JP2963617B2 - 発光シリコン - Google Patents
発光シリコンInfo
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は発光シリコン及びその製
造方法に関する。より特定的には、本発明は、発光シリ
コン量子ワイヤ及びその製造に関する。
造方法に関する。より特定的には、本発明は、発光シリ
コン量子ワイヤ及びその製造に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体量子ワイヤは、新たに出現した低
次元半導体デバイス構造体分野において近年開発された
ものである。最初のこのような構造体は、比較的狭いバ
ンドギャップの半導体層が2つの比較的幅の広いバンド
ギャップの半導体層間に挟まれた1次元量子ウェルであ
った。典型的な量子ウェル層の厚さは1〜10nmであ
る。2種の材料のバンドギャップの中間のエネルギを有
する荷電キャリヤは狭い方のバンドギャップ材料中では
自由であるが、広い方のバンドギャップ材料中では束縛
される。これが、狭い方のバンドギャップ層によって形
成される量子ウェル内の荷電キャリヤの量子閉じ込めと
称されるものである。荷電キャリヤは層平面内の2次元
では自由であるが、1次元では閉じ込められている。こ
のことから量子ウェル層または“量子平面(quant
um plane)”が与えられる。a−Si:H量子
ウェル層における1次元閉じ込め効果は、Abeles
及びTiedjeによってPhysical Revi
ew Letters Vol.51.pages 2
003−2006(1983)において報告されてい
る。多数の量子ウェル層を含む構造体は“超格子”と称
されることも多い。Siベースの超格子を製造するのに
使用し得る十分に確立された成長技術がある。
次元半導体デバイス構造体分野において近年開発された
ものである。最初のこのような構造体は、比較的狭いバ
ンドギャップの半導体層が2つの比較的幅の広いバンド
ギャップの半導体層間に挟まれた1次元量子ウェルであ
った。典型的な量子ウェル層の厚さは1〜10nmであ
る。2種の材料のバンドギャップの中間のエネルギを有
する荷電キャリヤは狭い方のバンドギャップ材料中では
自由であるが、広い方のバンドギャップ材料中では束縛
される。これが、狭い方のバンドギャップ層によって形
成される量子ウェル内の荷電キャリヤの量子閉じ込めと
称されるものである。荷電キャリヤは層平面内の2次元
では自由であるが、1次元では閉じ込められている。こ
のことから量子ウェル層または“量子平面(quant
um plane)”が与えられる。a−Si:H量子
ウェル層における1次元閉じ込め効果は、Abeles
及びTiedjeによってPhysical Revi
ew Letters Vol.51.pages 2
003−2006(1983)において報告されてい
る。多数の量子ウェル層を含む構造体は“超格子”と称
されることも多い。Siベースの超格子を製造するのに
使用し得る十分に確立された成長技術がある。
【0003】3次元の閉じ込めがある所謂シリコン“量
子ドット(quantum dots)”を製造するこ
とも知られている。Furukawaらは、Rhys.
Rev.B38,p5726(1988)において、水
素不活性化表面を有する直径2nm〜5nmの極めて小
さなシリコン結晶粒子の製造を報告している。この材料
は、透過型電子顕微鏡データによると多角形または球状
の粒であり、赤外線吸収によって広域にわたるSi−H
2 表面化学基が検出された。この材料の外観は淡黄色粉
末を呈しており、またこの材料は、可視スペクトルの赤
色領域において有効な室温ホトルミネッセンス、即ちバ
ルクのシリコン半導体バンドギャップよりも十分に高い
光子エネルギを示す。光導電性及び光吸収データは、光
バンドギャップが、バルクのシリコンの値1. 1eVの
2倍以上の2. 4eVにまで広がっていることを示し
た。
子ドット(quantum dots)”を製造するこ
とも知られている。Furukawaらは、Rhys.
Rev.B38,p5726(1988)において、水
素不活性化表面を有する直径2nm〜5nmの極めて小
さなシリコン結晶粒子の製造を報告している。この材料
は、透過型電子顕微鏡データによると多角形または球状
の粒であり、赤外線吸収によって広域にわたるSi−H
2 表面化学基が検出された。この材料の外観は淡黄色粉
末を呈しており、またこの材料は、可視スペクトルの赤
色領域において有効な室温ホトルミネッセンス、即ちバ
ルクのシリコン半導体バンドギャップよりも十分に高い
光子エネルギを示す。光導電性及び光吸収データは、光
バンドギャップが、バルクのシリコンの値1. 1eVの
2倍以上の2. 4eVにまで広がっていることを示し
た。
【0004】半導体における量子閉じ込めが注目される
主な理由は、新規の電子素子及び発光素子を製造したい
という要求にある。残念なことに、ドープされていない
バルクのシリコンは発光性が極めて乏しいことが特徴で
ある。しかしながら、オプトエレクトロニクス集積回路
に組込むためのシリコンベースのまたはシリコン適合性
の発光素子を製造することはかなり重要である。特許協
力条約のもとにWO88/ 09060号として公開され
た国際特許出願PCT/ GB88/ 00319号は、電
子ビームを照射することでシリコン中に発光欠陥中心を
形成することにより製造されたエレクトロルミネセンス
デバイスに係わっている。
主な理由は、新規の電子素子及び発光素子を製造したい
という要求にある。残念なことに、ドープされていない
バルクのシリコンは発光性が極めて乏しいことが特徴で
ある。しかしながら、オプトエレクトロニクス集積回路
に組込むためのシリコンベースのまたはシリコン適合性
の発光素子を製造することはかなり重要である。特許協
力条約のもとにWO88/ 09060号として公開され
た国際特許出願PCT/ GB88/ 00319号は、電
子ビームを照射することでシリコン中に発光欠陥中心を
形成することにより製造されたエレクトロルミネセンス
デバイスに係わっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】エレクトロルミネセン
スデバイスを製造するための材料には、適当な導電性を
有することが要求される。即ち、発光するためには、低
〜中程度の電圧でかなりの電流を担うことが要求され
る。この点において、Furukawaらの従来技術は
不適当である。量子ドット材料は、容認可能な半導体デ
バイスに適するよりも桁違いに大きい1011Ω−cm以
上の抵抗率を有する。隣り合った結晶間を伝導するのが
困難なため、これが有意に改善されるとは思われない。
この困難は、同様の量子閉じ込め効果と共により良い伝
導性を賦与し得るシリコン量子ワイヤにおいて解消され
得る。
スデバイスを製造するための材料には、適当な導電性を
有することが要求される。即ち、発光するためには、低
〜中程度の電圧でかなりの電流を担うことが要求され
る。この点において、Furukawaらの従来技術は
不適当である。量子ドット材料は、容認可能な半導体デ
バイスに適するよりも桁違いに大きい1011Ω−cm以
上の抵抗率を有する。隣り合った結晶間を伝導するのが
困難なため、これが有意に改善されるとは思われない。
この困難は、同様の量子閉じ込め効果と共により良い伝
導性を賦与し得るシリコン量子ワイヤにおいて解消され
得る。
【0006】従来技術における半導体量子ワイヤ構造体
の製造は、リトグラフ及びエッチング技術によって超格
子をパターン化することに基づいていた。GaAs/ A
lGaAs三成分材料系におけるこのような構造体は、
特にKaponらによってPhys.Rev.Lett
ers,Vol 63,420(1989)において製
造されている。彼らは、1次元量子ウェル構造体(超格
子)を更に処理して2次元閉じ込めを達成することを開
示している。単一の量子ウェル層を、量子ウェルライン
またはワイヤを規定するように選択的にエッチングし
た。
の製造は、リトグラフ及びエッチング技術によって超格
子をパターン化することに基づいていた。GaAs/ A
lGaAs三成分材料系におけるこのような構造体は、
特にKaponらによってPhys.Rev.Lett
ers,Vol 63,420(1989)において製
造されている。彼らは、1次元量子ウェル構造体(超格
子)を更に処理して2次元閉じ込めを達成することを開
示している。単一の量子ウェル層を、量子ウェルライン
またはワイヤを規定するように選択的にエッチングし
た。
【0007】自立結晶シリコンワイヤはPottsらに
よってAppl Phys.Lett.52,834
(1988)に報告されている。ワイヤは、絶縁フィル
ム上の再結晶シリコンに電子ビームリトグラフィー及び
プラズマエッチングを使用することにより製造された。
ラインを規定するようにシリコン層をパターン化し、次
いでエッチングによってラインを切り取ることにより4
つのワイヤが形成された。これで、基板ともとの層平面
とに平行な長さ方向広がりを有するワイヤが規定され
た。しかしながら、ワイヤの数は極めて少なく、平均ワ
イヤ直径は600nmであり、これは、Furukaw
aらの従来技術に従う上述のバンドギャップ発光を示す
のに必要な寸法より2桁も大きい。
よってAppl Phys.Lett.52,834
(1988)に報告されている。ワイヤは、絶縁フィル
ム上の再結晶シリコンに電子ビームリトグラフィー及び
プラズマエッチングを使用することにより製造された。
ラインを規定するようにシリコン層をパターン化し、次
いでエッチングによってラインを切り取ることにより4
つのワイヤが形成された。これで、基板ともとの層平面
とに平行な長さ方向広がりを有するワイヤが規定され
た。しかしながら、ワイヤの数は極めて少なく、平均ワ
イヤ直径は600nmであり、これは、Furukaw
aらの従来技術に従う上述のバンドギャップ発光を示す
のに必要な寸法より2桁も大きい。
【0008】本発明の目的は、発光シリコン及びその製
造方法を提供することである。
造方法を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、(a)チョク
ラルスキー成長シリコン材料を与えるステップと、
(b)60〜90パーセントの多孔率、及び個別の量子
ワイヤを規定するほど充分な細孔の一部重なり合いを有
し、発光すべく活性化されると、非多孔質シリコンのよ
りも短いピーク発光波長を有するルミネセンスを生じさ
せる多孔質シリコンを生成するように陽極処理及びエッ
チングによりシリコン材料を処理するステップとを含む
ことを特徴とする発光シリコンの製造方法を提供する。
ラルスキー成長シリコン材料を与えるステップと、
(b)60〜90パーセントの多孔率、及び個別の量子
ワイヤを規定するほど充分な細孔の一部重なり合いを有
し、発光すべく活性化されると、非多孔質シリコンのよ
りも短いピーク発光波長を有するルミネセンスを生じさ
せる多孔質シリコンを生成するように陽極処理及びエッ
チングによりシリコン材料を処理するステップとを含む
ことを特徴とする発光シリコンの製造方法を提供する。
【0010】本発明は、シリコン量子ワイヤ、特に直径
が3nm以下のシリコン量子ワイヤを組み込む発光シリ
コンを製造する、単純であるが有効な方法であるという
利点を与える。本発明に従って処理された材料は、Fu
rukawaらの量子ドットにおけるものと同様のホト
ルミネッセンスを示した。このことは、約3nm以下の
ワイヤ直径が達成されたことを示す。
が3nm以下のシリコン量子ワイヤを組み込む発光シリ
コンを製造する、単純であるが有効な方法であるという
利点を与える。本発明に従って処理された材料は、Fu
rukawaらの量子ドットにおけるものと同様のホト
ルミネッセンスを示した。このことは、約3nm以下の
ワイヤ直径が達成されたことを示す。
【0011】多孔質シリコンは少なくとも1.4eVの
ピーク発光エネルギを有するルミネセンスを生ずべく活
性化可能である。多孔質シリコンは、3nmよりも小さ
い厚さを有する量子ワイヤを組み込み得る。
ピーク発光エネルギを有するルミネセンスを生ずべく活
性化可能である。多孔質シリコンは、3nmよりも小さ
い厚さを有する量子ワイヤを組み込み得る。
【0012】一つの実施態様においては、本発明は、前
記陽極処理/エッチング処理は、3nm以下の厚さを有
するシリコン量子ワイヤから少なくとも部分的に成る多
孔質シリコンを生成するように行われる発光シリコンの
製造方法を提供する。多孔質シリコンはレーザ手段によ
り少なくとも1.4eVのピーク発光エネルギを有する
可視光を生ずべく活性化可能である。シリコンはチョク
ラルスキー成長であってもよく、80%より大きい多孔
率を有する。
記陽極処理/エッチング処理は、3nm以下の厚さを有
するシリコン量子ワイヤから少なくとも部分的に成る多
孔質シリコンを生成するように行われる発光シリコンの
製造方法を提供する。多孔質シリコンはレーザ手段によ
り少なくとも1.4eVのピーク発光エネルギを有する
可視光を生ずべく活性化可能である。シリコンはチョク
ラルスキー成長であってもよく、80%より大きい多孔
率を有する。
【0013】他の実施態様においては、本発明は、
(A)60〜90%の範囲の多孔率を有する多孔質シリ
コン材料であって、(1)多孔質シリコンを生成するよ
うにシリコン材料を陽極処理するステップと、(2)個
別の量子ワイヤを規定する細孔の一部重なり合いを生成
するほど充分に多孔質シリコンをエッチングするステッ
プとにより製造されたものと、(B)発光すべく多孔質
シリコンを励起する活性化手段とを含むことを特徴とす
る発光装置を提供する。
(A)60〜90%の範囲の多孔率を有する多孔質シリ
コン材料であって、(1)多孔質シリコンを生成するよ
うにシリコン材料を陽極処理するステップと、(2)個
別の量子ワイヤを規定する細孔の一部重なり合いを生成
するほど充分に多孔質シリコンをエッチングするステッ
プとにより製造されたものと、(B)発光すべく多孔質
シリコンを励起する活性化手段とを含むことを特徴とす
る発光装置を提供する。
【0014】更に他の実施態様においては、本発明は、
発光シリコンを製造する方法であって、該方法が、
(1)結晶シリコン材料を与えるステップと、(2)多
孔質シリコンを生成するようにシリコン材料の少なくと
も一部を陽極処理するステップと、(3)多孔質シリコ
ンが発光すべく活性化されるとき、非多孔質シリコンよ
りも短いピーク波長を有するルミネセンスを生ずるほど
の充分な細孔の一部重なり合いを有する60〜90%の
範囲の多孔率を生ずるように多孔質シリコンをエッチン
グするステップとを含むことを特徴とする製造方法を提
供する。
発光シリコンを製造する方法であって、該方法が、
(1)結晶シリコン材料を与えるステップと、(2)多
孔質シリコンを生成するようにシリコン材料の少なくと
も一部を陽極処理するステップと、(3)多孔質シリコ
ンが発光すべく活性化されるとき、非多孔質シリコンよ
りも短いピーク波長を有するルミネセンスを生ずるほど
の充分な細孔の一部重なり合いを有する60〜90%の
範囲の多孔率を生ずるように多孔質シリコンをエッチン
グするステップとを含むことを特徴とする製造方法を提
供する。
【0015】エッチングが、発光ピーク波長が少なくと
も1.4eVであるように行われ得る。エッチングは、
シリコン量子ワイヤが3nmより小さい厚さを有するよ
うに行われ得る。
も1.4eVであるように行われ得る。エッチングは、
シリコン量子ワイヤが3nmより小さい厚さを有するよ
うに行われ得る。
【0016】他の実施態様においては、本発明はシリコ
ン材料を含む発光装置であって、シリコン材料が60か
ら90%の範囲の多孔率を有する多孔質シリコンから少
なくとも部分的に成り、多孔率は、シリコン材料中に一
部が重なり合う細孔を形成し、それにより個別の量子ワ
イヤを規定するように陽極処理及びエッチングを含む工
程により生じられ、前記装置がルミネセンスを放射する
ように量子ワイヤを励起する活性化手段をも含むことを
特徴とする発光装置を提供する。
ン材料を含む発光装置であって、シリコン材料が60か
ら90%の範囲の多孔率を有する多孔質シリコンから少
なくとも部分的に成り、多孔率は、シリコン材料中に一
部が重なり合う細孔を形成し、それにより個別の量子ワ
イヤを規定するように陽極処理及びエッチングを含む工
程により生じられ、前記装置がルミネセンスを放射する
ように量子ワイヤを励起する活性化手段をも含むことを
特徴とする発光装置を提供する。
【0017】ルミネセンスは可視であり、多孔率が少な
くとも78.5%であり、活性化手段がレーザであり得
る。
くとも78.5%であり、活性化手段がレーザであり得
る。
【0018】更に他の実施態様においては、本発明は、
(1)シリコン量子ワイヤを形成するように結晶シリコ
ンを処理するステップと、(2)ルミネセンスを生ずる
ように量子ワイヤを活性化するステップとを含むことを
特徴とするシリコンからルミネセンスを生ずる方法を提
供する。
(1)シリコン量子ワイヤを形成するように結晶シリコ
ンを処理するステップと、(2)ルミネセンスを生ずる
ように量子ワイヤを活性化するステップとを含むことを
特徴とするシリコンからルミネセンスを生ずる方法を提
供する。
【0019】他の実施態様において、本発明は、前記ル
ミネセンス発光のために配置されたシリコン量子ワイヤ
と、量子ワイヤからルミネセンスを励起する手段とを組
み込む発光装置。(Claim24)を提供する。
ミネセンス発光のために配置されたシリコン量子ワイヤ
と、量子ワイヤからルミネセンスを励起する手段とを組
み込む発光装置。(Claim24)を提供する。
【0020】量子ワイヤは、3nmより小さい厚さを有
し得ると共に、活性化手段がレーザで有り得る。量子ワ
イヤは、少なくとも1.4eVの発光ピークエネルギを
有する可視ルミネセンスを生ずべく活性化可能である。
し得ると共に、活性化手段がレーザで有り得る。量子ワ
イヤは、少なくとも1.4eVの発光ピークエネルギを
有する可視ルミネセンスを生ずべく活性化可能である。
【0021】他の実施態様においては、本発明は、
(1)チョクラルスキー成長シリコン材料を与えるステ
ップと、(2)少なくとも78.5%の多孔率、及び個
別の量子ワイヤを規定するほど充分な細孔の一部重なり
合いを有し、発光すべく活性化されるとき、多孔質シリ
コンが非多孔質シリコンのよりも短いピーク発光波長を
有するルミネセンスを生じる多孔質シリコンを生成する
ように陽極処理及びエッチングによりシリコン材料を処
理するステップとを含むことからなる発光シリコンの製
造方法を提供する。
(1)チョクラルスキー成長シリコン材料を与えるステ
ップと、(2)少なくとも78.5%の多孔率、及び個
別の量子ワイヤを規定するほど充分な細孔の一部重なり
合いを有し、発光すべく活性化されるとき、多孔質シリ
コンが非多孔質シリコンのよりも短いピーク発光波長を
有するルミネセンスを生じる多孔質シリコンを生成する
ように陽極処理及びエッチングによりシリコン材料を処
理するステップとを含むことからなる発光シリコンの製
造方法を提供する。
【0022】他の実施態様においては、本発明は、前記
シリコン材料が、少なくとも78.5%の多孔率を有す
る多孔質シリコンから少なくとも部分的に成ることを特
徴とするシリコン材料を含む発光装置を提供する。
シリコン材料が、少なくとも78.5%の多孔率を有す
る多孔質シリコンから少なくとも部分的に成ることを特
徴とするシリコン材料を含む発光装置を提供する。
【0023】更に他の実施態様においては、本発明は、
(A)少なくとも78.5%の多孔率を有する多孔質シ
リコン材料であって、(1)多孔質シリコンを生成する
ようにシリコン材料を陽極処理するステップと、(2)
個別の量子ワイヤを規定する細孔の一部重なり合いを生
成するほど充分に多孔質シリコンをエッチングするステ
ップにより製造されるものと、(B)発光すべく多孔質
シリコンを励起する活性化手段とを含むことを特徴とす
る発光装置を提供する。
(A)少なくとも78.5%の多孔率を有する多孔質シ
リコン材料であって、(1)多孔質シリコンを生成する
ようにシリコン材料を陽極処理するステップと、(2)
個別の量子ワイヤを規定する細孔の一部重なり合いを生
成するほど充分に多孔質シリコンをエッチングするステ
ップにより製造されるものと、(B)発光すべく多孔質
シリコンを励起する活性化手段とを含むことを特徴とす
る発光装置を提供する。
【0024】他の実施態様においては、本発明は、
(1)結晶シリコン材料を提供するステップと、(2)
多孔質シリコンを生成するようにシリコン材料の少なく
とも一部を陽極処理するステップと、(3)多孔質シリ
コンが活性化されるとき、非多孔質シリコンのよりも短
いピーク波長を有するルミネセンスを生じるほど充分な
細孔の一部重なり合いを有する少なくとも78.5%の
多孔率を生ずるように多孔質シリコンをエッチングする
ステップとを含むことを特徴とする発光シリコンの製造
方法を提供する。
(1)結晶シリコン材料を提供するステップと、(2)
多孔質シリコンを生成するようにシリコン材料の少なく
とも一部を陽極処理するステップと、(3)多孔質シリ
コンが活性化されるとき、非多孔質シリコンのよりも短
いピーク波長を有するルミネセンスを生じるほど充分な
細孔の一部重なり合いを有する少なくとも78.5%の
多孔率を生ずるように多孔質シリコンをエッチングする
ステップとを含むことを特徴とする発光シリコンの製造
方法を提供する。
【0025】更に他の実施態様においては、本発明は、
シリコン材料を含む発光装置であって、前記シリコン材
料が少なくとも78.5%の多孔率を有する多孔質シリ
コンから少なくとも部分的に成り、前記多孔率が、シリ
コン材料中に一部が重なり合う細孔を形成し、それによ
り個別の量子ワイヤを規定するように陽極処理及びエッ
チングを含む処理により生ぜられ、発光装置は、ルミネ
センスを生じるように量子ワイヤを励起する活性化手段
をも含むことを特徴とする発光装置を提供する。
シリコン材料を含む発光装置であって、前記シリコン材
料が少なくとも78.5%の多孔率を有する多孔質シリ
コンから少なくとも部分的に成り、前記多孔率が、シリ
コン材料中に一部が重なり合う細孔を形成し、それによ
り個別の量子ワイヤを規定するように陽極処理及びエッ
チングを含む処理により生ぜられ、発光装置は、ルミネ
センスを生じるように量子ワイヤを励起する活性化手段
をも含むことを特徴とする発光装置を提供する。
【0026】より完全に本発明が理解されるように、添
付の図面を参照しながら実施例が以下に記載される。
付の図面を参照しながら実施例が以下に記載される。
【0027】
【実施例】図1を参照すると、本発明に従って半導体材
料を処理するための電気化学装置10が概略的に示され
ている。装置10は、処理されるべきシリコンウェハ1
4によって左半セル12aと右半セル12bとに分割さ
れている電気化学セル12を備えている。半セル12a
及び12bは、それぞれパイプ18a及び18bによっ
て二目的ポンプ16a及び16bに連結されている。エ
レメント12a/ 16a/ 18a及び12b/ 16b/
18bの各組合せは、電解液循環のための閉ループを形
成している。半セル12a及び12bはそれぞれプラチ
ナ電極20a(アノード)及び20b(カソード)を備
えている。第1の電圧計22はSiウェハ14とカソー
ド20bとの間に接続されており、第2の電圧計24は
アノード20aとカソード20bとの間に接続されてい
る。ガルバノスタット(galvanostat)2
6、即ち定電流源は電流計28と直列に接続されてお
り、この直列構成体はアノード20aとカソード20b
との間に接続されている。
料を処理するための電気化学装置10が概略的に示され
ている。装置10は、処理されるべきシリコンウェハ1
4によって左半セル12aと右半セル12bとに分割さ
れている電気化学セル12を備えている。半セル12a
及び12bは、それぞれパイプ18a及び18bによっ
て二目的ポンプ16a及び16bに連結されている。エ
レメント12a/ 16a/ 18a及び12b/ 16b/
18bの各組合せは、電解液循環のための閉ループを形
成している。半セル12a及び12bはそれぞれプラチ
ナ電極20a(アノード)及び20b(カソード)を備
えている。第1の電圧計22はSiウェハ14とカソー
ド20bとの間に接続されており、第2の電圧計24は
アノード20aとカソード20bとの間に接続されてい
る。ガルバノスタット(galvanostat)2
6、即ち定電流源は電流計28と直列に接続されてお
り、この直列構成体はアノード20aとカソード20b
との間に接続されている。
【0028】ウェハを挿入したり取り出したりできるよ
うに、装置10はウェハ14近傍でヒンジ止めされてい
る(図示なし)。合成ゴムワッシャ(図示なし)が、ウ
ェハと装置10との間を液密封止している。使用に際し
ては、気泡のない充填及び完全な廃液を保証するため、
装置10はわずかに傾けて取り付けられる。
うに、装置10はウェハ14近傍でヒンジ止めされてい
る(図示なし)。合成ゴムワッシャ(図示なし)が、ウ
ェハと装置10との間を液密封止している。使用に際し
ては、気泡のない充填及び完全な廃液を保証するため、
装置10はわずかに傾けて取り付けられる。
【0029】更にポンプ16a及び16bはそれぞれの
電解液槽(図示なし)にも連結されており、そこから半
セル12a及び12bの充填がなされる。半セル12a
及び12bが充填されると、図の電解液循環構成を与え
るように弁(図示なし)が作動化される。作動中は、左
半セル12a及び右半セル12bはいずれも20%フッ
化水素酸水溶液で満たされている。これらのうち左半セ
ル12aの組成は限定的ではなく、これについては後述
する。セル12は、フッ化水素酸に耐性を示す材料、即
ち主にPTFEで製造されている。ウェハ14は、電解
液を2つの半セル12a及び12bに分ける封止体を形
成している。
電解液槽(図示なし)にも連結されており、そこから半
セル12a及び12bの充填がなされる。半セル12a
及び12bが充填されると、図の電解液循環構成を与え
るように弁(図示なし)が作動化される。作動中は、左
半セル12a及び右半セル12bはいずれも20%フッ
化水素酸水溶液で満たされている。これらのうち左半セ
ル12aの組成は限定的ではなく、これについては後述
する。セル12は、フッ化水素酸に耐性を示す材料、即
ち主にPTFEで製造されている。ウェハ14は、電解
液を2つの半セル12a及び12bに分ける封止体を形
成している。
【0030】シリコンウェハ14はチョクラルスキー成
長(CZ)材料であり、製造業者によって提供されたと
きには30〜50Ω−cmの抵抗率を与える弱p形ドー
ピングを有する直径3インチの標準ウェハから製造され
る。ウェハは表面14a及び14bを有しており、表面
14aは表面14bよりも研磨の程度が低い。電気化学
装置10内に挿入する前に、ウェハ14にドーピング前
処理を行なう。イオン打込み装置を使用し、表面14a
上にホウ素イオンビームを1015B+ イオン/cm2 の
用量で且つビーム加速電位を40KeVとして投じる。
打込み後、ウェハ14をアルゴン中で1050℃で30
分間アニーリングする。これにより、重度にドーピング
されたp層(p+ )がウェハ表面14a下方の、ウェハ
の厚さに比べれば浅いところに生成される。p+ 層の目
的は、ウェハ14を流れる電流の均一性を増強すること
である。
長(CZ)材料であり、製造業者によって提供されたと
きには30〜50Ω−cmの抵抗率を与える弱p形ドー
ピングを有する直径3インチの標準ウェハから製造され
る。ウェハは表面14a及び14bを有しており、表面
14aは表面14bよりも研磨の程度が低い。電気化学
装置10内に挿入する前に、ウェハ14にドーピング前
処理を行なう。イオン打込み装置を使用し、表面14a
上にホウ素イオンビームを1015B+ イオン/cm2 の
用量で且つビーム加速電位を40KeVとして投じる。
打込み後、ウェハ14をアルゴン中で1050℃で30
分間アニーリングする。これにより、重度にドーピング
されたp層(p+ )がウェハ表面14a下方の、ウェハ
の厚さに比べれば浅いところに生成される。p+ 層の目
的は、ウェハ14を流れる電流の均一性を増強すること
である。
【0031】ウェハ14は、ホウ素埋込み表面14aが
左半セル12a内になるように装置10内に組込まれ
る。ポンプ16a及び16bはそれぞれの電解液槽に連
結され、半セル12a及び12bを満たすように作動さ
れる。即ちポンプ16a及び16bは図1に示されたよ
うに連結され、それぞれ半セル12a及び12bを通し
て連続的に電解液を循環するように作動される。次いで
ガルバスタット26がオンに切り換えられ、定電流が、
電極20a及び20bの間のセル12中をウェハ14を
介して流れる。電流は、ウェハ14において20mA/
cm2 の一定密度を与える所定のレベルである。
左半セル12a内になるように装置10内に組込まれ
る。ポンプ16a及び16bはそれぞれの電解液槽に連
結され、半セル12a及び12bを満たすように作動さ
れる。即ちポンプ16a及び16bは図1に示されたよ
うに連結され、それぞれ半セル12a及び12bを通し
て連続的に電解液を循環するように作動される。次いで
ガルバスタット26がオンに切り換えられ、定電流が、
電極20a及び20bの間のセル12中をウェハ14を
介して流れる。電流は、ウェハ14において20mA/
cm2 の一定密度を与える所定のレベルである。
【0032】セル12中の電流は、半セル12b内にあ
るSiウェハ14の非埋込み表面14bを陽極処理す
る。電流をセル中に5分間流すと、非埋込み表面上に厚
さ5マイクロメータの陽極処理層が生成される。陽極処
理層は多孔率70%を有し、従って30%のバルクシリ
コン密度を有する。またその色は濃金茶色であり、下層
をなすバルクシリコンウェハ材料に近づいていく結晶品
質である。陽極処理層は5×1012細孔/ cm2 以上を
有し、且つ細孔幅は4nm未満である。 陽極処理層を
形成した後には、ウェハ14を装置10から取り出し、
脱イオン水中に浸漬し、物理的に吸着している電解液を
除去するために遠心脱水する。次いでそれを無光下に長
時間化学溶解する。溶解は、40重量%の濃フッ化水素
酸(HF)水溶液中で6時間実施する。濃(48%)H
Fは、Hu及びKerrによってJournal of
the Electrochemical Soci
ety,114,page414,(1967)に、n
形(2Ω−cm)バルクシリコンにおいて0. 03nm
/ 分の低速エッチング速度を与えると報告されている。
溶解の間に、シリコンウェハ14の陽極処理表面層の多
孔率は次第に増加する。多孔率が増加するにつれて、陽
極処理層の色は、最初の濃金茶色から明黄色を経て淡黄
色へと変化する。この変化は肉眼で見ることができ、淡
黄色層の出現は溶解プロセスの終点を示すと見なされ
る。この段階の後、HF処理後の多孔質層の物理的特性
は、多孔率が80%以上であり且つ層が厚さ3nm以下
の量子ワイヤを含むというものである。
るSiウェハ14の非埋込み表面14bを陽極処理す
る。電流をセル中に5分間流すと、非埋込み表面上に厚
さ5マイクロメータの陽極処理層が生成される。陽極処
理層は多孔率70%を有し、従って30%のバルクシリ
コン密度を有する。またその色は濃金茶色であり、下層
をなすバルクシリコンウェハ材料に近づいていく結晶品
質である。陽極処理層は5×1012細孔/ cm2 以上を
有し、且つ細孔幅は4nm未満である。 陽極処理層を
形成した後には、ウェハ14を装置10から取り出し、
脱イオン水中に浸漬し、物理的に吸着している電解液を
除去するために遠心脱水する。次いでそれを無光下に長
時間化学溶解する。溶解は、40重量%の濃フッ化水素
酸(HF)水溶液中で6時間実施する。濃(48%)H
Fは、Hu及びKerrによってJournal of
the Electrochemical Soci
ety,114,page414,(1967)に、n
形(2Ω−cm)バルクシリコンにおいて0. 03nm
/ 分の低速エッチング速度を与えると報告されている。
溶解の間に、シリコンウェハ14の陽極処理表面層の多
孔率は次第に増加する。多孔率が増加するにつれて、陽
極処理層の色は、最初の濃金茶色から明黄色を経て淡黄
色へと変化する。この変化は肉眼で見ることができ、淡
黄色層の出現は溶解プロセスの終点を示すと見なされ
る。この段階の後、HF処理後の多孔質層の物理的特性
は、多孔率が80%以上であり且つ層が厚さ3nm以下
の量子ワイヤを含むというものである。
【0033】HF処理後の多孔質層の淡黄色は、前出の
Furukawaらの従来技術における“量子ドット”
に見られるのと同様である。ドットは直径が3nm以下
であると報告されており、このことから、前記実施例に
おいて製造されたワイヤが同様の直径のものであること
が推測される。
Furukawaらの従来技術における“量子ドット”
に見られるのと同様である。ドットは直径が3nm以下
であると報告されており、このことから、前記実施例に
おいて製造されたワイヤが同様の直径のものであること
が推測される。
【0034】HF処理後の多孔質層に、アルゴンイオン
レーザから波長514. 5nmの光を照射した。層は、
約0. 78マイクロメータ(1. 6eV)をピークとし
且つ可視赤色スペクトル領域に広がる有効ホトルミネッ
センスを示した。可視赤色スペクトル領域は0. 622
マイクロメータ(1. 99eV)から0. 77マイクロ
メータ(1. 61eV)まで広がっている。ここでも同
様のホトルミネッセンス結果が、量子ドットからの室温
赤色放射を示す写真を公開したFurukawaらによ
って得られている。
レーザから波長514. 5nmの光を照射した。層は、
約0. 78マイクロメータ(1. 6eV)をピークとし
且つ可視赤色スペクトル領域に広がる有効ホトルミネッ
センスを示した。可視赤色スペクトル領域は0. 622
マイクロメータ(1. 99eV)から0. 77マイクロ
メータ(1. 61eV)まで広がっている。ここでも同
様のホトルミネッセンス結果が、量子ドットからの室温
赤色放射を示す写真を公開したFurukawaらによ
って得られている。
【0035】本発明に従って製造された標本から得られ
るホトルミネッセンスを、HF溶解時間の関数として調
査した。即ち、シリコンウェハを陽極処理し、次いで、
種々の時間間隔のHF処理のために個々の標本に裁断し
た。このような4つの標本における結果を図2に示す。
図2には、上方横軸においては光子エネルギ(eV)に
対する、また下方横軸においては光子波長(マイクロメ
ータ)に対するホトルミネッセンス強度(任意の単位)
をプロットしたグラフである。照射ビームは、前述のご
ときアルゴンイオンレーザからの波長514. 5nmの
ものであった。測定は27℃において行なった。グラフ
には番号40、42及び44が付してあるが、これらは
それぞれ標本溶解時間1、2及び6時間に対応してい
る。グラフ40、42及び44は、図2上に記載したよ
うに、40、3及び1倍してあることに留意されたい。
先の実施例におけるごとく、標本は40重量%HF水溶
液を用いて処理した。図2は、溶解時間が長くなるとホ
トルミネッセンス出力が増大すると共に、より短い波長
で且つより高い光子エネルギの方へ移動することを示し
ている。これは、溶解の程度と共に陽極処理層内の多孔
率が増加し、荷電キャリヤの量子閉じ込めが強化されて
有効エネルギギャップを増大することを意味する。(6
時間の溶解に対応する)グラフ44は、従来技術のシリ
コン量子ドットから認められるような実質的な程度の可
視赤色放射を示している。バルク結晶シリコンのエネル
ギギャップは室温で約1. 1eVであり、1. 09eV
の近似バンドギャップホトルミネッセンスピークを有す
る。ホトルミネッセンスグラフ40〜44のピークは
1. 4eV〜1. 6eVの範囲にあり、バルクシリコン
と比べて著しく拡大されたエネルギギャップとなってい
る。
るホトルミネッセンスを、HF溶解時間の関数として調
査した。即ち、シリコンウェハを陽極処理し、次いで、
種々の時間間隔のHF処理のために個々の標本に裁断し
た。このような4つの標本における結果を図2に示す。
図2には、上方横軸においては光子エネルギ(eV)に
対する、また下方横軸においては光子波長(マイクロメ
ータ)に対するホトルミネッセンス強度(任意の単位)
をプロットしたグラフである。照射ビームは、前述のご
ときアルゴンイオンレーザからの波長514. 5nmの
ものであった。測定は27℃において行なった。グラフ
には番号40、42及び44が付してあるが、これらは
それぞれ標本溶解時間1、2及び6時間に対応してい
る。グラフ40、42及び44は、図2上に記載したよ
うに、40、3及び1倍してあることに留意されたい。
先の実施例におけるごとく、標本は40重量%HF水溶
液を用いて処理した。図2は、溶解時間が長くなるとホ
トルミネッセンス出力が増大すると共に、より短い波長
で且つより高い光子エネルギの方へ移動することを示し
ている。これは、溶解の程度と共に陽極処理層内の多孔
率が増加し、荷電キャリヤの量子閉じ込めが強化されて
有効エネルギギャップを増大することを意味する。(6
時間の溶解に対応する)グラフ44は、従来技術のシリ
コン量子ドットから認められるような実質的な程度の可
視赤色放射を示している。バルク結晶シリコンのエネル
ギギャップは室温で約1. 1eVであり、1. 09eV
の近似バンドギャップホトルミネッセンスピークを有す
る。ホトルミネッセンスグラフ40〜44のピークは
1. 4eV〜1. 6eVの範囲にあり、バルクシリコン
と比べて著しく拡大されたエネルギギャップとなってい
る。
【0036】本発明のシリコン処理が量子ワイヤ形成に
適合する多孔率増大を与えることを検証するために、陽
極処理及びHF処理した標本において電気抵抗率を測定
した。使用した抵抗率測定方法は所謂“広がり抵抗”法
であった。この方法においては、各々が小さな接触面積
を有する2つのプローブを間隔を置いて半導体表面上に
置き、それらの間の抵抗を測定した。プローブの接触直
径は4マイクロメータ〜25マイクロメータであり、5
mV〜25mVの直流バイアスを使用した。下層構造体
を暴露するために、通常はシリコンウェハである標本を
その表面に対して微小な角度(10〜20分の角度)で
面取りした。面取り部は研磨ペーストで摩耗することに
より形成した。次いで抵抗を、シリコンウェハの当初表
面からの深さの関数として測定した。各測定において
は、両プローブの先端をそれぞれ等しい深さとした。所
定の経験的校正値を乗算することにより抵抗を抵抗率に
変換することができる。この方法は特にMazur及び
GruberによってSolid State Tec
hnology,November 1981,pag
es 64−70に詳細に記載されている。これは、隣
接する層間で特性が変化する層構造体における測定に適
しており、熟成技術であるのでここでは詳細は記載しな
い。
適合する多孔率増大を与えることを検証するために、陽
極処理及びHF処理した標本において電気抵抗率を測定
した。使用した抵抗率測定方法は所謂“広がり抵抗”法
であった。この方法においては、各々が小さな接触面積
を有する2つのプローブを間隔を置いて半導体表面上に
置き、それらの間の抵抗を測定した。プローブの接触直
径は4マイクロメータ〜25マイクロメータであり、5
mV〜25mVの直流バイアスを使用した。下層構造体
を暴露するために、通常はシリコンウェハである標本を
その表面に対して微小な角度(10〜20分の角度)で
面取りした。面取り部は研磨ペーストで摩耗することに
より形成した。次いで抵抗を、シリコンウェハの当初表
面からの深さの関数として測定した。各測定において
は、両プローブの先端をそれぞれ等しい深さとした。所
定の経験的校正値を乗算することにより抵抗を抵抗率に
変換することができる。この方法は特にMazur及び
GruberによってSolid State Tec
hnology,November 1981,pag
es 64−70に詳細に記載されている。これは、隣
接する層間で特性が変化する層構造体における測定に適
しており、熟成技術であるのでここでは詳細は記載しな
い。
【0037】図3及び図4は、陽極処理層及び陽極処理
+HF処理層における広がり抵抗の測定結果を示す。上
述の2プローブ測定法を使用したが、プローブの間隔は
50マイクロメータにセットした。図3には、推定多孔
率がそれぞれ30%、44%、55%及び64%の表面
層を有する4つの標本A、B、C及びDの結果を示して
ある。これらの表面層は、出発材料をn+ (重度にドー
プしたn形)シリコンとし、図1を参照して記載した陽
極処理によって製造した。しかしながら、そのあとのH
F溶解処理はしなかった。
+HF処理層における広がり抵抗の測定結果を示す。上
述の2プローブ測定法を使用したが、プローブの間隔は
50マイクロメータにセットした。図3には、推定多孔
率がそれぞれ30%、44%、55%及び64%の表面
層を有する4つの標本A、B、C及びDの結果を示して
ある。これらの表面層は、出発材料をn+ (重度にドー
プしたn形)シリコンとし、図1を参照して記載した陽
極処理によって製造した。しかしながら、そのあとのH
F溶解処理はしなかった。
【0038】標本A〜Dの多孔質層は深さ約5マイクロ
メータであり、それらの多孔率は、陽極処理の間の重量
損失から計算した。この計算は、容積に対する減少重量
から各多孔質層の有効密度を計算し、次いでバルク密度
に対する密度減少の比から多孔率を計算することを含
む。即ち: 多孔率=(db −de )/ db (1) 但し、db =シリコンのバルク密度=2. 33gm/cm 3
及び de =多孔質層有効密度である。
メータであり、それらの多孔率は、陽極処理の間の重量
損失から計算した。この計算は、容積に対する減少重量
から各多孔質層の有効密度を計算し、次いでバルク密度
に対する密度減少の比から多孔率を計算することを含
む。即ち: 多孔率=(db −de )/ db (1) 但し、db =シリコンのバルク密度=2. 33gm/cm 3
及び de =多孔質層有効密度である。
【0039】上記多孔率測定手順は、多孔質シリコン測
定の分野における方法である。
定の分野における方法である。
【0040】図3は、4つの標本A〜Dの各々における
問題の多孔質層における深さ(マイクロメータ)に対し
てプロットした抵抗を示す。使用した装置の上限は、目
盛り軸に示したように108 Ωであった。各ケースで、
個々の多孔質層は公称5マイクロメータの厚さを有して
いた。図3に示した測定値は、厚さが、標本B及びDに
おいては約5マイクロメータ、標本Aにおいては6マイ
クロメータ、及び標本Cにおいては6. 5マイクロメー
タであったことを示す。層の厚さは、下層をなすバルク
n+ シリコンの抵抗、即ち約50Ωにまで測定抵抗が低
下した深さである。
問題の多孔質層における深さ(マイクロメータ)に対し
てプロットした抵抗を示す。使用した装置の上限は、目
盛り軸に示したように108 Ωであった。各ケースで、
個々の多孔質層は公称5マイクロメータの厚さを有して
いた。図3に示した測定値は、厚さが、標本B及びDに
おいては約5マイクロメータ、標本Aにおいては6マイ
クロメータ、及び標本Cにおいては6. 5マイクロメー
タであったことを示す。層の厚さは、下層をなすバルク
n+ シリコンの抵抗、即ち約50Ωにまで測定抵抗が低
下した深さである。
【0041】図3の標本A〜Dに対するグラフは、抵抗
が多孔率と相関しており、しかもそれに極めて高感度を
示すことを表している。極めて大まかには、それぞれ多
孔率が10〜15%増大するごとに、抵抗は1桁ずつ増
大する。各層において深さが増大するとともに、例えば
下層のバルクシリコンに影響されない深さ2マイクロメ
ータ〜4マイクロメータの間では抵抗は下がる。このこ
とは、多孔率の勾配、即ち細孔がテーパ形のためまたは
細孔密度の低下のために、深さが増大すると多孔率が低
下することに起因するものであろう。
が多孔率と相関しており、しかもそれに極めて高感度を
示すことを表している。極めて大まかには、それぞれ多
孔率が10〜15%増大するごとに、抵抗は1桁ずつ増
大する。各層において深さが増大するとともに、例えば
下層のバルクシリコンに影響されない深さ2マイクロメ
ータ〜4マイクロメータの間では抵抗は下がる。このこ
とは、多孔率の勾配、即ち細孔がテーパ形のためまたは
細孔密度の低下のために、深さが増大すると多孔率が低
下することに起因するものであろう。
【0042】図4に示したデータを得るため、図3の標
本D(多孔率30%)を切り取ったウェハを使用し、2
つの方法で処理される更なる試料を与えた。2つの標本
D1 及びD2 を製造した。これらのうちD1 にはHF溶
解処理をせず、陽極処理の4日後に測定を行なった。標
本D2 は、陽極処理した後に空気中に30日間放置し、
次いで40重量%HF中で40時間HF溶解したもので
あった。機械的な撹拌は行なわず、無光下で浸漬した。
面取り層の深さの関数として前述のごとく抵抗を測定し
た。標本は、前記処理の後に面取りした。
本D(多孔率30%)を切り取ったウェハを使用し、2
つの方法で処理される更なる試料を与えた。2つの標本
D1 及びD2 を製造した。これらのうちD1 にはHF溶
解処理をせず、陽極処理の4日後に測定を行なった。標
本D2 は、陽極処理した後に空気中に30日間放置し、
次いで40重量%HF中で40時間HF溶解したもので
あった。機械的な撹拌は行なわず、無光下で浸漬した。
面取り層の深さの関数として前述のごとく抵抗を測定し
た。標本は、前記処理の後に面取りした。
【0043】深さ2マイクロメータの領域において、標
本D1 とD2 とでは抵抗が50倍に増大した。測定の不
確定性の存在下に判断し得る限りでは、抵抗の増大は多
孔質層の深さ(5マイクロメータ)全体に生じた。この
ことは、空気中に保管し且つHF処理した層の平均多孔
率が約10%だけ増大していること、及びHF溶解が層
全体に生じていることを示している。
本D1 とD2 とでは抵抗が50倍に増大した。測定の不
確定性の存在下に判断し得る限りでは、抵抗の増大は多
孔質層の深さ(5マイクロメータ)全体に生じた。この
ことは、空気中に保管し且つHF処理した層の平均多孔
率が約10%だけ増大していること、及びHF溶解が層
全体に生じていることを示している。
【0044】HF中でエッチングすることにより多孔質
シリコン層を処理した後に細孔径が増大することの直接
的な証拠は、気体吸着−脱着分析によって与えられる。
使用する技術、即ちBETガス分析は、“Adsorp
tion,SurfaceArea and Poro
sity”by S J Gregg and KS
W Sing,2nd edition Academ
ic Press(1982)に詳細に記載されてい
る。窒素等温吸着式は、4〜20nmの細孔幅に対して
信頼性のある細孔幅分布推定値を与え得る。細孔幅が4
nm未満の細孔の存在もこの方法によって示され得る
が、細孔径は正確には示されない。 3つのp+ ウェハ
(E、F及びG)を、図1を参照して記載したごとく、
40重量%HF水溶液中で100mA・ cm-2で1分間
陽極処理した。多孔質層の厚さ及び多孔率を正確に測定
するために、ウェハEを徹底的に試験した。この試験に
よって、層の厚さは8. 9μm及び多孔率は33%であ
ることが判った。
シリコン層を処理した後に細孔径が増大することの直接
的な証拠は、気体吸着−脱着分析によって与えられる。
使用する技術、即ちBETガス分析は、“Adsorp
tion,SurfaceArea and Poro
sity”by S J Gregg and KS
W Sing,2nd edition Academ
ic Press(1982)に詳細に記載されてい
る。窒素等温吸着式は、4〜20nmの細孔幅に対して
信頼性のある細孔幅分布推定値を与え得る。細孔幅が4
nm未満の細孔の存在もこの方法によって示され得る
が、細孔径は正確には示されない。 3つのp+ ウェハ
(E、F及びG)を、図1を参照して記載したごとく、
40重量%HF水溶液中で100mA・ cm-2で1分間
陽極処理した。多孔質層の厚さ及び多孔率を正確に測定
するために、ウェハEを徹底的に試験した。この試験に
よって、層の厚さは8. 9μm及び多孔率は33%であ
ることが判った。
【0045】ウェハFをHF溶解処理した(40重量%
HF水溶液中において暗所で70時間の静置浸漬)。処
理の間、ウェハは23. 6mgの重量を失い、これは、
平均多孔率が33%から63%に増大したことを示す。
HF水溶液中において暗所で70時間の静置浸漬)。処
理の間、ウェハは23. 6mgの重量を失い、これは、
平均多孔率が33%から63%に増大したことを示す。
【0046】次いで、ウェハF及びGをBETガス分析
した。ウェハGの結果は、全ての細孔が4nm以下の細
孔径を有することを示した。
した。ウェハGの結果は、全ての細孔が4nm以下の細
孔径を有することを示した。
【0047】次に図5を参照すると、細孔幅(nm)に
対する相対存在度(任意の単位)の曲線50が示されて
いる。これはウェハFの細孔幅の分布を示しており、B
ETガス分析の結果を解析することにより決定された。
曲線50は、細孔幅が8nmをピーク52として4nm
〜15nmに分散していることを示している。これは、
上述の多孔質シリコン層のHF処理が細孔幅の増大をも
たらし且つかかる細孔拡大が多孔質層全体に生じている
ことを証明している。
対する相対存在度(任意の単位)の曲線50が示されて
いる。これはウェハFの細孔幅の分布を示しており、B
ETガス分析の結果を解析することにより決定された。
曲線50は、細孔幅が8nmをピーク52として4nm
〜15nmに分散していることを示している。これは、
上述の多孔質シリコン層のHF処理が細孔幅の増大をも
たらし且つかかる細孔拡大が多孔質層全体に生じている
ことを証明している。
【0048】次に、重量損失が、ウェハF上の多孔質層
の薄層化ではなくてむしろ細孔径の増大に起因すること
を検証するため、走査型電子顕微鏡を使用してウェハF
及びGの多孔質層の厚さを測定した。得られた結果は、
ウェハG及びFに対して多孔質層の厚さがそれぞれ8.
6±0. 3μm及び8. 4±0. 3μmであることを示
し、ウェハFの多孔質層は、HF処理の間に有意には薄
層化しなかったことが確認された。
の薄層化ではなくてむしろ細孔径の増大に起因すること
を検証するため、走査型電子顕微鏡を使用してウェハF
及びGの多孔質層の厚さを測定した。得られた結果は、
ウェハG及びFに対して多孔質層の厚さがそれぞれ8.
6±0. 3μm及び8. 4±0. 3μmであることを示
し、ウェハFの多孔質層は、HF処理の間に有意には薄
層化しなかったことが確認された。
【0049】図1を参照して記載した本発明の方法の実
施例においては、(1)電流密度の均一化のため、表面
14a下方に浅いp+ 層を有するp- シリコンウェハ1
4を使用し、(2)70%の多孔率を与えるため、20
%HF水溶液中で陽極処理し、(3)80%以上の多孔
率且つ幅3nm以下の量子ワイヤを与えるため、40重
量%HF水溶液(即ち濃HF水溶液)中で化学溶解し
た。
施例においては、(1)電流密度の均一化のため、表面
14a下方に浅いp+ 層を有するp- シリコンウェハ1
4を使用し、(2)70%の多孔率を与えるため、20
%HF水溶液中で陽極処理し、(3)80%以上の多孔
率且つ幅3nm以下の量子ワイヤを与えるため、40重
量%HF水溶液(即ち濃HF水溶液)中で化学溶解し
た。
【0050】より一般的には、任意の導電タイプまたは
ドーピングレベルのシリコンを使用することができる。
陽極処理電解液は、濃度10〜50%HFの水溶液また
はエタノール溶液とすることができる。左半セル12a
内の電解液は限定的ではなく、アノード20aへの導電
のために必要なだけである。シリコンを陽極処理し得る
条件はよく知られており、特に、North−Holl
and,Amsterdamによって発行されたthe
Journal of Crystal Growt
h 73(1985)pages 622−636にB
ealeらによって記載されている。概してそこに記載
されている条件は、下記の重要点を考慮した上でならば
本発明の陽極処理ステップに使用するのに適している。
シリコン密度1. 9〜0. 5gm/ cm3 に対応する2
0%〜80%の多孔率を得るために、電気化学溶解(即
ち陽極処理)を使用する。陽極処理電流密度は0. 5〜
500mA/ cm2 とすることができ、陽極処理時間
は、層の厚さ及び所望の多孔率並びに基板抵抗率に従っ
て10〜6000秒とすることができる。次いで、多孔
率を60%〜90%の値にまで増大し且つ幅が3nm以
下の量子ワイヤを製造するために、化学溶解を使用す
る。低速エッチング、好ましくは0. 0001nm/ 分
〜10nm/ 分のエッチング速度を与えるのに適したも
のを使用する。
ドーピングレベルのシリコンを使用することができる。
陽極処理電解液は、濃度10〜50%HFの水溶液また
はエタノール溶液とすることができる。左半セル12a
内の電解液は限定的ではなく、アノード20aへの導電
のために必要なだけである。シリコンを陽極処理し得る
条件はよく知られており、特に、North−Holl
and,Amsterdamによって発行されたthe
Journal of Crystal Growt
h 73(1985)pages 622−636にB
ealeらによって記載されている。概してそこに記載
されている条件は、下記の重要点を考慮した上でならば
本発明の陽極処理ステップに使用するのに適している。
シリコン密度1. 9〜0. 5gm/ cm3 に対応する2
0%〜80%の多孔率を得るために、電気化学溶解(即
ち陽極処理)を使用する。陽極処理電流密度は0. 5〜
500mA/ cm2 とすることができ、陽極処理時間
は、層の厚さ及び所望の多孔率並びに基板抵抗率に従っ
て10〜6000秒とすることができる。次いで、多孔
率を60%〜90%の値にまで増大し且つ幅が3nm以
下の量子ワイヤを製造するために、化学溶解を使用す
る。低速エッチング、好ましくは0. 0001nm/ 分
〜10nm/ 分のエッチング速度を与えるのに適したも
のを使用する。
【0051】図6及び図7を参照すると、種々のエッチ
ング剤中に静置浸漬する時間に伴なう特定の層のシリコ
ン多孔率の変化を表わす。層は当初多孔率54±1%及
び厚さ6. 2±0. 2μmを有しており、p+ (0. 0
1〜0. 04Ω−cm)ウェハを20%HFエタノール
溶液中、8. 5mA・ cm-2で10分間陽極処理するこ
とにより製造された。図6及び図7は、HF濃度及び希
釈剤に伴なうシリコンエッチング速度の変化を示してい
る。両図では、種々のエッチング剤濃度において重量分
析の結果から算出される多孔率をシリコン浸漬時間に対
してプロットした。図6はHF水溶液に、図7はHFエ
タノール溶液に関している。図6中のグラフ60、62
及び64は、それぞれ50%、40%及び20%のHF
水溶液からなるエッチング剤中のシリコンにおける多孔
率/ 時間の変化を示している。図7中のグラフ70、7
2及び74は、40重量%HF水溶液をエタノール及び
水で20%、10%及び6. 7%に希釈したものからな
るエッチング剤におけるシリコン多孔率/ 時間の変化を
示している。図6及び図7の横軸はいずれも浸漬時間を
表してはいるが、単位がそれぞれ時間及び分であること
に留意されたい。グラフ60〜64及び70〜74は明
らかに、HF含有量の低下と共にHF溶液のエッチング
速度が増加することを示している。グラフ60〜64と
70〜74とを比較すると、明らかに、希釈剤としてエ
タノールを使用するとエッチング速度が著しく増大する
ことを示している。従ってグラフ60〜64及び70〜
74は、エッチング剤濃度及び希釈剤を適当に選択する
ことによりエッチング速度を制御し得ることを示してい
る。溶液中のHF濃度は、例えば6. 7%〜50%とい
う広い範囲から選択することができる。
ング剤中に静置浸漬する時間に伴なう特定の層のシリコ
ン多孔率の変化を表わす。層は当初多孔率54±1%及
び厚さ6. 2±0. 2μmを有しており、p+ (0. 0
1〜0. 04Ω−cm)ウェハを20%HFエタノール
溶液中、8. 5mA・ cm-2で10分間陽極処理するこ
とにより製造された。図6及び図7は、HF濃度及び希
釈剤に伴なうシリコンエッチング速度の変化を示してい
る。両図では、種々のエッチング剤濃度において重量分
析の結果から算出される多孔率をシリコン浸漬時間に対
してプロットした。図6はHF水溶液に、図7はHFエ
タノール溶液に関している。図6中のグラフ60、62
及び64は、それぞれ50%、40%及び20%のHF
水溶液からなるエッチング剤中のシリコンにおける多孔
率/ 時間の変化を示している。図7中のグラフ70、7
2及び74は、40重量%HF水溶液をエタノール及び
水で20%、10%及び6. 7%に希釈したものからな
るエッチング剤におけるシリコン多孔率/ 時間の変化を
示している。図6及び図7の横軸はいずれも浸漬時間を
表してはいるが、単位がそれぞれ時間及び分であること
に留意されたい。グラフ60〜64及び70〜74は明
らかに、HF含有量の低下と共にHF溶液のエッチング
速度が増加することを示している。グラフ60〜64と
70〜74とを比較すると、明らかに、希釈剤としてエ
タノールを使用するとエッチング速度が著しく増大する
ことを示している。従ってグラフ60〜64及び70〜
74は、エッチング剤濃度及び希釈剤を適当に選択する
ことによりエッチング速度を制御し得ることを示してい
る。溶液中のHF濃度は、例えば6. 7%〜50%とい
う広い範囲から選択することができる。
【0052】化学溶解は、処理されるべきウェハを液相
または気相のエッチング剤中に浸漬することにより行な
うことができる。実際、ウェハを液体エッチング剤中に
浸漬する場合には、液は細孔に侵入することもないし、
細孔を完全にまたは部分的にさえ濡らすことはないであ
ろう。従って、所望のエッチング速度を得るためには界
面活性剤を加える必要があり得る。適当な界面活性剤
は、半導体加工業界においてHF溶液に使用することが
公知であるペルフルオロアルキルスルホネートである。
前記のごとき界面活性剤は電解液にも加え得ることに留
意されたい。
または気相のエッチング剤中に浸漬することにより行な
うことができる。実際、ウェハを液体エッチング剤中に
浸漬する場合には、液は細孔に侵入することもないし、
細孔を完全にまたは部分的にさえ濡らすことはないであ
ろう。従って、所望のエッチング速度を得るためには界
面活性剤を加える必要があり得る。適当な界面活性剤
は、半導体加工業界においてHF溶液に使用することが
公知であるペルフルオロアルキルスルホネートである。
前記のごとき界面活性剤は電解液にも加え得ることに留
意されたい。
【0053】以上の説明は、シリコン量子ドットについ
てFurukawaらによって報告された特性を再現す
ることに基づいてシリコン量子ワイヤの形成を証明し
た。かかる特性は、淡黄色の発色とシリコンバンドギャ
ップを優に越える光子エネルギにおける可視赤色ホトル
ミネッセンスとに係わるものであった。更にシリコン量
子ワイヤの形成は形状的にも証明される。多孔質シリコ
ンは、単純化モデルにおいては、平行な円筒形の孔を含
むバルクシリコンと考え得る。円筒壁をエッチングして
掻き取ることにより多孔率が増大されると、結果的に隣
合う細孔間の壁厚はゼロとなる。この時点で、各々が3
または4つの隣どおしで融合した細孔間に残った材料で
ある個々の量子ワイヤが規定される。個々の細孔が合体
して細孔間の壁厚がゼロになったこの理想化構造体の最
低多孔率は、(半径は等しいという条件で)細孔半径と
は無関係に78. 5%である。4つの隣どおしで合体し
た細孔については、ワイヤの厚さは2( 21/2 −1) r
である。例えば約60%の多孔率のp- シリコンにおい
ては細孔半径は2nm未満となり得る。従って、多孔率
が78. 5%を越えていれば常にシリコン量子ワイヤが
製造されることが推測される。実際には細孔の径、間隔
及び向きの統計的分布の故に、上記多孔率近傍、即ち約
78. 5%以上のときに量子ワイヤを期待し得る。細孔
が最初にシリコン材料全体に十分に分散していること、
及び化学溶解が、バルクシリコンによって隔てられた大
きな空所をもたらさないことが前提である。しかしなが
ら、十分に分散した微細孔は陽極処理シリコンの一般的
特性であり、このような細孔のエッチングは、大きな空
所よりは細孔の一部重なり合いをもたらすように制御さ
れた方式で細孔径を増大することが合理的に推定され
る。このことは、BETガス分析の結果によって支持さ
れている。
てFurukawaらによって報告された特性を再現す
ることに基づいてシリコン量子ワイヤの形成を証明し
た。かかる特性は、淡黄色の発色とシリコンバンドギャ
ップを優に越える光子エネルギにおける可視赤色ホトル
ミネッセンスとに係わるものであった。更にシリコン量
子ワイヤの形成は形状的にも証明される。多孔質シリコ
ンは、単純化モデルにおいては、平行な円筒形の孔を含
むバルクシリコンと考え得る。円筒壁をエッチングして
掻き取ることにより多孔率が増大されると、結果的に隣
合う細孔間の壁厚はゼロとなる。この時点で、各々が3
または4つの隣どおしで融合した細孔間に残った材料で
ある個々の量子ワイヤが規定される。個々の細孔が合体
して細孔間の壁厚がゼロになったこの理想化構造体の最
低多孔率は、(半径は等しいという条件で)細孔半径と
は無関係に78. 5%である。4つの隣どおしで合体し
た細孔については、ワイヤの厚さは2( 21/2 −1) r
である。例えば約60%の多孔率のp- シリコンにおい
ては細孔半径は2nm未満となり得る。従って、多孔率
が78. 5%を越えていれば常にシリコン量子ワイヤが
製造されることが推測される。実際には細孔の径、間隔
及び向きの統計的分布の故に、上記多孔率近傍、即ち約
78. 5%以上のときに量子ワイヤを期待し得る。細孔
が最初にシリコン材料全体に十分に分散していること、
及び化学溶解が、バルクシリコンによって隔てられた大
きな空所をもたらさないことが前提である。しかしなが
ら、十分に分散した微細孔は陽極処理シリコンの一般的
特性であり、このような細孔のエッチングは、大きな空
所よりは細孔の一部重なり合いをもたらすように制御さ
れた方式で細孔径を増大することが合理的に推定され
る。このことは、BETガス分析の結果によって支持さ
れている。
【図1】シリコン陽極処理用セルの概略図である。
【図2】本発明に従って処理されたシリコンから得られ
たホトルミネッセンススペクトルを示す図である。
たホトルミネッセンススペクトルを示す図である。
【図3】陽極処理シリコンにおける多孔率に伴なう広が
り抵抗の変化を示す図である。
り抵抗の変化を示す図である。
【図4】空気及びHFエッチングに暴露した後の陽極処
理シリコンの広がり抵抗の増加を示す図である。
理シリコンの広がり抵抗の増加を示す図である。
【図5】陽極処理及びエッチング後の多孔質層における
細孔幅の分布を示す図である。
細孔幅の分布を示す図である。
【図6】異なる希釈剤におけるHF濃度に伴なうエッチ
ング速度の変化を示す図である。
ング速度の変化を示す図である。
【図7】異なる希釈剤におけるHF濃度に伴なうエッチ
ング速度の変化を示す図である。
ング速度の変化を示す図である。
10 電気化学装置 12a、12b 半セル 14 シリコンウェハ 16a,16b ポンプ 20a アノード 20b カソード 22 電圧計 26 ガルバノスタット 28 電流計
フロントページの続き (73)特許権者 390040604 イギリス国 THE SECRETARY OF S TATE FOR DEFENCE I N HER BRITANNIC MA JESTY’S GOVERNMENT OF THE UNETED KIN GDOM OF GREAT BRIT AIN AND NORTHERN I RELAND イギリス国 ハンプシャー ジーユー14 0エルエックス ファーンボロー ア イヴェリー ロード(番地なし) ディ フェンス エヴァリュエイション アン ド リサーチ エージェンシー (72)発明者 リー−トレーバー・カナーム イギリス国、ウスターシヤー・ダブリ ユ・アール・14・4・エイ・エイチ、マ ルバーン・ウエルス、フルートランズ・ 29 (72)発明者 ジヨン・マイケル・キーン イギリス国、ウスターシヤー・ダブリ ユ・アール・8・0・デイー・エヌ、ハ ンリー・スワン、ロバーツ・エンド、 ザ・ドーワー・ハウス(番地なし) (72)発明者 ウエン・イー・レオン イギリス国、ウスターシヤー・ダブリ ユ・アール・14・4・エイチ・エフ、マ ルバーン・ウエルス、ウエルス・ロー ド・217 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 33/00
Claims (51)
- 【請求項1】 (a)チョクラルスキー成長シリコン材
料を与えるステップと、 (b)60〜90パーセントの多孔率、及び個別の量子
ワイヤを規定するほど充分な細孔の一部重なり合いを有
し、発光すべく活性化されると、非多孔質シリコンのよ
りも短いピーク発光波長を有するルミネセンスを生じさ
せる多孔質シリコンを生成するように陽極処理及びエッ
チングによりシリコン材料を処理するステップとを含む
ことを特徴とする発光シリコンの製造方法。 - 【請求項2】 前記陽極処理/エッチング処理は、多孔
質シリコンが少なくとも1.4eVのピーク発光エネル
ギで発光するように活性化され得るほど充分な細孔の一
部重なり合いを提供するように行われることを特徴とす
る請求項1に記載の発光シリコンの製造方法。 - 【請求項3】 前記陽極処理/エッチング処理は、3n
m以下の厚さを有するシリコン量子ワイヤから少なくと
も部分的に成る多孔質シリコンを生成するように行われ
ることを特徴とする請求項1に記載の発光シリコンの製
造方法。 - 【請求項4】 シリコン材料を含む発光装置であって、
前記シリコン材料が60〜90%の範囲の多孔率を有す
る多孔質シリコンから少なくとも部分的に成り、前記発
光装置が多孔質シリコンからルミネセンスを励起する活
性化手段を含むことを特徴とする装置。 - 【請求項5】 前記多孔質シリコンが可視光を生ずべく
活性化可能であることを特徴とする請求項4に記載の装
置。 - 【請求項6】 前記多孔率が少なくとも78.5%であ
ることを特徴とする請求項4に記載の装置。 - 【請求項7】 前記活性化手段がレーザを有することを
特徴とする請求項4に記載の装置。 - 【請求項8】 前記多孔質シリコンが少なくとも1.4
eVのピーク発光エネルギを有するルミネセンスを生ず
べく励起可能であることを特徴とする請求項4に記載の
装置。 - 【請求項9】 前記シリコン材料が部分的に多孔質であ
ると共に部分的に非多孔質であり、前記多孔質シリコン
は、非多孔質シリコンのルミネセンス特性よりも短い発
光ピーク波長を有するルミネセンスを生ずべく励起可能
であることを特徴とする請求項4に記載の装置。 - 【請求項10】 前記多孔質シリコンは、80%より大
きい多孔率を有することを特徴とする請求項4に記載の
装置。 - 【請求項11】 前記シリコンがチョクラルスキー成長
結晶シリコンであり、前記多孔質シリコンが80%より
大きい多孔率を有することを特徴とする請求項4に記載
の装置。 - 【請求項12】(A)60〜90%の範囲の多孔率を有
する多孔質シリコン材料であって、 (1)多孔質シリコンを生成するようにシリコン材料を
陽極処理するステップと、 (2)個別の量子ワイヤを規定する細孔の一部重なり合
いを生成するほど充分に多孔質シリコンをエッチングす
るステップとにより製造されたものと、 (B)発光すべく多孔質シリコンを励起する活性化手段
とを含むことを特徴とする発光装置。 - 【請求項13】 多孔質領域は、可視ルミネセンスを生
ずべく活性化可能であることを特徴とする請求項12に
記載に記載の装置。 - 【請求項14】 シリコン多孔率が、少なくとも78.
5%であることを特徴とする請求項12又は13に記載
の装置。 - 【請求項15】 活性化装置がレーザを有することを特
徴とする請求項14に記載の装置。 - 【請求項16】 発光シリコンを製造する方法であっ
て、該方法が、 (1)結晶シリコン材料を与えるステップと、 (2)多孔質シリコンを生成するようにシリコン材料の
少なくとも一部を陽極処理するステップと、 (3)多孔質シリコンが発光すべく活性化されるとき、
非多孔質シリコンよりも短いピーク波長を有するルミネ
センスを生ずるほどの充分な細孔の一部重なり合いを有
する60〜90%の範囲の多孔率を生ずるように多孔質
シリコンをエッチングするステップとを含むことを特徴
とする製造方法。 - 【請求項17】 前記多孔質シリコンが少なくとも1.
4eVのエネルギでホトルミネセンス発光ピークを有す
るほどの充分な細孔の一部重なり合いを提供するように
エッチングが行われることを特徴とする請求項16に記
載の発光シリコンの製造方法。 - 【請求項18】 エッチングステップは、多孔質シリコ
ンが3nmよりも小さい厚さを有するシリコン量子ワイ
ヤを組み込むまで行われることを特徴とする請求項16
に記載の発光シリコンの製造方法。 - 【請求項19】 シリコン材料を含む発光装置であっ
て、シリコン材料が60から90%の範囲の多孔率を有
する多孔質シリコンから少なくとも部分的に成り、多孔
率は、シリコン材料中に一部が重なり合う細孔を形成
し、それにより個別の量子ワイヤを規定するように陽極
処理及びエッチングを含む工程により生じられ、前記装
置がルミネセンスを放射するように量子ワイヤを励起す
る活性化手段をも含むことを特徴とする発光装置。 - 【請求項20】 前記ルミネセンスが可視であることを
特徴とする請求項19に記載の発光装置。 - 【請求項21】 前記多孔率が少なくとも78.5%で
あることを特徴とする請求項19又は20に記載の装
置。 - 【請求項22】 前記活性化手段がレーザを有すること
を特徴とする請求項19又は20に記載の装置。 - 【請求項23】 (1)隣接する細孔の合体により形成
されるシリコン量子ワイヤを有する多孔質シリコンを形
成するように結晶シリコンを処理するステップと、 (2)ルミネセンスを生ずるように量子ワイヤを活性化
するステップとを含むことを特徴とするシリコンからル
ミネセンスを生ずる方法。 - 【請求項24】 隣接する細孔の合体により形成され、
ルミネセンス発光のために配置されたシリコン量子ワイ
ヤを有する多孔質シリコンと、量子ワイヤからルミネセ
ンスを励起する手段とを組み込む発光装置。 - 【請求項25】 前記シリコン量子ワイヤが可視光を生
ずるように活性化可能であることを特徴とする請求項2
4に記載の装置。 - 【請求項26】 前記シリコン量子ワイヤが少なくとも
78.5%の多孔率を有する多孔質シリコン材料から少
なくとも部分的に成ることを特徴とする請求項24に記
載の装置。 - 【請求項27】 前記活性化手段が可視光を生ずるよう
に配置されたレーザを有することを特徴とする請求項2
4、25及び26のいずれか一項に記載の装置。 - 【請求項28】 前記多孔質シリコンが、少なくとも
1.4eVのピーク発光エネルギを有するルミネセンス
を生ずべく励起可能であることを特徴とする請求項24
に記載の装置。 - 【請求項29】 前記シリコン材料は一部が多孔質であ
ると共に一部が非多孔質であり、前記多孔質シリコン
は、非多孔質シリコンのルミネセンス特性よりも短い発
光ピーク波長を有するルミネセンスを生ずべく励起可能
であることを特徴とする請求項24に記載の装置。 - 【請求項30】 シリコン量子ワイヤは、80%より大
きい多孔率を有する多孔質シリコン材料から少なくとも
部分的に成ることを特徴とする請求項24に記載の装
置。 - 【請求項31】 シリコンがチョクラルスキー成長結晶
シリコンであることを特徴とする請求項30に記載の装
置。 - 【請求項32】 前記量子ワイヤが3nmより小さい厚
さを有することを特徴とする請求項24から31のいず
れか一項に記載の装置。 - 【請求項33】 (1)チョクラルスキー成長シリコン
材料を与えるステップと、 (2)少なくとも78.5%の多孔率、及び個別の量子
ワイヤを規定するほど充分な細孔の一部重なり合いを有
し、発光すべく活性化されるとき、多孔質シリコンが非
多孔質シリコンのよりも短いピーク発光波長を有するル
ミネセンスを生じる多孔質シリコンを生成するように陽
極処理及びエッチングによりシリコン材料を処理するス
テップとを含むことからなる発光シリコンの製造方法。 - 【請求項34】 前記陽極処理/エッチング処理が, 多
孔質シリコンが少なくとも1.4eVのピーク発光エネ
ルギを有して発光すべく活性化可能であるほど充分な細
孔の一部重なりを提供するように行われることを特徴と
する請求項33に記載の発光シリコンの製造方法。 - 【請求項35】 前記陽極処理/エッチング処理は、3
nm以下の厚さを有するシリコン量子ワイヤから少なく
とも部分的になる多孔質シリコンを生成するように行わ
れることを特徴とする請求項33に記載の発光シリコン
製造方法。 - 【請求項36】 シリコン材料を含む発光装置であっ
て、前記シリコン材料が、少なくとも78.5%の多孔
率を有する多孔質シリコンから少なくとも部分的に成
り、前記発光装置が活性化手段を含むことを特徴とする
シリコン材料を含む発光装置。 - 【請求項37】 前記多孔質シリコンが可視光を生ずべ
く活性化可能であることを特徴とする請求項36に記載
の装置。 - 【請求項38】 前記活性化手段がレーザを有すること
を特徴とする請求項36に記載の装置。 - 【請求項39】 多孔質シリコンが、少なくとも1.4
eVのピーク発光エネルギを有するルミネセンスを生ず
べく励起可能であることを特徴とする請求項36に記載
の装置。 - 【請求項40】 前記シリコン材料が部分的に多孔質で
あると共に部分的に非多孔質であり、多孔質シリコンが
非多孔質シリコンのルミネセンス特性よりも短い発光ピ
ーク波長を有するルミネセンスを生ずべく励起可能であ
ることを特徴とする請求項36に記載の装置。 - 【請求項41】 多孔質シリコンが80%よりも大きい
多孔率を有することを特徴とする請求項36に記載の装
置。 - 【請求項42】 シリコンがチョクラルスキー成長結晶
シリコンであり、多孔質シリコンが80%より大きい多
孔率を有していることを特徴とする請求項36に記載の
装置。 - 【請求項43】 (A)少なくとも78.5%の多孔率
を有する多孔質シリコン材料であって、 (1)多孔質シリコンを生成するようにシリコン材料を
陽極処理するステップと、 (2)個別の量子ワイヤを規定する細孔の一部重なり合
いを生成するほど充分に多孔質シリコンをエッチングす
るステップにより製造されるものと、 (B)発光すべく多孔質シリコンを励起する活性化手段
とを含むことを特徴とする発光装置。 - 【請求項44】 多孔質領域は、可視ルミネセンスを生
じるように活性化可能であることを特徴とする請求項4
3に記載の装置。 - 【請求項45】 前記活性化手段がレーザを有すること
を特徴とする請求項43に記載の装置。 - 【請求項46】(1)結晶シリコン材料を提供するステ
ップと、 (2)多孔質シリコンを生成するようにシリコン材料の
少なくとも一部を陽極処理するステップと、 (3)多孔質シリコンが活性化されるとき、非多孔質シ
リコンのよりも短いピーク波長を有するルミネセンスを
生じるほど充分な細孔の一部重なり合いを有する少なく
とも78.5%の多孔率を生ずるように多孔質シリコン
をエッチングするステップとを含むことを特徴とする発
光シリコンの製造方法。 - 【請求項47】 前記多孔質シリコンが少なくとも1.
4eVのエネルギでホトルミネセンス発光ピークを有す
るほど充分な細孔の一部重なり合いを提供するようにエ
ッチングが行われることを特徴とする請求項46に記載
の発光シリコンの製造方法。 - 【請求項48】 エッチングステップは、多孔質シリコ
ンが3nmよりも小さい厚さを有するシリコン量子ワイ
ヤを組み込むまで行われることを特徴とする請求項46
に記載の発光シリコンの製造方法。 - 【請求項49】 シリコン材料を含む発光装置であっ
て、前記シリコン材料が少なくとも78.5%の多孔率
を有する多孔質シリコンから少なくとも部分的に成り、
前記多孔率が、シリコン材料中に一部が重なり合う細孔
を形成し、それにより個別の量子ワイヤを規定するよう
に陽極処理及びエッチングを含む処理により生ぜられ、
発光装置は、ルミネセンスを生じるように量子ワイヤを
励起する活性化手段をも含むことを特徴とする発光装
置。 - 【請求項50】 前記ルミネセンスが可視であることを
特徴とする請求項49に記載の発光装置。 - 【請求項51】 前記活性化手段がレーザを有すること
を特徴とする請求項49又は50に記載の発光装置。
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