JPH0324770A - 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］ 本発明は発光素子に関し、特に光源又は表示に使用され
る発光素子に関する． ［従来の技術Ｊ 従来、シリコン系材料を使用した発光素子としては、ト
リメチルシランをプラズマＣＶＤ法で分解して堆積させ
た炭化シリコン膜（次下ａ−ＳｉＣ膜と略記する）を発
光材料に用いたもの（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．　Ｌｅｔｔ
．　４２（５），　Ｉ　　Ｍａｒｃｈ　１９８３　，″
Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕ＋ＩＩｉｎｅｓｃｅｎｃｅ　ｉｎ　
ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｅｄａｍｏｒｐｈｏｕｓ　ｓｉｌ
ｉｃｏｎ−ｃａｒｂｏｎ　ａｌｌｏｙ　　，　Ｈ．Ｍｕ
ｎｅｋａｔｕｅｔ　ａｌ）や、シランガス（ＳｉＨ．）
とメタンガス（ＣＨ４）とを混合し、ＥＣＲプラズマＣ
ＶＤ法で分解して堆積させたａ−ＳｉＣ膜を発光材料に
用いたもの（Ｊ．Ｎｏｎ−Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　Ｓ
ｏｌｉｄｓ　９７＆９８（１９８７）　２９３−２９６
，”ｌａｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｃａｒｒｉｅｒ　
ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｎ　ａ−
ＳｉＣ　ｐ−ｉ−ｎ　ＬＥＤ　ｕｓｉｎｇ　ｈｉｇｈｌ
ｙ−ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｗｉｄｅ−ｇａｐ　Ｐ，Ｎ　
Ｔｙｐｅ　ａ−ＳｉＣ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｂｙ　ＥＣ
ＲＣＶＤ”）などがある。

［発明が解決しようとする課題］ 前記プラズマＣＶＤ法によるａ−ＳｉＣ膜を発光材料に
用いた発光素子は．　ａ−Ｓｉ（：膜の構造が非平衡状
態であるということに起因する経時的な構造変化によっ
て発光効率が経時的に劣化していくという問題点があっ
た。

また、前記ａ−ＳｉＣ膜においては、禁制帯内に局在準
位が非常に多くあり、非発光中心として機能しやすいた
め、発光の効率が低いという問題点があった． 更に、前記ａ−ＳｉＣ　ＩＩＩＪ内の非発光中心として
機能しやすい前記局在準位を介して電子と正孔とが再結
合するために発光素子が発熱し、発光素子の劣化が加速
されるという問題点があった。

更に加えて、前記発光素子においては、発光層に電荷を
注入する電荷注入層の屈折率が発光層の屈折率より大き
い場合が多く、光の“閉じこめ効果”による発熱で発光
素子の劣化が加速されるという問題点があった。

また更に加えて、前記発光素子においては、電荷注入層
の局在準位が非常に多くあり、電荷注入効率を低下させ
、発光効率を下げてしまうという問題点があった． 本発明は、前記従来技術の問題点、すなわち、従来のプ
ラズマＣＶＤ法により作製されたａ−ＳｉＣ膜を発光材
料に用いた発光素子において、発光効率の経時的劣化、
低発光効率、発熱等の特性上の問題及び電荷注入層の電
荷注入効率等の特性上の問題を解決する発光素子を提供
することを目的としている． ［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達或する本発明の発光素子は、支持体と、
該支持体上の第一導電層と、該第一導電層上の価電子制
御剤及び水素原子を含む結晶質リン化ホウ素で構成され
た第一電荷注入層と、該第一電荷注入層上の水素原子を
含有し、必要に応じてハロゲン原子を含有する非単結晶
炭化シリコンで構成された発光層と、該発光層上の価電
子制御剤及び水素原子を含む結晶質リン化ホウ素で構成
された第二電荷注入層と、該第二電荷注入層上の第二導
電層とを有している。

第ｌ図は本発明の発光素子の基本的な構成を模式的に示
す図であり、本発明の発光素子１００は、下部より支持
体１０１，第一導電層１０２、価電子制御剤及び水素原
子を含む結晶質リン化ホウ素で構成された第一電荷注入
層１０３、水素原子を含有し、必要に応じてハロゲン原
子を含有する非単結晶炭化シリコンで構成された発光層
１０４、価電子制御剤及び水素原子を含む結晶質リン化
ホウ素で構成された第二電荷注入層１０５、第二導電層
１０６の順序で積層構成され、更にコンタクト電極１０
７，１０９及びリード線１０８，１１０が設けられてい
る。

以下、本発明におけるこのような構成を構成要素毎に順
を追って具体的に説明する。

叉持共 本発明において使用される支持体としては、導電性であ
っても電気絶縁性であっても良い。導電性支持体として
は、例えば、Ｎｉ（：ｒ，ステンレス，ＡＩ，　Ｃｒ，
　Ｍｏ，　Ａｕ，　Ｎｂ，　Ｔａ，　Ｖ，　Ｔｉ，　Ｐ
ｔ，　Ｐｂ等の金属またはこれらの合金が挙げられる． 電気絶縁性支持体としては、ポリエステル、ポリエチレ
ン、ボリカーボネート、セルロースアセテート、ボリブ
ロビレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ボリ
スチレン、ボリアミド等の合成樹脂のフィルムまたはシ
ート、ガラス、セラミック、紙などが挙げられる。

支持体の形状は平滑表面あるいは凹凸表面の板状、無端
ベルト状または円筒状等であることができ、その厚さは
所望通りの発光素子を形成し得るように適宜決定できる
が、発光素子としての可撓性が要求される場合は、支持
体としての機能が充分発揮される範囲内で可能な限り薄
くすることができる．しかしながら、支持体の製造上お
よび取り扱い上、機械的強度等の点から、通常は１０Ｌ
１以上とされる。

び二 本発明において使用される第一導電層としては、例えば
、ＮＬＣｒ，ステンレス，　Ａｌ，　Ｃｒ，　Ｍｏ，　
Ａｕ，　Ｎｂ，Ｔａ，　Ｖ，　Ｔｉ，　Ｐｔ，　Ｐｂ，
　Ａｇ等の金属またはこれらの合金が挙げられる． また支持体がガラス、ポリエステルフイルム等の透明な
支持体であり、発光素子からの光を支持体側に透過させ
たい場合には、支持体上に前記金属の半透明層を真空蒸
着、電子ビーム蒸着、スパッタリング等で堆積させるか
、または、支持体上に、Ｉｎ＊Ｏｓ、ＩＴＯ（Ｉｎ＊Ｏ
ｓ＋ＳｎＯ＊）等の透明導電膜を、例えば真空蒸着、電
子ビーム蒸着、スパッタリング、吹きつけ法等で堆積さ
せれば良い。

び二 本発明の目的を達成するためには、第１図に示す様に、
第一導電層１０２と発光層１０４との間に第一電荷注入
層１０３が積層され、かつ発光層１０４と、第二導電層
１０６との間に第二電荷注入層１０５が積層される．ま
た、第一電荷注入層と第二電荷注入層とは常に、発光層
１０４に対してＰ型、Ｎ型、あるいはＮ型、Ｐ型の対に
なるように制御されていて、電荷注入機能を有するよう
になっている。

本発明において好ましい構成要素として用いられるこの
ような電荷注入層は、次のような作用、効果を発揮する
．すなわち、本発明におけるリン化ホウ素膜は、膜中の
欠陥が極めて少ないために、価電子制御剤のドーピング
効率がよく、過剰ドーバントによるトラップを防ぐこと
ができ、それで電荷注入効率が向上する．又、リン化ホ
ウ素膜は、屈折率も発光層の屈折率よりも小さいことか
ら、光の閉じこめ効果に伴う素子内の劣化が減少する． 前述のように本発明における好ましい構成要素である電
荷注入層は、価電子制御剤及び水素原子を含有する結晶
質リン化ホウ素（“ＢＰ：Ｈ”と表記する）で構成され
る． 本発明における電荷注入層は、結晶質リン化ホウ素に、
価電子制御剤として機能する原子を含有させて形成され
る．例えば、電荷注入層をＰ型に制御して使用する場合
には、アクセブターとして機能するドーバントが用いら
れ、Ｎ型に制御して使用する場合にはドナーとして機能
するドーバントが用いられる。具体的には、前者の例と
して、ベリリウム原子（　Ｂｅ）　．マグネシウム原子
（　Ｍｇ）、亜鉛原子（Ｚｎ）、カドミウム原子（Ｃｄ
）　，水銀原子（Ｈｇ）、炭素原子（Ｃ）、ケイ素原子
（Ｓｉ）、ゲルマニウム原子（Ｇｅ）、あるいはこれら
のうちの２種以上を混合したものが挙げられ、後者の例
として、ケイ素原子（ＳＬ）、ゲルマニウム原子（Ｇｅ
）、イオウ原子《Ｓ）、セレン原子（Ｓｅ）、あるいは
これらのうちの２種以上を混合したものが挙げられる。

電荷注入層中に含有せしめるこれらの価電子制御剤の量
は、一般的には０．７〜１０００　ａｔｏａ＋ｉｃ　ｐ
ｐｍ．好ましくは０．７　〜５００　ａｔｏｍｉｃ　ｐ
ｐｍ、最も好ましくは１〜２００　ａｔｏｍｉｃ　ｐｐ
ｍである。

本発明の発光素子においては、電荷注入層の層厚も本発
明の目的を効率的に達成するために重要な要因の１つで
あり、所望の目的に応じて適宜決定されるものである．
こうしたことから、本発明の電荷注入層の層厚は、好ま
しくは５０〜６０００人、最適には１００〜２０００Å
ある。

及光１ 本発明の目的を達成するためには、発光層として水素原
子を含む非単結晶炭化シリコン膜が最も良好であった． 本発明における好ましい構成要素として用いられるこの
ような発光層は、次のような作用・効果を発揮する． すなわち、本発明における非単結晶炭化シリコンは、膜
中の構造緩和により未結合手が少ないために、局在準位
密度が従来の非単結晶炭化シリコンより１桁以上少なく
、かつ界面準位も少ないために発光効率が向上し、かつ
従来の発光スペクトルに比べて鋭い発光スペクトルが得
られる。

前述のように本発明における好ましい構成要素である発
光層は、水素原子を含有し、必要に応じてハロゲン原子
を含有する非単結晶炭化シリコン（“ａ−ＳｉＣ　：　
Ｈ（Ｘ）”と表記する）で構成されるものである。

本発明の発光素子においては、発光層の光学的バンドギ
ャブは発光スペクトル及び発光効率に影響を与える重要
な要因の１つであり、所望の目的に応じて適宜決定され
るものである。こうしたことから、本発明の発光層の光
学的バンドギャブは、好ましくは、１　．　９ｅＶ〜２
．３ｅＶであり、短波長の発光を目的とする場合には、
光学的バンドギャグの広い発光層を用い、長波長の発光
を目的とする場合には光学的バンドギャブの狭い発光層
を用いる。又、発光層の層厚についても、本発明の目的
を効率的に達成するために重要な要因の１つであり、所
望の目的に応じて適宜決定されるちのである．こうした
ことから本発明の発光層の層厚は、好ましくは０．１μ
ｍ〜１μｍであり、最適には０．２μｍ〜０．６μｍで
ある． 発光層の層厚が０．１μｍ未満であると、発光層が薄い
ために、発光強度が低いものとなる。また発光層の層厚
が１μｍを越えると発光層自身での発光光の吸収が増加
するため、外部に実質的に取り出せる発光強度が減少す
るという欠点が生じる． 星虜１靭ｎ丈Ｌ法 本発明の発光素子における前記した結晶質リン化ホウ素
膜より成る第一及び第二の電荷注入層及び非単結晶炭化
ケイ素膜より成る発光層を形成するのに適した堆積膜形
成装置及び、堆積膜形成方法を説明する。

第２図は、本発明の発光素子を製造するのに適した特に
好ましい堆積膜形成装置の側面断面図である． 本発明の発光素子を製造するのに使用した堆積膜形成装
置は、減圧状態になし得る反応容器２ｏ１、アルミナセ
ラミックス製導入窓２０２、マイクロ波の導波管２０３
、排気管２０４、支持体２０５、支持体加熱用ヒーター
２０？、ガス導入用バイブ（側用ガスバイブ）２０８、
ガス導入用パイプ（中央ガスパイプ）２０９、該バイブ
２０９にＤＣ，ＡＣ，ＲＦバイアスを印加するためのバ
イアス電源２１０から構成されている．不図示ではある
が、ガス導入用パイプ２０８，２０９は、ＢＪｓ，　Ｐ
ＨＩ，　Ｓｉ｝ｉｎ，　ＣＨ４，　Ｈ＊．　Ｈｅ，　Ａ
ｒなどの前記原料ガスのボンベにバルブとマスフローコ
ントローラを介して接続されている．又排気管２０４は
、不図示の拡散ポンプに接続されている． 本発明の発光素子は、上記の堆積膜形成装置−を用い、
以下のような手順に従って製造される．び二　′　の 本発明の発光素子の製造において価電子制御剤を含有す
る結晶質リン化ホウ素膜を堆積させるのに適した堆積膜
形成方法としては、例えば焼結ＢＰ材をターゲットにし
た反応性スパッタ法や、ジボラン（Ｂ．Ｈ．）ガスやホ
スフィン（ＰＨ．　）ガスを原料とした熱ＣＶＤ法等が
あげられるが、最も本発明の目的に適した堆積膜を得る
方法としては、前記マイクロ波プラズマＣＶＤ法である
。以下に第一、第二電荷注入層の形成方法について説明
する。

まず、反応容器２０１内に、すでに第一導電層が堆積さ
れている支持体２０５を配置し、拡散ボンブ（不図示）
で１　０　−’Ｔｏｒｒ以下の真空度に排気する。続い
て支持体加熱用ヒーター２０７で支持体の温度を好まし
い温度範囲４００℃〜５００℃に制御する。支持体２０
５が所定の温度に達した後、ガスボンベ（不図示）から
電荷注入層形成用ガスをガス導入バイブ２０８又は２０
９に導入し、放電空間２０６内に放出する。次に放電空
間２０６の圧力を０．１　Ｔｏｒｒ以下の所定の値に調
整する．内圧が安定した後マイクロ波電源（不図示）か
ら導波管、マイクロ波導入窓を介して放電空間２０６に
マイクロ波エネルギーを導入する。例えばマイクロ波エ
ネルギーは、電荷注入層形成用ガスの全流量に対し３０
倍（　３　０　Ｗ／ｓｃｃｍ　）以上導入する．このと
き、必要に応じてガス導入バイブ２０９にバイアス印加
用電源２１０から直流（ＤＣ）または／及び高周波（Ｒ
Ｆ）を印加する。このような状態を所定の時間維持して
支持体上に電荷注入層を形成する．その後一旦マイクロ
波エネルギー及び原料ガスの導入を止めて引続き発光層
の形成に移行する。

なお、上記第一電荷注入層１０３と、発光層１０４と第
二導電層１０６との間に設ける第二電荷注入層１０５と
は、逆極性になるよう堆積させる。

電荷注入層の形成に用いられる原料ガスについては、前
記ホウ素（Ｂ）供給用の原料ガスとしてＢ．Ｌ，Ｂ．＋
｛．。，Ｂ．Ｈ．，Ｂ，ｌ｛．　，，Ｂ．Ｈ，．，ＢＦ
．，ＢＣＩ．等のガス状態の又はガス化し得る化合物が
あげられる．また、前記リン（Ｐ）供給用の原料ガスと
しては、ＰＬ，　ＰＪ４，　ＰＦｍ，　Ｐ（Ｉｓ，　Ｐ
Ｆｓ，　ＰＣＩｓ等のガス状態の又はガス化し得る化合
物があげられる．また、前記価電子制御剤導入用の原料
ガスのうち、ドナーとして機能するドーパント導入用の
原料ガスとしては、ケイ素原子（ＳＬ）導入用のＳｉｇ
４，ＳｉＪａ，ＳｉＦ４、ゲルマニウム原子（Ｇｅ）導
入用のＧｅＨ＜，ＧｅＦ４ｓイオウ原子（Ｓ）導入用の
ＳＦ４，ＳＦ．，ＳＣｌｔ，ＳＪｒｘ，Ｈａｓ、セレン
原子（Ｓｅ）導入用のＳｅＦ４．ＳｅＦａ，　ＳｅＨ＊
等のガス状態の又はガス化し得る化合物があげられ、ア
クセブターとして機能するドーパント導入用の原料ガス
としては、ベリリウム原子（　Ｂｅ）導入用のＢｅ（Ｃ
Ｈｓ）＊，　Ｂｅ（ＣＪｉ）＊　，　マグネシウム原子
（Ｍｇ）導入用のＭｇＣＨｓＣｌ　、亜鉛原子（Ｚｎ）
導入用のＺｎ（ＣＨｓ）＊，　Ｚｎ（ＣＪｓ）＊　．カ
ドミウム原子（Ｃｄ）導入用のＣｄ（ＣＨｓ）ｚ．ｃｄ
（ＣＪＪ　＊，Ｃｄ（ＣｓＨｔ）　＊、水銀原子（｝Ｉ
ｇ）導入用のＨｇ，Ｈｇ（ｃｎｓ）ｉ　，炭素原子（Ｃ
）導入用のＣＨ４，Ｃ＊Ｈａ．ＣｘＨ４，Ｃ＊Ｈ＊、ケ
イ素原子（Ｓｉ）導入用のＳｔＨ．ＳｉｔＨ＋，ＳｉＦ
４、ゲルマニウム原子（Ｇｅ）導入用のＧｅＨ４，Ｇｅ
Ｆ４等のガス状態の又はガス化し得る化合物があげられ
る． 及允置旦里見 上述のような電荷注入層の形成後、同一装置内で引続き
発光層の形成を行う。

発光層の形成の際には、ガス導入パイブ２０９からは炭
素含有ガスを主に流出させ、ガス導入管２０ｇからはシ
リコン含有ガス、水素ガスを流出させるのが良い．炭素
含有ガスはプラズマ内で長時間プラズマにさらされるこ
となく、なるべく短い時間で支持体上に堆積した方が良
い。なぜなら、プラズマ内で炭素含有ガスの分解が進み
、炭素原子が存在するようになると、炭素原子は非常に
反応性が高いために、未分解の炭素含有ガスと反応した
り堆積した炭素原子と反応して、堆積膜中にグラファイ
ト構造を持ち込みやすいと考えられるためである。また
、更に堆積膜の欠陥を減少させ、電気的特性を向上させ
るために、水素ガスの添加が好ましい．水素ガスはＨ，
という形ではあまり特性向上には役に立たず、水素ラジ
カルになった場合に特性向上に役立つ。そして、水素ラ
ジカルはできるだけ多く存在した方が特性が向上する。

以上の理由から本発明者らは新たにガス導入方法を検討
し、良質な非単結晶炭化シリコン膜を形戊するに適した
前記のようなガス導入方法を見い出したものである。

このようにしてガスを導入して、放電空間２０６内の圧
力を０．　ＩＴｏｒｒ以下の所定の圧力に調整する。放
電空間内の圧力が安定した後、マイクロ波電源（図示せ
ず）から導波管２０３、マイクロ波導入窓２０２を介し
て放電空間２０６にマイクロ波エネルギーを導入する。

マイクロ波エネルギーは、発光層形成用ガスの全流量に
対して２０倍（　２　０　Ｗ　／ｓｅｃｍ　）以上導入
する。このようなマイクロ波エネルギーを与えることに
よって、初めて堆積膜形成用の原料ガス及び水素ガスに
十分なエ？ルギーを与えることができるものである。

更にガス導入バイブ２０９にバイアス印加用電源２１０
から直流（ＤＣ）または／及び高■周波（ＲＦ）を印加
する。ＤＣバイアスは、ガス導入パイプ２０９を正とし
なければならない。ガス導入パイプを負にすると電流は
ほとんど流れず、従ってＤＣバイアスの効果は現れない
。ＤＣバイアスを印加することによって、プラズマ内の
イオンに十分にエネルギーが与えられ、かつ支持体表面
での堆積膜の再配置が促進されることで、堆積膜の電気
特性が向上する．またＤＣバイアスの代わりＲＦバイア
スを印加してもＤＣバイアスと同様の効果が現れる。Ｒ
Ｆバイアス（例えば１３．　５６ＭＬ）を印加すると、
特にｌ　Ｏ−３Ｔｏｒｒ近傍の圧力でのプラズマ放電の
安定性が向上する。このように、ＤＣバイアスやＲＦバ
イアスを印加することがプラズマの更なる安定の好まし
い。

良質な非単結晶炭化シリコン膜を堆積させるためには、
放電空間２０６内の圧力を１　０　０　ｍＴｏｒｒから
０．　３ｍＴｏｒｒとする。また良質な非単結晶炭化シ
リコン膜を堆積させるためには、ガス導入パイブ２０９
に印加されるバイアスの電力は放電空間２０６内に導入
されるマイクロ波パワーの１／５倍〜１．５倍が良い．
バイアスの電力が上記の範囲より小さいと、バイアスの
効果が現れない．またバイアスの電力が上記の範囲より
大きいと、堆積膜中の欠陥が非常に増加する。このこと
は、非単結晶炭化シリコン膜の堆積速度とプラズマ内の
気相反応ならびに支持体上の表面反応の間に密接な関係
があって、極めて良質な非単結晶炭化シリコン膜はその
中の特別な範囲でだけしか得られないことに起因するも
のであると考えられる。

バイアスを印加するガス導入パイプ２０９の材質はプラ
ズマの強いところに置かれるため、良質な堆積膜を形成
するために非常に重要である．特に前記材質には、融点
が高いこと、スパッターされにくいこと、堆積膜形成用
の原料ガスとの反応性が低いこと等が要求される． このような条件を満たす材料としては、ステンレス、ニ
ッケル、モリブデン、タンタル、白金等が適している。

本発明の発光素子の製造において非単結晶炭化シリコン
膜を堆積させるのに適する原料ガスは次のようなもので
ある． シリコン系の原料ガスとして、ＳｉＨ＜，ＳＬＪａ，Ｓ
ｉｓＨａ．　ＳｉＦ．　ＳｉａＦｓなどのシラン系のガ
スが利用できる。

炭素系の原料ガスとして、Ｃ｝ｌ．，Ｃ．Ｈ．，Ｃ．Ｈ
．，ＣＪ４，ＣＪａ，ＣＪ＊，ＣａＨｓ，ＣＦ＜，など
のガスが利用できる。また、シリコンと炭素を共に含む
原料ガスとしては、（ＣＨｓ）４Ｓｉなどのガスが利用
できる。

上記シリコン系原料ガスと炭素系原料ガスとの混合比（
重量比）は好ましくは１：１〜１００：１、最適には２
：１〜２０：１である。

上記各種原料ガスは複数種混合して使用することもでき
る． 又本発明においては前記原料ガスと水素ガスとを混合し
て使用することが、良質な非単結晶炭化シリコン膜を形
成する上で重要なことである。

量二ｉ園庄太し 上述のような発光層の形成後、同一装置内で弓続き第二
電荷注入層１０５を、第一電荷注入層とは極性だけを変
えて、同様な方法で堆積させる。

匙二盪１１ 本発明において使用される第二導電層としては、支持体
側に光を放出する場合には、透明導電層でも不透明導電
層でも良い。第二導電層側に光を放出する場合には、第
二導電層は透明導電膜が好ましい。

第二導電層に使用される導電材料は、第一導電層と同一
の材料を同一の方法で堆積させることができる。

コンタクト　　　びリード 本発明において使用されるコンタクト電極としては、リ
ード線と第一または第二導電層との電気的密着性を良く
する材料が望ましい。その様な材料として、Ａｇ．　Ｐ
ｔ％Ａ１等が挙げられる。コンタクト電極は第一または
第二導電層上にマスクを置いてこれらの金属を蒸着させ
ることによって形成される。

またリード線としては、電気抵抗が低く、耐久性のある
材料であるＡｕが望ましい。

以下に、比較例，実施例に基づいて本発明をさらに具体
的に説明するが、本発明はこれらによって何ら限定され
るものではない。

［比較例］ 比較例として、Ｊ．Ｎｏｎ−Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　
Ｓｏｌｉｄｓ　９７＆９８（１９８７）　２９３−２９
６，　　”Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｃａｒｒｉ
ｅｒｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｉｎ
　ａ−ＳｉＣ　ｐ−ｉ−ｎ　ＬＥＤｕｓｉｎｇ　ｈｉｇ
ｈｌｙ−ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ　ｗｉｄｅ−ｇａｐ　Ｐ
，Ｎ　Ｔｙｐｅａ−ＳｉＣ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｂｙ　
ＥＣＲ　ＣＶＤ　”に示される方法に従って同一の構造
のＥＬ発光素子を作製した。

すなわち、電荷注入層（Ｐ型及びＮ型ａ−ＳｉＣ：Ｈ）
及び発光層（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）は、原料ガスとしてシラ
ンガス（ＳｉＨ４／｝Ｉ２９０％）とメタンガス（ＣＨ
４／８２９０％）との混合ガスを用いてＥ　Ｃ　Ｒ　（
ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｙｃｌｏｔｒｏｎ　Ｒｅｓｏｎａｎ
ｃｅ）プラズマＣＶＤ法で堆積させた。なお、電荷注入
層の場合には、さらにジボランガスＢＪａ／Ｈｚ　５　
０　０　ｐｐｍ又はホスフィンガスＰＨｓ／ｌｌｘ５　
０　０　ｐｐｍを加えて堆積させた．サンプル？構造は
支持体としてのコーニング社製７０５９ガラスの上に第
一導電層として透明ＩＴＯ／ＳｎＯ■、第一電荷注入層
として１５０人のＰ型ａ−ＳｉＣ：｝Ｉ　．発光層とし
て５００入のル型ａ−ＳｉＣ：Ｈ　，第二電荷注入層と
して３００人のＮ型ａ−ＳｉＣ：Ｈ　，第二導電層とし
てＡｌを順次堆積させた構造である。このようにして作
製した比較例の発光素子について第３図に示す測定装置
を用いて発光を測定した。

第３図の測定装置は、ガラス製チャンバー３０１の外側
に外部からの光を遮断するためにアルミニウム膜３０２
を蒸着させ、チャンバー３０１の内側には完全拡散面と
してＭｇＯ膜３０３を設け、サンプルと光電管３０６と
の間にはすりガラス３０４を設けた．サンプル３０７は
、ダイオード用ソケット３０５の上にセットし、ｌｏＯ
Ｈｚ，２００■の電圧をかけて発光測定を行なった。

［実施例１】 第２図に示すようなマイクロ波プラズマＣＶＤ装置（２
．　４５ＧＨｚ）を用いて、先に詳述した手順に従い、
第１表に示すような堆積膜形成条件下で発光？子を形成
した。

発光素子はコーニング社製７０５９ガラス上に形成した
．サンプルの構造はコーニング社製７０５９ガラス上に
Ｃｒ電極をエレクトロンビーム法により作製し、第一電
荷注入層として５００人のＮ型結晶質リン化ホウ素、発
光層として５０００人のａ−ＳｉＣ：Ｈ、第二電荷注入
層として５００人のＰ型結晶質リン化ホウ素、第二導電
層として透明電極ＩＴＯ／ＳｎＯ■を順次積層した構造
である。このようにして作製したサンプルを、比較例と
同様にして第３図に示す測定装置で測定し、発光強度と
発光寿命とを、比較例を１００％として相対比較を行な
った。

［実施例２］ 実施例ｌと同様な方法で表２に示すような堆積膜形成条
件下で発光素子を形成した。

発光素子はコーニング社製７０５９ガラス上に透明電極
ＩＴＯ／ＳｎＯヨをスバッタ蒸着し、第一電荷注入層と
して５００人のＮ型結晶質リン化ホウ素、発光層として
４０００Ａのａ−３ｉＣ：Ｈ　、第二電荷注入層として
６００λＰ型結晶質リン化ホウ素、第二導電層としてＣ
ｒ電極を順次積層した構造である．このようにして作製
したサンプルを実施例ｌと同様に比較例と相対比較し、
表２にその結果を示した。

［実施例３］ 実施例１，２と同様な方法で表３に示すような堆積膜形
成条件下で発光素子を形成した．発光素子は、コーニン
グ社製７０５９ガラス上に透明電極ＩＴＯ／Ｓｎｏｗを
スバッタ蒸着し、第一電荷注入層として５００人のＰ型
結晶質リン化ホウ素、発光層として４０００人のａ−Ｓ
ｉＣ：Ｈ　．第二電荷注入層として５００人のＮ型結晶
質リン化ホウ素、第二導電層としてＣｒ電極を順次積層
した構造である。このようにして作製したサンプルを実
施例１．２と同様に評価し、その結果を表３に示した。

［実施例４］ 実施例ｌにおいて、発光層の層厚だけを表４に示すよう
に変えて発光素子を形成し、その作製したサンプルを実
施例ｌと同様に評価し、その結果を表４に示した。

［実施例５］ 実施例１において第一の電荷注入層の層厚だけを表５に
示すように変えて発光素子を形成しその作製したサンプ
ルを実施例１と同様に評価し、その結果を表５に示した
． ［実施例６］ 実施例１において第二の電荷注入層に含まれる価電子制
御剤の量だけを表６に示すように変化させて発光素子を
形成し、その作製したサンプルを実施例ｌと同様に評価
し、その結果を表６に示した。

表 ４ 表 ５ 表 ６ ［発明の効果］ 本発明の発光素子は、電荷注入効率及び発熱等の改善に
より強い発光を示し、発光効率及び発光寿命において非
常に良好な特性を示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の発光素子の模式的な説明図である． 第２図は、本発明の発光素子の作製に使用したマイクロ
波プラズマＣＶＤ装置の側面断面図である． 第３図は、本発明の発光素子の測定に用いた発光強度の
測定器である． 第１図において、１００は発光素子、１０１は支持体、
１０２は第１の導電層、１０３は第一の電荷注入層、１
０４は発光層、１０５は第二の電荷注入層、１０６は第
二の導電層、１０７、１０９はコンタクト電極、１０８
，１１０はリード線である． 第２図において、２０１は反応炉容器、２０２はマイク
ロ波導入窓、２０３は導波管、２０４は排気管、２０５
は支持体、２０６は放電空間、２０７は支持体加熱用ヒ
ーター、２０８、２０９はガス導入用パイプ、２１０は
バイアス電源である。 第３図において、３０１はガラスチャンバー３０２はＡ
ｔ蒸着膜、３０３はＭｇＯ蒸着膜、３０４はすりガラス
、３０５はサンプル用ソケット、３０６は光電管、３０
７はサンプルである。 第 ｌ 図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．発光層及び該発光層の両面上に形成された電荷注入
   層を有する発光素子において、該発光層が水素原子を含
   む非単結晶炭化シリコンで構成されており、該電荷注入
   層が価電子制御剤と水素原子とを含む結晶質リン化ホウ
   素で構成されていることを特徴とする発光素子。
2. ２．前記電荷注入層が前記価電子制御剤を０．７〜１０
   ００ａｔｏｍｉｃｐｐｍ含有する請求項１記載の発光素
   子。
3. ３．前記電荷注入層の層厚が５０〜６０００Åある請求
   項１記載の発光素子。
4. ４．前記発光層の光学的バンドギャップが１．９〜２．
   ３ｅＶである請求項１記載の発光素子。
5. ５．前記発光層の層圧が０．１〜１μｍである請求項１
   記載の発光素子。
6. ６．前記発光層がハロゲン原子を含有する請求項１記載
   の発光素子。