JP2008153606A - Light emitting element of mos structure - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、光インターコネクション用光源、ディスプレイ用光源、照明用光源、ピックアップ用光源などとして利用可能なMOS構造の発光素子に関する。 The present invention relates to a light emitting element having a MOS structure that can be used as a light source for optical interconnection, a light source for display, a light source for illumination, a light source for pickup, and the like.
従来の光源は直接遷移型の化合物半導体をベースとするLEDやLDが製品化されており、波長によりGaN、GaAs、InPといった材料が使用されている。これらの材料ではシリコンを主体とする現在の集積電子回路チップと光源をモノリシックに集積化するのは困難である。例えば日刊工業新聞(2006/6/29)Business & Technology "豊橋技科大が組み込み技術 ICと発光素子一体化" と報道された豊橋技術科学大学の手法では、モノリシック集積化の為に、シリコン基板上にSi/III-V-N混晶の無転位成長技術により直接遷移型半導体をエピタキシャル成長させるといった技術が使われている(非特許文献1参照)。 Conventional light sources include LEDs and LDs based on direct transition type compound semiconductors, and materials such as GaN, GaAs, and InP are used depending on the wavelength. With these materials, it is difficult to monolithically integrate a current integrated electronic circuit chip mainly composed of silicon and a light source. For example, the method of Toyohashi University of Technology reported that Nikkan Kogyo Shimbun (2006/6/29) Business & Technology "Toyohashi University of Technology integrates embedded technology IC and light-emitting element" is used on a silicon substrate for monolithic integration. In addition, a technique of epitaxially growing a transition type semiconductor directly by a dislocation-free growth technique of Si / III-VN mixed crystal is used (see Non-Patent Document 1).
また、シリコンそのものを発光させる技術としては、現在までに多数の文献が発表されており、特にポーラスシリコンを用いた発光が非常に効率良く発光することが分かってきている(例えば、非特許文献2、非特許文献3、および特許文献1〜3など参照)。
As a technique for emitting silicon itself, a large number of documents have been published so far, and it has been found that light emission using porous silicon emits light very efficiently (for example, Non-Patent Document 2). Non-Patent
また、シリコンナノ粒子をフローティングゲートに含有させて、フラッシュメモリと同様なMOS構造のシリコン回路として、ゲート電圧の反転によって電子とホールを交互に注入してシリコンナノ粒子を発光させる技術も報告されている(例えば、非特許文献4参照)。
ところで、非特許文献1に記載された技術のようにシリコン基板上に直接遷移型半導体をエピタキシャル成長させて発光素子を作製する方法では、その製造工程が非常に複雑でかつ、化合物半導体の結晶装置をCMOSプロセスに導入する必要があり、CMOSプロセス装置類の汚染を引き起こす可能性が否定出来ない。 By the way, in the method of manufacturing a light emitting element by epitaxially growing a transition type semiconductor directly on a silicon substrate as in the technique described in Non-Patent Document 1, the manufacturing process is very complicated, and a compound semiconductor crystal device is manufactured. It must be introduced into the CMOS process, and there is no denying the possibility of causing contamination of the CMOS process equipment.
また、非特許文献2、非特許文献3、および特許文献1〜3などに記載された技術のようにポーラスシリコンを発光させる方法そのものは、その発光効率の向上手法などについて検討されているがそれをシリコンCMOS回路に集積する方法については未検討である。
In addition, the method itself for emitting porous silicon, such as the techniques described in Non-Patent
さらに、非特許文献4に記載された方法では、CMOS回路との親和性は非常に良いものの、ゲート電圧の極性反転によって発光する為、パルス発振動作しか得られない。
Furthermore, although the method described in
本発明は、このような従来の問題点に鑑みて為されたもので、その目的は、連続発振動作が可能なMOS構造の発光素子を提供することにある。 The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to provide a MOS structure light emitting device capable of continuous oscillation operation.
上記課題を解決するために、本発明の第1の態様に係るMOS構造の発光素子は、MOSトランジスタと、前記MOSトランジスタのゲート電極とチャネル領域との間のゲート絶縁膜中に形成され、電子とホールが再結合により発光可能な材料を含むフローティングゲートと、前記MOSトランジスタの直下に配置された弾道電子源と、を備え、前記MOSトランジスタから前記フローティングゲートにホールを注入し、前記弾道電子源から前記フローティングゲートに電子を注入することで、前記フローティングゲート内で発光させることを要旨とする。 In order to solve the above problems, a light emitting element having a MOS structure according to the first aspect of the present invention is formed in a MOS transistor and a gate insulating film between a gate electrode and a channel region of the MOS transistor, And a floating gate including a material capable of emitting light by recombination, and a ballistic electron source disposed immediately below the MOS transistor, injecting holes from the MOS transistor to the floating gate, and the ballistic electron source The gist is that light is emitted in the floating gate by injecting electrons into the floating gate.
この態様によれば、MOSトランジスタからフローティングゲートにトンネル電流にてホールを注入し、弾道電子源からフローティングゲートに電子を注入する。これにより、フローティングゲート内で電子とホールが連続的に再結合して発光するので、連続発振動作が実現される。 According to this aspect, holes are injected from the MOS transistor to the floating gate by a tunnel current, and electrons are injected from the ballistic electron source to the floating gate. Thereby, electrons and holes are continuously recombined in the floating gate to emit light, so that continuous oscillation operation is realized.
上記課題を解決するために、本発明の第2の態様に係るMOS構造の発光素子は、MOSトランジスタと、前記MOSトランジスタのゲート電極直下に配置された弾道電子源と、前記MOSトランジスタのゲート電極直下の弾道電子源とチャネル領域との間のゲート絶縁膜中に形成され、電子とホールが再結合により発光可能な材料を含むフローティングゲートと、を備え、前記MOSトランジスタから前記フローティングゲートにホールを注入し、前記弾道電子源から前記フローティングゲートに電子を注入することで、前記フローティングゲート内で発光させることを要旨とする。 In order to solve the above problems, a MOS structure light emitting device according to a second aspect of the present invention includes a MOS transistor, a ballistic electron source disposed immediately below the gate electrode of the MOS transistor, and a gate electrode of the MOS transistor. A floating gate formed in a gate insulating film between the ballistic electron source directly below and the channel region and containing a material capable of emitting light by recombination of electrons and holes, and a hole is formed from the MOS transistor to the floating gate. The gist is to emit light in the floating gate by injecting and injecting electrons from the ballistic electron source to the floating gate.
この態様によれば、MOSトランジスタからフローティングゲートにトンネル電流にてホールを注入し、弾道電子源からフローティングゲートに電子を注入する。これにより、フローティングゲート内で電子とホールが連続的に再結合して発光するので、連続発振動作が実現される。 According to this aspect, holes are injected from the MOS transistor to the floating gate by a tunnel current, and electrons are injected from the ballistic electron source to the floating gate. Thereby, electrons and holes are continuously recombined in the floating gate to emit light, so that continuous oscillation operation is realized.
上記課題を解決するために、本発明の第3の態様に係るMOS構造の発光素子は、第1のMOSトランジスタおよび第2のMOSトランジスタと、一端側が前記第1のMOSトランジスタのゲート電極とチャネル領域との間のゲート絶縁膜中に位置し、他端側が前記第2のMOSトランジスタのゲート電極とチャネル領域との間のゲート絶縁膜中に位置するように形成され、電子とホールが再結合により発光可能な材料を含むフローティングゲートと、前記第1のMOSトランジスタから前記フローティングゲートに電子を、前記第2のMOSトランジスタから前記フローティングゲートにホールをそれぞれ注入することで、前記フローティングゲート内で発光させることを要旨とする。 In order to solve the above problems, a light emitting element having a MOS structure according to a third aspect of the present invention includes a first MOS transistor and a second MOS transistor, and one end side of which is a gate electrode and a channel of the first MOS transistor. It is located in the gate insulating film between the region and the other end side is located in the gate insulating film between the gate electrode and the channel region of the second MOS transistor, and the electrons and holes are recombined. Light is emitted in the floating gate by injecting electrons from the first MOS transistor to the floating gate and holes from the second MOS transistor to the floating gate. The gist is to make it.
この態様によれば、フローティングゲートを2つのMOSトランジスタに共用させ、第1のMOSトランジスタからフローティングゲートにはトンネル電流にて電子を注入し、第2のMOSトランジスタからフローティングゲートにはトンネル電流にてホールを注入する。これにより、フローティングゲート内にキャリア分布(電荷分布)が生じるので、拡散電流が流れて電子とホールがフローティングゲートの中央部側へ移動し、フローティングゲート内で電子とホールが連続的に再結合して発光し、連続発振動作が実現される。 According to this aspect, the floating gate is shared by two MOS transistors, electrons are injected from the first MOS transistor to the floating gate with a tunnel current, and tunnel current is injected from the second MOS transistor to the floating gate. Inject holes. As a result, carrier distribution (charge distribution) is generated in the floating gate, so that diffusion current flows and electrons and holes move to the center of the floating gate, and electrons and holes are continuously recombined in the floating gate. The light is emitted and continuous oscillation operation is realized.
本発明の他の態様に係るMOS構造の発光素子は、前記第1のMOSトランジスタはnチャネル型MOSトランジスタであり、前記第2のMOSトランジスタはpチャネル型MOSトランジスタであることを要旨とする。 The light emitting element having a MOS structure according to another aspect of the present invention is summarized in that the first MOS transistor is an n-channel MOS transistor and the second MOS transistor is a p-channel MOS transistor.
この態様によれば、nチャネル型MOSトランジスタからフローティングゲートの一端側に電子を、pチャネル型MOSトランジスタからフローティングゲートの一端側にホールをそれぞれトンネル電流により効率良く注入することができ、発光効率が向上する。この場合、第1のMOSトランジスタおよび第2のMOSトランジスタを一つのCMOSトランジスタで構成できる。 According to this aspect, electrons can be efficiently injected from the n-channel MOS transistor to one end of the floating gate, and holes can be efficiently injected from the p-channel MOS transistor to one end of the floating gate by the tunnel current. improves. In this case, the first MOS transistor and the second MOS transistor can be constituted by one CMOS transistor.
本発明の他の態様に係るMOS構造の発光素子は、前記第1のMOSトランジスタの基板およびゲート電極にそれぞれ印加する電位を電位1および電位2とし、前記第2のMOSトランジスタのゲート電極および基板にそれぞれ印加する電位を電位3および電位4とすると、
電位1<電位2≦電位3<電位4
の関係を満たすことを要旨とする。
According to another aspect of the present invention, there is provided a MOS structure light emitting device, wherein the potential applied to the substrate and gate electrode of the first MOS transistor is potential 1 and
Potential 1 <potential 2 ≦
The main point is to satisfy this relationship.
この態様によれば、フローティングゲートの左右で、キャリアが中央に集まってくる方向の電位差が発生し、前記拡散電流に加え、この電位差によるドリフト電流が流れることで、更に発光効率が向上する。 According to this aspect, a potential difference in the direction in which carriers gather in the center occurs on the left and right of the floating gate, and in addition to the diffusion current, a drift current due to this potential difference flows, thereby further improving the light emission efficiency.
本発明の他の態様に係るMOS構造の発光素子は、前記MOSトランジスタは、チャネル領域を含むシリコン基板と、前記基板上の前記チャネル領域に対応して、ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記シリコン基板上の、前記チャネル領域の両側に形成されたソース領域およびドレイン領域と、を備えることを要旨とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided a MOS light emitting device, wherein the MOS transistor includes a silicon substrate including a channel region, and a gate formed through a gate insulating film corresponding to the channel region on the substrate. The gist is to include an electrode and a source region and a drain region formed on both sides of the channel region on the silicon substrate.
上記非特許文献1に記載された技術のようにシリコン基板上に直接遷移型半導体をエピタキシャル成長させて発光素子を作製する方法では、その製造工程が非常に複雑でかつ、化合物半導体の結晶装置をCMOSプロセスに導入する必要があり、CMOSプロセス装置類の汚染を引き起こす可能性が否定出来ない。 In the method of manufacturing a light emitting element by epitaxially growing a transition type semiconductor directly on a silicon substrate as in the technique described in Non-Patent Document 1, the manufacturing process is very complicated, and a compound semiconductor crystal device is formed by CMOS. It must be introduced into the process, and there is no denying the possibility of causing contamination of CMOS process equipment.
また、非特許文献2、非特許文献3、および特許文献1〜3などに記載された技術のようにポーラスシリコンを発光させる方法そのものは、その発光効率の向上手法などについて検討されているがそれをシリコンCMOS回路に集積する方法については未検討である。
In addition, the method itself for emitting porous silicon, such as the techniques described in Non-Patent
これに対して、この態様によれば、MOS構造のシリコンでできたトランジスタの形をしており、シリコンCMOSプロセスと互換なプロセスにおいて、シリコンをベースとしたデバイスでMOS構造の発光素子を作製できるので、この発光素子と集積電子回路チップ(シリコンCMOS回路)をモノリシックに集積化できる。従って、連続発振動作が可能で、かつシリコンCMOS回路とモノリシックに集積化できるMOS構造の発光素子を実現することができる。 On the other hand, according to this embodiment, the transistor is made of MOS-structure silicon, and a MOS-structure light-emitting element can be manufactured by a silicon-based device in a process compatible with the silicon CMOS process. Therefore, the light emitting element and the integrated electronic circuit chip (silicon CMOS circuit) can be monolithically integrated. Therefore, it is possible to realize a light emitting element having a MOS structure capable of continuous oscillation operation and monolithically integrated with a silicon CMOS circuit.
本発明の他の態様に係るMOS構造の発光素子は、前記フローティングゲートは、シリコンナノ粒子を含む材料で形成されていることを要旨とする。 A gist of a light emitting device having a MOS structure according to another aspect of the present invention is that the floating gate is formed of a material containing silicon nanoparticles.
この態様によれば、シリコンナノ粒子を含んだフローティングゲート内で電子とホールが連続的に再結合することで、フローティングゲート内のシリコンナノ粒子が連続的に発光する。 According to this aspect, the electrons and holes are continuously recombined in the floating gate containing the silicon nanoparticles, so that the silicon nanoparticles in the floating gate emit light continuously.
本発明の他の態様に係るMOS構造の発光素子は、前記フローティングゲートは、直接遷移型半導体材料で形成されていることを要旨とする。 The light emitting element of the MOS structure according to another aspect of the present invention is characterized in that the floating gate is formed of a direct transition semiconductor material.
この態様によれば、直接遷移型半導体材料で形成されたフローティングゲート内で電子とホールが連続的に再結合することで、フローティングゲート内で連続的に発光する。フローティングゲートの材料として直接遷移型半導体材料を用いることで、発光効率が向上する。また、ゲート絶縁膜は、フローティングゲートより基板側の第1の絶縁膜とフローティングゲートよりゲート電極側の第2の絶縁膜の2つに分けて形成する。そして、第1の絶縁膜上に直接遷移型半導体を成長させてフローティングゲートを形成するので、シリコン基板上に直接遷移型半導体を成長させるよりもプロセスが容易で、かつ、絶縁膜材料を選ぶことで、様々な直接遷移型半導体材料に対応することができる。 According to this aspect, electrons and holes are continuously recombined in the floating gate formed of the direct transition semiconductor material, so that light is emitted continuously in the floating gate. Luminous efficiency is improved by using a direct transition type semiconductor material as the material of the floating gate. In addition, the gate insulating film is formed in two parts: a first insulating film on the substrate side from the floating gate and a second insulating film on the gate electrode side from the floating gate. Since the transition type semiconductor is grown directly on the first insulating film to form the floating gate, the process is easier than growing the transition type semiconductor directly on the silicon substrate, and an insulating film material is selected. Thus, various direct transition semiconductor materials can be dealt with.
本発明の他の態様に係るMOS構造の発光素子は、前記フローティングゲートを形成する前記シリコンナノ粒子を含む材料或いは前記直接遷移型半導体材料として、不純物をドープしないi型半導体を用いたことを要旨とする。 A light emitting device having a MOS structure according to another aspect of the present invention uses an i-type semiconductor not doped with impurities as the material containing the silicon nanoparticles forming the floating gate or the direct transition semiconductor material. And
一般のPN接合による発光素子ではp型半導体,n型半導体を作製するために不純物ドーピングを行うので、キャリア移動度が低下し、高速動作の妨げとなる。これに対して、この態様によれば、フローティングゲートを形成する前記シリコンナノ粒子を含む材料或いは前記直接遷移型半導体材料として、不純物ドーピングを行わないi型半導体(intrinsic型半導体)を用いることにより、キャリア移動度を高めることを可能になり、光源としての高速動作性能が向上する。 In a general light emitting element using a PN junction, impurity doping is performed in order to manufacture a p-type semiconductor and an n-type semiconductor, so that carrier mobility is lowered and high-speed operation is hindered. On the other hand, according to this aspect, by using an i-type semiconductor (intrinsic semiconductor) that does not perform impurity doping as the material including the silicon nanoparticles forming the floating gate or the direct transition semiconductor material, Carrier mobility can be increased, and high-speed operation performance as a light source is improved.
本発明の他の態様に係るMOS構造の発光素子は、前記MOSトランジスタは、pチャネル型MOSトランジスタであることを要旨とする。 A gist of a light emitting element having a MOS structure according to another aspect of the present invention is that the MOS transistor is a p-channel MOS transistor.
この態様によれば、pチャネル型MOSトランジスタからフローティングゲートにトンネル電流によりホールを効率良く注入することができ、発光効率が向上する。 According to this aspect, holes can be efficiently injected from the p-channel MOS transistor to the floating gate by the tunnel current, and the light emission efficiency is improved.
本発明によれば、連続発振動作が可能なMOS構造の発光素子を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize a light emitting element having a MOS structure capable of continuous oscillation.
本発明を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態の説明において同様の部位には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
(第1実施形態)
図1は本発明の第1実施形態に係るMOS構造の発光素子1の概略構成を示す模式図である。同図では、キャリアの注入を概念的に表す為に、●で電子を、○でホールをそれぞれ示している。
Embodiments embodying the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of each embodiment, similar parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a light emitting device 1 having a MOS structure according to the first embodiment of the present invention. In the figure, in order to conceptually represent carrier injection, ● represents an electron, and ○ represents a hole.
MOS構造の発光素子1は、MOSトランジスタ2と、MOSトランジスタ2の直下に配置された弾道電子源3とを備える。本実施形態で使用するMOSトランジスタ2は、pチャネル型MOS(p-MOS)トランジスタである。
The light emitting element 1 having a MOS structure includes a
MOSトランジスタ2は、チャネル領域4を含むn型のシリコン基板5と、シリコン基板5のチャネル領域4に対応して、ゲート絶縁膜6を介して形成されたゲート電極7と、シリコン基板5上の、チャネル領域4の両側に形成されたp型ソース領域8およびp型ドレイン領域9とを備える。
The
また、MOSトランジスタ2には、ゲート電極7とシリコン基板5のチャネル領域4との間のゲート絶縁膜6中に形成され、電子とホールが再結合により発光可能な材料としてのシリコンナノ粒子を含むフローティングゲート10が形成されている。
Further, the
このMOSトランジスタ2では、ゲート絶縁膜6中にフローティングゲート10を形成するのに、ゲート絶縁膜6は、フローティングゲート10よりシリコン基板5側の第1の絶縁膜6aとフローティングゲート10よりゲート電極7側の第2の絶縁膜6bの2つに分けて形成されている。つまり、シリコン基板5上に第1の絶縁膜6aが形成され、第1の絶縁膜6a上にシリコンナノ粒子を含むフローティングゲート10が形成され、このフローティングゲート10上に第2の絶縁膜6bが形成され、さらに、第2の絶縁膜6b上にゲート電極7が形成されている。
In the
このように、第1実施形態に係るMOS構造の発光素子1では、まず、ポーラスシリコンによる弾道電子源3をシリコン基板5の一面上に作製する。この弾道電子源3は、ポーラスシリコン(シリコンをナノ粒子化してすかすかにしたもの)でできた弾道電子素子の層で、この層に高電界をかけると、表面から電子が弾道的に発射されるように構成されている。
As described above, in the light emitting element 1 having the MOS structure according to the first embodiment, first, the
このシリコン基板5の他面上にMOSトランジスタ(MOS回路)2を作製する。このMOSトランジスタ2のゲート電極7とチャネル領域4との間にシリコンナノ粒子を含有するフローティングゲート10を配置した。チャネル領域4の上部の第1の絶縁膜6aはシリコン酸化膜であり、その厚さは例えば3nm〜10nmであり、トンネル電流を流すことが可能となっている。ゲート長は例えば5μmであり、この5μmの大きさが発光領域となる。ゲート電極7にはITO透明電極を用い、光の外部取出しを容易にしている。
A MOS transistor (MOS circuit) 2 is formed on the other surface of the
このゲート電極7をグラウンドに接続し、p型ソース領域8上部のソース電極(図示省略)とp型ドレイン領域9上部のドレイン電極(図示省略)との間(ソース・ドレイン間)に高電圧を印加することで、MOSトランジスタ2からフローティングゲート10にトンネル電流にてホールを注入する。これと同時に、弾道電子源3に高電界をかけることで、弾道電子源3からフローティングゲート10に電子を注入する。これにより、シリコンナノ粒子が含有されたフローティングゲート10内で電子-ホールが発光再結合し発光する。フローティングゲート10内では、再結合に伴いホール、電子共に消滅するが、ゲート電極7をグラウンドとし、ソース・ドレイン間の高電圧印加を保持すると共に、弾道電子源3に高電界をかけ続けることで、MOSトランジスタ2からフローティングゲート10にトンネル電流にてホールが連続的に注入されると同時に、弾道電子源3からフローティングゲート10に電子が連続的に注入される。これにより、フローティングゲート10内で電子-ホールが連続的に発光再結合し、フローティングゲート10内で連続的に発光する。
The gate electrode 7 is connected to the ground, and a high voltage is applied between the source electrode (not shown) on the p-type source region 8 and the drain electrode (not shown) on the p-type drain region 9 (between the source and drain). By applying the voltage, holes are injected from the
フローティングゲート10に含まれるシリコンナノ粒子は、例えば直径3nm程度のナノ結晶シリコンで、多結晶シリコンを陽極酸化することなどで製造できる。シリコン粒子の直径がボーア半径の4nm以下のシリコンナノ粒子になると、通常のバルク結晶シリコンの状態では見られない可視光の光子放出の物性が現れてくる、といわれている。
The silicon nanoparticles contained in the floating
以上の構成を有する第1実施形態によれば、以下のような作用効果を奏する。 According to 1st Embodiment which has the above structure, there exist the following effects.
○MOSトランジスタ2からフローティングゲート10にトンネル電流にてホールを注入し、弾道電子源3からフローティングゲート10に電子を注入する。これにより、フローティングゲート10内で電子とホールが連続的に再結合して発光するので、連続発振動作が実現される。
A hole is injected from the
○MOS構造の発光素子1は、MOS構造のシリコンでできたトランジスタの形をしており、シリコンCMOSプロセスと互換なプロセスにおいて、シリコンをベースとしたデバイスでMOS構造の発光素子を作製できるので、この発光素子1と集積電子回路チップ(シリコンCMOS回路)をモノリシックに集積化できる。従って、連続発振動作が可能で、かつシリコンCMOS回路とモノリシックに集積化できるMOS構造の発光素子1を実現することができる。 O The MOS structure light emitting element 1 is in the form of a transistor made of MOS structure silicon, and in a process compatible with the silicon CMOS process, a MOS structure light emitting element can be fabricated with a silicon-based device. The light emitting element 1 and the integrated electronic circuit chip (silicon CMOS circuit) can be monolithically integrated. Therefore, it is possible to realize a light emitting element 1 having a MOS structure that can be continuously oscillated and can be monolithically integrated with a silicon CMOS circuit.
○フローティングゲート10はシリコンナノ粒子を含む材料で形成されているので、フローティングゲート10内で電子とホールが連続的に再結合することで、フローティングゲート10内のシリコンナノ粒子が連続的に発光する。
○ Since the floating
○MOSトランジスタ2はホールをキャリアとするpチャネル型MOSトランジスタであるので、MOSトランジスタ2からフローティングゲート10にトンネル電流によりホールを効率良く注入することができ、発光効率が向上する。
Since the
(第2実施形態)
図2は本発明の第2実施形態に係るMOS構造の発光素子1´の概略構成を示す模式図である。同図では、キャリアの注入を概念的に表す為に、●で電子を、○でホールをそれぞれ示している。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a light emitting element 1 ′ having a MOS structure according to the second embodiment of the present invention. In the figure, in order to conceptually represent carrier injection, ● represents an electron, and ○ represents a hole.
MOS構造の発光素子1´は、MOSトランジスタ2と、MOSトランジスタ2のゲート電極7の直下に形成された弾道電子源3´とを備える。本実施形態で使用するMOSトランジスタ2は、pチャネル型MOS(p-MOS)トランジスタである。
The light emitting element 1 ′ having a MOS structure includes a
MOSトランジスタ2は、チャネル領域4を含むn型のシリコン基板5と、シリコン基板5上のチャネル領域4に対応して、ゲート絶縁膜6を介して形成されたゲート電極7と、シリコン基板5上の、チャネル領域4の両側に形成されたp型ソース領域8およびp型ドレイン領域9とを備える。
The
また、MOSトランジスタ2には、ゲート電極7の直下に形成された弾道電子源3´とシリコン基板5のチャネル領域4との間のゲート絶縁膜6中に形成され、電子とホールが再結合により発光可能な材料としてのシリコンナノ粒子を含むフローティングゲート10が形成されている。
Further, the
このMOSトランジスタ2では、ゲート絶縁膜6中にフローティングゲート10を形成するのに、ゲート絶縁膜6は、フローティングゲート10よりシリコン基板5側の第1の絶縁膜6aとフローティングゲート10よりゲート電極7側の第2の絶縁膜6bの2つに分けて形成されている。つまり、シリコン基板5上に第1の絶縁膜6aが形成され、第1の絶縁膜6a上にシリコンナノ粒子を含むフローティングゲート10が形成され、このフローティングゲート10上に第2の絶縁膜6bが形成され、さらに、第2の絶縁膜6b上に弾道電子源3´が形成され、その上部に更にゲート電極7が連続的に形成されている。
In the
このように、第2実施形態に係るMOS構造の発光素子1´では、まず、シリコン基板5の面上にMOSトランジスタ(MOS回路)2を作製する。チャネル領域4の上部の第1の絶縁膜6aはシリコン酸化膜であり、その厚さは例えば3nm〜10nmであり、トンネル電流を流すことが可能となっている。ゲート長は例えば5μmであり、この5μmの大きさが発光領域となる。
Thus, in the light emitting element 1 ′ having the MOS structure according to the second embodiment, first, the MOS transistor (MOS circuit) 2 is formed on the surface of the
ゲート電極7はポリシリコン電極を用い、このポリシリコン電極自身を陽極酸化することで、ゲート電極7直下の部分をポーラス化して、弾道電子源3´として機能させている。 As the gate electrode 7, a polysilicon electrode is used. By anodizing the polysilicon electrode itself, the portion immediately below the gate electrode 7 is made porous to function as a ballistic electron source 3 '.
弾道電子源3´と発光層であるフローティングゲート10層は数nmの非常に薄い絶縁膜(第2の絶縁膜6b)で分離されている。
The ballistic electron source 3 'and the floating
このゲート電極7をグラウンドに接続し、p型ソース領域8上部のソース電極(図示省略)とp型ドレイン領域9上部のドレイン電極(図示省略)間及び、シリコン基板5に高電圧を印加することで、MOSトランジスタ2からフローティングゲート10にトンネル電流にてホールが注入されると同時に、弾道電子源3´からフローティングゲート側に電子が放出される。これにより、シリコンナノ粒子が含有されたフローティングゲート10内で電子-ホールが発光再結合し発光する。
The gate electrode 7 is connected to the ground, and a high voltage is applied between the source electrode (not shown) above the p-type source region 8 and the drain electrode (not shown) above the p-
フローティングゲート10内では、再結合に伴いホール、電子共に消滅するが、上記電位を維持する、つまり、ゲート電極7をグラウンドに接続し、ソース電極・ドレイン電極間及び、シリコン基板5に高電圧を印加することで、フローティングゲート10内には電子、ホールが連続的に供給され連続発光が達成される。
In the floating
フローティングゲート10に含まれるシリコンナノ粒子は、例えば直径3nm程度のナノ結晶シリコンで、多結晶シリコンを陽極酸化することなどで製造できる。シリコン粒子の直径がボーア半径の4nm以下のシリコンナノ粒子になると、通常のバルク結晶シリコンの状態では見られない可視光の光子放出の物性が現れてくる、といわれている。
The silicon nanoparticles contained in the floating
以上の構成を有する第2実施形態によれば、以下のような作用効果を奏する。 According to 2nd Embodiment which has the above structure, there exist the following effects.
○MOSトランジスタ2からフローティングゲート10にトンネル電流にてホールを注入し、弾道電子源3´からフローティングゲート10に電子を注入する。これにより、フローティングゲート10内で電子とホールが連続的に再結合して発光するので、連続発振動作が実現される。
A hole is injected from the
○MOS構造の発光素子1´は、MOS構造のシリコンでできたトランジスタの形をしており、シリコンCMOSプロセスと互換なプロセスにおいて、シリコンをベースとしたデバイスでMOS構造の発光素子を作製できるので、この発光素子1´と集積電子回路チップ(シリコンCMOS回路)をモノリシックに集積化できる。従って、連続発振動作が可能で、かつシリコンCMOS回路とモノリシックに集積化できるMOS構造の発光素子1´を実現することができる。 O The MOS structure light-emitting element 1 'is in the form of a transistor made of silicon with a MOS structure, and a MOS structure light-emitting element can be fabricated with a silicon-based device in a process compatible with the silicon CMOS process. The light emitting element 1 ′ and the integrated electronic circuit chip (silicon CMOS circuit) can be monolithically integrated. Therefore, it is possible to realize a light emitting element 1 ′ having a MOS structure capable of continuous oscillation operation and monolithically integrated with a silicon CMOS circuit.
○フローティングゲート10はシリコンナノ粒子を含む材料で形成されているので、フローティングゲート10内で電子とホールが連続的に再結合することで、フローティングゲート10内のシリコンナノ粒子が連続的に発光する。MOSトランジスタ2はホールをキャリアとするpチャネル型MOSトランジスタであるので、MOSトランジスタ2からフローティングゲート10にトンネル電流によりホールを効率良く注入することができ、発光効率が向上する。
○ Since the floating
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態に係るMOS構造の発光素子1Aを図3および図4に基づいて説明する。図3はMOS構造の発光素子1Aの発光原理を説明するための模式図である。図4はMOS構造の発光素子1Aの概略構成を示す平面図である。なお、図3では、右側のMOSトランジスタ21のソース領域81と左側のMOSトランジスタ22のドレイン領域92が隣り合って描かれているが、これは動作を分かり安く説明する為である。実際には、2つのMOSトランジスタ21,22は、図4に示すように、ソース領域81,82同士およびドレイン領域91,92同士がそれぞれ隣り合っている。
(Third embodiment)
Next, a MOS structure
MOS構造の発光素子1Aは、図3および図4に示すように、pチャネル型MOS(p-MOS)トランジスタである第2のMOSトランジスタ21と、nチャネル型MOS(n-MOS)トランジスタである第1のMOSトランジスタ22とを備えている。また、MOS構造の発光素子1Aは、2つのMOSトランジスタ21,22に共有される一つのフローティングゲート10Aを備えた構造となっている。フローティングゲート10Aには上記第1実施形態と同様にシリコンナノ粒子が含有されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
第2のMOSトランジスタ21は、図1に示すMOSトランジスタ2と同様の構造を有するpチャネル型MOSトランジスタで、チャネル領域41を含むn型のシリコン基板51と、シリコン基板51上のチャネル領域41に対応して、ゲート絶縁膜(図示省略)を介して形成されたゲート電極71と、シリコン基板51上の、チャネル領域41の両側に形成されたp型ソース領域81およびp型ドレイン領域91とを備える。
The
また、第2のMOSトランジスタ21のゲート絶縁膜(図示省略)は、図1に示すMOSトランジスタ2のゲート絶縁膜6と同様に、フローティングゲート10Aよりシリコン基板51側の第1の絶縁膜(図示省略)とフローティングゲート10Aよりゲート電極71側の第2の絶縁膜(図示省略)の2つに分けて形成されている。チャネル領域41の上部の第1の絶縁膜はシリコン酸化膜であり、その厚さは例えば3nm〜10nmであり、トンネル電流を流すことが可能となっている。ゲート長は例えば5μmである。
Further, the gate insulating film (not shown) of the
また、nチャネル型MOSトランジスタである第1のMOSトランジスタ22は、チャネル領域42を含むp型のシリコン基板52と、シリコン基板52上のチャネル領域42に対応して、ゲート絶縁膜(図示省略)を介して形成されたゲート電極72と、シリコン基板52上の、チャネル領域42の両側に形成されたn型ソース領域82およびn型ドレイン領域92とを備える。
The
また、第1のMOSトランジスタ22のゲート絶縁膜は、図1に示すMOSトランジスタ2のゲート絶縁膜6と同様に、フローティングゲート10Aよりシリコン基板52側の第1の絶縁膜(図示省略)とフローティングゲート10Aよりゲート電極72側の第2の絶縁膜(図示省略)の2つに分けて形成されている。チャネル領域42の上部の第1の絶縁膜はシリコン酸化膜であり、その厚さは例えば3nm〜10nmであり、トンネル電流を流すことが可能となっている。ゲート長は例えば5μmである。
Further, the gate insulating film of the
また、2つのMOSトランジスタ21,22のゲート間隔は例えば5μmであり、フローティングゲート10Aの長さは15μm、その幅は例えば5μmとなっている。このフローティングゲート10Aの中間部分が最も発光するようになっている。そして、2つのMOSトランジスタ21,22の各ゲート電極71,72にはそれぞれITO透明電極を用い、光の外部取出しを容易にしている。
The gate interval between the two
このように、MOS構造の発光素子1Aは、第2のMOSトランジスタ21および第1のMOSトランジスタ22と、電子とホールが再結合により発光可能な材料を含む一つのフローティング10Aとを備える。このフローティングゲート10Aは、その右端側(一端側)が第2のMOSトランジスタ21のゲート電極71とチャネル領域41との間のゲート絶縁膜中に位置し、その左端側(他端側)が第1のMOSトランジスタ22のゲート電極72とチャネル領域42との間のゲート絶縁膜中に位置するように形成されている。
As described above, the
また、このMOS構造の発光素子1Aは、第2のMOSトランジスタ21からフローティングゲート10Aの右端側にホールを、第1のMOSトランジスタ22からフローティングゲート10Aの左端側に電子をそれぞれ注入することで、フローティングゲート10A内の中間付近で発光させるようになっている。
The
次に、このように構成されたMOS構造の発光素子1Aの動作を説明する。
nチャネル型MOSトランジスタである第1のMOSトランジスタ22のシリコン基板52側をグラウンド(電位1)とし、ゲート電極72側を高電位(電位2)にする。
Next, the operation of the
The
また、pチャネル型MOSトランジスタである第2のMOSトランジスタ21のゲート電極71側電位(電位3)を、第1のMOSトランジスタ22のゲート電極71側電位(電位2)より高く、または同じとし、第2のMOSトランジスタ21のシリコン基板51側電位(電位4)を、ゲート電極71側電位(電位3)よりも更に高く設定する。
In addition, the
つまり、第1のMOSトランジスタ22のシリコン基板52およびゲート電極72にそれぞれ印加する電位を電位1および電位2とし、第2のMOSトランジスタ21のゲート電極71およびシリコン基板51にそれぞれ印加する電位を電位3および電位4とすると、
電位1<電位2≦電位3<電位4
の関係を満たすようにする。
That is, the potential applied to the
Potential 1 <potential 2 ≦ potential 3 <
To satisfy the relationship.
これにより、第2のMOSトランジスタ21からフローティングゲート10Aの右端側にトンネル電流にてホールが、第1のMOSトランジスタ22からフローティングゲート10Aの左端側にトンネル電流にて電子がそれぞれ注入される。注入されたキャリアにより、フローティングゲート10Aにはキャリアの空間的な分布(キャリア分布)が生じる。この分布を平衡状態とするように拡散電流が流れるのと同時に、ゲート電位(電位2,電位3)と基板電位(電位1,電位4)が上記関係を満たすようにすることにより、フローティングゲート10Aの左右でキャリアが中央に集まってくる方向の電位差が発生する。これにより、上記拡散電流に加え、フローティングゲート10Aの左右で発生するキャリアが中央に集まってくる方向の電位差により、ドリフト電流が流れて電子とホールがフローティングゲート10Aの中央部側へ移動し、フローティングゲート10A内の中間付近で電子とホールが連続的に再結合して発光し、連続発振動作が実現される。
以上の構成を有する第3実施形態によれば、以下のような作用効果を奏する。
As a result, holes are injected from the
According to 3rd Embodiment which has the above structure, there exist the following effects.
○フローティングゲート10Aを2つのMOSトランジスタ21,22に共用させ、第1のMOSトランジスタ21からフローティングゲート10Aにはトンネル電流にてホールを注入し、第2のMOSトランジスタ22からフローティングゲート10Aにはトンネル電流にて電子をそれぞれ注入する。これにより、フローティングゲート10A内にキャリア分布が生じるので、拡散電流が流れて電子とホールがフローティングゲート10Aの中央部側へ移動し、フローティングゲート10A内の中間付近で電子とホールが連続的に再結合して発光し、連続発振動作が実現される。
○更に、上述した電位差の与え方を採用する、つまり、電位1<電位2≦電位3<電位4の関係を満たすようにすることで、拡散電流に加え、ドリフト電流が流れフローティングゲート10Aの中央部側へのキャリア移動が効率的に行われ、フローティングゲート10A内の中間付近で電子とホールが連続的に再結合して発光し、効率的な連続発振動作が実現される。
Furthermore, by adopting the above-described method of applying the potential difference, that is, by satisfying the relationship of potential 1 <potential 2 ≦ potential 3 <potential 4, a drift current flows in addition to the diffusion current, and the center of the floating
○MOS構造の発光素子1Aは、pチャネル型MOSトランジスタである第1のMOSトランジスタ21と、nチャネル型MOSトランジスタである第2のMOSトランジスタ22とを備えている。このため、第1のMOSトランジスタ21からフローティングゲート10Aの右端側にホールを、第2のMOSトランジスタ22からフローティングゲート10Aの左端側に電子をそれぞれトンネル電流により効率良く注入することができ、発光効率が向上する。
The
○MOS構造の発光素子1Aを、pチャネル型MOSトランジスタである第1のMOSトランジスタ21と、nチャネル型MOSトランジスタである第2のMOSトランジスタ22とからなる一つのCMOSトランジスタで構成できる。これにより、CMOS回路とモノリシック集積化が容易になる。
The
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態に係るMOS構造の発光素子について説明する。
このMOS構造の発光素子は、図1に示す上記第1実施形態に係るMOS構造の発光素子1において、フローティングゲート10の材料(電子とホールが再結合により発光可能な材料)としてシリコンナノ粒子ではなく、直接遷移型の半導体材料を用いたものである。具体的にはその半導体材料としてAlGaNを用いた。また、チャネル領域4(図1参照)上部のゲート絶縁膜6(絶縁膜6a、6b)はシリコン酸化膜ではなく、エピタキシャル成長させたAl2O3単結晶膜を用いた。その他の構成は、上記第1実施形態に係るMOS構造の発光素子1と同様である。
(Fourth embodiment)
Next, a MOS structure light emitting device according to a fourth embodiment of the present invention will be described.
This MOS structure light emitting element is the same as that of the MOS structure light emitting element 1 according to the first embodiment shown in FIG. 1 except that silicon nanoparticles are used as a material of the floating gate 10 (a material capable of emitting light by recombination of electrons and holes). Instead, a direct transition type semiconductor material is used. Specifically, AlGaN was used as the semiconductor material. The gate insulating film 6 (insulating
以上の構成を有する第4実施形態によれば、上記第1実施形態の奏する作用効果に加えて以下のような作用効果を奏する。 According to 4th Embodiment which has the above structure, in addition to the effect which the said 1st Embodiment show | plays, there exist the following effects.
○直接遷移型半導体材料で形成されたフローティングゲート内で電子とホールが連続的に再結合することで、フローティングゲート内で連続的に発光する。 O Light is emitted continuously in the floating gate by recombination of electrons and holes continuously in the floating gate formed of a direct transition type semiconductor material.
○フローティングゲートの材料として直接遷移型半導体材料を用いることで、発光効率が向上する。 ○ Luminous efficiency is improved by using a direct transition type semiconductor material as a floating gate material.
○ゲート絶縁膜は、フローティングゲート10よりシリコン基板5側の第1の絶縁膜6aとフローティングゲート10よりゲート電極7側の第2の絶縁膜6bの2つに分けて形成する(図1参照)。そして、第1の絶縁膜6a上に直接遷移型半導体を成長させてフローティングゲート10を形成するので、シリコン基板上に直接遷移型半導体を成長させるよりもプロセスが容易で、かつ、絶縁膜材料を選ぶことで、様々な直接遷移型半導体材料に対応することができる。
The gate insulating film is formed in two parts: a first insulating film 6a closer to the
○PN接合を発光材料自体に必要としない為、単にシリコン基板上に直接遷移型半導体材料で発光素子を作製する方法に比較して、プロセスが容易である。 O Since a PN junction is not required for the light emitting material itself, the process is easier than a method of manufacturing a light emitting element using a transition semiconductor material directly on a silicon substrate.
(第5実施形態)
次に、本発明の第5実施形態に係るMOS構造の発光素子について説明する。
(Fifth embodiment)
Next, a MOS structure light emitting device according to a fifth embodiment of the invention will be described.
このMOS構造の発光素子は、図3および図4に示す上記第3実施形態に係るMOS構造の発光素子1Aにおいて、フローティングゲート10Aの材料(電子とホールが再結合により発光可能な材料)としてシリコンナノ粒子ではなく、直接遷移型の半導体材料を用いたものである。具体的にはその半導体材料としてAlGaNを用いた。また、2つのMOSトランジスタ21,22の各チャネル領域41,42(図3参照)上部のゲート絶縁膜はシリコン酸化膜ではなく、エピタキシャル成長させたAl2O3単結晶膜を用いた。その他の構成は、上記第3実施形態に係るMOS構造の発光素子1Aと同様である。
This MOS structure light emitting element is made of silicon as a material for the floating
以上の構成を有する第5実施形態によれば、上記第3実施形態の奏する作用効果に加えて以下のような作用効果を奏する。 According to 5th Embodiment which has the above structure, in addition to the effect which the said 3rd Embodiment show | plays, there exist the following effects.
○直接遷移型半導体材料で形成されたフローティングゲート10A(図3参照)内の中間付近で電子とホールが連続的に再結合することで、フローティングゲート10A内で連続的に発光する。
O Light is continuously emitted in the floating
○フローティングゲートの材料として直接遷移型半導体材料を用いることで、発光効率が向上する。 ○ Luminous efficiency is improved by using a direct transition type semiconductor material as a floating gate material.
○また、2つのMOSトランジスタ21,22の各チャネル領域41,42(図3参照)上部のゲート絶縁膜(図1に示すゲート絶縁膜6のうちの第1の絶縁膜6a)は、フローティングゲート10Aよりシリコン基板5側の第1の絶縁膜6aとフローティングゲート10よりゲート電極7側の第2の絶縁膜6bの2つに分けて形成する(図1参照)。そして、第1の絶縁膜6a上に直接遷移型半導体を成長させてフローティングゲート10を形成するので、シリコン基板上に直接遷移型半導体を成長させるよりもプロセスが容易で、かつ、絶縁膜材料を選ぶことで、様々な直接遷移型半導体材料に対応することができる。
The gate insulating film (the first insulating film 6a of the
○PN接合を発光材料自体に必要としない為、単にシリコン基板上に直接遷移型半導体材料で発光素子を作製する方法に比較して、プロセスが容易である。 O Since a PN junction is not required for the light emitting material itself, the process is easier than a method of manufacturing a light emitting element using a transition semiconductor material directly on a silicon substrate.
なお、この発明は以下のように変更して具体化することもできる。 In addition, this invention can also be changed and embodied as follows.
・上記第1乃至第3実施形態では、フローティングゲート10は、「電子とホールが再結合により発光可能な材料」の一例として、シリコンナノ粒子を含む材料が形成されている。また、上記第4および第5実施形態では、「電子とホールが再結合により発光可能な材料」として、直接遷移型半導体材料であるAlGaNをそれぞれ用いている。本発明は、このような構成のMOS構造の発光素子に限定されない。フローティングゲート10,10Aの材料として、シリコンナノ粒子や、直接遷移型半導体材料以外の「電子とホールが再結合により発光可能な材料」を用いた構成のMOS構造の発光素子にも本発明は適用される。
In the first to third embodiments, the floating
・また、フローティングゲート10,10Aに用いる直接遷移型半導体材料としては、AlGaN以外のもの、例えばGaN、InGaN などの窒化物系半導体材料を用いたMOS構造の発光素子にも本発明は適用可能である。
The present invention can also be applied to a light emitting element having a MOS structure using a nitride semiconductor material such as GaN or InGaN as a direct transition type semiconductor material used for the floating
・上記各実施形態において、フローティングゲートを形成するシリコンナノ粒子を含む材料或いは直接遷移型半導体材料として、不純物をドープしないi型半導体(intrinsic型半導体)を用いた構成のMOS構造の発光素子にも本発明は適用可能である。 In each of the above embodiments, the MOS structure light emitting device having a structure using an i-type semiconductor (intrinsic semiconductor) that is not doped with impurities as a material containing silicon nanoparticles forming a floating gate or a direct transition semiconductor material. The present invention is applicable.
一般のPN接合による発光素子ではp型半導体,n型半導体を作製するために不純物ドーピングを行うので、キャリア移動度が低下し、高速動作の妨げとなる。これに対して、フローティングゲートに使用する半導体として不純物をドープしないi型半導体を用いることにより、キャリア移動度を高めることを可能になり、光源としての高速動作性能が向上する。 In a general light emitting element using a PN junction, impurity doping is performed in order to manufacture a p-type semiconductor and an n-type semiconductor, so that carrier mobility is lowered and high-speed operation is hindered. On the other hand, by using an i-type semiconductor not doped with impurities as a semiconductor used for the floating gate, carrier mobility can be increased, and high-speed operation performance as a light source is improved.
・上記第3実施形態では、pチャネル型MOSトランジスタである第2のMOSトランジスタ21と、nチャネル型MOSトランジスタである第1のMOSトランジスタ22の2つのタイプのMOSトランジスタを用いている。これはCMOS回路では両タイプのトランジスタを作製するので、CMOS回路とモノリシック集積化が容易であることをはっきりさせる為であり、発光させる目的ではであれば、pチャネル型MOSトランジスタを2つ用いてMOS構造の発光素子1Aを構成し、或いは、nチャネル型MOSトランジスタを2つ用いてMOS構造の発光素子1Aを構成しても良い。
In the third embodiment, two types of MOS transistors, that is, the
1,1´,1A…MOS構造の発光素子、2,21…pチャネル型MOSトランジスタ、22…nチャネル型MOSトランジスタ、3,3´…弾道電子源、4,41.42…チャネル領域、5,51,52…シリコン基板、6…ゲート絶縁膜、6a…第1の絶縁膜、6b…第2の絶縁膜、7,71,72…ゲート電極、8,81…p型ソース領域、9,91…p型ドレイン領域、82…n型ソース領域、92…n型ドレイン領域、10,10A…フローティングゲート。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記MOSトランジスタのゲート電極とチャネル領域との間のゲート絶縁膜中に形成され、電子とホールが再結合により発光可能な材料を含むフローティングゲートと、
前記MOSトランジスタの直下に配置された弾道電子源と、を備え、
前記MOSトランジスタから前記フローティングゲートにホールを注入し、前記弾道電子源から前記フローティングゲートに電子を注入することで、前記フローティングゲート内で発光させることを特徴とするMOS構造の発光素子。 MOS transistor,
A floating gate formed in a gate insulating film between the gate electrode and the channel region of the MOS transistor, and containing a material capable of emitting light by recombination of electrons and holes;
A ballistic electron source disposed directly below the MOS transistor,
A light emitting element having a MOS structure, wherein holes are injected into the floating gate from the MOS transistor, and electrons are injected into the floating gate from the ballistic electron source, whereby light is emitted in the floating gate.
前記MOSトランジスタのゲート電極直下に配置された弾道電子源と、
前記MOSトランジスタのゲート電極直下の弾道電子源とチャネル領域との間のゲート絶縁膜中に形成され、電子とホールが再結合により発光可能な材料を含むフローティングゲートと、を備え、
前記MOSトランジスタから前記フローティングゲートにホールを注入し、前記弾道電子源から前記フローティングゲートに電子を注入することで、前記フローティングゲート内で発光させることを特徴とするMOS構造の発光素子。 MOS transistor,
A ballistic electron source disposed directly under the gate electrode of the MOS transistor;
A floating gate formed in a gate insulating film between a ballistic electron source and a channel region directly below the gate electrode of the MOS transistor, and containing a material capable of emitting light by recombination of electrons and holes,
A light emitting element having a MOS structure, wherein holes are injected into the floating gate from the MOS transistor, and electrons are injected into the floating gate from the ballistic electron source, whereby light is emitted in the floating gate.
一端側が前記第1のMOSトランジスタのゲート電極とチャネル領域との間のゲート絶縁膜中に位置し、他端側が前記第2のMOSトランジスタのゲート電極とチャネル領域との間のゲート絶縁膜中に位置するように形成され、電子とホールが再結合により発光可能な材料を含むフローティングゲートと、
前記第1のMOSトランジスタから前記フローティングゲートに電子を、前記第2のMOSトランジスタから前記フローティングゲートにホールをそれぞれ注入することで、前記フローティングゲート内で発光させることを特徴とするMOS構造の発光素子。 A first MOS transistor and a second MOS transistor;
One end side is located in the gate insulating film between the gate electrode and the channel region of the first MOS transistor, and the other end side is located in the gate insulating film between the gate electrode and the channel region of the second MOS transistor. A floating gate including a material formed to be located and capable of emitting light by recombination of electrons and holes;
A light emitting device having a MOS structure, wherein electrons are emitted from the first MOS transistor to the floating gate and holes are injected from the second MOS transistor to the floating gate to emit light in the floating gate. .
電位1<電位2≦電位3<電位4
の関係を満たすことを特徴とする請求項4に記載のMOS構造の発光素子。 If the potential applied to the substrate and gate electrode of the first MOS transistor is potential 1 and potential 2, respectively, and the potential applied to the gate electrode and substrate of the second MOS transistor is potential 3 and potential 4, respectively.
Potential 1 <potential 2 ≦ potential 3 <potential 4
The light emitting device of the MOS structure according to claim 4, wherein:
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KR101481171B1 (en) | 2008-09-02 | 2015-01-09 | 서울대학교산학협력단 | semiconductor device including double gate controlled diode structure |
-
2007
- 2007-04-10 JP JP2007102367A patent/JP2008153606A/en active Pending
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