(57)【要約】【課題】シリコン光素子の製造方法及びその方法により製造されたシリコン光素子並びにシリコン光素子を適用した画像入力及び／または出力装置を提供する。【解決手段】シリコン光素子の製造方法は、シリコンをベースとするｎ型またはｐ型の基板１を備える段階と、基板の表面にエッチングにより極小欠陥パターン７を形成する段階と、極小欠陥パターン上に開口を有する制御膜９を形成する段階と、基板とのｐ−ｎ接合部位で量子拘束効果により光電変換効果を示して発光及び／または受光が起きるように、基板の極小欠陥パターンが形成された面に開口を通じて基板と反対型に非常に浅いドーピング領域１０を形成する段階とを含む。そして、シリコン光素子はこの製造方法により製造され、画像入力及び／または出力装置は、このシリコン光素子を採用している。【選択図】図１２
2004228578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンをベースとするｎ型またはｐ型の基板を備える段階と、
前記基板の表面にエッチングにより極小欠陥パターンを形成する段階と、
前記極小欠陥パターン上に開口を有する制御膜を形成する段階と、
基板とのｐ−ｎ接合部位で量子拘束効果により光電変換効果を示して発光及び／または受光を起こす深さに、前記基板の極小欠陥パターンが形成された面に前記開口を通じて前記基板と反対型にドーピング領域を形成する段階と、を含むことを特徴とするシリコン光素子の製造方法。
【請求項２】
前記極小欠陥パターンを形成する段階は、
前記基板表面にマスク層を形成する段階と、
前記マスク層に所望の大きさ及び周期で穴パターンを形成する段階と、
エッチング工程により、前記マスク層の穴に対応する基板部分をエッチングして、前記基板表面に極小欠陥パターンを形成する段階と、
前記マスク層を除去する段階と、を含むことを特徴とする請求項１に記載のシリコン光素子の製造方法。
【請求項３】
単一プローブまたは複数のアレイに配列されたマルチプローブを使用して、前記マスク層に所望の大きさ及び周期で穴パターンを形成することを特徴とする請求項２に記載のシリコン光素子の製造方法。
【請求項４】
前記プローブはＡＦＭプローブであることを特徴とする請求項３に記載のシリコン光素子の製造方法。
【請求項５】
前記制御膜は、前記ドーピング領域を前記基板との間のｐ−ｎ接合部位で量子拘束効果により光電変換効果を示すドーピング深さに形成するシリコン酸化膜であることを特徴とする請求項１に記載のシリコン光素子の製造方法。
【請求項６】
前記基板に、前記ドーピング領域に電気的に連結可能な第１及び第２電極を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のシリコン光素子の製造方法。
【請求項７】
前記ドーピング領域はドーパントの非平衡拡散により形成されることを特徴とする請求項１に記載のシリコン光素子の製造方法。
【請求項８】
ドーピング領域形成後に前記制御膜は選択的に除去されることを特徴とする請求項１に記載のシリコン光素子の製造方法。
【請求項９】
前記極小欠陥の周期は発光及び／または受光が起きる光の波長に対応することを特徴とする請求項１ないし請求項８のうちいずれか１つに記載のシリコン光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記極小欠陥パターンは単一周期で形成されて、単一波長の光を発光及び／または受光することを特徴とする請求項９に記載のシリコン光素子の製造方法。
【請求項１１】
極小欠陥パターン上に複数の開口を有する制御膜を形成し、この開口を通じて複数のドーピング領域を形成して複数のシリコン光素子アレイを得ることを特徴とする請求項１０に記載のシリコン光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記極小欠陥パターンは周期が相異なる複数の極小欠陥パターン領域よりなり、これらに対応して複数の開口を有する制御膜を形成し、これら開口を通じて複数のドーピング領域を形成して複数波長の光を発光及び／または受光する複数のシリコン光素子アレイを得ることを特徴とする請求項９に記載のシリコン光素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のうちいずれか１項の方法により製造されたシリコン光素子。
【請求項１４】
シリコンをベースとするｎ型またはｐ型の基板に画像を入力及び／または出力できるシリコン光素子が二次元アレイに配列されてなるシリコン光素子パネルを具備し、
前記シリコン光素子は、
前記基板の表面にエッチングにより形成された極小欠陥パターンと、
基板とのｐ−ｎ接合部位で量子拘束効果により光電変換効果を示して発光及び／または受光を起こす深さに、前記基板の極小欠陥パターンが形成された面に前記基板と反対型にドーピング形成されたドーピング領域と、を含むことを特徴とする画像入力及び／または出力装置。
【請求項１５】
前記極小欠陥パターンは、
前記基板表面にマスク層を形成した状態でこのマスク層に所望の大きさ及び周期で穴パターンを形成し、エッチング工程により前記マスク層の穴に対応する基板部分をエッチングして形成することを特徴とする請求項１４に記載の画像入力及び／または出力装置
【請求項１６】
前記極小欠陥パターンの周期は発光及び／または受光が起きる光の波長に対応することを特徴とする請求項１４に記載の画像入力及び／または出力装置。
【請求項１７】
画像入力及び出力がいずれも可能であり、画像入力及び出力が相異なるシリコン光素子を通じて行われることを特徴とする請求項１４に記載の画像入力及び／または出力装置。
【請求項１８】
画像入力及び出力がいずれも可能であり、画像入力及び出力が同一シリコン光素子を通じて行われることを特徴とする請求項１４に記載の画像入力及び／または出力装置。
【請求項１９】
前記基板にはシリコン光素子パネルに対する各ピクセル別画像の入力及び／または出力動作が可能になるように電極がパターニングされたことを特徴とする請求項１４に記載の画像入力及び／または出力装置。
【請求項２０】
前記シリコン光素子パネルには各ピクセル当り３つ以上のシリコン光素子が位置することを特徴とする請求項１４ないし１９のうちいずれか１項に記載の画像入力及び／または出力装置。
【請求項２１】
各ピクセルに位置する３つ以上のシリコン光素子は相異なる波長の光を発光及び／または受光するように、相異なる周期の極小欠陥パターンを有してカラー画像を具現できることを特徴とする請求項２０に記載の画像入力及び／または出力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシリコン光素子の製造方法及びその方法により製造されたシリコン光素子並びにシリコン光素子を採用した画像入力及び出力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン半導体基板には論理素子、演算素子及びドライブ素子などを高い信頼性で且つ高集積度で集積でき、シリコンの値段が安いために化合物半導体に比べてはるかに低コストで高集積回路を実現できる利点がある。したがって、大部分の集積回路はシリコンを基本材料として使用している。
【０００３】
前記のようなシリコンの利点を十分に生かして集積回路との製造工程上の互換性及び低コストの光電子デバイスを実現できるように、シリコンをベースとする発光素子を作るための研究が進みつつある。多孔性シリコン及びナノ結晶シリコンは発光特性を有することが実験的に確認され、これに関する研究が進みつつある。
【０００４】
図１はバルク型の単結晶シリコン表面に形成された多孔性シリコン領域の断面及びその多孔性シリコン領域での価電子帯と伝導帯間のエネルギーバンドギャップを示した図面である。
【０００５】
多孔性シリコンは、バルク型の単結晶シリコン（Ｓｉ）を例えばフッ酸（ＨＦ）が含まれた電解質溶液に入れて、そのバルク型シリコンの表面を電気化学的に陽極処理することによって製造される。
【０００６】
バルク型シリコンをフッ酸溶液に入れたままで陽極処理するとき、そのバルク型シリコン表面側には図１に示すように、多数の気孔７０ａを有する多孔性シリコン領域７０が形成される。気孔７０ａ部分には膨出部分７０ｂ（フッ酸により融解されていない部分）に比べてＳｉ−Ｈ結合がさらに多く存在する。多孔性シリコン領域７０での価電子帯エネルギーＥｖと伝導帯エネルギーＥｃ間のエネルギーバンドギャップは多孔性シリコン領域７０の形状と反対に現れる。
【０００７】
したがって、エネルギーバンドギャップの図面において膨出した部分に取り囲まれた気孔部分７０ｂ（多孔性シリコン領域７０の図面においては気孔部分７０ａに取り囲まれた膨出部分）は量子拘束効果を示してバルク型シリコンのエネルギーバンドギャップより大きくなり、この部分に電子と正孔とがトラップされて発光結合する。
【０００８】
例えば、多孔性シリコン領域７０で、気孔７０ａに取り囲まれた膨出部分７０ｂを量子拘束効果を示す単結晶シリコンワイヤ形状に形成すれば、電子と正孔とはこのワイヤにトラップされて発光結合し、ワイヤの大きさ（幅と長さ）によって発光波長は近赤外線から青色波長まで可能である。このとき、気孔７０ａの周期は図１に示すように、例えば、約５ｎｍ、多孔性シリコン領域の最大厚さは例えば、約３ｎｍである。
【０００９】
したがって、多孔性シリコンをベースとする発光素子を製造して多孔性シリコン領域７０が形成された単結晶シリコンに所定の電圧を印加すれば、多孔性特性によって所望の波長領域の光を発光させることができる。
【００１０】
しかし、前記のような多孔性シリコンをベースとする発光素子はまだ発光素子としての信頼性を確保できず、外部量子効率（ＥＱＥ：Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）が約０．１％と低いという問題がある。
【００１１】
図２はナノ結晶シリコンを利用した発光素子の一例を概略的に示した断面図である。  図面を参照すれば、ナノ結晶シリコンを利用した発光素子は、ｐ型単結晶シリコン基板７２と、この基板７２上に形成された非晶質シリコン層７３と、この非晶質シリコン層７３上に形成された絶縁膜７５と、基板７２下及び絶縁膜７５上にそれぞれ形成された下部電極７６及び上部電極７７とを含む層構造を有し、量子点状のナノ結晶シリコン７４が非晶質シリコン層７３内に形成されている。
【００１２】
非晶質シリコン層７３を酸素雰囲気下で７００℃に急昇温させて再結晶化させれば、量子点状のナノ結晶シリコン７４が形成される。このとき、非晶質シリコン層７３の厚さは３ｎｍであり、ナノ結晶シリコン７４の大きさは約２〜３ｎｍである。
【００１３】
前記のようなナノ結晶シリコン７４を利用した発光素子は、上部電極７７及び下部電極７６を通じて逆方向に電圧をかければ、シリコン基板７２とナノ結晶シリコン７４間の非晶質シリコン両端に大きい電界が発生して高いエネルギー状態の電子及び正孔が生成され、これらがナノ結晶シリコン７４内にトンネリングされて発光結合する。このとき、ナノ結晶シリコン７４を利用した発光素子において発光波長はナノ結晶シリコン量子点が小さいほど短くなる。
【００１４】
このようなナノ結晶シリコン７４を利用した発光素子はナノ結晶シリコン量子点の大きさの制御及び均一性の確保が難しいため、発光効率が非常に低い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は前記のような点を鑑みてなされたものであり、既存のシリコンを利用した発光素子よりも効率において優れ、発光素子及び受光素子のうち少なくともいずれか一つの素子として使用でき、波長選択性が高いシリコン光素子の製造方法及びその方法により製造されたシリコン光素子並びにシリコン光素子を適用した画像入力及び出力装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記目的を達成するために本発明によるシリコン光素子の製造方法は、シリコンをベースとするｎ型またはｐ型の基板を備える段階と、基板の表面にエッチングにより極小欠陥パターンを形成する段階と、極小欠陥パターン上に開口を有する制御膜を形成する段階と、基板とのｐ−ｎ接合部位で量子拘束効果により光電変換効果を示して発光及び／または受光を起こす深さに、基板の極小欠陥パターンが形成された面に開口を通じて基板と反対型にドーピング領域を形成する段階と、を含むことを特徴とする。
【００１７】
ここで、極小欠陥パターンを形成する段階は、基板表面にマスク層を形成する段階と、マスク層に所望の大きさ及び周期で穴パターンを形成する段階と、エッチング工程により、マスク層の穴に対応する基板部分をエッチングして、基板表面に極小欠陥パターンを形成する段階と、マスク層を除去する段階と、を含んでもよい。
【００１８】
単一プローブまたは複数のアレイに配列されたマルチプローブを使用して、マスク層に所望の大きさ及び周期で穴パターンを形成することができる。
【００１９】
プローブは原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Ａｔｏｍｉｃ ｆｏｒｃｅ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）プローブであることが望ましい。
【００２０】
制御膜は、ドーピング領域を基板との間のｐ−ｎ接合部位で量子拘束効果により光電変換効果を示すドーピング深さに形成するシリコン酸化膜であることが望ましい。
【００２１】
極小欠陥の周期は発光及び／または受光が起きる光の波長に対応するように形成してもよい。
【００２２】
ここで、極小欠陥パターンは単一周期で形成し、単一波長の光を発光及び／または受光するようにしてもよい。
【００２３】
極小欠陥パターン上に複数の開口を有する制御膜を形成し、この開口を通じて複数のドーピング領域を形成して複数のシリコン光素子アレイが得られる。
【００２４】
極小欠陥パターンは周期が相異なる複数の極小欠陥パターン領域よりなり、これらに対応して複数の開口を有する制御膜を形成し、これら開口を通じて複数のドーピング領域を形成して複数波長の光を発光及び／または受光する複数のシリコン光素子アレイが得られる。
【００２５】
また、本発明のシリコン光素子は以上の少なくともいずれか１つの方法により製造される。
【００２６】
前記目的を達成するための本発明による画像入力及び出力装置は、シリコンをベースとするｎ型またはｐ型の基板に画像を入力及び／または出力できるシリコン光素子が二次元アレイに配列されてなるシリコン光素子パネルを備え、シリコン光素子は、基板の表面にエッチングにより形成された極小欠陥パターンと、基板とのｐ−ｎ接合部位で量子拘束効果により光電変換効果を示して発光及び／または受光を起こす深さに、基板の極小欠陥パターンが形成された面に基板と反対型にドーピング形成されたドーピング領域と、を含む。
【００２７】
ここで、画像入力及び出力がいずれも可能であり、画像入力及び出力が相異なるシリコン光素子を通じて行われるように構成できる。
【００２８】
画像入力及び出力がいずれも可能であり、画像入力及び出力が同一シリコン光素子を通じて行われるように構成できる。
【００２９】
基板にはシリコン光素子パネルに対する各ピクセル別画像の入力及び／または出力動作が可能になるように電極がパターニングされることが望ましい。
【００３０】
シリコン光素子パネルには各ピクセル当り３つ以上のシリコン光素子が位置することが望ましい。
【００３１】
各ピクセルに位置する３つ以上のシリコン光素子は相異なる波長の光を発光及び／または受光するように、相異なる周期の極小欠陥パターンを有してカラー画像を具現できるようになることが望ましい。
【発明の効果】
【００３２】
本発明による画像入力・出力装置を利用すれば、画像通信時に別途のカメラを必要とせずに躍動感のある画像通信が可能であり、デジタルテレビ等に利用するときには光リモコンで画面内に位置したメニューを直接的に選択できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本出願人は、米国特許出願第１０／１２２，４２１号（２００２年４月１６日出願、
Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｄｅｖｉｃｅ ａｎｄ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓａｍｅ）にシリコンをベースとする基板に、そのｐ−ｎ接合部位に量子構造が形成されるように非常に浅くドーピングされたドーピング領域を有するシリコン光素子を提案したことがある。この米国特許出願に提案されたシリコン光素子では、波長選択性を高める表面屈曲（極小欠陥）形状の大きさ及び周期が特殊な酸化条件及び拡散工程中に自然に形成された。したがって、表面屈曲の均一な具現及び再現性が困難であった。
【００３４】
前記米国特許出願にも言及されたように、非常に浅い拡散により形成された量子構造を通じて受光及び／または発光特性を有するシリコン光素子の波長は表面に形成された極小な屈曲により決定される。したがって、所望の波長帯域を選択するためには特定の大きさを有する屈曲が特定の周期を有して反復的に配列されねばならない。
【００３５】
本発明によるシリコン光素子は、前記米国特許出願１０／１２２，４２１号公報のようにシリコン光素子の製造工程中、表面に自然に屈曲を形成させるのではなく、シリコン光素子の表面形状を制御してあらかじめ所望の屈曲構造、すなわち、極小欠陥パターンを人工的に形成することによって、所望の特定波長領域の選択性を良くした点にその特徴がある。もちろん、本発明によるシリコン光素子は前記米国特許出願１０／１２２，４２１号公報に提案されたシリコン光素子と同様に、発光素子及び受光素子としての機能も有する。
【００３６】
表面屈曲の大きさ、形状及び屈曲間の間隔（すなわち、周期）により選択される波長帯域及び増幅度が影響されるために、シリコン光素子の用途によって表面屈曲を人工的に最適化された形状にすれば、発光効率を高めることができ、かつ特定の波長帯域の光だけを効果的に発光及び／または受光できる。
【００３７】
図３ないし図６は本発明の一実施例によるシリコン光素子の製造工程を示すものである。
【００３８】
図３に示すように、まず、シリコンをベースとするｎ型またはｐ型の基板１を備える。基板１はシリコンを含む所定の半導体物質、例えば、Ｓｉ、ＳｉＣまたはダイアモンドよりなり、ｎ型にドーピングされている。
【００３９】
次に、図４Ａないし図４Ｅに示す工程によって、基板１の表面にエッチングにより所望の大きさ、形状及び周期で極小欠陥７のパターンを人工的に形成する。図４Ｂでは穴５のパターンを強調して表し、図４Ｃないし図４Ｅと後述する図１２では極小欠陥パターン７を強調して表した。
【００４０】
図４Ａないし図４Ｅは、所望の形態及び大きさの表面屈曲を作るための一方法を示すものである。
【００４１】
人工的に所望の極小欠陥７のパターンを形成するために、まず、図４Ａに図示されたように、基板１の表面にマスク層３を形成する。マスク層３は、基板１の表面に所望の厚さのフォトレジスト層をコーティングし、これをハードベークして固くしたものである。
【００４２】
次に、図４Ｂに図示されたように、マスク層３に所望の大きさ及び周期で穴５のパターンを形成する。
【００４３】
穴５のパターンは例えば、ＡＦＭ（atomic force microscopy）プローブを使用して形成できる。
【００４４】
ＡＦＭは物質表面の構造に関する立体的な情報を把握でき、Å単位までの表面の原子配置を比較的簡単な方法で把握できる走査型プローブ顕微鏡法（ＳＰＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）の一つである。ＡＦＭはチップと呼ばれる小さくて鋭い検針で物質表面を２次元的にスキャニングして３次元的な表面情報を得るものであって、試料表面と検針間に反発力を一定に維持しながら、すなわち、検針と試料表面間の距離を一定に維持しながら検針高さの空間的な分布をイメージに変換させる原理を適用したものである。反撥力はあらゆる物質に普遍的に作用する力であるために、ＡＦＭは電気が通じない不導体にも応用できる。
【００４５】
このようなＡＦＭを検針用として使用する代わりに、マスク層３に穴５を形成するために使用すれば、所望の大きさ及び周期で穴５を形成できる。
【００４６】
マスク層３に穴５を形成するため、単一プローブを有するＡＦＭまたは複数のプローブが一次元または二次元的に配列されたマルチプローブを有するＡＦＭを適用する。
【００４７】
図７はＡＦＭプローブ１１によりマスク層３に穴５を形成する原理を概略的に示す。ＡＦＭプローブ１１のチップ１３を上下方向に少なくとも１回以上動かせば、マスク層３に所望の深さの穴５が形成できる。図８Ａ及び図８Ｂは、ＡＦＭプローブ１１に使われる多様なチップを示すものである。チップの形態によってマスク層３に形成される穴５の形態が変わる。
【００４８】
マスク層３に穴５を形成するために、複数のプローブが一列に配列されたマルチプローブカンチレバーを使用できる。また、複数のプローブが２次元的に配列されたマルチプローブカンチレバーも使用できる。また、複数のＡＦＭプローブ１１が２次元的に配列されたマルチプローブカンチレバーも使用できる。図９は単一またはマルチプローブを有するＡＦＭによりマスク層３に穴５がパターニングされた態様を概略的に示すものである。
【００４９】
マルチプローブを有するＡＦＭを使用する場合、工程スピードを速めることができ、穴５パターンがさらに均一に形成されるように制御できる利点がある。
【００５０】
再び図４Ｂを参照すると、単一プローブまたはマルチプローブを有するＡＦＭを動作させて穴５をパターニングすれば、マスク層３に所望の深さ、形態及び周期で穴５パターンを形成できる。
【００５１】
単一波長帯域のシリコン光素子を得る場合には、単一周期で穴５をパターニングすればよい。この場合、シリコン光素子は特定の波長帯域の光に対してのみ発光特性及び／または受光特性を示す。複数の波長帯域、例えば、白色光用シリコン光素子を得る場合には、各波長帯域に対応するように様々な周期で穴５をパターニングすればよい。この場合、シリコン光素子は複数の波長帯域の光に対して発光特性及び／または受光特性を示す。
【００５２】
図４Ｂは、マスク層３に形成される穴５の深さによってエッチング工程により形成される屈曲の形態が変わることを示すために、マスク層３の一部に深い穴５ａを形成し、残りの部分に浅い穴５ｂを形成した例を示す。
【００５３】
このとき、穴５の深さ、形態及び周期は所望の波長によって選択される。
【００５４】
前述のように、マスク層３に所望の深さ、形態及び周期の穴５を形成した後、図４Ｃ及び図４Ｄに図示されたように、エッチング工程を進めれば微細な屈曲パターン、すなわち、極小欠陥７パターンを形成できる。ここで、エッチング工程はドライエッチングを利用することが望ましいが、ウェットエッチングを利用することもできる。
【００５５】
エッチング工程中にフォトレジストが厚い側（浅い穴５ｂが形成された部分）に比べて薄い側（深い穴５ａが形成された部分）が先にエッチングされて開口され、これによりエッチング工程中に穴に対応して露出した基板１がエッチングされて基板１の表面に屈曲形態が作られる。したがって、基板１の表面には極小欠陥７パターンが人工的に形成される。
【００５６】
このとき、マスク層３に深い穴５ａが形成された部分では基板１の表面がさらに深く広くエッチングされて、例えば、三角形状（３次元的に見るときは円錐または多角錐と類似した形態）の突起を有する屈曲が形成され、マスク層３に浅い穴５ｂが形成された部分では基板１の表面が浅くてかつ狭くエッチングされて台形状（３次元的に見るときは円錐台または多角錐台と類似した形態）の突起を有する屈曲が形成される。
【００５７】
図１０は、２次元的に見たときに、基板１の表面に形成された三角形状の突起を有する屈曲、すなわち、極小欠陥７’パターンを概略的に示すものである。図１１は２次元的に
見て、基板１の表面に形成された台形状の突起を有する極小欠陥７”パターンを概略的に示す。
【００５８】
前記のように、マスク層３に形成される穴５の深さを異にすれば、屈曲の深さ及び屈曲の突起の形態を異にすることができる。ここで、屈曲の突起の形態はマスク層３に形成される穴５の深さだけでなく、エッチングの深さ、穴５の形態、穴５の大きさ及び／または穴５の周期によっても変わる。
【００５９】
基板１の表面に形成された屈曲の周期、すなわち、極小欠陥７の周期によって発光及び／または受光可能な波長が定められ、屈曲の形態及び周期によって波長による光強度特性が変わる。
【００６０】
したがって、屈曲の周期及び形態を最適化すれば、所望の波長及び所望の光特性を得られる。
【００６１】
前述のようなエッチング工程、望ましくは、ドライエッチング工程が終わってからマスク層３を除去すれば、図４Ｅに図示されたように、極小欠陥７パターンが形成された基板１の表面が現れる。
【００６２】
ここで、図４Ａないし図４Ｅを参照して説明したように工程中において極小欠陥７パターンの形状、周期、深さなどを制御できるために、所望の波長の制御が可能になる。
【００６３】
極小欠陥７の周期、すなわち、極小キャビティ長を長くすれば、長波長の光が増幅され、逆に極小キャビティ長を短くすれば、短波長の光が増幅される。
【００６４】
したがって、所望の波長及び共振を起こすキャビティ長をデザインすれば、前記米国特許出願１０／１２２，４２１号に提案されたシリコン光素子の自己組織化極小キャビティに比べて効率が増大したシリコン光素子を得られるようになる。
【００６５】
さらに、シリコンをベースとするウェーハ上で、例えば、ピクセル別に所望の波長の光を増幅及び／または吸収するように、所望の波長及び共振を起こすキャビティ長をデザインすれば、後述するように高効率の画像入力及び／または出力装置のためのシリコン光素子アレイを得られる。
【００６６】
次に、図４Ａないし図４Ｅのような工程により基板１の表面に形成された極小欠陥７パターン上に図５Ａ及び図５Ｂに図示されたように、開口９ａを有する制御膜９を形成する。図５Ａ及び図５Ｂでは単一周期の極小欠陥７パターンを示しているが、図４Ｂないし図４Ｅに例示した製造工程で示されたように、必要に応じて領域別に極小欠陥パターンの周期を異に形成して複数波長の光を発光及び／または受光するように形成することもできる。
【００６７】
制御膜９はドーピング領域が非常に浅いドーピング深さに形成される適正な厚さを有するシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）であることが望ましい。この制御膜９は例えば、極小欠陥７パターン上に図５Ａに示されたように、シリコン酸化膜を形成した後、拡散工程のための開口９ａ部分をフォトリソグラフィ工程を利用してエッチングすることによって図５Ｂに示すようなマスク構造に形成される。
【００６８】
シリコン酸化膜は乾式酸化工程により形成されることが望ましい。乾式酸化工程は長時間かけて行われるために、基板１表面の屈曲をさらに良好な状態にできる利点がある。
【００６９】
制御膜９はドーピング領域の形成時にマスクの機能を行い、ドーピング領域を所望の非常に浅い深さに形成する。この制御膜９はドーピング領域を形成した後に選択的に除去されることもある。
【００７０】
次に、図６に図示されたように、基板１の極小欠陥７パターンが形成された面に制御膜９の開口９ａを通じて基板１と反対型に非常に浅い深さのドーピング領域１０を形成する。
【００７１】
所定のドーパント、例えば、ホウ素または燐を制御膜９の開口９ａを通じて基板１内に例えば、非平衡拡散工程により注入すれば、極小欠陥７パターンの方向に沿って基板１と反対型、例えば、ｐ＋型に非常に浅くドーピングされ、基板１とのｐ−ｎ接合部位８に量子構造を有するドーピング領域１０が得られる。
【００７２】
基板１とのｐ−ｎ接合部位８に量子構造を有する非常に浅いドーピング領域１０を形成する際は非平衡拡散工程のみに限らず、所望のドーピング領域１０を形成できれば、例えば、インプランテーション工程を用いることもできる。
【００７３】
ここで、基板１はｐ型にドーピングされ、ドーピング領域１０はｎ＋型にドーピングされることもある。
【００７４】
前記のように、ドーピング領域１０が非常に浅い深さに形成されるようにドーピング工程を制御すれば、ドーピング領域１０の基板１との境界部分、すなわち、ｐ−ｎ接合部位８に量子ウェル、量子点及び量子線のうち少なくともいずれか一つよりなる量子構造が形成されて量子拘束効果による光電変換効果を現すことができる。
【００７５】
ここで、ｐ−ｎ接合部位８には主に量子ウェルが形成され、量子点や量子線が形成されることもある。また、ｐ−ｎ接合部位８には量子ウェル、量子点、量子線のうち２種以上が複合された量子構造が形成されることもある。ｐ−ｎ接合部位８に形成される量子構造についての詳細な説明は前記米国特許出願１０／１２２，４２１号公報を参照することにして、ここではその詳細な説明は省略する。
【００７６】
このように、ｐ−ｎ接合部位８は他のドーピング層が交互に形成された量子構造を有するが、ウェル及びバリヤーは例えば、約２ｎｍ、３ｎｍ程度となる。
【００７７】
このようにｐ−ｎ接合部位８に量子構造を形成する非常に浅いドーピングは制御膜９の厚さ及び拡散工程条件などを最適に制御することによって形成される。
【００７８】
拡散工程中に適正な拡散温度及び基板１表面の極小欠陥７パターンにより変形されたポテンシャルにより、拡散プロファイルの厚さが例えば、１０〜２０ｎｍに調節される。このように非常に浅い拡散プロファイルにより量子構造が生成される。
【００７９】
拡散技術分野で公知のように、シリコン酸化膜の厚さが適正厚さ（数千Å）より厚いかまたは低温であれば、空孔が主に拡散に影響を及ぼして拡散が深く起き、シリコン酸化膜の厚さが適正な厚さより薄くまたは高温であればＳｉ自己格子が主に拡散に影響を及ぼして拡散が深く起きる。したがって、シリコン酸化膜をＳｉ自己格子及び空孔が類似の割合で発生する適正厚さで形成すれば、Ｓｉ自己格子と空孔とが互いに結合されてドーパントの拡散を促進しなくなるので、非常に浅いドーピングが可能になる。ここで、空孔及び自己格子と関連した物理的な性質は拡散と関連した技術分野では公知のものであるために、より詳細な説明は省略する。
【００８０】
ここで、複数のシリコン光素子アレイを形成する場合には、制御膜９を極小欠陥７パターン上に複数の開口９ａを有するように形成し、この開口９ａを通じて複数のドーピング領域１０を形成すれば、複数のシリコン光素子アレイを得られる。
【００８１】
また、複数波長の光を発光及び／または受光する複数のシリコン光素子アレイを形成する場合には、極小欠陥７パターンを周期の相異なる複数の極小欠陥パターン領域よりなるように形成し、これに対応して複数の開口９ａを有する制御膜９を形成し、この開口９ａを通じて複数のドーピング領域１０を形成すれば、複数波長の光を発光及び／または受光する複数のシリコン光素子アレイを得られる。
【００８２】
付加的に、基板１に、前記のように形成されたドーピング領域１０に電気的に連結可能な電極パターンを形成すれば、図１２に図示されたようなシリコン光素子２０が得られる。
【００８３】
図１２を参照すれば、第１電極１５はドーピング領域１０が形成された基板１の一面上に形成され、第２電極１７は基板１の底面に形成される。前述した図面と同一の参照符号は実質的に同じ部材を示す。図１２は、第１電極１５を不透明金属材質でドーピング領域１０の外側一部分にコンタクトするように形成した例である。第１電極１５はＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）のような透明電極材質を使用してドーピング領域１０上に全体的に形成することもある。
【００８４】
図１２に示す本発明の実施例によるシリコン光素子２０の基板１の表面には、前述した工程によりあらかじめ所望の屈曲構造すなわち、極小欠陥７パターンが形成されている。このとき、極小欠陥７は、例えば、図１０のような三角形状や、図１１のような台形状の他にも多様な形状を有することができる。
【００８５】
図１２に図示されたような本発明によるシリコン光素子２０は、ドーピング領域１０の基板１とのｐ−ｎ接合部位８に電子と正孔対との生成及び消滅・結合が起きる量子構造になっているので、前述したように発光素子及び／または受光素子として使われる。
【００８６】
すなわち、シリコン光素子２０は次のように発光素子の機能を有する。例えば、第１及び第２電極１５、１７を通じて電源（電圧または電流）が加えられれば、キャリア、すなわち、電子及び正孔はｐ−ｎ接合部位８の量子ウェルに注入され、量子ウェル内の副バンドエネルギーレベルを通じて再結合（消滅結合）される。この時、キャリアが結合される状態によって多様な波長の電場発光（ｅｌｅｃｔｒｏ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ：ＥＬ）が発生し、人工的に形成された極小欠陥７パターンの周期により特定波長帯域の光だけ増幅されて出力される。発生する光量は第１及び第２電極１５、１７を通じて加えられた電源（電圧または電流）の強度によって変わる。
【００８７】
また、シリコン光素子２０は次のように受光素子の機能を有する。人工的に形成された極小欠陥７パターンの周期により特定波長帯域の光のみが入射されて量子ウェル構造のｐ−ｎ接合部位８で光子が吸収されれば、電子及び正孔はそのｐ−ｎ接合部位８に形成された量子ウェル内の副バンドエネルギーレベルにそれぞれ励起される。したがって、外部回路、例えば、負荷抵抗（図示せず）が連結されていれば照射された光量に比例する電流が出力される。
【００８８】
以上説明したように本発明によるシリコン光素子２０は、非常に浅くドーピングされたドーピング領域１０のｐ−ｎ接合部位８で電荷分布ポテンシャルの局部的な変化によって量子拘束効果が発生し、量子ウェル内に副バンドエネルギーレベルが形成されて高い量子効率を有する。
【００８９】
前述したように本発明によれば、基板１の表面に人工的に所望の周期、例えば、図１３に図示されたように、赤色波長帯域Ｒ、緑色波長帯域Ｇまたは青色波長帯域Ｂにそれぞれ対応する周期ＴR、ＴG、ＴBの極小欠陥７パターンを形成すれば、所望の特定波長帯域、例えば、赤色、緑色または青色光を発光及び／または受光するシリコン光素子２０を実現できる。
【００９０】
これに対して、前記米国特許出願１０／１２２，４２１号公報のように基板表面に自然に極小欠陥パターンを形成させる場合、極小欠陥１７は、図１４に示すように多様な周期で形成されるために、特定の波長帯域に対する選択性が弱い。
【００９１】
図１５は、図１０及び図１１に図示されたように、基板１の表面に三角形及び台形の周期的な極小欠陥７’、７”が形成された場合のシリコン光素子２０の発光特性シミュレー
ション結果を、基板表面に人工的な極小欠陥パターンが形成されていない場合、すなわち、物理的に基板表面が平面である場合と比較して示したグラフである。ここで、多様な大きさの不規則な極小欠陥パターンが自然に形成された場合は基板１の表面が平面である場合と類似した発光特性を示す。
【００９２】
図１５で横軸は発光波長（単位：ｎｍ）であり、縦軸は波長別発光強度を任意の単位で示したものである。
【００９３】
図１５から明らかなように、本発明のように基板１の表面に人工的に極小欠陥７パターンを形成する場合には、そうでない場合に比べて波長帯域選択性及び発光効率が改善されることが分かる。
【００９４】
すなわち、図１５によれば、基板１の表面に人工的に形成された極小欠陥７が特定の形態及び周期を有するとき、特定波長帯域の発光効率が顕著に改善されることが分かる。極小欠陥７の周期及び大きさを変えれば、ピーク値（すなわち、所定大きさ以上の発光効率を示す波長帯域△λの位置）を移動させることができ、ピーク値の大きさも変えることができる。
【００９５】
図１５の結果は、図１０及び図１１に示すような２次元の極小欠陥７パターンモデルに対するシミュレーション結果であるため、これを３次元に拡張する場合、波長帯域選択性及び発光効率においてさらに大きい効果を表わすことは明らかである。すなわち、本発明によれば、２次元モデルにおいても基板１の表面が平面である場合に比べて２０〜３０％以上の光強度増幅効果があるので、極小欠陥７の構造を最適化して３次元に拡張すれば、２倍以上の増幅効果を得ることができる。
【００９６】
前記のように、基板１の表面に所望の形態及び周期で人工的に極小欠陥７を形成すれば、特定波長帯域の選択及び増幅に優れた効果を得られる。
【００９７】
以上説明したように、前記米国特許出願１０／１２２，４２１号公報でのシリコン光素子の場合には波長の選択性を高める極小欠陥の大きさが工程中に自然に形成されるために制御が容易ではない。前記米国特許出願１０／１２２，４２１号公報のように工程中に自然に形成される極小キャビティ、すなわち、自己組織化極小キャビティの場合には、各波長に該当する極小キャビティがすぐに混在されてしまい、波長を選択するための特定工程条件を確立すること自体が非常に難しい。
【００９８】
しかし、本願発明の場合には図４Ａないし図４Ｅを参照して説明したように、非常に簡単な工程を利用して人工的に所望の極小キャビティが所望の位置に形成されるように制御できるため、特定波長帯域のシリコン光素子の実現が容易であり、さらに均一性及び再現性が向上する。
【００９９】
特に、本願発明によるシリコン光素子２０によれば、シリコン光素子２０の表面に規則的な極小キャビティを形成できるために、特定波長帯域の光だけをフィルタリングできる。また、既存の平面や自然に形成された不規則な極小欠陥パターンを有する構造に比べて、前記のようにシリコン光素子２０の表面に規則的な極小キャビティを形成し、特定波長帯域の光を増幅させるか、必要としない波長を減衰させることができる。
【０１００】
以下では、本発明によるシリコン光素子２０を適用したデバイスの具体的な一実施例として、画像入力及び／または出力装置について説明する。
【０１０１】
図１６は、本発明の第１実施例による画像入力及び／または出力装置を概略的に示した平面図である。
【０１０２】
図１２及び図１６を参照すれば、本発明の第１実施例による画像入力及び／または出力装置は、ｎ型またはｐ型のシリコンをベースとする単一基板１に画像を入力及び／または出力できるシリコン光素子２０が二次元アレイに配列されてなるシリコン光素子パネル２５を備える。ここで、画像出力は画像ディスプレイ、画像入力は被写体を撮像用カメラで撮影して電気的な画像信号を生成することと実質的に同じ意味である。シリコン光素子２０については前述したものを参照することとして、ここでは反復的な説明は省略する。
【０１０３】
シリコン光素子２０は前述したように、そのドーピング領域１０のｐ−ｎ接合部位８で量子拘束効果により電子と正孔対の生成及び消滅・結合が起きて特定波長帯域または複数波長帯域の発光素子及び受光素子として使うことができる。
【０１０４】
したがって、単一基板１に一連の半導体製造工程を通じて前記のようなシリコン光素子２０の二次元アレイを形成して、画像の入力及び出力が可能なシリコン光素子パネル２５を製造できる。
【０１０５】
このとき、図１６に図示されたように本発明によるシリコン光素子パネル２５で各ピクセル別画像の入力及び／または出力動作が行われ、２次元的に画像をディスプレイ及び／または被写体を撮影して電気的な画像信号に変換するため、第１及び第２電極１５、１７はシリコン光素子パネル２５のベースとなる基板１にパターニングされる。
【０１０６】
したがって、シリコン光素子２０が二次元アレイに配列されてなるシリコン光素子パネル２５を利用すれば、画像を２次元的に入力及び／または出力できる。
【０１０７】
このとき、シリコン光素子２０での吸収または発光波長は基板１の表面に人工的に形成される極小欠陥７に起因した極小キャビティにより定められるために、ウェーハ上で例えば、ピクセル別に所望の波長の光を増幅及び／または吸収するように、所望の波長及び共振を起こす極小キャビティ長をデザインすれば、所望の吸収及び／または発光波長帯域のシリコン光素子２０がアレイに配列されたシリコン光素子パネル２５を得られる。
【０１０８】
ここで、極小キャビティの大きさが一定であれば、シリコン光素子２０は特定波長の光を出力及び吸収する。また、極小キャビティの大きさが多様化されれば、シリコン光素子２０は多様な波長の光、例えば、白色光を出力及び／または吸収できる。
【０１０９】
前述したように、シリコン光素子２０の二次元アレイを有するシリコン光素子パネル２５において、第１及び第２電極１５、１７は、各ピクセル別画像の入力及び／または出力動作ができるように基板１にパターニングされる。
【０１１０】
本発明による画像入力及び／または出力装置において、シリコン光素子パネル２５は図１６に図示されたように、各ピクセルＰ当り一つのシリコン光素子２０が対応するように形成される。
【０１１１】
このとき、シリコン光素子パネル２５をなすシリコン光素子２０それぞれは、単一波長の光または白色光を出力及び／または吸収するようになることが望ましい。
【０１１２】
シリコン光素子２０が単一波長の光または白色光を出力及び／または吸収するようになっている場合、本発明による画像入力及び／または出力装置は単色画像ディスプレイ及び／または被写体を撮影した電気的な単色画像信号を生成できる。
【０１１３】
一方、図１７に図示されたように、本発明による画像入力及び／または出力装置は、シリコン光素子パネル２５をなすシリコン光素子２０それぞれが白色光を出力及び／または吸収し、シリコン光素子パネル２５の前面（光入力及び／または出力側）にフルカラー画像を具現するためのカラーフィルタ３０をさらに備えれば、フルカラー画像をディスプレイし、被写体のカラーをそのまま撮影した電気的なフルカラー画像信号を生成することができる。
【０１１４】
このとき、カラーフィルタ３０は例えば、図２０に図示されたように、各ピクセルＰにＲ、Ｇ、Ｂ要素がいずれも対応するように形成される。
【０１１５】
このカラーフィルタ３０のＲ、Ｇ、Ｂ要素の配置形状は後述するさらに他の実施例のシリコン光素子パネル２５でのシリコン光素子２０の２次元配列と類似している。ここで、カラーフィルタ３０のＲ、Ｇ、Ｂカラーを実現するための配置は多様に変形できる。
【０１１６】
このように、シリコン光素子パネル２５の前面にカラーフィルタ３０を備えた本発明の第２実施例による画像入力及び／または出力装置は、カラー画像を入力及び／または出力できる。すなわち、被写体を撮影して電気的なカラー画像信号に変えることができ、電気的なカラー画像信号によってフルカラー画像をディスプレイできる。
【０１１７】
図１９は、本発明の第３実施例による画像入力及び／または出力装置を概略的に示した図面である。
【０１１８】
図１９を参照すれば、本発明の第３実施例による画像入力及び／または出力装置において、シリコン光素子パネル４０は各ピクセルＰに３つまたはそれ以上のシリコン光素子２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂが対応するように形成される。図１９は、シリコン光素子パネル４０において、各ピクセルＰに３つのシリコン光素子２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂが対応するように形成された場合を例として示したものである。
【０１１９】
このとき、各ピクセルＰに対応する３つのシリコン光素子２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂはそれぞれ例えば、赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂを出力及び／または吸収して電気的なカラー画像信号に変えるために設けられたものであって、特定波長帯域、例えば、赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂに対応する相異なる周期で人工的に極小欠陥７パターンが形成されており、残りの構造及び物質構成は前記の本発明によるシリコン光素子２０と実質的に同一である。
【０１２０】
図１９に図示されたような本発明の第３実施例によるシリコン光素子パネル４０を利用すれば、別途のカラーフィルタなしでもカラー画像を実現できる。
【０１２１】
ここで、さらに鮮明なカラー画像を具現できるように図１８に図示されたようなカラーフィルタ３０をシリコン光素子パネル４０の前面にさらに備えることもできる。
【０１２２】
ここで、シリコン光素子パネル４０の各ピクセルＰに対応する３波長の光を出力及び／または吸収する３つ以上のシリコン光素子２０Ｒ、２０Ｇ、２０Ｂのカラー配置及び／またはカラーフィルタ３０のＲ、Ｇ、Ｂ要素の配置は多様に変形できる。
【０１２３】
以上説明したように単色またはカラー画像を入力及び／または出力できる本発明による画像入力及び／または出力装置は、画像の入力及び出力側面から次のように多様な変形が可能である。画像の入力と出力側面での本発明による画像入力及び／または出力装置の多様な変形は、画像の入力及び／または出力を制御する回路構成の変更に起因する。
【０１２４】
すなわち、本発明による画像入力及び／または出力装置は、図２０に図示されたように、画像入力及び出力がそれぞれ交互に配置されたピクセルで行われるように形成される。図２０で斜線が引かれたピクセルは画像入力ピクセル、すなわち、本発明によるシリコン光素子２０が受光素子として使われるピクセル、斜線が引かれていないピクセルは画像出力ピクセル、すなわち、本発明によるシリコン光素子２０が発光素子として使われるピクセルを意味する。
【０１２５】
図２０に示されたように、本発明による画像入力及び／または出力装置は、シリコン光素子パネル２５または４０内で画像入力及び出力が相異なるシリコン光素子２０を使用して行われるように構成される。
【０１２６】
ここで、画像入力ピクセル及び画像出力ピクセルの配置は多様に変形できる。例えば、シリコン光素子パネル２５または４０内で所定領域に位置したピクセルは画像入力ピクセルとして使われ、残りの領域に位置したピクセルは画像出力ピクセルとして使われる。
【０１２７】
また、シリコン光素子２０を発光素子及び受光素子として使用できるために、図２２に例示したような画像入力及び出力が相異なるシリコン光素子２０を使用して行われる本発明による画像入力及び／または出力装置において、画像入力ピクセル及び画像出力ピクセルは互いに変更でき、その画像入力ピクセル及び画像出力ピクセルの数も変更できる。これは、画像入力ピクセル及び画像出力ピクセルを必要に応じて変えうるように、本発明による画像入力及び／または出力装置の駆動及び／または制御回路及びアルゴリズムを構成することにより実現できる。
【０１２８】
また、本発明による画像入力及び／または出力装置は、図２１Ａ及び図２１Ｂに図示されたように、シリコン光素子パネル２５または４０内で画像入力及び出力が同一シリコン光素子２０を通じて時間差をおいて行われるように構成されることもある。図２１Ａは本発明による画像入力及び／または出力装置のシリコン光素子パネル２５または４０で画像入力が行われる状態、図２１Ｂは本発明による画像入力及び／または出力装置のシリコン光素子パネル２５または４０で画像出力が行われる状態を示すものである。
【０１２９】
ここで、図２０、図２１Ａ及び図２１Ｂにおいてシリコン光素子パネル２５または４０の各ピクセルＰは、一つのシリコン光素子２０が対応する構造（図１６及び図１７を参照として説明した実施例）または３つ以上のシリコン光素子２０Ｒ、２０Ｂ、２０Ｃが対応する構造（図１９を参照として説明した実施例）とすることができる。
【０１３０】
本発明による画像入力及び／または出力装置は前記した実施例以外にも本発明の技術的思想の範囲内で多様に変形及び具体化される。
【０１３１】
以上説明したような本発明による画像入力及び／または出力装置は画面内に直接的に光情報を入力できるので、例えば、コンピュータ用モニタ、テレビ、特にデジタルテレビ、携帯端末機などの画像通信及び／または双方向情報伝達が可能な機器において画像入力及び／または出力装置として使用できる。
【０１３２】
この場合、前述した本発明による画像入力及び／または出力装置は単一パネル内で画像の入力及び出力が行われるために、本発明による画像入力及び／または出力装置を利用すれば、画像通信時に別途のカメラを必要としない。
【０１３３】
携帯端末機は、携帯電話、個人情報端末機（ＰＤＡ）など多様な種類の携帯可能な通信用機器である。
【０１３４】
また、本発明による画像入力及び／または出力装置を利用すれば、単一パネル内で画像の入力及び出力が行われるために、ユーザーの正面姿を撮って伝送することが可能となり、躍動感のある画像通信が可能である。
【０１３５】
前述した実施例では、本発明による画像入力及び／または出力装置を、単一基板１にシリコン光素子２０が二次元アレイに配列形成されてなる単一のシリコン光素子パネルを備える例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明による画像入力及び／または出力装置は、シリコン光素子パネルを複数以上組み合わせてさらに大画面に構成することもできる。
【０１３６】
図２２は、前述した本発明による画像入力及び／または出力装置が、デジタルテレビに使われる例を示した図面である。
【０１３７】
図２２に図示されたように、本発明による画像入力及び／または出力装置は、光無線リモコン５５を利用して画面５１内に情報を入力するかメニューを選択できるデジタルテレビ５０に使用される。光無線リモコン５５は、光ポインタのように特定の範囲内にのみ光を照射できる。光無線リモコン５５から画面５１内の特定領域、例えば、所定メニュー５３に情報光信号が照射されれば、その特定領域に位置した受光素子としての機能を行うシリコン光素子２０は、この光信号を受信し、この受信した光信号によって、例えば、デジタルテレビ５１のチャンネルを変更したり、インターネットで作業を行ったりできる。
【０１３８】
その他、本発明による画像入力及び／または出力装置は、双方向光情報伝達が要求される多様な機器に応用できる。
【産業上の利用可能性】
【０１３９】
本発明によれば、既存のシリコンを利用した発光素子よりも効率において優れ、発光素子及び受光素子のうち少なくともいずれか一素子として使用でき、波長選択性が高いシリコン光素子を実現できる。
【０１４０】
また、本発明によるシリコン光素子を二次元アレイに配列したシリコン光素子パネルは、画像ディスプレイ及び／または画面内に直接的に光情報を入力できる画像入力及び／または出力装置に適用できる。
【０１４１】
特に、本発明によるシリコン光素子は発光素子及び受光素子として使用できるので、単一パネル内で画像をディスプレイ及び画像や光情報を入力する双方向情報伝達用画像入力及び／または出力装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０１４２】
【図１】バルク型の単結晶シリコン表面に形成された多孔性シリコン領域の断面及びその多孔性シリコン領域での価電子帯と伝導帯間のエネルギーバンドギャップを示す図である。
【図２】ナノ結晶シリコンを利用した発光素子の一例を概略的に示す断面図である。
【図３】本発明の一実施例によるシリコン光素子の製造工程を示す図である。
【図４Ａ】本発明の一実施例によるシリコン光素子の製造工程を示す図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施例によるシリコン光素子の製造工程を示す図である。
【図４Ｃ】本発明の一実施例によるシリコン光素子の製造工程を示す図である。
【図４Ｄ】本発明の一実施例によるシリコン光素子の製造工程を示す図である。
【図４Ｅ】本発明の一実施例によるシリコン光素子の製造工程を示す図である。
【図５Ａ】本発明の一実施例によるシリコン光素子の製造工程を示す図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施例によるシリコン光素子の製造工程を示す図である。
【図６】本発明の一実施例によるシリコン光素子の製造工程を示す図である。
【図７】ＡＦＭプローブによりマスク層に穴を形成する原理を概略的に示す図である。
【図８Ａ】ＡＦＭプローブに使われるチップを示す図である。
【図８Ｂ】ＡＦＭプローブに使われるチップを示す図である。
【図９】単一またはマルチプローブを有するＡＦＭにより、マスク層に穴がパターニングされた形態を概略的に示す図である。
【図１０】２次元的に見て、基板表面に形成された三角形状の突起を有する屈曲、すなわち、極小欠陥パターンを概略的に示す図である。
【図１１】２次元的に見て、基板表面に形成された台形状の突起を有する極小欠陥パターンを概略的に示す図である。
【図１２】本発明の一実施例によるシリコン光素子を概略的に示す図である。
【図１３】本発明によるシリコン光素子の基板表面に、人工的に所望の周期で形成される赤色波長帯域Ｒ、緑色波長帯域Ｇまたは青色波長帯域Ｂにそれぞれ対応する周期ＴR、ＴG、ＴBの極小欠陥パターンを示す図である。
【図１４】米国特許出願１０／１２２，４２１号公報の例において、基板表面に自然に形成される極小欠陥パターンを示す図である。
【図１５】図１０及び図１１に図示されたように、基板表面に人工的に三角形及び台形の周期的な極小欠陥が形成された場合のシリコン光素子２０の発光特性シミュレーション結果を、基板表面に人工的な極小欠陥パターンが形成されていない場合すなわち、物理的に基板表面が平面である場合と比較して示すグラフである。
【図１６】本発明の第１実施例による画像入力及び／または出力装置を概略的に示す平面図である。
【図１７】本発明の第２実施例による画像入力及び／または出力装置を概略的に示す分解斜視図である。
【図１８】図１７に図示されたカラーフィルタの構造を概略的に示す平面図である。
【図１９】本発明の第３実施例による画像入力及び／または出力装置を概略的に示す平面図である。
【図２０】画像入力及び出力側面での本発明による画像入力及び／または出力装置の一実施例を概略的に示す図である。
【図２１Ａ】画像入力及び出力側面での本発明による画像入力及び／または出力装置の他の実施例を概略的に示す図である。
【図２１Ｂ】画像入力及び出力側面での本発明による画像入力及び／または出力装置の他の実施例を概略的に示す図である。
【図２２】本発明による画像入力及び／または出力装置がデジタルテレビとして使用される実施例を示す図である。
【符号の説明】
【０１４３】
１    基板
７    極小欠陥
８    ｐ−ｎ接合部位
９    制御膜
１０  ドーピング領域
１５  第１電極
１７  第２電極
２０  シリコン光素子
【図１】
2004228578.tif 000003
【図２】
2004228578.tif 000004
【図３】
2004228578.tif 000005
【図４Ａ】
2004228578.tif 000006
【図４Ｂ】
2004228578.tif 000007
【図４Ｃ】
2004228578.tif 000008
【図４Ｄ】
2004228578.tif 000009
【図４Ｅ】
2004228578.tif 000010
【図５Ａ】
2004228578.tif 000011
【図５Ｂ】
2004228578.tif 000012
【図６】
2004228578.tif 000013
【図７】
2004228578.tif 000014
【図８Ａ】
2004228578.tif 000015
【図８Ｂ】
2004228578.tif 000016
【図９】
2004228578.tif 000017
【図１０】
2004228578.tif 000018
【図１１】
2004228578.tif 000019
【図１２】
2004228578.tif 000020
【図１３】
2004228578.tif 000021
【図１４】
2004228578.tif 000022
【図１５】
2004228578.tif 000023
【図１６】
2004228578.tif 000024
【図１７】
2004228578.tif 000025
【図１８】
2004228578.tif 000026
【図１９】
2004228578.tif 000027
【図２０】
2004228578.tif 000028
【図２１Ａ】
2004228578.tif 000029
【図２１Ｂ】
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【図２２】
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