JPH06204562A - 青色ルミネセンス装置 - Google Patents

青色ルミネセンス装置

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JPH06204562A
JPH06204562A JP34876492A JP34876492A JPH06204562A JP H06204562 A JPH06204562 A JP H06204562A JP 34876492 A JP34876492 A JP 34876492A JP 34876492 A JP34876492 A JP 34876492A JP H06204562 A JPH06204562 A JP H06204562A
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JP
Japan
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sic
carbon
thin film
amorphous silicon
silicon carbide
Prior art date
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Pending
Application number
JP34876492A
Other languages
English (en)
Inventor
Uiriamu Andoriyuu Nebin
ウイリアム アンドリュ− ネビン
Hideo Yamagishi
英雄 山岸
Yoshinori Yamaguchi
美則 山口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 青色の発光を生じるフォトルミネセンス装置
およびエレクトロルミネセンス装置を提供する。 【構成】 sp炭素含有量が5原子%以上であるアモ
ルファスシリコンカ−バイドを用いてフォトルミネセン
ス装置およびエレクトロルミネセンス装置を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は青色ルミネセンスをも
つアモルファスシリコンカーバイドを利用したフォトル
ミネセンス装置およびエレクトロルミネセンス装置に関
するものである。
【0002】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】アモルフ
ァスシリコンカーバイド(a−Si1-x x 、ただし0
<X<1。以下、単にa−SiCと表す。)は、可視領
域にピークを有する、強くかつ広い帯域のルミネセンス
をもっているので、エレクトロルミネセンス材料として
極めて有望であることが知られている(Y.Hamakawa et
al.,J.Non-Cryst.Solids,p.115,180(1989); Y.Hamakaw
a,D.Kruangam,T.Toyama,M.Yoshimi,S.Paasche,and H.Ok
amoto,Optoelection.-Dev.Technol.Vol.4,p.281(1989);
H.Munekata & H.Kukimoto, Appl.Phys.Lett.p.42,432
(1983); C.Adachi et al.,Jpn.J.Appl.Phys.,p.27,L269
(1988); C.Adachi et al.,Appl.Phys.Lett.,p.55,1489
(1989); H.Shimizu et al.,J.Non-Cryst.Solids,137&13
8,1275(1991) )。図1(a)はa−SiCを利用した
フォトルミネセンス装置、図1(b)〜(d)、および
図2(a)〜(d)は、同じくエレクトロルミネセンス
装置の一例を示す図である。(図中、a−SiC:Hは
水素添加アモルファスシリコンを表している。)a−S
iCは従来、シラン(SiH)とメタンなどの炭化水
素ガスの混合物をプラズマ分解する(Y.Tawada,H.Okamo
to,and Y.Hamakawa,Appl.Phys.Lett.Vol.39,p.237(198
1) )か、テトラメチルシランなどのメチルシランをプ
ラズマ分解する(H.Munekata,S.Murasato,and H.Kukimo
to,Appl.Phys.Lett.Vol.37,p.536(1980); H.Munekata,
A.Shiosaki,and H.Kukimoto,J.Lumin.Vol.24/25,p.43(1
981);H.Munekata and H.Kukimoto,Appl.Phys.Lett.Vol.
42,p.432(1983))か、あるいはメタンとアルゴンの混合
気体中で行なわれるケイ素のマグネトロンスパッタリン
グ(N.Saito,T.Goto,Y.Tomioka,and T.Yamaguchi,J.App
l.Phys.Vol.69,p.1518(1991))によって得られ、炭素含
量と炭素源ガスを変化させることにより、フォトルミネ
センスおよびエレクトロルミネセンスのピーク位置を変
化させることが可能である。しかし、実用的なエレクト
ロルミネセンス装置を実現するためには、青色の発光を
得ることが重要な要件である。今日までのところ、a−
SiCで青色のフォトルミネセンスないしエレクトロル
ミネセンスを得たという報告はなく、これまで報告され
た最も短いピーク波長は500nmであった。
【0003】本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、芳
香族化合物を炭素源として、ルミネセンスのエネルギー
ギャップが2.5eVより大きいa−SiCを得ること
に成功した。本発明は、このa−SiCを用いた青色の
発光色を持つフォトルミネセンス装置およびエレクトロ
ルミネセンス装置を提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段と作用】上記の課題を解決
するために、本発明のフォトルミネセンス装置およびエ
レクトロルミネセンス装置(本明細書では、以下、両者
を総称してルミネセンス装置と言う。)は、sp軌道
を有する炭素(以下、単にsp炭素と表す。)の含有
量が5原子%以上であるa−SiCを含むことを特徴と
する。
【0005】また、本発明のルミネセンス装置に用いら
れるa−SiCは、芳香族炭素含有源を用いて製造する
ことができる。具体的には、例えば、シランガス単独、
またはシランガスに水素、ヘリウム、アルゴンその他の
不活性ガスを混ぜたものと、芳香族炭素含有源のガスと
の混合気体をプラズマ分解法で分解することによって得
られるが、別法として炭化水素を含む雰囲気中で、ケイ
素をターゲットとしてスパッタリングすることによって
も得ることができる。基板の温度は10〜400℃とす
ることができる。
【0006】前記芳香族炭素含有源とは、芳香族炭素を
含む有機化合物全般を示し、常温常圧で液体、固体、気
体のいずれであってもよい。
【0007】上記の芳香族炭素含有源のうち、芳香族炭
化水素の例としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、
エチルベンゼン、エチルトルエン、エチルイソプロピル
ベンゼン、ビフェニル、ジフェニルメタン、トリフェニ
ルメタン、スチレン、テトラフェニルエチレン、フェニ
ルアセチレン、ジフェニルアセチレン、ナフタレン、ア
ントラセン、テトラセン、ペンタセン、フェナントレ
ン、ペリレン、ピレン、クリセン、テトラリン、アズレ
ン、1−メチルナフタレン等が挙げられ、芳香族炭化水
素の誘導体の例としては、フェノール、アニリン、ハロ
ベンゼン、ニトロベンゼン、ジニトロクロロベンゼン、
m−クレゾール、ベンジルアルコール、トルイジン、安
息香酸、トリフェニルカルビノール、フェニルエーテ
ル、アセトフェノン、クロロナフタレン、ニトロナフタ
レン、ナフトキノン、ナフトール、アントラキノン等が
挙げられる。中でも、キシレンは好ましいものの一つで
ある。
【0008】常温常圧で固体である芳香族炭素含有源の
例としては、インドール、フタロシアニン、ポルフィリ
ン、メロシアニン、クマリン、フェロセン、アゾピリジ
ン、インダンスレン、ジフェニルシランジオール、シラ
シクロペンタジエン等が挙げられ、常温常圧で液体であ
る芳香族炭素含有源の例としては、ピリジン、ピロー
ル、フラン、チオフェン、ピコリン、キノリン、フェニ
ルスルフィド、フェニルシラン、ジフェニルシラン、ジ
フェニルテトラメチルジシラザン、(フェニルセレノメ
チル)トリメチルシラン、クロロジメチルペンタフルオ
ロフェニルシラン等が挙げられる。しかし本発明に用い
られる芳香族炭素含有源は、上記の化合物に限定される
ものではない。
【0009】一方、本発明のルミネセンス装置に用いら
れるa−SiCはバンドギャップが1.8〜4.0eV
であることが好ましく、より好ましくは2.4〜3.5
eVである。
【0010】また、前記a−SiCの炭素含有量は、a
−Si1-x x においてX=0.05〜0.99である
ことが好ましく、より好ましくはX=0.4〜0.9で
ある。
【0011】また、前記a−SiCは、ホウ素含有物
質、リン含有物質、および種々の電子受容体、すなわ
ち、ハロゲン、TCNQ、NO、NHなどでドーピ
ングすることができる。すなわち、ジボランなどのホウ
素含有ドーパントでドーピングされてp型になっていて
もよく、ホスフィンなどのリン含有ドーパントを用いて
ドーピングされてn型になっていてもよい。ドーパント
は、プラズマ分解時に混合気体中に加えてもよく、後処
理として蒸着してもよい。また、ヨウ素や塩素などのハ
ロゲンやTCNQ等の電子受容種で後処理方式で分子ド
ーピングされて、導電性の電荷移動コンプレクスを形成
していてもよい。
【0012】さらに、前記a−SiCの固有光導電率
は、10−7〜10−10S/cmの範囲が好ましく、
ドーピング後の暗導電率は10−2S/cm以下、好ま
しくは10−12S/cm以上である。
【0013】従来報告されているa−SiC薄膜には、
無視し得る程度のsp炭素しか含まれていないので、
青色発光を生じる遷移に関与する励起準位とsp炭素
の原子軌道とが深く関係していることが考えられる。し
たがって、もしある程度以上のsp炭素含有量を持つ
a−SiCを非芳香族炭素源から適当な条件下に製造す
れば、それもまた青色ルミネセンスを示す可能性が高
い。
【0014】
【実施例】温度200℃でシランガスとキシレンガスの
混合物をRFグロー放電分解に付すことにより,a−S
iCの薄膜を得た。キシレンガス分率は、0.64およ
び0.16とし、得られた薄膜の光学的バンドギャップ
はそれぞれ3.5eVおよび2.6eVであった。RF
電極の周波数は13.56MHz、RFパワーは10W
とした。
【0015】図3は光学的バンドギャップ3.5eVの
薄膜の発光スペクトルを示している。測定はXe/Hg
ランプと360nmの狭帯域バンドパスフィルターから
なる励起源を用いて室温で行なった。この薄膜は肉眼で
も強く見える青色の発光を生じ、そのピーク波長は47
5nm(2.61eV)であった。
【0016】図4は光学的バンドギャップ2.6eVの
薄膜の、室温で測定した発光スペクトルを示している。
この場合も同様に青い発光が見られ、そのピーク波長は
475nmであった。X線光電子分光法で測定したこれ
らの薄膜の炭素含量は、バンドギャップ3.5eVと
2.6eVの薄膜について、a−Si1-x x における
Xの値がそれぞれ0.90および0.44であった。両
者の中間のバンドギャップを持つサンプルもまた同様な
ルミネセンス特性を示す。
【0017】従来、a−SiCについて報告されている
最も短いピーク波長は、テトラメチルシランから作られ
た薄膜の500nmであり、これは白色のルミネセンス
を与えるものである。従ってキシレンを原料とする前記
薄膜は青色発光a−SiCとしては最初のものであっ
て、青色発光ルミネセンス装置の発光層として、大きな
利用可能性を持っている。さらに、キシレンを原料とす
る上記薄膜の青い放出光は、これまで作られたa−Si
Cの放出光波長のうち最短の発光ピーク半値が200n
m強であるのに対し、約100nmという狭い半値を示
すという優れた特性を有する。
【0018】図5および図6は、薄膜の結合形状をフー
リエ変換赤外分光法で調べたもので、バンドギャップ
3.5eVと2.6eVの薄膜のスペクトルをそれぞれ
示している。これらのスペクトルから、上記薄膜は、従
来の炭素源から作られたa−SiC中に見られるSiH
ならびに−CHおよび−CSi等の飽和結合、言い換え
ればsp炭素以外に、かなりの割合の=CHおよびC
=C等の芳香族結合、オレフィン結合等の不飽和結合、
すなわちsp炭素を含むことが分かる。全結合炭素中
に占めるsp炭素の百分比は、これらの薄膜の場合、
赤外ピークから推定して約30%である。
【0019】
【発明の効果】本発明のフォトルミネセンス装置および
エレクトロルミネセンス装置は、a−SiC薄膜が高い
sp炭素含有量を有し、青色の発光色を有するので、
有機/無機ヘテロジャンクションエレクトロルミネセン
ス装置の有機導体や有機光導体とのインターフェイスに
とりわけ適していると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のa−SiCを適用できる(a)フォト
ルミネセンスおよび(b)〜(d)エレクトロルミネセ
ンス装置装置の一例を示す図である。
【図2】本発明のa−SiCを適用できるエレクトロル
ミネセンス装置の一例を示す図である。
【図3】光学的バンドギャップ3.5eVのa−SiC
薄膜の室温で測定された発光ススペクトルである。
【図4】光学的バンドギャップ2.6eVのa−SiC
薄膜の室温で測定した発光スペクトルである。
【図5】光学的バンドギャップ3.5eVのa−SiC
薄膜のフーリエ変換赤外スペクトルを示す。
【図6】光学的バンドギャップ2.6eVのa−SiC
薄膜のフーリエ変換赤外スペクトルを示す。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 sp炭素含有量が5原子%以上である
    アモルファスシリコンカ−バイドを含むフォトルミネセ
    ンス装置またはエレクトロルミネセンス装置。
  2. 【請求項2】 芳香族炭素含有源を用いて製造されたア
    モルファスシリコンカーバイドを含むフォトルミネセン
    ス装置またはエレクトロルミネセンス装置。
  3. 【請求項3】 前記芳香族炭素含有源が、芳香族炭化水
    素またはその誘導体である請求項2に記載の装置。
  4. 【請求項4】 アモルファスシリコンカーバイドが1.
    8〜4.0eVのバンドギャップを有する請求項1〜3
    のいずれか一項に記載の装置。
  5. 【請求項5】 アモルファスシリコンカーバイドの炭素
    含有量が、化学式a−Si1-x x においてX=0.0
    5〜0.99である請求項1〜3のいずれか一項に記載
    の装置。
JP34876492A 1992-12-28 1992-12-28 青色ルミネセンス装置 Pending JPH06204562A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4441973A1 (de) * 1994-11-25 1996-05-30 Tuhh Tech Gmbh Lichtwellenleitende Struktur auf einem Substrat
WO2004095591A1 (ja) * 2003-04-23 2004-11-04 Hoya Corporation 発光ダイオード

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