JPS59228777A - 薄膜発光素子 - Google Patents
薄膜発光素子Info
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- JPS59228777A JPS59228777A JP58103653A JP10365383A JPS59228777A JP S59228777 A JPS59228777 A JP S59228777A JP 58103653 A JP58103653 A JP 58103653A JP 10365383 A JP10365383 A JP 10365383A JP S59228777 A JPS59228777 A JP S59228777A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers 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
- H01L33/16—Semiconductor devices having potential barriers 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
- H01L33/18—Semiconductor devices having potential barriers 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
-
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- H01L33/0012—Devices characterised by their operation having p-n or hi-lo junctions p-i-n devices
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
この発明は薄膜半導体を用いた発光素子、特に水素を含
むアモルファス質の炭化ケイ素（ａ−８ｉ：Ｃ：Ｈ）膜
を用いた発光素子に関する。
むアモルファス質の炭化ケイ素（ａ−８ｉ：Ｃ：Ｈ）膜
を用いた発光素子に関する。
半導体の接合、特にｐｎ接合のキャリヤの注入を利用し
た発光素子としては、ＧａＰ等の結晶材料を用いたもの
が実用化されている。現在までのところ緑色、赤色の他
青色の発光素子の開発も行われている。しかし、材料と
して用いている半導体のバンドギャップ及び適切な発光
に寄与する不純物準位が限られているため、はとんどの
場合単色発光であり、任意の発光色を有する発光素子は
知られていなかった。
た発光素子としては、ＧａＰ等の結晶材料を用いたもの
が実用化されている。現在までのところ緑色、赤色の他
青色の発光素子の開発も行われている。しかし、材料と
して用いている半導体のバンドギャップ及び適切な発光
に寄与する不純物準位が限られているため、はとんどの
場合単色発光であり、任意の発光色を有する発光素子は
知られていなかった。
一方最近、水素を含むアモルファス質シリコン（ａ−８
ｉ：Ｈ）を用いた各種の半導体デバイスが使用され始め
てきた。たとえばグロー放電分解により形成されたａ−
８ｉ 二Ｈを用いたｌｌｌ＋１１接合あるいはショット
キ接合を有するダイオードによる発光素子が提案されて
いる（ Ｕ Ｓ Ｐ ４，０６９，４９２など）。しか
しながらａ−３ｉ：Ｈを用いた発光素子は、発光スペク
トルのピーク位置が赤外領域（１，，２８ｅ Ｖ）にあ
り、また空温では発光せず低温（７８〜１０５°Ｋ）に
冷却した状態でしか発光しないという欠点を有している
。
ｉ：Ｈ）を用いた各種の半導体デバイスが使用され始め
てきた。たとえばグロー放電分解により形成されたａ−
８ｉ 二Ｈを用いたｌｌｌ＋１１接合あるいはショット
キ接合を有するダイオードによる発光素子が提案されて
いる（ Ｕ Ｓ Ｐ ４，０６９，４９２など）。しか
しながらａ−３ｉ：Ｈを用いた発光素子は、発光スペク
トルのピーク位置が赤外領域（１，，２８ｅ Ｖ）にあ
り、また空温では発光せず低温（７８〜１０５°Ｋ）に
冷却した状態でしか発光しないという欠点を有している
。
最近になってａ−３ｉ：ｌ−１の形成時に炭素源を加え
ることによりａ −３ｉ ：ｃ：ＨＭを得る技術が開発
されてきた。たとえば、原料ガスとしてシラン（’５ｉ
）−１４）とメタン（ＣＩ−１４）を用いたグロー放電
分解やテトラメチルシラン（ＴＭＳ）を用いたグロー放
電分解により得られており、ａ−８ｉ：Ｈ膜より光学的
バンドギャップを大きくできる。そしてこの膜の比較的
光学的バンドギャップの小さい範囲では、０型、ｎ型の
ドーピングが可能であることも知られている。
ることによりａ −３ｉ ：ｃ：ＨＭを得る技術が開発
されてきた。たとえば、原料ガスとしてシラン（’５ｉ
）−１４）とメタン（ＣＩ−１４）を用いたグロー放電
分解やテトラメチルシラン（ＴＭＳ）を用いたグロー放
電分解により得られており、ａ−８ｉ：Ｈ膜より光学的
バンドギャップを大きくできる。そしてこの膜の比較的
光学的バンドギャップの小さい範囲では、０型、ｎ型の
ドーピングが可能であることも知られている。
本発明は上記した点に鑑みてなされたもので、空温にお
いて可視光領域の発光色を呈する薄膜発光素子を提供す
ることを目的とする。
いて可視光領域の発光色を呈する薄膜発光素子を提供す
ることを目的とする。
本発明に係る薄膜発光素子は、光学的バンドギャップが
２．１ｅ Ｖ以上に制御されたａ−３ｉ：ｃＨＨ膜によ
りｐｉｎ接合を形成したことを特徴とする。
２．１ｅ Ｖ以上に制御されたａ−３ｉ：ｃＨＨ膜によ
りｐｉｎ接合を形成したことを特徴とする。
この１型のａ−ｓｉ ：Ｃ：Ｈ膜は、たとえばシラン（
Ｓｉ Ｈ４）またはその誘導体から選ばれる一種類以上
のガスとアルカン族のハイドロカーボン（一般式ＣｎＨ
２ｎ＋２． ｎ≧１〉がら選ばれる一種類以上のガスと
を混合し、該混合ガスのグロー放電分解により得られる
。またｎ型あるいはｎ型の導電型をａ −ｓ＋ ：Ｃ
：Ｈ膜に付与するためには、上記の混合ガスに、ｎ型ド
ーパント源として■族元素を含ムＢ２１−１ｓ 、 Ａ
Ｉ （ＣＨ３）３１；；トＵ）ｊｊスを、あるいはｊ
）型ドーパント源としてＶ族元素を含むＰＨ３などのカ
スを混合し、それぞれの混合ガスのグロー放電分解によ
り形成する。
Ｓｉ Ｈ４）またはその誘導体から選ばれる一種類以上
のガスとアルカン族のハイドロカーボン（一般式ＣｎＨ
２ｎ＋２． ｎ≧１〉がら選ばれる一種類以上のガスと
を混合し、該混合ガスのグロー放電分解により得られる
。またｎ型あるいはｎ型の導電型をａ −ｓ＋ ：Ｃ
：Ｈ膜に付与するためには、上記の混合ガスに、ｎ型ド
ーパント源として■族元素を含ムＢ２１−１ｓ 、 Ａ
Ｉ （ＣＨ３）３１；；トＵ）ｊｊスを、あるいはｊ
）型ドーパント源としてＶ族元素を含むＰＨ３などのカ
スを混合し、それぞれの混合ガスのグロー放電分解によ
り形成する。
以上のａ −３ｉ ：Ｑ：ｐ４膜を用いてｐｉｎ接合
を形成した発光素子において、好ましくはｎ型及びｎ型
層の導電率を１０ （Ωｃｍ）゛１以上とする。
を形成した発光素子において、好ましくはｎ型及びｎ型
層の導電率を１０ （Ωｃｍ）゛１以上とする。
また両側の層であるｎ型及びｎ型層の厚さを１゜０〜３
００人、ｉ型層の厚さを１ｏｏ〜Ｓｏｏ。
００人、ｉ型層の厚さを１ｏｏ〜Ｓｏｏ。
人とする。これにより、効率よく可視光領域の光をとり
だすことができる。
だすことができる。
本発明により、室温において、安定で長寿命な、可視光
領域に含まれる発光色または白色を呈する薄膜発光素子
が得られる。本発明による発光素子は低電圧で駆動でき
る点、アモルファス状態の膜を使用するため基板材料に
自由度がある点、その製作プロセス温度が低温（室温〜
３００℃）である点、などの特徴を有しており、単一デ
バイスとして有効であるのみならず、ＩＣチップ上や各
種スイッチングアレイ上への形成も可能となり、大面積
表示素子としての応用も可能である。
領域に含まれる発光色または白色を呈する薄膜発光素子
が得られる。本発明による発光素子は低電圧で駆動でき
る点、アモルファス状態の膜を使用するため基板材料に
自由度がある点、その製作プロセス温度が低温（室温〜
３００℃）である点、などの特徴を有しており、単一デ
バイスとして有効であるのみならず、ＩＣチップ上や各
種スイッチングアレイ上への形成も可能となり、大面積
表示素子としての応用も可能である。
以下に本発明を実施例に基き詳細に説明する。
薄膜発光素子には基板材料を必要とする。基板材料の目
的は、（１）薄膜を堆積し、デバイスを構成する台であ
る、という他に、（１１）利用する光の波長範囲、即ち
可視光領域の全域にわたって反射率の高い材料（たとえ
ばステンレス鋼板、Ａ１板等の金属板）とするか、ある
いは透過率の高い材料（たとえばガラス板）を用いるこ
とによって、素子内部で発生した光を有効に外部にとり
だすための手段にするという点で重要である。
的は、（１）薄膜を堆積し、デバイスを構成する台であ
る、という他に、（１１）利用する光の波長範囲、即ち
可視光領域の全域にわたって反射率の高い材料（たとえ
ばステンレス鋼板、Ａ１板等の金属板）とするか、ある
いは透過率の高い材料（たとえばガラス板）を用いるこ
とによって、素子内部で発生した光を有効に外部にとり
だすための手段にするという点で重要である。
第１図はステンレス基板１１を用いた実施例である。こ
れを製造工程に従って説明すれば、基板１１をグロー放
電チャンバ内にセットして、ケイ素、炭素、水素を含む
単一ガスあるいは混合ガス、たとえばテトラメチルシラ
ン、シラン＋テトラメチルシラン、シラン＋メタン（キ
ャリヤガスとしてＨ２あるいは）ｌｅを含んでもよい）
を原料ガスとして、低圧下でグロー放電分解してａ−８
ｔ：Ｃ：Ｈ膜１２を形成する。ａ−８ｉ ：Ｃ：Ｆ−
１膜１２は例えば、基板１１側から順にｎ型層１２１、
ｉ型層１２２ 、ｎ型層１２３とする。この場合ｐ型層
を形成するためには、原料ガスに８２ Ｈｓ 。
れを製造工程に従って説明すれば、基板１１をグロー放
電チャンバ内にセットして、ケイ素、炭素、水素を含む
単一ガスあるいは混合ガス、たとえばテトラメチルシラ
ン、シラン＋テトラメチルシラン、シラン＋メタン（キ
ャリヤガスとしてＨ２あるいは）ｌｅを含んでもよい）
を原料ガスとして、低圧下でグロー放電分解してａ−８
ｔ：Ｃ：Ｈ膜１２を形成する。ａ−８ｉ ：Ｃ：Ｆ−
１膜１２は例えば、基板１１側から順にｎ型層１２１、
ｉ型層１２２ 、ｎ型層１２３とする。この場合ｐ型層
を形成するためには、原料ガスに８２ Ｈｓ 。
ＡＩ （ＣＨ３）ａ等のガスを混入し、またｎ型層を
形成するためにはＰＨ３等のガスを混入し、グロー放電
分解する。更にこのａ −３ｉ ：Ｃ：Ｉ−１膜１２
上に、上部電極１３を形成する。この実施例の場合には
上部電極７３はＩＴＯ等の透明電ｔモとする。
形成するためにはＰＨ３等のガスを混入し、グロー放電
分解する。更にこのａ −３ｉ ：Ｃ：Ｉ−１膜１２
上に、上部電極１３を形成する。この実施例の場合には
上部電極７３はＩＴＯ等の透明電ｔモとする。
このように形成された発光素子のステンレス基板１１と
上部電極１３の間に電源１４を接続する。
上部電極１３の間に電源１４を接続する。
この電源をｐ１ｎ接合が順方向にバイアスされるように
接続すると、光が生成される。この光は、透明な上部電
極１３を透過して外部にとり出される。
接続すると、光が生成される。この光は、透明な上部電
極１３を透過して外部にとり出される。
下方に進んだ光もステンレス基板１１で反射されて上方
に取り出される。
に取り出される。
コノ実施例におイテ、ａ −３ｉ ：Ｃ：ＨＩｌ！中
のケイ素と炭素の組成比を変えると発光波長は異なる。
のケイ素と炭素の組成比を変えると発光波長は異なる。
下表に示すように炭素の量を変化させることにより発光
のピーク波長を変化させることが可能である。
のピーク波長を変化させることが可能である。
更に具体的な実験データを説明する。基板１１として鏡
面加工したステンレス鋼板を用い、グロー放電装置内に
該基板を設置して、シランガスとメタンガスを１：５の
割合で混合し、ガス圧３．０’１’−ｏｒｒ 、高周波
電力（１３，５６ＭＨ２）０．ＩＷ／Ｃｍ２、基板温度
２５０ ’Ｃの条件でグロー放電分解し、該基板上にａ
−８ｔ ：Ｃ：Ｈ膜を形成した。第１ドーピング層
であるｎ型層１２１はＢ２ Ｈ６ガスを８２ Ｈ６／Ｓ
ｉ Ｈ４＝０．０１となるように混合して１５０人堆積
した。ｉ型層１２２としては上記シラン＋メタンの混合
ガスのみを用いて１５００人堆積した。更にその上部（
こ第２ドーピング層として１１型層１２３を、ＰＨ３／
Ｓｉ Ｈ４＝０．０１となるようにＰＨ３ガスを添加し
て１５０人堆積し、ｐｉｎ接合素子を形成した。このと
き上記膜中の炭素量は４３％であつ１こ。
面加工したステンレス鋼板を用い、グロー放電装置内に
該基板を設置して、シランガスとメタンガスを１：５の
割合で混合し、ガス圧３．０’１’−ｏｒｒ 、高周波
電力（１３，５６ＭＨ２）０．ＩＷ／Ｃｍ２、基板温度
２５０ ’Ｃの条件でグロー放電分解し、該基板上にａ
−８ｔ ：Ｃ：Ｈ膜を形成した。第１ドーピング層
であるｎ型層１２１はＢ２ Ｈ６ガスを８２ Ｈ６／Ｓ
ｉ Ｈ４＝０．０１となるように混合して１５０人堆積
した。ｉ型層１２２としては上記シラン＋メタンの混合
ガスのみを用いて１５００人堆積した。更にその上部（
こ第２ドーピング層として１１型層１２３を、ＰＨ３／
Ｓｉ Ｈ４＝０．０１となるようにＰＨ３ガスを添加し
て１５０人堆積し、ｐｉｎ接合素子を形成した。このと
き上記膜中の炭素量は４３％であつ１こ。
しかる後にＩＴＯ膜をＥＢ蒸着により３０００人堆積し
て上部電極１３とした。
て上部電極１３とした。
こうして形成したｐ１１］接合発光素子に、空温（こお
いて直流電源１４を接続し、順方向バイアス電圧を印加
したところ、印加電圧５．ＯＶ、順方向電流密度７ Ａ
／ ｃｍ２以上で可視領域全域に広がった、発光波長
ピーク位置が５６０ ｎｍにあって幅広（へスペクトル
をもつ発光がみられた。
いて直流電源１４を接続し、順方向バイアス電圧を印加
したところ、印加電圧５．ＯＶ、順方向電流密度７ Ａ
／ ｃｍ２以上で可視領域全域に広がった、発光波長
ピーク位置が５６０ ｎｍにあって幅広（へスペクトル
をもつ発光がみられた。
第２図は基板側を透明とした実茄例で、ガラス板２１１
にＩｎ２０ａ 、Ｓｎ ０２．１＋１２０３＋Ｓｎ ０
２ （ＩＴＯ）等の透明導電膜２１２を形成したもの
を透明基板２１とし、この上にｎ型層２２１、ｉ型層２
２２．ｎ型層２２３を順次積層しＴ ｐｉｎ接合を形成
したａ −３ｉ ：Ｃ：Ｈ膜２２を形成し、その表面
にＡＩ膜等の反射率の高い金属からなる上部電極２３を
形成したものである。
にＩｎ２０ａ 、Ｓｎ ０２．１＋１２０３＋Ｓｎ ０
２ （ＩＴＯ）等の透明導電膜２１２を形成したもの
を透明基板２１とし、この上にｎ型層２２１、ｉ型層２
２２．ｎ型層２２３を順次積層しＴ ｐｉｎ接合を形成
したａ −３ｉ ：Ｃ：Ｈ膜２２を形成し、その表面
にＡＩ膜等の反射率の高い金属からなる上部電極２３を
形成したものである。
この実茄例の場合もａ −３ｔ ：Ｃ：Ｈ膜２２の形
成条件を上記実施例と同様に選び、電源２４を図示極性
に接続することによって可視領域の発光が得られる。こ
の場合光は基板２１側からとり出されることになる。
成条件を上記実施例と同様に選び、電源２４を図示極性
に接続することによって可視領域の発光が得られる。こ
の場合光は基板２１側からとり出されることになる。
なお、実施例ではａ −８ｉ ：Ｃ：Ｈ膜の堆積順序
をｐ、ｉ、ｎの順としたが、ｎ 、 ｉ 、 ｐの順で
もよく、要は該発光素子に順方向に直流電界が印加でき
ればよい。
をｐ、ｉ、ｎの順としたが、ｎ 、 ｉ 、 ｐの順で
もよく、要は該発光素子に順方向に直流電界が印加でき
ればよい。
またｐ層及び１１層の膜厚は１００Å以下にうすくする
と電極と１層が直接接触し、効率を低下させること、ま
た３００Å以上に厚くすると抵抗損失分が増大し、注入
されたキトリヤが有効発光に寄与しない点、より１００
〜３００人とするのが適当であった。
と電極と１層が直接接触し、効率を低下させること、ま
た３００Å以上に厚くすると抵抗損失分が増大し、注入
されたキトリヤが有効発光に寄与しない点、より１００
〜３００人とするのが適当であった。
更にｉ層は発光に最も寄与する活性層であり注入された
キャリヤが輻射再結合するのに十分な厚さとすることが
必要であって１００〜３０００人の範囲であった。
キャリヤが輻射再結合するのに十分な厚さとすることが
必要であって１００〜３０００人の範囲であった。
第１図は本発明の一実施例の発光素子の断面構造図、第
２図は別の実施例の発光素子の断面構造図である。 １１・・・ステンレス基板、１２・・・ａ−８ｉ：Ｃ：
Ｈ膜、１３・・・上部電極（透明導電膜）、１４・・・
電源、２１−・・透明基板、２２−ａ −３ｉ ：
Ｃ： Ｈ膜、２３・・・上部電極（金属）、２４・・・
電源。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦
２図は別の実施例の発光素子の断面構造図である。 １１・・・ステンレス基板、１２・・・ａ−８ｉ：Ｃ：
Ｈ膜、１３・・・上部電極（透明導電膜）、１４・・・
電源、２１−・・透明基板、２２−ａ −３ｉ ：
Ｃ： Ｈ膜、２３・・・上部電極（金属）、２４・・・
電源。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦
Claims (3)
- （１）アモルファス質の炭化ケイ素膜を用いてｐｉＯ接
合を形成した注入型の発光素子であって、前記ｐ１ｎ重
合金形成する各層の光学的バンドギャップを２．１８Ｖ
以上としたことを特徴とする薄膜発光素子。 - （２）ｐ型層及びｎ型層の導電率がともに１０（Ωａｍ
）’以上であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の薄膜発光素子。 - （３）ｐ型層及びｎ型層の膜厚がともに、１００〜３０
０人の範囲にあり、ｉ型層の膜厚が１００〜３０００人
の範囲にあることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の薄膜発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58103653A JPS59228777A (ja) | 1983-06-10 | 1983-06-10 | 薄膜発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58103653A JPS59228777A (ja) | 1983-06-10 | 1983-06-10 | 薄膜発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59228777A true JPS59228777A (ja) | 1984-12-22 |
Family
ID=14359734
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58103653A Pending JPS59228777A (ja) | 1983-06-10 | 1983-06-10 | 薄膜発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59228777A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH077181A (ja) * | 1994-03-16 | 1995-01-10 | Yoshihiro Hamakawa | 半導体発光素子 |
| US10934172B2 (en) * | 2011-04-21 | 2021-03-02 | The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | In situ grown SiC coatings on carbon materials |
-
1983
- 1983-06-10 JP JP58103653A patent/JPS59228777A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH077181A (ja) * | 1994-03-16 | 1995-01-10 | Yoshihiro Hamakawa | 半導体発光素子 |
| US10934172B2 (en) * | 2011-04-21 | 2021-03-02 | The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | In situ grown SiC coatings on carbon materials |
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