硅发光元件

摘要

本发明提供了一种硅发光元件，具备：具有第1面(10a)和位于该第1面相反侧的第2面(10b)的第1导电类型的硅衬底(10)；设置在硅衬底(10)的第1面(10a)上的绝缘膜(11)；设置在绝缘膜(11)上不同于第1导电类型的第2导电类型的硅层(12)；设置在硅层(12)上的第1电极(13)；以及设置在硅衬底的第2面上的第2电极(14)，硅衬底(10)的载流子浓度为5×1015cm-3～5×1018cm-3，硅层(12)的载流子浓度为1×1017cm-3～5×1019cm-3并且比硅衬底(10)的载流子浓度大一个数量级以上，绝缘膜(11)的膜厚是0.3nm～5nm。由此，实现了可以适用于硅光子学的光源的硅发光元件。

权利要求

1.一种硅发光元件，其特征在于，具备：第1导电类型的硅衬底，具有第1面和在该第1面的相反侧的第2面；

绝缘膜，设置在所述硅衬底的所述第1面上；

第2导电类型的硅层，设置在所述绝缘膜上，所述第2导电类型不同于所述第1导电类型；

第1电极，设置在所述硅层上；以及第2电极，设置在所述硅衬底的所述第2面上，

15 -3 18 -3

所述硅衬底的载流子浓度为5×10 cm ～5×10 cm ，

17 -3 19 -3

所述硅层的载流子浓度为1×10 cm ～5×10 cm ，并且比所述硅衬底的载流子浓度大一个数量级以上，所述绝缘膜的膜厚是0.3nm～5nm。

2.一种硅发光元件，其特征在于，具备：第1导电类型的硅衬底，具有第1面和在该第1面的相反侧的第2面；

绝缘膜，设置在所述硅衬底的所述第1面上；

第2导电类型的硅层，设置在所述绝缘膜上，所述第2导电类型不同于所述第1导电类型；

第1电极，设置在所述硅层上；以及第2电极，设置在所述硅衬底的所述第2面上，

15 -3 18 -3

所述硅层的载流子浓度为5×10 cm ～5×10 cm ，

17 -3 19 -3

所述硅衬底的载流子浓度为1×10 cm ～5×10 cm ，并且比所述硅层的载流子浓度大一个数量级以上，所述绝缘膜的膜厚是0.3nm～5nm。

3.一种硅发光元件，其特征在于，具备：硅衬底，具有第1面；

第1导电类型的第1硅层，设置在所述硅衬底的第1面上，且具有沿着该第1面依次配置的第1区域、第2区域和第3区域；

第1电极，分别设置在所述第1硅层的所述第1区域和所述第3区域上；

绝缘膜，设置在所述第1硅层的所述第2区域上；

第2导电类型的第2硅层，设置在所述绝缘膜上，所述第2导电类型不同于所述第1导电类型；以及第2电极，设置在所述第2硅层上，

15 -3 18 -3

所述第1硅层的载流子浓度为5×10 cm ～5×10 cm ，

17 -3 19 -3

所述第2硅层的载流子浓度为1×10 cm ～5×10 cm ，并且比所述第1硅层的载流子浓度大一个数量级以上，所述绝缘膜的膜厚为0.3nm～5nm。

4.一种硅发光元件，其特征在于，具备：硅衬底，具有第1面；

第1导电类型的第1硅层，设置在所述硅衬底的第1面上，且具有沿着该第1面依次配置的第1区域、第2区域和第3区域；

第1电极，分别设置在所述第1硅层的所述第1区域和所述第3区域上；

绝缘膜，设置在所述第1硅层的所述第2区域上；

第2导电类型的第2硅层，设置在所述绝缘膜上，所述第2导电类型不同于所述第1导电类型；以及第2电极，设置在所述第2硅层上，

15 -3 18 -3

所述第2硅层的载流子浓度为5×10 cm ～5×10 cm ，

17 -3 19 -3

所述第1硅层的载流子浓度为1×10 cm ～5×10 cm ，并且比所述第2硅层的载流子浓度大一个数量级以上，所述绝缘膜的膜厚为0.3nm～5nm。

5.根据权利要求1～4中的任一项所述的硅发光元件，其特征在于，所述绝缘膜的材料含有硅。

6.根据权利要求1～4中的任一项所述的硅发光元件，其特征在于，所述绝缘膜为硅氧化膜或硅氮化膜。

说明书

硅发光元件

技术领域

[0001] 本发明涉及硅发光元件。

背景技术

[0002] 近年来，硅光子学引人注目。硅光子学是通过将使用硅的发光元件和硅波导等集成在大规模集成电路(LSI)内的芯片之间或芯片内来谋求功率消耗的降低和信号处理速度的提高的技术。对该硅光子学的光源，使用低价且环境负载小的硅的发光元件是理想的。另外，由于比硅的禁带宽度(室温下约1.125eV)低的能量的光(约1100nm以上的波长的光)容易透过硅波导，因此，要求发出这样的光的发光元件。使用硅的发光元件的例子在专利文献1和专利文献2有记载。专利文献1和专利文献2所记载的硅发光二级管，具有在SOI衬底上厚度全部在10nm以下的pn结。这些记载在专利文献1和专利文献2的硅发光二极管发出比硅的禁带宽度高的能量的光(波长约770nm～1000nm)。这考虑为因pn结变薄而显现的量子限制效应。

[0003] 现有技术文献

[0004] 专利文献

[0005] 专利文献1：日本特开2007-294628号公报

[0006] 专利文献2：日本特开平8-46237号公报

发明内容

[0007] 发明要解决的问题

[0008] 然而，波长770nm～1000nm的光难以透过硅波导。因此，将专利文献1和专利文献2所记载的硅发光二极管适用于硅光子学的光源是困难的。另外，作为使用硅的其他发光元件，已知的有具有多孔硅和Si/SiO2纳米结构的硅发光元件。但是，具有多孔硅和Si/SiO2纳米结构的硅发光元件所发出的光是可见光，仍然难以透过硅波导。因此，具有多孔硅和Si/SiO2纳米结构的硅发光元件适用于硅光子学的光源是困难的。因此，本发明的课题在于提供一种可以适用于硅光子学的光源的硅发光元件。

[0009] 解决问题的手段

[0010] 本发明的硅发光元件的特征在于，具备：具有第1面和在该第1面的相反侧的第2面的第1导电类型的硅衬底；设置在硅衬底的第1面上的绝缘膜；设置在绝缘膜上、不同于第1导电类型的第2导电类型的硅层；设置在硅层上的第1电极；以及设置在硅衬底的第15 -3 18 -3
2面上的第2电极，硅衬底的载流子浓度为5×10 cm ～5×10 cm ，硅层的载流子浓度为
17 -3 19 -3
1×10 cm ～5×10 cm 并且比硅衬底的载流子浓度大一个数量级以上，绝缘膜的膜厚是
0.3nm～5nm。

[0011] 另外，本发明的硅发光元件的特征在于，具备：具有第1面和在该第1面的相反侧的第2面的第1导电类型的硅衬底；设置在硅衬底的第1面上的绝缘膜；设置在绝缘膜上不同于第1导电类型的第2导电类型的硅层；设置在硅层上的第1电极；以及设置在硅衬底的15 -3 18 -3
第2面上的第2电极，硅层的载流子浓度为5×10 cm ～5×10 cm ，硅衬底的载流子浓度
17 -3 19 -3
为1×10 cm ～5×10 cm 并且比硅层的载流子浓度大一个数量级以上，绝缘膜的膜厚是
0.3nm～5nm。

[0012] 另外，本发明的硅发光元件的特征在于，具备：具有第1面的硅衬底；设置在硅衬底的第1面上、具有沿着该第1面依次配置的第1区域、第2区域和第3区域的第1导电类型的第1硅层；分别设置在第1硅层的第1区域和第3区域上的第1电极；设置在第1硅层的第2区域上的绝缘膜；设置在绝缘膜上不同于第1导电类型的第2导电类型的第2硅层；15 -3 18 -3
以及设置在第2硅层上的第2电极，第1硅层的载流子浓度为5×10 cm ～5×10 cm ，第
17 -3 19 -3
2硅层的载流子浓度为1×10 cm ～5×10 cm 并且比第1硅层的载流子浓度大一个数量级以上，绝缘膜的膜厚为0.3nm～5nm。

[0013] 另外，本发明的硅发光元件的特征在于，具备：具有第1面的硅衬底；设置在硅衬底的第1面上、具有沿着该第1面依次配置的第1区域、第2区域和第3区域的第1导电类型的第1硅层；分别设置在第1硅层的第1区域和第3区域上的第1电极；设置在第1硅层的第2区域上的绝缘膜；设置在绝缘膜上不同于第1导电类型的第2导电类型的第2硅层；15 -3 18 -3
以及设置在第2硅层上的第2电极，第2硅层的载流子浓度为5×10 cm ～5×10 cm ，第
17 -3 19 -3
1硅层的载流子浓度为1×10 cm ～5×10 cm 并且比第2硅层的载流子浓度大一个数量级以上，绝缘膜的膜厚为0.3nm～5nm。

[0014] 本发明人反复研究以开发可以适用于硅光子学的光源的硅发光元件，所述光源要求容易透过硅波导的波长的光以比较高的强度发出。本发明人在该研究结果发现具有膜厚0.3nm～5nm的绝缘膜的本发明的硅发光元件以高强度发出容易透过硅波导的波长的光。

[0015] 发明的效果

[0016] 根据本发明，可以提供一种可以适用于硅光子学的光源的硅发光元件。

附图说明

[0017] 图1是典型地表示第1实施方式所涉及的硅发光元件的结构图。

[0018] 图2是表示第1实施方式所涉及的硅发光元件的V-I特性图。

[0019] 图3是表示第1实施方式所涉及的硅发光元件的光谱图。

[0020] 图4是表示第1实施方式所涉及的硅发光元件的绝缘膜的膜厚和发光强度之间的关系图。

[0021] 图5是典型地表示第2实施方式所涉及的硅发光元件的结构图。

[0022] 图6是典型地表示第3实施方式所涉及的硅发光元件的结构图。

具体实施方式

[0023] (第1实施方式)以下，参考附图就本发明所述涉及的硅发光元件的第1实施方式进行详细地说明。另外，附图说明中，在可能的情况下，用同一符号表示同一要素，省略重复的说明。参考图1说明第1实施方式所涉及的硅发光元件1。图1是表示第1实施方式所涉及的硅发光元件1的结构图。硅发光元件1具备硅衬底10、绝缘膜11、硅层12、第1电极13和第2电极14。硅衬底10具有第1面10a和第2面10b。另外，硅衬底10具有n型导电类型(第1导电类型)。绝缘膜11设置在硅衬底10的第1面10a上。绝缘膜11接合于硅衬底10。绝缘膜11可以形成为硅氧化膜或硅氮化膜、也可以是含有硅的其它材料。硅层12设置在绝缘膜11上。硅层12接合于绝缘膜11。硅层12具有p型的导电类型(第2导电类型)。第1电极13设置在硅层12上。第1电极13接合于硅层12。第2电极14设置在硅衬底10的第2面10b上。第2电极14接合于硅衬底10。绝缘膜11夹在硅衬底10和硅层12之间。

[0024] 硅衬底10的载流子浓度为5×1015cm-3～5×1018cm-3，电阻率约为1Ω·cm～17 -3 19 -3
0.01Ω·cm。另外，硅层12的载流子浓度为1×10 cm ～5×10 cm ，电阻率为0.2Ω·cm～
0.002Ω·cm。但是，硅层12的载流子浓度比硅衬底10的载流子浓度大一个数量级以上。
硅层12的厚度为0.1μm～2μm。绝缘膜11的膜厚为0.3nm～11nm。

[0025] 下面就硅发光元件1的制造方法进行说明。首先，对硅衬底10的表面进行热氧化而将绝缘膜11(硅氧化膜)设置在硅衬底10的表面。设置绝缘膜11的方法优选为化学氧化。此时，对热氧化的氧化温度和氧化时间等进行调制而使绝缘膜11的膜厚约为0.3nm～11nm。接着，在绝缘膜11上生长厚度0.1μm～2μm的硅层12。然后，将第1电极13和第2电极14分别蒸镀在硅层12和硅衬底10上。这里，对硅衬底10掺杂n型载流子以使
15 -3 18 -3
载流子浓度为5×10 cm ～5×10 cm ，并且对硅层12掺杂p型载流子以使载流子浓度为
17 -3 19 -3
1×10 cm ～5×10 cm 。但是，以硅层12的载流子浓度比硅衬底10的载流子浓度大一个数量级以上的方式调整各掺杂量。

[0026] 下面，参考图2，就硅发光元件1的V-I特性(电压-电流特性)进行说明。图2是表示具有膜厚2nm的绝缘膜11的硅发光元件1的V-I特性图。图2的横轴表示施加在硅发光元件1的偏置电压(V)，纵轴表示流到硅发光元件1的电流(mA)。如图2所示，由于硅发光元件1发挥了良好的pn接合特性，因此，能够作为二极管而进行动作。

[0027] 接着，使用图3和图4对硅发光元件1的电子发光(Electro Luminescence，EL)进行说明。图3表示在室温下将40mA的测量电流注入到具有膜厚2nm的绝缘膜11的硅发光元件1的情况的硅发光元件1的发光光谱。图3的横轴表示从硅发光元件1发出的光的波长(nm)。图3的纵轴表示硅发光元件1的发光强度(任意单位(arb.unit))。可以通过控制注入到硅发光元件1的电流来控制发光强度，但不能改变光谱。如图3所示，硅发光元件1具有约1140nm的发光峰值。图4是表示硅发光元件1的绝缘膜11的膜厚和硅发光元件1的发光强度之间的关系图。图4的横轴表示绝缘膜11的膜厚(nm)。图4的纵轴表示硅发光元件1的发光强度(arb.unit)，通过将没有绝缘膜11的硅发光元件的发光强度作为1的比例来表示。图4所表示的数据是在室温将40mA的测量电流注入硅发光元件1时得到的数据。如图4所示，可以看出具有绝缘膜11的发光元件1的发光强度比没有绝缘膜11的硅发光元件的发光强度提高。特别地，在绝缘膜11的膜厚为3nm的情况下，硅发光元件1的发光强度比没有绝缘膜11的硅发光元件的发光强度提高了3个数量级以上。这可以认为是由于从第1电极13和第2电极14注入的电流所产生的载流子通过隧道效应在薄的绝缘膜11中移动并再结合的原因。另外，可以认为，由于硅层12掺杂了比硅衬底10浓度高的载流子(载流子浓度大一个数量级以上)，因此通过隧道效应从硅层12移动到硅衬底10的载流子在全部载流子中是占主导的。因此，可以认为载流子的再结合限定在硅衬底
10的第1面10a的附近。这可以认为是一种载流子限制。

[0028] 如以上说明，本实施方式所涉及的硅发光元件1，如图3所示，可以发出容易透过硅波导的波长的光(波长约1100nm以上的光)。另外，如图4所示，绝缘膜11的膜厚为0.3nm～5nm的情况下，硅发光元件1的发光强度比没有绝缘膜11的硅发光元件的发光强度最大提高了3个数量级以上。另外，如图2所示，硅发光元件1中动作电压为约1V，由于很低，所以稳定的电流注入是可能的。另外，图2～图4所示的结果表示硅发光元件1的室温动作。另外，硅衬底10、绝缘膜11和硅层12含有Si。由此，硅发光元件1由硅类材料或者硅工艺适合材料构成、以高强度发出容易透过光波导的波长的光，并且能够进行稳定的电流注入，且可以在室温下使用，因此适用于硅光子学的光源。

[0029] 另外，硅衬底10和硅层12的载流子浓度不限于上述的情况。例如，可以使硅层15 -3 18 -3 17 -3
12的载流子浓度为5×10 cm ～5×10 cm ，硅衬底10的载流子浓度为1×10 cm ～
19 -3
5×10 cm ，并且硅衬底10的载流子浓度比硅层12的载流子浓度大一个数量级以上。由此，可以认为，在硅衬底10掺杂比硅层12浓度高的载流子的情况中，载流子的再结合限定在硅层12的与绝缘膜11的接合面附近。

[0030] 另外，除硅发光元件1之外，已知的有使用硅的多个发光元件。作为这样的发光元件，例如，已知的有使用具有SiGe超晶格的Si类半导体的发光元件。该发光元件通过直接迁移来发出红外光。但是，由于SiGe超晶格要求精密的生长技术，该发光元件的制造不容易。与此不同，本实施方式所涉及的硅发光元件1，如图1所示，由于元件构造不复杂因此可以比较容易地制造。另外，已知的也有将铒(Er)掺杂到Si的发光元件。该发光元件发出波长约为1.5μm的光。但是，该发光元件在室温中的发光强度非常弱。

[0031] (第2实施方式)接着，就本发明所涉及的硅发光元件的第2实施方式进行详细地说明。参考图5，对第2实施方式所涉及的硅发光元件2的结构进行说明。图5是表示第2实施方式所涉及的硅发光元件2的结构图。硅发光元件2具备硅衬底20、第1硅层21、第1电极22、绝缘膜23、第2硅层24和第2电极25。硅衬底20具有第1面20a。第1硅层21具有n型导电类型(第1导电类型)。第1硅层21设置在硅衬底20的第1面20a上。另外，第1硅层21接合于硅衬底20。进一步地，第1硅层21具有沿着硅衬底20的第1面20a依次配置的第1区域21a、第2区域21b和第3区域21c。第1区域21a的厚度和第3区域21c的厚度大致相同，但第2区域21b比第1区域21a和第3区域21c的厚度要厚。因此，第2区域21b比第1区域21a和第3区域21c的表面突出。由此，在第1硅层21的表面设置有高低差。第1电极22分别设置在第1硅层21的第1区域21a和第3区域21c上。第
1电极22接合于第1硅层21。绝缘膜23设置在第1硅层21的第2区域21b上。绝缘膜
23接合于第1硅层21。绝缘膜23可以形成为硅氧化膜或硅氮化膜、也可以是含有硅的其它材料。第2硅层24具有p型导电类型(第2导电类型)。第2硅层24设置在绝缘膜23上。另外，第2硅层24接合于绝缘膜23。第2电极25设置在第2硅层24上。第2电极
25接合于第2硅层24。绝缘膜23夹在第1硅层21和第2硅层24之间。

[0032] 第1硅层21的载流子浓度为5×1015cm-3～5×1018cm-3，电阻率约为1Ω·cm～17 -3 19 -3
0.01Ω·cm。另外，第2硅层24的载流子浓度为1×10 cm ～5×10 cm ，电阻率约为
0.2Ω·cm～0.002Ω·cm。但是，第2硅层24的载流子浓度比第1硅层21的载流子浓度大一个数量级以上。第2硅层24的厚度为0.1μm～2μm。绝缘膜23的膜厚为0.3nm～
11nm。

[0033] 接着就硅发光元件2的制造方法进行说明。首先，准备硅衬底20并在该硅衬底20上通过外延生长形成第1硅层。接着，对第1硅层的表面进行热氧化而在第1硅层的表面设置绝缘膜(硅氧化膜)。设置绝缘膜的方法优选为化学氧化。此时，对热氧化的氧化温度和氧化时间等进行调制以使绝缘膜的膜厚约为0.3nm～11nm。接着，在绝缘膜上通过外延生长形成厚度0.1μm～2μm的第2硅层。这里，对第1硅层掺杂n型载流子以使载
15 -3 18 -3
流子浓度为5×10 cm ～5×10 cm ，并且对第2硅层掺杂p型载流子以使载流子浓度为
17 -3 19 -3
1×10 cm ～5×10 cm 。但是，以第2硅层的载流子浓度比第1硅层的载流子浓度大一个数量级以上的方式调整各掺杂量。然后，将这样设置的绝缘膜和第2硅层，保留中央部分而刻蚀去除(刻蚀去除绝缘膜和第2硅层的边缘部分)并露出第1硅层的一部分(边缘部分)。进一步刻蚀该露出的第1硅层的一部分而在第1硅层的表面设置高低差。通过该刻蚀，在硅衬底20上形成第1硅层21、绝缘膜23和第2硅层24。其后，在通过上述刻蚀而露出的第1硅层21的第1区域21a和第3区域21c上通过蒸镀来设置第1电极22。进一步地，在第2硅层24上通过蒸镀来设置第2电极25。以上说明的第2实施方式所涉及的硅发光元件2可以精度良好地控制第1硅层21内的载流子浓度并且应用性高。

[0034] 此外，第1硅层21和第2硅层24的载流子浓度不限于上述的情况。例如，可以15 -3 18 -3
使第2硅层24的载流子浓度为5×10 cm ～5×10 cm ，而第1硅层21的载流子浓度为
17 -3 19 -3
1×10 cm ～5×10 cm ，并且第1硅层21的载流子浓度比第2硅层24的载流子浓度大一个数量级以上。

[0035] (第3实施方式)接着，参考图6，就本发明所涉及的硅发光元件的第3实施方式进行说明。图6是表示第3实施方式所涉及的硅发光元件3的结构图。硅发光元件3不具有硅发光元件2的第1硅层21而具有第1硅层26。硅发光元件3的其它结构与硅发光元件2相同。第1硅层26设置在硅衬底20的第1面20a上。另外，第1硅层26具有沿着硅衬底20的第1面20a依次配置的第1区域26a、第2区域26b和第3区域26c。第1区域26a的厚度、第2区域26b和第3区域26c的厚度大致相同。因此，在第1硅层26的表面没有设置高低差。在第2区域26b上依次设置有绝缘膜23、第2硅层24和第2电极25。第
15 -3 18 -3
1硅层26的载流子浓度为5×10 cm ～5×10 cm ，电阻率约为1Ω·cm～0.01Ω·cm。
17 -3 19 -3
另外，第2硅层24的载流子浓度为1×10 cm ～5×10 cm ，电阻率约为0.2Ω·cm～
0.002Ω·cm。但是，第2硅层24的载流子浓度比第1硅层26的载流子浓度大一个数量级以上。以上说明的第3实施方式所涉及的硅发光元件3可以精度良好地控制第1硅层26内的载流子浓度并且应用性高。

[0036] 此外，第1硅层26和第2硅层24的载流子浓度不限于上述的情况。例如，可以15 -3 18 -3
使第2硅层24的载流子浓度为5×10 cm ～5×10 cm ，而第1硅层26的载流子浓度为
17 -3 19 -3
1×10 cm ～5×10 cm ，并且第1硅层26的载流子浓度比第2硅层24的载流子浓度大一个数量级以上。

[0037] 这里，在根据上述第1实施方式的硅发光元件中，使用的结构具备：具有第1面和在该第1面的相反侧的第2面的第1导电类型的硅衬底；设置在硅衬底的第1面上的绝缘膜；设置在绝缘膜上不同于第1导电类型的第2导电类型的硅层；设置在硅层上的第15 -3
1电极；以及设置在硅衬底的第2面上的第2电极，硅衬底的载流子浓度为5×10 cm ～
18 -3 17 -3 19 -3
5×10 cm ，硅层的载流子浓度为1×10 cm ～5×10 cm 并且比硅衬底的载流子浓度大一个数量级以上，绝缘膜的膜厚是0.3nm～5nm。

[0038] 或者，在上述第1实施方式的硅发光元件中，使用的结构具备：具有第1面和在该第1面的相反侧的第2面的第1导电类型的硅衬底；设置在硅衬底的第1面上的绝缘膜；设置在绝缘膜上不同于第1导电类型的第2导电类型的硅层；设置在硅层上的第1电极；以及15 -3 18 -3
设置在硅衬底的第2面上的第2电极，硅层的载流子浓度为5×10 cm ～5×10 cm ，硅衬
17 -3 19 -3
底的载流子浓度为1×10 cm ～5×10 cm 并且比硅层的载流子浓度大一个数量级以上，绝缘膜的膜厚是0.3nm～5nm。

[0039] 另外，在根据上述第2和第3实施方式的硅发光元件中，使用的结构具备：具有第1面的硅衬底；设置在硅衬底的第1面上、具有沿着该第1面依次配置的第1区域、第2区域和第3区域的第1导电类型的第1硅层；分别设置在第1硅层的第1区域和第3区域上的第1电极；设置在第1硅层的第2区域上的绝缘膜；设置在绝缘膜上不同于第1导电类型的第2导电类型的第2硅层；以及设置在第2硅层上的第2电极，第1硅层的载流子浓度
15 -3 18 -3 17 -3 19 -3
为5×10 cm ～5×10 cm ，第2硅层的载流子浓度为1×10 cm ～5×10 cm 并且比第
1硅层的载流子浓度大一个数量级以上，绝缘膜的膜厚为0.3nm～5nm。

[0040] 或者，在根据上述第2和第3实施方式的硅发光元件中，使用的结构具备：具有第1面的硅衬底；设置在硅衬底的第1面上、具有沿着该第1面依次配置的第1区域、第2区域和第3区域的第1导电类型的第1硅层；分别设置在第1硅层的第1区域和第3区域上的第1电极；设置在第1硅层的第2区域的绝缘膜；设置在绝缘膜上不同于第1导电类型的第2导电类型的第2硅层；以及设置在第2硅层上的第2电极，第2硅层的载流子浓度为
15 -3 18 -3 17 -3 19 -3
5×10 cm ～5×10 cm ，第1硅层的载流子浓度为1×10 cm ～5×10 cm 并且比第2硅层的载流子浓度大一个数量级以上，绝缘膜的膜厚为0.3nm～5nm。

[0041] 在根据这样的第1～第3实施方式的硅发光元件中，绝缘膜的材料优选含有硅，更具体地，绝缘膜优选为硅氧化膜或硅氮化膜。

[0042] 产业上的利用可能性

[0043] 本发明可以以高强度地发出容易透过硅波导的波长的光，因此，可以作为硅光子学的光源来利用。

[0044] 符号说明

[0045] 1、2、3…硅发光元件，10、20…硅衬底，10a、20a…第1面，10b…第2面，11、23…绝缘膜，12…硅层，13、22…第1电极，14、25…第2电极，21、26…第1硅层，24…第2硅层，21a、26a…第1区域，21b、26b…第2区域，21c、26c…第3区域。