JP4178718B2 - 固体発光デバイス - Google Patents
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本発明は、固体発光デバイスに関し、特に、電子の注入によって発光するエレクトロルミネッセンスデバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
発光デバイスは、情報機器などのディスプレイや表示装置、照明などに幅広く用いられている。ここに、ディスプレイや表示装置に用いられる発光デバイスは、表示品質で有利な自発光型のディスプレイや表示装置を実現する上で非常に重要なデバイスである。特に、真空やガスを用いない固体の発光デバイス（以下、固体発光デバイスと称す）は、薄型化および軽量化に有利な上、耐環境性や信頼性に優れており、各所で盛んに研究、開発が行われている。
【０００３】
ところで、固体発光デバイスには、発光層を高エネルギの電子によって励起することで発光を得る電界励起型エレクトロルミネッセンス（真性ＥＬ）と、発光ダイオード（ＬＥＤ）として知られ発光層に注入された電子と正孔との再結合によって発光を得るキャリア注入型のＥＬとがある。
【０００４】
平面薄型用のディスプレイ（フラットパネルディスプレイ）では、薄型化、軽量化、高精細化、低コスト化を図れる可能性の高い真性ＥＬやキャリア注入型のＥＬの一種である有機ＥＬを用いることが各所で盛んに研究されている。
【０００５】
真性ＥＬ、有機ＥＬは、発光層が透明電極と裏面電極とで挟まれた形となっており、両電極間に電圧を印加することで上述のそれぞれの発光原理で発光層を発光させるようになっている。ドットマトリックス型ディスプレイに用いる場合には、複数の透明電極と複数の裏面電極とを交差する方向に設け、発光層のうちの発光させたい特定領域（以下、選択画素と称す）の両電極間に選択的に電圧を印加することで、特定領域のみを選択的に発光させるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来の固体発光デバイスでは、発光層の電流電圧特性が基本的には抵抗性なので、発光層の選択画素のみが発光するだけでなく、発光層のうち選択した両電極のいずれか一方に重なる画素にリーク電流が流れて当該リーク電流が流れた画素で発光するクロストークが発生してしまうという不具合があった。例えば、図１１に示すように、複数の透明電極３および複数の裏面電極４それぞれから１つずつ選択して裏面電極４に対して透明電極３を正極として直流電圧Ｅを印加した場合、選択画素の抵抗をＲＭ、選択された透明電極３および裏面電極４のいずれか一方のみに重なる画素の抵抗をＲＳ、選択された透明電極３および裏面電極４のいずれにも重ならない画素の抵抗をＲＮとすると、図１１中に一点鎖線で示すように選択画素の抵抗ＲＭを通る電流ＩＭの他に同図中に破線で示すように抵抗ＲＳ，ＲＮを通るリーク電流ＩＬが流れて、抵抗ＲＳの画素でも発光してしまうという不具合があった。また、クロストークによる電流のロスがあるので、大面積化が難しいという不具合もあった。
【０００７】
このような固体発光デバイスでは、クロストークを防ぐために、各画素ごとにダイオードを設けたり、トランジスタからなるスイッチング素子を設けたものがあるが、ダイオードやスイッチング素子を設けるための領域が必要なので、実際に発光に寄与する部分の割合（画素の開口率）が小さくなったり、素子構造が複雑で製造プロセスが繁雑になってしまうという不具合があった。
【０００８】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、クロストークが少なく且つ画素の開口率の低下を防止できる新規な固体発光デバイスを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、発光層と、発光層の前面上に列設された複数の透明電極と、発光層の裏面側において透明電極に交差する方向に列設された複数の裏面電極と、少なくとも透明電極と裏面電極との交差する領域で発光層の裏面上に積層され透明電極と裏面電極との間に透明電極を正極として電圧を印加したときに裏面電極から注入された電子がドリフトして発光層を発光させるための電子を発光層へ供給する強電界ドリフト層とを備え、前記強電界ドリフト層は、半導体層からなり、少なくとも透明電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分が、多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有する多孔質半導体層からなることを特徴とするものであり、裏面電極に対して透明電極が正極となるように電圧を印加すると、裏面電極から強電界ドリフト層へ電子が注入されるが、強電界ドリフト層のうち少なくとも透明電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分は多孔質半導体層からなっており、当該多孔質半導体層は多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有するので、注入された電子は強電界ドリフト層の微結晶シリコン中でほとんど散乱されることなく微結晶シリコン間を多重トンネルしながら強電界ドリフト層に印加された電圧で加速され、最終的に高いエネルギに励起されて強電界ドリフト層の表面に到達して高エネルギの電子がそのまま発光層中に注入されて発光層を励起したり、透明電極から注入された正孔と再結合したり、透明電極に印加された電圧でさらに加速され高エネルギとなった電子によって発光層が励起されることで発光層が発光し、発光層で発光した光は、透明電極を通して外部へ取り出される。ここにおいて、強電界ドリフト層中に流れる電流はトンネル現象で流れ、その電流電圧特性はファウラ−ノルドハイムプロットにほぼ乗るような極めて高い非線形性を持つので、透明電極と裏面電極との間に印加する印加電圧が半分になれば強電界ドリフト層に流れる電流は数桁も減少し、発光層では、それぞれ選択した透明電極および裏面電極の交差する領域である選択画素にかかる電圧に比べて、選択画素を除いた透明電極および裏面電極のいずれか一方のみに重なる非選択画素にかかる電圧が十分に小さいので、非選択画素にはほとんど電流が流れず、非選択画素はほとんど発光しないから、クロストークの問題がない。また、非選択画素では、当該非選択画素にかかる電圧が低いので、強電界ドリフト層において非選択画素に重なる領域では電子が加速されにくく、強電界ドリフト層の表面に到達した電子のエネルギが小さいので、発光層への電子の注入量が少なくなる上、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなくなり、結果としてさらにクロストークの問題がなくなる。また、非選択画素のうち逆バイアスがかかる非選択画素では、強電界ドリフト層から発光層への高エネルギの電子の注入は生じないので、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなく、また逆バイアスがかかっていることで電子と正孔との再結合も生じないので、クロストークの問題が発生しない。また、透明電極と裏面電極との間に印加する印加電圧を調整することで、発光層へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層を発光させるために適当なエネルギの電子を利用して発光層を発光させることができ、良好な発光特性が得られる。また、透明電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流が制御されるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子をクロストークを防止するために別途に設けることなく、発光層に強電界ドリフト層を積層することでクロストークを防止することができるので、画素の開口率の低下を防止することができる。また、透明電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流を制御できクロストークを防止することができ、強電界ドリフト層は発光層に積層されるものであるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を別途に設ける必要がなく、構造が単純で、強電界ドリフト層を設けない場合と同じデザインルールで形成できるので、作製プロセスが容易である。
【００１０】
請求項２の発明は、発光層と、発光層の前面上に設けられた透明電極と、発光層の裏面上に列設された複数の中間電極と、発光層の裏面側において中間電極に交差する方向に列設された複数の裏面電極と、少なくとも中間電極と裏面電極との交差する領域で発光層の裏面側に積層され中間電極と裏面電極との間に中間電極を正極として電圧を印加したときに裏面電極から注入された電子がドリフトして発光層を発光させるための電子を発光層へ供給する強電界ドリフト層とを備え、前記強電界ドリフト層は、半導体層からなり、少なくとも中間電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分が、多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有する多孔質半導体層からなることを特徴とするものであり、裏面電極に対して中間電極が正極となるように電圧を印加すると、裏面電極から強電界ドリフト層へ電子が注入されるが、強電界ドリフト層のうち少なくとも中間電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分は多孔質半導体層からなっており、当該多孔質半導体層は多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有するので、注入された電子は強電界ドリフト層の微結晶シリコン中でほとんど散乱されることなく微結晶シリコン間を多重トンネルしながら強電界ドリフト層に印加された電圧で加速され、最終的に高いエネルギに励起されて強電界ドリフト層の表面に到達するから、中間電極の厚みを電子の平均自由行程以下の厚みに形成しておけば、強電界ドリフト層の表面に到達した高エネルギの電子がエネルギをほとんど失うことなく中間電極をトンネルして発光層中に注入されて発光層を励起したり、透明電極を中間電極に対して正極として電圧を印加することで透明電極から注入された正孔と再結合したり、透明電極に印加された電圧でさらに加速され高エネルギとなった電子によって発光層が励起されることで発光層が発光し、発光層で発光した光は、透明電極を通して外部へ取り出される。ここにおいて、強電界ドリフト層中に流れる電流はトンネル現象で流れ、その電流電圧特性はファウラ−ノルドハイムプロットにほぼ乗るような極めて高い非線形性を持つので、中間電極と裏面電極との間に印加する印加電圧が半分になれば強電界ドリフト層に流れる電流は数桁も減少し、発光層では、それぞれ選択した中間電極および裏面電極の交差する領域である選択画素にかかる電圧に比べて、選択画素を除いた中間電極および裏面電極のいずれか一方のみに重なる非選択画素にかかる電圧が十分に小さいので、非選択画素にはほとんど電流が流れず、非選択画素はほとんど発光しないから、クロストークの問題がない。また、非選択画素では、当該非選択画素にかかる電圧が低いので、強電界ドリフト層において非選択画素に重なる領域では電子が加速されにくく、強電界ドリフト層の表面に到達した電子のエネルギが小さいので、発光層への電子の注入量が少なくなる上、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなくなり、結果としてさらにクロストークの問題がなくなる。また、非選択画素のうち逆バイアスがかかる非選択画素では、強電界ドリフト層から発光層への高エネルギの電子の注入は生じないので、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなく、また逆バイアスがかかっていることで電子と正孔との再結合も生じないので、クロストークの問題が発生しない。特に、透明電極と中間電極との間に印加する電圧を発光層での注入キャリアの再結合による発光開始電圧と同等かそれよりも小さくしておけば、さらにクロストーク防止の効果が高い。また、中間電極と裏面電極との間に印加する印加電圧、透明電極と中間電極との間に印加する印加電圧を調整することで、発光層へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層を発光させるために適当なエネルギの電子を利用して発光層を発光させることができ、良好な発光特性が得られる。また、透明電極と中間電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流が制御されるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を設けることなく、発光層に中間電極および強電界ドリフト層を積層した構造とすることでクロストークを防止することができるので、画素の開口率の低下を防止することができる。また、透明電極と中間電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流を制御できるとともにクロストークを防止することができ、中間電極および強電界ドリフト層は発光層に積層されるものであるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を別途に設ける必要がなく、構造が単純で、強電界ドリフト層を設けない場合と同じデザインルールで形成できるので、作製プロセスが容易である。
【００１１】
請求項３の発明は、発光層と、発光層の前面側に列設された複数の透明電極と、発光層の裏面側において透明電極に交差する方向に列設された複数の裏面電極と、少なくとも透明電極と裏面電極との交差する領域で発光層の裏面上に積層され透明電極と裏面電極との間に透明電極を正極として電圧を印加したときに裏面電極から注入された電子がドリフトして発光層を発光させるための電子を発光層へ供給する強電界ドリフト層とを備え、前記強電界ドリフト層は、半導体層からなり、少なくとも透明電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分が、多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有する多孔質半導体層であり、発光層と透明電極との間には、正孔輸送層が積層されてなることを特徴とするものであり、裏面電極に対して透明電極が正極となるように電圧を印加すると、裏面電極から強電界ドリフト層へ電子が注入されるが、強電界ドリフト層のうち少なくとも透明電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分は多孔質半導体層からなっており、当該多孔質半導体層は多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有するので、注入された電子は強電界ドリフト層の微結晶シリコン中でほとんど散乱されることなく微結晶シリコン間を多重トンネルしながら強電界ドリフト層に印加された電圧で加速され、最終的に高いエネルギに励起されて強電界ドリフト層の表面に到達して高エネルギの電子がそのまま発光層中に注入されて発光層を励起したり、透明電極から正孔輸送層を通して注入された正孔と再結合したり、透明電極に印加された電圧でさらに加速され高エネルギとなった電子によって発光層が励起されることで発光層が発光し、発光層で発光した光は、透明電極を通して外部へ取り出される。ここにおいて、透明電極と発光層との間に正孔輸送層を設けたことにより、透明電極から発光層への正孔の注入が起こりやすくなるので、強電界ドリフト層から発光層へ注入された電子の再結合確率が高くなり、発光層の発光量および発光効率の向上が可能になるとともに、発光に必要な電圧の低減が可能となる。また、正孔輸送層を設けたことにより、発光層自身のダイオード特性が顕著になるので、逆バイアス電流が流れ難くなり、クロストークを防ぐ効果も大きくなる。また、強電界ドリフト層中に流れる電流はトンネル現象で流れ、その電流電圧特性はファウラ−ノルドハイムプロットにほぼ乗るような極めて高い非線形性を持つので、透明電極と裏面電極との間に印加する印加電圧が半分になれば強電界ドリフト層に流れる電流は数桁も減少し、発光層では、それぞれ選択した透明電極および裏面電極の交差する領域である選択画素にかかる電圧に比べて、選択画素を除いた透明電極および裏面電極のいずれか一方のみに重なる非選択画素にかかる電圧が十分に小さいので、非選択画素にはほとんど電流が流れず、非選択画素はほとんど発光しないから、クロストークの問題がない。また、非選択画素では、当該非選択画素にかかる電圧が低いので、強電界ドリフト層において非選択画素に重なる領域では電子が加速されにくく、強電界ドリフト層の表面に到達した電子のエネルギが小さいので、発光層への電子の注入量が少なくなる上、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなくなり、結果としてさらにクロストークの問題がなくなる。また、非選択画素のうち逆バイアスがかかる非選択画素では、強電界ドリフト層から発光層への高エネルギの電子の注入は生じないので、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなく、また逆バイアスがかかっていることで電子と正孔との再結合も生じないので、クロストークの問題が発生しない。また、透明電極と裏面電極との間に印加する印加電圧を調整することで、発光層へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層材料を発光させるために適当なエネルギの電子を利用して発光層を発光させることができ、良好な発光特性が得られる。また、透明電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流が制御されるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子をクロストークを防止するために別途に設けることなく、発光層に強電界ドリフト層を積層することでクロストークを防止することができるので、画素の開口率の低下を防止することができる。また、透明電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流を制御できるとともにクロストークを防止することができ、強電界ドリフト層は発光層に積層されるものであるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を別途に設ける必要がなく、構造が単純で、強電界ドリフト層を設けない場合と同じデザインルールで形成できるので、作製プロセスが容易である。
【００１２】
請求項４の発明は、発光層と、発光層の前面側に設けられた透明電極と、発光層の裏面上に列設された複数の中間電極と、発光層の裏面側において中間電極に交差する方向に列設された複数の裏面電極と、少なくとも中間電極と裏面電極との交差する領域で発光層の裏面側に積層され中間電極と裏面電極との間に中間電極を正極として電圧を印加したときに裏面電極から注入された電子がドリフトして発光層を発光させるための電子を発光層へ供給する強電界ドリフト層とを備え、前記強電界ドリフト層は、半導体層からなり、少なくとも中間電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分が、多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有する多孔質半導体層であり、発光層と透明電極との間には、正孔輸送層が積層されてなることを特徴とするものであり、裏面電極に対して中間電極が正極となるように電圧を印加すると、裏面電極から強電界ドリフト層へ電子が注入されるが、強電界ドリフト層のうち少なくとも中間電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分は多孔質半導体層からなっており、当該多孔質半導体層は多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有するので、注入された電子は強電界ドリフト層の微結晶シリコン中でほとんど散乱されることなく微結晶シリコン間を多重トンネルしながら強電界ドリフト層に印加された電圧で加速され、最終的に高いエネルギに励起されて強電界ドリフト層の表面に到達するから、中間電極の厚みを電子の平均自由行程以下の厚みに形成しておけば、強電界ドリフト層の表面に到達した高エネルギの電子がエネルギをほとんど失うことなく中間電極をトンネルして発光層中に注入されて発光層を励起したり、透明電極を中間電極に対して正極として電圧を印加することで透明電極から注入された正孔と再結合したり、透明電極に印加された電圧でさらに加速され高エネルギとなった電子によって発光層が励起されることで発光層が発光し、発光層で発光した光は、透明電極を通して外部へ取り出される。ここにおいて、透明電極と発光層との間に正孔輸送層を設けたことにより、透明電極から発光層への正孔の注入が起こりやすくなるので、強電界ドリフト層から発光層へ注入された電子の再結合確率が高くなり、発光層の発光量および発光効率の向上が可能になるとともに、発光に必要な電圧の低減が可能となる。また、正孔輸送層を設けたことにより、発光層自身のダイオード特性が顕著になるので、逆バイアス電流が流れ難くなり、クロストークを防ぐ効果も大きくなる。また、強電界ドリフト層中に流れる電流はトンネル現象で流れ、その電流電圧特性はファウラ−ノルドハイムプロットにほぼ乗るような極めて高い非線形性を持つので、中間電極と裏面電極との間に印加する印加電圧が半分になれば強電界ドリフト層に流れる電流は数桁も減少し、発光層では、それぞれ選択した中間電極および裏面電極の交差する領域である選択画素にかかる電圧に比べて、選択画素を除いた中間電極および裏面電極のいずれか一方のみに重なる非選択画素にかかる電圧が十分に小さいので、非選択画素にはほとんど電流が流れず、非選択画素はほとんど発光しないから、クロストークの問題がない。また、非選択画素では、当該非選択画素にかかる電圧が低いので、強電界ドリフト層において非選択画素に重なる領域では電子が加速されにくく、強電界ドリフト層の表面に到達した電子のエネルギが小さいので、発光層への電子の注入量が少なくなる上、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなくなり、結果としてさらにクロストークの問題がなくなる。また、非選択画素のうち逆バイアスがかかる非選択画素では、強電界ドリフト層から発光層への高エネルギの電子の注入は生じないので、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなく、また逆バイアスがかかっていることで電子と正孔との再結合も生じないので、クロストークの問題が発生しない。特に、透明電極と中間電極との間に印加する電圧を発光層での注入キャリアの再結合による発光開始電圧と同等かそれよりも小さくしておけば、さらにクロストーク防止の効果が高い。また、中間電極と裏面電極との間に印加する印加電圧、透明電極と中間電極との間に印加する印加電圧を調整することで、発光層へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層を発光させるために適当なエネルギの電子を利用して発光層を発光させることができ、良好な発光特性が得られる。また、透明電極と中間電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流が制御されるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を設けることなく、発光層に中間電極および強電界ドリフト層を積層した構造とすることでクロストークを防止することができるので、画素の開口率の低下を防止することができる。また、透明電極と中間電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流を制御できるとともにクロストークを防止することができ、中間電極および強電界ドリフト層は発光層に積層されるものであるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を別途に設ける必要がなく、構造が単純で、強電界ドリフト層を設けない場合と同じデザインルールで形成できるので、作製プロセスが容易である。
【００１３】
請求項５の発明は、発光層と、発光層の前面上に列設された複数の透明電極と、発光層の裏面側において透明電極に交差する方向に列設された複数の裏面電極と、少なくとも透明電極と裏面電極との交差する領域で発光層の裏面側に積層され透明電極と裏面電極との間に透明電極を正極として電圧を印加したときに裏面電極から注入された電子がドリフトして発光層を発光させるための電子を発光層へ供給する強電界ドリフト層とを備え、前記強電界ドリフト層は、半導体層からなり、少なくとも透明電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分が、多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有する多孔質半導体層であり、発光層と前記強電界ドリフト層との間には、電子輸送層が積層されてなることを特徴とするものであり、裏面電極に対して透明電極が正極となるように電圧を印加すると、裏面電極から強電界ドリフト層へ電子が注入されるが、強電界ドリフト層のうち少なくとも透明電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分は多孔質半導体層からなっており、当該多孔質半導体層は多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有するので、注入された電子は強電界ドリフト層の微結晶シリコン中でほとんど散乱されることなく微結晶シリコン間を多重トンネルしながら強電界ドリフト層に印加された電圧で加速され、最終的に高いエネルギに励起されて強電界ドリフト層の表面に到達して高エネルギの電子がそのまま発光層中に注入されて発光層を励起したり、透明電極から正孔輸送層を通して注入された正孔と再結合したり、透明電極に印加された電圧でさらに加速され高エネルギとなった電子によって発光層が励起されることで発光層が発光し、発光層で発光した光は、透明電極を通して外部へ取り出される。ここにおいて、発光層と強電界ドリフト層との間に電子輸送層を設けたことにより、強電界ドリフト層から発光層への電子の注入が起こりやすくなるので、発光層の発光量および発光効率の向上が可能になるとともに、発光に必要な電圧の低減が可能となる。また、電子輸送層を設けたことにより、発光層自身のダイオード特性が顕著になるので、逆バイアス電流が流れ難くなり、クロストークを防ぐ効果も大きくなる。また、強電界ドリフト層中に流れる電流はトンネル現象で流れ、その電流電圧特性はファウラ−ノルドハイムプロットにほぼ乗るような極めて高い非線形性を持つので、透明電極と裏面電極との間に印加する印加電圧が半分になれば強電界ドリフト層に流れる電流は数桁も減少し、発光層では、それぞれ選択した透明電極および裏面電極の交差する領域である選択画素にかかる電圧に比べて、選択画素を除いた透明電極および裏面電極のいずれか一方のみに重なる非選択画素にかかる電圧が十分に小さいので、非選択画素にはほとんど電流が流れず、非選択画素はほとんど発光しないから、クロストークの問題がない。また、非選択画素では、当該非選択画素にかかる電圧が低いので、強電界ドリフト層において非選択画素に重なる領域では電子が加速されにくく、強電界ドリフト層の表面に到達した電子のエネルギが小さいので、発光層への電子の注入量が少なくなる上、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなくなり、結果としてさらにクロストークの問題がなくなる。また、非選択画素のうち逆バイアスがかかる非選択画素では、強電界ドリフト層から発光層への高エネルギの電子の注入は生じないので、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなく、また逆バイアスがかかっていることで電子と正孔との再結合も生じないので、クロストークの問題が発生しない。また、透明電極と裏面電極との間に印加する印加電圧を調整することで、発光層へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層を発光させるために適当なエネルギの電子を利用して発光層を発光させることができ、良好な発光特性が得られる。また、透明電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流が制御されるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子をクロストークを防止するために別途に設けることなく、発光層に強電界ドリフト層を積層することでクロストークを防止することができるので、画素の開口率の低下を防止することができる。また、透明電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流を制御できるとともにクロストークを防止することができ、強電界ドリフト層は発光層に積層されるものであるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を別途に設ける必要がなく、構造が単純で、強電界ドリフト層を設けない場合と同じデザインルールで形成できるので、作製プロセスが容易である。
【００１４】
請求項６の発明は、発光層と、発光層の前面上に設けられた透明電極と、発光層の裏面に列設された複数の中間電極と、発光層の裏面側において中間電極に交差する方向に列設された複数の裏面電極と、少なくとも中間電極と裏面電極との交差する領域で発光層の裏面側に積層され中間電極と裏面電極との間に中間電極を正極として電圧を印加したときに裏面電極から注入された電子がドリフトして発光層を発光させるための電子を発光層へ供給する強電界ドリフト層とを備え、前記強電界ドリフト層は、半導体層からなり、少なくとも中間電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分が、多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有する多孔質半導体層であり、発光層と前記強電界ドリフト層との間には、電子輸送層が積層されてなることを特徴とするものであり、裏面電極に対して中間電極が正極となるように電圧を印加すると、裏面電極から強電界ドリフト層へ電子が注入されるが、強電界ドリフト層のうち少なくとも中間電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分は多孔質半導体層からなっており、当該多孔質半導体層は多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有するので、注入された電子は強電界ドリフト層の微結晶シリコン中でほとんど散乱されることなく微結晶シリコン間を多重トンネルしながら強電界ドリフト層に印化された電圧で加速され、最終的に高いエネルギに励起されて強電界ドリフト層の表面に到達するから、中間電極の厚みを電子の平均自由行程以下の厚みに形成しておけば、強電界ドリフト層の表面に到達した高エネルギの電子がエネルギをほとんど失うことなく中間電極をトンネルして発光層中に注入されて発光層を励起したり、透明電極を中間電極に対して正極として電圧を印加することで透明電極から注入された正孔と再結合したり、透明電極に印加された電圧でさらに加速され高エネルギとなった電子によって発光層が励起されることで発光層が発光し、発光層で発光した光は、透明電極を通して外部へ取り出される。ここにおいて、発光層と強電界ドリフト層との間に電子輸送層を設けたことにより、強電界ドリフト層から発光層への電子の注入が起こりやすくなるので、発光層の発光量および発光効率の向上が可能になるとともに、発光に必要な電圧の低減が可能となる。また、電子輸送層を設けたことにより、発光層自身のダイオード特性が顕著になるので、逆バイアス電流が流れ難くなり、クロストークを防ぐ効果も大きくなる。また、強電界ドリフト層中に流れる電流はトンネル現象で流れ、その電流電圧特性はファウラ−ノルドハイムプロットにほぼ乗るような極めて高い非線形性を持つので、中間電極と裏面電極との間に印加する印加電圧が半分になれば強電界ドリフト層に流れる電流は数桁も減少し、発光層では、それぞれ選択した中間電極および裏面電極の交差する領域である選択画素にかかる電圧に比べて、選択画素を除いた中間電極および裏面電極のいずれか一方のみに重なる非選択画素にかかる電圧が十分に小さいので、非選択画素にはほとんど電流が流れず、非選択画素はほとんど発光しないから、クロストークの問題がない。また、非選択画素では、当該非選択画素にかかる電圧が低いので、強電界ドリフト層において非選択画素に重なる領域では電子が加速されにくく、強電界ドリフト層の表面に到達した電子のエネルギが小さいので、発光層への電子の注入量が少なくなる上、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなくなり、結果としてさらにクロストークの問題がなくなる。また、非選択画素のうち逆バイアスがかかる非選択画素では、強電界ドリフト層から発光層への高エネルギの電子の注入は生じないので、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなく、また逆バイアスがかかっていることで電子と正孔との再結合も生じないので、クロストークの問題が発生しない。特に、透明電極と中間電極との間に印加する電圧を発光層での注入キャリアの再結合による発光開始電圧と同等かそれよりも小さくしておけば、さらにクロストーク防止の効果が高い。また、中間電極と裏面電極との間に印加する印加電圧、透明電極と中間電極との間に印加する印加電圧を調整することで、発光層へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層を発光させるために適当なエネルギの電子を利用して発光層を発光させることができ、良好な発光特性が得られる。また、透明電極と中間電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流が制御されるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を設けることなく、発光層に中間電極および強電界ドリフト層を積層した構造とすることでクロストークを防止することができるので、画素の開口率の低下を防止することができる。また、透明電極と中間電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流を制御できるとともにクロストークを防止することができ、中間電極および強電界ドリフト層は発光層に積層されるものであるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を別途に設ける必要がなく、構造が単純で、強電界ドリフト層を設けない場合と同じデザインルールで形成できるので、作製プロセスが容易である。
【００１５】
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６の発明において、前記強電界ドリフト層は、隣り合う裏面電極間の領域に重なる部位の前部と後部との少なくとも一方に絶縁層が設けられているので、前記強電界ドリフト層のうち隣り合う裏面電極間の領域に重なる部位を通って透明電極へリーク電流が流れるのを防ぐことができ、発光効率を高めることができる。
【００１６】
請求項８の発明は、請求項１ないし請求項７の発明において、前記強電界ドリフト層は、隣り合う透明電極間の領域に重なる部位上に絶縁層が設けられているので、前記強電界ドリフト層のうち隣り合う透明電極間の領域に重なる部位を通って透明電極へリーク電流が流れるのを防ぐことができ、発光効率を高めることができる。
【００１７】
請求項９の発明は、請求項２または請求項４または請求項６の発明において、前記強電界ドリフト層は、隣り合う中間電極間の領域に重なる部位上に絶縁層が設けられているので、前記強電界ドリフト層のうち隣り合う中間電極間の領域に重なる部位を通って透明電極へリーク電流が流れるのを防ぐことができ、発光効率を高めることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本実施形態の固体発光デバイスは、図１および図２に示すように、無アルカリガラス基板からなる基板１の一表面上に、Ａｌ−Ｓｉ／Ｗ／Ｔｉからなる複数の裏面電極４が列設され、複数の裏面電極４を覆うように強電界ドリフト層６が形成され、強電界ドリフト層６上に発光層２が積層され、発光層２上にＩＴＯ（インジウム−錫酸化物）からなる複数の透明電極３が裏面電極４に交差する方向に列設されている。各透明電極３は、短冊状に形成され、長手方向の両端部上にそれぞれパッド電極１３が形成されている。また、各裏面電極４も、短冊状に形成され、長手方向の両端部上にそれぞれパッド電極１４が形成されている。なお、本実施形態の固体発光デバイスでは、発光層２の発光が透明電極３を通して外部へ取り出されるので、発光層２のうち透明電極３が列設される側の一表面を前面、該前面と反対側の面を裏面と称する。したがって、複数の裏面電極４は、発光層２の裏面側において透明電極３に交差する方向に列設されていることになる。ここに、発光層２のうち透明電極３および裏面電極４に交差する各領域がそれぞれ画素２ａを構成している。
【００１９】
ここにおいて、強電界ドリフト層６は、透明電極３と裏面電極４との間に透明電極３を正極として電圧を印加したときに裏面電極４から注入された電子がドリフトして発光層２を発光させるための電子を発光層２へ供給する機能を有するものであり、強電界ドリフト層６は、裏面電極４にほぼ重なる領域が酸化した多孔質多結晶シリコン層からなる多孔質半導体層６ａにより構成され、それ以外の領域（つまり、裏面電極４に重ならない領域）が多結晶シリコン層からなる半導体層６ｂにより構成されている。本実施形態では、裏面電極４にほぼ重なる領域の全部が多孔質半導体層６ａにより構成されているが、強電界ドリフト層６は、半導体層６ｂからなり、少なくとも透明電極３と裏面電極４とが交差する領域であって少なくとも厚み方向において発光層２側の部分が多孔質半導体層６ａにより構成されていればよい。
【００２０】
ところで、多孔質半導体層６ａは、基板１の上記一表面に略直交する柱状の結晶グレインと、結晶グレインの表面に形成された薄いシリコン酸化膜と、結晶グレインの間に介在するナノオーダサイズの半導体微結晶である微結晶シリコンと、微結晶シリコンの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とで構成されている。
【００２１】
また、本実施形態では、発光層２として、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を用いている。
【００２２】
次に、本実施形態の固体発光デバイスの動作原理について説明する。
【００２３】
本実施形態の固体発光デバイスでは、裏面電極４に対して透明電極３が正極となるように電圧を印加すると、裏面電極４から強電界ドリフト層６の多孔質半導体層６ａへ電子が注入される。多孔質半導体層６ａは多数の半導体微結晶である微結晶シリコンから構成されているので、注入された電子は強電界ドリフト層６の微結晶シリコン中でほとんど散乱されることなく微結晶シリコン間を多重トンネルしながら強電界ドリフト層６に印加された電圧で加速され、最終的に高いエネルギに励起されて強電界ドリフト層６の表面に到達して高エネルギの電子がそのまま発光層２中に注入されて発光層を励起したり、透明電極３から注入された正孔と再結合したり、透明電極３に印加された電圧でさらに加速され高エネルギとなった電子によって発光層２が励起されることで発光層２が発光し、発光層２で発光した光は、透明電極３を通して外部へ取り出される。
【００２４】
ここにおいて、強電界ドリフト層６中に流れる電流はトンネル現象で流れ、その電流電圧特性はファウラ−ノルドハイム（Fowler-Nordheim）プロットにほぼ乗るような極めて高い非線形性を持ち、透明電極３と裏面電極４との間に印加する印加電圧が半分になれば強電界ドリフト層６に流れる電流は数桁も減少し、発光層２では、それぞれ選択した透明電極３および裏面電極４の交差する領域である選択画素にかかる電圧に比べて、選択画素を除いた透明電極３および裏面電極４のいずれか一方のみに重なる非選択画素にかかる電圧が十分に小さいので、非選択画素にはほとんど電流が流れず、非選択画素はほとんど発光しないから、クロストークの問題がない。
【００２５】
また、非選択画素では、当該非選択画素にかかる電圧が低いので、強電界ドリフト層６において非選択画素に重なる領域では電子が加速されにくく、強電界ドリフト層６の表面に到達した電子のエネルギが小さいので、発光層２への電子の注入量が少なくなる上、電子によって発光層２が励起されて発光することがほとんどなくなり、結果としてさらにクロストークの問題がなくなる。また、非選択画素のうち逆バイアスがかかる非選択画素では、強電界ドリフト層６から発光層２への高エネルギの電子の注入は生じないので、電子によって発光層２が励起されて発光することがほとんどなく、また逆バイアスがかかっていることで電子と正孔との再結合も生じないので、クロストークの問題が発生しない。
【００２６】
また、透明電極３と裏面電極４との間に印加する印加電圧を調整することで、発光層２へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層２の材料を発光させるために適当なエネルギの電子を利用して発光層２を発光させることができ、良好な発光特性が得られる。
【００２７】
また、透明電極３と裏面電極４と強電界ドリフト層６とで発光層２に流れる電流が制御されるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子をクロストークを防止するために別途に設けることなく、発光層２に強電界ドリフト層６を積層することでクロストークを防止することができるので、画素の開口率の低下を防止することができる。また、透明電極３と裏面電極４と強電界ドリフト層６とで発光層２に流れる電流を制御できるとともにクロストークを防止することができ、強電界ドリフト層６は発光層２に積層されるものであるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を別途に設ける必要がなく、構造が単純で、強電界ドリフト層６を設けない場合と同じデザインルールで形成できるので、作製プロセスが容易になる。
【００２８】
以下、上述の固体発光デバイスの製造方法について簡単に説明する。
【００２９】
まず、基板１の上記一表面上にＡｌ−Ｓｉ／Ｗ／Ｔｉからなる所定膜厚（例えば、０．５μｍ）の電極層を例えばスパッタ法により堆積した後、フォトリソグラフィ法と反応性イオンエッチング法により該電極層をパターニングすることによって、基板１上に複数の裏面電極４を列設する。
【００３０】
次に、基板１の上記一表面側の全面に所定膜厚（例えば、１．５μｍ）のノンドープの多結晶シリコン層を例えばプラズマＣＶＤ法により堆積する。
【００３１】
その後、例えば、フッ化水素水溶液とエタノールとを所定混合比（例えば、１：１）で混合した混合液の入った陽極酸化処理槽を利用し、裏面電極４を正極、白金（Ｐｔ）からなる対向電極を負極として、多結晶シリコン層に光照射を行いながら所定の電流密度で所定の時間だけ陽極酸化処理を行うことによって、多結晶シリコン層のうち裏面電極４にほぼ重なる領域に所定厚さの多孔質多結晶シリコン層を形成する。多孔質多結晶シリコン層を形成した後（つまり、多結晶シリコン層の一部を多孔質化した後）、硫酸の水溶液中で、裏面電極４を正極、白金からなる対向電極を負極として、多孔質多結晶シリコン層を電気化学的に酸化することにより、酸化した多孔質多結晶シリコン層からなる多孔質半導体層６ａが形成される。ここに、多孔質半導体層６ａは、上述のように、基板１の上記一表面に略直交する柱状の結晶グレインと、結晶グレインの表面に形成された薄いシリコン酸化膜と、結晶グレインの間に介在するナノオーダサイズの微結晶シリコンと、微結晶シリコンの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とで構成されている。また、多結晶シリコン層のうち上述の陽極酸化処理にて多孔質化されなかった部分が半導体層６ｂとなる。
【００３２】
続いて、基板１の上記一表面側の全面に、つまり、強電界ドリフト層６上に、発光層２として、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を例えば真空蒸着法により所定膜厚（例えば、０．５μｍ）だけ堆積させる。
【００３３】
発光層２を形成した後、発光層２上に、ＩＴＯからなる透明電極３を、裏面電極４に交差する方向に列設されるように、例えばシャドウマスク法を用いたスパッタ法によって所定膜厚（例えば、１μｍ）だけ堆積させる。
【００３４】
その後、パッド電極１３，１４を形成することにより、本実施形態の固体発光デバイスが形成される。
【００３５】
ところで、本実施形態では、半導体層６ｂを多結晶シリコン層により構成しているが、半導体層６ｂとしては、単結晶半導体、多結晶半導体、アモルファス半導体のいずれを用いてもよい。但し、多結晶半導体やアモルファス半導体を用いれば、単結晶半導体を用いる場合に比べて基板１の制約が少なくなるので、大面積化する場合には多結晶半導体やアモルファス半導体を用いることが好ましい。また、多結晶半導体、特に基板１の表面に略直交する柱状の結晶グレインからなる多結晶半導体を用いれば、当該多結晶半導体を多孔質化して形成される多孔質半導体層６ａの結晶グレインが熱伝導の良い放熱部として働き、多孔質半導体層６ａを流れる電子電流のポッピングノイズ現象が抑えられるので好ましい。また、半導体層６ｂとしては、基板１として上述の無アルカリガラス基板の代わりに半導体基板を用いて当該半導体基板の一部を半導体層６ｂとして利用するようにしてもよい。また、本実施形態における強電界ドリフト層６は、ほぼ裏面電極４に重なる領域のみに多孔質半導体層６ａが形成されているが、透明電極３と裏面電極４とが交差する領域のみに多孔質半導体層６ａを形成してもよいし、半導体層６ｂの面内の全ての領域を多孔質半導体層６ａにより形成してもよい。ただし、多孔質半導体層６ａの方が半導体層６ｂに比べて抵抗が高いので、発光層２の画素２ａ間の部分に重なる半導体層６ｂも多孔質化しておいた方が、隣り合う画素２ａ間で半導体層６ｂを通って流れるリーク電流を低減することができるので好ましい。また、強電界ドリフト層６のうち多孔質半導体層６ａを除いた半導体層６ｂの一部あるいは全部を除去してもよく、半導体層６ｂの一部あるいは全部を除去しておくことにより、隣り合う画素２ａ間で半導体層６ｂを通って流れるリーク電流を低減することができるので好ましい。
【００３６】
また、本実施形態では、多孔質多結晶シリコン層を酸化することで微結晶シリコンおよび結晶グレインの各表面にそれぞれ酸化膜（シリコン酸化膜）からなる絶縁膜を形成しているが、該絶縁膜としては酸化膜の代わりに窒化膜（シリコン窒化膜）を採用してもよい。
【００３７】
また、半導体層６ｂとしては、シリコンやゲルマニウムのようなIV族元素に限らず、III−V族化合物半導体やII−VI族化合物半導体やＳｉＣなども利用できる。
【００３８】
半導体層６ｂの厚さは、１００ｎｍ〜１ｍｍの範囲で適宜設定すればよく、多孔質半導体層６ａの厚さは、５０ｎｍ〜１００μｍの範囲で適宜設定すればよいが、多孔質半導体層６ａの厚さは１０μｍ以下が好ましい。要するに、多孔質半導体層６ａは、半導体層６ｂと同じ厚さに形成してもよいし、半導体層６ｂの表面側（つまり、発光層２側）の部分のみに形成してもよい。ただし、多孔質半導体層６ａ中での電子の散乱を少なくするためには、多孔質半導体層６ａの厚さは小さい方が望ましく、また、多孔質半導体層６ａの厚みも均一な方が望ましい。また、多孔質半導体層６ａは、その厚み方向に沿って多孔度が高い層と多孔度が低い層とが交互に積層された構造となるように形成してもよいし、厚み方向に沿って多孔度が連続的に変わるように形成してもよい。
【００３９】
ところで、本実施形態では、発光層２としてホスト材料がトリスアルミニウム錯体からなる有機薄膜を用いているが、発光層２としては、無機ＥＬやＰＤＰ、ＶＦＤ、ＣＲＴ、ＦＥＤなどで用いられている蛍光体、有機ＥＬで用いられている発光層を使用することができる。例えば、ＺｎＳやＳｒＳ、ＣａＳ、ＣａＧａ2Ｓ4、ＺｎＯ、Ｙ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ2Ｓ、（Ｙ，Ｇｄ）2Ｂｏ3、ＺｎＳｉＯ4、ＢａＡｌ12Ｏ19、ＢａＭｇＡｌ14Ｏ23、ＢａＯ−ＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ、ＳｒＴｉＯ3、ＺｎＧａ2Ｏ4、Ｙ2ＳｉＯ5、Ｚｎ（Ｇａ，Ａｌ）2Ｏ4、Ｙ3（Ａｌ，Ｇａ）5Ｏ12などの母材に、Ｍｎ、Ｃｅ、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｌ、Ａｌ、Ａｇ、Ｐｒなどの発光中心となる元素をドープした無機材料や、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）、１０−ベンゾ（ｈ）キノリノール−ベリリウム錯体（Ｂｅｂｑ２）、オキサジアノール（ＯＸＤ）、アゾメチン−亜鉛錯体（ＡＺＭ）、ピラゾリン（ＰＹＲ）、ジスチリルアリーレン誘導体、８−キノリノール−亜鉛錯体（Ｚｎｑ２）、ポリフィリン−亜鉛錯体（ＺｎＰｒ）、混合配位子型錯体（ＳＡｌｑ）、亜鉛錯体Ｚｎ（ｏｘｚ）２、芳香族ジアミン系化合物のＴＴＢＮＤ、α−ＮＰＤ、ＰＰＤなどの低分子系発光層ホスト材料やポリパラフェニレンビニレン（ＰＰＶ）、ポリフルオレン、ポリビニルカルバゾールなどの高分子系発光層ホスト材料にキナクリドンやクマリン、ベンゾチオキサンテン誘導体（ＢＴＸ−２）、ルブレン、テトラフェニルブタジエン、ナイルレッドなどの蛍光色素をドープしたものが使用できる。なお、発光層２はできるだけ低電圧で発光する方が使用上便利であるので、有機ＥＬで用いられている材料を使用するのが好ましい。
【００４０】
また、本実施形態では、発光層２を強電界ドリフト層６の全面を覆うように形成してあるが、画素２ａに対応した領域（つまり、透明電極３と裏面電極４とが交差する領域）のみに形成するようにしてもよい。また、発光層２の厚さは、注入された電子が発光層２を十分に励起でき、透明電極２から注入されるホールと再結合できる厚さが望ましく、発光層２の材料に応じて適宜設定すればよい。
【００４１】
また、カラーディスプレイなどのように複数の色表示をさせたい場合には、発光層２の発光波長が例えばそれぞれＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）というように異なる材料を選択し、それらを面内で交互に配置したり、青色発光の発光層材料と蛍光性の色変換膜とを組み合わせそれらを面内で交互に配置したり、白色発光の発光層材料とカラーフィルタとを組み合わせそれらを面内で交互に配置したりすればよい。
【００４２】
透明電極３は、強電界ドリフト層６および発光層２に電界を印加することで裏面電極４から強電界ドリフト層６へ電子を注入させ、強電界ドリフト層６へ注入された電子を加速させる機能と、発光層２へ正孔を注入する機能と、電流の供給ラインとしての機能と、発光層２で発光した光を外部へ放出する窓層としての機能とを備えていればよい。したがって、透明電極３は、低抵抗で、発光層２とのエネルギ障壁が低く、発光層２の発光波長の光に対してできるだけ透明であることが好ましい。例えば、Ａｕなどの金属を非常に薄く形成した半透明金属材料や、ＩＴＯや錫酸化物、インジウム酸化物、酸化亜鉛などの透明導電材料を用いることができる。ここに、透明電極３の厚さは、半透明金属材料の場合には１００ｎｍ以下が好ましく、透明導電材料の場合には１００ｎｍ〜１０μｍ程度の範囲で適宜設定すればよい。また、抵抗を下げる目的で透明電極３とは別に、透明電極３と電気的に接続された低抵抗なバスライン電極を透明電極３と平行に設けてもよい。
【００４３】
また、本実施形態では、基板１として無アルカリガラス基板を用いているが、基板１としては石英ガラス基板やアルカリガラス基板を用いてもよいし、ガラス基板以外に、アルミナなどのセラミックスやポリイミドのような有機材料からなる絶縁基板、半導体基板を用いてもよい。
【００４４】
本実施形態では、裏面電極４として、Ａｌ−Ｓｉ／Ｗ／Ｔｉを採用しているが、裏面電極４は、多孔質半導体層６ａへ電子を注入できるものであればよく、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｉｒ、Ｐｄなどやそれらの合金、シリサイドのような半導体との化合物、あるいはそれらの複数の組み合わせで用いることができる。ここに、裏面電極４上に半導体層６ｂを形成する場合、特に多結晶や結晶性の半導体層６ｂを低温で形成する場合には、裏面電極４の最表面には結晶の成長が促進される材料を設けるのが好ましい。また、裏面電極４の抵抗は低い方が好ましく、膜厚は５ｎｍ〜１ｍｍの範囲で適宜設定すればよい。また、抵抗を下げる目的で、裏面電極４とは別に、裏面電極４と電気的に接続された低抵抗なバスライン電極を裏面電極４と平行に設けてもよい。
【００４５】
また、裏面電極４は、ガラスやセラミックスなどの絶縁基板の上に金属や半導体の拡散層で形成してもよいし、半導体基板の表面側に絶縁層を形成したものの上に金属や半導体の拡散層で形成してもよいし、半導体基板の表面側に半導体基板とは逆の導電形の不純物拡散層で形成してもよいし、半導体基板において発光層を形成する側の面とは反対の面（半導体基板の裏面）に金属で形成してもよい。なお、裏面電極４として、半導体基板の表面側に形成された半導体基板とは逆の導電形の不純物拡散層を採用する場合には、不純物拡散層間の電流リークを防止するために、不純物拡散層とは逆の導電形の高濃度不純物層を不純物拡散層間に設けるのが好ましい。また、この場合には、半導体基板をｐ形、不純物拡散層をｎ形とするのが、素子のバイアス方向を考えた場合の裏面電極４間の絶縁分離上、あるいは半導体層を不純物拡散層を利用して陽極酸化処理で多孔質化する上で、あるいは電子を強電界ドリフト層６へ注入する上で好ましい。
【００４６】
また、上述の固体発光デバイスをガラスやセラミックスなどの無機材料あるいは樹脂などの有機材料で封止すれば、信頼性や耐環境性を向上させることができる。
【００４７】
上述の半導体層６ｂは、プラズマＣＶＤ法により形成しているが、プラズマＣＶＤ法に限らず、ＬＰＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法などのＣＶＤ法、あるいはスパッタなどのＰＶＤ法で形成することができる。
【００４８】
半導体層６ｂを多孔質化するにあたっては、陽極酸化法を利用しているが、その他の多孔質化する方法でも良い。例えば、半導体の超微粒子を作製しそれを堆積するようにしても良いし、半導体微結晶とアモルファスからなる半導体層を形成したのち、アモルファス層を除去するように形成してもよい。
【００４９】
陽極酸化の場合、混合溶液の濃度や温度、照射する光のパワー、電流密度、陽極酸化時間などの条件は所望の多孔度、微結晶サイズ、多孔質化領域の厚みとなるように適宜設定すればよい。ただし、多孔質化することで形成される半導体微結晶は、ナノオーダサイズ、特に１０ｎｍ以下で構成するのが好ましく、基板１の表面に対して略垂直な方向にできるだけ整列しているのが好ましい。また、半導体層６ｂのうち多孔質化したい領域のみを陽極酸化で多孔質化する方法として、裏面電極４のパターンを利用して行っているが、半導体層６ｂの表面にマスク材料層をパターニング形成し、マスク材料層をマスクとして行ってもよいし、さらに裏面電極４のパターンとの組み合わせで行ってもよい。
【００５０】
ところで、強電界ドリフト層６の多孔質半導体層６ａにおいて微結晶シリコンの表面に形成されるシリコン酸化膜からなる絶縁膜は、欠陥が少なくて良質で且つ電子がトンネルするのに十分な薄さであることが好ましく、この絶縁膜の形成方法としては、酸素やオゾンガスを含むガス中での熱酸化、熱窒化のような熱処理プロセスや、酸素やオゾンガスを含むガスを用いたプラズマ処理、酸素やオゾンガスを含むガス中での紫外線処理、液体中での化学反応、特に電気化化学的なプロセスなどのような方法など、様々な方法を利用できる。
【００５１】
電気化学的な酸化に用いる電解溶液は、硫酸に限らず、塩酸や硝酸のような無機酸あるいは酒石酸のような有機酸を用いることができる。また、溶媒も水に限らずエチレングリコールのような有機溶媒も利用できる。
【００５２】
また、熱処理の場合の温度は、基板１、裏面電極４、半導体層６ｂなどの材料に応じて２００〜１０００℃の温度範囲で適宜設定すればよい。熱処理、特に高温プロセスでは、数秒〜数分で所定の酸化温度まで昇温させるのが好ましく、ランプアニール装置による急速加熱法を用いるのが好ましい。高温プロセスに対して低温プロセスでは、基板１の制約が少なくなるので、大面積化や低コスト化などの点で好ましい。
【００５３】
また、裏面電極４のパターニングは、フォトリソグラフィ法とエッチング法との組み合わせだけでなく、フォトリソグラフィ法とリフトオフ法との組み合わせ、シャドウマスク法による方法などを利用できる。ここに、エッチング法は、反応性イオンエッチング法に限定されるものではなく、イオンミリング法、スパッタエッチング法、ウェットエッチング法などから適宜選択すればよい。
【００５４】
また、発光層２の形成は真空蒸着やスパッタなどのＰＶＤ法、スクリーン印刷やインクジェット印刷のような印刷法など、材料に合わせ様々な方法を用いることができる。
【００５５】
また、透明電極３の作製は、スパッタや真空蒸着などのＰＶＤ法やディップやスピンコートのような塗布法など様々な方法から適宜選択すればよい。また、そのパターニング法は、シャドウマスク法やフォトリソグラフィ法など様々な方法から材料や下地の発光層２あるいはパターン精度にあった方法を適宜選択すればよい。
【００５６】
ところで、本実施形態の固体発光デバイスにおいて、発光層２のうち発光させたくない領域の画素２ａにあたる裏面電極４および透明電極３はフローティングにしておいてもよいし、非選択である裏面電極４および透明電極３をそれぞれ選択画素の透明電極３および裏面電極４と同電位にしてもよい。
【００５７】
（実施例１）
実施形態１にて説明した固体発光デバイスの製造方法で以下の条件により固体発光デバイスを作成した。
【００５８】
基板１としては、無アルカリガラス基板を用いた。基板１の上に列設された複数の裏面電極４は、膜厚が０．５μｍのＡｌ−Ｓｉ／Ｗ／Ｔｉからなる電極層を基板１の一表面上にスパッタ法により堆積した後、フォトリソグラフィ法と反応性イオンエッチング法を用いて該電極層をパターニングすることにより形成した。
【００５９】
半導体層としては、膜厚が１．５μｍの多結晶シリコン層を採用し、多結晶シリコン層の成膜は、プラズマＣＶＤ法により行った。
【００６０】
多孔質半導体層６ａを形成するための多結晶シリコン層の一部の多孔質化は陽極酸化により行った。陽極酸化では電解液として、５５ｗ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを略１：１で混合し５℃に冷却した電解液を用いた。陽極酸化は、電解液中に白金電極よりなる対向電極を浸し、５００Ｗのタングステンランプを用いて多結晶シリコン層に一定の光パワーで光照射を行いながら、裏面電極４を正極、対向電極を負極として、所定の電流を流した。ここに、陽極酸化期間における電流密度は２５ｍＡ／ｃｍ2で一定とし、陽極酸化時間は６秒とした。この陽極酸化により、半導体層６ｂのうち裏面電極４にほぼ重なる部分の表面側が多孔質化され、ほぼ０．５μｍの多孔質多結晶シリコン層が形成された。さらに、多孔質多結晶シリコン層の酸化は、硫酸の水溶液中に白金電極よりなる対向電極を浸し、裏面電極４を正極、対向電極を負極として、電気化学的に行った。多孔質多結晶シリコン層を電気化学的に酸化することにより、表面が薄いシリコン酸化膜で覆われたナノオーダサイズの微結晶シリコンと柱状の結晶グレインとからなる多孔質半導体層６ａを形成した。
【００６１】
発光層２としては、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を真空蒸着法にて堆積させた。ここに、有機薄膜からなる発光層２の厚さは、ほぼ０．５μｍとした。
【００６２】
発光層２上に裏面電極４に交差する方向に列設される複数の透明電極３としては、ＩＴＯを用い、透明電極３は、シャドウマスク法を用いたスパッタ法によって堆積した。ここに、透明電極３の厚さは略１μｍとした。
【００６３】
上述の条件で作成した固体発光デバイスのそれぞれ選択した透明電極３と裏面電極４との間に透明電極３が裏面電極４に対して正極となるように電圧を印加したところ、それぞれ選択した透明電極３と裏面電極４との交差した領域の画素２ａのみから発光が観測され、クロストークのない動作を確認することができた。
【００６４】
また、本実施例の固体発光デバイスでは、透明電極３と裏面電極４との間に印加する印加電圧を変化させることによって発光層２へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層２を当該発光層２の構成材料の発光に最適なエネルギで発光させることができ、より良好な発光特性を得ることができた。
【００６５】
（実施形態２）
本実施形態の固体発光デバイスの基本構成は実施形態１と略同じであって、実施形態１では、基板１の一表面側に、裏面電極４、強電界ドリフト層６、発光層２、透明電極３の順に積層されていたのに対し、本実施形態では、基板１の一表面側に、透明電極３、発光層２、強電界ドリフト層６、裏面電極４の順に積層されている点に特徴がある。ところで、実施形態１では、基板１として、半導体基板などの透明でない基板を用いることもできるが、本実施形態では、発光層２で発光した光が透明電極３および基板１を通して外部へ取り出されるので、基板１として透明基板を用いる必要があることは勿論である。
【００６６】
すなわち、本実施形態では、図３に示すように、無アルカリガラス基板からなる基板１の一表面上に、ＩＴＯ（インジウム−錫酸化物）からなる複数の透明電極３が列設され、複数の透明電極３を覆うように発光層２が形成され、発光層２上に強電界ドリフト層６が積層され、強電界ドリフト層６上にＡｌ−Ｓｉ／Ｗ／Ｔｉからなる複数の裏面電極４が透明電極３に交差する方向に列設されている。各透明電極３は、短冊状に形成され、長手方向の両端部上にそれぞれパッド電極（図示せず）が形成されている。また、各裏面電極４も、短冊状に形成され、長手方向の両端部上にそれぞれパッド電極（図示せず）が形成されている。なお、本実施形態の固体発光デバイスでは、発光層２の発光が透明電極３および基板１を通して外部へ取り出されるので、発光層２のうち透明電極３が列設される側の一表面を前面、該前面と反対側の面を裏面と称する。したがって、複数の裏面電極４は、発光層２の裏面側において透明電極３に交差する方向に列設されていることになる。また、基板１は、発光層２の前面側に配設されていることになる。
【００６７】
ここにおいて、強電界ドリフト層６は、透明電極３と裏面電極４との間に透明電極３を正極として電圧を印加したときに裏面電極４から注入された電子がドリフトして発光層２を発光させるための電子を発光層２へ供給する機能を有するものであり、強電界ドリフト層６は、透明電極３と裏面電極４とが交差する領域が酸化した多孔質多結晶シリコン層からなる多孔質半導体層６ａにより構成され、透明電極３および裏面電極４に重ならない領域が多結晶シリコン層からなる半導体層６ｂにより構成されている。本実施形態では、透明電極３と裏面電極４とが交差する領域の全部が多孔質半導体層６ａにより構成されているが、強電界ドリフト層６は、半導体層６ｂからなり、透明電極３と裏面電極４とが交差する領域のうち少なくとも厚み方向において発光層２側の部分が多孔質半導体層６ａにより構成されていればよい。
【００６８】
ところで、多孔質半導体層６ａは、基板１の上記一表面に略直交する柱状の結晶グレインと、結晶グレインの表面に形成された薄いシリコン酸化膜と、結晶グレインの間に介在するナノオーダサイズの微結晶シリコンと、微結晶シリコンの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とで構成されている。
【００６９】
また、本実施形態では、発光層２として、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を用いている。
【００７０】
次に、本実施形態の固体発光デバイスの動作原理について説明する。
【００７１】
本実施形態の固体発光デバイスでは、裏面電極４に対して透明電極３が正極となるように電圧を印加すると、裏面電極４から強電界ドリフト層６の多孔質半導体層６ａへ電子が注入される。多孔質半導体層６ａは多数の半導体微結晶である微結晶シリコンから構成されているので、注入された電子は強電界ドリフト層６の微結晶シリコン中でほとんど散乱されることなく微結晶シリコン間を多重トンネルしながら強電界ドリフト層６に印加された電圧で加速され、最終的に高いエネルギに励起されて強電界ドリフト層６の表面に到達して高エネルギの電子がそのまま発光層２中に注入されて発光層２を励起したり、透明電極３から注入された正孔と再結合したり、透明電極３に印加された電圧でさらに加速され高エネルギとなった電子によって発光層２が励起されることで発光層２が発光し、発光層２で発光した光は、透明電極３および基板１を通して外部へ取り出される。
【００７２】
ここにおいて、強電界ドリフト層６中に流れる電流はトンネル現象で流れ、その電流電圧特性はファウラ−ノルドハイムプロットにほぼ乗るような極めて高い非線形性を持ち、透明電極３と裏面電極４との間に印加する印加電圧が半分になれば強電界ドリフト層６に流れる電流は数桁も減少し、発光層２では、それぞれ選択した透明電極３および裏面電極４の交差する領域である選択画素にかかる電圧に比べて、選択画素を除いた透明電極３および裏面電極４のいずれか一方のみに重なる非選択画素にかかる電圧が十分に小さいので、非選択画素にはほとんど電流が流れず、非選択画素はほとんど発光しないから、クロストークの問題がない。
【００７３】
また、非選択画素では、当該非選択画素にかかる電圧が低いので、強電界ドリフト層６において非選択画素に重なる領域では電子が加速されにくく、強電界ドリフト層６の表面に到達した電子のエネルギが小さいので、発光層２への電子の注入量が少なくなる上、電子によって発光層２が励起されて発光することがほとんどなくなり、結果としてさらにクロストークの問題がなくなる。また、非選択画素のうち逆バイアスがかかる非選択画素では、強電界ドリフト層６から発光層２への高エネルギの電子の注入は生じないので、電子によって発光層２が励起されて発光することがほとんどなく、また逆バイアスがかかっていることで電子と正孔との再結合も生じないので、クロストークの問題が発生しない。
【００７４】
また、透明電極３と裏面電極４との間に印加する印加電圧を調整することで、発光層２へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層２の材料を発光させるために適当なエネルギの電子を利用して発光層２を発光させることができ、良好な発光特性が得られる。
【００７５】
また、透明電極３と裏面電極４と強電界ドリフト層６とで発光層２に流れる電流が制御されるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子をクロストークを防止するために別途に設けることなく、発光層２に強電界ドリフト層６を積層することでクロストークを防止することができるので、画素２ａの開口率の低下を防止することができる。また、透明電極３と裏面電極４と強電界ドリフト層６とで発光層２に流れる電流を制御できてクロストークを防止することができ、強電界ドリフト層６は発光層２に積層されるものであるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を別途に設ける必要がなく、構造が単純で、強電界ドリフト層６を設けない場合と同じデザインルールで形成できるので、作製プロセスが容易になる。
【００７６】
また、発光層２の光を基板１を通して取り出すことができるので、固体発光デバイスをカバーする材料の選択肢が広がる上に発光層２と窓層を構成するガラス（基板１）との距離を離さずに構成でき、素子構成上、表示品質上、好都合であるというメリットがある。
【００７７】
なお、裏面電極３、透明電極３、強電界ドリフト層６、発光層２はそれぞれ上記材料および形成方法に限定されるものではなく、実施形態１でそれぞれについて説明した種々の材料、形成方法の中から適宜選択すればよい。
【００７８】
（実施例２）
実施形態２にて説明した固体発光デバイスを以下の条件で作成した。
【００７９】
基板１としては、無アルカリガラス基板を用いた。基板１の上に列設された複数の透明電極３は、厚さが１μｍのＩＴＯにより構成した。
【００８０】
発光層２としては、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を用いた。ここに、有機薄膜からなる発光層２の厚さは、略０．５μｍとした。
【００８１】
強電界ドリフト層６は、膜厚が１．５μｍの多結晶シリコン層よりなる半導体層６ｂと半導体層６ｂのうち透明電極３と裏面電極４とが重なる領域であって発光層２側の部分に形成された厚さ０．５μｍの酸化した多孔質多結晶シリコンよりなる多孔質半導体層６ａとで構成した。ここに、多孔質半導体層６ａは、表面が薄いシリコン酸化膜で覆われたナノオーダサイズの微結晶シリコンと柱状の結晶グレインとからなる。
【００８２】
強電界ドリフト層６上に透明電極３に交差する方向に列設される複数の裏面電極４としては、Ａｌ−Ｓｉ／Ｗ／Ｔｉを用いた。ここに、裏面電極４の厚さは、０．５μｍとした。
【００８３】
上述の条件で作成した固体発光デバイスのそれぞれ選択した透明電極３と裏面電極４との間に透明電極３が裏面電極４に対して正極となるように電圧を印加したところ、発光層２の多数の画素２ａのうち、それぞれ選択した透明電極３と裏面電極４との交差した領域（選択画素）のみから発光する様子が基板１を通して観測され、クロストークのない動作を確認することができた。
【００８４】
また、本実施例の固体発光デバイスでは、透明電極３と裏面電極４との間に印加する印加電圧を変化させることによって発光層２へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層２を当該発光層２の構成材料の発光に最適なエネルギで発光させることができ、より良好な発光特性を得ることができた。
【００８５】
（実施形態３）
本実施形態の固体発光デバイスは、図４および図５に示すように、無アルカリガラス基板からなる基板１の一表面上に、Ａｌ−Ｓｉ／Ｗ／Ｔｉからなる複数の裏面電極４が列設され、複数の裏面電極４を覆うように強電界ドリフト層６が形成され、強電界ドリフト層６上に複数の中間電極５が裏面電極４に交差する方向に列設されるとともに、強電界ドリフト層６上で且つ隣り合う中間電極５間に絶縁層１７（図４参照、図５では図示を省略してある）が形成され、複数の中間電極５および複数の絶縁層１７を覆うように発光層２が積層され、発光層２上にＩＴＯ（インジウム−錫酸化物）からなる複数の透明電極３が裏面電極４に交差する方向に列設されている。ここに、透明電極３は、中間電極５に平行であって、中間電極５に重なるように列設されている。各中間電極５は、短冊状に形成され、長手方向の両端部上にそれぞれパッド電極１５が形成されている。ところで、中間電極５は、電子の平均自由行程以下の厚さに形成されている。また、各裏面電極４も、短冊状に形成され、長手方向の両端部上にそれぞれパッド電極１４が形成されている。なお、本実施形態の固体発光デバイスでは、発光層２の発光が透明電極３を通して外部へ取り出されるので、発光層２のうち透明電極３が列設される側の一表面を前面、該前面と反対側の面を裏面と称する。したがって、複数の裏面電極４は、発光層２の裏面側において中間電極５および透明電極３に交差する方向に列設されていることになる。
【００８６】
ここにおいて、強電界ドリフト層６は、中間電極５と裏面電極４との間に中間電極５を正極として電圧を印加したときに裏面電極４から注入された電子がドリフトして発光層２を発光させるための電子を発光層２へ供給する機能を有するものであり、強電界ドリフト層６は、裏面電極４にほぼ重なる領域が酸化した多孔質多結晶シリコン層からなる多孔質半導体層６ａにより構成され、裏面電極４に重ならない領域が多結晶シリコン層からなる半導体層６ｂにより構成されている。本実施形態では、裏面電極４にほぼ重なる領域の全部が多孔質半導体層６ａにより構成されているが、強電界ドリフト層６は、半導体層６ｂからなり、少なくとも中間電極５と裏面電極４とが交差する領域であって厚み方向において発光層２側の部分が多孔質半導体層６ａにより構成されていればよい。
【００８７】
ところで、多孔質半導体層６ａは、基板１の上記一表面に略直交する柱状の結晶グレインと、結晶グレインの表面に形成された薄いシリコン酸化膜と、結晶グレインの間に介在するナノオーダサイズの微結晶シリコンと、微結晶シリコンの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とで構成されている。
【００８８】
また、本実施形態では、発光層２として、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を用いている。
【００８９】
次に、本実施形態の固体発光デバイスの動作原理について説明する。
【００９０】
本実施形態の固体発光デバイスでは、裏面電極４に対して中間電極５が正極となるように電圧を印加するとともに中間電極５に対して透明電極３が正極となるように電圧を印加すると、裏面電極４から強電界ドリフト層６の多孔質半導体層６ａへ電子が注入される。多孔質半導体層６ａは多数の半導体微結晶である微結晶シリコンから構成されているので、注入された電子は強電界ドリフト層６の微結晶シリコン中でほとんど散乱されることなく微結晶シリコン間を多重トンネルしながら強電界ドリフト層６に印加された電圧で加速され、最終的に高いエネルギに励起されて強電界ドリフト層６の表面に到達して高エネルギの電子が中間電極５をトンネルして発光層２中に注入されて発光層２を励起したり、透明電極３から注入された正孔と再結合したり、透明電極３に印加された電圧でさらに加速され高エネルギとなった電子によって発光層２が励起されることで発光層２が発光し、発光層２で発光した光は、透明電極３を通して外部へ取り出される。
【００９１】
ここにおいて、強電界ドリフト層６中に流れる電流はトンネル現象で流れ、その電流電圧特性はファウラ−ノルドハイムプロットにほぼ乗るような極めて高い非線形性を持ち、中間電極５と裏面電極４との間に印加する印加電圧が半分になれば強電界ドリフト層６に流れる電流は数桁も減少し、発光層２では、それぞれ選択した中間電極５および裏面電極４の交差する領域である選択画素にかかる電圧に比べて、選択画素を除いた中間電極５および裏面電極４のいずれか一方のみに重なる非選択画素にかかる電圧が十分に小さいので、非選択画素にはほとんど電流が流れず、非選択画素はほとんど発光しないから、クロストークの問題がない。
【００９２】
また、非選択画素では、当該非選択画素にかかる電圧が低いので、強電界ドリフト層６において非選択画素に重なる領域では電子が加速されにくく、強電界ドリフト層６の表面に到達した電子のエネルギが小さいので、発光層２への電子の注入量が少なくなる上、電子によって発光層２が励起されて発光することがほとんどなくなり、結果としてさらにクロストークの問題がなくなる。
【００９３】
また、非選択画素のうち逆バイアスがかかる非選択画素では、強電界ドリフト層６から発光層２への高エネルギの電子の注入は生じないので、電子によって発光層２が励起されて発光することがほとんどなく、また逆バイアスがかかっていることで電子と正孔との再結合も生じないので、クロストークの問題が発生しない。特に、透明電極３と中間電極５との間に印加する電圧を発光層２での注入キャリアの再結合による発光開始電圧と同等かそれよりも小さくしておけば、さらにクロストーク防止の効果が高い。
【００９４】
また、中間電極５と裏面電極４との間に印加する印加電圧、透明電極３と中間電極５との間に印加する印加電圧を調整することで、発光層２へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層２を発光させるために適当なエネルギの電子を利用して発光層２を発光させることができ、良好な発光特性が得られる。
【００９５】
また、透明電極３と中間電極５と裏面電極４と強電界ドリフト層６とで発光層２に流れる電流が制御されるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を設けることなく、発光層２に中間電極５および強電界ドリフト層６を積層した構造とすることでクロストークを防止することができるので、画素２ａの開口率の低下を防止することができる。
【００９６】
また、透明電極３と中間電極５と裏面電極４と強電界ドリフト層６とで発光層２に流れる電流を制御できクロストークを防止することができ、中間電極５および強電界ドリフト層６は発光層２に積層されるものであるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を別途に設ける必要がなく、構造が単純で、強電界ドリフト層６を設けない場合と同じデザインルールで形成できるので、作製プロセスが容易である。
【００９７】
以下、上述の固体発光デバイスの製造方法について簡単に説明する。
【００９８】
まず、基板１の上記一表面上にＡｌ−Ｓｉ／Ｗ／Ｔｉからなる所定膜厚（例えば、０．５μｍ）の電極層を例えばスパッタ法により堆積した後、フォトリソグラフィ法と反応性イオンエッチング法により該電極層をパターニングすることによって、基板１に列設された複数の裏面電極４を形成する。
【００９９】
次に、基板１の上記一表面側の全面に所定膜厚（例えば、１．５μｍ）のノンドープの多結晶シリコン層を例えばプラズマＣＶＤ法により堆積する。
【０１００】
その後、例えば、フッ化水素水溶液とエタノールとを所定混合比（例えば、１：１）で混合した混合液の入った陽極酸化処理槽を利用し、裏面電極４を正極、白金（Ｐｔ）からなる対向電極を負極として、多結晶シリコン層に光照射を行いながら所定の電流密度で所定の時間だけ陽極酸化処理を行うことによって、多結晶シリコン層のうち裏面電極４に重なる領域に所定厚さの多孔質多結晶シリコン層を形成する。多孔質多結晶シリコン層を形成した後（つまり、多結晶シリコン層の一部を多孔質化した後）、硫酸の水溶液中で、裏面電極４を正極、白金からなる対向電極を負極として、多孔質多結晶シリコン層を電気化学的に酸化することにより、酸化した多孔質多結晶シリコン層からなる多孔質半導体層６ａが形成される。ここに、多孔質半導体層６ａは、上述のように、基板１の上記一表面に略直交する柱状の結晶グレインと、結晶グレインの表面に形成された薄いシリコン酸化膜と、結晶グレインの間に介在するナノオーダサイズの微結晶シリコンと、微結晶シリコンの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とで構成されている。また、多結晶シリコン層のうち上述の陽極酸化処理にて多孔質化されなかった部分が半導体層６ｂとなる。
【０１０１】
次に、強電界ドリフト層６上に、膜厚が１０ｎｍの絶縁層１７を形成し、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を利用して該絶縁層１７を裏面電極４に交差する方向に列設されるようにパターニングし、その後、膜厚が１０ｎｍの金からなる中間電極５を堆積させ、リフトオフ法を利用して中間電極５を裏面電極４に交差する方向に列設する。すなわち、隣り合う中間電極５間には絶縁層１７が介在し、逆に隣り合う絶縁層１７間に中間電極５が形成されている。
【０１０２】
続いて、基板１の上記一表面側の全面に、つまり、全ての中間電極５および絶縁層１７を覆うように、発光層２として、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を例えば真空蒸着法により所定膜厚（例えば、０．５μｍ）だけ堆積させる。
【０１０３】
発光層２を形成した後、発光層２上に、ＩＴＯからなる透明電極３を、裏面電極４に交差する方向に列設されるように、例えばシャドウマスク法を用いたスパッタ法によって所定膜厚（例えば、１μｍ）だけ堆積させる。ここに、透明電極３は、中間電極５と平行な方向であって中間電極５に重なる位置に形成する。
【０１０４】
その後、パッド電極１４，１５を形成することにより、本実施形態の固体発光デバイスが形成される。
【０１０５】
ところで、本実施形態では、中間電極５として、膜厚が１０ｎｍの金薄膜を用いているが、強電界ドリフト層６の多孔質半導体層６ａで加速された電子がトンネルでき且つ多孔質半導体層６ａの全面をある程度均一に覆うことができ低抵抗となるような厚みであればよく、１００ｎｍ以下、好ましくは１５ｎｍ以下とすることが望ましい。
【０１０６】
また、中間電極５の材料としては、電子がトンネルしやすく低抵抗で化学的に安定であり、また多孔質半導体層６ａおよび発光層２との密着性が良いものが好ましく、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｉｒ、Ｐｄなどの金属やそれらの合金、あるいはそれらの複数の組み合わせで用いることができる。
【０１０７】
また、中間電極５の抵抗を下げる目的および断線を防止する目的で、中間電極５と電気的に接続された膜厚が厚く低抵抗なバスライン電極を中間電極５と平行に設けてもよい。
【０１０８】
なお、裏面電極３、透明電極３、強電界ドリフト層６、発光層２はそれぞれ上記材料および形成方法に限定されるものではなく、実施形態１で説明した種々の材料および形成方法の中からそれぞれ適宜選択すればよい。また、絶縁層１７の材料、厚み、形成方法も上記のものに限定されない。
【０１０９】
また、中間電極５のパターニング法もフォトリソグラフィ法とエッチング法あるいはリフトオフ法との組み合わせ、シャドウマスク法による方法などを適宜選択すればよい。また、エッチング法も反応性イオンエッチング法をはじめ、イオンミリング法、スパッタエッチング法、ウエットエッチング法などから適宜選択すればよい。
【０１１０】
ところで、本実施形態では、透明電極３を発光層２上に列設してあるが、透明電極３は発光層２上の全面に形成してもよい。
【０１１１】
また、本実施形態の固体発光デバイスを駆動するにあたっては、発光層２のうち発光させない領域の画素にあたる裏面電極４と中間電極５、透明電極３はフォローティングにしておいてもよいし、非選択である裏面電極４と中間電極５あるいはまた透明電極３をそれぞれ選択画素の中間電極５および裏面電極４あるいはまた中間電極５と同電位にして用いてもよい。
【０１１２】
（実施例３）
実施形態３にて説明した固体発光デバイスの製造方法で以下の条件により固体発光デバイスを作成した。
【０１１３】
基板１としては、無アルカリガラス基板を用いた。基板１の上に列設された複数の裏面電極４は、膜厚が０．５μｍのＡｌ−Ｓｉ／Ｗ／Ｔｉからなる電極層を基板１の一表面上にスパッタ法により堆積した後、フォトリソグラフィ法と反応性イオンエッチング法を用いて該電極層をパターニングすることにより形成した。
【０１１４】
半導体層６ｂとしては、膜厚が１．５μｍの多結晶シリコン層を採用し、多結晶シリコン層の成膜は、プラズマＣＶＤ法により行った。
【０１１５】
多孔質半導体層６ａを形成するための多結晶シリコン層の一部の多孔質化は陽極酸化により行った。陽極酸化では電解液として、５５ｗ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを略１：１で混合し５℃に冷却した電解液を用いた。陽極酸化は、電解液中に白金電極よりなる対向電極を浸し、５００Ｗのタングステンランプを用いて多結晶シリコン層に一定の光パワーで光照射を行いながら、裏面電極４を正極、対向電極を負極として、所定の電流を流した。ここに、陽極酸化期間における電流密度は２５ｍＡ／ｃｍ2で一定とし、陽極酸化時間は６秒とした。この陽極酸化により、半導体層６ｂのうち裏面電極４に重なる部分の表面側が多孔質化され、略０．５μｍの多孔質多結晶シリコン層が形成された。さらに、多孔質多結晶シリコン層の酸化は、硫酸の水溶液中に白金電極よりなる対向電極を浸し、裏面電極４を正極、対向電極を負極として、電気化学的に行った。多孔質多結晶シリコン層を電気化学的に酸化することにより、表面が薄いシリコン酸化膜で覆われたナノオーダサイズの微結晶シリコンと柱状の結晶グレインとからなる多孔質半導体層６ａを形成した。
【０１１６】
中間電極５としては、膜厚が１０ｎｍの金薄膜をシャドウマスク法を用いたスパッタ法によって裏面電極４に交差する方向に列設した。
【０１１７】
発光層２としては、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を真空蒸着法にて堆積させた。ここに、有機薄膜からなる発光層の厚さは、略０．５μｍとした。
【０１１８】
発光層２上に裏面電極４に交差する方向に列設される複数の透明電極３としては、ＩＴＯを用い、透明電極３は、シャドウマスク法を用いたスパッタ法によって堆積した。ここに、透明電極３の厚さは略１μｍとした。
【０１１９】
上述の条件で作成した固体発光デバイスのそれぞれ選択した中間電極５と裏面電極４との間に中間電極５が裏面電極４に対して正極となるように電圧を印加するとともに、透明電極３と中間電極５との間に透明電極３が正極となるように数ボルトの電圧を印加したところ、発光層２のうち選択した中間電極５と裏面電極４と透明電極３との交差した領域のみから発光が観測され、クロストークのない動作を確認することができた。
【０１２０】
また、本実施例の固体発光デバイスでは、中間電極５と裏面電極４との間に印加する印加電圧および透明電極３と中間電極５との間に印加する印加電圧を変化させることによって発光層２へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層２を当該発光層２の構成材料の発光に最適なエネルギで発光させることができ、より良好な発光特性を得ることができた。
【０１２１】
（実施形態４）
本実施形態の固体発光デバイスの基本構成は実施形態３と略同じであって、実施形態３では、基板１の一表面側に、裏面電極４、強電界ドリフト層６、中間電極５、発光層２、透明電極３の順に積層されていたのに対し、本実施形態では、基板１の一表面側に、透明電極３、発光層２、中間電極５、強電界ドリフト層６、裏面電極４の順に積層されている点に特徴がある。ところで、実施形態３では、基板１として、半導体基板などの透明でない基板を用いることもできるが、本実施形態では、発光層２で発光した光が透明電極３および基板１を通して外部へ取り出されるので、基板１として透明基板などの透光性を有する基板を用いる必要があることは勿論である。
【０１２２】
すなわち、本実施形態では、図６に示すように、無アルカリガラス基板からなる基板１の一表面上に、ＩＴＯからなる複数の透明電極３が列設され、複数の透明電極３を覆うように発光層２が形成され、発光層２上に複数の中間電極５が透明電極３に重なるように透明電極５に平行な方向に列設されている。さらに、複数の中間電極５を覆うように強電界ドリフト層６が積層され、強電界ドリフト層６上にＡｌ−Ｓｉ／Ｗ／Ｔｉからなる複数の裏面電極４が透明電極３に交差する方向に列設されている。なお、本実施形態の固体発光デバイスでは、発光層２の発光が透明電極３および基板１を通して外部へ取り出されるので、発光層２のうち透明電極３が列設される側の一表面を前面、該前面と反対側の面を裏面と称する。したがって、複数の裏面電極４は、発光層２の裏面側において透明電極３に交差する方向に列設されていることになる。また、基板１は、発光層２の前面側に配設されていることになる。また、発光層２のうち裏面電極４と中間電極５との交差する領域に重なる部位がそれぞれ画素２ａを構成している。
【０１２３】
ここにおいて、強電界ドリフト層６は、中間電極５と裏面電極４との間に中間電極５を正極として電圧を印加したときに裏面電極４から注入された電子がドリフトして発光層２を発光させるための電子を発光層２へ供給する機能を有するものであり、強電界ドリフト層６は、中間電極５と裏面電極４とが交差する領域が酸化した多孔質多結晶シリコン層からなる多孔質半導体層６ａにより構成され、中間電極５と裏面電極４とが交差しない領域が多結晶シリコン層からなる半導体層６ｂにより構成されている。本実施形態では、中間電極５と裏面電極４とが交差する領域の全部が多孔質半導体層６ａにより構成されているが、強電界ドリフト層６は、半導体層６ｂからなり、少なくとも中間電極５と裏面電極４とが交差する領域であって厚み方向において発光層２側の部分が多孔質半導体層６ａにより構成されていればよい。
【０１２４】
ところで、多孔質半導体層６ａは、基板１の上記一表面に略直交する柱状の結晶グレインと、結晶グレインの表面に形成された薄いシリコン酸化膜と、結晶グレインの間に介在するナノオーダサイズの微結晶シリコンと、微結晶シリコンの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とで構成されている。
【０１２５】
また、本実施形態では、発光層２として、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を用いている。
【０１２６】
次に、本実施形態の固体発光デバイスの動作原理について説明する。
【０１２７】
本実施形態の固体発光デバイスでは、裏面電極４に対して中間電極５が正極となるように電圧を印加するとともに中間電極５に対して透明電極３が正極となるように電圧を印加すると、裏面電極４から強電界ドリフト層６の多孔質半導体層６ａへ電子が注入される。多孔質半導体層６ａは多数の半導体微結晶である微結晶シリコンから構成されているので、注入された電子は強電界ドリフト層６の微結晶シリコン中でほとんど散乱されることなく微結晶シリコン間を多重トンネルしながら強電界ドリフト層６に印加された電圧で加速され、最終的に高いエネルギに励起されて強電界ドリフト層６の表面に到達して高エネルギの電子が中間電極５をトンネルして発光層２中に注入されて発光層２を励起したり、透明電極３から注入された正孔と再結合したり、透明電極３に印加された電圧でさらに加速され高エネルギとなった電子によって発光層２が励起されることで発光層２が発光し、発光層２で発光した光は、透明電極３および基板１を通して外部へ取り出される。
【０１２８】
ここにおいて、強電界ドリフト層６中に流れる電流はトンネル現象で流れ、その電流電圧特性はファウラ−ノルドハイムプロットにほぼ乗るような極めて高い非線形性を持ち、中間電極５と裏面電極４との間に印加する印加電圧が半分になれば強電界ドリフト層６に流れる電流は数桁も減少し、発光層２では、それぞれ選択した中間電極５および裏面電極４の交差する領域である選択画素にかかる電圧に比べて、選択画素を除いた中間電極５および裏面電極４のいずれか一方のみに重なる非選択画素にかかる電圧が十分に小さいので、非選択画素にはほとんど電流が流れず、非選択画素はほとんど発光しないから、クロストークの問題がない。
【０１２９】
また、発光層２の画素２ａのうち非選択画素では、当該非選択画素にかかる電圧が低いので、強電界ドリフト層６において非選択画素に重なる領域では電子が加速されにくく、強電界ドリフト層６の表面に到達した電子のエネルギが小さいので、発光層２への電子の注入量が少なくなる上、電子によって発光層２が励起されて発光することがほとんどなくなり、結果としてさらにクロストークの問題がなくなる。
【０１３０】
また、非選択画素のうち逆バイアスがかかる非選択画素では、強電界ドリフト層６から発光層２への高エネルギの電子の注入は生じないので、電子によって発光層２が励起されて発光することがほとんどなく、また逆バイアスがかかっていることで電子と正孔との再結合も生じないので、クロストークの問題が発生しない。特に、透明電極３と中間電極５との間に印加する電圧を発光層２での注入キャリアの再結合による発光開始電圧と同等かそれよりも小さくしておけば、さらにクロストーク防止の効果が高い。
【０１３１】
また、中間電極５と裏面電極４との間に印加する印加電圧、透明電極３と中間電極５との間に印加する印加電圧を調整することで、発光層２へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層２を発光させるために適当なエネルギの電子を利用して発光層２を発光させることができ、良好な発光特性が得られる。
【０１３２】
また、透明電極３と中間電極５と裏面電極４と強電界ドリフト層６とで発光層２に流れる電流が制御されるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を設けることなく、発光層２に中間電極５および強電界ドリフト層６を積層した構造とすることでクロストークを防止することができるので、画素の開口率の低下を防止することができる。
【０１３３】
また、透明電極３と中間電極５と裏面電極４と強電界ドリフト層６とで発光層２に流れる電流を制御できクロストークを防止することができ、中間電極５および強電界ドリフト層６は発光層２に積層されるものであるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を別途に設ける必要がなく、構造が単純で、強電界ドリフト層６を設けない場合と同じデザインルールで形成できるので、作製プロセスが容易である。
【０１３４】
また、発光層２の光を基板１を通して取り出すことができるので、固体発光デバイスをカバーする材料の選択肢が広がる上に発光層２と窓層を構成するガラス（基板１）との距離を離さずに構成でき、素子構成上、表示品質上、好都合であるというメリットがある。
【０１３５】
なお、裏面電極３、透明電極３、強電界ドリフト層６、中間電極５、発光層２はそれぞれ上記材料および形成方法に限定されるものではなく、実施形態３で説明した種々の材料および形成方法の中からそれぞれ適宜選択すればよい。
【０１３６】
（実施例４）
実施形態４にて説明した固体発光デバイスを以下の条件で作成した。
【０１３７】
基板１としては、無アルカリガラス基板を用いた。基板１の上に列設された複数の透明電極３は、厚さが１μｍのＩＴＯにより構成した。
【０１３８】
発光層２としては、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を用いた。ここに、有機薄膜からなる発光層２の厚さは、略０．５μｍとした。
【０１３９】
中間電極５としては、膜厚が１０ｎｍの金薄膜をシャドウマスク法を用いたスパッタ法によって透明電極５に平行な方向に列設した。
【０１４０】
強電界ドリフト層６は、膜厚が１．５μｍの多結晶シリコン層よりなる半導体層６ｂと半導体層６ｂのうち透明電極３と裏面電極４とが重なる領域であって発光層２側の部分に形成された厚さ０．５μｍの酸化した多孔質多結晶シリコンよりなる多孔質半導体層６ａとで構成した。ここに、多孔質半導体層６ａは、表面が薄いシリコン酸化膜で覆われたナノオーダサイズの微結晶シリコンと柱状の結晶グレインとからなる。
【０１４１】
強電界ドリフト層６上に透明電極３に交差する方向に列設される複数の裏面電極４としては、Ａｌ−Ｓｉ／Ｗ／Ｔｉを用いた。ここに、裏面電極４の厚さは、０．５μｍとした。
【０１４２】
上述の条件で作成した固体発光デバイスのそれぞれ選択した中間電極５と裏面電極４との間に中間電極５が裏面電極４に対して正極となるように電圧を印加するとともに、透明電極３と中間電極５との間に透明電極３が正極となるように数ボルトの電圧を印加したところ、選択した中間電極５と裏面電極４と透明電極３との交差した領域の画素２ａのみから発光が観測され、クロストークのない動作を確認することができた。
【０１４３】
また、本実施例の固体発光デバイスでは、中間電極５と裏面電極４との間に印加する印加電圧および透明電極３と中間電極５との間に印加する印加電圧を変化させることによって発光層２へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層２を当該発光層２の構成材料の発光に最適なエネルギで発光させることができ、より良好な発光特性を得ることができた。
【０１４４】
（実施形態５）
本実施形態の固体発光デバイスは、図７に示すように、ｐ形シリコン基板からなる基板１の一表面側に、ｎ形拡散層からなる複数の裏面電極４が列設され、複数の裏面電極４が形成された基板１の上記一表面を覆うように強電界ドリフト層６が形成され、強電界ドリフト層６上に発光層２が積層され、発光層２上にＩＴＯ（インジウム−錫酸化物）からなる複数の透明電極３が裏面電極４に交差する方向に列設されている。また、隣り合う裏面電極４間には高濃度のｐ形不純物層８が形成されている。各透明電極３は、短冊状に形成され、長手方向の両端部上にそれぞれパッド電極１３が形成されている。また、各裏面電極４も、短冊状に形成され、長手方向の両端部上にそれぞれパッド電極１４が形成されている。なお、本実施形態の固体発光デバイスでは、発光層２の発光が透明電極３を通して外部へ取り出されるので、発光層２のうち透明電極３が列設される側の一表面を前面、該前面と反対側の面を裏面と称する。したがって、複数の裏面電極４は、発光層２の裏面側において透明電極３に交差する方向に列設されていることになる。
【０１４５】
ここにおいて、強電界ドリフト層６は、透明電極３と裏面電極４との間に透明電極３を正極として電圧を印加したときに裏面電極４から注入された電子がドリフトして発光層２を発光させるための電子を発光層２へ供給する機能を有するものであり、強電界ドリフト層６は、裏面電極４にほぼ重なる領域が酸化した多孔質多結晶シリコン層からなる多孔質半導体層６ａにより構成され、裏面電極４に重ならない領域が多結晶シリコン層からなる半導体層６ｂにより構成されている。本実施形態では、裏面電極４にほぼ重なる領域の全部が多孔質半導体層６ａにより構成されているが、強電界ドリフト層６は、半導体層６ｂからなり、少なくとも透明電極３と裏面電極４とが交差する領域であって厚み方向において発光層２側の部分が多孔質半導体層６ａにより構成されていればよい。また、隣り合う多孔質半導体層６ａ間の半導体層６ｂと基板１との間にはシリコン酸化膜からなる絶縁層７が形成されている。
【０１４６】
ところで、多孔質半導体層６ａは、基板１の上記一表面に略直交する柱状の結晶グレインと、結晶グレインの表面に形成された薄いシリコン酸化膜と、結晶グレインの間に介在するナノオーダサイズの微結晶シリコンと、微結晶シリコンの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とで構成されている。
【０１４７】
また、本実施形態では、発光層２として、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を用いている。
【０１４８】
次に、本実施形態の固体発光デバイスの動作原理について説明する。
【０１４９】
本実施形態の固体発光デバイスでは、裏面電極４に対して透明電極３が正極となるように電圧を印加すると、裏面電極４から強電界ドリフト層６の多孔質半導体層６ａへ電子が注入される。多孔質半導体層６ａは多数の半導体微結晶である微結晶シリコンから構成されているので、注入された電子は強電界ドリフト層６の微結晶シリコン中でほとんど散乱されることなく微結晶シリコン間を多重トンネルしながら強電界ドリフト層６に印加された電圧で加速され、最終的に高いエネルギに励起されて強電界ドリフト層６の表面に到達して高エネルギの電子がそのまま発光層２中に注入されて発光層２を励起したり、透明電極３から注入された正孔と再結合したり、透明電極３に印加された電圧でさらに加速され高エネルギとなった電子によって発光層２が励起されることで発光層２が発光し、発光層２で発光した光は、透明電極３を通して外部へ取り出される。
【０１５０】
ここにおいて、強電界ドリフト層６中に流れる電流はトンネル現象で流れ、その電流電圧特性はファウラ−ノルドハイムプロットにほぼ乗るような極めて高い非線形性を持ち、透明電極３と裏面電極４との間に印加する印加電圧が半分になれば強電界ドリフト層６に流れる電流は数桁も減少し、発光層２では、それぞれ選択した透明電極３および裏面電極４の交差する領域である選択画素にかかる電圧に比べて、選択画素を除いた透明電極３および裏面電極４のいずれか一方のみに重なる非選択画素にかかる電圧が十分に小さいので、非選択画素にはほとんど電流が流れず、非選択画素はほとんど発光しないから、クロストークの問題がない。
【０１５１】
また、非選択画素では、当該非選択画素にかかる電圧が低いので、強電界ドリフト層６において非選択画素に重なる領域では電子が加速されにくく、強電界ドリフト層６の表面に到達した電子のエネルギが小さいので、発光層２への電子の注入量が少なくなる上、電子によって発光層２が励起されて発光することがほとんどなくなり、結果としてさらにクロストークの問題がなくなる。また、非選択画素のうち逆バイアスがかかる非選択画素では、強電界ドリフト層６から発光層２への高エネルギの電子の注入は生じないので、電子によって発光層２が励起されて発光することがほとんどなく、また逆バイアスがかかっていることで電子と正孔との再結合も生じないので、クロストークの問題が発生しない。
【０１５２】
また、透明電極３と裏面電極４との間に印加する印加電圧を調整することで、発光層２へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層２の材料を発光させるために適当なエネルギの電子を利用して発光層２を発光させることができ、良好な発光特性が得られる。
【０１５３】
また、透明電極３と裏面電極４と強電界ドリフト層６とで発光層２に流れる電流が制御されるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子をクロストークを防止するために別途に設けることなく、発光層２に強電界ドリフト層６を積層することでクロストークを防止することができるので、発光層２の画素２ａの開口率の低下を防止することができる。また、透明電極３と裏面電極４と強電界ドリフト層６とで発光層２に流れる電流を制御できるとともにクロストークを防止することができ、強電界ドリフト層６は発光層２に積層されるものであるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を別途に設ける必要がなく、構造が単純で、強電界ドリフト層６を設けない場合と同じデザインルールで形成できるので、作製プロセスが容易になる。
【０１５４】
また、強電界ドリフト層６は、隣り合う裏面電極４間の領域に重なる部位の後部に絶縁層７が設けられているので、強電界ドリフト層６のうち隣り合う裏面電極４間の領域に重なる部位を通って透明電極３へリーク電流が流れるのを防ぐことができ、発光層２の発光効率を高めることができる。
【０１５５】
以下、上述の固体発光デバイスの製造方法について簡単に説明する。
【０１５６】
まず、ｐ形シリコン基板からなる基板１の上記一表面上に所定膜厚（例えば、０．５μｍ）のシリコン酸化膜を形成した後、裏面電極４を配設するための領域をエッチング除去することでパターニングされたシリコン酸化膜からなる絶縁層７を形成する。なお、隣り合う裏面電極４間の高濃度のｐ形不純物層８は予め形成してある。
【０１５７】
その後、絶縁層７をマスクとして基板１の上記一表面側に複数のｎ形拡散層からなる裏面電極４を列設する。
【０１５８】
次に、基板１の上記一表面側の全面に所定膜厚（例えば、１．５μｍ）のノンドープの多結晶シリコン層を例えばＬＰＣＶＤ法により堆積する。
【０１５９】
その後、例えば、フッ化水素水溶液とエタノールとを所定混合比（例えば、１：１）で混合した混合液の入った陽極酸化処理槽を利用し、裏面電極４を正極、白金（Ｐｔ）からなる対向電極を負極として、多結晶シリコン層に光照射を行いながら所定の電流密度で所定の時間だけ陽極酸化処理を行うことによって、多結晶シリコン層のうち裏面電極４にほぼ重なる領域に所定厚さの多孔質多結晶シリコン層を形成する。多孔質多結晶シリコン層を形成した後（つまり、多結晶シリコン層の一部を多孔質化した後）、乾燥酸素ガス中でランプアニール装置を用いた急速加熱法で多孔質多結晶シリコン層を酸化することにより、酸化した多孔質多結晶シリコン層からなる多孔質半導体層６ａが形成される。ここに、多孔質半導体層６ａは、上述のように、基板１の上記一表面に略直交する柱状の結晶グレインと、結晶グレインの表面に形成された薄いシリコン酸化膜と、結晶グレインの間に介在するナノオーダサイズの微結晶シリコンと、微結晶シリコンの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とで構成されている。また、多結晶シリコン層のうち上述の陽極酸化処理にて多孔質化されなかった部分が半導体層６ｂとなる。
【０１６０】
続いて、基板１の上記一表面側の全面に、つまり、強電界ドリフト層６上に、発光層２として、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を例えば真空蒸着法により所定膜厚（例えば、０．５μｍ）だけ堆積させる。
【０１６１】
発光層２を形成した後、発光層２上に、ＩＴＯからなる透明電極３を、裏面電極４に交差する方向に列設されるように、例えばシャドウマスク法を用いたスパッタ法によって所定膜厚（例えば、１μｍ）だけ堆積させる。
【０１６２】
その後、パッド電極１３，１４を形成することにより、本実施形態の固体発光デバイスが形成される。
【０１６３】
なお、透明電極３、強電界ドリフト層６、発光層２はそれぞれ上記材料および形成方法に限定されるものではなく、実施形態１で説明した種々の材料および形成方法の中からそれぞれ適宜選択すればよい。また、絶縁層７の材料、厚み、形成方法も上記のものに限定されない。
【０１６４】
（実施例５）
実施形態５にて説明した固体発光デバイスの製造方法で以下の条件により固体発光デバイスを作成した。
【０１６５】
基板１としては、ｐ形シリコン基板を用いた。基板１の上記一表面側に列設された複数のｎ形拡散層からなる裏面電極４は、基板１の上記一表面上の絶縁層７をパターニングした後に形成した。
【０１６６】
半導体層としては、膜厚が１．５μｍの多結晶シリコン層を採用し、多結晶シリコン層の成膜は、ＬＰＣＶＤ法により行った。
【０１６７】
多孔質半導体層６ａを形成するための多結晶シリコン層の一部の多孔質化は陽極酸化により行った。陽極酸化では電解液として、５５ｗ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを略１：１で混合し５℃に冷却した電解液を用いた。陽極酸化は、電解液中に白金電極よりなる対向電極を浸し、５００Ｗのタングステンランプを用いて多結晶シリコン層に一定の光パワーで光照射を行いながら、裏面電極４を正極、対向電極を負極として、所定の電流を流した。ここに、陽極酸化期間における電流密度は２５ｍＡ／ｃｍ2で一定とし、陽極酸化時間は６秒とした。この陽極酸化により、半導体層６ｂのうち裏面電極４にほぼ重なる部分（絶縁層７で覆われていない部分）の表面側が多孔質化され、略０．５μｍの多孔質多結晶シリコン層が形成された。
【０１６８】
さらに、多孔質多結晶シリコン層の酸化は、乾燥酸素ガス中でランプアニール装置を用いた急速加熱法で行った。酸化の条件は、酸化温度を９００℃、酸化時間を１時間、酸化温度までの昇温時間を１分とした。このような条件で多孔質多結晶シリコン層を酸化することにより、表面が薄いシリコン酸化膜で覆われたナノオーダサイズの微結晶シリコンと柱状の結晶グレインとからなる多孔質半導体層６ａを形成した。
【０１６９】
発光層２としては、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を真空蒸着法にて堆積させた。ここに、有機薄膜からなる発光層２の厚さは、略０．５μｍとした。
【０１７０】
発光層２上に裏面電極４に交差する方向に列設される複数の透明電極３としては、ＩＴＯを用い、透明電極３は、シャドウマスク法を用いたスパッタ法によって堆積した。ここに、透明電極３の厚さは略１μｍとした。
【０１７１】
上述の条件で作成した固体発光デバイスのそれぞれ選択した透明電極３と裏面電極４との間に透明電極３が裏面電極４に対して正極となるように電圧を印加したところ、それぞれ選択した透明電極３と裏面電極４との交差した領域（選択画素）のみから発光が観測され、クロストークのない動作を確認することができた。
【０１７２】
また、本実施例の固体発光デバイスでは、透明電極３と裏面電極４との間に印加する印加電圧を変化させることによって発光層２へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層２を当該発光層２の構成材料の発光に最適なエネルギで発光させることができ、より良好な発光特性を得ることができた。
【０１７３】
（実施形態６）
本実施形態の固体発光デバイスは、図８に示すように、絶縁基板であるアルミナセラミックスからなる基板１の一表面上に、タングステン（Ｗ）からなる複数の裏面電極４が列設され、複数の裏面電極４を覆うように強電界ドリフト層６が形成され、強電界ドリフト層６のうち隣り合う裏面電極４間の領域に重なる部位上に絶縁層７が設けられ、強電界ドリフト層６および絶縁層７を覆うように発光層２が積層され、発光層２上にＩＴＯ（インジウム−錫酸化物）からなる複数の透明電極３が裏面電極４に交差する方向に列設されている。各透明電極３は、短冊状に形成され、長手方向の両端部上にそれぞれパッド電極１３が形成されている。また、各裏面電極４も、短冊状に形成され、長手方向の両端部上にそれぞれパッド電極１４が形成されている。なお、本実施形態の固体発光デバイスでは、発光層２の発光が透明電極３を通して外部へ取り出されるので、発光層２のうち透明電極３が列設される側の一表面を前面、該前面と反対側の面を裏面と称する。したがって、複数の裏面電極４は、発光層２の裏面側において透明電極３に交差する方向に列設されていることになる。
【０１７４】
ここにおいて、強電界ドリフト層６は、透明電極３と裏面電極４との間に透明電極３を正極として電圧を印加したときに裏面電極４から注入された電子がドリフトして発光層２を発光させるための電子を発光層２へ供給する機能を有するものであり、強電界ドリフト層６は、裏面電極４にほぼ重なる領域が酸化した多孔質多結晶シリコン層からなる多孔質半導体層６ａにより構成され、裏面電極４に重ならない領域が多結晶シリコン層からなる半導体層６ｂにより構成されている。本実施形態では、裏面電極４にほぼ重なる領域の全部が多孔質半導体層６ａにより構成されているが、強電界ドリフト層６は、半導体層６ｂからなり、少なくとも透明電極３と裏面電極４とが交差する領域であって厚み方向において発光層２側の部分が多孔質半導体層６ａにより構成されていればよい。
【０１７５】
ところで、多孔質半導体層６ａは、基板１の上記一表面に略直交する柱状の結晶グレインと、結晶グレインの表面に形成された薄いシリコン酸化膜と、結晶グレインの間に介在するナノオーダサイズの微結晶シリコンと、微結晶シリコンの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とで構成されている。
【０１７６】
また、本実施形態では、発光層２として、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を用いている。
【０１７７】
本実施形態の固体発光デバイスの動作原理は実施形態１と略同じなので説明を省略する。ただし、本実施形態の固体発光デバイスでは、実施形態１と同様に、クロストークの問題がなく、しかも、強電界ドリフト層６は、隣り合う裏面電極４間の領域に重なる部位の前部に絶縁層７が設けられているので、強電界ドリフト層６のうち隣り合う裏面電極４間の領域に重なる部位を通って透明電極３へリーク電流が流れるのを防ぐことができ、発光効率を高めることができる。なお、裏面電極３、透明電極３、強電界ドリフト層６、発光層２の材料および形成方法はそれぞれ実施形態１で説明した種々の材料および形成方法の中からそれぞれ適宜選択すればよい。また、絶縁層７の材料、厚み、形成方法も上記のものに限定されない。
【０１７８】
以下、上述の固体発光デバイスの製造方法について簡単に説明する。
【０１７９】
まず、基板１の上記一表面上にＷからなる所定膜厚（例えば、０．５μｍ）の電極層を例えばスパッタ法により堆積した後、フォトリソグラフィ法と反応性イオンエッチング法により該電極層をパターニングすることによって、基板１に複数の裏面電極４を列設する。
【０１８０】
次に、基板１の上記一表面側の全面に所定膜厚（例えば、１．５μｍ）のノンドープの多結晶シリコン層をＬＰＣＶＤ法により堆積する。
【０１８１】
その後、例えば、フッ化水素水溶液とエタノールとを所定混合比（例えば、１：１）で混合した混合液の入った陽極酸化処理槽を利用し、裏面電極４を正極、白金（Ｐｔ）からなる対向電極を負極として、多結晶シリコン層に光照射を行いながら所定の電流密度で所定の時間だけ陽極酸化処理を行うことによって、多結晶シリコン層のうち裏面電極４にほぼ重なる領域に所定厚さの多孔質多結晶シリコン層を形成する。多孔質多結晶シリコン層を形成した後（つまり、多結晶シリコン層の一部を多孔質化した後）、乾燥酸素ガス中でランプアニール装置を用いて急速加熱法で多孔質多結晶シリコン層を酸化することにより、酸化した多孔質多結晶シリコン層からなる多孔質半導体層６ａが形成される。ここに、多孔質半導体層６ａは、上述のように、基板１の上記一表面に略直交する柱状の結晶グレインと、結晶グレインの表面に形成された薄いシリコン酸化膜と、結晶グレインの間に介在するナノオーダサイズの微結晶シリコンと、微結晶シリコンの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とで構成されている。また、多結晶シリコン層のうち上述の陽極酸化処理にて多孔質化されなかった部分が半導体層６ｂとなる。
【０１８２】
続いて、基板１の上記一表面側の全面に、つまり、強電界ドリフト層６上に、所定膜厚（例えば、０．５μｍ）のシリコン酸化膜をＰＣＶＤ法により形成した後、当該シリコン酸化膜のうち裏面電極４に重なる部分を除去することによりシリコン酸化膜からなる絶縁層７を形成する。
【０１８３】
次に、基板１の上記一表面側の全面に、発光層２として、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を例えば真空蒸着法により所定膜厚（例えば、０．５μｍ）だけ堆積させる。
【０１８４】
発光層２を形成した後、発光層２上に、ＩＴＯからなる透明電極３を、裏面電極４に交差する方向に列設されるように、例えばシャドウマスク法を用いたスパッタ法によって所定膜厚（例えば、１μｍ）だけ堆積させる。
【０１８５】
その後、パッド電極１３，１４を形成することにより、本実施形態の固体発光デバイスが形成される。
【０１８６】
（実施例６）
実施形態６にて説明した固体発光デバイスの製造方法で以下の条件により固体発光デバイスを作成した。
【０１８７】
基板１としては、アルミナセラミックス基板を用いた。基板１の上に列設された複数の裏面電極４は、膜厚が０．５μｍのＷからなる電極層を基板１の一表面上にスパッタ法により堆積した後、フォトリソグラフィ法と反応性イオンエッチング法を用いて該電極層をパターニングすることにより形成した。
【０１８８】
半導体層としては、膜厚が１．５μｍの多結晶シリコン層を採用し、多結晶シリコン層の成膜は、ＬＰＣＶＤ法により行った。
【０１８９】
多孔質半導体層６ａを形成するための多結晶シリコン層の一部の多孔質化は陽極酸化により行った。陽極酸化では電解液として、５５ｗ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを略１：１で混合し５℃に冷却した電解液を用いた。陽極酸化は、電解液中に白金電極よりなる対向電極を浸し、５００Ｗのタングステンランプを用いて多結晶シリコン層に一定の光パワーで光照射を行いながら、裏面電極４を正極、対向電極を負極として、所定の電流を流した。ここに、陽極酸化期間における電流密度は２５ｍＡ／ｃｍ2で一定とし、陽極酸化時間は６秒とした。この陽極酸化により、半導体層６ｂのうち裏面電極４に重なる部分の表面側が多孔質化され、略０．５μｍの多孔質多結晶シリコン層が形成された。
【０１９０】
さらに、多孔質多結晶シリコン層の酸化は、乾燥酸素ガス中でランプアニール装置を用いた急速加熱法で行った。酸化の条件は、酸化温度を９００℃、酸化時間を１時間、酸化温度までの昇温時間を１分とした。このような条件で多孔質多結晶シリコン層を酸化することにより、表面が薄いシリコン酸化膜で覆われたナノオーダサイズの微結晶シリコンと柱状の結晶グレインとからなる多孔質半導体層６ａを形成した。
【０１９１】
発光層２としては、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を真空蒸着法にて堆積させた。ここに、有機薄膜からなる発光層２の厚さは、略０．５μｍとした。
【０１９２】
発光層２上に裏面電極４に交差する方向に列設される複数の透明電極３としては、ＩＴＯを用い、透明電極３は、シャドウマスク法を用いたスパッタ法によって堆積した。ここに、透明電極３の厚さは略１μｍとした。
【０１９３】
上述の条件で作成した固体発光デバイスのそれぞれ選択した透明電極３と裏面電極４との間に透明電極３が裏面電極４に対して正極となるように電圧を印加したところ、それぞれ選択した透明電極３と裏面電極４との交差した領域（選択画素）のみから発光が観測され、クロストークのない動作を確認することができた。
【０１９４】
また、本実施例の固体発光デバイスでは、透明電極３と裏面電極４との間に印加する印加電圧を変化させることによって発光層２へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層２を当該発光層２の構成材料の発光に最適なエネルギで発光させることができ、より良好な発光特性を得ることができた。
【０１９５】
（実施形態７）
本実施形態の固体発光デバイスは、図９に示すように、無アルカリガラス基板からなる基板１の一表面上に、Ａｌ−Ｓｉ／Ｗ／Ｔｉからなる複数の裏面電極４が列設され、複数の裏面電極４を覆うように強電界ドリフト層６が形成され、強電界ドリフト層６上において後述の透明電極３間の領域に重なる部位上にシリコン酸化膜よりなる絶縁層１７が形成され、強電界ドリフト層６および絶縁層１７を覆うように発光層２が積層され、発光層２上にＩＴＯ（インジウム−錫酸化物）からなる複数の透明電極３が裏面電極４に交差する方向に列設されている。各透明電極３は、短冊状に形成され、長手方向の両端部上にそれぞれパッド電極１３が形成されている。また、各裏面電極４も、短冊状に形成され、長手方向の両端部上にそれぞれパッド電極１４が形成されている。なお、本実施形態の固体発光デバイスでは、発光層２の発光が透明電極３を通して外部へ取り出されるので、発光層２のうち透明電極３が列設される側の一表面を前面、該前面と反対側の面を裏面と称する。したがって、複数の裏面電極４は、発光層２の裏面側において透明電極３に交差する方向に列設されていることになる。
【０１９６】
ここにおいて、強電界ドリフト層６は、透明電極３と裏面電極４との間に透明電極３を正極として電圧を印加したときに裏面電極４から注入された電子がドリフトして発光層２を発光させるための電子を発光層２へ供給する機能を有するものであり、強電界ドリフト層６は、裏面電極４にほぼ重なる領域が酸化した多孔質多結晶シリコン層からなる多孔質半導体層６ａにより構成され、裏面電極４に重ならない領域が多結晶シリコン層からなる半導体層６ｂにより構成されている。本実施形態では、裏面電極４にほぼ重なる領域の全部が多孔質半導体層６ａにより構成されているが、強電界ドリフト層６は、半導体層６ｂからなり、少なくとも透明電極３と裏面電極４とが交差する領域であって厚み方向において発光層２側の部分が多孔質半導体層６ａにより構成されていればよい。
【０１９７】
ところで、多孔質半導体層６ａは、基板１の上記一表面に略直交する柱状の結晶グレインと、結晶グレインの表面に形成された薄いシリコン酸化膜と、結晶グレインの間に介在するナノオーダサイズの微結晶シリコンと、微結晶シリコンの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とで構成されている。
【０１９８】
また、本実施形態では、発光層２として、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を用いている。
【０１９９】
本実施形態の固体発光デバイスの動作原理は実施形態１と略同じなので説明を省略する。ただし、本実施形態の固体発光デバイスでは、実施形態１と同様に、クロストークの問題がなく、しかも、強電界ドリフト層６は、隣り合う透明電極３間の領域に重なる部位の上に絶縁層１７が設けられているので、裏面電極４から強電界ドリフト層６、発光層２を通って透明電極３へリーク電流が流れるのを防ぐことができ、さらに高効率な固体発光デバイスを実現することができる。なお、裏面電極３、透明電極３、強電界ドリフト層６、発光層２の材料および形成方法はそれぞれ実施形態１で説明した種々の材料および形成方法の中からそれぞれ適宜選択すればよい。また、絶縁層１７の材料、厚み、形成方法も上記のもに限定されない。
【０２００】
以下、上述の固体発光デバイスの製造方法について簡単に説明する。
【０２０１】
まず、基板１の上記一表面上にＡｌ−Ｓｉ／Ｗ／Ｔｉからなる所定膜厚（例えば、０．５μｍ）の電極層を例えばスパッタ法により堆積した後、フォトリソグラフィ法と反応性イオンエッチング法により該電極層をパターニングすることによって、基板１上に複数の裏面電極４を列設する。
【０２０２】
次に、基板１の上記一表面側の全面に所定膜厚（例えば、１．５μｍ）のノンドープの多結晶シリコン層を例えばプラズマＣＶＤ法により堆積する。
【０２０３】
その後、例えば、フッ化水素水溶液とエタノールとを所定混合比（例えば、１：１）で混合した混合液の入った陽極酸化処理槽を利用し、裏面電極４を正極、白金（Ｐｔ）からなる対向電極を負極として、多結晶シリコン層に光照射を行いながら所定の電流密度で所定の時間だけ陽極酸化処理を行うことによって、多結晶シリコン層のうち裏面電極４に重なる領域に所定厚さの多孔質多結晶シリコン層を形成する。多孔質多結晶シリコン層を形成した後（つまり、多結晶シリコン層の一部を多孔質化した後）、硫酸の水溶液中で、裏面電極４を正極、白金からなる対向電極を負極として、多孔質多結晶シリコン層を電気化学的に酸化することにより、酸化した多孔質多結晶シリコン層からなる多孔質半導体層６ａが形成される。ここに、多孔質半導体層６ａは、上述のように、基板１の上記一表面に略直交する柱状の結晶グレインと、結晶グレインの表面に形成された薄いシリコン酸化膜と、結晶グレインの間に介在するナノオーダサイズの微結晶シリコンと、微結晶シリコンの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とで構成されている。また、多結晶シリコン層のうち上述の陽極酸化処理にて多孔質化されなかった部分が半導体層６ｂとなる。
【０２０４】
続いて、基板１の上記一表面側の全面に、つまり、強電界ドリフト層６上に、所定膜厚（例えば、０．５μｍ）のシリコン酸化膜をＰＣＶＤ法により形成した後、当該シリコン酸化膜のうち透明電極３の形成予定領域に重なる部分を除去することによりシリコン酸化膜からなる絶縁層１７を形成する。
【０２０５】
続いて、基板１の上記一表面側の全面に、つまり、強電界ドリフト層６および絶縁層１７を覆うように、発光層２として、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を例えば真空蒸着法により所定膜厚（例えば、０．５μｍ）だけ堆積させる。
【０２０６】
発光層２を形成した後、発光層２上に、ＩＴＯからなる透明電極３を、裏面電極４に交差する方向に列設されるように、例えばシャドウマスク法を用いたスパッタ法によって所定膜厚（例えば、１μｍ）だけ堆積させる。
【０２０７】
その後、パッド電極１３，１４を形成することにより、本実施形態の固体発光デバイスが形成される。
【０２０８】
（実施例７）
実施形態７にて説明した固体発光デバイスの製造方法で以下の条件により固体発光デバイスを作成した。
【０２０９】
基板１としては、無アルカリガラス基板を用いた。基板１の上に列設された複数の裏面電極４は、膜厚が０．５μｍのＡｌ−Ｓｉ／Ｗ／Ｔｉからなる電極層を基板１の一表面上にスパッタ法により堆積した後、フォトリソグラフィ法と反応性イオンエッチング法を用いて該電極層をパターニングすることにより形成した。
【０２１０】
半導体層としては、膜厚が１．５μｍの多結晶シリコン層を採用し、多結晶シリコン層の成膜は、プラズマＣＶＤ法により行った。
【０２１１】
多孔質半導体層６ａを形成するための多結晶シリコン層の一部の多孔質化は陽極酸化により行った。陽極酸化では電解液として、５５ｗ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを略１：１で混合し５℃に冷却した電解液を用いた。陽極酸化は、電解液中に白金電極よりなる対向電極を浸し、５００Ｗのタングステンランプを用いて多結晶シリコン層に一定の光パワーで光照射を行いながら、裏面電極４を正極、対向電極を負極として、所定の電流を流した。ここに、陽極酸化期間における電流密度は２５ｍＡ／ｃｍ2で一定とし、陽極酸化時間は６秒とした。この陽極酸化により、半導体層６ｂのうち裏面電極４に重なる部分の表面側が多孔質化され、略０．５μｍの多孔質多結晶シリコン層が形成された。さらに、多孔質多結晶シリコン層の酸化は、硫酸の水溶液中に白金電極よりなる対向電極を浸し、裏面電極４を正極、対向電極を負極として、電気化学的に行った。多孔質多結晶シリコン層を電気化学的に酸化することにより、表面が薄いシリコン酸化膜で覆われたナノオーダサイズの微結晶シリコンと柱状の結晶グレインとからなる多孔質半導体層６ａを形成した。
【０２１２】
発光層２としては、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を真空蒸着法にて堆積させた。ここに、有機薄膜からなる発光層2
の厚さは、略０．５μｍとした。
【０２１３】
発光層２上に裏面電極４に交差する方向に列設される複数の透明電極３としては、ＩＴＯを用い、透明電極３は、シャドウマスク法を用いたスパッタ法によって堆積した。ここに、透明電極３の厚さは略１μｍとした。
【０２１４】
上述の条件で作成した固体発光デバイスのそれぞれ選択した透明電極３と裏面電極４との間に透明電極３が裏面電極４に対して正極となるように電圧を印加したところ、それぞれ選択した透明電極３と裏面電極４との交差した領域（選択画素）のみから発光が観測され、クロストークのない動作を確認することができた。
【０２１５】
また、本実施例の固体発光デバイスでは、透明電極３と裏面電極４との間に印加する印加電圧を変化させることによって発光層２へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層２を当該発光層２の構成材料の発光に最適なエネルギで発光させることができ、より良好な発光特性を得ることができた。
【０２１６】
（実施形態８）
本実施形態の固体発光デバイスは、図１０に示すように、ｐ形シリコン基板からなる基板１の一表面側に、ｎ形拡散層からなる複数の裏面電極４が列設され、隣り合う裏面電極４間における基板１上にはシリコン酸化膜よりなる絶縁層７が形成され、複数の裏面電極４および絶縁層７が形成された基板１の上記一表面側を覆うように強電界ドリフト層６が形成され、強電界ドリフト層６上に裏面電極４に交差する方向に複数の中間電極５が形成されるとともに隣り合う中間電極５間（隣り合う透明電極３間の領域に重なる部位）および隣り合う裏面電極４間の領域に重なる部位の上それぞれにシリコン酸化膜よりなる絶縁層１７が形成され、全ての中間電極５および絶縁層１７を覆うように発光層２が積層され、発光層２上にＩＴＯ（インジウム−錫酸化物）からなる複数の透明電極３が中間電極５に平行な方向であって中間電極５に重なるように列設されている。また、隣り合う裏面電極４間には高濃度のｐ形不純物層８が形成されている。各透明電極３は、短冊状に形成され、長手方向の両端部上にそれぞれパッド電極１３が形成されている。また、各裏面電極４も、短冊状に形成され、長手方向の両端部上にそれぞれパッド電極１４が形成されている。なお、本実施形態の固体発光デバイスでは、発光層２の発光が透明電極３を通して外部へ取り出されるので、発光層２のうち透明電極３が列設される側の一表面を前面、該前面と反対側の面を裏面と称する。したがって、複数の裏面電極４は、発光層２の裏面側において透明電極３に交差する方向に列設されていることになる。
【０２１７】
ここにおいて、強電界ドリフト層６は、中間電極５と裏面電極４との間に中間電極５を正極として電圧を印加するとともに、透明電極３を中間電極５に対して正極として電圧を印加したときに裏面電極４から注入された電子がドリフトして発光層２を発光させるための電子を発光層２へ供給する機能を有するものであり、強電界ドリフト層６は、裏面電極４にほぼ重なる領域が酸化した多孔質多結晶シリコン層からなる多孔質半導体層６ａにより構成され、裏面電極４に重ならない領域が多結晶シリコン層からなる半導体層６ｂにより構成されている。本実施形態では、裏面電極４にほぼ重なる領域の全部が多孔質半導体層６ａにより構成されているが、強電界ドリフト層６は、半導体層６ｂからなり、少なくとも中間電極５と裏面電極４とが交差する領域であって厚み方向において発光層２側の部分が多孔質半導体層６ａにより構成されていればよい。ここにおいて、中間電極５の厚みは、電子の平均自由行程以下の厚さに設定してある。
【０２１８】
ところで、多孔質半導体層６ａは、基板１の上記一表面に略直交する柱状の結晶グレインと、結晶グレインの表面に形成された薄いシリコン酸化膜と、結晶グレインの間に介在するナノオーダサイズの微結晶シリコンと、微結晶シリコンの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とで構成されている。
【０２１９】
また、本実施形態では、発光層２として、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を用いている。
【０２２０】
次に、本実施形態の固体発光デバイスの動作原理について説明する。
【０２２１】
本実施形態の固体発光デバイスでは、裏面電極４に対して中間電極５が正極となるように電圧を印加するとともに中間電極５に対して透明電極３が正極となるように電圧を印加すると、裏面電極４から強電界ドリフト層６の多孔質半導体層６ａへ電子が注入される。多孔質半導体層６ａは多数の半導体微結晶である微結晶シリコンから構成されているので、注入された電子は強電界ドリフト層６の微結晶シリコン中でほとんど散乱されることなく微結晶シリコン間を多重トンネルしながら強電界ドリフト層６に印加された電圧で加速され、最終的に高いエネルギに励起されて強電界ドリフト層６の表面に到達して高エネルギの電子が中間電極５をトンネルして発光層２中に注入されて発光層２を励起したり、透明電極３から注入された正孔と再結合したり、透明電極３に印加された電圧でさらに加速され高エネルギとなった電子によって発光層２が励起されることで発光層２が発光し、発光層２で発光した光は、透明電極３を通して外部へ取り出される。
【０２２２】
ここにおいて、強電界ドリフト層６中に流れる電流はトンネル現象で流れ、その電流電圧特性はファウラ−ノルドハイムプロットにほぼ乗るような極めて高い非線形性を持ち、中間電極５と裏面電極４との間に印加する印加電圧が半分になれば強電界ドリフト層６に流れる電流は数桁も減少し、発光層２では、それぞれ選択した中間電極５および裏面電極４の交差する領域である選択画素にかかる電圧に比べて、選択画素を除いた中間電極５および裏面電極４のいずれか一方のみに重なる非選択画素にかかる電圧が十分に小さいので、非選択画素にはほとんど電流が流れず、非選択画素はほとんど発光しないから、クロストークの問題がない。
【０２２３】
また、非選択画素では、当該非選択画素にかかる電圧が低いので、強電界ドリフト層６において非選択画素に重なる領域では電子が加速されにくく、強電界ドリフト層６の表面に到達した電子のエネルギが小さいので、発光層２への電子の注入量が少なくなる上、電子によって発光層２が励起されて発光することがほとんどなくなり、結果としてさらにクロストークの問題がなくなる。
【０２２４】
また、非選択画素のうち逆バイアスがかかる非選択画素では、強電界ドリフト層６から発光層２への高エネルギの電子の注入は生じないので、電子によって発光層２が励起されて発光することがほとんどなく、また逆バイアスがかかっていることで電子と正孔との再結合も生じないので、クロストークの問題が発生しない。特に、透明電極３と中間電極５との間に印加する電圧を発光層２での注入キャリアの再結合による発光開始電圧と同等かそれよりも小さくしておけば、さらにクロストーク防止の効果が高い。
【０２２５】
また、中間電極５と裏面電極４との間に印加する印加電圧、透明電極３と中間電極５との間に印加する印加電圧を調整することで、発光層２へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層２を発光させるために適当なエネルギの電子を利用して発光層２を発光させることができ、良好な発光特性が得られる
また、透明電極３と中間電極５と裏面電極４と強電界ドリフト層６とで発光層２に流れる電流が制御されるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を設けることなく、発光層２に中間電極５および強電界ドリフト層６を積層した構造とすることでクロストークを防止することができるので、発光層２の画素の開口率の低下を防止することができる。
【０２２６】
また、透明電極３と中間電極５と裏面電極４と強電界ドリフト層６とで発光層２に流れる電流を制御できクロストークを防止することができ、中間電極５および強電界ドリフト層６は発光層２に積層されるものであるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を別途に設ける必要がなく、構造が単純で、強電界ドリフト層６を設けない場合と同じデザインルールで形成できるので、作製プロセスが容易である。
【０２２７】
しかも、強電界ドリフト層６は、隣り合う中間電極５間（隣り合う透明電極３間の領域に重なる部位の上）および隣り合う裏面電極４間の領域に重なる部位の上に絶縁層１７が、隣り合う裏面電極４間の領域に重なる部位の下に絶縁層７がそれぞれ設けられているので、基板１あるいは裏面電極４から強電界ドリフト層６を通って中間電極５へ、あるいはさらに裏面電極４から強電界ドリフト層６、発光層２を通って透明電極３へリーク電流が流れるのを防ぐことができ、さらに高効率な固体発光デバイスを実現することができる。
【０２２８】
なお、透明電極３、強電界ドリフト層６、発光層２の材料および形成方法はそれぞれ実施形態１で説明した種々の材料および形成方法の中からそれぞれ適宜選択すればよい。また、絶縁層７，１７の材料、厚み、形成方法も上記のものに限定されない。
【０２２９】
以下、上述の固体発光デバイスの製造方法について簡単に説明する。
【０２３０】
まず、ｐ形シリコン基板からなる基板１の上記一表面上に所定膜厚（例えば、０．５μｍ）のシリコン酸化膜を形成した後、裏面電極４を配設するための領域をエッチング除去することでパターニングされたシリコン酸化膜からなる絶縁層７を形成する。なお、隣り合う裏面電極４間の高濃度のｐ形不純物層８は予め形成してある。
【０２３１】
次に、絶縁層７をマスクとして基板１の上記一表面側に複数のｎ形拡散層からなる裏面電極４を列設する。
【０２３２】
次に、基板１の上記一表面側の全面に所定膜厚（例えば、１．５μｍ）のノンドープの多結晶シリコン層を例えばプラズマＣＶＤ法により堆積する。
【０２３３】
その後、例えば、フッ化水素水溶液とエタノールとを所定混合比（例えば、１：１）で混合した混合液の入った陽極酸化処理槽を利用し、裏面電極４を正極、白金（Ｐｔ）からなる対向電極を負極として、多結晶シリコン層に光照射を行いながら所定の電流密度で所定の時間だけ陽極酸化処理を行うことによって、多結晶シリコン層のうち裏面電極４にほぼ重なる領域に所定厚さの多孔質多結晶シリコン層を形成する。多孔質多結晶シリコン層を形成した後（つまり、多結晶シリコン層の一部を多孔質化した後）、乾燥酸素ガス中でランプアニール装置を用いた急速加熱法で多孔質多結晶シリコン層を酸化することにより、酸化した多孔質多結晶シリコン層からなる多孔質半導体層６ａが形成される。ここに、多孔質半導体層６ａは、上述のように、基板１の上記一表面に略直交する柱状の結晶グレインと、結晶グレインの表面に形成された薄いシリコン酸化膜と、結晶グレインの間に介在するナノオーダサイズの微結晶シリコンと、微結晶シリコンの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とで構成されている。また、多結晶シリコン層のうち上述の陽極酸化処理にて多孔質化されなかった部分が半導体層６ｂとなる。
【０２３４】
続いて、強電界ドリフト層６上に所定膜厚（例えば、０．５μｍ）のシリコン酸化膜をＰＣＶＤ法により形成した後、中間電極５を配設する領域および裏面電極４を配設した領域のシリコン酸化膜を除去することによりシリコン酸化膜からなる絶縁層１７を形成する。その後、膜厚が１０ｎｍの金薄膜よりなる複数の中間電極５をシャドウマスク法を用いたスパッタ法によって裏面電極４と交差する方向に形成する。
【０２３５】
続いて、基板１の上記一表面側の全面に、つまり、全ての中間電極５および絶縁層１７を覆うように、発光層２として、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を例えば真空蒸着法により所定膜厚（例えば、０．５μｍ）だけ堆積させる。
【０２３６】
発光層２を形成した後、発光層２上に、ＩＴＯからなる透明電極３を、裏面電極４に交差する方向に列設されるように、例えばシャドウマスク法を用いたスパッタ法によって所定膜厚（例えば、１μｍ）だけ堆積させる。
【０２３７】
その後、パッド電極１４，１５を形成することにより、本実施形態の固体発光デバイスが形成される。
【０２３８】
（実施例８）
実施形態８にて説明した固体発光デバイスの製造方法で以下の条件により固体発光デバイスを作成した。
【０２３９】
基板１としては、ｐ形シリコン基板を用いた。基板１の上記一表面側に列設された複数のｎ形拡散層からなる裏面電極４は、基板１の上記一表面上の絶縁層７をパターニングした後に形成した。
【０２４０】
半導体層としては、膜厚が１．５μｍの多結晶シリコン層を採用し、多結晶シリコン層の成膜は、ＬＰＣＶＤ法により行った。
【０２４１】
多孔質半導体層６ａを形成するための多結晶シリコン層の一部の多孔質化は陽極酸化により行った。陽極酸化では電解液として、５５ｗ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを略１：１で混合し５℃に冷却した電解液を用いた。陽極酸化は、電解液中に白金電極よりなる対向電極を浸し、５００Ｗのタングステンランプを用いて多結晶シリコン層に一定の光パワーで光照射を行いながら、裏面電極４を正極、対向電極を負極として、所定の電流を流した。ここに、陽極酸化期間における電流密度は２５ｍＡ／ｃｍ2で一定とし、陽極酸化時間は６秒とした。この陽極酸化により、半導体層６ｂのうち裏面電極４にほぼ重なる部分の表面側が多孔質化され、略０．５μｍの多孔質多結晶シリコン層が形成された。
【０２４２】
さらに、多孔質多結晶シリコン層の酸化は、乾燥酸素ガス中でランプアニール装置を用いた急速加熱法で行った。酸化の条件は、酸化温度を９００℃、酸化時間を１時間、酸化温度までの昇温時間を１分とした。このような条件で多孔質多結晶シリコン層を酸化することにより、表面が薄いシリコン酸化膜で覆われたナノオーダサイズの微結晶シリコンと柱状の結晶グレインとからなる多孔質半導体層６ａを形成した。
【０２４３】
絶縁層１７は、強電界ドリフト層６上にＰＣＶＤ法で堆積したシリコン酸化膜をパターニングすることにより形成した。
【０２４４】
中間電極５は、膜厚が１０ｎｍの金薄膜をシャドウマスク法を用いたスパッタ法により形成した。
【０２４５】
発光層２としては、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を真空蒸着法にて堆積させた。ここに、有機薄膜からなる発光層２の厚さは、略０．５μｍとした。
【０２４６】
発光層２上に裏面電極４に交差する方向に列設される複数の透明電極３としては、ＩＴＯを用い、透明電極３は、シャドウマスク法を用いたスパッタ法によって堆積した。ここに、透明電極３の厚さは略１μｍとした。
【０２４７】
上述の条件で作成した固体発光デバイスのそれぞれ選択した中間電極５と裏面電極４との間に中間電極５が裏面電極４に対して正極となるように電圧を印加するとともに、透明電極３と中間電極５との間に透明電極３が正極となるように数ボルトの電圧を印加したところ、発光層２のうち選択した中間電極５と裏面電極４と透明電極３との交差した領域（選択画素）のみから発光が観測され、クロストークのない動作を確認することができた。
【０２４８】
また、本実施例の固体発光デバイスでは、中間電極５と裏面電極４との間に印加する印加電圧および透明電極３と中間電極５との間に印加する印加電圧を変化させることによって発光層２へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層２を当該発光層２の構成材料の発光に最適なエネルギで発光させることができ、より良好な発光特性を得ることができた。
【０２４９】
ところで、上記各実施形態の固体発光デバイスにおいて、発光層２の強電界ドリフト層６とは反対側、つまり、発光層２と透明電極３との間に正孔輸送層を設ければ、透明電極３から発光層２への正孔の注入がより起こりやすくなるので、強電界ドリフト層６から発光層２へ注入された電子の再結合確率が高くなり、発光層２の発光量および発光効率の向上が可能になるとともに、発光層２の発光に必要な電圧の低減が可能となる。また、正孔輸送層を設けたことにより、発光層２自身のダイオード特性が顕著になるので、逆バイアス電流が流れ難くなり、クロストークを防ぐ効果も大きくなる。
【０２５０】
ここにおいて、正孔輸送層は、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）などの金属フタロシアニンや無金属フタロシアニン（Ｈ２Ｐｃ）といったフタロシアニン系材料、ＴＰＡＣ、２Ｍｅ−ＴＰＤ、α−ＮＰＤ、ＴＰＴＥ、ＭＴＤＡＴＡ、ＦＴＰＤ、ＯＴＰＡＣといった芳香族アミン系材料などを１層あるいは複数層積層したものを用いればよい。
【０２５１】
正孔輸送層の膜厚は、１０ｎｍ〜１０μｍの範囲で適宜設定すればよく、正孔輸送層の形成には、真空蒸着法などのＰＶＤ法や湿式塗工などの方法を適宜選択すればよい。
【０２５２】
また、上記各実施形態の固体発光デバイスにおいて、発光層２の強電界ドリフト層６側、つまり、発光層２と強電界ドリフト層６の多孔質半導体層６ａとの間に電子輸送層を設ければ、強電界ドリフト層６から発光層２への電子の注入が起こりやすくなるので、発光層２の発光量および発光効率の向上が可能になるとともに、発光に必要な電圧の低減が可能となる。また、電子輸送層を設けたことにより、発光層２自身のダイオード特性が顕著になるので、逆バイアス電流が流れ難くなり、クロストークを防ぐ効果も大きくなる。
【０２５３】
ここにおいて、電子輸送層としては、例えばＡｌｑ３などを用いればよい。
【０２５４】
電子輸送層の膜厚は、５ｎｍ〜１０μｍの範囲で適宜設定すればよく、電子輸送層の形成には、真空蒸着法などのＰＶＤ法や湿式塗工などの方法を適宜選択すればよい。
【０２５５】
【発明の効果】
請求項１の発明は、発光層と、発光層の前面上に列設された複数の透明電極と、発光層の裏面側において透明電極に交差する方向に列設された複数の裏面電極と、少なくとも透明電極と裏面電極との交差する領域で発光層の裏面上に積層され透明電極と裏面電極との間に透明電極を正極として電圧を印加したときに裏面電極から注入された電子がドリフトして発光層を発光させるための電子を発光層へ供給する強電界ドリフト層とを備え、前記強電界ドリフト層は、半導体層からなり、少なくとも透明電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分が、多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有する多孔質半導体層からなるものであり、裏面電極に対して透明電極が正極となるように電圧を印加すると、裏面電極から強電界ドリフト層へ電子が注入されるが、強電界ドリフト層のうち少なくとも透明電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分は多孔質半導体層からなっており、当該多孔質半導体層は多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有するので、注入された電子は強電界ドリフト層の微結晶シリコン中でほとんど散乱されることなく微結晶シリコン間を多重トンネルしながら強電界ドリフト層に印加された電圧で加速され、最終的に高いエネルギに励起されて強電界ドリフト層の表面に到達して高エネルギの電子がそのまま発光層中に注入されて発光層を励起したり、透明電極から注入された正孔と再結合したり、透明電極に印加された電圧でさらに加速され高エネルギとなった電子によって発光層が励起されることで発光層が発光し、発光層で発光した光は、透明電極を通して外部へ取り出される。ここにおいて、強電界ドリフト層中に流れる電流はトンネル現象で流れ、その電流電圧特性はファウラ−ノルドハイムプロットにほぼ乗るような極めて高い非線形性を持つので、透明電極と裏面電極との間に印加する印加電圧が半分になれば強電界ドリフト層に流れる電流は数桁も減少し、発光層では、それぞれ選択した透明電極および裏面電極の交差する領域である選択画素にかかる電圧に比べて、選択画素を除いた透明電極および裏面電極のいずれか一方のみに重なる非選択画素にかかる電圧が十分に小さいので、非選択画素にはほとんど電流が流れず、非選択画素はほとんど発光しないから、クロストークの問題がないという効果がある。また、非選択画素では、当該非選択画素にかかる電圧が低いので、強電界ドリフト層において非選択画素に重なる領域では電子が加速されにくく、強電界ドリフト層の表面に到達した電子のエネルギが小さいので、発光層への電子の注入量が少なくなる上、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなくなり、結果としてさらにクロストークの問題がなくなるという効果がある。また、非選択画素のうち逆バイアスがかかる非選択画素では、強電界ドリフト層から発光層への高エネルギの電子の注入は生じないので、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなく、また逆バイアスがかかっていることで電子と正孔との再結合も生じないので、クロストークの問題が発生しないという効果がある。また、透明電極と裏面電極との間に印加する印加電圧を調整することで、発光層へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層を発光させるために適当なエネルギの電子を利用して発光層を発光させることができ、良好な発光特性が得られる。また、透明電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流が制御されるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子をクロストークを防止するために別途に設けることなく、発光層に強電界ドリフト層を積層することでクロストークを防止することができるので、画素の開口率の低下を防止することができるという効果がある。また、透明電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流を制御できクロストークを防止することができ、強電界ドリフト層は発光層に積層されるものであるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を別途に設ける必要がなく、構造が単純で、強電界ドリフト層を設けない場合と同じデザインルールで形成できるので、作製プロセスが容易であるという効果がある。
【０２５６】
請求項２の発明は、発光層と、発光層の前面上に設けられた透明電極と、発光層の裏面上に列設された複数の中間電極と、発光層の裏面側において中間電極に交差する方向に列設された複数の裏面電極と、少なくとも中間電極と裏面電極との交差する領域で発光層の裏面側に積層され中間電極と裏面電極との間に中間電極を正極として電圧を印加したときに裏面電極から注入された電子がドリフトして発光層を発光させるための電子を発光層へ供給する強電界ドリフト層とを備え、前記強電界ドリフト層は、半導体層からなり、少なくとも中間電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分が、多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有する多孔質半導体層からなるものであり、裏面電極に対して中間電極が正極となるように電圧を印加すると、裏面電極から強電界ドリフト層へ電子が注入されるが、強電界ドリフト層のうち少なくとも中間電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分は多孔質半導体層からなっており、当該多孔質半導体層は多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有するので、注入された電子は強電界ドリフト層の微結晶シリコン中でほとんど散乱されることなく微結晶シリコン間を多重トンネルしながら強電界ドリフト層に印加された電圧で加速され、最終的に高いエネルギに励起されて強電界ドリフト層の表面に到達するから、中間電極の厚みを電子の平均自由行程以下の厚みに形成しておけば、強電界ドリフト層の表面に到達した高エネルギの電子がエネルギをほとんど失うことなく中間電極をトンネルして発光層中に注入されて発光層を励起したり、透明電極を中間電極に対して正極として電圧を印加することで透明電極から注入された正孔と再結合したり、透明電極に印加された電圧でさらに加速され高エネルギとなった電子によって発光層が励起されることで発光層が発光し、発光層で発光した光は、透明電極を通して外部へ取り出される。ここにおいて、強電界ドリフト層中に流れる電流はトンネル現象で流れ、その電流電圧特性はファウラ−ノルドハイムプロットにほぼ乗るような極めて高い非線形性を持つので、中間電極と裏面電極との間に印加する印加電圧が半分になれば強電界ドリフト層に流れる電流は数桁も減少し、発光層では、それぞれ選択した中間電極および裏面電極の交差する領域である選択画素にかかる電圧に比べて、選択画素を除いた中間電極および裏面電極のいずれか一方のみに重なる非選択画素にかかる電圧が十分に小さいので、非選択画素にはほとんど電流が流れず、非選択画素はほとんど発光しないから、クロストークの問題がないという効果がある。また、非選択画素では、当該非選択画素にかかる電圧が低いので、強電界ドリフト層において非選択画素に重なる領域では電子が加速されにくく、強電界ドリフト層の表面に到達した電子のエネルギが小さいので、発光層への電子の注入量が少なくなる上、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなくなり、結果としてさらにクロストークの問題がなくなるという効果がある。また、非選択画素のうち逆バイアスがかかる非選択画素では、強電界ドリフト層から発光層への高エネルギの電子の注入は生じないので、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなく、また逆バイアスがかかっていることで電子と正孔との再結合も生じないので、クロストークの問題が発生しないという効果がある。特に、透明電極と中間電極との間に印加する電圧を発光層での注入キャリアの再結合による発光開始電圧と同等かそれよりも小さくしておけば、さらにクロストーク防止の効果が高い。また、中間電極と裏面電極との間に印加する印加電圧、透明電極と中間電極との間に印加する印加電圧を調整することで、発光層へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層を発光させるために適当なエネルギの電子を利用して発光層を発光させることができ、良好な発光特性が得られるという効果がある。また、透明電極と中間電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流が制御されるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を設けることなく、発光層に中間電極および強電界ドリフト層を積層した構造とすることでクロストークを防止することができるので、画素の開口率の低下を防止することができるという効果がある。また、透明電極と中間電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流を制御できるとともにクロストークを防止することができ、中間電極および強電界ドリフト層は発光層に積層されるものであるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を別途に設ける必要がなく、構造が単純で、強電界ドリフト層を設けない場合と同じデザインルールで形成できるので、作製プロセスが容易であるという効果がある。
【０２５７】
請求項３の発明は、発光層と、発光層の前面側に列設された複数の透明電極と、発光層の裏面側において透明電極に交差する方向に列設された複数の裏面電極と、少なくとも透明電極と裏面電極との交差する領域で発光層の裏面上に積層され透明電極と裏面電極との間に透明電極を正極として電圧を印加したときに裏面電極から注入された電子がドリフトして発光層を発光させるための電子を発光層へ供給する強電界ドリフト層とを備え、前記強電界ドリフト層は、半導体層からなり、少なくとも透明電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分が、多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有する多孔質半導体層であり、発光層と透明電極との間には、正孔輸送層が積層されてなるものであり、裏面電極に対して透明電極が正極となるように電圧を印加すると、裏面電極から強電界ドリフト層へ電子が注入されるが、強電界ドリフト層のうち少なくとも透明電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分は多孔質半導体層からなっており、当該多孔質半導体層は多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有するので、注入された電子は強電界ドリフト層の微結晶シリコン中でほとんど散乱されることなく微結晶シリコン間を多重トンネルしながら強電界ドリフト層に印加された電圧で加速され、最終的に高いエネルギに励起されて強電界ドリフト層の表面に到達して高エネルギの電子がそのまま発光層中に注入されて発光層を励起したり、透明電極から正孔輸送層を通して注入された正孔と再結合したり、透明電極に印加された電圧でさらに加速され高エネルギとなった電子によって発光層が励起されることで発光層が発光し、発光層で発光した光は、透明電極を通して外部へ取り出される。ここにおいて、透明電極と発光層との間に正孔輸送層を設けたことにより、透明電極から発光層への正孔の注入が起こりやすくなるので、強電界ドリフト層から発光層へ注入された電子の再結合確率が高くなり、発光層の発光量および発光効率の向上が可能になるとともに、発光に必要な電圧の低減が可能となるという効果がある。また、正孔輸送層を設けたことにより、発光層自身のダイオード特性が顕著になるので、逆バイアス電流が流れ難くなり、クロストークを防ぐ効果も大きくなるという効果がある。また、強電界ドリフト層中に流れる電流はトンネル現象で流れ、その電流電圧特性はファウラ−ノルドハイムプロットにほぼ乗るような極めて高い非線形性を持つので、透明電極と裏面電極との間に印加する印加電圧が半分になれば強電界ドリフト層に流れる電流は数桁も減少し、発光層では、それぞれ選択した透明電極および裏面電極の交差する領域である選択画素にかかる電圧に比べて、選択画素を除いた透明電極および裏面電極のいずれか一方のみに重なる非選択画素にかかる電圧が十分に小さいので、非選択画素にはほとんど電流が流れず、非選択画素はほとんど発光しないから、クロストークの問題がないという効果がある。また、非選択画素では、当該非選択画素にかかる電圧が低いので、強電界ドリフト層において非選択画素に重なる領域では電子が加速されにくく、強電界ドリフト層の表面に到達した電子のエネルギが小さいので、発光層への電子の注入量が少なくなる上、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなくなり、結果としてさらにクロストークの問題がなくなるという効果がある。また、非選択画素のうち逆バイアスがかかる非選択画素では、強電界ドリフト層から発光層への高エネルギの電子の注入は生じないので、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなく、また逆バイアスがかかっていることで電子と正孔との再結合も生じないので、クロストークの問題が発生しないという効果がある。また、透明電極と裏面電極との間に印加する印加電圧を調整することで、発光層へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層を発光させるために適当なエネルギの電子を利用して発光層を発光させることができ、良好な発光特性が得られるという効果がある。また、透明電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流が制御されるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子をクロストークを防止するために別途に設けることなく、発光層に強電界ドリフト層を積層することでクロストークを防止することができるので、画素の開口率の低下を防止することができるという効果がある。また、透明電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流を制御できるとともにクロストークを防止することができ、強電界ドリフト層は発光層に積層されるものであるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を別途に設ける必要がなく、構造が単純で、強電界ドリフト層を設けない場合と同じデザインルールで形成できるので、作製プロセスが容易であるという効果がある。
【０２５８】
請求項４の発明は、発光層と、発光層の前面側に設けられた透明電極と、発光層の裏面上に列設された複数の中間電極と、発光層の裏面側において中間電極に交差する方向に列設された複数の裏面電極と、少なくとも中間電極と裏面電極との交差する領域で発光層の裏面側に積層され中間電極と裏面電極との間に中間電極を正極として電圧を印加したときに裏面電極から注入された電子がドリフトして発光層を発光させるための電子を発光層へ供給する強電界ドリフト層とを備え、前記強電界ドリフト層は、半導体層からなり、少なくとも中間電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分が、多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有する多孔質半導体層であり、発光層と透明電極との間には、正孔輸送層が積層されてなるものであり、裏面電極に対して中間電極が正極となるように電圧を印加すると、裏面電極から強電界ドリフト層へ電子が注入されるが、強電界ドリフト層のうち少なくとも中間電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分は多孔質半導体層からなっており、当該多孔質半導体層は多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有するので、注入された電子は強電界ドリフト層の微結晶シリコン中でほとんど散乱されることなく微結晶シリコン間を多重トンネルしながら強電界ドリフト層に印加された電圧で加速され、最終的に高いエネルギに励起されて強電界ドリフト層の表面に到達するから、中間電極の厚みを電子の平均自由行程以下の厚みに形成しておけば、強電界ドリフト層の表面に到達した高エネルギの電子がエネルギをほとんど失うことなく中間電極をトンネルして発光層中に注入されて発光層を励起したり、透明電極を中間電極に対して正極として電圧を印加することで透明電極から注入された正孔と再結合したり、透明電極に印加された電圧でさらに加速され高エネルギとなった電子によって発光層が励起されることで発光層が発光し、発光層で発光した光は、透明電極を通して外部へ取り出される。ここにおいて、透明電極と発光層との間に正孔輸送層を設けたことにより、透明電極から発光層への正孔の注入が起こりやすくなるので、強電界ドリフト層から発光層へ注入された電子の再結合確率が高くなり、発光層の発光量および発光効率の向上が可能になるとともに、発光に必要な電圧の低減が可能となるという効果がある。また、正孔輸送層を設けたことにより、発光層自身のダイオード特性が顕著になるので、逆バイアス電流が流れ難くなり、クロストークを防ぐ効果も大きくなるという効果がある。また、強電界ドリフト層中に流れる電流はトンネル現象で流れ、その電流電圧特性はファウラ−ノルドハイムプロットにほぼ乗るような極めて高い非線形性を持つので、中間電極と裏面電極との間に印加する印加電圧が半分になれば強電界ドリフト層に流れる電流は数桁も減少し、発光層では、それぞれ選択した中間電極および裏面電極の交差する領域である選択画素にかかる電圧に比べて、選択画素を除いた中間電極および裏面電極のいずれか一方のみに重なる非選択画素にかかる電圧が十分に小さいので、非選択画素にはほとんど電流が流れず、非選択画素はほとんど発光しないから、クロストークの問題がないという効果がある。また、非選択画素では、当該非選択画素にかかる電圧が低いので、強電界ドリフト層において非選択画素に重なる領域では電子が加速されにくく、強電界ドリフト層の表面に到達した電子のエネルギが小さいので、発光層への電子の注入量が少なくなる上、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなくなり、結果としてさらにクロストークの問題がなくなるという効果がある。また、非選択画素のうち逆バイアスがかかる非選択画素では、強電界ドリフト層から発光層への高エネルギの電子の注入は生じないので、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなく、また逆バイアスがかかっていることで電子と正孔との再結合も生じないので、クロストークの問題が発生しないという効果がある。特に、透明電極と中間電極との間に印加する電圧を発光層での注入キャリアの再結合による発光開始電圧と同等かそれよりも小さくしておけば、さらにクロストーク防止の効果が高いという効果がある。また、中間電極と裏面電極との間に印加する印加電圧、透明電極と中間電極との間に印加する印加電圧を調整することで、発光層へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層材料を発光させるために適当なエネルギの電子を利用して発光層を発光させることができ、良好な発光特性が得られるという効果がある。また、透明電極と中間電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流が制御されるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を設けることなく、発光層に中間電極および強電界ドリフト層を積層した構造とすることでクロストークを防止することができるので、画素の開口率の低下を防止することができるという効果がある。また、透明電極と中間電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流を制御できるとともにクロストークを防止することができ、中間電極および強電界ドリフト層は発光層に積層されるものであるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を別途に設ける必要がなく、構造が単純で、強電界ドリフト層を設けない場合と同じデザインルールで形成できるので、作製プロセスが容易であるという効果がある。
【０２５９】
請求項５の発明は、発光層と、発光層の前面上に列設された複数の透明電極と、発光層の裏面側において透明電極に交差する方向に列設された複数の裏面電極と、少なくとも透明電極と裏面電極との交差する領域で発光層の裏面側に積層され透明電極と裏面電極との間に透明電極を正極として電圧を印加したときに裏面電極から注入された電子がドリフトして発光層を発光させるための電子を発光層へ供給する強電界ドリフト層とを備え、前記強電界ドリフト層は、半導体層からなり、少なくとも透明電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分が、多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有する多孔質半導体層であり、発光層と前記強電界ドリフト層との間には、電子輸送層が積層されてなるものであり、裏面電極に対して透明電極が正極となるように電圧を印加すると、裏面電極から強電界ドリフト層へ電子が注入されるが、強電界ドリフト層のうち少なくとも透明電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分は多孔質半導体層からなっており、当該多孔質半導体層は多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有するので、注入された電子は強電界ドリフト層の微結晶シリコン中でほとんど散乱されることなく微結晶シリコン間を多重トンネルしながら強電界ドリフト層に印加された電圧で加速され、最終的に高いエネルギに励起されて強電界ドリフト層の表面に到達して高エネルギの電子がそのまま発光層中に注入されて発光層を励起したり、透明電極から正孔輸送層を通して注入された正孔と再結合したり、透明電極に印加された電圧でさらに加速され高エネルギとなった電子によって発光層が励起されることで発光層が発光し、発光層で発光した光は、透明電極を通して外部へ取り出される。ここにおいて、発光層と強電界ドリフト層との間に電子輸送層を設けたことにより、強電界ドリフト層から発光層への電子の注入が起こりやすくなるので、発光層の発光量および発光効率の向上が可能になるとともに、発光に必要な電圧の低減が可能となるという効果がある。また、電子輸送層を設けたことにより、発光層自身のダイオード特性が顕著になるので、逆バイアス電流が流れ難くなり、クロストークを防ぐ効果も大きくなるという効果がある。また、強電界ドリフト層中に流れる電流はトンネル現象で流れ、その電流電圧特性はファウラ−ノルドハイムプロットにほぼ乗るような極めて高い非線形性を持つので、透明電極と裏面電極との間に印加する印加電圧が半分になれば強電界ドリフト層に流れる電流は数桁も減少し、発光層では、それぞれ選択した透明電極および裏面電極の交差する領域である選択画素にかかる電圧に比べて、選択画素を除いた透明電極および裏面電極のいずれか一方のみに重なる非選択画素にかかる電圧が十分に小さいので、非選択画素にはほとんど電流が流れず、非選択画素はほとんど発光しないから、クロストークの問題がないという効果がある。また、非選択画素では、当該非選択画素にかかる電圧が低いので、強電界ドリフト層において非選択画素に重なる領域では電子が加速されにくく、強電界ドリフト層の表面に到達した電子のエネルギが小さいので、発光層への電子の注入量が少なくなる上、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなくなり、結果としてさらにクロストークの問題がなくなるという効果がある。また、非選択画素のうち逆バイアスがかかる非選択画素では、強電界ドリフト層から発光層への高エネルギの電子の注入は生じないので、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなく、また逆バイアスがかかっていることで電子と正孔との再結合も生じないので、クロストークの問題が発生しないという効果がある。また、透明電極と裏面電極との間に印加する印加電圧を調整することで、発光層へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層を発光させるために適当なエネルギの電子を利用して発光層を発光させることができ、良好な発光特性が得られる。また、透明電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流が制御されるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子をクロストークを防止するために別途に設けることなく、発光層に強電界ドリフト層を積層することでクロストークを防止することができるので、画素の開口率の低下を防止することができるという効果がある。また、透明電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流を制御できるとともにクロストークを防止することができ、強電界ドリフト層は発光層に積層されるものであるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を別途に設ける必要がなく、構造が単純で、強電界ドリフト層を設けない場合と同じデザインルールで形成できるので、作製プロセスが容易であるという効果がある。
【０２６０】
請求項６の発明は、発光層と、発光層の前面上に設けられた透明電極と、発光層の裏面に列設された複数の中間電極と、発光層の裏面側において中間電極に交差する方向に列設された複数の裏面電極と、少なくとも中間電極と裏面電極との交差する領域で発光層の裏面側に積層され中間電極と裏面電極との間に中間電極を正極として電圧を印加したときに裏面電極から注入された電子がドリフトして発光層を発光させるための電子を発光層へ供給する強電界ドリフト層とを備え、前記強電界ドリフト層は、半導体層からなり、少なくとも中間電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分が、多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有する多孔質半導体層であり、発光層と前記強電界ドリフト層との間には、電子輸送層が積層されてなるものであり、裏面電極に対して中間電極が正極となるように電圧を印加すると、裏面電極から強電界ドリフト層へ電子が注入されるが、強電界ドリフト層のうち少なくとも中間電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分は多孔質半導体層からなっており、当該多孔質半導体層は多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有するので、注入された電子は強電界ドリフト層の微結晶シリコン中でほとんど散乱されることなく微結晶シリコン間を多重トンネルしながら強電界ドリフト層に印加された電圧で加速され、最終的に高いエネルギに励起されて強電界ドリフト層の表面に到達するから、中間電極の厚みを電子の平均自由行程以下の厚みに形成しておけば、強電界ドリフト層の表面に到達した高エネルギの電子がエネルギをほとんど失うことなく中間電極をトンネルして発光層中に注入されて発光層を励起したり、透明電極を中間電極に対して正極として電圧を印加することで透明電極から注入された正孔と再結合したり、透明電極に印加された電圧でさらに加速され高エネルギとなった電子によって発光層が励起されることで発光層が発光し、発光層で発光した光は、透明電極を通して外部へ取り出される。ここにおいて、発光層と強電界ドリフト層との間に電子輸送層を設けたことにより、強電界ドリフト層から発光層への電子の注入が起こりやすくなるので、発光層の発光量および発光効率の向上が可能になるとともに、発光に必要な電圧の低減が可能となるという効果がある。また、電子輸送層を設けたことにより、発光層自身のダイオード特性が顕著になるので、逆バイアス電流が流れ難くなり、クロストークを防ぐ効果も大きくなるという効果がある。また、強電界ドリフト層中に流れる電流はトンネル現象で流れ、その電流電圧特性はファウラ−ノルドハイムプロットにほぼ乗るような極めて高い非線形性を持つので、中間電極と裏面電極との間に印加する印加電圧が半分になれば強電界ドリフト層に流れる電流は数桁も減少し、発光層では、それぞれ選択した中間電極および裏面電極の交差する領域である選択画素にかかる電圧に比べて、選択画素を除いた中間電極および裏面電極のいずれか一方のみに重なる非選択画素にかかる電圧が十分に小さいので、非選択画素にはほとんど電流が流れず、非選択画素はほとんど発光しないから、クロストークの問題がないという効果がある。また、非選択画素では、当該非選択画素にかかる電圧が低いので、強電界ドリフト層において非選択画素に重なる領域では電子が加速されにくく、強電界ドリフト層の表面に到達した電子のエネルギが小さいので、発光層への電子の注入量が少なくなる上、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなくなり、結果としてさらにクロストークの問題がなくなるという効果がある。また、非選択画素のうち逆バイアスがかかる非選択画素では、強電界ドリフト層から発光層への高エネルギの電子の注入は生じないので、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなく、また逆バイアスがかかっていることで電子と正孔との再結合も生じないので、クロストークの問題が発生しないという効果がある。特に、透明電極と中間電極との間に印加する電圧を発光層での注入キャリアの再結合による発光開始電圧と同等かそれよりも小さくしておけば、さらにクロストーク防止の効果が高いという効果がある。また、中間電極と裏面電極との間に印加する印加電圧、透明電極と中間電極との間に印加する印加電圧を調整することで、発光層へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層を発光させるために適当なエネルギの電子を利用して発光層を発光させることができ、良好な発光特性が得られる。また、透明電極と中間電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流が制御されるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を設けることなく、発光層に中間電極および強電界ドリフト層を積層した構造とすることでクロストークを防止することができるので、画素の開口率の低下を防止することができるという効果がある。また、透明電極と中間電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流を制御できるとともにクロストークを防止することができ、中間電極および強電界ドリフト層は発光層に積層されるものであるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を別途に設ける必要がなく、構造が単純で、強電界ドリフト層を設けない場合と同じデザインルールで形成できるので、作製プロセスが容易であるという効果がある。
【０２６１】
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６の発明において、前記強電界ドリフト層は、隣り合う裏面電極間の領域に重なる部位の前部と後部との少なくとも一方に絶縁層が設けられているので、前記強電界ドリフト層のうち隣り合う裏面電極間の領域に重なる部位を通って透明電極へリーク電流が流れるのを防ぐことができ、発光効率を高めることができるという効果がある。
【０２６２】
請求項８の発明は、請求項１ないし請求項７の発明において、前記強電界ドリフト層は、隣り合う透明電極間の領域に重なる部位上に絶縁層が設けられているので、前記強電界ドリフト層のうち隣り合う透明電極間の領域に重なる部位を通って透明電極へリーク電流が流れるのを防ぐことができ、発光効率を高めることができるという効果がある。
【０２６３】
請求項９の発明は、請求項２または請求項４または請求項６の発明において、前記強電界ドリフト層は、隣り合う中間電極間の領域に重なる部位上に絶縁層が設けられているので、前記強電界ドリフト層のうち隣り合う中間電極間の領域に重なる部位を通って透明電極へリーク電流が流れるのを防ぐことができ、発光効率を高めることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１を示す一部破断した斜視図である。
【図２】同上の分解斜視図である。
【図３】実施形態２示す分解斜視図である。
【図４】実施形態３を示す一部破断した斜視図である。
【図５】同上の分解斜視図である。
【図６】実施形態４を示す分解斜視図である。
【図７】実施形態５を示す一部破断した斜視図である。
【図８】実施形態６を示す一部破断した斜視図である。
【図９】実施形態７を示す一部破断した斜視図である。
【図１０】実施形態８を示す一部破断した斜視図である。
【図１１】従来例の動作説明図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ 発光層
３ 透明電極
４ 裏面電極
６ 強電界ドリフト層
６ａ 多孔質半導体層
６ｂ 半導体層
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体発光デバイスに関し、特に、電子の注入によって発光するエレクトロルミネッセンスデバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
発光デバイスは、情報機器などのディスプレイや表示装置、照明などに幅広く用いられている。ここに、ディスプレイや表示装置に用いられる発光デバイスは、表示品質で有利な自発光型のディスプレイや表示装置を実現する上で非常に重要なデバイスである。特に、真空やガスを用いない固体の発光デバイス（以下、固体発光デバイスと称す）は、薄型化および軽量化に有利な上、耐環境性や信頼性に優れており、各所で盛んに研究、開発が行われている。
【０００３】
ところで、固体発光デバイスには、発光層を高エネルギの電子によって励起することで発光を得る電界励起型エレクトロルミネッセンス（真性ＥＬ）と、発光ダイオード（ＬＥＤ）として知られ発光層に注入された電子と正孔との再結合によって発光を得るキャリア注入型のＥＬとがある。
【０００４】
平面薄型用のディスプレイ（フラットパネルディスプレイ）では、薄型化、軽量化、高精細化、低コスト化を図れる可能性の高い真性ＥＬやキャリア注入型のＥＬの一種である有機ＥＬを用いることが各所で盛んに研究されている。
【０００５】
真性ＥＬ、有機ＥＬは、発光層が透明電極と裏面電極とで挟まれた形となっており、両電極間に電圧を印加することで上述のそれぞれの発光原理で発光層を発光させるようになっている。ドットマトリックス型ディスプレイに用いる場合には、複数の透明電極と複数の裏面電極とを交差する方向に設け、発光層のうちの発光させたい特定領域（以下、選択画素と称す）の両電極間に選択的に電圧を印加することで、特定領域のみを選択的に発光させるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来の固体発光デバイスでは、発光層の電流電圧特性が基本的には抵抗性なので、発光層の選択画素のみが発光するだけでなく、発光層のうち選択した両電極のいずれか一方に重なる画素にリーク電流が流れて当該リーク電流が流れた画素で発光するクロストークが発生してしまうという不具合があった。例えば、図１１に示すように、複数の透明電極３および複数の裏面電極４それぞれから１つずつ選択して裏面電極４に対して透明電極３を正極として直流電圧Ｅを印加した場合、選択画素の抵抗をＲＭ、選択された透明電極３および裏面電極４のいずれか一方のみに重なる画素の抵抗をＲＳ、選択された透明電極３および裏面電極４のいずれにも重ならない画素の抵抗をＲＮとすると、図１１中に一点鎖線で示すように選択画素の抵抗ＲＭを通る電流ＩＭの他に同図中に破線で示すように抵抗ＲＳ，ＲＮを通るリーク電流ＩＬが流れて、抵抗ＲＳの画素でも発光してしまうという不具合があった。また、クロストークによる電流のロスがあるので、大面積化が難しいという不具合もあった。
【０００７】
このような固体発光デバイスでは、クロストークを防ぐために、各画素ごとにダイオードを設けたり、トランジスタからなるスイッチング素子を設けたものがあるが、ダイオードやスイッチング素子を設けるための領域が必要なので、実際に発光に寄与する部分の割合（画素の開口率）が小さくなったり、素子構造が複雑で製造プロセスが繁雑になってしまうという不具合があった。
【０００８】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、クロストークが少なく且つ画素の開口率の低下を防止できる新規な固体発光デバイスを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、発光層と、発光層の前面上に列設された複数の透明電極と、発光層の裏面側において透明電極に交差する方向に列設された複数の裏面電極と、少なくとも透明電極と裏面電極との交差する領域で発光層の裏面上に積層され透明電極と裏面電極との間に透明電極を正極として電圧を印加したときに裏面電極から注入された電子がドリフトして発光層を発光させるための電子を発光層へ供給する強電界ドリフト層とを備え、前記強電界ドリフト層は、半導体層からなり、少なくとも透明電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分が、多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有する多孔質半導体層からなることを特徴とするものであり、裏面電極に対して透明電極が正極となるように電圧を印加すると、裏面電極から強電界ドリフト層へ電子が注入されるが、強電界ドリフト層のうち少なくとも透明電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分は多孔質半導体層からなっており、当該多孔質半導体層は多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有するので、注入された電子は強電界ドリフト層の微結晶シリコン中でほとんど散乱されることなく微結晶シリコン間を多重トンネルしながら強電界ドリフト層に印加された電圧で加速され、最終的に高いエネルギに励起されて強電界ドリフト層の表面に到達して高エネルギの電子がそのまま発光層中に注入されて発光層を励起したり、透明電極から注入された正孔と再結合したり、透明電極に印加された電圧でさらに加速され高エネルギとなった電子によって発光層が励起されることで発光層が発光し、発光層で発光した光は、透明電極を通して外部へ取り出される。ここにおいて、強電界ドリフト層中に流れる電流はトンネル現象で流れ、その電流電圧特性はファウラ−ノルドハイムプロットにほぼ乗るような極めて高い非線形性を持つので、透明電極と裏面電極との間に印加する印加電圧が半分になれば強電界ドリフト層に流れる電流は数桁も減少し、発光層では、それぞれ選択した透明電極および裏面電極の交差する領域である選択画素にかかる電圧に比べて、選択画素を除いた透明電極および裏面電極のいずれか一方のみに重なる非選択画素にかかる電圧が十分に小さいので、非選択画素にはほとんど電流が流れず、非選択画素はほとんど発光しないから、クロストークの問題がない。また、非選択画素では、当該非選択画素にかかる電圧が低いので、強電界ドリフト層において非選択画素に重なる領域では電子が加速されにくく、強電界ドリフト層の表面に到達した電子のエネルギが小さいので、発光層への電子の注入量が少なくなる上、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなくなり、結果としてさらにクロストークの問題がなくなる。また、非選択画素のうち逆バイアスがかかる非選択画素では、強電界ドリフト層から発光層への高エネルギの電子の注入は生じないので、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなく、また逆バイアスがかかっていることで電子と正孔との再結合も生じないので、クロストークの問題が発生しない。また、透明電極と裏面電極との間に印加する印加電圧を調整することで、発光層へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層を発光させるために適当なエネルギの電子を利用して発光層を発光させることができ、良好な発光特性が得られる。また、透明電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流が制御されるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子をクロストークを防止するために別途に設けることなく、発光層に強電界ドリフト層を積層することでクロストークを防止することができるので、画素の開口率の低下を防止することができる。また、透明電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流を制御できクロストークを防止することができ、強電界ドリフト層は発光層に積層されるものであるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を別途に設ける必要がなく、構造が単純で、強電界ドリフト層を設けない場合と同じデザインルールで形成できるので、作製プロセスが容易である。
【００１０】
請求項２の発明は、発光層と、発光層の前面上に設けられた透明電極と、発光層の裏面上に列設された複数の中間電極と、発光層の裏面側において中間電極に交差する方向に列設された複数の裏面電極と、少なくとも中間電極と裏面電極との交差する領域で発光層の裏面側に積層され中間電極と裏面電極との間に中間電極を正極として電圧を印加したときに裏面電極から注入された電子がドリフトして発光層を発光させるための電子を発光層へ供給する強電界ドリフト層とを備え、前記強電界ドリフト層は、半導体層からなり、少なくとも中間電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分が、多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有する多孔質半導体層からなることを特徴とするものであり、裏面電極に対して中間電極が正極となるように電圧を印加すると、裏面電極から強電界ドリフト層へ電子が注入されるが、強電界ドリフト層のうち少なくとも中間電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分は多孔質半導体層からなっており、当該多孔質半導体層は多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有するので、注入された電子は強電界ドリフト層の微結晶シリコン中でほとんど散乱されることなく微結晶シリコン間を多重トンネルしながら強電界ドリフト層に印加された電圧で加速され、最終的に高いエネルギに励起されて強電界ドリフト層の表面に到達するから、中間電極の厚みを電子の平均自由行程以下の厚みに形成しておけば、強電界ドリフト層の表面に到達した高エネルギの電子がエネルギをほとんど失うことなく中間電極をトンネルして発光層中に注入されて発光層を励起したり、透明電極を中間電極に対して正極として電圧を印加することで透明電極から注入された正孔と再結合したり、透明電極に印加された電圧でさらに加速され高エネルギとなった電子によって発光層が励起されることで発光層が発光し、発光層で発光した光は、透明電極を通して外部へ取り出される。ここにおいて、強電界ドリフト層中に流れる電流はトンネル現象で流れ、その電流電圧特性はファウラ−ノルドハイムプロットにほぼ乗るような極めて高い非線形性を持つので、中間電極と裏面電極との間に印加する印加電圧が半分になれば強電界ドリフト層に流れる電流は数桁も減少し、発光層では、それぞれ選択した中間電極および裏面電極の交差する領域である選択画素にかかる電圧に比べて、選択画素を除いた中間電極および裏面電極のいずれか一方のみに重なる非選択画素にかかる電圧が十分に小さいので、非選択画素にはほとんど電流が流れず、非選択画素はほとんど発光しないから、クロストークの問題がない。また、非選択画素では、当該非選択画素にかかる電圧が低いので、強電界ドリフト層において非選択画素に重なる領域では電子が加速されにくく、強電界ドリフト層の表面に到達した電子のエネルギが小さいので、発光層への電子の注入量が少なくなる上、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなくなり、結果としてさらにクロストークの問題がなくなる。また、非選択画素のうち逆バイアスがかかる非選択画素では、強電界ドリフト層から発光層への高エネルギの電子の注入は生じないので、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなく、また逆バイアスがかかっていることで電子と正孔との再結合も生じないので、クロストークの問題が発生しない。特に、透明電極と中間電極との間に印加する電圧を発光層での注入キャリアの再結合による発光開始電圧と同等かそれよりも小さくしておけば、さらにクロストーク防止の効果が高い。また、中間電極と裏面電極との間に印加する印加電圧、透明電極と中間電極との間に印加する印加電圧を調整することで、発光層へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層を発光させるために適当なエネルギの電子を利用して発光層を発光させることができ、良好な発光特性が得られる。また、透明電極と中間電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流が制御されるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を設けることなく、発光層に中間電極および強電界ドリフト層を積層した構造とすることでクロストークを防止することができるので、画素の開口率の低下を防止することができる。また、透明電極と中間電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流を制御できるとともにクロストークを防止することができ、中間電極および強電界ドリフト層は発光層に積層されるものであるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を別途に設ける必要がなく、構造が単純で、強電界ドリフト層を設けない場合と同じデザインルールで形成できるので、作製プロセスが容易である。
【００１１】
請求項３の発明は、発光層と、発光層の前面側に列設された複数の透明電極と、発光層の裏面側において透明電極に交差する方向に列設された複数の裏面電極と、少なくとも透明電極と裏面電極との交差する領域で発光層の裏面上に積層され透明電極と裏面電極との間に透明電極を正極として電圧を印加したときに裏面電極から注入された電子がドリフトして発光層を発光させるための電子を発光層へ供給する強電界ドリフト層とを備え、前記強電界ドリフト層は、半導体層からなり、少なくとも透明電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分が、多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有する多孔質半導体層であり、発光層と透明電極との間には、正孔輸送層が積層されてなることを特徴とするものであり、裏面電極に対して透明電極が正極となるように電圧を印加すると、裏面電極から強電界ドリフト層へ電子が注入されるが、強電界ドリフト層のうち少なくとも透明電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分は多孔質半導体層からなっており、当該多孔質半導体層は多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有するので、注入された電子は強電界ドリフト層の微結晶シリコン中でほとんど散乱されることなく微結晶シリコン間を多重トンネルしながら強電界ドリフト層に印加された電圧で加速され、最終的に高いエネルギに励起されて強電界ドリフト層の表面に到達して高エネルギの電子がそのまま発光層中に注入されて発光層を励起したり、透明電極から正孔輸送層を通して注入された正孔と再結合したり、透明電極に印加された電圧でさらに加速され高エネルギとなった電子によって発光層が励起されることで発光層が発光し、発光層で発光した光は、透明電極を通して外部へ取り出される。ここにおいて、透明電極と発光層との間に正孔輸送層を設けたことにより、透明電極から発光層への正孔の注入が起こりやすくなるので、強電界ドリフト層から発光層へ注入された電子の再結合確率が高くなり、発光層の発光量および発光効率の向上が可能になるとともに、発光に必要な電圧の低減が可能となる。また、正孔輸送層を設けたことにより、発光層自身のダイオード特性が顕著になるので、逆バイアス電流が流れ難くなり、クロストークを防ぐ効果も大きくなる。また、強電界ドリフト層中に流れる電流はトンネル現象で流れ、その電流電圧特性はファウラ−ノルドハイムプロットにほぼ乗るような極めて高い非線形性を持つので、透明電極と裏面電極との間に印加する印加電圧が半分になれば強電界ドリフト層に流れる電流は数桁も減少し、発光層では、それぞれ選択した透明電極および裏面電極の交差する領域である選択画素にかかる電圧に比べて、選択画素を除いた透明電極および裏面電極のいずれか一方のみに重なる非選択画素にかかる電圧が十分に小さいので、非選択画素にはほとんど電流が流れず、非選択画素はほとんど発光しないから、クロストークの問題がない。また、非選択画素では、当該非選択画素にかかる電圧が低いので、強電界ドリフト層において非選択画素に重なる領域では電子が加速されにくく、強電界ドリフト層の表面に到達した電子のエネルギが小さいので、発光層への電子の注入量が少なくなる上、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなくなり、結果としてさらにクロストークの問題がなくなる。また、非選択画素のうち逆バイアスがかかる非選択画素では、強電界ドリフト層から発光層への高エネルギの電子の注入は生じないので、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなく、また逆バイアスがかかっていることで電子と正孔との再結合も生じないので、クロストークの問題が発生しない。また、透明電極と裏面電極との間に印加する印加電圧を調整することで、発光層へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層材料を発光させるために適当なエネルギの電子を利用して発光層を発光させることができ、良好な発光特性が得られる。また、透明電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流が制御されるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子をクロストークを防止するために別途に設けることなく、発光層に強電界ドリフト層を積層することでクロストークを防止することができるので、画素の開口率の低下を防止することができる。また、透明電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流を制御できるとともにクロストークを防止することができ、強電界ドリフト層は発光層に積層されるものであるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を別途に設ける必要がなく、構造が単純で、強電界ドリフト層を設けない場合と同じデザインルールで形成できるので、作製プロセスが容易である。
【００１２】
請求項４の発明は、発光層と、発光層の前面側に設けられた透明電極と、発光層の裏面上に列設された複数の中間電極と、発光層の裏面側において中間電極に交差する方向に列設された複数の裏面電極と、少なくとも中間電極と裏面電極との交差する領域で発光層の裏面側に積層され中間電極と裏面電極との間に中間電極を正極として電圧を印加したときに裏面電極から注入された電子がドリフトして発光層を発光させるための電子を発光層へ供給する強電界ドリフト層とを備え、前記強電界ドリフト層は、半導体層からなり、少なくとも中間電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分が、多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有する多孔質半導体層であり、発光層と透明電極との間には、正孔輸送層が積層されてなることを特徴とするものであり、裏面電極に対して中間電極が正極となるように電圧を印加すると、裏面電極から強電界ドリフト層へ電子が注入されるが、強電界ドリフト層のうち少なくとも中間電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分は多孔質半導体層からなっており、当該多孔質半導体層は多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有するので、注入された電子は強電界ドリフト層の微結晶シリコン中でほとんど散乱されることなく微結晶シリコン間を多重トンネルしながら強電界ドリフト層に印加された電圧で加速され、最終的に高いエネルギに励起されて強電界ドリフト層の表面に到達するから、中間電極の厚みを電子の平均自由行程以下の厚みに形成しておけば、強電界ドリフト層の表面に到達した高エネルギの電子がエネルギをほとんど失うことなく中間電極をトンネルして発光層中に注入されて発光層を励起したり、透明電極を中間電極に対して正極として電圧を印加することで透明電極から注入された正孔と再結合したり、透明電極に印加された電圧でさらに加速され高エネルギとなった電子によって発光層が励起されることで発光層が発光し、発光層で発光した光は、透明電極を通して外部へ取り出される。ここにおいて、透明電極と発光層との間に正孔輸送層を設けたことにより、透明電極から発光層への正孔の注入が起こりやすくなるので、強電界ドリフト層から発光層へ注入された電子の再結合確率が高くなり、発光層の発光量および発光効率の向上が可能になるとともに、発光に必要な電圧の低減が可能となる。また、正孔輸送層を設けたことにより、発光層自身のダイオード特性が顕著になるので、逆バイアス電流が流れ難くなり、クロストークを防ぐ効果も大きくなる。また、強電界ドリフト層中に流れる電流はトンネル現象で流れ、その電流電圧特性はファウラ−ノルドハイムプロットにほぼ乗るような極めて高い非線形性を持つので、中間電極と裏面電極との間に印加する印加電圧が半分になれば強電界ドリフト層に流れる電流は数桁も減少し、発光層では、それぞれ選択した中間電極および裏面電極の交差する領域である選択画素にかかる電圧に比べて、選択画素を除いた中間電極および裏面電極のいずれか一方のみに重なる非選択画素にかかる電圧が十分に小さいので、非選択画素にはほとんど電流が流れず、非選択画素はほとんど発光しないから、クロストークの問題がない。また、非選択画素では、当該非選択画素にかかる電圧が低いので、強電界ドリフト層において非選択画素に重なる領域では電子が加速されにくく、強電界ドリフト層の表面に到達した電子のエネルギが小さいので、発光層への電子の注入量が少なくなる上、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなくなり、結果としてさらにクロストークの問題がなくなる。また、非選択画素のうち逆バイアスがかかる非選択画素では、強電界ドリフト層から発光層への高エネルギの電子の注入は生じないので、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなく、また逆バイアスがかかっていることで電子と正孔との再結合も生じないので、クロストークの問題が発生しない。特に、透明電極と中間電極との間に印加する電圧を発光層での注入キャリアの再結合による発光開始電圧と同等かそれよりも小さくしておけば、さらにクロストーク防止の効果が高い。また、中間電極と裏面電極との間に印加する印加電圧、透明電極と中間電極との間に印加する印加電圧を調整することで、発光層へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層を発光させるために適当なエネルギの電子を利用して発光層を発光させることができ、良好な発光特性が得られる。また、透明電極と中間電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流が制御されるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を設けることなく、発光層に中間電極および強電界ドリフト層を積層した構造とすることでクロストークを防止することができるので、画素の開口率の低下を防止することができる。また、透明電極と中間電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流を制御できるとともにクロストークを防止することができ、中間電極および強電界ドリフト層は発光層に積層されるものであるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を別途に設ける必要がなく、構造が単純で、強電界ドリフト層を設けない場合と同じデザインルールで形成できるので、作製プロセスが容易である。
【００１３】
請求項５の発明は、発光層と、発光層の前面上に列設された複数の透明電極と、発光層の裏面側において透明電極に交差する方向に列設された複数の裏面電極と、少なくとも透明電極と裏面電極との交差する領域で発光層の裏面側に積層され透明電極と裏面電極との間に透明電極を正極として電圧を印加したときに裏面電極から注入された電子がドリフトして発光層を発光させるための電子を発光層へ供給する強電界ドリフト層とを備え、前記強電界ドリフト層は、半導体層からなり、少なくとも透明電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分が、多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有する多孔質半導体層であり、発光層と前記強電界ドリフト層との間には、電子輸送層が積層されてなることを特徴とするものであり、裏面電極に対して透明電極が正極となるように電圧を印加すると、裏面電極から強電界ドリフト層へ電子が注入されるが、強電界ドリフト層のうち少なくとも透明電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分は多孔質半導体層からなっており、当該多孔質半導体層は多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有するので、注入された電子は強電界ドリフト層の微結晶シリコン中でほとんど散乱されることなく微結晶シリコン間を多重トンネルしながら強電界ドリフト層に印加された電圧で加速され、最終的に高いエネルギに励起されて強電界ドリフト層の表面に到達して高エネルギの電子がそのまま発光層中に注入されて発光層を励起したり、透明電極から正孔輸送層を通して注入された正孔と再結合したり、透明電極に印加された電圧でさらに加速され高エネルギとなった電子によって発光層が励起されることで発光層が発光し、発光層で発光した光は、透明電極を通して外部へ取り出される。ここにおいて、発光層と強電界ドリフト層との間に電子輸送層を設けたことにより、強電界ドリフト層から発光層への電子の注入が起こりやすくなるので、発光層の発光量および発光効率の向上が可能になるとともに、発光に必要な電圧の低減が可能となる。また、電子輸送層を設けたことにより、発光層自身のダイオード特性が顕著になるので、逆バイアス電流が流れ難くなり、クロストークを防ぐ効果も大きくなる。また、強電界ドリフト層中に流れる電流はトンネル現象で流れ、その電流電圧特性はファウラ−ノルドハイムプロットにほぼ乗るような極めて高い非線形性を持つので、透明電極と裏面電極との間に印加する印加電圧が半分になれば強電界ドリフト層に流れる電流は数桁も減少し、発光層では、それぞれ選択した透明電極および裏面電極の交差する領域である選択画素にかかる電圧に比べて、選択画素を除いた透明電極および裏面電極のいずれか一方のみに重なる非選択画素にかかる電圧が十分に小さいので、非選択画素にはほとんど電流が流れず、非選択画素はほとんど発光しないから、クロストークの問題がない。また、非選択画素では、当該非選択画素にかかる電圧が低いので、強電界ドリフト層において非選択画素に重なる領域では電子が加速されにくく、強電界ドリフト層の表面に到達した電子のエネルギが小さいので、発光層への電子の注入量が少なくなる上、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなくなり、結果としてさらにクロストークの問題がなくなる。また、非選択画素のうち逆バイアスがかかる非選択画素では、強電界ドリフト層から発光層への高エネルギの電子の注入は生じないので、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなく、また逆バイアスがかかっていることで電子と正孔との再結合も生じないので、クロストークの問題が発生しない。また、透明電極と裏面電極との間に印加する印加電圧を調整することで、発光層へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層を発光させるために適当なエネルギの電子を利用して発光層を発光させることができ、良好な発光特性が得られる。また、透明電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流が制御されるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子をクロストークを防止するために別途に設けることなく、発光層に強電界ドリフト層を積層することでクロストークを防止することができるので、画素の開口率の低下を防止することができる。また、透明電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流を制御できるとともにクロストークを防止することができ、強電界ドリフト層は発光層に積層されるものであるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を別途に設ける必要がなく、構造が単純で、強電界ドリフト層を設けない場合と同じデザインルールで形成できるので、作製プロセスが容易である。
【００１４】
請求項６の発明は、発光層と、発光層の前面上に設けられた透明電極と、発光層の裏面に列設された複数の中間電極と、発光層の裏面側において中間電極に交差する方向に列設された複数の裏面電極と、少なくとも中間電極と裏面電極との交差する領域で発光層の裏面側に積層され中間電極と裏面電極との間に中間電極を正極として電圧を印加したときに裏面電極から注入された電子がドリフトして発光層を発光させるための電子を発光層へ供給する強電界ドリフト層とを備え、前記強電界ドリフト層は、半導体層からなり、少なくとも中間電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分が、多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有する多孔質半導体層であり、発光層と前記強電界ドリフト層との間には、電子輸送層が積層されてなることを特徴とするものであり、裏面電極に対して中間電極が正極となるように電圧を印加すると、裏面電極から強電界ドリフト層へ電子が注入されるが、強電界ドリフト層のうち少なくとも中間電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分は多孔質半導体層からなっており、当該多孔質半導体層は多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有するので、注入された電子は強電界ドリフト層の微結晶シリコン中でほとんど散乱されることなく微結晶シリコン間を多重トンネルしながら強電界ドリフト層に印化された電圧で加速され、最終的に高いエネルギに励起されて強電界ドリフト層の表面に到達するから、中間電極の厚みを電子の平均自由行程以下の厚みに形成しておけば、強電界ドリフト層の表面に到達した高エネルギの電子がエネルギをほとんど失うことなく中間電極をトンネルして発光層中に注入されて発光層を励起したり、透明電極を中間電極に対して正極として電圧を印加することで透明電極から注入された正孔と再結合したり、透明電極に印加された電圧でさらに加速され高エネルギとなった電子によって発光層が励起されることで発光層が発光し、発光層で発光した光は、透明電極を通して外部へ取り出される。ここにおいて、発光層と強電界ドリフト層との間に電子輸送層を設けたことにより、強電界ドリフト層から発光層への電子の注入が起こりやすくなるので、発光層の発光量および発光効率の向上が可能になるとともに、発光に必要な電圧の低減が可能となる。また、電子輸送層を設けたことにより、発光層自身のダイオード特性が顕著になるので、逆バイアス電流が流れ難くなり、クロストークを防ぐ効果も大きくなる。また、強電界ドリフト層中に流れる電流はトンネル現象で流れ、その電流電圧特性はファウラ−ノルドハイムプロットにほぼ乗るような極めて高い非線形性を持つので、中間電極と裏面電極との間に印加する印加電圧が半分になれば強電界ドリフト層に流れる電流は数桁も減少し、発光層では、それぞれ選択した中間電極および裏面電極の交差する領域である選択画素にかかる電圧に比べて、選択画素を除いた中間電極および裏面電極のいずれか一方のみに重なる非選択画素にかかる電圧が十分に小さいので、非選択画素にはほとんど電流が流れず、非選択画素はほとんど発光しないから、クロストークの問題がない。また、非選択画素では、当該非選択画素にかかる電圧が低いので、強電界ドリフト層において非選択画素に重なる領域では電子が加速されにくく、強電界ドリフト層の表面に到達した電子のエネルギが小さいので、発光層への電子の注入量が少なくなる上、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなくなり、結果としてさらにクロストークの問題がなくなる。また、非選択画素のうち逆バイアスがかかる非選択画素では、強電界ドリフト層から発光層への高エネルギの電子の注入は生じないので、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなく、また逆バイアスがかかっていることで電子と正孔との再結合も生じないので、クロストークの問題が発生しない。特に、透明電極と中間電極との間に印加する電圧を発光層での注入キャリアの再結合による発光開始電圧と同等かそれよりも小さくしておけば、さらにクロストーク防止の効果が高い。また、中間電極と裏面電極との間に印加する印加電圧、透明電極と中間電極との間に印加する印加電圧を調整することで、発光層へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層を発光させるために適当なエネルギの電子を利用して発光層を発光させることができ、良好な発光特性が得られる。また、透明電極と中間電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流が制御されるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を設けることなく、発光層に中間電極および強電界ドリフト層を積層した構造とすることでクロストークを防止することができるので、画素の開口率の低下を防止することができる。また、透明電極と中間電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流を制御できるとともにクロストークを防止することができ、中間電極および強電界ドリフト層は発光層に積層されるものであるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を別途に設ける必要がなく、構造が単純で、強電界ドリフト層を設けない場合と同じデザインルールで形成できるので、作製プロセスが容易である。
【００１５】
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６の発明において、前記強電界ドリフト層は、隣り合う裏面電極間の領域に重なる部位の前部と後部との少なくとも一方に絶縁層が設けられているので、前記強電界ドリフト層のうち隣り合う裏面電極間の領域に重なる部位を通って透明電極へリーク電流が流れるのを防ぐことができ、発光効率を高めることができる。
【００１６】
請求項８の発明は、請求項１ないし請求項７の発明において、前記強電界ドリフト層は、隣り合う透明電極間の領域に重なる部位上に絶縁層が設けられているので、前記強電界ドリフト層のうち隣り合う透明電極間の領域に重なる部位を通って透明電極へリーク電流が流れるのを防ぐことができ、発光効率を高めることができる。
【００１７】
請求項９の発明は、請求項２または請求項４または請求項６の発明において、前記強電界ドリフト層は、隣り合う中間電極間の領域に重なる部位上に絶縁層が設けられているので、前記強電界ドリフト層のうち隣り合う中間電極間の領域に重なる部位を通って透明電極へリーク電流が流れるのを防ぐことができ、発光効率を高めることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本実施形態の固体発光デバイスは、図１および図２に示すように、無アルカリガラス基板からなる基板１の一表面上に、Ａｌ−Ｓｉ／Ｗ／Ｔｉからなる複数の裏面電極４が列設され、複数の裏面電極４を覆うように強電界ドリフト層６が形成され、強電界ドリフト層６上に発光層２が積層され、発光層２上にＩＴＯ（インジウム−錫酸化物）からなる複数の透明電極３が裏面電極４に交差する方向に列設されている。各透明電極３は、短冊状に形成され、長手方向の両端部上にそれぞれパッド電極１３が形成されている。また、各裏面電極４も、短冊状に形成され、長手方向の両端部上にそれぞれパッド電極１４が形成されている。なお、本実施形態の固体発光デバイスでは、発光層２の発光が透明電極３を通して外部へ取り出されるので、発光層２のうち透明電極３が列設される側の一表面を前面、該前面と反対側の面を裏面と称する。したがって、複数の裏面電極４は、発光層２の裏面側において透明電極３に交差する方向に列設されていることになる。ここに、発光層２のうち透明電極３および裏面電極４に交差する各領域がそれぞれ画素２ａを構成している。
【００１９】
ここにおいて、強電界ドリフト層６は、透明電極３と裏面電極４との間に透明電極３を正極として電圧を印加したときに裏面電極４から注入された電子がドリフトして発光層２を発光させるための電子を発光層２へ供給する機能を有するものであり、強電界ドリフト層６は、裏面電極４にほぼ重なる領域が酸化した多孔質多結晶シリコン層からなる多孔質半導体層６ａにより構成され、それ以外の領域（つまり、裏面電極４に重ならない領域）が多結晶シリコン層からなる半導体層６ｂにより構成されている。本実施形態では、裏面電極４にほぼ重なる領域の全部が多孔質半導体層６ａにより構成されているが、強電界ドリフト層６は、半導体層６ｂからなり、少なくとも透明電極３と裏面電極４とが交差する領域であって少なくとも厚み方向において発光層２側の部分が多孔質半導体層６ａにより構成されていればよい。
【００２０】
ところで、多孔質半導体層６ａは、基板１の上記一表面に略直交する柱状の結晶グレインと、結晶グレインの表面に形成された薄いシリコン酸化膜と、結晶グレインの間に介在するナノオーダサイズの半導体微結晶である微結晶シリコンと、微結晶シリコンの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とで構成されている。
【００２１】
また、本実施形態では、発光層２として、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を用いている。
【００２２】
次に、本実施形態の固体発光デバイスの動作原理について説明する。
【００２３】
本実施形態の固体発光デバイスでは、裏面電極４に対して透明電極３が正極となるように電圧を印加すると、裏面電極４から強電界ドリフト層６の多孔質半導体層６ａへ電子が注入される。多孔質半導体層６ａは多数の半導体微結晶である微結晶シリコンから構成されているので、注入された電子は強電界ドリフト層６の微結晶シリコン中でほとんど散乱されることなく微結晶シリコン間を多重トンネルしながら強電界ドリフト層６に印加された電圧で加速され、最終的に高いエネルギに励起されて強電界ドリフト層６の表面に到達して高エネルギの電子がそのまま発光層２中に注入されて発光層を励起したり、透明電極３から注入された正孔と再結合したり、透明電極３に印加された電圧でさらに加速され高エネルギとなった電子によって発光層２が励起されることで発光層２が発光し、発光層２で発光した光は、透明電極３を通して外部へ取り出される。
【００２４】
ここにおいて、強電界ドリフト層６中に流れる電流はトンネル現象で流れ、その電流電圧特性はファウラ−ノルドハイム（Fowler-Nordheim）プロットにほぼ乗るような極めて高い非線形性を持ち、透明電極３と裏面電極４との間に印加する印加電圧が半分になれば強電界ドリフト層６に流れる電流は数桁も減少し、発光層２では、それぞれ選択した透明電極３および裏面電極４の交差する領域である選択画素にかかる電圧に比べて、選択画素を除いた透明電極３および裏面電極４のいずれか一方のみに重なる非選択画素にかかる電圧が十分に小さいので、非選択画素にはほとんど電流が流れず、非選択画素はほとんど発光しないから、クロストークの問題がない。
【００２５】
また、非選択画素では、当該非選択画素にかかる電圧が低いので、強電界ドリフト層６において非選択画素に重なる領域では電子が加速されにくく、強電界ドリフト層６の表面に到達した電子のエネルギが小さいので、発光層２への電子の注入量が少なくなる上、電子によって発光層２が励起されて発光することがほとんどなくなり、結果としてさらにクロストークの問題がなくなる。また、非選択画素のうち逆バイアスがかかる非選択画素では、強電界ドリフト層６から発光層２への高エネルギの電子の注入は生じないので、電子によって発光層２が励起されて発光することがほとんどなく、また逆バイアスがかかっていることで電子と正孔との再結合も生じないので、クロストークの問題が発生しない。
【００２６】
また、透明電極３と裏面電極４との間に印加する印加電圧を調整することで、発光層２へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層２の材料を発光させるために適当なエネルギの電子を利用して発光層２を発光させることができ、良好な発光特性が得られる。
【００２７】
また、透明電極３と裏面電極４と強電界ドリフト層６とで発光層２に流れる電流が制御されるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子をクロストークを防止するために別途に設けることなく、発光層２に強電界ドリフト層６を積層することでクロストークを防止することができるので、画素の開口率の低下を防止することができる。また、透明電極３と裏面電極４と強電界ドリフト層６とで発光層２に流れる電流を制御できるとともにクロストークを防止することができ、強電界ドリフト層６は発光層２に積層されるものであるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を別途に設ける必要がなく、構造が単純で、強電界ドリフト層６を設けない場合と同じデザインルールで形成できるので、作製プロセスが容易になる。
【００２８】
以下、上述の固体発光デバイスの製造方法について簡単に説明する。
【００２９】
まず、基板１の上記一表面上にＡｌ−Ｓｉ／Ｗ／Ｔｉからなる所定膜厚（例えば、０．５μｍ）の電極層を例えばスパッタ法により堆積した後、フォトリソグラフィ法と反応性イオンエッチング法により該電極層をパターニングすることによって、基板１上に複数の裏面電極４を列設する。
【００３０】
次に、基板１の上記一表面側の全面に所定膜厚（例えば、１．５μｍ）のノンドープの多結晶シリコン層を例えばプラズマＣＶＤ法により堆積する。
【００３１】
その後、例えば、フッ化水素水溶液とエタノールとを所定混合比（例えば、１：１）で混合した混合液の入った陽極酸化処理槽を利用し、裏面電極４を正極、白金（Ｐｔ）からなる対向電極を負極として、多結晶シリコン層に光照射を行いながら所定の電流密度で所定の時間だけ陽極酸化処理を行うことによって、多結晶シリコン層のうち裏面電極４にほぼ重なる領域に所定厚さの多孔質多結晶シリコン層を形成する。多孔質多結晶シリコン層を形成した後（つまり、多結晶シリコン層の一部を多孔質化した後）、硫酸の水溶液中で、裏面電極４を正極、白金からなる対向電極を負極として、多孔質多結晶シリコン層を電気化学的に酸化することにより、酸化した多孔質多結晶シリコン層からなる多孔質半導体層６ａが形成される。ここに、多孔質半導体層６ａは、上述のように、基板１の上記一表面に略直交する柱状の結晶グレインと、結晶グレインの表面に形成された薄いシリコン酸化膜と、結晶グレインの間に介在するナノオーダサイズの微結晶シリコンと、微結晶シリコンの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とで構成されている。また、多結晶シリコン層のうち上述の陽極酸化処理にて多孔質化されなかった部分が半導体層６ｂとなる。
【００３２】
続いて、基板１の上記一表面側の全面に、つまり、強電界ドリフト層６上に、発光層２として、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を例えば真空蒸着法により所定膜厚（例えば、０．５μｍ）だけ堆積させる。
【００３３】
発光層２を形成した後、発光層２上に、ＩＴＯからなる透明電極３を、裏面電極４に交差する方向に列設されるように、例えばシャドウマスク法を用いたスパッタ法によって所定膜厚（例えば、１μｍ）だけ堆積させる。
【００３４】
その後、パッド電極１３，１４を形成することにより、本実施形態の固体発光デバイスが形成される。
【００３５】
ところで、本実施形態では、半導体層６ｂを多結晶シリコン層により構成しているが、半導体層６ｂとしては、単結晶半導体、多結晶半導体、アモルファス半導体のいずれを用いてもよい。但し、多結晶半導体やアモルファス半導体を用いれば、単結晶半導体を用いる場合に比べて基板１の制約が少なくなるので、大面積化する場合には多結晶半導体やアモルファス半導体を用いることが好ましい。また、多結晶半導体、特に基板１の表面に略直交する柱状の結晶グレインからなる多結晶半導体を用いれば、当該多結晶半導体を多孔質化して形成される多孔質半導体層６ａの結晶グレインが熱伝導の良い放熱部として働き、多孔質半導体層６ａを流れる電子電流のポッピングノイズ現象が抑えられるので好ましい。また、半導体層６ｂとしては、基板１として上述の無アルカリガラス基板の代わりに半導体基板を用いて当該半導体基板の一部を半導体層６ｂとして利用するようにしてもよい。また、本実施形態における強電界ドリフト層６は、ほぼ裏面電極４に重なる領域のみに多孔質半導体層６ａが形成されているが、透明電極３と裏面電極４とが交差する領域のみに多孔質半導体層６ａを形成してもよいし、半導体層６ｂの面内の全ての領域を多孔質半導体層６ａにより形成してもよい。ただし、多孔質半導体層６ａの方が半導体層６ｂに比べて抵抗が高いので、発光層２の画素２ａ間の部分に重なる半導体層６ｂも多孔質化しておいた方が、隣り合う画素２ａ間で半導体層６ｂを通って流れるリーク電流を低減することができるので好ましい。また、強電界ドリフト層６のうち多孔質半導体層６ａを除いた半導体層６ｂの一部あるいは全部を除去してもよく、半導体層６ｂの一部あるいは全部を除去しておくことにより、隣り合う画素２ａ間で半導体層６ｂを通って流れるリーク電流を低減することができるので好ましい。
【００３６】
また、本実施形態では、多孔質多結晶シリコン層を酸化することで微結晶シリコンおよび結晶グレインの各表面にそれぞれ酸化膜（シリコン酸化膜）からなる絶縁膜を形成しているが、該絶縁膜としては酸化膜の代わりに窒化膜（シリコン窒化膜）を採用してもよい。
【００３７】
また、半導体層６ｂとしては、シリコンやゲルマニウムのようなIV族元素に限らず、III−V族化合物半導体やII−VI族化合物半導体やＳｉＣなども利用できる。
【００３８】
半導体層６ｂの厚さは、１００ｎｍ〜１ｍｍの範囲で適宜設定すればよく、多孔質半導体層６ａの厚さは、５０ｎｍ〜１００μｍの範囲で適宜設定すればよいが、多孔質半導体層６ａの厚さは１０μｍ以下が好ましい。要するに、多孔質半導体層６ａは、半導体層６ｂと同じ厚さに形成してもよいし、半導体層６ｂの表面側（つまり、発光層２側）の部分のみに形成してもよい。ただし、多孔質半導体層６ａ中での電子の散乱を少なくするためには、多孔質半導体層６ａの厚さは小さい方が望ましく、また、多孔質半導体層６ａの厚みも均一な方が望ましい。また、多孔質半導体層６ａは、その厚み方向に沿って多孔度が高い層と多孔度が低い層とが交互に積層された構造となるように形成してもよいし、厚み方向に沿って多孔度が連続的に変わるように形成してもよい。
【００３９】
ところで、本実施形態では、発光層２としてホスト材料がトリスアルミニウム錯体からなる有機薄膜を用いているが、発光層２としては、無機ＥＬやＰＤＰ、ＶＦＤ、ＣＲＴ、ＦＥＤなどで用いられている蛍光体、有機ＥＬで用いられている発光層を使用することができる。例えば、ＺｎＳやＳｒＳ、ＣａＳ、ＣａＧａ2Ｓ4、ＺｎＯ、Ｙ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ2Ｓ、（Ｙ，Ｇｄ）2Ｂｏ3、ＺｎＳｉＯ4、ＢａＡｌ12Ｏ19、ＢａＭｇＡｌ14Ｏ23、ＢａＯ−ＭｇＯ−Ａｌ2Ｏ3、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ、ＳｒＴｉＯ3、ＺｎＧａ2Ｏ4、Ｙ2ＳｉＯ5、Ｚｎ（Ｇａ，Ａｌ）2Ｏ4、Ｙ3（Ａｌ，Ｇａ）5Ｏ12などの母材に、Ｍｎ、Ｃｅ、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｃｌ、Ａｌ、Ａｇ、Ｐｒなどの発光中心となる元素をドープした無機材料や、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）、１０−ベンゾ（ｈ）キノリノール−ベリリウム錯体（Ｂｅｂｑ２）、オキサジアノール（ＯＸＤ）、アゾメチン−亜鉛錯体（ＡＺＭ）、ピラゾリン（ＰＹＲ）、ジスチリルアリーレン誘導体、８−キノリノール−亜鉛錯体（Ｚｎｑ２）、ポリフィリン−亜鉛錯体（ＺｎＰｒ）、混合配位子型錯体（ＳＡｌｑ）、亜鉛錯体Ｚｎ（ｏｘｚ）２、芳香族ジアミン系化合物のＴＴＢＮＤ、α−ＮＰＤ、ＰＰＤなどの低分子系発光層ホスト材料やポリパラフェニレンビニレン（ＰＰＶ）、ポリフルオレン、ポリビニルカルバゾールなどの高分子系発光層ホスト材料にキナクリドンやクマリン、ベンゾチオキサンテン誘導体（ＢＴＸ−２）、ルブレン、テトラフェニルブタジエン、ナイルレッドなどの蛍光色素をドープしたものが使用できる。なお、発光層２はできるだけ低電圧で発光する方が使用上便利であるので、有機ＥＬで用いられている材料を使用するのが好ましい。
【００４０】
また、本実施形態では、発光層２を強電界ドリフト層６の全面を覆うように形成してあるが、画素２ａに対応した領域（つまり、透明電極３と裏面電極４とが交差する領域）のみに形成するようにしてもよい。また、発光層２の厚さは、注入された電子が発光層２を十分に励起でき、透明電極２から注入されるホールと再結合できる厚さが望ましく、発光層２の材料に応じて適宜設定すればよい。
【００４１】
また、カラーディスプレイなどのように複数の色表示をさせたい場合には、発光層２の発光波長が例えばそれぞれＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）というように異なる材料を選択し、それらを面内で交互に配置したり、青色発光の発光層材料と蛍光性の色変換膜とを組み合わせそれらを面内で交互に配置したり、白色発光の発光層材料とカラーフィルタとを組み合わせそれらを面内で交互に配置したりすればよい。
【００４２】
透明電極３は、強電界ドリフト層６および発光層２に電界を印加することで裏面電極４から強電界ドリフト層６へ電子を注入させ、強電界ドリフト層６へ注入された電子を加速させる機能と、発光層２へ正孔を注入する機能と、電流の供給ラインとしての機能と、発光層２で発光した光を外部へ放出する窓層としての機能とを備えていればよい。したがって、透明電極３は、低抵抗で、発光層２とのエネルギ障壁が低く、発光層２の発光波長の光に対してできるだけ透明であることが好ましい。例えば、Ａｕなどの金属を非常に薄く形成した半透明金属材料や、ＩＴＯや錫酸化物、インジウム酸化物、酸化亜鉛などの透明導電材料を用いることができる。ここに、透明電極３の厚さは、半透明金属材料の場合には１００ｎｍ以下が好ましく、透明導電材料の場合には１００ｎｍ〜１０μｍ程度の範囲で適宜設定すればよい。また、抵抗を下げる目的で透明電極３とは別に、透明電極３と電気的に接続された低抵抗なバスライン電極を透明電極３と平行に設けてもよい。
【００４３】
また、本実施形態では、基板１として無アルカリガラス基板を用いているが、基板１としては石英ガラス基板やアルカリガラス基板を用いてもよいし、ガラス基板以外に、アルミナなどのセラミックスやポリイミドのような有機材料からなる絶縁基板、半導体基板を用いてもよい。
【００４４】
本実施形態では、裏面電極４として、Ａｌ−Ｓｉ／Ｗ／Ｔｉを採用しているが、裏面電極４は、多孔質半導体層６ａへ電子を注入できるものであればよく、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｉｒ、Ｐｄなどやそれらの合金、シリサイドのような半導体との化合物、あるいはそれらの複数の組み合わせで用いることができる。ここに、裏面電極４上に半導体層６ｂを形成する場合、特に多結晶や結晶性の半導体層６ｂを低温で形成する場合には、裏面電極４の最表面には結晶の成長が促進される材料を設けるのが好ましい。また、裏面電極４の抵抗は低い方が好ましく、膜厚は５ｎｍ〜１ｍｍの範囲で適宜設定すればよい。また、抵抗を下げる目的で、裏面電極４とは別に、裏面電極４と電気的に接続された低抵抗なバスライン電極を裏面電極４と平行に設けてもよい。
【００４５】
また、裏面電極４は、ガラスやセラミックスなどの絶縁基板の上に金属や半導体の拡散層で形成してもよいし、半導体基板の表面側に絶縁層を形成したものの上に金属や半導体の拡散層で形成してもよいし、半導体基板の表面側に半導体基板とは逆の導電形の不純物拡散層で形成してもよいし、半導体基板において発光層を形成する側の面とは反対の面（半導体基板の裏面）に金属で形成してもよい。なお、裏面電極４として、半導体基板の表面側に形成された半導体基板とは逆の導電形の不純物拡散層を採用する場合には、不純物拡散層間の電流リークを防止するために、不純物拡散層とは逆の導電形の高濃度不純物層を不純物拡散層間に設けるのが好ましい。また、この場合には、半導体基板をｐ形、不純物拡散層をｎ形とするのが、素子のバイアス方向を考えた場合の裏面電極４間の絶縁分離上、あるいは半導体層を不純物拡散層を利用して陽極酸化処理で多孔質化する上で、あるいは電子を強電界ドリフト層６へ注入する上で好ましい。
【００４６】
また、上述の固体発光デバイスをガラスやセラミックスなどの無機材料あるいは樹脂などの有機材料で封止すれば、信頼性や耐環境性を向上させることができる。
【００４７】
上述の半導体層６ｂは、プラズマＣＶＤ法により形成しているが、プラズマＣＶＤ法に限らず、ＬＰＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法などのＣＶＤ法、あるいはスパッタなどのＰＶＤ法で形成することができる。
【００４８】
半導体層６ｂを多孔質化するにあたっては、陽極酸化法を利用しているが、その他の多孔質化する方法でも良い。例えば、半導体の超微粒子を作製しそれを堆積するようにしても良いし、半導体微結晶とアモルファスからなる半導体層を形成したのち、アモルファス層を除去するように形成してもよい。
【００４９】
陽極酸化の場合、混合溶液の濃度や温度、照射する光のパワー、電流密度、陽極酸化時間などの条件は所望の多孔度、微結晶サイズ、多孔質化領域の厚みとなるように適宜設定すればよい。ただし、多孔質化することで形成される半導体微結晶は、ナノオーダサイズ、特に１０ｎｍ以下で構成するのが好ましく、基板１の表面に対して略垂直な方向にできるだけ整列しているのが好ましい。また、半導体層６ｂのうち多孔質化したい領域のみを陽極酸化で多孔質化する方法として、裏面電極４のパターンを利用して行っているが、半導体層６ｂの表面にマスク材料層をパターニング形成し、マスク材料層をマスクとして行ってもよいし、さらに裏面電極４のパターンとの組み合わせで行ってもよい。
【００５０】
ところで、強電界ドリフト層６の多孔質半導体層６ａにおいて微結晶シリコンの表面に形成されるシリコン酸化膜からなる絶縁膜は、欠陥が少なくて良質で且つ電子がトンネルするのに十分な薄さであることが好ましく、この絶縁膜の形成方法としては、酸素やオゾンガスを含むガス中での熱酸化、熱窒化のような熱処理プロセスや、酸素やオゾンガスを含むガスを用いたプラズマ処理、酸素やオゾンガスを含むガス中での紫外線処理、液体中での化学反応、特に電気化化学的なプロセスなどのような方法など、様々な方法を利用できる。
【００５１】
電気化学的な酸化に用いる電解溶液は、硫酸に限らず、塩酸や硝酸のような無機酸あるいは酒石酸のような有機酸を用いることができる。また、溶媒も水に限らずエチレングリコールのような有機溶媒も利用できる。
【００５２】
また、熱処理の場合の温度は、基板１、裏面電極４、半導体層６ｂなどの材料に応じて２００〜１０００℃の温度範囲で適宜設定すればよい。熱処理、特に高温プロセスでは、数秒〜数分で所定の酸化温度まで昇温させるのが好ましく、ランプアニール装置による急速加熱法を用いるのが好ましい。高温プロセスに対して低温プロセスでは、基板１の制約が少なくなるので、大面積化や低コスト化などの点で好ましい。
【００５３】
また、裏面電極４のパターニングは、フォトリソグラフィ法とエッチング法との組み合わせだけでなく、フォトリソグラフィ法とリフトオフ法との組み合わせ、シャドウマスク法による方法などを利用できる。ここに、エッチング法は、反応性イオンエッチング法に限定されるものではなく、イオンミリング法、スパッタエッチング法、ウェットエッチング法などから適宜選択すればよい。
【００５４】
また、発光層２の形成は真空蒸着やスパッタなどのＰＶＤ法、スクリーン印刷やインクジェット印刷のような印刷法など、材料に合わせ様々な方法を用いることができる。
【００５５】
また、透明電極３の作製は、スパッタや真空蒸着などのＰＶＤ法やディップやスピンコートのような塗布法など様々な方法から適宜選択すればよい。また、そのパターニング法は、シャドウマスク法やフォトリソグラフィ法など様々な方法から材料や下地の発光層２あるいはパターン精度にあった方法を適宜選択すればよい。
【００５６】
ところで、本実施形態の固体発光デバイスにおいて、発光層２のうち発光させたくない領域の画素２ａにあたる裏面電極４および透明電極３はフローティングにしておいてもよいし、非選択である裏面電極４および透明電極３をそれぞれ選択画素の透明電極３および裏面電極４と同電位にしてもよい。
【００５７】
（実施例１）
実施形態１にて説明した固体発光デバイスの製造方法で以下の条件により固体発光デバイスを作成した。
【００５８】
基板１としては、無アルカリガラス基板を用いた。基板１の上に列設された複数の裏面電極４は、膜厚が０．５μｍのＡｌ−Ｓｉ／Ｗ／Ｔｉからなる電極層を基板１の一表面上にスパッタ法により堆積した後、フォトリソグラフィ法と反応性イオンエッチング法を用いて該電極層をパターニングすることにより形成した。
【００５９】
半導体層としては、膜厚が１．５μｍの多結晶シリコン層を採用し、多結晶シリコン層の成膜は、プラズマＣＶＤ法により行った。
【００６０】
多孔質半導体層６ａを形成するための多結晶シリコン層の一部の多孔質化は陽極酸化により行った。陽極酸化では電解液として、５５ｗ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを略１：１で混合し５℃に冷却した電解液を用いた。陽極酸化は、電解液中に白金電極よりなる対向電極を浸し、５００Ｗのタングステンランプを用いて多結晶シリコン層に一定の光パワーで光照射を行いながら、裏面電極４を正極、対向電極を負極として、所定の電流を流した。ここに、陽極酸化期間における電流密度は２５ｍＡ／ｃｍ2で一定とし、陽極酸化時間は６秒とした。この陽極酸化により、半導体層６ｂのうち裏面電極４にほぼ重なる部分の表面側が多孔質化され、ほぼ０．５μｍの多孔質多結晶シリコン層が形成された。さらに、多孔質多結晶シリコン層の酸化は、硫酸の水溶液中に白金電極よりなる対向電極を浸し、裏面電極４を正極、対向電極を負極として、電気化学的に行った。多孔質多結晶シリコン層を電気化学的に酸化することにより、表面が薄いシリコン酸化膜で覆われたナノオーダサイズの微結晶シリコンと柱状の結晶グレインとからなる多孔質半導体層６ａを形成した。
【００６１】
発光層２としては、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を真空蒸着法にて堆積させた。ここに、有機薄膜からなる発光層２の厚さは、ほぼ０．５μｍとした。
【００６２】
発光層２上に裏面電極４に交差する方向に列設される複数の透明電極３としては、ＩＴＯを用い、透明電極３は、シャドウマスク法を用いたスパッタ法によって堆積した。ここに、透明電極３の厚さは略１μｍとした。
【００６３】
上述の条件で作成した固体発光デバイスのそれぞれ選択した透明電極３と裏面電極４との間に透明電極３が裏面電極４に対して正極となるように電圧を印加したところ、それぞれ選択した透明電極３と裏面電極４との交差した領域の画素２ａのみから発光が観測され、クロストークのない動作を確認することができた。
【００６４】
また、本実施例の固体発光デバイスでは、透明電極３と裏面電極４との間に印加する印加電圧を変化させることによって発光層２へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層２を当該発光層２の構成材料の発光に最適なエネルギで発光させることができ、より良好な発光特性を得ることができた。
【００６５】
（実施形態２）
本実施形態の固体発光デバイスの基本構成は実施形態１と略同じであって、実施形態１では、基板１の一表面側に、裏面電極４、強電界ドリフト層６、発光層２、透明電極３の順に積層されていたのに対し、本実施形態では、基板１の一表面側に、透明電極３、発光層２、強電界ドリフト層６、裏面電極４の順に積層されている点に特徴がある。ところで、実施形態１では、基板１として、半導体基板などの透明でない基板を用いることもできるが、本実施形態では、発光層２で発光した光が透明電極３および基板１を通して外部へ取り出されるので、基板１として透明基板を用いる必要があることは勿論である。
【００６６】
すなわち、本実施形態では、図３に示すように、無アルカリガラス基板からなる基板１の一表面上に、ＩＴＯ（インジウム−錫酸化物）からなる複数の透明電極３が列設され、複数の透明電極３を覆うように発光層２が形成され、発光層２上に強電界ドリフト層６が積層され、強電界ドリフト層６上にＡｌ−Ｓｉ／Ｗ／Ｔｉからなる複数の裏面電極４が透明電極３に交差する方向に列設されている。各透明電極３は、短冊状に形成され、長手方向の両端部上にそれぞれパッド電極（図示せず）が形成されている。また、各裏面電極４も、短冊状に形成され、長手方向の両端部上にそれぞれパッド電極（図示せず）が形成されている。なお、本実施形態の固体発光デバイスでは、発光層２の発光が透明電極３および基板１を通して外部へ取り出されるので、発光層２のうち透明電極３が列設される側の一表面を前面、該前面と反対側の面を裏面と称する。したがって、複数の裏面電極４は、発光層２の裏面側において透明電極３に交差する方向に列設されていることになる。また、基板１は、発光層２の前面側に配設されていることになる。
【００６７】
ここにおいて、強電界ドリフト層６は、透明電極３と裏面電極４との間に透明電極３を正極として電圧を印加したときに裏面電極４から注入された電子がドリフトして発光層２を発光させるための電子を発光層２へ供給する機能を有するものであり、強電界ドリフト層６は、透明電極３と裏面電極４とが交差する領域が酸化した多孔質多結晶シリコン層からなる多孔質半導体層６ａにより構成され、透明電極３および裏面電極４に重ならない領域が多結晶シリコン層からなる半導体層６ｂにより構成されている。本実施形態では、透明電極３と裏面電極４とが交差する領域の全部が多孔質半導体層６ａにより構成されているが、強電界ドリフト層６は、半導体層６ｂからなり、透明電極３と裏面電極４とが交差する領域のうち少なくとも厚み方向において発光層２側の部分が多孔質半導体層６ａにより構成されていればよい。
【００６８】
ところで、多孔質半導体層６ａは、基板１の上記一表面に略直交する柱状の結晶グレインと、結晶グレインの表面に形成された薄いシリコン酸化膜と、結晶グレインの間に介在するナノオーダサイズの微結晶シリコンと、微結晶シリコンの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とで構成されている。
【００６９】
また、本実施形態では、発光層２として、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を用いている。
【００７０】
次に、本実施形態の固体発光デバイスの動作原理について説明する。
【００７１】
本実施形態の固体発光デバイスでは、裏面電極４に対して透明電極３が正極となるように電圧を印加すると、裏面電極４から強電界ドリフト層６の多孔質半導体層６ａへ電子が注入される。多孔質半導体層６ａは多数の半導体微結晶である微結晶シリコンから構成されているので、注入された電子は強電界ドリフト層６の微結晶シリコン中でほとんど散乱されることなく微結晶シリコン間を多重トンネルしながら強電界ドリフト層６に印加された電圧で加速され、最終的に高いエネルギに励起されて強電界ドリフト層６の表面に到達して高エネルギの電子がそのまま発光層２中に注入されて発光層２を励起したり、透明電極３から注入された正孔と再結合したり、透明電極３に印加された電圧でさらに加速され高エネルギとなった電子によって発光層２が励起されることで発光層２が発光し、発光層２で発光した光は、透明電極３および基板１を通して外部へ取り出される。
【００７２】
ここにおいて、強電界ドリフト層６中に流れる電流はトンネル現象で流れ、その電流電圧特性はファウラ−ノルドハイムプロットにほぼ乗るような極めて高い非線形性を持ち、透明電極３と裏面電極４との間に印加する印加電圧が半分になれば強電界ドリフト層６に流れる電流は数桁も減少し、発光層２では、それぞれ選択した透明電極３および裏面電極４の交差する領域である選択画素にかかる電圧に比べて、選択画素を除いた透明電極３および裏面電極４のいずれか一方のみに重なる非選択画素にかかる電圧が十分に小さいので、非選択画素にはほとんど電流が流れず、非選択画素はほとんど発光しないから、クロストークの問題がない。
【００７３】
また、非選択画素では、当該非選択画素にかかる電圧が低いので、強電界ドリフト層６において非選択画素に重なる領域では電子が加速されにくく、強電界ドリフト層６の表面に到達した電子のエネルギが小さいので、発光層２への電子の注入量が少なくなる上、電子によって発光層２が励起されて発光することがほとんどなくなり、結果としてさらにクロストークの問題がなくなる。また、非選択画素のうち逆バイアスがかかる非選択画素では、強電界ドリフト層６から発光層２への高エネルギの電子の注入は生じないので、電子によって発光層２が励起されて発光することがほとんどなく、また逆バイアスがかかっていることで電子と正孔との再結合も生じないので、クロストークの問題が発生しない。
【００７４】
また、透明電極３と裏面電極４との間に印加する印加電圧を調整することで、発光層２へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層２の材料を発光させるために適当なエネルギの電子を利用して発光層２を発光させることができ、良好な発光特性が得られる。
【００７５】
また、透明電極３と裏面電極４と強電界ドリフト層６とで発光層２に流れる電流が制御されるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子をクロストークを防止するために別途に設けることなく、発光層２に強電界ドリフト層６を積層することでクロストークを防止することができるので、画素２ａの開口率の低下を防止することができる。また、透明電極３と裏面電極４と強電界ドリフト層６とで発光層２に流れる電流を制御できてクロストークを防止することができ、強電界ドリフト層６は発光層２に積層されるものであるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を別途に設ける必要がなく、構造が単純で、強電界ドリフト層６を設けない場合と同じデザインルールで形成できるので、作製プロセスが容易になる。
【００７６】
また、発光層２の光を基板１を通して取り出すことができるので、固体発光デバイスをカバーする材料の選択肢が広がる上に発光層２と窓層を構成するガラス（基板１）との距離を離さずに構成でき、素子構成上、表示品質上、好都合であるというメリットがある。
【００７７】
なお、裏面電極３、透明電極３、強電界ドリフト層６、発光層２はそれぞれ上記材料および形成方法に限定されるものではなく、実施形態１でそれぞれについて説明した種々の材料、形成方法の中から適宜選択すればよい。
【００７８】
（実施例２）
実施形態２にて説明した固体発光デバイスを以下の条件で作成した。
【００７９】
基板１としては、無アルカリガラス基板を用いた。基板１の上に列設された複数の透明電極３は、厚さが１μｍのＩＴＯにより構成した。
【００８０】
発光層２としては、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を用いた。ここに、有機薄膜からなる発光層２の厚さは、略０．５μｍとした。
【００８１】
強電界ドリフト層６は、膜厚が１．５μｍの多結晶シリコン層よりなる半導体層６ｂと半導体層６ｂのうち透明電極３と裏面電極４とが重なる領域であって発光層２側の部分に形成された厚さ０．５μｍの酸化した多孔質多結晶シリコンよりなる多孔質半導体層６ａとで構成した。ここに、多孔質半導体層６ａは、表面が薄いシリコン酸化膜で覆われたナノオーダサイズの微結晶シリコンと柱状の結晶グレインとからなる。
【００８２】
強電界ドリフト層６上に透明電極３に交差する方向に列設される複数の裏面電極４としては、Ａｌ−Ｓｉ／Ｗ／Ｔｉを用いた。ここに、裏面電極４の厚さは、０．５μｍとした。
【００８３】
上述の条件で作成した固体発光デバイスのそれぞれ選択した透明電極３と裏面電極４との間に透明電極３が裏面電極４に対して正極となるように電圧を印加したところ、発光層２の多数の画素２ａのうち、それぞれ選択した透明電極３と裏面電極４との交差した領域（選択画素）のみから発光する様子が基板１を通して観測され、クロストークのない動作を確認することができた。
【００８４】
また、本実施例の固体発光デバイスでは、透明電極３と裏面電極４との間に印加する印加電圧を変化させることによって発光層２へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層２を当該発光層２の構成材料の発光に最適なエネルギで発光させることができ、より良好な発光特性を得ることができた。
【００８５】
（実施形態３）
本実施形態の固体発光デバイスは、図４および図５に示すように、無アルカリガラス基板からなる基板１の一表面上に、Ａｌ−Ｓｉ／Ｗ／Ｔｉからなる複数の裏面電極４が列設され、複数の裏面電極４を覆うように強電界ドリフト層６が形成され、強電界ドリフト層６上に複数の中間電極５が裏面電極４に交差する方向に列設されるとともに、強電界ドリフト層６上で且つ隣り合う中間電極５間に絶縁層１７（図４参照、図５では図示を省略してある）が形成され、複数の中間電極５および複数の絶縁層１７を覆うように発光層２が積層され、発光層２上にＩＴＯ（インジウム−錫酸化物）からなる複数の透明電極３が裏面電極４に交差する方向に列設されている。ここに、透明電極３は、中間電極５に平行であって、中間電極５に重なるように列設されている。各中間電極５は、短冊状に形成され、長手方向の両端部上にそれぞれパッド電極１５が形成されている。ところで、中間電極５は、電子の平均自由行程以下の厚さに形成されている。また、各裏面電極４も、短冊状に形成され、長手方向の両端部上にそれぞれパッド電極１４が形成されている。なお、本実施形態の固体発光デバイスでは、発光層２の発光が透明電極３を通して外部へ取り出されるので、発光層２のうち透明電極３が列設される側の一表面を前面、該前面と反対側の面を裏面と称する。したがって、複数の裏面電極４は、発光層２の裏面側において中間電極５および透明電極３に交差する方向に列設されていることになる。
【００８６】
ここにおいて、強電界ドリフト層６は、中間電極５と裏面電極４との間に中間電極５を正極として電圧を印加したときに裏面電極４から注入された電子がドリフトして発光層２を発光させるための電子を発光層２へ供給する機能を有するものであり、強電界ドリフト層６は、裏面電極４にほぼ重なる領域が酸化した多孔質多結晶シリコン層からなる多孔質半導体層６ａにより構成され、裏面電極４に重ならない領域が多結晶シリコン層からなる半導体層６ｂにより構成されている。本実施形態では、裏面電極４にほぼ重なる領域の全部が多孔質半導体層６ａにより構成されているが、強電界ドリフト層６は、半導体層６ｂからなり、少なくとも中間電極５と裏面電極４とが交差する領域であって厚み方向において発光層２側の部分が多孔質半導体層６ａにより構成されていればよい。
【００８７】
ところで、多孔質半導体層６ａは、基板１の上記一表面に略直交する柱状の結晶グレインと、結晶グレインの表面に形成された薄いシリコン酸化膜と、結晶グレインの間に介在するナノオーダサイズの微結晶シリコンと、微結晶シリコンの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とで構成されている。
【００８８】
また、本実施形態では、発光層２として、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を用いている。
【００８９】
次に、本実施形態の固体発光デバイスの動作原理について説明する。
【００９０】
本実施形態の固体発光デバイスでは、裏面電極４に対して中間電極５が正極となるように電圧を印加するとともに中間電極５に対して透明電極３が正極となるように電圧を印加すると、裏面電極４から強電界ドリフト層６の多孔質半導体層６ａへ電子が注入される。多孔質半導体層６ａは多数の半導体微結晶である微結晶シリコンから構成されているので、注入された電子は強電界ドリフト層６の微結晶シリコン中でほとんど散乱されることなく微結晶シリコン間を多重トンネルしながら強電界ドリフト層６に印加された電圧で加速され、最終的に高いエネルギに励起されて強電界ドリフト層６の表面に到達して高エネルギの電子が中間電極５をトンネルして発光層２中に注入されて発光層２を励起したり、透明電極３から注入された正孔と再結合したり、透明電極３に印加された電圧でさらに加速され高エネルギとなった電子によって発光層２が励起されることで発光層２が発光し、発光層２で発光した光は、透明電極３を通して外部へ取り出される。
【００９１】
ここにおいて、強電界ドリフト層６中に流れる電流はトンネル現象で流れ、その電流電圧特性はファウラ−ノルドハイムプロットにほぼ乗るような極めて高い非線形性を持ち、中間電極５と裏面電極４との間に印加する印加電圧が半分になれば強電界ドリフト層６に流れる電流は数桁も減少し、発光層２では、それぞれ選択した中間電極５および裏面電極４の交差する領域である選択画素にかかる電圧に比べて、選択画素を除いた中間電極５および裏面電極４のいずれか一方のみに重なる非選択画素にかかる電圧が十分に小さいので、非選択画素にはほとんど電流が流れず、非選択画素はほとんど発光しないから、クロストークの問題がない。
【００９２】
また、非選択画素では、当該非選択画素にかかる電圧が低いので、強電界ドリフト層６において非選択画素に重なる領域では電子が加速されにくく、強電界ドリフト層６の表面に到達した電子のエネルギが小さいので、発光層２への電子の注入量が少なくなる上、電子によって発光層２が励起されて発光することがほとんどなくなり、結果としてさらにクロストークの問題がなくなる。
【００９３】
また、非選択画素のうち逆バイアスがかかる非選択画素では、強電界ドリフト層６から発光層２への高エネルギの電子の注入は生じないので、電子によって発光層２が励起されて発光することがほとんどなく、また逆バイアスがかかっていることで電子と正孔との再結合も生じないので、クロストークの問題が発生しない。特に、透明電極３と中間電極５との間に印加する電圧を発光層２での注入キャリアの再結合による発光開始電圧と同等かそれよりも小さくしておけば、さらにクロストーク防止の効果が高い。
【００９４】
また、中間電極５と裏面電極４との間に印加する印加電圧、透明電極３と中間電極５との間に印加する印加電圧を調整することで、発光層２へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層２を発光させるために適当なエネルギの電子を利用して発光層２を発光させることができ、良好な発光特性が得られる。
【００９５】
また、透明電極３と中間電極５と裏面電極４と強電界ドリフト層６とで発光層２に流れる電流が制御されるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を設けることなく、発光層２に中間電極５および強電界ドリフト層６を積層した構造とすることでクロストークを防止することができるので、画素２ａの開口率の低下を防止することができる。
【００９６】
また、透明電極３と中間電極５と裏面電極４と強電界ドリフト層６とで発光層２に流れる電流を制御できクロストークを防止することができ、中間電極５および強電界ドリフト層６は発光層２に積層されるものであるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を別途に設ける必要がなく、構造が単純で、強電界ドリフト層６を設けない場合と同じデザインルールで形成できるので、作製プロセスが容易である。
【００９７】
以下、上述の固体発光デバイスの製造方法について簡単に説明する。
【００９８】
まず、基板１の上記一表面上にＡｌ−Ｓｉ／Ｗ／Ｔｉからなる所定膜厚（例えば、０．５μｍ）の電極層を例えばスパッタ法により堆積した後、フォトリソグラフィ法と反応性イオンエッチング法により該電極層をパターニングすることによって、基板１に列設された複数の裏面電極４を形成する。
【００９９】
次に、基板１の上記一表面側の全面に所定膜厚（例えば、１．５μｍ）のノンドープの多結晶シリコン層を例えばプラズマＣＶＤ法により堆積する。
【０１００】
その後、例えば、フッ化水素水溶液とエタノールとを所定混合比（例えば、１：１）で混合した混合液の入った陽極酸化処理槽を利用し、裏面電極４を正極、白金（Ｐｔ）からなる対向電極を負極として、多結晶シリコン層に光照射を行いながら所定の電流密度で所定の時間だけ陽極酸化処理を行うことによって、多結晶シリコン層のうち裏面電極４に重なる領域に所定厚さの多孔質多結晶シリコン層を形成する。多孔質多結晶シリコン層を形成した後（つまり、多結晶シリコン層の一部を多孔質化した後）、硫酸の水溶液中で、裏面電極４を正極、白金からなる対向電極を負極として、多孔質多結晶シリコン層を電気化学的に酸化することにより、酸化した多孔質多結晶シリコン層からなる多孔質半導体層６ａが形成される。ここに、多孔質半導体層６ａは、上述のように、基板１の上記一表面に略直交する柱状の結晶グレインと、結晶グレインの表面に形成された薄いシリコン酸化膜と、結晶グレインの間に介在するナノオーダサイズの微結晶シリコンと、微結晶シリコンの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とで構成されている。また、多結晶シリコン層のうち上述の陽極酸化処理にて多孔質化されなかった部分が半導体層６ｂとなる。
【０１０１】
次に、強電界ドリフト層６上に、膜厚が１０ｎｍの絶縁層１７を形成し、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を利用して該絶縁層１７を裏面電極４に交差する方向に列設されるようにパターニングし、その後、膜厚が１０ｎｍの金からなる中間電極５を堆積させ、リフトオフ法を利用して中間電極５を裏面電極４に交差する方向に列設する。すなわち、隣り合う中間電極５間には絶縁層１７が介在し、逆に隣り合う絶縁層１７間に中間電極５が形成されている。
【０１０２】
続いて、基板１の上記一表面側の全面に、つまり、全ての中間電極５および絶縁層１７を覆うように、発光層２として、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を例えば真空蒸着法により所定膜厚（例えば、０．５μｍ）だけ堆積させる。
【０１０３】
発光層２を形成した後、発光層２上に、ＩＴＯからなる透明電極３を、裏面電極４に交差する方向に列設されるように、例えばシャドウマスク法を用いたスパッタ法によって所定膜厚（例えば、１μｍ）だけ堆積させる。ここに、透明電極３は、中間電極５と平行な方向であって中間電極５に重なる位置に形成する。
【０１０４】
その後、パッド電極１４，１５を形成することにより、本実施形態の固体発光デバイスが形成される。
【０１０５】
ところで、本実施形態では、中間電極５として、膜厚が１０ｎｍの金薄膜を用いているが、強電界ドリフト層６の多孔質半導体層６ａで加速された電子がトンネルでき且つ多孔質半導体層６ａの全面をある程度均一に覆うことができ低抵抗となるような厚みであればよく、１００ｎｍ以下、好ましくは１５ｎｍ以下とすることが望ましい。
【０１０６】
また、中間電極５の材料としては、電子がトンネルしやすく低抵抗で化学的に安定であり、また多孔質半導体層６ａおよび発光層２との密着性が良いものが好ましく、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｉｒ、Ｐｄなどの金属やそれらの合金、あるいはそれらの複数の組み合わせで用いることができる。
【０１０７】
また、中間電極５の抵抗を下げる目的および断線を防止する目的で、中間電極５と電気的に接続された膜厚が厚く低抵抗なバスライン電極を中間電極５と平行に設けてもよい。
【０１０８】
なお、裏面電極３、透明電極３、強電界ドリフト層６、発光層２はそれぞれ上記材料および形成方法に限定されるものではなく、実施形態１で説明した種々の材料および形成方法の中からそれぞれ適宜選択すればよい。また、絶縁層１７の材料、厚み、形成方法も上記のものに限定されない。
【０１０９】
また、中間電極５のパターニング法もフォトリソグラフィ法とエッチング法あるいはリフトオフ法との組み合わせ、シャドウマスク法による方法などを適宜選択すればよい。また、エッチング法も反応性イオンエッチング法をはじめ、イオンミリング法、スパッタエッチング法、ウエットエッチング法などから適宜選択すればよい。
【０１１０】
ところで、本実施形態では、透明電極３を発光層２上に列設してあるが、透明電極３は発光層２上の全面に形成してもよい。
【０１１１】
また、本実施形態の固体発光デバイスを駆動するにあたっては、発光層２のうち発光させない領域の画素にあたる裏面電極４と中間電極５、透明電極３はフォローティングにしておいてもよいし、非選択である裏面電極４と中間電極５あるいはまた透明電極３をそれぞれ選択画素の中間電極５および裏面電極４あるいはまた中間電極５と同電位にして用いてもよい。
【０１１２】
（実施例３）
実施形態３にて説明した固体発光デバイスの製造方法で以下の条件により固体発光デバイスを作成した。
【０１１３】
基板１としては、無アルカリガラス基板を用いた。基板１の上に列設された複数の裏面電極４は、膜厚が０．５μｍのＡｌ−Ｓｉ／Ｗ／Ｔｉからなる電極層を基板１の一表面上にスパッタ法により堆積した後、フォトリソグラフィ法と反応性イオンエッチング法を用いて該電極層をパターニングすることにより形成した。
【０１１４】
半導体層６ｂとしては、膜厚が１．５μｍの多結晶シリコン層を採用し、多結晶シリコン層の成膜は、プラズマＣＶＤ法により行った。
【０１１５】
多孔質半導体層６ａを形成するための多結晶シリコン層の一部の多孔質化は陽極酸化により行った。陽極酸化では電解液として、５５ｗ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを略１：１で混合し５℃に冷却した電解液を用いた。陽極酸化は、電解液中に白金電極よりなる対向電極を浸し、５００Ｗのタングステンランプを用いて多結晶シリコン層に一定の光パワーで光照射を行いながら、裏面電極４を正極、対向電極を負極として、所定の電流を流した。ここに、陽極酸化期間における電流密度は２５ｍＡ／ｃｍ2で一定とし、陽極酸化時間は６秒とした。この陽極酸化により、半導体層６ｂのうち裏面電極４に重なる部分の表面側が多孔質化され、略０．５μｍの多孔質多結晶シリコン層が形成された。さらに、多孔質多結晶シリコン層の酸化は、硫酸の水溶液中に白金電極よりなる対向電極を浸し、裏面電極４を正極、対向電極を負極として、電気化学的に行った。多孔質多結晶シリコン層を電気化学的に酸化することにより、表面が薄いシリコン酸化膜で覆われたナノオーダサイズの微結晶シリコンと柱状の結晶グレインとからなる多孔質半導体層６ａを形成した。
【０１１６】
中間電極５としては、膜厚が１０ｎｍの金薄膜をシャドウマスク法を用いたスパッタ法によって裏面電極４に交差する方向に列設した。
【０１１７】
発光層２としては、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を真空蒸着法にて堆積させた。ここに、有機薄膜からなる発光層の厚さは、略０．５μｍとした。
【０１１８】
発光層２上に裏面電極４に交差する方向に列設される複数の透明電極３としては、ＩＴＯを用い、透明電極３は、シャドウマスク法を用いたスパッタ法によって堆積した。ここに、透明電極３の厚さは略１μｍとした。
【０１１９】
上述の条件で作成した固体発光デバイスのそれぞれ選択した中間電極５と裏面電極４との間に中間電極５が裏面電極４に対して正極となるように電圧を印加するとともに、透明電極３と中間電極５との間に透明電極３が正極となるように数ボルトの電圧を印加したところ、発光層２のうち選択した中間電極５と裏面電極４と透明電極３との交差した領域のみから発光が観測され、クロストークのない動作を確認することができた。
【０１２０】
また、本実施例の固体発光デバイスでは、中間電極５と裏面電極４との間に印加する印加電圧および透明電極３と中間電極５との間に印加する印加電圧を変化させることによって発光層２へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層２を当該発光層２の構成材料の発光に最適なエネルギで発光させることができ、より良好な発光特性を得ることができた。
【０１２１】
（実施形態４）
本実施形態の固体発光デバイスの基本構成は実施形態３と略同じであって、実施形態３では、基板１の一表面側に、裏面電極４、強電界ドリフト層６、中間電極５、発光層２、透明電極３の順に積層されていたのに対し、本実施形態では、基板１の一表面側に、透明電極３、発光層２、中間電極５、強電界ドリフト層６、裏面電極４の順に積層されている点に特徴がある。ところで、実施形態３では、基板１として、半導体基板などの透明でない基板を用いることもできるが、本実施形態では、発光層２で発光した光が透明電極３および基板１を通して外部へ取り出されるので、基板１として透明基板などの透光性を有する基板を用いる必要があることは勿論である。
【０１２２】
すなわち、本実施形態では、図６に示すように、無アルカリガラス基板からなる基板１の一表面上に、ＩＴＯからなる複数の透明電極３が列設され、複数の透明電極３を覆うように発光層２が形成され、発光層２上に複数の中間電極５が透明電極３に重なるように透明電極５に平行な方向に列設されている。さらに、複数の中間電極５を覆うように強電界ドリフト層６が積層され、強電界ドリフト層６上にＡｌ−Ｓｉ／Ｗ／Ｔｉからなる複数の裏面電極４が透明電極３に交差する方向に列設されている。なお、本実施形態の固体発光デバイスでは、発光層２の発光が透明電極３および基板１を通して外部へ取り出されるので、発光層２のうち透明電極３が列設される側の一表面を前面、該前面と反対側の面を裏面と称する。したがって、複数の裏面電極４は、発光層２の裏面側において透明電極３に交差する方向に列設されていることになる。また、基板１は、発光層２の前面側に配設されていることになる。また、発光層２のうち裏面電極４と中間電極５との交差する領域に重なる部位がそれぞれ画素２ａを構成している。
【０１２３】
ここにおいて、強電界ドリフト層６は、中間電極５と裏面電極４との間に中間電極５を正極として電圧を印加したときに裏面電極４から注入された電子がドリフトして発光層２を発光させるための電子を発光層２へ供給する機能を有するものであり、強電界ドリフト層６は、中間電極５と裏面電極４とが交差する領域が酸化した多孔質多結晶シリコン層からなる多孔質半導体層６ａにより構成され、中間電極５と裏面電極４とが交差しない領域が多結晶シリコン層からなる半導体層６ｂにより構成されている。本実施形態では、中間電極５と裏面電極４とが交差する領域の全部が多孔質半導体層６ａにより構成されているが、強電界ドリフト層６は、半導体層６ｂからなり、少なくとも中間電極５と裏面電極４とが交差する領域であって厚み方向において発光層２側の部分が多孔質半導体層６ａにより構成されていればよい。
【０１２４】
ところで、多孔質半導体層６ａは、基板１の上記一表面に略直交する柱状の結晶グレインと、結晶グレインの表面に形成された薄いシリコン酸化膜と、結晶グレインの間に介在するナノオーダサイズの微結晶シリコンと、微結晶シリコンの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とで構成されている。
【０１２５】
また、本実施形態では、発光層２として、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を用いている。
【０１２６】
次に、本実施形態の固体発光デバイスの動作原理について説明する。
【０１２７】
本実施形態の固体発光デバイスでは、裏面電極４に対して中間電極５が正極となるように電圧を印加するとともに中間電極５に対して透明電極３が正極となるように電圧を印加すると、裏面電極４から強電界ドリフト層６の多孔質半導体層６ａへ電子が注入される。多孔質半導体層６ａは多数の半導体微結晶である微結晶シリコンから構成されているので、注入された電子は強電界ドリフト層６の微結晶シリコン中でほとんど散乱されることなく微結晶シリコン間を多重トンネルしながら強電界ドリフト層６に印加された電圧で加速され、最終的に高いエネルギに励起されて強電界ドリフト層６の表面に到達して高エネルギの電子が中間電極５をトンネルして発光層２中に注入されて発光層２を励起したり、透明電極３から注入された正孔と再結合したり、透明電極３に印加された電圧でさらに加速され高エネルギとなった電子によって発光層２が励起されることで発光層２が発光し、発光層２で発光した光は、透明電極３および基板１を通して外部へ取り出される。
【０１２８】
ここにおいて、強電界ドリフト層６中に流れる電流はトンネル現象で流れ、その電流電圧特性はファウラ−ノルドハイムプロットにほぼ乗るような極めて高い非線形性を持ち、中間電極５と裏面電極４との間に印加する印加電圧が半分になれば強電界ドリフト層６に流れる電流は数桁も減少し、発光層２では、それぞれ選択した中間電極５および裏面電極４の交差する領域である選択画素にかかる電圧に比べて、選択画素を除いた中間電極５および裏面電極４のいずれか一方のみに重なる非選択画素にかかる電圧が十分に小さいので、非選択画素にはほとんど電流が流れず、非選択画素はほとんど発光しないから、クロストークの問題がない。
【０１２９】
また、発光層２の画素２ａのうち非選択画素では、当該非選択画素にかかる電圧が低いので、強電界ドリフト層６において非選択画素に重なる領域では電子が加速されにくく、強電界ドリフト層６の表面に到達した電子のエネルギが小さいので、発光層２への電子の注入量が少なくなる上、電子によって発光層２が励起されて発光することがほとんどなくなり、結果としてさらにクロストークの問題がなくなる。
【０１３０】
また、非選択画素のうち逆バイアスがかかる非選択画素では、強電界ドリフト層６から発光層２への高エネルギの電子の注入は生じないので、電子によって発光層２が励起されて発光することがほとんどなく、また逆バイアスがかかっていることで電子と正孔との再結合も生じないので、クロストークの問題が発生しない。特に、透明電極３と中間電極５との間に印加する電圧を発光層２での注入キャリアの再結合による発光開始電圧と同等かそれよりも小さくしておけば、さらにクロストーク防止の効果が高い。
【０１３１】
また、中間電極５と裏面電極４との間に印加する印加電圧、透明電極３と中間電極５との間に印加する印加電圧を調整することで、発光層２へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層２を発光させるために適当なエネルギの電子を利用して発光層２を発光させることができ、良好な発光特性が得られる。
【０１３２】
また、透明電極３と中間電極５と裏面電極４と強電界ドリフト層６とで発光層２に流れる電流が制御されるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を設けることなく、発光層２に中間電極５および強電界ドリフト層６を積層した構造とすることでクロストークを防止することができるので、画素の開口率の低下を防止することができる。
【０１３３】
また、透明電極３と中間電極５と裏面電極４と強電界ドリフト層６とで発光層２に流れる電流を制御できクロストークを防止することができ、中間電極５および強電界ドリフト層６は発光層２に積層されるものであるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を別途に設ける必要がなく、構造が単純で、強電界ドリフト層６を設けない場合と同じデザインルールで形成できるので、作製プロセスが容易である。
【０１３４】
また、発光層２の光を基板１を通して取り出すことができるので、固体発光デバイスをカバーする材料の選択肢が広がる上に発光層２と窓層を構成するガラス（基板１）との距離を離さずに構成でき、素子構成上、表示品質上、好都合であるというメリットがある。
【０１３５】
なお、裏面電極３、透明電極３、強電界ドリフト層６、中間電極５、発光層２はそれぞれ上記材料および形成方法に限定されるものではなく、実施形態３で説明した種々の材料および形成方法の中からそれぞれ適宜選択すればよい。
【０１３６】
（実施例４）
実施形態４にて説明した固体発光デバイスを以下の条件で作成した。
【０１３７】
基板１としては、無アルカリガラス基板を用いた。基板１の上に列設された複数の透明電極３は、厚さが１μｍのＩＴＯにより構成した。
【０１３８】
発光層２としては、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を用いた。ここに、有機薄膜からなる発光層２の厚さは、略０．５μｍとした。
【０１３９】
中間電極５としては、膜厚が１０ｎｍの金薄膜をシャドウマスク法を用いたスパッタ法によって透明電極５に平行な方向に列設した。
【０１４０】
強電界ドリフト層６は、膜厚が１．５μｍの多結晶シリコン層よりなる半導体層６ｂと半導体層６ｂのうち透明電極３と裏面電極４とが重なる領域であって発光層２側の部分に形成された厚さ０．５μｍの酸化した多孔質多結晶シリコンよりなる多孔質半導体層６ａとで構成した。ここに、多孔質半導体層６ａは、表面が薄いシリコン酸化膜で覆われたナノオーダサイズの微結晶シリコンと柱状の結晶グレインとからなる。
【０１４１】
強電界ドリフト層６上に透明電極３に交差する方向に列設される複数の裏面電極４としては、Ａｌ−Ｓｉ／Ｗ／Ｔｉを用いた。ここに、裏面電極４の厚さは、０．５μｍとした。
【０１４２】
上述の条件で作成した固体発光デバイスのそれぞれ選択した中間電極５と裏面電極４との間に中間電極５が裏面電極４に対して正極となるように電圧を印加するとともに、透明電極３と中間電極５との間に透明電極３が正極となるように数ボルトの電圧を印加したところ、選択した中間電極５と裏面電極４と透明電極３との交差した領域の画素２ａのみから発光が観測され、クロストークのない動作を確認することができた。
【０１４３】
また、本実施例の固体発光デバイスでは、中間電極５と裏面電極４との間に印加する印加電圧および透明電極３と中間電極５との間に印加する印加電圧を変化させることによって発光層２へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層２を当該発光層２の構成材料の発光に最適なエネルギで発光させることができ、より良好な発光特性を得ることができた。
【０１４４】
（実施形態５）
本実施形態の固体発光デバイスは、図７に示すように、ｐ形シリコン基板からなる基板１の一表面側に、ｎ形拡散層からなる複数の裏面電極４が列設され、複数の裏面電極４が形成された基板１の上記一表面を覆うように強電界ドリフト層６が形成され、強電界ドリフト層６上に発光層２が積層され、発光層２上にＩＴＯ（インジウム−錫酸化物）からなる複数の透明電極３が裏面電極４に交差する方向に列設されている。また、隣り合う裏面電極４間には高濃度のｐ形不純物層８が形成されている。各透明電極３は、短冊状に形成され、長手方向の両端部上にそれぞれパッド電極１３が形成されている。また、各裏面電極４も、短冊状に形成され、長手方向の両端部上にそれぞれパッド電極１４が形成されている。なお、本実施形態の固体発光デバイスでは、発光層２の発光が透明電極３を通して外部へ取り出されるので、発光層２のうち透明電極３が列設される側の一表面を前面、該前面と反対側の面を裏面と称する。したがって、複数の裏面電極４は、発光層２の裏面側において透明電極３に交差する方向に列設されていることになる。
【０１４５】
ここにおいて、強電界ドリフト層６は、透明電極３と裏面電極４との間に透明電極３を正極として電圧を印加したときに裏面電極４から注入された電子がドリフトして発光層２を発光させるための電子を発光層２へ供給する機能を有するものであり、強電界ドリフト層６は、裏面電極４にほぼ重なる領域が酸化した多孔質多結晶シリコン層からなる多孔質半導体層６ａにより構成され、裏面電極４に重ならない領域が多結晶シリコン層からなる半導体層６ｂにより構成されている。本実施形態では、裏面電極４にほぼ重なる領域の全部が多孔質半導体層６ａにより構成されているが、強電界ドリフト層６は、半導体層６ｂからなり、少なくとも透明電極３と裏面電極４とが交差する領域であって厚み方向において発光層２側の部分が多孔質半導体層６ａにより構成されていればよい。また、隣り合う多孔質半導体層６ａ間の半導体層６ｂと基板１との間にはシリコン酸化膜からなる絶縁層７が形成されている。
【０１４６】
ところで、多孔質半導体層６ａは、基板１の上記一表面に略直交する柱状の結晶グレインと、結晶グレインの表面に形成された薄いシリコン酸化膜と、結晶グレインの間に介在するナノオーダサイズの微結晶シリコンと、微結晶シリコンの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とで構成されている。
【０１４７】
また、本実施形態では、発光層２として、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を用いている。
【０１４８】
次に、本実施形態の固体発光デバイスの動作原理について説明する。
【０１４９】
本実施形態の固体発光デバイスでは、裏面電極４に対して透明電極３が正極となるように電圧を印加すると、裏面電極４から強電界ドリフト層６の多孔質半導体層６ａへ電子が注入される。多孔質半導体層６ａは多数の半導体微結晶である微結晶シリコンから構成されているので、注入された電子は強電界ドリフト層６の微結晶シリコン中でほとんど散乱されることなく微結晶シリコン間を多重トンネルしながら強電界ドリフト層６に印加された電圧で加速され、最終的に高いエネルギに励起されて強電界ドリフト層６の表面に到達して高エネルギの電子がそのまま発光層２中に注入されて発光層２を励起したり、透明電極３から注入された正孔と再結合したり、透明電極３に印加された電圧でさらに加速され高エネルギとなった電子によって発光層２が励起されることで発光層２が発光し、発光層２で発光した光は、透明電極３を通して外部へ取り出される。
【０１５０】
ここにおいて、強電界ドリフト層６中に流れる電流はトンネル現象で流れ、その電流電圧特性はファウラ−ノルドハイムプロットにほぼ乗るような極めて高い非線形性を持ち、透明電極３と裏面電極４との間に印加する印加電圧が半分になれば強電界ドリフト層６に流れる電流は数桁も減少し、発光層２では、それぞれ選択した透明電極３および裏面電極４の交差する領域である選択画素にかかる電圧に比べて、選択画素を除いた透明電極３および裏面電極４のいずれか一方のみに重なる非選択画素にかかる電圧が十分に小さいので、非選択画素にはほとんど電流が流れず、非選択画素はほとんど発光しないから、クロストークの問題がない。
【０１５１】
また、非選択画素では、当該非選択画素にかかる電圧が低いので、強電界ドリフト層６において非選択画素に重なる領域では電子が加速されにくく、強電界ドリフト層６の表面に到達した電子のエネルギが小さいので、発光層２への電子の注入量が少なくなる上、電子によって発光層２が励起されて発光することがほとんどなくなり、結果としてさらにクロストークの問題がなくなる。また、非選択画素のうち逆バイアスがかかる非選択画素では、強電界ドリフト層６から発光層２への高エネルギの電子の注入は生じないので、電子によって発光層２が励起されて発光することがほとんどなく、また逆バイアスがかかっていることで電子と正孔との再結合も生じないので、クロストークの問題が発生しない。
【０１５２】
また、透明電極３と裏面電極４との間に印加する印加電圧を調整することで、発光層２へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層２の材料を発光させるために適当なエネルギの電子を利用して発光層２を発光させることができ、良好な発光特性が得られる。
【０１５３】
また、透明電極３と裏面電極４と強電界ドリフト層６とで発光層２に流れる電流が制御されるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子をクロストークを防止するために別途に設けることなく、発光層２に強電界ドリフト層６を積層することでクロストークを防止することができるので、発光層２の画素２ａの開口率の低下を防止することができる。また、透明電極３と裏面電極４と強電界ドリフト層６とで発光層２に流れる電流を制御できるとともにクロストークを防止することができ、強電界ドリフト層６は発光層２に積層されるものであるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を別途に設ける必要がなく、構造が単純で、強電界ドリフト層６を設けない場合と同じデザインルールで形成できるので、作製プロセスが容易になる。
【０１５４】
また、強電界ドリフト層６は、隣り合う裏面電極４間の領域に重なる部位の後部に絶縁層７が設けられているので、強電界ドリフト層６のうち隣り合う裏面電極４間の領域に重なる部位を通って透明電極３へリーク電流が流れるのを防ぐことができ、発光層２の発光効率を高めることができる。
【０１５５】
以下、上述の固体発光デバイスの製造方法について簡単に説明する。
【０１５６】
まず、ｐ形シリコン基板からなる基板１の上記一表面上に所定膜厚（例えば、０．５μｍ）のシリコン酸化膜を形成した後、裏面電極４を配設するための領域をエッチング除去することでパターニングされたシリコン酸化膜からなる絶縁層７を形成する。なお、隣り合う裏面電極４間の高濃度のｐ形不純物層８は予め形成してある。
【０１５７】
その後、絶縁層７をマスクとして基板１の上記一表面側に複数のｎ形拡散層からなる裏面電極４を列設する。
【０１５８】
次に、基板１の上記一表面側の全面に所定膜厚（例えば、１．５μｍ）のノンドープの多結晶シリコン層を例えばＬＰＣＶＤ法により堆積する。
【０１５９】
その後、例えば、フッ化水素水溶液とエタノールとを所定混合比（例えば、１：１）で混合した混合液の入った陽極酸化処理槽を利用し、裏面電極４を正極、白金（Ｐｔ）からなる対向電極を負極として、多結晶シリコン層に光照射を行いながら所定の電流密度で所定の時間だけ陽極酸化処理を行うことによって、多結晶シリコン層のうち裏面電極４にほぼ重なる領域に所定厚さの多孔質多結晶シリコン層を形成する。多孔質多結晶シリコン層を形成した後（つまり、多結晶シリコン層の一部を多孔質化した後）、乾燥酸素ガス中でランプアニール装置を用いた急速加熱法で多孔質多結晶シリコン層を酸化することにより、酸化した多孔質多結晶シリコン層からなる多孔質半導体層６ａが形成される。ここに、多孔質半導体層６ａは、上述のように、基板１の上記一表面に略直交する柱状の結晶グレインと、結晶グレインの表面に形成された薄いシリコン酸化膜と、結晶グレインの間に介在するナノオーダサイズの微結晶シリコンと、微結晶シリコンの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とで構成されている。また、多結晶シリコン層のうち上述の陽極酸化処理にて多孔質化されなかった部分が半導体層６ｂとなる。
【０１６０】
続いて、基板１の上記一表面側の全面に、つまり、強電界ドリフト層６上に、発光層２として、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を例えば真空蒸着法により所定膜厚（例えば、０．５μｍ）だけ堆積させる。
【０１６１】
発光層２を形成した後、発光層２上に、ＩＴＯからなる透明電極３を、裏面電極４に交差する方向に列設されるように、例えばシャドウマスク法を用いたスパッタ法によって所定膜厚（例えば、１μｍ）だけ堆積させる。
【０１６２】
その後、パッド電極１３，１４を形成することにより、本実施形態の固体発光デバイスが形成される。
【０１６３】
なお、透明電極３、強電界ドリフト層６、発光層２はそれぞれ上記材料および形成方法に限定されるものではなく、実施形態１で説明した種々の材料および形成方法の中からそれぞれ適宜選択すればよい。また、絶縁層７の材料、厚み、形成方法も上記のものに限定されない。
【０１６４】
（実施例５）
実施形態５にて説明した固体発光デバイスの製造方法で以下の条件により固体発光デバイスを作成した。
【０１６５】
基板１としては、ｐ形シリコン基板を用いた。基板１の上記一表面側に列設された複数のｎ形拡散層からなる裏面電極４は、基板１の上記一表面上の絶縁層７をパターニングした後に形成した。
【０１６６】
半導体層としては、膜厚が１．５μｍの多結晶シリコン層を採用し、多結晶シリコン層の成膜は、ＬＰＣＶＤ法により行った。
【０１６７】
多孔質半導体層６ａを形成するための多結晶シリコン層の一部の多孔質化は陽極酸化により行った。陽極酸化では電解液として、５５ｗ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを略１：１で混合し５℃に冷却した電解液を用いた。陽極酸化は、電解液中に白金電極よりなる対向電極を浸し、５００Ｗのタングステンランプを用いて多結晶シリコン層に一定の光パワーで光照射を行いながら、裏面電極４を正極、対向電極を負極として、所定の電流を流した。ここに、陽極酸化期間における電流密度は２５ｍＡ／ｃｍ2で一定とし、陽極酸化時間は６秒とした。この陽極酸化により、半導体層６ｂのうち裏面電極４にほぼ重なる部分（絶縁層７で覆われていない部分）の表面側が多孔質化され、略０．５μｍの多孔質多結晶シリコン層が形成された。
【０１６８】
さらに、多孔質多結晶シリコン層の酸化は、乾燥酸素ガス中でランプアニール装置を用いた急速加熱法で行った。酸化の条件は、酸化温度を９００℃、酸化時間を１時間、酸化温度までの昇温時間を１分とした。このような条件で多孔質多結晶シリコン層を酸化することにより、表面が薄いシリコン酸化膜で覆われたナノオーダサイズの微結晶シリコンと柱状の結晶グレインとからなる多孔質半導体層６ａを形成した。
【０１６９】
発光層２としては、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を真空蒸着法にて堆積させた。ここに、有機薄膜からなる発光層２の厚さは、略０．５μｍとした。
【０１７０】
発光層２上に裏面電極４に交差する方向に列設される複数の透明電極３としては、ＩＴＯを用い、透明電極３は、シャドウマスク法を用いたスパッタ法によって堆積した。ここに、透明電極３の厚さは略１μｍとした。
【０１７１】
上述の条件で作成した固体発光デバイスのそれぞれ選択した透明電極３と裏面電極４との間に透明電極３が裏面電極４に対して正極となるように電圧を印加したところ、それぞれ選択した透明電極３と裏面電極４との交差した領域（選択画素）のみから発光が観測され、クロストークのない動作を確認することができた。
【０１７２】
また、本実施例の固体発光デバイスでは、透明電極３と裏面電極４との間に印加する印加電圧を変化させることによって発光層２へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層２を当該発光層２の構成材料の発光に最適なエネルギで発光させることができ、より良好な発光特性を得ることができた。
【０１７３】
（実施形態６）
本実施形態の固体発光デバイスは、図８に示すように、絶縁基板であるアルミナセラミックスからなる基板１の一表面上に、タングステン（Ｗ）からなる複数の裏面電極４が列設され、複数の裏面電極４を覆うように強電界ドリフト層６が形成され、強電界ドリフト層６のうち隣り合う裏面電極４間の領域に重なる部位上に絶縁層７が設けられ、強電界ドリフト層６および絶縁層７を覆うように発光層２が積層され、発光層２上にＩＴＯ（インジウム−錫酸化物）からなる複数の透明電極３が裏面電極４に交差する方向に列設されている。各透明電極３は、短冊状に形成され、長手方向の両端部上にそれぞれパッド電極１３が形成されている。また、各裏面電極４も、短冊状に形成され、長手方向の両端部上にそれぞれパッド電極１４が形成されている。なお、本実施形態の固体発光デバイスでは、発光層２の発光が透明電極３を通して外部へ取り出されるので、発光層２のうち透明電極３が列設される側の一表面を前面、該前面と反対側の面を裏面と称する。したがって、複数の裏面電極４は、発光層２の裏面側において透明電極３に交差する方向に列設されていることになる。
【０１７４】
ここにおいて、強電界ドリフト層６は、透明電極３と裏面電極４との間に透明電極３を正極として電圧を印加したときに裏面電極４から注入された電子がドリフトして発光層２を発光させるための電子を発光層２へ供給する機能を有するものであり、強電界ドリフト層６は、裏面電極４にほぼ重なる領域が酸化した多孔質多結晶シリコン層からなる多孔質半導体層６ａにより構成され、裏面電極４に重ならない領域が多結晶シリコン層からなる半導体層６ｂにより構成されている。本実施形態では、裏面電極４にほぼ重なる領域の全部が多孔質半導体層６ａにより構成されているが、強電界ドリフト層６は、半導体層６ｂからなり、少なくとも透明電極３と裏面電極４とが交差する領域であって厚み方向において発光層２側の部分が多孔質半導体層６ａにより構成されていればよい。
【０１７５】
ところで、多孔質半導体層６ａは、基板１の上記一表面に略直交する柱状の結晶グレインと、結晶グレインの表面に形成された薄いシリコン酸化膜と、結晶グレインの間に介在するナノオーダサイズの微結晶シリコンと、微結晶シリコンの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とで構成されている。
【０１７６】
また、本実施形態では、発光層２として、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を用いている。
【０１７７】
本実施形態の固体発光デバイスの動作原理は実施形態１と略同じなので説明を省略する。ただし、本実施形態の固体発光デバイスでは、実施形態１と同様に、クロストークの問題がなく、しかも、強電界ドリフト層６は、隣り合う裏面電極４間の領域に重なる部位の前部に絶縁層７が設けられているので、強電界ドリフト層６のうち隣り合う裏面電極４間の領域に重なる部位を通って透明電極３へリーク電流が流れるのを防ぐことができ、発光効率を高めることができる。なお、裏面電極３、透明電極３、強電界ドリフト層６、発光層２の材料および形成方法はそれぞれ実施形態１で説明した種々の材料および形成方法の中からそれぞれ適宜選択すればよい。また、絶縁層７の材料、厚み、形成方法も上記のものに限定されない。
【０１７８】
以下、上述の固体発光デバイスの製造方法について簡単に説明する。
【０１７９】
まず、基板１の上記一表面上にＷからなる所定膜厚（例えば、０．５μｍ）の電極層を例えばスパッタ法により堆積した後、フォトリソグラフィ法と反応性イオンエッチング法により該電極層をパターニングすることによって、基板１に複数の裏面電極４を列設する。
【０１８０】
次に、基板１の上記一表面側の全面に所定膜厚（例えば、１．５μｍ）のノンドープの多結晶シリコン層をＬＰＣＶＤ法により堆積する。
【０１８１】
その後、例えば、フッ化水素水溶液とエタノールとを所定混合比（例えば、１：１）で混合した混合液の入った陽極酸化処理槽を利用し、裏面電極４を正極、白金（Ｐｔ）からなる対向電極を負極として、多結晶シリコン層に光照射を行いながら所定の電流密度で所定の時間だけ陽極酸化処理を行うことによって、多結晶シリコン層のうち裏面電極４にほぼ重なる領域に所定厚さの多孔質多結晶シリコン層を形成する。多孔質多結晶シリコン層を形成した後（つまり、多結晶シリコン層の一部を多孔質化した後）、乾燥酸素ガス中でランプアニール装置を用いて急速加熱法で多孔質多結晶シリコン層を酸化することにより、酸化した多孔質多結晶シリコン層からなる多孔質半導体層６ａが形成される。ここに、多孔質半導体層６ａは、上述のように、基板１の上記一表面に略直交する柱状の結晶グレインと、結晶グレインの表面に形成された薄いシリコン酸化膜と、結晶グレインの間に介在するナノオーダサイズの微結晶シリコンと、微結晶シリコンの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とで構成されている。また、多結晶シリコン層のうち上述の陽極酸化処理にて多孔質化されなかった部分が半導体層６ｂとなる。
【０１８２】
続いて、基板１の上記一表面側の全面に、つまり、強電界ドリフト層６上に、所定膜厚（例えば、０．５μｍ）のシリコン酸化膜をＰＣＶＤ法により形成した後、当該シリコン酸化膜のうち裏面電極４に重なる部分を除去することによりシリコン酸化膜からなる絶縁層７を形成する。
【０１８３】
次に、基板１の上記一表面側の全面に、発光層２として、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を例えば真空蒸着法により所定膜厚（例えば、０．５μｍ）だけ堆積させる。
【０１８４】
発光層２を形成した後、発光層２上に、ＩＴＯからなる透明電極３を、裏面電極４に交差する方向に列設されるように、例えばシャドウマスク法を用いたスパッタ法によって所定膜厚（例えば、１μｍ）だけ堆積させる。
【０１８５】
その後、パッド電極１３，１４を形成することにより、本実施形態の固体発光デバイスが形成される。
【０１８６】
（実施例６）
実施形態６にて説明した固体発光デバイスの製造方法で以下の条件により固体発光デバイスを作成した。
【０１８７】
基板１としては、アルミナセラミックス基板を用いた。基板１の上に列設された複数の裏面電極４は、膜厚が０．５μｍのＷからなる電極層を基板１の一表面上にスパッタ法により堆積した後、フォトリソグラフィ法と反応性イオンエッチング法を用いて該電極層をパターニングすることにより形成した。
【０１８８】
半導体層としては、膜厚が１．５μｍの多結晶シリコン層を採用し、多結晶シリコン層の成膜は、ＬＰＣＶＤ法により行った。
【０１８９】
多孔質半導体層６ａを形成するための多結晶シリコン層の一部の多孔質化は陽極酸化により行った。陽極酸化では電解液として、５５ｗ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを略１：１で混合し５℃に冷却した電解液を用いた。陽極酸化は、電解液中に白金電極よりなる対向電極を浸し、５００Ｗのタングステンランプを用いて多結晶シリコン層に一定の光パワーで光照射を行いながら、裏面電極４を正極、対向電極を負極として、所定の電流を流した。ここに、陽極酸化期間における電流密度は２５ｍＡ／ｃｍ2で一定とし、陽極酸化時間は６秒とした。この陽極酸化により、半導体層６ｂのうち裏面電極４に重なる部分の表面側が多孔質化され、略０．５μｍの多孔質多結晶シリコン層が形成された。
【０１９０】
さらに、多孔質多結晶シリコン層の酸化は、乾燥酸素ガス中でランプアニール装置を用いた急速加熱法で行った。酸化の条件は、酸化温度を９００℃、酸化時間を１時間、酸化温度までの昇温時間を１分とした。このような条件で多孔質多結晶シリコン層を酸化することにより、表面が薄いシリコン酸化膜で覆われたナノオーダサイズの微結晶シリコンと柱状の結晶グレインとからなる多孔質半導体層６ａを形成した。
【０１９１】
発光層２としては、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を真空蒸着法にて堆積させた。ここに、有機薄膜からなる発光層２の厚さは、略０．５μｍとした。
【０１９２】
発光層２上に裏面電極４に交差する方向に列設される複数の透明電極３としては、ＩＴＯを用い、透明電極３は、シャドウマスク法を用いたスパッタ法によって堆積した。ここに、透明電極３の厚さは略１μｍとした。
【０１９３】
上述の条件で作成した固体発光デバイスのそれぞれ選択した透明電極３と裏面電極４との間に透明電極３が裏面電極４に対して正極となるように電圧を印加したところ、それぞれ選択した透明電極３と裏面電極４との交差した領域（選択画素）のみから発光が観測され、クロストークのない動作を確認することができた。
【０１９４】
また、本実施例の固体発光デバイスでは、透明電極３と裏面電極４との間に印加する印加電圧を変化させることによって発光層２へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層２を当該発光層２の構成材料の発光に最適なエネルギで発光させることができ、より良好な発光特性を得ることができた。
【０１９５】
（実施形態７）
本実施形態の固体発光デバイスは、図９に示すように、無アルカリガラス基板からなる基板１の一表面上に、Ａｌ−Ｓｉ／Ｗ／Ｔｉからなる複数の裏面電極４が列設され、複数の裏面電極４を覆うように強電界ドリフト層６が形成され、強電界ドリフト層６上において後述の透明電極３間の領域に重なる部位上にシリコン酸化膜よりなる絶縁層１７が形成され、強電界ドリフト層６および絶縁層１７を覆うように発光層２が積層され、発光層２上にＩＴＯ（インジウム−錫酸化物）からなる複数の透明電極３が裏面電極４に交差する方向に列設されている。各透明電極３は、短冊状に形成され、長手方向の両端部上にそれぞれパッド電極１３が形成されている。また、各裏面電極４も、短冊状に形成され、長手方向の両端部上にそれぞれパッド電極１４が形成されている。なお、本実施形態の固体発光デバイスでは、発光層２の発光が透明電極３を通して外部へ取り出されるので、発光層２のうち透明電極３が列設される側の一表面を前面、該前面と反対側の面を裏面と称する。したがって、複数の裏面電極４は、発光層２の裏面側において透明電極３に交差する方向に列設されていることになる。
【０１９６】
ここにおいて、強電界ドリフト層６は、透明電極３と裏面電極４との間に透明電極３を正極として電圧を印加したときに裏面電極４から注入された電子がドリフトして発光層２を発光させるための電子を発光層２へ供給する機能を有するものであり、強電界ドリフト層６は、裏面電極４にほぼ重なる領域が酸化した多孔質多結晶シリコン層からなる多孔質半導体層６ａにより構成され、裏面電極４に重ならない領域が多結晶シリコン層からなる半導体層６ｂにより構成されている。本実施形態では、裏面電極４にほぼ重なる領域の全部が多孔質半導体層６ａにより構成されているが、強電界ドリフト層６は、半導体層６ｂからなり、少なくとも透明電極３と裏面電極４とが交差する領域であって厚み方向において発光層２側の部分が多孔質半導体層６ａにより構成されていればよい。
【０１９７】
ところで、多孔質半導体層６ａは、基板１の上記一表面に略直交する柱状の結晶グレインと、結晶グレインの表面に形成された薄いシリコン酸化膜と、結晶グレインの間に介在するナノオーダサイズの微結晶シリコンと、微結晶シリコンの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とで構成されている。
【０１９８】
また、本実施形態では、発光層２として、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を用いている。
【０１９９】
本実施形態の固体発光デバイスの動作原理は実施形態１と略同じなので説明を省略する。ただし、本実施形態の固体発光デバイスでは、実施形態１と同様に、クロストークの問題がなく、しかも、強電界ドリフト層６は、隣り合う透明電極３間の領域に重なる部位の上に絶縁層１７が設けられているので、裏面電極４から強電界ドリフト層６、発光層２を通って透明電極３へリーク電流が流れるのを防ぐことができ、さらに高効率な固体発光デバイスを実現することができる。なお、裏面電極３、透明電極３、強電界ドリフト層６、発光層２の材料および形成方法はそれぞれ実施形態１で説明した種々の材料および形成方法の中からそれぞれ適宜選択すればよい。また、絶縁層１７の材料、厚み、形成方法も上記のもに限定されない。
【０２００】
以下、上述の固体発光デバイスの製造方法について簡単に説明する。
【０２０１】
まず、基板１の上記一表面上にＡｌ−Ｓｉ／Ｗ／Ｔｉからなる所定膜厚（例えば、０．５μｍ）の電極層を例えばスパッタ法により堆積した後、フォトリソグラフィ法と反応性イオンエッチング法により該電極層をパターニングすることによって、基板１上に複数の裏面電極４を列設する。
【０２０２】
次に、基板１の上記一表面側の全面に所定膜厚（例えば、１．５μｍ）のノンドープの多結晶シリコン層を例えばプラズマＣＶＤ法により堆積する。
【０２０３】
その後、例えば、フッ化水素水溶液とエタノールとを所定混合比（例えば、１：１）で混合した混合液の入った陽極酸化処理槽を利用し、裏面電極４を正極、白金（Ｐｔ）からなる対向電極を負極として、多結晶シリコン層に光照射を行いながら所定の電流密度で所定の時間だけ陽極酸化処理を行うことによって、多結晶シリコン層のうち裏面電極４に重なる領域に所定厚さの多孔質多結晶シリコン層を形成する。多孔質多結晶シリコン層を形成した後（つまり、多結晶シリコン層の一部を多孔質化した後）、硫酸の水溶液中で、裏面電極４を正極、白金からなる対向電極を負極として、多孔質多結晶シリコン層を電気化学的に酸化することにより、酸化した多孔質多結晶シリコン層からなる多孔質半導体層６ａが形成される。ここに、多孔質半導体層６ａは、上述のように、基板１の上記一表面に略直交する柱状の結晶グレインと、結晶グレインの表面に形成された薄いシリコン酸化膜と、結晶グレインの間に介在するナノオーダサイズの微結晶シリコンと、微結晶シリコンの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とで構成されている。また、多結晶シリコン層のうち上述の陽極酸化処理にて多孔質化されなかった部分が半導体層６ｂとなる。
【０２０４】
続いて、基板１の上記一表面側の全面に、つまり、強電界ドリフト層６上に、所定膜厚（例えば、０．５μｍ）のシリコン酸化膜をＰＣＶＤ法により形成した後、当該シリコン酸化膜のうち透明電極３の形成予定領域に重なる部分を除去することによりシリコン酸化膜からなる絶縁層１７を形成する。
【０２０５】
続いて、基板１の上記一表面側の全面に、つまり、強電界ドリフト層６および絶縁層１７を覆うように、発光層２として、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を例えば真空蒸着法により所定膜厚（例えば、０．５μｍ）だけ堆積させる。
【０２０６】
発光層２を形成した後、発光層２上に、ＩＴＯからなる透明電極３を、裏面電極４に交差する方向に列設されるように、例えばシャドウマスク法を用いたスパッタ法によって所定膜厚（例えば、１μｍ）だけ堆積させる。
【０２０７】
その後、パッド電極１３，１４を形成することにより、本実施形態の固体発光デバイスが形成される。
【０２０８】
（実施例７）
実施形態７にて説明した固体発光デバイスの製造方法で以下の条件により固体発光デバイスを作成した。
【０２０９】
基板１としては、無アルカリガラス基板を用いた。基板１の上に列設された複数の裏面電極４は、膜厚が０．５μｍのＡｌ−Ｓｉ／Ｗ／Ｔｉからなる電極層を基板１の一表面上にスパッタ法により堆積した後、フォトリソグラフィ法と反応性イオンエッチング法を用いて該電極層をパターニングすることにより形成した。
【０２１０】
半導体層としては、膜厚が１．５μｍの多結晶シリコン層を採用し、多結晶シリコン層の成膜は、プラズマＣＶＤ法により行った。
【０２１１】
多孔質半導体層６ａを形成するための多結晶シリコン層の一部の多孔質化は陽極酸化により行った。陽極酸化では電解液として、５５ｗ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを略１：１で混合し５℃に冷却した電解液を用いた。陽極酸化は、電解液中に白金電極よりなる対向電極を浸し、５００Ｗのタングステンランプを用いて多結晶シリコン層に一定の光パワーで光照射を行いながら、裏面電極４を正極、対向電極を負極として、所定の電流を流した。ここに、陽極酸化期間における電流密度は２５ｍＡ／ｃｍ2で一定とし、陽極酸化時間は６秒とした。この陽極酸化により、半導体層６ｂのうち裏面電極４に重なる部分の表面側が多孔質化され、略０．５μｍの多孔質多結晶シリコン層が形成された。さらに、多孔質多結晶シリコン層の酸化は、硫酸の水溶液中に白金電極よりなる対向電極を浸し、裏面電極４を正極、対向電極を負極として、電気化学的に行った。多孔質多結晶シリコン層を電気化学的に酸化することにより、表面が薄いシリコン酸化膜で覆われたナノオーダサイズの微結晶シリコンと柱状の結晶グレインとからなる多孔質半導体層６ａを形成した。
【０２１２】
発光層２としては、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を真空蒸着法にて堆積させた。ここに、有機薄膜からなる発光層2
の厚さは、略０．５μｍとした。
【０２１３】
発光層２上に裏面電極４に交差する方向に列設される複数の透明電極３としては、ＩＴＯを用い、透明電極３は、シャドウマスク法を用いたスパッタ法によって堆積した。ここに、透明電極３の厚さは略１μｍとした。
【０２１４】
上述の条件で作成した固体発光デバイスのそれぞれ選択した透明電極３と裏面電極４との間に透明電極３が裏面電極４に対して正極となるように電圧を印加したところ、それぞれ選択した透明電極３と裏面電極４との交差した領域（選択画素）のみから発光が観測され、クロストークのない動作を確認することができた。
【０２１５】
また、本実施例の固体発光デバイスでは、透明電極３と裏面電極４との間に印加する印加電圧を変化させることによって発光層２へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層２を当該発光層２の構成材料の発光に最適なエネルギで発光させることができ、より良好な発光特性を得ることができた。
【０２１６】
（実施形態８）
本実施形態の固体発光デバイスは、図１０に示すように、ｐ形シリコン基板からなる基板１の一表面側に、ｎ形拡散層からなる複数の裏面電極４が列設され、隣り合う裏面電極４間における基板１上にはシリコン酸化膜よりなる絶縁層７が形成され、複数の裏面電極４および絶縁層７が形成された基板１の上記一表面側を覆うように強電界ドリフト層６が形成され、強電界ドリフト層６上に裏面電極４に交差する方向に複数の中間電極５が形成されるとともに隣り合う中間電極５間（隣り合う透明電極３間の領域に重なる部位）および隣り合う裏面電極４間の領域に重なる部位の上それぞれにシリコン酸化膜よりなる絶縁層１７が形成され、全ての中間電極５および絶縁層１７を覆うように発光層２が積層され、発光層２上にＩＴＯ（インジウム−錫酸化物）からなる複数の透明電極３が中間電極５に平行な方向であって中間電極５に重なるように列設されている。また、隣り合う裏面電極４間には高濃度のｐ形不純物層８が形成されている。各透明電極３は、短冊状に形成され、長手方向の両端部上にそれぞれパッド電極１３が形成されている。また、各裏面電極４も、短冊状に形成され、長手方向の両端部上にそれぞれパッド電極１４が形成されている。なお、本実施形態の固体発光デバイスでは、発光層２の発光が透明電極３を通して外部へ取り出されるので、発光層２のうち透明電極３が列設される側の一表面を前面、該前面と反対側の面を裏面と称する。したがって、複数の裏面電極４は、発光層２の裏面側において透明電極３に交差する方向に列設されていることになる。
【０２１７】
ここにおいて、強電界ドリフト層６は、中間電極５と裏面電極４との間に中間電極５を正極として電圧を印加するとともに、透明電極３を中間電極５に対して正極として電圧を印加したときに裏面電極４から注入された電子がドリフトして発光層２を発光させるための電子を発光層２へ供給する機能を有するものであり、強電界ドリフト層６は、裏面電極４にほぼ重なる領域が酸化した多孔質多結晶シリコン層からなる多孔質半導体層６ａにより構成され、裏面電極４に重ならない領域が多結晶シリコン層からなる半導体層６ｂにより構成されている。本実施形態では、裏面電極４にほぼ重なる領域の全部が多孔質半導体層６ａにより構成されているが、強電界ドリフト層６は、半導体層６ｂからなり、少なくとも中間電極５と裏面電極４とが交差する領域であって厚み方向において発光層２側の部分が多孔質半導体層６ａにより構成されていればよい。ここにおいて、中間電極５の厚みは、電子の平均自由行程以下の厚さに設定してある。
【０２１８】
ところで、多孔質半導体層６ａは、基板１の上記一表面に略直交する柱状の結晶グレインと、結晶グレインの表面に形成された薄いシリコン酸化膜と、結晶グレインの間に介在するナノオーダサイズの微結晶シリコンと、微結晶シリコンの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とで構成されている。
【０２１９】
また、本実施形態では、発光層２として、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を用いている。
【０２２０】
次に、本実施形態の固体発光デバイスの動作原理について説明する。
【０２２１】
本実施形態の固体発光デバイスでは、裏面電極４に対して中間電極５が正極となるように電圧を印加するとともに中間電極５に対して透明電極３が正極となるように電圧を印加すると、裏面電極４から強電界ドリフト層６の多孔質半導体層６ａへ電子が注入される。多孔質半導体層６ａは多数の半導体微結晶である微結晶シリコンから構成されているので、注入された電子は強電界ドリフト層６の微結晶シリコン中でほとんど散乱されることなく微結晶シリコン間を多重トンネルしながら強電界ドリフト層６に印加された電圧で加速され、最終的に高いエネルギに励起されて強電界ドリフト層６の表面に到達して高エネルギの電子が中間電極５をトンネルして発光層２中に注入されて発光層２を励起したり、透明電極３から注入された正孔と再結合したり、透明電極３に印加された電圧でさらに加速され高エネルギとなった電子によって発光層２が励起されることで発光層２が発光し、発光層２で発光した光は、透明電極３を通して外部へ取り出される。
【０２２２】
ここにおいて、強電界ドリフト層６中に流れる電流はトンネル現象で流れ、その電流電圧特性はファウラ−ノルドハイムプロットにほぼ乗るような極めて高い非線形性を持ち、中間電極５と裏面電極４との間に印加する印加電圧が半分になれば強電界ドリフト層６に流れる電流は数桁も減少し、発光層２では、それぞれ選択した中間電極５および裏面電極４の交差する領域である選択画素にかかる電圧に比べて、選択画素を除いた中間電極５および裏面電極４のいずれか一方のみに重なる非選択画素にかかる電圧が十分に小さいので、非選択画素にはほとんど電流が流れず、非選択画素はほとんど発光しないから、クロストークの問題がない。
【０２２３】
また、非選択画素では、当該非選択画素にかかる電圧が低いので、強電界ドリフト層６において非選択画素に重なる領域では電子が加速されにくく、強電界ドリフト層６の表面に到達した電子のエネルギが小さいので、発光層２への電子の注入量が少なくなる上、電子によって発光層２が励起されて発光することがほとんどなくなり、結果としてさらにクロストークの問題がなくなる。
【０２２４】
また、非選択画素のうち逆バイアスがかかる非選択画素では、強電界ドリフト層６から発光層２への高エネルギの電子の注入は生じないので、電子によって発光層２が励起されて発光することがほとんどなく、また逆バイアスがかかっていることで電子と正孔との再結合も生じないので、クロストークの問題が発生しない。特に、透明電極３と中間電極５との間に印加する電圧を発光層２での注入キャリアの再結合による発光開始電圧と同等かそれよりも小さくしておけば、さらにクロストーク防止の効果が高い。
【０２２５】
また、中間電極５と裏面電極４との間に印加する印加電圧、透明電極３と中間電極５との間に印加する印加電圧を調整することで、発光層２へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層２を発光させるために適当なエネルギの電子を利用して発光層２を発光させることができ、良好な発光特性が得られる
また、透明電極３と中間電極５と裏面電極４と強電界ドリフト層６とで発光層２に流れる電流が制御されるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を設けることなく、発光層２に中間電極５および強電界ドリフト層６を積層した構造とすることでクロストークを防止することができるので、発光層２の画素の開口率の低下を防止することができる。
【０２２６】
また、透明電極３と中間電極５と裏面電極４と強電界ドリフト層６とで発光層２に流れる電流を制御できクロストークを防止することができ、中間電極５および強電界ドリフト層６は発光層２に積層されるものであるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を別途に設ける必要がなく、構造が単純で、強電界ドリフト層６を設けない場合と同じデザインルールで形成できるので、作製プロセスが容易である。
【０２２７】
しかも、強電界ドリフト層６は、隣り合う中間電極５間（隣り合う透明電極３間の領域に重なる部位の上）および隣り合う裏面電極４間の領域に重なる部位の上に絶縁層１７が、隣り合う裏面電極４間の領域に重なる部位の下に絶縁層７がそれぞれ設けられているので、基板１あるいは裏面電極４から強電界ドリフト層６を通って中間電極５へ、あるいはさらに裏面電極４から強電界ドリフト層６、発光層２を通って透明電極３へリーク電流が流れるのを防ぐことができ、さらに高効率な固体発光デバイスを実現することができる。
【０２２８】
なお、透明電極３、強電界ドリフト層６、発光層２の材料および形成方法はそれぞれ実施形態１で説明した種々の材料および形成方法の中からそれぞれ適宜選択すればよい。また、絶縁層７，１７の材料、厚み、形成方法も上記のものに限定されない。
【０２２９】
以下、上述の固体発光デバイスの製造方法について簡単に説明する。
【０２３０】
まず、ｐ形シリコン基板からなる基板１の上記一表面上に所定膜厚（例えば、０．５μｍ）のシリコン酸化膜を形成した後、裏面電極４を配設するための領域をエッチング除去することでパターニングされたシリコン酸化膜からなる絶縁層７を形成する。なお、隣り合う裏面電極４間の高濃度のｐ形不純物層８は予め形成してある。
【０２３１】
次に、絶縁層７をマスクとして基板１の上記一表面側に複数のｎ形拡散層からなる裏面電極４を列設する。
【０２３２】
次に、基板１の上記一表面側の全面に所定膜厚（例えば、１．５μｍ）のノンドープの多結晶シリコン層を例えばプラズマＣＶＤ法により堆積する。
【０２３３】
その後、例えば、フッ化水素水溶液とエタノールとを所定混合比（例えば、１：１）で混合した混合液の入った陽極酸化処理槽を利用し、裏面電極４を正極、白金（Ｐｔ）からなる対向電極を負極として、多結晶シリコン層に光照射を行いながら所定の電流密度で所定の時間だけ陽極酸化処理を行うことによって、多結晶シリコン層のうち裏面電極４にほぼ重なる領域に所定厚さの多孔質多結晶シリコン層を形成する。多孔質多結晶シリコン層を形成した後（つまり、多結晶シリコン層の一部を多孔質化した後）、乾燥酸素ガス中でランプアニール装置を用いた急速加熱法で多孔質多結晶シリコン層を酸化することにより、酸化した多孔質多結晶シリコン層からなる多孔質半導体層６ａが形成される。ここに、多孔質半導体層６ａは、上述のように、基板１の上記一表面に略直交する柱状の結晶グレインと、結晶グレインの表面に形成された薄いシリコン酸化膜と、結晶グレインの間に介在するナノオーダサイズの微結晶シリコンと、微結晶シリコンの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とで構成されている。また、多結晶シリコン層のうち上述の陽極酸化処理にて多孔質化されなかった部分が半導体層６ｂとなる。
【０２３４】
続いて、強電界ドリフト層６上に所定膜厚（例えば、０．５μｍ）のシリコン酸化膜をＰＣＶＤ法により形成した後、中間電極５を配設する領域および裏面電極４を配設した領域のシリコン酸化膜を除去することによりシリコン酸化膜からなる絶縁層１７を形成する。その後、膜厚が１０ｎｍの金薄膜よりなる複数の中間電極５をシャドウマスク法を用いたスパッタ法によって裏面電極４と交差する方向に形成する。
【０２３５】
続いて、基板１の上記一表面側の全面に、つまり、全ての中間電極５および絶縁層１７を覆うように、発光層２として、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を例えば真空蒸着法により所定膜厚（例えば、０．５μｍ）だけ堆積させる。
【０２３６】
発光層２を形成した後、発光層２上に、ＩＴＯからなる透明電極３を、裏面電極４に交差する方向に列設されるように、例えばシャドウマスク法を用いたスパッタ法によって所定膜厚（例えば、１μｍ）だけ堆積させる。
【０２３７】
その後、パッド電極１４，１５を形成することにより、本実施形態の固体発光デバイスが形成される。
【０２３８】
（実施例８）
実施形態８にて説明した固体発光デバイスの製造方法で以下の条件により固体発光デバイスを作成した。
【０２３９】
基板１としては、ｐ形シリコン基板を用いた。基板１の上記一表面側に列設された複数のｎ形拡散層からなる裏面電極４は、基板１の上記一表面上の絶縁層７をパターニングした後に形成した。
【０２４０】
半導体層としては、膜厚が１．５μｍの多結晶シリコン層を採用し、多結晶シリコン層の成膜は、ＬＰＣＶＤ法により行った。
【０２４１】
多孔質半導体層６ａを形成するための多結晶シリコン層の一部の多孔質化は陽極酸化により行った。陽極酸化では電解液として、５５ｗ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを略１：１で混合し５℃に冷却した電解液を用いた。陽極酸化は、電解液中に白金電極よりなる対向電極を浸し、５００Ｗのタングステンランプを用いて多結晶シリコン層に一定の光パワーで光照射を行いながら、裏面電極４を正極、対向電極を負極として、所定の電流を流した。ここに、陽極酸化期間における電流密度は２５ｍＡ／ｃｍ2で一定とし、陽極酸化時間は６秒とした。この陽極酸化により、半導体層６ｂのうち裏面電極４にほぼ重なる部分の表面側が多孔質化され、略０．５μｍの多孔質多結晶シリコン層が形成された。
【０２４２】
さらに、多孔質多結晶シリコン層の酸化は、乾燥酸素ガス中でランプアニール装置を用いた急速加熱法で行った。酸化の条件は、酸化温度を９００℃、酸化時間を１時間、酸化温度までの昇温時間を１分とした。このような条件で多孔質多結晶シリコン層を酸化することにより、表面が薄いシリコン酸化膜で覆われたナノオーダサイズの微結晶シリコンと柱状の結晶グレインとからなる多孔質半導体層６ａを形成した。
【０２４３】
絶縁層１７は、強電界ドリフト層６上にＰＣＶＤ法で堆積したシリコン酸化膜をパターニングすることにより形成した。
【０２４４】
中間電極５は、膜厚が１０ｎｍの金薄膜をシャドウマスク法を用いたスパッタ法により形成した。
【０２４５】
発光層２としては、ホスト材料がトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）からなる有機薄膜を真空蒸着法にて堆積させた。ここに、有機薄膜からなる発光層２の厚さは、略０．５μｍとした。
【０２４６】
発光層２上に裏面電極４に交差する方向に列設される複数の透明電極３としては、ＩＴＯを用い、透明電極３は、シャドウマスク法を用いたスパッタ法によって堆積した。ここに、透明電極３の厚さは略１μｍとした。
【０２４７】
上述の条件で作成した固体発光デバイスのそれぞれ選択した中間電極５と裏面電極４との間に中間電極５が裏面電極４に対して正極となるように電圧を印加するとともに、透明電極３と中間電極５との間に透明電極３が正極となるように数ボルトの電圧を印加したところ、発光層２のうち選択した中間電極５と裏面電極４と透明電極３との交差した領域（選択画素）のみから発光が観測され、クロストークのない動作を確認することができた。
【０２４８】
また、本実施例の固体発光デバイスでは、中間電極５と裏面電極４との間に印加する印加電圧および透明電極３と中間電極５との間に印加する印加電圧を変化させることによって発光層２へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層２を当該発光層２の構成材料の発光に最適なエネルギで発光させることができ、より良好な発光特性を得ることができた。
【０２４９】
ところで、上記各実施形態の固体発光デバイスにおいて、発光層２の強電界ドリフト層６とは反対側、つまり、発光層２と透明電極３との間に正孔輸送層を設ければ、透明電極３から発光層２への正孔の注入がより起こりやすくなるので、強電界ドリフト層６から発光層２へ注入された電子の再結合確率が高くなり、発光層２の発光量および発光効率の向上が可能になるとともに、発光層２の発光に必要な電圧の低減が可能となる。また、正孔輸送層を設けたことにより、発光層２自身のダイオード特性が顕著になるので、逆バイアス電流が流れ難くなり、クロストークを防ぐ効果も大きくなる。
【０２５０】
ここにおいて、正孔輸送層は、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）などの金属フタロシアニンや無金属フタロシアニン（Ｈ２Ｐｃ）といったフタロシアニン系材料、ＴＰＡＣ、２Ｍｅ−ＴＰＤ、α−ＮＰＤ、ＴＰＴＥ、ＭＴＤＡＴＡ、ＦＴＰＤ、ＯＴＰＡＣといった芳香族アミン系材料などを１層あるいは複数層積層したものを用いればよい。
【０２５１】
正孔輸送層の膜厚は、１０ｎｍ〜１０μｍの範囲で適宜設定すればよく、正孔輸送層の形成には、真空蒸着法などのＰＶＤ法や湿式塗工などの方法を適宜選択すればよい。
【０２５２】
また、上記各実施形態の固体発光デバイスにおいて、発光層２の強電界ドリフト層６側、つまり、発光層２と強電界ドリフト層６の多孔質半導体層６ａとの間に電子輸送層を設ければ、強電界ドリフト層６から発光層２への電子の注入が起こりやすくなるので、発光層２の発光量および発光効率の向上が可能になるとともに、発光に必要な電圧の低減が可能となる。また、電子輸送層を設けたことにより、発光層２自身のダイオード特性が顕著になるので、逆バイアス電流が流れ難くなり、クロストークを防ぐ効果も大きくなる。
【０２５３】
ここにおいて、電子輸送層としては、例えばＡｌｑ３などを用いればよい。
【０２５４】
電子輸送層の膜厚は、５ｎｍ〜１０μｍの範囲で適宜設定すればよく、電子輸送層の形成には、真空蒸着法などのＰＶＤ法や湿式塗工などの方法を適宜選択すればよい。
【０２５５】
【発明の効果】
請求項１の発明は、発光層と、発光層の前面上に列設された複数の透明電極と、発光層の裏面側において透明電極に交差する方向に列設された複数の裏面電極と、少なくとも透明電極と裏面電極との交差する領域で発光層の裏面上に積層され透明電極と裏面電極との間に透明電極を正極として電圧を印加したときに裏面電極から注入された電子がドリフトして発光層を発光させるための電子を発光層へ供給する強電界ドリフト層とを備え、前記強電界ドリフト層は、半導体層からなり、少なくとも透明電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分が、多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有する多孔質半導体層からなるものであり、裏面電極に対して透明電極が正極となるように電圧を印加すると、裏面電極から強電界ドリフト層へ電子が注入されるが、強電界ドリフト層のうち少なくとも透明電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分は多孔質半導体層からなっており、当該多孔質半導体層は多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有するので、注入された電子は強電界ドリフト層の微結晶シリコン中でほとんど散乱されることなく微結晶シリコン間を多重トンネルしながら強電界ドリフト層に印加された電圧で加速され、最終的に高いエネルギに励起されて強電界ドリフト層の表面に到達して高エネルギの電子がそのまま発光層中に注入されて発光層を励起したり、透明電極から注入された正孔と再結合したり、透明電極に印加された電圧でさらに加速され高エネルギとなった電子によって発光層が励起されることで発光層が発光し、発光層で発光した光は、透明電極を通して外部へ取り出される。ここにおいて、強電界ドリフト層中に流れる電流はトンネル現象で流れ、その電流電圧特性はファウラ−ノルドハイムプロットにほぼ乗るような極めて高い非線形性を持つので、透明電極と裏面電極との間に印加する印加電圧が半分になれば強電界ドリフト層に流れる電流は数桁も減少し、発光層では、それぞれ選択した透明電極および裏面電極の交差する領域である選択画素にかかる電圧に比べて、選択画素を除いた透明電極および裏面電極のいずれか一方のみに重なる非選択画素にかかる電圧が十分に小さいので、非選択画素にはほとんど電流が流れず、非選択画素はほとんど発光しないから、クロストークの問題がないという効果がある。また、非選択画素では、当該非選択画素にかかる電圧が低いので、強電界ドリフト層において非選択画素に重なる領域では電子が加速されにくく、強電界ドリフト層の表面に到達した電子のエネルギが小さいので、発光層への電子の注入量が少なくなる上、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなくなり、結果としてさらにクロストークの問題がなくなるという効果がある。また、非選択画素のうち逆バイアスがかかる非選択画素では、強電界ドリフト層から発光層への高エネルギの電子の注入は生じないので、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなく、また逆バイアスがかかっていることで電子と正孔との再結合も生じないので、クロストークの問題が発生しないという効果がある。また、透明電極と裏面電極との間に印加する印加電圧を調整することで、発光層へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層を発光させるために適当なエネルギの電子を利用して発光層を発光させることができ、良好な発光特性が得られる。また、透明電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流が制御されるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子をクロストークを防止するために別途に設けることなく、発光層に強電界ドリフト層を積層することでクロストークを防止することができるので、画素の開口率の低下を防止することができるという効果がある。また、透明電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流を制御できクロストークを防止することができ、強電界ドリフト層は発光層に積層されるものであるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を別途に設ける必要がなく、構造が単純で、強電界ドリフト層を設けない場合と同じデザインルールで形成できるので、作製プロセスが容易であるという効果がある。
【０２５６】
請求項２の発明は、発光層と、発光層の前面上に設けられた透明電極と、発光層の裏面上に列設された複数の中間電極と、発光層の裏面側において中間電極に交差する方向に列設された複数の裏面電極と、少なくとも中間電極と裏面電極との交差する領域で発光層の裏面側に積層され中間電極と裏面電極との間に中間電極を正極として電圧を印加したときに裏面電極から注入された電子がドリフトして発光層を発光させるための電子を発光層へ供給する強電界ドリフト層とを備え、前記強電界ドリフト層は、半導体層からなり、少なくとも中間電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分が、多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有する多孔質半導体層からなるものであり、裏面電極に対して中間電極が正極となるように電圧を印加すると、裏面電極から強電界ドリフト層へ電子が注入されるが、強電界ドリフト層のうち少なくとも中間電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分は多孔質半導体層からなっており、当該多孔質半導体層は多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有するので、注入された電子は強電界ドリフト層の微結晶シリコン中でほとんど散乱されることなく微結晶シリコン間を多重トンネルしながら強電界ドリフト層に印加された電圧で加速され、最終的に高いエネルギに励起されて強電界ドリフト層の表面に到達するから、中間電極の厚みを電子の平均自由行程以下の厚みに形成しておけば、強電界ドリフト層の表面に到達した高エネルギの電子がエネルギをほとんど失うことなく中間電極をトンネルして発光層中に注入されて発光層を励起したり、透明電極を中間電極に対して正極として電圧を印加することで透明電極から注入された正孔と再結合したり、透明電極に印加された電圧でさらに加速され高エネルギとなった電子によって発光層が励起されることで発光層が発光し、発光層で発光した光は、透明電極を通して外部へ取り出される。ここにおいて、強電界ドリフト層中に流れる電流はトンネル現象で流れ、その電流電圧特性はファウラ−ノルドハイムプロットにほぼ乗るような極めて高い非線形性を持つので、中間電極と裏面電極との間に印加する印加電圧が半分になれば強電界ドリフト層に流れる電流は数桁も減少し、発光層では、それぞれ選択した中間電極および裏面電極の交差する領域である選択画素にかかる電圧に比べて、選択画素を除いた中間電極および裏面電極のいずれか一方のみに重なる非選択画素にかかる電圧が十分に小さいので、非選択画素にはほとんど電流が流れず、非選択画素はほとんど発光しないから、クロストークの問題がないという効果がある。また、非選択画素では、当該非選択画素にかかる電圧が低いので、強電界ドリフト層において非選択画素に重なる領域では電子が加速されにくく、強電界ドリフト層の表面に到達した電子のエネルギが小さいので、発光層への電子の注入量が少なくなる上、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなくなり、結果としてさらにクロストークの問題がなくなるという効果がある。また、非選択画素のうち逆バイアスがかかる非選択画素では、強電界ドリフト層から発光層への高エネルギの電子の注入は生じないので、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなく、また逆バイアスがかかっていることで電子と正孔との再結合も生じないので、クロストークの問題が発生しないという効果がある。特に、透明電極と中間電極との間に印加する電圧を発光層での注入キャリアの再結合による発光開始電圧と同等かそれよりも小さくしておけば、さらにクロストーク防止の効果が高い。また、中間電極と裏面電極との間に印加する印加電圧、透明電極と中間電極との間に印加する印加電圧を調整することで、発光層へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層を発光させるために適当なエネルギの電子を利用して発光層を発光させることができ、良好な発光特性が得られるという効果がある。また、透明電極と中間電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流が制御されるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を設けることなく、発光層に中間電極および強電界ドリフト層を積層した構造とすることでクロストークを防止することができるので、画素の開口率の低下を防止することができるという効果がある。また、透明電極と中間電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流を制御できるとともにクロストークを防止することができ、中間電極および強電界ドリフト層は発光層に積層されるものであるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を別途に設ける必要がなく、構造が単純で、強電界ドリフト層を設けない場合と同じデザインルールで形成できるので、作製プロセスが容易であるという効果がある。
【０２５７】
請求項３の発明は、発光層と、発光層の前面側に列設された複数の透明電極と、発光層の裏面側において透明電極に交差する方向に列設された複数の裏面電極と、少なくとも透明電極と裏面電極との交差する領域で発光層の裏面上に積層され透明電極と裏面電極との間に透明電極を正極として電圧を印加したときに裏面電極から注入された電子がドリフトして発光層を発光させるための電子を発光層へ供給する強電界ドリフト層とを備え、前記強電界ドリフト層は、半導体層からなり、少なくとも透明電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分が、多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有する多孔質半導体層であり、発光層と透明電極との間には、正孔輸送層が積層されてなるものであり、裏面電極に対して透明電極が正極となるように電圧を印加すると、裏面電極から強電界ドリフト層へ電子が注入されるが、強電界ドリフト層のうち少なくとも透明電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分は多孔質半導体層からなっており、当該多孔質半導体層は多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有するので、注入された電子は強電界ドリフト層の微結晶シリコン中でほとんど散乱されることなく微結晶シリコン間を多重トンネルしながら強電界ドリフト層に印加された電圧で加速され、最終的に高いエネルギに励起されて強電界ドリフト層の表面に到達して高エネルギの電子がそのまま発光層中に注入されて発光層を励起したり、透明電極から正孔輸送層を通して注入された正孔と再結合したり、透明電極に印加された電圧でさらに加速され高エネルギとなった電子によって発光層が励起されることで発光層が発光し、発光層で発光した光は、透明電極を通して外部へ取り出される。ここにおいて、透明電極と発光層との間に正孔輸送層を設けたことにより、透明電極から発光層への正孔の注入が起こりやすくなるので、強電界ドリフト層から発光層へ注入された電子の再結合確率が高くなり、発光層の発光量および発光効率の向上が可能になるとともに、発光に必要な電圧の低減が可能となるという効果がある。また、正孔輸送層を設けたことにより、発光層自身のダイオード特性が顕著になるので、逆バイアス電流が流れ難くなり、クロストークを防ぐ効果も大きくなるという効果がある。また、強電界ドリフト層中に流れる電流はトンネル現象で流れ、その電流電圧特性はファウラ−ノルドハイムプロットにほぼ乗るような極めて高い非線形性を持つので、透明電極と裏面電極との間に印加する印加電圧が半分になれば強電界ドリフト層に流れる電流は数桁も減少し、発光層では、それぞれ選択した透明電極および裏面電極の交差する領域である選択画素にかかる電圧に比べて、選択画素を除いた透明電極および裏面電極のいずれか一方のみに重なる非選択画素にかかる電圧が十分に小さいので、非選択画素にはほとんど電流が流れず、非選択画素はほとんど発光しないから、クロストークの問題がないという効果がある。また、非選択画素では、当該非選択画素にかかる電圧が低いので、強電界ドリフト層において非選択画素に重なる領域では電子が加速されにくく、強電界ドリフト層の表面に到達した電子のエネルギが小さいので、発光層への電子の注入量が少なくなる上、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなくなり、結果としてさらにクロストークの問題がなくなるという効果がある。また、非選択画素のうち逆バイアスがかかる非選択画素では、強電界ドリフト層から発光層への高エネルギの電子の注入は生じないので、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなく、また逆バイアスがかかっていることで電子と正孔との再結合も生じないので、クロストークの問題が発生しないという効果がある。また、透明電極と裏面電極との間に印加する印加電圧を調整することで、発光層へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層を発光させるために適当なエネルギの電子を利用して発光層を発光させることができ、良好な発光特性が得られるという効果がある。また、透明電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流が制御されるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子をクロストークを防止するために別途に設けることなく、発光層に強電界ドリフト層を積層することでクロストークを防止することができるので、画素の開口率の低下を防止することができるという効果がある。また、透明電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流を制御できるとともにクロストークを防止することができ、強電界ドリフト層は発光層に積層されるものであるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を別途に設ける必要がなく、構造が単純で、強電界ドリフト層を設けない場合と同じデザインルールで形成できるので、作製プロセスが容易であるという効果がある。
【０２５８】
請求項４の発明は、発光層と、発光層の前面側に設けられた透明電極と、発光層の裏面上に列設された複数の中間電極と、発光層の裏面側において中間電極に交差する方向に列設された複数の裏面電極と、少なくとも中間電極と裏面電極との交差する領域で発光層の裏面側に積層され中間電極と裏面電極との間に中間電極を正極として電圧を印加したときに裏面電極から注入された電子がドリフトして発光層を発光させるための電子を発光層へ供給する強電界ドリフト層とを備え、前記強電界ドリフト層は、半導体層からなり、少なくとも中間電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分が、多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有する多孔質半導体層であり、発光層と透明電極との間には、正孔輸送層が積層されてなるものであり、裏面電極に対して中間電極が正極となるように電圧を印加すると、裏面電極から強電界ドリフト層へ電子が注入されるが、強電界ドリフト層のうち少なくとも中間電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分は多孔質半導体層からなっており、当該多孔質半導体層は多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有するので、注入された電子は強電界ドリフト層の微結晶シリコン中でほとんど散乱されることなく微結晶シリコン間を多重トンネルしながら強電界ドリフト層に印加された電圧で加速され、最終的に高いエネルギに励起されて強電界ドリフト層の表面に到達するから、中間電極の厚みを電子の平均自由行程以下の厚みに形成しておけば、強電界ドリフト層の表面に到達した高エネルギの電子がエネルギをほとんど失うことなく中間電極をトンネルして発光層中に注入されて発光層を励起したり、透明電極を中間電極に対して正極として電圧を印加することで透明電極から注入された正孔と再結合したり、透明電極に印加された電圧でさらに加速され高エネルギとなった電子によって発光層が励起されることで発光層が発光し、発光層で発光した光は、透明電極を通して外部へ取り出される。ここにおいて、透明電極と発光層との間に正孔輸送層を設けたことにより、透明電極から発光層への正孔の注入が起こりやすくなるので、強電界ドリフト層から発光層へ注入された電子の再結合確率が高くなり、発光層の発光量および発光効率の向上が可能になるとともに、発光に必要な電圧の低減が可能となるという効果がある。また、正孔輸送層を設けたことにより、発光層自身のダイオード特性が顕著になるので、逆バイアス電流が流れ難くなり、クロストークを防ぐ効果も大きくなるという効果がある。また、強電界ドリフト層中に流れる電流はトンネル現象で流れ、その電流電圧特性はファウラ−ノルドハイムプロットにほぼ乗るような極めて高い非線形性を持つので、中間電極と裏面電極との間に印加する印加電圧が半分になれば強電界ドリフト層に流れる電流は数桁も減少し、発光層では、それぞれ選択した中間電極および裏面電極の交差する領域である選択画素にかかる電圧に比べて、選択画素を除いた中間電極および裏面電極のいずれか一方のみに重なる非選択画素にかかる電圧が十分に小さいので、非選択画素にはほとんど電流が流れず、非選択画素はほとんど発光しないから、クロストークの問題がないという効果がある。また、非選択画素では、当該非選択画素にかかる電圧が低いので、強電界ドリフト層において非選択画素に重なる領域では電子が加速されにくく、強電界ドリフト層の表面に到達した電子のエネルギが小さいので、発光層への電子の注入量が少なくなる上、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなくなり、結果としてさらにクロストークの問題がなくなるという効果がある。また、非選択画素のうち逆バイアスがかかる非選択画素では、強電界ドリフト層から発光層への高エネルギの電子の注入は生じないので、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなく、また逆バイアスがかかっていることで電子と正孔との再結合も生じないので、クロストークの問題が発生しないという効果がある。特に、透明電極と中間電極との間に印加する電圧を発光層での注入キャリアの再結合による発光開始電圧と同等かそれよりも小さくしておけば、さらにクロストーク防止の効果が高いという効果がある。また、中間電極と裏面電極との間に印加する印加電圧、透明電極と中間電極との間に印加する印加電圧を調整することで、発光層へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層材料を発光させるために適当なエネルギの電子を利用して発光層を発光させることができ、良好な発光特性が得られるという効果がある。また、透明電極と中間電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流が制御されるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を設けることなく、発光層に中間電極および強電界ドリフト層を積層した構造とすることでクロストークを防止することができるので、画素の開口率の低下を防止することができるという効果がある。また、透明電極と中間電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流を制御できるとともにクロストークを防止することができ、中間電極および強電界ドリフト層は発光層に積層されるものであるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を別途に設ける必要がなく、構造が単純で、強電界ドリフト層を設けない場合と同じデザインルールで形成できるので、作製プロセスが容易であるという効果がある。
【０２５９】
請求項５の発明は、発光層と、発光層の前面上に列設された複数の透明電極と、発光層の裏面側において透明電極に交差する方向に列設された複数の裏面電極と、少なくとも透明電極と裏面電極との交差する領域で発光層の裏面側に積層され透明電極と裏面電極との間に透明電極を正極として電圧を印加したときに裏面電極から注入された電子がドリフトして発光層を発光させるための電子を発光層へ供給する強電界ドリフト層とを備え、前記強電界ドリフト層は、半導体層からなり、少なくとも透明電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分が、多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有する多孔質半導体層であり、発光層と前記強電界ドリフト層との間には、電子輸送層が積層されてなるものであり、裏面電極に対して透明電極が正極となるように電圧を印加すると、裏面電極から強電界ドリフト層へ電子が注入されるが、強電界ドリフト層のうち少なくとも透明電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分は多孔質半導体層からなっており、当該多孔質半導体層は多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有するので、注入された電子は強電界ドリフト層の微結晶シリコン中でほとんど散乱されることなく微結晶シリコン間を多重トンネルしながら強電界ドリフト層に印加された電圧で加速され、最終的に高いエネルギに励起されて強電界ドリフト層の表面に到達して高エネルギの電子がそのまま発光層中に注入されて発光層を励起したり、透明電極から正孔輸送層を通して注入された正孔と再結合したり、透明電極に印加された電圧でさらに加速され高エネルギとなった電子によって発光層が励起されることで発光層が発光し、発光層で発光した光は、透明電極を通して外部へ取り出される。ここにおいて、発光層と強電界ドリフト層との間に電子輸送層を設けたことにより、強電界ドリフト層から発光層への電子の注入が起こりやすくなるので、発光層の発光量および発光効率の向上が可能になるとともに、発光に必要な電圧の低減が可能となるという効果がある。また、電子輸送層を設けたことにより、発光層自身のダイオード特性が顕著になるので、逆バイアス電流が流れ難くなり、クロストークを防ぐ効果も大きくなるという効果がある。また、強電界ドリフト層中に流れる電流はトンネル現象で流れ、その電流電圧特性はファウラ−ノルドハイムプロットにほぼ乗るような極めて高い非線形性を持つので、透明電極と裏面電極との間に印加する印加電圧が半分になれば強電界ドリフト層に流れる電流は数桁も減少し、発光層では、それぞれ選択した透明電極および裏面電極の交差する領域である選択画素にかかる電圧に比べて、選択画素を除いた透明電極および裏面電極のいずれか一方のみに重なる非選択画素にかかる電圧が十分に小さいので、非選択画素にはほとんど電流が流れず、非選択画素はほとんど発光しないから、クロストークの問題がないという効果がある。また、非選択画素では、当該非選択画素にかかる電圧が低いので、強電界ドリフト層において非選択画素に重なる領域では電子が加速されにくく、強電界ドリフト層の表面に到達した電子のエネルギが小さいので、発光層への電子の注入量が少なくなる上、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなくなり、結果としてさらにクロストークの問題がなくなるという効果がある。また、非選択画素のうち逆バイアスがかかる非選択画素では、強電界ドリフト層から発光層への高エネルギの電子の注入は生じないので、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなく、また逆バイアスがかかっていることで電子と正孔との再結合も生じないので、クロストークの問題が発生しないという効果がある。また、透明電極と裏面電極との間に印加する印加電圧を調整することで、発光層へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層を発光させるために適当なエネルギの電子を利用して発光層を発光させることができ、良好な発光特性が得られる。また、透明電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流が制御されるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子をクロストークを防止するために別途に設けることなく、発光層に強電界ドリフト層を積層することでクロストークを防止することができるので、画素の開口率の低下を防止することができるという効果がある。また、透明電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流を制御できるとともにクロストークを防止することができ、強電界ドリフト層は発光層に積層されるものであるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を別途に設ける必要がなく、構造が単純で、強電界ドリフト層を設けない場合と同じデザインルールで形成できるので、作製プロセスが容易であるという効果がある。
【０２６０】
請求項６の発明は、発光層と、発光層の前面上に設けられた透明電極と、発光層の裏面に列設された複数の中間電極と、発光層の裏面側において中間電極に交差する方向に列設された複数の裏面電極と、少なくとも中間電極と裏面電極との交差する領域で発光層の裏面側に積層され中間電極と裏面電極との間に中間電極を正極として電圧を印加したときに裏面電極から注入された電子がドリフトして発光層を発光させるための電子を発光層へ供給する強電界ドリフト層とを備え、前記強電界ドリフト層は、半導体層からなり、少なくとも中間電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分が、多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有する多孔質半導体層であり、発光層と前記強電界ドリフト層との間には、電子輸送層が積層されてなるものであり、裏面電極に対して中間電極が正極となるように電圧を印加すると、裏面電極から強電界ドリフト層へ電子が注入されるが、強電界ドリフト層のうち少なくとも中間電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分は多孔質半導体層からなっており、当該多孔質半導体層は多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有するので、注入された電子は強電界ドリフト層の微結晶シリコン中でほとんど散乱されることなく微結晶シリコン間を多重トンネルしながら強電界ドリフト層に印加された電圧で加速され、最終的に高いエネルギに励起されて強電界ドリフト層の表面に到達するから、中間電極の厚みを電子の平均自由行程以下の厚みに形成しておけば、強電界ドリフト層の表面に到達した高エネルギの電子がエネルギをほとんど失うことなく中間電極をトンネルして発光層中に注入されて発光層を励起したり、透明電極を中間電極に対して正極として電圧を印加することで透明電極から注入された正孔と再結合したり、透明電極に印加された電圧でさらに加速され高エネルギとなった電子によって発光層が励起されることで発光層が発光し、発光層で発光した光は、透明電極を通して外部へ取り出される。ここにおいて、発光層と強電界ドリフト層との間に電子輸送層を設けたことにより、強電界ドリフト層から発光層への電子の注入が起こりやすくなるので、発光層の発光量および発光効率の向上が可能になるとともに、発光に必要な電圧の低減が可能となるという効果がある。また、電子輸送層を設けたことにより、発光層自身のダイオード特性が顕著になるので、逆バイアス電流が流れ難くなり、クロストークを防ぐ効果も大きくなるという効果がある。また、強電界ドリフト層中に流れる電流はトンネル現象で流れ、その電流電圧特性はファウラ−ノルドハイムプロットにほぼ乗るような極めて高い非線形性を持つので、中間電極と裏面電極との間に印加する印加電圧が半分になれば強電界ドリフト層に流れる電流は数桁も減少し、発光層では、それぞれ選択した中間電極および裏面電極の交差する領域である選択画素にかかる電圧に比べて、選択画素を除いた中間電極および裏面電極のいずれか一方のみに重なる非選択画素にかかる電圧が十分に小さいので、非選択画素にはほとんど電流が流れず、非選択画素はほとんど発光しないから、クロストークの問題がないという効果がある。また、非選択画素では、当該非選択画素にかかる電圧が低いので、強電界ドリフト層において非選択画素に重なる領域では電子が加速されにくく、強電界ドリフト層の表面に到達した電子のエネルギが小さいので、発光層への電子の注入量が少なくなる上、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなくなり、結果としてさらにクロストークの問題がなくなるという効果がある。また、非選択画素のうち逆バイアスがかかる非選択画素では、強電界ドリフト層から発光層への高エネルギの電子の注入は生じないので、電子によって発光層が励起されて発光することがほとんどなく、また逆バイアスがかかっていることで電子と正孔との再結合も生じないので、クロストークの問題が発生しないという効果がある。特に、透明電極と中間電極との間に印加する電圧を発光層での注入キャリアの再結合による発光開始電圧と同等かそれよりも小さくしておけば、さらにクロストーク防止の効果が高いという効果がある。また、中間電極と裏面電極との間に印加する印加電圧、透明電極と中間電極との間に印加する印加電圧を調整することで、発光層へ注入される電子のエネルギを調整できるので、発光層を発光させるために適当なエネルギの電子を利用して発光層を発光させることができ、良好な発光特性が得られる。また、透明電極と中間電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流が制御されるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を設けることなく、発光層に中間電極および強電界ドリフト層を積層した構造とすることでクロストークを防止することができるので、画素の開口率の低下を防止することができるという効果がある。また、透明電極と中間電極と裏面電極と強電界ドリフト層とで発光層に流れる電流を制御できるとともにクロストークを防止することができ、中間電極および強電界ドリフト層は発光層に積層されるものであるから、従来のようなダイオードやスイッチング素子を別途に設ける必要がなく、構造が単純で、強電界ドリフト層を設けない場合と同じデザインルールで形成できるので、作製プロセスが容易であるという効果がある。
【０２６１】
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６の発明において、前記強電界ドリフト層は、隣り合う裏面電極間の領域に重なる部位の前部と後部との少なくとも一方に絶縁層が設けられているので、前記強電界ドリフト層のうち隣り合う裏面電極間の領域に重なる部位を通って透明電極へリーク電流が流れるのを防ぐことができ、発光効率を高めることができるという効果がある。
【０２６２】
請求項８の発明は、請求項１ないし請求項７の発明において、前記強電界ドリフト層は、隣り合う透明電極間の領域に重なる部位上に絶縁層が設けられているので、前記強電界ドリフト層のうち隣り合う透明電極間の領域に重なる部位を通って透明電極へリーク電流が流れるのを防ぐことができ、発光効率を高めることができるという効果がある。
【０２６３】
請求項９の発明は、請求項２または請求項４または請求項６の発明において、前記強電界ドリフト層は、隣り合う中間電極間の領域に重なる部位上に絶縁層が設けられているので、前記強電界ドリフト層のうち隣り合う中間電極間の領域に重なる部位を通って透明電極へリーク電流が流れるのを防ぐことができ、発光効率を高めることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１を示す一部破断した斜視図である。
【図２】同上の分解斜視図である。
【図３】実施形態２示す分解斜視図である。
【図４】実施形態３を示す一部破断した斜視図である。
【図５】同上の分解斜視図である。
【図６】実施形態４を示す分解斜視図である。
【図７】実施形態５を示す一部破断した斜視図である。
【図８】実施形態６を示す一部破断した斜視図である。
【図９】実施形態７を示す一部破断した斜視図である。
【図１０】実施形態８を示す一部破断した斜視図である。
【図１１】従来例の動作説明図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ 発光層
３ 透明電極
４ 裏面電極
６ 強電界ドリフト層
６ａ 多孔質半導体層
６ｂ 半導体層
Claims (9)
- 発光層と、発光層の前面上に列設された複数の透明電極と、発光層の裏面側において透明電極に交差する方向に列設された複数の裏面電極と、少なくとも透明電極と裏面電極との交差する領域で発光層の裏面上に積層され透明電極と裏面電極との間に透明電極を正極として電圧を印加したときに裏面電極から注入された電子がドリフトして発光層を発光させるための電子を発光層へ供給する強電界ドリフト層とを備え、前記強電界ドリフト層は、半導体層からなり、少なくとも透明電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分が、多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有する多孔質半導体層からなることを特徴とする固体発光デバイス。
- 発光層と、発光層の前面上に設けられた透明電極と、発光層の裏面上に列設された複数の中間電極と、発光層の裏面側において中間電極に交差する方向に列設された複数の裏面電極と、少なくとも中間電極と裏面電極との交差する領域で発光層の裏面側に積層され中間電極と裏面電極との間に中間電極を正極として電圧を印加したときに裏面電極から注入された電子がドリフトして発光層を発光させるための電子を発光層へ供給する強電界ドリフト層とを備え、前記強電界ドリフト層は、半導体層からなり、少なくとも中間電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分が、多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有する多孔質半導体層からなることを特徴とする固体発光デバイス。
- 発光層と、発光層の前面側に列設された複数の透明電極と、発光層の裏面側において透明電極に交差する方向に列設された複数の裏面電極と、少なくとも透明電極と裏面電極との交差する領域で発光層の裏面上に積層され透明電極と裏面電極との間に透明電極を正極として電圧を印加したときに裏面電極から注入された電子がドリフトして発光層を発光させるための電子を発光層へ供給する強電界ドリフト層とを備え、前記強電界ドリフト層は、半導体層からなり、少なくとも透明電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分が、多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有する多孔質半導体層であり、発光層と透明電極との間には、正孔輸送層が積層されてなることを特徴とする固体発光デバイス。
- 発光層と、発光層の前面側に設けられた透明電極と、発光層の裏面上に列設された複数の中間電極と、発光層の裏面側において中間電極に交差する方向に列設された複数の裏面電極と、少なくとも中間電極と裏面電極との交差する領域で発光層の裏面側に積層され中間電極と裏面電極との間に中間電極を正極として電圧を印加したときに裏面電極から注入された電子がドリフトして発光層を発光させるための電子を発光層へ供給する強電界ドリフト層とを備え、前記強電界ドリフト層は、半導体層からなり、少なくとも中間電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分が、多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有する多孔質半導体層であり、発光層と透明電極との間には、正孔輸送層が積層されてなることを特徴とする固体発光デバイス。
- 発光層と、発光層の前面上に列設された複数の透明電極と、発光層の裏面側において透明電極に交差する方向に列設された複数の裏面電極と、少なくとも透明電極と裏面電極との交差する領域で発光層の裏面側に積層され透明電極と裏面電極との間に透明電極を正極として電圧を印加したときに裏面電極から注入された電子がドリフトして発光層を発光させるための電子を発光層へ供給する強電界ドリフト層とを備え、前記強電界ドリフト層は、半導体層からなり、少なくとも透明電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分が、多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい 膜厚のシリコン酸化膜とを有する多孔質半導体層であり、発光層と前記強電界ドリフト層との間には、電子輸送層が積層されてなることを特徴とする固体発光デバイス。
- 発光層と、発光層の前面上に設けられた透明電極と、発光層の裏面に列設された複数の中間電極と、発光層の裏面側において中間電極に交差する方向に列設された複数の裏面電極と、少なくとも中間電極と裏面電極との交差する領域で発光層の裏面側に積層され中間電極と裏面電極との間に中間電極を正極として電圧を印加したときに裏面電極から注入された電子がドリフトして発光層を発光させるための電子を発光層へ供給する強電界ドリフト層とを備え、前記強電界ドリフト層は、半導体層からなり、少なくとも中間電極と裏面電極とが交差する領域であって厚み方向において発光層側の部分が、多数のナノメータサイズの微結晶シリコンと、各微結晶シリコンそれぞれの表面に形成され微結晶シリコンの結晶粒径よりも小さい膜厚のシリコン酸化膜とを有する多孔質半導体層であり、発光層と前記強電界ドリフト層との間には、電子輸送層が積層されてなることを特徴とする固体発光デバイス。
- 前記強電界ドリフト層は、隣り合う裏面電極間の領域に重なる部位の前部と後部との少なくとも一方に絶縁層が設けられてなることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の固体発光デバイス。
- 前記強電界ドリフト層は、隣り合う透明電極間の領域に重なる部位上に絶縁層が設けられてなることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の固体発光デバイス。
- 前記強電界ドリフト層は、隣り合う中間電極間の領域に重なる部位上に絶縁層が設けられてなることを特徴とする請求項２または請求項４または請求項６記載の固体発光デバイス。
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