JPS6249681A - Light emitting element - Google Patents

Light emitting element

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JPS6249681A
JPS6249681A JP60190455A JP19045585A JPS6249681A JP S6249681 A JPS6249681 A JP S6249681A JP 60190455 A JP60190455 A JP 60190455A JP 19045585 A JP19045585 A JP 19045585A JP S6249681 A JPS6249681 A JP S6249681A
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JP
Japan
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light emitting
light
emitting layer
layer
atoms
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JP60190455A
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Japanese (ja)
Inventor
Katsuji Takasu
高須 克二
Masafumi Sano
政史 佐野
Hisanori Tsuda
津田 尚徳
Yutaka Hirai
裕 平井
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To improve a light emitting efficiency and a reproducibility by a method wherein the local level density of light emitting layer composed of non-single crystalline material containing silicon atoms, carbon atoms and fluorine atoms is specified not to exceed 5X10<16>cm<-3> eV<-1> at midgap. CONSTITUTION:A light emitting element is composed of a lower electrode 102 provided on a substrate 101, a lower electrode insulating layer 103, a light emitting layer 104, an upper electric insulating layer 105 and an upper electrode 106 provided on said layer 105. The light emitting layer 104 is composed of non-single crystal silicon containing silicon atoms, carbon atoms and fluorine atoms as well as hydrogen atoms as necessary. The light emitting pack wavelength can be made the specified wavelength in the visible region while improving the efficiency of recoupling by means of changing physical property values of the light emitting layer 104.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、O,A機器等に使用される光源或いは表示に
使用される発光素子に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a light source used in O, A equipment, etc. or a light emitting element used for display.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、発光素子の発光層を構成する材料としては1種々
のものが報告されているが、その中でも例えばAppl
、 Phys、 Lett、 42(11]113)、
PP432−434゜H,Munekata、H,Ku
kimoto、やJpn、J、Appl、Ph7s、2
1(1!+82)PP473−475 、に、 Tak
ahashi他、に記載されている水素化アモルファス
シリコンカーバイドは、単結晶シリコンと同様の半導体
工学の適用が可能であること、及び潜在的には優れた特
性を有している可能性があること等の為に注目されてい
る材料の1つである。
Conventionally, various materials have been reported to constitute the light-emitting layer of a light-emitting element, and among them, for example, Appl.
, Phys, Lett, 42(11]113),
PP432-434゜H, Munekata, H, Ku
kimoto, ya Jpn, J, Appl, Ph7s, 2
1 (1!+82) PP473-475, Tak
The hydrogenated amorphous silicon carbide described in ahashi et al. can be applied to the same semiconductor engineering as single crystal silicon, and may potentially have excellent properties. It is one of the materials that is attracting attention for its

上記引用文献に記載された水素化アモルファスシリコン
カーバイドを発光材料に用いた発光素子は発光層を絶縁
層で挟持した二重絶縁構造を有する。
The light-emitting element using hydrogenated amorphous silicon carbide as a light-emitting material described in the above cited document has a double insulation structure in which a light-emitting layer is sandwiched between insulating layers.

〔解決しようとする問題点〕[Problem to be solved]

しかしながら、この様な構成の従来報告されている発光
素子では、十分な発光量の可視光領域の発光が得られて
おらず、加えて発光強度が弱く、寿命も短い、発光特性
の安定性に欠けると実用的には改良すべき点の多くを残
しており、O,AR器等に使用される光源素子や表示素
子としては。
However, conventionally reported light-emitting devices with such configurations do not emit a sufficient amount of light in the visible light range, and in addition, have low emission intensity, short lifespan, and poor stability of light-emitting characteristics. There are many points that need to be improved in practical terms, and as light source elements and display elements used in O, AR devices, etc.

未だ工業化されるには至っていない。It has not yet been industrialized.

〔目 的〕〔the purpose〕

本発明は、上記従来の欠点を改良した発光素子を提供す
ることを主たる目的とする。
The main object of the present invention is to provide a light emitting device that improves the above-mentioned conventional drawbacks.

本発明の別の目的は、可視波長領域に発光ピークと充分
な発光量を有し、発光効率と再現性の向上を計った発光
素子を提供することである。
Another object of the present invention is to provide a light emitting element that has an emission peak in the visible wavelength region and a sufficient amount of light emission, and is designed to improve luminous efficiency and reproducibility.

本発明のもう1つの目的は、発光特性の安定性と寿命を
飛躍的に向上させた発光素子を提供することである。
Another object of the present invention is to provide a light emitting element with dramatically improved stability of light emitting characteristics and lifetime.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明の発光素子はシリコン原子(sBと炭素原子(C
)と弗素原子(F)を含む非単結晶材料で構成された発
光層と、該発光層を挟持する一対の電気的絶I&暦と、
これ等の発光層と絶縁層とを挟持し電気的に接続された
少なくとも一対の電機とする。
The light emitting device of the present invention has silicon atoms (sB) and carbon atoms (C
) and a non-single-crystal material containing fluorine atoms (F); a pair of electrically insulating layers sandwiching the light-emitting layer;
At least one pair of electrical machines is formed by sandwiching these light-emitting layers and insulating layers and electrically connecting them.

〔作 用〕 本発明の発光素子は、上記の構成とすることによって、
可視波長領域に発光ピークを有すると共に充分な発光量
を得、発光効率と再現性を高めることが出来、発光特性
の安定性と寿命を飛躍的に向上させることが出来る。
[Function] By having the above structure, the light emitting element of the present invention has the following effects:
It has a luminescence peak in the visible wavelength region, obtains a sufficient amount of luminescence, improves luminous efficiency and reproducibility, and dramatically improves the stability of luminescent characteristics and lifespan.

以下、本発明を図面に従って具体的に説明する。Hereinafter, the present invention will be specifically explained with reference to the drawings.

第1図は、本発明の発光素子の好適な実施態様例の層構
成を示す模式的層構成図である。
FIG. 1 is a schematic layer structure diagram showing the layer structure of a preferred embodiment of the light emitting device of the present invention.

第1図に示される発光素子は、基体101上に設けられ
た下部電極102上に、下部電気的絶縁層1031発光
暦発光層及び上部電気的絶縁層105、該絶縁層105
上に設けられた上部電極106とで構成されている。
The light emitting device shown in FIG.
and an upper electrode 106 provided above.

第1図に示す発光素子を面状発光素子として使用する場
合には、電極102又は/及び電極106は発光色の色
までも利用するのであれば、透明であることが必要であ
り、発光量を利用するのであれば1発光する光に対して
透光性であるのが望ましい、電極102側より発光々を
取り出す場合には、基体101は電極102と同様透明
であるか若しくは発光する光に対して透光性であること
が望ましい。
When the light emitting device shown in FIG. 1 is used as a planar light emitting device, the electrode 102 and/or the electrode 106 must be transparent if the color of the emitted light is to be utilized, and the amount of light emitted is If the substrate 101 is to be used, it is desirable that the substrate 101 be transparent to the emitted light.If the emitted light is extracted from the electrode 102 side, the base 101 should be transparent like the electrode 102, or be transparent to the emitted light. On the other hand, it is desirable that the material be translucent.

本発明において、発光層は、シリコン原子(Si)と炭
素原子(C)と弗素原子(F)を含み、必要に応じて水
素原子(H)を含む非単結晶シリコン(以後、  r 
non−5iC:F(H)Jと略記する)で構成される
In the present invention, the light-emitting layer includes non-single-crystal silicon (hereinafter referred to as r
non-5iC: abbreviated as F(H)J).

発光層中に含有される弗素原子(F)は、シリコン原子
及び炭素原子の自由ダングリングボンドを補償し、その
含有量は形成される層の半導体特性、光学的特性、構造
的安定性、耐熱性、及び素子の発光特性を左右する重要
因子であって1本発明においては、弗素原子(F)の含
有量は、シリコン原子と炭素原子との和に対して、好適
には5原子PPM−25原子%、より好適にはlO原子
PPM〜20原子%、最適には50原子PPM〜15原
子%とされるのが望ましい、必要に応じて含有される水
素原子(H)の含有量は、弗素原子(F)の含有量との
関係、及び素子に要求される素子特性に応じて適宜所望
に従って決定されるが、シリコン原子及び炭素原子の和
に対して好適には0.01〜35原子%、より好適には
0.1〜30原子%、最適には1〜30原子%とされる
のが望ましい、又、弗素原子(F)と水素原子(H)の
総和量は最大40原子%を越えない様に夫々の原子が層
中に含有されるのが望ましい。
Fluorine atoms (F) contained in the light-emitting layer compensate for free dangling bonds of silicon atoms and carbon atoms, and its content depends on the semiconductor properties, optical properties, structural stability, and heat resistance of the formed layer. In the present invention, the content of fluorine atoms (F) is preferably 5 atoms PPM- with respect to the sum of silicon atoms and carbon atoms. The content of hydrogen atoms (H) contained as necessary is desirably 25 at%, more preferably 1O atoms PPM to 20 at%, and optimally 50 to 15 at%. Although it is determined as desired depending on the relationship with the content of fluorine atoms (F) and the device characteristics required for the device, it is preferably 0.01 to 35 atoms based on the sum of silicon atoms and carbon atoms. %, more preferably 0.1 to 30 atomic %, optimally 1 to 30 atomic %, and the total amount of fluorine atoms (F) and hydrogen atoms (H) is at most 40 atomic %. It is desirable that each atom is contained in the layer so that the amount does not exceed .

シリコン原子(St)と炭素原子(C)の割合は、適宜
所望に従って選択することによって、発光ピーク波長9
発光強度を調整することが出来、本発明においては5i
xC1xのXの値で示せば、好適には0.05≦X≦0
.99、より好適には0.1≦X≦0.9.最適には0
.15≦X≦0.85とされるのが望ましい。
By appropriately selecting the ratio of silicon atoms (St) and carbon atoms (C) as desired, the emission peak wavelength 9
Emission intensity can be adjusted, and in the present invention, 5i
If expressed as the value of X of xC1x, preferably 0.05≦X≦0
.. 99, more preferably 0.1≦X≦0.9. Optimally 0
.. It is desirable that 15≦X≦0.85.

本発明においては、光CVD法(光エネルギーを反応に
利用した化学的気相法による堆積膜形成法)の採用によ
り前述の構成を与えることが出来るものであり1発光層
を形成する為の原料物質も光CVD法に適合するものを
選択して使用するのが望ましい。
In the present invention, the above-mentioned structure can be provided by employing the photoCVD method (deposited film formation method by chemical vapor phase method using light energy for reaction), and the raw materials for forming one light emitting layer are It is also desirable to select and use materials that are compatible with the photo-CVD method.

発光層104は、non−SiC:F(H)で構成され
るものであるが、好ましくは所謂真性(I型)の半導体
特性を示す層として作成されるのが望ましい。
The light-emitting layer 104 is composed of non-SiC:F(H), and is preferably formed as a layer exhibiting so-called intrinsic (type I) semiconductor characteristics.

non−SiC:F(H)で構成される層は、その一般
的傾向より所謂P型又はN型の不純物を含有しない場合
には僅かにN型傾向を示すので、発光層104をI型体
導層とするには、僅かにP型不純物を含有させる。
A layer composed of non-SiC:F(H) shows a slight N-type tendency when it does not contain so-called P-type or N-type impurities, so the light-emitting layer 104 is an I-type layer. To form a conductive layer, a slight amount of P-type impurity is added.

発光層104は、発光特性は僅かに低下はするが、P型
又はN型の不純物を含有しない所謂ノンドープ層とする
ことも出来る。
The light-emitting layer 104 can also be a so-called non-doped layer that does not contain P-type or N-type impurities, although the light-emitting characteristics are slightly degraded.

発光層104をI型体導層とするには1層形成する際に
P型伝導特性を与えるP型不純物を含有させるか或いは
既にnon−SiC:F(H)で構成された層中に、P
型の不純物をイオンインプランテーション法等の手段で
注入してやれば良い。
In order to make the light-emitting layer 104 an I-type conductive layer, a P-type impurity that imparts P-type conductivity is added when forming one layer, or a layer already composed of non-SiC:F(H) is added. P
Type impurities may be implanted by means such as ion implantation.

P型不純物としては、所謂周期律表第麗族に属する原子
(第厘族原子)、即ちB(硼素)、/Ml(アルミニウ
ム)、Ga(ガリウム)、In(インジウム)、Te(
タリウム)等があり、殊に好適に用いられるのは、B、
Gaである。
P-type impurities include atoms belonging to the so-called Li group of the periodic table (Group atoms), namely B (boron), /Ml (aluminum), Ga (gallium), In (indium), Te (
thallium), etc., and particularly preferably used are B,
It is Ga.

電気的絶縁層103,105を構成する材料としては、
電気的に良好な絶縁特性を有し、発光層104での発光
々を効率良く外部に取り出すのに悪影響を与えないもの
で、成膜が容易なものであれば大概のものを採用するこ
とが出来る。
The materials constituting the electrically insulating layers 103 and 105 include:
Almost any material can be used as long as it has good electrical insulation properties, does not have a negative effect on efficiently extracting the light emitted from the light emitting layer 104 to the outside, and is easy to form. I can do it.

絶縁層103.105のいずれか一方は、発光々を外部
に取り出す為に、発光々に対して透明性である必要があ
る。絶縁層103,105を構成する材料として1本発
明において、好適に使用されるのは具体的にはY 20
3 、 S 102 1非晶質の酸化シリコン(a−3
ixOix但し、0 < X < 1 )  + Hf
 O2* S l 3N a +非晶質の窒化シリコン
(a−3iyNI−y但し。
Either one of the insulating layers 103 and 105 needs to be transparent to the emitted light in order to extract the emitted light to the outside. In the present invention, specifically, Y20 is preferably used as a material constituting the insulating layers 103 and 105.
3, S 102 1 Amorphous silicon oxide (a-3
ixOixHowever, 0 < X < 1) + Hf
O2* S l 3N a + amorphous silicon nitride (a-3iyNI-yHowever.

o<y<t)、A文203 、PbTiO3、非晶質(
1)B aT i 03 、 T a7 o5等を挙げ
ることが出来る。
o<y<t), A pattern 203, PbTiO3, amorphous (
1) Examples include B aT i 03 and T a7 o5.

第2図には、本発明の発光素子の別の好適な実施態様例
が示される。
FIG. 2 shows another preferred embodiment of the light emitting device of the present invention.

第2図に示す発光素子は、その構造は基本的には第1図
に示す発光素子と同様である。
The structure of the light emitting device shown in FIG. 2 is basically the same as that of the light emitting device shown in FIG.

第2図に示す発光素子は、ガラス等の透明な基体201
上に、順に透明電極202.下部絶縁層2039発光層
204.上部絶縁層205.金属電極206が積層され
た層構造を有し、電極202及び金属電極206には夫
々パルス状の又は鋸歯状の高周波高電界を印加する為の
電源207の接続端子が電気的に接続されている。
The light emitting element shown in FIG. 2 has a transparent base 201 made of glass or the like.
Transparent electrodes 202 . Lower insulating layer 2039 light emitting layer 204. Upper insulating layer 205. The metal electrode 206 has a laminated layer structure, and the electrode 202 and the metal electrode 206 are electrically connected to connection terminals of a power source 207 for applying a pulsed or sawtooth high frequency high electric field, respectively. .

第2図に示す発光素子の場合、高周波電源207によっ
て高周波電界が印加されると、発光層204より発光が
起こり1発光した光は絶縁層203、透明電極202.
基体201を透過して外部へ放出される。
In the case of the light-emitting element shown in FIG. 2, when a high-frequency electric field is applied by a high-frequency power supply 207, light is emitted from the light-emitting layer 204, and the emitted light is transmitted to the insulating layer 203, the transparent electrode 202.
It passes through the base 201 and is emitted to the outside.

本発明の発光素子は、可視域の発光波長を得る為に、発
光層の光学的バンドギャップEgoptは、2.OeV
以上とされるのが望ましい。
In the light emitting device of the present invention, in order to obtain an emission wavelength in the visible range, the optical band gap Egopt of the light emitting layer is set to 2. OeV
It is desirable that the number is above.

又、発光層の光学的バンドギャップの中心(ミツドギャ
ップ)での局在準位密度は、好適には5 X 10 ”
cm−3e e V−’以下、より好適にはI X 1
0 l6cm−3會e V−’以下とされるのが望まし
い。
Further, the local level density at the center of the optical band gap (mid gap) of the light emitting layer is preferably 5 x 10''.
cm-3e e V-' or less, more preferably I X 1
It is desirable that the value be less than 0 l6cm-3eV-'.

この様に、発光層の物性値を制御することによって1発
光ピーク波長を可視域の所望の波長とすること、及び再
結合の効率を飛躍的に向上させることが出来、従って発
光効率の向上を計ることが出来る。
In this way, by controlling the physical property values of the light emitting layer, it is possible to set the single emission peak wavelength to a desired wavelength in the visible range, and to dramatically improve the recombination efficiency, thereby improving the light emission efficiency. It can be measured.

又、好ましくは発光層の外部量子効率を10−4%以上
になる様に再結合の準位の分布を制御することによって
、高い強度の発光を示す発光素子を得ることが出来る。
Further, by controlling the distribution of recombination levels so that the external quantum efficiency of the light emitting layer is preferably 10 -4% or more, a light emitting element that emits light with high intensity can be obtained.

上述した様な特性を有する発光素子は、前記した様に光
CVD法によって後述の条件で作成されるのが望ましい
0本発明の発光素子の作成法は、本発明の目的が達成さ
れるのであれば、光CVD法に限定されるものではなく
、適宜所望の条件に設定して、例えばHOMOCVD法
、プラズマCVD法等によって成されても良い。
It is preferable that the light emitting device having the above-mentioned characteristics be produced by the photo-CVD method under the conditions described below. For example, the method is not limited to the photo-CVD method, and may be performed by, for example, the HOMOCVD method, the plasma CVD method, etc. by appropriately setting the desired conditions.

本発明の発光素子を構成する基体を構成する材料として
は1通常発光素子分野において使用されている材料の殆
んどを挙げることが出来る。
As the material constituting the substrate constituting the light emitting device of the present invention, most of the materials commonly used in the field of light emitting devices can be mentioned.

基体としては、導電性でも電気絶縁性であっても良いが
、比較的耐熱性に優れているのが望ましい。
The substrate may be electrically conductive or electrically insulating, but preferably has relatively good heat resistance.

導電性基体の場合には、基体と発光層との間に設けられ
る電極は、必ずしも設ける必要はない。
In the case of a conductive substrate, it is not necessary to provide an electrode between the substrate and the light emitting layer.

導電性基体としては、 N iCr +ステンレス。The conductive substrate is N iCr + stainless steel.

AJL、Cr、Mo、Au、Nb、Ta、V、Ti等を
挙げることが出来る。
Examples include AJL, Cr, Mo, Au, Nb, Ta, V, and Ti.

電気絶縁性基体としては、ポリエステル、ポリエチレン
、ポリカーボネイト、ポリアミド、等々の合成樹脂のフ
ィルム、又はシート、或いはガラス、セラミックス、等
々を挙げることが出来る。
Examples of the electrically insulating substrate include films or sheets of synthetic resins such as polyester, polyethylene, polycarbonate, polyamide, etc., glass, and ceramics.

基体として電気絶縁性のものを採用する場合には、発光
層との間の電極として、その表面が導電処理される。
When an electrically insulating substrate is used as the substrate, its surface is subjected to conductive treatment to serve as an electrode between the substrate and the light emitting layer.

例えば、ガラスであれば、その表面に、NiCr、Ai
、Cr、Mo、Au、Ir。
For example, if it is glass, NiCr, Ai
, Cr, Mo, Au, Ir.

Nb、Ta、V、Ti、PL、Pd、In2O3゜5n
02  、ITO(I n203 +5n02 )等か
ら成る薄膜を設けることによって導電性が付与され、或
いはポリエステルフィルム等の合成樹脂フィルム−t’
あれば、NiC,r、AL;L、Ag。
Nb, Ta, V, Ti, PL, Pd, In2O3゜5n
Conductivity is imparted by providing a thin film made of 02, ITO (In203 +5n02), etc., or a synthetic resin film such as a polyester film -t'
If present, NiC, r, AL; L, Ag.

P b 、 Z n 、 N i 、 A u’ 、 
Cr 、 M o 、 I r 。
P b , Z n , N i , A u' ,
Cr, Mo, Ir.

Nb、Ta、V、Ti 、Pt等の金属の薄膜を真空蒸
着、電子ビーム蒸着、スパッタリング等でその表面に設
け、又は前記金属でその表面をラミネート処理して、そ
の表面に導電性が付与される。
Conductivity is imparted to the surface by providing a thin film of metal such as Nb, Ta, V, Ti, Pt, etc. on the surface by vacuum evaporation, electron beam evaporation, sputtering, etc., or by laminating the surface with the metal. Ru.

次に本発明の発光素子を作成する場合の例を第3図の光
CVD装置を以って説明する。
Next, an example of producing the light emitting device of the present invention will be explained using the photo-CVD apparatus shown in FIG.

光CVD法の場合に使用される発光層を形成するための
原料ガスとしては、シリコン原子及び弗素原子導入用と
しては、5i7F6゜SiH2F2 .5iFa等の弗
素化シランガスを挙げることが出来、シリコン原子及び
水素原子導入用としては、一般式5inH2n (n=
3 。
The raw material gas for forming the light-emitting layer used in the photo-CVD method, for introducing silicon atoms and fluorine atoms, is 5i7F6°SiH2F2. Examples include fluorinated silane gas such as 5iFa, and for introducing silicon atoms and hydrogen atoms, the general formula 5inH2n (n=
3.

4 、5、−−−−)で表わされる環状水素化ケイ素化
合物、S i nH2n+2 (n=2、−=−) テ
表わされる直鎖状又は分岐を有する鎖状水素化ケイ素化
合物などが挙げられる。
Examples include cyclic silicon hydride compounds represented by S inH2n+2 (n=2, -=-) and linear or branched chain silicon hydride compounds represented by S i nH2n+2 (n=2, -=-) .

炭素原子導入用の原料ガスとなるのは、CH4。The raw material gas for introducing carbon atoms is CH4.

C2H&  、C3H6、C4Hl(1,C2H4。C2H & , C3H6, C4Hl (1, C2H4.

C3H6、Ca He 、C2H2、CH3C2HlC
4H6等のHガス状の又は容易にガス化する炭化水素化
合物を挙げることが出来る。
C3H6, CaHe, C2H2, CH3C2HlC
Mention may be made of H gaseous or easily gasified hydrocarbon compounds such as 4H6.

この他(CH3)2 SiH2(CH3)3 SiHも
使用することが出来る。
In addition, (CH3)2SiH2(CH3)3SiH can also be used.

前記の弗素化ケイ素化合物、ケイ素化合物及び炭素化合
物の夫々は、2種類以上を併用してもよいが、この場合
、各化合物によって期待される膜特性を平均化した程度
の特性、ないしは相乗的に改良された特性が得られる。
Each of the above-mentioned fluorinated silicon compounds, silicon compounds, and carbon compounds may be used in combination of two or more types, but in this case, the film properties expected by each compound are averaged or synergistically obtained. Improved properties are obtained.

また、上記の原料ガスに水素ガスを混合して使用しても
差支えない。
Moreover, there is no problem even if hydrogen gas is mixed with the above-mentioned raw material gas.

前記一般式のケイ素化合物は、光エネルギー又は比較的
低い熱エネルギーの付与により容易に化学反応を起こす
ので良質の堆積膜を形成することができ、またこれに際
し、基体温度も比較的低い温度とすることができる。ま
た、励起エネルギーは基体近傍に到達した原料ガスに一
様に或いは選択的制御的に付与されるが、適宜の光学系
を用いて基体の全体に照射して堆積膜を形成することも
できるし、或いは所望部分のみに選択的制御的に照射し
て部分的に堆積膜を形成することもでき、またレジスト
等を使用して所定の図形部分のみに照射し堆積膜を形成
できるなどの便利さを有している。
The silicon compound of the above general formula easily undergoes a chemical reaction when applied with light energy or relatively low thermal energy, so it is possible to form a deposited film of good quality, and in this case, the substrate temperature is also relatively low. be able to. Furthermore, the excitation energy is applied uniformly or selectively to the source gas that has reached the vicinity of the substrate, but it is also possible to form a deposited film by irradiating the entire substrate using an appropriate optical system. Alternatively, it is also possible to selectively control and selectively irradiate only a desired area to form a deposited film, and it is also convenient that a resist or the like can be used to irradiate only a predetermined graphic area to form a deposited film. have.

第3図中、1は堆積室であり、内部の基体支持台2上に
所望の基体3が載置される。
In FIG. 3, 1 is a deposition chamber, and a desired substrate 3 is placed on a substrate support 2 inside.

4は基体加熱用のヒータであり、導線5を介して給電さ
れ、発熱する。基体温度は特に制限されないが、一般に
発光層の光学的バンド・ギャップを大きくして可視の発
光を得るためには、好ましくは350℃以下、より好ま
しくは300℃以下であることが望ましい。
Reference numeral 4 denotes a heater for heating the substrate, which is supplied with electricity via a conductive wire 5 and generates heat. The substrate temperature is not particularly limited, but in general, in order to increase the optical band gap of the light-emitting layer and obtain visible light emission, it is preferably 350° C. or lower, more preferably 300° C. or lower.

6〜9は、ガス供給源であり、前記一般式で示される鎖
状水素化ケイ素化合物のうち液状のものを使用する場合
には、適宜の気化装置を具備させる。気化装置には、加
熱沸騰を利用するタイプ、液体原料中にキャリアガスを
通過させるタイプ等があり、いずれでもよい。ガス供給
源の個数は4個に限定されず、使用する前記の弗素化ケ
イ素化合物、前記一般式の水素化ケイ素化合物及び前記
炭素化合物の種類の数、希釈ガス等を使用する場合にお
いては、該希釈ガスと原料ガスとの予備混合の有無等に
応じて適宜選択される0図中、ガス供給源6〜9の符合
に、aを付したのは分岐管。
6 to 9 are gas supply sources, and if a liquid one of the chain silicon hydride compounds represented by the above general formula is used, an appropriate vaporizer is provided. The vaporizer may be of any type, such as a type that uses heating and boiling, or a type that allows a carrier gas to pass through the liquid raw material. The number of gas supply sources is not limited to four, and the number of types of the fluorinated silicon compound, the silicon hydride compound of the general formula, and the carbon compound used, the diluent gas, etc. In the figure, the gas supply sources 6 to 9 with a suffix a are branch pipes, which are appropriately selected depending on the presence or absence of premixing of the dilution gas and raw material gas.

bを付したのは流量計、Cを付したのは各流量計の高圧
側の圧力を計測する圧力計、d又はeを付したのは各気
体流の開閉及び流量の調整をするためのバルブである。
Those marked with b are flow meters, those marked with C are pressure gauges that measure the pressure on the high pressure side of each flow meter, and those marked with d or e are used to open and close each gas flow and adjust the flow rate. It's a valve.

各ガス供給源から供給される原料ガス等は、ガス導入管
lOの途中で混合され、図示しない換気装置に付勢され
て、室1内に導入される。又は。
Raw material gases and the like supplied from each gas supply source are mixed in the middle of the gas introduction pipe IO, and are introduced into the chamber 1 by being energized by a ventilation device (not shown). Or.

各ガス供給源から交互に室l内に導入される。Gases are introduced into the chamber 1 alternately from each gas source.

11は、室l内に導入されるガスの圧力を計測するため
の圧力計である。また、12はガス排気管であり、堆積
室1内を減圧したり、導入ガスを強制排気するための図
示しない排気装置と接続されている。
11 is a pressure gauge for measuring the pressure of the gas introduced into the chamber l. Further, 12 is a gas exhaust pipe, which is connected to an exhaust device (not shown) for reducing the pressure inside the deposition chamber 1 and forcibly exhausting introduced gas.

13はレギュレータ・バルブである。原料ガス等を導入
する前に、室l内を排気し、減圧状態とする場合、室内
の気圧は、好ましくは5×1O−Torr以下、より好
ましくはI X 10−”Torr以下である。また、
原料ガス等を導入した状態において、室l内の圧力は、
好ましくはlXl0−2〜100Torr、より好まし
くは5XlO−2〜10Torrである。
13 is a regulator valve. When the inside of the chamber is evacuated to reduce the pressure before introducing the raw material gas etc., the atmospheric pressure in the chamber is preferably 5×1 O-Torr or less, more preferably I×10-”Torr or less. ,
When raw material gas etc. are introduced, the pressure inside the chamber 1 is as follows:
Preferably it is 1X10-2 to 100 Torr, more preferably 5X10-2 to 10 Torr.

本発明で使用する励起エネルギー供給源の一例として、
14は光エネルギー発生装置であって、例えば水銀ラン
プ、キセノンランプ、炭酸ガスレーザ、アルゴンイオン
レーザ、エキシマレーザ等が用いられる。なお、本発明
で用い゛る光エネルギーは紫外線エネルギーに限定され
ず、原料ガスに化学反応を起こさせ堆積膜を形成するこ
とができるものであれば、波長域を問うものではない。
As an example of the excitation energy supply source used in the present invention,
Reference numeral 14 denotes a light energy generating device, such as a mercury lamp, a xenon lamp, a carbon dioxide laser, an argon ion laser, an excimer laser, or the like. Note that the light energy used in the present invention is not limited to ultraviolet energy, and any wavelength range may be used as long as it can cause a chemical reaction in the raw material gas and form a deposited film.

光エネルギー発生装置14から適宜の光学系を用いて基
体全体或いは基体の所望部分に向けられた光15は、矢
印16の向きに流れている原料ガス等に照射され、励起
・分解を起こして基体3上の全体或いは所望部分にno
n−SiG:F(H)の堆積膜を形成する。このとき、
発光層の厚さは200A〜10000人程度とすること
が望ましい。
Light 15 is directed from the optical energy generator 14 to the entire substrate or a desired part of the substrate using an appropriate optical system, and is irradiated onto the raw material gas flowing in the direction of the arrow 16, causing excitation and decomposition, and causing the substrate to be heated. No on the whole or desired part on 3.
A deposited film of n-SiG:F(H) is formed. At this time,
The thickness of the light-emitting layer is preferably about 200A to 10,000A.

この後に、発光層の上から前記材料から成る絶縁層と同
様な絶縁層を重ねる。そして最後にアルミニウム、金な
どの金属電極を蒸着する。
After this, an insulating layer similar to the insulating layer made of the above material is layered on top of the light emitting layer. Finally, a metal electrode such as aluminum or gold is deposited.

その他の作成方法としては、反応管中に流す反応ガスを
外部の電気炉で加熱分解し、ガス温度よりも低い温度に
保たれた基体上に堆積させるHOMOCVDという方法
がある(B−A、5cott、R−M、PIeceni
ck、and  E、E、Simonyi、Appl、
Pbys、Lett、。
Another production method is HOMOCVD, in which a reaction gas flowing into a reaction tube is thermally decomposed in an external electric furnace and deposited on a substrate kept at a temperature lower than the gas temperature (B-A, 5cott , R-M, P.I.
ck,and E,E,Simonyi,Appl.
Pbys, Lett.

vol、313(1981)p、73) 。vol. 313 (1981) p. 73).

本発明の発光層として用いるnon−SiC:F(H)
を堆積させる際にこの方法を用いても、光学的バンド・
ギャップが大きく1局在準位密度の低い膜を作ることが
できる。
non-SiC:F(H) used as light emitting layer of the present invention
Even when using this method when depositing optical bands,
It is possible to create a film with a large gap and a low density of single localized levels.

〔実施例〕〔Example〕

上記した第3図に示す光CVD装置を用い、上記の手順
と条件によって、以下の様にして第2図に示す構造の発
光素子を作成し、電源207によりパルス状の高周波高
電界を臣加して、特性試験を行った。
Using the photo-CVD apparatus shown in FIG. 3 described above, a light emitting element having the structure shown in FIG. Then, a characteristic test was conducted.

絶縁層203.205としては3000A厚のY2O3
薄膜を用い、発光層は、原料ガスとしてC2H4ガスと
Si2H6ガスと5i7F6ガスとを使用して、基体温
度300℃で低圧水銀ランプを用いて成膜を行った。電
極202としては。
The insulating layers 203 and 205 are Y2O3 with a thickness of 3000A.
A thin film was used, and the light-emitting layer was formed using a low-pressure mercury lamp at a substrate temperature of 300° C. using C2H4 gas, Si2H6 gas, and 5i7F6 gas as source gases. As for the electrode 202.

ITO透明電極、電極206としてはA文電極を用いた
。この様にして作成した発光素子(サンプ波高電界を印
加したところ、# f t −Lの可視光波に発光ピー
クがある発光が得られた。これは、これまでに実現され
た非単結晶シリコンカーバイドを用いた発光素子の発光
に比べて1桁以上大きい値であり、発光効率の改善がな
されていることが確認された。更に、上記の高周波電界
を連続して長時間印加し、発光特性の安定性と耐久性を
試験したところ、上記の従来例に較べて安定性において
約3倍、耐久性において1.5桁優れていることが結果
として得られた。
As the ITO transparent electrode and the electrode 206, an A pattern electrode was used. The light-emitting device created in this way (when a sump wave high electric field was applied, light emission with an emission peak in the visible light wave of #ft-L was obtained. This value is more than an order of magnitude larger than that of a light-emitting device using When stability and durability were tested, the results showed that the stability was about 3 times better and the durability was 1.5 orders of magnitude better than the conventional example.

又、基体温度を表−1に示す様に変化させた以外は、上
記と同様にしてサンプルNo、2.3の発光素子を作成
し、夫々の特性を測定した結果を表−1に示す。
Further, a light emitting device of sample No. 2.3 was prepared in the same manner as above except that the substrate temperature was changed as shown in Table 1, and the results of measuring the characteristics of each are shown in Table 1.

又、4サンプルの発光素子に就て、寿命を測定したとこ
ろ、従来の発光素子に較べて一桁高い寿命を示し、再現
性の点でも良好で且つ発光特性は寿命測定において常に
安定していた。
Furthermore, when we measured the lifetime of the four samples of light-emitting elements, they showed an order of magnitude longer lifespan than conventional light-emitting elements, good reproducibility, and the luminescence characteristics were always stable during lifetime measurements. .

又、80%RH,40”Cの環境下で連続使用による環
境試験を行ったところ、72時間経過後も初期の素子特
性が維持され、優れた環境特性を有することが確認され
た。
Further, when an environmental test was conducted by continuous use in an environment of 80% RH and 40''C, it was confirmed that the initial device characteristics were maintained even after 72 hours had passed, and that the device had excellent environmental characteristics.

表−1 (効 果〕 上述した様に、本発明の発光素子は、可視波長債城に発
光ピークを有すると共に、充分な発光量を得、発光効率
と再現性を高めることが出来、発光特性の安定性と寿命
を飛翔的に高めることが出来る。
Table 1 (Effects) As described above, the light emitting element of the present invention has a luminescence peak in the visible wavelength range, obtains a sufficient amount of luminescence, improves luminous efficiency and reproducibility, and improves luminescent properties. The stability and lifespan of can be dramatically increased.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図及び第2図は1本発明の発光素子の好適な実施態
様例の層構成を示す模式図、第3図は本発明の発光素子
を作成する為の装置の一例を示す模式図である。
1 and 2 are schematic diagrams showing the layer structure of a preferred embodiment of the light emitting device of the present invention, and FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of an apparatus for producing the light emitting device of the present invention. be.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] シリコン原子と炭素原子と弗素原子を含む非単結晶材料
で構成された発光層と、該発光層を挟持する一対の電気
的絶縁層と、これ等の発光層と絶縁層とを挟持し電気的
に接続された少なくとも一対の電極とを有し、前記発光
層の局在準位密度がミツドギヤツプで5×10^1^6
cm^−^3・eV^−^1以下である事を特徴とする
発光素子。
A light-emitting layer made of a non-single crystal material containing silicon atoms, carbon atoms, and fluorine atoms, a pair of electrically insulating layers sandwiching the light-emitting layer, and a pair of electrically insulating layers sandwiching the light-emitting layer and the insulating layer. at least one pair of electrodes connected to the light emitting layer, and the localized level density of the light emitting layer is 5×10^1^6 at the midgap.
A light-emitting element characterized by having a luminance of cm^-^3・eV^-^1 or less.
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