アモルファス半導体発光/受光素子を集積した全固体化画像処理デバイスの試作研究

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07505001
• 研究種目: 試験研究(A)
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 浜川 圭弘 大阪大学, 基礎工学部, 教授 (10029407)
• 研究分担者: 服部 公則 大阪大学, 基礎工学部, 助手 (80228486) ; 岡本 博明 大阪大学, 基礎工学部, 教授 (90144443)
• キーワード: アモルファスSiC / 全固体光電変換素子 / ホットエレクトロン / フォトルミネッセンス / 多元スパッタ法 / アバランシェ増倍 / ZnS / 二重絶縁型EL素子

研究概要

平成7年度は、主に発光素子の高性能を目指した研究を実施した。まず、a-SiCを発光層に用いた二重絶縁型EL素子に関して、その素子性能の向上のための指針を得るべく、a-SiCEL素子構造を用いたEL発光スペクトル分析およびElectroabsorption法を中心に分光特性評価を行い、ホットエレクトロンのエネルギー分布、平均自由行程、内部電界、移動電荷量の概算を行った。その結果、a-SiCにおいてカーボン組成比を0から約30at.%に増加させることにより、その平均自由行程が約1.0から0.5nmにまで減少することを確認した。これは、カーボン組成比による構造乱れの影響が、伝導帯端近傍だけでなく伝導帯中に広く及んでいることを示唆するものと推測され、ホットエレクトロンを利用するEL素子において重要な意味を有すると考えられる。さらに、デバイス動作時の内部電界を概算した結果、1.4〜2.3MV/cm^2と見積もられた。さらに、移動電荷量の内部電界に対する変化から、アバランシェ増倍現象が示唆される結果となったが、これは、発光素子のみならず同現象を応用した高感度受光素子の開発のための基礎データと成り得る。これらの現象をもとに素子設計を見直すことにより素子性能の改善が期待される。また、さらにノンエピタキシャル成長であるa-SiCの特徴を生かして、発光素子部をZnS等を母材とした薄膜発光素子に置換したヘテロ構造光電変換素子の可能性を探求した。EL活性母材のZnSの膜質改善のために、雰囲気可変赤外線加熱炉を用いてZnSの再結晶成長、発光中心材料の活性化、二重絶縁膜界面の特性改善を図り、これをHe-Cdレーザを紫外光励起光としたフォトルミネッセンス法による発光特性から評価した。まだ、基礎的な段階ではあるが、これを基に多元材料の成長が可能な多元スパッタ法による母材結晶作製と組み合わせることにより、更なる素子性能の向上を図る。

研究成果

• [文献書誌] T.Toyama,K.Hiratsuka,H.Okamoto,and Y.Hamakawa: "Hot-Electron-Induced Electroluminescence and Avalanche Multiplication in Hydrogenated Amorphous Silicon" Journal of Applied Physics. 77. 6354-6357 (1995)
• [文献書誌] Y.J.Cho,T.Hirakawa,H.Kamada,K.Sakiyama,and Y.Hamakawa: "ZnS:Tb Electroluminescent Films Grown by a Low-Pressure Thermal CVD Method" Extended Abstract of the First International Conference on the Science and Technology of Display Phosphors. 141-144 (1995)
• [文献書誌] T.Toyama,H.Okamoto,and Y.Hamakawa: "Amorphous Silicon Carbide Thin Film Blue Light Electroluminescent Device and Its Application to New Optoelectronic Device" Proceedings of International Symposium on Blue Laster and Light Emitting Diodes. 566-569 (1996)
• [文献書誌] T.Toyama,K.Hiratsuka,H.Okamoto,and Y.Hamakawa: "Hot-Electron Induced Electroluminescence and Avalanche Multiplication in Hydrogenated Amorphous Silicon" Journal of Non-Crystalline Solids. (発行予定). (1996)
• [文献書誌] K.Hattori,H.Okamoto,and Y.Hamakawa: "Modulated Photocurrent Spectroscopy of Defect States in Undoped a-Si:H" Journal of Non-Crystalline Solids. (発行予定). (1996)
• [文献書誌] H.Okamoto,K.Hattori,and Y.Hamakawa: "Phenomelogical Scaling of Optical Absorption in Amorphous Semiconductors" Journal of Non-Crystalline Solids. (発行予定). (1996)