方法の好ましい第２の態様は、非多孔質結晶領域と、多孔質結晶領域とを有する部材を前記多孔質結晶領域の結晶構造と前記非多孔質結晶領域の結晶構造とが連続するように形成し、前記多孔質結晶領域を前記非多孔質結晶領域の導電型とは異なる導電型とし、前記多孔質結晶領域中に発光領域を形成することを特徴とするものである。
【０００９】本発明による発光素子では、多孔質材料を含む発光領域に結晶構造の連続した非多孔質領域を隣接させ、これを発光領域への電流注入電極とする素子構成をとることにより、電極と発光領域間の完全な密着性が接触抵抗を減じ、非多孔質領域と発光領域の導電型を相違させることにより、接合部からの高効率の電流注入を可能とした。その結果、素子全体として発光効率の優れた、実用に供し得る発光素子を提供することができる。
【００１０】以下、図面を参照しながら、本発明の発光素子及びその製造方法について、詳しく説明する。
【００１１】図１は、本発明による発光素子の最も概念的な素子構成を示す模式的断面図である。この素子においては、発光性多孔質材料を含む発光領域２を、電流注入電極領域１３が挟む構成をとっている。注入電極領域１は発光領域２と母材料の等しい低抵抗の非多孔質で構成されており、両領域間の界面４では双方に亙って結晶構造が連続し、且つ導電型が異なっており、そこには同種ｐｎ型接合が形成されている。注入電極領域３は、低抵抗である限りその構造を問わないが、発光領域２とは同導電型であり、それらの間の界面において結晶構造は連続している。そして、本素子に接続された取り出し電極５，５′を介して注入電極領域１，３間に直流電流を通電することにより、同種ｐｎ型接合界面４から発光領域２に電荷が注入され発光を呈する。ただし、取り出し電極５′と発光領域２が、低接触抵抗で直接接合できる場合、注入電極領域３の介在は必ずしも重要ではなく、これを省略してもよい。
【００１２】ここで、各領域間の界面特性が、素子全体の電流注入効率に与える影響を検討することにより、本発明のポイントを説明する。先ず、（１）取り出し金属電極５と注入電極領域１間の接触は、注入電極領域１が低抵抗の非多孔質で構成されていることから良好なオーミックが保証されている。そして、（２）注入電極領域１と発光領域２間に形成される接合界面４においては、母材料を等しくする両領域に亙って結晶構造が連続しているために良好な同種ｐｎ型接合が得られる。従来技術の項目で説明したとおり、これら界面特性は、素子の電流注入効率、ひいては発光効率に対して支配的であるために、注入電極領域を、「非多孔質構造」・発光領域２との「結晶構造の連続」及び「同母材料・異種導電型」というように構成することにより本発明による発光素子では、高い効率がもたらされる。更に、注入電極領域３を設けた場合、（３）発光領域２と注入電極領域３間の接触も、「結晶構造の連続性」から問題無く、（４）注入電極領域３と取り出し電極５′間の接触は、注入電極領域３の低抵抗性から良好なオーミックが期待できる。
【００１３】発光領域２は、必ずしも全域に亙って均一な発光性多孔質材料である必要はなく、構造の異なる複数の多孔質もしくは非多孔質領域から構成されていてもよい。そのうち少なくとも一領域に発光性があれば良いのである。したがって、その他の領域を発光性以外の用途に供することが出来るなら、素子特性やその製造方法にとってより好都合な場合もある。例えば、注入電極領域１との界面近傍を、残留構造が比較的粗大な非発光性多孔質か、或は非多孔質とすることによって、界面４におけるｐｎ接合特性をより一層向上させることができる。また、後述する本発明による発光素子の製造方法のうちでエピタキシャル成長を用いる方法では、エピタキシャル界面及びエピタキシャル層の膜質等を、更に改善することも可能となる。
【００１４】発光領域２が含んでいる多孔質材料は、その骨格が注入電極領域１ないし３と母材料を等しくしていればよく、残留構造の孔に面した表面には異種材料が形成されていても構わない。更に、孔の全ての空間がその異種材料で満たされていてもよい。一般に、発光性多孔質材料は非常に微細な残留構造を有しているために、機械的・熱的安定性が不足することも少なくない。従って、上述の異種材料による補強が有効な場合もある。
【００１５】本発明の発光素子のより具体的な実施形態として、非多孔質領域と発光性多孔質材料を含む発光領域の空間的配置を示した例を図２に示す。
【００１６】図２（１）〜（４）は、例えばウェハ状単結晶基板の面垂直方向に電流経路が形成されるような場合の例である。最も素子構成が簡素な図２（１）では、第一の導電型の非多孔質１と第二の導電型の発光性多孔質層２が、両者の界面で結晶構造を連続させながらｐｎ接合を形成しており、その両端には取り出し電極５，５′が設けられている。ここで、図１の図番と同じ図番の領域は各々対応している。非多孔質層１と発光性多孔質層２の間の界面特性如何によっては、中間層２′を設けてもよい（図２（２））。これは、図１に示した素子構成において、発光領域２が発光性多孔質以外の領域を含んでいる一例である。即ち、中間層２′は図１の発光領域２に含まれる。中間層２′は、例えば非発光性の多孔質であっても、或は、単結晶を含めた非多孔質でも良いが、発光性多孔質層２と導電型が等しく、その前後の層と結晶構造が連続していなければならない。しかしながら、中間層２′と発光領域２中のその他の層の界面は必ずしも急峻である必要はなく、極限的には連続的に変化させることも許される。一方、取り出し電極５′と発光性多孔質層２の間の界面特性如何によっては、もう一つの注入電極層３を設けてもよい（図２（３））。これは、図１に示した素子構成において、注入電極３を設けた例である。注入電極層３は、例えば非発光性の多孔質であっても、或は、単結晶を含めた非多孔質でも良いが、発光性非多孔質層２と導電型が等しく、かつ結晶構造が連続していなければならない。但し、その界面もまた必ずしも急峻である必要はなく、極限的に連続的に変化してもよい。図２（４）は、中間層２′と注入電極層３の双方を兼ね備えた例を図示している。
【００１７】図３（１）〜（４）は、例えばウェハ状基板０の絶縁性表面に設けられた非結晶膜の面内方向に電極経路が形成されるような場合の例であり、各構成要素とその作用は図２（１）〜（４）に示したものに対応している。ここでは、取り出し電極５，５′が膜表面で接触しているが、その幾何学的配置はこれに限ったものではない。
【００１８】次に、本発明による発光素子の製造方法について、互いに導電型の異なる発光性多孔質材料を含む発光領域と非多孔質領域を結晶構造を連続させながら隣接して形成する工程を、図２及び図３に示した素子を例にとって説明する。
【００１９】図２（１）に示した構成の素子を形成する第一の方法を図４（１）〜（３）に示す。先ず、所望の導電型及び抵抗を有する非多孔質基板１を用意し（図４（１））、この表面に、基板１と導電型は異なるが母材料は等しく、それらの界面４において結晶構造の連続した層２０を設ける（図４（２））。層２０の具体的な形成方法としては、導電型の制御のための不純物元素を導入しながら基板１表面にエピタキシャル成長させてもよいし、基板１表面からのイオン注入・堆積膜からの固相拡散や気相からの拡散によりカウンタードーピングを行ない、基板１表面から内部に形成してもよい。更には、それら両者を組み合せることも可能である。次に、陽極化成や光化成等、非多孔質を多孔質化する方法によって、層２０を表面から界面４まで多孔質化すれば（図４（３））これを発光性多孔質材料を含む発光領域２に形成できる。次いで、取り出し電極５及び５′を形成して図２（１）に示した構成の素子が形成できる。ｐｎ接合界面４では多孔質形成以前から結晶構造が連続しているために、最終工程を経た後でもこれは維持されている。
【００２０】次に、図２（１）に示した構成の素子を形成する第二の方法を図５（１）〜（３）に示す。先ず、所望の導電型及び抵抗を有する非多孔質基板１を用意し（図５（１））、この表面から、多孔質化を所望の厚さまで施す（図５（２））。次に、多孔質化層２０の表面から、カウンタードーピングを施し、多孔質化層２０を基板１とは導電型の異なる発光性多孔質層２を形成（図５R>５（３））し、取り出し電極５及び５′を形成すれば図２R>２（１）に示した構成の素子が形成できる。ここで、図４R>４（１）〜（４）に示した方法と同様、ｐｎ接合界面４で結晶構造が連続しているのは言うまでもない。
【００２１】図２（２）に示した素子を形成する方法について述べる。第一の方法は、図４及び図５を用いて説明した図２（１）の素子を形成する二つの方法をわずかに変形することによって得られる。まず、図４（３）に示した工程において、層２の表面からの多孔質化を界面４に到達する前に終了し、中間層２′を所望の層厚で残せば（図６）よい。また図４（４）に示した工程において、多孔質化層２０の表面からのカウンタードーピングを、多孔質化層２０を越えて基板１の非多孔質領域にまで進め、中間層２′を所望の層厚で形成しても（図７）よい。いずれの場合も、中間層２′は発光性多孔質層２と導電型を等しくする非多孔質であり、基板１とのｐｎ接合界面４に於て結晶構造は連続している。
【００２２】図２（２）の素子を形成する第二の方法は、図５に示したような多孔質層形成後のカウンタードーピングによってｐｎ接合を形成する工程には適用されない。なぜなら、それは多孔質化及び多孔質材料の構造がそれが形成される非多孔質材料の組成や不純物濃度等に大きく影響される現象を利用しているからである。例えば、陽極化成による多孔質シリコンの形成では、シリコン基板中の不純物濃度が高く抵抗が低くなると、残留構造が大きくまた多孔度が低下するために、多孔質としての抵抗の上昇は抑制され、構造強度が増す。一方この場合、非発光性の多孔質となる。図８（１）〜（３）で説明する工程は、そのような非発光性低抵抗の多孔質材料を図２（２）の中間層２′に用いるための方法である。まず、所望の導電型及び抵抗を有する非多孔質基板１を用意し（図８（１））、この表面に、基板１と導電型は異なるが母材料は等しく、それらの界面４において結晶構造の連続した層２０′と、更にこの層２０′と導電型が等しく不純物濃度が異なり、結晶構造の連続した層２０を設ける（図８（２））。ここで、例えば層２０′の不純物濃度は層２０のそれよりも高くすればよい。層２０及び層２０′の具体的な形成方法は、図４（２）に示した工程で用いられるものを使用できる。例えばエピタキシャル成長で形成するなら、層２０′の堆積の後に層２０を堆積させる。またイオン注入なら、注入エネルギー等の条件またはイオン種を替えた多段回の注入か、もしくはイオン注入のプロファイルを利用することになり、層２０・２０′間の空間的遷移は連続的となる。次に、層２０・２０′を表面から界面４まで多孔質化すれば（図８（３））後者を中間層２′として発光性多孔質材料を含む発光領域２が形成される。これに取り出し電極５及び５′を形成して図２（２）に示した構成の素子を形成できる。この場合、ｐｎ接合界面４では結晶構造は連続している。
【００２３】次に、図２（３）に示した構成の素子を形成する第一の方法を図９（１）〜（３）に示す。まず、所望の導電型及び抵抗を有する非多孔質基板１を用意し（図９（１））、この表面に、基板１と導電型は異なるが母材料は等しく、それらの界面４において結晶構造の連続した層２０と、更にこの層２０と導電型が等しく不純物濃度が異なり、結晶構造の連続した層３０を設ける（図９（２））。ここで、例えば層３０の不純物濃度は層２０のそれよりも高くすればよい。層２０及び層３０の具体的な形成方法は、図４（２）に示した工程で用いられるものを使用できる。例えばエピタキシャル成長で形成するなら、層２０の堆積の後に層３０を堆積させる。またイオン注入なら、注入エネルギー等の条件またはイオン種を替えた多段回の注入か、もしくはイオン注入のプロファイルを利用することになり、層２０・３０間の空間的遷移は連続的となる。次に、層３０・２０を表面から界面４まで多孔質化すれば（図９（３））両層は各々非発光性多孔質の注入電極層３並びに発光性多孔質材料を含む発光層２となる。次いで、取り出し電極５及び５′を形成して図２（３）に示した構成の素子が形成される。ここでもｐｎ接合界面４では結晶構造は連続している。
【００２４】図２（３）の素子を形成する第二の方法を図１０（１）〜（４）に示す。まず、所望の導電型及び抵抗を有する非多孔質基板１を用意し（図１０（１））、この表面に、基板１と導電型は異なるが母材料は等しく、それらの界面４において結晶構造の連続した層２０を設ける（図１０（２））。層２０の具体的な形成方法としては、これまで説明した方法と同様である。次に、層２０を表面から界面４まで多孔質化し、発光性多孔質材料を含む発光層２を形成する（図１０（３））。そして、この表面に非多孔質の注入電極層３をエピタキシャル成長等の方法によって堆積する（図１０R>０（４））。注入電極層３は、発光素子２と導電型が等しく低抵抗でなければならないから、不純物の導入は堆積時に行うか、或は後からトーピングを施す。
【００２５】図２（３）に示した構成の素子を形成する上述の第一及び第二の方法を併用することによって、図１１１１に示す複数層からなる注入電極層３を設けることも可能である。この場合、第一の方法によって形成された非発光性多孔質の注入電極層３１上に、非多孔質の注入電極層３２をエピタキシャル成長等の方法によって堆積すればよい。
【００２６】図２（３）の素子を形成する第三の方法は、それまでとは層形成方向が逆になる。これを図１２（１）〜（４）を用いて説明する。先ず、所望の導電型及び抵抗を有する非多孔質基板０を用意し（図１２（１））、この表面から所望の層厚まで多孔質化し、発光性多孔質材料を含む発光層２を形成する（図１２（２））。そして、この表面に注入電極層１をエピタキシャル成長等の方法によって堆積する（図１２（３））。ただし、注入電極層１は低抵抗な非多孔質で、発光層２との界面４で結晶構造が連続し、且つ基板０及び発光層２とは導電型が異ならねばならない。したがって不純物の導入は、堆積時に行うか、或は後からドーピングを施す必要がある。ここで、この基板の上下を逆転させてみれば、図１２（４）となる。ここでは最後に堆積した注入電極層１と発光層２の間にｐｎ接合界面４を有し、発光層２上には、基板０のうち多孔質化されずに残された発光層２と同導電型の注入電極層３が設けられている。これに取り出し電極５及び５′を設ければ図２（３）に示した素子が得られる。
【００２７】図２（４）に示した素子の形成は、上述した図２（２）の素子の形成方法及び図２（３）の素子の形成方法を組合せることによって可能である。例えば、図１２（１）において、非多孔質基板０の表面に基板０と同導電型であり且つ不純物濃度の高い層を形成した後に、図１２（２）以降に示した工程に進めば、この高濃度層が非発光性多孔質の中間層２′となることによって図１３に示した構造が得られ、図２（４）に示した素子が構成できる。
【００２８】図３に示した素子群の製造方法は、これから説明する絶縁性表面上の非多孔質膜を多孔質化する工夫を除けば、図２に示した素子群の製造方法と変わるところはない。そこで、図３（４）の素子構造を例に取って、幾つかの典型的な形成工程を説明する。
【００２９】図１４（１）〜（６）は、図３（４）の素子を形成する第一の方法を示している。はじめに、絶縁性表面を有する基板０上に非多孔質膜２０を形成されている基板を用意する（図１４（１））。次に、通常の半導体集積回路の形成に用いられるようなフォトリソグラフイー工程や集束イオンビーム技術等の局所的なドーピング法を用いて、非多孔質膜２０の面内に、非多孔質膜２０と導電型が異なる領域１０と、導電型は等しいが不純物濃度が高く抵抗の低い領域３０を設ける（図１４（２））。そして、同様なパターニング技術を用いて、領域２０・３０に接触する取り出し電極５・５′を設け（図１４（３））、更にそれらを被う保護膜６を形成する（図１４（４））。ここで保護膜６は、次の工程である非多孔質膜の残された領域２０の多孔質化において、保護膜６直下の構造を保護するものであり、多孔質化法に対する十分な耐性を有していなければならない。また、保護膜６の開口部左端は、図示するごとく領域１０・２０の境界からはオフセットしてある。次に、領域２０を多孔質化する。多孔質化の具体的方法として陽極化成を用いるなら、基板全体を化成液中に浸透し、液中に設けた対向電極７と取り出し電極５′の間に通電すれば良い（図１４（５））。或は光化成を用いるならば、単に、均一な光を照射するだけである。以上の工程により、領域２０中、保護膜６の開口部直下が発光性多孔質材料を含む発光領域２に、オフセット部が中間層２′に、そして、領域１０・３０が各々注入電極領域１・３となって、結晶構造の連続した界面４にｐｎ接合を有する図３（４）に示した素子が形成される（図１４（６））。ここで、保護膜６の開口部オフセットを省けば図３（３）の素子が、領域３０の形成を省けば図３（２）の素子が、そして、それら双方を省略すれば図３（１）の素子が形成される。
【００３０】次に、図３（４）の素子を形成する第二の方法を図１５（１）〜（６）を用いて説明する。はじめに、絶縁性表面を有する基板０上に非多孔質膜２０が形成されている基板を用意する（図１５（１））。そして、基板全体を化成液中に浸透し、非多孔質膜２０上に局所的に集束された光６を照射し光化成を行なうことによって、発光性多孔質材料を含む発光領域２を形成する（図１５（２））。次いで、局所的なドーピング技術を用いて、非多孔質膜２０と導電型が異なる領域１０と、導電型は等しいが不純物濃度が高く抵抗の低い領域３０を設ける（図１５（３））。以上の工程により、領域１０・３０が各々注入電極領域１・３となり、領域１０と発光領域２の間に残された領域を中間層２′とする図３（４）の構造が形成される（図１５（４））。ここで、領域１０の空間的位置の変更や、工程の省略によって、図３（１）〜（３）の素子も形成できる。
【００３１】
【実施例】以下、本発明の発光素子及びその製造方法の実施例を、シリコン結晶系材料を使用した例を挙げて具体的に説明する。
【００３２】（実施例１）図４の形成工程で説明した図２R>２（１）に示した構造を有する発光素子の例について説明する。
【００３３】はじめに、面方位＜１００＞、燐ドープのｎ型、抵抗率０．０２Ω・ｃｍのシリコン単結晶ウェハを用意し、この表面に、ジクロロシランガス及びジボランガスを同時に用いたＣＶＤ法によって、約１μｍ厚のｐ型単結晶シリコン層をエピタキシャル成長させた。そして、ウェハの裏面に２０００Åの膜厚でＡｌを蒸着し、完全なオーミックコンタクトを確保した。
【００３４】次いでウェハ表面のみを濃度２０ｗｔ％の弗酸水・エタノール溶液に接触させ、白金製の平板電極をこれと対向させて置いた。更にウェハ表面に出力１ｋｗのハロゲンランプを照射しながら、ウェハを陽極にとって白金電極との間に直流電圧を印加し、ウェハ面における電流密度が１０ｍＡ・ｃｍ-2で一定となるように制御しながら、２分間陽極化成を行なった。多孔質化の確認の為に特に用意した観察用試料の断面を、高解像の電子顕微鏡で観察したところ、ウェハ表面から丁度１μｍの深さまで陽極化成が進行し多孔質層が形成されていること、並びに多孔質層の残留構造と基板の結晶構造が完全に連続していることが確認された。これにより、ｎ型のエピタキシャルＳｉ層全域が多孔質化されたことになる。また、多孔質層の表面に出力５ｗの紫外線ランプを照射したところ、赤いＰＬを呈した。この発光性多孔質層は、構造が非常に微細で脆弱なので、ＲＴＯ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）を施して残留構造の極表面を酸化して安定化を図った。すると、ＰＬ発光ピークが幾分ブルーシフトし、強度も約５倍ほど増加した。
【００３５】酸化されＰＬ効率の増した多孔質層が、十分安定であることを確認した後に、このウェハ表面に再びＣＶＤ法によってＳｉＯ2膜を２０００Å程堆積した。そして、通常のフォトリソグラフィー工程で、この酸化膜に幾つかの２ｍｍ角の開口部を設けた。ただし、この開口部形成にあたって、下地の酸化されている多孔質層の最上部の酸化膜も除去されていなければならない。そこで、この開口部に再び自然酸化膜が形成される暇もなく、膜厚１００Åの半透明金薄膜を蒸着し、更に、開口部からＡｌの引きだし電極を配線した。
【００３６】以上の工程によって作成した素子の、ウェハ表裏の電極間に直流電流を通電したところ、表面電極側を陽極とした電流方向を順方向とする整流特性を示し、閾値電圧３Ｖ付近に置いて酸化膜開口部からほぼ橙色の可視面発光が得られた。この発光は、基板のｎ型単結晶層と直上のｐ型多孔質層との接合界面を介した極微細構造多孔質シリコン層への電流注入に基づくエレクトロルミネッセンスによるものと思われる。発光閾値電圧が実用的に十分低いのは、ｐｎ接合界面において結晶構造が連続しているために良好な整流特性が得られ、電流注入効率が従来のものに比べて高いことに起因していると推察される。
【００３７】（実施例２）図６の形成工程で製造した図２R>２（２）の構造を有する発光素子の例について説明する。
【００３８】実施例１の素子製造工程に於て、陽極化成時間を１．５秒間短縮し、それ以外の工程は同一にして素子を形成した。多孔質化の確認の為に特に用意した観察用試料の断面を、高解像の電子顕微鏡で観察したところ、ウェハ表面から約０．９μｍの深さまで陽極化成が進行し多孔質層が形成されていること、並びに、完全に格子像が連続してはいるもののエピタキシャル界面と思しきコントラストの生じている面と多孔質層の間に、単結晶中間層が約０．１μｍの厚さで形成されていることが確認された。
【００３９】この素子の、ウェハ表裏の電極間に直流電圧を通電したところ、実施例１の素子よりも一桁近く高い整流比を示し、閾値電圧は約３．５Ｖと若干上昇したものの、数倍強い発光効率が得られた。整流特性の向上は、ｐｎ接合界面の前後が完全単結晶で構成されていることに起因し、このことが発光性多孔質層への電流注入効率を改善し、発光効率を高めたものと思われる。
【００４０】（実施例３）図８の形成工程で製造した図２R>２（２）の製造を有する発光素子の例について説明する。
【００４１】実施例１の素子製造工程に於て、ｎ型単結晶基板上にｐ型エピタキシャル層を成長させるに際してこれを２段階に分け、それ以外の工程は同一にして素子を形成した。２段階に分けられたｐ型層形成工程とは、第一段階に於て、ジボランガスの分圧を１０倍に増して約０．２μｍの膜厚の高濃度層を堆積し、引続きジボランガス分圧をもとに戻して約０．２μｍ厚の低濃度層を成長させたものである。観察用試料の断面を観察したところ、ウェハ表面から約１μｍの深さまで陽極化成が進行し多孔質層が形成されているが、より詳細に観察すると、表面から約０．８μｍの深さまでは極微細な多孔質、そしてその下約０．２μｍ厚の層は平均構造が約二桁ほど大きい粗大な多孔質となっていることが確認された。
【００４２】この素子の、ウェハ表裏の電極間に直流電流を通電したところ、整流特性・発光閾値電圧・発光効率の各項目について、実施例１の素子と実施例２の素子の中間に位置する特性が得られた。この場合粗大構造多孔質層が中間層として機能していることが予測される。
【００４３】（実施例４）図５の形成工程で製造した図２R>２（１）の構造を有する発光素子の例について説明する。
【００４４】はじめに、面方位＜１００＞、ボロンドープのｐ型、抵抗率１０Ω・ｃｍのシリコン単結晶ウェハを用意し、この裏面に５０ｋｅＶまで加速されたボロンイオンを５×１０14ｃｍ-2のドーズ量で注入してから、窒素雰囲気中９５０℃、３０分間の熱アニールによって活性化した。
【００４５】次いで、一対の白金製平行平板電極の間に基板を置いて、これらを濃度２５ｗｔ％の弗酸水・エタノール溶液中に浸した。そして、ウェハ面以外を絶縁する形態で、ウェハ裏面側の白金電極を陽極にして白金電極対間に直流電圧を印加し、ウェハ面における電流密度が１０ｍＡ・ｃｍ-2で一定となるように制御しながら、１分間陽極化成を行ない、更に室内照明下で通電回路をショートさせたまま１０分間放置した。多孔質化の確認の為に特に用意した観察用試料の断面を、高解像の電子顕微鏡で観察したところ、ウェハ表面から丁度０．５μｍの深さまで陽極化成が進行し多孔質層が形成されていることが確認された。また、多孔質層の表面に出力５ｗの紫外線ランプを照射したところ、赤いＰＬを呈した。
【００４６】次に、このウェハ表面から３０ｋｅＶに加速された水素イオンを１×１０15ｃｍ-2のドーズ量で注入し、この活性化と多孔質構造の安定化を兼ねて、ＲＴＯを施した。すると、ＰＬ発光ピークが幾分ブルーシフトし、強度も増加した。
【００４７】酸化されＰＬ効率の増した多孔質層が、十分安定であることを確認した後に、希弗酸水溶液を用いて多孔質層の最上部の酸化膜を除去した。そして、再び自然酸化膜が形成される暇もなく、膜厚１５００ÅのＩＴＯを蒸着し、これを５ｍｍ角の島状にパターニングした。また、ウェハ裏面全面には、スパッタ法によってＡｌＳｉ膜を堆積した。
【００４８】以上の工程によって作成した素子の、ウェハ裏の電極間に直流電流を通電したところ、表面電極側を陽極とした電流方向を順方向とする整流特性を示し、閾値電圧が５Ｖ付近において島状ＩＴＯの部分からほぼ橙色の可視面発光が得られた。この発光は、基板のｐ型単結晶層と直上の水素イオンの活性化によってｎ型化した多孔質層との接合界面を介した極微細構造多孔質シリコン層への電流注入に基づくエレクトロルミネッセンスによるものと思われる。発光閾値電圧が実用的に十分低いのは、ｐｎ接合界面において結晶構造が連続しているために良好な整流特性が得られ、電流注入効率が従来のものに比べて高いことに起因していると推察される。
【００４９】（実施例５）図７の形成工程で製造した図２R>２（２）の構造を有する発光素子の例について説明する。
【００５０】実施例４の素子製造工程に於て、水素イオン注入の加速エネルギーを４５ｋｅＶに高め、ドーズ量を２倍に増す以外の工程は実施例４と同様にして素子を形成した。断面観察からは判定しかねるが、ｎ型化される領域は多孔質層を越えて、単結晶基板内部にまで及んでいるものと予測される。
【００５１】この素子の、ウェハ表裏の電極間に直流電流を通電したところ、実施例４の素子よりも一桁近く高い整流比を示し、閾値電圧は約６Ｖと若干上昇したものの、数倍強い発光効率が得られた。整流特性の向上は、ｐｎ接合界面の前後が完全単結晶で構成されていることに起因し、このことが発光性多孔質層への電流注入効率を改善し、発光効率を高めたものと思われる。
【００５２】（実施例６）図９の形成工程で製造した図２R>２（３）の構造を有する発光素子の例について説明する。
【００５３】実施例１の素子製造工程に於て、ｎ型単結晶基板上にｐ型エピタキシャル層を成長させたのちに、この表面に２０ｋｅＶに加速されたボロンイオンを５×１０14ｃｍ-2のドーズ量で注入してから、窒素雰囲気中９５０℃、３０分間の熱アニールによって活性化した。そして、それ以外の工程は実施例１と同様にして素子を形成した。観察用試料の断面を観察したところ、ウェハ表面から約１μｍの深さまで陽極化成が進行し多孔質層が形成されているが、より詳細に観察すると、最表面の約０．０５μｍの層は粗大な多孔質、そしてその下多孔質層の大半を占める層は極微細な多孔質となっていることが確認された。
【００５４】この素子の、ウェハ表裏の電極間に直流電流を通電したところ、整流特性・発光閾値電圧について、実施例１の素子とほぼ同等であり、発光効率に関しては数倍ほど向上した。この場合、最表面の粗大構造多孔質層が図２（３）における注入電極層３として機能することによって、取り出し電極との接触抵抗を減じ、ひいては発光効率を改善したものと思われる。
【００５５】（実施例７）図１０の形成工程で製造した図２（３）の構造を有する発光素子の例について説明する。
【００５６】実施例１の素子製造工程に於て、多孔質層に対するＲＴＯ処理とＣＶＤ−ＳｉＯ2膜堆積の工程の間に次の工程を加え、それ以外の工程は実施例１と同様にして素子を形成した。追加した工程は、残留構造の表面が酸化された多孔質層の最上部の酸化膜を除去した後に、高濃度ｐ型シリコンをターゲットに用いたバイアススパッタ法によって、ｐ型シリコン層を３００Å程エピタキシャル成長させる工程である。観察用試料の断面観察では、このエピタキシャルシリコン層中には無数の双晶・転位を含む欠陥が認められたが、平均構造としては下地の多孔質層の結晶構造を引き継いでいることが確認された。
【００５７】このようにして形成された素子の、ウェハ表裏の電極間に直流電流を通電したところ、整流特性・発光閾値電圧について、実施例１の素子とほぼ同等であり、発光効率に関しては数倍ほど向上した。この場合、最表面のエピタキシャルシリコン層が図２（３）における注入電極層３として機能することによって、取り出し電極との接触抵抗を減じ、ひいては発光効率を改善したものと思われる。
【００５８】（実施例８）図１１の形成工程で製造した図２（３）の構造を有する発光素子の例について説明する。
【００５９】実施例６の素子製造工程に於て、多孔質化とＲＴＯ処理工程の後に次の工程を加え、それ以外の工程は実施例６と同様にして素子を形成した。追加した工程は、残留構造の表面が酸化された多孔質層の最上部の酸化膜を除去した後に、高濃度ｐ型シリコンをターゲットに用いたバイアススパッタ法によって、ｐ型シリコン層を１５０Å程エピタキシャル成長させる工程である。観察用試料の断面観察では、多孔質層中の最表面側にある約０．０５μｍ程の極薄層が粗大構造の多孔質となっており、その上のエピタキシャルシリコン層は、その中に殆ど欠陥らしきものは見当たらず、殆ど単結晶と言ってもよいものであった。実施例７のものに比べてのエピタキシャルシリコン層の結晶性の向上は、エピタキシャル成長面が粗大構造多孔質であることによるものと思われる。
【００６０】このようにして形成された素子の、ウェハ表裏の電極間に直流電流を通電したところ、整流特性について、実施例６の素子とほぼ同等であり、発光閾値電圧は漸増、発光効率に関しては５０％ほど向上した。この場合、最表面のエピタキシャルシリコン層とその下の粗大構造多孔質層が併せて図２（３）における注入電極層３として機能することによって、取り出し電極との接触抵抗をより減じ、ひいては発光効率を改善したものと思われる。
【００６１】（実施例９）図１２の形成工程で製造した図２（３）の構造を有する発光素子の例について説明する。
【００６２】実施例４における水素イオン注入工程の手前までは、これと同様な工程で進めた。その後、多孔質にＲＴＯ処理を施し、更に多孔質層最上部の酸化膜を除去してから、高濃度ｎ型シリコンをターゲットに用いたバイアススパッタ法によって、ｎ型シリコン層を２００Å程エピタキシャル成長させた。観察用試料の断面観察では、このエピタキシャルシリコン層中に双晶・転位を含む欠陥が幾つか見られたが、全体としては下地の多孔質層から結晶構造が連続していることが確認された。
【００６３】酸化されＰＬ効率の増した多孔質層が、十分安定であることを確認した後に、このウェハ表面に再びＣＶＤ法によってＳｉＯ2膜を２０００Å程堆積した。そして、通常のフォトリソグラフィー工程で、この酸化膜に幾つかの２ｍｍ角の開口部を設けた。更に、この開口部に膜厚１００Åの半透明金薄膜を蒸着し、開口部からＡｌの引きだし電極を配線した。
【００６４】以上の工程によって作成した素子の、ウェハ裏の電極間に直流電流を通電したところ、表面電極側を陰極とした電流方向を順方向とする整流特性を示し、閾値電圧が２Ｖ付近において酸化膜開口部からほぼ橙色の可視面発光が得られた。この発光は、ｎ型エピタキシャル結晶層と直下のｐ型多孔質層との接合界面を介した、極微細構造多孔質シリコン層への電流注入に基づくエレクトロルミネッセンスによるものと思われる。発光閾値電圧が実用的に十分低いのは、ｐｎ接合界面に於て結晶構造が連続しているために、良好な整流特性が得られていることから、電流注入効率が今までになく高いことに起因していると推察される。
【００６５】（実施例１０）図１３の形成工程で製造した図２（４）の構造を有する発光素子の例について説明する。
【００６６】実施例９の素子製造工程に於て、ｐ型単結晶基板表面を多孔質化するに先だって、この表面に２０ｋｅＶに加速されたボロンイオンを５×１０14ｃｍ-2のドーズ量で注入してから、窒素雰囲気中９５０℃、３０分間の熱アニールによって活性化した。そして、それ以外の工程は実施例９と同様にして素子を形成した。観察用試料の断面観察では、多孔質層中の最表面側にある約０．０５μｍ程の極薄層が粗大構造の多孔質となっており、その上のエピタキシャルシリコン層は、その中に殆ど欠陥らしきものは見当たらず、殆ど単結晶と言ってもよいものであった。実施例７のものに比べてのエピタキシャルシリコン層の結晶性の向上は、エピタキシャル成長面が粗大構造多孔質であることによるものと思われる。
【００６７】この素子のウェハ表裏の電極間に直流電流を通電したところ、整流特性・発光閾値電圧について、実施例９の素子とほぼ同等であり、発光効率に関しては数倍ほど向上した。この場合、最表面のｎ型エピタキシャルシリコン層の結晶性が各界面における接触抵抗を減じ、ひいては発光効率を改善したものと思われる。
【００６８】（実施例１１）図１４の形成工程で説明した図３（４）の構造を有する発光素子の例について説明する。
【００６９】はじめに、透明石英基板上に面方位＜１００＞、ボロンドープのｐ型、抵抗率２０Ω・ｃｍのシリコン単結晶薄膜が膜厚０．５μｍで形成されているＳＯＩ基板を用意し、ＬＯＣＯＳ法によって１０μｍ角の領域を素子分離した。そして、分離されたシリコン島の表面を５００Å程酸化してから、島の中央部１．５μｍ幅のストライプを残して、右側の領域には１５０ｋｅＶに加速されたボロンイオンを２×１０15ｃｍ-2のドーズ量で、左側の領域には１５０ｋｅＶに加速された燐イオンを３×１０15ｃｍ-2のドーズ量で注入し、これを窒素雰囲気中９５０℃、３０分間の熱アニールによって活性化した。次に、これら左右のイオン注入領域にコンタクトするＡｌ配線を形成し、特にボロンを注入した領域からの配線は、基板のオリエンテーションフラットの位置まで引き回した。そして、基板表面に通常のフォトレジストを塗布し、表面側にはシリコン島の中央部にイオン注入されずに残されたストライプの領域に開口部を設けた。但し、開口部のｐｎ接合側の端は、接合境界よりも僅かにストライプ領域の内側にかかるようにオフセットし、開口表面の酸化膜を除去した。
【００７０】これまでの工程を経た基板を、濃度２５ｗｔ％の弗酸水・エタノール溶液に接触させ、これと対向させた白金平板電極と基板のオリエンテーションフラットの位置まで引き回されたＡｌ配線間に、白金側を陰極として直流電流を印加し陽極化成を行った。ただし、化成電流密度が基板表面のレジスト開口部において約２０ｍＡ・ｃｍ-2で一定となるように制御しながら、３０秒間で化成を終了した。そして、基板に塗布されたレジストを剥離してから、基板表面全体にプラズマＣＶＤ法によってＳｉＮx膜を堆積し、Ａｌ配線の必要な部分に開口部を設けた。素子の断面観察によれば、シリコン島の中央部１．４μｍ幅のストライプの領域が多孔質化しており、恐らくは所期の目的どおりｐｎ接合境界には、幅０．１μｍ以下の中間層も形成されたと思われる。
【００７１】この素子の多孔質化領域を挟んだこの二つの電極間に直流電流を通電したところ、良好な整流特性を示し、僅か１Ｖ程の印加電圧から発光が確認された。
【００７２】（実施例１２）図５の形成工程で製造した図３（４）の構造を有する発光素子の例について説明する。
【００７３】はじめに、３０００Å厚の埋め込み酸化膜上に面方位＜１００＞、燐ドープのｎ型、抵抗率２０Ω・ｃｍのシリコン単結晶薄膜が膜厚０．５μｍで形成されているＳＩＭＯＸ基板を用意し、濃度４９ｗｔ％の弗酸水溶液に浸透した。そしてこの表面の一部に、２×８μｍ2の矩形に集束させたＨｅ−Ｎｅ Ｌａｓｅｒビームを３０分間照射して光化成を行った。次に、この基板にＲＴＯ処理を施し、多孔質領域を安定化した。そして、実施例１１と同じ工程によって、多孔質領域を挟む二つの領域にイオン注入を施し、両領域が絶縁されるように素子分離を施した。このＬＯＣＯＳ法による素子分離工程によって、注入イオンは活性化される。但しここで、燐イオン注入領域及びボロンイオン注入領域は、多孔質領域から各々０．１，０．２μｍ程離し、活性化アニール中の横方向拡散が多孔質領域との境界かその手前に留まるようにした。これにより、ボロンイオン注入領域と多孔質領域の間には中間層も形成される。最後に、両イオン注入領域からＡｌ配線を取り出し、素子の形成を終了した。
【００７４】この素子の、多孔質領域を挟んだ二つの電極間に直流電流を通電したところ、良好な整流特性を示し、わずか１．５Ｖ程の印加電圧から発光が確認された。
【００７５】（実施例１３）最後に、実施例１１に示した発光素子の同一基板上に通常のＩＣ製造工程で電気回路を形成し、これによって発光素子を駆動する例を、図１６１６及び１７を用いて説明する。
【００７６】はじめに、絶縁性表面を有するシリコン基板０上に面方位＜１００＞、ボロンドープのｐ型、抵抗率１０Ω・ｃｍのシリコン単結晶膜２００が膜厚０．５μｍで形成されているＳＯＩ基板を用意した（図１６（１））。そして、ＬＯＣＯＳ法によって１０μｍ角の島状領域２０を素子分離し、分離したシリコン島の表面に熱酸化法によって５００Åの膜厚の酸化膜７を設けた（図１６（２））。次に、この表面にＬＰＣＶＤ法で多結晶シリコン膜を０．５μｍの膜厚で堆積し、これを通常のフォトリソグラフィー工程でパターニングして２μｍ幅の島状領域８を残した（図１６（３））。そして、パターニングしたレジストをマスクとする局所的なイオン注入によって、多結晶シリコン膜島状領域９とその両側のシリコン単結晶膜島状領域２０の一部１０・１０’に、１８０ｋｅＶに加速された隣イオンを２×１０15ｃｍ-2のドーズ量で注入し、更に、同様の工程でシリコン単結晶膜島状領域２０の一部３０には１００ｋｅＶに加速されたボロンイオンを１×１０15ｃｍ-2のドーズ量で注入した（図１６（４））。これら不純物を９００℃・３０分間の熱処理によって活性化した後に、領域３０と１０’の表面にある酸化膜を除去してアルミ配線５・５’を取り出した（図１６（５））。そして、これら表面にシリコン酸化膜９を堆積し、多結晶シリコン単結晶膜島状領域２０の一部の上部に開口部１００を設け（図１７１７（７））、シリコン窒化膜６を領域１０に対して僅かにオフセットした幅１．５μｍの開口を残して形成した（図１７（８））。最後に、実施例１１と同様の工程で開口された領域２を多孔質化した。
【００７７】以上の工程によって、領域１０・３０が図１４１４における注入電極領域１・３、領域２が発光領域を含む多孔質領域２、オフセットされた領域が中間層領域２’となって発光素子を形成する（図１７（９））。同時に、注入電極領域１はまた、領域１０’をソース部、領域２０をチャネル部、そして多結晶シリコン膜島状領域９をゲート電極とするＭＯＳ型のトランジスタのドレイン部も兼ねている。そこで、配線５・５’間に１５Ｖの電圧を印加しながら、配線５０を通じてゲート電圧を０から増加させたところ、ＭＯＳトランジスタは閾値電圧１．１Ｖでオン状態になり、１．５Ｖ以上で発光領域を含む多孔質領域２から発光が確認された。２Ｖ以上からは、発光強度とゲート電圧に線形性が得られた。また、同一基板上に別途作成しておいたシフトレジスタからＭＯＳトランジスタのゲートに５Ｖの矩形波を導入したところ、発光素子は２０ＭＨｚでも追従した。
【００７８】
【発明の効果】本発明の発光素子は、多孔質材料を含む発光領域に結晶構造の連続した非多孔質領域を隣接させ、これを発光領域への電流注入電極とする素子構成をとることにより、電極と発光領域間の完全な密着性が接触抵抗を減じ、非多孔質領域と発光領域の導電型を相違させることにより、接合部からの高効率の電流注入を可能とした。その結果、素子全体として発光効率の優れた、実用に供し得る発光素子を供給できる。
【００７９】また、本発明による発光素子の製造方法によれば、発光効率の優れた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】本発明の発光素子の構成の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の発光素子の例を示す模式図である。
【図３】本発明の発光素子の例を示す模式図である。
【図４】本発明の発光素子の製造工程の一例を示す模式図である。
【図５】本発明の発光素子の製造工程の一例を示す模式図である。
【図６】本発明の発光素子の製造工程の一例を示す模式図である。
【図７】本発明の発光素子の製造工程の一例を示す模式図である。
【図８】本発明の発光素子の製造工程の一例を示す模式図である。
【図９】本発明の発光素子の製造工程の一例を示す模式図である。
【図１０】本発明の発光素子の製造工程の一例を示す模式図である。
【図１１】本発明の発光素子の製造工程の一例を示す模式図である。
【図１２】本発明の発光素子の製造工程の一例を示す模式図である。
【図１３】本発明の発光素子の製造工程の一例を示す模式図である。
【図１４】本発明の発光素子の製造工程の一例を示す模式図である。
【図１５】本発明の発光素子の製造工程の一例を示す模式図である。
【図１６】本発明の発光素子の製造工程の一例を示す模式図である。
【図１７】本発明の発光素子の製造工程の一例を示す模式図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 結晶性半導体からなる発光性多孔質材料を含む発光領域と隣接する非多孔質領域を有する発光素子であって、前記発光領域と前記非多孔質領域の界面において両領域間の導電型が異なり、且つ両領域間の結晶構造が連続していることを特徴とする発光素子。
【請求項２】 前記発光領域と同導電型の低抵抗領域が、前記発光領域と結晶構造を連続させて更に隣接する請求項１記載の発光素子。
【請求項３】 前記発光領域が、組成もしくは構造の異なる複数の多孔質層から構成される多孔質領域を含む請求項１記載の発光素子。
【請求項４】 前記発光領域の前記非多孔質領域に対する界面が、非多孔質で構成される請求項１記載の発光素子。
【請求項５】 前記発光領域の前記非多孔質領域に対する界面が、多孔質で構成される請求項１記載の発光素子。
【請求項６】 前記非多孔質が、単結晶である請求項１乃至５のいずれかに記載の発光素子。
【請求項７】 前記多孔質材料の表面に異種材料が形成されている請求項１乃至６のいずれかに記載の発光素子。
【請求項８】 非多孔質結晶領域と、前記非多孔質結晶領域とは異なる導電型の多孔質結晶領域とを有する部材を前記多孔質結晶領域の結晶構造と前記非多孔質結晶領域の結晶構造とが連続するように形成し、前記多孔質結晶領域中に発光領域を形成することを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項９】 非多孔質結晶領域と、多孔質結晶領域とを有する部材を前記多孔質結晶領域の結晶構造と前記非多孔質結晶領域の結晶構造とが連続するように形成し、前記多孔質結晶領域を前記非多孔質結晶領域の導電型とは異なる導電型とし、前記多孔質結晶領域中に発光領域を形成することを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項１０】 前記多孔質領域は、エピタキシャル成長により形成された結晶領域に陽極化成を施して形成される請求項８に記載の発光素子の製造方法。
【請求項１】 結晶性半導体からなる発光性多孔質材料を含む発光領域と隣接する非多孔質領域を有する発光素子であって、前記発光領域と前記非多孔質領域の界面において両領域間の導電型が異なり、且つ両領域間の結晶構造が連続していることを特徴とする発光素子。
【請求項２】 前記発光領域と同導電型の低抵抗領域が、前記発光領域と結晶構造を連続させて更に隣接する請求項１記載の発光素子。
【請求項３】 前記発光領域が、組成もしくは構造の異なる複数の多孔質層から構成される多孔質領域を含む請求項１記載の発光素子。
【請求項４】 前記発光領域の前記非多孔質領域に対する界面が、非多孔質で構成される請求項１記載の発光素子。
【請求項５】 前記発光領域の前記非多孔質領域に対する界面が、多孔質で構成される請求項１記載の発光素子。
【請求項６】 前記非多孔質が、単結晶である請求項１乃至５のいずれかに記載の発光素子。
【請求項７】 前記多孔質材料の表面に異種材料が形成されている請求項１乃至６のいずれかに記載の発光素子。
【請求項８】 非多孔質結晶領域と、前記非多孔質結晶領域とは異なる導電型の多孔質結晶領域とを有する部材を前記多孔質結晶領域の結晶構造と前記非多孔質結晶領域の結晶構造とが連続するように形成し、前記多孔質結晶領域中に発光領域を形成することを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項９】 非多孔質結晶領域と、多孔質結晶領域とを有する部材を前記多孔質結晶領域の結晶構造と前記非多孔質結晶領域の結晶構造とが連続するように形成し、前記多孔質結晶領域を前記非多孔質結晶領域の導電型とは異なる導電型とし、前記多孔質結晶領域中に発光領域を形成することを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項１０】 前記多孔質領域は、エピタキシャル成長により形成された結晶領域に陽極化成を施して形成される請求項８に記載の発光素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【図１２】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
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【図１０】
【図１１】
【図１３】
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【図１４】
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【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開平６−３３８６３１
【公開日】平成６年（１９９４）１２月６日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平６−４９０２２
【出願日】平成６年（１９９４）３月１８日
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【公開日】平成６年（１９９４）１２月６日
【国際特許分類】
【出願日】平成６年（１９９４）３月１８日
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
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