專利名稱：發(fā)光型晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種同時具有場效應(yīng)晶體管與發(fā)光元件的功能的發(fā)光型晶體管和使用其的激光光源。
背景技術(shù)：
作為顯示器等中使用的發(fā)光元件，將有機物用于發(fā)光體層中的有機發(fā)光二極管(Organic Light Emitting DiodeOLED)已被實用化。通過使用OLED，可得到能以噴墨法等簡單方法制造、大面積且柔軟、比液晶顯示器亮度高且省電的顯示器。
另外，控制這種顯示器OLED的開關(guān)元件之一中有將有機物用于溝道層中的有機場效應(yīng)晶體管(Organic Field Effect TransistorOFETL)。但是，若要制造組合OLED與OFET的顯示器，則制造工序復(fù)雜。
因此，研究作為兼?zhèn)銸LED與OFET功能的元件的發(fā)光型晶體管(LightEmitting Field Effect TransistorLEFET)。LEFET自身發(fā)光，并通過柵極電壓的ON/OFF來控制其發(fā)光的ON/OFF。通過將這種元件用于顯示器中，可由一個元件來共同執(zhí)行發(fā)光及其控制，所以不必如上述那樣組合使用OLED與OFET等兩個元件，可削減制造成本。另外，可更高密度地配置元件，由此，可提高圖像的分辨率。
在非專利文獻1和2中均記載了LEFET的一例。用作為其截面圖的圖1來說明這些文獻中所示的LEFET的構(gòu)成。在柵極電極11上層疊絕緣膜12，在絕緣膜12上配置第1源極·漏極電極14和第2源極·漏極電極15。非專利文獻1和2任一中均在第1源極·漏極電極14和第2源極·漏極電極15中使用金。另外，在非專利文獻2的LEFET中，在第1源極·漏極電極14和第2源極·漏極電極15與絕緣膜12之間，插入用于將這些電極粘接于絕緣膜12上的、由鉻構(gòu)成的粘接層131和132。在絕緣膜12上，配置由有機物構(gòu)成的發(fā)光體層16，以連接第1源極·漏極電極14和第2源極·漏極電極15。發(fā)光體層16在非專利文獻1的LEFET中由作為碘化鉛類層狀鈣鈦礦化合物之(C6H5C2H4NH3)PbI4構(gòu)成，在非專利文獻2的LEFET中由并四苯(tetracene)構(gòu)成。
非專利文獻1八尋正幸等2人，‘使用層狀鈣鈦礦自組織化膜的有機FET的發(fā)光和電特性’，信學(xué)技報，社團法人電子信息通信學(xué)會，2002年，OME2002-54號，37-41頁非專利文獻2A.Hepp等5人，‘使用并四苯薄膜的發(fā)光場效應(yīng)晶體管’，物理評論集(physical review letters)，(美國)，美國物理學(xué)會，2003年10月10日，第91卷，第15號，157406-1～157406-4頁(A.Hepp et al.，“Light-Emitting Field-Effect Transistor Based on a Tetracene Thin Film”，Physical Review Letters，American Physical Society，vol.91，pp.157406-1～157406-4(2003))說明該LEFET的動作。
首先，描述如圖1(a)所示向柵極電極11施加負的柵極電壓VG的情況。向第1源極·漏極電極14-第2源極·漏極電極15之間施加第2源極·漏極電極15側(cè)為正的源極·漏極電壓VSD。這里，源極漏極電壓VSD為比通常的FET高的數(shù)十V～百幾十V。通過施加電壓VSD，從第2源極·漏極電極15向發(fā)光體層16注入空穴。該空穴被柵極電壓VG拉到絕緣膜12側(cè)，同時，朝向第1源極·漏極電極14。即，在本例中，第2源極·漏極電極15具有源極電極的作用，第1源極·漏極電極14具有漏極電極的作用。另一方面，從第1源極·漏極電極14向發(fā)光體層16注入電子。這里，注入的電子數(shù)量比從第2源極·漏極電極15注入的空穴的數(shù)量少，所以為了確保其量，如上所述，提高電壓VSD。如此注入的空穴與電子在第1源極·漏極電極14附近的發(fā)光體層16內(nèi)再結(jié)合，由此，發(fā)光體發(fā)光。利用柵極電壓VG的ON/OFF(接通/斷開)，絕緣膜12附近的空穴濃度變大/變小，由此，控制空穴與電子的再結(jié)合的ON/OFF，即發(fā)光的ON/OFF。
之后，描述如圖1(b)所示，向柵極電極11施加正的柵極電壓VG的情況。與上述情況同樣，若施加第2源極·漏極電極15側(cè)為正的數(shù)十V～百幾十V的源極·漏極電壓VSD，則從第1源極·漏極電極14向發(fā)光體層16注入電子。該電子被柵極電壓VG拉到絕緣膜12側(cè)，同時，朝向第2源極·漏極電極15。即，在本例中，第1源極·漏極電極14具有源極電極的作用，第2源極·漏極電極15具有漏極電極的作用。另一方面，從第2源極·漏極電極15向發(fā)光體層16注入少量空穴。這些空穴與電子在第2源極·漏極電極15附近的發(fā)光體層16內(nèi)再結(jié)合，由此，發(fā)光體發(fā)光。
也可分別在發(fā)光體層16中使用空穴的輸送能力高的材料的情況下，如圖1(a)所示施加負的柵極電壓VG，在使用電子的輸送能力高的材料的情況下，如圖1(b)所示施加正的柵極電壓VG。
如上所述，LEFET中為了從漏極電極向發(fā)光體層注入與從源極電極注入的載流子特性相反的載流子，施加比通常的FET高的源極·漏極間電壓。即便如此，在以前的LEFET中，由于與來自源極電極的載流子注入量相比，來自漏極電極的載流子注入量不夠，所以發(fā)光強度不夠。另外，若施加這種高電壓，則由于未與來自漏極電極的載流子再結(jié)合的來自源極電極的載流子構(gòu)成的無用電流大，所以功耗大，發(fā)光效率也低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題在于提供一種發(fā)光型晶體管，可得到充分的發(fā)光強度，功耗更低，發(fā)光效率更高。同時，提供一種使用該發(fā)光型晶體管的激光光源。
為了解決上述問題而構(gòu)成的本發(fā)明的發(fā)光型晶體管的特征在于，具有a)在表面形成了絕緣膜的柵極電極；b)第1源極·漏極電極，其配置于所述絕緣膜上，由功函數(shù)為4.26V以下的電子注入材料構(gòu)成；c)第2源極·漏極電極，其離開所述第1源極·漏極電極，同樣配置于所述絕緣膜上，由功函數(shù)比4.26V大的空穴注入材料構(gòu)成；和d)發(fā)光體層，其設(shè)置在所述第1源極·漏極電極與所述第2源極·漏極之間的所述絕緣膜上，由有機半導(dǎo)體構(gòu)成。
本發(fā)明的激光光源的第1方式的特征在于，具備
a)在表面形成了絕緣膜的柵極電極；b)第1源極·漏極電極，其配置于所述絕緣膜上，由功函數(shù)為4.26V以下的電子注入材料構(gòu)成；c)第2源極·漏極電極，其離開所述第1源極·漏極電極，同樣配置于所述絕緣膜上，由功函數(shù)比4.26V大的空穴注入材料構(gòu)成；d)發(fā)光體層，其設(shè)置在所述第1源極·漏極電極與所述第2源極·漏極之間的所述絕緣膜上，由有機半導(dǎo)體構(gòu)成；和e)衍射光柵，其設(shè)置在所述第1源極·漏極電極與所述第2源極·漏極之間，衍射所述發(fā)光體層發(fā)光的光。
本發(fā)明的激光光源的第2方式的特征在于，具備a)在表面形成了絕緣膜的柵極電極；b)梳形的第1源極·漏極電極，其配置于所述絕緣膜上，由功函數(shù)為4.26V以下的電子注入材料構(gòu)成；c)第2源極·漏極電極，即由功函數(shù)比4.26V大的空穴注入材料構(gòu)成的梳形電極，其配置于所述絕緣膜上，使該電極的梳齒與所述漏極電極的梳齒嚙合，由這些齒來形成衍射光柵；和d)發(fā)光體層，其設(shè)置在所述第1源極·漏極電極與所述第2源極·漏極之間的所述絕緣膜上，由有機半導(dǎo)體構(gòu)成。
本發(fā)明的激光光源的第3方式的特征在于，具備a)在表面形成了絕緣膜的柵極電極；b)第1源極·漏極電極，其配置于所述絕緣膜上，由功函數(shù)為4.26V以下的電子注入材料構(gòu)成；c)第2源極·漏極電極，其離開所述第1源極·漏極電極，同樣配置于所述絕緣膜上，由功函數(shù)比4.26V大的空穴注入材料構(gòu)成；d)發(fā)光體層，其設(shè)置在所述第1源極·漏極電極與所述第2源極·漏極之間的所述絕緣膜上，由有機半導(dǎo)體構(gòu)成；和e)電介質(zhì)多層膜，其設(shè)置在從所述發(fā)光體層至外部的光路上，使所述發(fā)光體層的發(fā)光波長帶中的規(guī)定波長的光干涉。


圖1是表示現(xiàn)有發(fā)光型晶體管一例的截面圖。
圖2是表示本發(fā)明的發(fā)光型晶體管的第1實施例的截面圖。
圖3是表示第1實施例的發(fā)光型晶體管的制造方法的圖。
圖4是表示本發(fā)明的發(fā)光型晶體管的第2實施例的截面圖。
圖5是表示本發(fā)明的發(fā)光型晶體管的第3實施例的截面圖。
圖6是表示本發(fā)明的發(fā)光型晶體管的第4實施例的截面圖。
圖7是表示比較例的發(fā)光型晶體管中的發(fā)光光譜(第1實施例也同樣)的曲線。
圖8是表示第1實施例和比較例的發(fā)光型晶體管中的(a)柵極電壓VG與光電流和(b)源極·漏極電壓VSD與光電流的關(guān)系的曲線。
圖9是表示本發(fā)明的激光光源的第1實施例的上面圖和截面圖。
圖10是表示本發(fā)明的激光光源的第2實施例的上面圖和截面圖。
圖11是表示本發(fā)明激光光源的第3實施例的截面圖。
圖中11、21、51、61、71...柵極電極，12、22、52、62、72...絕緣膜，131、132、23、53、63、73...粘接層，14...第1源極·漏極電極，15...第2源極·漏極電極，16、26、56、66、76...發(fā)光體層，24、34、44、54、64、74...源極電極，25、35、45、55、65、75...漏極電極，26a...空穴輸送材料，26b...電子輸送材料，271、272...抗蝕劑，281、282...掩模，311、312、41...鋁薄膜片，321、322...金薄膜片，42...覆蓋層，641、642...梳形電極的齒，77...電介質(zhì)多層膜具體實施方式
及效果如上所述，以前的LEFET中存在不能從漏極電極向發(fā)光體層提供充分數(shù)量的載波子的問題，所以本發(fā)明人著眼于第1源極·漏極電極和第2源極·漏極電極的材料之功函數(shù)。功函數(shù)由金屬的費米準位與真空準位的差來定義，功函數(shù)的值越小，電子從金屬釋放到外部越容易，功函數(shù)的值越大，釋放空穴越容易。
首先，說明第2源極·漏極電極構(gòu)成源極電極，從源極電極向發(fā)光體層注入空穴的情況。
此時，如上所述，從漏極電極(第1源極·漏極電極)向發(fā)光體層注入電子。通過在該漏極電極的材料中使用功函數(shù)小的金屬，可使從漏極電極提供給發(fā)光體層的電子提供量增加，由此，可提高發(fā)光強度和發(fā)光效率。另外，本申請的發(fā)明人經(jīng)實驗證明，若使用至少在表面的一部分中具有鋁(功函數(shù)為4.06eV～4.26eV)的電極來代替現(xiàn)有的金(功函數(shù)為5.31eV～5.46eV)電極，則可提高發(fā)光強度和發(fā)光效率。因此，在本發(fā)明中，在漏極電極中使用鋁或功函數(shù)比其小的材料、即功函數(shù)為4.26eV以下的材料。在這種材料中，除鋁外，還有鎂、鈣、鎂-銀合金等。
漏極電極若使電子注入材料接觸發(fā)光體層，則可使從此提供給發(fā)光體層的電子提供量增加。因此，漏極電極不限于僅由電子注入材料來構(gòu)成，也可由使電子注入材料與其它材料組合成的材料來構(gòu)成。例如，可使用層疊電子注入材料與其它材料的材料或在其它材料的表面覆蓋電子注入材料的材料等。另外，也可組合使用多種電子注入材料。
另一方面，為了高效地將空穴注入發(fā)光體層，使源極電極由功函數(shù)大的材料構(gòu)成。因此，在該材料(空穴注入材料)中使用功函數(shù)比鋁大、即比4.26eV大的材料?？蓪⒁郧暗腖EFET中使用的金電極適用于本發(fā)明的LEFET的源極電極中。另外，例如也可將白金、銦錫氧化物(ITO)、鉻、鎳等適用于空穴注入材料中。另外，與漏極電極的情況同樣，也可由使空穴注入材料與其它材料組合而成的材料來構(gòu)成源極電極。
下面，說明第1源極·漏極電極構(gòu)成源極電極，從源極電極向發(fā)光體層注入電子的情況。此時，通過在漏極電極(第2源極·漏極電極)的材料中使用功函數(shù)大的金屬，可使從漏極電極提供給發(fā)光體層的空穴提供量增加，由此，可提高發(fā)光強度和發(fā)光效率。此時，只要分別在漏極電極的材料中使用功函數(shù)比4.26eV大的空穴注入材料、在源極電極中使用功函數(shù)為4.26eV以下的電子注入材料即可。
如上所述，在從源極電極向發(fā)光體層注入空穴的情況和注入電子的情況的任一情況下，源極電極與漏極電極之任一方由功函數(shù)為4.26eV以下的電子注入材料構(gòu)成，另一方由功函數(shù)比4.26eV大的空穴注入材料構(gòu)成。即，任一情況下也均具有共同的構(gòu)成。在本申請中，將由上述電子注入材料構(gòu)成的電極稱為第1源極·漏極電極，將上述空穴注入材料構(gòu)成的電極稱為第2源極·漏極電極。
可作成將第1源極·漏極電極和第2源極·漏極電極分別構(gòu)成為按相同的順序來層疊所述電子注入材料與所述空穴注入材料的構(gòu)成。由此，由于可同時制作兩電極，所以可簡化制造工序。此時，第1源極·漏極電極中，主要是電子注入材料有助于電子的注入，第2源極·漏極電極中，主要是空穴注入材料有助于空穴的注入。另外，盡管無論層疊順序如何均可，但在將電極粘接于絕緣膜上的情況下，期望使與該絕緣膜的粘接性好的材料為下側(cè)。
另外，在電子注入材料與絕緣膜的粘接性比空穴注入材料好的情況下，最好由所述空穴注入材料來覆蓋第2源極·漏極電極由所述電子注入材料構(gòu)成的粘接基層。此時，第1源極·漏極電極、第2源極·漏極電極均由電子注入材料粘接于絕緣膜上，所以粘接性好。另外，由于可同時制作第2源極·漏極電極的粘接基層與第1源極·漏極電極，所以可簡化制造工序。同樣，在空穴注入材料與絕緣膜的粘接性比電子注入材料好的情況下，最好由所述電子注入材料來覆蓋第1源極·漏極電極由所述空穴注入材料構(gòu)成的粘接基層。
可在柵極電極和絕緣膜中使用與現(xiàn)有LEFET同樣的材料。例如，將與通常的硅半導(dǎo)體相比、增加雜質(zhì)的摻雜量以降低電阻的n型硅用作柵極電極，將對其表面氧化處理后形成的氧化膜用作絕緣膜。另外，發(fā)光體層的有機半導(dǎo)體中也可使用與現(xiàn)有LEFET、OFET或OLED同樣的材料。例如，在得到橙色發(fā)光的情況下，可適用化學(xué)式(1)(化1)
表示的聚(2-甲氧基，5-(2’-乙基-六氧)-1，4-亞苯基以乙烯基)(poly(2-methoxy，5-(2’-ethyl-hexoxy)-1，4-phenylenevinylene)(簡稱MEH-PPV)。另外，也可使用非專利文獻1和2中記載的(C6H5C2H4NH3)PbI4或并四苯等。
本發(fā)明的LEFET的動作基本上與現(xiàn)有的LEFET的動作同樣。在從源極電極向發(fā)光體層注入空穴的情況下，通過從柵極電極施加負的柵極電壓、同時向源極電極-漏極電極之間施加電壓，從源極電極(第2源極·漏極電極)向發(fā)光體層注入空穴，同時，從漏極電極(第1源極·漏極電極)向發(fā)光體層注入電子。發(fā)光體層中的空穴被柵極電壓拉向柵極電極側(cè)，同時，被源極·漏極間電壓移動到漏極電極側(cè)，在漏極電極附近與電子再結(jié)合。由此，發(fā)光體層發(fā)光。通過ON/OFF柵極電壓，絕緣膜附近的空穴濃度變化，由此控制發(fā)光的ON/OFF。
在從源極電極向發(fā)光體層注入電子的情況下，通過從柵極電極施加正的柵極電壓、同時向源極電極-漏極電極之間施加電壓，從源極電極(第1源極·漏極電極)向發(fā)光體層注入電子，同時，從漏極電極(第2源極·漏極電極)向發(fā)光體層注入空穴。與上述同樣，通過這些空穴與電子再結(jié)合，發(fā)光體層發(fā)光。發(fā)光的ON/OFF控制也與上述同樣。
本發(fā)明的漏極電極與以前的LEFET相比，可容易地注入與從源極電極注入發(fā)光體層中的載流子極性相反的載流子，所以若施加與以前相同程度的源極·漏極間電壓，則可使發(fā)光強度比以前大。在得到與以前程度相同的發(fā)光強度的情況下，可使源極·漏極間電壓比以前低。另外，若適當(dāng)設(shè)定源極·漏極間電壓，則可同時得到這兩個效果。再者，由于從源極電極注入發(fā)光層中、無助于發(fā)光的載流子數(shù)量減少，所以可提高發(fā)光效率。
另外，第1源極·漏極電極和第2源極·漏極電極不必接觸絕緣膜，例如在這些電極與絕緣膜之間存在發(fā)光體層也無妨。但是，如上所述，為了容易將載流子拉向柵極電極側(cè)，期望第1源極·漏極電極和第2源極·漏極電極接觸絕緣膜。
發(fā)光體層也可由兩種以上的材料形成。例如，也可由電子輸送材料來形成發(fā)光體層中與第1源極·漏極電極接觸的區(qū)域，由空穴輸送材料來形成與第2源極·漏極電極接觸的區(qū)域。此時，從第1源極·漏極電極注入發(fā)光體層的電子和從第2源極·漏極電極注入發(fā)光體層的空穴的輸送效率均提高。另外，根據(jù)該構(gòu)成，若向柵極電極施加負的電壓，則空穴被從第2源極·漏極電極注入發(fā)光體層，拉向柵極電極，同時，向第1源極·漏極電極移動，在第1源極·漏極電極的附近、即空穴輸送材料中，與從第1源極·漏極電極提供的電子再結(jié)合后發(fā)光。由于從第1源極·漏極電極提供的電子因負的柵極電壓而遠離柵極電極，所以在第1源極·漏極電極附近以外不產(chǎn)生再結(jié)合。相反，若向柵極電極施加正的電壓，則電子被從第1源極·漏極電極注入發(fā)光體層，拉向柵極電極側(cè)，同時，向第2源極·漏極電極移動，在第2源極·漏極電極的附近、即空穴輸送材料中發(fā)光。因此，若空穴輸送材料與電子輸送材料的發(fā)光波長不同，則該構(gòu)成的LEFET通過切換柵極電極的正負，可發(fā)光不同波長的光。
下面，說明本發(fā)明的激光光源。
在此前所述的本發(fā)明的LEFET中，通過上述構(gòu)成向發(fā)光體層高效提供載流子，再施加?xùn)艠O電壓，從而可提高絕緣膜附近的載流子密度。在這種高載流子密度下，可實現(xiàn)處于激勵狀態(tài)的載流子比處于基底狀態(tài)的載流子還多的反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)。在該反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)下，通過使發(fā)光的光再諧振或干涉，可實現(xiàn)激光發(fā)光。另外，可利用柵極電壓的ON/OFF來ON/OFF激光發(fā)光。作為分布反饋(DFBdistributed feedback)型激光光源，已知使用衍射光柵的光源。本發(fā)明中，將該DFB適用于LEFET中。
在第1方式的激光光源中，通過在第1源極·漏極電極與第2源極·漏極電極之間與它們單獨設(shè)置衍射光柵，不產(chǎn)生上述干涉，由此得到激光發(fā)光。該衍射光柵可通過在例如絕緣膜的表面形成光柵狀的凹凸來設(shè)置。另外，也可與絕緣膜單獨地在絕緣膜上載置衍射光柵。
在第2方式的激光光源中，由多數(shù)FET中使用的梳形電極來形成衍射光柵。將第1源極·漏極電極的梳齒與第2源極·漏極電極的梳齒相嚙合地配置，使這些齒等間隔，由此形成衍射光柵。從而，可不單獨設(shè)置衍射光柵的部件來形成激光光源。
在第3方式的激光光源中，在發(fā)光體層發(fā)光的光射出到外部之前的光路上，設(shè)置電介質(zhì)多層膜。電介質(zhì)多層膜可利用干涉來增強由構(gòu)成其的材料或?qū)雍穸却_定的波長的光。通過使該電介質(zhì)多層膜的干涉波長與發(fā)光體層的發(fā)光波長一致，可在電介質(zhì)多層膜中利用干涉來增強發(fā)光體層中發(fā)光的光，由此可得到激光振蕩。
實施例用圖2來說明本發(fā)明的發(fā)光型晶體管的第1實施例。在柵極電極21中使用低電阻n型硅基板。在該基板的一個表面中形成由SiO2氧化膜構(gòu)成的絕緣膜22。在絕緣膜22上，與現(xiàn)有LEFET同樣，夾持由鉻構(gòu)成的粘接層23，配置由金構(gòu)成的源極電極(第2源極·漏極電極24)。之后，在絕緣膜22上，從源極電極24只隔開規(guī)定溝道長度，配置由鋁構(gòu)成的漏極電極(第1源極·漏極電極)25。由于鋁與SiO2的粘接性好，所以可在絕緣膜22上直接形成該漏極電極25。在絕緣膜22上，以覆蓋源極電極24和漏極電極25的方式配置由有機物構(gòu)成的發(fā)光體層26。本實施例中使用的有機物是上述MEH-PPV。
用圖3來說明第1實施例的LEFET的制造方法。在氧氣氣氛中加熱低電阻n型硅基板21，在表面形成SiO2氧化膜22(a)。之后，在SiO2氧化膜22上，通過旋涂涂布抗蝕劑271之后，利用對應(yīng)于源極電極形狀的掩模281來覆蓋抗蝕劑271的表面，將源極電極的圖案復(fù)制(轉(zhuǎn)印)到抗蝕劑上上(b)。之后，通過按鉻、金的順序蒸鍍，形成粘接層23和源極電極24(c)。在去除抗蝕劑271之后，在絕緣膜和源極電極上涂布新的抗蝕劑272，由漏極電極用掩模282來覆蓋抗蝕劑表面，復(fù)制漏極電極的圖案(d)。此時，通過在掩模中設(shè)置定位用導(dǎo)軌，可在規(guī)定位置上形成漏極電極的圖案。之后，蒸鍍鋁，形成漏極電極25(e)。在去除抗蝕劑之后，通過澆鑄(cast)法形成發(fā)光體層26，第1實施例的LEFET完成(f)。
說明第1實施例的LEFET的動作。向柵極電極21施加負的柵極電壓VG，同時，向源極電極24與漏極電極25之間施加源極·漏極間電壓VSD。由此，分別從源極電極24向發(fā)光體層26注入空穴，從漏極電極25向發(fā)光體層26注入電子。注入發(fā)光體層26中的空穴與電子在該層內(nèi)再結(jié)合，由此發(fā)光體發(fā)光。在通過柵極電壓VG的ON/OFF來控制發(fā)光的ON/OFF這點上，與現(xiàn)有的LEFET同樣。但是，在本實施例中，由于在漏極電極25的材料中使用功函數(shù)比金小的鋁，所以從漏極電極25注入的電子量比以前的LEFET多，發(fā)光強度增大。另外，從源極電極注入的空穴與電子再結(jié)合的概率變高，所以發(fā)光效率也提高。
用圖4來說明本發(fā)明的LEFET的第2實施例。本實施例的柵極電極21、絕緣膜22與第1實施例的同樣。在絕緣膜22上，間隔規(guī)定溝道長度，設(shè)置一對鋁薄膜片311和312，在鋁薄膜片311和312上分別設(shè)置金薄膜片321和322。將這些鋁薄膜片與金薄膜片貼合后，構(gòu)成源極電極34和漏極電極35。如上所述，由于鋁與絕緣膜(SiO2)的粘接性好，所以在本實施例中，兩方的電極均不必單獨設(shè)置粘接層。發(fā)光體層26與第1實施例同樣。
第2實施例的LEFET基本上通過與第1實施例同樣的光刻法來制造。但是，在本實施例中，由于源極電極與漏極電極構(gòu)成相同，所以可通過1次的抗蝕劑形成、圖案復(fù)制和蒸鍍(按鋁、金的順序進行)，同時形成源極電極與漏極電極。因此，與第1實施例相比，可縮短制造工序，不產(chǎn)生源極電極與漏極電極的錯位。
在第2實施例中，源極電極24和漏極電極25具有相同構(gòu)造，但其功能各不相同。即，由于鋁的功函數(shù)比金的功函數(shù)小，所以認為源極電極24中，金薄膜片321主要有助于空穴的注入，漏極電極25中，鋁薄膜片312主要有助于電子的注入。除了該電極的功能，第2實施例的LEFET的動作與第1實施例同樣。
用圖5來說明本發(fā)明的LEFET的第3實施例。本實施例的柵極電極21、絕緣膜22與第1和第2實施例的同樣。源極電極44在鋁薄膜片41的表面形成由金構(gòu)成的覆蓋層42。漏極電極45由鋁構(gòu)成。源極電極44、漏極電極45，鋁均接觸絕緣膜22，所以粘接性好。另外，制造時，同時制作鋁薄膜片41與源極電極45。發(fā)光體層26與第1和第2實施例同樣。
第3實施例的LEFET的動作基本上與第1和第2實施例同樣。源極電極44的覆蓋層42的金有助于向發(fā)光體層26注入空穴，漏極電極45的鋁有助于注入電子。
用圖6來說明本發(fā)明的LEFET的第4實施例。在本實施例中，接近第2源極·漏極電極24的區(qū)域的發(fā)光體層26由空穴輸送材料26a形成，接近第1源極·漏極電極25的區(qū)域的發(fā)光體層26由電子輸送材料26b形成。此外的構(gòu)成與圖2同樣。本實施例的LEFET若向柵極電極施加負的電壓，同時，施加第2源極·漏極電極25側(cè)為正的源極·漏極電壓VSD，則空穴從第2源極·漏極電極24被注入到發(fā)光體層26中，拉向柵極電極，同時，向第1源極·漏極電極25移動。該空穴與從第1源極·漏極電極25注入發(fā)光體層26中的電子在第1源極·漏極電極25附近的發(fā)光體層26、即電子輸送材料26內(nèi)再結(jié)合，發(fā)光(圖6(a))。另一方面，在向柵極電極施加正電壓的情況下，電子從第1源極·漏極電極25被注入到發(fā)光體層26中，拉向柵極電極，同時，向第2源極·漏極電極24移動，在空穴輸送層26a內(nèi)與空穴再結(jié)合，發(fā)光(圖6(b))。這樣，第4實施例的LEFET中，因柵極電極的極性不同，在不同的發(fā)光材料(空穴輸送層26a與電子輸送材料26b)內(nèi)發(fā)光。由此，發(fā)光的波長也可由柵極電極的極性來控制。
下面，用圖7和圖8來說明本發(fā)明的LEFET的特性。這里，示出對第1～第3實施例的LEFET、和圖1所示的現(xiàn)有LEFET(比較例)執(zhí)行的特定測定的結(jié)果。另外，比較例的粘接層131和132中使用鉻。該比較例將第2實施例的鋁置換為鉻。
第1～第3實施例、比較例任一的LEFET均觀測到橙色的發(fā)光。圖7中示出第1實施例的LEFET中的發(fā)光光譜的測定結(jié)果。除強度外，從第2和第3實施例的LEFET也得到同樣的發(fā)光光譜。發(fā)光光譜在波長590nm附近具有峰值。
但是，LEFET的發(fā)光強度在各實施例和比較例之間差異很大。圖8(a)中示出各LEFET中對接地的電極測定向漏極電極施加-100V電壓時的柵極電壓VG與光電流的關(guān)系之結(jié)果。光電流是向硅光電二極管輸入LEFET發(fā)出的光后測定其輸出電流的結(jié)果，表示LEFET的發(fā)光強度。在該圖所示的柵極電壓VG區(qū)域中，從比較例的LEFET大致觀測發(fā)光。相反，在第1和第3實施例的LEFET中，與比較例的明顯不同，在柵極電壓VG大致為40V以上的區(qū)域中，觀測發(fā)光，確認LEFET發(fā)光。另外，第2實施例的LEFET中也在柵極電壓VG為80V以上的區(qū)域中觀測發(fā)光。
另外，由于第1～第3實施例的任一中VG為0時、光電流均為0，所以可知可通過柵極電壓VG的ON/OFF來控制LEFET的發(fā)光之ON/OFF。
圖8(b)表示(a)的測定中的源極·漏極間電流ISD與光電流的關(guān)系。與比較例的LEFET相比，第1～第3實施例的LEFET可由較小的電流ISD得到較大的發(fā)光強度，同時，可抑制功耗。
另外，在比較例中，漏極電極的粘接層接觸發(fā)光體層，用于粘接層的鉻的功函數(shù)大小為4.5eV，比金的功函數(shù)小(但是比鋁的功函數(shù)大)，所以認為鉻層有助于電子的注入。但是，如比較例的實驗結(jié)果所示，即便漏極電極側(cè)包含鉻層，也不能得到充分的發(fā)光強度。因此，作為電子注入材料，考慮鉻的功函數(shù)是過大的。
下面，用圖9來說明本發(fā)明的激光光源的第1實施例。圖9(a)是本實施例的激光光源的上面圖(但是未圖示后述的發(fā)光體層56)，(b)是(a)中的A-A’間的截面圖。在表面形成了絕緣膜52的柵極電極51上，與上述第1實施例的LEFET同樣，形成粘接層53、源極電極54、漏極電極55和發(fā)光體層56。另外，這些各層也可使用上述第2實施例或第3實施例的LEFET的各層等、與上述本申請發(fā)明的LEFET同樣的層。另外，源極電極54和漏極電極55均形成為彼此大致平行且沿絕緣膜52的面內(nèi)方向延伸的棒狀。在設(shè)置這些各層的同時，在源極電極54和漏極電極55之間設(shè)置衍射光柵57。衍射光柵57沿絕緣膜52的面內(nèi)方向、即垂直于源極電極54和漏極電極55的方向，彼此大致平行地等間隔設(shè)置多個棒狀部件。
用圖10的上面圖(a)和B-B’間的截面圖(b)來說明本發(fā)明的激光光源的第2實施例。在本實施例中，柵極電極61、絕緣膜62、發(fā)光體層66與第1實施例同樣形成。源極電極64和漏極電極65都具有梳形形狀，配置于絕緣膜62上，使各自的梳齒彼此嵌入齒間，梳彼此咬合。此時，使源極電極64和漏極電極65各自的齒641與651等間隔。在該構(gòu)成中，齒641和651構(gòu)成衍射光柵。另外，在本實施例中，雖然在源極電極64和漏極電極65之間設(shè)置粘接層63，但只要是梳形電極，則源極電極64和漏極電極65的構(gòu)成也可以是上述第2實施例或第3實施例的LEFET的構(gòu)成等。
下面，用圖11來說明本發(fā)明的激光光源的第3實施例。在表面形成了絕緣膜72的柵極電極71上，與上述第1實施例的LEFET同樣，形成粘接層73、源極電極74、漏極電極75和發(fā)光體層76。圖11(a)中，在發(fā)光體層76上形成電介質(zhì)多層膜77，在圖11(b)中，在柵極電極71下設(shè)置電介質(zhì)多層膜77。在電介質(zhì)多層膜77中，對應(yīng)于發(fā)光體層76發(fā)光的光的波長，使用該波長的光干涉的材料。如圖11(b)所示，在從發(fā)光體層76看在柵極電極71側(cè)設(shè)置電介質(zhì)多層膜77的情況下，在柵極電極71和絕緣膜72中，使用對發(fā)光體層76發(fā)光的光透明的材料。另外，此時，設(shè)置從發(fā)光體層76看、向柵極電極71的相反側(cè)反射發(fā)光的反射部78。在反射部78中，可使用通常的反射鏡或上述發(fā)光波長的光干涉并反射的電介質(zhì)多層膜。另外，在源極電極74和漏極電極75中，可原樣使用第2實施例或第3實施例的LEFET中使用的電極，或第2實施例的激光光源中使用的電極等。
說明第1～第3實施例的激光光源的動作。這里說明第1實施例的情況，但第2和第3實施例的情況也同樣。若向柵極電極51施加電壓、同時向源極電極54-漏極電極55之間施加電壓，則通過與上述LEFET同樣的原理，發(fā)光體層56內(nèi)得到發(fā)光。在本發(fā)明的構(gòu)成中，由于向柵極電極施加電壓，發(fā)光體層56內(nèi)靠近絕緣膜52的區(qū)域的載流子密度大，由此，形成上述反轉(zhuǎn)分布的狀態(tài)。在該狀態(tài)下，發(fā)光的光因衍射光柵57(第2實施例中為齒641和651，第3實施例中為電介質(zhì)多層膜77)而干涉，進一步提高光的強度，由此可得到激光發(fā)光。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光型晶體管，其特征在于，具有a)在表面形成了絕緣膜的柵極電極；b)第1源極·漏極電極，其配置于所述絕緣膜上，由功函數(shù)為4.26V以下的電子注入材料構(gòu)成；c)第2源極·漏極電極，其離開所述第1源極·漏極電極，同樣配置于所述絕緣膜上，由功函數(shù)比4.26V大的空穴注入材料構(gòu)成；和d)發(fā)光體層，其設(shè)置在所述第1源極·漏極電極與所述第2源極·漏極之間的所述絕緣膜上，由有機半導(dǎo)體構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光型晶體管，其特征在于所述第1源極·漏極電極和所述第2源極·漏極，分別按相同順序?qū)盈B了所述電子注入材料與所述空穴注入材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光型晶體管，其特征在于所述第2源極·漏極電極，由所述空穴注入材料覆蓋由所述電子注入材料構(gòu)成的粘接基層而構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光型晶體管，其特征在于所述第1源極·漏極電極，由所述電子注入材料覆蓋由所述空穴注入材料構(gòu)成的粘接基層而構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4的任一項所述的發(fā)光型晶體管，其特征在于所述電子注入材料是鋁、鎂、鈣、或鎂-銀合金的任一種或其組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5的任一項所述的發(fā)光型晶體管，其特征在于所述空穴注入材料是金、白金、銦錫氧化物、鉻或鎳的任一種或其組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6的任一項所述的發(fā)光型晶體管，其特征在于所述發(fā)光體層是在接觸第1源極·漏極電極的區(qū)域與接觸第2源極·漏極電極的區(qū)域中分別形成由不同材料構(gòu)成的發(fā)光體，第1源極·漏極電極側(cè)由電子輸送材料構(gòu)成，第2源極·漏極電極側(cè)由空穴輸送材料構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～7的任一項所述的發(fā)光型晶體管，其特征在于所述絕緣膜厚度是滿足所述發(fā)光體層的發(fā)光波長干涉條件的厚度。
9.一種激光光源，其特征在于，具備a)在表面形成了絕緣膜的柵極電極；b)第1源極·漏極電極，其配置于所述絕緣膜上，由功函數(shù)為4.26V以下的電子注入材料構(gòu)成；c)第2源極·漏極電極，其離開所述第1源極·漏極電極，同樣配置于所述絕緣膜上，由功函數(shù)比4.26V大的空穴注入材料構(gòu)成；d)發(fā)光體層，其設(shè)置在所述第1源極·漏極電極與所述第2源極·漏極之間的所述絕緣膜上，由有機半導(dǎo)體構(gòu)成；和e)衍射光柵，其設(shè)置在所述第1源極·漏極電極與所述第2源極·漏極之間，衍射所述發(fā)光體層發(fā)光的光。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的激光光源，其特征在于所述衍射光柵形成于第1源極·漏極電極與第2源極·漏極電極間的所述柵極電極上。
11.一種激光光源，其特征在于，具備a)在表面形成了絕緣膜的柵極電極；b)梳形的第1源極·漏極電極，其配置于所述絕緣膜上，由功函數(shù)為4.26V以下的電子注入材料構(gòu)成；c)第2源極·漏極電極，即由功函數(shù)比4.26V大的空穴注入材料構(gòu)成的梳形電極，其配置于所述絕緣膜上，使該電極的梳齒與所述漏極電極的梳齒嚙合，由這些齒來形成衍射光柵；和d)發(fā)光體層，設(shè)置在所述第1源極·漏極電極與所述第2源極·漏極之間的所述絕緣膜上，由有機半導(dǎo)體構(gòu)成。
12.一種激光光源，其特征在于，具備a)在表面形成了絕緣膜的柵極電極；b)第1源極·漏極電極，其配置于所述絕緣膜上，由功函數(shù)為4.26V以下的電子注入材料構(gòu)成；c)第2源極·漏極電極，其離開所述第1源極·漏極電極，同樣配置于所述絕緣膜上，由功函數(shù)比4.26V大的空穴注入材料構(gòu)成；d)發(fā)光體層，其設(shè)置在所述第1源極·漏極電極與所述第2源極·漏極之間的所述絕緣膜上，由有機半導(dǎo)體構(gòu)成；和e)電介質(zhì)多層膜，其設(shè)置在從所述發(fā)光體層至外部的光路上，使所述發(fā)光體層的發(fā)光波長帶中的規(guī)定波長的光進行干涉。
全文摘要
本發(fā)明是一種作為具有開關(guān)功能的發(fā)光元件之發(fā)光型晶體管(LEFET)，可得到充分的發(fā)光強度，發(fā)光效率高。在漏極電極(25)的材料中使用鋁，在源極電極(24)的材料中使用金。通過向源極電極(24)－漏極電極(25)之間施加電壓，分別從源極電極(24)向發(fā)光體層(26)中注入空穴，從漏極電極(25)向發(fā)光體層(26)中注入電子?？昭ㄅc電子再結(jié)合，使發(fā)光體層(26)發(fā)光。發(fā)光的ON/OFF由柵極電壓的ON/OFF來控制。與以前在漏極電極中使用金相反，在本發(fā)明中，通過使用功函數(shù)比金小的鋁，可以較低的電壓向發(fā)光體層(26)中注入較多的電子。因此，提高發(fā)光強度和發(fā)光效率。
文檔編號H01S3/16GK1918948SQ200580004369
公開日2007年2月21日 申請日期2005年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月16日
發(fā)明者多田博一, 坂上知 申請人:獨立行政法人科學(xué)技術(shù)振興機構(gòu)