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JP2011113877A - Photoelectric hybrid substrate, and semiconductor device - Google Patents

Photoelectric hybrid substrate, and semiconductor device Download PDF

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JP2011113877A
JP2011113877A JP2009270561A JP2009270561A JP2011113877A JP 2011113877 A JP2011113877 A JP 2011113877A JP 2009270561 A JP2009270561 A JP 2009270561A JP 2009270561 A JP2009270561 A JP 2009270561A JP 2011113877 A JP2011113877 A JP 2011113877A
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JP
Japan
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light emitting
light
electrode
semiconductor
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Application number
JP2009270561A
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Japanese (ja)
Inventor
Maomi Harada
真臣 原田
Nobutoshi Arai
暢俊 洗
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】低減された製造コストで容易に製造でき、高速光通信をすることができる光電気混載基板を提供する。
【解決手段】本発明の光電気混載基板は、第1半導体回路と第1発光素子とが第1半導体基板に設けられ、第1半導体回路は、第1発光素子と電気的に接続し、かつ、信号の演算処理を行う回路であり、第1発光素子は、第1電極、透光性を有する第2電極および第1電極と第2電極とに挟まれた担持体部を備え、前記担持体部は、透光性を有し、かつ、内部に発光体を有し、第1発光素子は、第1半導体回路が演算処理を行った信号を光出力することを特徴とする。
【選択図】図1
An opto-electric hybrid board that can be easily manufactured at a reduced manufacturing cost and can perform high-speed optical communication is provided.
In the opto-electric hybrid board according to the present invention, a first semiconductor circuit and a first light emitting element are provided on the first semiconductor substrate, the first semiconductor circuit is electrically connected to the first light emitting element, and The first light-emitting element includes a first electrode, a second electrode having translucency, and a carrier part sandwiched between the first electrode and the second electrode, and the carrier The body portion is light-transmitting and has a light emitter inside, and the first light-emitting element optically outputs a signal that is processed by the first semiconductor circuit.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、光電気混載基板および半導体装置に関する。   The present invention relates to an opto-electric hybrid board and a semiconductor device.

近年、情報通信技術及び情報処理技術の発達と共に、コンピュータや大容量交換機等の装置内の電子回路間を接続する電気配線が高密度化して、システムの大規模化及び高性能化を阻む要因となってきた。また、近年のLSIの著しい発達はLSIの入出力端子の高密度化とLSI内部における電気配線の高密度化をもたらし、性能向上の隘路となってきている。このような問題を解決するために、電子回路間を光で接続する光インターコネクション技術が注目されるようになってきた。   In recent years, with the development of information communication technology and information processing technology, the electrical wiring that connects the electronic circuits in devices such as computers and large-capacity switches has become denser, and this is a factor that hinders the large scale and high performance of the system It has become. In addition, the remarkable development of LSI in recent years has led to higher density of input / output terminals of LSI and higher density of electric wiring inside LSI, and has become a bottleneck for improving performance. In order to solve such a problem, an optical interconnection technique for connecting electronic circuits with light has been attracting attention.

光インターコネクション装置は、一般的に面発光半導体レーザ(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)等の発光素子、前記発光素子を駆動するドライバIC、フォトダイオード等の受光素子および前記受光素子を駆動するレシーバICなどの部品をサブマウント基板上に2次元配置して構成されている。例えば、特許文献1や特許文献2に記載のように、フリップチップボンディングやワイヤボンディング等の手法によって、CPU回路やメモリ回路が搭載されたLSI回路と接続されている。   In general, an optical interconnection device includes a light emitting element such as a surface emitting semiconductor laser (VCSEL), a driver IC that drives the light emitting element, a light receiving element such as a photodiode, and a receiver that drives the light receiving element. A component such as an IC is two-dimensionally arranged on the submount substrate. For example, as described in Patent Document 1 and Patent Document 2, it is connected to an LSI circuit on which a CPU circuit or a memory circuit is mounted by a technique such as flip chip bonding or wire bonding.

例えば、一般的なVCSEL発光素子は、図20に示したように、GaAs等の化合物半導体を支持基板として使用し、その上に形成されたn型電極111、n型コンタクト層102、n型DBR層103、活性層104、p型DBR層105、p型コンタクト層108、p型電極110等から構成された構造を有している。   For example, as shown in FIG. 20, a general VCSEL light emitting device uses a compound semiconductor such as GaAs as a support substrate, and an n-type electrode 111, an n-type contact layer 102, an n-type DBR formed thereon. The structure includes a layer 103, an active layer 104, a p-type DBR layer 105, a p-type contact layer 108, a p-type electrode 110, and the like.

また、例えば、フリップチップボンディングの手法によりVCSEL発光素子を搭載した光インターコネクション装置は、図21に示すように、VCSEL発光素子120とサブマウント基板125とがはんだバンプ122によって電気的に接続した構造を有している。   Further, for example, in an optical interconnection device in which a VCSEL light emitting element is mounted by a flip chip bonding technique, the VCSEL light emitting element 120 and the submount substrate 125 are electrically connected by solder bumps 122 as shown in FIG. have.

特開2009−21430号公報JP 2009-21430 A 特開2007−59673号公報JP 2007-59673 A

しかし、VCSEL発光素子は複雑な構造を有しているため、製品コストが高くなるという欠点がある。
また、フリップチップボンディングの手法によりVCSEL発光素子を搭載した従来の光インターコネクション装置は、一定の接続面積(例えば、数100um程度)が必要で、発光素子を高密度に実装することが困難である。更に、バンプ接続であるため、寄生インダクタンスや寄生容量が増加し、高速光通信が困難になる可能性がある。また、VCSEL発光素子を実装する際に静電気等の高電圧に晒される可能性もある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、低減された製造コストで容易に製造でき、高速光通信をすることができる光電気混載基板を提供する。
However, since the VCSEL light emitting device has a complicated structure, there is a drawback that the product cost is increased.
In addition, a conventional optical interconnection device in which a VCSEL light emitting element is mounted by a flip chip bonding method requires a certain connection area (for example, about several hundreds of um), and it is difficult to mount the light emitting elements at high density. . Furthermore, because of the bump connection, parasitic inductance and parasitic capacitance increase, which may make high-speed optical communication difficult. In addition, there is a possibility of being exposed to a high voltage such as static electricity when mounting the VCSEL light emitting element.
The present invention has been made in view of such circumstances, and provides an opto-electric hybrid board that can be easily manufactured at a reduced manufacturing cost and can perform high-speed optical communication.

本発明は、第1半導体回路と第1発光素子とが第1半導体基板に設けられ、第1半導体回路は、第1発光素子と電気的に接続し、かつ、信号の演算処理を行う回路であり、第1発光素子は、第1電極、透光性を有する第2電極および第1電極と第2電極とに挟まれた担持体部を備え、前記担持体部は、透光性を有し、かつ、内部に発光体を有し、第1発光素子は、第1半導体回路が演算処理を行った信号を光出力することを特徴とする光電気混載基板を提供する。   The present invention is a circuit in which a first semiconductor circuit and a first light emitting element are provided on a first semiconductor substrate, and the first semiconductor circuit is electrically connected to the first light emitting element and performs signal processing. The first light-emitting element includes a first electrode, a second electrode having translucency, and a carrier part sandwiched between the first electrode and the second electrode, and the carrier part has translucency. In addition, there is provided an opto-electric hybrid board characterized by having a light emitter inside, and the first light emitting element optically outputs a signal processed by the first semiconductor circuit.

本発明によれば、シンプルな構造を有する発光素子を半導体回路と同一の半導体基板に設けるため、発光素子をフリップチップボンディングやワイヤボンディング等の手法によってサブマウント基板上に実装する工程を省略することができる。
また、本発明によれば、発光素子が、第1電極、発光体を内部に有する担持体部および第2電極からなるというシンプルな構造を有するため、発光素子を半導体基板に容易に設けることができる。
従って、本発明の光電気混載基板は、低減された製造コストで容易に製造できる。
さらに、本発明によれば、発光素子を半導体回路に隣接して設けることができるため、寄生インダクタンスや寄生容量を少なくすることができる。このことにより、本発明によれば、高速光通信を安定して行うことができる。
According to the present invention, since the light emitting element having a simple structure is provided on the same semiconductor substrate as the semiconductor circuit, the step of mounting the light emitting element on the submount substrate by a technique such as flip chip bonding or wire bonding is omitted. Can do.
In addition, according to the present invention, since the light emitting element has a simple structure including the first electrode, the carrier portion having the light emitter inside, and the second electrode, the light emitting element can be easily provided on the semiconductor substrate. it can.
Therefore, the opto-electric hybrid board of the present invention can be easily manufactured at a reduced manufacturing cost.
Furthermore, according to the present invention, since the light emitting element can be provided adjacent to the semiconductor circuit, parasitic inductance and parasitic capacitance can be reduced. Thus, according to the present invention, high-speed optical communication can be performed stably.

(a)は本発明の一実施形態の光電気混載基板の概略平面図であり、(b)はその概略断面図であり、(c)その基板に含まれる第1発光素子の概略断面図である。(A) is a schematic plan view of the opto-electric hybrid board of one embodiment of the present invention, (b) is a schematic cross-sectional view thereof, and (c) is a schematic cross-sectional view of a first light emitting element included in the substrate. is there. 本発明の一実施形態の光電気混載基板の概略平面図である。It is a schematic plan view of the opto-electric hybrid board of one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態の半導体装置の概略平面図である。1 is a schematic plan view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態の光電気混載基板の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the opto-electric hybrid board of one embodiment of the present invention. (a)(b)は、本実施形態の光電気混載基板の概略平面図である。(A) (b) is a schematic plan view of the opto-electric hybrid board of this embodiment. 本発明の一実施形態の光電気混載基板の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the opto-electric hybrid board of one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態の光電気混載基板に含まれる第1発光素子の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the 1st light emitting element contained in the opto-electric hybrid board of one embodiment of the present invention. 図7に例示した第1電極に含まれるpn接合の近傍のバンド図である。FIG. 8 is a band diagram in the vicinity of a pn junction included in the first electrode illustrated in FIG. 7. (a)は、本発明の一実施形態の光電気混載基板に含まれる第1発光素子であり凸部としてカーボンナノチューブなどを用いた第1発光素子の概略断面図である。(b)は、本発明の一実施形態の光電気混載基板に含まれる第1発光素子であり円錐形状の凸部を形成した第1発光素子の概略断面図である。(c)は、第1電極と第2電極の間に電圧を印加した場合の本発明の一実施形態の光電気混載基板に含まれる第1発光素子の概略断面図である。(A) is a schematic sectional drawing of the 1st light emitting element which is a 1st light emitting element contained in the opto-electric hybrid board of one embodiment of the present invention, and used a carbon nanotube etc. as a convex part. FIG. 2B is a schematic cross-sectional view of a first light emitting element that is a first light emitting element included in the opto-electric hybrid board according to the embodiment of the present invention and that has a conical convex portion formed thereon. (C) is a schematic sectional drawing of the 1st light emitting element contained in the photoelectric hybrid board | substrate of one Embodiment of this invention at the time of applying a voltage between a 1st electrode and a 2nd electrode. 本発明の一実施形態の光電気混載基板の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the opto-electric hybrid board of one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態の半導体装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the semiconductor device of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の光電気混載基板の製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method of the opto-electric hybrid board of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の光電気混載基板の製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method of the opto-electric hybrid board of one Embodiment of this invention. EL実験で作成した発光素子の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the light emitting element created by EL experiment. EL実験で作成した発光素子の発光スペクトルである。It is the emission spectrum of the light emitting element created by EL experiment. 種々の温度条件で作製した発光素子の発光スペクトルである。It is an emission spectrum of the light emitting element produced on various temperature conditions. 種々のゲルマニウムイオン注入条件で作製した発光素子の発光スペクトルである。It is an emission spectrum of the light emitting element produced on various germanium ion implantation conditions. (a)は、EL実験で作製した発光素子に含まれるシリコン酸化膜の各深さにおけるXPSスペクトルである。(b)は、EL実験で作製した発光素子に含まれるシリコン酸化膜の深さと、Ge、GeOまたはGeO2の割合との関係を示すグラフである。(A) is the XPS spectrum in each depth of the silicon oxide film contained in the light emitting element produced by EL experiment. (B) is a graph showing the relationship between the depth of the silicon oxide film included in the light emitting device produced in the EL experiment and the ratio of Ge, GeO, or GeO 2 . EL実験で作製した発光素子に含まれるシリコン酸化膜の深さと、GeOまたはGeO2の割合との関係を示すグラフである。The depth of the silicon oxide film in the light-emitting element manufactured in EL experiment is a graph showing the relationship between the ratio of GeO or GeO 2. 従来のVCSEL発光素子の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the conventional VCSEL light emitting element. 従来のVCSEL発光素子を搭載した光インターコネクション装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the optical interconnection apparatus carrying the conventional VCSEL light emitting element.

本発明の光電気混載基板は、第1半導体回路と第1発光素子とが第1半導体基板に設けられ、第1半導体回路は、第1発光素子と電気的に接続し、かつ、信号の演算処理を行う回路であり、第1発光素子は、第1電極、透光性を有する第2電極および第1電極と第2電極とに挟まれた担持体部を備え、前記担持体部は、透光性を有し、かつ、内部に発光体を有し、第1発光素子は、第1半導体回路が演算処理を行った信号を光出力することを特徴とする。   In the opto-electric hybrid board according to the present invention, the first semiconductor circuit and the first light emitting element are provided on the first semiconductor substrate, the first semiconductor circuit is electrically connected to the first light emitting element, and the signal calculation is performed. The first light-emitting element includes a first electrode, a second electrode having translucency, and a carrier part sandwiched between the first electrode and the second electrode, and the carrier part includes: The first light-emitting element has a light-transmitting property and has a light-emitting body inside. The first light-emitting element optically outputs a signal processed by the first semiconductor circuit.

光電気混載基板とは、1つの基板に半導体回路と光素子が混載された基板をいう。
発光素子とは、電流を流すあるいは電圧を印加することにより発光する素子をいう。
受光素子とは、光を受光することにより起電力が生じる素子をいう。
The opto-electric hybrid board refers to a board in which a semiconductor circuit and an optical element are mixed on one board.
A light-emitting element refers to an element that emits light when a current is applied or a voltage is applied.
The light receiving element is an element that generates an electromotive force by receiving light.

本発明の光電気混載基板において、前記発光体は、GeO及びGeO2を含む微粒子であることが好ましい。
このような構成によれば、第1発光素子に電圧を印加することにより、第1発光素子を発光させることができる。
本発明の光電気混載基板において、前記発光体は、前記発光体に含まれるGeOとGeO2の合計を100%としたときGeOを10%以上含むことが好ましい。
このような構成によれば、第1発光素子をより大きい輝度で発光させることができる。
In the opto-electric hybrid board according to the present invention, it is preferable that the light emitter is a fine particle containing GeO and GeO 2 .
According to such a configuration, the first light emitting element can emit light by applying a voltage to the first light emitting element.
In the opto-electric hybrid board according to the present invention, it is preferable that the light emitter contains 10% or more of GeO when the total of GeO and GeO 2 contained in the light emitter is 100%.
According to such a configuration, the first light emitting element can emit light with higher luminance.

本発明の光電気混載基板において、第1発光素子は、340〜440nmの範囲内に発光波長のピークを有するエレクトロルミネッセンスを示すことが好ましい。
このような構成によれば、より高速の光通信をすることができる。
本発明の光電気混載基板において、前記発光体は、1nm以上20nm以下の最大粒径を有する微粒子であることが好ましい。
このような構成によれば、第1発光素子をより大きい輝度で発光させることができる。
In the opto-electric hybrid board of the present invention, it is preferable that the first light emitting element exhibits electroluminescence having an emission wavelength peak in a range of 340 to 440 nm.
According to such a configuration, higher-speed optical communication can be performed.
In the opto-electric hybrid board according to the present invention, the light emitter is preferably a fine particle having a maximum particle size of 1 nm or more and 20 nm or less.
According to such a configuration, the first light emitting element can emit light with higher luminance.

本発明の光電気混載基板において、第2電極は、波長300nm以上500nm以下の光の透過率が60%以上99.99%以下であることが好ましい。
このような構成によれば、発光体が発する光をより効率的に取り出すことができる。
本発明の光電気混載基板において、第1発光素子は、第1半導体回路に隣接して設けられることが好ましい。
このような構成によれば、寄生インダクタンスや寄生容量をより小さくすることができる。
In the opto-electric hybrid board of the present invention, it is preferable that the second electrode has a light transmittance of 60% or more and 99.99% or less with a wavelength of 300 nm to 500 nm.
According to such a configuration, light emitted from the light emitter can be extracted more efficiently.
In the opto-electric hybrid board according to the present invention, the first light emitting element is preferably provided adjacent to the first semiconductor circuit.
According to such a configuration, the parasitic inductance and the parasitic capacitance can be further reduced.

本発明の光電気混載基板において、第1半導体基板は、シリコン基板、ゲルマニウム基板、シリコンの化合物の基板またはゲルマニウムの化合物の基板であることが好ましい。
このような構成によれば、光電気混載基板をより容易に形成することができる。
本発明の光電気混載基板において、第1電極は、第1半導体基板の一部であり、かつn型不純物がドーピングされた部分であることが好ましい。
このような構成によれば、第1発光素子をより大きな輝度で発光させることができる。
In the opto-electric hybrid board of the present invention, the first semiconductor substrate is preferably a silicon substrate, a germanium substrate, a silicon compound substrate, or a germanium compound substrate.
According to such a configuration, the opto-electric hybrid board can be formed more easily.
In the opto-electric hybrid board according to the present invention, the first electrode is preferably a part of the first semiconductor substrate and a part doped with an n-type impurity.
According to such a configuration, the first light emitting element can emit light with higher luminance.

本発明の光電気混載基板において、第1電極は、p型半導体部およびn型半導体部を有し、かつ、前記担持体部と接する表面に前記p型半導体部および前記n型半導体部がpn接合する部分を有することが好ましい。
このような構成によれば、より低い電圧で第1発光素子を効率よく発光させることができる。
In the opto-electric hybrid board according to the present invention, the first electrode has a p-type semiconductor portion and an n-type semiconductor portion, and the p-type semiconductor portion and the n-type semiconductor portion are pn on the surface in contact with the carrier portion. It is preferable to have the part to join.
According to such a configuration, the first light emitting element can efficiently emit light at a lower voltage.

本発明の光電気混載基板において、前記p型半導体部及び前記n型半導体部のうち少なくとも1つは、5×1018cm-3以上の不純物濃度を有することが好ましい。
このような構成によれば、より低い電圧で第1発光素子を効率よく発光させることができる。
本発明の光電気混載基板において、第1電極は前記担持体部と接する表面に複数の凸部を有し、前記凸部の上端と第2電極との間隔は、第1電極の前記凸部以外の部分と第2電極との間隔より狭いことが好ましい。
このような構成によれば、第1発光素子をむらなく発光させることができる。
In the opto-electric hybrid board according to the present invention, it is preferable that at least one of the p-type semiconductor portion and the n-type semiconductor portion has an impurity concentration of 5 × 10 18 cm −3 or more.
According to such a configuration, the first light emitting element can efficiently emit light at a lower voltage.
In the opto-electric hybrid board according to the present invention, the first electrode has a plurality of convex portions on the surface in contact with the carrier portion, and an interval between the upper end of the convex portion and the second electrode is the convex portion of the first electrode. It is preferable that the distance between the other part and the second electrode is narrower.
According to such a configuration, the first light emitting element can emit light evenly.

本発明の光電気混載基板において、第1電極の前記凸部以外の部分と第2電極との間隔は、前記凸部の上端と第2電極との間隔の1.1倍以上であることが好ましい。
このような構成によれば、第1発光素子をむらなく発光させることができる。
本発明の光電気混載基板において、前記凸部の上端と第2電極との間隔は、5nm以上100nm以下であることが好ましい。
このような構成によれば、第1発光素子をより低い印加電圧で発光させることができる。
In the opto-electric hybrid board according to the present invention, the interval between the portion of the first electrode other than the convex portion and the second electrode is 1.1 times or more the interval between the upper end of the convex portion and the second electrode. preferable.
According to such a configuration, the first light emitting element can emit light evenly.
In the opto-electric hybrid board according to the present invention, the distance between the upper end of the convex portion and the second electrode is preferably 5 nm or more and 100 nm or less.
According to such a configuration, the first light emitting element can emit light with a lower applied voltage.

本発明の光電気混載基板において、前記凸部は、カーボンナノチューブあるいは円錐形状の金属又はシリコンからなることが好ましい。
このような構成によれば、第1電極が凸部を有する第1発光素子をより容易に形成することができる。
本発明の光電気混載基板において、隣接する2つの前記凸部は、10nm以上3μm以下の間隔を有することが好ましい。
このような構成によれば、第1発光素子をむらなく発光させることができる。
In the opto-electric hybrid board according to the present invention, the convex portion is preferably made of a carbon nanotube, a conical metal, or silicon.
According to such a structure, the 1st light emitting element in which the 1st electrode has a convex part can be formed more easily.
In the opto-electric hybrid board according to the present invention, it is preferable that two adjacent convex portions have an interval of 10 nm or more and 3 μm or less.
According to such a configuration, the first light emitting element can emit light evenly.

本発明の光電気混載基板において、前記凸部は、頂点から遠ざかるほど傾斜がゆるくなった円錐形状であることが好ましい。
このような構成によれば、第1発光素子をより低い印加電圧で発光させることができる。
In the opto-electric hybrid board according to the present invention, it is preferable that the convex portion has a conical shape in which the inclination becomes gentler as the distance from the apex increases.
According to such a configuration, the first light emitting element can emit light with a lower applied voltage.

本発明の光電気混載基板において、第1半導体基板に第4発光素子がさらに設けられることが好ましく、第4発光素子は、第1半導体回路と電気的に接続し、かつ、第1半導体回路が演算処理を行った信号を第1発光素子と異なる波長の光で光出力することが好ましい。
このような構成によれば、第1半導体回路が光出力することができる情報量をさらに大きくすることができる。
本発明の光電気混載基板において、第1半導体基板に第2半導体回路および第2受光素子がさらに設けられることが好ましく、第2半導体回路は、第2受光素子と電気的に接続し、かつ、信号の演算処理を行う回路であり、第2受光素子は、第1発光素子が出力した光を光学的接続部を介して光入力することが好ましい。
このような構成によれば、第1半導体回路が演算処理を行った信号を第2半導体回路に伝送することができる。
In the opto-electric hybrid board according to the present invention, it is preferable that a fourth light emitting element is further provided on the first semiconductor substrate, the fourth light emitting element is electrically connected to the first semiconductor circuit, and the first semiconductor circuit is It is preferable to optically output the signal subjected to the arithmetic processing with light having a wavelength different from that of the first light emitting element.
According to such a configuration, the amount of information that the first semiconductor circuit can optically output can be further increased.
In the opto-electric hybrid board according to the present invention, it is preferable that a second semiconductor circuit and a second light receiving element are further provided on the first semiconductor substrate, the second semiconductor circuit is electrically connected to the second light receiving element, and The second light receiving element preferably inputs light output from the first light emitting element through an optical connection unit.
According to such a configuration, it is possible to transmit a signal that has been subjected to arithmetic processing by the first semiconductor circuit to the second semiconductor circuit.

本発明の光電気混載基板において、第1半導体基板に第2発光素子および第1受光素子がさらに設けられることが好ましく、第2発光素子は、第2半導体回路と電気的に接続し、かつ、第2半導体回路が演算処理を行った信号を光出力し、第1受光素子は、第1半導体回路と電気的に接続し、かつ、第2発光素子が出力した光を光学的接続部を介して光入力することが好ましい。
このような構成によれば、第1半導体回路と第2半導体回路が双方向の光通信を行うことができる。
In the opto-electric hybrid board of the present invention, it is preferable that the first semiconductor substrate is further provided with a second light emitting element and a first light receiving element, and the second light emitting element is electrically connected to the second semiconductor circuit, and The second semiconductor circuit performs optical processing on the signal that is processed, the first light receiving element is electrically connected to the first semiconductor circuit, and the light output from the second light emitting element is passed through the optical connection unit. It is preferable to input light.
According to such a configuration, the first semiconductor circuit and the second semiconductor circuit can perform bidirectional optical communication.

また、本発明は、本発明の光電気混載基板と、第2半導体基板とを備え、第2半導体基板に第3半導体回路と第3受光素子とが設けられ、第3半導体回路は、第3受光素子と電気的に接続し、かつ、信号の演算処理を行う回路であり、第3受光素子は、第1発光素子が出力した光を光入力する半導体装置も提供する。
本発明の半導体装置によれば、第1半導体回路が演算処理を行った信号を第2半導体基板に形成された第3半導体回路に伝送することができる。
The present invention also includes the opto-electric hybrid board of the present invention and a second semiconductor substrate, wherein the second semiconductor substrate is provided with a third semiconductor circuit and a third light receiving element, It is a circuit that is electrically connected to the light receiving element and performs signal arithmetic processing. The third light receiving element also provides a semiconductor device that optically inputs the light output from the first light emitting element.
According to the semiconductor device of the present invention, it is possible to transmit a signal obtained by performing arithmetic processing by the first semiconductor circuit to the third semiconductor circuit formed on the second semiconductor substrate.

本発明の半導体装置において、第1半導体基板に第1受光素子がさらに設けられることが好ましく、第2半導体基板に第3発光素子がさらに設けられることが好ましく、第3発光素子は、第3半導体回路と電気的に接続し、かつ、第3半導体回路が演算処理を行った信号を光出力し、第1受光素子は、第1半導体回路と電気的に接続し、かつ、第3発光素子が出力した光を光入力することが好ましい。
このような構成によれば、第1半導体基板に設けられた第1半導体回路と第2半導体基板に設けられた第3半導体基板が双方向の光通信を行うことができる。
本発明の半導体装置において、第1発光素子と第3受光素子とが対向して配置され、第3発光素子と第1受光素子とが対向して配置されることが好ましい。
このような構成によれば、光導波路を省略して第1半導体回路と第2半導体回路とを双方向に光通信させることができる。
In the semiconductor device of the present invention, it is preferable that a first light receiving element is further provided on the first semiconductor substrate, a third light emitting element is preferably further provided on the second semiconductor substrate, and the third light emitting element is a third semiconductor. A signal electrically connected to the circuit and the third semiconductor circuit performing an arithmetic process; and a first light receiving element electrically connected to the first semiconductor circuit and a third light emitting element It is preferable to optically input the output light.
According to such a configuration, the first semiconductor circuit provided on the first semiconductor substrate and the third semiconductor substrate provided on the second semiconductor substrate can perform bidirectional optical communication.
In the semiconductor device of the present invention, it is preferable that the first light emitting element and the third light receiving element are arranged to face each other, and the third light emitting element and the first light receiving element are arranged to face each other.
According to such a configuration, the optical waveguide can be omitted and the first semiconductor circuit and the second semiconductor circuit can be optically communicated in both directions.

以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The configurations shown in the drawings and the following description are merely examples, and the scope of the present invention is not limited to those shown in the drawings and the following description.

光電気混載基板および半導体装置の構成
図1および図2は本発明の一実施形態の光電気混載基板の概略平面図などである。また、図3は、本発明の一実施形態の半導体装置の概略平面図である。
Configuration FIG. 1 and FIG. 2 of the opto-electric hybrid board and the semiconductor device or the like schematic plan view of the opto-electric hybrid board according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a schematic plan view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

本実施形態の光電気混載基板11は、第1半導体回路1と第1発光素子3とが第1半導体基板6に設けられ、第1半導体回路1は、第1発光素子3と電気的に接続し、かつ、信号の演算処理を行う回路であり、第1発光素子3は、第1電極8、透光性を有する第2電極10および第1電極8と第2電極10とに挟まれた担持体部9を備え、担持体部9は、透光性を有し、かつ、内部に発光体7を有し、第1発光素子3は、第1半導体回路1が演算処理を行った信号を光出力することを特徴とする。
また、本実施形態の光電気混載基板11は、第1受光素子5、第2半導体回路31、第2発光素子33、第2受光素子35、第4発光素子43、光学的接続部45をさらに有してもよい。
In the opto-electric hybrid board 11 of this embodiment, the first semiconductor circuit 1 and the first light emitting element 3 are provided on the first semiconductor substrate 6, and the first semiconductor circuit 1 is electrically connected to the first light emitting element 3. The first light emitting element 3 is sandwiched between the first electrode 8, the second electrode 10 having translucency, the first electrode 8, and the second electrode 10. The carrier unit 9 is provided. The carrier unit 9 is translucent and has a light emitter 7 therein. The first light emitting element 3 is a signal obtained by performing arithmetic processing by the first semiconductor circuit 1. Is output as light.
Further, the opto-electric hybrid board 11 of the present embodiment further includes the first light receiving element 5, the second semiconductor circuit 31, the second light emitting element 33, the second light receiving element 35, the fourth light emitting element 43, and the optical connection portion 45. You may have.

本実施形態の半導体装置60は、本実施形態の光電気混載基板11と、第2半導体基板56とを備え、第2半導体基板56に第3半導体回路51と第3受光素子55とが設けられ、第3半導体回路51は、第3受光素子55と電気的に接続し、かつ、信号の演算処理を行う回路であり、第3受光素子55は、第1発光素子3が出力した光を光入力する。
また、第2半導体基板56は、第3発光素子53をさらに有してもよい。
以下、本実施形態の光電気混載基板11および本実施形態の半導体装置60について説明する。
The semiconductor device 60 of this embodiment includes the opto-electric hybrid board 11 of this embodiment and a second semiconductor substrate 56, and the second semiconductor substrate 56 is provided with a third semiconductor circuit 51 and a third light receiving element 55. The third semiconductor circuit 51 is a circuit that is electrically connected to the third light receiving element 55 and performs signal calculation processing. The third light receiving element 55 emits light output from the first light emitting element 3 as light. input.
Further, the second semiconductor substrate 56 may further include a third light emitting element 53.
Hereinafter, the opto-electric hybrid board 11 of this embodiment and the semiconductor device 60 of this embodiment will be described.

1.第1半導体基板
第1半導体基板6は、第1発光素子3と第1半導体回路1を設けることができる半導体の基板であれば特に限定されないが、例えば、シリコン基板、ゲルマニウム基板、シリコンの化合物の基板またはゲルマニウムの化合物の基板である。また、第1半導体基板6はn型不純物またはp型不純物が添加された不純物半導体基板であってもよい。さらに第1半導体基板6は、SiO2基板などの上にシリコン層やゲルマニウム層を形成したものでもよく、Si基板などの上にSiO2などの絶縁体層を形成し、その上にシリコン層やゲルマニウム層を形成したものでもよい。例えば、第1半導体基板6がSOI(Silicon On Insulator)基板の場合、結晶シリコン基板上に第1発光素子3を形成してもよいし、または、CVD法等を用いてSiO2などの絶縁体層の上にアモルファスシリコンを形成し、その上に第1発光素子3を形成してもよい。
従来CMOS回路をはじめとした半導体回路はIV族元素材料からなる基板に作製されているからである。
1. First Semiconductor Substrate The first semiconductor substrate 6 is not particularly limited as long as it is a semiconductor substrate on which the first light emitting element 3 and the first semiconductor circuit 1 can be provided. For example, a silicon substrate, a germanium substrate, or a silicon compound is used. A substrate or a substrate of a germanium compound. The first semiconductor substrate 6 may be an impurity semiconductor substrate to which an n-type impurity or a p-type impurity is added. The first semiconductor substrate 6 further may be those forming a silicon layer and a germanium layer on the SiO 2 or the like substrate, an insulating layer such as SiO 2 on such Si substrate, a silicon layer Ya thereon What formed the germanium layer may be used. For example, when the first semiconductor substrate 6 is an SOI (Silicon On Insulator) substrate, the first light emitting element 3 may be formed on a crystalline silicon substrate, or an insulator such as SiO 2 using a CVD method or the like. Amorphous silicon may be formed on the layer, and the first light emitting element 3 may be formed thereon.
This is because conventional semiconductor circuits such as CMOS circuits are manufactured on a substrate made of a group IV element material.

2.第1半導体回路
第1半導体回路1は、第1半導体基板6に設けられ、第1発光素子3と電気的に接続し、信号の演算処理を行う回路であれば特に限定されない。例えば、第1半導体回路1は、複数のトランジスタなどから構成された半導体回路である。また、例えば、半導体集積回路である。また、第1発光素子3が半導体集積回路に組み込まれている場合、第1半導体回路は、半導体集積回路の第1発光素子3以外の部分であってもよい。
2. First Semiconductor Circuit The first semiconductor circuit 1 is not particularly limited as long as it is a circuit that is provided on the first semiconductor substrate 6 and is electrically connected to the first light emitting element 3 and performs signal processing. For example, the first semiconductor circuit 1 is a semiconductor circuit composed of a plurality of transistors and the like. For example, it is a semiconductor integrated circuit. When the first light emitting element 3 is incorporated in a semiconductor integrated circuit, the first semiconductor circuit may be a part other than the first light emitting element 3 of the semiconductor integrated circuit.

図4は、本発明の一実施形態の光電気混載基板の概略断面図である。この光電気混載基板では、n型不純物が添加された半導体基板6にCMOS回路を形成するn型トランジスタとp型トランジスタ、および第1発光素子が同一半導体基板の形成されている。より具体的には、第1半導体基板6に含まれるn型領域上にp型トランジスタ65が形成され、第1半導体基板6に形成したp型ウェル24上にn型トランジスタ66が形成されている。p型トランジスタ65はゲート絶縁膜25およびゲート電極21およびp型のソース領域16、ドレイン領域17から構成されている。n型トランジスタ66はゲート絶縁膜25およびゲート電極21およびソース領域16、ドレイン領域17から構成されている。   FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an opto-electric hybrid board according to an embodiment of the present invention. In this opto-electric hybrid board, an n-type transistor and a p-type transistor that form a CMOS circuit and a first light emitting element are formed on the same semiconductor substrate on a semiconductor substrate 6 to which an n-type impurity is added. More specifically, a p-type transistor 65 is formed on the n-type region included in the first semiconductor substrate 6, and an n-type transistor 66 is formed on the p-type well 24 formed in the first semiconductor substrate 6. . The p-type transistor 65 includes a gate insulating film 25, a gate electrode 21, a p-type source region 16 and a drain region 17. The n-type transistor 66 includes the gate insulating film 25, the gate electrode 21, the source region 16, and the drain region 17.

これらのトランジスタは、ゲート電極21に印加された電圧が誘起した反転キャリアがドレイン電圧に引き寄せられることによって駆動する。ここでは、トランジスタとして反転キャリアのみが移動するMOS電界効果型トランジスタ(MOSFET)を例示しているが、電子およびホールが移動するバイポーラトランジスタでも良い。   These transistors are driven by the inversion carriers induced by the voltage applied to the gate electrode 21 being attracted to the drain voltage. Here, a MOS field effect transistor (MOSFET) in which only inversion carriers move is illustrated as a transistor, but a bipolar transistor in which electrons and holes move may be used.

p型トランジスタ65のチャネル濃度は、半導体基板6のn型領域にさらにn型ウェルを形成して所望のトランジスタの閾値を得ることが可能である。また、p型およびn型トランジスタのソース・ドレイン領域近傍にはハロー領域やエクステンション領域を形成して、短チャネル効果の抑制やソース・ドレイン領域の低抵抗化を行ってもよい。   The channel concentration of the p-type transistor 65 can be obtained by forming an n-type well in the n-type region of the semiconductor substrate 6 to obtain a desired transistor threshold value. Further, a halo region or an extension region may be formed in the vicinity of the source / drain regions of the p-type and n-type transistors to suppress the short channel effect and reduce the resistance of the source / drain regions.

3.第1発光素子
第1発光素子3は、第1半導体基板6に設けられ、第1電極8、第2電極10および第1電極8と第2電極10とに挟まれ内部に発光体7を有する担持体部9を備える素子である。また、第1発光素子3は、第1半導体回路1が演算処理を行った信号を光出力する。さらに第1発光素子3は、第1電極8と第2電極10との間に電圧を印加することにより発光させることができる。
3. First Light-Emitting Element The first light-emitting element 3 is provided on the first semiconductor substrate 6, and has a light-emitting body 7 sandwiched between the first electrode 8, the second electrode 10, the first electrode 8, and the second electrode 10. It is an element provided with a carrier part 9. The first light emitting element 3 optically outputs a signal that has been subjected to arithmetic processing by the first semiconductor circuit 1. Further, the first light emitting element 3 can emit light by applying a voltage between the first electrode 8 and the second electrode 10.

また、第1発光素子3は、第1半導体基板6に複数設けられ、そのうち1つ以上は、第2電極10の上に蛍光体を含む層を形成することにより、発光の波長を変換した発光素子であってもよい。   In addition, a plurality of first light emitting elements 3 are provided on the first semiconductor substrate 6, and one or more of them are formed by forming a phosphor-containing layer on the second electrode 10, thereby converting the light emission wavelength. It may be an element.

第1発光素子3は、図1(c)に示すように第1電極8と第2電極10との間に、発光体7を含有する担持体部9が挟まれた構造をしている。また、図4に示すように第1発光素子の上部には発光窓63が開けられてもよく、発光を外部に取り出すことが可能となっている。発光窓63には、発光体7の発する光の波長の透過率が大きい材質を選択することが望ましい。ここで、発光体7はGeOおよびGeO2を含む微粒子であることが望ましい。 As shown in FIG. 1C, the first light emitting element 3 has a structure in which a carrier portion 9 containing a light emitter 7 is sandwiched between a first electrode 8 and a second electrode 10. Further, as shown in FIG. 4, a light emission window 63 may be opened on the upper part of the first light emitting element, and light emission can be taken out to the outside. For the light emitting window 63, it is desirable to select a material having a high transmittance for the wavelength of light emitted from the light emitter 7. Here, the light emitter 7 is desirably fine particles containing GeO and GeO 2 .

第1発光素子3はトランジスタが作製されている第1半導体基板6と同一基板に作製することが可能であるため、ワイヤボンディングやフリップチップボンディングのような従来技術を用いたときに引き起こされる寄生容量や寄生インダクタンスの増大を招かない。また、第1発光素子3はトランジスタと同時に作製することが可能であるため、ワイヤボンディングやフリップチップボンディングの際に引き起こされていた静電気等に晒される心配がない。   Since the first light emitting element 3 can be fabricated on the same substrate as the first semiconductor substrate 6 on which the transistor is fabricated, parasitic capacitance caused when using conventional techniques such as wire bonding and flip chip bonding And increase in parasitic inductance. In addition, since the first light emitting element 3 can be manufactured at the same time as the transistor, there is no fear of being exposed to static electricity or the like caused during wire bonding or flip chip bonding.

なお、図4ではn型トランジスタ66およびp型トランジスタ65および第1発光素子3がそれぞれ1素子ずつ形成されているが、n型トランジスタ66およびp型トランジスタ65を複数形成し、CMOS回路を形成し、また、第1発光素子3を複数配置して発光アレイを形成し、それらを電気的でつなぐことも可能である。電気的配線は、最も単純にはソース電極20、ゲート電極21、ドレイン電極22および電極62を接続することで形成することが可能であり、用途に応じてソース電極20などの上部にさらに層間膜を形成して、より上層の配線層で接続することが可能である。これらの構成により、第1半導体回路1の演算結果を第1発光素子3により光出力することが可能となる。
また、シリコン基板上に発光素子を形成することが可能となった点が本発明に至った重要な点である。
In FIG. 4, one n-type transistor 66, one p-type transistor 65, and one first light emitting element 3 are formed. However, a plurality of n-type transistors 66 and p-type transistors 65 are formed to form a CMOS circuit. It is also possible to arrange a plurality of first light emitting elements 3 to form a light emitting array and to electrically connect them. The electrical wiring can be formed most simply by connecting the source electrode 20, the gate electrode 21, the drain electrode 22 and the electrode 62, and an interlayer film is further formed on the source electrode 20 or the like depending on the application. And can be connected by an upper wiring layer. With these configurations, the calculation result of the first semiconductor circuit 1 can be optically output by the first light emitting element 3.
In addition, the fact that a light emitting element can be formed on a silicon substrate is an important point that led to the present invention.

図5(a)および図5(b)は、本実施形態の光電気混載基板の概略平面図である。図5(a)、図5(b)に記載された発光素子57の1つが第1発光素子3である。また、他の発光素子57は第1発光素子3の上部に蛍光体を含む層を形成したものでもよい。このことにより、上部に蛍光体を含む層を形成していない第1発光素子3と異なる波長で光出力をすることができ、光出力することができる情報量を大きくすることができる。さらに他の発光素子57は、第4発光素子とすることもできる。このことにより、さらに、異なる波長で光出力をすることができ、光出力することができる情報量をさらに大きくすることができる。   FIG. 5A and FIG. 5B are schematic plan views of the opto-electric hybrid board of this embodiment. One of the light emitting elements 57 described in FIGS. 5A and 5B is the first light emitting element 3. The other light emitting element 57 may be one in which a layer containing a phosphor is formed on the first light emitting element 3. As a result, it is possible to output light at a wavelength different from that of the first light emitting element 3 in which the phosphor-containing layer is not formed on the upper portion, and the amount of information that can be output can be increased. Still another light emitting element 57 may be a fourth light emitting element. As a result, light can be output at different wavelengths, and the amount of information that can be output can be further increased.

第1発光素子3は、第1半導体回路1に隣接しても受けてもよい。例えば、図5(a)のように第1発光素子3を設けることができる。このことにより、光電気混載基板11内に、第1半導体回路1と第1発光素子3とを寄生容量や寄生インダクタンスが小さくなるように配置することが可能である。
つまり、従来技術においては、電気演算回路を構成するICチップと発光素子アレイが別々に配置されているため、ボンディング面積の制約や寄生容量や寄生インダクタンスが増大してしまう。本実施形態の光電気混載基板11においては、同一基板上にCMOS回路をはじめとする半導体回路と発光素子を作製することが可能であるため、最小限の寄生容量や寄生インダクタンスの状態で任意の場所に発光素子および受光素子を配置することが可能となる。
The first light emitting element 3 may be received adjacent to the first semiconductor circuit 1. For example, the first light emitting element 3 can be provided as shown in FIG. Accordingly, the first semiconductor circuit 1 and the first light emitting element 3 can be arranged in the opto-electric hybrid board 11 so that the parasitic capacitance and the parasitic inductance are reduced.
That is, in the prior art, since the IC chip and the light emitting element array constituting the electric arithmetic circuit are separately arranged, the bonding area restriction, the parasitic capacitance, and the parasitic inductance increase. In the opto-electric hybrid board 11 of the present embodiment, a semiconductor circuit including a CMOS circuit and a light emitting element can be manufactured on the same substrate, so that any arbitrary parasitic capacitance and parasitic inductance can be used. It becomes possible to arrange a light emitting element and a light receiving element at a place.

また、符号化回路58を第1発光素子3と第1半導体回路との間に設けることもできる。例えば、図5(b)のように符号化回路58を設けることができる。このことにより、第1半導体回路1が演算処理を行った信号を第1発光素子3が光出力することができる。なお、符号化回路58は第1半導体回路1に含まれてもよい。   In addition, the encoding circuit 58 may be provided between the first light emitting element 3 and the first semiconductor circuit. For example, an encoding circuit 58 can be provided as shown in FIG. As a result, the first light emitting element 3 can optically output the signal that the first semiconductor circuit 1 has performed the arithmetic processing. Note that the encoding circuit 58 may be included in the first semiconductor circuit 1.

4.第1電極
第1電極8は、第1発光素子3を構成する電極であり、担持体部9に電圧を印加することができる電極であれば特に限定されない。例えば、AlやCuなどの金属膜でもよく、p型半導体やn型半導体などの半導体でもよい。また、第1電極8は、半導体基板6が図4に例示したように、n型不純物が添加された半導体基板6の場合、第1電極8と半導体基板6は同一であってもよい。この場合、第1電極8を形成する工程を省略することができるからである。
4). 1st electrode The 1st electrode 8 is an electrode which comprises the 1st light emitting element 3, and if it is an electrode which can apply a voltage to the support body part 9, it will not specifically limit. For example, a metal film such as Al or Cu may be used, and a semiconductor such as a p-type semiconductor or an n-type semiconductor may be used. Moreover, as for the 1st electrode 8, when the semiconductor substrate 6 is the semiconductor substrate 6 to which the n-type impurity was added as illustrated in FIG. 4, the first electrode 8 and the semiconductor substrate 6 may be the same. This is because the step of forming the first electrode 8 can be omitted in this case.

また、第1電極8は、n型不純物が添加された半導体からなってもよい。実験により、第1発光素子3においてはp型半導体よりもn型半導体の方が発光強度が強いという結果を得ているためである。   The first electrode 8 may be made of a semiconductor to which an n-type impurity is added. This is because the first light-emitting element 3 has a result that the n-type semiconductor has a higher emission intensity than the p-type semiconductor.

また、第1電極8は、p型半導体部およびn型半導体部を有し、かつ、担持体部9と接する表面に前記p型半導体部および前記n型半導体部がpn接合する部分を有してもよい。この構成により、FNトンネリングを利用した発光素子に比べより低い電圧で第1発光素子3を効率よく発光させることができる。以下にこの構成の第1発光素子3について図面を用いて説明する。
図6は、本発明の一実施形態の光電気混載基板の概略断面図であり、図7は、本発明の一実施形態の光電気混載基板に含まれる第1発光素子の概略断面図である。なお図6、7に例示した第1電極8は、p型半導体部71とn型半導体部72が設けられている(図6に例示した光電気混載基板の場合、p型ウェル24がp型半導体部71であり、n型半導体基板6の一部がn型半導体部72である)。また、図8は、図7に例示した第1電極8に含まれるpn接合の近傍のバンド図である。
The first electrode 8 has a p-type semiconductor portion and an n-type semiconductor portion, and has a portion where the p-type semiconductor portion and the n-type semiconductor portion are pn-junction on the surface in contact with the carrier portion 9. May be. With this configuration, the first light emitting element 3 can efficiently emit light at a lower voltage than a light emitting element using FN tunneling. Hereinafter, the first light-emitting element 3 having this configuration will be described with reference to the drawings.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of an opto-electric hybrid board according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a first light emitting element included in the opto-electric hybrid board according to an embodiment of the present invention. . The first electrode 8 illustrated in FIGS. 6 and 7 includes a p-type semiconductor portion 71 and an n-type semiconductor portion 72 (in the case of the opto-electric hybrid substrate illustrated in FIG. 6, the p-type well 24 is a p-type. Semiconductor portion 71, and part of n-type semiconductor substrate 6 is n-type semiconductor portion 72). FIG. 8 is a band diagram in the vicinity of the pn junction included in the first electrode 8 illustrated in FIG.

図7に示すように、第1電極8に含まれるp型半導体部71に負の電圧、第1電極8に含まれるn型半導体部72にGND電圧を印加すると、逆バイアスとなり、その電位差が低い場合には、p型半導体部71とn型半導体部72の間では電流は流れない。p型半導体部71にある程度高い負の電圧を印加すると、第1電極8に含まれるpn接合の近傍のエネルギーバンドは、図8のようになる。このような場合、pn接合部にかかる電界が高くなるため、p型半導体部71の価電子帯の電子がn型半導体部72の伝導帯に流れるトンネル電流が発生する。このp型半導体部71の価電子帯からn型半導体部72の伝導帯に流れる電子は、p型半導体部71とn型半導体部72との間の電界又はp型半導体部71と正の電圧に印加された第2電極10の間の電界により加速され、格子原子に衝突し、ホットエレクトロンとホットホールのペアを生じさせると考えられる。このホットエレクトロンの一部がp型半導体部71と第2電極10またはn型半導体部72と第2電極10の間の電界により加速され、担持体部9に供給されると考えられる。このホットエレクトロンが担持体部9の内部の発光体7と相互作用し、発光体7のエネルギー準位を励起し、発光体7を発光させることができると考えられる。   As shown in FIG. 7, when a negative voltage is applied to the p-type semiconductor portion 71 included in the first electrode 8 and a GND voltage is applied to the n-type semiconductor portion 72 included in the first electrode 8, a reverse bias is generated, and the potential difference is When it is low, no current flows between the p-type semiconductor portion 71 and the n-type semiconductor portion 72. When a somewhat high negative voltage is applied to the p-type semiconductor portion 71, the energy band near the pn junction included in the first electrode 8 is as shown in FIG. In such a case, since the electric field applied to the pn junction is increased, a tunnel current is generated in which electrons in the valence band of the p-type semiconductor portion 71 flow in the conduction band of the n-type semiconductor portion 72. Electrons flowing from the valence band of the p-type semiconductor unit 71 to the conduction band of the n-type semiconductor unit 72 are generated by an electric field between the p-type semiconductor unit 71 and the n-type semiconductor unit 72 or a positive voltage with the p-type semiconductor unit 71. Accelerated by the electric field between the second electrodes 10 applied to, and collide with the lattice atoms to generate hot electron and hot hole pairs. It is considered that some of the hot electrons are accelerated by the electric field between the p-type semiconductor part 71 and the second electrode 10 or the n-type semiconductor part 72 and the second electrode 10 and supplied to the carrier part 9. It is considered that the hot electrons interact with the light emitter 7 inside the carrier portion 9 to excite the energy level of the light emitter 7 and cause the light emitter 7 to emit light.

この第1発光素子3を発光させるためには、トンネル電流が生じることができる電界をp型半導体部71とn型半導体部72の間に印加することと、発生したホットエレクトロンを担持体部9に供給することができる電界をp型半導体部71と第2電極10間またはn型半導体部72と第2電極10の間に印加することが必要である。このp型半導体部71と第2電極10の間またはn型半導体部72と第2電極10の間に印加する電界は、FNトンネリングにより担持体部9の伝導帯に電子を供給できる電界よりも小さい電界である。このことにより、pn接合を利用する担持体部9への電子注入効率はFNトンネリングを利用した場合に比べ高くなる。また、pn接合を有する第1発光素子3の担持体部9への電子注入効率とFNトンネリングを利用した発光素子の担持体部9へ電子注入効率の比は、実験結果から、およそ7:1と算出された。従って、第1電極8がpn接合を有する第1発光素子3は、FNトンネリングを利用した発光素子に比べより低い電圧で発光素子を効率よく発光させることができる。   In order to cause the first light emitting element 3 to emit light, an electric field capable of generating a tunnel current is applied between the p-type semiconductor portion 71 and the n-type semiconductor portion 72 and the generated hot electrons are transferred to the carrier portion 9. It is necessary to apply an electric field that can be supplied between the p-type semiconductor portion 71 and the second electrode 10 or between the n-type semiconductor portion 72 and the second electrode 10. The electric field applied between the p-type semiconductor part 71 and the second electrode 10 or between the n-type semiconductor part 72 and the second electrode 10 is larger than the electric field that can supply electrons to the conduction band of the carrier part 9 by FN tunneling. It is a small electric field. As a result, the efficiency of electron injection into the carrier portion 9 using the pn junction is higher than when FN tunneling is used. The ratio of the electron injection efficiency to the carrier portion 9 of the first light emitting element 3 having the pn junction and the electron injection efficiency to the carrier portion 9 of the light emitting element using FN tunneling is about 7: 1 from the experimental results. And calculated. Therefore, the first light-emitting element 3 in which the first electrode 8 has a pn junction can efficiently cause the light-emitting element to emit light at a lower voltage than a light-emitting element using FN tunneling.

また、第1電極8がpn接合を有する第1発光素子3とFNトンネリングを利用した発光素子に同じ電圧を印加した場合、第1電極8がpn接合を有する第1発光素子3の方が輝度が大きくなる。また、第1電極8がpn接合を有する第1発光素子3では、担持体部9の一箇所に電界が集中し素子全体が破壊してしまうという問題は生じない。
さらには、FNトンネリングを利用した電子注入方法では、ホットエレクトロンの発生箇所および加速箇所が担持体部9であるため、発光に必要な電圧を印加したとき、担持体部9には多大なダメージが入るのに対し、pn接合を利用した電子注入方法によると、ホットエレクトロンの発生箇所はpn接合であって、また、加速箇所は担持体部9であり、分かれているために、高電界が印加される担持体部9へのダメージが小さいという利点がある。
In addition, when the same voltage is applied to the first light-emitting element 3 in which the first electrode 8 has a pn junction and the light-emitting element using FN tunneling, the first light-emitting element 3 in which the first electrode 8 has a pn junction has a higher luminance. Becomes larger. Further, in the first light emitting element 3 in which the first electrode 8 has a pn junction, there is no problem that the electric field concentrates on one place of the carrier portion 9 and the entire element is destroyed.
Furthermore, in the electron injection method using FN tunneling, the location where hot electrons are generated and the acceleration location are the carrier 9, and therefore, when the voltage necessary for light emission is applied, the carrier 9 is greatly damaged. On the other hand, according to the electron injection method using the pn junction, the hot electron generation site is the pn junction and the acceleration site is the carrier portion 9 and is separated, so that a high electric field is applied. There is an advantage that damage to the carrier portion 9 is small.

また、FNトンネリングを利用した発光素子では、電極間の電界が最も大きい箇所で強く発光が生じ、電極間の電界が小さい箇所ではほとんど発光しないため発光のむらが生じる。従って、担持体部9の膜厚ばらつきが発光むらに直接影響してしまう。
一方で、pn接合を有する第1発光素子3では、第1電極8内のpn接合近傍で発生したホットエレクトロンが発光体7に衝突することにより発光体7を発光させると考えられる。本方法で発生したホットエレクトロンのエネルギーは、p型半導体部71と第2電極10またはn型半導体部72と第2電極10の間に印加された電界によって決まり、担持体部9の膜厚ばらつきと無関係にホットエレクトロンの得るエネルギーが決まる。従って、担持体部9の膜厚の影響は小さいため、発光むらを小さく抑えることが可能である。
In addition, in a light-emitting element using FN tunneling, strong light emission occurs at a portion where the electric field between the electrodes is the largest, and light emission is uneven at a portion where the electric field between the electrodes is small. Therefore, the film thickness variation of the carrier portion 9 directly affects the unevenness of light emission.
On the other hand, in the first light emitting element 3 having a pn junction, it is considered that the light emitter 7 emits light when hot electrons generated near the pn junction in the first electrode 8 collide with the light emitter 7. The energy of hot electrons generated by this method is determined by the electric field applied between the p-type semiconductor portion 71 and the second electrode 10 or between the n-type semiconductor portion 72 and the second electrode 10, and the film thickness variation of the carrier portion 9. Regardless of, the energy gained by hot electrons is determined. Accordingly, since the influence of the film thickness of the carrier portion 9 is small, it is possible to suppress the uneven light emission.

p型半導体部71及びn型半導体部72が形成するpn接合は、担持体部9と接する第1電極8の表面に一定の間隔で形成されてもよい。また、p型半導体部71及びn型半導体部72が形成するpn接合は、担持体部9と接する第1電極8の表面に均一に形成されてもよい。このことにより第1発光素子3をむらなく発光させることができる。
例えば、第1電極8は、n型シリコン基板に櫛型のp型シリコン領域を形成してもよく、また、n型シリコン基板に井桁型にp型シリコン領域を形成してもよい。また、p型シリコンとn型シリコンは逆であってもよい。このような構成により、pn接合を担持体部9と接する第1電極8の表面に一定の間隔または均一に形成することができる。
The pn junctions formed by the p-type semiconductor unit 71 and the n-type semiconductor unit 72 may be formed on the surface of the first electrode 8 in contact with the carrier 9 at regular intervals. Further, the pn junction formed by the p-type semiconductor portion 71 and the n-type semiconductor portion 72 may be formed uniformly on the surface of the first electrode 8 in contact with the carrier portion 9. As a result, the first light emitting element 3 can emit light evenly.
For example, the first electrode 8 may form a comb-type p-type silicon region on an n-type silicon substrate, or may form a p-type silicon region in a cross-beam type on an n-type silicon substrate. Further, the p-type silicon and the n-type silicon may be reversed. With such a configuration, the pn junction can be formed on the surface of the first electrode 8 in contact with the carrier portion 9 at a constant interval or uniformly.

また、第1電極8は、担持体部9と接する表面に複数の凸部を有し、前記凸部の上端と第2電極10との間隔は、第1電極8の前記凸部以外の部分と第2電極10との間隔より狭くてもよい。このような構成により、第1発光素子3をむらなく発光させることができる。このことを図面を用いて以下に説明する。
図9(a)は、本発明の一実施形態の光電気混載基板に含まれる第1発光素子であり凸部としてカーボンナノチューブなどを用いた第1発光素子の概略断面図である。図9(b)は、本発明の一実施形態の光電気混載基板に含まれる第1発光素子であり円錐形状の凸部を形成した第1発光素子の概略断面図である。図9(c)は、第1電極と第2電極の間に電圧を印加した場合の本発明の一実施形態の光電気混載基板に含まれる第1発光素子の概略断面図である。
The first electrode 8 has a plurality of convex portions on the surface in contact with the carrier portion 9, and the interval between the upper end of the convex portion and the second electrode 10 is a portion other than the convex portions of the first electrode 8. And may be narrower than the distance between the second electrode 10 and the second electrode 10. With such a configuration, the first light emitting element 3 can emit light evenly. This will be described below with reference to the drawings.
FIG. 9A is a schematic cross-sectional view of a first light-emitting element that is a first light-emitting element included in the opto-electric hybrid board according to the embodiment of the present invention and uses carbon nanotubes or the like as convex portions. FIG. 9B is a schematic cross-sectional view of a first light-emitting element that is a first light-emitting element included in the opto-electric hybrid board according to the embodiment of the present invention and that has a conical convex portion. FIG. 9C is a schematic cross-sectional view of the first light emitting element included in the opto-electric hybrid board according to the embodiment of the present invention when a voltage is applied between the first electrode and the second electrode.

複数の凸部75を有する第1発光素子3では図9(a)、図9(b)に示すように凸部75の上端と第2電極10との間の長さD1は、凸部75が形成されていない第1電極8と第2電極10との間の長さD2よりも短くなる。このような第1発光素子3の第1電極8と第2電極10との間に電圧を印加すると、凸部75の上端と第2電極10の間の担持体部9に印加される電界は、凸部75が形成されていない部分の第1電極8と第2電極10の間の担持体部9に印加される電界よりも大きくなる。更に、凸部75の先端への電界集中効果により、凸部75が形成されていない部分の上端の第1電極8の電子より凸部75の上端の電子が担持体部9に供給されやすくなる。このことにより、凸部75の上端と第2電極10との間に選択的に電子が流れる。   In the first light-emitting element 3 having a plurality of convex portions 75, the length D1 between the upper end of the convex portion 75 and the second electrode 10 is as shown in FIGS. 9A and 9B. This is shorter than the length D2 between the first electrode 8 and the second electrode 10 where no is formed. When a voltage is applied between the first electrode 8 and the second electrode 10 of the first light emitting element 3, the electric field applied to the carrier portion 9 between the upper end of the convex portion 75 and the second electrode 10 is The electric field applied to the carrier portion 9 between the first electrode 8 and the second electrode 10 in the portion where the convex portion 75 is not formed becomes larger. Further, due to the electric field concentration effect on the tip of the convex portion 75, the electrons at the upper end of the convex portion 75 are more easily supplied to the carrier 9 than the electrons of the first electrode 8 at the upper end of the portion where the convex portion 75 is not formed. . As a result, electrons selectively flow between the upper end of the convex portion 75 and the second electrode 10.

この凸部75の上端から供給され担持体部9を流れる電子が第1電極8と第2電極10の間に印加された電界により加速される。この加速された電子により第1発光素子3は発光するが、そのメカニズムは明らかではない。たとえば次のように考えられる。加速された電子は、担持体部9中の発光体7と相互作用することで発光体7の電子が励起され発光体7が発光すると考えられる。あるいは加速された電子のエネルギーが電磁波等の他のエネルギーに一旦変換された後、発光体7にエネルギーを与え発光体7が発光すると考えられる。このように直接あるいは間接的にエネルギーを与えることで発光体7の電子が励起され発光体7が発光すると考えられる。   Electrons supplied from the upper end of the convex portion 75 and flowing through the carrier portion 9 are accelerated by the electric field applied between the first electrode 8 and the second electrode 10. The first light emitting element 3 emits light by the accelerated electrons, but the mechanism is not clear. For example, it can be considered as follows. It is considered that the accelerated electrons interact with the light emitter 7 in the carrier portion 9 to excite the electrons of the light emitter 7 so that the light emitter 7 emits light. Alternatively, it is considered that the energy of the accelerated electrons is once converted into other energy such as electromagnetic waves, and then energy is given to the light emitter 7 so that the light emitter 7 emits light. Thus, it is considered that the electrons of the light emitter 7 are excited by directly or indirectly applying energy and the light emitter 7 emits light.

さらに、第1電極8が複数の凸部75を有する第1発光素子3では、凸部75が第1電極8の表面に均一に分布させることができるため、図9(c)のように均一に分布した凸部75と第2電極10の間の発光領域76に含まれる発光体7で発光させることができる。その結果、第1電極8が複数の凸部75を有する第1発光素子3では発光にむらが生じない。なお、この説明では第1電極8から電子が供給されると説明したが、第2電極10から電子が供給される場合も同様の効果が生じる。   Furthermore, in the 1st light emitting element 3 in which the 1st electrode 8 has the some convex part 75, since the convex part 75 can be uniformly distributed on the surface of the 1st electrode 8, it is uniform like FIG.9 (c). The light emitting body 7 included in the light emitting region 76 between the convex portions 75 distributed in the second electrode 10 can emit light. As a result, unevenness in light emission does not occur in the first light emitting element 3 in which the first electrode 8 has a plurality of convex portions 75. In this description, it has been described that electrons are supplied from the first electrode 8, but the same effect also occurs when electrons are supplied from the second electrode 10.

また、さらに凸部75の上部を尖端形状とすることにより、より凸部75の上端の電子が担持体部9に供給されやすくなる。このことにより凸部75の上端と第2電極10の間の発光体7で発光を生じやすくすることができる。また、凸部75の上部を尖端形状とすることのより、発光する発光領域76をより均一にすることができる。
また、凸部75は、担持体部9と接する第1電極8の表面に均一に形成されていてもよい。このことにより、第1発光素子をむらなく発光させることができる。
Further, by making the upper portion of the convex portion 75 have a pointed shape, electrons at the upper end of the convex portion 75 are more easily supplied to the carrier portion 9. As a result, the light emitter 7 between the upper end of the convex portion 75 and the second electrode 10 can easily emit light. In addition, the light emitting region 76 that emits light can be made more uniform by making the upper portion of the convex portion 75 have a pointed shape.
Further, the convex portion 75 may be uniformly formed on the surface of the first electrode 8 in contact with the carrier portion 9. Thereby, the first light emitting element can emit light evenly.

次に、第1電極8が有することができる凸部75の形成方法を具体的に説明する。
凸部75を有する第1電極8は、例えば導電性のシリコン基板を用いて形成することができる。ここでは、一例としてエッチングを利用した形成方法、レーザーアニールを利用した形成方法及びカーボンナノチューブを形成する方法について説明する。
Next, the formation method of the convex part 75 which the 1st electrode 8 can have is demonstrated concretely.
The 1st electrode 8 which has the convex part 75 can be formed, for example using a conductive silicon substrate. Here, as an example, a forming method using etching, a forming method using laser annealing, and a method of forming carbon nanotubes will be described.

まず、エッチングを利用した凸部75の形成方法について説明する。
第1電極8の表面にドット状のエッチングマスクを形成し、第1電極8の表面のエッチングを行う。エッチングでは、マスクを形成していない第1電極8から除去されていき、また、ドット状のエッチングマスクの下の第1電極8の外側から徐々に除去されていく。エッチングを続けていくと、ドット状のエッチングマスクの中心部の直下の第1電極8を頂点とした円錐形の第1電極8をエッチングされずに残すことができる。この後、マスクを除去することにより、円錐形状の凸部75を有する第1電極8を形成することができる。
First, the formation method of the convex part 75 using an etching is demonstrated.
A dot-like etching mask is formed on the surface of the first electrode 8, and the surface of the first electrode 8 is etched. In the etching, it is removed from the first electrode 8 on which the mask is not formed, and is gradually removed from the outside of the first electrode 8 under the dot-like etching mask. When the etching is continued, the conical first electrode 8 having the first electrode 8 directly below the center of the dot-shaped etching mask as a vertex can be left without being etched. Then, the 1st electrode 8 which has the cone-shaped convex part 75 can be formed by removing a mask.

次にレーザーアニールを利用した凸部75の形成方法について説明する。
例えば、シリコン基板にコヒーレントな直線偏光レーザービームを横方向に移動させながら照射し、この照射をシリコン基板の縦方向に順次行い、アニール処理する。このアニール処理において、周期的な光強度分布に対応した温度分布がシリコン基板に生じる。このため、シリコン基板の表面には、周期的なモジュレーションを有するストライプ形状が形成される。さらに、このシリコン基板を照射面の垂直軸周りに90度回転させ、再度レーザービームを照射し、同様のアニール処理を行うことができる。このことにより、90度に交差するストライプの交点にアイランド状の凸部75を有する第1電極8を形成することができる。例えば、532nmの波長のレーザーを用いて上記のシリコン基板のアニール処理を行った場合、間隔が約500〜550nmで高さが30〜50nmの凸部を有する第1電極8を形成することができる。
Next, a method for forming the convex portion 75 using laser annealing will be described.
For example, a silicon substrate is irradiated with a coherent linearly polarized laser beam while being moved in the horizontal direction, and this irradiation is sequentially performed in the vertical direction of the silicon substrate for annealing treatment. In this annealing process, a temperature distribution corresponding to the periodic light intensity distribution is generated in the silicon substrate. Therefore, a stripe shape having periodic modulation is formed on the surface of the silicon substrate. Further, this silicon substrate can be rotated by 90 degrees around the vertical axis of the irradiated surface, irradiated with a laser beam again, and similar annealing treatment can be performed. As a result, the first electrode 8 having the island-shaped convex portions 75 at the intersections of the stripes intersecting at 90 degrees can be formed. For example, when the above silicon substrate is annealed using a laser having a wavelength of 532 nm, the first electrode 8 having convex portions with an interval of about 500 to 550 nm and a height of 30 to 50 nm can be formed. .

次にカーボンナノチューブを用いて凸部75を形成方法について説明する。
メッキ法により第1電極8の表面にカーボンナノチューブ成長において触媒作用を有する材料(例えば、鉄、ニッケル、コバルト等の鉄族金属や白金、ロジウム等)を形成し、その後、メタン、エタン、プロパン、エチレン、プロピレン等の炭化水素系ガスを流し、熱CVD法、プラズマCVD法により第1電極8の表面にカーボンナノチューブを作成することができる。
Next, a method for forming the convex portion 75 using carbon nanotubes will be described.
A material (for example, iron group metal such as iron, nickel, cobalt, platinum, rhodium, etc.) having a catalytic action in the growth of carbon nanotubes is formed on the surface of the first electrode 8 by plating, and then methane, ethane, propane, Carbon nanotubes can be formed on the surface of the first electrode 8 by flowing a hydrocarbon-based gas such as ethylene or propylene and using the thermal CVD method or the plasma CVD method.

5.担持体部
担持体部9は、第1発光素子3を構成し、第1電極8と第2電極10とに挟まれ、透光性を有し、内部に発光体7を有すれば特に限定されない。例えば、担持体部9は、絶縁体である。また、例えば、担持体部9は、酸化シリコン、窒化シリコン又は酸窒化シリコンからなる。これらはシリコン系の絶縁体であり、シリコンはゲルマニウムよりも酸素と結合しやすいため、発光体がGeO及びGeO2を含む微粒子の場合ゲルマニウム原子が不必要に酸素と結合することを防止することができる。また、酸化シリコン、窒化シリコン又は酸窒化シリコンは比較的酸素を透過しにくいのでゲルマニウム原子が外気の浸透によって酸化されないので、発光が安定し劣化も少ない。また、酸化シリコン、窒化シリコン又は酸窒化シリコンは通常のシリコン半導体プロセスで製膜可能であるので量産性に優れている。
5. Carrier part The carrier part 9 constitutes the first light emitting element 3, is sandwiched between the first electrode 8 and the second electrode 10, has translucency, and has a light emitter 7 inside, so that it is particularly limited. Not. For example, the carrier part 9 is an insulator. For example, the carrier 9 is made of silicon oxide, silicon nitride, or silicon oxynitride. These are silicon-based insulators, and silicon is more easily bonded to oxygen than germanium. Therefore, when the light emitter is a fine particle containing GeO and GeO 2 , germanium atoms can be prevented from being unnecessarily bonded to oxygen. it can. In addition, since silicon oxide, silicon nitride, or silicon oxynitride is relatively difficult to transmit oxygen, germanium atoms are not oxidized by permeation of outside air, so that light emission is stable and deterioration is small. Silicon oxide, silicon nitride, or silicon oxynitride is excellent in mass productivity because it can be formed by a normal silicon semiconductor process.

担持体部9の厚さは、例えば10nm以上100nm以下(例えば10、20、30、40、50、60、70、80、90及び100nmのうちいずれか2つの間の範囲)である。
なお、本発明で透光性とは、その発光素子が発光する光を透過することができることをいう。担持体部9の光透過率は、例えば波長300〜500nmの光の透過率が80%以上であることが好ましい。発光体7がGeO及びGeO2を含む微粒子の場合、発光体7から放出される光のピーク波長は390nm前後であるので、波長300〜500nmでの光透過率が高ければその分だけ光取り出し効率が高くなるからである。
The thickness of the carrier 9 is, for example, 10 nm or more and 100 nm or less (for example, a range between any two of 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, and 100 nm).
Note that translucency in the present invention means that light emitted from the light-emitting element can be transmitted. As for the light transmittance of the carrier part 9, it is preferable that the transmittance | permeability of the light with a wavelength of 300-500 nm is 80% or more, for example. When the light emitter 7 is a fine particle containing GeO and GeO 2 , the peak wavelength of the light emitted from the light emitter 7 is around 390 nm. Therefore, if the light transmittance at a wavelength of 300 to 500 nm is high, the light extraction efficiency is correspondingly increased. Because it becomes higher.

6.発光体
発光体7は、担持体部9の内部に形成され、第1電極8と第2電極10との間に電圧を印加することにより発光するものであれば特に限定されない。また、発光体7は担持体部9に複数形成されたものでもよい。例えば、微粒子、金属原子、金属イオンであり、また、例えば、ゲルマニウム、シリコン又はスズの微粒子である。また、発光体7は例えばGeO及びGeO2を含む微粒子とすることができる。この場合、発光体7はゲルマニウム(金属)を含んでもよい。発光体7の数密度は、特に限定されないが例えば、1×1016個/cm3〜1×1021個/cm3である。
6). Light Emitter The light emitter 7 is not particularly limited as long as it is formed inside the carrier portion 9 and emits light when a voltage is applied between the first electrode 8 and the second electrode 10. Further, a plurality of the light emitters 7 may be formed on the carrier portion 9. For example, fine particles, metal atoms, metal ions, and fine particles of, for example, germanium, silicon, or tin. Further, the light emitter 7 can be a fine particle containing, for example, GeO and GeO 2 . In this case, the light emitter 7 may contain germanium (metal). The number density of the light emitters 7 is not particularly limited, and is, for example, 1 × 10 16 pieces / cm 3 to 1 × 10 21 pieces / cm 3 .

発光体7が微粒子の場合、発光体7は、好ましくは、最大粒径が1nm以上20nm以下である。この場合、発光効率が特に高くなるからである。本発明において、「最大粒径」とは、担持体部9の任意の断面(図1(c)のような断面であってもよく、紙面に垂直な断面であってもよい。)の100nm角の範囲をTEM観察した場合に観察できた微粒子のうち粒径が最も大きいものの粒径を意味する。また、本発明において「粒径」とは、断面TEM写真で見た場合に、TEM写真に射影され微粒子の平面像が含むことのできる最も長い線分の長さを意味する。微粒子の最大粒径は、例えば、1,2,3,4,5,6,7,8,9、10、12、14、16、18又は20nmである。微粒子の最大粒径は、ここで例示した何れか2つの数値の間の範囲内であってもよく、何れか1つの数値以下であってもよい。   When the light emitter 7 is a fine particle, the light emitter 7 preferably has a maximum particle diameter of 1 nm or more and 20 nm or less. This is because the luminous efficiency is particularly high in this case. In the present invention, the “maximum particle size” is 100 nm of an arbitrary cross section of the carrier portion 9 (a cross section as shown in FIG. 1C or a cross section perpendicular to the paper surface). It means the particle size of the largest particle among the fine particles that can be observed when the corner range is observed by TEM. Further, in the present invention, “particle size” means the length of the longest line segment that can be projected on a TEM photograph and included in a planar image of a fine particle when viewed with a cross-sectional TEM photograph. The maximum particle size of the fine particles is, for example, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 18, or 20 nm. The maximum particle diameter of the fine particles may be within a range between any two numerical values exemplified here, or may be equal to or smaller than any one numerical value.

発光体7がGeO及びGeO2を含む微粒子の場合、酸化ゲルマニウム全体(GeO2+GeO)に対するGeOの割合は、XPSスペクトルのGeの3dピーク付近のスペクトルにおいて、GeO2に起因するピークの面積SGeO2と、GeOに起因するピークの面積SGeOを求め、SGeO/(SGeO2+SGeO)を算出することによって求めることができる。XPS測定のためのX線源には、例えば単色化したAl、Kα線(1486.6eV)を用いることができる。GeO2に起因するピークとGeOに起因するピークは、裾野が重なるが、ガウスフィッティングを行ってGeO2に起因するピークとGeOに起因するピークとを波形分離することによって面積SGeO2及びSGeOを求めることができる。GeO2及びGeOのピークエネルギーは、それぞれ約33.5,32eVである。 When light emitter 7 is a particulate containing GeO and GeO 2, the ratio of GeO to the entire germanium oxide (GeO 2 + GeO), in spectrum around 3d peak of Ge XPS spectra, the area of the peak due to GeO 2 S GeO2 When obtains the area S GeO the peak due to GeO, it can be determined by calculating the S GeO / (S GeO2 + S GeO). As an X-ray source for XPS measurement, for example, monochromatic Al and Kα rays (1486.6 eV) can be used. The peaks due to GeO 2 and the peaks due to GeO have overlapping bases , but Gaussian fitting is performed to separate the peaks due to GeO 2 and the peaks due to GeO into waveforms S GeO 2 and S GeO . Can be sought. The peak energies of GeO 2 and GeO are about 33.5 and 32 eV, respectively.

発光体7がGeO及びGeO2を含む微粒子の場合、発光体7に含まれるGeOとGeO2の合計を100%としたときGeOを10%以上含むことができる。GeOの割合が小さすぎると発光しなかったり発光強度が小さくなりすぎる可能性がある。GeOの割合は、具体的には例えば10、20、30、40、50、60、70、80、90、95、99、100%である。GeOの割合は、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。 When the luminous body 7 is a fine particle containing GeO and GeO 2 , GeO can be contained at 10% or more when the total of GeO and GeO 2 contained in the luminous body 7 is 100%. If the proportion of GeO is too small, there is a possibility that no light is emitted or the light emission intensity is too small. Specifically, the proportion of GeO is, for example, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 95, 99, 100%. The ratio of GeO may be within a range between any two of the numerical values exemplified here.

ところで、XPSスペクトルのGeの2pピーク付近のスペクトルにおいて、ゲルマニウム(Ge)に起因するピークの面積SGeと、酸化ゲルマニウム(GeO+GeO2)に起因するピークの面積S酸化Geを求め、SGeO/(SGe+S酸化Ge)を算出することによってGeの酸化率を求めることができる。この酸化率の平均値は、特に限定されないが、例えば、1,5,10,15,20,25,30,34.9,35,40,45,50,55,60,60.1,65,70,70.1,75,80,85,90,95,99,100%である。この酸化率の平均値は、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。 Incidentally, in the spectrum around 2p peak of Ge XPS spectra, determined the area S Ge of peaks due to germanium (Ge), the area S Ge oxide of peak caused by germanium oxide (GeO + GeO 2), S GeO / ( The oxidation rate of Ge can be obtained by calculating (S Ge + S oxide Ge ). Although the average value of this oxidation rate is not specifically limited, For example, 1, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 34.9, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 60.1, 65 , 70, 70.1, 75, 80, 85, 90, 95, 99, 100%. The average value of the oxidation rate may be within a range between any two of the numerical values exemplified here.

本実施形態の光電気混載基板11に含まれる第1発光素子3は、第1電極8と第2電極10との間に電圧印加をした際のエレクトロルミネッセンス(EL)の波長のピークが340〜440nm(より厳密には、350〜430nm,360〜420nm,370〜410nm,380〜400nm又は385〜395nm)の範囲内である。または、担持体部9に対して電子線を5keVで照射した際のカソードルミネッセンス(CL)の波長のピークが340〜440nm(より厳密には、350〜430nm,360〜420nm,370〜410nm,380〜400nm又は385〜395nm)の範囲内であってもよい。ELの波長は、CLの波長から若干ずれる可能性があるが、CLの波長とほぼ同じである。   In the first light-emitting element 3 included in the opto-electric hybrid board 11 of the present embodiment, the peak of electroluminescence (EL) wavelength when a voltage is applied between the first electrode 8 and the second electrode 10 is 340 to 400. It is within the range of 440 nm (more strictly speaking, 350 to 430 nm, 360 to 420 nm, 370 to 410 nm, 380 to 400 nm, or 385 to 395 nm). Or the peak of the wavelength of cathodoluminescence (CL) when irradiating the support 9 with an electron beam at 5 keV is 340 to 440 nm (more strictly, 350 to 430 nm, 360 to 420 nm, 370 to 410 nm, 380 ˜400 nm or 385 to 395 nm). The EL wavelength may be slightly different from the CL wavelength, but is approximately the same as the CL wavelength.

7.第2電極
第2電極10は、第1発光素子3を構成する電極であり、透光性を有すれば特に限定されない。例えば、第2電極10は、波長300nm以上500nm以下の光の透過率が60%以上99.99%以下の電極とすることができる。透光性は、第2電極10を構成する材料自体が有してもよく、第2電極10に隙間や穴を作ることにより透光性を付与してもよい。例えば、第2電極10は、ITOなどの金属酸化物薄膜またはAl、Ti、Taなどの金属薄膜またはSi、SiC、GaNなどの半導体薄膜である。
7). 2nd electrode The 2nd electrode 10 is an electrode which comprises the 1st light emitting element 3, and if it has translucency, it will not specifically limit. For example, the second electrode 10 can be an electrode having a light transmittance of 60% or more and 99.99% or less with a wavelength of 300 nm or more and 500 nm or less. The translucency may be possessed by the material constituting the second electrode 10 itself, or may be imparted by forming a gap or a hole in the second electrode 10. For example, the second electrode 10 is a metal oxide thin film such as ITO, a metal thin film such as Al, Ti, or Ta, or a semiconductor thin film such as Si, SiC, or GaN.

8.第1受光素子
第1受光素子5は、第1半導体基板6に設けられてもよい。第1受光素子5は、第1半導体回路1と電気的に接続し、かつ、第2発光素子33または第3発光素子53が出力した光を光入力することができる。また、第1受光素子5は、光学的接続部45を介して、第2発光素子33または第3発光素子53などが出力した光を光入力することができる。
第1受光素子5を設けることにより、第1半導体回路1は、第2半導体回路31、第3半導体回路51などと双方向の高速光通信をすることができる。
8). First Light Receiving Element The first light receiving element 5 may be provided on the first semiconductor substrate 6. The first light receiving element 5 is electrically connected to the first semiconductor circuit 1 and can receive light output from the second light emitting element 33 or the third light emitting element 53. Further, the first light receiving element 5 can receive light output from the second light emitting element 33 or the third light emitting element 53 through the optical connection portion 45.
By providing the first light receiving element 5, the first semiconductor circuit 1 can perform bidirectional high-speed optical communication with the second semiconductor circuit 31, the third semiconductor circuit 51, and the like.

第1受光素子5は、第1発光素子3と隣接して設けることができる。このことにより、1つの光学的接続部45を用いて双方向の高速光通信を行うことができる。また、第1受光素子5と第1半導体回路1との間にデコーダ回路が設けられてもよい。このことにより、第1受光素子5が受信した符号化された信号を復号化して第1半導体回路1に伝送することができる。   The first light receiving element 5 can be provided adjacent to the first light emitting element 3. Thus, bidirectional high-speed optical communication can be performed using one optical connection unit 45. A decoder circuit may be provided between the first light receiving element 5 and the first semiconductor circuit 1. As a result, the encoded signal received by the first light receiving element 5 can be decoded and transmitted to the first semiconductor circuit 1.

図10は、本発明の一実施形態の光電気混載基板の概略断面図であり、第1半導体回路1、第1発光素子3および第1受光素子5が設けられている。図10に示すように第1半導体回路1であるCMOS回路を構成するp型トランジスタ65、n型トランジスタ66および第1発光素子3に加えて、第1受光素子5を第1半導体基板6に作製することができる。   FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of an opto-electric hybrid board according to an embodiment of the present invention, in which a first semiconductor circuit 1, a first light emitting element 3, and a first light receiving element 5 are provided. As shown in FIG. 10, in addition to the p-type transistor 65, the n-type transistor 66 and the first light emitting element 3 constituting the CMOS circuit which is the first semiconductor circuit 1, the first light receiving element 5 is fabricated on the first semiconductor substrate 6. can do.

例えば、図1(b)、図10に示すように第1受光素子5は、n型領域12とp型領域13がpn接合した領域を有しており、その上部に受光窓68を有した構造となっている。光学的接続部45を通って受光窓68から入射した光が前記pn接合に入射すると、シリコン基板内で電子とホールが生成され、電圧が発生することとなる。このことにより、光信号を電気信号に変換することができる。
なお、第1半導体基板6がp型半導体またはn型半導体である場合、p型領域13およびn型領域12のうちどちらか一方を省略することが可能である。
For example, as shown in FIGS. 1B and 10, the first light receiving element 5 has a region where the n-type region 12 and the p-type region 13 are pn-junctioned, and has a light-receiving window 68 on the upper portion thereof. It has a structure. When light incident from the light receiving window 68 through the optical connection portion 45 enters the pn junction, electrons and holes are generated in the silicon substrate, and a voltage is generated. Thereby, an optical signal can be converted into an electric signal.
When the first semiconductor substrate 6 is a p-type semiconductor or an n-type semiconductor, one of the p-type region 13 and the n-type region 12 can be omitted.

9.第4発光素子
第4発光素子43は、第1半導体基板6に設けられてもよい。第4発光素子43は、第1半導体回路1と電気的に接続し、かつ、第1半導体回路1が演算処理を行った信号を第1発光素子3と異なる波長の光で光出力してもよい。このことにより、第1発光素子3と第4発光素子43で異なる信号を発信することができ、光通信の情報量を大きくすることができる。
第4発光素子43は、図2のように第1発光素子3と隣接して設けてもよい。このことにより、第1発光素子3と第4発光素子43が光出力する光を同一の光学的接続部45を用いて伝送することができる。
9. Fourth Light Emitting Element The fourth light emitting element 43 may be provided on the first semiconductor substrate 6. The fourth light emitting element 43 is electrically connected to the first semiconductor circuit 1, and even if the signal subjected to the arithmetic processing by the first semiconductor circuit 1 is output as light having a wavelength different from that of the first light emitting element 3. Good. As a result, different signals can be transmitted between the first light emitting element 3 and the fourth light emitting element 43, and the amount of information in optical communication can be increased.
The fourth light emitting element 43 may be provided adjacent to the first light emitting element 3 as shown in FIG. As a result, the light output by the first light emitting element 3 and the fourth light emitting element 43 can be transmitted using the same optical connection portion 45.

また、第4発光素子43は、図5に示した発光素子57に含まれてもよい。また、第4発光素子43は、複数であってもよく、それぞれ異なる波長の光で光出力してもよい。このことにより、光通信の情報量をより大きくすることができる。
例えば、第4発光素子43は、第1発光素子3と同様の構造を有するものの上部に蛍光体を含むフィルターを形成してものでもよく、また、第1発光素子3と発光体7の種類を変えたものでもよい。また、第1発光素子3と構造が異なるものでもよい。
Further, the fourth light emitting element 43 may be included in the light emitting element 57 shown in FIG. The fourth light emitting element 43 may be plural, and may output light with different wavelengths of light. As a result, the amount of information in optical communication can be increased.
For example, the fourth light emitting element 43 may have a structure similar to that of the first light emitting element 3 but may be formed with a filter including a phosphor on the top, and the types of the first light emitting element 3 and the light emitting body 7 may be selected. It may be changed. Further, the first light emitting element 3 may have a different structure.

10.第2半導体回路
第2半導体回路31は、第1半導体基板6に形成されてもよい。また、第2半導体回路31は、第2発光素子33および第2受光素子35と電気的に接続し、かつ、信号の演算処理を行う回路であってもよい。例えば、第2半導体回路31は、複数のトランジスタなどから構成された半導体回路である。例えば、CMOS回路などである。第2半導体回路31は、第2発光素子33および第2受光素子35と電気的に接続することにより、第1半導体回路1と光通信を行うことができる。
10. Second Semiconductor Circuit The second semiconductor circuit 31 may be formed on the first semiconductor substrate 6. In addition, the second semiconductor circuit 31 may be a circuit that is electrically connected to the second light emitting element 33 and the second light receiving element 35 and performs signal calculation processing. For example, the second semiconductor circuit 31 is a semiconductor circuit composed of a plurality of transistors and the like. For example, a CMOS circuit. The second semiconductor circuit 31 can perform optical communication with the first semiconductor circuit 1 by being electrically connected to the second light emitting element 33 and the second light receiving element 35.

11.第2発光素子
第2発光素子33は、第1半導体基板6に形成されてもよい。また、第2発光素子33は、第2半導体回路31と電気的に接続し、かつ、第2半導体回路31が演算処理を行った信号を光出力してもよい。また、第2発光素子33が光出力した光を、光学的接続部45を介して第1受光素子5が光入力してもよい。このことにより、第2半導体回路31が演算処理した信号を第1半導体回路に伝送することができる。
第2発光素子33は、第1発光素子3や第4発光素子43と同様の構造を有してもよく、異なる構造を有してもよい。
また、第2発光素子33は、第2半導体回路31に隣接して設けられてもよい。このことにより、寄生インダクタンスや寄生容量を少なくすることができる。
11. Second Light Emitting Element The second light emitting element 33 may be formed on the first semiconductor substrate 6. In addition, the second light emitting element 33 may be electrically connected to the second semiconductor circuit 31 and optically output a signal that has been subjected to arithmetic processing by the second semiconductor circuit 31. Further, the light output from the second light emitting element 33 may be input to the first light receiving element 5 through the optical connection portion 45. As a result, the signal processed by the second semiconductor circuit 31 can be transmitted to the first semiconductor circuit.
The second light emitting element 33 may have the same structure as the first light emitting element 3 or the fourth light emitting element 43, or may have a different structure.
Further, the second light emitting element 33 may be provided adjacent to the second semiconductor circuit 31. As a result, parasitic inductance and parasitic capacitance can be reduced.

12.第2受光素子
第2受光素子35は、第1半導体基板6に形成されてもよい。また、第2受光素子35は、第2半導体回路31と電気的に接続し、第1発光素子3が出力した光を光学的接続部45を介して光入力してもよい。このことにより、第1半導体回路1が演算処理を行った信号を第2半導体回路31に伝送することができる。
第2受光素子35は、第1受光素子5と同様の構造を有してもよく、異なる構造を有してもよい。
12 Second Light Receiving Element The second light receiving element 35 may be formed on the first semiconductor substrate 6. Further, the second light receiving element 35 may be electrically connected to the second semiconductor circuit 31, and the light output from the first light emitting element 3 may be optically input via the optical connection unit 45. As a result, the signal that the first semiconductor circuit 1 has performed arithmetic processing can be transmitted to the second semiconductor circuit 31.
The second light receiving element 35 may have the same structure as the first light receiving element 5, or may have a different structure.

13.第2半導体基板
第2半導体基板56は、半導体装置60を構成し、第3半導体回路51、第3発光素子53および第3受光素子55を設けることができる半導体の基板であってもよい。例えば、第2半導体基板56は、第1半導体基板6または光電気混載基板11と同種のものであってもよく、異なる種類のものであってもよい。また、第2半導体基板56は、第1半導体基板6と同一の装置に設置されたものでもよく、異なる装置に設置されたものであってもよい。
また、第2半導体基板56は第1半導体基板6に対向されて配置されてもよく、第3受光素子55は、第1発光素子3と対向して配置されてもよく、第3発光素子53は、第1受光素子5と対向して配置されてもよい。
13. Second Semiconductor Substrate The second semiconductor substrate 56 may be a semiconductor substrate that constitutes the semiconductor device 60 and can be provided with the third semiconductor circuit 51, the third light emitting element 53, and the third light receiving element 55. For example, the second semiconductor substrate 56 may be the same type as the first semiconductor substrate 6 or the opto-electric hybrid board 11 or may be a different type. The second semiconductor substrate 56 may be installed in the same device as the first semiconductor substrate 6 or may be installed in a different device.
The second semiconductor substrate 56 may be disposed to face the first semiconductor substrate 6, the third light receiving element 55 may be disposed to face the first light emitting element 3, and the third light emitting element 53 is disposed. May be arranged to face the first light receiving element 5.

図11は、本発明の一実施形態の半導体装置の概略断面図である。図11に示したように第1半導体基板6と第2半導体基板56とを配置することができる。このことにより、第1半導体回路1と第3半導体回路51は、双方向の光通信を行うことができる。また、このように配置することにより光学的接続部45を省略することも可能である。第1半導体基板6と第2半導体基板56との接着は、従来のボンディング技術を使用すれば可能である。このことにより、占有面積が小さく、高性能な基板を作製することが可能である。   FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 11, the first semiconductor substrate 6 and the second semiconductor substrate 56 can be arranged. As a result, the first semiconductor circuit 1 and the third semiconductor circuit 51 can perform bidirectional optical communication. Further, the optical connection portion 45 can be omitted by arranging in this way. The first semiconductor substrate 6 and the second semiconductor substrate 56 can be bonded by using a conventional bonding technique. This makes it possible to manufacture a high-performance substrate that occupies a small area.

14.第3半導体回路
第3半導体回路51は、第2半導体基板56に形成されてもよい。また、第3半導体回路51は、第3発光素子53および第3受光素子55と電気的に接続し、かつ、信号の演算処理を行う回路であってもよい。例えば、第3半導体回路51は、複数のトランジスタなどから構成された半導体回路である。例えば、CMOS回路などである。第3半導体回路51は、第3発光素子53および第3受光素子55と電気的に接続することにより、第1半導体回路1と光通信を行うことができる。
14 Third Semiconductor Circuit The third semiconductor circuit 51 may be formed on the second semiconductor substrate 56. In addition, the third semiconductor circuit 51 may be a circuit that is electrically connected to the third light emitting element 53 and the third light receiving element 55 and performs signal calculation processing. For example, the third semiconductor circuit 51 is a semiconductor circuit composed of a plurality of transistors and the like. For example, a CMOS circuit. The third semiconductor circuit 51 can perform optical communication with the first semiconductor circuit 1 by being electrically connected to the third light emitting element 53 and the third light receiving element 55.

15.第3発光素子
第3発光素子53は、第2半導体基板56に形成されてもよい。また、第3発光素子53は、第3半導体回路51と電気的に接続し、かつ、第3半導体回路51が演算処理を行った信号を光出力してもよい。また、第3発光素子53が光出力した光を、光学的接続部45を介して第1受光素子5が光入力してもよい。このことにより、第3半導体回路51が演算処理した信号を第1半導体回路1に伝送することができる。
第3発光素子53は、第1発光素子3や第4発光素子43と同様の構造を有してもよく、異なる構造を有してもよい。
15. Third Light Emitting Element The third light emitting element 53 may be formed on the second semiconductor substrate 56. In addition, the third light emitting element 53 may be electrically connected to the third semiconductor circuit 51 and optically output a signal that the third semiconductor circuit 51 has performed arithmetic processing. Further, the light output from the third light emitting element 53 may be input to the first light receiving element 5 through the optical connection portion 45. Thus, the signal processed by the third semiconductor circuit 51 can be transmitted to the first semiconductor circuit 1.
The third light emitting element 53 may have the same structure as the first light emitting element 3 and the fourth light emitting element 43, or may have a different structure.

16.第3受光素子
第3受光素子55は、第2半導体基板56に形成されてもよい。また、第3受光素子55は、第3半導体回路51と電気的に接続し、第1発光素子3が出力した光を光学的接続部45を介して光入力してもよい。このことにより、第1半導体回路1が演算処理を行った信号を第3半導体回路51に伝送することができる。
第3受光素子55は、第1受光素子5と同様の構造を有してもよく、異なる構造を有してもよい。
16. Third Light Receiving Element The third light receiving element 55 may be formed on the second semiconductor substrate 56. Further, the third light receiving element 55 may be electrically connected to the third semiconductor circuit 51, and the light output from the first light emitting element 3 may be optically input through the optical connection unit 45. As a result, the signal that the first semiconductor circuit 1 has performed arithmetic processing can be transmitted to the third semiconductor circuit 51.
The third light receiving element 55 may have the same structure as the first light receiving element 5 or may have a different structure.

17.光学的接続部
光学的接続部45は、発光素子と受光素子を光学的に接続する部分である。例えば、光ファイバや光導波路である。
例えば、光導波路は、第1半導体基板6に設けることができる。例えば、層間膜64の上層に設けることができる。また、光ファイバは、第1半導体基板6や第2半導体基板56に設置することができる。
17. Optical connection portion The optical connection portion 45 is a portion that optically connects the light emitting element and the light receiving element. For example, an optical fiber or an optical waveguide.
For example, the optical waveguide can be provided on the first semiconductor substrate 6. For example, it can be provided in the upper layer of the interlayer film 64. Further, the optical fiber can be installed on the first semiconductor substrate 6 or the second semiconductor substrate 56.

光電気混載基板の製造方法
本発明の一実施形態の光電気混載基板の製造方法について説明する。
図12および図13は、本発明の一実施形態の光電気混載基板の製造方法の説明図である。本実施例においては、第1半導体基板6としてシリコン基板を用いるため、まず第1半導体回路1に含まれるトランジスタの形成を行い、次に第1発光素子3の形成を行う。この理由は、一般にトランジスタのソース・ドレイン領域の活性化アニール温度がGeOおよびGeO2を含む微粒子である発光体7を含む第1発光素子3の発光体7形成に必要なアニール温度よりも高いためである。しかし、第1半導体基板6としてシリコンとゲルマニウムの化合物やゲルマニウム基板を用いる際には、ソース・ドレイン領域の活性化アニールに高温が必要でなくなるため、前記2つの温度が逆転することがある。この場合には、第1発光素子3の形成を行った後、トランジスタの形成を行えばよい。
Described opto-electric hybrid board manufacturing method of an embodiment of a method of manufacturing the present invention of the opto-electric hybrid board.
12 and 13 are explanatory diagrams of a method for manufacturing an opto-electric hybrid board according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, since a silicon substrate is used as the first semiconductor substrate 6, the transistors included in the first semiconductor circuit 1 are formed first, and then the first light emitting element 3 is formed. This is because the activation annealing temperature of the source / drain region of the transistor is generally higher than the annealing temperature necessary for forming the light emitter 7 of the first light emitting element 3 including the light emitter 7 which is a fine particle containing GeO and GeO 2. It is. However, when a compound of silicon and germanium or a germanium substrate is used as the first semiconductor substrate 6, the two temperatures may be reversed because a high temperature is not required for the activation annealing of the source / drain regions. In this case, the transistor may be formed after the first light emitting element 3 is formed.

1.トランジスタの形成
トランジスタの形成は発光素子領域を酸化シリコンや窒化シリコンで覆った状態で行う。Si MOSFETの製造方法はよく知られたものであるのでここでは簡単に説明する。
n型シリコン基板に(1)トレンチ27形成、(2)p型ウェル24形成、(3)ゲート絶縁膜25成膜、(4)ポリシリコン成膜、(5)ゲートエッチング、(6)サイドウォール形成、(7)p型、n型ソース・ドレイン注入、(8)活性化アニール、(9)シリサイド形成の順で形成する。ここまでのプロセスを経た断面図を図12に示す。
1. Formation of Transistor The transistor is formed in a state where the light emitting element region is covered with silicon oxide or silicon nitride. Since the manufacturing method of the Si MOSFET is well known, it will be briefly described here.
(1) trench 27 formation, (2) p-type well 24 formation, (3) gate insulating film 25 formation, (4) polysilicon film formation, (5) gate etching, (6) sidewall on n-type silicon substrate It is formed in the order of formation, (7) p-type, n-type source / drain implantation, (8) activation annealing, and (9) silicide formation. A cross-sectional view through the processes up to here is shown in FIG.

ここで、工程(4)ポリシリコン成膜では、ゲート金属として、スパッタ法等により、直接ゲート金属を堆積しても良い。また、上述のように、p型トランジスタ65のチャネル濃度は、第1半導体基板6のn型領域にさらにn型ウェルを形成して所望のトランジスタの閾値を得ることが可能である。また、p型およびn型トランジスタのソース・ドレイン領域近傍にはハロー領域やエクステンション領域を形成して、短チャネル効果の抑制やソース・ドレイン領域の低抵抗化を行ってもよい。   Here, in the step (4) polysilicon film formation, the gate metal may be directly deposited by sputtering or the like as the gate metal. As described above, the channel concentration of the p-type transistor 65 can be obtained by forming an n-type well in the n-type region of the first semiconductor substrate 6 to obtain a desired transistor threshold value. Further, a halo region or an extension region may be formed in the vicinity of the source / drain regions of the p-type and n-type transistors to suppress the short channel effect and reduce the resistance of the source / drain regions.

2.第1発光素子の形成
トランジスタ形成後、例えば、シリコン酸化膜からなる層間膜64を堆積し、発光素子領域のみをエッチングにより、開口する。後述の工程で用いる、第1発光素子3の担持体部9の膜厚が十分厚い場合や、発光体7のイオン注入時の注入エネルギーが十分に低い場合は、トランジスタと第1発光素子3の層間膜64形成を同時に行ってもよい。
第1発光素子3の形成は、n型シリコン基板に(1)担持体部9、(2)発光体7、(3)第2電極10の順で形成する。
2. Formation of First Light-Emitting Element After the transistor is formed, for example, an interlayer film 64 made of a silicon oxide film is deposited, and only the light-emitting element region is opened by etching. When the film thickness of the carrier portion 9 of the first light-emitting element 3 used in a process described later is sufficiently thick, or when the implantation energy at the time of ion implantation of the light-emitting body 7 is sufficiently low, the transistor and the first light-emitting element 3 The interlayer film 64 may be formed at the same time.
The first light emitting element 3 is formed on the n-type silicon substrate in the order of (1) the carrier 9, (2) the light emitter 7, and (3) the second electrode 10.

2−1.担持体部の形成
第1電極8であるn型シリコン基板の上に担持体部9を形成する。例えば酸化シリコンや窒化シリコンをCVDやスパッタリングで堆積し形成することができる。
2-1. Formation of the carrier part The carrier part 9 is formed on the n-type silicon substrate which is the first electrode 8. For example, silicon oxide or silicon nitride can be deposited and formed by CVD or sputtering.

2−2.発光体の形成
担持体部9の内部に発光体7を形成する。担持体部9の内部に発光体7を形成する方法は、特に限定されないが、発光体7がGeO及びGeO2を含む微粒子の場合、担持体部9に対してゲルマニウムをイオン注入し、その後、熱処理を行う方法が考えられる。イオン注入後の熱処理によってイオンが凝集して多数の微粒子が担持体部9中に形成されるとともにGeが酸化されてGeOおよびGeO2が形成される。ゲルマニウムのイオン注入は、例えば、注入エネルギー5〜100keVで注入量1×1014〜1×1017ions/cm2の条件で行うことができる。
2-2. Formation of luminous body The luminous body 7 is formed inside the carrier portion 9. The method of forming the light emitter 7 inside the carrier portion 9 is not particularly limited. However, when the light emitter 7 is a fine particle containing GeO and GeO 2 , germanium is ion-implanted into the carrier portion 9, and then A method of performing heat treatment is conceivable. Ions are aggregated by heat treatment after ion implantation, and a large number of fine particles are formed in the carrier 9 and Ge is oxidized to form GeO and GeO 2 . The ion implantation of germanium can be performed, for example, under conditions of an implantation energy of 5 to 100 keV and an implantation amount of 1 × 10 14 to 1 × 10 17 ions / cm 2 .

GeOとGeO2の割合は、ゲルマニウムの注入量、熱処理時間、熱処理温度、熱処理雰囲気等を変化させることによって適宜調節することができる。具体的には熱処理雰囲気中の酸素の分圧や流量を調整することによってGeOの割合を高めることができる。例えば膜厚100nmの酸化シリコン中のゲルマニウムの原子濃度が10%以下の場合において、1時間、800℃の熱処理においては、真空引き(毎分400リットル)しながら不活性ガスを供給(毎分50ミリリットル)した場合は、ゲルマニウムは一部酸素と結合するが酸素が不足しているので完全には酸化されずGeOが生成できる。不活性ガスに体積20%の酸素を混合した1気圧の雰囲気中では、酸素の供給過多でGeO2が多く形成され、GeOが減少する。GeOの割合を高めるのに適した雰囲気は、ゲルマニウムの注入条件や熱処理時間、温度など他のパラメーターにも左右されるが、一例では、ゲルマニウムの原子濃度を比較的高くし、不活性ガスに酸素を混合したガスを真空引きしながら供給することによってGeOの割合を高めることができる。 The ratio of GeO to GeO 2 can be adjusted as appropriate by changing the amount of germanium implanted, the heat treatment time, the heat treatment temperature, the heat treatment atmosphere, and the like. Specifically, the GeO ratio can be increased by adjusting the partial pressure and flow rate of oxygen in the heat treatment atmosphere. For example, when the atomic concentration of germanium in silicon oxide having a film thickness of 100 nm is 10% or less, in the heat treatment at 800 ° C. for 1 hour, an inert gas is supplied while evacuating (400 liters per minute) (50 per minute). In the case of milliliter), germanium partially binds to oxygen, but oxygen is insufficient, so that it is not completely oxidized and GeO can be generated. In an atmosphere of 1 atm in which oxygen of 20% volume is mixed with an inert gas, a large amount of GeO 2 is formed due to excessive supply of oxygen, and GeO decreases. The atmosphere suitable for increasing the proportion of GeO depends on other parameters such as germanium implantation conditions, heat treatment time, and temperature, but in one example, the atomic concentration of germanium is relatively high and oxygen is added to the inert gas. The ratio of GeO can be increased by supplying the mixed gas while evacuating.

また、ゲルマニウムは、担持体部9中のゲルマニウム濃度が0.1〜10.0原子%になるようにイオン注入することが好ましい。1時間、600℃の熱処理において、真空引き(毎分400リットル)しながら不活性ガスを供給(毎分50ミリリットル)した場合は、この範囲であれば発光効率が比較的高くなるからである。ゲルマニウム濃度は、具体的には例えば0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0,2.0,3.0,4.0,5.0,6.0,7.0,8.0,9.0,10.0原子%である。この濃度は、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。ゲルマニウム濃度は、例えば高分解能RBS(ラザフォード後方散乱)法によって測定することができる。その他、SIMS(二次イオン質量分析法)等の様々な分析法によって測定することが可能である。なお、ゲルマニウム濃度の測定は、ゲルマニウム濃度がピーク値の1/100以上となる範囲で行う。熱処理の温度は、400〜900℃が好ましく500〜800℃がさらに好ましい。この範囲であれば発光効率が比較的高くなるからである。   Further, germanium is preferably ion-implanted so that the germanium concentration in the carrier portion 9 is 0.1 to 10.0 atomic%. This is because when the inert gas is supplied (50 milliliters per minute) while evacuating (400 liters per minute) in a heat treatment at 600 ° C. for 1 hour, the luminous efficiency is relatively high in this range. Specifically, the germanium concentration is, for example, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 2 0.0, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 9.0, 10.0 atomic%. This concentration may be within a range between any two of the numerical values exemplified herein. The germanium concentration can be measured, for example, by a high resolution RBS (Rutherford backscattering) method. In addition, it can be measured by various analysis methods such as SIMS (secondary ion mass spectrometry). The germanium concentration is measured in a range where the germanium concentration is 1/100 or more of the peak value. 400-900 degreeC is preferable and the temperature of heat processing has more preferable 500-800 degreeC. This is because the luminous efficiency is relatively high in this range.

2−3.第2電極の形成
発光体7が形成された担持体部9の上に第2電極10を形成する。例えばITO電極であれば塗布法、スパッタリング等により形成することができる。
ここまでのプロセスを経た断面図を図13に示す。
2-3. Formation of the second electrode The second electrode 10 is formed on the carrier portion 9 on which the light emitter 7 is formed. For example, an ITO electrode can be formed by a coating method, sputtering, or the like.
A cross-sectional view through the processes up to here is shown in FIG.

2−4.配線の形成
基板全面に層間膜64を成膜した後、p型トランジスタ65とn型トランジスタ66のゲートおよびソース・ドレイン領域の配線孔と発光素子の配線孔をエッチングにより形成し、電極材料をスパッタ法等により堆積し、エッチングにより所望の配線を形成する。
配線工程を経ることによって、図4の光電気混載基板が製造できる。
2-4. Formation of wiring After the interlayer film 64 is formed on the entire surface of the substrate, the wiring holes of the gate and source / drain regions of the p-type transistor 65 and n-type transistor 66 and the wiring holes of the light emitting element are formed by etching, and the electrode material is sputtered. It deposits by the method etc. and forms a desired wiring by etching.
Through the wiring process, the opto-electric hybrid board of FIG. 4 can be manufactured.

第1発光素子3から発する光を取り出すための発光窓63は上記の配線孔のエッチング時に同時に形成しても良いし、別途形成しても良い。また、発光窓63には開口後、発光素子の発する光の波長が透過しやすい材料、例えば、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜を堆積することが望ましい。   The light emitting window 63 for extracting light emitted from the first light emitting element 3 may be formed simultaneously with the etching of the wiring hole or may be formed separately. In addition, it is desirable to deposit a material that easily transmits the wavelength of light emitted from the light emitting element, for example, a silicon oxide film or a silicon nitride film after the opening.

第1発光素子の特性を確認するための実験
1.EL実験
以下の方法で第1発光素子3の発光波長特性および発光原因を確認するための参考実験として図14のような素子を作製し、EL実験を行った。
まず酸素雰囲気中,1050℃、100分でn型およびp型シリコン基板を熱酸化することによって表面にシリコン熱酸化膜を形成した。
次に、シリコン熱酸化膜中にGeイオンを50keVで1.4×1016ions/cm2、20keVで3.2×1015ions/cm2、10keVで2.2×1015ions/cm2の条件でこの順番で多重に注入した。
Experiment for confirming characteristics of first light emitting element EL Experiment As a reference experiment for confirming the light emission wavelength characteristic and the light emission cause of the first light emitting element 3 by the following method, an element as shown in FIG. 14 was produced and an EL experiment was performed.
First, a silicon thermal oxide film was formed on the surface by thermally oxidizing the n-type and p-type silicon substrates in an oxygen atmosphere at 1050 ° C. for 100 minutes.
Next, Ge ions in the silicon thermal oxide film are 1.4 × 10 16 ions / cm 2 at 50 keV, 3.2 × 10 15 ions / cm 2 at 20 keV, and 2.2 × 10 15 ions / cm 2 at 10 keV. In this order, multiple injections were made in this order.

次に、ロータリーポンプで引きながら、窒素を流入させ、800℃で1時間熱処理した。この熱処理中に注入したGeの凝集及び酸化によってGeが酸化されて少なくとも一部がGeO及びGeO2に酸化される。次に、シリコン熱酸化膜上にITO電極を形成し、シリコン基板側にアルミニウム電極を形成し、EL実験に用いる発光素子を得た。これらの発光素子のITO電極とアルミニウム電極の間に30V程度の電圧を印加したところ、n型シリコン基板を用いた発光素子では青色の発光が確認されたが、p型シリコン基板を用いた発光素子では発光が確認されなかった。 Next, nitrogen was introduced while pulling with a rotary pump, and heat treatment was performed at 800 ° C. for 1 hour. Ge is oxidized by aggregation and oxidation of Ge implanted during the heat treatment, and at least a part thereof is oxidized to GeO and GeO 2 . Next, an ITO electrode was formed on the silicon thermal oxide film, an aluminum electrode was formed on the silicon substrate side, and a light emitting element used for EL experiments was obtained. When a voltage of about 30 V was applied between the ITO electrode and the aluminum electrode of these light emitting elements, blue light emission was confirmed in the light emitting element using the n-type silicon substrate, but the light emitting element using the p-type silicon substrate. In luminescence was not confirmed.

また、この青色の発光の発光スペクトルを図15に示す。図15を参照すると、確認された青色の発光は、340nmから550nmの波長の光であり、340nmから440nmの間にピークを有するエレクトロルミネッセンス発光であることが分かった。   Further, FIG. 15 shows an emission spectrum of the blue light emission. Referring to FIG. 15, it was found that the confirmed blue emission was light having a wavelength of 340 nm to 550 nm, and electroluminescence emission having a peak between 340 nm and 440 nm.

2.GeO及びGeO2と発光との関係
以下に示す方法によって、GeO及びGeO2が発光素子の発光に関与していることを確認した。
まず、発光機構について2つの仮説を考えた。第1の仮説は、Geナノ粒子が量子サイズ効果によって発光が起こっているというものである。この発光機構は、通常のナノ粒子の発光機構と同じであり、発光波長が粒子サイズに依存する。第2の仮説は、GeO及びGeO2が発光に関与するというものである。GeOの励起状態と基底状態のエネルギー準位差は、2.9〜3.2eV(387〜427nm)であるので、第2の仮説によれば、発光波長は、387〜427nm程度になり、この波長は粒子サイズに依存しないと考えられる。
2. Relationship between GeO and GeO 2 and light emission It was confirmed that GeO and GeO 2 were involved in light emission of the light emitting device by the method described below.
First, two hypotheses were considered for the light emission mechanism. The first hypothesis is that the Ge nanoparticles emit light due to the quantum size effect. This light emission mechanism is the same as the light emission mechanism of normal nanoparticles, and the emission wavelength depends on the particle size. The second hypothesis is that GeO and GeO 2 are involved in light emission. Since the energy level difference between the excited state and the ground state of GeO is 2.9 to 3.2 eV (387 to 427 nm), according to the second hypothesis, the emission wavelength is about 387 to 427 nm. It is thought that the wavelength does not depend on the particle size.

これらの仮説のどちらが正しいのかを検証するために、互いに異なる種々の温度条件と注入条件で発光素子を作製し、この素子に上記の方法で電圧を印加したときのEL波長を測定した。EL波長の測定には、「島津製作所製 分光蛍光光度計RF−5300PC」を用いた。発光素子の作製方法は、熱処理温度やGe注入量を適宜変化させた以外は「1.EL実験」で説明した通りである。   In order to verify which of these hypotheses is correct, a light emitting device was manufactured under various temperature conditions and injection conditions different from each other, and the EL wavelength when a voltage was applied to the device by the above method was measured. For the measurement of the EL wavelength, “Spectrofluorophotometer RF-5300PC manufactured by Shimadzu Corporation” was used. The manufacturing method of the light emitting element is as described in “1. EL experiment” except that the heat treatment temperature and the Ge implantation amount are appropriately changed.

得られた結果を図16、図17に示す。図16中の温度は、熱処理温度(時間は1時間)を示す。図17中の「原子%」は、Ge注入後のシリコン酸化膜内でのGe濃度を示す。図16でのGe濃度は5.0原子%であり、図17での熱処理温度は700℃(時間は1時間)である。   The obtained results are shown in FIGS. The temperature in FIG. 16 shows the heat treatment temperature (time is 1 hour). “Atom%” in FIG. 17 indicates the Ge concentration in the silicon oxide film after Ge implantation. The Ge concentration in FIG. 16 is 5.0 atomic%, and the heat treatment temperature in FIG. 17 is 700 ° C. (time is 1 hour).

図16、図17を参照すると、熱処理温度やGe濃度が変わってもELのピーク波長は、ほぼ390nmで一定であることが分かる。熱処理温度やGe濃度が変わると、形成されるナノ粒子のサイズも変化するので、発光機構が第1の仮説に従うのであればELのピーク波長がずれるはずである。従って、図16、図17で確認されたELの波長は、第1の仮説では説明ができない。一方、波長390nmは、第2の仮説で予測された発光波長(387〜427nm)の範囲内である。   Referring to FIGS. 16 and 17, it can be seen that the peak wavelength of EL is constant at about 390 nm even if the heat treatment temperature and Ge concentration are changed. When the heat treatment temperature or Ge concentration changes, the size of the formed nanoparticles also changes, so that the EL peak wavelength should be shifted if the light emission mechanism follows the first hypothesis. Therefore, the EL wavelength confirmed in FIGS. 16 and 17 cannot be explained by the first hypothesis. On the other hand, the wavelength of 390 nm is within the range of the emission wavelength (387 to 427 nm) predicted by the second hypothesis.

以上より、発光素子からのEL波長は、第1の仮説では説明できず、第2の仮説で説明できることが分かる。従って、発光素子の発光には、GeO及びGeO2が関与していることが確認できた。
ところで、図16を参照すると、熱処理温度は、600〜700℃が好ましいことが分かる。また、図17を参照すると、Ge濃度は、3.0原子%以上が好ましく、3.0〜5.0原子%がさらに好ましいことが分かる。
From the above, it can be seen that the EL wavelength from the light emitting element cannot be explained by the first hypothesis but can be explained by the second hypothesis. Therefore, it was confirmed that GeO and GeO 2 were involved in light emission of the light emitting element.
By the way, referring to FIG. 16, it is understood that the heat treatment temperature is preferably 600 to 700 ° C. Referring to FIG. 17, it can be seen that the Ge concentration is preferably 3.0 atomic% or more, and more preferably 3.0 to 5.0 atomic%.

3.Ge,GeO,GeO2の割合の深さ方向分布
「1.EL実験」で説明した方法に従って発光素子を作製し、シリコン酸化膜内でのGe,GeO,GeO2の割合の深さ方向分布を調べた。ここで作製した発光素子のGe濃度は5.0原子%であり、熱処理温度は800℃(時間は1時間)である。
XPSは通常試料表面から深さ数nmの範囲の分析ができるので、アルゴンイオンビームによるエッチングとXPS測定を交互に行うことによって、深さ50nmまでの領域においてGe,GeO,GeO2の割合の深さ方向の変化を調べた。アルゴンイオンビームのエネルギーは4keV,ビーム電流は15mAで、1回当り300秒照射した。その時のXPS測定結果を各深さについて、分かり易いように縦方向にグラフを平行移動して並べたものを図18(a)に示す。また、各深さに含まれるGe原子の状態を、Ge(金属Ge),GeO,GeO2の割合で示したグラフを図18(b)に示す。
3. Ge, GeO, to produce a light-emitting device according to the method described in the depth direction distribution of the ratio of GeO 2 "1.EL experiment", Ge in the silicon oxide film, GeO, the depth direction distribution of the ratio of GeO 2 Examined. The light-emitting element manufactured here has a Ge concentration of 5.0 atomic% and a heat treatment temperature of 800 ° C. (time is 1 hour).
Since XPS can usually analyze the depth of several nm from the sample surface, by alternately performing etching with an argon ion beam and XPS measurement, the depth of Ge, GeO, GeO 2 in the region up to a depth of 50 nm can be obtained. The change in the direction was examined. The energy of the argon ion beam was 4 keV, the beam current was 15 mA, and irradiation was performed for 300 seconds per time. FIG. 18A shows the XPS measurement results at that time in which the graphs are translated and arranged in the vertical direction for easy understanding. Also shows the state of the Ge atoms contained in each depth, the Ge (metal Ge), GeO, a graph showing a ratio of GeO 2 FIG 18 (b).

これによると、「1.EL実験」で説明した注入方法でGeの注入濃度が比較的高い深さ10〜50nmの領域では、酸化されていないGeの割合は30〜70%である。GeO2は0〜20%の間で、およそ10%である。Geが完全に酸化されず一部酸化したGeOは10〜50%の間である。
各深さでのGe,GeO,GeO2の割合は、スペクトルのGeの3dピーク付近のXPSスペクトルにおいて、Geに起因するピークの面積SGeと、GeOに起因するピークの面積SGeOと、GeO2に起因するピークの面積SGeO2とを求め、(SGe,SGeO,SGeO2)/(SGe+SGeO+SGeO2)を各深さで算出することによって求めた。
According to this, in the region of a depth of 10 to 50 nm where the Ge implantation concentration is relatively high by the implantation method described in “1. EL experiment”, the proportion of unoxidized Ge is 30 to 70%. GeO 2 is between 0-20% and approximately 10%. GeO in which Ge is not completely oxidized but partially oxidized is between 10% and 50%.
Ge at each depth, GeO, ratio of GeO 2, in XPS spectrum around 3d peak of Ge spectra, the area S Ge of peaks due to Ge, the area S GeO the peak due to GeO, GeO obtains the peak area S GeO2 caused by 2, was determined by calculating at each depth (S Ge, S GeO, S GeO2) / (S Ge + S GeO + S GeO2).

また、各深さでの、酸化ゲルマニウム全体(GeO2+GeO)に対するGeO,GeO2の割合を図19のグラフに示す。
これによると、酸化ゲルマニウムの内、完全に酸化されてGeO2となっている割合は、ゲルマニウムの濃度が低く、雰囲気の影響を強く受けてゲルマニウムが完全に酸化されやすい表面近傍を除いて、およそ20〜60%の間で、Geが完全に酸化されず一部酸化したGeOはおよそ40〜80%の間である。「1.EL実験」で説明した注入方法でGeの注入濃度が比較的高い深さ10〜40nmの領域では、酸化ゲルマニウムの内、完全に酸化されてGeO2となっている割合はおよそ50%以下で、およそ20〜30%である。Geが完全に酸化されず一部酸化したGeOはおよそ50%以上で70〜80%である。各深さでのGeO,GeO2の割合は、スペクトルのGeの3dピーク付近のXPSスペクトルにおいて、GeOに起因するピークの面積SGeOと、GeO2に起因するピークの面積SGeO2とを求め、(SGeO,SGeO2)/(SGeO+SGeO2)を各深さで算出することによって求めた。XPSスペクトルは、X線源として単色化したAl、Kα線(1486.6eV)を用いて測定した。
Further, the graph of FIG. 19 shows the ratio of GeO and GeO 2 to the entire germanium oxide (GeO 2 + GeO) at each depth.
According to this, the proportion of germanium oxide that is completely oxidized to GeO 2 is approximately the same except for the vicinity of the surface where germanium is easily oxidized due to the low concentration of germanium and the strong influence of the atmosphere. Between 20 and 60%, Ge is not completely oxidized but partially oxidized GeO is between approximately 40 and 80%. In the region of 10 to 40 nm in which the Ge implantation concentration is relatively high by the implantation method described in “1. EL experiment”, the proportion of germanium oxide that is completely oxidized to GeO 2 is approximately 50%. Below, it is approximately 20-30%. GeO that is partially oxidized but not completely oxidized is approximately 50% or more and 70 to 80%. GeO at each depth, the ratio of GeO 2, in XPS spectrum around 3d peak of Ge spectra, determined the area S GeO the peak due to GeO, and a peak area S GeO2 due to GeO 2, (S GeO, S GeO2) was determined by calculating in / (S GeO + S GeO2) each depth. The XPS spectrum was measured using monochromatic Al and Kα rays (1486.6 eV) as an X-ray source.

1: 第1半導体回路 3:第1発光素子 5:第1受光素子 6:第1半導 体基板 7:発光体 8:第1電極 9:担持体部 10:第2電極 11 :光電気混載基板 12:n型領域 13:p型領域 16:ソース領域 1 7:ドレイン領域 20:ソース電極 21:ゲート電極 22:ドレイン電極 24:p型ウェル 25:ゲート絶縁膜 27:トレンチアイソレーション 31:第2半導体回路 33:第2発光素子 35:第2受光素子 43:第 4発光素子 45:光学的接続部 51:第3半導体回路 53:第3発光素子 55:第3受光素子 56:第2半導体基板 57:発光素子 58:符号 化回路 60:半導体装置 62:電極 63:発光窓 64:層間膜 6 5:p型トランジスタ 66:n型トランジスタ 68:受光窓 71:p型半 導体部 72:n型半導体部 75:凸部 76:発光領域 78:酸化シリコン
101:半導体基板 102:n型コンタクト層 103:n型DBR層 1 04:活性層 105:p型DBR層 108:p型コンタクト層 110:p電 極 111:n電極 115:絶縁層 118:発光部 120:発光素子 122:はんだバンプ 123:電極パターン 125:サブマウント基板
1: 1st semiconductor circuit 3: 1st light emitting element 5: 1st light receiving element 6: 1st semiconductor substrate 7: Light emitter 8: 1st electrode 9: Carrier part 10: 2nd electrode 11: Opto-electric hybrid loading Substrate 12: n-type region 13: p-type region 16: source region 17: drain region 20: source electrode 21: gate electrode 22: drain electrode 24: p-type well 25: gate insulating film 27: trench isolation 31: first 2 semiconductor circuit 33: second light emitting element 35: second light receiving element 43: fourth light emitting element 45: optical connection portion 51: third semiconductor circuit 53: third light emitting element 55: third light receiving element 56: second semiconductor Substrate 57: Light emitting element 58: Coding circuit 60: Semiconductor device 62: Electrode 63: Light emitting window 64: Interlayer film 6 5: P-type transistor 66: N-type transistor 68: Light receiving window 71: P-type semiconductor part 7 2: n-type semiconductor portion 75: convex portion 76: light emitting region 78: silicon oxide 101: semiconductor substrate 102: n-type contact layer 103: n-type DBR layer 104: active layer 105: p-type DBR layer 108: p-type contact Layer 110: P electrode 111: N electrode 115: Insulating layer 118: Light emitting part 120: Light emitting element 122: Solder bump 123: Electrode pattern 125: Submount substrate

Claims (23)

第1半導体回路と第1発光素子とが第1半導体基板に設けられ、
第1半導体回路は、第1発光素子と電気的に接続し、かつ、信号の演算処理を行う回路であり、
第1発光素子は、第1電極、透光性を有する第2電極および第1電極と第2電極とに挟まれた担持体部を備え、
前記担持体部は、透光性を有しかつ内部に発光体を有し、
第1発光素子は、第1半導体回路が演算処理を行った信号を光出力することを特徴とする光電気混載基板。
A first semiconductor circuit and a first light emitting element are provided on the first semiconductor substrate;
The first semiconductor circuit is a circuit that is electrically connected to the first light emitting element and performs signal processing.
The first light emitting element includes a first electrode, a second electrode having translucency, and a carrier portion sandwiched between the first electrode and the second electrode,
The carrier part has translucency and has a light emitter inside,
An opto-electric hybrid board, wherein the first light emitting element optically outputs a signal obtained by performing arithmetic processing by the first semiconductor circuit.
前記発光体は、GeO及びGeO2を含む微粒子である請求項1に記載の基板。 The substrate according to claim 1, wherein the light emitter is a fine particle containing GeO and GeO 2 . 前記発光体は、前記発光体に含まれるGeOとGeO2の合計を100%としたときGeOを10%以上含む請求項2に記載の基板。 The substrate according to claim 2, wherein the light emitter includes 10% or more of GeO when the total of GeO and GeO 2 contained in the light emitter is 100%. 第1発光素子は、340〜440nmの範囲内に発光波長のピークを有するエレクトロルミネッセンスを示す請求項2または3に記載の基板。   4. The substrate according to claim 2, wherein the first light emitting element exhibits electroluminescence having a light emission wavelength peak in a range of 340 to 440 nm. 前記発光体は、1nm以上20nm以下の最大粒径を有する微粒子である請求項1〜4のいずれか1つに記載の基板。   The substrate according to claim 1, wherein the light emitter is a fine particle having a maximum particle diameter of 1 nm or more and 20 nm or less. 第2電極は、波長300nm以上500nm以下の光の透過率が60%以上99.99%以下である請求項1〜5のいずれか1つに記載の基板。   The substrate according to claim 1, wherein the second electrode has a light transmittance of 60% or more and 99.99% or less with a wavelength of 300 nm or more and 500 nm or less. 第1発光素子は、第1半導体回路に隣接して設けられた請求項1〜6のいずれか1つに記載の基板。   The substrate according to claim 1, wherein the first light emitting element is provided adjacent to the first semiconductor circuit. 第1半導体基板は、シリコン基板、ゲルマニウム基板、シリコンの化合物の基板またはゲルマニウムの化合物の基板である請求項1〜7のいずれか1つに記載の基板。   The substrate according to claim 1, wherein the first semiconductor substrate is a silicon substrate, a germanium substrate, a silicon compound substrate, or a germanium compound substrate. 第1電極は、第1半導体基板の一部であり、かつn型不純物がドーピングされた部分である請求項1〜8のいずれか1つに記載の基板。   The substrate according to claim 1, wherein the first electrode is a part of the first semiconductor substrate and is a portion doped with an n-type impurity. 第1電極は、p型半導体部およびn型半導体部を有し、かつ、前記担持体部と接する表面に前記p型半導体部および前記n型半導体部がpn接合する部分を有する請求項1〜8のいずれか1つに記載の基板。   The first electrode has a p-type semiconductor portion and an n-type semiconductor portion, and has a portion where the p-type semiconductor portion and the n-type semiconductor portion are pn-junction with a surface in contact with the carrier portion. The substrate according to any one of 8. 前記p型半導体部及び前記n型半導体部のうち少なくとも1つは、5×1018cm-3以上の不純物濃度を有する請求項10に記載の基板。 The substrate according to claim 10, wherein at least one of the p-type semiconductor part and the n-type semiconductor part has an impurity concentration of 5 × 10 18 cm −3 or more. 第1電極は前記担持体部と接する表面に複数の凸部を有し、
前記凸部の上端と第2電極との間隔は、第1電極の前記凸部以外の部分と第2電極との間隔より狭い請求項1〜9のいずれか1つに記載の基板。
The first electrode has a plurality of convex portions on the surface in contact with the carrier portion,
The board | substrate as described in any one of Claims 1-9 whose space | interval of the upper end of the said convex part and 2nd electrode is narrower than the space | interval of parts other than the said convex part of a 1st electrode, and a 2nd electrode.
第1電極の前記凸部以外の部分と第2電極との間隔は、前記凸部の上端と第2電極との間隔の1.1倍以上である請求項12に記載の基板。   The board | substrate of Claim 12 whose space | interval of a part other than the said convex part of a 1st electrode and a 2nd electrode is 1.1 times or more of the space | interval of the upper end of the said convex part, and a 2nd electrode. 前記凸部の上端と第2電極との間隔は、5nm以上100nm以下である請求項12または13に記載の基板。   The board | substrate of Claim 12 or 13 whose space | interval of the upper end of the said convex part and 2nd electrode is 5 nm or more and 100 nm or less. 前記凸部は、カーボンナノチューブあるいは円錐形状の金属又はシリコンからなる請求項12〜14のいずれか1つに記載の基板。   The said convex part is a board | substrate as described in any one of Claims 12-14 which consists of a carbon nanotube, a cone-shaped metal, or a silicon | silicone. 隣接する2つの前記凸部は、10nm以上3μm以下の間隔を有する請求項12〜15のいずれか1つに記載の基板。   The board | substrate as described in any one of Claims 12-15 with which the said adjacent 2 convex part has a space | interval of 10 nm or more and 3 micrometers or less. 前記凸部は、頂点から遠ざかるほど傾斜がゆるくなった円錐形状である請求項12〜16のいずれか1つに記載の基板。   The substrate according to any one of claims 12 to 16, wherein the convex portion has a conical shape in which an inclination becomes looser as the distance from the apex increases. 第1半導体基板に第4発光素子がさらに設けられ、
第4発光素子は、第1半導体回路と電気的に接続し、かつ、第1半導体回路が演算処理を行った信号を第1発光素子と異なる波長の光で光出力する請求項1〜17のいずれか1つに記載の基板。
A fourth light emitting element is further provided on the first semiconductor substrate;
The fourth light emitting element is electrically connected to the first semiconductor circuit, and optically outputs a signal processed by the first semiconductor circuit with light having a wavelength different from that of the first light emitting element. The substrate according to any one of the above.
第1半導体基板に第2半導体回路および第2受光素子がさらに設けられ、
第2半導体回路は、第2受光素子と電気的に接続し、かつ、信号の演算処理を行う回路であり、
第2受光素子は、第1発光素子が出力した光を光学的接続部を介して光入力する請求項1〜18のいずれか1つに記載の基板。
A second semiconductor circuit and a second light receiving element are further provided on the first semiconductor substrate;
The second semiconductor circuit is a circuit that is electrically connected to the second light receiving element and performs signal processing.
The substrate according to any one of claims 1 to 18, wherein the second light receiving element optically inputs light output from the first light emitting element via an optical connection unit.
第1半導体基板に第2発光素子および第1受光素子がさらに設けられ、
第2発光素子は、第2半導体回路と電気的に接続し、かつ、第2半導体回路が演算処理を行った信号を光出力し、
第1受光素子は、第1半導体回路と電気的に接続し、かつ、第2発光素子が出力した光を光学的接続部を介して光入力する請求項19に記載の基板。
A second light emitting element and a first light receiving element are further provided on the first semiconductor substrate;
The second light emitting element is electrically connected to the second semiconductor circuit, and optically outputs a signal that the second semiconductor circuit has performed arithmetic processing on,
The substrate according to claim 19, wherein the first light receiving element is electrically connected to the first semiconductor circuit and receives light output from the second light emitting element through the optical connection portion.
請求項1〜18のいずれか1つに記載の光電気混載基板と、第2半導体基板とを備え、
第2半導体基板に第3半導体回路と第3受光素子とが設けられ、
第3半導体回路は、第3受光素子と電気的に接続し、かつ、信号の演算処理を行う回路であり、
第3受光素子は、第1発光素子が出力した光を光入力する半導体装置。
An opto-electric hybrid board according to any one of claims 1 to 18 and a second semiconductor substrate,
A third semiconductor circuit and a third light receiving element are provided on the second semiconductor substrate;
The third semiconductor circuit is a circuit that is electrically connected to the third light receiving element and performs signal processing.
The third light receiving element is a semiconductor device that optically inputs light output from the first light emitting element.
第1半導体基板に第1受光素子がさらに設けられ、
第2半導体基板に第3発光素子がさらに設けられ、
第3発光素子は、第3半導体回路と電気的に接続し、かつ、第3半導体回路が演算処理を行った信号を光出力し、
第1受光素子は、第1半導体回路と電気的に接続し、かつ、第3発光素子が出力した光を光入力する請求項21に記載の装置。
A first light receiving element is further provided on the first semiconductor substrate;
A third light emitting element is further provided on the second semiconductor substrate;
The third light emitting element is electrically connected to the third semiconductor circuit, and outputs a signal obtained by performing the arithmetic processing by the third semiconductor circuit,
The apparatus according to claim 21, wherein the first light receiving element is electrically connected to the first semiconductor circuit and receives light output from the third light emitting element.
第1発光素子と第3受光素子とが対向して配置され、
第3発光素子と第1受光素子とが対向して配置された請求項22に記載の装置。
The first light emitting element and the third light receiving element are arranged to face each other,
The apparatus according to claim 22, wherein the third light emitting element and the first light receiving element are arranged to face each other.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103563488A (en) * 2011-04-14 2014-02-05 岭南大学校产学协力团 Controller of an AC-DC converter for led lighting
JP2017050302A (en) * 2015-08-31 2017-03-09 特定非営利活動法人ナノフォトニクス工学推進機構 Indirect transition type semiconductor light emitting device
CN107819037A (en) * 2017-12-07 2018-03-20 苏州大学 Using the fin field effect pipe of CNT as conductive trench and preparation method thereof
JP2019145830A (en) * 2013-09-30 2019-08-29 コミサリア ア エナジー アトミック エ オックス エナジーズ オルタネティヴ Method for producing optoelectronic devices comprising light-emitting diodes

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000049712A (en) * 1998-05-28 2000-02-18 Sharp Corp Digital optical communication apparatus and method
JP2001203382A (en) * 2000-01-21 2001-07-27 Fujitsu Ltd Semiconductor device
JP2006228722A (en) * 2005-02-17 2006-08-31 Sharp Corp Electroluminescent device, method for manufacturing electroluminescent device, and light emitting method using electroluminescent device
JP2008305914A (en) * 2007-06-06 2008-12-18 Sharp Corp Light emitting device, semiconductor chip, chip module, and method for manufacturing light emitting device
JP2009522713A (en) * 2005-12-28 2009-06-11 グループ フォア セミコンダクター インコーポレイテッド Processing structure for solid state light emitters

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000049712A (en) * 1998-05-28 2000-02-18 Sharp Corp Digital optical communication apparatus and method
JP2001203382A (en) * 2000-01-21 2001-07-27 Fujitsu Ltd Semiconductor device
JP2006228722A (en) * 2005-02-17 2006-08-31 Sharp Corp Electroluminescent device, method for manufacturing electroluminescent device, and light emitting method using electroluminescent device
JP2009522713A (en) * 2005-12-28 2009-06-11 グループ フォア セミコンダクター インコーポレイテッド Processing structure for solid state light emitters
JP2008305914A (en) * 2007-06-06 2008-12-18 Sharp Corp Light emitting device, semiconductor chip, chip module, and method for manufacturing light emitting device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JPN6010069411; Arai, N., et al.: 'Germanium nanoparticles formation in silicon dioxide layer by multi-energy implantation of Ge negati' Materials Science and Engineering B Vol.147,, 20080215, 230-234 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103563488A (en) * 2011-04-14 2014-02-05 岭南大学校产学协力团 Controller of an AC-DC converter for led lighting
CN103563488B (en) * 2011-04-14 2015-12-02 岭南大学校产学协力团 For the controller of the AC-DC converter of LED illumination
JP2019145830A (en) * 2013-09-30 2019-08-29 コミサリア ア エナジー アトミック エ オックス エナジーズ オルタネティヴ Method for producing optoelectronic devices comprising light-emitting diodes
JP2017050302A (en) * 2015-08-31 2017-03-09 特定非営利活動法人ナノフォトニクス工学推進機構 Indirect transition type semiconductor light emitting device
CN107819037A (en) * 2017-12-07 2018-03-20 苏州大学 Using the fin field effect pipe of CNT as conductive trench and preparation method thereof
CN107819037B (en) * 2017-12-07 2023-10-27 苏州大学 Fin field effect transistor using carbon nanotubes as conductive trench and preparation method thereof

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