CN1918948A - 发光型晶体管 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种作为具有开关功能的发光元件之发光型晶体管(LEFET)，可得到充分的发光强度，发光效率高。在漏极电极(25)的材料中使用铝，在源极电极(24)的材料中使用金。通过向源极电极(24)－漏极电极(25)之间施加电压，分别从源极电极(24)向发光体层(26)中注入空穴，从漏极电极(25)向发光体层(26)中注入电子。空穴与电子再结合，使发光体层(26)发光。发光的ON/OFF由栅极电压的ON/OFF来控制。与以前在漏极电极中使用金相反，在本发明中，通过使用功函数比金小的铝，可以较低的电压向发光体层(26)中注入较多的电子。因此，提高发光强度和发光效率。

Description

发光型晶体管
技术领域
本发明涉及一种同时具有场效应晶体管与发光元件的功能的发光型晶体管和使用其的激光光源。
背景技术
作为显示器等中使用的发光元件，将有机物用于发光体层中的有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode：OLED)已被实用化。通过使用OLED，可得到能以喷墨法等简单方法制造、大面积且柔软、比液晶显示器亮度高且省电的显示器。
另外，控制这种显示器OLED的开关元件之一中有将有机物用于沟道层中的有机场效应晶体管(Organic Field Effect Transistor：OFETL)。但是，若要制造组合OLED与OFET的显示器，则制造工序复杂。
因此，研究作为兼备OLED与OFET功能的元件的发光型晶体管(LightEmitting Field Effect Transistor：LEFET)。LEFET自身发光，并通过栅极电压的ON/OFF来控制其发光的ON/OFF。通过将这种元件用于显示器中，可由一个元件来共同执行发光及其控制，所以不必如上述那样组合使用OLED与OFET等两个元件，可削减制造成本。另外，可更高密度地配置元件，由此，可提高图像的分辨率。
在非专利文献1和2中均记载了LEFET的一例。用作为其截面图的图1来说明这些文献中所示的LEFET的构成。在栅极电极11上层叠绝缘膜12，在绝缘膜12上配置第1源极·漏极电极14和第2源极·漏极电极15。非专利文献1和2任一中均在第1源极·漏极电极14和第2源极·漏极电极15中使用金。另外，在非专利文献2的LEFET中，在第1源极·漏极电极14和第2源极·漏极电极15与绝缘膜12之间，插入用于将这些电极粘接于绝缘膜12上的、由铬构成的粘接层131和132。在绝缘膜12上，配置由有机物构成的发光体层16，以连接第1源极·漏极电极14和第2源极·漏极电极15。发光体层16在非专利文献1的LEFET中由作为碘化铅类层状钙钛矿化合物之(C6H5C2H4NH3)PbI4构成，在非专利文献2的LEFET中由并四苯(tetracene)构成。
非专利文献1：八寻正幸等2人，‘使用层状钙钛矿自组织化膜的有机FET的发光和电特性’，信学技报，社团法人电子信息通信学会，2002年，OME2002-54号，37-41页
非专利文献2：A.Hepp等5人，‘使用并四苯薄膜的发光场效应晶体管’，物理评论集(physical review letters)，(美国)，美国物理学会，2003年10月10日，第91卷，第15号，157406-1～157406-4页(A.Hepp et al.，“Light-Emitting Field-Effect Transistor Based on a Tetracene Thin Film”，Physical Review Letters，American Physical Society，vol.91，pp.157406-1～157406-4(2003))
说明该LEFET的动作。
首先，描述如图1(a)所示向栅极电极11施加负的栅极电压VG的情况。向第1源极·漏极电极14-第2源极·漏极电极15之间施加第2源极·漏极电极15侧为正的源极·漏极电压VSD。这里，源极漏极电压VSD为比通常的FET高的数十V～百几十V。通过施加电压VSD，从第2源极·漏极电极15向发光体层16注入空穴。该空穴被栅极电压VG拉到绝缘膜12侧，同时，朝向第1源极·漏极电极14。即，在本例中，第2源极·漏极电极15具有源极电极的作用，第1源极·漏极电极14具有漏极电极的作用。另一方面，从第1源极·漏极电极14向发光体层16注入电子。这里，注入的电子数量比从第2源极·漏极电极15注入的空穴的数量少，所以为了确保其量，如上所述，提高电压VSD。如此注入的空穴与电子在第1源极·漏极电极14附近的发光体层16内再结合，由此，发光体发光。利用栅极电压VG的ON/OFF(接通/断开)，绝缘膜12附近的空穴浓度变大/变小，由此，控制空穴与电子的再结合的ON/OFF，即发光的ON/OFF。
之后，描述如图1(b)所示，向栅极电极11施加正的栅极电压VG的情况。与上述情况同样，若施加第2源极·漏极电极15侧为正的数十V～百几十V的源极·漏极电压VSD，则从第1源极·漏极电极14向发光体层16注入电子。该电子被栅极电压VG拉到绝缘膜12侧，同时，朝向第2源极·漏极电极15。即，在本例中，第1源极·漏极电极14具有源极电极的作用，第2源极·漏极电极15具有漏极电极的作用。另一方面，从第2源极·漏极电极15向发光体层16注入少量空穴。这些空穴与电子在第2源极·漏极电极15附近的发光体层16内再结合，由此，发光体发光。
也可分别在发光体层16中使用空穴的输送能力高的材料的情况下，如图1(a)所示施加负的栅极电压VG，在使用电子的输送能力高的材料的情况下，如图1(b)所示施加正的栅极电压VG。
如上所述，LEFET中为了从漏极电极向发光体层注入与从源极电极注入的载流子特性相反的载流子，施加比通常的FET高的源极·漏极间电压。即便如此，在以前的LEFET中，由于与来自源极电极的载流子注入量相比，来自漏极电极的载流子注入量不够，所以发光强度不够。另外，若施加这种高电压，则由于未与来自漏极电极的载流子再结合的来自源极电极的载流子构成的无用电流大，所以功耗大，发光效率也低。
发明内容
本发明要解决的问题在于提供一种发光型晶体管，可得到充分的发光强度，功耗更低，发光效率更高。同时，提供一种使用该发光型晶体管的激光光源。
为了解决上述问题而构成的本发明的发光型晶体管的特征在于，具有：
a)在表面形成了绝缘膜的栅极电极；
b)第1源极·漏极电极，其配置于所述绝缘膜上，由功函数为4.26V以下的电子注入材料构成；
c)第2源极·漏极电极，其离开所述第1源极·漏极电极，同样配置于所述绝缘膜上，由功函数比4.26V大的空穴注入材料构成；和
d)发光体层，其设置在所述第1源极·漏极电极与所述第2源极·漏极之间的所述绝缘膜上，由有机半导体构成。
本发明的激光光源的第1方式的特征在于，具备：
a)在表面形成了绝缘膜的栅极电极；
b)第1源极·漏极电极，其配置于所述绝缘膜上，由功函数为4.26V以下的电子注入材料构成；
c)第2源极·漏极电极，其离开所述第1源极·漏极电极，同样配置于所述绝缘膜上，由功函数比4.26V大的空穴注入材料构成；
d)发光体层，其设置在所述第1源极·漏极电极与所述第2源极·漏极之间的所述绝缘膜上，由有机半导体构成；和
e)衍射光栅，其设置在所述第1源极·漏极电极与所述第2源极·漏极之间，衍射所述发光体层发光的光。
本发明的激光光源的第2方式的特征在于，具备：
a)在表面形成了绝缘膜的栅极电极；
b)梳形的第1源极·漏极电极，其配置于所述绝缘膜上，由功函数为4.26V以下的电子注入材料构成；
c)第2源极·漏极电极，即由功函数比4.26V大的空穴注入材料构成的梳形电极，其配置于所述绝缘膜上，使该电极的梳齿与所述漏极电极的梳齿啮合，由这些齿来形成衍射光栅；和
d)发光体层，其设置在所述第1源极·漏极电极与所述第2源极·漏极之间的所述绝缘膜上，由有机半导体构成。
本发明的激光光源的第3方式的特征在于，具备：
a)在表面形成了绝缘膜的栅极电极；
b)第1源极·漏极电极，其配置于所述绝缘膜上，由功函数为4.26V以下的电子注入材料构成；
c)第2源极·漏极电极，其离开所述第1源极·漏极电极，同样配置于所述绝缘膜上，由功函数比4.26V大的空穴注入材料构成；
d)发光体层，其设置在所述第1源极·漏极电极与所述第2源极·漏极之间的所述绝缘膜上，由有机半导体构成；和
e)电介质多层膜，其设置在从所述发光体层至外部的光路上，使所述发光体层的发光波长带中的规定波长的光干涉。
附图说明
图1是表示现有发光型晶体管一例的截面图。
图2是表示本发明的发光型晶体管的第1实施例的截面图。
图3是表示第1实施例的发光型晶体管的制造方法的图。
图4是表示本发明的发光型晶体管的第2实施例的截面图。
图5是表示本发明的发光型晶体管的第3实施例的截面图。
图6是表示本发明的发光型晶体管的第4实施例的截面图。
图7是表示比较例的发光型晶体管中的发光光谱(第1实施例也同样)的曲线。
图8是表示第1实施例和比较例的发光型晶体管中的(a)栅极电压VG与光电流和(b)源极·漏极电压VSD与光电流的关系的曲线。
图9是表示本发明的激光光源的第1实施例的上面图和截面图。
图10是表示本发明的激光光源的第2实施例的上面图和截面图。
图11是表示本发明激光光源的第3实施例的截面图。
图中：
11、21、51、61、71...栅极电极，12、22、52、62、72...绝缘膜，131、132、23、53、63、73...粘接层，14...第1源极·漏极电极，15...第2源极·漏极电极，16、26、56、66、76...发光体层，24、34、44、54、64、74...源极电极，25、35、45、55、65、75...漏极电极，26a...空穴输送材料，26b...电子输送材料，271、272...抗蚀剂，281、282...掩模，311、312、41...铝薄膜片，321、322...金薄膜片，42...覆盖层，641、642...梳形电极的齿，77...电介质多层膜
具体实施方式及效果
如上所述，以前的LEFET中存在不能从漏极电极向发光体层提供充分数量的载波子的问题，所以本发明人着眼于第1源极·漏极电极和第2源极·漏极电极的材料之功函数。功函数由金属的费米准位与真空准位的差来定义，功函数的值越小，电子从金属释放到外部越容易，功函数的值越大，释放空穴越容易。
首先，说明第2源极·漏极电极构成源极电极，从源极电极向发光体层注入空穴的情况。
此时，如上所述，从漏极电极(第1源极·漏极电极)向发光体层注入电子。通过在该漏极电极的材料中使用功函数小的金属，可使从漏极电极提供给发光体层的电子提供量增加，由此，可提高发光强度和发光效率。另外，本申请的发明人经实验证明，若使用至少在表面的一部分中具有铝(功函数为4.06eV～4.26eV)的电极来代替现有的金(功函数为5.31eV～5.46eV)电极，则可提高发光强度和发光效率。因此，在本发明中，在漏极电极中使用铝或功函数比其小的材料、即功函数为4.26eV以下的材料。在这种材料中，除铝外，还有镁、钙、镁-银合金等。
漏极电极若使电子注入材料接触发光体层，则可使从此提供给发光体层的电子提供量增加。因此，漏极电极不限于仅由电子注入材料来构成，也可由使电子注入材料与其它材料组合成的材料来构成。例如，可使用层叠电子注入材料与其它材料的材料或在其它材料的表面覆盖电子注入材料的材料等。另外，也可组合使用多种电子注入材料。
另一方面，为了高效地将空穴注入发光体层，使源极电极由功函数大的材料构成。因此，在该材料(空穴注入材料)中使用功函数比铝大、即比4.26eV大的材料。可将以前的LEFET中使用的金电极适用于本发明的LEFET的源极电极中。另外，例如也可将白金、铟锡氧化物(ITO)、铬、镍等适用于空穴注入材料中。另外，与漏极电极的情况同样，也可由使空穴注入材料与其它材料组合而成的材料来构成源极电极。
下面，说明第1源极·漏极电极构成源极电极，从源极电极向发光体层注入电子的情况。此时，通过在漏极电极(第2源极·漏极电极)的材料中使用功函数大的金属，可使从漏极电极提供给发光体层的空穴提供量增加，由此，可提高发光强度和发光效率。此时，只要分别在漏极电极的材料中使用功函数比4.26eV大的空穴注入材料、在源极电极中使用功函数为4.26eV以下的电子注入材料即可。
如上所述，在从源极电极向发光体层注入空穴的情况和注入电子的情况的任一情况下，源极电极与漏极电极之任一方由功函数为4.26eV以下的电子注入材料构成，另一方由功函数比4.26eV大的空穴注入材料构成。即，任一情况下也均具有共同的构成。在本申请中，将由上述电子注入材料构成的电极称为第1源极·漏极电极，将上述空穴注入材料构成的电极称为第2源极·漏极电极。
可作成将第1源极·漏极电极和第2源极·漏极电极分别构成为按相同的顺序来层叠所述电子注入材料与所述空穴注入材料的构成。由此，由于可同时制作两电极，所以可简化制造工序。此时，第1源极·漏极电极中，主要是电子注入材料有助于电子的注入，第2源极·漏极电极中，主要是空穴注入材料有助于空穴的注入。另外，尽管无论层叠顺序如何均可，但在将电极粘接于绝缘膜上的情况下，期望使与该绝缘膜的粘接性好的材料为下侧。
另外，在电子注入材料与绝缘膜的粘接性比空穴注入材料好的情况下，最好由所述空穴注入材料来覆盖第2源极·漏极电极由所述电子注入材料构成的粘接基层。此时，第1源极·漏极电极、第2源极·漏极电极均由电子注入材料粘接于绝缘膜上，所以粘接性好。另外，由于可同时制作第2源极·漏极电极的粘接基层与第1源极·漏极电极，所以可简化制造工序。同样，在空穴注入材料与绝缘膜的粘接性比电子注入材料好的情况下，最好由所述电子注入材料来覆盖第1源极·漏极电极由所述空穴注入材料构成的粘接基层。
可在栅极电极和绝缘膜中使用与现有LEFET同样的材料。例如，将与通常的硅半导体相比、增加杂质的掺杂量以降低电阻的n型硅用作栅极电极，将对其表面氧化处理后形成的氧化膜用作绝缘膜。另外，发光体层的有机半导体中也可使用与现有LEFET、OFET或OLED同样的材料。例如，在得到橙色发光的情况下，可适用化学式(1)
(化1)
Figure A20058000436900111
表示的聚(2-甲氧基，5-(2’-乙基-六氧)-1，4-亚苯基以乙烯基)(poly(2-methoxy，5-(2’-ethyl-hexoxy)-1，4-phenylenevinylene)(简称：MEH-PPV)。另外，也可使用非专利文献1和2中记载的(C6H5C2H4NH3)PbI4或并四苯等。
本发明的LEFET的动作基本上与现有的LEFET的动作同样。在从源极电极向发光体层注入空穴的情况下，通过从栅极电极施加负的栅极电压、同时向源极电极-漏极电极之间施加电压，从源极电极(第2源极·漏极电极)向发光体层注入空穴，同时，从漏极电极(第1源极·漏极电极)向发光体层注入电子。发光体层中的空穴被栅极电压拉向栅极电极侧，同时，被源极·漏极间电压移动到漏极电极侧，在漏极电极附近与电子再结合。由此，发光体层发光。通过ON/OFF栅极电压，绝缘膜附近的空穴浓度变化，由此控制发光的ON/OFF。
在从源极电极向发光体层注入电子的情况下，通过从栅极电极施加正的栅极电压、同时向源极电极-漏极电极之间施加电压，从源极电极(第1源极·漏极电极)向发光体层注入电子，同时，从漏极电极(第2源极·漏极电极)向发光体层注入空穴。与上述同样，通过这些空穴与电子再结合，发光体层发光。发光的ON/OFF控制也与上述同样。
本发明的漏极电极与以前的LEFET相比，可容易地注入与从源极电极注入发光体层中的载流子极性相反的载流子，所以若施加与以前相同程度的源极·漏极间电压，则可使发光强度比以前大。在得到与以前程度相同的发光强度的情况下，可使源极·漏极间电压比以前低。另外，若适当设定源极·漏极间电压，则可同时得到这两个效果。再者，由于从源极电极注入发光层中、无助于发光的载流子数量减少，所以可提高发光效率。
另外，第1源极·漏极电极和第2源极·漏极电极不必接触绝缘膜，例如在这些电极与绝缘膜之间存在发光体层也无妨。但是，如上所述，为了容易将载流子拉向栅极电极侧，期望第1源极·漏极电极和第2源极·漏极电极接触绝缘膜。
发光体层也可由两种以上的材料形成。例如，也可由电子输送材料来形成发光体层中与第1源极·漏极电极接触的区域，由空穴输送材料来形成与第2源极·漏极电极接触的区域。此时，从第1源极·漏极电极注入发光体层的电子和从第2源极·漏极电极注入发光体层的空穴的输送效率均提高。另外，根据该构成，若向栅极电极施加负的电压，则空穴被从第2源极·漏极电极注入发光体层，拉向栅极电极，同时，向第1源极·漏极电极移动，在第1源极·漏极电极的附近、即空穴输送材料中，与从第1源极·漏极电极提供的电子再结合后发光。由于从第1源极·漏极电极提供的电子因负的栅极电压而远离栅极电极，所以在第1源极·漏极电极附近以外不产生再结合。相反，若向栅极电极施加正的电压，则电子被从第1源极·漏极电极注入发光体层，拉向栅极电极侧，同时，向第2源极·漏极电极移动，在第2源极·漏极电极的附近、即空穴输送材料中发光。因此，若空穴输送材料与电子输送材料的发光波长不同，则该构成的LEFET通过切换栅极电极的正负，可发光不同波长的光。
下面，说明本发明的激光光源。
在此前所述的本发明的LEFET中，通过上述构成向发光体层高效提供载流子，再施加栅极电压，从而可提高绝缘膜附近的载流子密度。在这种高载流子密度下，可实现处于激励状态的载流子比处于基底状态的载流子还多的反转分布状态。在该反转分布状态下，通过使发光的光再谐振或干涉，可实现激光发光。另外，可利用栅极电压的ON/OFF来ON/OFF激光发光。作为分布反馈(DFB：distributed feedback)型激光光源，已知使用衍射光栅的光源。本发明中，将该DFB适用于LEFET中。
在第1方式的激光光源中，通过在第1源极·漏极电极与第2源极·漏极电极之间与它们单独设置衍射光栅，不产生上述干涉，由此得到激光发光。该衍射光栅可通过在例如绝缘膜的表面形成光栅状的凹凸来设置。另外，也可与绝缘膜单独地在绝缘膜上载置衍射光栅。
在第2方式的激光光源中，由多数FET中使用的梳形电极来形成衍射光栅。将第1源极·漏极电极的梳齿与第2源极·漏极电极的梳齿相啮合地配置，使这些齿等间隔，由此形成衍射光栅。从而，可不单独设置衍射光栅的部件来形成激光光源。
在第3方式的激光光源中，在发光体层发光的光射出到外部之前的光路上，设置电介质多层膜。电介质多层膜可利用干涉来增强由构成其的材料或层厚度确定的波长的光。通过使该电介质多层膜的干涉波长与发光体层的发光波长一致，可在电介质多层膜中利用干涉来增强发光体层中发光的光，由此可得到激光振荡。
实施例
用图2来说明本发明的发光型晶体管的第1实施例。在栅极电极21中使用低电阻n型硅基板。在该基板的一个表面中形成由SiO2氧化膜构成的绝缘膜22。在绝缘膜22上，与现有LEFET同样，夹持由铬构成的粘接层23，配置由金构成的源极电极(第2源极·漏极电极24)。之后，在绝缘膜22上，从源极电极24只隔开规定沟道长度，配置由铝构成的漏极电极(第1源极·漏极电极)25。由于铝与SiO2的粘接性好，所以可在绝缘膜22上直接形成该漏极电极25。在绝缘膜22上，以覆盖源极电极24和漏极电极25的方式配置由有机物构成的发光体层26。本实施例中使用的有机物是上述MEH-PPV。
用图3来说明第1实施例的LEFET的制造方法。在氧气气氛中加热低电阻n型硅基板21，在表面形成SiO2氧化膜22(a)。之后，在SiO2氧化膜22上，通过旋涂涂布抗蚀剂271之后，利用对应于源极电极形状的掩模281来覆盖抗蚀剂271的表面，将源极电极的图案复制(转印)到抗蚀剂上上(b)。之后，通过按铬、金的顺序蒸镀，形成粘接层23和源极电极24(c)。在去除抗蚀剂271之后，在绝缘膜和源极电极上涂布新的抗蚀剂272，由漏极电极用掩模282来覆盖抗蚀剂表面，复制漏极电极的图案(d)。此时，通过在掩模中设置定位用导轨，可在规定位置上形成漏极电极的图案。之后，蒸镀铝，形成漏极电极25(e)。在去除抗蚀剂之后，通过浇铸(cast)法形成发光体层26，第1实施例的LEFET完成(f)。
说明第1实施例的LEFET的动作。向栅极电极21施加负的栅极电压VG，同时，向源极电极24与漏极电极25之间施加源极·漏极间电压VSD。由此，分别从源极电极24向发光体层26注入空穴，从漏极电极25向发光体层26注入电子。注入发光体层26中的空穴与电子在该层内再结合，由此发光体发光。在通过栅极电压VG的ON/OFF来控制发光的ON/OFF这点上，与现有的LEFET同样。但是，在本实施例中，由于在漏极电极25的材料中使用功函数比金小的铝，所以从漏极电极25注入的电子量比以前的LEFET多，发光强度增大。另外，从源极电极注入的空穴与电子再结合的概率变高，所以发光效率也提高。
用图4来说明本发明的LEFET的第2实施例。本实施例的栅极电极21、绝缘膜22与第1实施例的同样。在绝缘膜22上，间隔规定沟道长度，设置一对铝薄膜片311和312，在铝薄膜片311和312上分别设置金薄膜片321和322。将这些铝薄膜片与金薄膜片贴合后，构成源极电极34和漏极电极35。如上所述，由于铝与绝缘膜(SiO2)的粘接性好，所以在本实施例中，两方的电极均不必单独设置粘接层。发光体层26与第1实施例同样。
第2实施例的LEFET基本上通过与第1实施例同样的光刻法来制造。但是，在本实施例中，由于源极电极与漏极电极构成相同，所以可通过1次的抗蚀剂形成、图案复制和蒸镀(按铝、金的顺序进行)，同时形成源极电极与漏极电极。因此，与第1实施例相比，可缩短制造工序，不产生源极电极与漏极电极的错位。
在第2实施例中，源极电极24和漏极电极25具有相同构造，但其功能各不相同。即，由于铝的功函数比金的功函数小，所以认为源极电极24中，金薄膜片321主要有助于空穴的注入，漏极电极25中，铝薄膜片312主要有助于电子的注入。除了该电极的功能，第2实施例的LEFET的动作与第1实施例同样。
用图5来说明本发明的LEFET的第3实施例。本实施例的栅极电极21、绝缘膜22与第1和第2实施例的同样。源极电极44在铝薄膜片41的表面形成由金构成的覆盖层42。漏极电极45由铝构成。源极电极44、漏极电极45，铝均接触绝缘膜22，所以粘接性好。另外，制造时，同时制作铝薄膜片41与源极电极45。发光体层26与第1和第2实施例同样。
第3实施例的LEFET的动作基本上与第1和第2实施例同样。源极电极44的覆盖层42的金有助于向发光体层26注入空穴，漏极电极45的铝有助于注入电子。
用图6来说明本发明的LEFET的第4实施例。在本实施例中，接近第2源极·漏极电极24的区域的发光体层26由空穴输送材料26a形成，接近第1源极·漏极电极25的区域的发光体层26由电子输送材料26b形成。此外的构成与图2同样。本实施例的LEFET若向栅极电极施加负的电压，同时，施加第2源极·漏极电极25侧为正的源极·漏极电压VSD，则空穴从第2源极·漏极电极24被注入到发光体层26中，拉向栅极电极，同时，向第1源极·漏极电极25移动。该空穴与从第1源极·漏极电极25注入发光体层26中的电子在第1源极·漏极电极25附近的发光体层26、即电子输送材料26内再结合，发光(图6(a))。另一方面，在向栅极电极施加正电压的情况下，电子从第1源极·漏极电极25被注入到发光体层26中，拉向栅极电极，同时，向第2源极·漏极电极24移动，在空穴输送层26a内与空穴再结合，发光(图6(b))。这样，第4实施例的LEFET中，因栅极电极的极性不同，在不同的发光材料(空穴输送层26a与电子输送材料26b)内发光。由此，发光的波长也可由栅极电极的极性来控制。
下面，用图7和图8来说明本发明的LEFET的特性。这里，示出对第1～第3实施例的LEFET、和图1所示的现有LEFET(比较例)执行的特定测定的结果。另外，比较例的粘接层131和132中使用铬。该比较例将第2实施例的铝置换为铬。
第1～第3实施例、比较例任一的LEFET均观测到橙色的发光。图7中示出第1实施例的LEFET中的发光光谱的测定结果。除强度外，从第2和第3实施例的LEFET也得到同样的发光光谱。发光光谱在波长590nm附近具有峰值。
但是，LEFET的发光强度在各实施例和比较例之间差异很大。图8(a)中示出各LEFET中对接地的电极测定向漏极电极施加-100V电压时的栅极电压VG与光电流的关系之结果。光电流是向硅光电二极管输入LEFET发出的光后测定其输出电流的结果，表示LEFET的发光强度。在该图所示的栅极电压VG区域中，从比较例的LEFET大致观测发光。相反，在第1和第3实施例的LEFET中，与比较例的明显不同，在栅极电压VG大致为40V以上的区域中，观测发光，确认LEFET发光。另外，第2实施例的LEFET中也在栅极电压VG为80V以上的区域中观测发光。
另外，由于第1～第3实施例的任一中VG为0时、光电流均为0，所以可知可通过栅极电压VG的ON/OFF来控制LEFET的发光之ON/OFF。
图8(b)表示(a)的测定中的源极·漏极间电流ISD与光电流的关系。与比较例的LEFET相比，第1～第3实施例的LEFET可由较小的电流ISD得到较大的发光强度，同时，可抑制功耗。
另外，在比较例中，漏极电极的粘接层接触发光体层，用于粘接层的铬的功函数大小为4.5eV，比金的功函数小(但是比铝的功函数大)，所以认为铬层有助于电子的注入。但是，如比较例的实验结果所示，即便漏极电极侧包含铬层，也不能得到充分的发光强度。因此，作为电子注入材料，考虑铬的功函数是过大的。
下面，用图9来说明本发明的激光光源的第1实施例。图9(a)是本实施例的激光光源的上面图(但是未图示后述的发光体层56)，(b)是(a)中的A-A’间的截面图。在表面形成了绝缘膜52的栅极电极51上，与上述第1实施例的LEFET同样，形成粘接层53、源极电极54、漏极电极55和发光体层56。另外，这些各层也可使用上述第2实施例或第3实施例的LEFET的各层等、与上述本申请发明的LEFET同样的层。另外，源极电极54和漏极电极55均形成为彼此大致平行且沿绝缘膜52的面内方向延伸的棒状。在设置这些各层的同时，在源极电极54和漏极电极55之间设置衍射光栅57。衍射光栅57沿绝缘膜52的面内方向、即垂直于源极电极54和漏极电极55的方向，彼此大致平行地等间隔设置多个棒状部件。
用图10的上面图(a)和B-B’间的截面图(b)来说明本发明的激光光源的第2实施例。在本实施例中，栅极电极61、绝缘膜62、发光体层66与第1实施例同样形成。源极电极64和漏极电极65都具有梳形形状，配置于绝缘膜62上，使各自的梳齿彼此嵌入齿间，梳彼此咬合。此时，使源极电极64和漏极电极65各自的齿641与651等间隔。在该构成中，齿641和651构成衍射光栅。另外，在本实施例中，虽然在源极电极64和漏极电极65之间设置粘接层63，但只要是梳形电极，则源极电极64和漏极电极65的构成也可以是上述第2实施例或第3实施例的LEFET的构成等。
下面，用图11来说明本发明的激光光源的第3实施例。在表面形成了绝缘膜72的栅极电极71上，与上述第1实施例的LEFET同样，形成粘接层73、源极电极74、漏极电极75和发光体层76。图11(a)中，在发光体层76上形成电介质多层膜77，在图11(b)中，在栅极电极71下设置电介质多层膜77。在电介质多层膜77中，对应于发光体层76发光的光的波长，使用该波长的光干涉的材料。如图11(b)所示，在从发光体层76看在栅极电极71侧设置电介质多层膜77的情况下，在栅极电极71和绝缘膜72中，使用对发光体层76发光的光透明的材料。另外，此时，设置从发光体层76看、向栅极电极71的相反侧反射发光的反射部78。在反射部78中，可使用通常的反射镜或上述发光波长的光干涉并反射的电介质多层膜。另外，在源极电极74和漏极电极75中，可原样使用第2实施例或第3实施例的LEFET中使用的电极，或第2实施例的激光光源中使用的电极等。
说明第1～第3实施例的激光光源的动作。这里说明第1实施例的情况，但第2和第3实施例的情况也同样。若向栅极电极51施加电压、同时向源极电极54-漏极电极55之间施加电压，则通过与上述LEFET同样的原理，发光体层56内得到发光。在本发明的构成中，由于向栅极电极施加电压，发光体层56内靠近绝缘膜52的区域的载流子密度大，由此，形成上述反转分布的状态。在该状态下，发光的光因衍射光栅57(第2实施例中为齿641和651，第3实施例中为电介质多层膜77)而干涉，进一步提高光的强度，由此可得到激光发光。

Claims (12)

1、一种发光型晶体管，其特征在于，具有：
a)在表面形成了绝缘膜的栅极电极；
b)第1源极·漏极电极，其配置于所述绝缘膜上，由功函数为4.26V以下的电子注入材料构成；
c)第2源极·漏极电极，其离开所述第1源极·漏极电极，同样配置于所述绝缘膜上，由功函数比4.26V大的空穴注入材料构成；和
d)发光体层，其设置在所述第1源极·漏极电极与所述第2源极·漏极之间的所述绝缘膜上，由有机半导体构成。
2、根据权利要求1所述的发光型晶体管，其特征在于：
所述第1源极·漏极电极和所述第2源极·漏极，分别按相同顺序层叠了所述电子注入材料与所述空穴注入材料。
3、根据权利要求1所述的发光型晶体管，其特征在于：
所述第2源极·漏极电极，由所述空穴注入材料覆盖由所述电子注入材料构成的粘接基层而构成。
4、根据权利要求1所述的发光型晶体管，其特征在于：
所述第1源极·漏极电极，由所述电子注入材料覆盖由所述空穴注入材料构成的粘接基层而构成。
5、根据权利要求1～4的任一项所述的发光型晶体管，其特征在于：
所述电子注入材料是铝、镁、钙、或镁-银合金的任一种或其组合。
6、根据权利要求1～5的任一项所述的发光型晶体管，其特征在于：
所述空穴注入材料是金、白金、铟锡氧化物、铬或镍的任一种或其组合。
7、根据权利要求1～6的任一项所述的发光型晶体管，其特征在于：
所述发光体层是在接触第1源极·漏极电极的区域与接触第2源极·漏极电极的区域中分别形成由不同材料构成的发光体，第1源极·漏极电极侧由电子输送材料构成，第2源极·漏极电极侧由空穴输送材料构成。
8、根据权利要求1～7的任一项所述的发光型晶体管，其特征在于：
所述绝缘膜厚度是满足所述发光体层的发光波长干涉条件的厚度。
9、一种激光光源，其特征在于，具备：
a)在表面形成了绝缘膜的栅极电极；
b)第1源极·漏极电极，其配置于所述绝缘膜上，由功函数为4.26V以下的电子注入材料构成；
c)第2源极·漏极电极，其离开所述第1源极·漏极电极，同样配置于所述绝缘膜上，由功函数比4.26V大的空穴注入材料构成；
d)发光体层，其设置在所述第1源极·漏极电极与所述第2源极·漏极之间的所述绝缘膜上，由有机半导体构成；和
e)衍射光栅，其设置在所述第1源极·漏极电极与所述第2源极·漏极之间，衍射所述发光体层发光的光。
10、根据权利要求9所述的激光光源，其特征在于：
所述衍射光栅形成于第1源极·漏极电极与第2源极·漏极电极间的所述栅极电极上。
11、一种激光光源，其特征在于，具备：
a)在表面形成了绝缘膜的栅极电极；
b)梳形的第1源极·漏极电极，其配置于所述绝缘膜上，由功函数为4.26V以下的电子注入材料构成；
c)第2源极·漏极电极，即由功函数比4.26V大的空穴注入材料构成的梳形电极，其配置于所述绝缘膜上，使该电极的梳齿与所述漏极电极的梳齿啮合，由这些齿来形成衍射光栅；和
d)发光体层，设置在所述第1源极·漏极电极与所述第2源极·漏极之间的所述绝缘膜上，由有机半导体构成。
12、一种激光光源，其特征在于，具备：
a)在表面形成了绝缘膜的栅极电极；
b)第1源极·漏极电极，其配置于所述绝缘膜上，由功函数为4.26V以下的电子注入材料构成；
c)第2源极·漏极电极，其离开所述第1源极·漏极电极，同样配置于所述绝缘膜上，由功函数比4.26V大的空穴注入材料构成；
d)发光体层，其设置在所述第1源极·漏极电极与所述第2源极·漏极之间的所述绝缘膜上，由有机半导体构成；和
e)电介质多层膜，其设置在从所述发光体层至外部的光路上，使所述发光体层的发光波长带中的规定波长的光进行干涉。
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