(57)【要約】【課題】  発光素子において、発光可能な少なくとも２波長の光の中から実際に発光する波長を選択できるシリコン単結晶の発光素子とその製造方法に関する。【解決手段】  発光素子１００は、ＰＩＮ構造を備えているシリコン単結晶から形成されている。不純物低濃度層４の区切られた範囲毎に、異なる波長の光を発光する２種類の結晶欠陥１２ａと１２ｂが形成されており、その範囲毎に、ｎ＋型シリコン層６とｐ−型シリコン領域２を介してその範囲のｎ−型の不純物低濃度層４を挟む電極対が形成されている。表面電極１８ａに電圧を印加すると結晶欠陥１２ａから光が発光する。表面電極１８ｂに電圧を印加すると結晶欠陥１２ｂから光が発光する。両電極１８ａと１８ｂに同時に電圧を印加すれば、２種類の波長の光を同時に発光させることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２波長の光を発光する素子であり、
第１導電型シリコン層と、
第２導電型シリコン領域と、
第１導電型シリコン層と第２導電型シリコン領域を分離しているとともに、発光波長が異なる少なくとも２種類の結晶欠陥が形成されている不純物低濃度層と、
第１導電型シリコン層と不純物低濃度層と第２導電型シリコン領域を挟んでいる電極対を備えており、
前記不純物低濃度層は、その不純物低濃度層が広がっている面内において、その不純物低濃度層に形成されている結晶欠陥の種類が相違する複数の範囲に区画されており、
前記電極対を構成する少なくとも一方の電極は、前記範囲毎に形成されていることを特徴とする少なくとも２波長の光を発光する素子。
【請求項２】
少なくとも２波長の光を発光する素子の製造方法であり、
第１導電型シリコン層と、その第１導電型シリコン層の上方に積層されている不純物低濃度層と、その不純物低濃度層の表面側に少なくとも部分的に形成されている第２導電型シリコン領域を備えているＰＩＮ構造体の表面又は裏面にマスクを介して粒子線を照射する工程を備えており、
前記マスクが、そのマスクが広がっている面内において、マスクの厚みが相違する複数の範囲に区画されていることを特徴とする少なくとも２波長の光を発光する素子の製造方法。
【請求項３】
少なくとも２波長の光を発光する素子の製造方法であり、
第１導電型シリコン層と、その第１導電型シリコン層の上方に積層されている不純物低濃度層と、その不純物低濃度層の表面側に少なくとも部分的に形成されている第２導電型シリコン領域を備えているＰＩＮ構造体の表面又は裏面に段差を形成する工程と、
前記段差が形成された面に対して粒子線を照射する工程、
を備えていることを特徴とする少なくとも２波長の光を発光する素子の製造方法。
【請求項４】
粒子線を照射する回数が１回であることを特徴とする請求項２又は３の少なくとも２波長の光を発光する素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２波長の光を発光するシリコン製の発光素子と、その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常の発光素子は、ＩｎＧａＡｓＰに代表される多元系半導体を利用している。多元系半導体は製造工程が複雑であり、製造コストが増大するという問題を持っている。そこでシリコン単結晶を材料とする発光素子の実現が模索されている。これが実現できれば、発光素子の製造コストを低減することができる。また、有害な材料を利用しない発光素子を実現することができる。
【０００３】
シリコン単結晶に高エネルギーのイオンや電子を注入することによってシリコン単結晶に結晶欠陥を形成する技術が知られている。その結晶欠陥を利用して発光させる素子が提案されており、特許文献１に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３５７８１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の発光素子はシリコンの単結晶で製造することができ、安全かつ安価に製造することができるが、発光する光の波長が１種類であり、素子の製造後に発光波長を選択することができない。
本発明は、少なくとも２波長の光を発光する発光素子をシリコン単結晶で製造することを課題とする。しかも、発光可能な複数の波長の中から実際に発光する波長を選択できる発光素子をシリコン単結晶で製造することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
シリコンの単結晶の発光波長は、シリコンの単結晶に形成する結晶欠陥の種類によって変化することが知られている。例えば、シリコンの単結晶に３Ｈｅ２+のイオンを注入して結晶欠陥を形成した場合、主として深い部分に形成される結晶欠陥と、主として浅い部分に形成される結晶欠陥の２種類が形成される。深い部分に形成される結晶欠陥による発光波長と、浅い部分に形成される結晶欠陥による発光波長は相違する。発光層に２種類の結晶欠陥を形成すれば、２波長の光を発光する素子を製造することができる。
【０００７】
２波長の光を同時に発光する素子であれば、結晶欠陥を形成する範囲を制約する必要はない。それに対して、発光可能な複数波長の中から実際に発光する波長を選択できるようにするためには、結晶欠陥を形成する範囲を制約する必要が生じる。例えば、発光層の第１範囲Ａには第１波長で発光する結晶欠陥を形成し、発光層の第２範囲Ｂには第２波長で発光する結晶欠陥を形成する必要が生じる。第１範囲Ａに形成されている結晶欠陥の種類と第２範囲Ｂに形成されている結晶欠陥の種類が相違していれば、第１範囲Ａの発光層に通電する第１電極と第２範囲Ｂの発光層に通電する第２電極を独立に設けることによって、第１波長で発光させたり第２波長で発光させたりすることが可能となる。
【０００８】
本発明で実現された発光素子は、少なくとも２波長の光を発光するとともに、実際に発光する波長を選択できる発光素子であり、第１導電型シリコン層と、第２導電型シリコン領域と、第１導電型シリコン層と第２導電型シリコン領域を分離しているとともに、発光波長が異なる少なくとも２種類の結晶欠陥が形成されている不純物低濃度層と、第１導電型シリコン層と不純物低濃度層と第２導電型シリコン領域を挟んでいる電極対を備えている。
本発明では、不純物低濃度層が、その不純物低濃度層が広がっている面内において、その不純物低濃度層に形成されている結晶欠陥の種類が相違する複数の範囲に区画されている。また、電極対を構成する少なくとも一方の電極は、結晶欠陥の種類が相違する範囲毎に形成されている。
【０００９】
第２導電型シリコン領域は不純物低濃度層の表面の全面に形成されていてもよいし、不純物低濃度層の表面に分散して形成されていてもよい。
第１導電型シリコン層と第２導電型シリコン領域を不純物低濃度層によって分離しておくと、その不純物低濃度層が発光層となる。
不純物低濃度層が広がっている面内において、形成されている結晶欠陥の種類が相違する複数の範囲を形成し、その範囲毎に電極を形成しておくと、電圧を印加する電極を選択することによって発光する発光層の範囲を選択することができ、それによって発光する波長を選択することができる。例えば、第１波長で発光する結晶欠陥が形成されている第１範囲Ａの電極を選択すれば第１波長で発光し、第２波長で発光する結晶欠陥が形成されている第２範囲Ｂの電極を選択すれば第２波長で発光する。結晶欠陥の種類を３種類以上用意すれば３種類以上の波長の中から発光波長を選択することができる。同時に複数の電極に電圧を印加すれば、複数の異なる波長の光を同時に発光させることもできる。
【００１０】
発光層に２種類以上の結晶欠陥を形成するためには各種の方法がとりえるが、注入粒子の打ち込み深さに対して、深い位置に形成される結晶欠陥の種類と、浅い位置に形成される結晶欠陥の種類が異なってくるという事象を利用することができる。
【００１１】
その事象を利用する一つの方法では、第１導電型シリコン層と、その第１導電型シリコン層の上方に積層されている不純物低濃度層と、その不純物低濃度層の表面側に少なくとも部分的に形成されている第２導電型シリコン領域を備えているＰＩＮ構造体の表面又は裏面にマスクを介して粒子線を照射する。その際に、マスクが広がっている面内においてマスクの厚みが相違する複数の範囲に区画されているマスクを用いることを特徴とする。
【００１２】
本方法で用いるマスクは、マスクを通過する粒子のエネルギーを減衰させる。マスクを通過する粒子のエネルギーは、マスクの厚みに対応して減衰される。すなわち、マスクの厚い部分を通過した粒子線は、マスクの薄い部分を通過した粒子線に比べてエネルギーが小さくなっている。そのために、ＰＩＮ構造体に打ち込まれる粒子のエネルギーは前記の範囲毎に相違し、粒子が深く注入される範囲と浅く注入される範囲に区画されることになる。
ＰＩＮ構造体の場合、第１導電型シリコン層と第２導電型シリコン領域を分離している不純物低濃度層に結晶欠陥を形成すると、その不純物低濃度層が発光層となる。
範囲ごとのマスクの厚みを調整することによって、マスクの厚みが厚い範囲を通過した粒子は不純物低濃度層に留まり、マスクの厚みが薄い範囲を通過した粒子が不純物低濃度層を通過する関係を得ることができる。この場合、マスクの厚みが厚い範囲では、発光層となる不純物低濃度層において、注入粒子の打ち込み深さに対して深い位置に形成される種類の結晶欠陥が形成され、マスクの厚みが薄い範囲では、不純物低濃度層において、注入粒子の打ち込み深さに対して浅い位置に形成される種類の結晶欠陥が形成される。範囲ごとのマスクの厚みを調整することによって、不純物低濃度層の範囲ごとに形成される結晶欠陥の種類を変えることができる。
異なる種類の結晶欠陥が形成されている不純物低濃度層の範囲毎に独立している電極対を形成することにより、電圧を印加する電極対を選択することによって発光光の波長を選択することができる発光素子を製造することができる。
【００１３】
上記事象を利用する他の一つの方法は、前記したＰＩＮ構造体の表面又は裏面に段差を形成する工程と、段差が形成された面に対して粒子線を照射する工程を備えている。
【００１４】
粒子線が照射される面に段差が形成されていると、ＰＩＮ構造体の照射面から不純物低濃度層までの距離が相違する。段差によって照射面が高くなっている範囲では照射面から不純物低濃度層までの距離が長く、段差によって照射面が低くなっている範囲では照射面から不純物低濃度層までの距離が短い。照射面から不純物低濃度層までの距離が長い範囲では、注入粒子の打ち込み深さに対して深い位置に形成される種類の結晶欠陥が不純物低濃度層に形成される。照射面から不純物低濃度層までの距離が短い範囲では、注入粒子の打ち込み深さに対して浅い位置に形成される種類の結晶欠陥が不純物低濃度層に形成される。
異なる種類の結晶欠陥が形成されている不純物低濃度層の範囲毎に独立している電極対を形成することにより、電圧を印加する電極対を選択することによって発光光の波長を選択することができる発光素子を製造することができる。
【００１５】
本発明の製造方法では、粒子線を照射する回数が１回であることが好ましい。
【００１６】
マスクに厚み分布を設けるか、あるいはＰＩＮ構造体の照射面に段差を形成すれば、１回の粒子線照射で不純物低濃度層に形成される結晶欠陥の種類を範囲ごとに変えることができる。形成する結晶欠陥の種類を換えるために複数回に亘って粒子線照射を繰り返す必要がない。発光波長を選択できる素子をシリコン単結晶から簡単に製造することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、発光波長を選択できる発光素子をシリコン単結晶から得ることが可能となる。安全に製造利用できるとともに安価に製造できるシリコン単結晶から得られるために、安全に利用できる多波長発光素子を安全かつ安価に製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
下記に説明する実施例の好ましい特徴を列記する。
（第１特徴）発光素子の第１範囲Ａでは、不純物低濃度層４にＷ−ｌｉｎｅに対応する種類の結晶欠陥が形成されており、発光素子の第２範囲Ｂでは、不純物低濃度層にＣ−ｌｉｎｅに対応する種類の結晶欠陥が形成されている。発光素子の第１範囲Ａでは、ｐ＋型シリコン領域２にＣ−ｌｉｎｅに対応する種類の結晶欠陥が形成されており、発光素子の第２範囲Ｂでは、ｎ＋型シリコン層６にＷ−ｌｉｎｅに対応する種類の結晶欠陥が形成されている。
（第２特徴）発光素子の第１範囲Ａでは表面が高く、第２範囲Ｂでは表面が低い。
【実施例】
【００１９】
（第１実施例）
図１に、本発明の第１実施例であるシリコン単結晶製の複数波長発光素子１００の断面図を示す。発光素子１００は、２種類の波長の光を個々に発光することができる。２種類の波長の光を同時に発光することもできる。
発光素子１００は、ｎ＋型シリコン層６の表面にｎ−型の不純物低濃度層４が形成されており、ｎ−型の不純物低濃度層４の表面の一部にｐ＋型シリコン領域２が形成されている。ｐ＋型シリコン領域２は、２つの範囲に分かれて形成されている。ｎ＋型シリコン層６とｐ＋型シリコン領域２は、ｎ−型の不純物低濃度層４によって分離されている。
不純物低濃度層４が広がっている面内において、不純物低濃度層４は２つの範囲に区画されている。その範囲によって不純物低濃度層４に形成されている結晶欠陥の種類が相違している。一方のｐ＋型シリコン領域２ａの対応する範囲の不純物低濃度層４には、第１種類の結晶欠陥１２ａが形成されている。他方のｐ＋型シリコン領域２ｂの対応する範囲の不純物低濃度層４には、第２種類の結晶欠陥１２ｂが形成されている。一方のｐ＋型シリコン領域２ａの表面に表面電極１８ａが形成されている。他方のｐ＋型シリコン領域２ｂの表面に表面電極１８ｂが形成されている。ｎ＋型シリコン層６の裏面には裏面電極８が形成されている。
【００２０】
不純物低濃度層４に形成されている第１種類の結晶欠陥１２ａは１．２μｍ付近の波長の光を発光する結晶欠陥であり、Ｗ−ｌｉｎｅと呼ばれる。第２種類の結晶欠陥１２ｂは１．５μｍ付近の波長の光を発光する結晶欠陥であり、Ｃ−ｌｉｎｅと呼ばれる。
発光素子１００は、２種類の波長の光を個々に発光することもできるし、同時に発光することもできる。左側の表面電極１８ａに電圧を印加すれば、Ｗ−ｌｉｎｅすなわち１．２μｍの発光が得られ、右側の表面電極１８ｂに電圧を印加すれば、Ｃ−ｌｉｎｅすなわち１．５μｍの発光が得られ、両電極に同時に電圧を印加すれば、１．２μｍと１．５μｍの発光が同時に得られる。
第１範囲Ａでは、ｐ＋型シリコン領域２ａ内にＣ−ｌｉｎｅに対応する種類の結晶欠陥が形成されている。第２範囲Ｂでは、n＋型シリコン層６内にＷ−ｌｉｎｅに対応する種類の結晶欠陥が形成されている。ｐ＋型シリコン領域２とn＋型シリコン層６内に形成されている結晶欠陥は発光現象に関係しない。
【００２１】
次に、図２〜５を参照して第１実施例の発光素子１００を製造する方法を示す。
最初に図２に示すように、表面側がｎ−型の低濃度層４（１０１４ｃｍ−３）であり、裏面側がｎ＋型の高濃度層６（１０２０ｃｍ−３）であるシリコン基板を用意する。
次に図３に示すように、ｎ−型の低濃度層４の表面の２箇所にボロンを拡散することによって、ｐ＋型シリコン領域２ａとｐ＋型シリコン領域２ｂを形成する。これによって、ＰＩＮ構造体が得られる。この段階で、ｎ＋型シリコン層６とｐ＋型シリコン領域２は、ｎ−型の不純物低濃度層４によって分離される。
ｐ＋型シリコン領域２の深さは、特に限定されない。一方、ｎ−型の不純物低濃度層４の深さは、粒子線照射によって第１種類の結晶欠陥１２ａが形成される深さと、第２種類の結晶欠陥１２ｂが形成される深さの差のよりも薄いことが好ましい。後記するように、Ｗ−ｌｉｎｅに対応する種類の結晶欠陥１２ａが形成される深さと、Ｃ−ｌｉｎｅに対応する種類の結晶欠陥１２ｂが形成される深さの差は２５μｍである。不純物低濃度層４の深さが２５μｍより薄いと、第１範囲Ａの不純物低濃度層４にはＷ−ｌｉｎｅに対応する種類の結晶欠陥１２ａを形成し、第２範囲Ｂの不純物低濃度層４にはＣ−ｌｉｎｅに対応する種類の結晶欠陥１２ｂを形成することが可能となる。不純物低濃度層４が２５μｍより厚いと、同じ範囲に第１種類の結晶欠陥１２ａと第２種類の結晶欠陥１２ｂの両者が形成される可能性が増大する。
【００２２】
次に図４に示すように、上記ＰＩＮ構造体の表面から３Ｈｅ２+の粒子線照射を行うことによってＰＩＮ構造体の内部に結晶欠陥を形成する。照射する粒子線は３Ｈｅ２+以外に、２Ｈ+、あるいは３Ｈ+を用いることができる。このとき、ＰＩＮ構造体の範囲によって粒子の注入深さを変化させるために、ＰＩＮ構造体に注入する粒子のエネルギーが減衰させるエネルギー減衰用のマスク２０を用いる。図４に示すように、第１範囲Ａではマスクの厚みが厚く、第２範囲Ｂではマスクの厚みが薄いマスク２０を利用する。マスク２０の厚みは、マスクの厚い部分を通過した３Ｈｅ２+が不純物低濃度層４にＷ−ｌｉｎｅに対応する種類の結晶欠陥１２ａを形成し、マスクの薄い部分を通過した３Ｈｅ２+が不純物低濃度層４にＣ−ｌｉｎｅに対応する種類の結晶欠陥１２ｂを形成する関係に調整しておく。
このとき、第１範囲Ａでは、ｐ＋型シリコン領域２ａ内にＣ−ｌｉｎｅに対応する種類の結晶欠陥が形成され、第２範囲Ｂでは、ｎ＋型シリコン層６内にＷ−ｌｉｎｅに対応する種類の結晶欠陥が形成される。ｐ＋型シリコン領域２とｎ＋型シリコン層６内に形成される結晶欠陥は発光現象に関係しないので、特段の問題は生じない。
次に図５に示すように、第１のｐ＋型シリコン領域２ａの表面に第１の表面電極１８ａを形成し、第２のｐ＋型シリコン領域２ｂの表面に第２の表面電極１８ｂを形成する。さらに、裏面に電極８を形成する。裏面電極８も、結晶欠陥の種類が相違する範囲毎に分割してもよいが、表面電極１８と裏面電極８の一方を分割すれば、不純物低濃度層４内の通電範囲を選択することができるので、他方の電極は範囲に対応して分割する必要はない。
上記の製造方法により、シリコン単結晶から発光波長を選択できる発光素子１００を製造することができる。
【００２３】
（第２実施例）
図６に、本発明の第２実施例である発光素子２００の断面図を示す。第２実施例の発光素子２００も、シリコン単結晶で形成されており、２種類の波長の光を個々に発光したり同時に発光したりすることができる。
発光素子２００は、ｎ＋型シリコン層６の表面にｎ−型不純物低濃度層４を介してｐ＋型シリコン領域２が形成されている。ｐ＋型シリコン領域２の表面には段差が形成されている。第１範囲Ａではｐ＋型シリコン領域２の厚みが厚く、第１範囲Ｂではｐ＋型シリコン領域２の厚みが薄い。段差の高さは約２５μｍである。
第１範囲Ａでは不純物低濃度層４に第１種類の結晶欠陥１２ａ（Ｗ−ｌｉｎｅに対応する種類であり、１．２μｍで発光する）が形成されており、第２範囲Ｂでは不純物低濃度層４に第２種類の結晶欠陥１２ｂ（Ｃ−ｌｉｎｅに対応する種類であり、１．５μｍで発光する）が形成されている。
第１範囲Ａでは、ｐ＋型シリコン領域２内にＣ−ｌｉｎｅに対応する種類の結晶欠陥が形成され、第２範囲Ｂでは、ｎ＋型シリコン層６内にＷ−ｌｉｎｅに対応する種類の結晶欠陥が形成されている。ｐ＋型シリコン領域２とｎ＋型シリコン層６内に形成されている結晶欠陥は発光現象に関係しないので、特段の問題は生じない。
第１範囲Ａには第１の表面電極１８ａが形成されており、第２範囲Ｂには第２の表面電極１８ｂが形成されている。左側の表面電極１８ａに電圧を印加することで、Ｗ−ｌｉｎｅに対応する種類の結晶欠陥１２ａから１．２μｍの発光が得られ、右側の表面電極１８ｂに電圧を印加することで、Ｃ−ｌｉｎｅに対応する種類の結晶欠陥１２ｂから１．５μｍの発光が得られ、両電極に電圧を印加すれば、１．２μｍと１．５μｍの発光が同時に得られる。
【００２４】
次に、図７〜１１に第２実施例のシリコン製の複数波長発光素子２００を製造する方法を示す。
最初に図７に示すように、表面側がｎ−型の低濃度層４（１０１４ｃｍ−３）であり、裏面側がｎ＋型の高濃度層６（１０２０ｃｍ−３）であるシリコン基板を用意する。
次に図８に示すように、ｎ−型の低濃度層４の表面にボロンを拡散することによって、ｐ＋型シリコン領域２を形成する。これによって、ＰＩＮ構造体が得られる。この段階で、ｎ＋型シリコン層６とｐ＋型シリコン領域２は、ｎ−型の不純物低濃度層４によって分離される。
ｐ＋型シリコン領域２は、表面に段差を形成するため、十分な深さ（結晶欠陥が形成される深さの差以上まで）であることが必要である。Ｗ−ｌｉｎｅに対応する種類の結晶欠陥１２ａが形成される深さと、Ｃ−ｌｉｎｅに対応する種類の結晶欠陥１２ｂが形成される深さの差は２５μｍである。ｐ＋型シリコン領域２の厚みは、２５μｍ以上である必要がある。不純物低濃度層４の深さは２５μｍ以下であることが好ましい。
次に図９に示すように、ＰＩＮ構造体の表面の一部（第２範囲Ｂ）をエッチングして段差Ｓを形成する（図９）。本実施例では約２５μｍの高さの段差を形成する。エッチング工程では、ｐ＋型シリコン領域２の表面に酸化膜を成膜し、第２範囲Ｂでは酸化膜を除去した後に、ドライエッチングまたはウエットエッチングにより、第２範囲Ｂのｐ＋型シリコン領域２を削り込む。ダイシングなどの機械的研磨によって、第２範囲Ｂのｐ＋型シリコン領域２の表面を削りこんでもよい。
次に図１０に示すように、段差Ｓが形成されている面に対して３Ｈｅ２+を照射する。図１０に示すように、第１範囲Ａではｐ＋型シリコン領域２の厚みが厚く、第２範囲Ｂではｐ＋型シリコン領域２の厚みが薄い。ｐ＋型シリコン領域２の厚い部分を通過した３Ｈｅ２+が不純物低濃度層４にＷ−ｌｉｎｅに対応する種類の結晶欠陥１２ａを形成し、ｐ＋型シリコン領域２の薄い部分を通過した３Ｈｅ２+が不純物低濃度層４にＣ−ｌｉｎｅに対応する種類の結晶欠陥１２ｂを形成する。
このとき、第１範囲Ａでは、ｐ＋型シリコン領域２内にＣ−ｌｉｎｅに対応する種類の結晶欠陥が形成され、第２範囲Ｂでは、n＋型シリコン層６内にＷ−ｌｉｎｅに対応する種類の結晶欠陥が形成される。ｐ＋型シリコン領域２とn＋型シリコン層６内に形成される結晶欠陥は発光現象に関係しないので、特段の問題は生じない。
次に図１１に示すように、ｐ＋型シリコン領域２の表面の段差で区切られた範囲毎に、表面電極１８ａ、１８ｂを成膜してパターニングする。さらに、裏面に電極８を形成する。上記製造方法により、シリコン製の複数波長発光素子２００を製造することができる。
【００２５】
（第３実施例）
図１２に、本発明の第３実施例である発光素子３００の斜視図を示す。発光素子３００は、ＰＩＮ構造を備えているシリコン単結晶から形成されており、４種類の波長のなかから発光波長を選択することができる。
発光素子３００の場合、ｐ＋型シリコン領域２の表面に４段の段差が形成されている。不純物低濃度層４には、平面視したときに段差で区切られる範囲毎に、それぞれ異なる４種類の結晶欠陥（１２ｃ、１２ｄ、１２ｅと、図示はされていないが平面視したときにｐ＋型シリコン領域２が最も厚い部分の範囲の不純物低濃度層に形成されている結晶欠陥）が形成されており、各々の範囲に向かい合っている表面電極（１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ）に電圧を印加することによって、各々の結晶欠陥から波長の異なる４種類の光を発光させることができる。任意の１色で発光させることもできれば、任意の２色を同時に発光させることもできれば、任意の３色を同時に発光させることもできれば、４色を同時に発光させることもできる。
【００２６】
（第４実施例）
図１３に、本発明の第４実施例である発光素子４００の断面図を示す。発光素子４００は、ＰＩＮ構造を備えているシリコン単結晶から形成されており、裏面側のｎ＋型シリコン層６に段差が形成されている。平面視したときに裏面に形成されている段差で区切られる範囲毎に、不純物低濃度層４に２種類の結晶欠陥１２ａ（Ｗ−ｌｉｎｅに対応する）と１２ｂ（Ｃ−ｌｉｎｅに対応する）が形成されている。
発光素子４００は、平面視したときに表面電極１８ｂと裏面電極８で挟まれている範囲の不純物低濃度層４に、Ｗ−ｌｉｎｅに対応する結晶欠陥１２ａが形成されていない。これは裏面側から粒子線を照射したときに結晶欠陥１２ａが形成されるべき位置となる深さが、ｐ＋型シリコン領域２の表面を突き抜けて素子の外側になるためである。このように粒子が届く距離を素子の外側に調整することもできる。
発光素子４００は、２種類の波長の光を同時に発光することもできるし、個々に発光することもできる。左側の表面電極１８ａに電圧を印加することで、Ｗ−ｌｉｎｅに対応する種類の結晶欠陥１２ａから１．２μｍの発光が得られ、右側の表面電極１８ｂに電圧を印加することで、Ｃ−ｌｉｎｅに対応する種類の結晶欠陥１２ｂから１．５μｍの発光が得られ、両電極に電圧を印加すれば、１．２μｍと１．５μｍの発光が同時に得られる。
【００２７】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】発光素子１００の断面図を示す。
【図２】発光素子１００の製造過程を示す。
【図３】発光素子１００の製造過程を示す。
【図４】発光素子１００の製造過程を示す。
【図５】発光素子１００の製造過程を示す。
【図６】発光素子２００の断面図を示す。
【図７】発光素子２００の製造過程を示す。
【図８】発光素子２００の製造過程を示す。
【図９】発光素子２００の製造過程を示す。
【図１０】発光素子２００の製造過程を示す。
【図１１】発光素子２００の製造過程を示す。
【図１２】発光素子３００の斜視図を示す。
【図１３】発光素子４００の断面図を示す。
【符号の説明】
【００２９】
２：第２導電型シリコン領域（ｐ＋型シリコン領域）
４：不純物低濃度層
６：第１導電型シリコン層（ｎ＋型シリコン層）
８：裏面電極
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、：結晶欠陥
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｄ、１８ｆ：表面電極
２０：マスク
２２：粒子線
１００、２００、３００、４００：発光素子
Ｔ：マスクの厚さの差
Ｓ：段差
Ａ：第１範囲
Ｂ：第２範囲
【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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