【手続補正書】
【提出日】平成20年6月9日(2008.6.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】  結晶性物質製の電子又は光電素子であって、前記結晶性物質の格子構造に原子的尺度での歪みを導入することによって、前記結晶性物質のバンド構造特性のパラメータが局所的に変更されており、且つ前記バンド構造を変更したことによって、前記素子の所望の電子又は光電パラメータが得られていることを特徴とする、結晶性物質製の電子又は光電素子。
【請求項２】  ｐ型の間接バンドギャップ型半導体物質の領域及び／又はｎ型の間接バンドギャップ型半導体物質の領域から少なくとも部分的に形成された接合を備える発光光電素子であって、前記接合には、素子の動作の際に電荷担体を空間的に閉じ込めて電荷担体の輻射再結合を促進するのに効果的な手段が含まれる、請求項１記載の発光光電素子。
【請求項３】  前記電荷担体を閉じ込める手段が歪み場である、請求項２記載の素子。
【請求項４】  前記歪み場が転移ループアレイにより形成される、請求項３記載の素子。
【請求項５】  前記転移ループアレイは、接合の少なくとも１つの横方向に、実質上の空間的周期性を有する、請求項４記載の素子。
【請求項６】  前記接合がホモ接合である、請求項２〜５のいずれかに記載の素子。
【請求項７】  前記のｐ型の間接バンドギャップ型半導体物質がｐ型シリコンであり、且つ前記のｎ型の間接バンドギャップ型半導体物質がｎ型シリコンであることを特徴とする、請求項６記載の素子。
【請求項８】  前記歪み場が、前記ｐ型シリコンの領域に形成された転移ループアレイによって形成される、請求項７記載の素子。
【請求項９】  前記ｐ型シリコンの領域がホウ素でドーピングされている、請求項７又は８記載の素子。
【請求項１０】  前記接合がヘテロ接合である、請求項２〜５のいずれかに記載の素子。
【請求項１１】  前記ｐ型の間接バンドギャップ型半導体物質の領域がｐ型シリコンであり、前記ｎ型の間接バンドギャップ型半導体物質の領域がｎ型シリコンであり、且つ前記転移ループアレイが、前記ｐ型シリコンの領域内に形成されて接合における横方向に１００ｎｍ程度の空間的周期性を有する、請求項５記載の素子。
【請求項１２】  電子又は光電素子を結晶性物質から製造する方法であって、前記結晶性物質の格子構造に原子的尺度での歪みを導入することによって、前記結晶性物質のバンドギャップ特性のパラメータを局所的に変更する工程を含み、前記素子の電子又は光電パラメータが前記バンドギャップの変更に依存している、電子又は光電素子を結晶性物質から製造する方法。
【請求項１３】  ｐ型の間接バンドギャップ型半導体物質の領域及び／又はｎ型の間接バンドギャップ型半導体物質の領域を少なくとも有する接合を形成する工程と、前記接合に、前記素子の動作の際に電荷担体を空間的に閉じ込めて電荷担体の輻射再結合を促進するのに効果的な手段を組み込む工程とを含む、発光光電半導体素子を製造する方法。
【請求項１４】  前記の電荷担体を閉じ込める手段が歪み場である、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】  前記歪み場を導入する工程が、前記接合の前記領域のうちの一方又は他方に、転移ループアレイを形成する工程を含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】  前記転移ループアレイを形成する前記工程を、前記接合を形成する間に実行する、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】  前記接合を形成する工程は、前記の極性の型のうちの一方の間接バンドギャップ半導体物質製の基材を供給する工程と、前記基材にドーパント原子を注入して、その中に前記の極性の型のうちの他方の間接バンドギャップ半導体物質の領域を画定する工程と、注入を行った前記基材を熱処理にかける工程とを含み、ここで前記ドーパント原子を注入する工程及び注入を行った前記基材を熱処理にかける工程が、前記の画定された領域内に前記転移ループアレイを形成するのに有効である、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】  前記基材がｎ型シリコン製であり、且つ前記ドーパント原子がホウ素原子である、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】  前記転移ループアレイを形成する工程が、前記一方の又は他方の領域に、前記領域内のドーパント原子とは別の種類の原子を注入し、前記接合を熱処理にかけることを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項２０】  前記間接バンドギャップ型半導体物質のｐ型及びｎ型領域が、それぞれｐ型及びｎ型シリコンであり、且つ前記別の種類の原子がシリコン原子である、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】  １ｋｅＶ〜１０００ｋｅＶの注入エネルギーを用いる、請求項１７〜２０のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】  前記注入エネルギーが３０ｋｅＶである、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】  前記熱処理を５００℃〜１４１２℃の温度範囲で行う、請求項１７〜２２のいずれかに記載の方法。
【請求項２４】  前記熱処理を約１０００℃で行う、請求項２３記載の方法。
【請求項２５】  前記熱処理を窒素ガス雰囲気中で行う、請求項２３又は２４記載の方法。
【請求項２６】  請求項２〜１１のいずれかに記載の発光光電素子を組み込んだ注入レーザ。
【請求項２７】  前記素子に、電荷の反転分布を得るために及び／又は前記素子から発せられた輻射のための光キャビティを画定するために配列された１つ又はそれよりも多くのｎ型及び／又はｐ型及び／又はドーピングされていない半導体物質が含まれている、請求項２６記載の注入型レーザ。
【請求項２８】  請求項１〜１１のいずれかに記載の電子又は光電素子を含む、集積光電システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
物質のバンド構造の性質及び大きさは、それにより作られる電子及び光電素子に対して影響を与えるパラメータである。例えば、広いバンドギャップの半導体でできたダイオードは、破壊電圧が高いという傾向がある。これは、これらの物質では、あらゆる所与の温度で熱により発生する電荷担体がより少なく、従って電子なだれ現象が起こりにくいためである。ガリウムヒ素は、直接バンドギャップを有するため、発光素子のために選ばれる物質である。一方、シリコンは、基本的には発光体に用いるのに適さないものと考えられてきた。これは、シリコンが、間接バンドギャップ型物質であり、そこでは、高速の非輻射（非放射）再結合過程が、比較的低速の輻射（放射）再結合過程よりも完全に優勢であるためである。室温でのシリコンの塊では、発光は全くといっていいほど見られない。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明の具体的な一側面によると、ｐ型の間接バンドギャップ型半導体物質の領域及び／又はｎ型の間接バンドギャップ型半導体物質の領域から少なくとも部分的に形成された接合を備える発光光電素子を提供する。ここで前記接合には、素子の動作の際に電荷担体を空間的に閉じ込めることにより電荷担体の輻射再結合を促進するのに効果的な手段が含まれる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明の他の側面によると、発光光電半導体素子を製造する方法を提供する。この方法は、ｐ型の間接バンドギャップ型半導体物質の領域及び／又はｎ型の間接バンドギャップ型半導体物質の領域を少なくとも有する接合を形成する工程と、前記接合に、素子の動作の際に電荷担体を空間的に閉じ込めることにより電荷担体の輻射再結合を促進するのに効果的な手段を導入する工程とを含む。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
歪み場の影響で、シリコンのバンドギャップ構造が局所的に変わる。より具体的には、それぞれの広がった各格子欠陥の周りの歪み場は、転移ループのコアからの距離の関数として反比例して変化する３次元ポテンシャル井戸を生じさせる。このポテンシャル井戸の複合的な影響で、動いている電荷担体が空間的に閉じ込められ、そのため高速の非輻射再結合が起こるシリコン中の点欠陥への拡散が著しく減少すると考えられる。説明したような種類の歪み場の影響で、電荷担体の非輻射再結合（通常はこれが支配的な過程）が抑制されるとともに、シリコンのような間接バンドギャップ型の物質製の素子ではこれまで見られなかった電荷担体の輻射再結合が促進されることが分かった。以下より詳細に説明するように、接合１０の両端に順方向バイアスが印加されると、この素子により、かなりのエレクトロルミネセンスが発生する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
転移ループアレイＡが、接合における横方向（すなわち接合のｐ型及びｎ型領域１１、１２の境界面に平行な方向）に周期的（あるいはそれに近いもの）であれば、輻射再結合プロセスの促進が強化される。本実施形態では、転移ループアレイは、１００ｎｍ前後で周期的であり、領域１１内の１００ｎｍ程度の深さに位置している。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
図３は、８０Ｋ、１８０Ｋ、及び３００Ｋで検出されたエレクトロルミネセンス強度の積分値すなわち合計値を、順方向バイアス電圧の関数として示すグラフであり、ダイオードに電源を入れるとエレクトロルミネセンスがどのように生じるのかを示している。図４に、８０Ｋ、１４０Ｋ、２００Ｋ、２６０Ｋ、及び３２０Ｋで得られたエレクトロルミネセンスの全体のスペクトルを示す。図５は、図４のエレクトロルミネセンス・スペクトルから得られたものであり、エレクトロルミネセンス強度の積分値すなわち合計値を、温度の関数として示すグラフである。図４を参照すると、８０Ｋで得られた低温でのスペクトルは、シリコンのバンド端での発光として予期される構造の特徴を示している。室温でのスペクトルは、波長１１５０ｎｍがピークとなり、半波高全幅値（ＦＷＨＭ）が８０ｎｍとなる。図５を参照すると、エレクトロルミネセンスの積分値すなわち合計値は、温度の関数として上昇を続けることがわかる。これは、輻射再結合プロセスにおいて、フォノンの結合の役割が増大することに帰することができると思われる効果である。従って、最大放射率は、室温及びそれよりも高い温度で発生する。このことは、シリコンでの発光用に関して提案された既知の系とははっきりと異なっている。既知の系では、エレクトロルミネセンスは温度が上昇すると急激に消失するので、実用的な室温用素子の実現が難しくなる。