JPH02218179A - 発光素子及びそのアモルファス材料層の製造方法 - Google Patents
発光素子及びそのアモルファス材料層の製造方法Info
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- JPH02218179A JPH02218179A JP1038042A JP3804289A JPH02218179A JP H02218179 A JPH02218179 A JP H02218179A JP 1038042 A JP1038042 A JP 1038042A JP 3804289 A JP3804289 A JP 3804289A JP H02218179 A JPH02218179 A JP H02218179A
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Landscapes
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
A、産業上の利用分野
本発明は、アモルファス材料層を用いて構成された発光
素子とそのアモルファス材料層の製造方法に関するもの
である。
素子とそのアモルファス材料層の製造方法に関するもの
である。
B0発明の概要
本発明は、正孔注入層と発光層と電子注入層とを順次積
層して成る発光素子において、アンモニアガス又は窒素
ガスと、水素化ケイ素ガスとp型不純物ガスとを含む低
圧の反応ガスを真空容器内でグロー放電させて分解ガス
を重合させるプラズマCVD法を行い、これにより生成
されたp型のアモルファス窒化ケイ素膜よりなる正孔注
入層と、 低圧の水素ガスを導入した真空容器内に電圧を印加して
固体炭素系物質よりなるターゲットに水素ガスのエネル
ギー粒子を衝突させるスパッタ法を行い、これにより生
成されたアモルファス炭素系膜よりなる発光層と、 アンモニアガス又は窒素ガスと水素化ケイ素ガスとn型
不純物ガスとを含む低圧の反応ガスを真空容器内でグロ
ー放電させて分解ガスを重合させるプラズマCVD法を
行い、これにより生成されたn型のアモルファス窒化ケ
イ素膜よりなる電子注入層とを順次積層したことにより
、 大きな光学的エネルギーギャップを有し、また、発光特
性の選択を可能とするものである。
層して成る発光素子において、アンモニアガス又は窒素
ガスと、水素化ケイ素ガスとp型不純物ガスとを含む低
圧の反応ガスを真空容器内でグロー放電させて分解ガス
を重合させるプラズマCVD法を行い、これにより生成
されたp型のアモルファス窒化ケイ素膜よりなる正孔注
入層と、 低圧の水素ガスを導入した真空容器内に電圧を印加して
固体炭素系物質よりなるターゲットに水素ガスのエネル
ギー粒子を衝突させるスパッタ法を行い、これにより生
成されたアモルファス炭素系膜よりなる発光層と、 アンモニアガス又は窒素ガスと水素化ケイ素ガスとn型
不純物ガスとを含む低圧の反応ガスを真空容器内でグロ
ー放電させて分解ガスを重合させるプラズマCVD法を
行い、これにより生成されたn型のアモルファス窒化ケ
イ素膜よりなる電子注入層とを順次積層したことにより
、 大きな光学的エネルギーギャップを有し、また、発光特
性の選択を可能とするものである。
C3従来の技術
従来、発光材料としては、発光ダイオードの材料である
GaAs 、GaAgP、GaP、GaAQAs 。
GaAs 、GaAgP、GaP、GaAQAs 。
Zn5exTe+−x 、Znx−Cd+−xTe 、
CdTeなどがある。
CdTeなどがある。
D8発吋が解決しようとする課題
しかしながら、このような従来の発光材料にあっては、
例えば、GaPではビーク波長(発光エネルギーがピー
クとなる波長)が698nm、光学的エネルギーギャッ
プが1.76eVというように、ピーク波長、光学的エ
ネルギーギャップは、その発光材料に固有のものである
。このため発光素材としての発光特性を変えたいときは
、所要の特性を有する発光材料を選択することが必要と
なり、ともすると所要のピーク波長、光学的エネルギー
ギャップに由来する特性を得られない場合が生ずる問題
点があった。
例えば、GaPではビーク波長(発光エネルギーがピー
クとなる波長)が698nm、光学的エネルギーギャッ
プが1.76eVというように、ピーク波長、光学的エ
ネルギーギャップは、その発光材料に固有のものである
。このため発光素材としての発光特性を変えたいときは
、所要の特性を有する発光材料を選択することが必要と
なり、ともすると所要のピーク波長、光学的エネルギー
ギャップに由来する特性を得られない場合が生ずる問題
点があった。
こうしたことからスパッタ法を利用してアモルファス炭
素系物質を生成し、これを発光材料に適用することが検
討されている。具体的にはこのアモルファス炭素系物質
は、真空容器内で、基板温度を例えば250℃以下に保
ち、且つグラファイトをターゲットとして用いると共に
、例えば133.3mPa〜5X133.3Paの水素
ガス存在下で高周波電圧または直流電圧を印加してスパ
ヅ夕を行うことにより生成される。
素系物質を生成し、これを発光材料に適用することが検
討されている。具体的にはこのアモルファス炭素系物質
は、真空容器内で、基板温度を例えば250℃以下に保
ち、且つグラファイトをターゲットとして用いると共に
、例えば133.3mPa〜5X133.3Paの水素
ガス存在下で高周波電圧または直流電圧を印加してスパ
ヅ夕を行うことにより生成される。
このような物質よりなる発光材料は、大きな光学的エネ
ルギーギャップを有する(耐熱的には250℃までその
ギャップはほとんど変化しない)と共に任意の光学的エ
ネルギーギャップ及び発光特性を、スパッタ条件のコン
トロールにより得られるため、要望に応じた材料が容易
に得られるという利点がある。この発光材料よりなる膜
は光学的エネルギーギャップ(Ego)の大小により強
力なフォトルミネッセンス(PL)が観察される。
ルギーギャップを有する(耐熱的には250℃までその
ギャップはほとんど変化しない)と共に任意の光学的エ
ネルギーギャップ及び発光特性を、スパッタ条件のコン
トロールにより得られるため、要望に応じた材料が容易
に得られるという利点がある。この発光材料よりなる膜
は光学的エネルギーギャップ(Ego)の大小により強
力なフォトルミネッセンス(PL)が観察される。
第4図にEgoとPLのピーク値との関係を示す。
特にEgoが3eV程度の膜は青色発光することからア
モルファスの特性を生かした大面積の青色発光パネルを
実現させる可能性がある。更に種々のEgoを選択する
ことにより赤から青までの色をチューナプルに出す発光
素子を作ることもできる。またEgoの大小によるPL
強度についてし室温観察で非常に強い発光を示し、大画
面を有するフラットパネルデイスプレィへと応用を広げ
ることのできる発光素子材料(R,G、B三元色を作る
もの)として有望なものである。
モルファスの特性を生かした大面積の青色発光パネルを
実現させる可能性がある。更に種々のEgoを選択する
ことにより赤から青までの色をチューナプルに出す発光
素子を作ることもできる。またEgoの大小によるPL
強度についてし室温観察で非常に強い発光を示し、大画
面を有するフラットパネルデイスプレィへと応用を広げ
ることのできる発光素子材料(R,G、B三元色を作る
もの)として有望なものである。
ところでこのような物質よりなる膜を発光層としたL
E D (L ight Emitting D 1o
de)を作る場合、電子と正孔を発光層に注入する注入
層か必要であり、この注入層としては、半導体化したp
型、n型の上記のアモルファス炭素系物質を用いること
が最良である。しかしながらこの物質を注入層として用
いる場合、目標特性であるEo>2eV、ρ(抵抗率)
<10’Ω・ORを有するp型。
E D (L ight Emitting D 1o
de)を作る場合、電子と正孔を発光層に注入する注入
層か必要であり、この注入層としては、半導体化したp
型、n型の上記のアモルファス炭素系物質を用いること
が最良である。しかしながらこの物質を注入層として用
いる場合、目標特性であるEo>2eV、ρ(抵抗率)
<10’Ω・ORを有するp型。
n型膜を作ることが非常に難しく、この問題点が上記の
アモルファス炭素系物質の発光素子への適用を妨げてい
る。
アモルファス炭素系物質の発光素子への適用を妨げてい
る。
本発明の目的は、スパッタ法を利用して得たアモルファ
ス炭素系物質の特性を十分に引き出すことのできる発光
素子を提供することにある。
ス炭素系物質の特性を十分に引き出すことのできる発光
素子を提供することにある。
83課題を解決するための手段
本発明にかかる発光素子は、アンモニアガス又は窒素ガ
スと水素化ケイ素ガスとp型不純物ガスとを含む低圧の
反応ガスを第2図に示す真空容器内でグロー放電させて
分解ガスを重合させるプラズマ化学的蒸着法を行い、こ
れにより生成されたp型のアモルファス窒化ケイ素膜よ
りなる正孔注入層と、 低圧の水素ガスを導入した第2図に示すCVD。
スと水素化ケイ素ガスとp型不純物ガスとを含む低圧の
反応ガスを第2図に示す真空容器内でグロー放電させて
分解ガスを重合させるプラズマ化学的蒸着法を行い、こ
れにより生成されたp型のアモルファス窒化ケイ素膜よ
りなる正孔注入層と、 低圧の水素ガスを導入した第2図に示すCVD。
スパッタ両用の真空容器内に電圧を印加して固体炭素系
物質よりなるターゲットに水素ガスのエネルギー粒子を
衝突させるスパッタ法を行い、これにより生成されたア
モルファス炭素系膜よりなる発光層と、 アンモニアガス又は窒素ガスと水素化ケイ素ガスとn型
不純物ガスとを含む低圧の反応ガスを第2図に示す真空
容器内でグロー放電させて分解ガスを重合させるプラズ
マ化学的蒸着法を行い、これにより生成されたn型アモ
ルファス窒化ケイ素膜よりなる電子注入層とを順に積層
してなる。
物質よりなるターゲットに水素ガスのエネルギー粒子を
衝突させるスパッタ法を行い、これにより生成されたア
モルファス炭素系膜よりなる発光層と、 アンモニアガス又は窒素ガスと水素化ケイ素ガスとn型
不純物ガスとを含む低圧の反応ガスを第2図に示す真空
容器内でグロー放電させて分解ガスを重合させるプラズ
マ化学的蒸着法を行い、これにより生成されたn型アモ
ルファス窒化ケイ素膜よりなる電子注入層とを順に積層
してなる。
F、実施例
第1図は本発明発光素子の実施例を示す構成図である。
第1図中1は例えば63cm’程度の面積をもつガラス
基板、2は酸化錫よりなる透明電極、3はB3°をドー
パントした30nm程度の厚さのp型のアモルファス窒
化ケイ素膜(以下「&−8iN膜」という)よりなる正
孔注入層、4は300nmの厚さのアモルファス炭素系
膜(以下「a−C:H膜」という)よりなる発光層、5
はp5+をドーパントした50nm程度の厚さのn型の
a−SiN膜よりなる電子注入層、6はアルミニウム電
極である。
基板、2は酸化錫よりなる透明電極、3はB3°をドー
パントした30nm程度の厚さのp型のアモルファス窒
化ケイ素膜(以下「&−8iN膜」という)よりなる正
孔注入層、4は300nmの厚さのアモルファス炭素系
膜(以下「a−C:H膜」という)よりなる発光層、5
はp5+をドーパントした50nm程度の厚さのn型の
a−SiN膜よりなる電子注入層、6はアルミニウム電
極である。
次に上記の発光素子の製造方法について第2図を参照し
ながら説明する。同図中7は真空容器であり、独立して
電力印加出来る2組の非対象平行電極8,11を外部に
プラズマ閉じ込め制御用ソレノイド13を備えている。
ながら説明する。同図中7は真空容器であり、独立して
電力印加出来る2組の非対象平行電極8,11を外部に
プラズマ閉じ込め制御用ソレノイド13を備えている。
先ずアンモニアガス。
SiH,及びB、H,の混合ガスをH,ガスにより約1
0倍に希釈した反応ガスを真空室7 に導入すると共に
13.14のソレノイドに交流電流(商用周波)を流し
、11.12のガスに高周波電源15.16 により
高周波電圧を印加し、グロー放電によって生成する分解
ガスを電極が形成された基板17上にて重合させ、以て
p型のa−SiN膜を得る。即ち、このa−SiN膜は
プラズマCV D (Chea+1cal Vapor
Deposition)法により生成されたものであ
る。続いて真空室7を高真空にした後、この中にH,ガ
スを導入すると共にソレノイドに交流電流(商用周波)
を流し15.16の高周波電源により高周波電圧を独立
に印加して、カソード上に置かれた固体炭素系物質例え
ばグラファイトよりなるターゲット18.19に水素ガ
スのエネルギー粒子を衝突させるスパッタ法を行い、こ
れによりa−C:H膜を前記a−5iN膜上に積層生成
する。しかる後に真空室を再び高真空にし、B t H
eガスの代わりにP Hsガスを用いた他は第1の成膜
に適用した方法と同様にしてn型のa−SiN膜を得、
その後このa−9iNtli上に電極膜を形成すること
によってp−1−n型の発光素子が得られる。なお第2
図中20は磁気ソールにより回転可能に設けられたヒー
タ付サスセプタ、9,12はアノード、21はプラズマ
整流板である。
0倍に希釈した反応ガスを真空室7 に導入すると共に
13.14のソレノイドに交流電流(商用周波)を流し
、11.12のガスに高周波電源15.16 により
高周波電圧を印加し、グロー放電によって生成する分解
ガスを電極が形成された基板17上にて重合させ、以て
p型のa−SiN膜を得る。即ち、このa−SiN膜は
プラズマCV D (Chea+1cal Vapor
Deposition)法により生成されたものであ
る。続いて真空室7を高真空にした後、この中にH,ガ
スを導入すると共にソレノイドに交流電流(商用周波)
を流し15.16の高周波電源により高周波電圧を独立
に印加して、カソード上に置かれた固体炭素系物質例え
ばグラファイトよりなるターゲット18.19に水素ガ
スのエネルギー粒子を衝突させるスパッタ法を行い、こ
れによりa−C:H膜を前記a−5iN膜上に積層生成
する。しかる後に真空室を再び高真空にし、B t H
eガスの代わりにP Hsガスを用いた他は第1の成膜
に適用した方法と同様にしてn型のa−SiN膜を得、
その後このa−9iNtli上に電極膜を形成すること
によってp−1−n型の発光素子が得られる。なお第2
図中20は磁気ソールにより回転可能に設けられたヒー
タ付サスセプタ、9,12はアノード、21はプラズマ
整流板である。
ここで第2図に示す装置を用いて発光素子を製造する場
合の製造条件の3つの例(試料1〜3)を以下に挙げる
。
合の製造条件の3つの例(試料1〜3)を以下に挙げる
。
(+)試料1について
ユ 正孔注入層
真空容器内ガス圧力 40Pa(0,3T
orr)基板温度 200℃ア
ンモニアガス+ S i H4ガス ソレノイド交流電流 す 発光層 真空容器内H,ガス圧力 基板温度 ソレノイド交流電流 高周波電源電力 ターゲットの径 電子注入層 真空容器内ガス圧力 基板温度 アンモニアガス:SiH4ガス PH,ガス。
orr)基板温度 200℃ア
ンモニアガス+ S i H4ガス ソレノイド交流電流 す 発光層 真空容器内H,ガス圧力 基板温度 ソレノイド交流電流 高周波電源電力 ターゲットの径 電子注入層 真空容器内ガス圧力 基板温度 アンモニアガス:SiH4ガス PH,ガス。
l:l
+5A
66.7Pa(0,5Torr)
100°C
5A
00W
5xi
40Pa(0,3Torr)
200℃
1:1
(CH4ガス+SiH,ガス)
5.8:1000
ソレノイド交流電流 15A(2)試料2
について 1 正孔注入層及び電子注入層 試料lと同じ条件で製造した b 発光層 真空容器内H,ガス圧力を40 P a(0、3Tor
r)とした他は試料Iと同じ条件で製造した(3)試料
3について a 正孔注入層及び電子注入層 試料lと同じ条件で製造した b 発光層 真空容器内ガス圧力を13.3Pa(0,ITorr)
とした他は試料Iと同じ条件で製造した以上の各試料1
〜3について波長とEL強度との関係を調べたところ第
3図に示す関係が得られた。第3図実線■〜■のグラフ
は夫々試料1〜3に対応する。いずれの試料1〜3も目
視で十分観察できる発光を示し、十分な発光特性を有し
ていることが判った。試験に用いた順方向バイアス電圧
は5■であり、電流密度は200mA/cx’であった
。以上の実施例では、a−SiN膜としてEgoが2.
OeV、ρが103Ω−amのものを用いたが、Ego
が2.2eVよりも大きく、ρが103Ω・cjIより
も小さいものを用いれば発光特性は更に良くなる。また
基板温度についてはa −C:H膜の耐熱性により制限
されるが、&−C:H膜は300℃以上に加熱されると
Egoが低下し、かっ膜圧が小さくなるため、300℃
程度が限界である。
について 1 正孔注入層及び電子注入層 試料lと同じ条件で製造した b 発光層 真空容器内H,ガス圧力を40 P a(0、3Tor
r)とした他は試料Iと同じ条件で製造した(3)試料
3について a 正孔注入層及び電子注入層 試料lと同じ条件で製造した b 発光層 真空容器内ガス圧力を13.3Pa(0,ITorr)
とした他は試料Iと同じ条件で製造した以上の各試料1
〜3について波長とEL強度との関係を調べたところ第
3図に示す関係が得られた。第3図実線■〜■のグラフ
は夫々試料1〜3に対応する。いずれの試料1〜3も目
視で十分観察できる発光を示し、十分な発光特性を有し
ていることが判った。試験に用いた順方向バイアス電圧
は5■であり、電流密度は200mA/cx’であった
。以上の実施例では、a−SiN膜としてEgoが2.
OeV、ρが103Ω−amのものを用いたが、Ego
が2.2eVよりも大きく、ρが103Ω・cjIより
も小さいものを用いれば発光特性は更に良くなる。また
基板温度についてはa −C:H膜の耐熱性により制限
されるが、&−C:H膜は300℃以上に加熱されると
Egoが低下し、かっ膜圧が小さくなるため、300℃
程度が限界である。
ところでp型のa−SiN膜、a−C,:H膜及びn型
のλ−8iN膜を積層したp−4−n型セルを作った場
合、a−C:H膜とa−SiN膜(p型またはn型)と
の接合はへテロ接合となるから、その接合が良好になさ
れるか否か、即ち注入層から発光層に正孔(71子)が
うまく注入されるか否かが問題であったが、試料1〜3
についてダイオード特性を調べてみると、良好な特性を
示し、接合が良好になされていることが判った。
のλ−8iN膜を積層したp−4−n型セルを作った場
合、a−C:H膜とa−SiN膜(p型またはn型)と
の接合はへテロ接合となるから、その接合が良好になさ
れるか否か、即ち注入層から発光層に正孔(71子)が
うまく注入されるか否かが問題であったが、試料1〜3
についてダイオード特性を調べてみると、良好な特性を
示し、接合が良好になされていることが判った。
以上、実施例について説明したが、この他各種の設計変
更が可能であり、例えば、上記正孔、注入層13及び電
子注入層5を形成する際にターゲットにシリコンを用い
てプラズマCVD法を行なうことら可能である。
更が可能であり、例えば、上記正孔、注入層13及び電
子注入層5を形成する際にターゲットにシリコンを用い
てプラズマCVD法を行なうことら可能である。
また、正孔注入層を形成するプラズマCVD法において
アンモニアガスに代えて窒素ガスを用いても良い。
アンモニアガスに代えて窒素ガスを用いても良い。
G1発明の効果
本発明によれば、スパッタ法により得られた&C:H膜
を発光層として用いているため、大きな光学的エネルギ
ーギャップを有すると共に発光特性をスパッタ条件を変
えることによりフントロールできるから要望に応じた発
光層が容易に得られる。そしてプラズマCVD法により
得られたよ一9iN膜を正孔及び電子の注入層として用
いているため、発光層と注入層とがペテロ接合により結
合されていても電子及び正孔がうまく発光層に注入され
ると共に、光学的エネルギーギャップ及び抵抗率につい
て目標特性を満足する注入層を容易に作り出することが
できるから、これによりλ−C:H@即ち発光層の特性
を十分に引き出すことができ、実用価値の高い発光素子
を得ることができる。
を発光層として用いているため、大きな光学的エネルギ
ーギャップを有すると共に発光特性をスパッタ条件を変
えることによりフントロールできるから要望に応じた発
光層が容易に得られる。そしてプラズマCVD法により
得られたよ一9iN膜を正孔及び電子の注入層として用
いているため、発光層と注入層とがペテロ接合により結
合されていても電子及び正孔がうまく発光層に注入され
ると共に、光学的エネルギーギャップ及び抵抗率につい
て目標特性を満足する注入層を容易に作り出することが
できるから、これによりλ−C:H@即ち発光層の特性
を十分に引き出すことができ、実用価値の高い発光素子
を得ることができる。
第1図は本発明の実施例に係る発光素子を示す構成図、
第2図は発光素子の製造装置を示す構成図、第3図はダ
イオードの発光特性を示す特性図、第4図はアモルファ
ス炭素系膜のEOとPLとの関係を示す特性図である。 3・・・正孔注入層、4・・・発光層、5・・・電子注
入層、18.19・・・ターゲット(グラファイト)。 9P″方1にイクリtJl+Iう々(茎〕コ5二嘱タト
j璽こ第2図 yあ士≧イ列nii’図 第1図 夕”イオーF′n発tyT−1生図 第3図
第2図は発光素子の製造装置を示す構成図、第3図はダ
イオードの発光特性を示す特性図、第4図はアモルファ
ス炭素系膜のEOとPLとの関係を示す特性図である。 3・・・正孔注入層、4・・・発光層、5・・・電子注
入層、18.19・・・ターゲット(グラファイト)。 9P″方1にイクリtJl+Iう々(茎〕コ5二嘱タト
j璽こ第2図 yあ士≧イ列nii’図 第1図 夕”イオーF′n発tyT−1生図 第3図
Claims (3)
- (1)アンモニアガス又は窒素ガスと、水素化ケイ素ガ
スとp型不純物ガスとを含む低圧の反応ガスを真空容器
内でグロー放電させて分解ガスを重合させるプラズマC
VD法を行い、これにより生成されたp型のアモルファ
ス窒化ケイ素膜よりなる正孔注入層と、 低圧の水素ガスを導入した真空容器内に電圧を印加して
固体炭素系物質よりなるターゲットに水素ガスのエネル
ギー粒子を衝突させるスパッタ法を行い、これにより生
成されたアモルファス炭素系膜よりなる発光層と、 アンモニアガス又は窒素ガスと水素化ケイ素ガスとn型
不純物ガスとを含む低圧の反応ガスを真空容器内でグロ
ー放電させて分解ガスを重合させるプラズマCVD法を
行い、これにより生成されたn型のアモルファス窒化ケ
イ素膜よりなる電子注入層とを順次積層したことを特徴
とする発光素子。 - (2)アンモニアガス又は窒素ガスと水素化ケイ素ガス
と、p型不純物ガス又はn型不純物ガスを真空容器内で
グロー放電させて分解ガスを重合させるプラズマCVD
装置のターゲット部にシリコン板を載置してカソード電
極となし、該シリコン板上にp型又はn型のアモルファ
ス窒化ケイ素膜を堆積させることを特徴とする発光素子
のアモルファス材料層の製造方法。 - (3)低圧の水素ガスを導入した真空容器内に電圧を印
加して固体炭素系物質よりなるターゲットに水素ガスの
エネルギー粒子を衝突させる反応性スパッタ法を行い、
これにより前記固体炭素系物質にアモルファス炭素系膜
を堆積させることを特徴とする発光素子のアモルファス
材料層の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1038042A JPH02218179A (ja) | 1989-02-17 | 1989-02-17 | 発光素子及びそのアモルファス材料層の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1038042A JPH02218179A (ja) | 1989-02-17 | 1989-02-17 | 発光素子及びそのアモルファス材料層の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02218179A true JPH02218179A (ja) | 1990-08-30 |
Family
ID=12514478
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1038042A Pending JPH02218179A (ja) | 1989-02-17 | 1989-02-17 | 発光素子及びそのアモルファス材料層の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02218179A (ja) |
-
1989
- 1989-02-17 JP JP1038042A patent/JPH02218179A/ja active Pending
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