アモルファス半導体薄膜発光/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

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07505001
• 研究機関: 立命館大学
• 研究代表者: 濱川 圭弘 立命館大学, 理工学部, 教授 (10029407)
• 研究分担者: 岡本 博明 大阪大学大学院, 基礎工学研究科(半導体電子工学), 教授 (90144443) ; 高倉 秀行 立命館大学, 理工学部, 教授 (30112022)
• キーワード: アモルファスSiC / 全固体型光電変換素子 / 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 / EL-PL複合素子 / 2重絶縁型発光素子

研究概要

本年度の研究計画の中でも重点を置いてきた「紫外EL素子を用いた全固体フルカラーディスプレイの開発」研究とともに、平成9年度は本基盤研究Aの最終年度に当たることから、過去3年間を通して得られた成果を、本プロジェクトの主題である「全固体化画像処理デバイスの試作」に沿って仕上げる方向で研究を実施してきた。その研究概要と主な成果をまとめると以下の通りである。
1)本研究に用いる新素材であるアモルファスシリコンカーバイド(a-Si_<1-x>C_x)ならびにその微結晶(μc-Si_<1-x>C_x)の製膜技術を確立し、且つその価電子制御(p,i,nの染め分け)及びバンドギャップ制御に関する一連の基礎データを揃え、デバイス開発を目指した基礎技術と量産化への技術課題を明らかにした。
2)p型a-SiCをヘテロ接合窓とする、a-SiC/a-Si薄膜フォトダイオードアレイ(TFPDA)を開発し、その高性能化に関するデバイス物性を明らかにするとともに、TFPDAのデバイスモデリングを行って、コンピューターシミュレーションによる最適化設計ソフトを開発した。このソフトは、実際のフォトダイオードの性能パラメータが実験的に求まると、これから各物性パラメータを逆算して求めることもできるもので、デバイス評価の有力な武器となり得るものである。
3)TFPDAの高速応答性に関する研究から、従来、不可能といわれてきた、アモルファス半導体中での電子なだれ現象を発見し、これを用いた高速TFPDA開発の基礎研究を行い、実用化へのめどをつけた。
4)薄膜発光素子については以下のようなる種類の素子開発及しその基礎動作特性を明らかにした。
a)a-Sic p-i-n接合を用いたTFPDA b)a-SiC真性ELを用いたTFPDA素子 c)ZnS:TbF_3//ZnS:SmF_3多層薄膜チューナブルカラーEL素子 d)ZnF2:Gd薄膜紫外EL素子の開発と可視蛍光体を用いた全固体フルカラーパネルの開発
5)a-SiC(p-i-n)[LED]/a-SiN_x/a-Si(p-i-n)[TFPDA]などを組み合わせた二次元画像変換装置ならびにその動作特性を解析し、またその動作機能を明らかにし、実用化を目指した基礎技術を確立した。

研究成果

• [文献書誌] T.Toyama, H.Okamoto, Y.Hamakawa, et.al.: "High Electric Field Electroluminescence in Hydrogenated Amorphous Silicon Alloys" Applied Surface Science. 113/114. 504-508 (1997)
• [文献書誌] K.Ishida, H.Okamoto, Y.Hamakawa, et al.: "Photocurrent Multiplication in Amorphous Si/Crystalline Si Heterojunction" Applied Surface Science. 113/114. 750-753 (1997)
• [文献書誌] Young-Jae Cho, Y.Hamakawa, et al.: "Filtered Full-Color Thim-Filn EL Device with ZnS:TbOF/ZnS:PrOF Phosphor Layers" Sensors and Materials. 9. 25-34 (1997)
• [文献書誌] Young-Jae Cho, Y.Hamakawa, et al.: "ZnF2:Gd Thin Film Electroluminescent Device" Applied Surface Science. 113/114. 705-708 (1997)
• [文献書誌] Y.Hamakawa: "An Accelerated Promotion of The New Sunshine Project and Recent Advances of PV Technologies" Proceedings of ISES '97 World Solar Congress. (印刷中). 123-132 (1998)
• [文献書誌] 濱川 圭弘: "新しいプロセスの可能性を探る" BREAKTHROUGH. (印刷中). 1 (1998)
• [文献書誌] Y.Hamakawa and H.Takakura: "Japanese R&D Trend Analysis No.6 Material Trends in Optoelectronics" KRI(Kyoto Research Institute) International, 328 (1997)