JP4768466B2 - 発光デバイス装置 - Google Patents

Description

この発明は、発光デバイス装置に関し、特に、発光層としてナノメートルサイズの微粒子を用いた発光デバイス装置に関する。

コンピュータの基幹をなす論理素子、演算素子および（ＩＣカード等に含まれる）不揮発性記憶素子の大部分は、シリコン基板上に形成されており、その利点は、シリコンが安価であり、高い信頼性で高集積化できる点にある。

しかし、光デバイスとしての観点で見たとき、シリコンは間接遷移材料であるため有効に発光せず、従来化合物半導体が使用されてきたが、化合物半導体は高価であるばかりでなく、シリコン材料系ＩＣと比較して論理素子や演算素子等の集積度が低いという課題があった。

近年、シリコンの有する上記利点を生かし、集積回路との製造工程上の互換性のある安価な光電子デバイスを達成するために、シリコン基板に基づいた発光素子をナノ粒子を用いて作ろうという研究が盛んにされている。

特に、ポーラスシリコン（多孔質性シリコン）は、バルク型シリコンをフッ酸（ＨＦ）及びエタノールが含まれた電解質溶液に入れ、そのシリコン基板表面を電気化学的に陽極酸化することによって得られる。上記ポーラスシリコンは、ＰＬ（フォトルミネッセンス）測定から、紫外光を照射することによって発光が確認されており（L．T．Canham；Appl.Phys.Lett.，57，1046（1990）：非特許文献１参照）、また、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）測定から、ポーラスシリコンを挟んだ２つの電極間に電圧を印加することによって発光することが知られている。これらの発光波長は、上記ポーラスシリコン表面に形成された多数の孔の大きさ、形状及びＳｉ−Ｈ結合の量によって変化させることが可能であり、赤・青・緑の発光を達成している。

しかしながら、上記ポーラスシリコンによる発光は、その表面状態の特性を利用するために、強電界によって劣化しやすいこと及び空気中に放置することによって、表面に自然酸化膜を形成し、表面の結合状態の変化によって、発光特性が経時変化してしまうという課題がある。また、シリコン基板を電気化学的に処理するため、従来の論理素子、演算素子及び不揮発性記憶素子を同一基板上に形成することが難しいという課題がある。

上記課題を解決する一例として、シリコン基板内にｐ型にドーピングされた領域とｎ型にドーピングされた領域を用いて、量子井戸構造又は量子ドット構造を作製し、発光させる方法がある（特開２００２−３６８２５８号公報：特許文献１参照）。

具体的に述べると、図６に示すように、この発光素子は、ｐ型半導体基板１０１、浅く形成されたｎ型領域１０２、上記ｐ型半導体基板１０１に接続された電極１０３、上記ｎ型領域１０２に接続された電極１０４、素子保護膜１０５、および、透明材料１０６を有する。上記ｐ型半導体基板１０１および上記ｎ型領域１０２は、ｐｎ接合を形成し、このｐｎ接合から光が発光し、この光は、上記透明材料１０６を透過する。

上記ｐ型半導体基板１０１と上記ｎ型領域１０２との境界部は、上記ｐ型領域１０１および上記ｎ型領域１０２が互いに入り組んで、数ｎｍ程度の周期を有する波状に形成されている。この数ｎｍ程度の周期が、サイズ効果によって、上記ｐ型半導体基板１０１および上記ｎ型領域１０２内に存在する電子にとっての量子井戸を形成し、発光効率を上昇させる。

しかしながら、ドーピングにより上記ｎ型領域１０２を形成する方法は示されているが、上記境界部に相当する形状を数ｎｍ程度の周期で形成する方法は示されていない。例えば、イオン注入によって上記所望の形状を得ようとしても、注入技術分野で知られたところによれば、注入過程には必ずばらつきが伴うため、上記境界部の形状を得ることは困難であると考えられる。また、論理素子、演算素子及び不揮発性記憶素子との混載の観点から考えたとき、多くの熱履歴を受けるため、熱拡散により所望の形状を得ることは困難である。

また、他の研究として、シリコン基板に形成されたシリコン酸化膜に、ゲルマニウムイオンを注入しアニールすることによってシリコン酸化膜中に形成された、直径５ｎｍ程度のゲルマニウムドットがＰＬ発光することが知られている（J．M．Lopes etal.Jour.Appl.Phys，94，6059(2003) ：非特許文献２参照）。上記文献によれば、上記ゲルマニウムドットは、ｎ型シリコン基板上に形成された１８０ｎｍの厚みを持つ酸化シリコン膜にＧｅ^＋イオンを注入エネルギー１２０ｋｅＶ、注入濃度１．２×１０^１６ｃｍ^−２で注入後、Ｎ_２雰囲気ガスの下で９００℃、３０分アニールすることによって得られる。上記試料は、ＰＬ測定によって、２３９．４ｎｍの励起光に対して３８０．８ｎｍの蛍光が観測されている。
特開２００２−３６８２５８号公報 L．T．Canham；Appl.Phys.Lett.，57，1046(1990) J．M．Lopes etal.Jour.Appl.Phys，94，6059(2003)

そこで、この発明の課題は、特に、論理素子、演算素子および不揮発性記憶素子との混載が可能であるシリコン基板に基づいて、発光効率の高い発光デバイス装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の発光デバイス装置は、
ｎ型またはｐ型の半導体基板と、
この半導体基板上に形成された第１の反射膜と、
この第１の反射膜上に形成された第１の導電膜と、
この第１の導電膜上に形成された半導体酸化膜と、
この半導体酸化膜中に形成されると共に量子井戸を形成し、かつ、遷移金属原子または１４族原子から構成される微粒子と、
上記半導体酸化膜上に形成された第２の反射膜と、
この第２の反射膜の少なくとも上面に形成された第２の導電膜と
を備え、
上記第１の反射膜および上記第２の反射膜は、それぞれ、屈折率の相異なる絶縁性物質を交互に積層して形成され、
上記第２の反射膜の反射率は、上記第１の反射膜の反射率よりも低いことを特徴としている。

この発明の発光デバイス装置によれば、上記第１の導電膜と上記第２の導電膜との間に上記半導体酸化膜を有し、この半導体酸化膜中に上記微粒子が形成されるので、上記第１の導電膜と上記第２の導電膜との間に電圧を印加することによって、上記半導体酸化膜および上記微粒子から発光が生じる。上記微粒子は量子井戸を形成するので、上記微粒子は、上記第１の導電膜および上記第２の導電膜から運搬されたキャリアを、閉じ込める。

そして、上記微粒子は上記半導体酸化膜に囲まれているため、上記微粒子によるキャリアの閉じ込め効率が格段に上昇し、発光効率の高い発光デバイス装置を実現できる。

この実施形態の発光デバイス装置によれば、上記第１の反射膜および上記第２の反射膜は、それぞれ、屈折率の相異なる絶縁性物質を交互に積層して形成されているので、上記第１の反射膜および上記第２の反射膜は、ブラッグ反射器を構成する。

つまり、上記半導体酸化膜および上記微粒子から発光された光が、上記第１の反射膜と上記第２の反射膜との間で高効率に反射され、光の漏れを非常に少なくできる。したがって、消費電力の小さな高効率な発光デバイス装置を実現できる。
また、この実施形態の発光デバイス装置によれば、上記第２の反射膜の反射率は、上記第１の反射膜の反射率よりも低いので、上記半導体酸化膜および上記微粒子から発光した光は、上記第２の反射膜のみから効率よく出射する。したがって、発光した光が、上記半導体基板内へ出射することを防止して、発光した光を外部に効率よく取り出すことができる。
また、この実施形態の発光デバイス装置によれば、上記微粒子は、遷移金属原子または１４族原子から構成されるので、上記微粒子をアニール処理のみによって形成できて、非常に簡単な方法で作製できる。

また、一実施形態の発光デバイス装置では、上記第１の反射膜および上記第２の反射膜は、上記半導体酸化膜を挟んで平行に位置している。

この実施形態の発光デバイス装置によれば、上記第１の反射膜および上記第２の反射膜は、上記半導体酸化膜を挟んで平行に位置しているので、上記第１の反射膜、上記第２の反射膜および上記半導体酸化膜は、共振器を形成する。

つまり、上記半導体酸化膜および上記微粒子から発光された光が、上記半導体酸化膜および上記微粒子を何度も往復できて、誘導放射を達成できる。また、発光波長の選択性を向上できる。したがって、レーザー発振可能な発光デバイス装置を実現できる。

また、一実施形態の発光デバイス装置では、上記微粒子は、直径２０ｎｍ以下である。

この実施形態の発光デバイス装置によれば、上記微粒子は、直径２０ｎｍ以下であるので、上記微粒子のキャリア閉じ込めの効率が上昇し、より効率的にキャリア再結合を発生できる。したがって、高効率な発光を実現できる。

また、一実施形態の発光デバイス装置では、上記微粒子は、上記半導体酸化膜にイオンを注入した後９００℃以下でアニール処理して、形成される。

この実施形態の発光デバイス装置によれば、上記微粒子は、上記半導体酸化膜にイオンを注入した後９００℃以下でアニール処理して、形成されるので、上記半導体酸化膜中の上記微粒子の位置、大きさおよび形状を変化させることができる。すなわち、注入エネルギーによって上記微粒子の位置を制御でき、注入濃度によって大きさおよび形状を制御できる。

また、９００℃以下でアニール処理しているため、論理素子、演算素子および不揮発性記憶素子の作製工程におけるソース／ドレイン領域形成時の熱拡散温度に相当して、上記論理素子、上記演算素子および上記不揮発性記憶素子を上記半導体基板に混載する際には、同時に熱処理できる。

また、一実施形態の発光デバイス装置では、上記第１の導電膜の厚さは、３００ｎｍ以下である。

この実施形態の発光デバイス装置によれば、上記第１の導電膜の厚さは、３００ｎｍ以下であるので、上記半導体酸化膜および上記微粒子で発光した光が、上記第１の反射膜を反射して上記第１の導電膜を透過するとき、この発光強度は減衰しない。したがって、高効率な発光デバイス装置を実現できる。

また、一実施形態の発光デバイス装置では、上記第２の導電膜は、透光性を有する。

この実施形態の発光デバイス装置によれば、上記第２の導電膜は、透光性を有するので、上記半導体酸化膜および上記微粒子で発光した光を、上記第２の導電膜から、一層効率よく外部に取り出すことができる。

また、一実施形態の発光デバイス装置では、上記半導体基板は、シリコン基板である。

この実施形態の発光デバイス装置によれば、上記半導体基板は、シリコン基板であるので、上記論理素子、上記演算素子および上記不揮発性記憶素子を上記シリコン基板に混載できる。

また、一実施形態の発光デバイス装置では、上記第２の導電膜は、上記第２の反射膜の上面に加えて、上記半導体酸化膜と上記第２の反射膜との間に、形成されている。

この実施形態の発光デバイス装置によれば、上記第２の導電膜は、上記第２の反射膜の上面に加えて、上記半導体酸化膜と上記第２の反射膜との間に、形成されているので、上記第２の導電膜から上記微粒子に十分多くのキャリアを注入できる。

また、一実施形態の発光デバイス装置では、上記第２の導電膜は、上記第２の反射膜の上面のみに、形成されている。

この実施形態の発光デバイス装置によれば、上記第２の導電膜は、上記第２の反射膜の上面のみに、形成されているので、上記第２の反射膜を形成した後に、上記第２の導電膜を積層することにより作製できて、上記発光デバイス装置を簡便に作製することができる。

この発明の発光デバイス装置によれば、上記第１の導電膜と上記第２の導電膜との間に上記半導体酸化膜を有し、この半導体酸化膜中に上記微粒子が形成されるので、上記微粒子によるキャリアの閉じ込め効率が上昇し、発光効率の高い発光デバイス装置を実現できる。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、この発明の発光デバイス装置の第１実施形態である簡略断面図を示している。この発光デバイス装置は、ｎ型またはｐ型の半導体基板としてのシリコン基板２０７と、このシリコン基板２０７上に形成された第１の反射膜２０６と、この第１の反射膜２０６上に形成された第１の導電膜２０４と、この第１の導電膜２０４上に形成された半導体酸化膜としてのシリコン酸化膜２０２と、このシリコン酸化膜２０２中に形成されると共に量子井戸を形成する微粒子２０３と、上記シリコン酸化膜２０２上に形成された第２の反射膜２０５と、この第２の反射膜２０５の少なくとも上面に形成された第２の導電膜２０１とを有する。

ここで、「上」方向とは、上記シリコン基板２０７に上記膜２０６，２０４，２０２，２０５，２０１を順に積層する方向をいう。

上記第２の導電膜２０１は、上記第２の反射膜２０５の上面に加えて、上記シリコン酸化膜２０２と上記第２の反射膜２０５との間に、形成されている。つまり、上記第２の導電膜２０１は、上記第２の反射膜２０５を囲むように、上記第２の反射膜２０５の上面、下面および側面に、形成されている。

上記第１の反射膜２０６および上記第２の反射膜２０５は、それぞれ、屈折率の相異なる絶縁性物質を交互に積層して形成されている。つまり、上記第１の反射膜２０６および上記第２の反射膜２０５は、ブラッグ反射器を構成する。

具体的に述べると、屈折率の相異なる絶縁性物質とは、低屈折率を示す酸化シリコンと、高屈折率を示す二酸化チタンや酸化アルミニウムなどの金属酸化物の薄膜とを用いる。また、それぞれの物質の膜厚は、発光波長の媒質中での波長の１／４程度が好ましい。

上記第１の反射膜２０６および上記第２の反射膜２０５は、上記シリコン酸化膜２０２を挟んで平行に位置している。つまり、上記第１の反射膜２０６、上記第２の反射膜２０５および上記シリコン酸化膜２０２は、共振器を形成する。

上記第２の反射膜２０５の反射率は、上記第１の反射膜２０６の反射率よりも低い。

上記微粒子２０３は、直径２０ｎｍ以下である。上記微粒子２０３は、（Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｐｔ等の）遷移金属原子または（Ｇｅ，Ｓｉ等の）１４族原子から構成される。上記微粒子２０３は、上記シリコン酸化膜２０２にイオンを注入した後９００℃以下でアニール処理して、形成される。

上記第１の導電膜２０４は、半導体で構成され、上記第１の導電膜２０４の厚さは、３００ｎｍ以下である。上記第１の導電膜２０４は、透光性を有する。

上記第２の導電膜２０１は、透光性を有する。好ましくは、上記第２の導電膜２０１は、透明である。ここで、上記第２の導電膜２０１の材料としては、例えば、ＩＴＯやＳｎＯ_２である。ここで、ＩＴＯは、インジウムスズ酸化物であり、Ｉｎ_２Ｏ_３（酸化インジウム）にＳｎＯ_２（酸化スズ）をおよそ10wt％混ぜた半導体セラミックスである。

次に、上記第１の反射膜２０６および上記第２の反射膜２０５の反射率を、シミュレーションの結果を用いて、説明する。

まず、上記第１の反射膜２０６および上記第２の反射膜２０５に関し、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）および二酸化チタン（ＴｉＯ_２）を例に取り、ゲルマニウムドットのＰＬ測定で発光確認されている３８０．８ｎｍの発光を効率よく反射するために必要な膜厚および層数を、シミュレーションにて計算した。

なお、屈折率の異なる物質を交互に積層して多重反射膜が実現されることは、よく知られた事実であり、また、その反射率の計算方法もよく知られたものであるから、ここではその結果のみを示すこととする。

このシミュレーションに用いる多重反射膜は、図２に示すように、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）３０１と酸化シリコン（ＳｉＯ_２）３０２とを交互に積層して形成される。

上記二酸化チタン３０１において、屈折率を２．３とし、膜厚を４７ｎｍとし、層数を９層とする。上記酸化シリコン３０２において、屈折率を１．４６とし、膜厚を４７ｎｍとし、層数を８層とする。

このときの多重反射膜の反射率を、図３に示す。横軸は波長［ｎｍ］であり、縦軸は反射率［％］である。

図３からわかるように、ターゲット波長である３８０．８ｎｍに対し、９９．８％以上の反射率を持ち、また、ストップバンドも３１１ｎｍ〜４１７ｎｍであり、非常に波長選択性の良い反射率が達成される。

一般に、層数を増やすと反射率の向上を期待できるので、上記の層数よりも多い層数であってもよい。

また、上記第２の反射膜２０５の反射率を、上記第１の反射膜２０６の反射率よりも低くするには、上記第２の反射膜２０５の層数を、上記第１の反射膜２０６の層数よりも低減させるか、もしくは、積層する物質を変化させることで達成される。

次に、上記構成の発光デバイス装置の動作原理を説明する。

図４に、上記第１の導電膜２０４と上記第２の導電膜２０１との間に電圧が印加された際のエネルギーポテンシャルを示す。

上記第１の導電膜２０４は、十分に濃くドーピングされたｐ型のシリコン導電膜である。上記微粒子２０３は、Ｇｅ原子から構成される。

上記第１の導電膜２０４と上記第２の導電膜２０１との間に電圧が印加されると、上記第１の導電膜２０４から正孔（ホール）２０９が、上記シリコン酸化膜２０２をトンネリングし、上記微粒子２０３に入射する。同様に、上記第２の導電膜２０１からは、電子２０８が上記シリコン酸化膜２０２をトンネリングし、上記微粒子２０３に入射する。それぞれのキャリアは、ポテンシャルエネルギーの谷である上記微粒子２０３に効率よく集められ、再結合を行って、光２１０を放出する。

上記構成の発光デバイス装置によれば、上記第１の導電膜２０４と上記第２の導電膜２０１との間に上記シリコン酸化膜２０２を有し、このシリコン酸化膜２０２中に上記微粒子２０３が形成されるので、上記第１の導電膜２０４と上記第２の導電膜２０１との間に電圧を印加することによって、上記シリコン酸化膜２０２および上記微粒子２０３から発光が生じる。上記微粒子２０３は量子井戸を形成するので、上記微粒子２０３は、上記第１の導電膜２０４および上記第２の導電膜２０１から運搬されたキャリアを、閉じ込める。

そして、上記微粒子２０３は上記シリコン酸化膜２０２に囲まれているため、上記微粒子２０３によるキャリアの閉じ込め効率が格段に上昇し、発光効率の高い発光デバイス装置を実現できる。

つまり、上記微粒子２０３は、上記シリコン酸化膜２０２の高いエネルギー障壁に囲まれた量子井戸の役割を果たし、上記第１の導電膜２０４および上記第２の導電膜２０１から運搬されたキャリアの閉じ込めの役割を果たすことになる。また、上記微粒子２０３および上記シリコン酸化膜２０２のエネルギーギャップが大きいために、キャリアの閉じ込め効率が格段に上昇し、高効率の発光を生ずることができる。

また、上記第１の反射膜２０６および上記第２の反射膜２０５は、ブラッグ反射器を構成するので、上記シリコン酸化膜２０２および上記微粒子２０３から発光された光が、上記第１の反射膜２０６と上記第２の反射膜２０５との間で高効率に反射され、光の漏れを非常に少なくできる。したがって、消費電力の小さな高効率な発光デバイス装置を実現できる。

つまり、発光した光をより多く取り出すには、発光する光強度を上げるか、または、光の漏れを小さくすることが効果的である。発光する光強度を上げることは、多くの電流を流すため、消費電力の増大につながる。これに対して、発光した光の漏れを小さくすることは、エネルギー資源を無駄に消費することにならず、環境面を考慮しても非常に効果的である。

また、上記第１の反射膜２０６、上記第２の反射膜２０５および上記シリコン酸化膜２０２は、共振器を形成するので、上記シリコン酸化膜２０２および上記微粒子２０３から発光された光が、上記シリコン酸化膜２０２および上記微粒子２０３を何度も往復できて、誘導放射を達成できる。また、発光波長の選択性を向上できる。したがって、レーザー発振可能な発光デバイス装置を実現できる。

また、上記第２の反射膜２０５の反射率は、上記第１の反射膜２０６の反射率よりも低いので、上記シリコン酸化膜２０２および上記微粒子２０３から発光した光は、上記第２の反射膜２０５のみから効率よく出射する。したがって、発光した光が、上記シリコン基板２０７内へ出射することを防止して、発光した光を外部に効率よく取り出すことができる。

これに対して、上記第１の反射膜２０６の反射率が、上記第２の反射膜２０５の反射率よりも低いと、上記シリコン酸化膜２０２および上記微粒子２０３から発光した光は、上記シリコン基板２０７内部に出射することになる。つまり、上記論理素子、上記演算素子および不揮発性記憶素子が形成されてきた上記シリコン基板への混載を考慮すると、上記シリコン基板内に入射した光によってキャリアが生成され、上記論理素子、上記演算素子および上記不揮発性記憶素子が、正常な動作をしなくなる恐れが生ずる。

また、上記微粒子２０３は、直径２０ｎｍ以下であるので、上記微粒子２０３のキャリア閉じ込めの効率が上昇し、より効率的にキャリア再結合を発生できる。したがって、高効率な発光を実現できる。

また、上記微粒子２０３は、上記シリコン酸化膜２０２にイオンを注入した後９００℃以下でアニール処理して、形成されるので、上記シリコン酸化膜２０２中の上記微粒子２０３の位置、大きさおよび形状を変化させることができる。すなわち、注入エネルギーによって上記微粒子２０３の位置を制御でき、注入濃度によって大きさおよび形状を制御できる。

また、９００℃以下でアニール処理しているため、論理素子、演算素子および不揮発性記憶素子の作製工程におけるソース／ドレイン領域形成時の熱拡散温度に相当して、上記論理素子、上記演算素子および上記不揮発性記憶素子を上記シリコン基板２０７に混載する際には、同時に熱処理できる。

また、上記微粒子２０３は、遷移金属原子または１４族原子から構成されるので、上記微粒子２０３をアニール処理のみによって形成できて、非常に簡単な方法で作製できる。

また、上記第１の導電膜２０４の厚さは、３００ｎｍ以下であるので、上記シリコン酸化膜２０２および上記微粒子２０３で発光した光が、上記第１の反射膜２０６を反射して上記第１の導電膜２０４を透過するとき、この発光強度は減衰しない。したがって、高効率な発光デバイス装置を実現できる。

これに対して、上記第１の導電膜２０４の厚さが、３００ｎｍを超えると、発光された光が、上記第１の導電膜２０４に吸収されてしまい、外部に取り出せる発光効率が悪くなってしまう。

また、上記第２の導電膜２０１は、透光性を有するので、上記シリコン酸化膜２０２および上記微粒子２０３で発光した光を、上記第２の導電膜２０１から、一層効率よく外部に取り出すことができる。

これに対して、上記第２の導電膜２０１は、有色で、透光性を有さない場合、発光された光が、上記第２の導電膜２０１に吸収され、外部に取り出せる発光効率が悪くなってしまう。

また、上記半導体基板として、上記シリコン基板２０７を用いているので、上記論理素子、上記演算素子および上記不揮発性記憶素子を上記シリコン基板２０７に混載できる。

また、上記第２の導電膜２０１は、上記第２の反射膜２０５の上面に加えて、上記シリコン酸化膜２０２と上記第２の反射膜２０５との間に、形成されているので、上記第２の導電膜２０１から上記微粒子２０３に十分多くのキャリアを注入できる。

以上、上記構成の発光デバイス装置では、量子井戸を形成する上記微粒子２０３によって、発光に寄与するキャリアを閉じ込めつつ、上記第１の反射膜２０６および上記第２の反射膜２０５によって、発生した光を閉じ込めて、発光効率のよいレーザー発振可能な発光デバイス装置を実現できる。また、上記半導体基板として、上記シリコン基板２０７を用いているので、論理素子、演算素子および不揮発性記憶素子との混載が容易である。

（第２の実施形態）
図５は、この発明の発光デバイス装置の第２の実施形態を示している。上記第１の実施形態と相違する点を説明すると、この第２の実施形態では、第２の導電膜４０１は、上記第２の反射膜２０５の上面のみに、形成されている。

したがって、上記第２の導電膜４０１は、上記第２の反射膜２０５の上面のみに、形成されているので、上記第２の反射膜２０５を形成した後に、上記第２の導電膜４０１を積層することにより作製できて、上記発光デバイス装置を簡便に作製することができる。

つまり、この第２の実施形態では、図１の上記第１の実施形態に示す上記第２の導電膜２０１のように上記第２の反射膜２０５をまたぐ必要がなくて、上記第１の実施形態に比べて、上記発光デバイス装置を簡便に作製できる。

このとき、上記第２の反射膜２０５の反射率は、上記第１の反射膜２０６の反射率よりも低く、上記第２の反射膜２０５の層数は、上記第１の反射膜２０６の層数よりも少ない。したがって、上記第２の反射膜２０５の層数を少なくすることによって、上記第２の導電膜４０１が上記第２の反射膜２０５上のみに位置していても、十分に多くのキャリアを量子井戸の役割を果たす上記微粒子２０３に注入できる。

なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、上記半導体基板や上記半導体酸化膜の半導体の材料として、シリコン以外に、ゲルマニウムや化合物半導体でもよい。また、上記第２の導電膜２０１，４０１は、上記第２の反射膜２０５の少なくとも上面に形成されていればよい。

本発明の発光デバイス装置の第１実施形態を示す簡略断面図である。 シミュレーションに用いる多重反射膜の簡略断面図である。 多重反射膜の反射率を示すグラフである。 発光デバイス装置の動作を説明する説明図である。 本発明の発光デバイス装置の第２実施形態を示す簡略断面図である。 従来の発光デバイス装置を示す簡略断面図である。

１０１ ｐ型半導体基板
１０２ ｎ型領域
１０３ 電極
１０４ 電極
１０５ 素子保護膜
１０６ 透明材料
２０１，４０１ 第２の導電膜
２０２ シリコン酸化膜（半導体酸化膜）
２０３ 微粒子
２０４ 第１の導電膜
２０５ 第２の反射膜
２０６ 第１の反射膜
２０７ シリコン基板（半導体基板）
２０８ 電子
２０９ 正孔（ホール）
２１０ 光
３０１ 二酸化チタン
３０２ 酸化シリコン

Claims (9)

1. ｎ型またはｐ型の半導体基板と、
   この半導体基板上に形成された第１の反射膜と、
   この第１の反射膜上に形成された第１の導電膜と、
   この第１の導電膜上に形成された半導体酸化膜と、
   この半導体酸化膜中に形成されると共に量子井戸を形成し、かつ、遷移金属原子または１４族原子から構成される微粒子と、
   上記半導体酸化膜上に形成された第２の反射膜と、
   この第２の反射膜の少なくとも上面に形成された第２の導電膜と
   を備え、
   上記第１の反射膜および上記第２の反射膜は、それぞれ、屈折率の相異なる絶縁性物質を交互に積層して形成され、
   上記第２の反射膜の反射率は、上記第１の反射膜の反射率よりも低いことを特徴とする発光デバイス装置。
2. 請求項１に記載の発光デバイス装置において、
   上記第１の反射膜および上記第２の反射膜は、上記半導体酸化膜を挟んで平行に位置していることを特徴とする発光デバイス装置。
3. 請求項１に記載の発光デバイス装置において、
   上記微粒子は、直径２０ｎｍ以下であることを特徴とする発光デバイス装置。
4. 請求項１に記載の発光デバイス装置において、
   上記微粒子は、上記半導体酸化膜にイオンを注入した後９００℃以下でアニール処理して、形成されることを特徴とする発光デバイス装置。
5. 請求項１に記載の発光デバイス装置において、
   上記第１の導電膜の厚さは、３００ｎｍ以下であることを特徴とする発光デバイス装置。
6. 請求項１に記載の発光デバイス装置において、
   上記第２の導電膜は、透光性を有することを特徴とする発光デバイス装置。
7. 請求項１に記載の発光デバイス装置において、
   上記半導体基板は、シリコン基板であることを特徴とする発光デバイス装置。
8. 請求項１に記載の発光デバイス装置において、
   上記第２の導電膜は、上記第２の反射膜の上面に加えて、上記半導体酸化膜と上記第２の反射膜との間に、形成されていることを特徴とする発光デバイス装置。
9. 請求項１に記載の発光デバイス装置において、
   上記第２の導電膜は、上記第２の反射膜の上面のみに、形成されていることを特徴とする発光デバイス装置。

Images