JPS6266688A - Light emitting device - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To improve the stability and the life of light emitting efficiency, reproducibility and light emitting characteristic of a visible range by forming a light emitting layer having the prescribed optical band gap, a local level density, and formed of an amorphous Si containing hydrogen atoms, and a pair of electrodes for holding an insulating layer superposed on the emitting layer therebetween. CONSTITUTION:A light emitting element is composed of an insulating layer 103, a light emitting layer 104 and an upper electrode 105 formed thereon on a lower electrode 102 formed on a substrate 101. The layer 104 is formed of non-Si:H so that its optical band cap is 2.0eV or higher and its local level density is 10<16>cm<-3>.eV<-1> or lower at midgap. The H content is 0.1-40atom% Si atom (or preferably 0.5-35atom%). The layer 104 is preferably formed in an I-type layer. The insulating layer is formed of Y2O3, SiO2 or other transparent material.

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。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a light source used in O, A equipment, etc. or a light emitting element used for display.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来１発光素子の発光層を構成する材料左しては、種々
のものが報告されているが、その巾でも例えばＡＰＰｌ
、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ　。Conventionally, various materials have been reported for constituting the light emitting layer of a light emitting device.
, Phys., Lett.

２９　　（１９７６）　　、ＰＰ６２０−６２２゜Ｊ、
１．Ｐａｎｋｏｖｅ、Ｄ、Ｅ、Ｃａｒｌｓｏｎ、やＪｐ
ｎ、Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ。29 (1976), PP620-622°J,
1. Pankove, D.E., Carlson, and Jp.
n, J., Appl, Phys.

２１　　（１９８２）ＰＰＬ４７３−Ｌ４７５゜Ｋ、Ｔ
ａｋａｈａｓｈｉ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。21 (1982) PPL473-L475°K, T
akahashi et al.

ｒｎｏｎ−５ｉ：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、及び潜在的特
性に優れたものがある可使性があること等の為に注目さ
れている材料の１つである。。rnon-5i (denoted as HJ) is attracting attention because it can be applied with semiconductor engineering similar to single crystal silicon, and it has excellent potential properties and can be used. It is one of the materials. .

上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型及びＮ型のいずれの不純物も含
有しない層（／ンドーブ層）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。The structure of the light-emitting device using non-3t:H as a light-emitting material described in the above cited document includes a P-type conductive layer (P layer) containing P-type impurities, and a P-type conductive layer (P layer) containing both P-type and N-type impurities. It has a homojunction in which a layer that does not contain an impurity (/dove layer) and an N-type conductive layer (N layer) that contains an N-type impurity are stacked.

〔解決しようとする問題点〕[Problem to be solved]

しかしながら、この様な４Ｉ戊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
：１、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１　　　　　リ、Ｏ
，Ａ４１１器等に使用される光源素子や表示１　　　　
　素子としては、未だ工業化されるには至ってい１　　
　　　ない。However, in the conventionally reported light emitting devices of 4I, a sufficient amount of light emission in the visible light region is not obtained, and in addition, the light emission intensity is low, the lifespan is short, and the stability of the light emission characteristics is poor. However, there are many points that need to be improved in practical terms. As one of the above improvement plans, non-3i
:1. Attempts have been made to add carbon atoms to H to widen the optical band gap and obtain light emission in the visible wavelength range, but practical problems still remain.
, light source elements and displays used in A411 devices, etc.
As an element, it has not yet been industrialized1.
do not have.

成 〔目　的〕 ２ｉ　　　　　　　本発明′れ上記従来の欠点を゛改良
した発光素１　　　　　子を提供することを主たる目的
とする。[Objective] 2i The main object of the present invention is to provide a light-emitting element which has improved the above-mentioned conventional drawbacks.

本発明の別の目的は、可視波長領域に充分な発Ｉｌｌ□
　　　　　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。Another object of the present invention is to provide sufficient radiation in the visible wavelength range.
It is an object of the present invention to provide a light emitting element that has a large amount of light and has improved luminous efficiency and reproducibility.

本発明のもう１つの目的は、発光特性の安定性酸　　　
　　と寿命を飛躍的に向上させた発光素子を提供す１　
　　　　ることである。Another object of the invention is to provide a stable acid with luminescent properties.
We provide light-emitting elements with dramatically improved lifespan.1
Is Rukoto.

（Ｉｔ 〔問題点を解決するための１手段〕 本発明の発光素子は水素原子を含む非単結晶シリコンで
構成された発光層と、該発光層と重畳された電気的絶縁
層と、これ等の発光層と絶縁層とを挟持し電気的に接続
された少なくとも一対の電極とを有し、前記発光層の光
学的バンドギャップが２．０ｅＶ以上で且つ局在準位密
度がミツドギャップで１０１６ｃｍ−３・６ｙ−を以下
である事を特徴とする。(It [One Means for Solving the Problem] The light emitting device of the present invention includes a light emitting layer made of non-single crystal silicon containing hydrogen atoms, an electrically insulating layer superimposed on the light emitting layer, and the like. at least one pair of electrodes sandwiching a light emitting layer and an insulating layer and electrically connected to each other, the light emitting layer has an optical band gap of 2.0 eV or more and a local level density of 1016 cm in midgap. -3.6y- is characterized by being as follows.

〔作　用〕[For production]

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上させることが出来る。By having the above structure, the light emitting element of the present invention has the following features:
It has a luminescence peak in the visible wavelength region, obtains a sufficient amount of luminescence, improves luminous efficiency and reproducibility, and dramatically improves the stability of luminescent characteristics and lifespan.

以下、本発明を図面に従って具体的に説明する。Hereinafter, the present invention will be specifically explained with reference to the drawings.

ｗＩＪ１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。Figure wIJ1 is a schematic layer configuration diagram showing the layer configuration of a preferred embodiment of the light emitting element of the present invention.

第１図に示される発光素子は、基体１０１上に１　　　
　　設けられた下部電極１０２上に、電気的絶縁層□’
　　　　　　１０３　、発光層１０４及び該発光層１０
４上に１　　　　設けられた上部電極１０５とで構成さ
れている。The light emitting device shown in FIG.
On the provided lower electrode 102, an electrically insulating layer □'
103, a light emitting layer 104 and the light emitting layer 10
4 and an upper electrode 105 provided on top of the top electrode 105.

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１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、
、１　　“５゛″３　ｔ　ｊｊＡ　４ｈ　＋：　ｔ”１
″”°”′”′”°′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。When the light emitting device shown in FIG. 1 is used as a planar light emitting device, the electrode 102 and/or the electrode 105 must be transparent if even the color of the emitted light is to be used, and the amount of light emitted per unit If the electrode 102 side is to be used, it is desirable that the material is transparent to the emitted light.
, 1 “5゛”3 t jjA 4h +: t”1
It is desirable that the material be transparent or translucent to the emitted light, similar to ""°"'"'"°'.

本発明において、発光層は、ｎｏｎ−３ｔ：Ｈで構成さ
れる。In the present invention, the light emitting layer is composed of non-3t:H.

発光層中に含有される水素原子（Ｈ）は、シ’ｊ；’：
：＋　　　ＩＪ　：１　ｙｌｉ“ｔｙ＞＠＊ｆｙｆ“）
７’ｊＨ７Ｖ“１″′５１．　　　　　し、その含有量
は形成される層の半導体特性。Hydrogen atoms (H) contained in the light emitting layer are as follows:
:+ IJ :1 yli"ty>@*fyf")
7'jH7V"1"'51. However, its content depends on the semiconductor properties of the formed layer.

光学的特性、及び素子の発光特性を左右する重要因子で
あって、本発明においては、水素原子（Ｈ）の含有量は
好適にはシリコン原子に対して０．１〜４０原子％、よ
り好適には０．５〜３５原子％、最適には１〜３０原子
％である０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料物質も光ＣＶＤ法に適合
するものを選択して使用するのが望ましい。In the present invention, the hydrogen atom (H) content is preferably 0.1 to 40 at%, more preferably 0.1 to 40 at% based on silicon atoms, which is an important factor that influences the optical properties and the light emission properties of the device. 0.5 to 35 atomic %, optimally 1 to 30 atomic %. In the present invention, the photo-CVD method (deposited film formation method by chemical vapor phase method using light energy for reaction)
The above-mentioned structure can be provided by employing the above structure, and it is desirable to select and use raw materials for forming the light-emitting layer that are compatible with the photo-CVD method.

発光層１０４は、ｎｏｎ−Ｓｉ：Ｈで構成されるもので
あるが、好ましくは所謂真性（Ｎ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−３ｉ：Ｈ
で構成される層は。The light-emitting layer 104 is made of non-Si:H, and is preferably made of non-3i:H, which is preferably formed as a layer exhibiting so-called intrinsic (N-type) semiconductor characteristics.
The layer consists of.

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１発光層１０４
を工型伝導層とするには、僅かにＰ型不純物を含有させ
る。According to the general tendency, if it does not contain so-called P-type or N-type impurities, it shows a slight N-type tendency.
In order to form a conductive layer, a small amount of P-type impurity is added.

発光層１０４は１発光特性は僅かに低下はするが、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。The light-emitting layer 104 may be a so-called non-doped layer that does not contain P-type or N-type impurities, although the light-emitting characteristics are slightly degraded.

発光層１０４を■型伝導層とするには、層形成する際に
Ｐ型伝導特性を与、えるＰ型不純物を含有させるか或い
は既にｎｏｎ−５ｉ：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法等の手段で注入し
てやれば良い。In order to make the light-emitting layer 104 a type conductive layer, it is necessary to contain a P-type impurity that imparts P-type conductivity when forming the layer, or to add a P-type impurity to a layer already composed of non-5i:H. Impurities may be implanted by means such as ion implantation.

Ｐや不純物としては、所謂周期律表第ｍ族に属する原子
（第ｍ族原子）、即ちＢ（硼素）。Examples of P and impurities include atoms belonging to the so-called group m of the periodic table (group m atoms), that is, B (boron).

Ａｉ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）。Ai (aluminum), Ga (gallium).

Ｉｎ（インジウム）、Ｔｕ（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。Examples include In (indium) and Tu (thallium), among which B and Ga are particularly preferably used.

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与えないもので、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。The material constituting the electrically insulating layer 103 is one that has good electrical insulation properties, does not have a negative effect on efficiently extracting the light emitted from the light emitting layer 104, and is easy to form. You can use almost anything.

絶縁層１０３は、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４゜絶縁層１０３を構成
する材料として、本発明において、好適に使用さ、れる
のは具体的にはＹ２Ｏ３、Ｓ　ｉｏ２．非晶質の酸化シ
リコン（ａ−ＳｉｘＯｌ−ｘ但し、Ｏ＜Ｘ＜１）。The insulating layer 103 needs to be transparent to the emitted light in order to extract the emitted light to the outside.As a material constituting the insulating layer 103, in the present invention, the material preferably used is as follows. Specifically, Y2O3, Sio2. Amorphous silicon oxide (a-SixOl-x, where O<X<1).

ＨｆＯ２，５ｉ３Ｎａ、非晶質の窒化シリコン（ａ−Ｓ
ｉｙＮｌ−ｙ但し、ｏ＜ｙ＜ｔ）。HfO2, 5i3Na, amorphous silicon nitride (a-S
iyNl-y, where o<y<t).

Ａ文２０３　、ＰｂＴｉＯ３，非晶質ｃ７）ＢａＴｉＯ
２、Ｔａ２０５等を挙げることが出来る。A text 203, PbTiO3, amorphous c7) BaTiO
2, Ta205, etc.

本発明の発光素子に於いては、電気的絶縁層１０５は１
発光層１０４の基板側又は電極１′０５側のいずれに設
けても良い。In the light emitting device of the present invention, the electrically insulating layer 105 is
It may be provided either on the substrate side of the light emitting layer 104 or on the electrode 1'05 side.

第２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。FIG. 2 shows another preferred embodiment of the light emitting device of the present invention.

第２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。The structure of the light emitting device shown in FIG. 2 is basically the same as that of the light emitting device shown in FIG.

第２図に示す発光素子は、ガラス等の透明な基体２０１
上に、順に、透明電極２０２．絶縁層２０３９発光層２
０４．金属電極２０５が積層された層構造を有し、電極
２０２及び金属電極２０５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２０６の接続端子
が電気的に接続されている。The light emitting element shown in FIG. 2 has a transparent base 201 made of glass or the like.
Above, in order, transparent electrodes 202 . Insulating layer 2039 Light emitting layer 2
04. The metal electrode 205 has a laminated layer structure, and the electrode 202 and the metal electrode 205 are each electrically connected to a connection terminal of a power source 206 for applying a pulsed or sawtooth high frequency high electric field. .

第２図に示す発光素子の場合、高周波電源２０６によっ
て高周波電界が印加されると１発光層２０４より発光が
起こり１発光した光は絶縁層２０３．透明電極２０２．
基体２０１を透過して外部へ放出される。In the case of the light emitting device shown in FIG. 2, when a high frequency electric field is applied by a high frequency power source 206, light is emitted from one light emitting layer 204, and the emitted light is emitted from one light emitting layer 203. Transparent electrode 202.
It passes through the base 201 and is emitted to the outside.

このときの発光の過程は、以下の様に考えられる。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゛重子−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。The process of light emission at this time can be considered as follows. That is, the process in which the ``moleton-hole pairs'' captured in the interface state formed at the interface between the insulating layer 203 and the light-emitting layer 204 are accelerated by the electric field, collide, and recombine in a luminescent manner, and The process of injecting high energy electrons through the Schottky barrier generated at the interface with the light emitting layer 204 is repeated every half cycle of the excitation high frequency high electric field. These two processes result in electroluminescent light emission.

本発明の発光素子は、可視域の発光波長を得る為に、発
光層の光学的バンドギャップＥｇｏｐｔは、２．　Ｏｅ
　Ｖ以りとされる。In the light emitting device of the present invention, in order to obtain an emission wavelength in the visible range, the optical band gap Egopt of the light emitting layer is set to 2. Oe
It is said to be more than V.

又、発光層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、１０１１０１６Ｃ拳ｅＶ−
１以下、好適には１０１５ｃｍ−３拳ｅＶ−１とされる
。In addition, the local level density at the center of the optical band gap (mid gap) of the light-emitting layer is 1011016C eV-
1 or less, preferably 1015 cm-3 eV-1.

この様に、発光層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。In this way, by controlling the physical property values of the light-emitting layer, the efficiency of recombination can be dramatically improved, and therefore the light-emitting efficiency can be improved.

又、発光層の外部量子効率を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。Further, by controlling the distribution of recombination levels so that the external quantum efficiency of the light emitting layer is 10 -4% or more, a light emitting element that emits light with high intensity can be obtained.

上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
６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１光ＣＶＤ法に限定されるもＧではなく
、適宜所望の条件に設定して、例えばＨＯＭＯＣＶＤ法
。It is preferable that the light-emitting device having the above-mentioned characteristics be produced by the photo-CVD method under the conditions described below. For example, the method is not limited to the one-light CVD method, but can be set to desired conditions as appropriate, such as the HOMOCVD method.

プラズマＣＶＤ法等によって成されても良い。It may also be performed by a plasma CVD method or the like.

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。As the material constituting the substrate constituting the light emitting device of the present invention, most of the materials commonly used in the field of light emitting devices can be mentioned.

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。The substrate may be electrically conductive or electrically insulating, but preferably has relatively good heat resistance.

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１　　　　い。In the case of a conductive substrate, it is not necessary to provide an electrode between the substrate and the light emitting layer.

１　　　′″′″″″“°゛′”、　ＮｉＣｒ、Ｘ？ｙ
ｙＸ。1 ′″′″″″“°゛′”, NiCr, X? y
yX.

Ｊ　　　　　　Ａｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｎｂ、Ｔａ、
Ｖ。J Ai, Cr, Mo, Au, Nb, Ta,
V.

（Ｔｉ等を挙げることが出来る。(Ti, etc. can be mentioned.

□）　゛ １　　　　　電気絶縁性基体としては、ポリエステル、
ポリエチレン、ポリカーボネイト、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、　　　　；
ｔｆ　５　ｘ　、　−ｔ　５”′″、＃＃ｔｉｆ６Ｃ“
′１！　　　　　来る。□) ゛1 As the electrically insulating substrate, polyester,
A film or sheet of synthetic resin such as polyethylene, polycarbonate, polyamide, etc.;
tf 5 x, -t 5"'", ##tif6C"
'1! come.

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４電処理される。When an electrically insulating substrate is used as the substrate, its surface is subjected to a four-electrode treatment to serve as an electrode between the substrate and the light emitting layer.

１　　　　　　例えば、ガラスであれば、その表面に、
ＮＩ」 Ｃｒ　　、Ａ文　、Ｃｒ、Ｍｏ、、Ａｕ、Ｉｒ、Ｎｂ。1 For example, if it is glass, on its surface,
NI” Cr, A text, Cr, Mo,, Au, Ir, Nb.

Ｔａ、Ｖ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｎ２０３Ｓｎ０２　、
ＩＴＯ（Ｉ　ｎ２０３＋５ｎ０２）等から成る薄膜を設
けることによって導電性が付与され、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、Ｎ　ｓ　Ｃ
ｒ　、　Ａ　ｌ　＋　Ａ　ｇ　＊Ｐｂ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ａ
ｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｉｒ。Ta, V, Ti, Pt, Pd, In203Sn02,
If conductivity is imparted by providing a thin film made of ITO (In203+5n02) or the like, or if it is a synthetic resin film such as polyester film, N s C
r, A l + A g *Pb, Zn, Ni, A
u, 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。A thin film of a metal such as Nb, Ta, V, Ti, Pt, etc. is provided on the surface by vacuum evaporation, electron beam evaporation, sputtering, etc., or the surface is laminated with the above metal to impart conductivity to the surface. Ru.

次に本発明の発光素子を作成する場合の例を第３図の光
ＣＶＤ９置を以って説明する。Next, an example of manufacturing the light emitting device of the present invention will be explained using the optical CVD 9 apparatus shown in FIG.

光ＣＶＤ法の場合に使用される発光層を形成するための
原料ガスとしては、一般式５ｉｎＨ２ｎ　（ｎ＝３　、
４　、５、−−−−）で表わされる環状水素化ケイ素化
合物、５ｉｎＨ２ｎ＋２（ｎ　＝　２、−−−−）で表
わされる直鎖状又は分岐を有する鎖状水素化ケイ素化合
物などが挙げられる。The raw material gas for forming the light-emitting layer used in the photo-CVD method has the general formula 5inH2n (n=3,
Examples include cyclic silicon hydride compounds represented by 4, 5, ----), linear or branched chain silicon hydride compounds represented by 5inH2n+2 (n = 2, ---), and the like.

また、前記一般式の原料化合物は、２種類以上を併用し
てもよいが、この場合、各化合物に′ｊ　　　　　よっ
て期待される膜特性を平均化した程度の特性、ないしは
相乗的に改良された特性が得られｌ　　　　　る・ ′　　　　　また、通常は上記の原料ガスに水素ガスを
島′：―、　　　　　駅用ガスとして混合して使用して
も差支えない。In addition, two or more of the raw material compounds of the above general formula may be used in combination, but in this case, the expected film properties of each compound are averaged or synergistically improved. In addition, hydrogen gas may be mixed with the above raw material gas and used as a station gas.

：：　　　　　　前記一般式のケイ素化合物は、光エネ
ルギー又は比較的低い熱エネルギーの付与により容易１
　　　′″４１′Ｇ　ｔ　ｇ　ＣＬ、−Ｔ　＆　＊　／
ｘ　ｈ　ＩＪ　Ｄ　７　＊　ＪＡ　ｔ１５１　＋」　　
　　形成することができ、またこれに際し、基体温ｊ　
　　　度も比較的低い温度とすることができる。ま１　
　　　た、励起エネルギーは基体近傍に到達した原料１
　　　　ガスに一様に或いは選択的制御的に付与される
が、適宜の光学系を用いて基体の全体に照射して堆積膜
を形成することもできるし、或いは所望部分のみに選択
的制御的に照射して部分的に堆積膜を形成することもで
き、またレジスト等を使用して所定の図形部分のみに照
射し塩１１１膜を形成できるなどの便利さを有している
。:: The silicon compound of the above general formula can be easily oxidized by applying light energy or relatively low thermal energy.
'''41'G t g CL, -T & * /
x h IJ D 7 * JA t151 +”
can be formed, and in this case, the substrate temperature j
The temperature can also be relatively low. M1
In addition, the excitation energy is
It is applied to the gas uniformly or in a selectively controlled manner, but it is also possible to form a deposited film by irradiating the entire substrate using an appropriate optical system, or selectively and controlled only to a desired area. It is also possible to partially form a deposited film by irradiating the salt 111, and it also has the convenience of being able to form a salt 111 film by irradiating only a predetermined graphical part using a resist or the like.

第３図中、ｌは堆積室であり、内部の基体支持台２上に
所望の基体３が載置される。In FIG. 3, l is a deposition chamber, and a desired substrate 3 is placed on a substrate support 2 inside.

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１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
光を得るためには、２００℃以下であることが望ましい
。Reference numeral 4 denotes a heater for heating the substrate, which is supplied with electricity via a conductive wire 5 and generates heat. Although the substrate temperature is not particularly limited, it is generally desirable to be 200° C. or lower in order to increase the optical band gap of the light-emitting layer and obtain visible light emission.

６〜９は、ガス供給源であり、前記一般式で示される鎖
状水素化ケイ素化合物のうち液状のもの゛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ＳＲ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、使用する前記一般式の
水素化ケイ素化合物の種類の数、希釈ガス等を使用する
場合において、原料ガスである前記一般式の化合物との
予備混合の有無等に応じて適宜選択される０図中、ガス
供給源６〜９の符合に、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を付したのは各基体流の
開閉及び流μの調整をするためのバルブである。6 to 9 are gas supply sources, and if a liquid one of the chain silicon hydride compounds represented by the above general formula is used, an appropriate vaporizer is provided. The vaporizer has
There are types that utilize heating SR, types that allow carrier gas to pass through the liquid raw material, etc., and any of them may be used.The number of gas supply sources is not limited to four, and the type of silicon hydride compound of the above general formula to be used. In the case of using a diluent gas, the number of a is selected as appropriate depending on the presence or absence of premixing with the compound of the general formula as the raw material gas. Those marked with are branch pipes, those marked with b are flow meters, those marked with C are pressure gauges that measure the pressure on the high pressure side of each flow meter, and those marked with d or e are the opening/closing of each base flow. and a valve for adjusting the flow μ.

各ガス供給源から供給さ、れる原料ガス等は、ガス導入
管１０の途中で混合され、図示しない換気装首に付勢さ
れて、室１内に導入される。Raw material gases and the like supplied from each gas supply source are mixed in the middle of the gas introduction pipe 10, and are introduced into the chamber 1 by being energized by a ventilation neck (not shown).

又は、各ガス供給源から交互に室１内に導入される。１
１は、室ｌ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されている。Alternatively, the gases are introduced into the chamber 1 alternately from each gas supply source. 1
1 is a pressure gauge for measuring the pressure of gas introduced into the chamber l. Further, 12 is a gas exhaust pipe, which is connected to an exhaust device (not shown) for reducing the pressure inside the deposition chamber 1 and forcibly exhausting introduced gas.

１３はレギュレーターバルブである。原料ガス等を導入
する前に、室ｌ内を排気し、減圧状態とする場合、室内
の気圧は、好ましくは５Ｘ１０−５Ｔｏｒｒ以下、より
好ましくは１×１０４Ｔｏｒｒ以下である。また、原料
ガー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Ｉ　Ｘ　ｌ　Ｏ−２〜ｊ００Ｔｏ　ｒ　ｒ、よ
り好ましくは５Ｘ　Ｉ　Ｏ−２〜１ＯＴｏ　ｒ　ｒであ
る。13 is a regulator valve. When the inside of the chamber 1 is evacuated and brought into a reduced pressure state before introducing the raw material gas etc., the atmospheric pressure inside the chamber is preferably 5×10 −5 Torr or less, more preferably 1×10 4 Torr or less. Further, in the state where the raw material girth etc. are introduced, the pressure in the chamber 1 is preferably IXlO-2 to j00Torr, more preferably 5XIO-2 to 1OTorr.

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、炭酸ガスレーザ、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１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、波長域を間。As an example of the excitation energy supply source used in the present invention,
Reference numeral 14 denotes a light energy generating device, such as a mercury lamp, a xenon lamp, a carbon dioxide laser, an argon ion laser, an excimer laser, or the like. Note that the light energy used in the present invention is not limited to ultraviolet energy, but can be used in any wavelength range as long as it can cause a chemical reaction in the raw material gas and form a deposited film.

うものではない。It's not something.

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ガス等に照射され、励起
・分解又は重合を起こして基体３上の全体或いは所望部
分にｎｏｎ−Ｓｔ：Ｈの堆ｖＬ膜を形成する。このとき
、発光層のＨさは５００人〜３０００人程程度すること
が望ましい。Light 15 directed from the optical energy generator 14 to the entire substrate or a desired part of the substrate using an appropriate optical system is irradiated to the raw material gas flowing in the direction of the arrow 16, causing excitation, decomposition, or polymerization. Then, a non-St:H deposited VL film is formed on the entire substrate 3 or on a desired portion. At this time, it is desirable that the H level of the light emitting layer is about 500 to 3000.

そして最後にアルミニウム、金などの金属電極をＭ着す
る。Finally, a metal electrode such as aluminum or gold is deposited.

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、カス温度よりも低い温度に
保たれた基体玉に堆積させるＨＯＭＯＣＶＤという方法
がある（Ｂ、Ａ、５ｃｏｔｔ　、Ｒ，Ｍ、Ｐｌｅｃｅｎ
ｉｃｋ、ａｎｄ　　Ｅ、Ｅ、Ｓｉｍｏｎｙｉ。Another production method is HOMOCVD, in which the reaction gas flowing into the reaction tube is thermally decomposed in an external electric furnace and deposited on a base ball kept at a temperature lower than the scum temperature (B, A, 5cott). , R.M., Plecen
ick, and E, E, Simonyi.

Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、、ｖｏｌ、３９（１９
８１）９．７３）。Appl, Phys, Lett,, vol, 39 (19
81)9.73).

本発明の発光層として用いるｎｏｎ−３ｉ：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。Even if this method is used when depositing non-3i:H used as the light-emitting layer of the present invention, a film with a large optical band gap and a low localized level density can be produced.

〔実施例〕〔Example〕

上記した第３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２図に示す構造の発
光素子を作成、し、′電源２０６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。Using the above-mentioned photo-CVD apparatus shown in FIG. 3 and according to the above-described procedure and conditions, a light-emitting device having the structure shown in FIG. A characteristic test was conducted by applying the voltage.

絶縁層２０３としては３０００人厚のｙ２゜３薄膜を用
い、発光層２０４は、原料ガスとしてＳ　ｉ　２Ｈ６ガ
スを使用して、基体温度５０℃で成膜を行った。電極２
０２としては、ＩＴＯ透明電極、電極２０６としてはＡ
２電極を用いた。この様にして作成した発光素子に１０
０ｖＩＫＨｚのパルス状高周波高電界を印加したところ
、２４ｆｔ−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、」二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。The insulating layer 203 was formed using a y2°3 thin film with a thickness of 3000 mm, and the light emitting layer 204 was formed at a substrate temperature of 50° C. using Si 2 H6 gas as the raw material gas. Electrode 2
02 is an ITO transparent electrode, and the electrode 206 is A.
Two electrodes were used. The light emitting device created in this way has 10
When a pulsed high frequency high electric field of 0 vIKHz was applied, light emission having an emission peak in the visible light region of 24 ft-L was obtained. This value is more than an order of magnitude larger than the light emitted by light emitting elements using non-single crystal silicon realized so far, and it was found that the light emitting efficiency has been improved. Furthermore, when we tested the stability and durability of the light emitting characteristics by continuously applying the high frequency electric field described in ``2'' for a long time, we found that the stability was about 5 times that of the conventional example, and the durability was 1.5 times that of the conventional example.
The result was an order of magnitude better.

〔効　果〕〔effect〕

北述した様に、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。As mentioned above, the light-emitting element of the present invention has a luminescence peak in the visible wavelength region, can obtain a sufficient amount of luminescence, improves luminous efficiency and reproducibility, and dramatically improves the stability of luminescent characteristics and lifetime. can be increased.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図及び第２図は１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３図は本発明の発光素子
を作成する為の装置の一例を示す模式図である。 １０１−−−−−−−−−−−一基体 １０２．１０５−−−一電極 ＬＯ３，２０３−−ｍ−絶縁層 １０４．２０４−−−一発光層 ２０１−−−−−−−−−−−−ガラス基板２０２−−
−−−−−−−−−一透明電極２０４−−−−−−−−
−−−一発光層２０５−−−−−−−−−−ｍ−金属電
極２０６−−−−−−−−−−−一高周波電源。 ｈど1 and 2 are schematic diagrams showing the layer structure of a preferred embodiment of the light emitting device of the present invention, and FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of an apparatus for producing the light emitting device of the present invention. be. 101---------One substrate 102.105---One electrode LO3, 203--m-Insulating layer 104.204---One light emitting layer 201------ ---Glass substrate 202--
----------One transparent electrode 204----
---One light-emitting layer 205---------m-Metal electrode 206----One high frequency power source. hd

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 水素原子を含む非単結晶、シリコンで構成された発光層
と、該発光層と重畳された電気的絶縁層と、これ等の発
光層と絶縁層とを挟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、前記発光層の光学的バンドギャッ
プが２．０ｅＶ以上で且つ局在準位密度がミツドギヤツ
プで１０＾１＾６ｃｍ＾−＾３・ｅＶ＾−＾１以下であ
る事を特徴とする発光素子。A light-emitting layer made of non-single crystal silicon containing hydrogen atoms, an electrically insulating layer superimposed on the light-emitting layer, and at least one pair of these light-emitting layer and insulating layer sandwiched and electrically connected to each other. The light-emitting layer has an optical band gap of 2.0 eV or more and a local level density of 10^1^6 cm^-^3 eV^-^1 or less at the midgap. Characteristic light-emitting elements.