JPH0158839B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0158839B2
JPH0158839B2 JP5617183A JP5617183A JPH0158839B2 JP H0158839 B2 JPH0158839 B2 JP H0158839B2 JP 5617183 A JP5617183 A JP 5617183A JP 5617183 A JP5617183 A JP 5617183A JP H0158839 B2 JPH0158839 B2 JP H0158839B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
light
semiconductor thin
amorphous semiconductor
light emitting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP5617183A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS59181683A (ja
Inventor
Hiroshi Kukimoto
Hiroshi Ito
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP58056171A priority Critical patent/JPS59181683A/ja
Publication of JPS59181683A publication Critical patent/JPS59181683A/ja
Publication of JPH0158839B2 publication Critical patent/JPH0158839B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/16Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous
    • H01L33/18Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous within the light emitting region
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/04Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、ケイ素を含む非晶質半導体薄膜を用
いた電場発光型の発光素子に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
最近、極めて薄い半導体薄膜の形成技術が、分
子線エピタキシー(MBE)法等を用いることに
より発展してきた。例えば、極薄のGaAs/
GaAlAsを多数積層した量子ウエル構造をもつ素
子が試作され始めている。このような構造の素子
は従来のバルク材料あるいは単一薄膜を用いた素
子とは異なる電子的、光学的特性を示す。しかし
ながら、MBE法等により得られる結晶薄膜の積
層においては、格子不整の存在のため半導体材料
の選択に制約がある。またMBE装置は超高真空
が必要なためきわめて大掛りであり、しかも結晶
を成長させるために高温を必要とする。これらの
理由で結晶薄膜の積層構造の素子が高価なものと
なる。
一方最近、ガス原料のグロー放電分解等により
得られる非晶質の水素化ケイ素(a−Si:H)膜
が半導体特性を有することを利用して、種々の素
子への応用が試みられている。例えばa−Si:H
薄膜を用いた発光素子としてpin構造のものが試
作されている。しかしこの発光素子は、発光効率
が極めて低く、しかも77〓という低温で赤〜赤外
領域の発光が観測されているのみであり、実用的
には程遠いものである。
〔発明の目的〕
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、ケイ
素を含む非晶質半導体薄膜を用いて低電圧駆動で
高輝度特性が得られる構造とした発光素子を提供
することを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明は、禁制帯幅の異なるケイ素を含む非晶
質半導体薄膜を交互に種層して量子ウエルを形成
した発光層を用いる。即ち、第1の電極が形成さ
れた基板上に、禁制帯幅E1なるケイ素を含む第
1の非晶質半導体薄膜で禁制帯幅E2(ただしE1
E2)なるケイ素を含む第2の非晶質半導体薄膜
を挾んだ構造を単位発光層としてこれを一層以上
積層し、この発光層表面に第2の電極を設けて発
光素子を構成する。
〔発明の効果〕
本発明によれば、結晶薄膜の場合と異なり異種
薄膜の積層構造の形成に際して格子不整を考慮す
る必要がなく、接合界面の特性が良好な発光層を
得ることができる。例えば量子ウエルとなる第2
の非晶質半導体薄膜として水素を含む非晶質ケイ
素(a−Si:H)、バリア部となる第1の非晶質
半導体薄膜として水素を含む非晶質炭化ケイ素
(a−SiC:H)を用い、これらをグロー放電分
解法により交互に積層して発光層を形成する。こ
の場合、低温で膜形成が可能であるため相互拡散
が小さく、放電のオンオフにより膜の堆積を切れ
よく制御することができるため、量子ウエルとバ
リアの遷移領域幅を10Å程度とすることが容易で
ある。そして、量子ウエル部となるa−Si:H膜
を10〜100Å、バリア部となるa−SiC:H膜を
100〜1000Åとすると、優れた量子効果が得られ
る。即ち、量子ウエル部の禁制帯幅はE2=1.8〜
2.0eV、バリア部の禁制帯幅はE1=2.8〜3.2eVと
なつてその遷移領域での電界強度は4〜7×
106V/cmにも達し、伝導帯を走行するキヤリア
が強く加速されて電子なだれ増倍効果が強調され
る結果、外部印加電圧を低くしても常温で発光す
る高い発光効率が得られる。このことは、発光素
子と他のデバイスとの整合性がとり易くなること
を意味し、また平均的な内部電界が小さくて済む
ため発光素子の安定性向上が図られる。また量子
効果によつて、発光層の平均的な禁制帯幅が見か
け上量子ウエル部のそれより広くなる結果、可視
領域の発光も可能となる。
〔発明の実施例〕
以下本発明の実施例を説明する。第1図は一実
施例の発光素子の断面構造を示している。11は
ガラス等の透明絶縁基板であり、この上に第1の
電極として透明導電膜(SnO2、In2O3、In2O3
SnO2等)を用いた透明電極12が形成され、こ
の上にY2O3等の透明絶縁膜13を介してケイ素
を含む非晶質半導体膜の積層構造からなる発光層
14が形成されている。発光層14の表面には
Y2O3等の絶縁膜15を介して第2の電極である
金属電極16が形成されている。
なおこの構造は、基板側を光の出射側とする場
合である。基板に不透明な金属等を用いた場合に
は、上面の第2の電極および絶縁膜を透明材料で
形成すればよい。
発光層14は第1の半導体薄膜としてa−
SiC:H、第2の半導体薄膜としてa−Si:Hを
用いた積層構造であつて、第2図aに示すとおり
である。即ち、基板側にまず、a−SiC:H膜1
a1を500〜2000Å形成し、この上にa−Si:H
膜14b1をd1=10〜100Åの厚さに、続いてa−
SiC:H膜14a2をd2=100〜1000Åの厚さに形成
し、以下同様の繰返しでa−Si:H/a−SiC:
Hの積層構造を得る。最上層のa−SiC:H膜1
aoは最下層と同様に500〜2000Åとする。
こうして得られる発光層14のエネルギーバン
ド図は第2図bに示すようになる。
このような発光層14のグロー放電分解による
形成方法を第3図を参照して説明する。原料ガス
Aはa−SiC:H膜形成用のHeをキヤリアとする
テトラメチルシランであり、原料ガスBはa−
Si:H膜形成用のHeをキヤリアとするシランで
ある。それぞれ質量流量計によつて供給量が制御
され、バルブ21の操作により交互に切換えられ
て反応チヤンバ22に供給されるようになつてい
る。
まず反応チヤンバ22内の基板ホルダ23に基
板24をセツトする。この基板24は既に述べた
ように第1の電極が形成され、その上に絶縁膜が
形成されたものである。本実施例ではガラス基板
上にITO膜とY2O3膜をEB蒸着によりそれぞれ
3000Å形成したものを用いた。この後、排気系2
5を用いてチヤンバ22内を真空に排出する。
10-6Torr以下の真空に達した後、基板24をヒ
ータ26により所定温度に加熱、原料Aをチヤン
バ22内に流す。このときチヤンバ22内の圧力
を1〜5Torrの範囲に、基板温度を室温〜約350
℃に、また原料ガスAの流入量をテトラメチルシ
ランの量として1〜10c.c./分に保つ。本実施例で
は圧力4Torr、基板温度300℃、テトラメチルシ
ラン流量8c.c./分とした。
チヤンバ22内が定常状態になつた後、高周波
電源27から電力を印加すると、テトラメチルシ
ランがグロー放電により分解し、基板24上にa
−SiC:H膜が堆積し始める。このとき高周波電
力の密度は0.02〜0.3W/cm2が望ましく、本実施例
では0.1W/cm2とし、第1層のa−SiC:H膜を
1000Å形成した。
この後、放電を停止し、原料ガスAの供給も停
止して再びチヤンバ22内を十分に排気する。そ
して原料ガスBを反応チヤンバ22内に供給し、
チヤンバ22内圧力1〜5Torr、シランガス流量
5〜20c.c./分となるように調整する。本実施例で
はガス圧力4Torr、シラン流量15c.c./分とした。
この後放電をおこして、印加電力を0.05W/cm2
し、量子ウエル部となるa−Si:H膜を10〜100
Å堆積する。本実施例では30Åの厚さとした。
次に再び放電停止、バルブ操作を行つた後、原
料ガスAを用いて前記と同様の条件でa−SiC:
H膜を100〜1000Å堆積する。本実施例では100Å
とした。
以下同様の操作を繰返して、10層のa−Si:H
膜(厚さ30Å)と11層のa−SiC:H膜(最下層
および最上層が1000Å、それ以外は100Å)を交
互に積層した発光層を得た。
発光層上部の絶縁膜15、第2の電極16とし
て本実施例では、EB蒸着による3000ÅのY2O3
膜、真空蒸着による2μmのAl膜をそれぞれ形成
した。
こうして得られた発光素子は、交流電界の印加
により従来より高輝度の発光特性を示す。即ち、
発光層の両端にかかる電位差をV、発光層の厚み
をlとすると、発光層には平均電界V/lがかか
り、これにより伝導帯の電子は加速される。一方
本実施例の素子では、この平均電界の他に第4図
に示すエネルギーバンド図から明らかなように、
SiC:H膜とSi:H膜の遷移領域(〜10Å)のバ
ンドエツジの差により局所的かつ周期的に4〜7
×106V/cmの強電界が形成される。この結果、
電子なだれ増倍が強調され、従来よりも低い印加
電圧で、しかも常温で発光を生ずる。また従来と
同程度の発光強度を得るには印加電圧が従来より
低くてよく、しかも多数の薄膜の積層構造である
ためピンホールによる短絡事故もなく、従つて発
光素子の破壊が防止される。
より具体的に説明すれば、従来のa−Si:Hを
用いたEL素子では発光層3000Åに対して106V/
cmの電界ではじめて発光が観測されるのに対し、
積層構造の発光層3200Åの本実施例の場合、これ
より1桁低い電界で発光が認められた。
しかも本実施例では量子的効果により従来より
短波長の発光が認められた。
以上の実施例は、発光層の両面に絶縁膜を介し
て電極を設けたAC駆動型の場合であるが、本発
明はDC駆動型にも適用できる。その実施例を次
に説明する。
発光層の両面にはp型層、n型層をそれぞれ設
ける。p型層を得る場合にはドーパントとして
B、Al等の族元素を、n型層を得る場合には
ドーパントとしてP、Sb、As等のV族元素をそ
れぞれ用いる。例えば、第1のSiC:H膜の形成
には予め混合したシランとメタンの混合ガス(混
合比1対1〜1対10)を原料ガスとし、ドーパン
トとして上記した族又はV族元素のガス状化合
物を用いる。ドーパントガスと混合ガスとのモル
比は1〜5対100程度とする。このp型層、n型
層の形成は、第3図に示す装置にドーパントガス
供給系を付加することで行うことができる。
具体的な実施例を説明すると、ガラス基板上に
ITO膜をEB蒸着により3000Å形成した基板をチ
ヤンバ内にセツトする。シランとメタンの混合ガ
ス(シラン対メタン=1対5)をシラン流量5
c.c./分に設定してチヤンバ内に供給し、同時にド
ーパントガスB2H6を上記混合ガスに対して2モ
ル%の割合で供給する。そしてチヤンバ内圧力
2.0Torr、基板温度250℃、印加高周波電力0.05
W/cm2の条件で150Åのp型a−SiC:H膜を形成
した。この後、先の実施例と同様に、a−Si:H
膜とa−SiC:H膜の積層構造を形成する。即
ち、a−SiC:H膜は上記したシランとメタンの
混合ガスを上記と同じ条件で供給して高周波電力
0.2W/cm2の印加により、又a−Si:H膜の形成に
はシランのみを2c.c./分で供給し、高周波電力
0.2W/cm2の印加により、それぞれ膜厚150Å、50
Åとして交互に15層ずつ形成した。そして最上層
にPH3ガスの供給系を利用してp型層形成と同様
の条件で150Åのn型a−SiC:H膜を形成して
発光層とした。この発光層表面にはAl電極を真
空蒸着により2μm形成した。
こうして得られた発光素子に順方向直流バイア
スを印加したとき、エネルギーバンド図は第5図
に示すようになり、印加電圧5V、電流密度1A/
cm2で可視領域の発光が認められた。
尚、以上の実施例では非晶質炭化ケイ素及び非
晶質ケイ素は原料ガスの低圧グロー放電分解によ
り形成したが、その他熱分解、光分解等によつて
も製造可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の発光素子を示す断
面図、第2図a,bはその発光層の積層構造拡大
図とエネルギーバンド図、第3図はグロー放電分
解による膜形成装置を示す図、第4図は前記発光
層の電圧印加時のエネルギーバンド図、第5図は
別の実施例の発光層の電圧印加時のエネルギーバ
ンド図である。 11…透明絶縁基板、12…透明電極(第1の
電極)、13,15…絶縁膜、14…発光層、1
a1,14a2,…14ao…a−SiC:H膜(第1の
半導体薄膜)、14b1,14b2,…14bo-1…a−
Si:H膜(第2の半導体薄膜)。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 第1の電極が形成された基板上に、禁制帯幅
    E1なるケイ素を含む第1の非晶質半導体薄膜と
    禁制帯幅E2(ただしE1>E2)なるケイ素を含む第
    2の非晶質半導体薄膜をこの順に交互に積層して
    内部に少くとも一つの量子ウエルを形成した発光
    層を構成し、この発光層表面に第2の電極を設け
    てなることを特徴とする発光素子。 2 第1の非晶質半導体薄膜は水素を含む非晶質
    炭化ケイ素であり、第2の非晶質半導体膜は水素
    を含む非晶質ケイ素である特許請求の範囲第1項
    記載の発光素子。 3 発光層の最上層および最下層を除く第1の非
    晶質半導体薄膜の膜厚を100〜1000Åとし、量子
    ウエル部となる第2の非晶質半導体薄膜の膜厚を
    10〜100Åとした特許請求の範囲第1項記載の発
    光素子。 4 第1および第2の非晶質半導体薄膜はケイ素
    を含む原料ガスの分解により堆積したものである
    特許請求の範囲第1項記載の発光素子。
JP58056171A 1983-03-31 1983-03-31 発光素子 Granted JPS59181683A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58056171A JPS59181683A (ja) 1983-03-31 1983-03-31 発光素子

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58056171A JPS59181683A (ja) 1983-03-31 1983-03-31 発光素子

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS59181683A JPS59181683A (ja) 1984-10-16
JPH0158839B2 true JPH0158839B2 (ja) 1989-12-13

Family

ID=13019649

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58056171A Granted JPS59181683A (ja) 1983-03-31 1983-03-31 発光素子

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS59181683A (ja)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6050979A (ja) * 1983-08-30 1985-03-22 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 発光半導体装置
JPS6066880A (ja) * 1983-09-24 1985-04-17 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 発光半導体装置
JPS6066881A (ja) * 1983-09-24 1985-04-17 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 発光半導体装置
JPS61165993A (ja) * 1985-01-17 1986-07-26 株式会社小糸製作所 超薄膜半導体光学装置
JPH0750795B2 (ja) * 1985-03-28 1995-05-31 キヤノン株式会社 発光素子
DE4345229C2 (de) * 1993-09-30 1998-04-09 Reinhard Dr Schwarz Verfahren zum Herstellen von lumineszenten Elementstrukturen und Elementstrukturen

Also Published As

Publication number Publication date
JPS59181683A (ja) 1984-10-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4784959B2 (ja) 電界効果トランジスタ型発光素子
US20240120434A1 (en) Light-emitting diode epitaxial wafer, growth method therefor, and light-emitting diode chip
JPH07202265A (ja) Iii族窒化物半導体の製造方法
JPH104210A (ja) 3族窒化物化合物半導体発光素子
JPH06103757B2 (ja) ダイヤモンド電子装置
US6828594B2 (en) Semiconductor light emission element, semiconductor composite element and process for producing semiconductor light emission element
JPH0158839B2 (ja)
JP3592055B2 (ja) 有機発光素子
JPS60111480A (ja) 薄膜発光素子
KR100289595B1 (ko) 3족질화물반도체발광소자
JPS58112299A (ja) エレクトロルミネッセンス素子の製造方法
JP3514542B2 (ja) 輝度変調型ダイヤモンド発光素子
JP4277361B2 (ja) Iii族窒化物半導体素子の製造方法
JPH08250764A (ja) 半導体発光素子
JPH0652806B2 (ja) 半導体発光素子の製造方法
JP2000160157A (ja) 金属シリサイド発光材料およびその製造方法並びにこれを用いた発光素子
JPH0554692B2 (ja)
JPH11340499A (ja) 発光材料及びその製造方法並びにこれを用いた発光素子
JPS61253794A (ja) 発光素子の製造法
JP2001185758A (ja) 3族窒化物化合物半導体発光素子
JP2525556B2 (ja) 半導体発光素子
JPS60100398A (ja) 薄膜発光素子
CN114566575A (zh) 一种micro-LED及其制备方法
JPH06103754B2 (ja) ダイヤモンドを用いた発光装置およびその作製方法
JP3475564B6 (ja) 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子