フラットパネルディスプレイ用高効率発光ナノ結晶薄膜半導体の開発

开发用于平板显示器的高效发光纳米晶薄膜半导体

基本信息

批准号：
12750270
负责人：
外山利彦
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2001
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、これまで行ってきたナノ結晶半導体の電界変調分光法による電子構造評価に加えて、その知見に基づいた発光デバイスの試作を行った。変調分光法は、電場、熱などの外場による複素誘電関数の変化分を測定するため、構造変化による電子構造変化を鋭く検知し、ナノ結晶半導体の材料設計に有効である。これまでの研究結果より、ナノ結晶の結晶粒径が、ナノ結晶の電子構造を決定づける大きな要因であることを変調分光法の一つであるエレクトロレフレクタンス(ER)分光法による評価で得ていることから、これを踏まえて更なる研究データの積み上げを図った。この結果、従来ほとんど注目されていなかった高濃度不純物(ボロン)ドープナノ結晶Siにおいて、3次元バンドの直接遷移帯端のバンドギャップが減少することが、明示された。更にこれらの材料物性に関する知見に基づき、ナノ結晶半導体材料を用いた発光デバイスを試作する。具体的には、これまで行ってきたSi系材料に加え、より高効率発光が期待される直接遷移型半導体であるZnSを発光材料として用いる。ナノ結晶ZnSは、スパッタ法によりa-SiN膜との交互積層による多層構造中に形成す乱挿入したa-SiN膜により、結晶成長を抑制し、結晶サイズの制御を図る。さらに、ZnSに発光中心であるMnやTb等をドープすることにより、赤色〜緑色発光を得ることを目指した。その結果、MnドープZnSナノ結晶ELデバイスでは、3cd/m^2の赤色発光をTbドープZnSナノ結晶ELデバイスでは、約10cd/m^2の緑色発光を得ることに成功し、ナノ結晶半導体の発光発光素子応用への可能性が示された。

除了我们迄今使用现场调制光谱进行的纳米晶半导体的电子结构评估外，我们还根据发现的光发射设备的原型进行了原型。调节光谱法测量了由于电场和热量等外部场引起的复杂介电函数的变化，并急剧检测到由于结构变化而引起的电子结构的变化，从而有效地设计了纳米晶半导体的材料。基于先前的研究结果，我们了解到，纳米晶体的晶粒大小是通过使用电子屈光度（ER）光谱法评估来确定纳米晶体的电子结构的主要因素，这是调制光谱法之一，并且基于此，进一步的研究数据已积累。结果，已经清楚地表明，在高度浓缩的杂质（硼）掺杂的纳米晶体中，几乎没有引起人们的注意，在三维频带的直接过渡带的末尾的带隙减少了。此外，基于这些有关材料物理特性的知识，将制造使用纳米晶半导体材料的发光装置。具体而言，除了到目前为止已经实施的基于SI的材料外，ZnS是一种直接过渡型半导体，预计将提供更高的效率，也用作发光材料。纳米晶体ZnS是一种随机插入的A-SIN膜，通过与A-Sin膜通过溅射抑制晶体生长并控制晶体尺寸，在多层结构中形成。此外，通过使用MN和TB掺杂Zn，这是发光中心，我们旨在获得红绿色的发射。结果，MN掺杂的ZnS纳米晶体EL设备能够实现3CD/M^2红光发射，在TB掺杂的ZnS纳米晶体EL设备中，绿光发射约为10cd/m^2，这表明了纳米晶体半传导剂（如灯照明设备）的应用的可能性。