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
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
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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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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
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|---|---|---|---|
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Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3500255A Expired - Lifetime JP2611072B2 (ja) | 1989-12-07 | 1990-12-06 | シリコン量子ワイヤの製造方法 |
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| ES (1) | ES2074586T3 (ja) |
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| DE4126955C2 (de) * | 1991-08-14 | 1994-05-05 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren zum Herstellen von elektrolumineszenten Siliziumstrukturen |
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| EP0536790B1 (en) * | 1991-10-11 | 2004-03-03 | Canon Kabushiki Kaisha | Method for producing semiconductor articles |
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| EP0893834B1 (en) * | 1993-11-02 | 2004-04-07 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd | Semiconductor device comprising an aggregate of semiconductor micro-needles |
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| GB2299210B (en) * | 1993-12-06 | 1997-12-24 | Secr Defence | Porous semiconductor material |
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| US5510633A (en) * | 1994-06-08 | 1996-04-23 | Xerox Corporation | Porous silicon light emitting diode arrays and method of fabrication |
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| AU3894595A (en) * | 1994-11-08 | 1996-05-31 | Spectra Science Corporation | Semiconductor nanocrystal display materials and display apparatus employing same |
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| WO1997049132A1 (en) * | 1996-06-20 | 1997-12-24 | Jeffrey Frey | Light-emitting semiconductor device |
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