多結晶シリコン膜による発光素子の開発と大面積ディスプレイヘの応用

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08555083
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 越田 信義 東京農工大学, 工学部, 教授 (50143631)
• 研究分担者: 小山 英樹 東京農工大学, 工学部, 助手 (40234918) ; 芹川 正 NTT, 入出力システム研究所, 主幹研究員
• キーワード: 多結晶シリコン膜 / 陽極酸化 / 量子閉じ込め効果 / 注入エレクトロルミネセンス / 発光ダイオード / 平面ディスプレイ

研究概要

多結晶シリコン膜による大面積自発光形平面ディスプレイの開発を目的として、その技術的課題の検討を行った。今年度における検討課題とそれぞれの成果を以下に示す。
(a)多孔質多結晶シリコン膜発光素子の作製方法の確立
減圧CVD法により堆積した多結晶シリコン膜に陽極酸化を施して発光性を付与し、発光ダイオードを構成する基礎技術を、活性層の構造、キャリア注入層の電極形成などを中心に検討し、多結晶シリコン膜に適した素子構造を見いだした。この知見を基に、単結晶基板上に作成した多孔質シリコン発光素子と同程度のEL発光効率をもつ素子を得ることができた。
(b)多孔質多結晶シリコン膜の注入EL特性の測定と解析
高効率でEL発光する多孔質多結晶シリコン膜ダイオードを作製し、電気的・光学的特性を詳細に測定し、発光が単結晶基板の場合と同じ注入EL機構に基づくことが裏付けられた。また、EL発光の安定性、均一性については単結晶基板の場合より優れた特性を有することが判明し、その理由を多孔質層の構造の点から考察した。
(C)大面積ディスプレイヘの応用に向けた基礎的検討
多孔質多結晶シリコン膜発光ダイオードを駆動する多結晶シリコン薄膜トランジスタ(TFT)に必要な基本特性とその作製プロセスを検討し、ガラス基板を用いて試作を行った。基本特性を確認の上で発光ダイオードの駆動を試み、ゲート電圧の変化による発光のスイッチング動作が可能であることを実証した。これにより、同一基板上に集積化した発光素子アレイヘの道が開かれ、大面積平面ディスプレイ開発へ発展できる見通しが得られた。

研究成果

• [文献書誌] N.Koshida, E.Takizawa, H.Mizuno, H.Koyama, and T.Sameshima: "Electroluminescent devices based on polycrystalline silicon films for large-area applications" Mat.Res.Soc.Symp.Proc.486(in press). (1998)
• [文献書誌] X.Sheng, H.Koyama, and N.Koshida: "Efficient surface-emitting cold cathodes based on electroluminescent porous silicon diodes" J.Vac.Sci. & Technol.B. 16(in press). (1998)
• [文献書誌] M.Araki, M.Takahashi, H.Koyama, and N.Koshida: "Performances of Buried-Type Porous Silicon Optical Waveguides," Mat.Res.Soc.Symp.Proc.486(in press). (1998)
• [文献書誌] K.Ueno and N.Koshida: "Negative-resistance effects in electroluminescent porous silicon diodes," Jpn.J.Appl.Phys.37(in press). (1998)
• [文献書誌] H.Koyama, Y.Matsushita, and N.Koshida: "Activation of blue emission from oxidized porous silicon by annealing in water vapor," J.Appl.Phys.82(in press). (1998)
• [文献書誌] T.Matsumoto, Y.Masumoto, and N.Koshida: "Photo-and Electro-luminescence from Deuterium-Terminated Porous Silicon Diodes" Mat.Res.Soc.Symp.Proc.486(in press). (1997)
• [文献書誌] T.Matsumoto, Y.Masumoto, T.Nakagawa, M.Hashimoto, K.Ueno, and N.Koshida:"Electroluminescence from deuterium-terininated porous silicon" Jpn.J.Appl.Phys.36. L1089-L1091 (1997)
• [文献書誌] X.Sheng, T.Ozaki, H.Koyama, and N.Koshida: "Improved cold electron emission charactersitics of electroluminescent porous silicon diodes" J.Vac.Sci. & Technol.B. 15,. 1661-1665 (1997)