(57)【要約】【課題】シリコン半導体素子の発光強度の向上を目的とする。【解決手段】第１の面Ｓ１ａと第２の面Ｓ２ａとを有する第１導電型のシリコン基板２ａと、シリコン基板２ａの第１の面Ｓ１ａに設けられておりシリコン基板２ａとの接合面の反対側にある第３の面Ｓ３ａを有する第２導電型のシリコン層４ａと、第２の面Ｓ２ａ上に設けられた第１電極１２ａと、第３の面Ｓ３ａ上に設けられた第２電極１４ａと、シリコン基板２ａ及びシリコン層４ａから成る半導体領域に形成されたアルゴン添加領域６ａとを備え、アルゴン添加領域６ａは、１×１０１８ｃｍ−３以上２×１０２０ｃｍ−３以下のアルゴン濃度を示す領域を含んでいる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面と該第１の面の反対側にある第２の面とを有する第１導電型のシリコン基板と、
前記シリコン基板の前記第１の面上に設けられており該シリコン基板との接合面の反対側にある第３の面を有する第２導電型のシリコン層と、
前記第２の面上に設けられた第１電極と、
前記第３の面上に設けられた第２電極と、
前記シリコン基板及び前記シリコン層から成る半導体領域に形成されたアルゴン添加領域と
を備え、
前記アルゴン添加領域は、１×１０１８ｃｍ−３以上２×１０２０ｃｍ−３以下のアルゴン濃度を示す領域を含んでいる、ことを特徴とする半導体素子。
【請求項２】
前記アルゴン添加領域は、前記第３の面から前記半導体領域の内側に形成されているか、又は前記第１の面から前記シリコン基板の内側に形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
【請求項３】
アルゴンが添加されたアルゴン添加領域を含んでおり第１の面を有するシリコン基板を備え、
前記アルゴン添加領域は、１×１０１８ｃｍ−３以上２×１０２０ｃｍ−３以下のアルゴン濃度を示す領域を含んでおり、前記第１の面から前記シリコン基板の内側に形成されている、ことを特徴とする半導体素子。
【請求項４】
前記シリコン基板は、前記第１の面から当該シリコン基板の内側に形成されたポーラスシリコン領域を有する、ことを特徴とする請求項１〜３のうち何れか一項に記載の半導体素子。
【請求項５】
第１の面と該第１の面の反対側にある第２の面とを有する第１導電型のシリコン基板と、
前記シリコン基板の前記第１の面上に設けられており該シリコン基板との接合面の反対側にある第３の面を有する第２導電型のシリコン層と、
前記第２の面上に設けられた第１電極と、
前記第３の面上に設けられた第２電極と、
前記シリコン基板及び前記シリコン層から成る半導体領域に形成されたアルゴン添加領域と
を備え、
前記アルゴン添加領域は、１×１０１８ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下のアルゴン濃度を示す領域を含み、
前記シリコン基板は、前記第１の面から当該シリコン基板の内側に形成されたベータ鉄シリサイド領域を有している、ことを特徴とする半導体素子。
【請求項６】
前記アルゴン添加領域は、前記第３の面から前記半導体領域の内側に形成されているか、又は前記第１の面から前記シリコン基板の内側に形成されている、ことを特徴とする請求項５に記載の半導体素子。
【請求項７】
アルゴンが添加されたアルゴン添加領域を含んでおり第１の面を有するシリコン基板を備え、
前記シリコン基板は、前記第１の面から当該シリコン基板の内側に形成されたベータ鉄シリサイド領域を有し、
前記アルゴン添加領域は、１×１０１８ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下のアルゴン濃度を示す領域を含んでおり、前記第１の面から前記シリコン基板の内側に形成されている、ことを特徴とする半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＩＩＩ−Ｖ族半導体結晶等の化合物半導体を素材とするＬＥＤやＬＥ等の半導体素子が広く用いられている。その一方で、シリコンを素材とする半導体素子の研究も進められている。単結晶シリコンの発光強度は、上記のような化合物半導体に比較して極めて低いが、シリコンを素材とする例えばポーラスシリコン等は単結晶シリコンに比較して大きな強度の可視光を発光することが知られている。そこで、例えば、下記特許文献１に記載されているように、ポーラスシリコン等を用いた半導体素子の研究開発が進められている。
【特許文献１】特開平８−１３９３５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、ポーラスシリコン等を用いた従来のシリコン半導体素子は、単結晶シリコンに比較して発光強度の向上が見込まれるものの、十分な発光強度を得るには未だ至っていない。
【０００４】
そこで、本発明は、シリコン半導体素子の発光強度の向上を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の半導体素子は、第１の面と該第１の面の反対側にある第２の面とを有する第１導電型のシリコン基板と、上記シリコン基板の上記第１の面上に設けられており該シリコン基板との接合面の反対側にある第３の面を有する第２導電型のシリコン層と、上記第２の面上に設けられた第１電極と、上記第３の面上に設けられた第２電極と、上記シリコン基板及び上記シリコン層から成る半導体領域に形成されたアルゴン添加領域とを備え、上記アルゴン添加領域は、１×１０１８ｃｍ−３以上２×１０２０ｃｍ−３以下のアルゴン濃度を示す領域を含んでいる、ことを特徴とする。更に、上記アルゴン添加領域は、上記第３の面から上記半導体領域の内側に形成されているか、又は上記第１の面から上記シリコン基板の内側に形成されていてもよい。上記シリコン基板は、上記第１の面から当該シリコン基板の内側に形成されたポーラスシリコン領域を有していてもよい。
【０００６】
このように、本発明の半導体素子は、１×１０１８ｃｍ−３以上２×１０２０ｃｍ−３以下のアルゴン濃度を示す領域を含むアルゴン添加領域を有する。本発明者は、鋭意研究の結果、１×１０１８ｃｍ−３以上２×１０２０ｃｍ−３以下のアルゴン濃度を有するアルゴン添加領域を設けることにより、アルゴンが添加されていない半導体素子に比較して、エレクトロミネッセンス（ElectricLuminescence：ＥＬ）発光及びフォトルミネッセンス（PhotoLuminescence：ＰＬ）発光の強度の向上を見出した。従って、本発明の半導体素子によれば、ＥＬ発光及びＰＬ発光の強度が向上される。
【０００７】
本発明の半導体素子は、アルゴンが添加されたアルゴン添加領域を含んでおり第１の面を有するシリコン基板を備え、上記アルゴン添加領域は、１×１０１８ｃｍ−３以上２×１０２０ｃｍ−３以下のアルゴン濃度を示す領域を含んでおり、上記第１の面から上記シリコン基板の内側に形成されている、ことを特徴とする。更に、上記シリコン基板は、上記第１の面から当該シリコン基板の内側に形成されたポーラスシリコン領域を有していてもよい。
【０００８】
このように、本発明の半導体素子は、１×１０１８ｃｍ−３以上２×１０２０ｃｍ−３以下のアルゴン濃度を示す領域を含むアルゴン添加領域を有する。本発明者は、鋭意研究の結果、１×１０１８ｃｍ−３以上２×１０２０ｃｍ−３以下のアルゴン濃度を有するアルゴン添加領域を設けることにより、アルゴンが添加されていない半導体素子に比較して、ＰＬ発光の強度の向上を見出した。従って、本発明の半導体素子によれば、ＰＬ発光の強度が向上される。
【０００９】
本発明の半導体素子は、第１の面と該第１の面の反対側にある第２の面とを有する第１導電型のシリコン基板と、上記シリコン基板の上記第１の面上に設けられており該シリコン基板との接合面の反対側にある第３の面を有する第２導電型のシリコン層と、上記第２の面上に設けられた第１電極と、上記第３の面上に設けられた第２電極と、上記シリコン基板及び上記シリコン層から成る半導体領域に形成されたアルゴン添加領域とを備え、上記アルゴン添加領域は、１×１０１８ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下のアルゴン濃度を示す領域を含み、上記シリコン基板は、上記第１の面から当該シリコン基板の内側に形成されたベータ鉄シリサイド領域を有している、ことを特徴とする。上記アルゴン添加領域は、上記第３の面から上記半導体領域の内側に形成されているか、又は上記第１の面から上記シリコン基板の内側に形成されていてもよい。
【００１０】
このように、本発明の半導体素子は、１×１０１８ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下のアルゴン濃度を示す領域を含むアルゴン添加領域を有する。本発明者は、鋭意研究の結果、１×１０１８ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下のアルゴン濃度を有するアルゴン添加領域を設けることにより、アルゴンが添加されていない半導体素子に比較して、ＥＬ発光及びＰＬ発光の強度の向上を見出した。従って、本発明の半導体素子によれば、ＥＬ発光及びＰＬ発光の強度が向上される。
【００１１】
本発明の半導体素子は、アルゴンが添加されたアルゴン添加領域を含んでおり第１の面を有するシリコン基板を備え、上記シリコン基板は、上記第１の面から当該シリコン基板の内側に形成されたベータ鉄シリサイド領域を有し、上記アルゴン添加領域は、１×１０１８ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下のアルゴン濃度を示す領域を含んでおり、上記第１の面から上記シリコン基板の内側に形成されていてもよい。
【００１２】
このように、本発明の半導体素子は、１×１０１８ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下のアルゴン濃度を示す領域を含むアルゴン添加領域を有する。本発明者は、鋭意研究の結果、１×１０１８ｃｍ−３以上１×１０２０ｃｍ−３以下のアルゴン濃度を有するアルゴン添加領域を設けることにより、アルゴンが添加されていない半導体素子に比較して、ＰＬ発光の強度の向上を見出した。従って、本発明の半導体素子によれば、ＰＬ発光の強度が向上される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、シリコン半導体素子の発光強度が向上される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明を適用した好適な実施形態の一例である半導体素子について詳細に説明する。なお、図面の説明において、可能な場合には、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。
＜第１実施形態＞
図１（ａ）及び図１（ｄ）に基づいて、第１実施形態に係るシリコン半導体素子１ａの構成を説明する。図１（ａ）は、シリコン半導体素子１ａの構成を示す図である。図１（ｄ）は、シリコン半導体素子１ａにおけるアルゴン濃度プロファイルを示す図であり、横軸はアルゴン濃度を示し、縦軸は表面からの深さを示す。図１（ａ）に示すように、シリコン半導体素子１ａは、シリコン基板２ａ、シリコン層４ａ、アルゴン添加領域６ａ、パッシベーション膜８ａ、コンタクトホールＨ１ａ、第１電極１２ａ及び第２電極１４ａを備えるＬＥＤである。
【００１５】
シリコン基板２ａは、第１の面Ｓ１ａと、第１の面Ｓ１ａの反対側にある第２の面Ｓ２ａとを有している。シリコン基板２ａは、第１導電型を示す不純物を含有する。シリコン層４ａは、第１導電型とは異なる第２導電型を示す不純物を含有しており、シリコン基板２ａの第１の面Ｓ１ａ上に設けられている。シリコン基板２ａとシリコン層４ａとによりｐｎ接合部が形成される。シリコン層４ａは、シリコン基板２ａとの接合面の反対側にある第３の面Ｓ３ａを有する。シリコン層４ａの厚みは５０ｎｍ〜数μｍ程度である。なお、第１実施形態では、第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型とするが、第１導電型をｐ型とし、第２導電型をｎ型としてもよい。
【００１６】
アルゴン添加領域６ａは、アルゴン（Ａｒ）が添加された領域であり、シリコン基板２ａ及びシリコン層４ａとから成る半導体領域に形成されている。アルゴン添加領域６ａは、シリコン層４ａの第３の面Ｓ３ａから上述の半導体領域の内側に形成されている。図１（ｄ）に、アルゴン添加領域６ａにおけるアルゴン濃度プロファイルを示す。図１（ｄ）に示すように、アルゴン濃度は、第３の面Ｓ３ａの近傍にピークを有している。アルゴン添加領域６ａは、１×１０１８ｃｍ−３〜２×１０２０ｃｍ−３のアルゴン濃度を示す領域を有している。アルゴン添加領域６ａは、２×１０１８ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３のアルゴン濃度を示す領域を有しているのがより好ましい。図１（ａ）に示す例では、アルゴン添加領域６ａは、シリコン層４ａの第３の面Ｓ３ａからシリコン基板２ａの内部に至る。
【００１７】
パッシベーション膜８ａは、例えば酸化シリコン膜であり、シリコン層４ａの第３の面Ｓ３ａ上に設けられている。コンタクトホールＨ１ａは、パッシベーション膜８ａに設けられ、シリコン層４ａの第３の面Ｓ３ａを露出する。第１電極１２ａは、導電性の金属（例えばアルミニウム等）であり、シリコン基板２ａの第２の面Ｓ２ａ上に設けられている。第２電極１４ａは、パッシベーション膜８ａ上（第３の面Ｓ３ａ上）に設けられており、コンタクトホールＨ１ａを介してシリコン層４ａと電気的に接続されている。第２電極１４ａは、導電性の金属（例えばアルミニウム等）である。上述の構成を有するシリコン半導体素子１ａでは、第２電極１４ａと第１電極１２ａとにバイアス電圧が印加されると、アルゴン添加領域６ａに発光が生じる。
【００１８】
次に、図２及び図３を参照して、第１実施形態に係るシリコン半導体素子１ａの発光特性を説明する。図２（ａ）及び図２（ｂ）には、シリコン半導体素子１ａのＰＬ（Photo Luminescence）発光特性を示すデータが示されている。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すデータは、何れも室温で測定されたデータである。図２（ａ）には、アルゴン濃度が１×１０１９ｃｍ−３程度のシリコン半導体素子１ａにおけるＰＬ発光の波長とＰＬ発光の強度との相関を示すデータ（図中符号Ａ１に示すデータ）が示されている。更に、図２（ａ）には、アルゴンが添加されていないシリコンにおけるＰＬ発光の波長とＰＬ発光の強度との相関を示すデータ（図中符号Ａ２に示すデータ）が示されている。図２（ａ）に示すグラフの横軸はＰＬ発光の波長（ｎｍ）を表しており、縦軸はＰＬ発光の強度（ａｒｂ．ｕｎｉｔｓ）を表している。ＰＬ発光強度の測定は、５３２ｎｍのＮｄ：ＹＶＯ４レーザを励起に用い、赤外フォトマル（Hamamatsu Photonics R5509-72）を検出に用いて、室温において行われた。図２（ａ）に示すデータによれば、アルゴン濃度が１×１０１９ｃｍ−３程度のシリコン半導体素子１ａのＰＬ発光（１．１３μｍ帯）の強度は、アルゴンが添加されていないシリコン素子のＰＬ発光（１．１３μｍ帯）の強度の５０倍以上となっている。以上のように、アルゴン濃度が１×１０１９ｃｍ−３程度のシリコン半導体素子１ａでは、ＰＬ発光の強度が大幅に向上されている。
【００１９】
また、図２（ｂ）には、シリコン半導体素子１ａのアルゴン濃度と、１．１３μｍ帯のＰＬ発光の強度との相関が示されている。図２（ｂ）に示すグラフの横軸はアルゴン濃度（ｃｍ−３）を表しており、縦軸は１．１３μｍ帯のＰＬ発光の強度（ａｒｂ．ｕｎｉｔｓ）を表している。図２（ｂ）に示すデータによれば、アルゴンが添加されていない場合のＰＬ発光の強度を「１」（単位）とすると、アルゴン濃度が１×１０１８ｃｍ−３（図中符号Ｄ１のデータ参照）〜２×１０２０ｃｍ−３（図中符号Ｄ２のデータ参照）におけるＰＬ発光の強度は、アルゴンが添加されていない場合に比較して１０倍から１００倍以上となっている。以上のように、ＰＬ発光の強度はアルゴン濃度が１×１０１８ｃｍ−３〜２×１０２０ｃｍ−３において著しく向上されている。特に、アルゴン濃度が２×１０１８ｃｍ−３（図中符号Ｄ３のデータ参照）〜１×１０２０ｃｍ−３（図中符号Ｄ４のデータ参照）におけるＰＬ発光の強度は、アルゴンが添加されていない場合に比較して３０倍〜１００倍以上となっている。以上のように、ＰＬ発光の強度はアルゴン濃度が２×１０１８ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３においてより著しく向上されている。
【００２０】
また、図３（ａ）及び図３（ｂ）には、シリコン半導体素子１ａのＥＬ（Electric Luminescence）発光特性を示すデータが示されている。図３（ａ）及び図５（ｂ）に示すデータは、何れも室温で測定されたデータである。図３（ａ）には、アルゴン濃度が２×１０１９ｃｍ−３程度のシリコン半導体素子１ａにおけるＥＬ発光の波長とＥＬ発光の強度との相関を示すデータ（図中符号Ａ３に示すデータ）が示されている。更に、図３（ａ）には、アルゴンが添加されていないシリコンにおけるＥＬ発光の波長とＥＬ発光の強度との相関を示すデータ（図中符号Ａ４に示すデータであり、実際のデータが１００倍されたものである）が示されている。図３（ａ）に示すグラフの横軸はＥＬ発光の波長（ｎｍ）を表しており、縦軸はＥＬ発光の強度（ａｒｂ．ｕｎｉｔｓ）を表している。ＥＬ発光強度の測定は、１００Ｈｚのパルス電源を用い（注入電流密度は２Ａ／ｃｍ−３）、赤外フォトマル（Hamamatsu Photonics R5509-72）を検出に用いて、室温において行われた。図３（ａ）に示すデータによれば、アルゴン濃度が２×１０１９ｃｍ−３程度のシリコン半導体素子１ａのＥＬ発光（１．１μｍ帯）の強度は、アルゴンが添加されていないシリコンのＥＬ発光（１．１μｍ帯）の強度の２０００倍程度となっている。すなわち、アルゴン濃度が２×１０１９ｃｍ−３程度のシリコン半導体素子１ａでは、ＥＬ発光の強度が大幅に向上されている。
【００２１】
また、図３（ｂ）には、シリコン半導体素子１ａのアルゴン濃度と、１．１３μｍ帯のＥＬ発光の強度との相関が示されている。図３（ｂ）に示すグラフの横軸はアルゴン濃度（ｃｍ−３）を表しており、縦軸は１．１３μｍ帯のＥＬ発光の強度（ａｒｂ．ｕｎｉｔｓ）を表している。図３（ｂ）に示すデータによれば、アルゴンが添加されていない場合のＥＬ発光の強度を「１」（単位）とすると、アルゴン濃度が１×１０１８ｃｍ−３（図中符号Ｄ５のデータ参照）〜２×１０２０ｃｍ−３（図中符号Ｄ６のデータ参照）におけるＥＬ発光の強度は、アルゴンが添加されていない場合に比較して２００倍から２０００倍以上となっている。以上のように、ＥＬ発光の強度はアルゴン濃度が１×１０１８ｃｍ−３〜２×１０２０ｃｍ−３において著しく向上されている。
【００２２】
特に、アルゴン濃度が２×１０１８ｃｍ−３（図中符号Ｄ７のデータ参照）〜１×１０２０ｃｍ−３（図中符号Ｄ８のデータ参照）におけるＥＬ発光の強度は、アルゴンが添加されていない場合に比較して１０００倍〜２０００倍以上となっている。以上のように、ＥＬ発光の強度はアルゴン濃度が２×１０１８ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３においてより著しく向上されている。従って、図２及び図３に示すデータによれば、シリコン半導体素子１ａのアルゴン濃度は、１×１０１８ｃｍ−３〜２×１０２０ｃｍ−３が好ましく、２×１０１８ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３がより好ましい。
【００２３】
また、アルゴン濃度が２×１０１８ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３のシリコン半導体素子１ａのＥＬ発光の応答速度は、１μｓ以上から約２０ｎｓとなり、アルゴンが添加されていないシリコンと比較して約５０倍速くなったことも本発明者によって確認されている。
【００２４】
次に、図４（ａ）〜図４（ｅ）を参照して、第１実施形態に係るシリコン半導体素子１ａの製造工程を説明する。まず、シリコン基板２ａを用意する（図４（ａ））。そして、シリコン基板２ａの第１の面Ｓ１ａ上にシリコン層４ａを形成する（図４（ｂ））。シリコン層４ａの厚みは５０ｎｍ〜数μｍ程度である。そして、ＨＩＰ（Hot Isostatic Pressing）装置を用いてシリコン層４ａの第３の面Ｓ３ａからアルゴンを添加する。この場合、シリコン基板２ａを、ＨＩＰ装置内の基板載置用の台上に載置する。シリコン基板２ａの第２の面Ｓ２ａは、この台の表面に接している。そして、第３の面Ｓ３ａを、３０分間〜６時間の間、摂氏４００度〜摂氏９００度の温度と４ＭＰａ〜２００ＭＰａの圧力とに調整されたアルゴンを含む雰囲気に露出する。これにより、第３の面Ｓ３ａからアルゴンが添加される。このアルゴンの添加により、アルゴン添加領域６ａが形成される（図４（ｃ））。アルゴン添加条件は、アルゴン雰囲気中における４ＭＰａ〜２００ＭＰａの圧力、摂氏４００度〜摂氏９００度の温度、及び、３０分間〜６時間の処理時間である。なお、アルゴンを添加する方法としては、イオン注入及びスパッタ等の方法の何れを用いてもよい。
【００２５】
次に、シリコン層４ａの第３の面Ｓ３ａ上にパッシベーション膜８１を形成する（図４（ｄ））。次いで、このパッシベーション膜８１にコンタクトホールＨ１ａを設けてパッシベーション膜８ａを形成し、パッシベーション膜８ａ上に第２電極１４ａを形成すると共にシリコン基板２ａの第２の面Ｓ２ａ上に第１電極１２ａを形成する。この後、ダイシング等の処理を経て、シリコン半導体素子１ａが製造される（図４（ｅ））。
【００２６】
図５に、アルゴン添加条件（圧力、温度及び処理時間）とＰＬ発光の強度との相関を示す。図５（ａ）には、温度が摂氏８００度程度であり処理時間が６時間程度というアルゴン添加条件のもとでアルゴン雰囲気中の圧力とＰＬ発光の強度との相関が示されている。図５（ａ）に示すグラフの横軸は圧力（ＭＰａ）を表しており、縦軸はＰＬ発光の強度（ａｒｂ．ｕｎｉｔｓ）を表している。図５（ａ）に示すように、圧力が大気圧程度の場合のＰＬ発光の強度を「２」（単位）とすると（図中符号Ｄ９のデータ参照）、温度が摂氏８００度程度であり、圧力が４ＭＰａ（図中符号Ｄ１０のデータ参照）〜２００ＭＰａ（図中符号Ｄ１１のデータ参照）程度であり（又は圧力が４ＭＰａ以上であり）、処理時間が６時間程度というアルゴン添加条件のもとでアルゴン添加が行われた場合には、圧力が大気圧程度の場合に比較して、ＰＬ発光の強度が１３倍〜６３倍程度となっている。また、図５（ａ）に示すデータによれば、圧力が高くなるほどＰＬ発光の強度も増加する。
【００２７】
図５（ｂ）には、圧力が１８０ＭＰａ程度であり処理時間が６時間程度というアルゴン添加条件のもとでアルゴン雰囲気中の温度とＰＬ発光の強度との相関が示されている。図５（ｂ）に示すグラフの横軸は温度（摂氏）を表しており、縦軸はＰＬ発光の強度（ａｒｂ．ｕｎｉｔｓ）を表している。図５（ｂ）に示すように、温度が摂氏４００度（図中符号Ｄ１２のデータ参照）〜摂氏９００度（図中符号Ｄ１３のデータ参照）程度であり（又は温度が摂氏４００度以上であり）、圧力が１８０ＭＰａ程度であり、処理時間が６時間程度というアルゴン添加条件のもとでアルゴン添加が行われるのが好ましい。更に、温度が摂氏６００度（図中符号Ｄ１４のデータ参照）〜摂氏９００度（図中符号Ｄ１３のデータ参照）程度であり、圧力が１８０ＭＰａ程度であり、処理時間が６時間程度というアルゴン添加条件のもとでアルゴン添加が行われるのがより好ましい。
【００２８】
図５（ｃ）には、圧力が１８０ＭＰａ程度であり温度が摂氏８００度程度というアルゴン添加条件のもとで処理時間とＰＬ発光の強度との相関が示されている。図５（ｃ）に示すグラフの横軸は処理時間（ｈｏｕｒ）を表しており、縦軸はＰＬ発光の強度（ａｒｂ．ｕｎｉｔｓ）を表している。図５（ｃ）に示すデータによれば、温度が摂氏８００度程度であり、圧力が１８０ＭＰａ程度というアルゴン添加条件のもとでは、処理時間が長いほどＰＬ発光の強度も増加する。特に、処理時間が２時間以上（図中符号Ｄ１５，Ｄ１６及びＤ１７の各データ参照）の場合に、ＰＬ発光の強度が高い。
＜第２実施形態＞
図１（ｂ）及び図１（ｅ）に基づいて、シリコン半導体素子１ｂの構成を説明する。図１（ｂ）は、シリコン半導体素子１ｂの構成を示す図である。図１（ｅ）は、シリコン半導体素子１ｂにおけるアルゴン濃度プロファイルを示す図であり、横軸はアルゴン濃度を示し、縦軸は表面からの深さを示す。図１（ｂ）に示すように、シリコン半導体素子１ｂは、シリコン基板２ｂ、シリコン層４ｂ、アルゴン添加領域６ｂ、パッシベーション膜８ｂ、コンタクトホールＨ１ｂ、第１電極１２ｂ及び第２電極１４ｂを備えるＬＥＤである。
【００２９】
シリコン基板２ｂは、第１の面Ｓ１ｂと、第１の面Ｓ１ｂの反対側にある第２の面Ｓ２ｂとを有している。シリコン基板２ｂは、第１導電型を示す不純物を含有する。シリコン層４ｂは、第１導電型とは異なる第２導電型を示す不純物を含有しており、シリコン基板２ｂの第１の面Ｓ１ｂ上に設けられている。シリコン基板２ｂとシリコン層４ｂとによりｐｎ接合部が形成される。シリコン層４ｂは、シリコン基板２ｂとの接合面の反対側にある第３の面Ｓ３ｂを有する。シリコン層４ｂの厚みは５０ｎｍ〜数μｍ程度である。なお、第２実施形態では、第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型とするが、第１導電型をｐ型とし、第２導電型をｎ型としてもよい。
【００３０】
アルゴン添加領域６ｂは、アルゴンが添加された領域であり、シリコン基板２ｂ及びシリコン層４ｂとから成る半導体領域に形成されている。アルゴン添加領域６ｂは、シリコン基板２ｂの第１の面Ｓ１ｂからシリコン基板２ｂの内側に形成されている。図１（ｅ）に、アルゴン添加領域６ｂにおけるアルゴン濃度プロファイルを示す。図１（ｅ）に示すように、アルゴン濃度は、第１の面Ｓ１ｂの近傍にピークを有している。アルゴン添加領域６ｂは、１×１０１８ｃｍ−３〜２×１０２０ｃｍ−３のアルゴン濃度を示す領域を有している。アルゴン添加領域６ｂは、２×１０１８ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３のアルゴン濃度を示す領域を有しているのがより好ましい。
【００３１】
パッシベーション膜８ｂは、例えば酸化シリコン膜であり、シリコン層４ｂの第３の面Ｓ３ｂ上に設けられている。コンタクトホールＨ１ｂは、パッシベーション膜８ｂに設けられ、シリコン層４ｂの第３の面Ｓ３ｂを露出する。第１電極１２ｂは、導電性の金属（例えばアルミニウム等）であり、シリコン基板２ｂの第２の面Ｓ２ｂ上に設けられている。第２電極１４ｂは、パッシベーション膜８ｂ上（第３の面Ｓ３ｂ上）に設けられており、コンタクトホールＨ１ｂを介してシリコン層４ｂと電気的に接続されている。第２電極１４ｂは、導電性の金属（例えばアルミニウム等）である。上述の構成を有するシリコン半導体素子１ｂでは、第２電極１４ｂと第１電極１２ｂとにバイアス電圧が印加されると、アルゴン添加領域６ｂに発光が生じる。
【００３２】
なお、第２実施形態に係るシリコン半導体素子１ｂの発光特性は、上述した第１実施形態に係るシリコン半導体素子１ａの発光特性（すなわち、図２及び図３に示す発光特性）と同様である。このため、シリコン半導体素子１ｂの発光特性の説明を省略する。
【００３３】
次に、図６（ａ）〜図６（ｅ）を参照して、第２実施形態に係るシリコン半導体素子１ｂの製造工程を説明する。まず、シリコン基板２ｂを用意する（図６（ａ））。そして、ＨＩＰ装置を用いてシリコン基板２ｂの第１の面Ｓ１ｂからアルゴンを添加する。この場合、シリコン基板２ｂを、ＨＩＰ装置内の基板載置用の台上に載置する。シリコン基板２ｂの第２の面Ｓ２ｂは、この台の表面に接している。そして、第１の面Ｓ１ｂを、３０分間〜６時間の間、摂氏４００度〜摂氏９００度の温度と４ＭＰａ〜２００ＭＰａの圧力とに調整されたアルゴンを含む雰囲気に露出する。これにより、第１の面Ｓ１ｂからアルゴンが添加される。このアルゴンの添加により、アルゴン添加領域６ｂが形成される（図６（ｂ））。アルゴン添加条件は、アルゴン雰囲気中における４ＭＰａ〜２００ＭＰａの圧力、摂氏４００度〜摂氏９００度の温度、及び、３０分間〜６時間の処理時間である。なお、アルゴンを添加する方法としては、イオン注入及びスパッタ等の方法の何れを用いてもよい。
【００３４】
次いで、シリコン基板２ｂの第１の面Ｓ１ｂ上にシリコン層４ｂを形成する（図６（ｃ））。シリコン層４ｂの厚みは５０ｎｍ〜数μｍ程度である。そして、シリコン層４ｂの第３の面Ｓ３ｂ上にパッシベーション膜８２を形成する（図６（ｄ））。次いで、このパッシベーション膜８２にコンタクトホールＨ１ｂを設けてパッシベーション膜８ｂを形成し、パッシベーション膜８ｂ上に第２電極１４ｂを形成すると共にシリコン基板２ｂの第２の面Ｓ２ｂ上に第１電極１２ｂを形成する。この後、ダイシング等の処理を経て、シリコン半導体素子１ｂが製造される（図６（ｅ））。
【００３５】
なお、第２実施形態に係るアルゴン添加条件（圧力、温度及び処理時間）とＰＬ発光の強度との相関は、上述した第１実施形態に係るアルゴン添加条件（圧力、温度及び処理時間）とＰＬ発光の強度との相関（すなわち、図５に示す相関）と同様である。このため、第２実施形態に係るアルゴン添加条件（圧力、温度及び処理時間）とＰＬ発光の強度との相関の説明を省略する。
＜第３実施形態＞
図１（ｃ）及び図１（ｆ）に基づいて、半導体素子１ｃの構成を説明する。図１（ｃ）は、半導体素子１ｃの構成を示す図である。図１（ｆ）は、半導体素子１ｃにおけるアルゴン濃度プロファイルを示す図であり、横軸はアルゴン濃度を示し、縦軸は表面からの深さを示す。図１（ｃ）に示すように、シリコン半導体素子１ｃは、シリコン基板２ｃ及びアルゴン添加領域６ｃを備える。
【００３６】
シリコン基板２ｃは、第１の面Ｓ１ｃを有しており、アルゴン添加領域６ｃを含む。アルゴン添加領域６ｃは、シリコン基板２ｃ内でアルゴンが添加された領域である。アルゴン添加領域６ｃは、シリコン基板２ｃの第１の面Ｓ１ｃからシリコン基板２ｃの内側に形成されている。図１（ｆ）に、アルゴン添加領域６ｃにおけるアルゴン濃度プロファイルを示す。図１（ｆ）に示すように、アルゴン濃度は、第１の面Ｓ１ｃの近傍にピークを有している。アルゴン添加領域６ｃは、１×１０１８ｃｍ−３〜２×１０２０ｃｍ−３のアルゴン濃度を示す領域を有している。アルゴン添加領域６ｃは、２×１０１８ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３のアルゴン濃度を示す領域を有しているのがより好ましい。
【００３７】
なお、第３実施形態に係るシリコン半導体素子１ｃのＰＬ発光に係る発光特性は、上述した第１実施形態に係るシリコン半導体素子１ａの発光特性（すなわち、図２に示す発光特性）と同様である。このため、シリコン半導体素子１ｃのＰＬ発光に係る発光特性の説明を省略する。
【００３８】
次に、図７（ａ）及び図７（ｂ）を参照して、第３実施形態に係るシリコン半導体素子１ｃの製造工程を説明する。まず、シリコン基板２ｃを用意する（図７（ａ））。そして、ＨＩＰ装置を用いてシリコン基板２ｃの第１の面Ｓ１ｃからアルゴンを添加する。この場合、シリコン基板２ｃを、ＨＩＰ装置内の基板載置用の台上に載置する。シリコン基板２ｃの第１の面Ｓ１ｃの反対側の面は、この台の表面に接している。そして、第１の面Ｓ１ｃを、３０分間〜６時間の間、摂氏４００度〜摂氏９００度の温度と４ＭＰａ〜２００ＭＰａの圧力とに調整されたアルゴンを含む雰囲気に露出する。これにより、第１の面Ｓ１ｃからアルゴンが添加される。このアルゴンの添加により、アルゴン添加領域６ｃが形成される。アルゴン添加条件は、アルゴン雰囲気中における４ＭＰａ〜２００ＭＰａの圧力、摂氏４００度〜摂氏９００度の温度、及び、３０分間〜６時間の処理時間である。なお、アルゴンを添加する方法としては、イオン注入及びスパッタ等の方法の何れを用いてもよい。この後、ダイシング等の処理を経て、シリコン半導体素子１ｃが製造される（図７（ｂ））。
【００３９】
なお、第３実施形態に係るアルゴン添加条件（圧力、温度及び処理時間）とＰＬ発光の強度との相関は、上述した第１実施形態に係るアルゴン添加条件（圧力、温度及び処理時間）とＰＬ発光の強度との相関（すなわち、図５に示す相関）と同様である。このため、第３実施形態に係るアルゴン添加条件（圧力、温度及び処理時間）とＰＬ発光の強度との相関の説明を省略する。
＜第４実施形態＞
図８（ａ）及び図８（ｄ）に基づいて、シリコン半導体素子１ｄの構成を説明する。図８（ａ）は、シリコン半導体素子１ｄの構成を示す図である。図８（ｄ）は、シリコン半導体素子１ｄにおけるアルゴン濃度プロファイルを示す図であり、横軸はアルゴン濃度を示し、縦軸は表面からの深さを示す。図８（ａ）に示すように、シリコン半導体素子１ｄは、シリコン基板２ｄ、シリコン領域３ｄ、シリコン層４ｄ、アルゴン添加領域６ｄ、パッシベーション膜８ｄ、コンタクトホールＨ１ｄ、第１電極１２ｄ及び第２電極１４ｄを備えるＬＥＤである。
【００４０】
シリコン基板２ｄは、第１の面Ｓ１ｄと、第１の面Ｓ１ｄの反対側にある第２の面Ｓ２ｄとを有している。シリコン基板２ｄは、第１導電型を示す不純物を含有する。シリコン基板２ｄは、シリコン領域３ｄを有する。シリコン領域３ｄは、シリコン基板２ｄの第１の面Ｓ１ｄから内側に厚みを有するように設けられている。シリコン領域３ｄは、第１導電型を示す不純物を含有しており、ポーラスシリコン（Porous Silicon）又はベータ鉄シリサイド（β‐ＦｅＳｉ２）の何れかによって構成されている。シリコン層４ｄは、第１導電型とは異なる第２導電型を示す不純物を含有しており、シリコン基板２ｄの第１の面Ｓ１ｄ上に設けられている。シリコン基板２ｄ（特にシリコン領域３ｄ）とシリコン層４ｄとによりｐｎ接合部が形成される。シリコン層４ｄは、シリコン基板２ｄとの接合面の反対側にある第３の面Ｓ３ｄを有する。シリコン層４ｄの厚みは５０ｎｍ〜数μｍ程度である。なお、第４実施形態では、シリコン領域３ｄがポーラスシリコンによって構成されている場合には、第１導電型をｐ型、第２導電型をｎ型とし、シリコン領域３ｄがベータ鉄シリサイドによって構成されている場合には、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型とする。これに対し、シリコン領域３ｄがポーラスシリコンによって構成されている場合に、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型としてもよいし、シリコン領域３ｄがベータ鉄シリサイドによって構成されている場合に、第１導電型をｐ型、第２導電型をｎ型としてもよい。
【００４１】
アルゴン添加領域６ｄは、アルゴンが添加された領域であり、シリコン基板２ｄ及びシリコン層４ｄとから成る半導体領域に形成されている。アルゴン添加領域６ｄは、シリコン層４ｄの第３の面Ｓ３ｄから上述の半導体領域の内側に形成されている。図８（ｄ）に、アルゴン添加領域６ｄにおけるアルゴン濃度プロファイルを示す。図８（ｄ）に示すように、アルゴン濃度は、第３の面Ｓ３ｄの近傍にピークを有している。シリコン領域３ｄがポーラスシリコンにより構成されている場合のアルゴン添加領域６ｄは、１×１０１８ｃｍ−３〜２×１０２０ｃｍ−３のアルゴン濃度を示す領域を有している。このアルゴン添加領域６ｄは、２×１０１８ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３のアルゴン濃度を示す領域を有しているのがより好ましい。また、シリコン領域３ｄがベータ鉄シリサイドにより構成されている場合のアルゴン添加領域６ｄは、１×１０１８ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３のアルゴン濃度を示す領域を有している。このアルゴン添加領域６ｄは、２×１０１８ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３のアルゴン濃度を示す領域を有しているのがより好ましい。図８（ａ）に示す例では、アルゴン添加領域６ｄは、シリコン層４ｄの第３の面Ｓ３ｄからシリコン層４ｄ及びシリコン領域３ｄを含みシリコン基板２ｄの内部に至る。
【００４２】
パッシベーション膜８ｄは、例えば酸化シリコン膜であり、シリコン層４ｄの第３の面Ｓ３ｄ上に設けられている。コンタクトホールＨ１ｄは、パッシベーション膜８ｄに設けられ、シリコン層４ｄの第３の面Ｓ３ｄを露出する。第２電極１４ｄは、パッシベーション膜８ｄ上（第３の面Ｓ３ｄ上）に設けられており、コンタクトホールＨ１ｄを介してシリコン層４ｄと電気的に接続されている。第２電極１４ｄは、導電性の金属（例えばアルミニウム等）である。第１電極１２ｄは、導電性の金属（例えばアルミニウム等）であり、シリコン基板２ｄの第２の面Ｓ２ｄ上に設けられている。上述の構成を有するシリコン半導体素子１ｄでは、第２電極１４ｄと第１電極１２ｄとにバイアス電圧が印加されると、アルゴン添加領域６ｄに発光が生じる。
【００４３】
次に、図９及び図１０を参照して、第４実施形態に係るシリコン半導体素子１ｄの発光特性を説明する。図９（ａ）には、ポーラスシリコンにより構成されたシリコン領域３ｄを有するシリコン半導体素子１ｄのＰＬ発光特性を示すデータが示されており、図９（ｂ）には、ポーラスシリコンにより構成されたシリコン領域３ｄを有するシリコン半導体素子１ｄのＥＬ発光特性を示すデータが示されている。図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すデータは、何れも室温で測定されたデータである。図９（ａ）には、アルゴン濃度が１×１０１９ｃｍ−３程度のシリコン半導体素子１ｄにおけるＰＬ発光の波長とＰＬ発光の強度との相関を示すデータ（図中符号Ａ５に示すデータ）が示されている。更に、図９（ａ）には、アルゴンが添加されていないシリコンにおけるＰＬ発光の波長とＰＬ発光の強度との相関を示すデータ（図中符号Ａ６に示すデータであり、実際のデータが５０倍されたものである）が示されている。図９（ａ）に示すグラフの横軸はＰＬ発光の波長（ｎｍ）を表しており、縦軸はＰＬ発光の強度（ａｒｂ．ｕｎｉｔｓ）を表している。図９（ａ）に示すデータによれば、アルゴン濃度が１×１０１９ｃｍ−３程度のシリコン半導体素子１ｄのＰＬ発光（１．１μｍ帯）の強度は、アルゴンが添加されていないシリコン素子のＰＬ発光（１．１μｍ帯）の強度の１００倍以上となっている。以上のように、アルゴン濃度が１×１０１９ｃｍ−３程度のシリコン半導体素子１ｄでは、ＰＬ発光の強度が大幅に向上されている。
【００４４】
また、ＰＬ発光のピークは、アルゴンが添加されていないシリコン素子の場合には１１５０ｎｍ程度であるが、アルゴン濃度が１×１０１９ｃｍ−３程度のシリコン半導体素子１ｄの場合にはピークがシフトして９２２ｎｍ程度となっている。また、図９（ｂ）には、シリコン半導体素子１ｄのアルゴン濃度と、９２２ｎｍ帯のＥＬ発光の強度との相関が示されている。図９（ｂ）に示すグラフの横軸はアルゴン濃度（ｃｍ−３）を表しており、縦軸はＥＬ発光の強度（ａｒｂ．ｕｎｉｔｓ）を表している。図９（ｂ）に示すデータによれば、アルゴンが添加されていない場合のＥＬ発光の強度を「１」（単位）とすると、アルゴン濃度が１×１０１８ｃｍ−３（図中符号Ｄ１８のデータ参照）〜２×１０２０ｃｍ−３（図中符号Ｄ１９のデータ参照）におけるＰＬ発光の強度は、アルゴンが添加されていない場合に比較して３０倍から１００倍以上となっている。以上のように、ＥＬ発光の強度はアルゴン濃度が１×１０１８ｃｍ−３〜２×１０２０ｃｍ−３において著しく向上されている。
【００４５】
特に、アルゴン濃度が２×１０１８ｃｍ−３（図中符号Ｄ２０のデータ参照）〜８×１０１９ｃｍ−３（図中符号Ｄ２１のデータ参照）におけるＥＬ発光の強度は、アルゴンが添加されていない場合に比較して１００倍以上となっている。以上のように、ＥＬ発光の強度はアルゴン濃度が２×１０１８ｃｍ−３〜８×１０１９ｃｍ−３においてより著しく向上されている。従って、ポーラスシリコンを用いたシリコン半導体素子１ｄのアルゴン濃度は、１×１０１８ｃｍ−３〜２×１０２０ｃｍ−３が好ましく、２×１０１８ｃｍ−３〜８×１０１９ｃｍ−３がより好ましい。
【００４６】
また、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）には、ベータ鉄シリサイドにより構成されたシリコン領域３ｄを有するシリコン半導体素子１ｄのＥＬ（Electric Luminescence ）発光特性を示すデータが示されている。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すデータは、何れも室温で測定されたデータである。図１０（ａ）には、アルゴン濃度が１×１０１９ｃｍ−３程度のシリコン半導体素子１ｄにおけるＥＬ発光の波長とＥＬ発光の強度との相関を示すデータ（図中符号Ａ７に示すデータ）が示されている。更に、図１０（ａ）には、アルゴンが添加されていないシリコンにおけるＥＬ発光の波長とＥＬ発光の強度との相関を示すデータ（図中符号Ａ８に示すデータ）が示されている。図１０（ａ）に示すグラフの横軸はＥＬ発光の波長（ｎｍ）を表しており、縦軸はＥＬ発光の強度（ａｒｂ．ｕｎｉｔｓ）を表している。図１０（ａ）に示すデータによれば、アルゴン濃度が１×１０１９ｃｍ−３程度のシリコン半導体素子１ｄのＥＬ発光（１．６μｍ帯）の強度は、アルゴンが添加されていないシリコンのＥＬ発光（１．６μｍ帯）の強度の１５倍程度となっている。以上のように、アルゴン濃度が１×１０１９ｃｍ−３程度のシリコン半導体素子１ｄでは、ＥＬ発光の強度が大幅に向上されている。
【００４７】
また、図１０（ｂ）には、シリコン半導体素子１ｄのアルゴン濃度と、１．６μｍ帯のＥＬ発光の強度との相関が示されている。図１０（ｂ）に示すグラフの横軸はアルゴン濃度（ｃｍ−３）を表しており、縦軸は１．６μｍ帯のＥＬ発光の強度（ａｒｂ．ｕｎｉｔｓ）を表している。図１０（ｂ）に示すデータによれば、アルゴンが添加されていない場合のＥＬ発光の強度を「１」（単位）とすると、アルゴン濃度が１×１０１８ｃｍ−３（図中符号Ｄ２２のデータ参照）〜１×１０２０ｃｍ−３（図中符号Ｄ２３のデータ参照）におけるＥＬ発光の強度は、アルゴンが添加されていない場合に比較して４倍から１０倍以上となっている。以上のように、ＥＬ発光の強度はアルゴン濃度が１×１０１８ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３において著しく向上されている。
【００４８】
特に、アルゴン濃度が２×１０１８ｃｍ−３（図中符号Ｄ２４のデータ参照）〜１×１０２０ｃｍ−３（図中符号Ｄ２３のデータ参照）におけるＥＬ発光の強度は、アルゴンが添加されていない場合に比較して６倍〜１０倍以上となっている。以上のように、ＥＬ発光の強度はアルゴン濃度が２×１０１８ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３においてより著しく向上されている。従って、ベータ鉄シリサイドを有するシリコン半導体素子１ｄのアルゴン濃度は、１×１０１８ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３が好ましく、２×１０１８ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３がより好ましい。
【００４９】
次に、図１１（ａ）〜図１１（ｅ）を参照して、第４実施形態に係るシリコン半導体素子１ｄの製造工程を説明する。まず、シリコン基板２ｄを用意する（図１１（ａ））。そして、シリコン基板２ｄの第１の面Ｓ１ｄ上にシリコン層４ｄを形成する（図１１（ｂ））。シリコン層４ｄの厚みは５０ｎｍ〜数μｍ程度である。そして、ＨＩＰ装置を用いてシリコン層４ｄの第３の面Ｓ３ｄからアルゴンを添加する。この場合、シリコン基板２ｄを、ＨＩＰ装置内の基板載置用の台上に載置する。シリコン基板２ｄの第２の面Ｓ２ｄは、この台の表面に接している。そして、第３の面Ｓ３ｄを、３０分間〜６時間の間、摂氏４００度〜摂氏９００度の温度と４ＭＰａ〜２００ＭＰａの圧力とに調整されたアルゴンを含む雰囲気に露出する。これにより、第３の面Ｓ３ｄからアルゴンが添加される。このアルゴンの添加により、アルゴン添加領域６ｄが形成される（図１１（ｃ））。アルゴン添加条件は、アルゴン雰囲気中における４ＭＰａ〜２００ＭＰａの圧力、摂氏４００度〜摂氏９００度の温度、及び、３０分間〜６時間の処理時間である。なお、アルゴンを添加する方法としては、イオン注入及びスパッタ等の方法の何れを用いてもよい。
【００５０】
そして、シリコン層４ｄの第３の面Ｓ３ｄ上にパッシベーション膜８３を形成する（図１１（ｄ））。次いで、このパッシベーション膜８３にコンタクトホールＨ１ｄを設けてパッシベーション膜８ｄを形成し、パッシベーション膜８ｄ上に第２電極１４ｄを形成すると共にシリコン基板２ｄの第２の面Ｓ２ｄ上に第１電極１２ｄを形成する。この後、ダイシング等の処理を経て、シリコン半導体素子１ｄが製造される（図１１（ｅ））。
【００５１】
なお、第４実施形態に係るアルゴン添加条件（圧力、温度及び処理時間）とＰＬ発光の強度との相関は、上述した第１実施形態に係るアルゴン添加条件（圧力、温度及び処理時間）とＰＬ発光の強度との相関（すなわち、図５に示す相関）と同様である。このため、第４実施形態に係るアルゴン添加条件（圧力、温度及び処理時間）とＰＬ発光の強度との相関の説明を省略する。
＜第５実施形態＞
図８（ｂ）及び図８（ｅ）に基づいて、シリコン半導体素子１ｅの構成を説明する。図８（ｂ）は、シリコン半導体素子１ｅの構成を示す図である。図８（ｅ）は、シリコン半導体素子１ｅにおけるアルゴン濃度プロファイルを示す図であり、横軸はアルゴン濃度を示し、縦軸は表面からの深さを示す。図８（ｂ）に示すように、シリコン半導体素子１ｅは、シリコン基板２ｅ、シリコン領域３ｅ、シリコン層４ｅ、アルゴン添加領域６ｅ、パッシベーション膜８ｅ、コンタクトホールＨ１ｅ、第１電極１２ｅ及び第２電極１４ｅを備えるＬＥＤである。
【００５２】
シリコン基板２ｅは、第１の面Ｓ１ｅと、第１の面Ｓ１ｅの反対側にある第２の面Ｓ２ｅを有している。シリコン基板２ｅは、第１導電型を示す不純物を含有する。シリコン基板２ｅは、シリコン領域３ｅを有する。シリコン領域３ｅは、シリコン基板２ｅの第１の面Ｓ１ｅから内側に厚みを有するように設けられている。シリコン領域３ｅは、第１導電型を示す不純物を含有しており、ポーラスシリコン又はベータ鉄シリサイドの何れかによって構成されている。シリコン層４ｅは、第１導電型とは異なる第２導電型を示す不純物を含有しており、シリコン基板２ｅの第１の面Ｓ１ｅ上に設けられている。シリコン基板２ｅ（特にシリコン領域３ｅ）とシリコン層４ｅとによりｐｎ接合部が形成される。シリコン層４ｅは、シリコン基板２ｅとの接合面の反対側にある第３の面Ｓ３ｅを有する。シリコン層４ｅの厚みは５０ｎｍ〜数μｍ程度である。なお、第５実施形態では、シリコン領域３ｅがポーラスシリコンによって構成されている場合には、第１導電型をｐ型、第２導電型をｎ型とし、シリコン領域３ｅがベータ鉄シリサイドによって構成されている場合には、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型とする。これに対し、シリコン領域３ｅがポーラスシリコンによって構成されている場合に、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型としてもよいし、シリコン領域３ｅがベータ鉄シリサイドによって構成されている場合に、第１導電型をｐ型、第２導電型をｎ型としてもよい。
【００５３】
アルゴン添加領域６ｅは、アルゴンが添加された領域であり、シリコン基板２ｅ及びシリコン層４ｅとから成る半導体領域に形成されている。アルゴン添加領域６ｅは、シリコン基板２ｅの第１の面Ｓ１ｅからシリコン基板２ｅの内側に形成されている。図８（ｅ）に、アルゴン添加領域６ｅにおけるアルゴン濃度プロファイルを示す。シリコン領域３ｅがポーラスシリコンにより構成されている場合のアルゴン添加領域６ｅは、１×１０１８ｃｍ−３〜２×１０２０ｃｍ−３のアルゴン濃度を示す領域を有している。このアルゴン添加領域６ｅは、２×１０１８ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３のアルゴン濃度を示す領域を有しているのがより好ましい。また、シリコン領域３ｅがベータ鉄シリサイドにより構成されている場合のアルゴン添加領域６ｅは、１×１０１８ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３のアルゴン濃度を示す領域を有している。このアルゴン添加領域６ｅは、２×１０１８ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３のアルゴン濃度を示す領域を有しているのがより好ましい。図８（ｅ）に示すように、アルゴン濃度は、第１の面Ｓ１ｅの近傍にピークを有している。図８（ｅ）に示す例では、アルゴン添加領域６ｄは、シリコン基板２ｅの第１の面Ｓ１ｅからシリコン領域３ｅを含みシリコン基板２ｅの内部に至る。パッシベーション膜８ｅは、例えば酸化シリコン膜であり、シリコン層４ｅの第３の面Ｓ３ｅ上に設けられている。
【００５４】
コンタクトホールＨ１ｅは、パッシベーション膜８ｅに設けられ、シリコン層４ｅの第３の面Ｓ３ｅを露出する。第２電極１４ｅは、パッシベーション膜８ｂ（第３の面Ｓｅ上）上に設けられており、コンタクトホールＨ１ｅを介してシリコン層４ｅと電気的に接続されている。第２電極１４ｅは、導電性の金属（例えばアルミニウム等）である。第１電極１２ｅは、導電性の金属（例えばアルミニウム等）であり、シリコン基板２ｅの第２の面Ｓ２ｅ上に設けられている。上述の構成を有するシリコン半導体素子１ｅでは、第２電極１４ｅと第１電極１２ｅとにバイアス電圧が印加されると、アルゴン添加領域６ｅに発光が生じる。
【００５５】
なお、第５実施形態に係るシリコン半導体素子１ｅの発光特性は、シリコン領域３ｅがポーラスシリコンによって構成されている場合には図９と同様であり、シリコン領域３ｅがベータ鉄シリサイドによって構成されている場合には図１０に示す発光特性と同様である。このため、シリコン半導体素子１ｅの発光特性の説明を省略する。
【００５６】
次に、図１２（ａ）〜図１２（ｅ）を参照して、第５実施形態に係るシリコン半導体素子１ｅの製造工程を説明する。まず、シリコン基板２ｅを用意する（図１２（ａ））。そして、ＨＩＰ装置を用いてシリコン基板２ｅの第１の面Ｓ１ｅからアルゴンを添加する。この場合、シリコン基板２ｅを、ＨＩＰ装置内の基板載置用の台上に載置する。シリコン基板２ｅの第２の面Ｓ２ｅは、この台の表面に接している。そして、第１の面Ｓ１ｅを、３０分間〜６時間の間、摂氏４００度〜摂氏９００度の温度と４ＭＰａ〜２００ＭＰａの圧力とに調整されたアルゴンを含む雰囲気に露出する。これにより、第１の面Ｓ１ｅからアルゴンが添加される。このアルゴンの添加により、アルゴン添加領域６ｅが形成される（図１２（ｂ））。アルゴン添加条件は、アルゴン雰囲気中における４ＭＰａ〜２００ＭＰａの圧力、摂氏４００度〜摂氏９００度の温度、及び、３０分間〜６時間の処理時間である。なお、アルゴンを添加する方法としては、イオン注入及びスパッタ等の方法の何れを用いてもよい。
【００５７】
そして、シリコン基板２ｅの第１の面Ｓ１ｅ上にシリコン層４ｅを形成する（図１２（ｃ））。シリコン層４ｅの厚みは５０ｎｍ〜数μｍ程度である。そして、シリコン層４ｅの第３の面Ｓ３ｅ上にパッシベーション膜８４を形成する（図１２（ｄ））。次いで、このパッシベーション膜８４にコンタクトホールＨ１ｅを設けてパッシベーション膜８ｅを形成し、パッシベーション膜８ｅ上に第２電極１４ｅを形成すると共にシリコン基板２ｅの第２の面Ｓ２ｅ上に第１電極１２ｅを形成する。この後、ダイシング等の処理を経て、シリコン半導体素子１ｅが製造される（図１２（ｅ））。
【００５８】
なお、第５実施形態に係るアルゴン添加条件（圧力、温度及び処理時間）とＰＬ発光の強度との相関は、上述した第１実施形態に係るアルゴン添加条件（圧力、温度及び処理時間）とＰＬ発光の強度との相関（すなわち、図５に示す相関）と同様である。このため、第５実施形態に係るアルゴン添加条件（圧力、温度及び処理時間）とＰＬ発光の強度との相関の説明を省略する。
＜第６実施形態＞
図８（ｃ）及び図８（ｆ）に基づいて、半導体素子１ｆの構成を説明する。図８（ｃ）は、半導体素子１ｆの構成を示す図である。図８（ｆ）は、半導体素子１ｆにおけるアルゴン濃度プロファイルを示す図であり、横軸はアルゴン濃度を示し、縦軸は表面からの深さを示す。図８（ｃ）に示すように、シリコン半導体素子１ｆは、シリコン基板２ｆ及びアルゴン添加領域６ｆを備える。
【００５９】
シリコン基板２ｆは、シリコン領域３ｆを有し、シリコン領域３ｆは、シリコン基板２ｆの第１の面Ｓ１ｆから内側に厚みを有するように設けられている。シリコン領域３ｆは、ポーラスシリコン又はベータ鉄シリサイドの何れかによって構成されている。アルゴン添加領域６ｆは、シリコン基板２ｆ内でアルゴンが添加された領域である。アルゴン添加領域６ｆは、シリコン基板２ｆの第１の面Ｓ１ｆからシリコン基板２ｆの内側に形成されている。図８（ｆ）に、アルゴン添加領域６ｆにおけるアルゴン濃度プロファイルを示す。シリコン領域３ｆがポーラスシリコンにより構成されている場合のアルゴン添加領域６ｆは、１×１０１８ｃｍ−３〜２×１０２０ｃｍ−３のアルゴン濃度を示す領域を有している。このアルゴン添加領域６ｆは、２×１０１８ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３のアルゴン濃度を示す領域を有しているのがより好ましい。また、シリコン領域３ｆがベータ鉄シリサイドにより構成されている場合のアルゴン添加領域６ｆは、１×１０１８ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３のアルゴン濃度を示す領域を有している。このアルゴン添加領域６ｆは、２×１０１８ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３のアルゴン濃度を示す領域を有しているのがより好ましい。図８（ｆ）に示すように、アルゴン濃度は、第１の面Ｓ１ｆの近傍にピークを有している。
【００６０】
なお、第６実施形態に係るシリコン半導体素子１ｆの発光特性は、シリコン領域３ｆがポーラスシリコンによって構成されている場合には図９と同様であり、シリコン領域３ｆがベータ鉄シリサイドによって構成されている場合には図１０に示す発光特性と同様である。このため、シリコン半導体素子１ｆの発光特性の説明を省略する。
【００６１】
次に、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）を参照して、第６実施形態に係るシリコン半導体素子１ｆの製造工程を説明する。まず、シリコン基板２ｆを用意する（図１３（ａ））。そして、ＨＩＰ装置を用いてシリコン基板２ｆの第１の面Ｓ１ｆからアルゴンを添加する。この場合、シリコン基板２ｆを、ＨＩＰ装置内の基板載置用の台上に載置する。シリコン基板２ｆの第１の面Ｓ１ｆの反対側の面は、この台の表面に接している。そして、第１の面Ｓ１ｆを、３０分間〜６時間の間、摂氏４００度〜摂氏９００度の温度と４ＭＰａ〜２００ＭＰａの圧力とに調整されたアルゴンを含む雰囲気に露出する。これにより、第１の面Ｓ１ｆからアルゴンが添加される。このアルゴンの添加により、アルゴン添加領域６ｆが形成される。アルゴン添加条件は、アルゴン雰囲気中における４ＭＰａ〜２００ＭＰａの圧力、摂氏４００度〜摂氏９００度の温度、及び、３０分間〜６時間の処理時間である。なお、アルゴンを添加する方法としては、イオン注入及びスパッタ等の方法の何れを用いてもよい。この後、ダイシング等の処理を経て、シリコン半導体素子１ｆが製造される（図１３（ｂ））。
【００６２】
なお、第６実施形態に係るアルゴン添加条件（圧力、温度及び処理時間）とＰＬ発光の強度との相関は、上述した第１実施形態に係るアルゴン添加条件（圧力、温度及び処理時間）とＰＬ発光の強度との相関（すなわち、図５に示す相関）と同様である。このため、第６実施形態に係るアルゴン添加条件（圧力、温度及び処理時間）とＰＬ発光の強度との相関の説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】実施形態に係るシリコン半導体素子の構造を示す断面図である。
【図２】実施形態に係るシリコン半導体素子の発光特性を示す図である。
【図３】実施形態に係るシリコン半導体素子の発光特性を示す図である。
【図４】実施形態に係るシリコン半導体素子の製造方法を説明するための図である。
【図５】実施形態に係るアルゴン添加条件を説明するための図である。
【図６】実施形態に係るシリコン半導体素子の製造方法を説明するための図である。
【図７】実施形態に係るシリコン半導体素子の製造方法を説明するための図である。
【図８】実施形態に係るシリコン半導体素子の構造を示す断面図である。
【図９】実施形態に係るシリコン半導体素子の発光特性を示す図である。
【図１０】実施形態に係るシリコン半導体素子の発光特性を示す図である。
【図１１】実施形態に係るシリコン半導体素子の製造方法を説明するための図である。
【図１２】実施形態に係るシリコン半導体素子の製造方法を説明するための図である。
【図１３】実施形態に係るシリコン半導体素子の製造方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６４】
１ａ，１ｂ，１ｃ…シリコン半導体素子、２ａ，２ｂ，２ｃ…シリコン基板、３ａ，３ｂ…シリコン領域、４ａ，４ｂ…シリコン層、６ａ，６ｂ，６ｃ…アルゴン添加領域、８ａ，８ｂ…パッシベーション膜、１２ａ，１２ｂ…第１電極、１４ａ，１４ｂ…第２電極、Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ，Ｓ１ｃ…第１の面、Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ…第２の面、Ｓ３ａ，Ｓ２ｂ…第３の面、Ｈ１ａ，Ｈ１ｂ…コンタクトホール。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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