JPH0817576A - Luminescent element and manufacture thereof - Google Patents
Luminescent element and manufacture thereofInfo
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- JPH0817576A JPH0817576A JP7120359A JP12035995A JPH0817576A JP H0817576 A JPH0817576 A JP H0817576A JP 7120359 A JP7120359 A JP 7120359A JP 12035995 A JP12035995 A JP 12035995A JP H0817576 A JPH0817576 A JP H0817576A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、発光素子に関する。よ
り具体的には、単独の光源として用いられる、或いは半
導体集積回路に集積し得る半導体を用いた発光素子に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light emitting device. More specifically, the present invention relates to a light emitting element using a semiconductor that can be used as a single light source or can be integrated in a semiconductor integrated circuit.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、半導体を用いた発光素子の一つで
あるEL(Electro Luminescenc
e)素子としては、ZnSに代表される直接遷移型の化
合物半導体材料に限られていた。一方、素子を駆動する
高集積度の電気回路についてはSiの独壇場である。従
って、EL素子を集積し、その駆動回路とのモノリシッ
ク化を図るため、Si端結晶上にEL素子の材料である
化合物半導体をエピタキシャル成長させようとする試み
等がなされているものの、未だ達成されていない。2. Description of the Related Art Conventionally, an EL (Electro Luminescence) which is one of light emitting devices using semiconductors.
e) The element has been limited to the direct transition type compound semiconductor material typified by ZnS. On the other hand, the highly integrated electric circuit for driving the device is the exclusive field of Si. Therefore, attempts have been made to epitaxially grow a compound semiconductor, which is a material of the EL element, on the Si edge crystal in order to integrate the EL element and make it a monolithic structure with a driving circuit thereof, but it has not been achieved yet. Absent.
【0003】一方、モノリシック化の別の方法として、
Siを原料とし、シリコンプロセスとの整合性に優れた
EL素子の実現が待たれていた。このような素子を構成
する方法として、CVD法によって堆積したSiOx膜
を熱処理し、膜中にSi微粒子を形成する方法が報告さ
れている[ディー・ジェイ・ディマリア,ジェイ・アー
ル・カートリー,イー・ジェイ・パクリス,ディー・ダ
ヴリュー・ドン,ティー・エス・クアン,エフ・エル・
ペサベント,ティー・エヌ・スィーシスならびにジェイ
・エイ・キュトロ,ジャーナル オブ アプライド フ
ィジックス,56巻,401頁,1984年(D.J.
DiMaria,J.R.Kirtly,E.J.Pa
kulis,D.W.Dong,T.S.Kuan,
F.L.Pesavento,T.N.Thesis
and J.A.Cutro,J.Appln.Phy
s.)]。On the other hand, as another method of making monolithic,
Realization of an EL element using Si as a raw material and having excellent compatibility with a silicon process has been awaited. As a method of constructing such an element, a method of heat-treating an SiO x film deposited by a CVD method to form Si fine particles in the film has been reported [DJ DiMaria, JRC Cartley, E.J.Pakris, D. W. Don, TS Kuang, F.L.
Pessavent, T. N. Sisys and J. A. Cutro, Journal of Applied Physics, 56, 401, 1984 (DJ
DiMaria, J .; R. Kirtly, E .; J. Pa
kulis, D .; W. Dong, T .; S. Kuan,
F. L. Pesavento, T .; N. Thesis
and J. A. Cutro, J .; Appln. Phy
s. )].
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、CVD
法によって堆積したSiOx膜は、その緻密さや不純物
の点で必ずしも良好な膜とは言えない。そのため、熱処
理後に形成されるSi微粒子自身とその周りを取り囲む
酸化膜との界面特性が劣悪で、発光効率が不十分であ
り、満足のゆくものが得られていないというのが実状で
ある。[Problems to be Solved by the Invention] However, CVD
The SiO x film deposited by the method is not always a good film in terms of its density and impurities. Therefore, in reality, the interface characteristics between the Si fine particles themselves formed after the heat treatment and the oxide film surrounding the Si fine particles are inferior, the luminous efficiency is insufficient, and a satisfactory product is not obtained.
【0005】本発明の目的は、駆動回路とのモノリシッ
ク化を図ったEL素子を提供することにある。詳しく
は、Si基板に駆動回路を作り込むシリコンプロセスに
適応し、トランジスタ等半導体素子からなる集積回路と
同一基板上に形成し得るEL素子、具体的には、Siを
原料とした良好なEL素子を提供することにある。An object of the present invention is to provide an EL device which is monolithic with a driving circuit. Specifically, an EL element adapted to a silicon process for forming a drive circuit on a Si substrate and capable of being formed on the same substrate as an integrated circuit including a semiconductor element such as a transistor, specifically, a good EL element made of Si as a raw material. To provide.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段及び作用】本発明の発光素
子は、イオンをイオン注入した酸化膜が、少なくとも発
光層の一部をなすことを特徴とする。The light emitting device of the present invention is characterized in that an oxide film into which ions are ion-implanted forms at least a part of the light emitting layer.
【0007】本発明においては、半導体プロセスにおい
て十分な精度で不純物量を制御できるイオン注入によ
り、酸化膜中に半導体材料となり得るイオンを注入する
ことによって、半導体微粒子の量と大きさが精密にコー
ントロールされた発光層を形成することができるのであ
る。その結果、例えば、Siを原材料とする良好な発光
素子が構成される。In the present invention, by implanting ions capable of becoming a semiconductor material into the oxide film by ion implantation capable of controlling the amount of impurities with sufficient accuracy in the semiconductor process, the amount and size of the semiconductor fine particles are precisely adjusted to the cone. It is possible to form a trawled light emitting layer. As a result, for example, a good light emitting element made of Si as a raw material is formed.
【0008】本発明の発光素子は、従来要望されていた
SiOx膜を用いた発光素子とし、更に駆動回路と同一
のシリコン基板上に作り込み、集積化することが可能で
ある。The light emitting device of the present invention can be a light emitting device using a SiO x film, which has been conventionally demanded, and can be further formed and integrated on the same silicon substrate as the drive circuit.
【0009】以下本発明を詳細に説明する。The present invention will be described in detail below.
【0010】図1は本発明の発光素子の第一の実施態様
を示す断面図である。本実施態様は交流駆動型のEL素
子である。後述する方法により形成された発光層1は、
絶縁層2、2’によって挟持され、更にその外側を導電
性材料からなる電極3、3’に挟まれている。ここで2
箇所ずつ存在する絶縁層と電極は、それぞれ同じ材料で
ある必要はない。FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the light emitting device of the present invention. This embodiment is an AC drive type EL element. The light emitting layer 1 formed by the method described below is
It is sandwiched by the insulating layers 2 and 2 ′, and the outside thereof is further sandwiched by the electrodes 3 and 3 ′ made of a conductive material. 2 here
The insulating layer and the electrode, which are present at each location, do not have to be made of the same material.
【0011】また、発光層1と絶縁層2、2’との界面
は、必ず急峻である必要もなく、絶縁層の駆動電圧に対
する絶縁耐性さえ保持されているなら、連続的に変化し
ていても良い。Further, the interface between the light emitting layer 1 and the insulating layers 2 and 2'need not necessarily be steep, and if the insulation resistance against the driving voltage of the insulating layer is maintained, it continuously changes. Is also good.
【0012】上記の如く構成した発光素子の電極3、
3’間に交流電圧をを印加すれば、発光層1中に含まれ
る半導体微粒子が発光を呈する。この発光素子の各層に
対して鉛直方向に発光を取り出す場合には、少なくとも
一方の絶縁層と電極はその発光に対して透明或いは半透
明である必要がある。The electrode 3 of the light emitting device constructed as described above,
When an AC voltage is applied between 3 ', the semiconductor fine particles contained in the light emitting layer 1 emit light. When the emitted light is taken out vertically to each layer of the light emitting device, at least one of the insulating layer and the electrode must be transparent or semitransparent to the emitted light.
【0013】図2は本発明の発光素子の第二の実施態様
である直流駆動型EL素子を示す断面図である。本態様
は発光層1を直接電極3、3’で挟んでおり、第一の実
施態様とは異なり、発光層1は外部からの電流注入が可
能な程度には低抵抗である必要がある。このように構成
した発光素子の電極3、3’間に直流電圧を印加すれ
ば、発光層1中に含まれる半導体微粒子が発光する。FIG. 2 is a sectional view showing a DC drive type EL device which is a second embodiment of the light emitting device of the present invention. In this embodiment, the light emitting layer 1 is directly sandwiched between the electrodes 3 and 3 ', and unlike the first embodiment, the light emitting layer 1 needs to have a low resistance to the extent that a current can be injected from the outside. When a DC voltage is applied between the electrodes 3 and 3 ′ of the light emitting element thus configured, the semiconductor fine particles contained in the light emitting layer 1 emit light.
【0014】図3は本発明の発光素子の製造工程を示す
断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a manufacturing process of the light emitting device of the present invention.
【0015】先ず第1に導電性基体31上に酸化膜32
を形成する(図3(a))。この基体31は後に発光素
子のいずれか一方の電極として機能することになる。酸
化膜32は、例えば基体31がSi基板であれば、これ
を酸化することによって良好な酸化膜が得られる。ま
た、SiO2膜を堆積し、予め十分な熱処理を施して膜
質を向上させ、用いることもできる。本発明の発光素子
は、Si以外の材料であっても良好なEL素子を構成す
る目的で好適に応用できる。First, the oxide film 32 is formed on the conductive substrate 31.
Are formed (FIG. 3A). This base 31 will later function as one of the electrodes of the light emitting element. For example, if the base 31 is a Si substrate, a good oxide film can be obtained by oxidizing the oxide film 32. It is also possible to deposit an SiO 2 film and perform sufficient heat treatment in advance to improve the film quality and use it. The light emitting device of the present invention can be suitably applied even if it is a material other than Si for the purpose of forming a good EL device.
【0016】本発明において、酸化膜の膜厚は、発光効
率、有効電界を考慮すると、一般的には10nm〜10
0μmの範囲とするのが良く、望ましくは、100nm
〜1μmの範囲とするのが良い。In the present invention, the thickness of the oxide film is generally 10 nm to 10 in consideration of luminous efficiency and effective electric field.
The range is preferably 0 μm, preferably 100 nm.
It is preferable that the thickness is in the range of 1 μm.
【0017】次にこの酸化膜32の表面からイオン33
を注入する(図3(b))。本発明において注入するイ
オンについては、半導体材料となり得るイオンを用いる
のが望ましい。具体的には、周期律表IV族に族する元
素Si,Geから得られるイオン。Next, from the surface of the oxide film 32, ions 33 are formed.
Is injected (FIG. 3 (b)). As the ions to be implanted in the present invention, it is desirable to use ions that can be semiconductor materials. Specifically, ions obtained from the elements Si and Ge belonging to Group IV of the periodic table.
【0018】II−VI族化合物半導体を形成し得る元
素、即ち、Zn,Cd,Hg,Se,Te,Poから得
られるイオン。Ions obtained from elements capable of forming II-VI group compound semiconductors, that is, Zn, Cd, Hg, Se, Te and Po.
【0019】III−V族化合物半導体を形成し得る元
素、即ち、Al,Ga,In,Tl,P,As,Sb,
Biから得られるイオンを挙げることができる。Elements capable of forming III-V group compound semiconductors, that is, Al, Ga, In, Tl, P, As, Sb,
The ion obtained from Bi can be mentioned.
【0020】本発明において、注入するイオン量は、注
入するイオン種によって変化するが、発光効率、固溶限
界を考慮すると、一般的には1010cm-2〜1022cm
-2の範囲とするのが良く、望ましくは、1014cm-2〜
1022cm-2の範囲とするのが良い。In the present invention, the amount of ions to be implanted varies depending on the ion species to be implanted, but in consideration of luminous efficiency and solid solution limit, it is generally 10 10 cm -2 to 10 22 cm.
-2 is preferable, and preferably 10 14 cm -2 ~
A range of 10 22 cm -2 is recommended.
【0021】この時、イオンの注入エネルギーは以下に
説明する発光素子の形態に応じて、酸化膜32の膜厚に
対して最適の飛程が得られるように設定しなければなら
ない。即ち、図1に示した交流駆動型のEL素子の場合
には、少なくとも酸化膜32中の基体31に面する領域
が絶縁層であることが必要なため、それよりも浅い飛程
でなければならない。At this time, the ion implantation energy must be set so as to obtain an optimum range for the film thickness of the oxide film 32, depending on the form of the light emitting device described below. That is, in the case of the AC drive type EL element shown in FIG. 1, at least the region of the oxide film 32 facing the base 31 needs to be an insulating layer, so that the range is shallower than that. I won't.
【0022】また、図2に示した直流駆動型の素子の場
合には逆に、高抵抗層を残すことは好ましくないため、
少なくとも界面に届く深い飛程の注入を行なう必要があ
る。また、いずれの場合にも、酸化膜32中の注入イオ
ンの分布を整えるために、エネルギーとドーズを変えた
多段階のイオン注入を施すことが可能である。On the contrary, in the case of the DC drive type element shown in FIG. 2, it is not preferable to leave the high resistance layer.
It is necessary to inject a deep range that reaches at least the interface. Further, in any case, in order to adjust the distribution of implanted ions in the oxide film 32, it is possible to perform multi-stage ion implantation with different energy and dose.
【0023】次に熱処理を施す。これは注入したイオン
を適度に凝集させ、形成された半導体結晶微粒子の量子
サイズ効果による発光性を与えるものである。従って、
熱処理条件は、このような発光性を有する大きさの微粒
子が形成されるように調整しなければならない。例えば
温度が低過ぎるか、若しくは時間が短過ぎるかにより熱
処理が不十分な場合には、熱処理以前に観測される酸化
膜からの発光が消滅する。Next, heat treatment is performed. This is to give a light emitting property by the quantum size effect of the formed semiconductor crystal fine particles by appropriately aggregating the implanted ions. Therefore,
The heat treatment conditions must be adjusted so that fine particles having such a light emitting size are formed. For example, when the heat treatment is insufficient because the temperature is too low or the time is too short, the light emission from the oxide film observed before the heat treatment disappears.
【0024】また、過度な熱処理は、半導体微粒子の結
晶微粒子の更なる成長によってその平均サイズを増大さ
せ、量子効果を失わせるために、再び発光性を損なう結
果となる。Further, the excessive heat treatment results in that the average size of the crystalline fine particles of the semiconductor fine particles is further increased and the quantum effect is lost, so that the light emitting property is again impaired.
【0025】熱処理は、例えば、通常のファーネスアニ
ールでもよいし、赤外線ランプによる急速熱処理(Ra
pid Thermal Annelaing:ラピッ
ドサーマル アニーリング)でも、或いはレーザービー
ム・電子線・粒子線・X線等のエネルギービームの照射
によって行なっても良い。The heat treatment may be, for example, ordinary furnace annealing, or rapid heat treatment (Ra) using an infrared lamp.
Pid Thermal Annealing) or irradiation with an energy beam such as a laser beam, an electron beam, a particle beam or an X-ray.
【0026】次に、図1の交流駆動型EL素子に限っ
て、酸化膜32表面近傍の絶縁耐性が不十分である場合
には、この表面に絶縁膜を形成する。半導体イオン注入
の飛程が表面から十分深い場合にはこの工程は不要であ
る。また、この工程は上記熱処理に先だって行なっても
良い。絶縁膜としてはシリコン酸化膜、シリコン窒化膜
等の絶縁性・耐圧性に優れた膜ならば、何でも良い。Next, only in the AC drive type EL element of FIG. 1, if the insulation resistance near the surface of the oxide film 32 is insufficient, an insulating film is formed on this surface. If the range of semiconductor ion implantation is sufficiently deep from the surface, this step is unnecessary. Further, this step may be performed before the heat treatment. As the insulating film, any film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film having excellent insulating properties and pressure resistance can be used.
【0027】最後に、上部の電極3’を形成する(図3
(c))。電極の素材としては、例えばアルミニウム,
金,タングステン等の金属並びにその化合物が挙げられ
るが、この電極を透過して発光を取り出す場合には、酸
化インジウム錫等光透過性の材料で形成する。Finally, the upper electrode 3'is formed (see FIG. 3).
(C)). As the material of the electrode, for example, aluminum,
Metals such as gold and tungsten and compounds thereof can be mentioned. When light emission is taken out through this electrode, it is made of a light-transmissive material such as indium tin oxide.
【0028】[0028]
[実施例1]図1に示した交流駆動型EL素子を作製し
た。Example 1 The AC drive type EL device shown in FIG. 1 was produced.
【0029】先ず初めに、比抵抗0.01Ωcm以下の
Si単結晶基板の表面に、常圧CVD法で膜厚300n
mのSiO2膜を堆積した。これを窒素雰囲気中100
0℃の温度で1時間ほど熱処理し、膜の緻密化を施した
ところ、膜厚は約15%程減じた。First, a film thickness of 300 n is formed on the surface of a Si single crystal substrate having a specific resistance of 0.01 Ωcm or less by an atmospheric pressure CVD method.
m SiO 2 film was deposited. 100 in a nitrogen atmosphere
When the film was densified by heat treatment at a temperature of 0 ° C. for about 1 hour, the film thickness was reduced by about 15%.
【0030】上記酸化膜の表面に、100keVのエネ
ルギーまで加速したSiイオンを、2×1016cm-2の
ドーズで注入した。このエネルギーでは注入イオンはほ
とんどSi基板との界面まで届かない。Si ions accelerated to an energy of 100 keV were implanted into the surface of the oxide film at a dose of 2 × 10 16 cm -2 . With this energy, the implanted ions hardly reach the interface with the Si substrate.
【0031】次に、酸化膜表面の絶縁耐性を維持するた
めに、再び常圧CVD法で膜厚50nmのSiO2膜を
堆積した。そして窒素雰囲気中1050℃の温度で3時
間ほど熱処理したところ、この膜は可視光域で赤いフォ
トルミネッセンスを呈した。Next, in order to maintain the insulation resistance of the oxide film surface, a SiO 2 film having a film thickness of 50 nm was deposited again by the atmospheric pressure CVD method. When heat-treated at a temperature of 1050 ° C. for about 3 hours in a nitrogen atmosphere, this film exhibited red photoluminescence in the visible light region.
【0032】最後に、基板裏面の酸化膜を除去して基板
の両面にAl電極を形成し、基板を約5mm角のチップ
に分割した。こうしてできた素子の両電極間に300
V、5kHzの交流電圧を印加したところ、基板端面か
らフォトルミネッセンスと類似したエレクトロルミネッ
セスが観測された。Finally, the oxide film on the back surface of the substrate was removed, Al electrodes were formed on both surfaces of the substrate, and the substrate was divided into chips of about 5 mm square. 300 between both electrodes of the device
When an alternating voltage of V and 5 kHz was applied, electroluminescence similar to photoluminescence was observed from the end face of the substrate.
【0033】[実施例2]図2に示した直流駆動型のE
L素子を作製した。その作製工程を以下に述べる。[Embodiment 2] DC drive type E shown in FIG.
An L element was produced. The manufacturing process will be described below.
【0034】先ず、比抵抗0.01Ωcm以下のSi単
結晶基板の表面に、通常の熱酸化法で膜厚100nmの
SiO2膜を形成した。この表面に、Siイオンを70
keV,1×1016cm-2と30keV,2×1015c
m-2の条件で各々1回イオン注入した。これにより、注
入Siの分布は膜中でほぼ一様になる。First, a SiO 2 film having a film thickness of 100 nm was formed on the surface of a Si single crystal substrate having a specific resistance of 0.01 Ωcm or less by a normal thermal oxidation method. On this surface, Si ions 70
keV, 1 × 10 16 cm -2 and 30 keV, 2 × 10 15 c
Ion implantation was performed once under the condition of m −2 . As a result, the distribution of implanted Si becomes almost uniform in the film.
【0035】次に、窒素雰囲気中1100℃の温度で
1.5時間ほど熱処理したところ、この膜は可視領域で
オレンジ色のフォトルミネッセンスを呈した。Next, when heat-treated in a nitrogen atmosphere at a temperature of 1100 ° C. for about 1.5 hours, the film exhibited orange photoluminescence in the visible region.
【0036】最後に、ITO膜を400nmの膜厚で形
成し、一方基板裏面の酸化膜は除去してAl電極を形成
した。こうしてできた発光素子の両電極間に20Vの直
流電圧を印加したところ、ITO膜を通してフォトルミ
ネッセンスと類似したエレクトロルミネッセンスが観測
された。Finally, an ITO film was formed to a thickness of 400 nm, while the oxide film on the back surface of the substrate was removed to form an Al electrode. When a DC voltage of 20 V was applied between both electrodes of the light emitting device thus formed, electroluminescence similar to photoluminescence was observed through the ITO film.
【0037】[実施例3]交流駆動型EL素子を作製し
た。Example 3 An AC drive type EL device was produced.
【0038】初めに、比抵抗0.01Ωcm以下のSi
単結晶基板の表面に常圧CVD法で膜厚350nmのS
iO2膜を堆積し、これを窒素雰囲気中950℃で1時
間以上熱処理した。この表面に90keVのエネルギー
に加速したGeイオンを、1×1016cm-2のドーズで
注入し、窒素雰囲気中900℃で2時間ほど熱処理した
ところ、この膜は可視領域でオレンジ色のフォトルミネ
ッセンスを呈した。First, Si having a specific resistance of 0.01 Ωcm or less
On the surface of the single crystal substrate, an S film having a thickness of 350 nm is formed by the atmospheric pressure CVD method.
An iO 2 film was deposited and heat-treated in a nitrogen atmosphere at 950 ° C. for 1 hour or more. Ge ions accelerated to an energy of 90 keV were implanted on this surface at a dose of 1 × 10 16 cm -2 , and heat-treated at 900 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere. The film showed an orange photoluminescence in the visible region. Was presented.
【0039】最後に、基板裏面の酸化膜を除去して基板
の両面にAl電極を形成し、基板を約1cm角のチップ
に分割した。この発光素子の両電極間に200V、80
0Hzの交流電圧を印加したところ、基板端面からフォ
トルミネッセンスと類似したエレクトロルミネッセンス
が観測された。Finally, the oxide film on the back surface of the substrate was removed to form Al electrodes on both sides of the substrate, and the substrate was divided into chips of about 1 cm square. 200V, 80 between both electrodes of this light emitting device
When an AC voltage of 0 Hz was applied, electroluminescence similar to photoluminescence was observed from the end face of the substrate.
【0040】[実施例4]直流駆動型EL素子を作製し
た。Example 4 A DC drive type EL device was manufactured.
【0041】先ず、比抵抗0.01Ωcm以下のSi単
結晶基板の表面に、通常の熱酸化法で膜厚80nmのS
iO2膜を形成し、この表面にSiイオンを35ke
V、2×1015cm-2の条件で注入し、引き続きGeイ
オンを25keV,1×1015cm-2の条件で注入し
た。これを窒素雰囲気中950℃で1時間ほど熱処理し
たところ、この膜は可視領域で黄緑色のフォトルミネッ
センスを呈した。First, on a surface of a Si single crystal substrate having a specific resistance of 0.01 Ωcm or less, S having a film thickness of 80 nm is formed by a normal thermal oxidation method.
An iO 2 film is formed, and Si ions are applied to the surface of the ke
Implantation was performed under the conditions of V, 2 × 10 15 cm −2 , and then Ge ions were implanted under the conditions of 25 keV and 1 × 10 15 cm −2 . When this was heat-treated in a nitrogen atmosphere at 950 ° C. for about 1 hour, this film exhibited yellow-green photoluminescence in the visible region.
【0042】最後に、ITO膜を300nmの膜厚で堆
積し、一方基板裏面にはAl電極を形成した。これら電
極間に10Vの直流電圧を印加したところ、表面からフ
ォトルミネッセンスと類似したエレクトロルミネッセン
スが観測された。Finally, an ITO film was deposited to a film thickness of 300 nm, while an Al electrode was formed on the back surface of the substrate. When a DC voltage of 10 V was applied between these electrodes, electroluminescence similar to photoluminescence was observed from the surface.
【0043】[実施例5]直流駆動型EL素子を作製し
た。Example 5 A DC drive type EL device was manufactured.
【0044】比抵抗0.01Ωcm以下のSi単結晶基
板の表面に、通常の熱酸化法で膜厚110nmのSiO
2膜を形成し、この表面にGaイオンを50keV,1
×1015cm-2の条件で注入し、引き続きAsイオンを
30keV,5×1015cm-2の条件で注入した。これ
を窒素雰囲気中800℃で1時間ほど熱処理したとこ
ろ、この膜は可視領域で緑色のフォトルミネッセンスを
呈した。On the surface of a Si single crystal substrate having a specific resistance of 0.01 Ωcm or less, a SiO film having a film thickness of 110 nm is formed by an ordinary thermal oxidation method.
2 films are formed, and Ga ions are applied to this surface at 50 keV, 1
Implantation was performed under the condition of × 10 15 cm -2 , and then As ions were implanted under the conditions of 30 keV and 5 × 10 15 cm -2 . When this was heat-treated in a nitrogen atmosphere at 800 ° C. for about 1 hour, this film exhibited green photoluminescence in the visible region.
【0045】最後に、ITO膜を350nmの膜厚で堆
積し、一方基板裏面にはAl電極を形成した。これら電
極間に5Vの直流電圧を印加したところ、表面からフォ
トルミネッセンスと類似したエレクトロルミネッセンス
が観測された。Finally, an ITO film was deposited to a film thickness of 350 nm, while an Al electrode was formed on the back surface of the substrate. When a DC voltage of 5 V was applied between these electrodes, electroluminescence similar to photoluminescence was observed from the surface.
【0046】[実施例6]SOI(Silicon o
n Insulator)基板を用い、複数のEL素子
とその駆動回路とを同一基板上に形成したアクティブマ
トリクス型の表示装置を作製した。[Embodiment 6] SOI (Silicon o
(n Insulator) substrate was used to fabricate an active matrix type display device in which a plurality of EL elements and their driving circuits were formed on the same substrate.
【0047】図4に1画素分の回路図を示す。図中41
は画素選択ライン、42はデータラインであり、43は
低電圧アクセストランジスタで、P型或いはN型電界効
果型トランジスタであり、44は高電圧駆動用のN型二
重拡散電界効果型トランジスタである。各素子毎に、上
記低電圧/高電圧トランジスタが画素選択ラインとデー
タラインに接続されており、低電圧トランジスタ43の
ゲート電極は画素選択ライン41に、ソースはデータラ
イン42に、ドレインは高電圧トランジスタ44のゲー
ト電極に、更に高電圧トランジスタ44のソースはデー
タライン42に、ドレインは本発明のEL素子45の一
方の電極に接続されている。FIG. 4 shows a circuit diagram for one pixel. 41 in the figure
Is a pixel selection line, 42 is a data line, 43 is a low voltage access transistor, which is a P-type or N-type field effect transistor, and 44 is an N-type double diffusion field effect transistor for driving high voltage. . The low-voltage / high-voltage transistor is connected to the pixel selection line and the data line for each element. The gate electrode of the low-voltage transistor 43 is the pixel selection line 41, the source is the data line 42, and the drain is the high voltage. The gate electrode of the transistor 44, the source of the high voltage transistor 44 are connected to the data line 42, and the drain thereof is connected to one electrode of the EL element 45 of the present invention.
【0048】本実施例において画素選択ライン41を通
じて選択信号が印加され、低電圧トランジスタ43のゲ
ート電極がオン状態となると、データライン42に印加
された選択信号(高電圧,<200V)が高電圧トラン
ジスタ44のゲート電極へ伝送され、該ゲート電極をオ
ン状態とする。その結果、データライン42に印加され
た選択信号が高電圧トランジスタ44を介してEL素子
45の電極に伝送され素子の発光層が発光する。In this embodiment, when the selection signal is applied through the pixel selection line 41 and the gate electrode of the low voltage transistor 43 is turned on, the selection signal (high voltage, <200V) applied to the data line 42 is high voltage. It is transmitted to the gate electrode of the transistor 44 and turns on the gate electrode. As a result, the selection signal applied to the data line 42 is transmitted to the electrode of the EL element 45 through the high voltage transistor 44, and the light emitting layer of the element emits light.
【0049】図5に上記高電圧トランジスタ44とEL
素子45部分の断面図を示す。図中、51はSi単結晶
基板、52はSiO2層、53はドリフト領域、54は
ドレイン、55はソース、56は高耐圧シールドのため
のフィールド酸化膜(厚さ8000Å)、57はゲート
電極である。本図では直流駆動型のEL素子を示した
が、これに限定されるものではなく、上下に絶縁層を設
けた交流駆動型も好ましく構成される。尚、図5におい
て上側の電極3’は透明素材で形成される。FIG. 5 shows the high voltage transistor 44 and EL.
A sectional view of an element 45 portion is shown. In the figure, 51 is a Si single crystal substrate, 52 is a SiO 2 layer, 53 is a drift region, 54 is a drain, 55 is a source, 56 is a field oxide film (thickness 8000 Å) for high breakdown voltage shielding, and 57 is a gate electrode. Is. Although a DC drive type EL element is shown in this figure, the present invention is not limited to this, and an AC drive type EL element having upper and lower insulating layers is also preferably configured. The upper electrode 3'in FIG. 5 is made of a transparent material.
【0050】上記の如く構成することにより、高密度の
EL画素を配線数を削減して構成し、高電圧駆動するこ
とが可能となる。With the above-mentioned structure, it is possible to form a high-density EL pixel with a reduced number of wirings and drive it at a high voltage.
【0051】本実施例に更に、カラーフィルターを付与
することにより、カラーアクティブマトリクス画像表示
装置を構成することができる。A color active matrix image display device can be constructed by further adding a color filter to this embodiment.
【0052】[0052]
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、高品質の酸化膜にイオン注入してなる発光層を用い
ることにより、発光効率が高く、Siプロセスとの整合
性の良い発光素子が実現した。その結果、Si系半導体
電子素子及び回路と同一基板上に発光素子を形成でき、
集積度の高い表示装置を構成することができる。As described above, in the present invention, by using the light emitting layer formed by ion-implanting a high quality oxide film, a light emitting element having high light emitting efficiency and good compatibility with Si process can be obtained. It was realized. As a result, the light emitting device can be formed on the same substrate as the Si-based semiconductor electronic device and circuit,
A highly integrated display device can be formed.
【図1】本発明の発光素子の一例を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic view showing an example of a light emitting device of the present invention.
【図2】本発明の発光素子の一例を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic view showing an example of a light emitting device of the present invention.
【図3】本発明の発光素子の製造工程の一例を示す模式
図である。FIG. 3 is a schematic view showing an example of a manufacturing process of a light emitting device of the present invention.
【図4】本発明の発光素子を画像表示装置に適用した例
の回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram of an example in which the light emitting device of the present invention is applied to an image display device.
【図5】図4に示した画像表示装置の、部分断面図であ
る。5 is a partial cross-sectional view of the image display device shown in FIG.
1 発光層 2,2’ 絶縁層 3,3’電極 31 導電性基体 32 酸化膜 33 イオン 41 画素選択ライン 42 データライン 43 低電圧トランジスタ 44 高電圧トランジスタ 45 EL素子 51 Si単結晶基板 52 SiO2層 53 ドリフト領域 54 ドレイン 55 ソース 56 フィールド酸化膜 57 ゲート電極1 Light Emitting Layer 2, 2'Insulating Layer 3, 3'Electrode 31 Conductive Substrate 32 Oxide Film 33 Ion 41 Pixel Select Line 42 Data Line 43 Low Voltage Transistor 44 High Voltage Transistor 45 EL Element 51 Si Single Crystal Substrate 52 SiO 2 Layer 53 drift region 54 drain 55 source 56 field oxide film 57 gate electrode
Claims (18)
イオン注入してなる膜が、少なくとも発光層の一部をな
すことを特徴とする発光素子。1. A light emitting device, wherein a film formed by ion-implanting ions capable of becoming a semiconductor material into an oxide film forms at least a part of a light emitting layer.
μmの範囲にある請求項1に記載の発光素子。2. The thickness of the oxide film is 10 nm to 100
The light emitting device according to claim 1, which is in the range of μm.
mの範囲にある請求項2に記載の発光素子。3. The film thickness of the oxide film is 100 nm to 1 μm.
The light emitting device according to claim 2, which is in the range of m.
かから得られたものである請求項1に記載の発光素子。4. The light emitting device according to claim 1, wherein the ions are obtained from one of the elements Si and Ge.
e,Te及びPoのいずれかから得られたものである請
求項1に記載の発光素子。5. The ions are elements Zn, Cd, Hg, and S.
The light emitting device according to claim 1, which is obtained from any one of e, Te and Po.
l,P,As,Sb及びBiのいずれかから得られたも
のである請求項1に記載の発光素子。6. The ions are elements Al, Ga, In, T
The light emitting device according to claim 1, which is obtained from any one of 1, P, As, Sb and Bi.
して構成した請求項1に記載の発光素子。7. The light emitting device according to claim 1, wherein the light emitting layer is sandwiched between electrodes with an insulating layer interposed therebetween.
た請求項1に記載の発光素子。8. The light emitting device according to claim 1, wherein the light emitting layer is directly sandwiched between electrodes.
基板上に形成された駆動回路によって発光が制御される
請求項1に記載の発光素子。9. The light emitting device according to claim 1, wherein the light emitting layer is formed on a substrate, and light emission is controlled by a driving circuit formed on the substrate.
をイオン注入して少なくとも発光層の一部を形成するこ
とを特徴とする発光素子の製造方法。10. A method for manufacturing a light-emitting element, which comprises ion-implanting ions capable of becoming a semiconductor material into an oxide film to form at least a part of a light-emitting layer.
求項10に記載の発光素子の製造方法。11. The method for manufacturing a light emitting device according to claim 10, wherein heat treatment is performed after the ion implantation.
0μmの範囲にある請求項10に記載の発光素子の製造
方法。12. The film thickness of the oxide film is 10 nm to 10 nm.
The method for manufacturing a light emitting device according to claim 10, wherein the light emitting device has a thickness in the range of 0 μm.
μmの範囲にある請求項12に記載の発光素子の製造方
法。13. The oxide film having a thickness of 100 nm to 1
The method for manufacturing a light emitting device according to claim 12, wherein the light emitting device has a thickness in the range of μm.
れかから得られたものである請求項10に記載の発光素
子の製造方法。14. The method for manufacturing a light emitting device according to claim 10, wherein the ions are obtained from one of the elements Si and Ge.
Se,Te及びPoのいずれかから得られたものである
請求項10に記載の発光素子の製造方法。15. The ions are elements Zn, Cd, Hg,
The method for manufacturing a light emitting device according to claim 10, wherein the light emitting device is obtained from any one of Se, Te and Po.
Tl,P,As,Sb及びBiのいずれかから得られた
ものである請求項10に記載の発光素子の製造方法。16. The ions are elements Al, Ga, In,
The method for manufacturing a light emitting device according to claim 10, wherein the light emitting device is obtained from any one of Tl, P, As, Sb and Bi.
022cm-2の範囲の注入量で行なう請求項10に記載の
発光素子の製造方法。17. The ion implantation is performed at 10 10 cm -2 -1.
The method for manufacturing a light emitting device according to claim 10, wherein the implantation amount is in the range of 0 22 cm -2 .
022cm-2の範囲の注入量で行なう請求項17に記載の
発光素子の製造方法。18. The ion implantation is performed at 10 14 cm -2 -1.
The method for manufacturing a light emitting device according to claim 17, wherein the implantation amount is in the range of 0 22 cm -2 .
Priority Applications (1)
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JP7120359A JPH0817576A (en) | 1994-04-25 | 1995-04-24 | Luminescent element and manufacture thereof |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000315734A (en) * | 1999-03-03 | 2000-11-14 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Semiconductor device and fabrication thereof |
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-
1995
- 1995-04-24 JP JP7120359A patent/JPH0817576A/en active Pending
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