JPH02109378A - 発光素子の製造方法 - Google Patents
発光素子の製造方法Info
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- JPH02109378A JPH02109378A JP63262240A JP26224088A JPH02109378A JP H02109378 A JPH02109378 A JP H02109378A JP 63262240 A JP63262240 A JP 63262240A JP 26224088 A JP26224088 A JP 26224088A JP H02109378 A JPH02109378 A JP H02109378A
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Landscapes
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- Led Devices (AREA)
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】
Ａ、産業上の利用分野
本発明はアモルファス半導体よりなる発光素子の製造方
法に関するしのである。
法に関するしのである。
Ｂ１発明の概要
本発明は、発光層の両面に夫々正孔注入層及び電子注入
層を積層してなる発光素子を製造する方法において、 スパッタ法により得られたアモルファス炭素系膜を発光
層として用い、プラズマＣＶＤ法により得られたアモル
ファス炭化ケイ素膜を正孔及び電子の各注入層として用
いることによって、発光層の発光特性が裏孔であり、し
かもこの特性を十分用出仕るようにしたものである。
層を積層してなる発光素子を製造する方法において、 スパッタ法により得られたアモルファス炭素系膜を発光
層として用い、プラズマＣＶＤ法により得られたアモル
ファス炭化ケイ素膜を正孔及び電子の各注入層として用
いることによって、発光層の発光特性が裏孔であり、し
かもこの特性を十分用出仕るようにしたものである。
Ｃ９従来の技術
従来、発光材料としては、発光ダイオードの材料である
Ｇ ａ Ａ ｓ 、 Ｇ ａ Ａ ｓ Ｐ 、 Ｇ ａ
Ｐ 。
Ｇ ａ Ａ ｓ 、 Ｇ ａ Ａ ｓ Ｐ 、 Ｇ ａ
Ｐ 。
ＧａＡＮＡｓ、Ｚｎ５ｅｘＴｅ＋−ｘ、Ｚｎｘ８（、’
ｄ＝ｘＴｅ、ＣｄＴｅなどがある。
ｄ＝ｘＴｅ、ＣｄＴｅなどがある。
Ｂ１発明が解決しようとする課題
しかしながら、このような従来の発光材料にあっては、
例えば、Ｇ ａ、 Ｐではビーク波長（発光エネルギー
がピークとなる波長）が６９８ ｎｍ、光学的エネルギ
ーギャップが１．７６ｅＶというように、ピーク波長、
光学的エネルギーギャップは、その発光材料に固（１の
ものである。このため発光素材としての発光特性を変え
たいときは、所要の特性を（ｉする発光材料を選択する
ことか必要となり、ともすると所要のピーク波長９光学
的エネルギーギヤツプに由来する特性を得られない場合
が生ずる問題点かあった。
例えば、Ｇ ａ、 Ｐではビーク波長（発光エネルギー
がピークとなる波長）が６９８ ｎｍ、光学的エネルギ
ーギャップが１．７６ｅＶというように、ピーク波長、
光学的エネルギーギャップは、その発光材料に固（１の
ものである。このため発光素材としての発光特性を変え
たいときは、所要の特性を（ｉする発光材料を選択する
ことか必要となり、ともすると所要のピーク波長９光学
的エネルギーギヤツプに由来する特性を得られない場合
が生ずる問題点かあった。
こうしたことからスパッタ法を利用してアモルファス炭
素系物質を生成し、これを発光材料に適用することが検
討されている。具体的にはこのアモルファス炭素系物質
は、真空容器内で、基板温度を例えば２５０℃以下に保
ち、且つグラファイトをターゲットとして用いると共に
、例えば１３３．３ｍＰ ａ〜５ Ｘ Ｉ ３３．３
Ｐ ａの水素ガス存在下で高周波電圧または直流電圧を
印加してスパッタを行うことにより生成される。
素系物質を生成し、これを発光材料に適用することが検
討されている。具体的にはこのアモルファス炭素系物質
は、真空容器内で、基板温度を例えば２５０℃以下に保
ち、且つグラファイトをターゲットとして用いると共に
、例えば１３３．３ｍＰ ａ〜５ Ｘ Ｉ ３３．３
Ｐ ａの水素ガス存在下で高周波電圧または直流電圧を
印加してスパッタを行うことにより生成される。
このような物質よりなる発光材料は、大きな光学的エネ
ルギーギャップを有する（耐熱的には２５０℃までその
ギャップはほとんど変化しない）と共に任意の光学的エ
ネルギーギャップ及び発光特性を、スパッタ条件のコン
トロールにより得られるため、所望に応じた材料が容易
に得られるという利点がある。この発光材料よりなる膜
は光学的エネルギーギャップ（Ｅｇｏ）の大小により強
力なフォトルミネッセンス（ＰＬ）が観察される。
ルギーギャップを有する（耐熱的には２５０℃までその
ギャップはほとんど変化しない）と共に任意の光学的エ
ネルギーギャップ及び発光特性を、スパッタ条件のコン
トロールにより得られるため、所望に応じた材料が容易
に得られるという利点がある。この発光材料よりなる膜
は光学的エネルギーギャップ（Ｅｇｏ）の大小により強
力なフォトルミネッセンス（ＰＬ）が観察される。
第４図にＥｇｏとＰＬのピーク値との関係を示す。
特にＥｇｏが３ｅＶ程度の膜は青白発光することからア
モルファスの特性を生かした大面積の青色発光パネルを
実現させる可能性がある。更に種々の■εｇｏを選択す
ることにより赤から青までの色をチューナプルに出す発
光素子を作ることらできる。またＥｇｏの大小によるＰ
Ｌ強度についても室温観察で非常に強い発光を示し、大
画面を有するフラットパネルデイスプレィへと応用を広
げることのできる発光素子材料（Ｒ，Ｇ、Ｂ三元色を作
るしの）として有望なものである。
モルファスの特性を生かした大面積の青色発光パネルを
実現させる可能性がある。更に種々の■εｇｏを選択す
ることにより赤から青までの色をチューナプルに出す発
光素子を作ることらできる。またＥｇｏの大小によるＰ
Ｌ強度についても室温観察で非常に強い発光を示し、大
画面を有するフラットパネルデイスプレィへと応用を広
げることのできる発光素子材料（Ｒ，Ｇ、Ｂ三元色を作
るしの）として有望なものである。
ところでこのような物質よりなる膜を発光層としたＬＥ
Ｄ（１、ｉｇｈＬ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）を
作る場合、電子と正孔を発光層に注入する注入層が必要
であり、この注入層としては、！ト導体化したｐ型、ｎ
型の」二足のアモルファス炭素系物質を用いることが最
良である。しかしながらこの物質を注入層として用いる
場合、目標特性であるＥ ｇＱ ＞ ２ ｅＶ 。
Ｄ（１、ｉｇｈＬ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）を
作る場合、電子と正孔を発光層に注入する注入層が必要
であり、この注入層としては、！ト導体化したｐ型、ｎ
型の」二足のアモルファス炭素系物質を用いることが最
良である。しかしながらこの物質を注入層として用いる
場合、目標特性であるＥ ｇＱ ＞ ２ ｅＶ 。
ρ（抵抗率）＜１０”Ω”ｃｍを（１′するｐ型、ｎ型
膜を作ることが非常に難しく、この問題点が−１−記の
アモルファス炭素系物質の発光素−ｒへの適用を妨げて
いる。
膜を作ることが非常に難しく、この問題点が−１−記の
アモルファス炭素系物質の発光素−ｒへの適用を妨げて
いる。
本発明の目的は、スパッタ法を利用して得たアモルファ
ス炭素系物質の特性を十分に引出すことのできる発光素
子を製造する方法を提供することにある。
ス炭素系物質の特性を十分に引出すことのできる発光素
子を製造する方法を提供することにある。
Ｅ０課題を解決するための手段
本発明は、発光層の両面に夫々正孔注入層及び電子注入
層を積層してなる発光素子を製造する方法ｌこおいて、 炭化水素ガスと水素化ケイ素ガスとｐ型不純物ガスとを
含む低圧の反応ガスを真空容器内でグロー放電させて分
解ガスを重合させるプラズマ化学的蒸着法を行い、これ
によりｐ型のアモルファス炭化ケイ１ｇ模によりなる正
孔性入局を生成する工程と、 ヘリウムガスの濃度が３〜９０容量％でありかつ混合ガ
ス圧力が３〜６６５Ｐλである水素ガスとヘリウムガス
との混合ガスを導入した真空容器内に電圧を印加して固
体炭素系物質よりなるターゲットに水素ガスとヘリウム
ガスとのエネルギー粒子を衝突させるスパッタ法を行い
、これによりアモルファス炭素系膜よりなる発光層を生
成する１程と、 炭化水素ガスと水素化ケイ素ガスとｎ型不純物ガスとを
含む低圧の反応ガスを真空容器内でグロー放電させて分
解ガスを重合させるプラズマ化学的蒸着法を行い、これ
によりｎ型のアモルファス炭化ケイ素膜よりなる電子注
入層を生成する工程とからなることを特徴とする。
層を積層してなる発光素子を製造する方法ｌこおいて、 炭化水素ガスと水素化ケイ素ガスとｐ型不純物ガスとを
含む低圧の反応ガスを真空容器内でグロー放電させて分
解ガスを重合させるプラズマ化学的蒸着法を行い、これ
によりｐ型のアモルファス炭化ケイ１ｇ模によりなる正
孔性入局を生成する工程と、 ヘリウムガスの濃度が３〜９０容量％でありかつ混合ガ
ス圧力が３〜６６５Ｐλである水素ガスとヘリウムガス
との混合ガスを導入した真空容器内に電圧を印加して固
体炭素系物質よりなるターゲットに水素ガスとヘリウム
ガスとのエネルギー粒子を衝突させるスパッタ法を行い
、これによりアモルファス炭素系膜よりなる発光層を生
成する１程と、 炭化水素ガスと水素化ケイ素ガスとｎ型不純物ガスとを
含む低圧の反応ガスを真空容器内でグロー放電させて分
解ガスを重合させるプラズマ化学的蒸着法を行い、これ
によりｎ型のアモルファス炭化ケイ素膜よりなる電子注
入層を生成する工程とからなることを特徴とする。
ここで発光層を生成する工程は、窒素ガスの濃度が０，
１〜２０容量％でありかつ混合ガス圧力が６〜６６５Ｐ
ａである水素ガスと窒素ガスとの混合ガスを導入した真
空容器内に電圧を印加して固体炭素系物質よりなるター
ゲットに水素ガスと窒素ガスとのエネルギー粒子を衝突
させるスパッタ法を行うようにしてもよいし、あるいは
、ヘリウムガスの濃度及び窒素ガスの濃度が夫々３〜８
０容１１％及び０．１〜２０容量％でありかつ混合ガス
圧力が６〜６６５Ｐａである水素ガスとヘリウムガスと
窒素ガスとの混合ガスを導入した真空容器内に電圧を印
加して固体炭素系物質よりなるターゲットに水素ガスと
ヘリウムガスと窒素ガスとのエネルギー粒子を衝突させ
るスパッタ法を行うようにしてらよい。
１〜２０容量％でありかつ混合ガス圧力が６〜６６５Ｐ
ａである水素ガスと窒素ガスとの混合ガスを導入した真
空容器内に電圧を印加して固体炭素系物質よりなるター
ゲットに水素ガスと窒素ガスとのエネルギー粒子を衝突
させるスパッタ法を行うようにしてもよいし、あるいは
、ヘリウムガスの濃度及び窒素ガスの濃度が夫々３〜８
０容１１％及び０．１〜２０容量％でありかつ混合ガス
圧力が６〜６６５Ｐａである水素ガスとヘリウムガスと
窒素ガスとの混合ガスを導入した真空容器内に電圧を印
加して固体炭素系物質よりなるターゲットに水素ガスと
ヘリウムガスと窒素ガスとのエネルギー粒子を衝突させ
るスパッタ法を行うようにしてらよい。
Ｆ、実施例
第１図は本発明方法により製造した発光素子の実施例を
示す構成図である。第１図中１は例えば６３ｃｍ’程度
の面積をもつガラス基板、２は酸化錫よりなる透明電極
、３はＢ３°をドーパントした３０ｒｉｍ程度の厚さの
ｐ型のアモルファス炭化ケイ素膜（以下「ａ−８ｉＣＷ
Ｘ」という。）よりなる正孔注入層、４は３００ ｎｍ
の厚さのアモルファス炭素系膜（以下ｒ ａ −Ｃ：
Ｈ膜」という。）よりなる発光層、５はＰ６゛をドーパ
ントした５０ｎｍ程度の厚さのｎ型のａ−８ｉＣ膜より
なる電子注入層、６はアルミニウム咀極である。
示す構成図である。第１図中１は例えば６３ｃｍ’程度
の面積をもつガラス基板、２は酸化錫よりなる透明電極
、３はＢ３°をドーパントした３０ｒｉｍ程度の厚さの
ｐ型のアモルファス炭化ケイ素膜（以下「ａ−８ｉＣＷ
Ｘ」という。）よりなる正孔注入層、４は３００ ｎｍ
の厚さのアモルファス炭素系膜（以下ｒ ａ −Ｃ：
Ｈ膜」という。）よりなる発光層、５はＰ６゛をドーパ
ントした５０ｎｍ程度の厚さのｎ型のａ−８ｉＣ膜より
なる電子注入層、６はアルミニウム咀極である。
次に上記の発光素子の製造方法について第２図を参照し
ながら説明する。同図中７は真空容器であり、連続する
３つの真空室７．〜７３に区画されている。先ずＣＨ４
，５ｊ１−１を及びＢ 、 Ｈ８の混合ガスをＨ，ガス
により約３０倍に希釈した反応ガスを第１の真空室７．
に導入すると共にこのガスに高周波電源ＥＩにより高周
波電圧を印加し、グロー放電によって生成する分解ガス
を電極が形成された基板８上にて重合させ、以ってｐ型
のａ −５ｉＣ膜を得る。即ち、このλ−５ｉＣ模はプ
ラズマＣＶ Ｄ （Ｃｈｅｎｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄ
ｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により生成されたしのである。
ながら説明する。同図中７は真空容器であり、連続する
３つの真空室７．〜７３に区画されている。先ずＣＨ４
，５ｊ１−１を及びＢ 、 Ｈ８の混合ガスをＨ，ガス
により約３０倍に希釈した反応ガスを第１の真空室７．
に導入すると共にこのガスに高周波電源ＥＩにより高周
波電圧を印加し、グロー放電によって生成する分解ガス
を電極が形成された基板８上にて重合させ、以ってｐ型
のａ −５ｉＣ膜を得る。即ち、このλ−５ｉＣ模はプ
ラズマＣＶ Ｄ （Ｃｈｅｎｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄ
ｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により生成されたしのである。
続いて真空状態を破ることなくａ−ＳｉＣ膜を形成した
基板８を第２の真空室７．に移し、この中にＨ，ガスと
Ｈｅガスとを導入すると共に高周波電油Ｅ、により高周
波電圧を印加して、カソードににに置かれた固定炭素系
物質例えばグラファイトよりなるターゲットＴにｌ（、
ガスとＨｅガスとのエネルギー粒子を衝突させるスパッ
タ法を行い、これによりａ−Ｃ：■膜を］１１」記ニー
ＳｉＣ膜上に積層生成する。しかる後に真空状態を破る
ことなくこれらの膜を形成した基板８を第３の真空室７
３に移し、Ｂ、Ｈ＠ガスの代わりにＰｌｌ、ガスを用い
た他は第１の真空室７１にて適用した方法と同様にして
ｎ型のａ−５ｉＣ膜を得、その後このａ−ＳｉＣＩＦＸ
上に電極膜を形成することによってｐ−１−ｎ型の発光
素子が得られる。なお第２図中９．〜９．は磁気シール
により回転可能に設けられたセスセブタ、Ａはγノード
、１０．ＩＩ、１２はヒータ、Ｅ１〜Ｅ。
基板８を第２の真空室７．に移し、この中にＨ，ガスと
Ｈｅガスとを導入すると共に高周波電油Ｅ、により高周
波電圧を印加して、カソードににに置かれた固定炭素系
物質例えばグラファイトよりなるターゲットＴにｌ（、
ガスとＨｅガスとのエネルギー粒子を衝突させるスパッ
タ法を行い、これによりａ−Ｃ：■膜を］１１」記ニー
ＳｉＣ膜上に積層生成する。しかる後に真空状態を破る
ことなくこれらの膜を形成した基板８を第３の真空室７
３に移し、Ｂ、Ｈ＠ガスの代わりにＰｌｌ、ガスを用い
た他は第１の真空室７１にて適用した方法と同様にして
ｎ型のａ−５ｉＣ膜を得、その後このａ−ＳｉＣＩＦＸ
上に電極膜を形成することによってｐ−１−ｎ型の発光
素子が得られる。なお第２図中９．〜９．は磁気シール
により回転可能に設けられたセスセブタ、Ａはγノード
、１０．ＩＩ、１２はヒータ、Ｅ１〜Ｅ。
は高周波電油である。
ここで第２図に示す装置を用いて発光素子を製造する場
合の製造条件の３つの例（試料１〜３）を以下に挙げる
。
合の製造条件の３つの例（試料１〜３）を以下に挙げる
。
（１）試料１について
■ 正孔注入層
真空容器内ガス圧力 ６６．７Ｐａ（０，５Ｔｏｒｒ
）基板温度 ２００℃ ＣＩＩＪス：５ｉ１１．ｆλ ｌ：
１Ｂ 、 ＨＩ ｆス；（ＣＩＬｆｉス＋５ｉＨＪス）
３：１００Ｏ高周波電源電力 ２ＱＷ （入力電極面積に対し０．２５ｆ／ｃｍ’）■ 発光層 真空容器内混合ガス （＋１．ＬＡ月（ｅｉス）圧力 混合ガス中のＩｌｅガス濃度 基板温度 高周波電源電力 ターゲットの径 Ｏ電子注入層 真空容器内ガス圧力 基板温度 ＣＩＬｌｊス：５ｉＨＪス １００Ｐａ（０，７５Ｔｏｒｒ） ５０容ｂｋ％ ７０℃ ００Ｗ ５ｍ ｍ ６６．７Ｐａ（０，５Ｔｏｒｒ） ２００℃ １：１ ＰＩＩＪス：（ＣｔｌＪ人弓ｉ ｔｌ −’Ｊｌス）
５．８：１０００高周波電源電力 ２Ｑ
Ｗ （人力電極面積に対し０．２５１１／ｃｍ”）（２）試
料２について ■ 正孔注入層及び電子注入層 試料Ｉと同じ条件で製造した ■ 発光層 真空容器内混合ガス圧力を４０Ｐａ（０，３Ｔｏｒｒ）
とした他は試料Ｉと同じ条件で製造した（３）試料３に
ついて ■ 正孔注入層及び電子注入層 試料Ｉと同じ条件で製造した ■ 発光層 真空容器内混合ガス圧力を１３．ＩＰａ（Ｑ、ＩＴｏｒ
ｒ）とした他は試料Ｉと同じ条件で製造した。
）基板温度 ２００℃ ＣＩＩＪス：５ｉ１１．ｆλ ｌ：
１Ｂ 、 ＨＩ ｆス；（ＣＩＬｆｉス＋５ｉＨＪス）
３：１００Ｏ高周波電源電力 ２ＱＷ （入力電極面積に対し０．２５ｆ／ｃｍ’）■ 発光層 真空容器内混合ガス （＋１．ＬＡ月（ｅｉス）圧力 混合ガス中のＩｌｅガス濃度 基板温度 高周波電源電力 ターゲットの径 Ｏ電子注入層 真空容器内ガス圧力 基板温度 ＣＩＬｌｊス：５ｉＨＪス １００Ｐａ（０，７５Ｔｏｒｒ） ５０容ｂｋ％ ７０℃ ００Ｗ ５ｍ ｍ ６６．７Ｐａ（０，５Ｔｏｒｒ） ２００℃ １：１ ＰＩＩＪス：（ＣｔｌＪ人弓ｉ ｔｌ −’Ｊｌス）
５．８：１０００高周波電源電力 ２Ｑ
Ｗ （人力電極面積に対し０．２５１１／ｃｍ”）（２）試
料２について ■ 正孔注入層及び電子注入層 試料Ｉと同じ条件で製造した ■ 発光層 真空容器内混合ガス圧力を４０Ｐａ（０，３Ｔｏｒｒ）
とした他は試料Ｉと同じ条件で製造した（３）試料３に
ついて ■ 正孔注入層及び電子注入層 試料Ｉと同じ条件で製造した ■ 発光層 真空容器内混合ガス圧力を１３．ＩＰａ（Ｑ、ＩＴｏｒ
ｒ）とした他は試料Ｉと同じ条件で製造した。
以−ヒの各試料１〜３についてＥＬビーク波長とＥｌ、
強度との関係を調べたところ第３図に示す関係が得られ
た。第３図中実線■〜■のグラフは夫々試料１〜３に対
応する。また各試料１〜３についてＥｇｏとＰＬピーク
波長との関係を調べたところ第４図に示す関係が得られ
た。いずれの試料１〜３も目視で十分観察できる発光を
示し、十分な発光特性を有していることが判った。試験
に用いた順方向バイアス電圧は５Ｖであり、電流密度は
２００ ｍＡ／ ｃ ｍ’であった。以上の実施例では
、ａ −Ｓ ｉ Ｃ膜としてＥｏが２．ＯｅＶ、ｐが１
０’Ω・ａｍのものを用いたが、Ｅｏが２、ＯａＶより
も大きく、ρが１０”Ω・ｃｍよりも小さいものを用い
れば発光特性は更に良くなる。
強度との関係を調べたところ第３図に示す関係が得られ
た。第３図中実線■〜■のグラフは夫々試料１〜３に対
応する。また各試料１〜３についてＥｇｏとＰＬピーク
波長との関係を調べたところ第４図に示す関係が得られ
た。いずれの試料１〜３も目視で十分観察できる発光を
示し、十分な発光特性を有していることが判った。試験
に用いた順方向バイアス電圧は５Ｖであり、電流密度は
２００ ｍＡ／ ｃ ｍ’であった。以上の実施例では
、ａ −Ｓ ｉ Ｃ膜としてＥｏが２．ＯｅＶ、ｐが１
０’Ω・ａｍのものを用いたが、Ｅｏが２、ＯａＶより
も大きく、ρが１０”Ω・ｃｍよりも小さいものを用い
れば発光特性は更に良くなる。
また基板温度についてはａ −Ｃ： Ｉ−１膜の耐熱性
により制限されるが、ａ−Ｃ二Ｈ膜は３００℃以−トに
加熱されるとＥｇｏが低下し、かつ膜厚が小さくなるた
め、３００℃程度が限界である。
により制限されるが、ａ−Ｃ二Ｈ膜は３００℃以−トに
加熱されるとＥｇｏが低下し、かつ膜厚が小さくなるた
め、３００℃程度が限界である。
ここで上記の試料１の作製条件において、＋−１ｃガス
濃度を変えることによりＥｇｏ及び成膜速度がどのよう
に変化するかを調べた。結果は第５図に示す通りである
。この結果から判るようにｔｌ ｅガス濃度が小さすぎ
ると成膜速度が可成り遅く、大きすぎるとＥｇｏが２ｅ
Ｖ以上となって思わしくないので、Ｈｅガス濃度は３〜
９０容晴％が望ましい。
濃度を変えることによりＥｇｏ及び成膜速度がどのよう
に変化するかを調べた。結果は第５図に示す通りである
。この結果から判るようにｔｌ ｅガス濃度が小さすぎ
ると成膜速度が可成り遅く、大きすぎるとＥｇｏが２ｅ
Ｖ以上となって思わしくないので、Ｈｅガス濃度は３〜
９０容晴％が望ましい。
更に上記の試料１の作製条件において、発光層生成時の
混合ガス圧力を変えることによりＥｇ。
混合ガス圧力を変えることによりＥｇ。
及び成膜速度がどのように変化するかを調べた。
結果は第６図に示す通りである。黒点を中心に付した白
丸印はＨ，ガスのみの場合における成膜速度である。こ
の結果から判るように混合ガス圧力が１．３３Ｐａ以ｆ
ではＥｇｏが２ｅＶとなって思わしくなく、６６５Ｐａ
以上では成膜速度が非常に小さくなるため、混合ガス圧
力は３〜６６５Ｐ ａが望ましい。
丸印はＨ，ガスのみの場合における成膜速度である。こ
の結果から判るように混合ガス圧力が１．３３Ｐａ以ｆ
ではＥｇｏが２ｅＶとなって思わしくなく、６６５Ｐａ
以上では成膜速度が非常に小さくなるため、混合ガス圧
力は３〜６６５Ｐ ａが望ましい。
ところでｐ型のａ−ＳｉＣ膜、ａ−Ｇ：Ｈ模及びｎヤの
ａ−５ｉＣ膜を積層したｐ −ｒ−ｎ型セルを作った場
合、ａ −Ｃ： Ｈ膜とａ−５ｉＣＩｉ（ｐ型またはｐ
型）との接合はへテロ接合となるから、その接合が良好
になされるか否か、即ち注入層から発光層に正孔（心Ｔ
−）がうまく注入されるか否かが問題であったが、試料
１〜３についてダイオード特性を調べてみると、接合が
良好になされていることが判った。
ａ−５ｉＣ膜を積層したｐ −ｒ−ｎ型セルを作った場
合、ａ −Ｃ： Ｈ膜とａ−５ｉＣＩｉ（ｐ型またはｐ
型）との接合はへテロ接合となるから、その接合が良好
になされるか否か、即ち注入層から発光層に正孔（心Ｔ
−）がうまく注入されるか否かが問題であったが、試料
１〜３についてダイオード特性を調べてみると、接合が
良好になされていることが判った。
本発明では、発光層を生成する工程で用いる混合ガスと
してＩＩｆｉガスとＮ、ガスとの混合ガスであってもよ
く、この方法を第２図に示すＳｋ置により実施する場合
には、第２の真空室７．にｌ−（、ガスとＮ、ガスとを
導入すればよい。
してＩＩｆｉガスとＮ、ガスとの混合ガスであってもよ
く、この方法を第２図に示すＳｋ置により実施する場合
には、第２の真空室７．にｌ−（、ガスとＮ、ガスとを
導入すればよい。
次にこの方法を第２図に示す装置を用いて実施し、これ
により発光素子を製造する場合の製造条件の３つの例（
試料４〜６）を以下に挙げる。
により発光素子を製造する場合の製造条件の３つの例（
試料４〜６）を以下に挙げる。
（１）試料４について
■ 正孔注入層及び電子注入層
試料Ｉと同じ条件で製造した。
■ 発光層
真空容器内混合ガス １００Ｐａ（０，７５Ｔｏｒｒ
）（ｎｔｉス十Ｎｔｌス）圧力 混合ガス中のＮ、ガス濃度 ５容量％ 基板温度 ７０℃ 高周波電源重力 ３００Ｗ （２）試料５について ■ 正孔注入層及び電子注入層 試料１と同じ条件で製造した ■ 発光層 真空容器内混合ガス圧力を４０Ｐａ（ＯＪＴｏｒｒ）と
した他は試料４と同じ条件で製造した（３）試料６につ
いて ■ 正孔注入層及び電子注入層 試料Ｉと同じ条件で製造した ■ 発光層 真空容器内混合ガス圧力を１３，３Ｐａ（ＱｉＴｏｒｒ
）とした他は試料４と同じ条件で製造した。
）（ｎｔｉス十Ｎｔｌス）圧力 混合ガス中のＮ、ガス濃度 ５容量％ 基板温度 ７０℃ 高周波電源重力 ３００Ｗ （２）試料５について ■ 正孔注入層及び電子注入層 試料１と同じ条件で製造した ■ 発光層 真空容器内混合ガス圧力を４０Ｐａ（ＯＪＴｏｒｒ）と
した他は試料４と同じ条件で製造した（３）試料６につ
いて ■ 正孔注入層及び電子注入層 試料Ｉと同じ条件で製造した ■ 発光層 真空容器内混合ガス圧力を１３，３Ｐａ（ＱｉＴｏｒｒ
）とした他は試料４と同じ条件で製造した。
以上の各試料４〜６についてＥＬビーク波長とＥｌ、強
度との関係を調べたところ第３図に示す関係が７１ｔら
れた。第３図中実線■〜■のグラフは夫々試料４〜６に
対応する。また各試料４〜６についてＥｇｏと■）■、
ピーク波長との関係を調べたところ第４図に示す関係が
得られた。いずれの試料４〜６も目視で十分観察できる
発光を示し、十分な発光特性を台していることが判った
。
度との関係を調べたところ第３図に示す関係が７１ｔら
れた。第３図中実線■〜■のグラフは夫々試料４〜６に
対応する。また各試料４〜６についてＥｇｏと■）■、
ピーク波長との関係を調べたところ第４図に示す関係が
得られた。いずれの試料４〜６も目視で十分観察できる
発光を示し、十分な発光特性を台していることが判った
。
ここで上記試料４の作製条件において、Ｎ、ガス濃度を
変化させることによってＰＬピーク強度とＥ Ｌビーク
強度とがどのように変化するかを調べた。結果は第７図
に示す通りであり、縦軸には、Ｎ、ガス濃度を０とした
ときのＰＬピーク強度（ＩＰ、）に対するそのときの濃
度におけるＰ Ｌピーク強度（ｘ ｐ）の比率（ｉ ｐ
／ Ｉ ｐｏ）とＮ、ガス濃度をＯとしたときのＥＬビ
ーク強度（ｒｇ、）に対するそのときの濃度におけるＰ
Ｌピーク強度（Ｉ ｇ）の比率（Ｉ ＩＩ／ Ｉ ｇｏ
）とを割り当てている。
変化させることによってＰＬピーク強度とＥ Ｌビーク
強度とがどのように変化するかを調べた。結果は第７図
に示す通りであり、縦軸には、Ｎ、ガス濃度を０とした
ときのＰＬピーク強度（ＩＰ、）に対するそのときの濃
度におけるＰ Ｌピーク強度（ｘ ｐ）の比率（ｉ ｐ
／ Ｉ ｐｏ）とＮ、ガス濃度をＯとしたときのＥＬビ
ーク強度（ｒｇ、）に対するそのときの濃度におけるＰ
Ｌピーク強度（Ｉ ｇ）の比率（Ｉ ＩＩ／ Ｉ ｇｏ
）とを割り当てている。
この結果から大きなＰＬピーク強度及びＥＬビーク強度
を得るためには、Ｎ、ガス濃度は０．１〜２０容量％で
あることが望ましい。
を得るためには、Ｎ、ガス濃度は０．１〜２０容量％で
あることが望ましい。
更に上記試料４の作製条件において、発光層生成時の混
合ガス圧力を変えることによってＥＨ。
合ガス圧力を変えることによってＥＨ。
と抵抗率ρとがどのように変化するかを調べた。
結果は第８図に示す通りである。この結果かられかるよ
うに混合ガス圧力が６Ｐａ以下ではＥｇ。
うに混合ガス圧力が６Ｐａ以下ではＥｇ。
が２ｅＶ以下となって思わしくない特性となり、６６５
Ｐ ａを越えると抵抗率ρがｉｏ”Ω・ｃｍ以上と高
くなりすぎることが予想され、従って混合ガス圧力は６
〜６６５Ｐａであることが望ましい。
Ｐ ａを越えると抵抗率ρがｉｏ”Ω・ｃｍ以上と高
くなりすぎることが予想され、従って混合ガス圧力は６
〜６６５Ｐａであることが望ましい。
また試料４〜６についてダイオード特性を調べてみると
、ａ−Ｃ：１１膜とａ−ＳｉＣ膜（ｐ型またはｎ ｆｆ
！ ）との接合が良好になされていることが判った。
、ａ−Ｃ：１１膜とａ−ＳｉＣ膜（ｐ型またはｎ ｆｆ
！ ）との接合が良好になされていることが判った。
本発明では、発光層を生成する工程で用いる混合ガスと
してＨ，ガスとＨｅガスとＮ、ガスとの混合ガスであっ
てもよく、この方法を第２図に示す装置により実施する
場合には、第２の真空室７゜にｔＩ、ガスと）Ｉ ｅガ
スとＮ、ガスとを導入４−ればよい。
してＨ，ガスとＨｅガスとＮ、ガスとの混合ガスであっ
てもよく、この方法を第２図に示す装置により実施する
場合には、第２の真空室７゜にｔＩ、ガスと）Ｉ ｅガ
スとＮ、ガスとを導入４−ればよい。
次にこの方法を第２図に示す装置を用いて実施し、これ
により発光素子を製造する場合の製造条件の３つの例（
試料７〜９）を以Ｆに挙げる。
により発光素子を製造する場合の製造条件の３つの例（
試料７〜９）を以Ｆに挙げる。
（１）試料７について
０ 正孔注入層及び電子注入層
試料１と同じ条件で製造した。
■ 発光層
真空容器内混合ガス １００Ｐａ（Ｑ、７５Ｔｏｒ
ｒ）（Ｈ，ガス＋Ｈｅｉス十ＮΔス）圧力 混合ガス中のＮ！ガス濃度 ５容量％ ０１Δス＋Ｈｅガス）に対する ５０容量％）−１
ｅガス濃度 基板温度 ７０膜 高周波電流電力 ３００Ｗ （２）試料８について ■ 正孔注入層及び電子注入層 試料１と同じ条件で製造した ■ 発光層 真空容４内混合ガスを４０Ｐａ（０，３Ｔｏｒｒ）とし
た他は試料７と同じ条件で製造した （３）試料９について ■ 正孔注入層及び電子注入層 試料１と同じ条件で製造した ■ 発光層 真空容器内混合ガス圧力を１３．３Ｐａ（０，！Ｔｏｒ
ｒ）とした他は試料７と同じ条件で製造した。
ｒ）（Ｈ，ガス＋Ｈｅｉス十ＮΔス）圧力 混合ガス中のＮ！ガス濃度 ５容量％ ０１Δス＋Ｈｅガス）に対する ５０容量％）−１
ｅガス濃度 基板温度 ７０膜 高周波電流電力 ３００Ｗ （２）試料８について ■ 正孔注入層及び電子注入層 試料１と同じ条件で製造した ■ 発光層 真空容４内混合ガスを４０Ｐａ（０，３Ｔｏｒｒ）とし
た他は試料７と同じ条件で製造した （３）試料９について ■ 正孔注入層及び電子注入層 試料１と同じ条件で製造した ■ 発光層 真空容器内混合ガス圧力を１３．３Ｐａ（０，！Ｔｏｒ
ｒ）とした他は試料７と同じ条件で製造した。
以上の各試料７〜９についてＥＬビーク波長とＥＬ強度
との関係を調べたところ第３図に示す関係が得られた。
との関係を調べたところ第３図に示す関係が得られた。
第３図中実線■〜■のグラフは夫々試料７〜９に対応す
る。また各試料７〜９についてＥｇｏとＰＬピーク波長
との関係を調べたところ第４図に示す関係が得られた。
る。また各試料７〜９についてＥｇｏとＰＬピーク波長
との関係を調べたところ第４図に示す関係が得られた。
いずれの試料７〜９６目視で十分観察できる発光を示し
、十分な発光特性を有していることが判った。
、十分な発光特性を有していることが判った。
ここで上記の試料７の作製条件において、Ｉ−ｒ ｅプ
ｆス濃度（Ｈｅ ／ Ｈｚ ＋ Ｈｅ ＋ Ｎｔ）を変
えることによりＥｇｏ及び成膜速度がどのように変化す
るかを調べたところ、第９図に示す結果が得られた。
ｆス濃度（Ｈｅ ／ Ｈｚ ＋ Ｈｅ ＋ Ｎｔ）を変
えることによりＥｇｏ及び成膜速度がどのように変化す
るかを調べたところ、第９図に示す結果が得られた。
この場合１”Ｉ ｔガスとＮ、ガスとの混合ガスに対す
るＮ、ガスの濃度（Ｎ ｆ／Ｈｔ＋ Ｎ ｌ）は５容１
ｉ％に固定しである。この結果から判るようにＨｅガス
濃度が小さすぎると成膜速度が可成り遅く、大きずぎる
とＥｇｏが２ｃＶ以下となって思わｌ、 ＜ないので、
＋−１ｅガス濃度は３〜８０容量％が望ましい。
るＮ、ガスの濃度（Ｎ ｆ／Ｈｔ＋ Ｎ ｌ）は５容１
ｉ％に固定しである。この結果から判るようにＨｅガス
濃度が小さすぎると成膜速度が可成り遅く、大きずぎる
とＥｇｏが２ｃＶ以下となって思わｌ、 ＜ないので、
＋−１ｅガス濃度は３〜８０容量％が望ましい。
史に上記試料７の作製条件において、Ｎ！ガス濃度を変
化させることによってＰ Ｌピーク強度とＩＩＩ＞ Ｌ
ビーク強度とがどのように変化するかを調べた。この場
合１−’（ｔガスとＨｅガスとの混合ガスに対するｌ−
１ｅガス濃度は５０容■ｄ％に固定しである。
化させることによってＰ Ｌピーク強度とＩＩＩ＞ Ｌ
ビーク強度とがどのように変化するかを調べた。この場
合１−’（ｔガスとＨｅガスとの混合ガスに対するｌ−
１ｅガス濃度は５０容■ｄ％に固定しである。
結果は第１０図に示す通りであり、縦軸は第７図と同じ
である。この結果から大きなＰＬピーク強度及びＥ Ｌ
ビーク強度を得るためには、Ｎ、ガス濃度は０．ｉ〜２
０容量％であることが望ましい。
である。この結果から大きなＰＬピーク強度及びＥ Ｌ
ビーク強度を得るためには、Ｎ、ガス濃度は０．ｉ〜２
０容量％であることが望ましい。
また上記試料７の作製条件において、発光層生成時の混
合ガス圧力を変えることによってＥｇ。
合ガス圧力を変えることによってＥｇ。
と抵抗率ρとかどのように変化するかを調べたところ、
第８図に示す結果と同じ結果が得られた。
第８図に示す結果と同じ結果が得られた。
従って混合ガス圧力が６Ｐａ以下ではＥ ｇ ｏが２ｅ
Ｖ以下となって思わしくない特性となり、６６５ Ｐ
ａを越えると抵抗率ρがＩＱ１３Ω・ｃｍ以上と高くな
りずきることが予想され、従って混合ガス圧力は６〜６
６５Ｐａであることが望ましい。
Ｖ以下となって思わしくない特性となり、６６５ Ｐ
ａを越えると抵抗率ρがＩＱ１３Ω・ｃｍ以上と高くな
りずきることが予想され、従って混合ガス圧力は６〜６
６５Ｐａであることが望ましい。
また試料７〜９についてダイオード特性を調べてみると
、ａ −Ｃ： Ｈ膜とａ−ＳｉＣ膜（ｐ型またはｎ型）
との接合が良好になされていることが＋−１１った。
、ａ −Ｃ： Ｈ膜とａ−ＳｉＣ膜（ｐ型またはｎ型）
との接合が良好になされていることが＋−１１った。
Ｇ１発明の効果
本発明によれば、スパッタ法により得られたａＣ■■膜
あるいはａ −Ｃ： Ｈ１Ｎ膜を発光層として用いてい
るため、大きな光学的エネルギーギャップを有すると共
に発光特性をスパッタ条件を変えることによりコントロ
ールできるから要望に応じた発光層か容易に得られる。
あるいはａ −Ｃ： Ｈ１Ｎ膜を発光層として用いてい
るため、大きな光学的エネルギーギャップを有すると共
に発光特性をスパッタ条件を変えることによりコントロ
ールできるから要望に応じた発光層か容易に得られる。
しかも発光層を生成する工程において、ｊ−１ｅガスを
導入しているため成膜速度が大きく、またＮ、ガスを導
入しているためＥｌ７、ＰＬ強度が改行される。そして
プラズマＣＶＤ法により得られたａ−ＳｉＣ膜を正孔及
び電子の注入層として用いているため、発光層と注入層
とかへテロ接合により結合されていてら電ｒ及び正孔が
うまく発光層に注入されると共に、光学的エネルギーギ
ャップ及び抵抗率について目標特性を満足させる注入層
を容易に作り出すことができるから、これによりａ−Ｃ
：Ｈａ（あるいはａ−Ｃ：Ｈ，Ｎ膜）即ち発光層の特性
を十分に引出すことができ、実用価値の高い発光素子を
得ることができる。
導入しているため成膜速度が大きく、またＮ、ガスを導
入しているためＥｌ７、ＰＬ強度が改行される。そして
プラズマＣＶＤ法により得られたａ−ＳｉＣ膜を正孔及
び電子の注入層として用いているため、発光層と注入層
とかへテロ接合により結合されていてら電ｒ及び正孔が
うまく発光層に注入されると共に、光学的エネルギーギ
ャップ及び抵抗率について目標特性を満足させる注入層
を容易に作り出すことができるから、これによりａ−Ｃ
：Ｈａ（あるいはａ−Ｃ：Ｈ，Ｎ膜）即ち発光層の特性
を十分に引出すことができ、実用価値の高い発光素子を
得ることができる。
第１図は本発明方法により製造した発光素子を示す構成
図、第２図は発光素子の製造装置を示す構成図、第３図
はダイオードの発光特性を示す特性図、第４図はアモル
ファス炭素系膜のＥＯとＰ［、との関係を示す特性図、
第５図及び第９図は各々Ｅｇｏと成膜速度のＨｅガス濃
度依存性を示す測定結果図、第６図はＥｇｏと成膜速度
のガス圧依存性を示す測定結果図、第７図及び第１０図
は各々Ｉ） Ｌ及びＥＬビーク強度のＮ、ガス濃度依存
性を示す測定結果図、第８図は抵抗率及びＥｇ。 のガス圧依存性を示す測定結果図である。 １・・・基板、２．６・・・電極、３・・・正孔注入層
、４・・・発光層、５・−・電子注入層、７・・・真空
容器、７〜７３・・・真空室、８・・・基板、９１〜９
．・・・サスセプタ、Ｔ・・・ターゲット。 外２名 第３図 ダイオードの発光特性図 第４図 アモルファス炭素県展のＥｏとＰＬとの関係図Ｅｇｏ（
ｅＶ） 第６図 Ｅｇｏと成膜速度のガス圧依存性の測定結果図混合ガス
圧力 第７図 ＰＬ及びＥＬビーク強度のＮ２ガス濃度依存性の測定結
果図Ｎ、ガス濃度（Ｎ２／ Ｈｙ＋ Ｎ２） （容量
％）第８図 混合ガス圧力 第１０図
図、第２図は発光素子の製造装置を示す構成図、第３図
はダイオードの発光特性を示す特性図、第４図はアモル
ファス炭素系膜のＥＯとＰ［、との関係を示す特性図、
第５図及び第９図は各々Ｅｇｏと成膜速度のＨｅガス濃
度依存性を示す測定結果図、第６図はＥｇｏと成膜速度
のガス圧依存性を示す測定結果図、第７図及び第１０図
は各々Ｉ） Ｌ及びＥＬビーク強度のＮ、ガス濃度依存
性を示す測定結果図、第８図は抵抗率及びＥｇ。 のガス圧依存性を示す測定結果図である。 １・・・基板、２．６・・・電極、３・・・正孔注入層
、４・・・発光層、５・−・電子注入層、７・・・真空
容器、７〜７３・・・真空室、８・・・基板、９１〜９
．・・・サスセプタ、Ｔ・・・ターゲット。 外２名 第３図 ダイオードの発光特性図 第４図 アモルファス炭素県展のＥｏとＰＬとの関係図Ｅｇｏ（
ｅＶ） 第６図 Ｅｇｏと成膜速度のガス圧依存性の測定結果図混合ガス
圧力 第７図 ＰＬ及びＥＬビーク強度のＮ２ガス濃度依存性の測定結
果図Ｎ、ガス濃度（Ｎ２／ Ｈｙ＋ Ｎ２） （容量
％）第８図 混合ガス圧力 第１０図
Claims (3)
- （１）発光層の両面に夫々正孔注入層及び電子注入層を
積層してなる発光素子を製造する方法において、 炭化水素ガスと水素化ケイ素ガスとｐ型不純物ガスとを
含む低圧の反応ガスを真空容器内でグロー放電させて分
解ガスを重合させるプラズマ化学的蒸着法を行い、これ
によりｐ型のアモルファス炭化ケイ素膜よりなる正孔注
入層を生成する工程と、 ヘリウムガスの濃度が３〜９０容量％でありかつ混合ガ
ス圧力が３〜６６５Ｐａである水素ガスとヘリウムガス
との混合ガスを導入した真空容器内に電圧を印加して固
体炭素系物質よりなるターゲットに水素ガスとヘリウム
ガスとのエネルギー粒子を衝突させるスパッタ法を行い
、これによりアモルファス炭素系膜よりなる発光層を生
成する工程と、 炭化水素ガスと水素化ケイ素ガスとｎ型不純物ガスとを
含む低圧の反応ガスを真空容器内でグロー放電させて分
解ガスを重合させるプラズマ化学的蒸着法を行い、これ
によりｎ型のアモルファス炭化ケイ素膜よりなる電子注
入層を生成する工程とからなることを特徴とする発光素
子の製造方法。 - （２）発光層を生成する工程は、窒素ガスの濃度が０．
１〜２０容量％でありかつ混合ガス圧力が６〜６６５Ｐ
ａである水素ガスと窒素ガスとの混合ガスを導入した真
空容器内に電圧を印加して固体炭素系物質よりなるター
ゲットに水素ガスと窒素ガスとのエネルギー粒子を衝突
させるスパッタ法を行い、これによりアモルファス炭素
系膜よりなる発光層を生成する工程である請求項（１）
記載の発光素子の製造方法。 - （３）発光層を生成する工程は、ヘリウムガスの濃度及
び窒素ガスの濃度が夫々３〜８０容量％及び０．１〜２
０容量％でありかつ混合ガス圧力が６〜６６５Ｐａであ
る水素ガスとヘリウムガスと窒素ガスとの混合ガスを導
入した真空容器内に電圧を印加して固体炭素系物質より
なるターゲットに水素ガスとヘリウムガスと窒素ガスと
のエネルギー粒子を衝突させるスパッタ法を行い、これ
によりアモルファス炭素系膜によりなる発光層を生成す
る工程である請求項（１）記載の発光素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63262240A JPH02109378A (ja) | 1988-10-18 | 1988-10-18 | 発光素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63262240A JPH02109378A (ja) | 1988-10-18 | 1988-10-18 | 発光素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02109378A true JPH02109378A (ja) | 1990-04-23 |
Family
ID=17373026
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63262240A Pending JPH02109378A (ja) | 1988-10-18 | 1988-10-18 | 発光素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02109378A (ja) |
-
1988
- 1988-10-18 JP JP63262240A patent/JPH02109378A/ja active Pending
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