JPH02218180A

JPH02218180A - 発光素子

Info

Publication number: JPH02218180A
Application number: JP1038700A
Authority: JP
Inventors: Misuzu Watanabe; 渡辺　三鈴
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1989-02-18
Filing date: 1989-02-18
Publication date: 1990-08-30

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。

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半導体よりなる発光素子に関する
ものである。

Ｂ１発明の概要本発明は、発光層の両面に夫々正孔注入層及び電子注入
層を積層してなる発光素子において、低圧の水素ガスと
エチレンガスと微量の水素化ケイ素ガスとを反応ガスと
したプラズマ化学的蒸着法により得られたアモルファス
炭素系膜を発光層として用い、プラズマＣＶＤ法により
得られたアモルファス炭化ケイ素膜を正孔及び電子の各
注入層として用いることによって、発光層の発光特性が良好であり、しかもこの特性を十分
引き出せるようにしたものである。

Ｃ１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、ＧａＡｓＰ、ＧａＰ。

Ｇ　ａＡ＆Ａ　ｓ　、　Ｚｎ　Ｓ　ｅｘＴ　ｅ　＋−ｘ
　、　Ｚｎｘ−Ｃｄ　Ｉ−ｘＴｅ。

ＣｄＴｅなどがある。

Ｄ０発明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１．７６　　ｅＶ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ＣＶＤ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３００℃以下に保ち
、例えば１３３．３ｍＰａ〜６ｘ１３３．３　　Ｐａ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
プラズマＣＶＤ法（Ｐ−ＣＶＤ法）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３００℃までその
ギャップは変化しない）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、ＣＶＤ法の条件のコントロー
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Ｅ
ｇｏとＰＬのピーク値との関係を示す。特にＥｇｏが３
ｅＶ程度の膜は青白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強度についても室温観察で
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、８３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ＬＥ
Ｄ（Ｌｉｇｈｔ　　Ｅｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅ）を作
る場合、電子と正孔を発光層に注入する注入層が必要で
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Ｅ　ｇ　ｏ　＞　２　ｅ　Ｖ　、　ρ（
抵抗率）≦１０“Ω・ｃｌｌｌを有するｐ型、ｎ型膜を
作ることが非常に難かしく、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。

本発明の目的は、任意の光学的エネルギーギャップ及び
発光特性を発光層に付与することができ、しかも発光層
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。

Ｅ２課題を解決するための手段本発明に係る発光素子は、炭化水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
化学的蒸着法を行い、これにより生成されたｐ型のアモ
ルファス炭化ケイ素膜よりなる正孔注入層と、低圧の水素ガスとエチレン（ＣｚＨ−）ガスと微量の水
素化ケイ素ガスとを導入した真空容器内でＰ−ＣＶＤ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、炭化水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化学的蒸着法を行い、これ
により生成されたｎ型のアモルファス炭化ケイ素膜より
なる電子注入層とをこの順に積層してな、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１００は例えば６３ｃ＠”程度の面積をもつガ
ラス基板、２００は酸化錫よりなる透明電極、３００は
Ｂ３゛をドーパントした３゜ｎｍ程度の厚さのｐ型のア
モルファス炭化ケイ素膜（以下ｒ　ａ−Ｓ　ｉ　Ｃ膜」
という。）よりなる正孔注入層、４００は３００ｎｍの
厚さのアモルファス炭素系膜（以下ｒａ−Ｃ：　Ｓ　ｉ
、　ＨＪという。）よりなる発光層、５００はＰ１１′
°をドーパントした５０ｎｍ程度の厚さのｎ型のａ−Ｓ
ｉＣ膜よりなる電子注入層、６００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。第２図に示す装置では、２組の非対称
平行平板電極、可動プラズマ流制御機構を内部に有し、
プラズマ閉じ込め制御用のソレノイドを外部に備えた真
空室を用いている。先ずＣＨ４、Ｓ　ｉＨ＊及びＢ　ｔ
　Ｈｓの混合ガスをＨ。

ガスにより約１０倍に希釈した反応ガスを真空室ｌに導
入すると共に前記反応ガスに高周波電源２゜３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４上にて重合させ、以てｐ型
の１−８ｉＣ膜を得る。

即ち、このａ−ＳｉＣ膜はプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉ
ｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法（Ｐ　
−ＣＶ　Ｄ法）により生成されたものである。続いて真
空室■を高真空にした後この中にＨｔガスとＣｔ　Ｈ−
ガスと微量のＳ　ｉ　Ｈ４ガスを導入すると共に高周波
電源２．３により高周波電圧を印加して、Ｐ−ＣＶＤ法
を行い、これによりａ　　Ｃ：　Ｓ　ｉＳＨ膜を前記ａ
−５ｉＣ１ｉ上に積層生成する。しかる後に真空室Ｉを
再び高真空にし、ＢｔＨ，ガスの代わりにＰＨｓガスを
用いた他はｐ型のａ−ｓｔｃｇの製法と同様にしてｎ型
のａ−ＳｉＣＨを得、その後このａ−ＳｉＣ膜上に電極
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。以上の工程においてソレノイド５．６には、プ
ラズマ閉じ込め制御のため交流電流を流しておく。なお
第１図中７は磁気シールにより回転可能に設けられたヒ
ータ付サスセプタ、８．９は対向電極、１０゜ｌ！は電
極、１２は可動プラズマ流制御板、１３゜！４はマグネ
トロン型電極ホルダ、１５はガス導入部、１６は排気部
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！〜３）を以下に挙げる
。

（１）試料１について ■　正孔注入層真空容器内ガス圧力　　　２６　、７　Ｐ　ａ　（０，
２Ｔｏｒｒ）基板温度　　　　　　　　２５０℃ ＣＨ，ガス：ＳｆＨ，ガス　　１：■ ＢｔＨｓガス：（ＣＨ，ガス＋Ｓ　ｆ　Ｈ４ガス）３：
ｌ０００ソレノイド電流　　　　　　１５Ａ高周波電源電力　　　　　１０Ｗ（入力電極面積に対し０　、１２５　Ｗ／ａｍす■　発
光層真空容器内混合ガス圧力　　２６　、７　Ｐ　ａ　（０
，２Ｔｏｒｒ）Ｓｉｎ４ガスの濃度　　　　３容量％基板温度　　　　　　　　　２５０℃ ソレノイド電流　　　　　　１５Ａ高周波電源電力　　　　　　１０Ｗ ■　電子注入層真空容器内ガス圧力　　　２６　、７　Ｐ　ａ　（０，
２Ｔｏｒｒ）基板温度　　　　　　　　２５０℃ ＣＨ，ガス：ＳｉＨ，ガス　　１：ｌＰＨ，ガス：ＣＣＨ，ガス＋Ｓ　ｒ　８４ガス）　　５
．８；１０００ソレノイド電流　　　　　１５Ａ高周波電源電力　　　　　１０Ｗ（入力電極面積に対し０．１２５Ｗ／ｃ♂）（２）試料
２について ■　正孔注入層及び電子注入層試料Ｉと同じ条件で製造した。

■　発光層ＳｉＨ４ガスの濃度を２％とした他は試料ｌと同じ条件で製造した。

（３）試料３について ■　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。

■　発光層ＳｉＨ＋ガスの濃度をｌ容量％とした他は試料１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。同図中実線
■〜■のグラフは夫々試料１〜３に対応する。このよう
に良好な発光特性を得るためには、発光層の製膜に用い
る水素化ケイ素ガスの濃度は０．１〜２０容量％である
ことが好ましい。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５Ｖであり
、電流密度は２００ｍＡ／ａｍ’であった。

以上の実施例では、ａ−８ｉＣ膜としてＥｇｏが２、Ｏ
ｅＶ、ｐが１０１１Ω”ｃｍのものを用いたが、Ｅｇｏ
が２．ＯｅＶよりも大きく、ρが１０＠Ω・Ｃ１１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λ−Ｃ：Ｓｉ。

Ｈ膜の耐熱性により制限されるが、λ−Ｃ：　Ｓ　＋。

ＨＭは３５０℃以上に加熱されるとＥｇｏが低下し、か
つ膜厚が小さくなるため、３５０℃程度が限界である。

ところでｐ型のλ−５ｉＣ膜、ニーＣ：　Ｓ　ｔ。

Ｈ模及びｎ型のａ−ＳｉＣ膜を積層したｐ−ｉｎ型セル
を作った場合、λ−Ｃ：Ｓｉ、Ｈ膜とａＳｉＣ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（電子）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。

Ｇ１発明の効果本発明によれば、Ｐ−ＣＶＤ法により得られたλ−Ｃ：
Ｓｉ、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Ｓ　ｉ
　Ｈ４ガスの混合量を変えることによりコントロールで
きるから要望に応じた発光層が容易に得られる。またＰ
−ＣＶＤを行うにあたって、炭化水素ガスとして反応速
度の遅いエチレンガスを選択して用いているため、発光
層のダメージが小さく、その特性が損なわれない。そし
てプラズマＣＶＤ法により得られたよ一５ｉＣ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
層とかへ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
を容易に作り出すことができるから、これによりλ−Ｃ
：　Ｓ　ｉｓＨ膜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
。

【図面の簡単な説明】

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ＥｇｏとＰ　Ｌとの関係を示す特性図であ
る。３００・・・正孔注入層、４００・・・発光層、５００
・・・電子注入層、■・・・真空室、４・・・基板、５
．６・・・ソレノイド、７・・・サスセプタ、８．９・
・・対向電極、１０．１１・・・電極、１２・・・可動
プラズマ流制御板、１３．１４・・・マグネトロン型電
極ホルダ。実施例の構成図１００・・・基板２００．６００・・・電極３００・・・正孔注入層４００・・発光層５００・・・電子注入層外２名製造装置の縦断側面図晋１・・・真空室４・・・基板５．６・・ソレノイド７・・・サスセプタ８．９・・・対向１！極１０．１１・・電極Ｉ２・・・可動プラズマ流制御板Ｈ，＋４・・・マグネトロン型電極ホルダ第３図ダイオードの発光特性図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）炭化水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型のアモルファス炭化ケイ素
膜よりなる正孔注入層と、低圧の水素ガスとエチレンガスと微量の水素化ケイ素ガ
スとを反応ガスとしたプラズマ化学的蒸着法により生成
されたアモルファス炭素系膜よりなる発光層と、炭化水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化学的蒸着法を行い、これ
により生成されたｎ型のアモルファス炭化ケイ素膜より
なる電子注入層とをこの順に積層してなることを特徴と
する発光素子。