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。

今年，除了使用电场调制光谱评估纳米晶半导体的电子结构外，我们还基于这些知识制造了原型发光器件。调制光谱测量由于电场和热等外部场引起的复杂介电函数的变化，因此可以敏锐地检测由于结构变化而导致的电子结构的变化，并且在纳米晶半导体的材料设计中非常有效。根据迄今为止的研究结果，我们发现纳米晶体的晶粒尺寸是决定纳米晶体电子结构的主要因素，通过电反射（ER）光谱（一种调制光谱）进行评估。我们的目的是积累进一步的研究数据。结果清楚地表明，在掺杂高杂质（硼）的纳米晶硅中，三维能带直接过渡带边缘的带隙减小，这在过去很少受到关注。此外，基于有关这些材料的物理性质的知识，我们将使用纳米晶半导体材料制作发光器件的原型。具体来说，除了迄今为止已经使用的Si基材料之外，ZnS这种有望发出更有效光的直接过渡半导体也将被用作发光材料。纳米晶ZnS通过溅射交替堆叠a-SiN膜而将a-SiN膜随机插入到多层结构中，从而抑制晶体生长并控制晶体尺寸。此外，我们的目标是通过在 ZnS 中掺杂 Mn 和 Tb 等发光中心来获得红光到绿光的发光。结果，我们成功地在Mn掺杂ZnS纳米晶EL器件中获得了3 cd/m^2的红光发射，在Tb掺杂ZnS纳米晶EL器件中成功获得了约10 cd/m^2的绿光发射。证明了其应用于发光器件的可能性。