平成２１年度　実績報告書

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教育研究プラットフォームIDER研究成果/ポストドクター・GCOE研究員駆 動 電 圧 が 低 い 無 機 エ レ ク ト ロ ル ミ ネ ッ セ ン ス デ バ イ ス の 作 製 に 関 す る 研 究 升本 恵子 大阪大学大学院 工学研究科 電気電子情報工学専攻 杉野 研究室 ア ブ ス ト ラ ク ト 希土類の発光を用いる 無機エレクトロルミネッセンス (EL) デバイスは、安価かつ消費電力の低い面光 源として応用拡大が期待されている。 しかし、駆動電圧が高いという課題があり、私たちは低誘電率材 料を発光層に使用することで駆動電圧の低下を目指している。今回、発光層の母体材料として、低誘電 率材料である BN を含む AlBNO 薄膜を作製し評価した。発光中心である希土類元素として緑色の発光を 示す Tb を添加した。アニール処理の実験により、 B が発光強度増加に重要な役割を果たしていることを 見いだした。 希土類の発光を用いる 無機エレクトロルミネッセンス (EL) デバイスは、単結晶基板を必要とし ないため、容易に大面積化できる安価な面光源として魅力的である。 また、 現在普及している液 晶ディスプレイやプラズマディスプレイよりも消費電力が低いので応用拡大が期待されている。 発光層の母体材料に求められる条件としてワイドバンドギャップおよび低誘電率があげられる。 バンドギャップに関しては、発光を吸収しないためにワイドバンドギャップを有する発光層が求 められる。また、駆動電圧を低下させるために低誘電率な材料が求められる。現在主に実用化さ れている材料は ZnS であり、バンドギャップが 3.8eV 、誘電率が 8.3 である。今回、発光層の母 体材料として ZnS よりもバンドギャップが大きく誘電率が低 いと期待される AlBNO 薄膜を検討 した。 AlN や BN はともにバンドギャップが 6eV 以上あるワイドバンドギャップ半導体である。 誘電率は、 AlN が 9 であり BN が 4 である。本研究では、 AlB NO 薄膜を作製し評価した。希土 類元素には緑色の発光を示す Tb を使用した。 RF マグネトロンスパッタ法により Tb ドープ AlB NO (AlB NO :Tb) 薄膜を作製した。スパッタ法 により作製した後、窒素雰囲気、 800 ℃ でアニール処理を行った。 吸収測定による Tauc プロットからバンドギャップを見積もった。アニール処理の有無にかか わら ず、可視領域において光の吸収はなく、バンドギャップは 5.4eV であった。誘電率はアニー ル処理の有無にかかわらず、 6.3 であった。今回作製した AlBON:Tb 薄膜は ZnS に比べてバンド ギャップは大きく誘電率は低いことがわかる。 発光強度を評価するためにフォトルミネッセンス測定を行った。 AlBNO:Tb 薄膜は Tb 固有の 発光を示し、 Tb のメインの発光波長である 550nm 付近の発光強度はアニール処理により約 10 倍になった。 X 線光電子分光法 (XPS) 測定を行い結合状態を評価した。 図 1 に Tb 4d 軌道の XPS スペクトルを示す。これらのグラフから、アニール処理により Tb 4+ イオンが減少していることが 確認された。 Tb は 4f 軌道内の発光を示すが、 Tb 4+ イオンでは電子が 4f 軌道の半分を占拠するた めに、 4f 軌道が安定になり発光を示さな い。アニール処理により B - O 結合が増加 することもわかっており、これらのこと から、 Tb と O が解離し、 B - O 結合が形 成されたと考えられる。 B が Tb 4+ イオン の減少に影響しており、発光強度増加に 重要な役割を果たしていると考えられ る。 110

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