(57)【要約】【課題】キャリア注入向上を図るのに適した電流駆動デバイスの提供を目的とする。【解決手段】第１電極と第２電極との間に半導体層を有する電流駆動デバイスであって、前記第１電極側と第２電極側とのうち、一方又は両方にキャリア注入層として界面ダイポールからなる強誘電体層を有していることを特徴とする【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と第２電極との間に半導体層を有する電流駆動デバイスであって、
前記第１電極側と第２電極側とのうち、一方又は両方にキャリア注入層として界面ダイポールからなる強誘電体層を有していることを特徴とする電流駆動デバイス。
【請求項２】
前記第１電極側と第２電極側の両方に前記強誘電体層からなるキャリア注入層を有し、交流駆動可能であることを特徴とする請求項１記載の電流駆動デバイス。
【請求項３】
前記強誘電体層はポリフッ化ビニリデン又はその共重合体であることを特徴とする請求項１又は２記載の電流駆動デバイス。
【請求項４】
発光又は受光素子であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電流駆動デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ等の半導体を用いた電流駆動デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体を用いた電流駆動デバイスは、正極（陽極）側から正孔（ホール）が半導体に向けて注入され、一方、負極（陰極）側から半導体に向けて電子が注入され、この半導体中にて正孔と電子が再結合することで、再結合エネルギーが発生する原理に基づく電流駆動デバイスである。
半導体中での、この再結合エネルギーが光に変換されるエレクトロルミネッセンス現象を利用した、各種電子機器が開発されている。
【０００３】
半導体材料としては、無機系と有機系とがあり、有機半導体にはポリマー状の分子を用いた高分子材料から、それ以外の低分子材料と幅広く検討され、各種蛍光材料や燐光材料が開発され、光の三原色となる赤，緑，青色の有機ＥＬや白色光となる白色有機ＥＬ等も開発されている。
これにより、ディスプレイのみならず、照明，レーザー等の幅広い用途への応用が期待されている。
このような電流駆動デバイスにあっては、高い発光効率と信頼性が要求される。
原理上、最も単純な構造は発光層を正極と負極とで挟み込む構造であるが、正孔や電子のキャリアが正極，負極から発光層に向けて注入される際の界面でのキャリア移動に対する電位障壁が問題になる。
そこで、正極と発光層の間に正孔輸送層を積層したり、負極と発光層の間に電子輸送層を積層したりすることが検討され、更には、この正孔輸送層や電子輸送層に向けてのキャリア注入効率を向上させるためのキャリア注入層が検討されている。
正孔注入層としては、導電性高分子やルイス酸をドープした導電性高分子が検討され、電子注入層としては負極界面にＬｉ２Ｏ３，ＬｉＦ等の酸化物やフッ化物を非常に薄く挿入することが行われている。
しかし、これでは正極側と負極側にてキャリア注入材料が異なることになり、直流駆動デバイスに適用できたとしても交流駆動デバイスへの適用が困難である。
【０００４】
そこで本発明者らは、キャリア注入の向上を図るとともに、自発分極した電気双極子の配向方向を外部から変えることができる強誘電体に着目し、調査、研究した結果、本発明に至った。
【０００５】
なお、特許文献１にはエレクトロルミネッセンス半導体材料に強誘電体材料を混合した発光ダイオードを開示するが、同公報図２に示すように強誘電体を積層したものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５４９０８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、キャリア注入向上を図るのに適した電流駆動デバイスの提供を目的とする。
また、交流駆動も可能な電流駆動デバイスの提供も目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る電流駆動デバイスは、第１電極と第２電極との間に半導体層を有する電流駆動デバイスであって、前記第１電極側と第２電極側とのうち、一方又は両方にキャリア注入層として界面ダイポールからなる強誘電体層を有していることを特徴とする。
【０００９】
ここで、界面ダイポールからなる強誘電体層と表現したのは、電極側に向けて電気双極子がある程度の分極配向性を有し、界面双極子（ダイポール）として作用していることをいう。
【００１０】
本発明に係る強誘電体層は正孔キャリア注入層としてのみ、あるいは電子注入層のみとして用いることができるが、前記第１電極側と第２電極側の両方に前記強誘電体層からなるキャリア注入層を有し、交流駆動可能であるようにしてもよい。
【００１１】
また、本発明において強誘電体層が第１電極側あるいは、第２電極側に有すると表現したのは以下の態様が含まれる趣旨である。
（１）強誘電体層が電極に直接積層された態様。
（２）いわゆる櫛型電極と称されるような強誘電体層が電極の対極側を直接的に被覆した態様。
（３）電極と強誘電体層との間に他のキャリア輸送層、キャリア注入層を設けた多層構造、例えば電極側から「電極／半導体層／強誘電体層」の順に積層した態様。
【００１２】
本発明に係る強誘電体層は、界面ダイポールとして薄膜成形できれば、有機材料でも無機材料でもよい。
有機材料としては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）や、その共重合体が例として挙げられる。
共重合体としては、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）／三フッ化エチレン（ＴｒＦＥ）共重合体が例として挙げられる。
また、強誘電性を示す脂肪族ポリアミドも知られている。
無機材料としては、ＢｉＦｅＯ３，Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３，ＢａＴｉＯ３等が例として挙げられる。
強誘電体層の厚みは界面ダイポールとして作用しキャリア注入ができればよい。
具体的には０ｎｍを超え２０ｎｍ以下であればよいが、キャリア注入できればそれ以上でもよい。
強誘電体層の分極量は大きければ大きい程よい。
具体的には０．１〜１０，０００ｍＣ／ｍ２の範囲であれば良い。
電極材料としては、これまで正極には仕事関数が４．５〜６．０ｅＶのＩＴＯ（インジウム錫酸化物），金，白金，導電性高分子等が使用され、負極には仕事関数が３．０〜４．５ｅＶのＡｌ，Ａｇ，Ｃａ，Ｍｇ等が使用されているが、本発明においては、いずれの電極材料、または上記以外の仕事関数を持つ金属，透明導電性酸化物，導電性高分子等の導電材料であってもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る電流駆動デバイスにあっては、キャリア注入層に界面ダイポールとして作用する強誘電体を用いたので、キャリア移動における界面障壁を低減でき、キャリアの注入効率が向上する。
また、双極子の配向方向の制御により、交流駆動デバイスとしての適用も可能であり、対向する一対の電極の両方に同一材料の適用も可能となる。
これにより、交流駆動による発光ダイオード等にも応用できる。
【００１４】
このような電流駆動デバイスは、発光素子としてディスプレイ，照明器具，レーザー光等の広い分野に適用できる。
また、本発明に係る電流駆動デバイスは、受光素子としても使用可能であり、フォトダイオート，光センサ，太陽電池等への適用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】評価に用いたデバイスの構造例を示し、（１）は本発明に係るデバイス、（２）は分極処理されていないもの、（３）は従来例を示す。
【図２】（ａ）は印加電圧−電流密度特性、（ｂ）は電流密度−輝度特性を示す。
【図３】（４）は負極に用いた本発明に係るデバイス、（５）は分極処理されていないもの、（６）は従来例を示す。
【図４】印加電圧−電流密度特性を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係る電流駆動デバイスの構造例を以下説明する。
図１は、強誘電体層を正極側に用いた例を示す。
（１）は本発明に係るデバイスの構造例を示す。
ＩＴＯ膜を形成した透明基板の上に、強誘電体膜としてフッ化ビニリデンと三フッ化エチレンのモル比で７５：２５の共重合体Ｐ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）膜をスピンコートで成膜した。
膜厚は２ｎｍ以下であった。
このままでは、双極子がランダム配向になっているので、コロナ放電処理により界面ダイポール機能が生じるように配向し、分極化した。
なお、分極量は２〜４ｍＣ／ｍ２であった。
発光層としては代表的な例として、α−ＮＰＤとＡｌｑ３を積層し、負極側は極薄いＬｉＦ膜の上にＡｌ負極電極を形成した。
ここで、α−ＮＰＤはナフチルジフェニルベンジジンであり、Ａｌｑ３はキノリノールアルミ錯体である。
比較のために、（２）は強誘電体層の分極処理をしなかったものであり、（３）は従来例として強誘電体膜を成膜しなかったものである。
なお発光層は、これに限定されるものではなく、いろいろな半導体を用いることができる。
電極材料も、従来から使用されている各種電極材料を用いることができる。
なお、光取出し側又は光取込み側の電極は透明であるのが好ましい。
【００１７】
図２（ａ）は、印加電圧変化に対する電流密度変化を示した印加電圧−電流密度曲線を示し、図２（ｂ）は電流密度変化に対する発光輝度変化を示した電流密度−輝度曲線である。
図２（ａ）から本発明に係るデバイス（１）は、同じ印加電圧に対して分極処理しない（２）や、従来の（３）よりも流れる電流が大きく変化している。
図２（ｂ）のグラフから電流密度変化に対する輝度変化は、（１）〜（３）のいずれも大きな差がないことから、本発明に係るデバイスは分極により大幅な電流値向上を示した分だけ、発光特性が向上したと言える。
【００１８】
次に、図３は負極側に本発明に係るデバイス構造を適用した例を示す。
図３の（４）は本発明に係る構造例であり、（５）は強誘電体膜の分極処理をしなかったものであり、（６）は従来の強誘電体膜がない例である。
このときの印加電圧−電流密度特性を図４に示す。
この場合も本発明に係るデバイス構造（４）に、他のものよりも電流値向上が認められる。
このことは、同じ強誘電体膜が正極側にも負極側にも使用でき、交流駆動が可能であることを示す。
直流駆動では、デバイス内部のトラップ準位に捕獲されたキャリアが、素子劣化の原因となりやすいのに対して、交流駆動にすると内部電荷を逆バイアス時に吐き出させることができるので、長寿命化が期待できるとともに、省エネルギー化を図ることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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