專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體元件。
背景技術(shù)：
目前，以ni-v族半導(dǎo)體結(jié)晶等的化合物半導(dǎo)體為素材的LED和 LD等的半導(dǎo)體元件被廣泛使用。另一方面，以硅為素材的半導(dǎo)體元件 的研究也在不斷進(jìn)行著。與上述的化合物半導(dǎo)體相比，在室溫射出 1.13pm的光的單晶硅的發(fā)光強(qiáng)度極低，但是與單晶硅相比，以硅為素 材的例如多孔硅等能夠發(fā)出大強(qiáng)度的可見(jiàn)光。因此，例如，如專(zhuān)利文 獻(xiàn)1 (日本國(guó)特開(kāi)平8-139359號(hào)公報(bào))所述，使用多孔硅等的半導(dǎo)體 元件的研究開(kāi)發(fā)也在不斷進(jìn)展。發(fā)明內(nèi)容然而，與單晶硅相比，使用多孔硅等的現(xiàn)有的硅半導(dǎo)體元件雖然 可以預(yù)料其發(fā)光強(qiáng)度的提高，但是還沒(méi)有獲得足夠的發(fā)光強(qiáng)度。 因此，本發(fā)明的目的在于提高半導(dǎo)體元件的發(fā)光強(qiáng)度。本發(fā)明的半導(dǎo)體元件，其特征在于，具備第l導(dǎo)電型的硅基板，具有第1面和位于該第1面的相對(duì)側(cè)的第2面；第2導(dǎo)電型的硅層，設(shè)置在上述硅基板的上述第1面上，并且具有位于和硅基板相接合的面的相對(duì)側(cè)的第3面；第1電極，設(shè)置在上述第2面上；第2電極，設(shè)置在上述第3面上；氬添加區(qū)域，形成在由上述硅基板以及上述硅 層構(gòu)成的半導(dǎo)體區(qū)域中，其中，上述氬添加區(qū)域包括氬濃度顯示為 lxl018cm-3以上、2xl02Qcm—3以下的區(qū)域。而且，上述氬添加區(qū)域形成 在從上述第3面開(kāi)始的上述半導(dǎo)體區(qū)域的內(nèi)側(cè)，或者，形成在從上述 第1面開(kāi)始的上述硅基板區(qū)域的內(nèi)側(cè)。上述硅基板也可以具有形成在 從上述第1面開(kāi)始的該硅基板的內(nèi)側(cè)的多孔硅區(qū)域。如此，本發(fā)明的半導(dǎo)體元件具有氬添加區(qū)域，其包括氬濃度顯示 為lxlO'Scm-s以上、2xl0^m^以下的區(qū)域。發(fā)明者經(jīng)過(guò)專(zhuān)心的研究發(fā)
現(xiàn)了如下事實(shí)與不添加氬的半導(dǎo)體元件相比，通過(guò)設(shè)置氬濃度為lxl018cnf3以上、2xl02Qcm-3以下的氬添加區(qū)域，能夠提高電致發(fā)光 (Electric Luminescence: EL)以及光致發(fā)光(Photo Luminescence: PL)的強(qiáng)度。所以，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體元件能夠提高EL發(fā)光的強(qiáng)度(EL intensity)以及PL發(fā)光的強(qiáng)度(PL intensity)。本發(fā)明的半導(dǎo)體元件，其特征在于具備硅基板，該硅基板包括 添加了氬的氬添加區(qū)域并具有第1面，上述氬添加區(qū)域包括氬濃度為 1><1018^-3以上、2xlO、mJ以下的區(qū)域，形成在從上述第l面開(kāi)始的 上述硅基板的內(nèi)側(cè)。而且，上述硅基板也可以具有形成在從上述第1 面開(kāi)始的該硅基板的內(nèi)側(cè)的多孔硅區(qū)域。如此，本發(fā)明的半導(dǎo)體元件具有氬添加區(qū)域，其包括氬濃度為 lxl018cm—3以上、2xl02GCm-3以下的區(qū)域。發(fā)明者經(jīng)過(guò)專(zhuān)心的研究發(fā)現(xiàn) 與不添加氬的半導(dǎo)體元件相比，通過(guò)設(shè)置氬濃度為lxl018cnf3以上、 2xl0"cn^以下的氬添加區(qū)域，能夠提高PL發(fā)光的強(qiáng)度。所以，根據(jù) 本發(fā)明的半導(dǎo)體元件能夠提高PL發(fā)光的強(qiáng)度。本發(fā)明的半導(dǎo)體元件，其特征在于，具備第l導(dǎo)電型的硅基板， 具有第1面和位于該第1面的相對(duì)側(cè)的第2面；第2導(dǎo)電型的硅層， 設(shè)置在上述硅基板的上述第1面上，并且具有位于和硅基板的相接合 的面的相對(duì)側(cè)的第3面；第1電極，設(shè)置在上述第2面上；第2電極，設(shè)置在上述第3面上；氬添加區(qū)域，形成在由上述硅基板以及上述硅 層構(gòu)成的半導(dǎo)體區(qū)域中；其中，上述氬添加區(qū)域包括氬濃度顯示為 lxl018cm-3以上、lxlOMCm-3以下的區(qū)域，上述硅基板具有形成在從上 述第1面開(kāi)始的該硅基板的內(nèi)側(cè)的P-硅化鐵區(qū)域。上述氬添加區(qū)域形 成在從上述第3面開(kāi)始的上述半導(dǎo)體區(qū)域的內(nèi)側(cè)，或者，形成在從上 述第1面開(kāi)始的上述硅基板的內(nèi)側(cè)。如此，本發(fā)明的半導(dǎo)體元件具有氬添加區(qū)域，其包括氬濃度為 lxl0"cn^以上、&102%^以下的區(qū)域。發(fā)明者經(jīng)過(guò)專(zhuān)心的研究發(fā)現(xiàn): 與不添加氬的半導(dǎo)體元件相比，通過(guò)設(shè)置氬濃度為lxl018cm—3以上、 lxl02°cm-3以下的氬添加區(qū)域，能夠提高EL發(fā)光以及PL發(fā)光的強(qiáng)度。 所以，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體元件，能夠提高EL發(fā)光以及PL發(fā)光的強(qiáng) 度。 本發(fā)明的半導(dǎo)體元件具備硅基板，其包括添加了氬的氬添加區(qū)域 并具有第1面，上述硅基板具有形成在從上述第1面開(kāi)始的該硅基板的內(nèi)側(cè)的P-硅化鐵區(qū)域，上述氬添加區(qū)域包括氬濃度為lxl0"cn^以 上、lxl(^cn^以下的區(qū)域，形成在從上述第1面開(kāi)始的上述硅基板的如此，本發(fā)明的半導(dǎo)體元件具有氬添加區(qū)域，其包括氬濃度為 lxlO"cn^以上、lxl(^cm^以下的區(qū)域。發(fā)明者經(jīng)過(guò)專(zhuān)心的研究發(fā)現(xiàn) 與不添加氬的半導(dǎo)體元件相比，通過(guò)設(shè)置氬濃度為lxl018cm—3以上、 1"02、111'3以下的氬添加區(qū)域，能夠提高PL發(fā)光的強(qiáng)度。所以，根據(jù) 本發(fā)明的半導(dǎo)體元件能夠提高PL發(fā)光的強(qiáng)度。本發(fā)明能夠提高硅半導(dǎo)體元件的發(fā)光強(qiáng)度。


圖1A、圖1B、以及圖1C是實(shí)施方式涉及的硅半導(dǎo)體元件的構(gòu)造 的截面示意圖，圖1D、圖1E、以及圖1F是深度方向的濃度分布的示 意曲線圖。圖2A以及圖2B是表示實(shí)施方式涉及的硅半導(dǎo)體元件的發(fā)光特性 的曲線圖。圖3A以及圖3B是表示實(shí)施方式涉及的硅半導(dǎo)體元件的發(fā)光特性 的曲線圖。圖4A、圖4B、圖4C、圖4D、以及圖4E是實(shí)施方式涉及的硅半導(dǎo)體元件的制造方法的說(shuō)明圖。圖5A、圖5B、以及圖5C是說(shuō)明實(shí)施方式涉及的氬添加條件的曲線圖。圖6A、圖6B、圖6C、圖6D、以及圖6E是實(shí)施方式涉及的硅半導(dǎo)體元件的制造方法的說(shuō)明圖。圖7A以及圖7B是實(shí)施方式涉及的硅半導(dǎo)體元件的制造方法的說(shuō) 明圖。圖8A、圖8B、以及圖8C是實(shí)施方式涉及的硅半導(dǎo)體元件的構(gòu)造 的截面示意圖，圖8D、圖8E、以及圖8F是深度方向的濃度分布的示 意曲線圖。
圖9A以及圖9B是表示實(shí)施方式涉及的硅半導(dǎo)體元件的發(fā)光特性 的曲線圖。圖10A以及圖10B是表示實(shí)施方式涉及的硅半導(dǎo)體元件的發(fā)光特 性的曲線圖。圖IIA、圖IIB、圖IIC、圖IID、以及圖IIE是實(shí)施方式涉及的 硅半導(dǎo)體元件的制造方法的說(shuō)明圖。圖12A、圖12B、圖12C、圖12D、以及圖12E是實(shí)施方式涉及 的硅半導(dǎo)體元件的制造方法的說(shuō)明圖。圖13A以及圖13B是實(shí)施方式涉及的硅半導(dǎo)體元件的制造方法的 說(shuō)明圖。
具體實(shí)施方式
下面，參照附圖詳細(xì)地說(shuō)明應(yīng)用本發(fā)明的合適的實(shí)施方式的一個(gè) 示例的半導(dǎo)體元件。而且，附圖的說(shuō)明中，在可能的情況下，對(duì)同一 要素賦予相同的符號(hào)，省略重復(fù)的說(shuō)明。 〈第1實(shí)施方式〉基于圖1A以及圖1D說(shuō)明第1實(shí)施方式涉及的硅半導(dǎo)體元件la 的構(gòu)成。圖1A是硅半導(dǎo)體元件la的構(gòu)成的示意圖。圖1D是硅半導(dǎo)體元 件la中的氬濃度的縱向分布的示意圖。橫軸表示氬濃度，縱軸表示距 離表面的深度。如圖1A所示，硅半導(dǎo)體元件la是包括硅基板2a、硅 層4a、氬添加區(qū)域6a、鈍化膜8a、接觸孔Hla、第l電極12a以及第 2電極14a的LED。硅基板2a具有第1面Sla以及位于第1面Sla的相對(duì)側(cè)的第2面 S2a。硅基板2a含有第1導(dǎo)電型的摻雜物。硅層4a含有與第l導(dǎo)電型 不同的第2導(dǎo)電型的摻雜物，且設(shè)置在硅基板2a的第1面Sla上。由 硅基板2a和硅層4a形成pn接合部。硅層4a具有位于與硅基板2a相 接合的面的相對(duì)側(cè)的第3面S3a。硅層4a的厚度為50nm 數(shù)|am左右。 而且，在第l實(shí)施方式中，以第l導(dǎo)電型作為n型，以第2導(dǎo)電型作 為p型，但是也可以是以第1導(dǎo)電型作為p型，以第2導(dǎo)電型作為n 型。
氬添加區(qū)域6a為添加了氬(Ar)的區(qū)域，形成在由硅基板2a以 及硅層4a構(gòu)成的半導(dǎo)體區(qū)域中。氬添加區(qū)域6a形成在從硅層4a的第 3面S3a開(kāi)始的上述半導(dǎo)體區(qū)域的內(nèi)側(cè)。圖1D顯示了氬添加區(qū)域6a 中的氬濃度的縱向分布。如圖1D所示，氬濃度在第3面S3a的附近出 現(xiàn)峰值。氬分布在從硅層4a的表面深度位置zl 硅基板2a內(nèi)的深度 位置z2的范圍內(nèi)。氬添加區(qū)域6a具有氬濃度顯示為lxl018cm—3 2xl02Qcm—3的區(qū)域。氬添加區(qū)域6a進(jìn)一步優(yōu)選具有氬濃度顯示為 2xl018cm—3 lxl02()Cm—3的區(qū)域。在圖1A所示的示例中，氬添加區(qū)域 6a從硅層4a的第3面S3a —直延伸到硅基板2a的內(nèi)部。鈍化膜8a例如為氧化硅膜，設(shè)置在硅層4a的第3面S3a上。接 觸孔Hla設(shè)置在鈍化膜8a中，露出硅層4a的第3面S3a。第1電極 12a是導(dǎo)電性的金屬(例如鋁等)，設(shè)置在硅基板2a的第2面S2a上。 第2電極14a設(shè)置在鈍化膜8a上(第3面S3a上)，通過(guò)接觸孔Hla 電連接于硅層4a。第2電極14a是導(dǎo)電性的金屬(例如鋁等)。在具有 上述構(gòu)成的硅半導(dǎo)體元件la中，如果向第2電極14a和第1電極12a 施加偏置電壓，那么在氬添加區(qū)域6a產(chǎn)生發(fā)光。接著，參照?qǐng)D2A、圖2B、圖3A、圖3B說(shuō)明第1實(shí)施方式涉及 的硅半導(dǎo)體元件ia的發(fā)光特性。圖2A以及圖2B中顯示了表示硅半導(dǎo) 體元件la的PL (Photo Luminescence)發(fā)光特性的數(shù)據(jù)。圖2A以及 圖2B中所顯示的數(shù)據(jù)都是在室溫下測(cè)出的數(shù)據(jù)。圖2A顯示了表示氬 濃度為lxl019cm—3左右的硅半導(dǎo)體元件la的PL發(fā)光的波長(zhǎng)和PL發(fā)光 的強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系的數(shù)據(jù)(圖中符號(hào)Al所示的數(shù)據(jù))。而且，圖2A 還顯示了沒(méi)有添加氬的硅的PL發(fā)光的波長(zhǎng)和PL發(fā)光的強(qiáng)度的相關(guān)關(guān) 系的數(shù)據(jù)(圖中符號(hào)A2所示的數(shù)據(jù))。圖2A所示的曲線圖的橫軸表 示PL發(fā)光的波長(zhǎng)(nm)，縱軸表示PL發(fā)光的強(qiáng)度(arb.units)。 PL發(fā) 光強(qiáng)度的測(cè)量是使用532nm的Nd:YV04激光進(jìn)行激勵(lì)，使用紅外光 電倍增管(Hamamatsu Photonics R5509-72)進(jìn)行檢測(cè)，在室溫下進(jìn)行 的。根據(jù)圖2A所示的數(shù)據(jù)可知，氬濃度為lxlO"cn^左右的硅半導(dǎo)體 元件la的PL發(fā)光(1.13nm帶)的強(qiáng)度(Al)，是沒(méi)有添加氬的硅元 件的PL發(fā)光(1.13(im帶)的強(qiáng)度(A2)的50倍以上。如上所述，在
氬濃度為lxlO"cn^左右的硅半導(dǎo)體元件la中，PL發(fā)光的強(qiáng)度得到了 大幅的提高。并且，圖2B顯示了硅半導(dǎo)體元件la的氬濃度和U3pm帶的PL 發(fā)光的強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系。圖2B所示的圖的橫軸表示氬濃度(cm'3)， 縱軸表示1.13nm帶的PL發(fā)光的強(qiáng)度(arb. units)。根據(jù)圖2B所示的 數(shù)據(jù)可知，如果以沒(méi)有添加氬時(shí)的PL發(fā)光的強(qiáng)度的為"1"(單位)， 那么，氬濃度為lxl018Cm_3 (參照?qǐng)D中符號(hào)D1的數(shù)據(jù)) 2xl02Vm-3(參照?qǐng)D中符號(hào)D2的數(shù)據(jù))的PL發(fā)光的強(qiáng)度是，與沒(méi)有添加氬的情 況相比為10倍到IOO倍以上。如上所述，PL發(fā)光的強(qiáng)度在氬濃度為 lxl0 m-3 2xl0"cm、寸得到了顯著提高。特別是氬濃度為2xl018CirT3(參照?qǐng)D中符號(hào)D3的數(shù)據(jù)) lxl02()Cm—3 (參照?qǐng)D中符號(hào)D4的數(shù)據(jù)) 的PL發(fā)光的強(qiáng)度是，與沒(méi)有添加氬的情況相比為30倍 100倍以上。 只要濃度在D4的濃度的±50%以?xún)?nèi)，那么至少PL強(qiáng)度會(huì)顯著增加。 如上所述，PL發(fā)光的強(qiáng)度在氬濃度為2xl018Cm—3 lxl02()Cm'3時(shí)得到了 進(jìn)一步的顯著上升。另夕卜，圖3A以及圖3B顯示了表示硅半導(dǎo)體元件la的EL(Electric Luminescence)發(fā)光特性的數(shù)據(jù)。圖3A以及圖3B所顯示的數(shù)據(jù)都是 在室溫下測(cè)出的數(shù)據(jù)。圖3A顯示了表示氬濃度為2xl0^n^左右的硅 半導(dǎo)體元件la的EL發(fā)光的波長(zhǎng)和EL發(fā)光的強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系的數(shù)據(jù)(圖中符號(hào)A3所示的數(shù)據(jù))。而且，圖3A還顯示了沒(méi)有添加氬的硅 的EL發(fā)光的波長(zhǎng)和EL發(fā)光的強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系的數(shù)據(jù)(圖中符號(hào)A4 所示的數(shù)據(jù)，將實(shí)際的數(shù)據(jù)放大了 IOO倍)。圖3A所示的曲線圖的橫 軸表示EL發(fā)光的波長(zhǎng)(nm)，縱軸表示EL發(fā)光的強(qiáng)度(arb.units)。 EL發(fā)光強(qiáng)度的測(cè)量是使用100Hz的脈沖電源(注入電流的密度為 2A/cm-3)，使用紅外光電倍增管(Hamamatsu Photonics R5509-72)進(jìn) 行檢測(cè)，在室溫下進(jìn)行的。根據(jù)圖3A所示的數(shù)據(jù)可知，氬濃度為 2xl(Tcm^左右的硅半導(dǎo)體元件la的EL發(fā)光(l.liim帶)的強(qiáng)度，是 沒(méi)有添加氬的硅的EL發(fā)光(l.lnm帶)的強(qiáng)度的2000倍左右。艮P， 在氬濃度為2xl(^cm-s左右的硅半導(dǎo)體元件la中，EL發(fā)光的強(qiáng)度得到 了大幅的提高。 并且，圖3B顯示了硅半導(dǎo)體元件la的氬濃度和1.13pm帶的EL 發(fā)光的強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系。圖38所示的曲線圖的橫軸表示氬濃度"111-3)， 縱軸表示1.13pm帶的EL發(fā)光的強(qiáng)度(arb. units)。根據(jù)圖3B所示的 數(shù)據(jù)可知，如果以沒(méi)有添加氬時(shí)的EL發(fā)光的強(qiáng)度的為"1"(單位)， 那么，氬濃度為lxl018cnf3 (參照?qǐng)D中符號(hào)D5的數(shù)據(jù)) 2xl02Qcm-3 (參照?qǐng)D中符號(hào)D6的數(shù)據(jù))的EL發(fā)光的強(qiáng)度，與沒(méi)有添加氬的情況 相比，為200倍到2000倍以上。如上所述，EL發(fā)光的強(qiáng)度在氬濃度 為1 x 1018cm—3 2x 102Qcm'3時(shí)得到了顯著提高。特別是氬濃度為2xl018cm'3 (參照?qǐng)D中符號(hào)D7的數(shù)據(jù)) lxl02Qcm—3 (參照?qǐng)D中符號(hào)D8的數(shù)據(jù))的EL發(fā)光的強(qiáng)度，與沒(méi)有添 加氬的情況相比，為1000倍 2000倍以上。只要濃度在D8的濃度的 ±50%以?xún)?nèi)，那么，至少EL強(qiáng)度會(huì)顯著增加。如上所述，EL發(fā)光的 強(qiáng)度在氬濃度為2xl0"cm—s lxl(^cm-s時(shí)得到了進(jìn)一步的顯著上升。 所以，根據(jù)圖2A、圖2B、圖3A、以及圖3B所示的數(shù)據(jù)，優(yōu)選硅半 導(dǎo)體元件la的濃度為lxl018cm—3 2xl02()cm—3，進(jìn)一步優(yōu)選為 2xlO!W3 lxlo2W3。另外，發(fā)明者確認(rèn)了氬濃度為2xl0"cn^ lxl0加cn^的硅半導(dǎo) 體元件la的EL發(fā)光的響應(yīng)速度為ljxs以上至約20ns，與沒(méi)有添加氬 的硅相比大致快50倍。接著，參照?qǐng)D4A 圖4E說(shuō)明第1實(shí)施方式涉及的硅半導(dǎo)體元件 la的制造工序。首先，準(zhǔn)備硅基板2a (圖4A)。接著，在硅基板2a 的第1面Sla上形成硅層4a (圖4B)。硅層4a的厚度為50nm 數(shù)pm 左右。然后，使用HIP (Hot Isostatic Pressing)裝置從硅層4a的第3 面S3a添加氬。這種情況下，將硅基板2a載置在HIP裝置內(nèi)的基板載 置用的臺(tái)上。硅基板2a的第2面S2a與該臺(tái)的表面相接觸。然后，將 第3面S3a暴露于溫度被調(diào)整為攝氏400度 攝氏900度并且壓力被 調(diào)整為4MPa 200MPa的含有氬的氛圍中，保持30分鐘 6小時(shí)。如 此，從第3面S3a添加氬。通過(guò)該氬的添加來(lái)形成氬添加區(qū)域6a (圖 4C)。氬添加條件為，在氬氛圍中，4MPa 200MPa的壓力、攝氏400 度 攝氏900度的溫度、以及30分鐘 6小時(shí)的處理時(shí)間。而且，可 以使用離子注入以及濺射等的方法的任何一種作為添加氬的方法。
接著，在硅層4a的第3面S3a上形成鈍化膜81 (圖4D)。然后， 在該鈍化膜81上設(shè)置接觸孔Hla，形成鈍化膜8a，在鈍化膜8a上形 成第2電極14a，同時(shí)，在硅基板2a的第2面S2a上形成第1電極12a。 然后，經(jīng)過(guò)切割等的處理，制造硅半導(dǎo)體元件la (圖4E)。圖5A、圖5B、圖5C中顯示了氬添加條件(壓力、溫度、以及處 理時(shí)間)和PL發(fā)光的強(qiáng)度的關(guān)系。圖5A中顯示了在溫度為攝氏800 度左右、處理時(shí)間為6小時(shí)左右的氬添加條件下，氬氛圍中的壓力和 PL發(fā)光的強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系。圖5A所示的曲線圖的橫軸表示壓力 (MPa)，縱軸表示PL發(fā)光的強(qiáng)度(arb.units)。如圖5A所示，如果 以壓力為大氣壓左右時(shí)的PL發(fā)光的強(qiáng)度為"2"(單位)(參照?qǐng)D中符 號(hào)D9的數(shù)據(jù))，那么，在溫度為攝氏800左右、壓力為4MPa(參照?qǐng)D 中符號(hào)D10的數(shù)據(jù)) 200MPa (參照?qǐng)D中符號(hào)Dll的數(shù)據(jù))左右(或 者壓力為4MPa以上)、處理時(shí)間為6小時(shí)左右的氬添加條件下進(jìn)行氬 添加時(shí)，與壓力為大氣壓左右的情況相比，PL發(fā)光的強(qiáng)度為13倍 63倍左右。并且，根據(jù)圖5A所示的數(shù)據(jù)可知，壓力越高，PL發(fā)光的 強(qiáng)度越增加。圖5B顯示了在壓力為180MPa左右、處理時(shí)間為6小時(shí)左右的氬 添加條件下，氬氛圍中的溫度和PL發(fā)光的強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系。圖5B所 示的曲線圖的橫軸表示溫度(攝氏)、縱軸表示PL發(fā)光的強(qiáng)度(arb. imits)。如圖5B所示，優(yōu)選在溫度為攝氏400度(參照?qǐng)D中符號(hào)D12 的數(shù)據(jù)) 攝氏900度(參照?qǐng)D中符號(hào)D13的數(shù)據(jù))左右(或者溫度 為攝氏400度以上)、壓力為180MPa左右、處理時(shí)間為6小時(shí)的氬添 加條件下進(jìn)行氬添加。并且，進(jìn)一步優(yōu)選在溫度為攝氏600度(參照 圖中符號(hào)D14的數(shù)據(jù)) 攝氏900度(參照?qǐng)D中符號(hào)D13的數(shù)據(jù))左 右、壓力為180MPa左右、處理時(shí)間為6小時(shí)左右的氬添加條件下進(jìn) 行氬添加。圖5C顯示了在壓力為180MPa左右、溫度為攝氏800度左右的氬 添加條件下，處理時(shí)間和PL發(fā)光的強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系。圖5C所示的曲 線圖的橫軸表示處理時(shí)間(hour)、縱軸表示PL發(fā)光的強(qiáng)度(arb. units)。 根據(jù)圖5C所示的數(shù)據(jù)可知，在溫度為攝氏800度左右、壓力為180MPa 左右的氬添加處理?xiàng)l件下，處理時(shí)間越長(zhǎng)，PL發(fā)光的強(qiáng)度越增加。特別是在處理時(shí)間為2小時(shí)以上(參照?qǐng)D中符號(hào)D15、 D16、以及D17 的數(shù)據(jù))的情況下，PL發(fā)光的強(qiáng)度較高。 〈第2實(shí)施方式〉基于圖IB以及圖IE說(shuō)明硅半導(dǎo)體元件lb的構(gòu)成。圖IB是硅半 導(dǎo)體元件lb的構(gòu)成的示意圖。圖IE是硅半導(dǎo)體元件lb中的氬濃度的 縱向分布的示意圖，橫軸表示氬濃度，縱軸表示距離表面的深度。如 圖1B所示，硅半導(dǎo)體元件lb是包括硅基板2b、硅層4b、氬添加區(qū)域 6b、鈍化膜8b、接觸孔Hlb、第1電極12b以及第2電極14b的LED。硅基板2b具有第1面Slb以及位于第1面Slb的相對(duì)側(cè)的第2面 S2b。硅基板2b含有第1導(dǎo)電型的摻雜物。硅層4b含有與第l導(dǎo)電型 不同的第2導(dǎo)電型的摻雜物，設(shè)置在硅基板2b的第l面Slb上。由硅 基板2b和硅層4b形成pn接合部。硅層4b具有位于與硅基板2b相接 合的面的相對(duì)側(cè)的第3面S3b。硅層4b的厚度為50nm 數(shù)Mm。而且， 在第2實(shí)施方式中，以第l導(dǎo)電型為n型，以第2導(dǎo)電型為p型，但 是，也可以以第1導(dǎo)電型為p型，以第2導(dǎo)電型為n型。氬添加區(qū)域6b為添加了氬的區(qū)域，形成在由硅基板2b以及硅層 4b構(gòu)成的半導(dǎo)體區(qū)域中。氬添加區(qū)域6b形成在從硅基板2b的第1面 Slb開(kāi)始的硅基板2b的內(nèi)側(cè)。圖1E顯示了氬添加區(qū)域6b中的氬濃度 的縱向分布。氬分布在從界面Slb的深度位置z3 硅基板2b內(nèi)的深度 位置z4的范圍內(nèi)。如圖1E所示，氬濃度在第1面Slb的附近出現(xiàn)峰 值。氬添加區(qū)域6b具有氬濃度顯示為lxlO"cn^ 2xl(^cmJ的區(qū)域。 氬添加區(qū)域6b進(jìn)一步優(yōu)選具有氬濃度顯示為2xl018cm'3 lxl02Qcm-3 的區(qū)域。鈍化膜8b例如為氧化硅膜，設(shè)置在硅層4b的第3面S3b上。接 觸孔Hlb設(shè)置在鈍化膜8b中，露出硅層4b的第3面S3b。第1電極 12b是導(dǎo)電性的金屬(例如鋁等)，設(shè)置在硅基板2b的第2面S2b上。 第2電極14b設(shè)置在鈍化膜8b上(第3面S3b上)，通過(guò)接觸孔Hlb 電連接于硅層4b。第2電極14b是導(dǎo)電性的金屬(例如鋁等)。在具有 上述構(gòu)成的硅半導(dǎo)體元件lb中，如果向第2電極14b和第1電極12b 施加偏置電壓，那么在氬添加區(qū)域6b產(chǎn)生發(fā)光。 而且，第2實(shí)施方式涉及的硅半導(dǎo)體元件lb的發(fā)光特性，與上述的第1實(shí)施方式涉及的硅半導(dǎo)體元件la的發(fā)光特性(即，圖2A、圖 2B、圖3A、圖3B所示的發(fā)光特性)相同。因此，省略硅半導(dǎo)體元件 lb的發(fā)光特性的說(shuō)明。接著，參照?qǐng)D6A、圖6B、圖6C、圖6D、圖6F、圖6E說(shuō)明第2 實(shí)施方式涉及的硅半導(dǎo)體元件lb的制造工序。首先，準(zhǔn)備硅基板2b (圖6A)。接著，使用HIP裝置從硅基板2b的第1面Slb添加氬。 這種情況下，將硅基板2b載置于HIP裝置內(nèi)的基板載置用的臺(tái)上。硅 基板2b的第2面S2b與該臺(tái)的表面相接觸。然后，將第1面Slb暴露 在溫度被調(diào)整為攝氏400度 攝氏900度、并且壓力被調(diào)整為4MPa 200MPa的含有氬的氛圍中，保持30分鐘 6小時(shí)。如此，從第1面 Slb添加氬。通過(guò)該氬的添加形成氬添加區(qū)域6b (圖6B)。氬添加條 件為，氬氛圍中的4MPa 200MPa的壓力、攝氏400度 攝氏900度 的溫度、以及30分鐘 6小時(shí)的處理時(shí)間。而且，可以使用離子注入以及濺射等的方法的任何一種作為添加氬的方法。接著，在硅基板2b的第l面Slb上形成硅層4b (圖6C)。硅層 4b的厚度為50nm 數(shù)pm左右。然后，在硅層4b的第3面S3b上形 成鈍化膜82 (圖6D)。接著，在該鈍化膜82上設(shè)置接觸孔Hlb以形 成鈍化膜8b，在鈍化膜8b上形成第2電極14b的同時(shí)，在硅基板2b 的第2面S2b上形成第1電極12b。然后，經(jīng)過(guò)切割等的處理，制造硅 半導(dǎo)體元件lb (圖6E)。而且，第2實(shí)施方式涉及的氬添加條件(壓力、溫度以及處理時(shí) 間)和PL發(fā)光的強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系，與上述的第1實(shí)施方式涉及的氬添 加條件(壓力、溫度以及處理時(shí)間)和PL發(fā)光的強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系(即， 圖5A 圖5C所示的相關(guān)關(guān)系)相同。因此，省略第2實(shí)施方式涉及 的氬添加條件(壓力、溫度以及處理時(shí)間)和PL發(fā)光的強(qiáng)度的相關(guān)關(guān) 系的說(shuō)明?！吹?實(shí)施方式〉基于圖1C以及圖1F說(shuō)明硅半導(dǎo)體元件lc的構(gòu)成。圖1C是硅半 導(dǎo)體元件lc的構(gòu)成的示意圖。圖1F是表示硅半導(dǎo)體元件lc中的氬濃 軸表示氬濃度，縱軸表示距離表面的深度。 如圖1C所示，硅半導(dǎo)體元件lc包括硅基板2c以及氬添加區(qū)域6c。硅基板2c具有第1面Slc，包括氬添加區(qū)域6c。氬添加區(qū)域6c 是在硅基板2c內(nèi)添加了氬的區(qū)域。氬添加區(qū)域6c形成在從硅基板2c 的第1面Slc開(kāi)始的硅基板2c的內(nèi)側(cè)。圖1F顯示了氬添加區(qū)域6c中 的氬濃度的縱向分布。氬分布在從硅基板2c的暴露表面位置z5 硅基 板2c內(nèi)的深度位置z6的范圍內(nèi)。如圖1F所示，氬濃度在第l面Slc 的附近出現(xiàn)峰值。氬添加區(qū)域6c具有氬濃度顯示為lxl018cm—3 2xl02QCm—3的區(qū)域。氬添加區(qū)域6c進(jìn)一步優(yōu)選具有氬濃度顯示為 2xl018cm-3 lxl02°cm-3的區(qū)域。而且，第3實(shí)施方式涉及的硅半導(dǎo)體元件lc的PL發(fā)光涉及的發(fā) 光特性，與上述的第1實(shí)施方式涉及的硅半導(dǎo)體元件la的發(fā)光特性 (即，圖2A、圖2B所示的發(fā)光特性)相同。因此，省略硅半導(dǎo)體元 件lc的PL發(fā)光涉及的發(fā)光特性的說(shuō)明。接著，參照?qǐng)D7A以及圖7B說(shuō)明第3實(shí)施方式涉及的硅半導(dǎo)體元 件lc的制造工序。首先，準(zhǔn)備硅基板2c (圖7A)。接著，使用HIP 裝置從硅基板2c的第1面Slc添加氬。這種情況下，將硅基板2c載 置在HIP裝置內(nèi)的基板載置用的臺(tái)上。硅基板2c的第1面Slc的相對(duì) 側(cè)的面與該臺(tái)的表面相接觸。然后，將第1面Slc暴露于溫度被調(diào)整 為攝氏400度 攝氏900度、并且壓力被調(diào)整為4MPa 200MPa的含 有氬的氛圍中，保持30分鐘 6小時(shí)。如此，從第l面Slc添加氬。 通過(guò)該氬的添加來(lái)形成氬添加區(qū)域6c。氬添加條件為，氬氛圍中的 4MPa 200MPa的壓力、攝氏400度 攝氏900度的溫度、以及30分 鐘 6小時(shí)的處理時(shí)間。而且，可以使用離子注入以及濺射等的方法的 任何一種作為添加氬的方法。然后，經(jīng)過(guò)切割等的處理，制造硅半導(dǎo) 體元件lc (圖7B)。而且，第3實(shí)施方式涉及的氬添加條件(壓力、溫度以及處理時(shí) 間)和PL發(fā)光的強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系，與上述的第1實(shí)施方式涉及的氬添 加條件(壓力、溫度以及處理時(shí)間)和PL發(fā)光的強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系(即， 圖5A、圖5B、圖5C所示的相關(guān)關(guān)系)相同。因此，省略第3實(shí)施方 式涉及的氬添加條件(壓力、溫度以及處理時(shí)間)和PL發(fā)光的強(qiáng)度的 相關(guān)關(guān)系的說(shuō)明。〈第4實(shí)施方式〉基于圖8A以及圖8D說(shuō)明硅半導(dǎo)體元件ld的構(gòu)成。圖8A是硅半 導(dǎo)體元件ld的構(gòu)成的示意圖。圖8D是表示硅半導(dǎo)體元件ld中的氬濃 度的縱向分布的曲線圖，橫軸表示氬濃度，縱軸表示距離表面的深度。 如圖8A所示，硅半導(dǎo)體元件ld是包括硅基板2d、硅區(qū)域3d、硅層 4d、氬添加區(qū)域6d、鈍化膜8d、接觸孔Hld、第1電極12d以及第2 電極14d的LED。硅基板2d具有第1面Sld以及位于第1面Sld的相對(duì)側(cè)的第2面 S2d。硅基板2d含有第1導(dǎo)電型的摻雜物。硅基板2d具有硅區(qū)域3d。 硅區(qū)域3d設(shè)置在從硅基板2d的第1面Sld開(kāi)始的內(nèi)側(cè)，并具有一定 的厚度。硅區(qū)域3d含有第1導(dǎo)電型的慘雜物，由多孔硅(Porous Silicon) 或卩-硅化鐵((3-FeSi2)的任何一種構(gòu)成。而且，硅基板2d的除了硅區(qū) 域3d之外的其他區(qū)域，例如由單晶硅構(gòu)成。硅層4d含有與第l導(dǎo)電 型不同的第2導(dǎo)電型的摻雜物，設(shè)置在硅基板2d的第l面Sld上。由 硅基板2d (特別是硅區(qū)域3d)和硅層4d形成pn接合部。硅層4d具 有位于與硅基板2d相接合的面的相對(duì)側(cè)的第3面S3d。硅層4d的厚度 為50nm 數(shù)pm左右。而且，在第4實(shí)施方式中，在由多孔硅構(gòu)成硅 區(qū)域3d的情況下，以第l導(dǎo)電型作為p型，以第2導(dǎo)電型作為n型； 在由(3-硅化鐵構(gòu)成硅區(qū)域3d的情況下，以第1導(dǎo)電型作為n型，以第 2導(dǎo)電型作為p型。與此相反的是，在由多孔硅構(gòu)成硅區(qū)域3d的情況 下，也可以以第1導(dǎo)電型作為n型，以第2導(dǎo)電型作為p型；在由卩-硅化鐵構(gòu)成硅區(qū)域3d的情況下，也可以以第1導(dǎo)電型作為p型，以第 2導(dǎo)電型作為n型。氬添加區(qū)域6d為添加氬的區(qū)域，形成在由硅基板2d以及硅層4d 構(gòu)成的半導(dǎo)體區(qū)域中。氬添加區(qū)域6d形成在從硅層4d的第3面S3d 開(kāi)始的上述半導(dǎo)體區(qū)域的內(nèi)側(cè)。圖8D顯示了氬添加區(qū)域6d中的氬濃 度的縱向分布。氬分布在從硅層4d的暴露的表面位置z7至硅基板2d 內(nèi)的越過(guò)硅區(qū)域3d的深度位置z8的范圍內(nèi)。如圖8D所示，氬濃度在 第3面S3d的附近出現(xiàn)峰值。由多孔硅構(gòu)成硅區(qū)域3d時(shí)的氬添加區(qū)域 6d，具有氬濃度顯示為lxl0'8cn^ 2xl(^cn^的區(qū)域。該氬添加區(qū)域 6d進(jìn)一步優(yōu)選具有氬濃度顯示為2xlO"cn^ lxl(Am^的區(qū)域。并且， 由(3-硅化鐵構(gòu)成硅區(qū)域3d時(shí)的氬添加區(qū)域6d，具有氬濃度顯示為 1 x 1018cm—3 1 x 102()Cm—3的區(qū)域。該氬添加區(qū)域6d進(jìn)一步優(yōu)選具有氬濃 度顯示為2xl0"cm^ lxl0 n^的區(qū)域。在圖8A所示的示例中，氬 添加區(qū)域6d從硅層4d的第3面S3d —直延伸到包括硅層4d以及硅區(qū) 域3d的硅基板2d的內(nèi)部。鈍化膜8d例如為氧化硅膜，設(shè)置在硅層4d的第3面S3d上。接 觸孔Hld設(shè)置在鈍化膜8d中，露出硅層4d的第3面S3d。第2電極 14d設(shè)置在鈍化膜8d上(第3面S3d上)，通過(guò)接觸孔Hld電連接于 硅層4d。第2電極14d是導(dǎo)電性的金屬(例如鋁等)。第1電極12d 是導(dǎo)電性的金屬(例如鋁等)，設(shè)置在硅基板2d的第2面S2d上。在 具有上述構(gòu)成的硅半導(dǎo)體元件ld中，如果向第2電極14d和第1電極 12d施加偏置電壓，那么在氬添加區(qū)域6d產(chǎn)生發(fā)光。接著，參照?qǐng)D9A、圖9B、圖IOA、圖10B說(shuō)明第4實(shí)施方式涉 及的硅半導(dǎo)體元件ld的發(fā)光特性。圖9A顯示了表示具有由多孔硅構(gòu) 成的硅區(qū)域3d的硅半導(dǎo)體元件ld的PL發(fā)光特性的數(shù)據(jù)，圖9B顯示 了表示具有由多孔硅構(gòu)成的硅區(qū)域3d的硅半導(dǎo)體元件ld的EL發(fā)光特 性的數(shù)據(jù)。圖9A以及圖9B所示的數(shù)據(jù)都是在室溫下測(cè)出的數(shù)據(jù)。圖 9A顯示了表示氬濃度為lxl019cnf3左右的硅半導(dǎo)體元件Id的PL發(fā)光 的波長(zhǎng)和PL發(fā)光的強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系的數(shù)據(jù)(圖中符號(hào)A5所示的數(shù) 據(jù))。而且，圖9A還顯示了沒(méi)有添加氬的硅的PL發(fā)光的波長(zhǎng)和PL發(fā) 光的強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系的數(shù)據(jù)(圖中符號(hào)A6所示的數(shù)據(jù)，是將實(shí)際的數(shù) 據(jù)放大了 50倍的數(shù)據(jù))。圖9A所示的圖的橫軸表示PL發(fā)光的波長(zhǎng) (nm)，縱軸表示PL發(fā)光的強(qiáng)度(arb.units)。根據(jù)圖9A所示的數(shù)據(jù) 可知，氬濃度為lxl0^n^左右的硅半導(dǎo)體元件ld的PL發(fā)光(0.92iam 帶)的強(qiáng)度，是沒(méi)有添加氬的硅元件的PL發(fā)光(0.92pm帶)的強(qiáng)度 的IOO倍以上。如上所述，在氬濃度為lxl(Tcm^左右的硅半導(dǎo)體元 件ld中，PL發(fā)光的強(qiáng)度得到了大幅的提高。另夕卜，PL發(fā)光的峰值，在沒(méi)有氬添加的硅元件的情況下為1150nm 左右，而在氬濃度為lxl(Tcm^左右的硅半導(dǎo)體元件ld的情況下峰值 進(jìn)行移動(dòng)，成為922nm左右。并且，圖9B顯示了硅半導(dǎo)體元件ld的 氬濃度和922nm帶的EL發(fā)光的強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系。圖9B所示的曲線圖 的橫軸表示氬濃度(cm'3)，縱軸表示EL發(fā)光的強(qiáng)度(arb. units)。根 據(jù)圖9B所示的數(shù)據(jù)可知，如果以沒(méi)有添加氬時(shí)的EL發(fā)光的強(qiáng)度作為 "l"(單位)，那么，氬濃度為lxl0^n^(參照?qǐng)D中符號(hào)D18的數(shù)據(jù)) 2xl02Qcm—3 (參照?qǐng)D中符號(hào)D19的數(shù)據(jù))的PL發(fā)光的強(qiáng)度是，與沒(méi)有 添加氬的情況相比，為30倍到100倍以上。如上所述，EL發(fā)光的強(qiáng) 度在氬濃度為&1018(:111-3 2><102%11-3時(shí)得到了顯著提高。特別是氬濃度為2xl018Cm.3 (參照?qǐng)D中符號(hào)D20的數(shù)據(jù)) 8xl019cm—3 (參照?qǐng)D中符號(hào)D21的數(shù)據(jù))的EL發(fā)光的強(qiáng)度，與沒(méi)有添 加氬的情況相比，為100倍以上。如上所述，EL發(fā)光的強(qiáng)度在氬濃度 為2xl0"cn^ 8xl0 m、寸得到了進(jìn)一步的顯著提高。所以，使用多 孔硅的硅半導(dǎo)體元件ld的氬濃度，優(yōu)選為lxl018cnf3 2xl02()Cm-3，進(jìn) 一步優(yōu)選為2xl018cn^3 8xl019cm—3。另外，圖10A以及圖10B中顯示了表示具有由(3-硅化鐵構(gòu)成的硅 區(qū)域3d的硅半導(dǎo)體元件Id的EL (Electric Luminescence)發(fā)光特性的 數(shù)據(jù)。圖IOA以及圖IOB所顯示的數(shù)據(jù)都是在室溫下測(cè)出的數(shù)據(jù)。圖 10A中顯示了表示氬濃度為lxl(^cn^左右的硅半導(dǎo)體元件ld的EL 發(fā)光的波長(zhǎng)和EL發(fā)光的強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系的數(shù)據(jù)(圖中符號(hào)A7所示的 數(shù)據(jù))。而且，圖IOA中還顯示了沒(méi)有添加氬的硅的EL發(fā)光的波長(zhǎng)和 EL發(fā)光的強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系的數(shù)據(jù)(圖中符號(hào)A8所示的數(shù)據(jù))。圖10A 中所示的曲線圖的橫軸表示EL發(fā)光的波長(zhǎng)(nm)，縱軸表示EL發(fā)光 的強(qiáng)度(arb.units)。根據(jù)圖10A中所示的數(shù)據(jù)可知，氬濃度為lxl019cm—3 左右的硅半導(dǎo)體元件Id的EL發(fā)光(1.6(im帶)的強(qiáng)度，是沒(méi)有添加 氬的硅的EL發(fā)光(1.6jim帶)的強(qiáng)度的15倍左右。如上所述，在氬 濃度為lxlO'、n^左右的硅半導(dǎo)體元件ld中，EL發(fā)光的強(qiáng)度得到了大 幅的提高。并且，圖10B中顯示了硅半導(dǎo)體元件ld的氬濃度與1.6pm帶的 EL發(fā)光的強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系。圖10B中所示的曲線圖的橫軸表示氬濃度 (cm—3)，縱軸表示1.6pm帶的EL發(fā)光的強(qiáng)度(arb. units)。根據(jù)圖10B 中所示的數(shù)據(jù)可知，如果以沒(méi)有添加氬時(shí)的EL發(fā)光的強(qiáng)度作為"1"
(單位)，那么，氬濃度為lxl0"cnf3 (參照?qǐng)D中符號(hào)D22的數(shù)據(jù)) lxl02°cm'3 (參照?qǐng)D中符號(hào)D23的數(shù)據(jù))的EL發(fā)光的強(qiáng)度是，與沒(méi)有 添加氬的情況相比，為4倍到10倍以上。如上所述，EL發(fā)光的強(qiáng)度 在氬濃度為1 x 1018cm-3 1 x 102%1^3時(shí)得到了顯著的提高。特別是氬濃度為2xl018cm—3 (參照?qǐng)D中符號(hào)D24的數(shù)據(jù)) lxl02Qcm—3 (參照?qǐng)D屮符號(hào)D23的數(shù)據(jù))的EL發(fā)光的強(qiáng)度，與沒(méi)有添 加氬時(shí)的情況相比，為6倍 10倍以上。如上所述，EL發(fā)光的強(qiáng)度在 氬濃度為2xlO"cm—s lxl(A:m,寸得到了進(jìn)一步的顯著提高。所以， 具有P-硅化鐵的硅半導(dǎo)體元件ld的氬濃度優(yōu)選為lxl018cm—3 lxl02Qcm'3，進(jìn)一步優(yōu)選為2xl018cm'3 lxl02Qcm'3。接著，參照?qǐng)DIIA、圖IIB、圖IIC、圖IID、圖11E說(shuō)明第4 實(shí)施方式涉及的硅半導(dǎo)體元件Id的制造工序。首先，準(zhǔn)備硅基板2d(圖11A)。接著，在硅基板2d的第l面Sld上形成硅層4d(圖IIB)。 硅層4d的厚度為50nm 數(shù))im左右。然后，使用HIP裝置從硅層4d 的第3面S3d添加氬。這種情況下，將硅基板2d載置在HIP裝置內(nèi)的 基板載置用的臺(tái)上。硅基板2d的第2面S2d與該臺(tái)的表面相接觸。然 后，將第3面S3d暴露在溫度被調(diào)整為攝氏400度 攝氏900度并且 壓力被調(diào)整為4MPa 200MPa的含有氬的氛圍中，保持30分鐘 6小 時(shí)。如此，從第3面S3d添加氬。通過(guò)該氬的添加來(lái)形成氬添加區(qū)域 6d (圖11C)。氬添加條件為，在氬氛圍中的4MPa 200MPa的壓力、 攝氏400度 攝氏卯0度的溫度、以及30分鐘 6小時(shí)的處理時(shí)間。 而且，可以使用離子注入以及濺射等的方法的任何一種方法作為添加 氬的方法。接著，在硅層4d的第3面S3d上形成鈍化膜83(圖11D)。然后， 在該鈍化膜83上設(shè)置接觸孔Hld以形成鈍化膜8d，在鈍化膜8d上形 成第2電極14d的同時(shí)，在硅基板2d的第2面S2d上形成第1電極12d。 然后，經(jīng)過(guò)切割等的處理，制造硅半導(dǎo)體元件ld (圖11E)。而且，第4實(shí)施方式涉及的氬添加條件(壓力、溫度以及處理時(shí) 間)和PL發(fā)光的強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系，與上述的第1實(shí)施方式涉及的氬添 加條件(壓力、溫度以及處理時(shí)間)和PL發(fā)光的強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系(即， 圖5所示的相關(guān)關(guān)系)相同。因此，省略第4實(shí)施方式涉及的氬添加 條件(壓力、溫度以及處理時(shí)間)和PL發(fā)光強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系的說(shuō)明。 〈第5實(shí)施方式〉基于圖8B以及圖8E說(shuō)明硅半導(dǎo)體元件le的構(gòu)成。圖8B是硅半 導(dǎo)體元件le的構(gòu)成的示意圖。圖8E是表示硅半導(dǎo)體元件le中的氬濃 度的縱向分布的曲線圖，橫軸表示氬濃度，縱軸表示距離表面的深度。 如圖8B所示，硅半導(dǎo)體元件le是包括硅基板2e、硅區(qū)域3e、硅層4e、 氬添加區(qū)域6e、鈍化膜8e、接觸孔Hle、第1電極12e以及第2電極 14e的LED。硅基板2e具有第1面Sle以及位于第1面Sle的相對(duì)側(cè)的第2面 S2e。硅基板2e含有第l導(dǎo)電型的摻雜物。硅基板2e具有硅區(qū)域3e。 硅區(qū)域3e設(shè)置在從硅基板2e的第1面Sle開(kāi)始的內(nèi)側(cè)，并具有一定 的厚度。而且，硅基板2e的除了硅區(qū)域3e之外的其他區(qū)域，例如由 單晶硅構(gòu)成。硅區(qū)域3e含有第1導(dǎo)電型的摻雜物，由多孔硅或P-硅化 鐵的任何一種構(gòu)成。硅層4e含有與第1導(dǎo)電型不同的第2導(dǎo)電型的摻 雜物，設(shè)置在硅基板2e的第l面Sle上。由硅基板2e (特別是硅區(qū)域 3e)和硅層4e形成pn接合部。硅層4e具有位于與硅基板2e相接合的 面的相對(duì)側(cè)的第3面S3e。硅層4e的厚度為50nm 數(shù)|am左右。而且， 在第5實(shí)施方式中，在由多孔硅構(gòu)成硅區(qū)域3e的情況下，以第l導(dǎo)電 型作為p型，以第2導(dǎo)電型作為n型；在由p-硅化鐵構(gòu)成硅區(qū)域3e的 情況下，以第l導(dǎo)電型作為n型，以第2導(dǎo)電型作為p型。與此相反 的是，在由多孔硅構(gòu)成硅區(qū)域3e的情況下，也可以以第l導(dǎo)電型作為 n型，以第2導(dǎo)電型作為p型；在由(3-硅化鐵構(gòu)成硅區(qū)域3e的情況下， 也可以以第1導(dǎo)電型作為p型，以第2導(dǎo)電型作為n型。氬添加區(qū)域6e為添加了氬的區(qū)域，形成在由硅基板2e以及硅層 4e構(gòu)成的半導(dǎo)體區(qū)域中。氬添加區(qū)域6e形成在從硅基板2e的第1面 Sle開(kāi)始的硅基板2e的內(nèi)側(cè)。圖8E顯示了氬添加區(qū)域6e中的氬濃度 的縱向分布。氬分布在從界面Sle的深度位置z9至硅基板2e內(nèi)的越 過(guò)硅區(qū)域3e的深度位置z10的范圍內(nèi)。由多孔硅構(gòu)成硅區(qū)域3e時(shí)的氬 添加區(qū)域6e具有氬濃度顯示為lxl018cm—3 2xl02()Cm-3的區(qū)域。該氬添 加區(qū)域6e進(jìn)一步優(yōu)選具有氬濃度顯示為2xl018cm-3 lxl02°cm—3的區(qū) 域。并且，由P-硅化鐵構(gòu)成硅區(qū)域3e時(shí)的氬添加區(qū)域6e具有氬濃度 顯示為lxl018cm—3 l><102()Cm-3的區(qū)域。該氬添加區(qū)域6e進(jìn)一步優(yōu)選具 有氬濃度顯示為2xl0 n^ lxl0"cn^的區(qū)域。如圖8E所示，氬濃 度在第l面Sle的附近出現(xiàn)峰值。在圖8E所示的示例中，氬添加區(qū)域 6d從硅基板2e的第1面Sle延伸到包括硅區(qū)域3e的硅基板2e的內(nèi)部。 鈍化膜8e例如為氧化硅膜，設(shè)置在硅層4e的第3面S3e上。接觸孔Hle設(shè)置在鈍化膜8e中，露出硅層4e的第3面S3e。第2 電極14e設(shè)置在鈍化膜8b上(第3面S3e上)，通過(guò)接觸孔Hle電連 接于硅層4e。第2電極14e是導(dǎo)電性的金屬(例如鋁等)。第1電極 12e是導(dǎo)電性的金屬(例如鋁等)，設(shè)置在硅基板2e的第2面S2e上。 在具有上述構(gòu)成的硅半導(dǎo)體元件le中，如果向第2電極14e和第1電極12e施加偏置電壓，那么在氬添加區(qū)域6e產(chǎn)生發(fā)光。而且，第5實(shí)施方式涉及的硅半導(dǎo)體元件le的發(fā)光特性，與硅區(qū) 域3e由多孔硅構(gòu)成時(shí)的圖9A、圖9B相同，也與硅區(qū)域3e由(3-硅化 鐵構(gòu)成時(shí)的圖IOA、圖10B中所示的發(fā)光特性相同。因此，省略硅半 導(dǎo)體元件le的發(fā)光特性的說(shuō)明。接著，參照?qǐng)D12A 圖12E說(shuō)明第5實(shí)施方式涉及的硅半導(dǎo)體元 件le的制造工序。首先，準(zhǔn)備硅基板2e (圖12A)。接著，使用HIP 裝置從硅基板2e的第1面Sle添加氬。這種情況下，將硅基板2e載 置在HIP裝置內(nèi)的基板載置用的臺(tái)上。硅基板2e的第2面S2e與該臺(tái) 的表面相接觸。然后，將第1面Sle暴露于溫度被調(diào)整為攝氏400度 攝氏900度并且壓力被調(diào)整為4MPa 200MPa的含有氬的氛圍中，保 持30分鐘 6小時(shí)。如此，從第1面Sle添加氬。通過(guò)該氬的添加來(lái) 形成氬添加區(qū)域6e (圖12B)。氬添加條件為，氬氛圍中的4MPa 200MPa的壓力、攝氏400度 攝氏900度的溫度、以及30分鐘 6 小時(shí)的處理時(shí)間。而且，可以使用離子注入以及濺射等的方法的任何一種方法作為添加氬的方法。接著，在硅基板2e的第l面Sle上形成硅層4e (圖12C)。硅層 4e的厚度為50nm 數(shù)pm左右。然后，在硅層4e的第3面S3e上形 成鈍化膜84 (圖12D)。接著，在該鈍化膜84上設(shè)置接觸孔Hle以 形成鈍化膜8e，在鈍化膜8e上形成第2電極14e，同時(shí)，在硅基板2e
的第2面S2e上形成第1電極12e。然后，經(jīng)過(guò)切割等的處理，制造硅 半導(dǎo)體元件le (圖12E)。而且，第5實(shí)施方式涉及的氬添加條件(壓力、溫度以及處理時(shí) 間)和PL發(fā)光的強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系，與上述的第1實(shí)施方式涉及的氬添 加條件(壓力、溫度以及處理時(shí)間)和PL發(fā)光的強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系(即， 圖5A、圖5B、圖5C所示的相關(guān)關(guān)系)相同。因此，省略第5實(shí)施方 式涉及的氬添加條件(壓力、溫度以及處理時(shí)間)和PL發(fā)光的強(qiáng)度的 相關(guān)關(guān)系的說(shuō)明?！吹?實(shí)施方式〉基于圖8C以及圖8F說(shuō)明硅半導(dǎo)體元件lf的構(gòu)成。圖8C是硅半 導(dǎo)體元件lf的構(gòu)成的示意圖。圖8F是表示硅半導(dǎo)體元件lf中的氬濃 度的縱向分布的曲線圖，橫軸表示氬濃度，縱軸表示距離表面的深度。 如圖8C所示，硅半導(dǎo)體元件lf包括硅基板2f以及氬添加區(qū)域6f。硅基板2f具有硅區(qū)域3f，硅區(qū)域3f設(shè)置在從硅基板2f的第1面 Slf開(kāi)始的內(nèi)側(cè)，并具有一定的厚度。硅區(qū)域3f由多孔硅或p-硅化鐵 的任何一種構(gòu)成。而且，硅基板2f的除了硅區(qū)域3f之外的其他區(qū)域， 則例如由單晶硅構(gòu)成。氬添加區(qū)域6f是在硅基板2f內(nèi)添加了氬的區(qū)域。 氬添加區(qū)域6f形成在從硅基板2f的第1面Slf開(kāi)始的硅基板2f的內(nèi) 側(cè)。圖8F顯示了氬添加區(qū)域6f中的氬濃度的縱向分布。氬分布在從 硅區(qū)域3f的暴露表面位置zl 1至硅基板2f內(nèi)的越過(guò)硅區(qū)域3f的深度 位置z12的范圍內(nèi)。由多孔硅構(gòu)成硅區(qū)域3f時(shí)的氬添加區(qū)域6f具有氬 濃度顯示為lxlO'Scn^ 2xl(^cn^的區(qū)域。該氬添加區(qū)域6f進(jìn)一步優(yōu) 選具有氬濃度顯示為2《1018國(guó)-3 "102()咖-3的區(qū)域。并且，由p-硅化 鐵構(gòu)成硅區(qū)域3f時(shí)的氬添加區(qū)域6f具有氬濃度顯示為lxl018cm—3 lxl02QCm—3的區(qū)域。該氬添加區(qū)域6f進(jìn)一步優(yōu)選具有氬濃度顯示為 2xl0^m-s lxl(A:mJ的區(qū)域。如圖8F所示，氬濃度在第l面Slf的 附近出現(xiàn)峰值。而且，第6實(shí)施方式涉及的硅半導(dǎo)體元件lf的發(fā)光特性，與由多 孔硅構(gòu)成硅區(qū)域3f時(shí)的圖9A、圖9B相同，也與由(3-硅化鐵構(gòu)成硅區(qū) 域3f時(shí)的圖10A、圖IOB中所示的發(fā)光特性相同。因此，省略硅半導(dǎo) 體元件lf的發(fā)光特性的說(shuō)明。
接著，參照?qǐng)D13A以及圖13B說(shuō)明第6實(shí)施方式涉及的硅半導(dǎo)體 元件lf的制造工序。首先，準(zhǔn)備硅基板2f (圖13A)。接著，使用HIP 裝置從硅基板2f的第1面Slf添加氬。這種情況下，將硅基板2f載置 在HIP裝置內(nèi)的基板載置用的臺(tái)上。硅基板2f的第1面Slf的相對(duì)側(cè) 的面與該臺(tái)的表面相接觸。然后，將第1面Slf暴露于溫度被調(diào)整為 攝氏400度 攝氏900度并且壓力被調(diào)整為4MPa 200MPa的含有氬 的氛圍中，保持30分鐘 6小時(shí)。如此，從第l面Slf添加氬。通過(guò) 該氬的添加來(lái)形成氬添加區(qū)域6f。氬添加條件為，氬氛圍中的4MPa 200MPa的壓力、攝氏400度 攝氏900度的溫度、以及30分鐘 6 小時(shí)的處理時(shí)間。而且，可以使用離子注入以及濺射等的方法的任何 一種方法作為添加氬的方法。然后，經(jīng)過(guò)切割等的處理，制造硅半導(dǎo) 體元件lf (圖13B)。而且，第6實(shí)施方式涉及的氬添加條件(壓力、溫度以及處理時(shí) 間)和PL發(fā)光的強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系，與上述的第1實(shí)施方式涉及的氬添 加條件(壓力、溫度以及處理時(shí)間)和PL發(fā)光的強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系(即， 圖5A、圖5B、圖5C所示的相關(guān)關(guān)系)相同。因此，省略第6實(shí)施方 式涉及的氬添加條件(壓力、溫度以及處理時(shí)間)和PL發(fā)光的強(qiáng)度的 相關(guān)關(guān)系的說(shuō)明。另外，在上述的說(shuō)明中，各個(gè)參數(shù)的"左右"意味著包括±30% 以?xún)?nèi)的誤差，優(yōu)選意味著±10%以?xún)?nèi)的誤差。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體元件，其特征在于，具備第1導(dǎo)電型的硅基板，具有第1面和位于該第1面的相對(duì)側(cè)的第2面；第2導(dǎo)電型的硅層，設(shè)置在所述硅基板的所述第1面上，并且具有位于和該硅基板相接合的面的相對(duì)側(cè)的第3面；第1電極，設(shè)置在所述第2面上；第2電極，設(shè)置在所述第3面上；氬添加區(qū)域，形成在由所述硅基板以及所述硅層構(gòu)成的半導(dǎo)體區(qū)域中，其中，所述氬添加區(qū)域包括氬濃度顯示為1×1018cm-3以上、2×1020cm-3以下的區(qū)域。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于 所述氬添加區(qū)域形成在從所述第3面開(kāi)始的所述半導(dǎo)體區(qū)域的內(nèi)側(cè)，或者形成在從所述第1面開(kāi)始的所述硅基板的內(nèi)側(cè)。
3. —種半導(dǎo)體元件，其特征在于具備硅基板，其包括添加了氬的氬添加區(qū)域并且具有第1面，所述氬添加區(qū)域包括氬濃度顯示為lxl0"cn^以上、2xl(^cn^以 下的區(qū)域，并且形成在從所述第1面開(kāi)始的所述硅基板的內(nèi)側(cè)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于 所述硅基板具有形成在從所述第1面開(kāi)始的該硅基板的內(nèi)側(cè)的多孔硅區(qū)域。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于 所述硅基板具有形成在從所述第1面開(kāi)始的該硅基板的內(nèi)側(cè)的多 孔硅區(qū)域。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于 所述硅基板具有形成在從所述第1面開(kāi)始的該硅基板的內(nèi)側(cè)的多孔硅區(qū)域。
7. —種半導(dǎo)體元件，其特征在于， 具備第1導(dǎo)電型的硅基板，具有第1面和位于該第1面的相對(duì)側(cè)的第2面；第2導(dǎo)電型的硅層，設(shè)置在所述硅基板的所述第1面上，并且具 有位于和該硅基板相接合的面的相對(duì)側(cè)的第3面； 第1電極，設(shè)置在所述第2面上； 第2電極，設(shè)置在所述第3面上；氬添加區(qū)域，形成在由所述硅基板以及所述硅層構(gòu)成的半導(dǎo)體區(qū) 域中，其中，所述氬添加區(qū)域包括氬濃度顯示為lxlO"cm-s以上、lxlO"cm—s以 下的區(qū)域，所述硅基板具有形成在從所述第1面開(kāi)始的該硅基板的內(nèi)側(cè)的(3-硅化鐵區(qū)域。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體元件，其特征在于 所述氬添加區(qū)域形成在從所述第3面開(kāi)始的所述半導(dǎo)體區(qū)域的內(nèi)側(cè)，或者形成在從所述第1面開(kāi)始的所述硅基板的內(nèi)側(cè)。
9. 一種半導(dǎo)體元件，其特征在于具備硅基板，其包括添加了氬的氬添加區(qū)域并具有第l面， 所述硅基板具有形成在從所述第1面開(kāi)始的該硅基板的內(nèi)側(cè)的卩-硅化鐵區(qū)域，所述氬添加區(qū)域包括氬濃度顯示為lxl018cm^以上、lxl02Gcm-3以下的區(qū)域，形成在從所述第1面開(kāi)始的所述硅基板的內(nèi)側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體元件，其具備第1導(dǎo)電型的硅基板(2a)，具有第1面(S1a)和第2面(S2a)；第2導(dǎo)電型的硅層(4a)，設(shè)置在硅基板(2a)的第1面(S1a)上，并具有位于和硅基板(2a)相接合的面的相對(duì)側(cè)的第3面(S3a)；第1電極(12a)，設(shè)置在第2面(S2a)上；第2電極(14a)，設(shè)置在第3面(S3a)上；氬添加區(qū)域(6a)，形成在由硅基板(2a)以及硅層(4a)構(gòu)成的半導(dǎo)體區(qū)域中；其中，氬添加區(qū)域(6a)包括氬濃度顯示為1×10¹⁸cm^-3以上、2×10²⁰cm^-3以下的區(qū)域。
文檔編號(hào)H01L33/34GK101132045SQ200710146678
公開(kāi)日2008年2月27日 申請(qǐng)日期2007年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月24日
發(fā)明者楚樹(shù)成, 菅博文 申請(qǐng)人:浜松光子學(xué)株式會(huì)社