專利名稱：發光器件和磷光體的制作方法
技術領域：
本發明涉及基于填充四面體(filled tetrahedral，FT)半導體的發光器件和磷光體。
背景技術：
近年來，正在進行關于通過調制已被認為是物質所固有的能帶結構，來調制該物質特有的光學特性，例如發射和吸收的能帶工程的積極研究。
例如，量子點(或量子線或超晶格)和應變效應公知為典型的能帶工程技術。通過三維地(或二維地或一維地)減小物質的尺寸和限制其中的電子，量子點(或量子線或超晶格)產生調制能帶結構。應變效應表示對物質施加拉應力和壓應力來調制能帶結構的效應。
另一方面，從理論上提出填充四面體(FT)半導體作為用于以完全不同的原理調制半導體的能帶結構的能帶工程方法(見H.W.A.M.Rompa etal.，Phys.Rev.Lett.，52，675(1984)；D.M.Wood et al.，Phys.Review B31，2570(1985))。
FT半導體是指這樣的固體物質，其中將具有滿殼層(closed shell)結構電子組態的稀有氣體原子或雙原子分子引入具有四面體結構例如金剛石結構或閃鋅礦結構的母體半導體的間隙位置中，如圖1中所示。
下面，將說明普通結晶硅和FT半導體之間的能帶結構差異。圖2A是結晶硅的能帶圖，圖2B是摻雜有He的硅的能帶圖。圖2B示出了關于具有FT結構的硅(此后，稱為FT硅)的第一原理能帶計算結果，其中假想將He原子插入結晶硅的間隙位置中。從這些圖很明顯，與GaAs的能帶結構類似，FT硅的能帶結構被調制為與GaAs的能帶結構非常相似的直接躍遷型，其中導帶的形狀與結晶硅的導帶形狀相差懸殊。FT半導體的效應之一是將以硅為代表的非發射性的間接半導體的間接能帶結構極大地調制為直接能帶結構，從而具有可與直接半導體例如GaAs相比的水平的發光特性(或躍遷幾率)。
然而，由Rompa等提出的包含稀有氣體的FT半導體或包含分子的FT半導體被認為是熱學不穩定的，因為所插入的物質可以在晶體中移動，由此不適于實際應用。
關于FT半導體，報導了這樣的實驗結果，如果在硅晶片中離子注入稀有氣體原子，那么在1eV附近的能量區域中就會產生光致發光(PL發射)，但是PL發射的機制尚不清楚(見N.Burger et al.，Phys.Rev.Lett.，52，1645(1984))。然而，如果對已經離子注入了稀有氣體原子的晶片進行退火，就會使PL發射消失，但是其原因還是不清楚。相信PL發射的消失源于如下事實，因為稀有氣體原子與硅原子不是化學鍵合的，所以稀有氣體原子在硅晶體內擴散，最終可以從晶片釋放。
在這種情況下，可以很容易地預期，可以當然地形成FT結構的包含稀有氣體的FT半導體或包含分子的FT半導體的熱穩定性很差。簡而言之，存在FT半導體不會是實用的材料系統的問題。
如上所述，作為新穎能帶工程技術的FT半導體可以產生為間接半導體提供發光功能的效應。然而，因為滿殼層的物質與母體半導體不是化學鍵合的，所以存在FT半導體的熱穩定性很差且不實用的問題，在FT半導體中滿殼層的物質例如稀有氣體原子或雙原子分子被插入到間隙位置中。

發明內容
根據本發明的一個方面的發光器件包括有源層，包括具有四面體結構的母體半導體的原子A、替換晶格位置中所述原子A的異質原子D和插入到與所述異質原子D最鄰近的間隙位置中的異質原子Z，所述異質原子D的價電子數與所述原子A的價電子數相差+1或-1，并且通過與所述異質原子D的電荷補償，所述異質原子Z具有滿殼層結構的電子組態；以及n電極和p電極，適于向所述有源層提供電流。
根據本發明的另一個方面的磷光體包括具有四面體結構的母體半導體的原子A；替換晶格位置中所述原子A的異質原子D；以及插入到與所述異質原子D最鄰近的間隙位置中的異質原子Z，所述異質原子D的價電子數與所述原子A的價電子數相差+1或-1，并且通過與所述異質原子D的電荷補償，所述異質原子Z具有滿殼層結構的電子組態。


圖1示出了FT半導體的結構；圖2A和2B分別示出了結晶硅和He摻雜的FT硅的能帶圖；圖3是示出了向硅施加各向同性拉伸時硅的能帶結構變化的能帶圖；圖4A、4B和4C分別示出了量子點、應變效應和FT半導體的能帶圖；圖5A、5B和5C是說明關于硅能帶的X點導帶、Г點導帶和Г點價帶的實空間中電子態的圖；圖6A、6B和6C示意性示出了FT結構中X點導帶的能量變化；圖7示出了懸掛型FT半導體的結構；圖8A、8B和8C分別示出了PF對濃度為零的硅、PF對濃度為7.8×1020/cm3的FT-Si和PF對濃度為6.3×1021/cm3的懸掛型FT-Si的能帶圖；圖9A和9B分別是示出了根據實施例的縱型和橫型硅發光器件結構的截面圖；圖10A、10B、10C和10D是示出了根據實施例形成PF摻雜的FT-Si的有源層的方法的截面圖；圖11A和11B分別是示出了根據第五實施例的端面發射型硅發光器件結構的截面圖和透視圖；圖12是示出了根據第五實施例的硅發光器件的電流、電壓和發射強度之間關系的曲線圖；圖13A和13B分別是示出了根據第六實施例的表面發射型硅發光器件結構的截面圖和透視圖；
圖14是示出了根據第六實施例的硅發光器件的電流、電壓和發射強度之間關系的曲線圖；圖15A和15B分別是示出了根據第七實施例的表面發射型硅發光器件結構的截面圖和透視圖；圖16是示出了根據第七實施例的硅發光器件的電流、電壓和發射強度之間關系的曲線圖；圖17A和17B分別是示出了根據第八實施例的端面發射型LD器件結構的截面圖和透視圖；圖18是示出了根據第八實施例的LD器件的電流和發射強度之間關系的曲線圖；圖19A和19B分別是示出了根據第九實施例的表面發射型LD器件結構的截面圖和透視圖；圖20是示出了根據第九實施例的LD器件的電流和發射強度之間關系的曲線圖；圖21是示出了根據第十實施例的光電器件陣列結構的截面圖；圖22是示出了根據第十實施例的光電器件陣列中LD器件的響應特性的曲線圖；圖23是示出了根據第十一實施例的光發射-探測器件陣列結構的截面圖；圖24是示出了根據第十一實施例的光發射-探測器件陣列中LD器件的響應特性的曲線圖；圖25是示出了根據第十二實施例的發光器件陣列結構的截面圖；圖26A和26B分別示出了根據第十二實施例的發光器件陣列中LD器件的輸入圖像和輸出圖像；圖27是示出了根據第十三實施例的光學器件陣列結構的透視圖；以及圖28是示出了根據第十三實施例的光學器件陣列中光電探測器件對于由激光二極管(LD器件)提供的輸入信號的響應特性的曲線圖。
具體實施例方式
將詳細說明根據本發明實施例的FT半導體(填充四面體半導體)的作用的主要原理。
第一步中說明(1)為什么間接半導體例如硅具有間接能帶結構，以及(2)為什么間接半導體是非發射性的。進一步簡要說明(3)與其它能帶工程方法相比，FT半導體(包含稀有氣體的FT半導體和包含分子的FT半導體)的特征，以及(4)其原理。再進一步說明(5)構成了本發明的重要部分的新穎的FT半導體，即懸掛型FT半導體。
(1)間接半導體的能帶結構圖3示出了硅的能帶結構。本領域公知除了硅之外的間接半導體具有與圖3中所示的形狀類似的形狀的能帶結構。最初，硅之所以形成間接半導體的主要原因在于，相鄰構成原子之間的鍵長d相對短。Г點中導帶和價帶之間的能量差異ΔE是鍵長d的函數，且可以大致表示為ΔE∝1/d2。所以，能量差異ΔE隨著鍵長d的增大而迅速減小，且改變為適于直接能帶結構。
圖3還示出了標準晶格的能帶結構以及對假想晶格的能帶結構的計算結果，該假想晶格包括這樣的情況，即沿晶軸<111>方向通過應變效應拉伸晶格，以便Si-Si鍵長增大10％。在該圖中，標準晶格的能帶結構和假想晶格的能帶結構被示出為使價帶上端匹配。
如圖3中所示，如果鍵長增大，雖然在X點沒有觀察到顯著的變化，但Г點的導帶顯著下降，從而變化為類似于GaAs的直接能帶結構。大體上說，能量差異ΔE減小是因為鍵被拉長，以致電子之間的排斥能減小，結果，位于標準晶格中上方的導帶(s軌道)降低，從而接近價帶(p軌道)。
(2)間接半導體的光學特性在間接半導體中，電偶極躍遷是光學禁止的，由此，間接半導體本質上是非發射性的。相反地，直接半導體例如GaAs顯示出由電偶極躍遷引起的強帶間發射。這兩種半導體之間的差異主要由是否滿足下面給出的兩個選擇定則引起。
選擇定則之一涉及波數，即在特定的波數下應使能隙最小的要求。另一個選擇定則涉及波函數的對稱性，即在使帶隙最小的波數下應使導帶和價帶之一為偶函數而另一個為奇函數的要求。
關于對稱性的選擇定則，應注意，兩能級之間的發射強度和吸收強度由<較高能級|躍遷偶極矩μ|較低能級>給出。在其中兩能級由原子軌道附近的s軌道(偶函數)和p軌道(奇函數)表示的半導體中，μ表示奇函數，由此，滿足下面的關系，這意味著是光學允許的<s|μ|p>＝∫偶·奇·奇dr≠0另一方面，在其中兩能級由p軌道表示的半導體中，滿足下面的關系，這意味著是光學禁止的<p|μ|p>＝∫奇·奇·奇dr＝0在直接半導體中，在Г點處使得能隙最小，從而滿足波數的選擇定則。在光半導體中，導帶和價帶的波函數分別由s軌道和p軌道表示，結果，也滿足對稱性選擇定則。
另一方面，在間接半導體中，導帶和價帶的使能隙最小的波數彼此不同，導致不能滿足波數的選擇定則。此外，因為導帶和價帶的波函數均由p軌道表示，所以也不滿足對稱性的選擇定則。因此，間接半導體是光學禁止的。
(3)FT半導體如前所述，FT半導體是在1984年在計算GaAs的導帶結構的過程中發現的理論物質。Rompa等人通過這樣的能帶計算發現了該理論物質，在該能帶計算中，在通過將He引入GaAs的能隙位置中而獲得的FT-GaAs中，X點的能量增大。
在本發明中，將其中可在X點處控制能量的FT半導體結構應用于間接半導體例如硅，以便對原本不太可能發光的間接半導體賦予發光功能。
將說明與量子點和應變效應(拉伸效應)相比，作為能帶工程方法之一的FT半導體的優點。圖4A示出了硅量子點的能帶圖，圖4B示出了對其施加了10％各向同性拉伸的硅的能帶圖，以及圖4C示出了FT硅的能帶圖。
通過三維限制效應，量子點使X點附近的導帶(p軌道)向Г點擴展，從而使Г點處的能隙最小，由此，將量子點的能帶變為直接能帶結構。然而，即使受到了限制效應，導帶和價帶的波函數基本上沒有該變，仍為p軌道，導致不能滿足對稱性的選擇定則。簡而言之，間接半導體的量子點的光學特性源于贗電偶躍遷，其中僅僅在其效應下不能預期強發射。
通過將鍵長增大約10％，應變效應(拉伸效應)允許位于Г點上方的導帶(s軌道)降低，從而將能帶結構調制為直接能帶結構。由此獲得的能帶結構與直接半導體的能帶結構非常接近。帶間躍遷是類似于直接半導體的電偶極躍遷，由此，可預期高效的發射。然而，認為將鍵長拉伸10％的量級是相當難的。
與上述方法相比，FT半導體允許提高X點附近的導帶(p軌道)，并降低Г點處的導帶(s軌道)，由此實現與直接半導體和應變效應情況下的能帶結構相接近的直接能帶結構。帶間躍遷是電偶極躍遷，由此，可預期高效的發射。
(4)FT半導體的發射機制原理圖5A、5B和5C示出了在硅的金剛石結構中，分別與X點導帶(Xc)、Г點導帶(Гc)和Г點價帶(Гv)有關的實空間中的電子態。
如圖5A中所示，沿晶軸<111>方向可見，硅原子位于原子坐標(0，0，0)和(1/4，1/4，1/4)處，且通過Si-Si鍵彼此鍵合。被稱為四面體位置的間隙位置排列在原子坐標(2/4，2/4，2/4)和(3/4，3/4，3/4)處。在四面體結構中，形成具有相對大空隙的晶體結構，從而沿晶軸<111>排列兩個原子，排列兩個間隙位置，再排列兩個原子。在間隙位置中不存在原子。然而，因為硅原子的反成鍵p軌道朝向間隙位置擴展，所以在間隙位置中存在反成鍵p軌道的態。圖5A中所示的“Xc”表示間隙位置的電子態。
在FT半導體中，將滿殼層結構的稀有氣體原子(或分子)引入間隙位置的空間中，以便實現FT結構。在這種情況下，間隙位置中的電子受到排斥，由此增加了Xc能量，如上述的圖4C所示，結果，Гc(反成鍵s軌道)和Xc的能量相對反轉，從而將間接能帶結構轉換為直接結構。圖6A示出了通過將稀有氣體原子引入間隙位置中來增加Xc能量。可以認為這種特殊現象接近如下現象，其中如果將物質置于盛有水的容器中，那么水的高度就會增高，如圖6B和6C所示。
如果在間隙位置中存在原子，那么在帶隙內可以形成深能級或缺陷能級。然而，因為在FT結構中具有寬帶隙的滿殼層結構的原子(或分子)被插入到間隙位置中，所以原則上不會形成這種能級。
(5)新穎的懸掛型FT半導體圖7示出了根據本發明的一個實施例的新穎的FT半導體中原子的鍵合態。該新穎的FT半導體稱為懸掛型FT半導體。構成本發明要點的懸掛型FT半導體包括具有四面體結構的母體半導體的原子A、替換晶格位置中原子A的異質原子D，以及插入到與異質原子D最鄰近的間隙位置中的異質原子Z。異質原子D具有與原子A的價電子數相差+1或-1的價電子數，并可以替換四面體結構中晶格位置中的原子A，且異質原子D將要被電離。通過與將要被電離的異質原子D的電荷補償，異質原子Z具有滿殼層結構的電子組態。在這種情況下，異質原子D和異質原子Z之間形成離子鍵，從而異質原子D起到了束縛(pin)異質原子Z的作用。這種特定結構的懸掛型FT半導體允許改善熱穩定性，由此克服包含稀有氣體或包含分子的FT半導體中所固有的問題。這是因為，如果異質原子D和異質原子Z彼此分離，那么在兩者之間會施加靜電相互作用，從而產生在兩者之間維持離子鍵的力。
圖7示出了懸掛型FT半導體，其中形成母體半導體的原子A是硅，替換晶格位置中原子A的異質原子D是磷(P)，以及插入到與異質原子D最鄰近的間隙位置中的異質原子Z是氟(F)。P原子的電子組態為1s22s22p63s23p3，而F原子的電子組態為1s22s22p5。在此兩原子之間施加電荷補償效應，從而形成P+-F-離子鍵(P-F對)。P+離子替換晶格點中的硅原子，從而呈現四面體結構，由此得以穩定。F-離子變成具有類似氖(Ne)的滿殼層結構的電子組態，由此也得以穩定。
在通過使用硅實現懸掛型FT半導體的情況下，可以使用在實際的LSI工藝中已經使用的n型或p型摻雜劑作為將要替換晶格位置的異質原子D。這便于懸掛型FT半導體的制造，從而降低其制造成本。
在根據本發明的實施例的懸掛型FT半導體中，是否能與包含稀有氣體的或包含分子的FT半導體一樣將發光功能賦予間接半導體是要點。圖8A、8B和8C示出了在關于其中磷(P)用作異質原子D以及氟(F)用作異質原子Z的PF摻雜的FT-Si中，基于第一原理的能帶計算結果。為了估計PF對濃度對于能帶結構的影響，將與Si原子數相比PF對的數目彼此不同的超晶胞用于計算。更具體地說，計算覆蓋了圖8A、8B和8C三種情況，其中圖8A中，與64個Si原子相比，PF對的數目為零(PF濃度為零，而Si原子濃度為5.0×1022/cm3)；圖8B中，與63個Si原子相比，PF對的數目為1(PF濃度為7.8×1020/cm3)；圖8C中，與7個Si原子相比，PF對的數目為1(PF濃度為6.3×1021/cm3)。
根據計算結果，在圖8A中所示的PF對濃度為零的情況下，在Xc附近存在導帶的最下端，這表示結晶硅中固有的間接能帶結構。在PF對濃度為7.8×1020/cm3的圖8B中，Xc幾乎不變，但Гc顯著降低，從而形成導帶的最下端，結果，在物質內部局部地出現直接能帶結構。在PF對濃度為6.3×1021/cm3的圖8C中，Xc顯著提高，從而使整個物質變為具有直接能帶結構。這些計算結果表明，在PF對濃度低的情況下，物質從其中引入了PF對的區域局部發光，并且在PF濃度高的情況下，整個物質都發光。
更具體地說，PF對濃度等于或小于7.8×1020/cm3時，例如在晶體中僅存在一個PF對時，其中引入PF對的導帶的最下端被調制為反成鍵s軌道。因為價帶是成鍵p軌道，所以如前面部分(2)中所述，從特定位置的發射強度給出為<s|μ|p>≠0。因此，其PF濃度等于或小于7.8×1020/cm3的FT-Si具有發光功能。
并且，PF對濃度等于或大于6.3×1021/cm3時，其中引入PF對的區域也被調制為反成鍵s軌道。此外，這些軌道在實空間中彼此靠近，從而彼此重疊，由此形成能帶(Гc)。因為發射強度也給出為下式<s|μ|p>≠0，所以其PF對濃度等于或大于6.3×1021/cm3的FT-Si也呈現發光功能。
在區域具有在7.8×1020/cm3至6.3×1021/cm3范圍內的中等PF濃度時，在其中已引入了PF對的位置處導帶的最下端也被調制為反成鍵s軌道。在具有特定PF對濃度的區域中，隨著PF對濃度的增加，逐漸允許s軌道形成能帶。因為發射強度也給出為下式<s|μ|p＞≠0，所以與具有其它PF濃度的FT-Si一樣，具有中等PF濃度的FT-Si也呈現發光功能。
總之，與包含稀有氣體的或包含分子的FT半導體一樣，認為無論DZ對的濃度如何，懸掛型FT半導體產生對間接半導體賦予發光功能的效果。
在本發明的實施例中，包含在懸掛型FT半導體中的母體半導體(構成原子A)、異質原子D和異質原子Z的組合包括下面給出的實例(1)母體半導體選自IVb單質半導體和IVb-IVb化合物半導體，異質原子D選自Va元素和Vb元素，以及異質原子Z選自VIIb元素。
(2)母體半導體選自IVb單質半導體和IVb-IVb化合物半導體，異質原子D選自IIIa元素和IIIb元素，以及異質原子Z選自Ia元素和Ib元素。
(3)母體半導體選自IIIb-Vb化合物半導體，異質原子D選自IVa元素和IVb元素且替換IIIb的原子A，以及異質原子Z選自VIIb元素。
(4)母體半導體選自IIIb-Vb化合物半導體，異質原子D選自IIa元素和IIb元素且替換IIIb的原子A，以及異質原子Z選自Ia元素和Ib元素。
(5)母體半導體選自IIIb-Vb化合物半導體，異質原子D選自VIa元素和VIb元素且替換Vb的原子A，以及異質原子Z選自VIIb元素。
(6)母體半導體選自IIIb-Vb化合物半導體，異質原子D選自IVa元素和IVb元素且替換Vb的原子A，以及異質原子Z選自Ia元素和Ib元素。
母體半導體可以舉例如下。具體地說，IVb單質半導體選自金剛石、硅和鍺。IVb-IVb化合物半導體選自SiC、GeC、SixGe1-x(0＜x＜1)和SixGeyC1-x-y(0＜x＜1，0＜y＜1，0＜x+y＜1)。IIIb-Vb化合物半導體選自BN、BP、AIP、AlAs、AlSb和GaP。
異質原子D和異質原子Z可以舉例如下。具體地說，Ia元素選自Li、Na、K、Rb和Cs。IIa元素選自Be、Mg、Ca、Sr和Ba。IIIa元素選自Sc、Y、La和Lu。IVa元素選自Ti、Zr和Hf。Va元素選自V、Nb和Ta。VIa元素選自Cr、Mo和W。Ib元素選自Cu、Ag和Au。IIb元素選自Zn、Cd和Hg。IIIb元素選自B、AI、Ga、In和Tl。IVb元素選自C、Si、Ge、Sn和Pb。Vb元素選自N、P、As、Sb和Bi。VIb元素選自O、S、Se和Te。VIIb元素選自F、Cl、Br和I。
根據本發明的一個實施例的發光器件包括具有FT結構的有源層和激活有源層的n電極和p電極。對n電極和p電極相對于具有FT結構的有源層的位置沒有特別限制。圖9A和9B是各示出了根據本發明實施例的硅發光器件結構的截面圖。
在圖9A中所示的縱型發光器件中，在n+區1上形成具有FT結構的有源層2和絕緣膜3，并在有源層2和絕緣膜3上形成p+區4。換句話說，有源層2的下表面和上表面分別與n+區1和p+區4接觸。n電極(未示出)連接到n+區1，以及p電極(未示出)連接到p+區4。在該發光器件中，電流沿縱向流動，從而允許電子從n+區1注入到有源層2中，且允許空穴從p+區4注入到有源層2中，結果，電子和空穴在具有直接能帶結構的FT結構的有源層2內復合，從而發光。
在圖9B中所示的橫型發光器件中，在半絕緣硅襯底11中形成掩埋氧化物膜12，在氧化物膜12上的同一平面上，以這樣的方式形成n+區14和p+區15，使得FT結構的有源層13介于二者之間。n電極(未示出)連接到n+區14，以及p電極(未示出)連接到p+區15。在圖9B所示的發光器件中，電流沿橫向流動，從而允許電子從n+區14注入到有源層13中，且允許空穴從p+區15注入到有源層13中，結果，電子和空穴在具有直接能帶結構的FT結構的有源層13內復合，從而發光。
在每個縱型和橫型發光器件中，為了防止電流泄漏，形成掩埋氧化物膜。然而，在電流泄漏可以通過元件結構、襯底電阻率和電路結構中的任何一者來防止的情況下，不是絕對必須形成掩埋氧化物膜。
圖9A和9B均示出了發光器件的基本結構，而特定發光器件的各種結構都是可以想到的。例如，在根據本發明的一個實施例的發光器件中，發射的光可以從有源層的端面或上表面提取。當所發射的光從有源層的上表面提取時，在有源層的上表面上可以形成透明電極。還可以使用形成為使有源層介于其間的一對鏡面，即一對低反射率鏡面和高發射率鏡面的光學共振器，從而引起激光振蕩。還可以適當地結合這些結構。此外，通過在同一襯底上整體形成多個發光器件，可以制造發光器件陣列。通過在同一襯底上整體形成發光器件和晶體管，可以制造光電器件陣列。通過在同一襯底上整體形成發光器件和光電探測器件，可以制造光發射-探測器件陣列。通過在同一襯底上整體形成發光器件、光電探測器件和連接這些發光器件與光電探測器件的波導，可以制造光學器件陣列。稍后將在此詳細說明這些修改例。
現在，將參考圖10A、10B、10C和10D，說明形成具有FT結構的有源層的方法。下述說明包括形成PF摻雜的FT-Si的有源層的情況。
在第一步中，如圖10A中所示，制備Si晶片21，接著，如圖10B中所示，用作為異質原子D的磷(P)摻雜Si晶片21的規定摻雜區22。磷(P)起著n型摻雜劑的作用。
在下一步中，如圖10C中所示，作為異質原子Z的氟(F+)被離子注入到摻雜有P的Si晶片21的規定摻雜區22中。在該離子注入工藝中，使能量、劑量、襯底表面的取向、傾角和襯底溫度等最優化。原本活性的離子物類F+離子接收P原子擁有的多余電子和從地通過襯底提供的電子而成為F-離子，由此形成類似氖(Ne)原子的滿殼層結構，且被化學鈍化。
在圖10D中所示的步驟中，進行退火以使被離子注入擾動的晶格再結晶，由此形成由FT-Si構成的有源層23。在該退火過程中，通過控制退火溫度、退火時間和氣氛等，晶格點中的硅原子可以被P原子替換，且F原子可以插入到間隙位置中。P原子位于晶格點中。然而，由于P原子被F原子奪去了一個電子，所以有源層23被電鈍化，由此，增大了有源層23的電阻率。P原子和F原子通過離子鍵彼此鍵合，即使伴隨退火處理的溫度升高也不會分離二者，從而保持成對狀態。
此外，進行其它步驟以制造如圖9A或9B中構造的發光器件。
如上所述，通過采用離子注入和退火相結合的方法，可以在母體半導體內形成具有FT結構的有源層。另外，通過熱擴散和退火的結合，也可以形成具有FT結構的有源層。此外，采用其它方法，也可以形成具有FT結構的有源層。
如果與PF對一樣地將晶格點處的異質原子D鍵合到間隙位置中的異質原子Z，那么就會產生不同于母體半導體中的晶格振動的另一種固有振動模式。結果，可以由紅外光譜或拉曼光譜直接分析FT結構。關于PF對的實例，對標準振動的計算表明，波數為150至200cm-1的附近出現了振動模式。以此方式，對振動模式的評價提供了一種檢測FT結構存在的有效方法。
作為探測DZ對存在的一種間接且簡單的方法，可以采用電測量，例如電阻測量或霍爾測量。在采用n型或p型摻雜劑作為替換晶格點的異質原子D的情況下，在間隙位置中摻雜異質原子Z之前的襯底呈現n型或p型，由此具有低的電阻率。如果異質原子D與異質原子Z成對，則通過異質原子Z與異質原子D之間的電荷補償使得自由載流子減少，從而增大襯底的電阻率。所以，通過比較異質原子Z的摻雜前后的電阻或載流子濃度，可以探測是否已形成了DZ對。
根據本發明的一個實施例，還可以將懸掛型FT半導體研磨成粉，以便將研磨成粉的FT半導體用作磷光體。磷光體中母體半導體(構成原子A)、異質原子D和異質原子Z的組合如以上結合有源層所述。
將參考特定實施例更詳細地說明本發明。
(第一實施例)將說明如圖9A中所示構造的縱型硅發光器件。通過采用硅作為母體半導體、P原子作為替換晶格位置的異質原子D和F原子作為插入間隙位置中的異質原子Z，形成PF摻雜的FT-Si有源層。PF對的濃度為2.5×1020/cm3。P原子和F原子中每一者的濃度可以通過SIMS確定。
為了檢測在有源層中是否形成了懸掛型FT結構的PF對，檢測PF對中固有的振動模式是高效的，且通過有源層的顯微光譜可以探測PF對。作為一種容易地檢查PF對形成的方法，可以在具有高電阻率的襯底表面上制備其成分與有源層的成分相同的PF摻雜區和僅摻雜有P的區域，以關于表面電阻或載流子濃度比較這兩種摻雜區域。如果形成了PF對，則會引起電荷補償，從而與僅摻雜有P的區域相比，PF摻雜區域的電阻率增大，且載流子濃度降低。
如果用光激發有源層中的PF摻雜的FT-Si，那么將產生與結晶硅的帶隙相對應的波長區域的PL發射。由圖8A和8B所示的能帶計算結果很明顯，PF摻雜的FT-Si的帶隙與結晶硅的帶隙大致相同。所以，PL發射波長與上述計算結果所預期的發射波長并不矛盾。因此，認為在有源層中形成PF-Si，從而將有源層改變為直接能帶結構。
如果由電流驅動發光器件，以允許空穴從p+區注入有源層，且允許電子從n+區注入有源層，則可以發生由電流激發的復合輻射。
如上所述，作為一種將發光功能賦予間接半導體的能帶工程方法，將能帶調制為直接結構的懸掛型FT半導體是非常有效的。
(比較實例)下面說明的是與第一實施例結構完全相同的元件，除了使用B原子代替F原子作為插入有源層中的間隙位置中的異質原子Z。B濃度設定為與第一實施例中的F濃度相等的2.5×1020/cm3。
即使對其施加電流，比較實例的元件也是非發射性的。并且，即使用光激發有源層，比較實例的元件也是非發射性的。
比較實例的元件之所以是非發射性的，原因是由于晶體中B原子的位置。本領域公知B原子是典型的p型摻雜劑，且位于晶格點處，而不在間隙位置處。結果，B原子和P原子進行了電荷補償，從而增大了有源層的電阻率。然而，沒有形成懸掛型FT結構。
如上所述，為了形成懸掛型FT結構并在晶體半導體中誘導直接能帶結構，必須充分考慮替換晶格位置的異質原子和插入到間隙位置的異質原子的組合來選擇異質原子。
(第二實施例)制備其結構與第一實施例的結構相同的發光器件，除了將p型摻雜劑的B原子用作異質原子D以及將K原子用作異質原子Z。由SIMS確定的B濃度和K濃度均為5×1020/cm3，且估計BK對的濃度為5×1020/cm3。
當用光激發發光器件時，引起在結晶硅的帶隙附近的波長處的PL發射。當用電流驅動元件時，可以發生從有源層中的FT結構區域的電流注入輻射。發射波長也等于結晶硅帶隙附近的波長，且發射的光呈現與PL發射光譜類似形狀的發射光譜。
從第二實施例很明顯，即使在異質原子D和異質原子Z是IIIb元素和Ia元素的組合的情況下，發光功能也可以賦予間接半導體。
(第三實施例)通過采用各種材料作為母體半導體、在晶格位置處的異質原子D和在間隙位置處的異質原子Z，與第一實施例相同地制備發光器件。
表1示出了(1)有源層中的母體半導體，(2)被異質原子D替換的晶格位置，(3)替換晶格位置的異質原子D，(4)插入間隙位置中的異質原子Z，(5)由Z濃度估計的DZ對濃度，以及(6)通過電流注入的發射峰波長。
如表1中所示，即使在通過將懸掛型FT結構引入基于化合物的間接半導體的化合物間接半導體中，也引起通過電流注入的發射。
表1

(第四實施例)將說明如圖9B中所示構造的橫型硅發光器件。具體地說，通過使用硅作為母體半導體、P原子作為替換晶格位置的異質原子D和F原子作為插入間隙位置中的異質原子Z，形成PF摻雜的FT-Si有源層。PF對的濃度為4.6×1020/cm3。P原子和F原子的濃度均通過SIMS確定。
為了檢測有源層中是否形成了懸掛型FT結構的PF對，檢測PF對中固有的振動模式是高效的。并且，由電阻值或載流子濃度可以方便地探測PF對的形成。
當用電流驅動發光器件時，可以允許從有源層中的FT結構的區域產生通過電流注入的發射。該發射在結晶硅的帶隙附近產生。
如上所述，與縱向電流驅動的情況一樣，可以允許其中引入了FT結構的發光器件通過由橫向電流驅動的電流注入產生發射。
(第五實施例)圖11A和11B分別是示出了根據該實施例的端面發射型硅發光器件結構的截面圖和透視圖。在半絕緣硅襯底31內形成掩埋氧化物膜32。在掩埋氧化物膜32的上表面上形成摻雜有P的n+區33、FT-Si的有源層34和摻雜有B的p+區35。有源層34由PF摻雜的FT-Si構成，在該PF摻雜的FT-Si中，母體硅層摻雜有用作替換晶格位置的異質原子D的P原子和用作插入間隙位置中的異質原子Z的F原子。PF對的濃度約為3×1020/cm3。對p+區35、有源層34和n+區33進行部分蝕刻，且形成連接到n+區33的n電極36和連接到p+區35的p電極37。n電極36和p電極37均由Ni硅化物/Au形成。如圖11B所示，發光器件的一個端面涂覆有非反射膜NR，另一個端面涂覆有反射膜R。在該結構中，可以從涂覆有非反射膜NR的端面有效地實現通過電流注入的發射。
當用電流驅動發光器件時，引起通過電流注入輻射的發射。圖12是示出了電流、電壓和發射強度之間關系的曲線圖。
如上所述，可以制造其中引入了FT結構的端面發射型硅發光器件，并可以通過電流注入，使發光器件產生發射。
(第六實施例)圖13A和13B分別是示出了根據該實施例的表面發射型硅發光器件結構的截面圖和透視圖。在半絕緣硅襯底41內形成掩埋氧化物膜42。在掩埋氧化物膜42的上表面上形成摻雜有P的n+區43和由FT-Si構成的有源層44。有源層44由PF摻雜的FT-Si構成，在該PF摻雜的FT-Si中，母體硅層摻雜有用作替換晶格位置的異質原子D的P原子和用作插入間隙位置中的異質原子Z的F原子。PF對的濃度約為7×1020/cm3。在有源層44的上表面上選擇性地形成絕緣層45，且形成摻雜有B的p+區46以覆蓋絕緣層45。對p+區46、絕緣層45、有源層44和n+區43進行部分蝕刻，且形成連接到n+區43的n電極47和連接到p+區46的p電極48。P電極48設置在絕緣層45的上方。n電極47和p電極48均由Ni硅化物/Au形成。在本實施例的發光器件中，穿過p+區46從上表面提取EL發射。所以，從表面觀察，發光器件被設計為減小或基本上完全消除有源層44和p電極48之間的重疊，以防止有源層44被p電極48隱蔽。在前表面上在p+區48上形成非反射膜49，在襯底41的后表面上形成反射膜50。發光器件的每個端面均涂覆有反射膜。在圖中所示的結構中，可以從前表面側上的非反射膜49有效地實現通過電流注入的發射。
當用電流驅動發光器件時，電子和空穴在由FT-Si構成的有源層44內復合，由此通過電流注入產生發射。圖14是示出了電流、電壓和發射強度之間關系的曲線圖。
如上所述，可以制造其中引入了FT結構的表面發射型硅發光器件，并可以通過電流注入，使發光器件產生發射。
(第七實施例)圖15A和15B分別是示出了根據該實施例的表面發射型硅發光器件結構的截面圖和透視圖。除了形成輔助電極51和透明電極52以代替非反射膜49之外，該發光器件與第六實施例的發光器件基本上相同。
當用電流驅動發光器件時，電子和空穴在由FT-Si構成的有源層44內復合，由此通過電流注入產生發射。圖16是示出了電流、電壓和發射強度之間關系的曲線圖。
如上所述，通過引入FT結構和采用透明電極，可以制造表面發射型硅發光器件，并可以通過電流注入，使發光器件產生發射。
(第八實施例)圖17A和17B分別是示出了根據該實施例的端面發射型激光二極管(下文中稱為“LD器件”)結構的截面圖和透視圖。該LD器件是具有脊形波導結構的端面發光器件。在半絕緣硅襯底61內形成掩埋氧化物膜62。在掩埋氧化物膜62的上表面上，形成摻雜有P的n+區63、由FT-Si構成的有源層64和摻雜有B的p+區65。有源層64由PF摻雜的FT-Si構成，該PF摻雜的FT-Si具有作為替換晶格位置的異質原子D摻雜的P原子和作為插入間隙位置中的異質原子Z摻雜的F原子。PF對的濃度約為1×1021/cm3。對p+區65、有源層64和n+區63進行部分蝕刻，且形成連接到n+區63的n電極66和連接到p+區65的p電極67。此外，對p電極67和p+區65進行部分蝕刻。n電極66和p電極67均由Ni硅化物/Au形成。如圖17B所示，在LD器件的一個端面上形成具有低反射率的介電多層鏡LR，并在LD器件的另一個端面上具有形成高反射率的介電多層鏡HR。
當用電流驅動LD器件時，可以使激光從端面振蕩。圖18是示出了電流和發射強度之間關系的曲線圖。雖然圖中并沒有示出光譜的具體變化，但是如果檢測通過電流注入所產生的發射光譜，則發現在低于閾值電流的電流下，該光譜很寬，但是在高于閾值電流的電流下，該光譜線很尖銳且是單色的。光譜的具體變化表明可以在高于閾值電流的電流下產生連續的激光振蕩。
除了上述材料以外，可以采用各種材料作為構成有源層的FT半導體材料。例如，可以與用作母體半導體的Si相結合，采用B原子作為異質原子D和K原子作為異質原子Z。也可以采用前面所述材料的各種組合。
(第九實施例)圖19A和19B分別是示出了根據該實施例的表面發射型LD器件結構的截面圖和透視圖。在半絕緣硅襯底71內形成掩埋氧化物膜72。在掩埋氧化物膜72的上表面上，形成摻雜有P的n+區73和由FT-Si構成的有源層74。有源層74由PF摻雜的FT-Si構成，該PF摻雜的FT-Si具有作為異質原子D的在替換晶格位置處摻雜的P原子和作為異質原子Z的在插入間隙位置處摻雜的F原子。PF對的濃度約為7×1020/cm3。在有源層74的上表面上選擇性地形成絕緣膜75，且形成摻雜有B的p+區76以覆蓋絕緣層75。對p+區76、絕緣膜75、有源層74和n+區73進行部分蝕刻，且形成連接到n+區73的n電極77和連接到p+區76的p電極78。n電極77和p電極78均由Ni硅化物/Au形成。對p電極78進行部分蝕刻，并形成低反射率的介電多層鏡79。以與低反射率介電多層鏡79對應的方式，在襯底71的后表面上形成高反射率的介電多層鏡80。
當用電流驅動LD器件時，可以允許激光從端面振蕩。圖20是示出了電流和發射強度之間關系的曲線圖。如圖20中所示，在高于閾值電流的電流下，可以連續產生激光振蕩。
(第十實施例)圖21示出了根據該實施例的光電器件陣列的結構。通過在同一襯底上形成由發光器件和適于調制發光器件的光輸出的開關器件(MOS晶體管)構成的集成電路，制備光電器件陣列。發光器件由其結構與第九實施例的結構相同的表面發射LD器件構成。另一方面，在形成于襯底71內的掩埋氧化物膜72上，形成p阱區81、n+型源極和漏極區82、83。在源極和漏極區82、83之間的柵極絕緣膜84上形成柵電極85。在源極區82和漏極區83上，分別形成源電極86和漏電極87。此外，通過金屬線88，LD器件的n電極77和MOS晶體管的的漏電極87彼此連接。
圖22是示出了對晶體管提供的調制信號(電信號)和由LD器件產生的輸出光的響應的曲線圖。從圖22很顯然，對于10GHz的高速調制信號，輸出光以10GHz的頻率被調制。這表明，該實施例中的光電器件陣列允許高速直接調制。雖然過去為了編碼LD器件的輸出，需要昂貴的光調制器件，但本發明的該實施例中，不必采用光調制元件。
(第十一實施例)
圖23示出了根據該實施例的光發射-探測器件陣列的結構。通過在同一襯底上形成由光電探測器件和發光器件構成的集成電路，制備該光發射-探測器件陣列。光發射-探測器件陣列產生處理接收的光信號和將處理結果作為新的光信號輸出的功能。發光器件由類似于根據第九實施例的LD器件構造的表面發射LD器件形成。另一方面，光電探測器件由鍺光電探測器件形成。在形成于襯底71內的掩埋氧化物膜72上，形成n+層91、i層92和p+層93。對p+層93、i層92和n+層91進行部分蝕刻，以形成連接到n+層91的n電極94。在p+層93上形成p電極95。對p電極95進行部分蝕刻，并形成非發射性層96。通過金屬線97，光電探測器件和發光器件串聯連接。光發射-探測器件陣列具有中繼功能(relaying function)，用于使輸入光信號輸出，其中其波形保持不變。
圖24是示出了對光電探測器件提供的其波長為850nm的光信號和由LD器件產生的輸出光的響應的曲線圖。從圖24很明顯，對于在5GHz的頻率下調制的輸入信號，獲得了相同波形的輸出光。以此方式，該實施例中的光發射-探測器件陣列允許高速信號中繼。
(第十二實施例)圖25示出了根據該實施例的發光器件陣列的結構。在該發光器件陣列中，為了光學輸出圖像信號，在同一襯底上整體形成多個發光器件。多個發光器件中的每個都與如第九實施例中構造的表面發射型LD器件相同。通過金屬線99，多個發光器件彼此連接。
圖26A和26B示出了對LD器件陣列提供的圖像信號(電信號)和由LD器件陣列產生的輸出圖像(光信號)。從圖26A和26B很顯然，可以獲得以高保真度再現輸入圖像的輸出圖像。
(第十三實施例)圖27示出了根據該實施例的光學器件陣列的結構。在該光學器件陣列中，在同一襯底上整體形成發光器件、光電探測器件和用于連接光電探測器件與發光器件的波導。該光學器件陣列允許產生、傳輸和接收光信號。
如圖27中所示，在硅襯底101上形成用于產生信號的端面發射型LD器件110和用于接收信號的鍺光電探測器件120。在LD器件110和光電探測器件120之間形成氧化物膜102，并在氧化物膜102上形成用于傳輸光信號的Si波導130。端面發射型LD器件110的結構與第八實施例的結構相同。n電極66和p電極67在圖27中示出。在LD器件110附近的襯底101中形成溝槽，以將端面暴露于外面。圖27還示出了關于鍺光電探測器件120的n電極121和p電極122。
圖28是示出了由LD器件產生的光信號和光電探測器件的輸出響應的曲線圖。從圖28很明顯，對于在50GHz頻率下的高速調制信號，輸出光以50GHz的頻率被調制。以此方式，該實施例中的光學器件陣列允許以高速傳輸光信號。過去在晶片上形成用于傳輸光信號的光學布線單元在技術上是不可能的。然而，該實施例可以形成這樣的光學布線單元。
(第十四實施例)將說明可以由光源、電源或X射線源激發的磷光體。磷光體為包含作為主要成分的FT半導體的粉末晶體形式。FT半導體由包括作為母體半導體的碳化硅(SiC)、作為異質原子D的N原子和作為異質原子Z的F原子的NF摻雜的FT-SiC構成。將NF濃度調整為三種濃度水平9×1017/cm3、1.2×1019/cm3和1.6×1020/cm3。
由NF摻雜的FT-SiC的能帶計算估計帶隙約為3eV，并預期產生藍色發射。并且，因為帶間躍遷為電偶極躍遷，所以預期發射復合壽命短，從而高效地實現強發射。
當用光，例如紫外光激發磷光體時，可以獲得藍色PL發射。當檢測相對于NF對濃度的PL發射光譜的發射強度時，發現NF對的數目與發射強度成比例。在這種情況下，認為NF對起著局部發光中心的作用。
除了上述材料以外，還可以采用各種材料作為磷光體的材料。例如，在母體半導體由SiC形成的情況下，可以使用B原子作為異質原子D和K原子作為異質原子Z。在母體半導體由BP形成的情況下，也可以使用O原子作為異質原子D和F原子作為異質原子Z。還可以采用前面所述材料的各種組合。
(第十五實施例)該實施例中的磷光體由包括用作母體半導體的碳化硅(SiC)、用作異質原子D的Al原子和用作異質原子Z的Na原子的AlNa摻雜的FT-SiC形成。AlNa濃度約為5×1020/cm3。
由AlNa摻雜的FT-SiC的能帶計算估計帶隙約為3eV，并預期產生藍色發射。當檢測PL發射時，可以獲得藍綠色發射，這與基于計算的估計基本上吻合。
(第十六實施例)通過使用各種材料作為母體半導體、替換晶格位置的異質原子D和插入間隙位置中的異質原子Z，獲得與第十四和第十五實施例相同的磷光體。
表2示出了(1)磷光體的母體半導體，(2)被異質原子D替換的晶格位置，(3)替換晶格位置的異質原子D，(4)插入間隙位置中的異質原子Z，(5)由Z濃度估計的DZ對濃度，以及(6)PL發射波長。
如表2中所示，通過將懸掛型FT結構引入間接半導體中，可以高效地產生PL發射。
表2

本領域的技術人員很容易想到其它的優點和修改。因此，本發明在其更寬的方面并不限于這里示出和說明的具體細節和示例性實施例。因此，只要不脫離所附權利要求書和其等同替換限定的總發明構思的精神或范圍，可以進行各種修改。
權利要求
1.一種發光器件，包括有源層，包括具有四面體結構的母體半導體的原子A、替換晶格位置中所述原子A的異質原子D和插入到與所述異質原子D最鄰近的間隙位置中的異質原子Z，所述異質原子D的價電子數與所述原子A的價電子數相差+1，并且通過與所述異質原子D的電荷補償，所述異質原子Z具有滿殼層結構的電子組態；以及n電極和p電極，適于向所述有源層提供電流。
2.一種發光器件，包括有源層，包括具有四面體結構的母體半導體的原子A、替換晶格位置中所述原子A的異質原子D和插入到與所述異質原子D最鄰近的間隙位置中的異質原子Z，所述異質原子D的價電子數與所述原子A的價電子數相差-1，并且通過與所述異質原子D的電荷補償，所述異質原子Z具有滿殼層結構的電子組態；以及n電極和p電極，適于向所述有源層提供電流。
3.根據權利要求1的發光器件，其中所述母體半導體選自IVb單質半導體和IVb-IVb化合物半導體，所述異質原子D選自Va元素和Vb元素，以及所述異質原子Z選自VIIb元素。
4.根據權利要求2的發光器件，其中所述母體半導體選自IVb單質半導體和IVb-IVb化合物半導體，所述異質原子D選自IIIa元素和IIIb元素，以及所述異質原子Z選自Ia元素和Ib元素。
5.根據權利要求1的發光器件，其中所述母體半導體選自IIIb-Vb化合物半導體，所述異質原子D選自IVa元素和IVb元素且替換IIIb的所述原子A，以及所述異質原子Z選自VIIb元素。
6.根據權利要求2的發光器件，其中所述母體半導體選自IIIb-Vb化合物半導體，所述異質原子D選自IIa元素和IIb元素且替換IIIb的所述原子A，以及所述異質原子Z選自Ia元素和Ib元素。
7.根據權利要求1的發光器件，其中所述母體半導體選自IIIb-Vb化合物半導體，所述異質原子D選自VIa元素和VIb元素且替換Vb的所述原子A，以及所述異質原子Z選自VIIb元素。
8.根據權利要求2的發光器件，其中所述母體半導體選自IIIb-Vb化合物半導體，所述異質原子D選自IVa元素和IVb元素且替換Vb的所述原子A，以及所述異質原子Z選自Ia元素和Ib元素。
9.根據權利要求1的發光器件，還包括n層，其在所述有源層和所述n電極之間形成以便與所述有源層接觸，以及p層，其在所述有源層和所述p電極之間形成以便與所述有源層接觸，其中所述n層、所述有源層和所述p層一個層疊在另一個上。
10.根據權利要求1的發光器件，還包括n層，其在所述有源層和所述n電極之間形成以便與所述有源層接觸，以及p層，其在所述有源層和所述p電極之間形成以便與所述有源層接觸，其中所述n層、所述有源層和所述p層設置在同一面內。
11.根據權利要求1的發光器件，還包括形成在所述有源層一個端面上的非反射膜和形成在所述有源層另一個端面上的反射膜。
12.根據權利要求1的發光器件，其中所述n電極或所述p電極設置為表面電極，并且非發射膜在沒有被所述表面電極覆蓋的所述有源層的上部中形成，且反射膜在所述有源層的下部中形成，以便面對所述非反射膜。
13.根據權利要求1的發光器件，其中所述n電極或所述p電極設置為表面電極，且所述表面電極是透明的。
14.根據權利要求1的發光器件，還包括由一對鏡面構成的光學共振器，所述鏡面對設置為沿所述有源層的同一面內方向將所述有源層夾在其間，且所述鏡面對的反射率彼此不同。
15.根據權利要求1的發光器件，還包括由一對鏡面構成的光學共振器，所述鏡面對設置為沿所述有源層的膜表面的豎直方向將所述有源層夾在其間，且所述鏡面對的反射率彼此不同。
16.一種光電器件陣列，包括在同一襯底上形成的根據權利要求1的發光器件和晶體管。
17.一種光發射-探測器件陣列，包括在同一襯底上形成的根據權利要求1的發光器件和光電探測器件。
18.一種發光器件陣列，包括在同一襯底上形成的多個根據權利要求1的發光器件。
19.一種光學器件陣列，包括在同一襯底上形成的根據權利要求1的發光器件、光電探測器件和連接所述發光器件與所述光電探測器件的波導。
20.一種磷光體，包括具有四面體結構的母體半導體的原子A、替換晶格位置中所述原子A的異質原子D，以及插入到與所述異質原子D最鄰近的間隙位置中的異質原子Z，所述異質原子D的價電子數與所述原子A的價電子數相差+1，并且通過與所述異質原子D的電荷補償，所述異質原子Z具有滿殼層結構的電子組態。
21.一種磷光體，包括具有四面體結構的母體半導體的原子A、替換晶格位置中所述原子A的異質原子D，以及插入到與所述異質原子D最鄰近的間隙位置中的異質原子Z，所述異質原子D的價電子數與所述原子A的價電子數相差-1，并且通過與所述異質原子D的電荷補償，所述異質原子Z具有滿殼層結構的電子組態。
22.根據權利要求20的磷光體，其中所述母體半導體選自IVb單質半導體和IVb-IVb化合物半導體，所述異質原子D選自Va元素和Vb元素，以及所述異質原子Z選自VIIb元素。
23.根據權利要求21的磷光體，其中所述母體半導體選自IVb單質半導體和IVb-IVb化合物半導體，所述異質原子D選自IIIa元素和IIIb元素，以及所述異質原子Z選自Ia元素和Ib元素。
24.根據權利要求20的磷光體，其中所述母體半導體選自IIIb-Vb化合物半導體，所述異質原子D選自IVa元素和IVb元素且替換IIIb的所述原子A，以及所述異質原子Z選自VIIb元素。
25.根據權利要求21的磷光體，其中所述母體半導體選自IIIb-Vb化合物半導體，所述異質原子D選自IIa元素和IIb元素且替換IIIb的所述原子A，以及所述異質原子Z選自Ia元素和Ib元素。
26.根據權利要求20的磷光體，其中所述母體半導體選自IIIb-Vb化合物半導體，所述異質原子D選自VIa元素和VIb元素且替換Vb的所述原子A，以及所述異質原子Z選自VIIb元素。
27.根據權利要求21的磷光體，其中所述母體半導體選自IIIb-Vb化合物半導體，所述異質原子D選自IVa元素和IVb元素且替換Vb的所述原子A，以及所述異質原子Z選自Ia元素和Ib元素。
全文摘要
一種發光器件包括有源層，包括具有四面體結構的母體半導體的原子A、替換晶格位置中所述原子A的異質原子D和插入到與所述異質原子D最鄰近的間隙位置中的異質原子Z，所述異質原子D的價電子數與所述原子A的價電子數相差+1或－1，并且通過與所述異質原子D的電荷補償，所述異質原子Z具有滿殼層結構的電子組態；以及n電極和p電極，適于向所述有源層提供電流。
文檔編號H01S5/30GK1976078SQ20061016299
公開日2007年6月6日 申請日期2006年11月30日 優先權日2005年11月30日
發明者山本和重, 清水達雄, 羽根田茂 申請人:株式會社東芝