DE4301940A1

DE4301940A1 -

Info

Publication number: DE4301940A1
Application number: DE4301940A
Authority: DE
Inventors: Hidenori Mimura; Toshiro Futagi; Takahiro Matsumoto
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-01-24
Filing date: 1993-01-25
Publication date: 1993-07-29
Also published as: US5285078A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein licht emittierendes Element unter Verwendung von porösem Silizium und eine optische Vorrichtung, bei der das lichtemittierende Element verwendet wird. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein lichtemittierendes Element mit Ladungsin jektion (LED) mit einem pn-Übergang unter Verwendung von po rösem Silizium und außerdem eine optische Vorrichtung, wie beispielsweise ein optooptisches Wandlerelement, ein licht aussendendes Element, ein Photokopplungsschaltungselement, ein Photokopplungselement und eine Anzeigevorrichtung, die im Prinzip ein derartiges lichtemittierendes Element auf weist.

Herkömmlich wurde angenommen, daß, weil ein Silizium halbleiter einem Halbleiter mit indirektem Zwischenbandüber gang entspricht, ein lichtemittierendes Element nicht durch Verwendung eines derartigen Siliziumhalbleiters hergestellt werden kann. Daher wurden herkömmliche lichtemittierende Elemente unter Verwendung eines pn-Übergangs durch Verbin dungshalbleiter der Gruppe III-V, Verbindungshalbleiter der Gruppe II-VI und Verbindungshalbleiter der Gruppe IV-VI her gestellt. Es werden jedoch mehrere Materialien zur Herstel lung eines Siliziumhalbleiters benötigt. Großflächige Sili ziumhalbleiter können verglichen mit dem Verbindungshalblei ter kostengünstig hergestellt werden, wobei sich das Verfah ren zur Herstellung von Einkristallen etabliert hat. Bei den Siliziumhalbleitern bestehen verschiedene Vorteile darin, daß logische Elemente, Kalkulationselemente, Treiberele mente, lichtempfangende Elemente und ähnliche aufgrund hochentwickelter Vorrichtungskonstruktions/-herstellungsver fahren, die mit dem Verbindungshalbleiter nicht realisiert werden können, mit hoher Zuverlässigkeit auf einem einzelnen Substrat bei einem hohen Integrationsgrad angeordnet werden können. Daher wurde gefordert, ein lichtemittierendes Ele ment unter Verwendung von Silizium, insbesondere ein lichte mittierendes Element mit Ladungsinjektion unter Verwendung eines pn-Übergangs herzustellen, das in einem Laser angewen det werden kann. Im Gegensatz dazu berichtete L.T. Canham 1990, daß poröses Silizium, das durch elektrochemisches Anodisieren von Einkristallsilizium in einer Fluorwasser stofflösung hergestellt wird, bei Raumtemperatur eine starke Photolumineszens zeigt (vergl. Applied Physics Letters 57, (10), 3. September 1990, Seiten 1046-1048). Dieser Bericht zeigt, daß ein lichtemittierendes Element aus Silizium her gestellt werden kann. Daraufhin wurden viele Untersuchungen durchgeführt, um den Erzeugungsmechanismus dieser Photolumi neszens zu analysieren. Weil jedoch kein Material gefunden wurde, mit dem ein pn-Übergang mit besseren Kenngrößen durch Silizium gebildet werden kann und mit dem eine Leuchtdiode (LED) mit diesem pn-Übergang hergestellt werden kann, konnte ein lichtemittierendes Element mit Ladungsinjektion mit ei nem pn-Übergangsverfahren unter Verwendung dieses porösen Siliziums nicht realisiert werden.

Andererseits gibt es viele Vorrichtungen, wie bei spielsweise ein optooptisches Wandlerelement, ein lichtemit tierendes Element, ein lichtaussendendes Element, ein Photo kopplungsschaltungselement und ein Photokopplungselement. Wie beispielsweise in "Physics on Optical/Electronic Inte grated Circuit" von H. Matsueda, Seiten 279-309 beschrieben, ist bei einem ebenen lichtemittierenden Element bekannt, daß die optische Sendereinheit, die das mehrschichtige lichte mittierende Element aus GaAs/AlGaAs und ebenso ein FET, der als Schaltmodulationselement zum Modulieren des von der op tischen Sendereinheit ausgesandten Lichts in Antwort auf ein elektrisches Eingangssignal auf einem Ver bindungshalbleitersubstrat, wie beispielsweise einem GaAs- Substrat oder einem InP-Substrat hergestellt wird. In "Parallel Process System realized by 3-Dimensional Shared Memory" in Electronics, Oktober 1981 wurde vorgeschlagen, daß das lichtemittierende Element unter Verwendung des Ver bindungshalbleiters wie beispielsweise GaAs und das licht empfangende Element auf einem Wafer entgegengesetzt zuein ander angeordnet werden, wie das dreidimensionale Pho tokopplungsschaltungselement zum Ausführen der Datenkommu nikation zwischen den Schaltungselementen, wie beispiels weise den Speichern in einem Computer, unter Verwendung von Lichtsignalen.

Weil das teure Verbindungshalbleitersubstrat verwendet wird, und weil außerdem das lichtemittierende Element aus dem Verbindungshalbleiter hergestellt wird, sind jedoch auch bei den vorstehend beschriebenen, herkömmlichen optischen Vorrichtungen die Herstellungskosten hoch und eine große In tegration wird schwierig, wodurch Probleme entstehen. Daher wurde eine optische Vorrichtung unter Verwendung eines aus Silizium hergestellten lichtemittierenden Elements gefor dert.

Es wurden viele Versuche unternommen, die Bandstruktu ren des Siliziumhalbleiters durch Ausnutzen des Quantenef fekts zu verändern, um Licht zu emittieren. Diese lichtemit tierenden Siliziumhalbleiter wurden durch Molekularstrahl- Epitaxie (Applied Physics Letter 56, (4), 22. Januar 1990, Seiten 340-342), das Plasmaätzverfahren (Applied Physics Letter 59, (4), 1991, Seiten 1603-1605), und das Hochfre quenz-Sputterverfahren (Physical Review B 38, 15. September 1988, Seiten 5726-5729) hergestellt. Weil jedoch sehr große Vorrichtungen und sehr komplizierte Herstellungsverfahren notwendig sind, können diese Verfahren nicht praktisch ge nutzt werden.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein lichtemittierendes Element mit Ladungsinjektion bereitzu stellen, das einen aus Silizium bestehenden pn-Übergang auf weist.

Ferner werden verschiedenartige optische Vorrichtungen oder Geräte, wie beispielsweise ein optooptisches Wandler element, ein lichtaussendendes Element, ein Photokopp lungsschaltungselement und ein Photokopplungselement be reitgestellt, die im Prinzip das vorstehend beschriebene lichtemittierende Element verwenden.

Ein erfindungsgemäßes lichtemittierendes Element mit Ladungsinjektion weist eine Schicht aus porösem Silizium mit einem ersten Leitungstyp und eine Halbleiterschicht mit ei nem zweiten, vom ersten Leitungstyp verschiedenen Lei tungstyp auf, die einen pn-Übergang mit der Schicht aus po rösem Silizium bildet, wobei die Halbleiterschicht mit dem zweiten Leitungstyp vorzugsweise eine Schicht aus amorphem Silizium-Carbid mit Feinkristallen ist.

Eine erfindungsgemäße optische Vorrichtung weist auf: ein Halbleitersubstrat; ein auf dem Halbleitersubstrat aus gebildetes lichtemittierendes Element zum Aussenden eines Licht-Ausgangssignals in Antwort auf ein elektrisches Ein gangssignal; wobei das lichtemittierende Element eine Schicht aus porösem Silizium, die einen ersten Leitungstyp aufweist und eine Halbleiterschicht mit einem zweiten, vom ersten Leitungstyp verschiedenen Leitungstyp enthält, die einen pn-Übergang mit der Schicht aus porösem Silizium bil det; und ein auf dem Substrat ausgebildetes und betrieblich mit einem der elektrischen Eingangssignale und einem elek trischen Ausgangssignal gekoppeltes Halbleiterelement.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf bevorzugte Beispiele und die Abbildungen beschrieben, es zeigen:

Fig. 1A und 1B die schematische Struktur einer ersten Ausführungsform erfindungsgemäßer lichtemittierender Ele mente unter Verwendung eines Einkristall-(Monokristall-)Si liziumsubstrats des p-Typs und eines Einkristall-Silizium substrats des n-Typs;

Fig. 2A bis 2C erläuternde Diagramme elektrochemischer Anodisierungsverfahren;

Fig. 3 eine graphische Darstellung von Spannungs-Strom- Kennlinien des lichtemittierenden Elements unter Verwendung des in Fig. 1 dargestellten Einkristall-Siliziumsubstrats des p-Typs;

Fig. 4 eine graphische Darstellung von Spannungs-Strom- Kennlinien des lichtemittierenden Elements unter Verwendung des in Fig. 1 dargestellten Einkristall-Siliziumsubstrats des n-Typs;

Fig. 5A eine graphische Darstellung eines Emissions spektrums des lichtemittierenden Elements unter Verwendung des in Fig. 1 dargestellten Einkristall-Siliziumsubstrats des p-Typs, wenn eine negative Spannung von 10 V an eine In dium-Zinnoxid-(ITO) Elektrode des Substrats angelegt wird;

Fig. 5B eine graphische Darstellung eines Emissions spektrums des lichtemittierenden Elements unter Verwendung des in Fig. 1 dargestellten Einkristall-Siliziumsubstrats des n-Typs, wenn eine positive Spannung von 10 V an eine ITO- Elektrode des Substrats angelegt wird;

Fig. 6 eine schematische baumähnliche Säulenstruktur von porösem Silizium;

Fig. 7 schematisch einen Zustand, bei dem SiH, SiH₂ und SiH₃ an die Siliziumsäulen angelagert wird;

Fig. 8 schematisch einen Zustand, bei dem SiH₂ gleich mäßig an eine Siliziumsäule des porösen Siliziums angelagert wird, das durch ein Photoglühverfahren oder durch ein ther misches Glühverfahren verarbeitet wurde;

Fig. 9 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Zeit des Photoglühprozesses und dem Heizmaß des porösen Siliziums;

Fig. 10 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Zeit des thermischen Glühprozesses und dem Heizmaß des porösen Siliziums;

Fig. 11 eine schematische Struktur einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen lichtemittierenden Elements unter Verwendung eines auf einem Glasträger angeordneten Siliziumsubstrats des p-Typs;

Fig. 12A bis 12C Strukturen der lichtemittierenden Ele mente von Fig. 11 in jeweiligen Herstellungsstufen;

Fig. 13 eine schematische Struktur der zweiten Ausfüh rungsform eines erfindungsgemäßen lichtemittierenden Ele ments unter Verwendung eines auf einem Glasträger angeordne ten Siliziumsubstrats des n-Typs;

Fig. 14 schematisch eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen lichtemittierenden Elements unter Verwen dung eines Siliziumsubstrats des p-Typs;

Fig. 15A und 15B erläuternde Diagramme zur Darstellung der Herstellungsstufen des in Fig. 14 dargestellten licht emittierenden Elements;

Fig. 16 schematisch eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen lichtemittierenden Elements unter Verwen dung eines Siliziumsubstrats des n-Typs;

Fig. 17 eine vergrößerte Querschnittansicht eines Be reichs von porösem Silizium, das in einer vierten Ausfüh rungsform eines erfindungsgemäßen lichtemittierenden Ele ments verwendet wird;

Fig. 18 einen Verbindungszustand zwischen Silizium und schwerem Wasserstoffin einem Loch des in der vierten Aus führungsform der Erfindung verwendeten porösen Siliziums;

Fig. 19 ein Photolumineszensspektrum des in Fig. 17 dargestellten porösen Siliziums;

Fig. 20 eine schematische Struktur einer ersten Ausfüh rungsform eines erfindungsgemäßen optooptischen Wandlerele ments unter Verwendung des erfindungsgemäßen lichtemittie renden Elements;

Fig. 21 ein schematisches Banddiagramm, wenn keine Vor spannung an das in Fig. 20 dargestellte optooptische Wandler element angelegt wird;

Fig. 22 ein schematisches Banddiagramm, wenn eine Vor spannung an das in Fig. 20 dargestellte optooptische Wand lerelement angelegt wird, während dieses optooptische Wandlerelement mit Licht bestrahlt wird;

Fig. 23 schematisch eine Struktur einer weiteren Aus führungsform eines erfindungsgemäßen optooptischen Wandler elements unter Verwendung des erfindungsgemäßen lichtemit tierenden Elements;

Fig. 24 ein schematisches Banddiagramm, wenn keine Vor spannung an das in Fig. 23 dargestellte optooptische Wand lerelement angelegt wird;

Fig. 25 ein schematisches Banddiagramm, wenn eine Vor spannung an das in Fig. 23 dargestellte optooptische Wand lerelement angelegt wird;

Fig. 26 ein schematisches Banddiagramm, wenn eine Vor spannung an das in Fig. 23 dargestellte optooptische Wand lerelement angelegt wird, während dieses optooptische Wandlerelement mit Licht bestrahlt wird;

Fig. 27 schematisch eine Struktur einer Modifikation des optooptischen Wandlerelements von Fig. 20;

Fig. 28 ein schematisches Banddiagramm des optoopti schen Wandlerelements von Fig. 27, wenn eine Vorspannung an dieses optooptische Wandlerelement angelegt wird, während es mit Licht bestrahlt wird;

Fig. 29 eine Querschnittansicht einer Ausführungsform eines lichtaussendenden Elements unter Verwendung des erfin dungsgemäßen lichtemittierenden Elements;

Fig. 30A bis 30D Diagramme zur Erläuterung der Herstel lung des in Fig. 29 dargestellten Elements;

Fig. 31 ein Ersatzschaltbild des in Fig. 29 dargestell ten lichtemittierenden Elements;

Fig. 32 ein Ersatzschaltbild einer lichtaussendenden Vorrichtung, die durch Verwendung mehrerer in Fig. 29 darge stellter lichtaussendender Elemente zusammengesetzt wird;

Fig. 33 eine schematische, perspektivische Ansicht ei ner Anordnung der in Fig. 32 dargestellten lichtaussendenden Vorrichtung;

Fig. 34 eine Wellenform eines von der in Fig. 29 darge stellten lichtaussendenden Vorrichtung ausgesendeten Licht signals;

Fig. 35 eine Querschnittansicht einer anderen Ausfüh rungsform eines lichtemittierenden Elements unter Verwendung des erfindungsgemäßen lichtemittierenden Elements;

Fig. 36 eine Querschnittansicht einer weiteren Ausfüh rungsform eines lichtemittierenden Elements unter Verwendung des erfindungsgemäßen lichtemittierenden Elements;

Fig. 37 eine Querschnittansicht einer Ausführungsform eines Photokopplungsschaltungselements unter Verwendung des erfindungsgemäßen lichtemittierenden Elements;

Fig. 38A bis 38C Diagramme zur Erläuterung der Herstel lungsstufen des in Fig. 37 dargestellten Photokopplungs schaltungselements;

Fig. 39 ein Schaltungsdiagramm, das verwendet wird, wenn mit dem in Fig. 37 dargestellten Photokopplungsschal tungselement ein Lichtemissionsexperiment durchgeführt wird;

Fig. 40 im Lichtemissionsexperiment auftretende Wellen formen eines Impulssignals und eines Detektierstroms, die durch das in Fig. 39 dargestellte Schaltungsdiagramm verur sacht werden.

Fig. 41 eine schematische Struktur einer Lichtsignal- Übertragungsvorrichtung, die durch Verwendung mehrerer in Fig. 37 dargestellter Photokopplungsschaltungselemente zu sammengesetzt wird;

Fig. 42 eine Querschnittansicht eines Photokopplungs elements unter Verwendung des erfindungsgemäßen lichtemit tierenden Elements;

Fig. 43 eine Querschnittansicht der Struktur einer An zeigevorrichtung unter Verwendung des erfindungsgemäßen lichtemittierenden Elements;

Fig. 44 ein Ersatzschaltbild der in Fig. 43 dargestell ten Anzeigevorrichtung;

Fig. 45 ein Ersatzschaltbild einer Anzeigevorrichtung, in der mehrere in Fig. 43 dargestellte Anzeigevorrichtungen in einer Matrixform angeordnet sind;

Fig. 46 Wellenformdiagramme zur Darstellung der Trei berimpulse der in Fig. 45 dargestellte Anzeigevorrichtung;

Fig. 47 schematisch eine Lichtemissionssteuerung der in Fig. 45 dargestellten Anzeigevorrichtung;

Fig. 48 eine schematische Anordnung einer Modifikation der in Fig. 45 dargestellten Anzeigevorrichtung;

Fig. 49 eine schematische Anordnung einer weiteren Modifikation der in Fig. 45 dargestellten Anzeigevorrich tung;

Fig. 50 eine Querschnittansicht einer Modifikation der in Fig. 43 dargestellten Anzeigevorrichtung; und

Fig. 51 eine Querschnittansicht einer weiteren Modifi kation der in Fig. 43 dargestellten Anzeigevorrichtung.

Unter Bezug auf die Abbildungen wird nachstehend eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen lichtemittie renden Elements beschrieben.

Die erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen lichtemittierenden Elements entspricht einem lichtemittie renden Element mit Ladungsinjektion unter Verwendung eines derartigen pn-Übergangs zwischen porösem Silizium, das auf einem Einkristall-Silizium (C-Si)-Substrat des p-Typs oder des n-Typs ausgebildet ist, und einer Schicht aus amorphem Silizium-Carbid mit Feinkristallen (µC-SiC), der einen Lei tungstyp aufweist, der demjenigen des vorstehend beschriebe nen C-Si-Substrats entgegengesetzt ist.

Um ein lichtemittierendes Element mit Ladungsinjektion unter Ausnutzung des pn-Übergangs herzustellen, müssen ein Loch eines p-Halbleiters und ein Elektron eines n-Halb leiters in eine lichtemittierende Schicht injiziert werden, um das Elektron und das Loch in der lichtemittierenden Schicht zu rekombinieren.

Ein pn-Übergang mit besseren Kenngrößen wird gemäß dem folgenden Herstellungsverfahren hergestellt:

Poröses Silizium entsprechend einer lichtemittierenden Schicht auf entweder einem C-Si-Substrat des p-Typs oder ei nem C-Si-Substrat des n-Typs (Ebenenausrichtung (111) und (100), wobei ein spezifischer Widerstand von 0,05 bis 50 Ωcm ausgewählt wird), wird für eine Zeitdauer zwischen 30 Sekun den und 10 Minuten durch eine elektrochemische anodische Oxidation verarbeitet (d. h., ein Verfahren zum Verarbeiten von C-Si, bei dem in einer Wasserlösung aus Äthylalkohol und Fluorwasserstoff (Wasserlösung von 48%)=0:1-10:1 C-Si mit der Anode verbunden wird und eine Elektrode, wie bei spielsweise Pt, mit der Kathode verbunden wird, wobei ein Strom mit einer Dichte von 1 mA/cm² bis 200 mA/cm² durch die Lösung fließt). Anschließend wird µC-SiC mit einem breiten Bandabstand (2,0 bis 2,4 eV) und hoher Leitfähigkeit (10^-2 bis 10° S/cm) das als p-Halbleiter oder p-Halbleiter wirkt auf dem porösen Silizium angelagert.

Um einen pn-Übergang mit besseren Kenngrößen herzustel len, der, wie beispielsweise eine LED (lichtemittierende Di ode), Licht emittieren kann, muß nicht nur das Herstellungs verfahren des porösen Siliziums (spezifischer Widerstand des Substrats, das elektrochemische Anodisierungsverfahren usw.), sondern auch die Anlagerungsbedingungen der die Fein kristalle enthaltenden amorphen Silizium-Carbidschicht opti miert werden, um insbesondere die Grenzflächencharakteristik des porösen Siliziums und der µC-SiC-Schicht nicht zu zer stören.

Die aus diesen Gründen durchgeführten Untersuchungen der Erfinder haben gezeigt, daß eine Schicht aus porösem Si lizium gebildet werden kann, mit der eine LED hergestellt werden kann. D.h., wenn ein C-Si-Substrat des p-Typs verwen det wird, hat das C-Si des p-Typs eine Ebenenausrichtung von (111) und (100), wobei ein spezifischer Widerstand von 0,1 bis 40 Ωcm ausgewählt wird. Anschließend wird das poröse Si lizium durch Einsetzen dieses C-Si des p-Typs in eine Wasserlösung (wässerige Lösung), die aus Äthylalkohol und Fluorwasserstoff besteht (Wasserlösung von 48%) = 0,1:1 bis 5:1 bei einer Stromdichte von 5 bis 50 mA/cm² bei einer Zeit von 1 bis 5 Minuten für die elektrochemische Anodisierung hergestellt. Ferner wird das erhaltene poröse Silizium für mehrere Sekunden in eine KOH-Lösung eingetaucht oder einem photochemischen Ätzvorgang unterzogen, um eine Verunreini gungsschicht auf der Oberfläche des porösen Siliziums zu entfernen, so daß das Loch vom Einkristall-Siliziumsubstrat des p-Typs in die Schicht aus porösem Silizium injiziert werden kann. Ferner wurden Anlagerungsbedingungen von µC-SiC gefunden, das durch ein Elektron-Zyklotronresonanz-Plasma- CVD-(ECR PCVD-)Verfahren unter folgenden Bedingungen ge bildet wird: Der Gasdruck beträgt 0,001 bis 0,008 Torr und die Substrattemperatur beträgt 150 bis 350°C, wobei die zu geführte Leistung 200 bis 350 W beträgt und SiH₄:CH₄:PH₃:H₂ = 1:1-3:0,005-0,03:100-200. Durch diese Anlagerungsbe dingungen der µC-SiC-Schicht können Elektronen wirksam vom µC-SiC in das poröse Silizium injiziert werden. Daher kann ein lichtemittierendes Element mit Ladungsinjektion unter Verwendung eines pn-Übergangs hergestellt werden.

Ferner wurde festgestellt, daß im Fall eines C-Si-Sub strats des n-Typs die Herstellungsbedingung einer Schicht aus porösem Silizium, bei der ein Elektron wirksam von einem C-Si-Substrat des n-Typs in eine Schicht aus porösem Sili zium injiziert werden kann, mit der Herstellungsbedingung bei Verwendung des C-Si-Substrats des p-Typs identisch ist, außer daß während der Herstellung des porösen Siliziums die Schicht aus porösem Silizium mit Licht bestrahlt werden muß. Es hat sich ferner gezeigt, daß die Anlagerungsbedingungen einer µC-SiC-Schicht des p-Typs, bei der ein Loch wirksam vom µC-SiC des p-Typs in das poröse Silizium injiziert wer den kann, die gleichen sind, wie die Anlagerungsbedingungen der µC-SiC-Schicht des n-Typs, wenn B₂H₆ als Gasbeimengung anstelle von PH₃ verwendet wird.

Es gibt viele unsichere Gründe, warum eine LED nicht unter anderen Bedingungen als die vorstehend beschriebenen Bedingungen zur LED-Herstellung hergestellt werden kann. Trotzdem werden nachstehend die gegenwärtig sicheren Grunde beschrieben. Wenn der spezifische Widerstand 40 Ωcm über schreitet, wird der Widerstandswert des Substrats hoch, wo durch die Elektronen nicht vom Substrat in das poröse Sili zium injiziert werden. Weil während der elektrochemischen Anodisierung Blasen erzeugt werden, wenn das Verhältnis von Äthylalkohol zu Fluorwasserstoff kleiner wird als 0,1:1, kann das poröse Silizium nicht gleichmäßig hergestellt wer den. Wenn die Stromdichte 50 mA/cm² überschreitet, wird das Silizium nach und nach durch das elektrische Feld abgetragen (poliert). Hinsichtlich des Gasdrucks beim ECR-PCVD-Verfah ren wird das poröse Silizium aufgrund der Ätzwirkung bei Gasdrücken unterhalb von 0,001 Torr beschädigt. Wenn der Gasdruck 0,005 Torr überschreitet, wird das Plasma instabil, wobei das µC-SiC nicht hergestellt werden kann. Das µC-SiC kann bei Substrattemperaturen unter 150°C nicht hergestellt werden, wohingegen bei einer Substrattemperatur über 350°C die Oberflächeneigenschaften des porösen Siliziums verändert werden, so daß keine Lichtemission ausgeführt wird.

Selbst wenn amorphes Silizium-Carbid (a-SiC) entweder des p- oder des n-Typs als µC-SiC-Substrat des p- bzw. n- Typs verwendet wird, kann ein lichtemittierendes Element im Prinzip hergestellt werden. Weil jedoch sowohl der Bandab stand, als auch die Leitfähigkeit des a-SiC-Substrats des p- bzw. n-Typs verglichen mit der µC-SiC-Schicht niedrigere Werte aufweisen, wobei beispielsweise bei einem Bandabstand von 2,0 eV die Leitfähigkeit 10^-5 beträgt, nimmt die Lumineszensintensität des lichtemittierenden Elements ab. Darüber hinaus kann, selbst wenn das amorphe Silizium des p- oder n-Typs mit Feinkristallen (µC-Si) verwendet wird, ein lichtemittierendes Element im Prinzip hergestellt werden. Weil jedoch die Leitfähigkeit des µC-Si und die des a-Si bei einem Bandabstand von ca. 2,0 eV verglichen mit der Leitfä higkeit des µC-SiC gering ist, nimmt die Lumineszensintensi tät des lichtemittierenden Elements ab.

Nachstehend wird eine erste bevorzugte Ausführungsform eines lichtemittierenden Elements beschrieben, wobei die vorstehend beschriebenen Betrachtungen berücksichtigt wer den.

Bei einem ersten Beispiel wird ein C-Si-Substrat des p- Typs verwendet. Fig. 1A zeigt schematisch eine erste Ausfüh rungsform eines erfindungsgemäßen lichtemittierenden Ele ments unter Verwendung eines Siliziumsubstrats des p-Typs.

Auf der Rückfläche eines C-Si-Substrats 101 des p-Typs (Ebenenausrichtung (100) und spezifischer Widerstand von 3 bis 5 Ωcm) wird entweder Au (Gold) oder Al (Aluminium) auf gedampft, um eine leitende Verbindung herzustellen. An schließend wird das erhaltene C-Si des p-Typs, wie in Fig. 2A dargestellt, außer in dem Bereich, der porös hergestellt werden soll, durch Wachs 113 abgedeckt, und dann in eine Lö sung aus Äthylalkohol und Fluorwasserstoff (Wasserlösung von 48%) eingetaucht, deren Verhältnis zu 1:1 ausgewählt wird. Es wird eine Konstantstromquelle 117 verwendet, wobei eine Platinelektrode 119 an dessen Kathode und eine Elektrode 107 eines Einkristallsubstrats 101 an dessen Anode angeschlossen wird. Bei diesen Verhältnissen wird eine Stromdichte von 30 mA/cm² fest eingestellt, wobei für ca. 3 Minuten eine Anodenbildung ausgeführt wird. Anschließend wird das erhal tene Einkristallsubstrat des p-Typs für 3 Sekunden in eine KOH-Lösung eingetaucht, um eine auf der Oberfläche des po rösen Siliziums ausgebildete Verunreinigungsschicht auszuät zen. Dieser Ätzvorgang kann durch photochemisches Ätzen er setzt werden, bei dem Licht auf das Siliziumsubstrat gerich tet wird, wobei die Konstantstromquelle 117 entfernt wird, und wobei die Platinelektrode 119 und die Elektrode 107, wie in Fig. 2C dargestellt, kurzgeschlossen werden. Das auf der Oberfläche aufgebrachte Wachs wird anschließend unter Ver wendung eines organischen Lösungsmittels entfernt und die Oberfläche mit Reinwasser gereinigt. Anschließend wird das erhaltene C-Si-Substrat des p-Typs in eine Elektron-Zyklo tronresonanz-Plasma-CVD-Vorrichtung gebracht, wobei eine amorphe Silizium-Carbidschicht mit einer Dicke von 150 A an gelagert wird, die einen Feinkristall des n-Typs enthält. Die Anlagerungsbedingungen sind folgende: Es werden ein Gas druck von 0,005 Torr und eine zugeführte Leistung von 300 W ausgewählt, wobei SiH₄:CH₄:PH₃:H₂ = 1:2:0,01:200, und wobei eine Substrattemperatur von 300°C ausgewählt wird. An schließend wird Indium-Zinnoxid (ITO), das einer lichtdurch lässigen Elektrode entspricht, mit einer Dicke von 600 A angelagert.

Fig. 3 zeigt eine Spannungs-Strom-Kennlinie des licht emittierenden Elements, das gemäß dem vorstehend beschriebe nen Herstellungsverfahren hergestellt wurde. Aus der Kennli nie ergibt sich, daß eine bessere Gleichrichtungscharak teristik erreicht werden kann. Die Durchlaßrichtung ist de finiert, wenn an die ITO-Elektrodenseite eine negative Span nung angelegt wird, und die Sperrichtung ist definiert, wenn an diese ITO-Elektrodenseite eine positive Spannung angelegt wird. Daher wird zwischen dem C-Si-Substrat des p-Typs, dem porösen Silizium und dem µC-SiC des n-Typs ein pn-Übergang mit einer besseren Charakteristik gebildet. Es zeigt sich, daß die Löcher vom C-Si des p-Typs wirksam in das poröse Si lizium injiziert werden, wobei auch die Elektronen vom µC- SiC des n-Typs wirksam in das poröse Silizium injiziert wer den.

Fig. 5A zeigt ein Elektrolumineszensspektrum in einem Fall, bei dem eine negative Spannung von 10 V an die ITO- Elektronenseite angelegt wird. Das Spektrum reicht ungefähr von 600 bis 800 nm.

Es folgt die Beschreibung eines weiteren Beispiels un ter Verwendung eines C-Si-Substrats des n-Typs. Fig. 1B zeigt schematisch die erste Ausführungsform eines erfin dungsgemäßen lichtemittierenden Elements unter Verwendung eines C-Si-Substrats des n-Typs. Auf der Rückfläche eines C- Si-Substrats 101′ des n-Typs (Ebenenausrichtung (100) und spezifischer Widerstand von 3 bis 5 Ωcm) wird entweder Au (Gold) 107′ oder Al (Aluminium) aufgedampft, um eine lei tende Verbindung herzustellen. Anschließend wird das erhal tene C-Si des p-Typs, wie in Fig. 2B dargestellt, außer in dem Bereich, der porös hergestellt werden soll, durch Wachs 113 abgedeckt, und dann in eine Lösung aus Äthylalkohol und Fluorwasserstoff (Wasserlösung von 48%) eingetaucht, deren Verhältnis zu 1:1 ausgewählt wird. Es wird eine Konstant stromquelle 117 verwendet, wobei eine Platinelektrode an dessen Kathode und eine Elektrode 107′ eines C-Si 101′ des n-Typs an dessen Anode angeschlossen wird. Bei diesen Ver hältnissen wird eine Stromdichte von 30 mA/cm² fest einge stellt, wobei für ca. 3 Minuten eine elektrochemische Anodi sierung durchgeführt wird. In diesem Fall wird, wie in Fig. 2B dargestellt, Licht einer Wolframlampe auf die Fläche ge richtet, wo das poröse Silizium durch elektrochemische Anodisierung hergestellt wird. Anschließend wird das erhal tene C-Si-Substrat des n-Typs für 3 Sekunden in eine KOH-Lö sung eingetaucht, um eine auf der Oberfläche des porösen Si liziums ausgebildete Verunreinigungsschicht auszuätzen. Die ser Ätzvorgang kann durch das vorstehend unter Bezug auf Fig. 2C beschriebene photochemische Ätzen ersetzt werden. Dann wird das auf der Oberfläche aufgebrachte Wachs unter Verwendung eines organischen Lösungsmittels entfernt und die Oberfläche durch Reinwasser gereinigt. Anschließend wird das erhaltene C-Si-Substrat des n-Typs in einer ECR-PCVD-Vor richtung angeordnet, wobei µC-SiC des p-Typs mit einer Dicke von 150 Å angelagert wird. Die Anlagerungsbedingungen sind folgende: Es werden ein Gasdruck von 0,005 Torr und eine zugeführte Leistung von 300 W ausgewählt, wobei SiH₄:CH₄:B₂H₆:H₂= 1:1-3:0,005-0,03:100-200, und wobei eine Substrattemperatur von 300°C ausgewählt wird. Anschließend wird unter Verwendung einer Elektronenstrahl-Aufdampfvor richtung eine ITO-Elektrode mit einer Dicke von 600 Å ange lagert.

Fig. 4 zeigt eine Spannungs-Strom-Kennlinie des lichte mittierenden Elements, das gemäß dem vorstehend beschriebe nen Herstellungsverfahren hergestellt wurde. Aus der Kennli nie ergibt sich, daß eine bessere Gleichrichtungscharak teristik erreicht werden kann. Die Durchlaßrichtung ist de finiert, wenn an die ITO-Elektrodenseite eine positive Span nung angelegt wird, und die Sperrichtung ist definiert, wenn an diese ITO-Elektrodenseite eine negative Spannung angelegt wird. Daher wird zwischen dem C-Si-Substrat des n-Typs, dem porösen Silizium und dem µC-SiC des p-Typs ein pn-Übergang mit einer besseren Charakteristik gebildet. Es zeigt sich, daß die Elektronen vom C-Si des n-Typs wirksam in das poröse Silizium injiziert werden, wobei auch die Löcher vom µC-SiC des p-Typs wirksam in das poröse Silizium injiziert werden.

Fig. 5B zeigt ein Elektrolumineszensspektrum in einem Fall, bei dem eine positive Spannung von 10 V an die ITO- Elektronenseite angelegt wird. Das Spektrum reicht ungefähr von 500 bis 750 nm.

Wie vorstehend beschrieben, kann ein lichtemittierendes Element mit Ladungsinjektion durch einen Pn-Übergang unter Verwendung von porösem Silizium hergestellt werden, das durch herkömmliche Herstellungsverfahren nicht hergestellt werden kann. Durch ein Niedrigtemperaturverfahren unter 300°C kann eine erste bevorzugte Ausführungsform einer LED (lichtemittierenden Diode) hergestellt werden. Viele Vor teile ergeben sich, wenn diese bevorzugte Ausführungsform einer LED durch Abdecken der Bereiche des Elements durch Wachs oder ähnliches hergestellt wird, nachdem logische Ele mente, Kalkulationselemente, Treiberelemente, lichtempfan gende Elemente und ähnliche hergestellt wurden, weil die lo gischen Elemente, Kalkulationselemente, Treiberelemente und lichtempfangenden Elemente im lichtemittierenden Element in einem monolithischen Zustand leicht angeordnet werden kön nen, ohne die logischen Elemente, Kalkulationselemente, Treiberelemente und lichtempfangenden Elemente zu zerstören.

Nachstehend wird ein Verfahren zum Erhöhen des Emissi onswirkungsgrads des porösen Siliziums beschrieben, das durch die vorstehend beschriebene elektrochemische Anodisie rung hergestellt wurde. Dies kann durch Lichtglühen, wobei das vorstehend beschriebene poröse Silizium mit Licht einer höheren Energie als der Bandabstand bestrahlt wird, oder durch ein thermisches Glühverfahren (Heizglühen) durchge führt werden.

Poröses Silizium weist, wie in Fig. 6 dargestellt, eine baumähnliche Säulenstruktur auf, deren Durchmesser zwischen 1 nm und 10 nm beträgt. Die Oberfläche dieser baumähnlichen Säulenstruktur ist durch Wasserstoff abgeschlossen. Das von diesem Wasserstoff umgebene Silizium besitzt eine der durch SiH 201, SiH₂ 202 und SiH₃ 203 definierten Strukturen. SiH₂ 202 ist eine stabile Struktur. Das SiH₃ 203 dieser Oberflä che umgibt die Außenseite der Si-Säule 204 und bildet einen Potentialwall der höher ist als derjenige innerhalb der Si- Säule 204. Die innerhalb der Si-Säule 204 erzeugten Elektro nen und Löcher werden durch diesen Potentialwall wirksam eingeschlossen und können daher mit hohem Wirkungsgrad miteinander rekombinieren.

Im Gegensatz dazu werden auf den Oberflächen der Si- Säulen 204, wie in Fig. 7 dargestellt, keine SiH₂- 202 Kom ponenten in einem gleichmäßigen Zustand gebildet, wobei die Komponenten von SiH 201 und SiH₃ 203 an den Oberflächen der Si-Säulen ähnlich abgeschlossen werden. Diese Substanzen können die Gleichmäßigkeit des Potentialwalls stören und die Begrenzungswirkung auf die Elektronen und Löcher schwächen. (Praktisch sind diese Elektronen und Löcher nicht einge schlossen, sondern durchdringen diese Substanzen, d. h. sie entweichen). Daher liegt der Quantenwirkungsgrad der Photo lumineszens des durch das herkömmliche Verfahren hergestell ten porösen Siliziums in der Größenordnung von 10%.

Wenn daher diese Komponenten von SiH 201 und SiH₃ 203 unter Verwendung eines bestimmten Verfahrens in die Kompo nenten von SiH₂ 202 geändert werden, kann ein gleichmäßiger Zustand des Potentialwalls gebildet werden, so daß die Elek tronen und Löcher innerhalb der Säule 204 wirksam einge schlossen werden. Dadurch wird ein sehr hoher Quantenwir kungsgrad erreicht.

Diese Zustandsänderung kann durch Anwenden entweder von Licht- oder Heizglühen auf poröses Silizium erreicht werden.

D.h., die Strukturen des an ihren Oberflächen angren zenden Wasserstoffs werden durch dem porösen Silizium zuge führte Licht- oder Wärmeenergie umgeordnet, um die Oberflä chenenergie dieses porösen Siliziums zu erhöhen, wobei, wie in Fig. 8 dargestellt, SiH₂ 202 in einem gleichmäßigen Zu stand auf den Oberflächen gebildet wird. Dieses SiH₂ 202 kann einen Oberflächen-Potentialwall bilden, dessen Energie niveau sehr gleichmäßig ist. Daher werden Elektronen und Lö cher innerhalb des Potentials wirksam eingeschlossen, wobei die Wahrscheinlichkeit der Strahlungsrekombination erhöht wird.

D.h., innerhalb der porösen Bereiche dieses porösen Si liziums gibt es entsprechend den während der Herstellungs stufen gebildeten Rückstandskomponenten viele Komponenten von HF 205 und H₂O 206. Dieses HF 205 löst Siliziumoxid, das durch die Anlagerung von durch das Lichtglühverfahren erzeugten Löchern erzeugt wurde. Die durch das Lichtglühver fahren erzeugten Löcher werden in die Nähe der Oberflächen transportiert, um die Si-Atome der Oberflächen zu oxidieren, wobei der Durchmesser der Si-Säule 204 schmaler wird als der der ursprünglichen Si-Säule 204, weil das innerhalb des po rösen Siliziums verbleibende HF 205 das Siliziumoxid lösen kann. Wie vorstehend beschrieben, wird das Rekombinations verhältnis zwischen Elektronen und Löchern, die innerhalb der Si-Säule 204 eingeschlossen sind, groß, weil der Durch messer dieser Si-Säule 204 schmaler wurde, wodurch der Quan tenwirkungsgrad erhöht wird.

Die innerhalb des porösen Siliziums zurückbleibenden H₂O-Komponenten 206 können bei der Herstellung eines lichtemittierenden Elements mit Ladungsinjektion ein großes Problem verursachen. Wenn das Glühverfahren durch Lichtanre gung oder thermische Anregung durchgeführt wird, werden diese Rückstandprodukte verdampft, so daß das poröse Sili zium im Inneren sehr rein bleibt.

Nachstehend wird ein bestimmtes Verfahren beschrieben. Zunächst wird ein elektrochemisches Anodisierungsverfahren durch die vorstehend unter Bezug auf Fig. 2A und 2B be schriebenen Verfahren durchgeführt, um eine Schicht aus po rösem Silizium herzustellen. Dieses poröse Silizium besitzt eine Struktur wie in Fig. 6 dargestellt.

Wenn dieses poröse Silizium mit Licht einer höheren Energie als der Bandabstand dieses porösen Siliziums be strahlt wird, wird der an der Oberfläche der Si-Säule 204 angrenzende Wasserstoff aufgrund der Lichtglühwirkung umge ordnet, wobei anschließend SiH₂ 202 die gesamte Oberfläche der Si-Säule 204 bedecken kann.

Wie vorstehend beschrieben, wird der durch gleichmäßige SiH₂- 202 Bindungen gebildete Potentialwall durch das Licht glühverfahren auf der Oberfläche gebildet, wobei sowohl die Elektronen als auch die Löcher, wie in Fig. 8 dargestellt, innerhalb der Si-Säule 204 wirksam eingeschlossen werden, so daß die Wahrscheinlichkeit einer Strahlungsrekombination sehr groß wird. Als Lichtquelle, deren Energie größer als die Bandbreite des porösen Siliziums ist, kann unter Berück sichtigung der Tatsache, daß der Bandabstand des porösen Si liziums in der Größenordnung zwischen 2,0 und 2,5 eV liegt, ein Ar+-Laser, ein Excimerlaser, eine Wolframlampen-Licht quelle oder eine Halogenlampen-Lichtquelle verwendet werden, die beispielsweise ultraviolettes Licht emittieren.

Weil die Wirkung des Lichtglühverfahrens als Produkt der Lichtstrahlungsintensität und der Lichtstrahlungszeit ausgedrückt werden kann, wird die Lichtabstrahlung so fort gesetzt, daß das poröse Silizium nicht zerstört wird, indem die Photolumineszensintensität des porösen Siliziums durch einen Photoempfänger festgestellt wird.

Zu diesem Zeitpunkt findet das Ätzen des Siliziumoxids durch das restliche HF 205 und das Verdampfen des restlichen H₂O 206 gleichzeitig statt. Diese Wirkungen können den Quan tenwirkungsgrad der Photolumineszens des porösen Siliziums, wie durch die vorstehend beschriebenen Verfahren darge stellt, erhöhen.

Fig. 9 zeigt eine Bedingung, bei der der Quantenwir kungsgrad der Photolumineszens von porösem Silizium gemäß der durch das Lichtglühverfahren verstrichenen Zeit unter Verwendung eines Ar+-Lasers erhöht wird. Gemäß dieser Abbil dung kann der Quantenwirkungsgrad, wenn das Glühverfahren mit dem Ar+-Laser 30 Minuten lang durchgeführt wird, um den Faktor 5 erhöht werden.

Andererseits muß im Fall eines thermischen Glühverfah rens das thermische Glühverfahren bei Temperaturen zwischen 50°C und 400°C durchgeführt werden, um die Bindungen des SiH₂ 202 über die gesamte Oberfläche auszubilden. Obwohl das Glühverfahren auch im Vakuum oder in der Luftumgebung durch geführt werden kann, sollte die Oxidation der Probe berück sichtigt werden, wenn das Glühverfahren in der Luftumgebung durchgeführt wird.

Die thermische Glühzeit kann dadurch optimiert werden, daß die Photolumineszensintensität des porösen Siliziums überwacht wird, wobei das thermische Glühverfahren so lange durchgeführt wird, bis die Photolumineszensintensität einen Gleichgewichtswert erreicht.

Fig. 10 stellt eine Bedingung dar, bei der der Quanten wirkungsgrad der Photolumineszens des porösen Siliziums durch ein thermisches Glühverfahren in der Luftumgebung er höht wird. Durch das thermische Glühverfahren bei einer Tem peratur von 250°C für eine Zeitdauer von ca. 30 Minuten kann der Quantenwirkungsgrad um den Faktor 5 erhöht werden.

Weil der Quantenwirkungsgrad des porösen Siliziums durch das vorstehend beschriebene Verfahren wesentlich er höht werden kann, können ein Halbleiter der Gruppe III-V und ein Halbleiter der Gruppe II-VI, die in einem lichtemittie renden Element im neuesten optoelektronischen Anwendungsbe reich verwendet werden, durch das vorstehend beschriebenen poröse Silizium ersetzt werden. Dieses poröse Silizium kann hauptsächlich beispielsweise in der Optokommunikation, bei selbstleuchtenden Anzeigen und in optointegrierten Schaltun gen verwendet werden. Daher gibt es viele Möglichkeiten, die neueste optoelektronische Technologie weiterzuentwickeln, wobei Probleme bei der Stabilität, der Zuverlässigkeit und bei einer hohen Integration auftreten.

Nachstehend wird eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen lichtemittierenden Elements unter Verwendung einer Schicht aus porösem Silizium beschrieben.

Die zweite bevorzugte Ausführungsform eines lichtemit tierenden Elements hat eine Struktur, bei der die Schicht aus porösem Silizium zwischen einem n-Halbleiter und einem p-Halbleiter angeordnet ist, deren Bandabstand größer oder gleich 2,2 eV beträgt.

Untersuchungen der Erfinder haben gezeigt, daß ein pn- Übergang mit einer besseren Charakteristik erhalten werden kann, wenn die folgenden Herstellungsschritte durchgeführt werden. µC-SiC des p- oder n-Typs mit einem breiten Bandab stand (2,2 eV bis 2,4 eV) und mit einer hohen Leitfähigkeit (10^-2 bis 10° S/cm), das als Halbleiter wirkt, wird entwe der auf einem C-Si-Substrat des p-Typs oder auf einem C-Si- Substrat des n-Typs angelagert (spezifischer Widerstand 0,5 bis 100 Ωcm). Anschließend wird dieses C-Si weggeätzt, bis die Dicke des C-Si 5 bis 10 µm beträgt. Daraufhin wird der gesamte Bereich dieses C-Si durch elektrochemische Anodisie rung in poröses Silizium umgewandelt. Bei der elektrochemi schen Anodisierung wird das C-Si an die Anode angeschlossen, wobei eine Elektrode aus Pt oder ähnlichem an die Kathode angeschlossen wird, und wobei ein Strom mit einer Dichte von 1 mA/cm² bis 200 mA/cm² zugeführt wird, der von der Anode über eine Wasserlösung von 0:1 bis 10:1 = Äthylalkohol:Fluorwasserstoff (Wasserlösung von 48%) zur Kathode fließt. Anschließend wird eine als n-Halbleiter oder p-Halbleiter mit einem breiten Bandabstand (2,2 eV bis 2,4 eV) und mit einer hohen Leitfähigkeit (10^-2 bis 10° S/cm) wirkende µC- SiC-Schicht auf der Schicht aus porösem Silizium angelagert.

Um einen derartigen pn-Übergang mit besserer Charakte ristik, der Licht emittieren kann, herzustellen, muß nicht nur das Herstellungsverfahren des porösen Siliziums (der spezifische Widerstand des Substrats, das elektrochemische Anodisierungsverfahren und andere Einzelheiten), sondern darüber hinaus auch die Anlagerungsbedingungen des µC-SiC optimiert werden, um insbesondere die Grenzfläche zwischen der Schicht aus porösem Silizium und der µC-SiC-Schicht nicht zu beschädigen.

Die aus diesen Gründen durchgeführten Untersuchungen der Erfinder haben gezeigt, daß ein pn-Übergang erhalten werden kann, mit dem die folgende LED (lichtemittierende Di ode gebildet werden kann. Wenn ein C-Si-Substrat des p-Typs (spezifischer Widerstand von 0,5 bis 100 Ωcm) verwendet wird, wird µC-SiC des p-Typs auf dem Substrat angelagert. Anschließend wird dieses C-Si weggeätzt, bis die Dicke des C-Si 5-10 µm beträgt. Der gesamte Bereich dieses C-Si wird in einer Wasserlösung aus Äthylalkohol und Fluorwasserstoff (Wasserlösung von 48%), deren Verhältnis zu 0,1:1 bis 5:1 ausgewählt wird, bei einer Stromdichte von 5 bis 50 mA/cm² verarbeitet, um eine Schicht aus porösem Silizium zu erhal ten. Darüber hinaus wird die erhaltene Schicht aus porösem Silizium durch ein photochemisches Ätzverfahren verarbeitet oder für mehrere Sekunden bis mehrere Minuten in eine KOH- Lösung eingetaucht, so daß eine auf der Oberfläche der Schicht aus porösem Silizium angelagerte Verunreinigungs schicht entfernt wird. Anschließend wird amorphes Silizium- Carbid mit Feinkristallen des n-Typs angelagert, wodurch der vorstehend beschriebene pn-Übergang gebildet wird, in dem Löcher vom µC-SiC des p-Typs wirksam in die Schicht aus po rösem Silizium injiziert werden können, und wobei auch Elek tronen vom µC-SiC des n-Typs wirksam in das poröse Silizium injiziert werden können.

Bei der Herstellung eines µC-SiC-Substrats des n-Typs durch das ECR-PCVD-Verfahren haben sich folgende Anlage rungsbedingungen herausgestellt: Der Gasdruck beträgt 0,001 bis 0,008 Torr, die Substrattemperatur beträgt 150°C bis 350°C, die zugeführte Leistung beträgt 200 bis 350 W und SiH₄:CH₄:PH₃:H₂ = 1:1 bis 3:0,005 bis 0,03:100 bis 200. Bei diesen Anlagerungsbedingungen der µC-SiC-Schicht können Elektronen wirksam von der µC-SiC-Schicht des n-Typs in das poröse Silizium injiziert werden. Bei der Herstellung einer µC-SiC-Schicht des p-Typs durch das ECR-PCVD-Verfahren haben sich folgende Anlagerungsbedingungen herausgestellt: Der Gasdruck beträgt 0,001 bis 0,008 Torr, die Substrattempera tur beträgt 150°C bis 350°C, die zugeführte Leistung beträgt 200 bis 350 W und SiH₄:CH₄:B₂H₆:H₂ = 1:1 bis 3:0,005 bis 0,03:100 bis 200. Damit können Löcher wirksam von der µC- SiC-Schicht des p-Typs in die Schicht aus porösem Silizium injiziert werden. Daher kann ein lichtemittierendes Element mit Ladungsinjektion unter Verwendung des pn-Übergangs her gestellt werden.

Ferner hat sich gezeigt, daß im Fall eines Siliziumsub strats mit C-Si-Kristallen des n-Typs die Herstellungsbedin gungen der Schicht aus porösem Silizium, wobei ein Elektron wirksam von einem C-Si-Substrat des n-Typs in die Schicht aus porösem Silizium injiziert werden kann, mit den Herstel lungsbedingungen bei Verwendung eines C-Si-Substrats des p- Typs identisch sind, außer daß diese Schicht aus porösem Si lizium während der Herstellung des porösen Siliziums mit Licht bestrahlt werden muß.

Es gibt viele unsichere Gründe, warum ein lichtemittie rendes Element nicht unter anderen Bedingungen als den vor stehend beschriebenen Bedingungen zur Herstellung eines lichtemittierenden Elements hergestellt werden kann. Trotz dem werden nachstehend die gegenwärtig sicheren Gründe be schrieben. Weil während der elektrochemischen Anodisierung Blasen erzeugt werden, wenn das Verhältnis von Äthylalkohol zu Fluorwasserstoff kleiner wird als 0,1:1, kann das poröse Silizium nicht gleichmäßig hergestellt werden. Wenn die Stromdichte 50 mA/cm² überschreitet, wird das Silizium nach und nach durch das elektrische Feld abgetragen. Hinsichtlich des Gasdrucks beim ECR-PCVD-Verfahren wird das unter einer Schicht liegende poröse Silizium aufgrund der Ätzwirkung bei Gasdrucken unterhalb von 0,001 Torr beschädigt. Wenn der Gasdruck 0,008 Torr überschreitet, wird das Plasma instabil, wobei das µC-SiC nicht hergestellt werden kann. Das amorphe Silizium-Carbid mit Feinkristallen kann bei Sub strattemperaturen unter 150°C nicht hergestellt werden, wo hingegen bei einer Substrattemperatur über 350°C die Ober flächeneigenschaften des porösen Siliziums verändert werden, so daß keine Lichtemission ausgeführt wird.

Selbst wenn anstelle von µC-SiC des p- oder des n-Typs a-SiC des p- oder des n-Typs verwendet wird, kann ein licht emittierendes Element im Prinzip hergestellt werden. Weil jedoch sowohl der Bandabstand, als auch die Leitfähigkeit des a-SiC-Substrats des p- bzw. n-Typs verglichen mit der µC-SiC-Schicht niedrigere Werte annehmen, wobei beispiels weise bei einem Bandabstand von 2,0 eV die Leitfähigkeit 10^-5 beträgt, wird die Lumineszensintensität des lichtemittierenden Elements verringert. Darüber hinaus kann, selbst wenn µC-Si des p- oder des n-Typs oder a-Si des p- oder n-Typs verwendet wird, ein lichtemittierendes Element im Prinzip hergestellt werden. Weil jedoch die Leitfähigkeit des µC-Si und die des a-Si bei einem Bandabstand von ca. 2,0 eV verglichen mit der Leitfähigkeit des a-SiC gering ist, wird die Lumineszensintensität des lichtemittierenden Ele ments verringert.

Unter Bezug auf die Abbildungen wird die zweite bevor zugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen lichtemittieren den Elements ausführlicher beschrieben.

Fig. 11 zeigt schematisch eine Struktur der zweiten be vorzugten Ausführungsform eines lichtemittierenden Elements, das auf einem Glasträger angeordnet ist. Das in Fig. 11 dar gestellte lichtemittierende Element 301 wird durch µC-SiC 311 des p-Typs, eine Schicht 312a aus porösem Silizium, ei ner µC-SiC-Schicht 313 des n-Typs und Indium-Zinnoxid (ITO) 314 hergestellt, das einer lichtdurchlässigen Elektrode ent spricht. Außerdem wird ein Metall 318 auf der Bodenfläche des µC-SiC 311 ausgebildet. Das lichtemittierende Element 301 wird auf einem Glasträger 321, auf dem ITO 314 ausgebil det ist, durch Verwendung eines leitfähigen Haftmittels 323, wie beispielsweise Silberpaste, befestigt.

Anschließend wird ein Herstellungsverfahren des in Fig. 11 dargestellten lichtemittierenden Elements beschrieben. Gemäß Fig. 12A wird µC-SiC 311 des p-Typs auf einer Oberflä che des C-Si-Substrats 312 des p-Typs angelagert, dessen beide Oberflächen durch das ECR-PCVD-Verfahren hochglanzpo liert wurden. Die Anlagerungsbedingungen sind folgende: Die Mikrowellenleistung beträgt 200 W bis 300 W; die Substrat temperatur beträgt 150 bis 300°C; der Druck beträgt 2,5 bis 8 mTorr; wobei das Gasverhältnis von Si:CH₄:B₂H₆:H₂ = 1:1 bis 3:0,005 bis 0,03:100 bis 200. Die Schichtdicke beträgt 10 bis 30 nm. Anschließend wird ein 10 bis 1000 nm dickes Metall 318 auf einer Oberfläche des µC-SiC 311 des p-Typs angelagert. Danach wird, wie in Fig. 12B dargestellt, wäh rend die Metalloberflächen und die Seitenflächen mit einem Anti-HF-Wachs 325 beschichtet werden, das erhaltene C-Si weggeätzt, bis die Dicke des C-Si 312 5 bis 10 µm beträgt.

Das mit dem Wachs beschichtete C-Si-Substrat 312 wird, wie in Fig. 2A dargestellt, in eine Wasserlösung 326 einge taucht, die aus Fluorwasserstoff:Äthylalkohol:Wasser = 1:2:1 besteht. Es wird eine Konstantstromquelle 117 verwen det, wobei eine Platinelektrode an dessen Kathodenseite und das C-Si-Substrat 312 an dessen Anodenseite angeschlossen wird. Während ein konstanter Strom mit einer Dichte von 10 bis 30 mA/cm² fließt, wird der Ätzprozeß fortgesetzt, bis das gesamte C-Si 312 zu porösem Silizium wird. In diesem Fall kann, weil das C-Si-Substrat des p-Typs verwendet wird, die elektrochemische Anodisierung bei Dunkelheit oder bei Licht durchgeführt werden. Die für die elektrochemische Anodisierung erforderliche Zeit hängt von der Dicke des C-Si 312 ab. Wenn die Dicke des C-Si 312 5 µm beträgt, wird die elektrochemische Anodisierung normalerweise für eine Zeit dauer von 5 Minuten durchgeführt.

Anschließend wird die Konstantstromquelle 117 abge trennt, wie in Fig. 2C dargestellt, wobei die Verbindung zwischen der Pt-Elektrode und dem C-Si Substrat 312 kurzge schlossen wird. Das C-Si-Substrat des p-Typs wird mit Licht bestrahlt, wobei die Oberfläche der Schicht aus porösem Si lizium schwach geätzt wird (photochemisches Ätzverfahren). Dieses Ätzverfahren kann ersetzt werden, indem das Substrat für eine Zeitdauer von mehreren Sekunden bis mehrere Minuten in eine Lösung von H₂O:KOH = 100:1 bis 3 eingetaucht wird. Anschließend wird das Wachs vom Substrat entfernt, das dar aufhin durch Wasser gereinigt und dann getrocknet wird. Wie in Fig. 12C dargestellt, wird das erhaltene Substrat auf ei nem Glasträger 321, der zuvor mit ITO 314 beschichtet wurde, durch ein leitfähiges Haftmittel 323, wie beispielsweise Silberpaste befestigt.

Ferner wird µC-SiC 313 des n-Typs durch das ECR-CVD- Verfahren derart angelagert, daß die Dicke dieser Schicht 10 bis 30 nm beträgt. Die Anlagerungsbedingungen sind in diesem Fall die gleichen, wie die des vorhergehenden ECR-PCVD-Ver fahrens, außer, daß anstelle von B₂H₆PH₃ verwendet wird. Schließlich wird ITO 314 mit einer Dicke von 40 bis 70 nm auf der µC-SiC-Schicht 313 des n-Typs angelagert, um eine obere Elektrode zu bilden, so daß das in Fig. 11 darge stellte lichtemittierende Element 313 erhalten werden kann.

Fig. 13 zeigt schematisch eine Struktur der zweiten be vorzugten Ausführungsform eines lichtemittierenden Elements unter Verwendung eines auf einem Glasträger angeordneten C- Si-Substrats des n-Typs. Das in Fig. 13 dargestellte lichte mittierende Element 302 wird durch µC-SiC 315 des n-Typs, eine Schicht 316a aus porösem Silizium, eine µC-SiC-Schicht 317 des p-Typs und Indium-Zinnoxid (ITO) 314 hergestellt, das einer lichtdurchlässigen Elektrode entspricht. Außerdem wird Metall 318 auf der Bodenfläche des µC-SiC 315 ausgebil det. Das lichtemittierende Element 302 wird durch Verwendung eines leitfähigen Haftmittels 323, beispielsweise Silberpa ste, auf einem Glasträger 321 befestigt, auf dem ITO 314 ausgebildet wurde.

Nachstehend wird ein Verfahren zur Herstellung des in Fig. 13 dargestellten lichtemittierenden Elements 302 be schrieben. Weil das Herstellungsverfahren des in Fig. 13 dargestellten lichtemittierenden Elements 302 dem Herstel lungsverfahren des in Fig. 11 dargestellten lichtemittieren den Elements 301 im wesentlichen gleich ist, werden die Ab bildungen von Fig. 12A bis 12C auch für die Beschreibung des Herstellungsverfahrens des lichtemittierenden Elements 302 verwendet. Bauelemente des lichtemittierenden Elements 302, die von denen des lichtemittierenden Elements 301 verschie den sind werden durch die Bezugszeichen in Klammern gekenn zeichnet. Gemäß Fig. 12A wird µC-SiC 315 des n-Typs auf ei ner Oberfläche des C-SiC-Substrats 316 angelagert, dessen beide Oberflächen durch das ECR-PCVD-Verfahren hochglanzpo liert wurden. Die Anlagerungsbedingungen sind folgende: Die Mikrowellenleistung beträgt 200 W bis 300 W; die Substrat temperatur beträgt 150 bis 300°C; der Druck beträgt 2,5 bis 8 mTorr; wobei das Gasverhältnis von Si:CH₄:PH₃:H₂ = 1:1 bis 3:0,005 bis 0,03:100 bis 200. Die Schichtdicke beträgt 10 nm bis 30 nm. Anschließend wird ein 10 bis 1000 nm dickes Me tall 318 auf einer Oberfläche des µC-SiC 315 des n-Typs an gelagert. Danach wird, wie in Fig. 12B dargestellt, während die Metalloberflächen und die Seitenflächen mit einem Anti- HF-Wachs 325 beschichtet wurden, das erhaltene C-Si wegge ätzt, bin die Dicke der C-Si-Schicht 316 5 bis 10 µm be trägt. Das mit dem Wachs beschichtete C-Si-Substrat 316 wird, wie in Fig. 2A dargestellt, in eine Wasserlösung 326 eingetaucht, die aus Fluorwasserstoff:Äthylalkohol:Wasser = 1:2:1 besteht. Es wird eine Konstantstromquelle 117 verwendet, wobei eine Pt-Elektrode an dessen Kathodenseite und das C-Si-Substrat 316 an dessen Anodenseite angeschlos sen wird. Während ein konstanter Strom mit einer Dichte von 10 bis 30 mA/cm² fließt, wird der Ätzprozeß fortgesetzt, bis das gesamte C-Si 316 zu porösem Silizium wird. In diesem Fall muß, weil das C-Si-Substrat des n-Typs verwendet wird, die elektrochemische Anodisierung unter Lichtbestrahlung ei ner Halogenlampe oder ähnlichem durchgeführt werden. Die für die elektrochemische Anodisierung erforderliche Zeit hängt von der Dicke des C-Si 316 ab. Wenn die Dicke des C-Si 316 5 µm beträgt, wird die elektrochemische Anodisierung normaler weise für eine Zeitdauer von etwa 5 Minuten durchgeführt.

Anschließend wird ähnlich wie im vorstehenden Fall des lichtemittierenden Elements 301 die Oberfläche der Schicht aus porösem Silizium schwach geätzt, wobei das Wachs ent fernt wird, und danach getrocknet. Das erhaltene Substrat wird durch ein leitfähiges Haftmittel 323, wie beispiels weise Silberpaste, auf dem Glasträger 321 befestigt.

Darüber hinaus wird eine µC-SiC-Schicht 317 des p-Typs durch das ECR-PCVD-Verfahren derart angelagert, daß die Dicke dieser Schicht 10-30 nm beträgt. Die Anlagerungsbe dingungen sind in diesem Fall denen des vorstehenden ECR- PCVD-Verfahrens gleich, außer daß anstelle von PH₃B₂H₆ ver wendet wird. Schließlich wird ITO 314 mit einer Dicke von 40 bis 70 nm auf der µC-SiC-Schicht 317 angelagert, um als obere Elektrode verwendet zu werden, so daß das lichtemit tierende Element 302 erhalten werden kann, wie in Fig. 13 dargestellt.

Durch eine Transmissionsmessung kann abgeschätzt wer den, daß der Bandabstand des porösen Siliziums, in dem ein pn-Übergang ausgebildet ist, von dem sichtbares Licht emit tiert werden kann, mehr als ca. 2 eV beträgt. Daher muß, um ein lichtemittierendes Element mit hoher Elektrolumineszens intensität herzustellen, der pn-Übergang durch einen Halb leiter gebildet werden, dessen Bandabstand breiter ist (d. h. höher als 2 eV) als derjenige des porösen Siliziums, und in dem Ladungsträger wirksam in das poröse Silizium injiziert werden können, das als Lichtemissionsschicht wirkt. D.h., wenn die Schichtstruktur eines lichtemittierenden Elements aus Si des p-Typs/poröses Si/Si des n-Typs aufgebaut ist, ist die Elektrolumineszens nicht so hoch. Zumindest eine der Schichten muß einen Bandabstand von 2 eV oder mehr als 2 eV besitzen. Vorzugsweise betragen die Bandabstände sowohl des p-Halbleiters, als auch des n-Halbleiters 2,2 eV oder mehr. Dies ist nötig, weil zwischen dem p- bzw. dem n-Halbleiter, die die Ladungsträgerinjektionsschichten bilden, und dem po rösen Silizium, das die Lichtemissionsschicht bildet, vom porösen Silizium zum p-Halbleiter oder vom porösen Silizium zum n-Halbleiter, eine Energieschwelle erzeugt wird. Wenn daher die Schwelle vom porösen Silizium zum p-Halbleiter oder vom porösen Silizium zum n-Halbleiter gebildet wird, dringen die vom p-Halbleiter in das poröse Silizium inji zierten Löcher, oder die vom n-Halbleiter in das poröse Si lizium injizierten Elektronen nicht in die n-Halbleiter schicht bzw. in die p-Halbleiterschicht ein, sondern rekom binieren miteinander in der Schicht aus porösem Silizium. Daher kann das lichtemittierende Element eine hohe Lichtin tensität abstrahlen.

Bei der vorstehend beschriebenen zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen lichtemittierenden Elements, wird das Element so angeordnet, daß die Schicht aus porösem Silizium, dessen Bandabstand 2,0 eV beträgt, zwischen Schichten aus µC-SiC angeordnet wird, dessen Bandabstand 2,2 eV bis 2,4 eV beträgt. Wenn anschließend eine Vorspannung an dieses lichtemittierende Element ange legt wird, können sowohl die Elektronen, als auch die Löcher verglichen mit einem herkömmlichen lichtemittierenden Ele ment leicht in die Schicht aus porösem Silizium injiziert werden, die die lichtemittierende Schicht bildet, wobei sie in der Schicht aus porösem Silizium zuverlässig rekombinie ren. Daher erfordert die zweite bevorzugte Ausführungsform des lichtemittierenden Elements, obwohl ein herkömmliches lichtemittierendes Element eine Vorspannung von 10 bis 15 V benötigt, nur eine Vorspannung von 5 bis 12 V, entsprechend der Treiberspannung eines normalen logischen Elements, um eine ausreichende Elektrolumineszensintensität zu erreichen. Weil, wie vorstehend beschrieben, mit der bevorzugten Aus führungsform des lichtemittierenden Elements eine ausrei chende Elektrolumineszensintensität mit der gleichen Span nung erreicht werden kann, wie die normale Treiberspannung integrierter Schaltungen, ist dieses lichtemittierende Ele ment als Lichtquelle für die Optokommunikation, für selbst leuchtende Sichtanzeigen und für optointegrierte Schaltungen geeignet.

Wie vorstehend beschrieben, wird die zweite bevorzugte Ausführungsform des lichtemittierenden Elements so angeord net, daß die Schicht aus porösem Silizium zwischen Schichten des p-Halbleiters und des n-Halbleiters angeordnet wird, de ren Bandabstände mehr als 2,2 eV betragen. Weil die Elektro nen und die Löcher bei niedrigeren Vorspannungen als die ei nes herkömmlichen lichtemittierenden Elements in die licht emittierende Schicht eindringen, kann die zweite Ausführungsform des lichtemittierenden Elements daher Licht bei einer Treiberspannung emittieren, die niedriger ist, als diejenige eines herkömmlichen lichtemittierenden Elements. Darüber hinaus kann ein lichtemittierendes Element mit einer verbesserten Elektrolumineszensintensität hergestellt wer den.

Die zweite bevorzugte Ausführungsform des lichtemittie renden Elements kann durch ein Niedrigtemperaturverfahren unter 300°C hergestellt werden. Wenn nach der Herstellung von Logikschaltungen, Kalkulationsschaltungen, Treiberschal tungen und lichtempfangenden Elementen diese Elementbereiche mit Wachs oder ähnlichem beschichtet werden und nachdem das lichtemittierende Element hergestellt wurde, kann das lich temittierende Element in monolithischer Form mit den Logik schaltungen, Treiberschaltungen und lichtempfangenden Ele menten zusammengesetzt werden, ohne diese Logikschaltungen, Kalkulationsschaltungen, Treiberschaltungen und lichtempfan genden Elemente elektrisch zu zerstören. Daher ist dieses lichtemittierende Element insbesondere für Lichtquellen der Optokommunikation, für selbstleuchtende Sichtanzeigen und für optointegrierte Schaltungen geeignet.

Nachstehend wird eine dritte bevorzugte Ausführungsform eines lichtemittierenden Elements beschrieben.

Die dritte bevorzugte Ausführungsform eines lichtemit tierenden Elements besteht aus C-Si des p- oder des n-Typs mit einem spezifischen Widerstand von 0,001 bis 40 Ωcm; ei ner Epitaxialschicht mit dem gleichen Leitungstyp wie die des C-Si, wobei das C-Si, das einen höheren spezifischen Wi derstand aufweist als das zuerst erwähnte C-Si, durch Epi taxie auf dem zuerst erwähnten C-Si gebildet wird; einer Schicht aus porösem Silizium an der Epitaxialschicht; und einer µC-SiC-Schicht mit einem Leitungstyp, der demjenigen des auf der Schicht aus porösem Silizium ausgebildeten C-Si entgegengesetzt ist.

Je stärker die Photolumineszens der Schicht aus porösem Silizium ist, desto höher wird der spezifische Widerstand des Substrats. Weil, wenn ein Substrat mit einem hohen spe zifischen Widerstand bei einem herkömmlichen lichtemittie renden Element verwendet wird, die an einen Übergang ange legte Spannung auf grund des hohen spezifischen Widerstands dieses Substrats verringert wird, kann ein Ladungsträger vom Substrat in die Schicht des porösen Siliziums nur schwer in jiziert werden. Daher wird die Intensität der injizierten Elektrolumineszens nicht erhöht, obwohl die Photolumineszens durch die Schicht aus porösem Silizium verbessert wird.

Im Gegensatz dazu wird gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform des lichtemittierenden Elements die Schicht aus porösem Silizium auf der Epitaxialschicht hergestellt, in der das C-Si mit dem höheren spezifischen Widerstand als derjenige des als Substrat verwendeten C-Si durch Epitaxie gebildet wurde, während der spezifische Widerstand des als Substrat verwendeten C-Si einen unteren Wert beibehält, so daß eine Verringerung der an den Übergang angelegten Span nung möglichst gut unterdrückt wird. Daher können die La dungsträger leicht in die Schicht aus porösem Silizium ein dringen. Weil die Schicht aus porösem Silizium aus dem C-Si mit dem höheren spezifischen Widerstand hergestellt werden kann, wird darüber hinaus die durch die Schicht aus porösem Silizium erhaltene Photolumineszens stark.

Im Prinzip kann, auch wenn anstelle einer µC-SiC- Schicht a-SiC verwendet wird, ein lichtemittierendes Element hergestellt werden. Weil der spezifische Widerstand von a- SiC höher ist als derjenige des µC-SiC, kann jedoch die Lu mineszensintensität verringert werden.

Unter Bezug auf die Abbildungen wird nachstehend die dritte bevorzugte Ausführungsform des lichtemittierenden Elements beschrieben.

Fig. 14 zeigt schematisch eine Struktur einer dritten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen lichtemit tierenden Elements unter Verwendung eines C-Si-Substrats des p-Typs. In Fig. 14 weist ein lichtemittierendes Element 401 ein C-Si-Substrat 411 des p-Typs; eine Epitaxialschicht 412, die durch Epitaxie von C-Si auf dem C-Si-Substrat 411 gebil det wird, eine auf der Epitaxialschicht 412 ausgebildete Schicht 412a aus porösem Silizium; eine auf der Schicht 412a aus porösem Silizium ausgebildete µC-SiC-Schicht 413 des n- Typs; auf der µC-SiC-Schicht 413 ausgebildetes Indium-Zinn oxid (ITO) 414, das einer lichtdurchlässigen Elektrode ent spricht; und eine auf der Unterseite des C-Si-Substrats 411 ausgebildete Elektrode 415 aus Au (Gold) oder Al (Aluminium) auf.

Nachstehend wird ein Herstellungsverfahren des in Fig. 14 dargestellten lichtemittierenden Elements 401 beschrie ben. Es wird ein Wafer verwendet, der die Epitaxialschicht 412 aufweist, in der C-Si des p-Typs mit einem spezifischen Widerstand von 10 bis 100 Ωcm durch Epitaxie auf dem C-Si 411 des p-Typs mit einem spezifischen Widerstand von 0,05 Ωcm ausgebildet wurde. Die Epitaxialschicht ist 5 bis 10 µm dick. Zunächst wird, wie in Fig. 15a dargestellt, durch An lagerung entweder der Au-Elektrode oder der Al-Elektrode 415 an die Seite des C-Si 411 eine leitende Verbindung des Wa fers mit dem spezifischen Widerstand 0,05 Ωcm hergestellt. Anschließend wird, wie in Fig. 15B dargestellt, das C-Si- Substrat 411 des p-Typs, das außer in dem Bereich, der porös werden soll, durch ein Anti-Fluorwasserstoff-Wachs 425 be schichtet wurde, wie vorstehend unter Bezug auf Fig. 2A be schrieben, durch eine elektrochemische Anodisierung verar beitet, bis die gesamte Epitaxialschicht 412 vollständig zur Schicht aus porösem Silizium wird.

Daraufhin wird die Konstantstromquelle 117 abgetrennt, wie in Fig. 2C dargestellt. Während die Pt-Elektrode und das C-Si-Substrat 411 in die Lösung eingetaucht werden, wird die Verbindung zwischen der Pt-Elektrode und dem C-Si-Substrat 411, das mit Licht bestrahlt wird, kurzgeschlossen, wobei anschließend die Oberfläche der Schicht 412a aus porösem Si lizium schwach weggeätzt wird. Dieses Ätzverfahren kann durch ein Verfahren ersetzt werden, bei dem die Probe für eine Zeitdauer von mehreren Sekunden bis mehreren Minuten in eine Lösung von H₂O:KOH = 100:1 bis 3 eingetaucht wird. An schließend wird das Wachs vom C-Si-Substrat des p-Typs ent fernt, das anschließend durch Wasser gereinigt und dann ge trocknet wird.

Ferner wird µC-SiC 413 des n-Typs durch das ECR-CVD- Verfahren angelagert. Die Anlagerungsbedingungen sind in diesem Fall folgende: Die Mikrowellenleistung beträgt 200 W bis 300 W; die Substrattemperatur beträgt 150 bis 300°C; der Druck beträgt 2,5 bis 8 mTorr; wobei das Gasverhältnis von Si:CH₄:PH₃:H₂ = 1:1 bis 3:0,005 bis 0,03:100 bis 200. Die Schichtdicke beträgt 10 bis 30 nm. Schließlich wird ITO 414 mit einer Dicke von 40 bis 70 nm durch Verwendung einer Elektronenstrahl-Aufdampfungsvorrichtung auf der µC-SiC- Schicht 413 des n-Typs angelagert, um eine obere Elektrode zu bilden, so daß das in Fig. 14 dargestellte lichtemittie rende Element 401 erhalten werden kann.

Nachstehend wird ein weiteres lichtemittierendes Ele ment gemäß der dritten Ausführungsform unter Verwendung ei nes C-Si-Substrats des n-Typs beschrieben.

Fig. 16 zeigt schematisch eine Struktur einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen lichtemittierenden Elements unter Verwendung eines C-Si-Substrats des n-Typs. In Fig. 16 weist ein lichtemittierendes Element 402 ein C- Si-Substrat 416 des n-Typs; eine Epitaxialschicht 417, die durch Epitaxie von C-Si auf dem C-Si-Substrat 416 gebildet wird; eine auf der Epitaxialschicht 417 ausgebildete Schicht 417a aus porösem Silizium; eine auf der Schicht 417a aus po rösem Silizium ausgebildete µC-SiC-Schicht 418 des p-Typs; auf der µC-SiC-Schicht 418 ausgebildetes Indium-Zinnoxid (ITO) 414 entsprechend einer lichtdurchlässigen Elektrode; und eine auf der Unterseite des C-Si-Substrats 416 ausgebil dete Elektrode 415 aus Au (Gold) oder AL (Aluminium) auf.

Nachstehend wird ein Herstellungsverfahren des in Fig. 16 dargestellten lichtemittierenden Elements 402 beschrie ben. Weil das Herstellungsverfahren des lichtemittierenden Elements 402 im wesentlichen demjenigen des lichtemittieren den Elements 401 gleich ist, werden die Abbildungen der Fig. 15A und 15B verwendet, um das Herstellungsverfahren des lichtemittierenden Elements 402 zu beschreiben, wobei Bauab schnitte, die von denen des lichtemittierenden Elements 401 verschieden sind durch die Bezugszeichen in Klammern ge kennzeichnet werden. Es wird ein Wafer verwendet, der die Epitaxialschicht 417 aufweist, in der C-Si 416 des n-Typs mit einem spezifischen Widerstand von 10 bis 100 Ωcm durch Epitaxie auf dem C-Si 416 des n-Typs mit einem spezifischen Widerstand von 0,05 Ωcm ausgebildet wurde. Die Epitaxial schicht ist 5 bis 10 µm dick. Zunächst wird, wie in Fig. 15A dargestellt, durch Anlagerung entweder der Au-Elektrode oder der Al-Elektrode 415 an die Seite des C-Si 416 eine leitende Verbindung des Wafers mit dem spezifischen Widerstand 0,05 Ωcm hergestellt. Anschließend wird, wie in Fig. 15B darge stellt, das C-Si-Substrat 416 des n-Typs, das außer in dem Bereich, der porös werden soll, durch ein Anti-Fluorwasser stoff-Wachs 425 beschichtet wurde, wie vorstehend unter Be zug auf Fig. 2A beschrieben, durch eine elektrochemische Anodisierung verarbeitet, bis die gesamte Epitaxialschicht 417 vollständig zur Schicht aus porösem Silizium wird.

Dann wird ähnlich wie beim lichtemittierenden Element 401 die Oberfläche der Schicht aus porösem Silizium schwach weggeätzt. Anschließend wird das Wachs vom C-Si-Substrat des n-Typs entfernt, das daraufhin gewaschen und dann getrocknet wird.

Darüber hinaus wird die µC-SiC-Schicht 418 des p-Typs durch das ECR-PCVD-Verfahren in einer Dicke von 10 bis 30 nm angelagert. Die Anlagerungsbedingungen sind hierbei den vor stehenden Anlagerungsbedingungen gleich, außer daß statt PH₃B₂H₆ als Beimengungsgas verwendet wird. Schließlich wird ITO 414 mit einer Dicke von 40 bis 70 nm auf der µC-SiC-Schicht 418 des p-Typs angelagert, um eine obere Elektrode zu bil den, so daß das in Fig. 16 dargestellte lichtemittierende Element 402 erhalten wird.

Gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform ist, weil das Einkristall-Siliziumsubstrat mit dem spezifischen Wider stand von 0,05 Ωcm verwendet wird, die Verringerung der am Übergang angelegten Spannung aufgrund des spezifischen Wi derstands des Substrats sehr klein. Weil an den Übergang zwischen dem C-Si-Substrat und der Schicht aus porösem Sili zium eine Spannung ohne einen Verlust angelegt wird, können viele Ladungsträger wirksam in die Schicht aus porösem Sili zium injiziert werden. Weil der spezifische Widerstand der Epitaxialschicht hoch ist, z. B. 10 bis 100 Ωcm, wird außer dem der spezifische Widerstand der Schicht aus porösem Sili zium der zweiten bevorzugten Ausführungsform verglichen mit einer herkömmlichen Schicht aus porösem Silizium hoch, wobei die Photolumineszens durch diese Schicht aus porösem Sili zium erhöht wird. Daher wird die Elektrolumineszensintensi tät der dritten bevorzugten Ausführungsform des lichtemit tierenden Elements hoch, wobei außerdem die Schwellenspan nung für die Lichtemission herabgesetzt wird. Daher kann eine ausreichende Elektrolumineszensintensität durch die gleiche Treiberspannung erreicht werden, die in normalen in tegrierten Schaltungen verwendet wird.

Wie vorstehend beschrieben, ist die dritte bevorzugte Ausführungsform des lichtemittierenden Elements aufgebaut aus Einkristall-Silizium des p- oder n-Typs, dessen spezifi scher Widerstand 0,001 bis 40 Ωcm beträgt; einer Epitaxial schicht mit der gleichen Leitfähigkeit wie die des C-Si, bei dem das C-Si mit einem größeren spezifischen Widerstand als derjenige des zuerst erwähnten C-Si durch Epitaxie auf dem zuerst erwähnten C-Si ausgebildet ist; einer auf der Epita xialschicht ausgebildeten Schicht aus porösem Silizium; und einer µC-SiC-Schicht mit einem Leitungstyp, der demjenigen des auf der Schicht aus porösem Silizium ausgebildeten C-Si entgegengesetzt ist. Damit kann ein lichtemittierendes Ele ment hergestellt werden, das Licht bei einer Vorspannung ausstrahlen kann, die niedriger ist als die Vorspannung ei nes herkömmlichen lichtemittierenden Elements, und das außerdem die Elektrolumineszensintensität verbessern kann.

Anstelle des in den jeweiligen bevorzugten Ausführungs formen beschriebenen µC-SiC können, selbst wenn alternativ Vielkristalldiamant angelagert wird, die lichtemittierenden Elemente hergestellt werden. Vielkristalldiamant kann durch ein ECR-PCVD-, ein Plasma-CVD-(PCVD), ein thermisches CVD- oder ein thermisches Glühfaden-CVD-Verfahren hergestellt werden. Das einfachste unter diesen Herstellungsverfahren ist das thermische Glühfaden-CVD-Verfahren. Das Herstel lungsverfahren des Vielkristalldiamants, mit dem das lichte mittierende Element in Kombination mit dem porösen Silizium hergestellt werden kann, ist ein Verfahren zum Zersetzen ei nes Gasgemischs aus CH₄+H₂+B₂H₆ durch einen Heizfaden. Zur Herstellung der lichtemittierenden Dioden mit porösem Sili zium ist eine Leitfähigkeit des Vielkristalldiamants von mindestens 10^-5 S/cm notwendig. Weil Vielkristalldiamant normalerweise bei Temperaturen über 700°C gebildet wird, muß das poröse Silizium für mehr als 1 Minute in einem Oxidati onsofen bei Temperaturen über 900°C geglüht werden, bevor der Vielkristalldiamant angelagert wird.

Andererseits kann, selbst wenn anstelle des µC-SiC Vielkristall-Silizium-Carbid (SiC) angelagert wird, das lichtemittierende Element hergestellt werden. Das Vielkri stall-SiC kann durch ein thermisches CVD-Verfahren herge stellt werden. Das Herstellungsverfahren des Vielkristall- SiC, mit dem das lichtemittierende Element mit dem porösen Silizium hergestellt werden kann, ist ein Verfahren zum Zer setzen eines Gasgemischs aus C₂H₂ (Acetylen)+SH₄+TMA (Tetramethyl-Aluminium) oder Propan (C₃H₈)+SiH₄+TMA, oder ein Gasgemisch aus C₂H₂+SiH₄+N₂ oder Propan +SiH₄+N₂, durch das thermische CVD-Verfahren. Anstelle von N₂ kann NH₃ ver wendet werden. Zur Herstellung des lichtemittierenden Ele ments mit porösem Silizium ist eine Leitfähigkeit des Viel kristall-SiC von mindestens 10^-5 S/cm notwendig. Weil das Vielkristall-SiC normalerweise bei Temperaturen über 700°C gebildet wird, muß das poröse Silizium für mehr als 1 Minute in einem Oxidationsofen bei Temperaturen über 900°C geglüht werden.

Ferner kann, selbst wenn gemäß einem organischen Halb leiter Triphenylaminderivate oder Perylenderivate aufge dampft werden, ein lichtemittierendes Element hergestellt werden. Dieses Aufdampfen kann bei Raumtemperatur durchge führt werden.

Es wurden verschiedenartige Ausführungsformen erfin dungsgemäßer lichtemittierender Elemente unter Verwendung von porösem Silizium beschrieben.

Die meisten herkömmlichen lichtemittierenden Elemente unter Verwendung von porösem Silizium emittieren Licht in roter Farbe. Selbst für die kleinen Wellenlängen sind die Emissionsfarben Orange/Rot. Wie vorstehend beschrieben, ist die Anwendung dieser lichtemittierenden Elemente begrenzt, wenn die Emissionsfarben nur Rot sind. Daher besteht ein Be darf an der Entwicklung eines lichtemittierenden Elements unter Verwendung von Silizium, das kurzwelliges Licht emit tiert.

Bei einer vierten bevorzugten Ausführungsform eines er findungsgemäßen lichtemittierenden Elements kann kurzwelli ges Licht emittiert werden, indem entweder ein Teil oder der gesamte Anteil des auf den Oberflächen der großen Menge von Löchern anhaftenden Wasserstoffs durch schweren Wasserstoff ersetzt wird.

Durch lichtanregendes poröses Silizium erzeugte α-Band- Exzitonen im Si-Si-Band können sich innerhalb des in Fig. 7 dargestellten Si-Si-Bands frei bewegen. Zu diesem Zeitpunkt wird die kinetische Energie der α-Band-Exzitonen auf einen Vibrationszustand von Si-H übertragen, während die Energie durch diese Bewegung allmählich auf die Vibration von Si-H übertragen wird (d. h. die Vibrationsenergie von Si-H wird erhöht).

Wenn die in den Bändern zwischen Si (Silizium) gebilde ten α-Band-Exzitonen ihre Energie nicht auf den Vibrationszustand von Si-H übertragen, werden Einschlußwir kungen groß, wobei die Bindungsenergie der Exzitonen erhöht wird, und wobei die Lichtemission anschließend zur Seite hö herer Energie verschoben wird. Es gibt verschiedene Verfah ren zum Einfrieren der Si-H-Vibrationen. (1) Die Temperatur wird erniedrigt, (2) H wird durch ein schweres Atom ersetzt usw. Hinsichtlich der Lichtemission bei Raumtemperatur ist das Verfahren (2) praktisch zum Einfrieren der Vibrationen wirksam. Erfindungsgemäß wird der auf den Oberflächen einer Vielzahl von Löchern anhaftende Wasserstoff durch schweren Wasserstoff ersetzt. Dadurch ist grünes oder blaues Licht verfügbar, das sich von der Emission von rotem Licht bei herkömmlichen lichtemittierenden Elementen unterscheidet. Daher kann das lichtemittierende Element mit dem pn-Übergang unter Verwendung dieses porösen Siliziums verglichen mit herkömmlichen lichtemittierenden Elementen kurzwelligeres Licht emittieren.

Der Grund, warum ein schweres Molekulargewicht Vorteile hat sind folgende:
Im allgemeinen wi 72811 00070 552 001000280000000200012000285917270000040 0002004301940 00004 72692rd eine kinetische Formel ausgedrückt durch:
m·dx/dt=-kx.

Daher beträgt die Kreisfrequenz "ω" der Vibration ω = (k/m)½. Diese Kreisfrequenz nimmt proportional zu m∎ zu. Wenn sich daher die Masse verdoppelt, nimmt die Energie der Kreisfrequenz "ω" den Wert 1/√ an.

Nachstehend wird die vierte bevorzugte Ausführungsform des porösen Siliziums unter Bezug auf die Abbildungen be schrieben. Fig. 17 zeigt schematisch eine vergrößerte Quer schnittansicht eines Abschnitts der vierten bevorzugten Aus führungsform des porösen Siliziums. Fig. 18 zeigt schema tisch eine Bindungsbedingung zwischen schwerem Wasserstoff und Silizium mit den Löchern des porösen Siliziums dieser bevorzugten Ausführungsform. Gemäß Fig. 18 wird bei dieser vierten bevorzugten Ausführungsform des porösen Siliziums ein Teil oder der gesamte Anteil des auf den Oberflächen in nerhalb einer großen Zahl von Löchern 120 von porösem Sili zium anhaftenden Wasserstoffs durch schweren Wasserstoff er setzt.

Weil die Struktur eines lichtemittierenden Elements un ter Verwendung der vierten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen porösen Siliziums derjenigen der ersten bevorzugten Ausführungsform im Prinzip gleich ist, wird an schließend dessen Herstellungsverfahren nachstehend unter Bezug auf Fig. 1A und 1B beschrieben. Bauelemente, die von denjenigen der ersten bevorzugten Ausführungsform ver schieden sind, werden durch Bezugszeichen in Klammern ge kennzeichnet.

Gemäß Fig. 1A wird auf der Rückfläche eines C-Si-Sub strats 11 des p-Typs (Ebenenausrichtung (100) oder (111) und spezifischer Widerstand von 0,1 bis 20 Ωcm) entweder Au (Gold) oder Al (Aluminium) 107 aufgedampft, um eine leitende Verbindung herzustellen. Anschließend wird das erhaltene C- Si des p-Typs, wie in Fig. 2A dargestellt, außer in dem Be reich, der porös hergestellt werden soll, durch Wachs abge deckt, und dann in eine Lösung aus Äthylalkohol, Fluorwasserstoff, Wasser und schwerem Wasserstoff eingetaucht, deren Verhältnis zu 2:1:1:1 ausgewählt wird. Es wird eine Konstantstromquelle 117 verwendet, wobei eine Pt- Elektroden an dessen Kathode und eine Elektrode eines C-Si- Substrats 11 an dessen Anode angeschlossen wird. Bei diesen Verhältnissen wird ein Strom mit einer Dichte von 10-50 mA/cm² eingestellt, wobei eine elektrochemische Anodisierung durchgeführt wird. Die für die Durchführung der elektroche mischen Anodisierung benötigte Zeit hängt von der Dicke des C-Si-Substrats 11 des p-Typs ab. Wenn die normale Dicke von 5 µm des Substrats verwendet wird, beträgt diese Zeit für die elektrochemische Anodisierung ca. 5 Minuten. Wenn ein C- Si-Substrat des p-Typs verwendet wird, kann die elektroche mische Anodisierung bei Dunkelheit oder bei Licht durchge führt werden. Anschließend wird das C-Si des p-Typs für meh rere Sekunden in eine KOH-Lösung eingetaucht oder einem pho tochemischen Ätzvorgang unterzogen, um eine Verunreini gungsschicht auf der Oberfläche des porösen Siliziums zu entfernen. Danach wird das auf der Oberfläche aufgebrachte Wachs unter Verwendung eines organischen Lösungsmittels ent fernt und die Oberfläche mit Reinwasser gereinigt. Anschlie ßend wird das erhaltene C-Si des p-Typs in eine ECR-PCVD- Vorrichtung gebracht, wobei µC-SiC 13 des n-Typs mit einer Dicke von 15 nm angelagert wird. Die Anlagerungsbedingungen sind folgende: Der Gasdruck beträgt 0,001 bis 0,008 Torr; die zugeführte Leistung beträgt 200 W bis 300 W; SiH₄:CH₄:PH₃:H₂ = 1:1 bis 3:0,005 bis 0,03:100 bis 200; und die Substrattemperatur beträgt 150°C bis 300°C. Anschließend wird unter Verwendung einer Elektronenstrahl-Aufdampfvor richtung Indium-Zinnoxid (ITO) 109, das einer lichtdurchläs sigen Elektrode entspricht, mit einer Dicke von 400-700 Å angelagert.

Wenn das poröse Silizium 12a durch die elektrochemische Anodisierung hergestellt wird, wobei zur Durchführung der elektrochemischen Anodisierung eine Wasserlösung von Fluor wasserstoff, Äthanol und Wasser = 1:2:1 verwendet wird, wer den Si-Schlenkerbindungen der Wandflächen innerhalb der Lö cher 120, wie in Fig. 7 dargestellt, sofort durch Wasser stoff abgeschlossen. Wenn im Gegensatz dazu die elektroche mische Anodisierung in ähnlicher Weise wie bei der vierten bevorzugten Ausführungsform in einer Wasserlösung von Fluor wasserstoff, Äthanol, Wasser und schwerem Wasser = 1:2:1:1 durchgeführt wird, wird ein Teil oder der gesamte Anteil der Si-Schlenkerbindungen, wie in Fig. 18 dargestellt, durch schweren Wasserstoff abgeschlossen. Daher wird die Vibration durch Ersetzen des Wasserstoffs durch schweren Wasserstoff eingefroren, wobei der feste Einschluß der α-Band-Exzitonen ohne Verlust herbeigeführt werden kann, so daß kurzwelliges Licht emittiert werden kann. Fig. 19 zeigt ein Spektrum der Photolumineszens als Meßergebnis. Gemäß Fig. 19 wird durch diese bevorzugte Ausführungsform des porösen Siliziums Licht mit einer, verglichen mit der Wellenlänge von durch herkömm liche lichtemittierende Elemente emittiertem Licht, kurzen Wellenlänge emittiert. Daher kann das lichtemittierende Ele ment unter Verwendung der vierten bevorzugten Ausführungs form des porösen Siliziums Licht mit einer Wellenlänge emit tieren, die kürzer ist als diejenige eines herkömmlichen lichtemittierenden Elements. Das Verhältnis von schwerem Wasser zu Wasser kann während der vorstehend beschriebenen elektrochemischen Anodisierung größer oder gleich 1 sein. Weil DF nicht im Handel erhältlich ist, wurde bei der vor stehenden elektrochemischen Anodisierung schweres Wasser verwendet. Wenn im Gegensatz dazu DF oder TF erhältlich ist, kann anstelle von HF bei der elektrochemischen Anodisierung DF oder TF verwendet werden. Nachstehend wird die vierte Ausführungsform von porösem Silizium unter Verwendung eines C-Si-Substrats des n-Typs beschrieben.

Gemäß Fig. 18 wird die bevorzugte Ausführungsform des porösen Siliziums hergestellt, indem ein Teil oder der ge samte Anteil des auf den Oberflächen mit einer Vielzahl von Löchern des porösen Siliziums 204 anhaftenden Wasserstoffs durch schweren Wasserstoff ersetzt wird.

Wie in Fig. 1B dargestellt, wird auf der Rückfläche ei nes C-Si-Substrats 15 des n-Typs (Ebenenausrichtung (100) oder (111) und spezifischer Widerstand von 0,1 bis 20 Ωcm) entweder Au (Gold) oder Al (Aluminium) 107′ aufgedampft, um eine leitende Verbindung herzustellen. Anschließend wird das erhaltene C-Si des n-Typs, wie in Fig. 2A dargestellt, außer in dem Bereich, der porös hergestellt werden soll, durch Wachs abgedeckt, und dann in eine Lösung aus Äthylalkohol- Fluorwasserstoff, Wasser und schwerem Wasserstoff einge taucht, deren Verhältnis zu 2:1:1:1 ausgewählt wird. Es wird eine Konstantstromquelle 117 verwendet, wobei eine Pt-Elek trode an dessen Kathode und eine Elektrode aus C-Si 15 an dessen Anode angeschlossen wird. Bei diesen Verhältnissen wird ein Strom mit einer Dichte von 10-50 mA/cm² einge stellt, wobei eine elektrochemische Anodisierung durchge führt wird. Die für die Durchführung der elektrochemischen Anodisierung benötigte Zeit hängt von der Dicke des C-Si- Substrats 15 des n-Typs ab. Wenn die normale Dicke von 5 µm des Substrats verwendet wird, beträgt diese Zeit für die elektrochemische Anodisierung ca. 5 Minuten. Wenn ein C-Si- Substrat des n-Typs verwendet wird, muß dieses C-Si-Substrat des n-Typs mit Licht, wie beispielsweise Licht einer Wolf ramlampe bestrahlt werden, um die elektrochemische Anodisie rung durchzuführen. Anschließend wird das C-Si-Substrat des n-Typs für mehrere Sekunden in eine KOH-Lösung eingetaucht oder einem photochemischen Ätzvorgang unterzogen, um eine Verunreinigungsschicht auf der Oberfläche des porösen Sili ziums zu entfernen. Danach wird das auf der Oberfläche auf gebrachte Wachs unter Verwendung eines organischen Lösungs mittels entfernt und die Oberfläche mit Reinwasser gerei nigt. Anschließend wird das erhaltene C-Si des n-Typs in eine ECR-PCVD-Vorrichtung gebracht, wobei eine µC-SiC- Schicht 17 des p-Typs mit einer Dicke von 15 nm angelagert wird. Die Anlagerungsbedingungen sind folgende: Der Gasdruck beträgt 0,001 bis 0,008 Torr; die zugeführte Leistung be trägt 200 W bis 300 W; SiH₄:CH₄:B₂H₆:H₂ = 1:1 bis 3:0,005 bis 0,03:100 bis 200; und die Substrattemperatur beträgt 150°C bis 300°C. Anschließend wird unter Verwendung einer Elektronenstrahl-Aufdampfvorrichtung Indium-Zinnoxid (ITO) 109′, das einer lichtdurchlässigen Elektrode entspricht, mit einer Dicke von 40-70 nm angelagert.

Die vierte bevorzugte Ausführungsform des porösen Sili ziums unter Verwendung eines C-Si-Substrats 15 des n-Typs kann Licht mit einer Wellenlänge emittieren, die noch kürzer ist, als diejenige bei Verwendung des C-Si-Substrats 11 des p-Typs.

Gemäß der vierten bevorzugten Ausführungsform kann, weil ein Teil oder der gesamte Anteil des auf den Oberflä chen der Vielzahl von Löchern anhaftenden Wasserstoffs durch schweren Wasserstoff ersetzt wird, sowohl poröses Silizium, als auch ein lichtemittierendes Element unter Verwendung des porösen Siliziums hergestellt werden, das Licht mit einer Wellenlänge emittieren kann, die kürzer ist als diejenige herkömmlicher lichtemittierender Elemente.

Nachstehend wird ein optooptisches Wandlerelement als eine Ausführungsform einer optischen Vorrichtung unter Ver wendung des erfindungsgemäßen lichtemittierenden Elements beschrieben. Diese Ausführungsform eines optooptischen Wand lerelements wird hergestellt, indem ein durch Anordnen von porösem Silizium zwischen einen p-Halbleiter und einen p- Halbleiter hergestelltes lichtemittierendes Element und ein lichtempfangendes Element auf einem C-Si-Substrat vertikal übereinander angeordnet werden.

Bei der Herstellung eines lichtemittierenden Elements mit Ladungsträgerinjektion unter Verwendung eines pn-Über gangs, kann ein pn-Übergang mit besserer Charakteristik durch das folgende Verfahren hergestellt werden. Das einer lichtemittierenden Schicht entsprechende poröse Silizium wird durch ein elektrochemisches Anodisierungsverfahren auf einem C-Si-Substrat des p- oder des n-Typs gebildet. An schließend wird µC-SiC mit einem breiten Bandabstand (2,0 bis 2,4 eV) und einer hohen Leitfähigkeit (10^-2 bis 10° S/cm) als n-Halbleiter oder als p-Halbleiter auf dem porösen Silizium angelagert. Weil sowohl das lichtemittierende Ele ment als auch das lichtempfangende Element bei der Herstel lung des optooptischen Elements aus Silizium hergestellt werden können, indem das lichtemittierende Element und das lichtempfangende Element entlang der Vertikalrichtung übereinander angeordnet werden, können dadurch die Herstel lungskosten des optooptischen Elements verringert werden, wobei verglichen mit einem herkömmlichen optooptischen Ele ment eine hohe Zuverlässigkeit des Elements erreicht werden kann.

Unter Bezug auf die Abbildungen werden nachstehend be vorzugte Ausführungsformen optooptischer Wandlerelemente be schrieben. Fig. 20 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausfüh rungsform eines erfindungsgemäßen optooptischen Wandlerele ments. Fig. 21 zeigt ein Banddiagramm, wenn keine Vorspan nung an dieses optooptische Wandlerelement angelegt wird. Fig. 22 zeigt ein Banddiagramm, wenn eine Vorspannung an dieses optooptische Wandlerelement angelegt wird.

Bei dem in Fig. 20 dargestellten optooptischen Wandler element sind eine Photodiode 602 und ein lichtemittierendes Element 604 entlang der Vertikalrichtung integriert. Die Photodiode 602 wird durch einen pn-Übergang hergestellt, in dem eine C-Si-Schicht 614 des n⁺-Typs auf der Rückfläche ei nes C-Si-Substrats 612 des p-Typs ausgebildet wird. Auf der C-Si-Schicht 614 des n⁺-Typs wird durch eine Al- (Aluminium) Schicht eine Elektrode 606a gebildet. Außerdem wird das lichtemittierende Element 604 hergestellt, indem auf der oberen Fläche des C-Si-Substrats 612 des p-Typs eine Schicht 616 aus porösem Silizium und darüber hinaus eine µC-SiC- Schicht 618 des n-Typs gebildet wird. Auf der µC-SiC-Schicht 618 des n-Typs wird durch ITO (Indium-Zinnoxid) eine lichtdurchlässige Elektrode 606b gebildet. Fig. 21 zeigt ein Banddiagramm, wenn keine Vorspannung an dieses optooptische Wandlerelement angelegt wird.

Nachstehend wird ein Herstellungsverfahren des in Fig. 20 dargestellten optooptischen Elements beschrieben.

Zunächst wird auf der Rückfläche des C-Si-Substrats 612 des p-Typs (Kristallebene = (100) und spezifischer Wider stand von 0,1 bis 40 Ωcm) die C-Si-Schicht 614 des n⁺-Typs ausgebildet. Diese C-Si-Schicht 614 des n⁺-Typs wird durch ein Ionenimplantationsverfahren oder ein Diffusionsverfahren hergestellt. Dann wird durch Aufdampfen von Aluminium (Al) auf die C-Si-Schicht 614 des n⁺-Typs eine leitende Verbin dung hergestellt, um eine Elektrode 606a zu bilden.

Anschließend wird durch ein elektrochemisches Anodisie rungsverfahren durch die in Fig. 2A dargestellte Vorrichtung die Schicht 616 aus porösem Silizium auf einer Oberfläche des C-Si-Substrats 612 des p-Typs ausgebildet. Zunächst wird das erhaltene C-Si-Substrat 612 des p-Typs außer in dem Be reich, der porös hergestellt werden soll, durch Wachs 113 abgedeckt. Es wird eine Konstantstromquelle 117 verwendet, wobei eine Platinelektrode an deren Kathodenseite und eine Elektrode 606a des C-Si-Substrats 614 des n⁺-Typs an deren Anodenseite angeschlossen wird. Anschließend wird das C-Si- Substrat 612 des p-Typs in eine Lösung aus Äthylalkohol und Fluorwasserstoff (Wasserlösung von 48%) eingetaucht, deren Verhältnis zu 0,1 bis 5:1 ausgewählt wird. Es wird ein Ver hältnis von Äthylalkohol zu Fluorwasserstoff von 0,1 bis 5:1 eingestellt, weil, wenn das Verhältnis von Äthylalkohol zu Fluorwasserstoff kleiner als 0,1 ist, die Schicht 616 aus porösem Silizium aufgrund von während der elektrochemischen Anodisierung hergestellten Blasen nicht gleichmäßig herge stellt werden kann. Anschließend wird, während die Dichte des Stroms der Konstantstromquelle 117 auf 5 bis 50 mA/cm² fest eingestellt wird, für 1 bis 5 Minuten die elektrochemi sche Anodisierung durchgeführt. Wenn die Stromdichte 50 mA/cm² überschreitet, tritt allmählich die Polierwirkung des Siliziums durch das elektrische Feld ein. Danach wird das C- Si-Substrat 612 des p-Typs durch das photochemische Ätzver fahren verarbeitet oder für mehrere Sekunden bis mehrere Mi nuten in eine KOH-Lösung eingetaucht, um eine auf den Ober flächen der Schicht 616 aus porösem Silizium ausgebildete Verunreinigungsschicht zu entfernen. Das auf dem C-Si-Sub strat 612 des p-Typs aufgebrachte Wachs 113 wird durch ein organisches Lösungsmittels entfernt und das Substrat an schließend mit Reinwasser gereinigt.

Anschließend wird die µC-SiC-Schicht 618 des n-Typs durch das ECR-PCVD-Verfahren angelagert. Um einen derartigen pn-Übergang mit besseren Eigenschaften bei der Lichtemission herzustellen, muß nicht nur das Herstellungsverfahren der Schicht 616 aus porösem Silizium, sondern müssen darüber hinaus auch die Anlagerungsbedingungen der µC-SiC-Schicht 618 des n-Typs optimiert werden, ohne insbesondere die Grenzflächencharakteristik zwischen der Schicht 616 aus po rösem Silizium und der µC-SiC-Schicht 618 des n-Typs nicht zu zerstören.

Es wurden Anlagerungsbedingungen für die µC-SiC-Schicht des n-Typs gefunden, bei denen Elektronen wirksam von der µC-SiC-Schicht des n-Typs in die Schicht aus porösem Sili zium injiziert werden können. Die Anlagerungsbedingungen für das Anlagern der µC-SiC-Schicht 618 des n-Typs durch eine ECR-PCVD-Vorrichtung sind folgende: Der Gasdruck beträgt zwischen 0,001 und 0,008 Torr; die Substrattemperatur be trägt zwischen 150 und 350°C; die zugeführte Leistung be trägt 200 bis 350 W und die Verhältnisse SiH₄:CH₄:PH₃:H₂ = 1:1-3:0,005-0,03:100-200. Untersuchungsergebnisse ha ben gezeigt, daß aufgrund der Ätzwirkung bei Gasdrücken un ter 0,001 Torr durch das ECR-PCVD-Verfahren die Schicht 616 aus porösem Silizium beschädigt werden kann, wohingegen bei einem Gasdruck, der 0,008 Torr überschreitet, das Plasma in stabil wird, wobei die µC-SiC-Schicht 618 des n-Typs nicht hergestellt werden kann. Außerdem kann die µC-SiC-Schicht 618 des n-Typs bei Substrattemperaturen unter 150°C nicht hergestellt werden, wohingegen bei einer Substrattemperatur über 350°C die Oberflächeneigenschaften des porösen Silizi ums 616 verändert werden, so daß keine Lichtemission er folgt.

Schließlich wird die lichtdurchlässige Elektrode 606b hergestellt, indem unter Verwendung einer Elektronenstrahl- Aufdampfvorrichtung die ITO-Schicht auf die µC-SiC-Schicht 618 des n-Typs angelagert wird, so daß das in Fig. 20 darge stellte optooptische Wandlerelement erhalten wird.

Nachstehend wird die Arbeitsweise dieser Ausführungs form des optooptischen Wandlerelements beschrieben.

Wenn gemäß Fig. 22 eine Spannung an das optooptische Wandlerelement angelegt wird, wird die Photodiode 602 in Sperrichtung vorgespannt, wobei das lichtemittierende Ele ment 604 in Durchlaßrichtung vorgespannt wird. Wenn auf ei ner Seite der Photodiode 602 Licht auftrifft, werden am C- Si-Substrat 612 des p-Typs Elektron/Lochpaare photoerzeugt. Die Elektronen dieser Ladungsträger bewegen sich anschlie ßend zur C-Si-Schicht 614 des n⁺-Typs, wohingegen die Löcher dieser Ladungsträger sich zur Schicht 616 aus porösem Sili zium bewegen. Weil das lichtemittierende Element 604 in Durchlaßrichtung vorgespannt ist, werden die Elektronen von der µC-SiC-Schicht 618 des n-Typs in die Schicht 616 aus po rösem Silizium injiziert, so daß die Elektronen mit den Lö chern an der Schicht 616 aus porösem Silizium rekombinieren, wobei Licht abgestrahlt wird. Weil der Bandabstand des C-Si 1,12 eV beträgt, kann dieses optooptische Wandlerelement Licht mit Wellenlängen bis hinauf zu 1,1 µm, d. h. nahe Infrarotstrahlen wahrnehmen. Weil andererseits das poröse Silizium orange/rotes Licht mit Wellenlängen von 600 bis 800 nm emittiert, trifft auf die bevorzugte Ausführungsform des optooptischen Wandlerelements infrarotes Licht auf, wobei sichtbares Licht emittiert wird. Wenn auf der Seite der Pho todiode 602 kein Licht auftrifft, weil der Übergang zwischen dem C-Si-Substrat des n⁺-Typs und dem C-Si-Substrat 612 des p-Typs in Sperrichtung vorgespannt ist, werden keine Löcher in die Schicht 616 aus porösem Silizium injiziert, so daß kein Licht emittiert wird.

Weil beim lichtemittierenden Element gemäß der vorste hend beschriebenen Ausführungsform die Schicht aus porösem Silizium zwischen der C-Si-Schicht des p-Typs und der µC- SiC-Schicht des n-Typs angeordnet ist, können die Elektronen und die Löcher leicht in die als lichtemittierende Schicht wirkende Schicht aus porösem Silizium eindringen, wodurch ein pn-Übergang mit besserer Charakteristik erhalten werden kann. Daher kann, weil das optooptische Wandlerelement durch Integrieren dieses lichtemittierenden Elements und des lichtempfangenden Elements, die unter Verwendung von Sili zium hergestellt werden, entlang der Vertikalrichtung, voll kommen aus Silizium hergestellt werden kann, die Struktur der bevorzugten Ausführungsform des optooptischen Wandler elements bei geringen Herstellungskosten und hoher Zuverläs sigkeit verglichen mit herkömmlichen optooptischen Wandler elementen unter Verwendung von Verbindungshalbleitern ein fach gestaltet werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß ein derartiges optooptisches Wandlerelement mit einer Breite von größer oder gleich 3 Zoll (7,62 cm) herstellbar ist. Daher kann diese bevorzugte Ausführungsform eines optooptischen Wandlerelements geeignet als Element für einen optischen Computer oder für ein Wellenlängen-Wandlerelement verwendet werden.

Nachstehend wird unter Bezug auf die Abbildungen eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optooptischen Wandlerelements beschrieben. Fig. 23 zeigt schematisch eine Struktur einer zweiten bevorzugten Ausfüh rungsform eines erfindungsgemäßen optooptischen Wandlerele ments. Fig. 24 zeigt ein Banddiagramm, wenn keine Vorspan nung an dieses optooptische Wandlerelement angelegt wird. Fig. 25 zeigt ein Banddiagramm, wenn eine Vorspannung an dieses optooptische Wandlerelement angelegt wird. Fig. 26 zeigt ein Banddiagramm, wenn eine Vorspannung an dieses op tooptische Wandlerelement angelegt wird, wobei das Element mit Licht bestrahlt wird.

Ein Unterscheidungspunkt der zweiten bevorzugten Aus führungsform des optooptischen Wandlerelements ist, daß ein Phototransistor 602a als lichtempfangendes Element verwendet wird. Die pnp-Struktur des Phototransistors 602a ist derart, daß eine C-Si-Schicht 624 und eine C-Si-Schicht 626 des p⁺- Typs auf einem C-Si-Substrat 622 des p-Typs gebildet werden. Die anderen Strukturen dieses optooptischen Wandlerelements sind denen der ersten bevorzugten Ausführungsform ähnlich. Fig. 24 zeigt ein Banddiagramm in einem Fall, wenn keine Vorspannung an das optooptische Wandlerelement angelegt wird.

Wenn die zweite bevorzugte Ausführungsform des optoop tischen Wandlerelements hergestellt wird, wird zunächst auf der Rückfläche des C-Si-Substrats 622 des p-Typs durch Epi taxie eine C-Si-Schicht 624 des n-Typs gebildet. Anschlie ßend wird entweder durch ein Diffusionsverfahren oder ein Ionenimplantationsverfahren auf der C-Si-Schicht 624 des n- Typs eine C-Si-Schicht 626 des p⁺-Typs ausgebildet, so daß ein Phototransistor 602 hergestellt wird. Außerdem wird Alu minium (Al) auf einen Teil der C-Si-Schicht 626 des p⁺-Typs aufgedampft, um eine leitende Verbindung herzustellen, so daß eine Elektrode 606a gebildet wird.

Anschließend wird auf der Oberfläche des C-Si-Substrats 622 des p-Typs ein lichtemittierendes Element 604 gebildet. Dieses ist demjenigen der ersten Ausführungsform ähnlich, d. h., eine Schicht 616 aus porösem Silizium wird durch ein elektrochemisches Anodisierungsverfahren und die µC-SiC- Schicht 618 des n-Typs wird durch das ECR-PCVD-Verfahren hergestellt. Schließlich wird eine lichtdurchlässige Elek trode 606b durch eine ITO-Schicht auf der µC-SiC-Schicht 618 des n-Typs gebildet, so daß das in Fig. 23 dargestellte op tooptische Wandlerelement erhalten wird.

Nachstehend wird die Arbeitsweise der zweiten bevorzug ten Ausführungsform des optooptischen Wandlerelements be schrieben.

Wenn gemäß Fig. 25 eine Spannung an das optooptische Wandlerelement angelegt wird, wird der Übergang zwischen der C-Si-Schicht 626 des p⁺-Typs und der C-Si-Schicht 624 des n- Typs des Phototransistors 602a in Durchlaßrichtung vorge spannt, wohingegen der Übergang zwischen der C-Si-Schicht 624 des n-Typs und dem C-Si-Substrat 622 des p-Typs in Sper richtung vorgespannt wird. Das lichtemittierende Element 604 wird in Duchlaßrichtung vorgespannt. Weil die Spannung im Phototransistor 602a hauptsächlich zwischen der C-Si-Schicht 624 des n-Typs und dem C-Si-Substrat 622 des p-Typs anliegt, werden die Löcher der C-Si-Schicht 626 des p⁺-Typs nicht in das C-Si-Substrat 622 des p-Typs injiziert.

Wenn, wie in Fig. 26 dargestellt, Licht auf eine Seite des Phototransistors 602a auftrifft, wird dieses Licht durch das C-Si-Substrat 622 des p-Typs absorbiert, so daß Elek tron/Lochpaare erzeugt werden. Die Elektronen unter diesen Ladungsträgern bewegen sich zur C-Si-Schicht 624 des n-Typs und bleiben in dieser Schicht. Daher wird der Übergang zwi schen der C-Si-Schicht 626 des p⁺-Typs und der C-Si-Schicht 624 des n-Typs in Durchlaßrichtung vorgespannt, wobei die Schwelle zwischen der C-Si-Schicht 626 des p⁺-Typs und der C-Si-Schicht 624 des n-Typs entsprechend den Löchern niedrig wird. Daher bewegen sich die Löcher der C-Si-Schicht 626 des p⁺-Typs zusammen mit den im C-Si-Substrat 622 des p-Typs er zeugten Löchern zur Schicht 616 aus porösem Silizium. Weil die Elektronen von der µC-SiC-Schicht 618 des n-Typs in die Schicht 616 aus porösem Silizium injiziert werden, rekombi nieren die Elektronen an der Schicht 616 aus porösem Sili zium mit den Löchern, wobei sichtbares Licht emittiert wird.

Mit der zweiten bevorzugten Ausführungsform des op tooptischen Wandlerelements kann, obwohl dessen Ansprechge schwindigkeit geringer ist als die des optooptischen Wand lerelements bei Verwendung der Photodiode, weil der Phototransistor als lichtempfangendes Element verwendet wird, das empfangene Licht verstärkt werden, so daß die Elektrolumineszensintensität erhöht werden kann. Andere Vor teile des zweiten optooptischen Wandlerelements sind denen des ersten optooptischen Wandlerelements ähnlich.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kön nen beispielsweise anstelle der µC-SiC-Schicht des n-Typs und der ITO-Schicht eine Au-Schicht oder eine ITO-Schicht direkt gebildet werden. Fig. 27 zeigt schematisch eine Struktur dieses optooptischen Elements. Fig. 28 zeigt ein Banddiagramm, wenn an dieses optooptische Wandlerelement eine Vorspannung angelegt und das Element mit Licht be strahlt wird. Obwohl die Struktur dieses optooptischen Wand lerelements sehr einfach hergestellt werden kann, besteht ein Nachteil darin, daß die Elektrolumineszensintensität niedrig wird.

Weil beim erfindungsgemäßen optooptischen Wandlerele ment die Schicht aus porösem Silizium zwischen dem p-Halb leiter und dem n-Halbleiter angeordnet ist, können die Elek tronen und die Löcher leicht in die als lichtemittierende Schicht wirkende Schicht aus porösem Silizium eindringen, wodurch ein lichtemittierendes Element mit einem pn-Übergang mit besserer Charakteristik erhalten werden kann. Daher kann, weil das optooptische Wandlerelement durch Integrieren dieses lichtemittierenden Elements und des lichtempfangenden Elements, die unter Verwendung von Silizium hergestellt wer den, entlang der Vertikalrichtung, die Struktur der bevor zugten Ausführungsform des optooptischen Wandlerelements bei geringen Herstellungskosten und hoher Zuverlässigkeit ein fach gestaltet werden, verglichen mit herkömmlichen optoop tischen Wandlerelementen unter Verwendung von Verbindungs halbleitern. Auch wenn eine große Fläche erforderlich ist, kann ein optooptisches Wandlerelement mit einer derart großen Fläche hergestellt werden. Daher kann diese bevor zugte Ausführungsform eines optooptischen Wandlerelements geeignet als Element für einen optischen Computer oder für ein Wellenlängen-Wandlerelement verwendet werden.

Nachstehend wird ein flaches optisches Senderelement unter Verwendung des erfindungsgemäßen lichtemittierenden Elements beschrieben.

Herkömmlich ist ein derartiges optisches Senderelement bekannt, wie das flache optische Senderelement, bei dem sowohl die aus einer Mehrschichtstruktur aus GaAs/AlGaAs ge bildete optische Sendereinheit, als auch ein FET (Feldeffekttransistor), der als Schaltmodulationselement zum Modulieren eines in Antwort auf ein elektrisches Eingangs signal von der optischen Sendereinheit gesendeten optischen Signals wirkt, auf einem Verbindungshalbleitersubstrat wie beispielsweise einem GaAs-Substrat oder einem InP-Substrat angeordnet sind (vergl. "Physics on Optical/Electronic Inte grated Circuits" von Hideaki Matsueda, Seite 286).

Das vorstehend beschriebene, herkömmliche optische Sen derelement hat jedoch verschiedene Nachteile, weil ein sehr teueres Verbindungshalbleitersubstrat verwendet wird und die optische Sendereinheit durch diesen Verbindungshalbleiter hergestellt wird. D.h., die Gesamtkosten der optischen Sen dereinheit werden erhöht, verglichen mit denen bei Verwen dung von zu Silizium gehörenden Materialien. Darüber hinaus kann keine hohe Zuverlässigkeit und keine hohe Integration erreicht werden. Weil das erfindungsgemäße optisches Senderelement das lichtemittierende Element mit porösem Si lizium verwendet, kann bei niedrigen Kosten eine hohe Zuverlässigkeit dieses optischen Senderelements erreicht werden.

Nachstehend werden verschiedene bevorzugte Ausführungs formen erfindungsgemäßer optischer Senderelemente beschrie ben.

Ein in Fig. 29 dargestelltes optisches Senderelement 701 wird hergestellt, indem auf einem C-Si-Substrat 702 des p-Typs eine optische Sendereinheit 704 mit einer pn-Struktur unter Verwendung von porösem Silizium 703 und ein Schaltmo dulationselement 705 eines FET 708 zum Modulieren eines von der optischen Sendereinheit 704 in Antwort auf ein elektri sches Eingangssignal ausgesendeten optischen Signals ange ordnet sind. Die optische Sendereinheit 704 besteht aus an einem Ende des C-Si-Substrats 702 des p-Typs ausgebildetem porösem Silizium 703; auf diesem porösen Silizium 703 ausge bildetem µC-SiC 706 des n-Typs; und auf diesem µC-SiC 706 des n-Typs ausgebildetem Indium-Zinnoxid (ITO) 707. Das Schaltmodulationselement 705 wird aus dem auf dem C-Si-Sub strat 702 gebildeten FET 708 aufgebaut.

Unter Bezug auf Fig. 30A bis 30D wird eine Herstel lungsstufe dieser bevorzugten Ausführungsform des erfin dungsgemäßen optischen Senderelements 701 beschrieben. Zunächst wird das C-Si-Substrat 702 des p-Typs zum Herstel len einer leitenden Verbindung durch Aufdampfen einer Al- oder Au-Schicht 702a auf eine Oberfläche des Substrats her gestellt. Eine als Isolierschicht wirkende SiO₂-Schicht 711 wird durch das Plasma-CVD-Verfahren, durch Sputtern, oder durch das thermische Oxidationsverfahren auf der anderen Seite des C-Si-Substrats 702 gebildet.

Nachdem die SiO₂-Schicht 711 hergestellt wurde, wird, wie in Fig. 30A dargestellt, durch das Ionenimplantations verfahren oder das Diffusionsverfahren ein Paar n⁺-Schichten 712 und 713 auf einem oberen Abschnitt des C-Si-Substrats 702 gebildet. Gleichzeitig wird eine aus Al, Cr oder ITO hergestellte Innenelektrodenschicht 714 gebildet, die die SiO₂-Schicht 711 durchdringt und mit dem Paar n⁺-Schichten 712 und 713 in Kontakt kommt. Anschließend wird diese In nenelektrodenschicht 714 so geformt, daß sie, wie in Fig. 30B dargestellt, eine Source-Elektrode 715, eine Drain-Elek trode 716, die mit dem Paar n⁺-Schichten 712 und 713 in Kon takt stehen, und eine Gate-Elektrode 717 auf der vorstehend beschriebenen SiO₂-Schicht 711 bildet.

Wie in Fig. 30C dargestellt, wird anschließend eine als Isolierschicht wirkende SiO₂-Schicht (oder eine Si₃N₄- Schicht) 718 durch das Plasma-CVD- oder das Sputterverfahren derart gestaltet, daß diese Schicht die Source-Elektrode 715, die Drain-Elektrode 716 und die Gate-Elektrode 717 be deckt.

Dann wird poröses Silizium 703 in einem Bereich gebil det, der an einen Bereich angrenzt, in dem das vorstehend beschriebene Schaltmodulationselement 705 über dem C-Si-Sub strat 702 gebildet wurde. Dieses poröse Silizium 703 kann beispielsweise gebildet werden, indem d-Si des p-Typs mit einer Ebenenausrichtung von (111) und (100) und mit einem spezifischen Widerstand von 0,1 bis 40 Ωcm als das C-Si-Sub strat 702 des p-Typs verwendet wird, wobei das Substrat bei einer Stromdichte von 5 bis 50 mA/cm² und bei einer Zeit dauer von i bis 5 Minuten für die elektrochemische Anodisie rung in eine Wasserlösung aus Äthylalkohol und Fluorwasser stoff (Wasserlösung von 48%) = 0,1:1 bis 5:1 eingetaucht wird. Ferner wird das erhaltene poröse Silizium durch photo chemisches Ätzen verarbeitet oder für mehrere Sekunden bis mehrere Minuten in eine KOH-Lösung eingetaucht, um die auf den Oberflächen des porösen Siliziums 703 vorhandenen Verunreinigungen zu entfernen.

Anschließend werden, wie in Fig. 30D dargestellt, beide Schichten des µC-SiC 706 des n-Typs und des ITO 707 auf dem porösen Silizium 703 gebildet und dann geformt, um die opti sche Sendereinheit 704 herzustellen.

Darüber hinaus wird die vorstehend beschriebene SiO₂- Schicht 718 noch einmal geformt. Nachdem in den Oberflächen zu der Source Elektrode 715, zur Drain-Elektrode 716 und zur Gate-Elektrode 717, wie in Fig. 30D dargestellt, Löcher her gestellt wurden, wird auf der SiO₂-Schicht 718 eine Schicht aus einer mit der Source-Elektrode 715 verbundenen Metall elektrode 720 gebildet. Ähnlich wird auf der SiO₂-Schicht 718 eine Schicht aus einer mit der Drain-Elektrode 716 ver bundenen Metallelektrode 721 und eine Schicht aus einer mit der Gate-Elektrode 717 verbundenen Metallelektrode 722 ge bildet. Die mit der Drain-Elektrode 716 verbundene Metall elektrode 721 wird auch mit dem ITO 707 verbunden.

Zusätzlich wird die Anode der Stromversorgungseinheit (DC-Quelle) E mit der Al-Schicht 702a des C-Si-Substrats 702 verbunden, wobei die mit der vorstehend beschriebenen Source-Elektrode 715 verbundene Metallelektrode 720 geerdet wird, so daß das in Fig. 29 dargestellte optische Senderele ment 701 erhalten wird. Ein Ersatzschaltbild dieses opti schen Senderelements 701 ist in Fig. 31 dargestellt.

Wenn bei dieser bevorzugten Ausführungsform des opti schen Senderelements dem Eingang dieses Senderelements ein Signal mit einem höheren Pegel als der Pegel, bei dem der FET eingeschaltet wird, eingegeben wird, emittiert dieses optische Senderelement Licht.

Diese bevorzugte Ausführungsform des optischen Sendere lements 701 wird hergestellt, indem auf einer Fläche des C- Si-Substrats 702 eine optische Sendereinheit 704 mit einem pn-Übergang unter Verwendung von porösem Silizium 703 und das Schaltmodulationselement 705 zum Modulieren des von der optischen Sendereinheit 704 in Antwort auf ein elektrisches Eingangssignal ausgesendeten optischen Signals angeordnet werden. Das C-Si-Substrat 702 besitzt verschiedene Vorteile, d. h., es ist verglichen mit dem Substrat mit dem Verbin dungshalbleiter, wie beispielsweise GaAs, kostengünstig und physikalisch zuverlässig. Daher können sowohl das optische Senderelement 704 mit der pn-Übergangsstruktur unter Verwen dung des porösen Siliziums 703, als auch das Schaltmodulati onselement 705 zum Modulieren des optischen Ausgangssignals von der optischen Sendereinheit 704 durch ein herkömmliches Herstellungsverfahren für Halbleiter leicht zusammengesetzt werden. Dadurch kann diese bevorzugte Ausführungsform des optischen Senderelements 701 kostengünstig und mit hoher Zu verlässigkeit hergestellt werden.

Weil das poröse Silizium 703 als optische Sendereinheit 704 verwendet wird, kann eine einfache und sehr gute op tische Sendewirkung erreicht werden.

Weil darüber hinaus sowohl das Schaltmodulationselement 705, als auch die optische Sendereinheit 704 auf dem C-Si- Substrat 702 in monolithischer Form ausgebildet sind, können die optische Sendereinheit 704 und das Schaltmodulationsele ment 705 bei einer hohen Dichte als Bildelemente auf einem einzelnen Wafer angeordnet werden, so daß eine hohe Integra tion dieser Bildelemente erreicht werden kann.

Nachstehend wird unter Bezug auf Fig. 32 bis 34 ein praktischeres optisches Senderelement 701A beschrieben, das unter Verwendung einer Vielzahl der vorstehend beschriebenen optischen Senderelemente 701 in einer Matrixform gebildet wird.

Das in Fig. 32 und 33 dargestellte optische Senderele ment 701A ist so angeordnet, daß die jeweiligen optischen Sendereinheiten 704 der mehreren optischen Senderelemente 701 auf einer Fläche des Si-Substrats 702 ausgerichtet sind.

Dann wird, wie in Fig. 34 dargestellt, den jeweiligen Schaltmodulationselementen 705 bezüglich den jeweiligen op tischen Sendereinheiten 704 ein Eingangssignal als Span nungssignal zugeführt, wie beispielsweise 1, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 1, . . ., und 1, 0, 1, 0, 1, 0, . . . ("1" bezeichnet eine Spannung, die höher ist als ein Schwellenwert, bei dem der FET 705 auf EIN geschaltet wird, "0" stellt andere Span nungswerte dar). Dadurch kann ein optischer Multiplexbetrieb erreicht werden, bei dem die durch die jeweiligen optischen Sendereinheiten 704 modulierten optischen Signale parallel an die jeweiligen lichtempfangenden Elemente 731 gesendet werden.

Fig. 35 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines optischen Senderelements 701B. Dieses optische Sender element 701B verwendet anstelle des µC-SiC des n-Typs des optischen Senderelements 701 a-SiC 706a des n-Typs. Bei die sem optischen Senderelement 701B können die Herstellungsko sten verringert werden, weil das a-SiC 706a des n-Typs durch ein normales Plasma-CVD-Verfahren hergestellt werden kann. Im Gegensatz dazu muß µC-SiC 706 des n-Typs durch das ECR- PCVD-Verfahren hergestellt werden. Wenn a-SiC des n-Typs verwendet wird, besteht jedoch ein Problem darin, daß die Helligkeit des emittierten Lichts verringert wird.

Fig. 36 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines optischen Senderelements 701C, bei dem nur eine ITO- Schicht 707 auf dem porösen Silizium 703 hergestellt wird. Wenn die ITO-Schicht verwendet wird, besteht jedoch ein Pro blem darin, daß die Helligkeit des emittierten Lichts ver ringert wird.

Nachstehend wird eine Photokopplungsschaltung des er findungsgemäßen lichtemittierenden Elements beschrieben. Dieses Photokopplungsschaltungselement ist geeignet, um eine optische Kommunikation durchzuführen, die auf eine Anforde rung einer Mehrprozessorsystemarchitektur in einem Computer ansprechen kann.

Herkömmlich wurde ein dreidimensionales Photokopplungs schaltungselement vorgeschlagen ("Parallel Process System realized by 3-Dimensional Shared Memory" in Electronics, Ok tober 1991), das eine Datenkommunikation zwischen Schal tungselementen, wie beispielsweise Speicher, durch Verwen dung eines optischen Signals durchführen kann, um auf eine Anforderung einer Mehrprozessorsystemarchitektur in einem Computer anzusprechen.

Dieses dreidimensionale Photokopplungsschaltungselement ist so aufgebaut, daß das aus einem Verbindungshalbleiter unter Verwendung von GaAs hergestellte lichtemittierende Element in einem Wafer angeordnet wird und das lichtempfan gende Element in einem anderen Wafer angeordnet wird, wobei das lichtemittierende Element gegenüberliegend dem lichtempfangenden Element angeordnet wird.

Im Fall des vorstehend beschriebenen Photokopplungs schaltungselements muß das lichtemittierende Element jedoch unter Verwendung mindestens eines teueren Verbindungshalb leiters wie GaAs hergestellt werden. Das erfindungsgemäße Photokopplungsschaltungselement wird durch Verwendung eines lichtemittierenden Elements unter Verwendung von porösem Si lizium hergestellt.

Unter Bezug auf die Abbildungen wird nachstehend eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Photokopplungsschaltungselements beschrieben. Das in Fig. 37 dargestellte Photokopplungsschaltungselement 801 ist so auf gebaut, daß sowohl ein C-Si-Substrat 804 zum Herstellen ei nes aus einem pn-Übergang mit porösem Silizium 803 aufgebau ten lichtaussendenden Elements 802 zum Senden eines opti schen Signals, als auch ein Substrat 805 zum Herstellen ei nes lichtempfangenden Elements 806, um ein vom optischen Senderelement 802 ausgesendetes optisches Signal zu empfan gen, verwendet werden, während das lichtaussendende Element 802 gegenüberliegend dem lichtempfangenden Element 806 ange ordnet ist.

Das optische Senderelement 802 wird aus porösem Sili zium 803, das auf einer Fläche (obere Fläche) des C-Si-Sub strats 804 des p-Typs gebildet wird, und aus auf dem porösen Silizium 803 ausgebildetem µC-SiC 807 des n-Typs herge stellt. Auf diesem µC-SiC 807 des n-Typs wird eine untere ITO-Schicht (Indium-Zinnoxid) 808 hergestellt, wobei eine als lichtdurchlässige Isolierschicht wirkende SiO₂-Schicht 809 über der unteren ITO-Schicht 808 und dem C-Si-Substrat 804 hergestellt wird.

Das lichtempfangende Element 806 besteht aus an der un teren Fläche des anderen C-Si-Substrats 805 ausgebildetem µC-SiC 810 des n-Typs. Eine obere ITO-Schicht 811 wird auf der unteren Fläche des µC-SiC 810 des n-Typs und dem C-Si- Substrat 805 gebildet und eine als lichtdurchlässige Schicht wirkende SiO₂-Schicht 812 wird über den unteren Flächen die ses ITO 811 und des Substrats 805 gebildet.

Wie in Fig. 37 dargestellt, ist das optische Senderele ment 802 über die SiO₂-Schichten 809 und 812 mit dem licht empfangenden Element 806 verbunden, wobei die SiO₂-Schichten 809 und 812 durch ein lichtdurchlässiges Haftmittel 813 in einstückiger Weise miteinander verbunden sind. In Fig. 37 bezeichnet das Bezugszeichen 814 eine auf der anderen Fläche des C-Si-Substrats 804 ausgebildete Al-Schicht und Bezugs zeichen 815 bezeichnet eine auf der anderen Fläche des C-Si- Substrats 805 ausgebildete Al-Schicht.

Unter Bezug auf Fig. 38A bis 38C wird nachfolgend eine Herstellungsstufe des Photokopplungsschaltungselements 801 beschrieben. Gemäß Fig. 38A ist ein C-Si-Substrat 804 des p- Typs vorgesehen, das durch Aufdampfen einer Al-Schicht 814 eine leitende Verbindung herstellt, wobei auf der oberen Fläche dieses C-Si-Substrats 804 poröses Silizium 803 ausge bildet ist. Dieses poröse Silizium 803 kann hergestellt wer den, indem beispielsweise C-Si des p-Typs mit einer Ebenenausrichtung von (111) und (100) und einem spezifischen Widerstand von 0,1 bis 40 Ωcm als C-Si-Substrat 804 des p- Typs verwendet wird, das in eine Wasserlösung aus Äthylalko hol und Fluorwasserstoff (Wasserlösung von 48%) = 0,1:1 bis 5:1 bei einer Stromdichte von 5 bis 50 mA/cm² bei einer Zeit von 1 bis 5 Minuten für die elektrochemische Anodisierung eingetaucht wird. Ferner wird das erhaltene poröse Silizium durch photochemisches Ätzen verarbeitet oder für mehrere Se kunden bis mehrere Minuten in eine KOH-Lösung eingetaucht, um eine Verunreinigungsschicht auf den Oberflächen des po rösen Siliziums 803 zu entfernen.

Anschließend wird die µC-SiC-Schicht 807 des n-Typs, wie in Fig. 38A dargestellt, auf dem porösen Silizium 803 gebildet und daraufhin geformt. Ferner wird auf dieser µC- SiC-Schicht 807 des n-Typs und dem C-Si-Substrat 804 eine untere ITO-Schicht 808 gebildet, die anschließend geformt wird. Daraufhin wird eine als lichtdurchlässige Isolier schicht wirkende SiO₂-Schicht 809 durch das Plasma-CVD- oder das Sputterverfahren über der Oberfläche des unteren ITO 808 und des C-Si-Substrats 804 gebildet und anschließend ge formt, so das das lichtaussendende Element 802 hergestellt wird.

Andererseits wird das lichtempfangende Element 206 ge mäß den nachstehend beschriebenen Herstellungsschritten her gestellt.

Wie in Fig. 38B dargestellt, wird zunächst eine µC-SiC- Schicht 810 des n-Typs auf einer unteren Fläche des aus C-Si hergestellten Substrats gebildet, auf dem die Al-Schicht 815 hergestellt wurde, und anschließend geformt. Daraufhin wird auf den unteren Flächen dieses µC-SiC 810 des n-Typs und des Substrats 805 eine obere ITO-Schicht 811 gebildet und an schließend geformt. Ferner wird über den unteren Flächen des oberen ITO 811 und des C-Si-Substrats 805 durch das Plasma- CVD- oder das Sputterverfahren eine als lichtdurchlässige Isolierschicht dienende SiO₂-Schicht 812 hergestellt, die anschließend geformt wird, so daß das lichtempfangende Ele ment 806 hergestellt wird.

Nachdem das lichtaussendende Element 802 und das licht empfangende Element 806 in der vorstehend beschriebenen Weise, wie in Fig. 38C dargestellt, hergestellt wurden wird die SiO₂-Schicht 809 des lichtaussendenden Elements 802 über der SiO₂-Schicht 812 des lichtempfangenden Elements 806 an geordnet, wobei ein lichtdurchlässiges Haftmittel 813 an den Randbereichen dieser Schichten eingefüllt wird, so daß das in Fig. 37 dargestellte Photokopplungsschaltungselement 801 erhalten wird.

Fig. 39 zeigt eine Anordnung, mit der die Lichtemission des Photokopplungsschaltungselements 801 geprüft werden kann. Bei dieser Anordnung ist ein Impulsgenerator 821 mit der Al-ITO-Schicht 808 des lichtaussendenden Elements 802 verbunden, wobei die Al-Schicht 814 des lichtaussendenden Elements 802 und die Al-Schicht 815 des lichtempfangenden Elements 806 geerdet sind. Ferner sind ein Strommesser 822 und eine DC-Leistungszufuhr E mit dem oberen ITO 811 des lichtempfangenden Elements 806 verbunden. Wenn bei einer derartigen Schaltungsanordnung, wie in Fig. 40 dargestellt, eine Impulsspannung mit einer Amplitude von -10 V durch einen Impulsoszillator 821 dem lichtaussendenden Element 802 zugeführt wird, wird von diesem lichtaussendenden Element 802 Licht an das lichtempfangende Element 806 ausgesendet. Als Ergebnis hat sich gezeigt, daß ein Strom mit einer in Fig. 40 dargestellten Wellenform durch den mit dem lichtemp fangenen Element 806 verbundenen Strommesser 822 fließt.

Hinsichtlich des Photokopplungsschaltungselements 801 mit der vorstehend beschriebenen Anordnung, kann, weil ver glichen mit einem Substrat unter Verwendung eines Verbin dungshalbleiters die Herstellungskosten des C-Si-Substrats 804 und 805 gering sind und deren physikalische Zuverlässig keit hoch ist, das lichtaussendende Element 802 mit der pn- Übergangsstruktur unter Verwendung des porösen Siliziums 803 leicht zusammengesetzt werden. Dadurch besitzt das Photo kopplungsschaltungselement 801 solche Vorteile wie niedrige Herstellungskosten und eine hohe Zuverlässigkeit.

Weil das poröse Silizium 803 als das lichtaussendende Element 802 verwendet wird, kann außerdem eine einfache und sehr gute Sendewirkung erreicht werden.

Fig. 41 zeigt schematisch ein Anwendungsbeispiel des vorstehend beschriebenen Photokopplungsschaltungselements 801. Wenn das vorstehend beschriebene lichtaussendende Ele ment 802 und das lichtempfangende Element 806 durch die vor stehend beschriebene Schaltungsanordnung in aus C-Si herge stellten Substraten 821, 822 und 823 derart zusammengesetzt werden, daß die lichtaussendenden Elemente gegenüberliegend den lichtempfangenden Elementen angeordnet werden, wobei au ßerdem logische Elemente 824, 825 und 826, wie beispiels weise Speicher und eine CPU in den jeweiligen Substraten ,821, 822 und 823 angeordnet werden, werden die jeweiligen Substrate 821, 822 und 823 parallel angeordnet, um die von den jeweiligen lichtaussendenden Elementen 802 ausgesendeten Licht-(optischen)Signale an die jeweiligen lichtempfangen den Elemente 806 zu senden. Daher kann die Signalübertragung von den jeweiligen lichtaussendenden Elementen 802 zu den jeweiligen lichtempfangenden Elementen 806 parallel zum Be trieb von jeweiligen logischen Elemente 824, 825 und 826 durchgeführt werden, die auf die Anforderung der Mehrprozessorsystemarchitektur ansprechen können.

Wie vorstehend ausführlich beschrieben kann mit den be vorzugten Ausführungsformen, weil die Photokopplungsschal tungselemente wie vorstehend beschrieben angeordnet sind, die sehr gute optische Sendewirkung bei niedrigen Kosten er zielt werden, wobei auch der Anforderung für die Mehrprozes sorsystemarchitektur entsprochen wird.

Nachstehend wird ein Photokopplungsschaltungselement bei Verwendung des erfindungsgemäßen lichtemittierenden Ele ments beschrieben. Dieses Photokopplungsschaltungselement weist ein lichtemittierendes Element, das durch Anordnen von porösem Silizium zwischen einen p-Halbleiter und einen n- Halbleiter gebildet wird, ein lichtempfangendes Element und eine optische Übertragungseinrichtung zum Übertragen von durch das lichtemittierende Element ausgesendeten optischen Informationen zum lichtempfangenden Element. Dieses lichtemittierende Element, das lichtempfangende Element und die optische Übertragungseinrichtung werden auf einem Sub strat in einem monolithischen Zustand hergestellt.

Unter Bezug auf die Abbildungen wird nachstehend eine bevorzugte Ausführungsform eines Photokopplungselements be schrieben. Fig. 42 zeigt schematisch eine Struktur dieser bevorzugten Ausführungsform eines Photokopplungselements.

Das in Fig. 42 dargestellte Photokopplungselement be steht aus einem lichtemittierenden Element und einem licht empfangenden Element, die in monolithischer Form auf einem Substrat gebildet werden, und aus einem Lichtwellenleiter pfad, der als optische Übertragungseinrichtung zum Übertra gen des vom lichtemittierenden Element emittierten Lichts zum lichtempfangenden Element wirkt. Das lichtemittierende Element wird hergestellt, indem eine Schicht 914 aus porösem Silizium auf einer Fläche eines C-Si-Substrats 912 des p- Typs gebildet wird, wobei auf dieser Schicht 914 aus porösem Silizium außerdem µC-SiC 916a des n-Typs ausgebildet ist. Das lichtempfangende Element wird durch Bilden einer µC-SiC- Schicht 916b des n-Typs auf einer Fläche des C-Si-Substrats 912 des p-Typs hergestellt. Lichtdurchlässige Elektroden 918a und 918b werden durch ITO- (Indium-Zinnoxid) Schichten auf dem µC-SiC 916a und 916b des n-Typs gebildet, wohingegen eine Elektrode 922 aus einer Al-Schicht auf der Rückfläche des C-Si-Substrats 912 des p-Typs gebildet wird. Der Licht wellenleiterpfad wird aus Barium-Borsilikatglas 924 über den lichtdurchlässigen Elektroden 918a, 918b und zwischen dem lichtemittierenden Element und dem lichtempfangenden Element gebildet.

Anschließend wird ein Herstellungsverfahren des in Fig. 42 dargestellten Photokopplungselements beschrieben.

Zunächst wird Aluminium (Al) auf der Rückfläche des Einkristall-Siliziumsubstrats 912 des p-Typs (Kristallebene (100) und spezifischer Widerstand von 0,1 bis 40 Ωcm) aufge dampft, um eine leitende Verbindung zu bilden, so daß die Elektrode 922 hergestellt wird.

Daraufhin wird in ähnlicher Weise wie beim in Fig. 20 dargestellten optooptischen Wandlerelement durch das elek trochemische Anodisierungsverfahren die Schicht 914 aus po rösem Silizium auf der Oberfläche der C-Si-Substrats 912 des p-Typs hergestellt. Anschließend werden das µC-SiC 916a und 916b durch das ECR-PCVD-Verfahren gebildet.

Daher wird das hergestellte µC-SiC des n-Typs, außer in einem oberen Bereich der Schicht 914 aus porösem Silizium und einem Bereich, der zum Bilden des lichtempfangenden Ele ments dient, entfernt, so daß das µC-SiC 916a und 916b des n-Typs erhalten wird, wobei das lichtemittierende Element und das lichtempfangende Element hergestellt werden können.

Nachdem die ITO-Schicht durch Verwendung einer Elektro nenstrahl-Aufdampfvorrichtung angelagert wurde, werden darauf hin die lichtdurchlässigen Elektroden 918a und 918b ge bildet. Nachdem ein Quarzglas 926 mit einer Dicke von ca. 3 µm unter Verwendung einer Sputtervorrichtung gebildet wurde, wird anschließend die Formarbeit ausgeführt, um einen Ab schnitt der lichtdurchlässigen Elektroden 918a und 918b, wie in Fig. 42 dargestellt, freizulegen. Dann wird das Barium- Borsilikatglas 924 mit einer Dicke von ca. 1 µm durch Ver wendung der Sputtervorrichtung gebildet, um den Lichtleiter pfad herzustellen. Beide Enden des Barium-Silikatglases 924 müssen so geformt werden, daß ein Abschnitt der lichtdurch lässigen Elektroden 918a und 918b freigelegt wird, und so, daß das vom lichtemittierenden Element emittierte Licht wirksam in den Lichtleiterpfad geleitet wird und das Licht wirksam auf das lichtempfangende Element gerichtet werden kann. Schließlich wird die Elektrode 922 geerdet und die lichtdurchlässigen Elektroden 918a und 918b werden mit der Leistungszufuhr verbunden, so daß das in Fig. 42 darge stellte Photokopplungselement erhalten wird.

Nachstehend wird die Arbeitsweise dieser bevorzugten Ausführungsform eines Photokopplungselements beschrieben.

Bei der Eingabe eines elektrischen Signals emittiert das lichtemittierende Element Licht, weil Elektronen und Lö cher an der Schicht 914 aus porösem Silizium miteinander re kombinieren, wobei dieses Licht anschließend zum Lichtlei terpfad geleitet wird. Der Brechungsindex "n₂" des Barium- Borsilikatglases 924, das den Lichtleiter bildet, beträgt 1,58. Weil dieser Brechungsindex größer ist als der Bre chungsindex "n₁" (= 1,459) des Quarzglases 926 und als der Brechungsindex "n" (= 1) von Luft, tritt innerhalb des Licht leiterpfads eine Totalreflexion auf, wodurch dieses Licht zum lichtempfangenden Element übertragen werden kann. Wenn das über den Lichtleiterpfad übertragene Licht in die µC- SiC-Schicht 916b des n-Typs vom oberen Abschnitt des licht empfangenden Elements eintritt, werden durch das auf das lichtempfangende Element auftreffende Licht Elek tron/Lochpaare erzeugt, wobei ein Strom fließt, so daß eine Übertragung des elektrischen Signals ausgeführt wird.

Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform ist das licht emittierende Element durch Anordnen der Schicht aus porösem Silizium zwischen die C-Si-Schicht des p-Typs und die µC- SiC-Schicht des n-Typs aufgebaut. Daher können die Elektro nen und Löcher in die als lichtemittierende Schicht wirkende Schicht aus porösem Silizium leicht eindringen, wobei ein lichtemittierendes Element mit einer besseren pn-Übergangs struktur erhalten werden kann. Daher weist das Photokopp lungselement, indem das lichtemittierende Element und das lichtempfangende Element auf dem Substrat in monolithischer Form aus Silizium hergestellt werden, verglichen mit einem herkömmlichen Photokopplungselement, das unter Verwendung von Verbindungshalbleitern hergestellt wird, eine einfachere Struktur bei niedrigen Herstellungskosten auf. Außerdem kann ein Photokopplungselement mit hohem Integrationsgrad und mit hoher Zuverlässigkeit erhalten werden. Daher kann die bevor zugte Ausführungsform des Photokopplungselements geeignet als ein Element mit hoher Zuverlässigkeit und mit einer Hochgeschwindigkeits-Signalübertragungscharakteristik für einen Computer verwendet werden.

Nachstehend wird eine flache Sichtanzeige unter Verwen dung des erfindungsgemäßen lichtemittierenden Elements be schrieben, das in einem Fernsehgerät, in einem Anzeigemoni tor, in einer Visiervorrichtung usw. verwendet werden kann.

Herkömmlich wurden als flache Bildschirmvorrichtungen in der Praxis ein Flüssigkristall-Sichtanzeige, ein Elektro lumineszensbildschirm, ein Plasmabildschirm, eine LED-Sicht anzeige und ähnliches verwendet.

Bei der Flüssigkristall-Sichtanzeige besteht jedoch ein Problem darin, daß die Flüssigkristall-Sichtanzeige keine selbstleuchtende Sichtanzeige ist, sondern eine Hintergrund lichtquelle benötigt, deren Sichtwinkel schmal ist, wobei hochpräzise Bildelemente unter 50 µm pro Bildelement nicht erreicht werden können. Sowohl der Elektrolumineszensbild schirm, als auch der Plasmabildschirm haben das Problem, daß, weil deren Steuerspannungen sehr hoch sind, d. h. über 100 V betragen, bestimmte Leistungszufuhreinheiten benötigt werden. Obwohl die LED-Sichtanzeige im Gegensatz dazu eine selbstleuchtende Sichtanzeige ist, sind deren Kosten, weil die LED-Sichtanzeige gegenwärtig durch Verbindungshalbleiter der GaAs oder InP-Gruppe hergestellt wird, verglichen mit den Kosten bei Verwendung von Material der Siliziumgruppe, hoch und die Zuverlässigkeit gering. Ein weiteres Problem besteht darin, daß die Treiberschaltung kaum mit einer LED- Sichtanzeige in monolithischer Form hergestellt werden kann. D.h., obwohl ein großer LED-Bildschirm aufgebaut werden kann, indem LED-Dioden einzeln aneinander angeordnet werden, gibt es keinen derartigen LED-Bildschirm, bei dem eine große Anzahl von Bildelementen auf einem einzelnen Wafer angeord net wird.

Nachstehend wird eine zweite Ausführungsform einer er findungsgemäßen Sichtanzeige ausführlich beschrieben.

Eine in Fig. 43 dargestellte Sichtanzeige 501 ist so angeordnet, daß ein lichtemittierendes Element 504 mit einer pn-Übergangsstruktur unter Verwendung von porösem Silizium 503 und ein Schalterelement 505 zum Auswählen des lichtemit tierenden Elements 504 auf einem C-Si-Substrat 502 des p- Typs ausgebildet sind. Das lichtemittierende Element 504 weist auf diesem C-Si-Substrat 502 ausgebildetes poröses Si lizium 503, auf diesem porösen Silizium 503 ausgebildetes µC-SiC 506 des n-Typs und auf dem µC-SiC 506 des n-Typs aus gebildetes Indium-Zinnoxid (ITO) 507 auf. Das Schalterele ment 505 ist aus einem Transistor 508 aufgebaut, der auf dem C-Si-Substrat 502 gebildet wird.

Diese Sichtanzeige kann in ähnlicher Weise hergestellt werden, wie das in Fig. 29 dargestellte, unter Bezug auf Fig. 30A bis 30D beschriebene lichtaussendende Element 701. Ein Ersatzschaltbild dieser Sichtanzeige ist in Fig. 44 dargestellt.

Die erste bevorzugte Ausführungsform der Sichtanzeige 501 ist so angeordnet, daß sowohl das lichtemittierende Ele ment 504 mit der pn-Übergangsstruktur unter Verwendung des porösen Siliziums 503, als auch das Schalterelement 505 zum Auswählen des lichtemittierenden Elements 504 auf einer Flä che des C-Si-Substrats 502 ausgebildet sind. Das C-Si hat den Vorteil, daß, verglichen mit einem Substrat unter Ver wendung eines Verbindungshalbleiters, dessen Herstellungsko sten gering sind und dessen physikalische Zuverlässigkeit hoch ist. Daher können sowohl das lichtemittierende Element 504 mit der pn-Übergangsstruktur unter Verwendung des po rösen Siliziums 503, als auch das Schalterelement 505 zum Auswählen des lichtemittierenden Elements 504 gemäß dem her kömmlichen Halbleiter-Herstellungsverfahren leicht herge stellt werden. Daher kann die zweite Ausführungsform der Sichtanzeige 501 kostengünstig und mit hoher Zuverlässigkeit hergestellt werden.

Ferner können, weil das poröse Silizium als das lichte mittierende Element verwendet wird, einfache und sehr gute Anzeigefunktionen erreicht werden.

Weil die Treiberschaltung zusammen mit der Sichtanzeige auf dem C-Si-Substrat im monolithischen Zustand gebildet wird, können sowohl die Sichtanzeige, als auch die Treiber schaltung auf einem einzelnen Wafer mit hoher Packungsdichte angeordnet werden.

Unter Bezug auf Fig. 45 und 46 wird eine praktischer angeordnete Sichtanzeige 501A beschrieben, bei der eine Vielzahl der vorstehend beschriebenen Sichtanzeigen 501 in einer Matrixform angeordnet sind. Die in Fig. 45 darge stellte Sichtanzeige 501A ist so angeordnet, daß jedes der in der Sichtanzeige 501 verwendeten lichtemittierenden Ele mente 504 als Einheits-Bildelement verwendet wird, wobei eine Matrix aus 480 Spalten×480 Zeilen gebildet wird.

Jede der Source-Elektroden 515 des Schaltelements 505 zum Auswählen des jeweiligen lichtemittierenden Elements 504 ist mit jeder der in Zeilenrichtung angeordneten Datenlei tungen . . ., j-1, j, j+1, . . . verbunden, wohingegen jede der Gate-Elektroden 522 mit jeder der in Spaltenrichtung ange ordneten Gate-Leitungen . . ., i-1, i, i+1, . . . verbunden ist.

Es wird vorausgesetzt, daß 60 Bildflächen pro Minute auf der Sichtanzeige 501A dargestellt werden, wobei ein Im puls von 34 µsec (d. h. 1/60×1/480) durch eine Treiber schaltung (nicht dargestellt), wie beispielsweise ein Schie beregister, aufeinanderfolgend der Gate-Leitung . . ., i-1, i, i+1, . . . zugeführt wird. Außerdem müssen die Daten den je weiligen Bildelementen 1, 2, . . ., j-1, j, j+1, . . . während 34 µsec zugeführt werden. Daher kann ein Impuls mit 71 nsec (34 µsec/480) aufeinanderfolgend zu den Datenleitungen . . ., j-1, j, j+1, . . . gesendet werden. In diesem Fall werden vorzugsweise die Daten der Leitung 1 in einem Speicher (nicht dargestellt) gespeichert, wobei die Daten der Leitung 1 anschließend gemeinsam gesendet werden.

Die Lichtemissionssteuerung der jeweiligen lichtemit tierenden Elemente 504 wird folgendermaßen ausgeführt:

Wenn beispielsweise das lichtemittierende Element 504 (i, j) bei dieser Matrixschaltung eingeschaltet wird, wird es so gesteuert, daß der Gate-Impuls der Gate-Leitung (i) und gleichzeitig der Datenimpuls der Datenleitung (j) zuge führt wird. Wenn, wie in Fig. 47 dargestellt, der Gate-Im puls der Gate-Leitung (i-1) und der Datenimpuls den Datenleitungen 1, 3, .., j, j+2, . . . zugeführt wird, werden die jeweiligen lichtemittierenden Elemente 504 an den Posi tionen (i-1, 1), (i-1, 3), . . ., (i-1, j), (i-1, j+2), eingeschaltet (wobei Licht emittiert wird), wobei jedoch die jeweiligen lichtemittierenden Elemente 504, beispielsweise (i-1, 2), (i-1, 4), . . ., (i-1, j+1), . . . nicht eingeschaltet werden.

Fig. 48 zeigt eine Sichtanzeige 501B, in der ein verti kales Schieberegister 532 für die Gate-Leitungen . . ., i-1, i, i+1, . . . der Sichtanzeige 501A mit der vorstehend be schriebenen Anordnung und eine für die Datenleitungen . . ., j-1, j, j+1, . . . verwendete Datenübertragungsschaltung 531 angeordnet sind.

Fig. 49 zeigt eine Sichtanzeige 501C, in der sowohl das vertikale Schieberegister 532, das für die Gate-Leitungen ..., i-1, i, i+1, . . . der Sichtanzeige 501A mit der vorste hend beschriebenen Anordnung verwendet wird, als auch ein für die Datenleitungen . . ., j-1, j, j+1, . . . verwendeter Speicher 533 angeordnet sind.

Bei derartigen Sichtanzeigen 501B und 501C kann, obwohl die Treiberschaltungen (d. h., das vertikale Schieberegister 531, die Datenübertragungsschaltung 532 und der Speicher 533) über Drahtverbindungen außerhalb dieser Sichtanzeigen und nicht auf einem einzelnen Wafer angeordnet werden kön nen, wenn diese Treiberschaltungen auf einem einzelnen Wafer in einem monolithischen Zustand angeordnet werden, der Inte grationsgrad der Komponenten erhöht werden.

Fig. 50 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sichtanzeige. Die in dieser Abbil dung dargestellte Sichtanzeige 501D verwendet anstelle des vorstehend erwähnten, in der Sichtanzeige 501 verwendeten µC-SiC 506 des n-Typs a-SiC 506a des n-Typs. Weil das a-SiC 506a des n-Typs durch das normale Phasen-CVD-Verfahren her gestellt werden kann, entstehen bei dieser Sichtanzeige 501D Vorteile bei den Herstellungskosten, obwohl bei der Herstel lung des µC-SiC 506 des n-Typs das ECR-PCVD-Verfahren erfor derlich ist. Bei Verwendung des a-SiC des n-Typs entsteht jedoch der Nachteil, daß die Helligkeit des emittierten Lichts abnimmt.

Fig. 51 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sichtanzeige 501E, bei der nur ITO 507 auf dem porösen Silizium 503 gebildet wird. Bei Verwen dung von ITO entsteht jedoch das Problem, daß die Helligkeit des emittierten Lichts abnimmt.

Vorstehend wurden verschiedene Ausführungsformen erfin dungsgemäßer optooptischer Wandlerelemente, optischer Sende relemente, Photokopplungsschaltungselemente und Sichtanzei gen beschrieben. Alle Ausführungsformen der vorliegenden Er findung sind jedoch nicht einschränkend, sondern können mo difiziert werden. Bei den vorstehend beschriebenen bevorzug ten Ausführungsformen wurde beispielsweise µC-SiC des n-Typs als n-Halbleiter verwendet. Anstelle des µC-SiC des n-Typs kann prinzipiell a-SiC des n-Typs zur Herstellung eines lichtemittierenden Elements verwendet werden. In diesem Fall wird das Herstellungsverfahren des a-SiC vereinfacht, weil das normale Plasma-CVD-Verfahren angewendet werden kann. Es besteht jedoch ein Nachteil in der Verringerung der Elektro lumineszensintensität. D.h., weil bei einem Bandabstand von 2,0 eV die Leitfähigkeit des a-SiC 10^-5 S/cm beträgt, sind sowohl der Bandabstand, als auch die Leitfähigkeit dieses a- SiC kleiner als bei Verwendung von µC-SiC.

Bei den vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausfüh rungsformen kann außerdem beispielsweise eine Au-Schicht oder eine ITO-Schicht anstelle des µC-SiC direkt gebildet werden. Obwohl die Struktur dieses optooptischen Wandlerele ments sehr einfach hergestellt werden kann, besteht in die sem Fall ein Nachteil darin, daß die Elektrolumineszensin tensität gering wird.

Die jeweiligen Halbleiter, die die jeweiligen Elemente bilden, können durch Verwendung von Halbleitern mit Lei tungsarten hergestellt werden, die denen der zuerst erwähn ten Halbleiter der jeweiligen bevorzugten Ausführungsformen entgegengesetzt sind. In diesem Fall gibt es zwei Punkte, die bei der Herstellung der vorstehend erwähnten Elemente beachtet werden müssen. Um eine Schicht aus porösem Silizium herzustellen, in die die Elektronen aus einem C-Si-Substrat des n-Typs wirksam injiziert werden können, muß die Schicht aus porösem Silizium auf dem C-Si-Substrat des n-Typs gebil det werden, während es mit Licht bestrahlt wird. Wenn bei spielsweise µC-SiC des p-Typs als p-Halbleiter verwendet wird, der das lichtemittierende Element bildet, muß, obwohl die Anlagerungsbedingungen des µC-SiC des p-Typs, das die Elektronen in die Schicht aus porösem Silizium injizieren kann, im wesentlichen denen des µC-SiC des n-Typs gleich sind, anstelle von PH₃-Beimengungsgas B₂H₆-Beimengungsgas verwendet werden.

Claims

1. Lichtemittierendes Element mit Ladungsinjektion mit:
einem aus porösem Silizium (103; 103′; 12a; 16a; 312a; 316a; 412a; 417a) und aus einem Halbleiter (105; 105′, 13; 17; 313; 317; 413; 418) mit einer von der La dungsart des porösen Siliziums verschiedenen Ladungsart gebildeten pn-Übergang.

2. Lichtemittierendes Element mit Ladungsinjektion nach Anspruch 1, wobei ein Teil oder der gesamte Anteil von an den Oberflächen einer großen Anzahl von Löchern im porösen Silizium anhaftendem Wasserstoff durch schweren Wasserstoff ersetzt wird.

3. Lichtemittierendes Element mit Ladungsinjektion nach Anspruch 1 oder 2, wobei das poröse Silizium auf einem Einkristall-Siliziumsubstrat (101; 101′; 11; 15; 411; 416) gebildet wird.

4. Lichtemittierendes Element mit Ladungsinjektion nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Bandabstand des Halbleiters größer oder gleich 2,0 eV ist.

5. Lichtemittierendes Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Halbleiter eine amorphe Silizium-Car bidschicht mit Mikrokristallen (µC-SiC) (105; 105′; 13; 17; 311; 315; 313; 317; 413; 418) ist.

6. Lichtemittierendes Element mit Ladungsinjektion nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Halbleiter aus amorphem Silizium-Carbid (a-SiC) besteht.

7. Lichtemittierendes Element mit Ladungsinjektion nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Halbleiter ein Vielkristall-Diamant ist.

8. Lichtemittierendes Element mit Ladungsinjektion nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Halbleiter aus Vielkristall-Silizium-Carbid (SiC) besteht.

9. Lichtemittierendes Element mit Ladungsinjektion nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Halbleiter ein organischer Halbleiter ist.

10. Lichtemittierendes Element mit Ladungsinjektion nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei eine Epitaxial schicht (412; 417) auf Einkristall-Silizium (411; 416) gebildet wird, dessen spezifischer Widerstand 0,0001 bis 40 Ωcm beträgt, wobei die Ladungsart der Epitaxial schicht die gleiche ist, wie die Ladungsart des Einkri stall-Siliziums, wobei der spezifische Widerstand der Epitaxialschicht höher ist als derjenige des Ein kristall-Siliziums, und wobei ein pn-Übergang auf der Epitaxialschicht gebildet wird.

11. Lichtemittierendes Element mit Ladungsinjektion nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das poröse Silizium durch Bestrahlen von Licht mit einer höheren Energie als der Bandabstand des durch eine elektrochemische Anodisierung gebildeten porösen Siliziums lichtgeglüht wird.

12. Lichtemittierendes Element mit Ladungsinjektion nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das poröse Silizium durch elektrochemische Anodisierung hergestellt und thermisch geglüht wird.

13. Lichtemittierendes Element, gekennzeichnet durch Anord nen von porösem Silizium (103; 103′; 12a; 16a; 312a; 316a; 412a; 417a) zwischen einen p-Halbleiter (101; 11; 105′; 17; 317; 411; 416) und einen n-Halbleiter (101′; 15; 105; 13; 313; 315; 413; 418).

14. Lichtemittierendes Element nach Anspruch 13, wobei ein Teil oder der gesamte Anteil von an den Oberflächen ei ner großen Anzahl von Löchern im porösen Silizium an haftendem Wasserstoff durch schweren Wasserstoff er setzt wird.

15. Lichtemittierendes Element nach Anspruch 13 oder 14, wobei ein Halbleiter aus einem Einkristall-Silizium und der andere Halbleiter aus einer amorphem Silizium-Car bid-Schicht mit Mikrokristallen (µC-SiC) gebildet wird.

16. Lichtemittierendes Element nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei der Halbleiter aus amorphem Silizium-Car bid (a-SiC) gebildet wird.

17. Lichtemittierendes Element nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei die Bandabstände des p-Halbleiters und des n-Halbleiters größer oder gleich 2,2 eV betragen.

18. Lichtemittierendes Element nach Anspruch 13, wobei sowohl der p-Halbleiter, als auch der n-Halbleiter aus amorphem Silizium-Carbid mit Mikrokristallen (µC-SiC) besteht.

19. Lichtemittierendes Element nach Anspruch 13, wobei wo bei sowohl der p-Halbleiter, als auch der n-Halbleiter aus amorphem Silizium-Carbid (a-SiC) besteht.

20. Photokopplungselement, gekennzeichnet durch Herstellen eines lichtemittierenden Elements, eines lichtempfan genden Elements (912; 914; 916a) und einer optischen Übertragungseinrichtung (924; 926) zum Übertragen der durch das lichtemittierende Element an das lichtempfan gende Element ausgesendeten optischen Information, auf einem Substrat in monolithischem Zustand, wobei das lichtemittierende Element aufweist:
einen aus porösem Silizium (103; 103′; 12a; 16a; 312a; 316a; 412a; 417a) und aus einem Halbleiter (105; 105′, 13; 17; 313; 317; 413; 418) mit einer von der Leitungsart des porösen Siliziums verschiedenen Lei tungsart gebildeten pn-Übergang.

21. Photokopplungselement mit: einem lichtemittierenden Element, einem lichtempfangenden Element, einer opti schen Übertragungseinrichtung zum Übertragen der durch das lichtemittierende Element an das lichtempfangende Element ausgesendeten optischen Information, die auf einem Substrat in monolithischem Zustand gebildet wer den, wobei im lichtemittierenden Element poröses Sili zium (103; 103′; 12a; 16a; 312a; 316a; 412a; 417a) zwi schen einem p-Halbleiter (101; 11; 105′; 17; 311; 317; 411; 416) und einem n-Halbleiter (101′; 15; 105; 13; 313; 315; 413; 418) angeordnet ist.

22. Photokopplungsschaltungselement (801) mit: einem licht emittierenden Element (802), das derart mit einem lichtempfangenden Element (806) verbunden ist, daß das lichtemittierende Element gegenüberliegend dem lichtempfangenden Element angeordnet ist, wobei das lichtemittierende Element (802) aufweist:
einen aus porösem Silizium (103; 103′; 12a; 16a; 312a; 316a; 412a; 417a) und aus einem Halbleiter (105; 105′, 13; 17; 313; 317; 413; 418) mit einer von der Leitungsart des porösen Siliziums verschiedenen Lei tungsart gebildeten pn-Übergang.

23. Photokopplungsschaltungselement mit:
einem mit einem lichtempfangenden Element derart verbundenen lichtemittierenden Element, daß das licht emittierende Element gegenüberliegend dem lichtempfan genden Element angeordnet ist, wobei im lichtemittie renden Element poröses Silizium (103; 103′; 12a; 16a; 312a; 316a; 412a; 417a) zwischen einem p-Halbleiter (101; 11; 105′; 17; 311; 317; 411; 416) und einem n- Halbleiter (101′; 15; 105; 13; 313; 315; 413; 418) an geordnet ist.

24. Lichtaussendendes Element (701) mit:
einem lichtemittierenden Element (704) und einem Schaltmodulationselement (705) zum Modulieren eines vom lichtemittierenden Element in Antwort auf ein elektri sches Eingangssignal ausgesendeten optischen Signals, wobei das lichtemittierende Element und das Modulati onselement auf einem Einkristall-Siliziumsubstrat (702) hergestellt werden, wobei das lichtemittierende Element aufweist:
einen aus porösem Silizium (103; 103′; 12a; 16a; 312a; 316a; 412a; 417a) und aus einem Halbleiter (105; 105′, 13; 17; 313; 317; 413; 418) mit einer von der Leitungsart des porösen Siliziums verschiedenen Lei tungsart gebildeten pn-Übergang.

25. Lichtaussendendes Element mit:
einem lichtemittierenden Element und einem Schalt modulationselement zum Modulieren eines vom lichtemit tierenden Element in Antwort auf ein elektrisches Ein gangssignal ausgesendeten optischen Signals, wobei das lichtemittierende Element und das Modulationselement auf einem Einkristall-Siliziumsubstrat hergestellt wer den, wobei im lichtemittierenden Element poröses Sili zium (103; 103′; 12a; 16a; 312a; 316a; 412a; 417a) zwi schen einem p-Halbleiter (101; 11; 105′; 17; 311; 317; 411; 416) und einem n-Halbleiter (101′; 15; 105; 13; 313; 315; 413; 418) angeordnet ist.

26. Lichtaussendendes Element (701) mit:
einem lichtemittierenden Element (704) und einem Schaltmodulationselement (705) zum Modulieren eines vom lichtemittierenden Element in Antwort auf ein elektri sches Eingangssignal ausgesendeten optischen Signals, wobei das lichtemittierende Element und das Modulati onselement auf einem Einkristall-Siliziumsubstrat (702) in einem monolithischen Zustand hergestellt werden, wo bei das lichtemittierende Element aufweist:
einen aus porösem Silizium (103; 103′; 12a; 16a; 312a; 316a; 412a; 417a) und aus einem Halbleiter (105; 105′, 13; 17; 313; 317; 413; 418) mit einer von der Leitungsart des porösen Siliziums verschiedenen Leitungsart gebildeten pn-Übergang.

27. Lichtaussendendes Element (701) mit:
einem lichtemittierenden Element (704) und einem Schaltmodulationselement (705) zum Modulieren eines vom lichtemittierenden Element in Antwort auf ein elektri sches Eingangssignal ausgesendeten optischen Signals, wobei das lichtemittierende Element und das Modulati onselement auf einem Einkristall-Siliziumsubstrat (702) in einem monolithischen Zustand hergestellt werden, wo bei im lichtemittierenden Element poröses Silizium (103; 103′; 12a; 16a; 312a; 316a; 412a; 417a) zwischen einem p-Halbleiter (101; 11; 105′; 17; 311; 317; 411; 416) und einem n-Halbleiter (101′; 15; 105; 13; 313; 315; 413; 418) angeordnet ist.

28. Optooptisches Wandlerelement mit:
einem lichtemittierenden Element (601) und einem lichtempfangenden Element (602), die in vertikaler Richtung integriert sind, wobei das lichtemittierende Element aufweist:
einen aus porösem Silizium (103; 103′; 12a; 16a; 312a; 316a; 412a; 417a) und aus einem Halbleiter (105; 105′, 13; 17; 313; 317; 413; 418) mit einer von der Leitungsart des porösen Siliziums verschiedenen Leitungsart gebildeten pn-Übergang.

29. Optooptisches Wandlerelement mit:
einem lichtemittierenden Element (604) und einem lichtempfangenden Element (602), die in vertikaler Richtung integriert sind, wobei im lichtemittierenden Element poröses Silizium (103; 103′; 12a; 16a; 312a; 316a; 412a; 417a) zwischen einem p-Halbleiter (101; 11; 105′; 17; 311; 317; 411; 416) und einem n-Halbleiter (101′; 15; 105; 13; 313; 315; 413; 418) angeordnet ist.

30. Optooptisches Wandlerelement nach Anspruch 28, wobei das lichtempfangende Element eine durch Verwendung von Einkristall-Silizium (612; 614) hergestellte Photodiode ist.

31. Optooptisches Wandlerelement nach Anspruch 29, wobei das lichtempfangende Element eine durch Verwendung von Einkristall-Silizium hergestellte Photodiode ist.

32. Optooptisches Wandlerelement nach Anspruch 28, wobei das lichtempfangende Element ein durch Verwendung von Einkristall-Silizium hergestellter Phototransistor (626; 624; 622) ist.

33. Optooptisches Wandlerelement nach Anspruch 29, wobei das lichtempfangende Element ein durch Verwendung von Einkristall-Silizium hergestellter Phototransistor ist.

34. Sichtanzeige (501) mit einem durch ein lichtemittieren des Element (504) und ein Schalterelement (505) zum Auswählen des lichtemittierenden Elements gebildetes Bildelement, wobei das lichtemittierende Element und das Schalterelement auf dem gleichen Einkristall-Sili ziumsubstrat (502) ausgebildet sind, wobei das lichte mittierende Element aufweist:
einen aus porösem Silizium (103; 103′; 12a; 16a; 312a; 316a; 412a; 417a) und aus einem Halbleiter (105; 105′, 13; 17; 313; 317; 413; 418) mit einer von der Leitungsart des porösen Siliziums verschiedenen Leitungsart gebildeten pn-Übergang.

35. Sichtanzeige (501) mit einem durch ein lichtemittieren des Element (504) und ein Schalterelement (505) zum Auswählen des lichtemittierenden Elements gebildeten Bildelement, wobei das lichtemittierende Element und das Schalterelement auf dem gleichen Einkristall-Sili ziumsubstrat (502) ausgebildet sind, wobei im licht emittierenden Element poröses Silizium (103; 103′; 12a; 16a; 312a; 316a; 412a; 417a) zwischen einem p-Halblei ter (101; 11; 105′; 17; 311; 317; 411; 416) und einem n-Halbleiter (101′; 15; 105; 13; 313; 315; 413; 418) angeordnet ist.

36. Sichtanzeige nach Anspruch 34, wobei sowohl die Trei berschaltung (531; 532; 533) zum Ansteuern der Sichtan zeige, als auch die Sichtanzeige auf einem Einkristall- Siliziumsubstrat in monolithischem Zustand angeordnet sind.

37. Sichtanzeige nach Anspruch 35, wobei sowohl die Trei berschaltung (531; 532; 533) zum Ansteuern der Sichtan zeige, als auch die Sichtanzeige auf einem Einkristall- Siliziumsubstrat in monolithischem Zustand angeordnet sind.

38. Optische Vorrichtung mit:
einem Halbleitersubstrat;
einer auf dem Substrat gebildeten Schicht aus po rösem Silizium mit einer ersten Leitungsart;
einem lichtemittierenden Element mit einer Halb leiterschicht mit einer zweiten, von der ersten Lei tungsart verschiedenen Leitungsart, der als lichtemit tierendes Element zum Aussenden eines Licht-Ausgangssi gnals in Antwort auf ein elektrisches Eingangssignal wirkt, und der einen pn-Übergang mit der Schicht aus porösem Silizium bildet; und
einem auf dem Substrat gebildeten und betrieblich mit dem elektrischen Eingangssignal oder einem opti schen Ausgangssignal gekoppelten Halbleiterelement.