JPS6269572A - 発光素子 - 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】 〔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。

〔従来の技術〕

従来、発光素子の発光層を構成する材料としては、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。

２９　　（１９７６）、ＰＰ６２０−６２２゜Ｊ、１．
Ｐａｎｋｏｖｅ、Ｄ、Ｅ、Ｃａｒｌｓｏｎ、やＪｐｎ、
Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ。

冬」工（１９８２）ＰＰＬ４７３−Ｌ４７５゜Ｋ、Ｔａ
ｋａｈａｓｈｉ他、に記載されている水素原子を含む非
単結晶シリコン（以後、ｒｎｏｎ−３ｔ：ＨＪと記す）
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、および潜在的特性に優れたものがある可能性
があること等のために注目されている材料の１つである
。

」二記引用文献に記載されたｎｏｎ−３ｔ：Ｈを発光材
料に用いた発光素子の構成は、Ｐ型不純物を含有するＰ
型伝導層（Ｐ層）と、Ｐ型およびＮ型のいずれの不純物
も含有しない層（ノンドープ層）と、Ｎ型不純物を含有
するＮ型伝導層（Ｎ層）とを積層したホモ接合を有する
。

〔解決しようとする問題点〕

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
している。

上記改良案の１つとして、ｎｏｎ−３ｉ：Ｈに炭素原子
を加えて、光学的バンドギャップを拡大し、可視波長領
域の発光を得る試みもなされているが、実用的には未だ
問題を残しており、０、Ａ機器等に使用される光源素子
や表示素子としては、未だ工業化されるには至っていな
い。

〔目　的〕

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。

本発明の別の目的は、可視波長領域に充分な発光量を有
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。

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」−させた発光素子を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の発光素子は発光層と該発光層と重ね合わせられ
た電気的絶縁層と、これ等の発光層と絶縁層とを挾持し
電気的に接続された少なくとも一対の電極とを有し、前
記発光層が、シリコン原子と炭素原子と弗素原子を含む
非単結晶材料から成る第１の層領域と、該層領域と光学
的バンドギャップが異なる第２の層領域とが、これ等を
一単位として周期的に積層された多層構造を有する事を
特徴とする。

〔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」二させることが出来る。

以下、本発明を図面に従って具体的に説明する。

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。

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、電気的絶縁層１０３．発光層１
０４及び該発光層１０４上に設けられた−に部電極１０
５とで構成されている。

絶縁層１０３は１図示の位置ではなく、発光層１０４と
電極１０５との間に設けることも出来る。

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１０５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、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、基板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。

本発明の発光素子は、前記の様に発光層がシリコン原子
（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）も含む非晶質材料（以後、ｒ
ｎｏｎ−５ｉＣ：Ｆ　（Ｈ）と略記する）で構成される
第１の層領域（Ｉ）と、該層領域（Ｉ）とは光学的バン
ドギャップＥｇｏｐｔが異なる第２の層領域（ＴＩ　）
とが、これ等を一単位として周期的に積層された多層構
造を有する。そして、本発明の効果をより一層効果的に
達成する為には、周期構造的に積層される第１の層領域
（Ｉ）と第２の層領域（ＴＩ　）とは、量子力学的サイ
ズ効果が生ずる層厚に、夫々の層厚が選択されて交互に
積層され、所謂超格子構造が構築される。

第２の層領域（ｎ　）の光学的バンドギャップＥｇｏｐ
ｔ（ＴＩ）は、好ましくは第１の層領域（Ｉ）の光学的
バンドギャップＥｇｏｐｔ（Ｉ）よりも大きくなる様に
即ち、第２の層領域（ＩＩ　）がポテンシャルバリア層
の役目を担う様に材料の選釈が成されて層形成される。

本発明の発光素子に於いては、発光層１０４は、真性半
導体特性を示す■型伝導層若しくは、僅かにＮ型又はＰ
型伝導層として形成される。そして、ｎｏｎ−ＳｉＣ：
Ｆ　（Ｈ）で構成される層は、その一般的傾向より所謂
Ｐ型及びＮ型のいずれの不純物も含有しない場合には、
僅かにＮ型傾向を示すので、Ｉ型伝導層とするには、僅
かにＰ型不純物を含有させる。

第２図には、前記第１の層領域（Ｉ）２０１と前記第２
の層領域（ＩＩ）２０２とが夫々適宜所望される層厚で
ｎ周期交互に積層された層構造の例が示される。

第２の層領域（ＴＩ）２０２は、第１の層領域（Ｉ）２
０１よりも、より大きな光学的バンドギャップＥｇｏｐ
ｔを有し、第１の層領域（Ｉ）２０１と第２の層領域（
ＩＩ）２０２との接合部には、ヘテロ接合が形成される
。第２の層領域（ＩＩ）２０２を構成する材料としては
、ｎｏｎ−３ｉＣ：Ｆ（Ｈ）よりも光学的バンドギャッ
プＥｇｏｐｔがより大きい非単結晶性の半導体材料又は
非弔結晶性の電気的絶縁材ネ：］が挙げられる。これ等
の第２の層領域（ＩＩ　）２０２を構成する材料は、第
１の層領域（Ｉ）２０１を構成する材料と化学組成要素
が異なるか或いは化学的組成比が異なるものであるが、
その母体となる構成要素は、共通である方が発光特性の
改善をより効果的に計ることが出来る。

本発明に於いて、超格子構造を導入する為の第１の層領
域（Ｉ）２０１及び第２の層領域（ＩＩ）２０２の夫々
の層厚は、夫々の層領域を構成する材ネ１及び要求され
る素子特性に応じて、適宜所望に従って決定されるが、
敬子サイズ効果が顕著になる様に決められるのが望まし
い。

第１及び第２の層領域の層厚としては、好ましくは、５
久〜１００人、より好適には８人〜８０人、最適には１
０人〜７０人とされるのが望ましい。殊に、キャリアの
ドブロイ波長程度、あるいはキャリアの平均自由行程の
程度とされるのが望ましい。発光層１０４に上記の超格
子構造を導入する場合には、具体的には、例えば第１の
層領域（Ｉ）２０１として、Ｐ型及びＮ型のいずれの不
純物も含有してない所謂ノンドープのｎｏｎ−ＳｉＣ：
Ｆ（Ｈ）層、またはＰ型不純物を僅か含有されて真性半
導体とされた１型のｎｏｎ−ＳｉＣ：Ｆ（Ｈ）層、第２
の層領域（ＴＩ）２０２としては、必要に応じて水素原
子（Ｈ）又は弗素原子（Ｆ）を含み、シリコン原子（Ｓ
　ｉ）と窒素原子（Ｎ）とを含む半導体性のまたは電気
的絶縁性の非単結晶材料（以後、ｒｎｏｎ−３ｉＮ（Ｈ
，Ｆ）Ｊと略記する）、または、必要に応じて水素原子
（Ｈ）又は弗素原子（Ｆ）を含み、シリコン原子（Ｓｉ
′）と酸素原子（０）とを含む半導体性のまたは電気的
絶縁性の非単結晶材料（以後、ｒｎ。

ｎ−３ｉＯ（Ｈ、Ｆ）　Ｊと略記する）或いはｎｏｎ−
５ｔ：Ｈで夫々構成される。

これ等の材料から成る第１の層領域（Ｉ）２０１及び第
２の層領域（ＩＩ）２０２は、夫々の層厚を以って、好
ましくは、十数周期乃至数十周期交互に積層される。

第１の層領域（１）中に含有される弗素原子（Ｆ）は、
シリコン原子と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、＃熱性及び素子の発光特性とその
安定性を左右する重要因子であって、本発明においては
、弗素原子（Ｆ）の含有量は好適にはシリコン原子と炭
素原子の和に対して５原子ＰＰＭ〜２５原子％、より好
適には１０原子ＰＰＭ〜２０原子％、最適には５０原子
ＰＰＭ−１５原子％である。

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
コン原子と炭素原子と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。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。　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、発光層を形成
する為の原本：１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。

第１の層領域（Ｉ）２０１は、ｎｏｎ−３ｉＣ：　Ｆ　
（Ｈ）で構成されるものであるが、好ましくは所謂真性
（■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。ｎｏｎ−３ｔＣ：　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、第１の層
領域（Ｉ）２０１を１型伝・９４１１竹とするには、僅
かにＰ型不純物を含イＪさせる。

第１の層領域（Ｉ）２０１は、発光層Ｐ１は僅かに低ド
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。

第１の層領域（Ｉ）２０１をＩ型伝導特＋Ｉとするには
、層形成する際にＰ型伝導特性をり、えるＰ型不純物を
含有させるか或いは既にｎｏｎ−３ｉＣ：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
ションが、等の手段で注入してやれば良い。

Ｐ型不純物としては、所謂周期律表第ｍ族に属する原子
（第■族原子）、即ちＢ（硼素）。

Ａｎ（アルミニウム）、Ｇａ、（ガリウム）。

Ｉｎ（インジウｚ、）、１文（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。

電気的絶縁層１０３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グーえないもので、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。

絶縁層１０３は、基体１０１側より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を構成する材１１１として、本発明において
、好適に使用されるのは具体的にはＹ２Ｏ３、Ｓ　ｉ０
２　、非晶質の醇化シリコン（ａ−３１ｘｏ１−ｘ但し
、０＜ｘ＜１）、ＨｆＯ２，Ｓ＋３Ｎ４．非晶質の窒化
シリコン（ａ−３１ＹＮ１−Ｙ但し、ｏ＜ｙ＜１）、Ａ
す２０３　、ＰｂＴｉＯ３，非晶質のＢａＴｉＯ２，Ｔ
ａ２’ｓ等を挙げることが出来る。

第３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。

第３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。

第３図に示す発光素子は、ガラス等の透明な基体３０１
上に、順に透明電極３０２．絶縁層３０３、発光層３０
４．金属電極３０５が積層された層構造を有し、電極３
０２及び金属電極３０５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３０６の接続端子が
電気的に接続されている。

第３図に示す発光素子の場合、高周波電源３０６によっ
て高周波電界が印加されると、発光層３０４より発光が
起こり、発光した光は絶縁層３０３、透明電極３０２、
基体３０１を透過して外部へ放出される。

このときの発光の過程は、以Ｆの様に考えられる。すな
わち、絶縁層２０３と発光層２０４との界面に形成され
る界面準位に捕えられていた電子−正孔対が、電界によ
って加速され、衝突して発光再結合する過程と、金属電
極２０５と発光層２０４との界面に生じるショットキー
障壁を通して高いエネルギーの電子が注入される過程と
が励起高周波高電界の半サイクルごとに繰り返される。

この２つの過程によってエレクトロルミネッセンス発光
が生じる。

本発明の発光素子は、可視域の発光波長をイする為に、
第１の層領域（Ｉ）の光学的バンドキャップＥｇｏｐｔ
は、２　、ＯｅＶ以上とされるのがψましい。

又、第１の層領域（Ｉ）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　１０１６ｃｍ−３争ｅ　Ｖ−１以下、より好適には
ｌ　Ｘ　Ｉ　Ｏ１６ｃｍ−３＊　ｅ　Ｖ−１以下とされ
るのが望ましい。

この様に、第１の層領域（Ｉ）の物性値を制御すること
によって、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。

また、第１の層領域（Ｉ）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。

卜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
。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
、適宜所望の条ヂ１．に設定して、例えばＨＯＭＯＣＶ
Ｄ法、プラズマＣＶＤ法等によって成されても良い。

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、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。

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。

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。

導電性基体としては、ＮｉＣｒ、ステンレス、　Ａ　Ｌ
；Ｌ、　Ｃｒ　、　Ｍ　ｏ　、　Ａ　ｕ　、　Ｎ　ｂ　
、　Ｔ　ａ　。

Ｖ、Ｔｉ等を挙げることが出来る。

電気絶縁性基体としては、ポリエステル、ポリエチレン
、ポリカーポネイＩ・、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。

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。

例えば、ガラスであれば、その表面に、ＮｉＣｒ　、Ａ
Ｍ　、Ｃｒ　、Ｍｏ、Ａｕ、Ｉ　ｒ　、Ｎｂ　。

Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｎ２Ｏ３゜５ｎ０２　
、　ＩＴＯ（Ｉｎ２０３＋５ｎ０２）等から成る薄膜を
設ける事によって導電性がイ１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であれば、ＮｉＣｒ
、Ａｕ、Ａｇ。

Ｐｂ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ａｕ、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。

本発明の発光素子の作成方法の具体例を第４図に示す光
ＣＶＤ装置を用いて以下に説明する。以下に説明される
作成手段及び作成条件は、好適な例を示すもので、本発
明を限定するものでないことは云うまでもない。

第３図中、ｌは堆積室であり、内部の基体支持台２」二
に所望の基体３が載置される。

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
光を肖るためには、３５０℃以下であることが望ましい
。

６〜９は、ガス供給源であり、通常状態で液状の原料物
質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、使用する原料物
質の種類の数、希釈ガス等を使用する場合においては、
該島状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。図中、ガス供給源６〜９の符号に、ａを
付したのは分岐管、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を伺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。

各ガス供給源から供給されるガス状の原料物質等は、ガ
ス導入管１０の途中で混合され、図示しない換気装置に
付勢されて、室ｌ内に導入される。又は、各ガス供給源
から交互に室１内に導入される。１１は、室１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Ｓれている。

１３はレギュレータφバルブである。原料ガス等を導入
する前に、室１内を排気し、減圧状態とする場合、室内
の圧力は、好ましくは５×１Ｏ−５Ｔｏｒｒ以下、より
好ましくはｌ×１Ｏ−６Ｔｏｒｒ以下とされるのが望ま
しい。

また、原料物質のガス等を導入した状態において、室１
内の圧力は、好ましくはｌＸｌ０−２〜１００Ｔｏｒｒ
、より好ましくは５×ｌＯ″２〜１０Ｔｏ　ｒ　ｒとさ
れるのが望ましい。

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、炭酸ガスレーサ、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。

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物質のガス等に照射され
る。

発光素子の作成例として具体的には、まず、基体として
、ガラス基体（ＣＳ２０５９）　ヲ用いて、その上に導
電性層として６００人厚のＩＴＯ層をスパッタリングに
より形成する。膜の抵抗値としては約５０Ω／口とする
。次に」−記導電性基体３を、第４図に示す様な光ＣＶ
Ｄ装置の基体ホルダー２に設置し、まずポンプ１２で真
空に排気する。真空度が約ｔ　ｘ　ｉ　ｏ　−ｅ以下に
なったところで、基体ホルダー２の温度を上げ、基体温
度を所望に従って設定する。

本発明においては、基体温度としては、好適には一２０
℃〜３５０℃、より好適にはθ℃〜３００°Ｃとされる
のが望ましい。

次に、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ６、ｃ３ＨＢ　、ｃ４Ｉ（１０，
Ｃ２Ｈ４，Ｃ３Ｈ６，Ｃ４Ｈ８，Ｃ２Ｈ２，ＣＨ３Ｃ１
Ｈ，（ＣＨ３）２ＳｉＨ２゜（ＣＨ３）３ＳＩＨ等の炭
素化合物のガス、５１２Ｆ６．ＳｉＨ２Ｆ２．ＳｉＦ４
等の弗素化シランガス及び必要に応じてＳｉＨ４゜Ｓ　
Ｉ　２Ｈｅ　、　Ｓ　Ｉ　３ＨＢ等のシラン系ガス、Ｎ
２．ＮＨ３，Ｈ２ＮＮＨ２，ＨＮ３．ＮＨ４Ｎ３等の窒
素系のガス、及び必要に応じて不純物導入用のガス（Ｂ
２Ｈ６、ＢＦ３　、ＰＨ３。

Ｐ２Ｈ４、ＰＦ３等）を６．７，８．９のボンベ、６ｂ
〜９ｂのフローメーターを用いて堆積室ｌに流入する。

この際Ｈ２，Ａｒ、Ｈｅなどのガスを同時に流入しても
よい。

次に、堆積室１」二部より低圧水銀灯を用いて１８５ｎ
ｍ（７）光を基体」−テ約５〜５０ｍＷ／Ｃｍ　２の強
度で照射し、層を堆積する。

Ｐ型、Ｎ型の伝導性の第１の層領域を形成するためには
、前記弗素化シラン系のガスと及び炭素系のガスと同時
にＰ型の場合にはＢ２Ｈ６等のガスをＨ２，Ａｒなとの
ガスと混合して濃度を調整して反応槽に流入する。又、
Ｎ型の場合にはＰＨ３、Ａ　ｓＨ３等のガスをＨ２，Ａ
ｒのガスと混合して堆積室ｌに流入する。ガスの流入の
後、圧力を調整し、ガスに光を照射して分解し層を堆積
する。

超格子構造を形成する為に、実際に極薄層を交互に積層
するには、各薄層を形成する為の原料ガスを、その都度
変える必要がある。即ち、異なる薄層の形成の度毎に原
料ガスの堆積室ｌへの導入を止め、排気装置により適当
な真空度まで排気して、オートドーピングを防ぐ様にす
る。又、各層の層厚を所望通りに制御する為にシャッタ
ー１７を開閉動作させることにより励起光の照射を断続
的に行う。

前記の発光素子の発光層を構成する各層の光学的バンド
ギャップは吸収係数αを測定し、ｊαｈνとｈνの関係
より、局在準位密度はＦＥ法より、また量子効率はダイ
オードの発光特性（温度依存性力）より求めることが出
来る。

発光層の厚さは５００人〜３０００人程度とすることが
望ましい。

そして最後にアルミニウム、金などを蒸着して金属電極
を形成する。

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。

５ｃｏｔ　ｔ　、Ｒ，Ｍ、Ｐｌｅｃｅｎｉｃｋ。

ａｎｄ　　Ｅ、Ｅ、Ｓｉｍｏｎｙｉ、Ａｐｐｌ。

Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、、ｖｏｌ、３９　（１９８１）ｐ
、７３）。

本発明の第１の層領域（Ｉ）として用いるｎｃｎ−５ｉ
Ｃ：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、局在準位密度の低い膜
を作ることができる。

〔実施例１〕 上記した第４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３図に示す構造の発
光素子を作成し、電源３０６によりパルス状の高周波高
電界を印加して、特性試験を行った。

絶縁層３０３としては３０００人厚のＹ２Ｏ３薄膜を用
い、発光層は、第１の層領域（Ｉ）をＣ３Ｈ８／Ｓ　Ｉ
　２Ｈ６＝　ｌ／ｌｏ　。

Ｓ　ｉ　２　Ｆ　６　／　Ｓ　ｉ　２　Ｈ６＝　１　／
　１の流量比で、総流量１２０３ＣＣＭとして、基体温
度５０℃で成膜を行い、第２の層領域（ＩＴ　）を、Ｎ
Ｈ３／　Ｓ　ｉ　２　Ｈｅ　＝　１　／　１の流量比で
、総流量９０ＳＣＣＭで基体温度５０℃で成ｎりを行っ
た。

この動作を２５回連続的に行って２５周期のｎｏｎ−３
ｉＣ：Ｆ：Ｈ／ｎｏｎ−３ｉＮ：Ｈから成る超格子構造
を有する発光層を作成した。この際、第１の層領域（Ｉ
）と第２の層領域（ＩＩ　）の夫々の層厚は４０Ｊ１と
した。電極３０２としては、ＩＴＯ透明電極、電極３０
６としてはＡｌ電極を用いた。この様にして作成した発
光素子に１００ＶＩＫＨｚのパルス状高周波高電界を印
加したところ、６０ｆｔ−Ｌの可視光域に発光ピークが
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を用い
た発光素子の発光に比べて１．６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判った。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５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。

〔実施例２〕 実施例１に於いて、第２の層領域（ＩＩ　）の形成の際
にはＮＨ３／　（Ｓ　ｉ　２ＦＢ＋Ｓ　ｉ　２Ｈ６）＝
１／１．５１２Ｆ６／５ｉ２Ｈｅ＝１／２の流量比で、
総流量１１００３ＣＣとし、第１の層領域（Ｉ）と第２
の層領域（ＩＩ　）の周期的積層を３０周期とした以外
は、実施例１と同様の手順と条件で作成した試料に就い
て実施例１と同様の特性評価を行ったところ、６４ｆｔ
−Ｌの発色発光を得た。

この試料に別に長時間連続繰返し使用のテストを行った
ところ極めて安定した発光特性を示した。

〔効　果〕

上述した様に、本発明の発光素子は、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
を飛躍的に高めることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は夫々、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４図は本発明の発光
素子を作成する為の装置の−例を示す模式図である。 １０１−−−−−−−−−一−−基体、１０２．１０６
−−−−電極、 １０３．３０３−−−一電気絶縁層、 １０４．３０４−−−一発光層、 ３０１−−−−−−−−−−−−ガラス基板。 ３０２−−−−−−−−−−−一透明電極、３０３−−
−−−−−−−−−一絶縁層、３０５−−−−−−−−
−−ｍ−金属電極。 會 ｈビ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）発光層及び該発光層と重ね合わせられた電気的絶
   縁層と、これ等の発光層と絶縁層とを挾持し電気的に接
   続された少なくとも一対の電極とを有し、前記発光層が
   、シリコン原子と炭素原子と弗素原子を含む非単結晶材
   料から成る第１の層領域と、該層領域と光学的バンドギ
   ャップが異なる第２の層領域とが、これ等を一単位とし
   て周期的に積層された多層構造を有する事を特徴とする
   発光素子。
2. （２）前記第１の層領域の光学的バンドギャップが２．
   ０ｅＶ以上である特許請求の範囲第１項に記載の発光素
   子。
3. （３）前記第１の層領域の局在準位密度がミツドギャッ
   プで５×１０＾１＾６ｃｍ＾−＾３．ｅＶ＾−＾１以下
   である特許請求の範囲第１項に記載の発光素子。