JPS6066881A - 発光半導体装置 - Google Patents

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】 本発明は（ＳｉｌｌＬ）　ｒまたは（ＳｉＦｚ）　ｒ　
ｒ　＞　ｌの繊維ｕＹ造をイ４する非１１結晶半導体を
用いた発光用の半導体装置に関する。

本発明はかかる非単結晶半導体（ツｆｍ半導体きいう）
を５ｉｘＣＩ−ｘ　（０＜　ｘ　＜　１）で小される？
１′導体で挟む構造として、電気的信頼性の向トおｄ、
ひ１１半導体Ｇこ注入されたキャリアが反応方向に逃げ
てしまうことなく、互いに再結合をするよ・うに閉し込
めるボケノ１〜構造をエネルギハント中（以）光学的な
エネルギハンドまたは１不ルキギヤノブをも総称して１
′！ｇと略して記す）におい゛ζ白ゼしめノこものであ
る。

本発明はｊ−不ルキハンＩ中を台する１）またはＮＪｌ
すの導電型を自する２つの第１および第２の非単結晶半
導体と、その第１および第２の半導体に挟１１、っだ第
３の非単結晶半導体とよりなり、この第３の゛１４専体
は５′？なる１ネルギハント中をイｊする非ｆＪ’Ｂ結
晶半導体を積層して設のたごとを特徴とする。

本発明は、力いＱこ異種導電型の第１および第２の゛１
′ノア、１体間の遷移領賊に設りられた第３１′導体が
、・１〉の゛１４ノ、９体内に（Ｓｉｌｌ、）　ｒ　＃
’、ノこは（ＳｉＦ２）　ｒ　ｒ　＞１の結合をイＶＪ
る珪ふを一１成分とするノ１ゴ１°」結晶半・８１本（
１１０−２〜：１．（ｌｅＶ−１投的には２．２〜２．
’７ｅＶ　）（ｍ−”、１シＰ＃１木という　川−１）
と、ＳｉｘＣｌ−ｘ　（０＜　ｘ・、１）でホされる真
性または実Ｇ的に真性の、Ｊｌ　ｆｌ’！ｉｆ、ｌ’＋
　ｌ’ｌ＋’、Ｉ炭化珪素ｒｌ′３．１体（１４に　−
２−３，８ｅＶ一般にＬｌ、　２　、３−：Ｌ５ｅν）
　＜　ｎ　Ｔ　１．１体という　ｎ＝０．Ｉまたは２）
とを積層してＩ１１半曽体を１１半導体で挟んでいる。

＋＋−（ｌにおいては、このｎ半導体がなく、ごの扶り
炭化珪素半導体をたがいに異種導電型を自−口し、ゾＩ
乙下専（本とし７たｊ結合に相当する。ｎ−１において
はこのｎ半導体が一力のみであり、他力は１〕またはＮ
型の炭化珪素半導体が市なって設りられＣいる。

本発明は、ＮまたはＰ型の第１の半導体の多数キャリア
である電子またはホールを第３の半導体（特にｍ半導体
）に注入せしめたものである。キャリアは、この第３の
半導体におりるｒＩｍ半導体トンネル効果により通り抜
ＬＪ、ｍ半導体はエネル′　ギ的にボゲノ）−を構成す
る半導体ごあって、さらに（Ｓｉｌｌ、２）　ｒまたは
（ＳｉＦＬ）　ｒ　ｒ　＞　Ｉにお（）る繊組構造を有
するため、この半導体内にお１．Ｊる電子およびポール
がバント−バント −再結合中心１：ｊｆ　Ｎ＋結合、再結合中心間１１１
結合をせしめ、発光をさ一ｌることを目的とＪる。

ｉ，ｉｆｆ来、発光用素子として（、ｌ、〔；、λへ！
＋等のｆｌｌ結構構造右する化合物半導体が知られてい
る。ごれυ；１１’Ｎ接合に順方向の電流を流し、接合
部ごの電子・ポールの再結合を利用して特定の波長の光
を発光さセるものである。

さらにかかる発光素子を非単結晶゛４り導体に列しても
適用Ｊるため、本発明人の出願になる特ａ′１願１′１
′導体装置Ｊ　（５３−１０．２５１７）＜Ｓ５３．１
１．２３出願）、１発光半シ７ダ体装置１　（５［ｉ−
１９９４１０　）（Ｓ５［ｉ．２．　１：ｌｌｌＩ＆１
１）。

（５Ｇ−−−−１３９２６３）（Ｓ５ｆｉ．！９．４出
ｊ頭）がある。本発明はかかる発明人の出願になる非，
ｌ′ｉ結晶半導体を用いノこ・＼テｏＪ失合型”ｆ−導
体装置をさらに発展さ一ｌたものＣある。

本発明に用いる非単結晶のｒｎ半導体は（Ｓｉｌｌ□）
ｒ：Ｊミたは（ＳｉＦ□）ｒ　ｒ＞１のポリマ構造（繊
イイｆ．構造ともいう）を有するＨＩ！＝２〜２．５ｅ
Ｖの珪素を一ト成労としている。さらにこれを挟んで非
単結晶半導体のＳｉｘＣｌ−ｘ　（　０　＜　ｘ　＜　
］　）（もちろんｉ１７結合中心中和用の水素または弗
素が添加されている）を用いノこ。

本発明は半導体装ｉｖｉの基本構造を第１図にそのｉｕ
　ｌＪＪｉ面図に゛（小している。

４２明は１．１　２ｐｊまたはＮ型の非単結晶半導体を
基１に電（・７４（２１）即ｊ，，金属、半導体または
絶縁体、ガラスＢＪ：たはプラス−ｙ−ツクのような絶
縁体上の導電１１Ｑ　Ａ．Ｌ，の　部；Ｅ　／．＝は全
部に被膜化さ・υ゛ζできた複合基板（いわゆる柔らか
なまたは固い）、（扱）（以１・を総称して本発明では
単に裁板電極とい・う）とした。

ここでは透光性のガラスＭ　４１ン（透光（１１のプラ
スチック基４にでもよい）＜１）ｊ．：に酸化ススのＪ
ｆｊ明導電導電膜１）を形成したものを基板とし°（用
いた。

本発明Ｑこおいて被成形成にはシーノン（　Ｓ　＋　Ｉ
Ｉ，ｚ　７１；たはＳｉｐＨ□川ｐ≧１）用二弗化珪素
（Ｓ１１・２）その他月化物気体を用いてこれらをグｌ
ーＪ−敢電法、光プラズマ気相反応法（１’ＣＶＤ法）
、光Ｃν１）法（１’ｂｏＬｏ　Ｃν１〕法）、光プラ
ス７ＣＶｌ）法（ＰＰ　ＣＶＩＪ法）、　ＩＩ（ＩＭＯ
　（ＬＴ）　ＣＶＩＩｌ大等のＣ：ＶＯ法により分解、
反応−已しめて作製した。

被膜作製は主としてプラスマクＬＳＩ−放電とこ、Ｌる
０ν１〕法を用いて作製した。即し、反応炉の７〃入側
には珪化物気体であるシランをＳ　ｉ　Ｉｆ．、およＱ
’　Ｓ　ｉ　ｐＨｚ７ｙ２ｐａｌここではソシランを用
いた。さらに、１）型不純物気体（ジボラン）、Ｎ型ｆ
・鈍物気体（）Ａスヒン）、Ｗ−に３ｇ用の反応用気体
（ＴＭＳ　′″へ′）、メタン（Ｃ１１，　）およびキ
ャリアガスをともに配設し７た。

反応系は排気系よりターボ分子ボンゾにて減月状態にな
るように強制ＪＪＩ気して、ハフ・クグシウン１−レヘ
ルをｌ　Ｘ　１０’　Ｌｏｒｒ以下とした。さらに反す
も、性気体を導入して２０〜０．０ＪＪＩ　Ｌｏｒｒ例
えば（１，１ｔｏｒｒに減圧した。予めこの反応炉に基
板を設置さ−Ｕ、７０〜５００　℃にし）こ。代表的に
６よｌ）　′Ｉ：ノこはＮ４１２の１１０体および口゛
１う導体の作製には２００〜３００°Ｃに加メ゛（トさ
ゼ、さらに０１半導体の（Ｓｉｌｌｚ）　ｒ　ｒ　＞　
１を作らため−７０〜１００　’ｃ例えば室温とした。

さらに１３．５６Ｍ１ｌｚの周波数の電気エネルギを与
え、反応炉内の反応性気体をゾラスマ放電させた。ごの
放電二ｌ−イル；１−により］）：１記した反応性気体
を化学的に活性、分解またし、１反応せしめ、基板」二
の被形成面］二に被１１Ｑ形成さ−υた。

不要物および使用済め４・ヤリアガスは排気系よりゃ　
十分子ポンプを経て外部に放出さ・Ｕた。

即ら、基板１゛に層溝造即ら−・つのＥｇ−お１４つ一
導電型の半導体（１１）を基４にとオーム接触用媒体と
しＣの’ｌ”１７体とし−ｃ　ｆ＋ニーＪだ。実験的に
は１）型の炭化珪素を主成分とし７に非単結晶半導体と
した。ごのＩ’　′Ｊ、１体にはソラン（Ｓ菫１１ｆ）
とメタン（Ｃ１＋、　）との反圧・６ごホウ素をノボラ
ン（ＢＬＩ＋、＞＜Ｎμｍ１の場合はリンをフォスヒン
（ｒ’ｎ３　）によりンを混合して作製さ−けた。

第１図において、まず下側電極とし一ζ作用する）Ｊ！
、Ｉｋ　（２１）　上ニ、ｔ−−ム接触をさ−Ｕた１１
　＋ｊ′！Ｑ：）　ｊ５　ｔｌｉ型の炭化珪素半導体５
ｉｘＣｌ−ｘ　（０＜　ｘ　＜　Ｉ　）＜２１）を水素
または弗素が添加されノこＡＳ　（アモルファス半専　
。

体）、ＳＡＳ　（セミアモルファス半導体）、ｌＩＣ５
（多結晶半導体）の構造を有せしめて１００〜２００人
の厚さに形成した。

広い向を持一つ１１半導体（１８）としては、プラスマ
グロ−放電法を利用したＣＶＤ反応による５ｉｘＣ１−
×（（１＜　ｘ　＜　１＞＜１．７ｅＶ　＜Ｅｇ＜３．
５ｃν）をＴＭＳ（Ｓｌ　（Ｃ１１，）、、　）　（テ
トラメチルシラン）を出発月利として不純物を添加ゼず
に用いた。このＴＭＳぽ広い）和を作ることができるが
、実験的には１）またＩＩ：　Ｎ型ときわめてしに＜＜
、被膜形成の際、ホウ素またはリンを添加してもＰまた
１、Ｌ　Ｎ　＜Ｈ：Ｈｔこ−Ｊるご吉ができなかった。

このため、本発明−（は、逆に真性半導体として用い、
発光体のＩｎ半導体よりの発生光の光吸収が起きないよ
うにした。すると、このＳｉｘＣ１−ｘ　（０＜　ｘ　
＜　Ｉ　ｘ　＝０．５　Ｅｇ＝２．８〜３．２ｅν）か
ｉシフられた。

さらにプラスマグＩ：Ｊ−放電法を利用してｆｒＩ半導
体を非ｑ１結晶゛１１心体としてポリシランにより作−
フだ。即ｌ）、この第３の半導体（１９）中のＩ１１半
導体番、１不純物の添加をｊｌわない臭性または実質的
に↓゛↓１１１（不純物濃度１０円（５ｍ−ヨＩｕ下）
の（Ｓｉｌｌｚ）　ｒ　ｒ　＞１の繊維構造をｒｌする
珪素を主成分とさ−１だ。これはＳ　ｉ　ｌ’２を出光
４４　：ｌ’ｌとしく　（ＳｉＦｚ）　ｒ　ｒ　＞　１
を用いＣもよい。即し、水素または弗素がボリーンを作
ると、これが発光中心体として作用し、さらにタミネイ
タとじ−（キ中すｉ′の寿命を長くすることによる。加
えＣ１：ｇの変化を連続的に行い１するようにさ一口る
からである。

さらにこの１１化物気体を完全に排気してＩ’　Ｍ　Ｓ
を導入し、Ｗ−Ｅ＋：川の他のｎ半導体＜２０）をｍ　
Ｆ１４　ｉｌ１体をくるんでかつ（ＩＩＩ　Ｉｔｙ’ｉ
して形成し２、第３の゛１−導体（１２）を作った。

さｒ：）に第１　（Ｊ）　’ｌ′導体とは逆導電型の第
２の半導体６第３の半導体（１３）　−１−：に第１の
半導体と同様に気相法により作製した。この後、上側電
極（３３）を透光性導電膜（９）、反射性金属（８）と
によりオーム接触をゼしめて形成しノこ。さらに耐湿防
止用酸化防止用に絶縁膜（］Ｏ）をイｊ捜ＩＡＩ脂に、
Ｆす、Ｔ１−１−シてもよい。

これらの作製は第１の半導体、ｎ　゛１′、導体、ｍ　
：ｌ′導体、第２の半導体のそれぞれを独イ１し７てＪ
Ｈいに連結したマルチチャンバ方式の反応炉を用い、被
形成面をそれぞれに対応したナヤンノ＼に移設し“（被
膜形成を行うごとにより積層した。

かくして第１図（Ａ）におい”乙力諏スＪ１（根土の透
光１つ１導？Ｉｉ股（２１）を有する基板電極（２１）
　１に、ｌ）型の５ｉｘＣｌ−ｘ　（０＜　ｘ　＜　１
）の第１の半導体（ＩＩ）、　Ｉ型の（Ｓｉｌ１２）　
ｒ　ｒ　＞　］の結合をイｉ’−！ｌる月（１とＴＭＳ
とによる炭化珪素との積Ｉｉ；ｆ体よりなる第３の一゛
１′導体＜４２＞、　Ｎ型５ｊｘＣ＋−ｘ　（０＜　ｘ
　＜　Ｉ　）の珪素を主成分とする第２の半導体（１３
）　とをＪｒｉ　１ｍした。

以上のような方法により非単結晶半導体を積１研形成す
るため、初めてエネルギノ・・ン１を連続として１１Ｊ
変することかＩＩＪ能となった。

さらに本発明においては、非小納品半導体中の不対結合
ＦＪ’を中和゛３−るため、水素のようなり一ミネイタ
を５原子％以−］二例えば１０〜１５原子％の聞含ませ
、１３ｇ内のキャリアの再結合中心密度をさらに減少さ
せ、その増加を防いでいる。

特に１７１半導体は（Ｓｉｌｌｚ　）　ｒ、　（ＳｉＦ
２　）　ｒまたはこれら両刀の混合体１“〉１の繊維構
造を有せしめるため、１１ノ記したごとく、被ｊ模を低
温生成とし、結果点して水素または弗素を３０〜５０原
子％も含んでいノこ。そしてこの多針の水素が外部に放
出されてしまわないため、水素等のブロック作用を打す
る炭化珪素のｎ半導体でＩ１１１１半導取り囲む構造と
したことが本発明の’ｌＪｉ長である。

本発明は））およびＮ型半導体より〆」：入されるキャ
リアをｎ半導体を通ってＩ１１１１半導捕）Ｗさせる。

このキャリアが逆方向にｊＪｆ１遇してしまわないよう
にｒｌ半導体を反対側にも設け、捕獲されたキャリアに
ハンド間遷移および再結合中心間遷移を主としてさせ゛
ζ連続光発光（好ましくは可視光発光）を行わしめてい
る。本発明におい一７ｒ、ｎ４’導体を除き、Ｐ、Ｎ半
導体（１８）、（１３）を炭化珪Ｊｌ：としてもよい。

しかしこの場合は注入されたキャリアの一部が逆方向に
放出されてしまうため、発光効率が下がってしまった。

しかしｎ半導体を飛び越える必要がないため、低い電圧
での動作をさ−せイ）ことが可能となった。即ち、本発
明は第３のｒｎおよびｒ１半導体を１１．Ｎ半導体（１
１）、＜］３）で挟め、ＩＩＩＮ接合を第１の半導体（
１１）または（１３）　−第３の半導体（１２）−第２
の半導体（■３）または（１１）のダ・イオーＦ構造を
有せしめるか、またはＩｌ、Ｎ半導体（１１）、＜１３
）でｍ半導体または１つのｆｆ１半導体と１つのｎ半導
体とを挟んでダイオ−１構造としたものである。

第２図（Ａ）のエネルギパン１１１Ｊｔ；Ｊ第１、第２
の半導体が第３の半導体に比べ゛ζ相幻的に状い１！ｇ
を有するＮ　（１２）　−Ｗ　（１３）−Ｎ　（１，１
）構造を白し、いわゆる公知のＤｌｌ（ダブルヘテ１１
構造）のＷ−Ｎ−Ｗ構造とは逆のパン１−構造をイ］し
ている点も特徴である。

第２図は本発明の実施例を示す。即し、第１Ｎ６こ対）
、ししたエネルギバント図を示す。またその電圧印加（
２９）による動作原理を（Ｂ）に示ず。

しＩ　ｉＩ＋ｉ　ｌこおいて基板−１−に第１の透光性
導電１模（２Ｉ）が酸化スズにより設りられている。こ
の上に、１）型５ｉｘＣ＋−ｘ　（ｘ　＝０．８　Ｅｇ
■２．２ｅＶ　）＜１１）の第１の半導体＜　ｓｐ均厚
さ１００〜３００　人）、第３の半導体（１２）（ｍ４
で導体ＥＩＸ＝　２．０〜２．５ｃＶ平均Ｉｔさ０．５
〜Ｉμ、ｎ半導体ＩＩ！＝３．５ｅＶ　’ｌｉ均ｊνさ
４００−５００人）。

Ｎ型５ｉｘＣ＋−ｘ　（ｘ　−（１，９Ｉｆ〜２．ＯＣ
ν）の第２の半導体（１３）、裏面の透光性電極（ＩＴ
Ｏ）（９）＜５００〜２０００人）、反射性電極（銀ま
たはアルミニューム）（８）（１０（１０〜５０００人
）をＹ］″′Ｊ−る。

本発明においてＥｌ、＝２．３ｅνを有する（Ｓｉｌｌ
ｚ）　ｒｓ′〉１にＩ）型半導体およびＮ型半導体より
キャリアを注入したため、特定の１！、、のみで定めら
れるＩト１定の波長の発光のｄノではなく再結合中心間
のキャリアのｉｌＦ結合での発光も自するために連続「
可視光（に）が第３図（１３）に示すことく順方向に２
〜２０Ｖのハイ−）・ス（２９）を加えた場合観察され
た。

図面において発光すＪ率を向」−さ−ｌるため、裏面に
反射性電極（３３）を銀またはアルミニューム・により
設りている。このため裏面力量−発光した光はＩＴＯｌ
化インジューム・スス）による透光性電極を経て電極（
３３）にて反射して反１１光（３２）が生成される。

即ぢ本発明のごとき多層積層を構成せしめたごとにより
可視光発光をｎ＋−ｖ化合物以外の地上に′多量に存在
する安価な珪素、炭素のめを主成分として成就させるこ
とができた。

本発明において、ｍ半導体は（Ｓｉｌ１２）　ｒ　ｒ　
＞　４できわめて不安定であり、酸化を防用することが
きわめて重要である。このため、このｍ半／η体は水素
、ホウ素、リンの異品拡散を防くごとができる炭化珪素
半導体で挟み（取り囲め）、さらに加えて、■）型半導
体（ＩＩ）、　Ｎ型〕１え導体（１３）の炭化珪素半導
体のＰまたはＮ型の不純物が第３の！１′□／〃体（１
２）のｒｎ半導体中に１−リフトしてし；に・うごとを
ＴＭＳを用いて作った１型の炭化ｆ−１素で防いでいる
。これはごのｍ半導体中に不純物が混入され、それが山
結合中心となり、この中心とのキャリアの内結合による
発光強度の減少を防くための信１ｆｊ＋ｑ　＋：１＋　
＋−にきわめてイ１−リＪである。

図面において、この２１≦導ｆ木の厚さは設、＋＋使用
に、１、り変更するごとかｒＩＪ能である。

まツム本発明は■半導体を（Ｓｉｌｌ□）ｒ　ｒ＞１を
ｒＩＪるＳ　ｉ　４１二成分半導体を用い説明した。し
かしくＳｉＦシ）ｒｒ＞Ｉ；ｊ二にはその双方の混合体
を用いてもよい。この（ＳｉＦ）ｒｒ＞ｌは出発月利と
し１ｒｓｊｌｌ（Ｈの代わりにＳｉｔ・えを用いて同様
に作製ＩＪ能゛（ある。

本発明においては第１図に示されるような基１ｋ）゛に
一つの半導体を設りるごとで代表させた。１〜かしこれ
は面光薪としても、また電極を選択コーノナをして文字
、数字、記号をパクーニングし発光さ−ｌる而または線
光光を１することも可能である。

ｉトノコ１゛側？ｌｉ極を−７トリノクス化し外部制御
装置で１゛ｖ川表小部の発光素ｒ装置としてもよいこと
はい）Ｊ二でもムい。

またこの境！／、！　θ月’−ｇまたは不純物の１−ピ
ングの程度またはｆｉＢを調整する添加剤の１，１を制
ｉ：ｌｌｌ　シ、特定の波長の光でなく連続光または白
色光を発光させることができるという特徴を自−４０ま
た第２図の工不ルギハン１−図はその化９．１値を示す
ものではなく、単に各半導体の相対的な１笥の大小、位
置関係を示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体装置の縦１ｔｌｉ面図を示す。 第２図は本発明の動作原理を示−４エネルギハン１−構
造を示す。 特許出願人 ｎ　２１ハ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｎまたは１）型の一導′市型を自する第１のエネル
   ギハント中を白する第１の非小結晶コ１ｉ導体と、１）
   まノこはＮ型の逆導電型をイｊする第２のエネルギハン
   １１１Ｊを有する第２の非単結晶半導体と、前記第１及
   び第２の半導体との間の遷移領域の第３の非単結晶半導
   体とが設けられ、第３の１１２０１本は（Ｓｉｌｌ、）
   　ｒ　ｒ　＞　］　３にたは（Ｓｉｌ・Ｌ）ｒｒ＞４の
   結合を自する珪素を主成分と−Ｊる非中結ｉ’１１’−
   １ｉ導体が設りられ、該非単結晶半導体は５ｉｘＣ１−
   ×（０＜　ｘ　＜　１　）で示される非中結晶炭Ｉｔ、
   　ＩｉＩ素二１コ導体で挟む構造を有することを１！ｉ
   、　ｉｉ々とＪる発光半導体装置。 クシ’ｌ！Ｉ’　ａ’ｌ請求の範囲第１項において、（
   Ｓｉｌ１２）　ｒ土ノこは（Ｓ１１・、りｒｒ＞ｌの結
   合を有する珪素を「成分と−・ｊ５非１１１．結晶半導
   体を挾んでＩｌ：いに所々７１；　Ｉｊ９勺白Ｊ”ろ第
   １および第２の非単結晶炭化珪素半導体が設ｉＪられた
   ごとを特を秒とする発光半導体装置。 ３、特５′目ｆｔ求の範囲第１項に才昌）で、（Ｓｉｌ
   ｌ、）ｒまたは（ＳｉＦ、）　ｒ　ｒ　＞　４の結合を
   イー１する珪桑を主成分とする非単結晶３１り導体０．
   １、真（ＩＩまノコは）；質的に真性の５ｉｘＣ１−×
   （０＜　ｘ　＜　４　）で示される非単結晶炭化珪素半
   導体で囲まれて設りられたことを特徴とする発光半Ｊｒ
   Ｉ体装置。