JP2013062503A - 光ダイオード - Google Patents
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Abstract
【課題】外部量子効率と光反応性が優れた光ダイオードを提示する。
【解決手段】光ダイオードは、アノード、カソード、及び前記アノードと前記カソードの間に位置する真性層を含み、前記真性層はＰ型半導体及びＮ型半導体を含み、前記真性層内における位置に応じてＰ型半導体とＮ型半導体の組成比率が異なる。好ましくは、前記真性層内におけるＰ型半導体とＮ型半導体の組成比率は前記アノード及び前記カソードからの距離に応じて異なり、前記真性層内において、前記アノードと近いほどＰ型半導体の組成比が高まり、前記カソードと近いほどＮ型半導体の組成比が高まる。
【選択図】図２
【解決手段】光ダイオードは、アノード、カソード、及び前記アノードと前記カソードの間に位置する真性層を含み、前記真性層はＰ型半導体及びＮ型半導体を含み、前記真性層内における位置に応じてＰ型半導体とＮ型半導体の組成比率が異なる。好ましくは、前記真性層内におけるＰ型半導体とＮ型半導体の組成比率は前記アノード及び前記カソードからの距離に応じて異なり、前記真性層内において、前記アノードと近いほどＰ型半導体の組成比が高まり、前記カソードと近いほどＮ型半導体の組成比が高まる。
【選択図】図２
Description
本発明は光ダイオードに関する。
光ダイオードを含むイメージセンサは日ごとに解像度が高まっており、これによって画素の大きさが減っている。現在、主に用いられているシリコン光ダイオードの場合、画素の大きさが減りながら吸収面積が減っているため、感度低下が発生することがある。
これにより、シリコンよりも吸光係数が大きくて波長選択性が優れた有機半導体が光ダイオードの光電物質として注目されている。
有機半導体を光電物質として適用した光ダイオードの一般的な構造は、Ｐ型半導体−真性層（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ ｌａｙｅｒ）−Ｎ型半導体の３重膜構造である。真性層はＰ型半導体とＮ型半導体を共蒸着して形成する。真性層が光を吸収して生成されたエキシトン（ｅｘｃｉｔｏｎ）は、Ｎ型半導体とＰ型半導体の接合界面において正孔と電子に分離し、これらの正孔と電子が電極に移動することによって電流が生成される。
しかし、このような光ダイオードは、外部量子効率と光反応性がそれほど優れていない。
本発明は、外部量子効率と光反応性が優れた光ダイオードを提供しようとするものである。
本実施形態に係る光ダイオードは、アノード、カソード、及び前記アノードと前記カソードの間に位置する真性層を含み、前記真性層はＰ型半導体及びＮ型半導体を含み、前記真性層内における位置に応じてＰ型半導体とＮ型半導体の組成比率が異なる。
前記真性層内におけるＰ型半導体とＮ型半導体の組成比率は前記アノード及び前記カソードからの距離に応じて異なってもよい。
前記真性層内において、前記アノードと近いほどＰ型半導体の組成比が高まり、前記カソードと近いほどＮ型半導体の組成比が高まってもよい。
前記真性層の組成比の変化は、前記アノードから前記カソードに向かう方向に連続的であってもよい。
前記真性層内において、前記アノードと近いほどＰ型半導体の組成比が高まり、前記カソードと近いほどＮ型半導体の組成比が高まってもよい。
前記真性層の組成比の変化は、前記アノードから前記カソードに向かう方向に連続的であってもよい。
前記真性層は順に積層されており、組成比が互いに異なる２つ以上の組成層を含んでもよい。
前記２つ以上の組成層のうち、前記アノードと最も近い組成層はＰ型半導体の組成比がＮ型半導体の組成比よりも大きく、前記カソードと最も近い組成層はＮ型半導体の組成比がＰ型半導体の組成比よりも大きくてもよい。
前記２つ以上の組成層のうち、前記アノードと近い組成層であるほどＰ型半導体の組成比が高まり、前記カソードと近い組成層であるほどＮ型半導体の組成比が高くなってもよい。
前記２つ以上の組成層のうち、前記アノードと最も近い組成層はＰ型半導体の組成比がＮ型半導体の組成比よりも大きく、前記カソードと最も近い組成層はＮ型半導体の組成比がＰ型半導体の組成比よりも大きくてもよい。
前記２つ以上の組成層のうち、前記アノードと近い組成層であるほどＰ型半導体の組成比が高まり、前記カソードと近い組成層であるほどＮ型半導体の組成比が高くなってもよい。
前記アノードと最も近い組成層でＮ型半導体に対するＰ型半導体の組成比［＝（Ｐ型半導体の組成比）／（Ｎ型半導体の組成比）］は、１よりも大きく且つ１０００未満であり、前記カソードと最も近い組成層でＮ型半導体に対するＰ型半導体の組成比は、１よりも小さく且つ１／１０００よりも大きくてもよい。
前記２つ以上の組成層は、前記アノードと最も近い第１組成層、前記カソードと最も近い第２組成層、及び前記第１組成層と前記第２組成層の間に位置する第３組成層を含み、前記第１組成層でＮ型半導体に対するＰ型半導体の組成比［＝（Ｐ型半導体の組成比）／（Ｎ型半導体の組成比）］は１０であり、前記第２組成層でＮ型半導体に対するＰ型半導体の組成比は１／１０であり、前記第３組成層でＮ型半導体に対するＰ型半導体の組成比は５であってもよい。
前記組成層の厚さは１ｎｍ〜１００ｎｍであってもよい。
前記２つ以上の組成層は、前記アノードと最も近い第１組成層、前記カソードと最も近い第２組成層、及び前記第１組成層と前記第２組成層の間に位置する第３組成層を含み、前記第１組成層でＮ型半導体に対するＰ型半導体の組成比［＝（Ｐ型半導体の組成比）／（Ｎ型半導体の組成比）］は１０であり、前記第２組成層でＮ型半導体に対するＰ型半導体の組成比は１／１０であり、前記第３組成層でＮ型半導体に対するＰ型半導体の組成比は５であってもよい。
前記組成層の厚さは１ｎｍ〜１００ｎｍであってもよい。
前記真性層のＰ型半導体はＮＮＱＡ（ＮＮ−ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｑｕｉｎａｃｒｉｄｏｎｅ）を含み、前記真性層のＮ型半導体はＣ６０、Ｃ７０、及びＰＣＢＭ（［６，６］−ｐｈｅｎｙｌ−Ｃ６１−ｂｕｔｙｒｉｃ ａｃｉｄ ｍｅｔｈｙｌ ｅｓｔｅｒ）のうちの少なくとも１つを含んでもよい。
前記真性層のＰ型半導体はＮＮＱＡを含み、前記真性層のＮ型半導体はＣ６０を含んでもよい。
前記光ダイオードは前記真性層と前記カソードの間に位置し、Ｎ型半導体のみを含むＮ型層をさらに含んでもよい。
前記真性層のＰ型半導体はＮＮＱＡを含み、前記真性層のＮ型半導体はＣ６０を含んでもよい。
前記光ダイオードは前記真性層と前記カソードの間に位置し、Ｎ型半導体のみを含むＮ型層をさらに含んでもよい。
前記光ダイオードは、前記真性層と前記アノードの間に位置する電子遮断層をさらに含んでもよく、前記電子遮断層は、「ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ」［Ｐｏｌｙ（３，４−ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）：Ｐｏｌｙ（ｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ）］、２ＴＮＡＴＡ［４，４’，４’’−Ｔｒｉｓ（Ｎ−２−ｎａｐｈｔｈｙｌ）−Ｎ−ｐｈｅｎｙｌ−ａｍｉｎｏ）−ｔｒｉｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｅ］、モリブデン酸化物（Ｍｏ ｏｘｉｄｅ）、亜鉛酸化物（Ｚｎ ｏｘｉｄｅ）のうちのいずれか１つ以上を含んでもよい。
前記光ダイオードは前記真性層と前記アノードの間に位置し、Ｐ型半導体のみを含むＰ型層をさらに含んでもよい。
前記光ダイオードは、前記真性層と前記カソードの間に位置する正孔遮断層をさらに含んでもよく、前記正孔遮断層は、Ｂｐｈｅｎ（４，７−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−１，１０−ｐｈｅｎａｎｔｈｒｏｌｉｎｅ）、ＢＣＰ（Ｂｅｎｏｃｙｃｌｉｄｉｎｅ）、ＴＰＢＩ［１，３，５−Ｔｒｉｓ（１−ｐｈｅｎｙｌ−１Ｈ−ｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌ−２−ｙｌ）ｂｅｎｚｅｎｅ］のうちのいずれか１つ以上を含んでもよい。
前記光ダイオードは前記真性層と前記アノードの間に位置し、Ｐ型半導体のみを含むＰ型層をさらに含んでもよい。
前記光ダイオードは、前記真性層と前記カソードの間に位置する正孔遮断層をさらに含んでもよく、前記正孔遮断層は、Ｂｐｈｅｎ（４，７−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−１，１０−ｐｈｅｎａｎｔｈｒｏｌｉｎｅ）、ＢＣＰ（Ｂｅｎｏｃｙｃｌｉｄｉｎｅ）、ＴＰＢＩ［１，３，５−Ｔｒｉｓ（１−ｐｈｅｎｙｌ−１Ｈ−ｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌ−２−ｙｌ）ｂｅｎｚｅｎｅ］のうちのいずれか１つ以上を含んでもよい。
このように、本実施形態に係る光ダイオードは、外部量子効率と光反応性が優れている。
添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。本発明は多様に相違した形態で実現されることができ、ここで説明する実施形態に限定されるものではない。図面において、本発明を明確に説明するために説明と関係ない部分は省略し、明細書全体に渡って同一又は類似する構成要素については同一する図面符号を付与した。
図１及び図２を参照しながら、第１、第２の実施形態に係る光ダイオードについて詳細に説明する。
図１及び図２は各々、第１、第２の実施形態に係る光ダイオードを概略的に示す断面図である。
図１を参照すれば、第１の実施形態に係る光ダイオード１００は、真性層（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ ｌａｙｅｒ）１１０と、その両側に位置したアノード１２０及びカソード１３０を含む。図１において、アノード１２０が真性層１１０の下部に位置してカソード１３０が上部に位置する場合を示しているが、これとは反対に、カソード１３０が真性層１１０の下部に位置してアノード１２０が上部に位置する場合もある。
図１及び図２は各々、第１、第２の実施形態に係る光ダイオードを概略的に示す断面図である。
図１を参照すれば、第１の実施形態に係る光ダイオード１００は、真性層（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ ｌａｙｅｒ）１１０と、その両側に位置したアノード１２０及びカソード１３０を含む。図１において、アノード１２０が真性層１１０の下部に位置してカソード１３０が上部に位置する場合を示しているが、これとは反対に、カソード１３０が真性層１１０の下部に位置してアノード１２０が上部に位置する場合もある。
真性層１１０はＰ型半導体及びＮ型半導体を含み、真性層１１０内における位置に応じてＰ型半導体とＮ型半導体の組成比率が異なり得る。
例えば、アノード１２０と近い側ではＰ型半導体の組成比がＮ型半導体の組成比よりも高く、カソード１３０と近い側では、これとは反対に、Ｎ型半導体の組成比がＰ型半導体の組成比よりも高い。
また、アノード１２０との距離が実質的に同じであって互いに異なる地点、例えば、図１において、図において高さが同じであって水平方向に互いに異なる地点において、Ｐ型半導体及びＮ型半導体の組成比が異なる場合がある。
例えば、アノード１２０と近い側ではＰ型半導体の組成比がＮ型半導体の組成比よりも高く、カソード１３０と近い側では、これとは反対に、Ｎ型半導体の組成比がＰ型半導体の組成比よりも高い。
また、アノード１２０との距離が実質的に同じであって互いに異なる地点、例えば、図１において、図において高さが同じであって水平方向に互いに異なる地点において、Ｐ型半導体及びＮ型半導体の組成比が異なる場合がある。
真性層１１０において、Ｐ型半導体とＮ型半導体の組成比は連続的に変化し得る。例えば、真性層１１０のＰ型半導体とＮ型半導体の組成比は、アノード１２０から離れてカソード１３０に近づくにつれて約１０００：１から約１：１０００まで連続的に変化するが、Ｐ型半導体とＮ型半導体の組成比の変化はこれに限定されない。
真性層１１０において、Ｐ型半導体とＮ型半導体の組成比は階段型に変化し得る。この場合には、真性層１１０は、組成比が異なる２つ以上の層を含み、アノード１２０に近い層であるほどＰ型半導体の組成比が高く且つＮ型半導体の組成比が低く、カソード１３０に近づくほどＰ型半導体の組成比が低く且つＮ型半導体の組成比が高い。
Ｐ型半導体の例としてはＮＮＱＡ（ＮＮ−ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｑｕｉｎａｃｒｉｄｏｎｅ）が挙げられ、一方、Ｎ型半導体は、例えば、Ｃ６０、Ｃ７０、ＰＣＢＭ（［６，６］−ｐｈｅｎｙｌ−Ｃ６１−ｂｕｔｙｒｉｃ ａｃｉｄ ｍｅｔｈｙｌ ｅｓｔｅｒ）のうちの少なくとも１つを含む。しかし、この他にも多様に異なる半導体が用いられ得る。
真性層１１０は、このようなＰ型半導体とＮ型半導体とを熱蒸着（ｔｈｅｒｍａｌ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）などの方法によって共蒸着（ｃｏ−ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）することによって形成されるが、蒸着方法はこれに限定されない。
アノード１２０は、光が通過するようにＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ−ｔｉｎ−ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ−ｚｉｎｃ−ｏｘｉｄｅ）などの透明な導電物質で生成されるが、これに限定されない。カソード１３０はアルミニウム（Ａｌ）などの金属で生成されるが、これに限定されない。
アノード１２０は、例えば、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）などの方法によって形成され、カソード１３０は熱蒸着などの方法によって形成されるが、形成方法はこれに限定されない。
図２を参照すれば、第２の実施形態に係る光ダイオード２００は、アノード２２０及びカソード２３０と、その間に位置した真性層２１０を含み、真性層２１０は３つの組成層２１２、２１４、２１６を含む。
それぞれの組成層２１２、２１４、２１６は、Ｐ型半導体及びＮ型半導体を含む。Ｐ型半導体とＮ型半導体の組成比は組成層２１２、２１４、２１６によって異なり、アノード２２０から離隔しカソード２３０に近接するほどＰ型半導体の組成比が大きく、反対にＮ型半導体の組成比が小さい。例えば、Ｐ型半導体の組成比は、アノード２２０と最も近い組成層２１２で最も大きく、カソード２３０と最も近い組成層２１６で最も小さく、中間に位置した組成層２１４は中間である。Ｎ型半導体の組成比は、Ｐ型半導体とは反対に、カソード２３０と最も近い組成層２１６で最も大きく、アノード２２０と最も近い組成層２１２で最も小さく、中間に位置した組成層２１４は中間である。
また、アノード２２０と近い組成層２１２ではＰ型半導体の組成比がＮ型半導体の組成比よりも高く、カソード２３０と近い組成層２１６では、これとは反対に、Ｎ型半導体の組成比がＰ型半導体の組成比より高い。中間組成層２１４では、Ｐ型半導体の組成比がＮ型半導体の組成比より高いか、又は、その反対である。
アノード２２０と近い組成層２１２でＮ型半導体に対するＰ型半導体の組成比［＝（Ｐ型半導体の組成比）／（Ｎ型半導体の組成比）］は例えば、約１よりも大きく且つ約１０００未満であり、一方、カソード２３０と近い組成層２１６でＮ型半導体に対するＰ型半導体の組成比は例えば、約１よりも小さく且つ約１／１０００よりも大きい。
それぞれの組成層２１２、２１４、２１６内でも、図２における水平方向の位置や高さに応じてＰ型半導体とＮ型半導体の組成比が異なり得る。
各組成層２１２、２１４、２１６の厚さは、例えば、１ｎｍ〜１００ｎｍである。
各組成層２１２、２１４、２１６の厚さは、例えば、１ｎｍ〜１００ｎｍである。
図２において、各層の材料及び形成方法は、例えば、実質的に図１と同じである。
図２において、真性層２１０が含む組成層２１２、２１４、２１６の数は３つであるが、２つ又は４つ以上の場合もある。
図２において、真性層２１０が含む組成層２１２、２１４、２１６の数は３つであるが、２つ又は４つ以上の場合もある。
図１及び図２に示す光ダイオード１００、２００の場合、透明なアノード１２０、２２０側に光が入射し、真性層１１０、２１０が特定波長の光を吸収すると、内部でエキシトン（ｅｘｃｉｔｏｎ）が生成される。
エキシトンは、真性層１１０、２１０内のＮ型半導体とＰ型半導体の接合界面において、正孔（ｈｏｌｅ）と電子（ｅｌｅｃｔｒｏｎ）に分離する。分離された正孔はアノード１２０、２２０側に移動し、反対に電子はカソード１３０、２３０側に移動し、その結果、光ダイオード１００、２００に電流が流れる。
エキシトンは、真性層１１０、２１０内のＮ型半導体とＰ型半導体の接合界面において、正孔（ｈｏｌｅ）と電子（ｅｌｅｃｔｒｏｎ）に分離する。分離された正孔はアノード１２０、２２０側に移動し、反対に電子はカソード１３０、２３０側に移動し、その結果、光ダイオード１００、２００に電流が流れる。
上記第１、第２の実施形態のように、真性層１１０、２１０でアノード１２０、２２０と近い部分でＰ型半導体の組成比を高くすれば、この部分で生成された正孔が近いアノード１２０、２２０に容易に抜け出ることができる。反対に、カソード１３０、２３０と近い部分でＮ型半導体の組成比を高くすれば、この部分で生成された電子が近いカソード１３０、２３０に簡単に抜け出ることができる。従って、光ダイオード１００、２００が入射光に反応する速度が速くなる。
以下、図３〜図７を参照しながら、他の実施形態に係る光ダイオードについて詳細に説明する。
図３〜図７は、他の実施形態に係る光ダイオードを概略的に示す断面図である。
図３〜図７は、他の実施形態に係る光ダイオードを概略的に示す断面図である。
図３を参照すれば、第３の実施形態に係る光ダイオード３００は、真性層３１０とその両側に位置したアノード３２０及びカソード３３０、さらに真性層３１０とカソード３３０の間に位置したＮ型層３４０を含む。
真性層３１０、アノード３２０、及びカソード３３０は、例えば、図１又は図２に示したものと実質的に同じである。
真性層３１０、アノード３２０、及びカソード３３０は、例えば、図１又は図２に示したものと実質的に同じである。
Ｎ型層３４０はＮ型半導体のみを含み、例えば真性層３１０に含まれているＮ型半導体と同じ材料で生成される。特に、電子の移動度が大きいＣ６０などを用いる場合、移動度が低いＰ型層（図示せず）を置かずに光ダイオード３００の動作が円滑になる。
図４を参照すれば、第４の実施形態に係る光ダイオード４００は、真性層４１０とその両側に位置したアノード４２０及びカソード４３０、さらに真性層４１０とアノード４２０の間に位置したＰ型層４５０を含む。
真性層４１０、アノード４２０、及びカソード４３０は、例えば図１又は図２に示したものと実質的に同じである。
Ｐ型層４５０はＰ型半導体のみを含み、例えば真性層４１０に含まれているＰ型半導体と同じ材料で生成される。
Ｐ型層４５０はＰ型半導体のみを含み、例えば真性層４１０に含まれているＰ型半導体と同じ材料で生成される。
図５を参照すれば、第５の実施形態に係る光ダイオード５００は、真性層５１０とその両側に位置したアノード５２０及びカソード５３０、真性層５１０とカソード５３０の間に位置したＮ型層５４０、さらに真性層５１０とアノード５２０の間に位置したＰ型層５５０を含む。
真性層５１０、アノード５２０、及びカソード５３０は、例えば図１又は図２に示したものと実質的に同じである。
Ｎ型層５４０はＮ型半導体のみを含み、例えば真性層５１０に含まれているＮ型半導体と同じ材料で生成される。一方、Ｐ型層５５０はＰ型半導体のみを含み、例えば真性層５１０に含まれているＰ型半導体と同じ材料で生成される。
Ｎ型層５４０はＮ型半導体のみを含み、例えば真性層５１０に含まれているＮ型半導体と同じ材料で生成される。一方、Ｐ型層５５０はＰ型半導体のみを含み、例えば真性層５１０に含まれているＰ型半導体と同じ材料で生成される。
図６を参照すれば、第６の実施形態に係る光ダイオード６００は、真性層６１０とその両側に位置したアノード６２０及びカソード６３０、真性層６１０とカソード６３０の間に位置したＮ型層６４０、さらに真性層６１０とアノード６２０の間に位置した電子遮断層（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｌｏｃｋｉｎｇ ｌａｙｅｒ）６６０を含む。
真性層６１０、アノード６２０、及びカソード６３０は、例えば図１又は図２に示したものと実質的に同じであり、Ｎ型層６４０は、例えば図３に示したものと実質的に同じである。
電子遮断層６６０は正孔輸送層（ｈｏｌｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｌａｙｅｒ）とも呼ばれ、アノード６２０から真性層６１０への電子の移動を遮断することによって真性層６１０における光吸収を促進し、エキシトンが多く生成されるようにできる。
電子遮断層６６０は、例えば、「ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ」［Ｐｏｌｙ（３，４−ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）：Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ］、２ＴＮＡＴＡ［４，４’，４’’−Ｔｒｉｓ（Ｎ−２−ｎａｐｈｔｈｙｌ）−Ｎ−ｐｈｅｎｙｌ−ａｍｉｎｏ）−ｔｒｉｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｅ］など有機物又はモリブデン酸化物（Ｍｏ ｏｘｉｄｅ）、亜鉛酸化物（Ｚｎ ｏｘｉｄｅ）などの無機物のうちのいずれか１つ以上を含んで生成される。
ここで、Ｎ型層６４０は省略され得る。
電子遮断層６６０は、例えば、「ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ」［Ｐｏｌｙ（３，４−ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）：Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ］、２ＴＮＡＴＡ［４，４’，４’’−Ｔｒｉｓ（Ｎ−２−ｎａｐｈｔｈｙｌ）−Ｎ−ｐｈｅｎｙｌ−ａｍｉｎｏ）−ｔｒｉｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｅ］など有機物又はモリブデン酸化物（Ｍｏ ｏｘｉｄｅ）、亜鉛酸化物（Ｚｎ ｏｘｉｄｅ）などの無機物のうちのいずれか１つ以上を含んで生成される。
ここで、Ｎ型層６４０は省略され得る。
図７を参照すれば、第７の実施形態に係る光ダイオード７００は、真性層７１０とその両側に位置したアノード７２０及びカソード７３０、真性層７１０とカソード７３０の間に順に配列されたＮ型層７４０及び正孔遮断層（ｈｏｌｅ ｂｌｏｃｋｉｎｇ ｌａｙｅｒ）７７０、さらに真性層７１０とアノード７２０の間に順に配列されたＰ型層７５０及び電子遮断層７６０を含む。
真性層７１０、アノード７２０、及びカソード７３０は例えば、図１又は図２に示したものと実質的に同じであり、Ｎ型層７４０は例えば図３に示したものと実質的に同じであり、Ｐ型層７５０は例えば図４に示したものと実質的に同じであり、電子遮断層７６０は例えば図６に示したものと実質的に同じである。
正孔遮断層７７０は電子輸送層（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｌａｙｅｒ）とも呼ばれ、カソード７３０から真性層７１０への正孔の移動を遮断することによって真性層７１０における光吸収を促進し、エキシトンが多く生成されるようにできる。正孔遮断層７７０は、例えば、Ｂｐｈｅｎ（４，７−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−１，１０−ｐｈｅｎａｎｔｈｒｏｌｉｎｅ）、ＢＣＰ（Ｂｅｎｏｃｙｃｌｉｄｉｎｅ）、ＴＰＢＩ［１，３，５−Ｔｒｉｓ（１−ｐｈｅｎｙｌ−１Ｈ−ｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌ−２−ｙｌ）ｂｅｎｚｅｎｅ］のうちのいずれか１つ以上を含んで生成される。
ここで、Ｎ型層７４０、Ｐ型層７５０、電子遮断層７６０のうちの少なくとも１つは省略され得る。
ここで、Ｎ型層７４０、Ｐ型層７５０、電子遮断層７６０のうちの少なくとも１つは省略され得る。
次に、図８〜図１１を参照しながら、実験例及び比較例に係る光ダイオードについて詳細に説明する。
図８は実験例に係る光ダイオードを概略的に示す断面図であり、図９は比較例に係る光ダイオードを概略的に示す断面図であり、図１０は実験例と比較例に係る光ダイオードの外部量子効率を入射光の波長の関数で示すグラフであり、図１１は実験例と比較例に係る光ダイオードの光電流密度を照度の関数で示すグラフである。
図８は実験例に係る光ダイオードを概略的に示す断面図であり、図９は比較例に係る光ダイオードを概略的に示す断面図であり、図１０は実験例と比較例に係る光ダイオードの外部量子効率を入射光の波長の関数で示すグラフであり、図１１は実験例と比較例に係る光ダイオードの光電流密度を照度の関数で示すグラフである。
まず、図８に示す構造を有する光ダイオード８００を製造した。
図８を参照すれば、まず、ＩＴＯをスパッタリングによって積層して約１００ｎｍの厚さのアノード８２０を形成した後、「ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ」をスピンコーティングして約３０ｎｍの厚さの電子遮断層８６０を形成した。
図８を参照すれば、まず、ＩＴＯをスパッタリングによって積層して約１００ｎｍの厚さのアノード８２０を形成した後、「ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ」をスピンコーティングして約３０ｎｍの厚さの電子遮断層８６０を形成した。
次に、Ｐ型半導体のＮＮＱＡとＮ型半導体であるＣ６０（ｆｕｌｌｅｒｅｎｅ）を熱蒸着方法によって共蒸着した。ここで組成比は順次相違させ、下部組成層８１２、中間組成層８１４、及び上部組成層８１６を連続して蒸着して真性層８１０を形成した。組成比ＮＮＱＡ：Ｃ６０は、下部組成層８１２は約１０：１、中間組成層８１４は約５：１、上部組成層８１６は約１：１０だった。厚さは、下部組成層８１２は約１０ｎｍ、中間組成層８１４は約３０ｎｍ、上部組成層８１６は約１０ｎｍとした。
次に、Ｃ６０を熱蒸着して約３０ｎｍの厚さのＮ型層８４０を形成した。
最後に、アルミニウムを熱蒸着して約１００ｎｍの厚さのカソード８３０を形成した。
最後に、アルミニウムを熱蒸着して約１００ｎｍの厚さのカソード８３０を形成した。
次に、比較のために、図９に示す構造を有する光ダイオード９００を製造した。
図９を参照すれば、まず、ＩＴＯをスパッタリングによって積層して約１００ｎｍの厚さのアノード９２０を形成した後、「ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ」をスピンコーティングして約３０ｎｍの厚さの電子遮断層９６０を形成した。
図９を参照すれば、まず、ＩＴＯをスパッタリングによって積層して約１００ｎｍの厚さのアノード９２０を形成した後、「ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ」をスピンコーティングして約３０ｎｍの厚さの電子遮断層９６０を形成した。
次に、Ｐ型半導体であるＮＮＱＡを熱蒸着して約３０ｎｍの厚さのＰ型層９５０を形成し、ＮＮＱＡとＮ型半導体であるＣ６０（ｆｕｌｌｅｒｅｎｅ）を５：１の組成比で熱蒸着方法によって共蒸着して約５０ｎｍの厚さの真性層９１０を形成した後、Ｃ６０を熱蒸着して約３０ｎｍの厚さのＮ型層９４０を形成した。
最後に、アルミニウムを熱蒸着して約１００ｎｍの厚さのカソード９３０を形成した。
最後に、アルミニウムを熱蒸着して約１００ｎｍの厚さのカソード９３０を形成した。
このように製作された２つの光ダイオード８００、９００に対し、外部量子効率（ｅｘｔｅｒｎａｌ ｑｕａｎｔｕｍ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）と光応答性を測定した。
図１０は光ダイオードの外部量子効率を入射光の波長の関数として示したものであって、本実験例の光ダイオード８００が比較例の光ダイオード９００よりも全般的に高いことが示された。特に、最大値を示す約５４０ｎｍの波長において、本実験例の場合は約２０％の外部量子効率を示し、約１７％の外部量子効率を示す比較例に比べて約３％高いことが分かる。
図１１は光ダイオードの光電流密度を照度の関数として示したものであって、本実験例の光ダイオード８００が比較例の光ダイオード９００に比べて応答性が優れていることが分かる。
以上、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、添付の請求範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属する。
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００ 光ダイオード
１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０、９１０ 真性層
１２０、２２０、３２０、４２０、５２０、６２０、７２０、８２０、９２０ アノード
１３０、２３０、３３０、４３０、５３０、６３０、７３０、８３０、９３０ カソード
２１２、２１４、２１６ 組成層
３４０、５４０、６４０、７４０、８４０、９４０ Ｎ型層
４５０、５５０、７５０、９５０ Ｐ型層
６６０、７６０、８６０、９６０ 電子遮断層（正孔輸送層）
７７０ 正孔遮断層（電子輸送層）
８１２、８１４、８１６ 下部、中間、上部組成層
１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０、９１０ 真性層
１２０、２２０、３２０、４２０、５２０、６２０、７２０、８２０、９２０ アノード
１３０、２３０、３３０、４３０、５３０、６３０、７３０、８３０、９３０ カソード
２１２、２１４、２１６ 組成層
３４０、５４０、６４０、７４０、８４０、９４０ Ｎ型層
４５０、５５０、７５０、９５０ Ｐ型層
６６０、７６０、８６０、９６０ 電子遮断層（正孔輸送層）
７７０ 正孔遮断層（電子輸送層）
８１２、８１４、８１６ 下部、中間、上部組成層
Claims (16)
- アノード、
カソード、及び
前記アノードと前記カソードの間に位置する真性層、を含み、
前記真性層はＰ型半導体及びＮ型半導体を含み、前記真性層内における位置に応じてＰ型半導体とＮ型半導体の組成比率が異なる、ことを特徴とする光ダイオード。 - 前記真性層内におけるＰ型半導体とＮ型半導体の組成比率は前記アノード及び前記カソードからの距離に応じて異なる、ことを特徴とする請求項１に記載の光ダイオード。
- 前記真性層内において、前記アノードと近いほどＰ型半導体の組成比が高まり、前記カソードと近いほどＮ型半導体の組成比が高まる、ことを特徴とする請求項２に記載の光ダイオード。
- 前記真性層の組成比の変化は、前記アノードから前記カソードに向かう方向に連続的である、ことを特徴とする請求項３に記載の光ダイオード。
- 前記真性層は順に積層されており、組成比が互いに異なる２つ以上の組成層を含む、ことを特徴とする請求項２に記載の光ダイオード。
- 前記２つ以上の組成層は、前記アノードと最も近く、Ｐ型半導体の組成比がＮ型半導体の組成比よりも大きい第１組成層と、前記カソードと最も近く、Ｎ型半導体の組成比がＰ型半導体の組成比よりも大きい第２組成層とを含む、ことを特徴とする請求項５に記載の光ダイオード。
- 前記２つ以上の組成層のうち、前記アノードと近い組成層であるほどＰ型半導体の組成比が高まり、前記カソードと近い組成層であるほどＮ型半導体の組成比が高まる、ことを特徴とする請求項６に記載の光ダイオード。
- 前記アノードと最も近い組成層でＮ型半導体に対するＰ型半導体の組成比［＝（Ｐ型半導体の組成比）／（Ｎ型半導体の組成比）］は、１よりも大きく且つ１０００未満であり、前記カソードと最も近い組成層でＮ型半導体に対するＰ型半導体の組成比は、１よりも小さく且つ１／１０００よりも大きい、ことを特徴とする請求項７に記載の光ダイオード。
- 前記２つ以上の組成層は、前記第１組成層と前記第２組成層との間に位置する第３組成層をさらに含み、
前記第１組成層でＮ型半導体に対するＰ型半導体の組成比［＝（Ｐ型半導体の組成比）／（Ｎ型半導体の組成比）］は１０であり、
前記第２組成層でＮ型半導体に対するＰ型半導体の組成比は１／１０であり、
前記第３組成層でＮ型半導体に対するＰ型半導体の組成比は５である、ことを特徴とする請求項８に記載の光ダイオード。 - 前記組成層の厚さは１ｎｍ〜１００ｎｍである、ことを特徴とする請求項５ないし９のいずれか一項に記載の光ダイオード。
- 前記真性層のＰ型半導体はＮＮＱＡ（ＮＮ−ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｑｕｉｎａｃｒｉｄｏｎｅ）を含み、
前記真性層のＮ型半導体はＣ６０、Ｃ７０、及びＰＣＢＭ（［６，６］−ｐｈｅｎｙｌ−Ｃ６１−ｂｕｔｙｒｉｃ ａｃｉｄ ｍｅｔｈｙｌｅｓｔｅｒ）のうちの少なくとも１つを含む、ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一項に記載の光ダイオード。 - 前記真性層のＰ型半導体はＮＮＱＡを含み、
前記真性層のＮ型半導体はＣ６０を含む、ことを特徴とする請求項１１に記載の光ダイオード。 - 前記真性層と前記カソードの間に位置し、Ｎ型半導体のみを含むＮ型層をさらに含む、ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一項に記載の光ダイオード。
- 前記真性層と前記アノードの間に位置する電子遮断層をさらに含み、
前記電子遮断層は、「ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ」［Ｐｏｌｙ（３，４−ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）：Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ］、２ＴＮＡＴＡ［４，４’，４’’−Ｔｒｉｓ（Ｎ−２−ｎａｐｈｔｈｙｌ）−Ｎ−ｐｈｅｎｙｌ−ａｍｉｎｏ）−ｔｒｉｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｅ］、モリブデン酸化物（Ｍｏ ｏｘｉｄｅ）、亜鉛酸化物（Ｚｎ ｏｘｉｄｅ）のうちのいずれか１つ以上を含む、ことを特徴とする請求項１３に記載の光ダイオード。 - 前記真性層と前記アノードの間に位置し、Ｐ型半導体のみを含むＰ型層をさらに含む、ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一項に記載の光ダイオード。
- 前記真性層と前記カソードの間に位置する正孔遮断層をさらに含み、
前記正孔遮断層は、Ｂｐｈｅｎ（４，７−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−１，１０−ｐｈｅｎａｎｔｈｒｏｌｉｎｅ）、ＢＣＰ（Ｂｅｎｏｃｙｃｌｉｄｉｎｅ）、ＴＰＢＩ［１，３，５−Ｔｒｉｓ（１−ｐｈｅｎｙｌ−１Ｈ−ｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌ−２−ｙｌ）ｂｅｎｚｅｎｅ］のうちのいずれか１つ以上を含む、ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一項に記載の光ダイオード。
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