JPH03225970A - 発光素子の製造方法 - 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】 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
法に関するものである。

Ｂ３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の製造方法において、 低圧の水素ガスとエチレンガスと微量の水素化ケイ素ガ
スとを反応ガスとしたプラズマ化学的蒸着法により得ら
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良好であり、しかもこの特性を十分
引き出せるようにしたものである。

Ｃ１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
　ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＧａＰ。

ＧａＡ１２Ａｓ　　Ｚｎ５ｅｘＴｅ、−１，Ｚ　ｎ　ｘ
−Ｃｄ　１−ｘＴ　ｅ　。

ＣｄＴｅなどがある。

Ｄ１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、ＧａＰ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　ｎ　ｍ１光学的エネルギーギ
ヤツプカ’１．７６　　ｅＶというように、ピーク波長
１光学的エネルギーギヤツプは、その発光材料に固有の
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、所要の特性を有する発光材料を選択するこ
とが必要となり、ともすると所要のピーク波長、光学的
エネルギーギャップに由来する特性を得られない場合が
生ずる問題点があった。

こうしたことからＣＶＤ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３００°Ｃ以下に保
ち、例えば１３３．３ｍＰａ〜６ｘ１３３．３　　Ｐａ
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
てプラズマＣＶＤ法（Ｐ−ＣＶＤ法）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３００℃までその
ギャップは変化しない）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、ＣＶＤ法の条件のコントロー
ルにより得られるため、要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Ｅｇｏ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
ともできる。

またＥｇｏの大小によるＰＬ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、８３元色を作るもの）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（Ｌｉｇｈｔ　　Ｅｍｉｔｔ＋ｎｇｄｉｏｄｅ）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、半導体化したｐ型、ｎ型の
上記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Ｅｇｏ＞２ｅＶ、ｐ（抵抗率）≦Ｉ０６
Ω・ｃｍを有するｐ型、ｎ型膜を作ることが非常に難か
しく、この問題点が上記のアモルファス炭素系物質の発
光素子への適用を妨げている。

本発明の目的は、任意の光学的エネルギーギャップ及び
発光特性を発光層に付与することができ、しかも発光層
の特性を十分に引き出すことのできる発光素子の製造方
法を提供することにある。

Ｅ　課題を解決するための手段 本発明は、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、低圧の水素ガスとエヂレンガスと
微量の水素化ケイ素ガスとを反応ガスとしたプラズマ化
学的蒸着法によりアモルファス炭素系膜よりなる発光層
を前記正孔注入層上に積層する工程と、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前記発光層上に積層す
る工程とを含むことを特徴とする。

Ｆ、実施例 第１図は本発明方法により得られた発光素子の実施例を
示す構成図である。第１図中１００は例えば６３ｃｍ２
程度の面積をもつガラス基板、２００は酸化錫よりなる
透明電極、３００はＢ３４をドーパントした３０ｎｍ程
度の厚さのｐ型のアモルファス炭化ケイ素膜（以下ｒａ
−９ｉＣ膜」という。）よりなる正孔注入層、４００は
３００ｎｍの厚さのアモルファス炭素系膜（以下ｒａ−
Ｃ：Ｓｉ、ＨＪという。）よりなる発光層、５００はＰ
”をドーパントした５０ｎｍ程度の厚さのｎ型のａ−８
ｉＣ膜よりなる電子注入層、６００はアルミニウム電極
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。第２図に示す装置では、２組の非対称
平行平板電極、可動プラズマ流制御機構を内部に有し、
プラズマ閉し込め制御用のソレノイドを外部に備えた真
空室を用いている。先ずＣＨ４，Ｓ　ｉ　Ｈ４及びＢ　
２　Ｈｅの混合ガスをＨ２ガスにより約１０倍に希釈し
た反応ガスを真空室Ｉに導入すると共に前記反応ガスに
高周波電源２３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４」
ニにて重合させ、以てｐ型のａ−３ｉＣ膜を得る。

即ち、このａ−８ｉＣ膜はプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉ
ｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法（Ｐ−
ＣＶＤ法）により生成されたものである。続いて真空室
１を高真空にした後この中に■１２ガスとＣ２Ｈ，ガス
と微量のＳｉＨ４ガスを導入すると共に高周波電源２．
３により高周波電圧を印加して、Ｐ−ＣＶＤ法を行い、
これによりａ−Ｃ：　Ｓ　ｉ、Ｈ膜を前記ａ−８ｉＣ膜
上に積層生成する。しかる後に真空室１を再び高真空に
し、Ｂ　２　Ｈｅガスの代わりにＰＨ３ガスを用いた他
はｐ型のａ−５ｉＣ膜の製法と同様にしてｎ型のａ−３
ｉＣ膜を得、その後このａ−３ｉＣ膜上に電極膜を形成
することによってｐ−１−ｎ型の発光素子が得られる。

以上の工程においてソレノイド５．６には、プラズマ閉
じ込め制御のため交流電流を流しておく。なお第１図中
７は磁気シールにより回転可能に設けられたヒータ付ザ
スセプタ、８．９は対向電極、１０゜１１はターゲット
、１２はプラズマ整流板、■３１４はマグネトロン型タ
ーゲットホルダ電極、１５はガス導入部、１６は排気部
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
。

（１）試料１について ■　正孔注入層 真空容器内ガス圧力　　　２６．７ 基板温度　　　　　　　　２５０℃ ＣＨ，ガス：　Ｓ　ｉ　Ｈ４ガス　　１８１Ｂ２Ｈ６ガ
ス：（ＣＨ４ガス＋ＳｉＨ４ガス）３　：　１０００ Ｐ　ａ　（０，２Ｔｏｒｒ） １ ソレノイド電流 ５Ａ 高周波電源電力 ■ＯＷ （入力電極面積に対し０ １２５Ｗ／ｃｍ２） ■ 発光層 真空容器内混合ガス（Ｃ２Ｈ４とＨ２と５ｉＨ４）圧力
６ ７　Ｐ　ａ　（０，２Ｔｏｒｒ） Ｃ２Ｈ，に対する５ｉＩＬガスの混合比５％ 基板温度 ２５０°Ｃ ソレノイド電流 ５Ａ 高周波電源電力 ＯＷ ■ 電子注入層 真空容器内ガス圧力 ２６．７ ｐ　ａ（０，２Ｔｏｒｒ） 基板温度 ２５０℃ ＣＨ４ガス：ＳｉＨ４ガス １．１ ＰＩ−Ｔ３ガス （ＣＨ４ガス＋Ｓ　＋　Ｉ−Ｔ４プｊス）８ ０００ ２ ソレノイド電流　　　　　　１５Ａ 高周波電源電力　　　　　１０Ｗ （人力電極面積に対し０　、１２５　Ｗ／ｃｍ’）（２
）試料２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 ＳｉＨ４ガスの混合比を２％とした他 は試料ｌ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１と同じ条件で製造した。

■　発光層 ５ｉｌ−１−ガスの混合比を１％とした他は試料１と同
じ条件で製造した。

以上の各試料１〜３について波長とＥＬ強度との関係を
調へたところ第３図に示す関係が得られた。同図中実線
■〜■のグラフは夫々試料１〜３に対応する。このよう
に良好な発光特性を得るためには、発光層の製膜に用い
る水素化ケイ素ガスの濃度は０．１〜２０容量％である
ことが好ましい。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／ａｍ’であった。

以上の実施例では、ａ−９ｉＣ膜としてＥｇｏが２、Ｏ
ｅＶ、ρが１０’Ω・ｃｍのものを用いたが、Ｅｇｏが
２．ＯｅＶよりも大きく、ρが１０６Ω・ｃｍよりも小
さいものを用いれば発光特性は更？こ良くなる。また基
板温度についてはａ−Ｃ・Ｓｉ１Ｈ膜の耐熱性により制
限されるが、ａ−Ｃ：　Ｓ　ｉ、Ｈ膜は３５０°Ｃ以」
二に加熱されるとＥｇｏか低下し、かつ膜厚が小さくな
るため、３５０℃程度が限界である。

ところでｐ型のａ−９ｉＣ膜、ａ−Ｃ：Ｓｉ。

Ｉ４膜及びｎ型のａ−９ｉＣ膜を積層したｐ−ｉｎ型セ
ルを作った場合、ａ　　Ｃ：　Ｓ　ｉ１Ｈ膜とａＳｉＣ
膜（ｐ型またはｎ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（電子）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、良好な特性を示し、接合が良好になされている
ことが判った。

Ｇ　発明の効果 ５ 本発明によれば、Ｐ−ＣＶＤ法により得られたａ−Ｃ：
５ｉＳＨ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ＳｉＨ
＋ガスの混合量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が容易に得られる。そしてプラ
ズマＣＶＤ法により得られたａ−９ｉＣ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も電子及び正孔がうま
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する注入層を容易
に作り出ずことができるから、これによりａ−Ｃ：Ｓｉ
、Ｈ膜部ち発光層の特性を十分に引き出すことができ、
実用価値の高い発光素子を得ることができる。

６

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る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ＥｇｏとＰＬとの関係を示す特性図である
。 ３００・・・正孔注入層、４００・・・発光層、５００
・電子注入層、■・・真空室、４・・・基板、５．６ソ
レノイド、７・・・サスセプタ、８．９・対向電極、１
０１１・・ターゲット、１２　・プラズマ整流板、＋３
　１４・マグネトロン型ターゲットホルダ電極。 実施例の構成図 ００ １００・・・基板 ６００・・・電極 ３００　正孔注入層 ４００　発光層 ５００　電子注入層 第２図 製造装置の縦断側面図 第３図 ダイオードの発光特性図 第４図 アモルファス炭素系膜のＥｏとＰＬとの関係図１・・・
真空室 ４・・・基板 ５．６・・・ソレノイド ７・・サスセプタ ８．９・・・対向電極 １０１１・・・ターゲット １２・・・プラズマ整流板 １３１４・・・マグネトロン型ターゲットホルダ電極 Ｅｏ（ｅＶ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）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、低圧の水素ガスとエチレンガスと微量
   の水素化ケイ素ガスとを反応ガスとしたプラズマ化学的
   蒸着法によりアモルファス炭素系膜よりなる発光層を前
   記正孔注入層上に積層する工程と、 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前記発
   光層上に積層する工程とを含むことを特徴とする発光素
   子の製造方法。