(57)【要約】本発明は、発光強度、狭線化の程度、その再現性、及び素子の安定性に優れる有機発光トランジスタであって、更に、発光強度、狭線化の程度を、再現性よく、容易に制御することができる有機発光トランジスタを提供する。発光層、発光層に電気的に接続されたドレイン電極及びソース電極、発光層に絶縁体層を介して接続されたゲート電極を含む発光トランジスタであって、発光層は、有機半導体材料でできており、周期的構造を有し、ゲート電極に交流が印加される発光トランジスタは、発光強度、狭線化の程度、その再現性、素子の安定性に優れ、更に、容易に、発光強度、狭線化の程度を、再現性よく、制御することができる。
2011099525.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光層、
発光層に電気的に接続されたドレイン電極及びソース電極、
発光層に絶縁体層を介して接続されたゲート電極を含む発光トランジスタであって、
発光層は、有機半導体材料でできており、
周期的構造を有し、
ゲート電極に交流が印加される発光トランジスタ。
【請求項２】
発光層は、有機半導体材料の平板状結晶を含む請求項１に記載の発光トランジスタ。
【請求項３】
周期的構造は、一次元もしくは二次元回折格子、フォトニック結晶、多層膜から成る群から選択される少なくとも一種である請求項１又は２に記載の発光トランジスタ。
【請求項４】
周期的構造は、発光層又は絶縁層に形成されている請求項１〜３のいずれかに記載の発光トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光トランジスタ、その製造方法、及び増幅又は狭線化した光を発する方法に関する。本発明は、より具体的には、有機半導体材料でできている発光層を有し、周期的構造が形成されており、ゲート電極に交流が印加される発光トランジスタ、その製造方法、及び増幅又は狭線化した光を発する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機半導体材料を用いる３端子の発光素子として、有機発光電界効果トランジスタ（Organic Light-Emitting Field-Effect Transistor：ＯＬＥＦＥＴ）が知られている。【０００３】
非特許文献１は、ＯＬＥＦＥＴと幅２〜３μｍ、高さ３０ｎｍの凸部のある回折格子を組み合わせた素子を例示する。基板としてガラス基板を用い、その上に五酸化二タンタル(Ta2O5)を用いて回折格子の溝と垂直方向に凸部が並ぶ回折格子が構築されている。その回折格子上の凸部を含む１０μｍを、電極間隔として空けるようにソース電極及びドレイン電極として金が積層されている。金電極と回折格子上に有機半導体層として電子と正孔を共に流す両極性のポリ（９，９−ジオクチルフルオレン−オルト−ベンゾチアジアゾール）poly(9,9-dioctylfluorene-alt-benzothiadiazole)を、スピンコートを用いてアモルファス膜として製膜し、その有機半導体薄膜上に、ゲート絶縁膜としてポリメタクリル酸メチル樹脂が使用され、ゲート絶縁膜上のゲート電極として、金又は銀が使用されている。【０００４】
非特許文献１は、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極に、電界を印加すると、回折格子の無い素子にくらべ、回折格子の有る素子ではスペクトルがより細くなることを開示する。しかしこの変化が、狭線化といえるか否かは不明であり、仮に狭線化といえたとしても、その程度は不十分である。更に、その再現性も不明である。
また、非特許文献１では回折格子を有する素子において、電気的に励起してもレーザー発振の徴候を示さないことを開示する。この理由として、非特許文献１で例示された素子では、生成される励起子の濃度がレーザーの発振閾値に対して要求される励起子の濃度と比較して、４桁程度低いことも開示する。【０００５】
特許文献１は、有機半導体材料の平板状結晶と回折格子を有する有機光学デバイスは、水銀ランプ等の低エネルギーの光を照射すると、発光し、その発光した光が増幅し、狭線化することを開示する。しかし、特許文献１の有機光学デバイスによる光の狭線化は光励起によるものであり、電流注入における光の狭線化については何ら開示していない。【０００６】
特許文献２は、有機半導体材料からなる発光層、発光層に電気的に接続されたソース電極とドレイン電極の２つの電極、発光層に絶縁体を介して接続されたゲート電極を備えた有機電界効果トランジスタは、ソース電極とドレイン電極に直流電界を印加し、ゲート電極に交流電界を印加することで、有機電界効果トランジスタの駆動回路の電源構成を容易にしながら、発光層からの発光強度を高めることができることを開示する。
しかし、特許文献２の有機電界効果トランジスタによる発光及びその発光した光の狭線化の再現性（又は信頼性）は何ら開示されていない。【０００７】
【特許文献１】ＪＰ２０１０−１５８７４Ａ
【特許文献２】ＷＯ２００９／０９９２０５Ａ１
【非特許文献１】M.C. Gwinner, S. Khodabakhsh, M.H. Song, H. Schweizer, H. Giessen and H. Sirringhaus, Adv. Funct. Mater., 19 (2009) 1360-1370.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＯＬＥＦＥＴから狭線化した光を得る方法は、学術的にも実用的にも興味深いが、ほとんど報告されておらず、また、従来のＯＬＥＦＥＴでは、発光強度、狭線化の程度、その再現性、素子の安定性が必ずしも十分ではなかった。更に、発光強度、狭線化の程度を、再現性よく、制御することも容易ではなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、鋭意検討した結果、驚くべきことに、発光層が、有機半導体材料でできており、周期的構造を有し、ゲート電極に交流が印加される発光トランジスタは、上記課題を解決することができることを見出して、本発明を完成するに至ったものである。
即ち、本発明は、一の要旨において、発光層、発光層に電気的に接続されたドレイン電極及びソース電極、発光層に絶縁体層を介して接続されたゲート電極を含む発光トランジスタであって、
発光層は、有機半導体材料でできており、周期的構造が形成されており、ゲート電極に交流が印加される発光トランジスタを提供する。【００１０】
本発明の一の態様において、発光層は、有機半導体材料の平板状結晶を含む発光トランジスタを提供する。
本発明の他の態様において、周期的構造は、一次元回折格子、二次元回折格子、フォトニック結晶及び多層膜から成る群から選択される少なくとも一種である発光トランジスタを提供する。
本発明の好ましい態様において、周期的構造は、発光層又は絶縁層に形成されている発光トランジスタを提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る発光トランジスタは、発光層、発光層に電気的に接続されたドレイン電極及びソース電極、発光層に絶縁体層を介して接続されたゲート電極を含む発光トランジスタであって、
発光層は、有機半導体材料でできており、周期的構造を有し、ゲート電極に交流が印加される発光トランジスタであるので、
発光強度、狭線化の程度、その再現性、素子の安定性に優れ、更に、容易に、発光強度、狭線化の程度を、再現性よく、制御することができる。【００１２】
発光層が、有機半導体材料の平板状結晶を含む場合、平板状結晶が発光や電気伝導の異方性をもつため、特定の方向（より具体的には、平板状結晶の主平面と平行方向）に選択的に発光を生じ、無駄な方向（より具体的には、平板状結晶の主平面と垂直方向）に発光をしないので、効率的である。
周期的構造が、一次元回折格子、二次元回折格子、フォトニック結晶及び多層膜から成る群から選択される少なくとも一種である場合、発光によって生じるスペクトルの中からある特定の波長を選択的に狭線化することができる。
周期的構造が、発光層又は絶縁層に形成されている場合、発光によって生じるスペクトルの中からある特定の波長を選択的により狭線化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、実施例１の発光トランジスタの模式図である。
【図１ａ】図１ａは、図１に記載した実施例１の発光トランジスタを横方向から見た断面図である。
【図１ｂ】図１ｂは、図１に記載した実施例１の発光トランジスタを正面から見た断面図である。
【図２】図２は、実施例１の発光トランジスタの顕微鏡写真である。
【図２ａ】図２ａは、実施例１の発光トランジスタの顕微鏡写真を模式的に示す。
【図３】図３は、回折格子の模式図を示す。
【図４】図４は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で観察された、シリコン酸化膜上の回折格子の一部の三次元イメージを示す。
【図５】図５は、図４のＡＦＭ画像に示された回折格子の格子方向と垂直方向の断面図を示す。
【図６】図６は、有機半導体材料の昇華再結晶装置を模式的に示す。図６ａは、昇華再結晶装置２０の全体の概略を模式的に示す。図６ｂは、有機半導体材料を昇華再結晶化させる試験管２１を、より詳細に模式的に示す。
【図７】図７は、発光トランジスタを電流励起で発光させる駆動回路の構成を示す。
【図８】図８は、実施例１の有機発光デバイスのソース及びドレイン電極に直流電圧を、ゲート電極に矩形波の交流電圧を印加した場合に観測されるスペクトルを示す。ＡからＥに対応する電圧を印加する条件は、表１に示す。
【図９】図９は、発光トランジスタのソース電極及びドレイン電極に直流電圧を印加し、ゲート電極に矩形波の交流電圧を印加した場合に観測されるスペクトルのピーク強度を、発光トランジスタに入力した電力に対して図示する。
【図１０】図１０は、比較例１の発光トランジスタの断面図である。
【図１１】図１１は、比較例１の発光トランジスタに用いた櫛形電極を模式的に示す。
【図１２】図１２は、比較例１の発光トランジスタの顕微鏡写真である。
【図１３】図１３は、比較例１の発光トランジスタのソース電極及びドレイン電極に直流電圧を印加し、ゲート電極に矩形波の交流電圧を印加した場合に観測されるスペクトルを示す。
【図１４】図１４は、実施例２の発光トランジスタの断面図である。
【図１５】図１５は、実施例２の発光トランジスタの金属電極を形成する前の顕微鏡写真である。
【図１６】図１６は、実施例２の発光トランジスタの顕微鏡写真である。
【図１７】図１７は、実施例２の発光トランジスタのソース電極及びドレイン電極に直流電圧を印加し、ゲート電極に矩形波の交流電圧を印加した場合に観測されるスペクトルを示す。ＡからＣに対応する電圧印加の条件は、表２に示す。
【図１８】図１８は、実施例３の発光トランジスタの断面図である。
【図１９】図１９は、実施例３の発光トランジスタの顕微鏡写真である。
【図２０】図２０は、実施例３の発光トランジスタのソース電極及びドレイン電極に直流電圧を印加し、ゲート電極に矩形波の交流電圧を印加した場合に観測されるスペクトルを示す。Ａ、Ｂに対応する電圧印加条件は、表３に示す。
【図２１】図２１は、実施例４の発光トランジスタの断面図である。
【図２２】図２２は、実施例４の発光トランジスタ１０の顕微鏡写真である。
【図２３】図２３は、実施例４の発光トランジスタのソース電極及びドレイン電極に直流電圧を印加し、ゲート電極に正弦波の交流電圧を印加した場合に観測される発光スペクトルを示す。ＡからＤに対応する電圧印可条件は、表４に示す。
【図２４】図２４は、実施例５の発光トランジスタの断面図である。
【図２５】図２５は、ＡＦＭで観察された、レジスト１７ａに形成された２次元周期構造１３ａの一部の二次元イメージを示す。
【図２６】図２６は、２次元周期構造に配置したＡＣ５結晶１１ａとＡＣ５−ＣＦ３結晶１１ｂをシリコン基板１２の基板面の法線方向から撮影した顕微鏡写真である。
【図２７】図２７は、実施例５の発光トランジスタ１０の顕微鏡写真である。
【図２８】図２８は、実施例５の発光トランジスタのソース電極及びドレイン電極に直流電圧を印加し、ゲート電極に正弦波又は矩形波の交流電圧を印加した場合に観測される発光スペクトルを示す。ＡからＥに対応する電圧印可条件は、表５に示す。
【符号の説明】
【００１４】
１０  発光トランジスタ、  １１  有機半導体結晶、  １１ａ  有機半導体結晶、
１１ｂ  有機半導体結晶、  １２  酸化膜付シリコン基板、  １３  回折格子、
１３ａ  二次元周期構造、  １４  電極、  １４ａ  クロミウム層、  １４ｂ  金層、
１４ｃ  マグネシウム銀層、  １４ｄ  銀層、  １４ｎ  ソース電極、
１４ｐ  ドレイン電極、  １５  酸化シリコン層、  １６  シリコン層、
１７  フォトレジスト層、  １７ａ  レジスト層、
１８  有機半導体アモルファス膜、  １９  金電極、  ２０  昇華再結晶装置、
２１  試験管、  ２２  ゴムリング、  ２３  ガラスリング、
２３ａ〜ｄ  ガラスリング、  ２４  粉末状有機半導体材料、  ２５  ガラス管、
２６  窒素ガス、  ２７  ソースヒーター、  ２８  成長ヒーター、
３１  窒素ボンベ、  ３２  流量計、  ３３  コールドトラップ、  ３４  バブラー、  ４０  駆動回路、  ４１  直流電源、  ４２  直流電源、  ４３  交流電源、
６０  トランジスタ
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係る発光トランジスタは、発光層が有機半導体材料でできており、周期的構造を有し、ゲート電極に交流が印加される。
本発明に係る発光トランジスタは、例えば、一般的に有機半導体材料を用いる３端子の発光素子として知られる有機発光電界効果トランジスタ（ＯＬＥＦＥＴ）であることが好ましく、有機半導体材料でできている発光層、発光層に電気的に接続されたドレイン電極及びソース電極、発光層に絶縁体層を介して接続されたゲート電極を含む。
【００１６】
本発明に係る発光トランジスタを、発光層は、有機半導体材料の平板状結晶を含み、周期的構造は、回折格子である場合について、後述する図１を参照して例示すると、有機半導体材料の平板状結晶、ソース電極、ドレイン電極、ゲート絶縁体及びゲート電極を有し、更に、回折格子を有する。
本発明の発光トランジスタが、発光層は有機半導体材料の平板状結晶を有し、周期的構造は回折格子である場合、ゲート電極に交流電界を印加することで、更に、簡便に発光し、その発光させた光を増幅し、また狭線化することができ好ましい。
【００１７】
本発明において、「発光層」とは、本発明の発光トランジスタにて、電界を印加することで、光を発する層を意味し、有機半導体材料でできており、本発明が目的とする発光トランジスタを得ることができる限り、特に制限されるものではない。
【００１８】
本発明において、「有機半導体材料」とは、一般的に有機半導体材料と呼ばれるものであって、本発明が目的とする発光トランジスタを得られる材料であれば特に制限されるものではない。「有機半導体材料」の形態は、本発明の目的とする発光トランジスタを得ることができる限り特に制限されるものではないが、発光層が有機半導体材料からできていることから、一般的に層状の形態と成り得るものであり、例えば、平板状結晶、エピタキシャル成長させた結晶、アモルファス膜、有機半導体材料の分散膜等を例示することができるが、平板状結晶であることが好ましい。
【００１９】
そのような有機半導体材料として、例えば、式（Ｉ）に示す化合物：
式（Ｉ）：（Ｘ）ｍ−（Ｙ）ｎ
［ここで、
Ｘは、各々独立して、窒素、硫黄、酸素、セレン及びテルル等のヘテロ原子を有してよく、アルキル基（例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基等）、ハロゲン、アルコキシル基（例えば、メトキシ基、エトキシ基等）、アルケニル基（例えば、エテニル基等）、シアノ基、フッ素化アルキル基（例えば、トリフルオロメチル基等）等の置換基を有してよい６員環であり、好ましくは、ベンゼン環、ピリジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、ｐ−ピリジルビニレン、ピラン、チオピラン環等であり、ベンゼン環がより好ましい。
ｍは、０〜２０が好ましく、１〜８がより好ましい。
Ｙは、各々独立して、窒素、硫黄、酸素、セレン及びテルル等のヘテロ原子を有してよく、アルキル基（例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基等）、ハロゲン、アルコキシル基（例えば、メトキシ基、エトキシ基等）、アルケニル基（例えば、エテニル基等）、シアノ基、フッ素化アルキル基（例えば、トリフルオロメチル基等）等の置換基を有してよい５員環であり、好ましくは、チオフェン環、フラン環、ピロール環、セレノフェン環であり、チオフェン環がより好ましい。
ｎは、０〜２０が好ましく、１〜８がより好ましい。
ＸとＹは、ブロックで結合しても、ランダムに結合しても、交互に結合してもよい。  ＸとＹは、単結合で結合しても、二重結合で結合しても、三重結合で結合してもよい。
Ｘ同士は、縮環してもよい。
ＸとＹは、単結合で結合し、ＸとＹが交互に結合することが好ましい。］
を例示することができる。
【００２０】
式（Ｉ）に記載した化合物において、式（ＩＩ）に示す化合物：
式（ＩＩ）：（Ｘ）ｍ
［式（ＩＩ）は、式（Ｉ）のｎ＝０の化合物であり、Ｘ及びｍは、式（Ｉ）に記載した通りであり、Ｘ同士は、縮環した、又は単結合で結合した化合物］が好ましい。
【００２１】
Ｘは、ベンゼン環であることがより好ましい。
そのような化合物として、より具体的には、テトラセン（参照：化１）、ペンタセン（参照：化２）、クアテル−フェニル（参照：化３）、キンクエ−フェニル（参照：化４）、セキシ−フェニル（参照：化５）を例示できる。
【００２２】
［化１］
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［化２］
2011099525.tif 000004
［化３］
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［化４］
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［化５］
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【００２３】
式（Ｉ）に記載した化合物において、式（ＩＩＩ）に示す化合物：
式（ＩＩＩ）：（Ｙ）ｎ
［式（ＩＩＩ）は、式（Ｉ）のｍ＝０の化合物であり、Ｙ及びｎは、式（Ｉ）に記載した通りであり、Ｙ同士は単結合で結合した化合物］が好ましい。
【００２４】
Ｙは、チオフェン環であり、チオフェン環同士は、２位と５位で結合した化合物がより好ましい。
そのような化合物として、より具体的には、クアテル−チオフェン（参照：化６）、セクシ−チオフェン（参照：化７）及びオクチ−チオフェン（参照：化８）を例示できる。
【００２５】
［化６］
2011099525.tif 000008
［化７］
2011099525.tif 000009
［化８］
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【００２６】
式（Ｉ）に記載した化合物において、式（ＩＶ）に示す化合物：
式（ＩＶ）：（Ｘ）ｍ１−（Ｙ）ｎ−（Ｘ）ｍ２
［式（ＩＶ）は、式（Ｉ）において（Ｙ）ｎが分子中央部にブロックとして存在し、その両側に（Ｘ）ｍ１のブロックと（Ｘ）ｍ２のブロックが存在し得る化合物であり、式（ＩＶ）のｍ１＋ｍ２は、式（Ｉ）のｍであり、Ｘ、Ｙ及びｎは、式（Ｉ）に記載した通りであり、ＸとＹは単結合で結合した化合物］が好ましい。
【００２７】
Ｙは、チオフェン環であり、チオフェン環はＸと、２位及び５位で結合し、Ｘは置換基を有してよいベンゼン環であり、ｍ１及びｍ２は、０〜２であり、ｎ＝１〜５である化合物がより好ましい。
ｎ＝１〜３の場合、ｍ１又はｍ２＝２であることが更により好ましく、ｍ１＝ｍ２＝２であることもより好ましい。ｎ＝４以上の場合、ｍ１又はｍ２＝１であることが更により好ましく、ｍ１＝ｍ２＝１であることもより好ましい。ｎ＝１〜５であることが特に好ましい。
【００２８】
そのような化合物として、より具体的には、ｎ＝１の場合、ＢＰ１Ｔ（参照：化９）、ＢＰ１Ｔ−Ｂｕ（参照：化１０）、ＢＰＴ１−ＯＭＥ（参照：化１１）、ＢＰ１Ｔ−ＣＮ（参照：化１２）を例示することができる。
【００２９】
［化９］
2011099525.tif 000011
［化１０］
2011099525.tif 000012
［化１１］
2011099525.tif 000013
［化１２］
2011099525.tif 000014
【００３０】
そのような化合物として、より具体的には、ｎ＝２の場合、ＢＣ４（参照：化１３）、ＢＰ２Ｔ（参照：化１４）、ＢＰ２Ｔ−Ｈｅ（参照：化１５）、ＢＴ２Ｔ−ＯＭＥ（参照：化１６）、ＢＰ２Ｔ−ＣＮ（参照：化１７）を例示することができる。
【００３１】
［化１３］
2011099525.tif 000015
［化１４］
2011099525.tif 000016
［化１５］
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［化１６］
2011099525.tif 000018
［化１７］
2011099525.tif 000019
【００３２】
そのような化合物として、より具体的には、ｎ＝３の場合、ＢＰ３Ｔ（参照：化１８）を例示することができる。
【００３３】
［化１８］
2011099525.tif 000020
【００３４】
そのような化合物として、より具体的には、ｎ＝４の場合、ＢＰ４Ｔ（参照：化１９）及びＰ４Ｔ−ＣＦ３（参照：化２０）を例示することができる。
【００３５】
［化１９］
2011099525.tif 000021
［化２０］
2011099525.tif 000022
【００３６】
そのような化合物として、より具体的には、ｎ＝５の場合、Ｐ５Ｔ（参照：化２１）を例示することができる。
【００３７】
［化２１］
2011099525.tif 000023
【００３８】
式（Ｉ）に記載した化合物において、式（Ｖ）に示す化合物：
式（Ｖ）：（Ｘ）ｍ１−（Ｙ）ｎ１−（Ｘ）ｍ２−（Ｙ）ｎ２−（Ｘ）ｍ３
［式（Ｖ）は、式（Ｉ）のｎ＝２（即ち、ｎ１＝ｎ２＝１）、及び式（Ｉ）のｍ＝ｍ１＋ｍ２＋ｍ３であって、ｍ２＝１の化合物であり、Ｘ及びＹは、式（Ｉ）に記載した通りであり、ＸとＹは単結合で結合した化合物］が好ましい。
【００３９】
Ｙは、チオフェン環であり、チオフェン環はＸと、２位及び５位で結合し、Ｘは各々独立して、置換基を有してよいベンゼン環であり、ｍ１及びｍ３は、１又は２である化合物がより好ましく、１であることが特に好ましい。
そのような化合物として、より具体的には、ＡＣ５（参照：化２２）及びＡＣ５−ＣＦ３（参照：化２３）を例示することができる。
【００４０】
「化２２］
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［化２３］
2011099525.tif 000025
【００４１】
式（Ｉ）に記載した化合物において、式（ＶＩ）に示す化合物：
式（ＶＩ）：（Ｘ）ｍ１−（Ｙ）ｎ１−（Ｘ）ｍ２−（Ｙ）ｎ２−（Ｘ）ｍ３−（Ｙ）ｎ３−（Ｘ）ｍ４
［式（ＶＩ）は、式（Ｉ）のｎ＝３（即ち、ｎ１＝ｎ２＝ｎ３＝１）、及び式（Ｉ）のｍ＝ｍ１＋ｍ２＋ｍ３＋ｍ４であって、ｍ２＝ｍ３＝１の化合物であり、Ｘ及びＹは、式（Ｉ）に記載した通りであり、ＸとＹは単結合で結合した化合物］が好ましい。
【００４２】
Ｙは、チオフェン環であり、チオフェン環はＸと、２位及び５位で結合し、Ｘは各々独立して、置換基を有してよいベンゼン環であり、ｍ１及びｍ４は、１又は２である化合物がより好ましく、１であることが特に好ましい。
そのような化合物として、より具体的には、ＡＣ′７（参照：化２４）を例示することができる。
【００４３】
［化２４］
2011099525.tif 000026
ＡＣ′７
【００４４】
有機半導体材料の「平板状結晶」とは、上述したような有機半導体材料の板状の結晶をいい、単結晶であることが好ましい。板の厚みが薄い場合、スラブ結晶ともいう。平板状結晶の厚さは、目的とする発光トランジスタを得ることができる限り特に制限されるものではないが、０．００１〜１０００μｍであることが好ましく、０．０１〜１００μｍであることがより好ましく、０．１〜１０μｍであることが特に好ましい。
有機半導体材料の大きさ（又は面積）は、周期的構造の占める領域の面積より大きくても同程度でも小さくてもよく、有機半導体材料の平板状結晶の大きさ（又は面積）も、周期的構造の占める領域の面積より大きくても同程度でも小さくてもよい。
【００４５】
本発明に係る有機半導体材料の平板状結晶は、目的とする平板状結晶を得られる限り、その製造方法は限定されるものではない。そのような方法として、例えば、昇華再結晶法、液相再結晶法等の方法を例示することができる。
【００４６】
本発明に係る「周期的構造」とは、一般的に、一様な層の内部又は主表面に微細な凹凸、溝、穴、突起物等によって形成されるか、屈折率の異なる二つ以上の複数の層によって形成されるか、これらを組み合わせて形成されており、ある一定の間隔で類似の構造が現れる周期的な構造をいい、通常、厚さの薄い層状（又は板状）の形状を有するが、本発明が目的とする発光トランジスタを得ることができる限り、特に限定されるものではない。尚、主表面とは、層の一対の広い面をいう。
【００４７】
周期的構造を層の主表面と垂直方向からみた形状は、例えば、三角形、四角形、五角形、六角形や円形、楕円形、半円形であってよいが、四角形であることが好ましく、長方形及び正方形であることがより好ましい。
周期的構造の広さ（又は面積）は、１０μｍ２〜１００，０００ｍｍ２であることが好ましく、１００μｍ２〜３，００００ｍｍ２であることがより好ましく、１，０００μｍ２〜１００ｍｍ２であることが特に好ましい。
周期的構造の深さ（又は高さ）は、０．００５μｍ〜１００μｍであることが好ましく、０．０１μｍ〜１０μｍであることがより好ましく、０．０１μｍ〜１μｍであることが特に好ましい。
周期的構造の周期は、０．０１μｍ〜１００μｍであることが好ましく、０．０３μｍ〜３０μｍであることがより好ましく、０．１μｍ〜１０μｍであることが特に好ましい。
【００４８】
周期的構造が微細な凹凸によって形成されている場合、ある一定の間隔の中の構造は、周期的な構造が継続する方向と垂直な方向に、直線的に延びる溝であってもよく、直線的に等間隔で配置された穴や突起物であってもよい。
一定間隔の中の構造が直線的に延びる溝である場合、周期的な構造が継続する方向の断面図は、正弦波や矩形波、のこぎり波や三角波などであってもよい。
一定間隔の中の構造が穴や突起物である場合、穴の形状は円柱状や円錐状、角柱状や角錐状などであってもよい。
【００４９】
周期的構造には、ある方向についてのみ、一定の間隔で、類似の構造が現れる一次元的周期構造と、ある方向とその方向から一定平面内である角度をもった方向の二つ以上の方向の各々について、各々一定の間隔で、類似の構造が現れる二次元的周期構造があり、本発明が目的とする発光トランジスタを得ることができる限り、特に限定されるものではない。
【００５０】
「一次元的周期構造」として、例えば、一次元回折格子及び多層膜等を例示することができ、一次元回折格子が好ましい。
「二次元的周期構造」として、例えば、二次元回折格子及びフォトニック結晶等を例示することができ、二次元回折格子が好ましい。
周期的構造は、一次元回折格子、二次元回折格子、フォトニック結晶及び多層膜等から成る群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。
【００５１】
本発明に係る「回折格子」とは、一般的に回折格子と呼ばれるものであって、本発明が目的とする発光トランジスタを得られるものであれば、特に制限されるものではない。回折格子の格子の構造は、周期的な構造が継続する方向と垂直な方向に、直線的に延びる溝であってもよく、直線的に等間隔で配置された穴や突起物であってもよい。回折格子の格子の構造、長さ、回折格子の周期、回折格子の本数、回折格子の溝の深さ及び幅も、本発明が目的とする発光トランジスタを得られるものであれば、特に制限されるものではなく、用いる有機半導体材料、発光の狭線化の波長、増幅や狭線化の程度、発光の狭線幅の程度等によって適宜選択することができる。
【００５２】
一般的には、回折格子の格子の長さは、０．１〜１０００００μｍであることが好ましく、１〜１００００μｍであることがより好ましく、１０〜１０００μｍであることが特に好ましい。
回折格子の周期は、０．０１〜１００μｍであることが好ましく、０．０３〜３０μｍであることがより好ましく、０．１〜１０μｍであることが特に好ましい。
回折格子の本数は、３〜１００００００本であることが好ましく、１０〜１０００００本であることがより好ましく、３０〜１００００本であることが特に好ましい。
回折格子の溝の深さ（又は高さ）は、０．００１〜１０００μｍであることが好ましく、０．００３〜３０μｍであることがより好ましく、０．０１〜１μｍであることが特に好ましい。
回折格子の溝の幅（又は長さ）は、０．０００１〜１００μｍであることが好ましく、０．００１〜１０μｍであることがより好ましく、０．０１〜１μｍであることが特に好ましい。
【００５３】
周期的構造は、発光トランジスタ内のいずれかに設けられているが、通常、周期的構造は、発光層の少なくとも一つの主表面に設けられてよい。尚、主表面とは、発光層の一対の広い面をいう。
発光層が有機半導体材料の平板状結晶でできている場合、周期的構造は、平板状結晶の少なくとも一つの主平面に設けられてよい。尚、発光層が、有機半導体材料の平板状結晶でできている場合、主平面とは、有機半導体材料の平板状結晶の一対の広い結晶面を意味する。
発光層が有機半導体材料の平板状結晶からできている場合、より効果的に、発光を増幅することができる。
【００５４】
ここで、発光層の主表面に直接周期的構造を形成することで、周期的構造を発光層の主表面に設けてもよいし、誘電体材料等の他の材料に形成した周期的構造を、発光層の主表面に配置することで、周期的構造を発光層の主表面に設けてもよい。
発光層の主表面に、周期的構造を直接形成する方法は、本発明が目的とする発光トランジスタを得ることができ、上述の所望の周期的構造を得ることができる限り、特に制限されるものではない。そのような方法として、例えば、物理的に溝を掘る方法、化学薬品等を用いてエッチングする方法、レーザー光の干渉を利用して発光層に屈折率変調を起こさせる方法、レーザー光を吸収させて溝を掘る方法（レーザー・アブレーション）、予め作製した凹凸のある周期的構造を押し付けて、型を取る（又は成形する）方法（ナノインプリント）等を例示することができる。
【００５５】
本発明に係る周期的構造は、一般的に、誘電体材料の平面に形成して、発光層の主表面に配置することで、周期的構造を設けることが好ましい。
周期的構造を、誘電体材料の表面に形成して、発光層の主表面に設けると、更に、有機半導体材料の発光特性を損なわないという長所がある。
発光層が有機半導体材料の平板状結晶でできていることが好ましい。
また、周期的構造が回折格子であることが好ましい。
従って、発光層が有機半導体材料の平板状結晶でできており、周期的構造が回折格子であることがより好ましい。
【００５６】
ここで誘電体材料とは、一般に誘電体と呼ばれるものであって、本発明が目的とする発光トランジスタを得ることができるものであれば特に制限されるものではない。誘電体材料は、発光する光に対して透明であり、誘電体材料の屈折率は、有機半導体材料の屈折率より小さいことが好ましく、有機半導体材料と誘電体材料の屈折率の差は、０．０１〜１０であることがより好ましく、１〜１０であることが特に好ましい。
そのような誘電体材料として、例えば、石英、ソーダガラス、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、インジウム−スズ酸化物、ケイ素、絶縁性のフォトレジスト材料、絶縁性のレジスト材料等を例示することができるが、石英、ソーダガラス、インジウム−スズ酸化物、絶縁性のフォトレジスト材料、絶縁性のレジスト材料等が好ましい。
【００５７】
誘電体材料の平面に、周期的構造を形成する方法は、本発明が目的とする発光トランジスタを得ることができ、上述の所望の周期的構造を得ることができる限り、特に制限されるものではない。そのような方法として、例えば、物理的に溝を掘る方法、化学薬品等を用いてエッチングする方法、レーザー光の干渉を利用してフォトレジストを感光する方法（干渉露光）、レーザー光の干渉を利用して材料に屈折率変調を起こさせる方法、レーザー光を吸収させて溝を掘る方法（レーザー・アブレーション）、予め作製した凹凸のある周期的構造を押し付け型を取る方法（ナノインプリント）等を例示することができる。
例えば、誘電体材料が、石英基板である場合、物理的に溝を掘る方法が好ましい。また、誘電体材料が、フォトレジスト材料である場合、干渉露光する方法が好ましい。更に、誘電体材料が、レジスト材料である場合、ナノインプリントする方法が好ましい。
尚、周期的構造を形成するために誘電体材料に形成された、溝及び穴等は、誘電体材料を貫通していても、貫通していなくてもよい。
【００５８】
このようにして得られた周期的構造を、発光層の主表面に設ける。
周期的構造を、発光層の主表面に設ける方法は、本発明が目的とする発光トランジスタを得ることができれば特に制限されるものではない。そのような方法として、例えば、周期的構造が形成された誘電体材料の平面上に、発光層を配置する方法等を例示できる。一般的には、周期的構造が形成された誘電体材料の平面上に、発光層を接触させることによって、物理的に接着し密着するが、必要に応じて、接着剤等を使用してよい。周期的構造が形成された誘電体材料の平面上に、発光層を配置する方法は、発光層が、誘電体材料によって、全体的に支持されるので、好ましい。
【００５９】
上述の誘電体材料は、発光トランジスタのゲート絶縁膜として使用されることが好ましい。ゲート絶縁膜に周期的構造が形成されていても良く、発光層に対し、ゲート絶縁膜と反対側に、周期的構造が形成された誘電体材料を配置しても良い。
周期的構造がゲート絶縁膜上に形成される場合にも、優れた効果が期待できる。
また上述の周期的構造は、電極表面に形成することもできる。これらの電極は、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極に使用されるいずれかであってよく、ゲート電極であることが好ましい。
【００６０】
上記ソース電極及びドレイン電極は、発光層に電圧を印加する電極であって、正孔又は電子を上記発光層に注入するための電極であり、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム−金合金（ＭｇＡｕ）、マグネシウム−銀合金（ＭｇＡｇ）、アルミ−リチウム合金（ＡｌＬｉ）、カルシウム（Ｃａ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）等で形成される。
【００６１】
ソース電極及びドレイン電極は、発光層に接するように所定の間隔を開けて対向するように配置される。間隔は、本発明に係る発光トランジスタが得られる限り特に制限されるものではないが、例えば、０．１〜５００μｍであることが好ましく、１〜１００μｍであることがより好ましく、５〜５０μｍであることが特に好ましい。
ソース電極及びドレイン電極は、同種の金属を用いても良いし、よりキャリア注入が容易なように、キャリア注入に有利な異なる金属をそれぞれ用いても良い。
ソース電極及びドレイン電極は、周期的構造を覆うように設けても良いし、周期的構造を挟むように設けても良いし、周期的構造から離れた箇所に設けても良い。
【００６２】
ゲート電極とは、発光層内の電界を制御する電圧を印加する電極であって、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム−金合金（ＭｇＡｕ）、マグネシウム−銀合金（ＭｇＡｇ）、アルミ−リチウム合金（ＡｌＬｉ）、カルシウム（Ｃａ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、シリコン等で形成される。
ゲート絶縁体がシリコン上に形成された酸化ケイ素である場合には、ゲート電極はシリコンで形成されてもよい。
ゲート電極は、ソース電極及びドレイン電極と、対向するように配置され、それらの間に、ゲート絶縁体、もしくはゲート絶縁体と発光層が配置される。
【００６３】
従って、本発明は、
（１）有機半導体材料でできている発光層を準備する工程、
（２）周期的構造を、誘電体の表面に形成する工程、及び
（３）誘電体表面上に、発光層を配置する工程
を含んで成る発光トランジスタの製造方法を提供する。
尚、上述の製造方法は、更に、発光層について上述の誘電体層又は他の誘電体層を介して接するゲート電極を配置し、発光層と電気的に接続するソース電極とドレイン電極を配置する工程も有する。
【００６４】
更に、本発明は、
（１）有機半導体材料でできている発光層を準備する工程、及び
（２）周期的構造を、発光層の表面に形成する工程
を含んで成る発光トランジスタの製造方法を提供する。
尚、上述の製造方法は、更に、発光層について誘電体層を介して接するゲート電極を配置し、発光層と電気的に接続するソース電極とドレイン電極を配置する工程も有する。
【００６５】
上述のようにして得られた発光トランジスタについて、ソース電極とドレイン電極に直流電界を印加し、ゲート電極に交流電界を印加して、発光スペクトルを測定したところ、驚くべきことに、周期的構造が存在しない場合と比較して、発光の光強度が増強され又は発光の線幅が狭くなり、それが、より安定に、繰り返し行っても再現性や安定性よく、より容易に制御することができた。ソース電極とドレイン電極に直流電界を印加し、ゲート電極に交流電界を印加することで、より光強度が増強され又は発光の線幅が狭くなり、再現性よく、より安定により容易に制御することができたという、このような現象が認められたことは、きわめて珍しい現象である。
【００６６】
従って、本発明に係る発光トランジスタを、後述するような、ゲート電極に交流電界を印加することで、発光させ、その発光をより増幅し、より狭線化した光として、再現性よく、より安定により容易に制御して供給する方法に使用することができる。この場合、後述する光を発する方法では、（ｉ）〜（iii）工程を合わせて、本発明に係る発光トランジスタを準備する工程とすることができる。この本発明に係る発光トランジスタを準備する工程は、必要に応じてその都度、上述した製造方法に基づいて本発明に係る発光トランジスタを製造して使用してもよいし、予め製造された発光トランジスタを使用してもよい。尚、ソース電極とドレイン電極に直流電界を印加することが好ましい。
【００６７】
本発明に係る増幅又は狭線化した光を発する方法では、
（ｉ）  発光層を準備する工程、
（ii）  発光層の少なくとも一つの主表面に、周期的構造を設ける工程、及び
（iii）  ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極を設ける工程
（iv）  ゲート電極に交流電界を印加する工程を含む。
【００６８】
即ち、本発明に係る増幅又は狭線化した光を発する方法は、（ｉ）〜（iii）の工程に加えて、（iv）の工程を含む。
（iv）工程では、発光層に電界を印加して、発光層内に発光を生じさせる。
尚、本発明において、「増幅」とは、光の強さ（又は振幅）を大きくすることをいい、１．２〜１．５倍に増幅することが好ましく、１．５〜４倍に増幅することがより好ましく、４〜２０倍に増幅することが特に好ましい。
また、本発明において、「狭線化」とは、光のスペクトルの波長の幅を狭くすることをいい、スペクトルの半値全幅が１５ｎｍ以下に狭くすることが好ましく、１０ｎｍ以下に狭くすることがより好ましく、５ｎｍ以下に狭くすることが特に好ましい。
【００６９】
発光は、一般的にソース電極とドレイン電極間の発光層から発生し、周期的構造が設けられている箇所を通る際に、増幅又は狭線化等をすると考えられる。ソース電極及びドレイン電極は、周期的構造を覆うように設けても良いし、周期的構造を挟むように設けても良いし、周期的構造から離れた箇所に設けても良い。
【００７０】
本発明に係る発光トランジスタ、及び増幅又は狭線化した光を発する方法では、用いる周期的構造、（例えば、周期的構造の広さ、溝等の深さ、周期、より具体的には、例えば、回折格子の周期（格子間隔）、格子方向の長さ、格子の数等）の周期構造を適宜変えることで、発光に対して、増幅又は狭線化する波長、狭線化の程度等を変えることができ、再現性よく、より安定により容易に制御することができる。
【００７１】
更に、ソース電極とドレイン電極間に印加する電界の電位差は、０〜３００Ｖであることが好ましく、２５〜２５０Ｖであることがより好ましく、５０〜２００Ｖであることが特に好ましい。
また、ゲート電極に交流電界を印加することが好ましいが、ゲート電極に印加する交流の周波数は、１Ｈｚ〜５０ＭＨｚであることが好ましく、１０Ｈｚ〜５ＭＨｚであることがより好ましく、１００Ｈｚ〜５００ｋＨｚであることが特に好ましい。ゲート電極に印加する交流の電圧の振幅は、１〜３００Ｖであることが好ましく、５〜３００Ｖであることがより好ましく、２５〜２５０Ｖであることが特に好ましく、５０〜２００Ｖであることが最も好ましい。
【００７２】
本発明に係る発光トランジスタは、種々の分野に使用することができる。例えば、情報デバイス分野、ディスプレー分野、生体光計測分野等を例示することができる。
また、本発明に係る増幅又は狭線化した光を発する方法は、種々の分野に使用することができるが、例えば、情報デバイス分野、ディスプレー分野、生体光計測分野等を例示することができる。
【実施例】
【００７３】
以下、本発明を添付した図面を参照して、より具体的に説明する。但し、本発明はその要旨を逸脱しない限り以下の実施の形態に限定されるものではない。【００７４】
実施例１
実施例１の発光トランジスタ
実施例１の発光トランジスタの模式図である図１、それを横方向から見たときの断面図である図１ａ及びそれを正面から見たときの断面図である図１ｂを参照しながら、実施例１の発光トランジスタ及びその製造方法を説明する。
有機発光デバイス１０は、有機半導体結晶１１、クロミウム層１４ａと金層１４ｂが積層されて一体となっている一対の電極１４、回折格子１３が表面の一部に形成されたシリコン酸化膜層１５とシリコン層１６が積層された電極１４付シリコン基板１２で構成されている。このとき、シリコン酸化膜層１５は、実施例１の発光トランジスタにおいてゲート絶縁膜として機能する。一対の電極１４は、シリコン酸化膜１５上に配置されている。有機半導体結晶１１はシリコン酸化膜層１５と一対の電極１４上に配置されることで、シリコン酸化膜層１５と一対の電極１４に物理的に接着し、接触する。【００７５】
図２は、顕微鏡で観察された電極１４付シリコン基板１２上の回折格子付近の写真を示す。図２ａは、回折格子付近の写真を模式的に示す。写真の左側の上下に、クロミウムと金で形成された電極が認められる。写真の表面に現れているのは金層１４ｂである。上下の電極の間隔（この間隔は図２及び図２ａで矢印で示されている）がチャネル長（１０μｍ）である。写真の中央の右寄りに、回折格子１３が認められる。回折格子の格子は紙面の図面に対し上下方向に平行に形成されている。（したがって、回折格子波数ベクトルは紙面の図面に対し左右方向に平行となる。）
図１に示す有機光学デバイス１０は、以下のようにして製造した。【００７６】
電極付シリコン基板上への回折格子の形成
クロミウム（厚さ５ｎｍ）と金（厚さ１００ｎｍ）を順次堆積して、一対の対向した電極が予め形成された電極付シリコン基板（０．５ｃｍ×１ｃｍ）を準備した。個々の電極の寸法は２ｍｍ×１．５ｍｍの長方形であり、一対の電極は１０μｍ離れるように設置した。一対の一方の電極がソース電極となり、他方がドレイン電極となる。対向したソース電極とドレイン電極の間の、電極が形成されていない領域がチャネルを形成する。チャネルを介して対向したソース電極の端部とドレイン電極の端部の間の間隔を「チャネル長」といい、チャネルと接するソース電極の端部又はドレイン電極の端部の長さを「チャネル幅」という。この基板を用いると、チャネル長（図２ａのＹ方向の電極間の距離であって、両矢印の長さ）１０μｍで、チャネル幅（図２ａのＸ方向の電極の長さ）２ｍｍまでの有機電界効果トランジスタを製造することができる。この基板を１０分間アセトンで洗浄し、表面を清浄にした。【００７７】
電極付シリコン基板を、集束イオンビーム装置（Ｆｏｃｕｓｅｄ  ｉｏｎ  ｂｅａｍ：以下ＦＩＢ装置）の試料台の上にアルミニウム導電性テープで固定し、試料台上の電極付シリコン基板をＦＩＢ装置の真空を乱さないようにしながらＦＩＢ装置中の加工室に差し込んだ。
ＦＩＢ装置の加工室を真空に保ったまま（８×１０−４Ｐａ以下）、ビーム直径を７０ｎｍに設定したガリウムイオンビーム（以下「ビーム」ともいう）を出射した。ＦＩＢ装置の倍率を５０倍にして電極付シリコン基板の表面を観察し、以下のように掘削場所を決定した。【００７８】
一対のソース電極とドレイン電極の共にチャネルと接する端部は、平行又はほぼ平行な一対の二本の線分を形成する。（この線分は図２ａでＸ方向に平行又はほぼ平行である。）この二本の線分を延長して形成される二本の直線で挟まれた領域であって、チャネル、ソース電極及びドレイン電極から、チャネル幅の方向に離れた電極付きシリコン基板表面の領域の少なくとも一部と重複する場所に回折格子を掘削した。回折格子の格子の方向は、上記二本の直線と垂直又はほぼ垂直である。（したがって、回折格子波数ベクトルは二本の直線に平行又はほぼ平行になる。）
回折格子の格子方向の長さＬは、ソース電極とドレイン電極の間隔（チャネル長）より長くても同程度でも短くてもよいが、より長いことが好ましい。回折格子が、上述の領域を、チャネル長方向に、ちょうど又は完全に横切るように、回折格子を掘削することが好ましい。
掘削場所の決定後、下記の掘削条件で掘削した。【００７９】
ＦＩＢ装置の倍率を１２００倍に調整し、回折格子の格子を形成する溝を掘削するための条件として、ＦＩＢ装置の加工モードをラインモードに、掘削長Ｌを５０μｍに、ドーズ量を１．０ｎＣ／（μｍ）２にそれぞれ設定して、電極付シリコン基板上に溝を掘削した。
同様の掘削条件により、同じ形状の溝を一定の間隔をおいて平行に掘削した。一つの溝の掘削開始位置から次の溝の掘削開始位置の間隔を回折格子の周期Λとすると、その値をＦＩＢ装置の１２００倍の加工画面上のピクセル数で３ピクセルとし、引き続き合計１６０本の溝を掘削して、電極付シリコン基板上に回折格子を形成した。図３に、上述のようにして得られる回折格子１３の模式図を示す。回折格子の格子方向の長さＬは、ソース電極とドレイン電極の間隔（チャネル長）より長く、回折格子は、上述の領域を、チャネル長方向に、完全に横切るように掘削された。【００８０】
図４は、原子間力顕微鏡（以下ＡＦＭ）で観察された、電極１４付シリコン基板１２上の回折格子１３の一部の三次元イメージを示す。図５は、図４より切り出した回折格子の格子の方向と垂直方向（したがって回折格子波数ベクトルと平行方向）の断面図を示す。
得られた回折格子の顕微鏡による観察から格子方向の長さＬは４６．６μｍ、回折格子の格子方向と垂直方向の長さＷは７８．８μｍであることを確認し、隣接する溝の周期Λを４９２．２ｎｍと決定した。ＡＦＭによる観察から溝の深さＤは４７．７ｎｍであることを確認した。【００８１】
有機半導体材料の昇華再結晶による平板状結晶の作製
有機半導体結晶は昇華再結晶法で作製した。図６は、有機半導体材料の昇華再結晶装置を模式的に示す。図６ａは、昇華再結晶装置２０の全体の概略を模式的に示す。昇華再結晶装置２０は、内部で有機半導体材料を昇華させて再結晶させる試験管２１、有機半導体材料の劣化を防ぐために試験管２１に窒素を導入する窒素ボンベ３１と流量計３２、試験管２１内で再結晶化しなかった有機半導体材料のガスをトラップするコールドトラップ３３と流動パラフィンの入ったバブラー３４を含む。
図６ｂは、有機半導体材料を昇華再結晶化させる試験管２１を、より詳細に模式的に示す。試験管２１（外径２５ｍｍ）は、二組のステンレスリングとゴムリングによりステンレス金具（図示せず）に固定して、その内部を高気密に保った。試験管２１内に、結晶の取り出しを容易にすることを考慮して、外径２２ｍｍのガラスリング２３を入れた。試験管の奥から、長さが、３０ｍｍ、２０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍのガラスリング２３ａ〜２３ｄを、計４つ入れた。【００８２】
最も奥のガラスリング２３ａに、粉末状の有機半導体材料２４を配置した。有機半導体材料として化２４に示すＡＣ′７を選択した。流量計３２で流量を調節した窒素ガス（不活性ガス）を、ステンレス金具にゴムリングで固定した外径４ｍｍのガラス管２５を通して試験管２１の最奥部に流した。この窒素ガスは、加熱することで昇華した有機半導体材料のキャリアガス２６としても作用する。【００８３】
粉末状有機半導体材料２４を昇華させ再結晶化させるために、ソースヒーター２７と成長ヒーター２８の２個のヒーターを用いた。ソースヒーター２７は、試験管２１の最深部のガラスリング２３ａを覆うように、試験管２１に巻き付けた。成長ヒーター２８は、ガラスリングの２３ｂと２３ｃを覆うように、試験管２１に巻き付けた。これによって、ソースヒーター２７を巻き付けた試験管２１の領域をソース領域ともいい、成長ヒーター２８を巻き付けた試験管２１の領域を成長領域ともいう。ソース領域で加熱されて昇華した有機半導体材料２４は、成長領域で結晶化して、有機半導体材料の結晶２９を生ずる。ソースヒーター２７及び成長ヒーター２８の設定温度をそれぞれＴ１及びＴ２とすると、Ｔ１を３６０℃、Ｔ２を３１０から３３０℃に設定し、４時間４０分から１３時間かけて結晶を成長させた。
尚、窒素ガス２６及び結晶化しなかった有機半導体材料のガスは、試験管２１から外に出て、有機半導体材料のガスはコールドトラップ３３で取り除かれ、更に窒素ガスはバブラー３４を通って、大気中へ排気される。
昇華再結晶法による有機半導体結晶の成長方法は、下記参考文献１に開示されている。
参考文献１：T. Yamao, S. Ota, T. Miki, S. Hotta and R. Azumi, Thin Solid Films, 516 (2008) 2527-2531.【００８４】
有機半導体材料の平板状結晶と電極付シリコン基板を貼り合わせることによる発光トランジスタの製造
上述の昇華再結晶法で作製した多数の有機半導体結晶２９から適切な平板状結晶１１を一つ選び出した。回折格子１３を掘削した電極１４付シリコン基板１２をアセトン、２−プロパノールで１０分間ずつ超音波洗浄した後、紫外線ランプによるオゾン洗浄を５分間施し表面を清浄にした。電極１４付シリコン基板１２の回折格子１３を完全に覆い、一対の電極１４に重なるように、有機半導体材料平板状結晶１１を、電極１４付シリコン基板１２上に配置することで物理的に接触させた。電極１４と平板状結晶１１との接触を確実にするために４０℃に加熱したエタノールを滴下、乾燥させ平板状結晶１１を固定した。その結果、有機半導体材料の平板状結晶１１は、回折格子１３を含むシリコン酸化膜１５及び電極１４に接着して貼り付いて、発光トランジスタ１０が製造された。【００８５】
ゲート電極に矩形波交流電圧を印加した場合の狭線化発光スペクトル
図７に発光トランジスタの駆動回路の構成を示す。発光トランジスタ１０を駆動する駆動回路４０は直流電源４１、直流電源４２及び交流電源４３を含む。直流電源４１は１対の電極の片側（ソース電極）１４ｎに対して負極性の直流電圧（Ｖs）を印加する。直流電源４２はもう一方の電極（ドレイン電極）１４ｐに対して正極性の直流電圧ＶDを印加する。交流電源４３はシリコン層（ゲート電極）１６に交流電圧ＶGを印加する。ソース電極−ドレイン電極間に印加された直流電圧は主として有機半導体結晶１１内でのキャリアの移動及び再結合に寄与し、ゲート電極１６に印加された電圧は有機半導体結晶１１内へのキャリアの注入に寄与する。尚、図７の発光トランジスタ１０は、図１の発光トランジスタ１０を右横方向から見た断面図である図１ａと対応する。
ゲート電極に矩形波の交流電圧を印加する方法は、ＷＯ２００９／０９９２０５Ａ１に開示されている。【００８６】
発光トランジスタ１０に電圧を印加した際の発光トランジスタ１０からの発光は、発光トランジスタ１０の有機半導体結晶１１の結晶面に平行な方向であって、かつ回折格子１３の回折格子波数ベクトルと平行な方向であって、回折格子の領域を中心として電極１４の反対側にある平板状結晶の端面から出射されたものを、光ファイバーに導いて、検出器（フォトニック・マルチチャネル・アナライザー：以下「ＰＭＡ」ともいう）で観測した。例えば、図１の発光トランジスタでは、有機半導体結晶１１の右方向から、図７の発光トランジスタでは、有機半導体結晶１１の紙面に対して正面の方向から、発光を測定した。
発光トランジスタと検出器の間の位置関係は、参考文献２に開示されている。
参考文献２：T. Yamao, K. Terasaki, Y. Shimizu and S. Hotta, J. Nanosci. Nanotechnol., 10 (2010) 1017-1020.【００８７】
図８は上記で作製した発光トランジスタ１０のゲート電圧ＶGに交流電圧として矩形波を印加した場合の発光スペクトルを示す。波長に対して発光強度をプロットした。ソース電圧ＶＳ、ドレイン電圧ＶＤ、交流ゲート電圧振幅ＶＧ、交流ゲート電圧の周波数の具体的な数値は、表１に示した。【００８８】
【表１】
2011099525.tif 000027
【００８９】
図８に示すように、ＡからＤまでの電界印加条件において、発光トランジスタ１０から発光スペクトルが著しく細くなる狭線化発光が観測された。この狭線化発光のピークの値はＶＤやＶＳ、ＶＧの絶対値の増加に伴い、大きくなった。スペクトルＡの優勢なスペクトルのピーク位置は５５６．３ｎｍであり、その半値全幅は２．０５ｎｍである。長波長側の６２３．２ｎｍにもピークが認められる。【００９０】
図９は、発光トランジスタ１０からの狭線化発光スペクトルの５５６．３ｎｍにあるピークの発光強度を、発光トランジスタ１０に入力した電力に対して図示したものである。図９は、交流ゲート電圧の周波数が２ｋＨｚの結果及び２０ｋＨｚの結果の両方を含んでいる。発光強度が１００以上のデータを直線で近似したところ、入力電力が約０．０１Ｗのところで発光強度が０カウントとなった。発光トランジスタ１０からの狭線化発光には入力電力に対して閾値がある。これは発光トランジスタ１０からの狭線化発光に何らかの光増幅作用が存在することを示唆する。【００９１】
比較例１
比較例の発光トランジスタ
比較例１の発光トランジスタ６０の断面図である図１０を参照しながら、比較例１の発光トランジスタ及びその製造方法を説明する。
比較例１の発光トランジスタは、電極１４付シリコン基板１２上に回折格子を掘削していないこと、クロミウム層１４ａと金層による電極１４ｂの形状が図１１に示す櫛型であることを除いて、上述した実施例１の発光トランジスタと同様の方法を用いて製造した。ＡＣ′７結晶を電極付シリコン基板１２に貼り付ける前に、電極付シリコン基板１２をアセトン、２−プロパノール、エタノールで３分間ずつ超音波洗浄し、基板表面をエタノール蒸気に曝露した後、紫外線ランプによるオゾン洗浄を１０分間施し、電極付シリコン基板１２の表面を清浄にした。【００９２】
このようにして得られた発光トランジスタ６０を、結晶１１の結晶表面と垂直方向から撮影した顕微鏡写真を図１２に示す。櫛歯状の電極の間隔が電極１４の間の間隔と対応し、その間隔は３０μｍであり、これがチャネル長となる。写真の中央に白い点線で囲まれた横方向に延びる結晶は、ＡＣ′７の結晶１１である。
このようにして得られた発光トランジスタ６０に電圧を印加した際の発光トランジスタ６０からの発光を、実施例１の発光トランジスタと同様の方法を用いて測定した。具体的には、発光トランジスタ６０の平板状結晶１１の結晶面に平行な方向であって、かつ櫛歯状の細長い電極と平行な方向に平板状結晶１１の端面から出射された発光をＰＭＡで観測した。【００９３】
比較例１の発光トランジスタ６０のゲート電圧ＶGに交流電圧として矩形波を印加した場合の発光スペクトルを図１３に示す。電極１４の一方に直流電圧＋７０Ｖを印加し、電極１４のもう一方に直流電圧−７０Ｖを印加し、ゲート電極１６に振幅１００Ｖ、周波数２０ｋＨｚの矩形波の交流電圧を印加した。波長に対して発光強度をプロットした。縦軸の発光強度は１秒当たりの強度を示している。この発光トランジスタからは狭線化したスペクトルは観測されなかった。【００９４】
実施例２
実施例２の発光トランジスタ
実施例２の発光トランジスタの断面図である図１４を参照しながら、実施例２の発光トランジスタ及びその製造方法を説明する。
発光トランジスタ１０は、シリコン層１６とシリコン酸化膜層１５が積層されたシリコン基板１２、回折格子１３が形成されたフォトレジスト１７、有機半導体アモルファス膜１８、有機半導体結晶１１、及びマグネシウム銀１４ｃと銀１４ｄが積層された一対の電極１４を含む。シリコン酸化膜１５上にフォトレジスト１７が配置され、回折格子１３は、フォトレジスト１７のシリコン酸化膜１５と接しない面全体に形成されている。回折格子１３上に有機半導体アモルファス膜１８と有機半導体結晶１１が配置されており、結晶１１は、膜１８の一部を覆う。電極１４の一方は、有機半導体結晶１１上に配置され、もう一方は、有機半導体結晶１１と有機半導体アモルファス膜１８の両方に接するように配置されている。図１４に示す発光トランジスタは、下記の方法を用いて製造した。【００９５】
電極付シリコン基板上への回折格子の形成
１ｃｍ×１ｃｍの酸化膜付シリコン基板をアセトン、２−プロパノール、エタノール、蒸留水で各６分間ずつ超音波洗浄機により洗浄したあと、窒素ブローにより乾燥し、表面を清浄にした。
基板をスピンコーターに乗せ、ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ社製のフォトレジストＳＵ−８（商品名）をシクロペンタノンで重量比１：２に薄めた溶液を、基板表面を溶液が埋め尽くすように基板上に滴下した。その後、５００ｒｐｍで１３秒間、引き続き２０００ｒｐｍで１７秒間、スピンコーターで基板を回転させて、フォトレジスト膜１７を成膜した。フォトレジスト膜の不要な溶媒を飛ばすため酸化膜付シリコン基板上のフォトレジスト膜を、ヒーターに載せ、７５℃で７分間、１０５℃で１４分間加熱した。【００９６】
フォトレジスト膜１７の乗った酸化膜付シリコン基板１２を干渉露光装置に乗せ、ＥＫＳＰＬＡ社製のパルスＮｄ：ＹＡＧレーザー（ＰＬ２１４３）の三倍高調波（３５５ｎｍ、パルス幅３０ｐｓ、繰返し周波数１０Ｈｚ）のレーザーを用いて干渉露光した。レーザー光のエネルギーはパルス当り４００μＪ、ビーム直径は６．５ｍｍである。酸化膜付シリコン基板の法線方向に対するレーザー光の入射角は２０°で、上記レーザーの光を４秒間照射してフォトレジスト膜１７を露光した。フォトレジスト膜１７の露光された部分を加熱して固めるため、露光したフォトレジスト膜１７の乗った酸化膜付シリコン基板１２をヒーターに載せ、６５℃で７分、９５℃で７分加熱した後、室温まで放冷した。【００９７】
露光したフォトレジスト膜１７の乗った酸化膜付シリコン基板１２を、ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ社製のＳＵ−８用現像液に１分間浸漬させて、回折格子の形成に余分なフォトレジストを除去した後、２−プロパノールですすぎ、ドライヤーで乾燥した。
現像したフォトレジスト膜１７の乗った酸化膜付シリコン基板１２をヒーターに乗せ、１７５℃で２０分加熱し、反応が完結していないフォトレジスト膜１７の反応を完結させた。
得られた回折格子をＡＦＭで観察し、隣接する溝の周期Λが５４９．３ｎｍ、溝の深さＤが４３ｎｍであることを確認した。
なお、上記の基板上にフォトレジストＳＵ−８（商品名）を用いて回折格子を形成する方法は、参考文献３に開示されている。
参考文献３：T. Yamao, T. Inoue, Y. Okuda, T. Ishibashi, S. Hotta and N. Tsutsumi, Synth. Met., 15 (2009) 889-892.【００９８】
現像したフォトレジスト膜１７を配置した酸化膜付シリコン基板１２にマスクを施し、化２３に示すＡＣ５−ＣＦ３を厚さ７０ｎｍの設定値のもとで１×１０−３Ｐａの真空中で蒸着した。ＡＣ５−ＣＦ３を蒸着した基板に、実施例１に記載した方法と同じ方法で成長したＡＣ′７の結晶を、結晶がフォトレジストによる回折格子及びその上の蒸着したＡＣ５−ＣＦ３の両方に接するように配置した。図１５は、フォトレジストの回折格子に配置したこの結晶１１をシリコン基板面の法線方向から撮影した顕微鏡写真である。破線で囲まれた半円形の内側にフォトレジスト１７による回折格子１３があり、点線で囲まれた四角形の内側に、フォトレジスト１７上のＡＣ５−ＣＦ３蒸着膜１８がある。実線で囲まれた内側がＡＣ′７結晶１１である。【００９９】
回折格子上の結晶への電極の形成
酸化膜付シリコン基板１２上のフォトレジスト１７による回折格子１３を配置したＡＣ′７結晶１１の上に、タングステンワイヤー（幅約５０μｍ）を、ＡＣ５−ＣＦ３蒸着（アモルファス）膜１８とフォトレジスト１７の境界線と平行になるように配置した。このワイヤーはＡＣ５−ＣＦ３蒸着膜１８の上のＡＣ′７結晶１１の上に配置されている。このワイヤーの方向は、フォトレジスト１７に形成された回折格子１３の回折格子波数ベクトルとも平行である。このワイヤーの両側から、ＡＣ′７結晶１１の上に、マグネシウムと銀を質量比１：１０となるように、マグネシウム銀層１４ｃを真空蒸着して形成した。これに引き続きマグネシウム銀層１４ｃの上に、ワイヤーの両側から、銀層１４ｄを真空蒸着して形成した。このタングステンワイヤーの幅が、トランジスタの電極間隔（チャンネル長）を形成する。マグネシウム銀層１４ｃと銀層１４ｄは一体となって電極１４となる。以上のように、実施例２に係る発光トランジスタ１０を作製した。
図１６は作製した発光トランジスタ１０の顕微鏡写真である。二つの銀電極１４ｄの間の領域がチャネルを形成している。【０１００】
ゲート電極に矩形波交流電圧を印加した場合の狭線化発光スペクトル
実施例１と同様の配置を用いて、実施例２に係る発光トランジスタ１０の電流励起下の発光スペクトルを観測した。図１７はゲート電圧ＶGの交流電圧として矩形波電圧を印加した場合の実施例２に係る有機発光デバイス１０の発光スペクトルを示す。ソース電圧ＶＳ、ドレイン電圧ＶＤ、交流ゲート電圧振幅ＶＧ、交流ゲート電圧の周波数の具体的な数値は、表２に示した。【０１０１】
【表２】
2011099525.tif 000028
【０１０２】
図１７に示すように、Ａ、Ｂの条件において、発光トランジスタ１０から発光スペクトルが著しく細くなる狭線化発光が観測された。スペクトルＡの狭線化したピークの位置は５７７．７ｎｍであり、条件Ａにおいて、狭線化したスペクトルの半値全幅は４．５８ｎｍであった。【０１０３】
実施例３
実施例３の発光トランジスタ
実施例３の発光トランジスタの断面図である図１８を参照しながら、実施例３の有機発光デバイス及びその製造方法を説明する。
実施例３の発光トランジスタ１０は、チャネルがフォトレジスト１７で形成された回折格子上に配置されたＡＣ′７結晶１１上に形成されていること、タングステンワイヤーの片側から金電極１９が形成されていることを除いて、上述した実施例２の発光トランジスタと同様の方法を用いて製造した。
得られた回折格子をＡＦＭで観察し、隣接する溝の周期Λが５２８．２ｎｍであることを確認した。【０１０４】
図１９は作製した発光トランジスタ１０の顕微鏡写真である。銀電極１４ｄと金電極１９の間の領域がチャネルを形成している。中央の木の葉状の領域がＡＣ′７結晶１１であり、その中央部で上下に延びるチャンネルがＡＣ′７結晶１１上の電極１４ｄと電極１９の間の間隔に対応する。チャンネルの左に薄く電極１４ｄが認められ、チャンネルの右に薄く金電極１９が認められる。【０１０５】
ゲート電極に矩形波交流電圧を印加した場合の狭線化発光スペクトル
実施例１と同様の配置を用いて、実施例３に係る発光トランジスタ１０の電流励起下の発光スペクトルを観測した。図２０はゲート電圧ＶGの交流電圧として矩形波電圧を印加した場合の実施例３に係る発光トランジスタ１０の発光スペクトルを示した図である。ソース電圧ＶＳ、ドレイン電圧ＶＤ、交流ゲート電圧振幅ＶＧ、交流ゲート電圧の周波数の具体的な数値は、表３に示した。【０１０６】
【表３】
2011099525.tif 000029
【０１０７】
図２０に示すように、Ａ、Ｂの条件において、発光トランジスタ１０から発光スペクトルが著しく細くなる狭線化発光が観測された。【０１０８】
実施例４
実施例４の発光トランジスタ
実施例４の発光トランジスタの断面図である図２１を参照しながら、実施例４の有機発光デバイス及びその製造方法を説明する。
実施例４の発光トランジスタ１０は、有機半導体結晶１１として、化９に示すＢＰ１Ｔを用いたこと、ＢＰ１Ｔ結晶１１は、液相再結晶法を用いて基板上に直接成長されたこと、有機半導体アモルファス膜１８を用いないことを除いて、上述した実施例３の発光トランジスタと同様の方法を用いて製造した。【０１０９】
電極付シリコン基板上への回折格子の形成
実施例２の発光トランジスタと同様の方法を用い、フォトレジスト膜１７を成膜した。フォトレジスト膜の不要な溶媒を飛ばすため酸化膜付シリコン基板１２上のフォトレジスト膜１７を、乾燥オーブンに入れ、６５℃で１０分間、９０℃で３０分間加熱した。
照射するレーザーのパルス当りのエネルギーが４７５μＪであることを除いて、実施例２の発光トランジスタと同様の方法を用いて、フォトレジスト膜１７を干渉露光した。フォトレジスト膜１７の露光された部分を加熱して固めるため、露光したフォトレジスト膜１７の乗った酸化膜付シリコン基板１２を乾燥オーブンに入れ、６５℃で１０分、９０℃で３０分、９５℃で１０分加熱した後、室温まで放冷した。
露光したフォトレジスト膜１７の現像は、実施例２の発光トランジスタと同様の方法を用いて行った。現像したフォトレジスト膜１７の乗った酸化膜付シリコン基板１２を乾燥オーブンに入れ、１７５℃で２０分加熱し、反応が完結していないフォトレジスト膜１７の反応を完結させた。【０１１０】
有機半導体材料の液相再結晶法による平板状結晶の作製
有機半導体結晶は液相再結晶法で作製した。フタ付きのガラス容器にＢＰ１Ｔと溶媒のモノクロロベンゼンを入れて、これに超音波を照射してＢＰ１Ｔを細かく粉砕して、過剰のＢＰ１Ｔを有するモノクロロベンゼン混合物を得た。回折格子１３が形成されたフォトレジスト膜１７をもつ酸化膜付シリコン基板１２を幅１０ｍｍ、長さ１００ｍｍ、厚さ２ｍｍの細長いアルミ板の一端にネジ止めし、混合物中のＢＰ１Ｔの粉末が付着することを防止するために、上記酸化膜付きシリコン基板１２を覆うように、アルミ箔で作製した鞘を被せた。回折格子１３が形成された基板１２を混合溶液に浸し、容器にフタをして、アルミ板の混合物に浸していないもう一端を容器の外部に延在させた。６０℃に設定したヒーターで容器の底部を加熱しながら３日間保つと、回折格子１３上に物理的に接触したＢＰ１Ｔ結晶１１が成長した。
液相再結晶法による有機半導体結晶の成長方法は、ＪＰ２００８−７３７７Ａに開示されている。【０１１１】
回折格子上の結晶への電極の形成
回折格子１３上に成長したＢＰ１Ｔ結晶への電極形成は、幅が約３０μｍのタングステンワイヤーを用いたことを除き、実施例３と同様の方法を用いた。
図２２は作製した発光トランジスタ１０の顕微鏡写真である。銀電極１４ｄと金電極１９の間の領域がチャネルを形成している。中央の六角形の領域がＢＰ１Ｔ結晶１１であり、その中央部で上下に延びるチャンネルがＢＰ１Ｔ結晶１１上の電極１４ｄと電極１９の間の間隔に対応する。チャンネルの左に薄く電極１４ｄが認められ、チャンネルの右に薄く金電極１９が認められる。【０１１２】
ゲート電極に正弦波交流電圧を印加した場合の狭線化発光スペクトル
実施例１と同様の配置を用いて、実施例４に係る発光トランジスタ１０の電流励起下の発光スペクトルを観測した。図２３はゲート電圧ＶGの交流電圧として正弦波電圧を印加した場合の実施例４に係る有機発光デバイス１０の発光スペクトルを示す。波長に対して発光強度をプロットした。ソース電圧ＶＳ、ドレイン電圧ＶＤ、交流ゲート電圧振幅ＶＧ、交流ゲート電圧の周波数の具体的な数値は、表４に示した。【０１１３】
【表４】
2011099525.tif 000030
【０１１４】
図２３に示すように、ＡからＤまでの電界印加条件において、発光トランジスタ１０から発光スペクトルが細くなる狭線化発光が観測された。この狭線化発光のピークの値はＶＤやＶＳ、ＶＧの絶対値の増加に伴い、大きくなった。スペクトルＡの優勢なスペクトルのピーク位置は５３９．９ｎｍであり、その半値全幅は５．４４ｎｍである。長波長側の６１０．６ｎｍにもピークが認められ、その半値全幅は２．２４ｎｍである。【０１１５】
実施例５
実施例５の発光トランジスタ
実施例５の発光トランジスタの断面図である図２４を参照しながら、実施例５の有機発光デバイス及びその製造方法を説明する。
実施例５の発光トランジスタ１０は、有機半導体結晶１１が、化２２に示すＡＣ５を用いたＡＣ５結晶１１ａと、化２３に示すＡＣ５−ＣＦ３を用いたＡＣ５−ＣＦ３結晶１１ｂを積層して形成されていること、フォトレジスト１７上に回折格子１３ではなく、レジスト１７ａ上に２次元周期構造１３ａが形成されていること、有機半導体アモルファス膜１８を用いないことを除いて、上述した実施例３の発光トランジスタと同様の方法を用いて製造した。【０１１６】
電極付シリコン基板上への２次元周期構造の形成
酸化膜付シリコン基板１２上のレジスト１７ａへの２次元周期構造１３ａの形成は、ＳＣＩＶＡＸ社にて行われた。２次元周期構造１３ａは、レジスト１７ａの酸化膜付シリコン基板１２に接していない面に対し、ナノインプリントの技法を用いて形成された。加熱して軟化させたレジスト１７ａに、特定の金型を押し付けて加圧した後、冷却することで２次元周期構造１３ａを形成した。
図２５はＡＦＭで観察された、酸化膜付シリコン基板１２上のレジスト１７ａに形成された２次元周期構造１３ａの一部の二次元イメージを示す。穴の直径は２３８ｎｍ、穴の間隔（穴の中心間距離）は４８０ｎｍ、穴の深さは２２５ｎｍである。【０１１７】
有機半導体材料の昇華再結晶による平板状結晶の作製
実施例１と同様の昇華再結晶法を用い、ＡＣ５結晶１１ａ及びＡＣ５−ＣＦ３結晶１１ｂを作製した。具体的には、ＡＣ５結晶１１ａでは、Ｔ１を２９０℃、Ｔ２を２５０℃に設定し、１時間５分かけて結晶を成長させた。ＡＣ５−ＣＦ３結晶１１ｂでは、Ｔ１を２６５℃、Ｔ２を２００℃に設定し、１０時間かけて結晶を成長させた。【０１１８】
有機半導体材料の平板状結晶の２次元周期構造上への貼り付け
昇華再結晶法で作製した結晶から適切なＡＣ５結晶１１ａを一つ選び出し、２次元周期構造１３ａ上に配置することで、物理的にＡＣ５結晶１１ａを２次元周期構造１３ａに接触させた。同様に、昇華再結晶法で作製した結晶から適切なＡＣ５−ＣＦ３結晶１１ｂを一つ選び出し、２次元周期構造１３ａ上のＡＣ５結晶１１ａの上に配置することで、物理的にＡＣ５−ＣＦ３結晶１１ｂをＡＣ５結晶１１ａに接触させた。図２６は、２次元周期構造に配置したＡＣ５結晶１１ａとＡＣ５−ＣＦ３結晶１１ｂをシリコン基板１２の基板面の法線方向から撮影した顕微鏡写真である。破線で囲まれた内側にＡＣ５結晶１１ａがあり、点線で囲まれた細長い領域の内側に、ＡＣ５−ＣＦ３結晶１１ｂがある。【０１１９】
二次元周期構造上の積層結晶への電極の形成
二次元周期構造１３ａ上に配置した、ＡＣ５結晶１１ａとＡＣ５−ＣＦ３結晶１１ｂの積層構造上への電極形成は、実施例３と同様の方法を用いた。
図２７は作製した発光トランジスタ１０の顕微鏡写真である。銀電極１４ｄと金電極１９の間の領域がチャネルを形成している。中央の横に長く伸びた細長い結晶がＡＣ５−ＣＦ３結晶１１ｂであり、中央部の扇状の結晶がＡＣ５結晶１１ａである。中央に上下に延びるチャンネルが電極１４ｄと電極１９の間の間隔に対応する。チャンネルの左に薄く電極１４ｄが認められ、チャンネルの右に薄く金電極１９が認められる。【０１２０】
ゲート電極に交流電圧を印加した場合の狭線化発光スペクトル
実施例１と同様の配置を用いて、実施例５に係る発光トランジスタ１０の電流励起下の発光スペクトルを観測した。図２８はゲート電圧ＶGの交流電圧として正弦波もしくは矩形波の電圧を印加した場合の実施例５に係る有機発光デバイス１０の発光スペクトルを示す。波長に対して発光強度をプロットした。ソース電圧ＶＳ、ドレイン電圧ＶＤ、交流ゲート電圧振幅ＶＧ、交流ゲート電圧の周波数の具体的な数値及び交流ゲート電圧の波形は、表５に示した。【０１２１】
【表５】
2011099525.tif 000031
【０１２２】
図２８に示すように、同じソース電圧ＶＳ、ドレイン電圧ＶＤ、交流ゲート電圧振幅ＶＧ、交流ゲート電圧の周波数の条件でも、正弦波（Ｅ）の場合ではなく、矩形波（Ｄ）の場合に狭線化した発光が観測された。この狭線化発光のピークの値はＶＤやＶＳ、ＶＧの絶対値の増加に伴い、大きくなった。スペクトルＡのピーク位置は、短波長側から４５３．９ｎｍ、５２２．５ｎｍ、６１１．８ｎｍであり、それぞれ半値全幅は３．４９ｎｍ、６．６８ｎｍ、４．３６ｎｍである。【０１２３】
このように、回折格子もしくは２次元周期構造と、有機半導体結晶を含む発光トランジスタのゲート電極に交流電圧を印加すると、スペクトルが極度に細くなる狭線化発光が認められた。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
本発明は、発光トランジスタ、その製造方法、及び光増幅又は光狭線化方法を提供する。本発明は、特に、家庭用の比較的低い電圧の電気エネルギーを用いて、明瞭なピークを有する発光を得るために有用である。
［関連出願］
尚、本出願は、２０１０年２月１２日に日本国でされた出願番号２０１０−０２８６００を基礎出願とするパリ条約第４条に基づく優先権を主張する。この基礎出願の内容は、参照することによって、本明細書に組み込まれる。
【図１】
2011099525.tif 000032
【図１ａ】
2011099525.tif 000033
【図１ｂ】
2011099525.tif 000034
【図２ａ】
2011099525.tif 000035
【図３】
2011099525.tif 000036
【図６】
2011099525.tif 000037
【図７】
2011099525.tif 000038
【図８】
2011099525.tif 000039
【図９】
2011099525.tif 000040
【図１０】
2011099525.tif 000041
【図１３】
2011099525.tif 000042
【図１４】
2011099525.tif 000043
【図１７】
2011099525.tif 000044
【図１８】
2011099525.tif 000045
【図２０】
2011099525.tif 000046
【図２１】
2011099525.tif 000047
【図２３】
2011099525.tif 000048
【図２４】
2011099525.tif 000049
【図２８】
2011099525.tif 000050
【図２】
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【図４】
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【図５】
2011099525.tif 000053
【図１１】
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【図１２】
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【図１５】
2011099525.tif 000056
【図１６】
2011099525.tif 000057
【図１９】
2011099525.tif 000058
【図２２】
2011099525.tif 000059
【図２５】
2011099525.tif 000060
【図２６】
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【図２７】
2011099525.tif 000062
【手続補正書】
【提出日】平成23年11月29日(2011.11.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機半導体材料でできている発光層、
発光層に電気的に接続されたドレイン電極及びソース電極、
発光層に絶縁体層を介して接続されたゲート電極、及び
発光層又は発光層に接する絶縁体層に接する周期的構造を有し、
ゲート電極に交流が印加される発光トランジスタであって、
ソース電極とドレイン電極の共にチャンネルと接する端部が形成する一対の二本の線分で挟まれた領域又はこの二本の線分を延長して形成される二本の直線で挟まれた領域と、少なくとも一部重複する発光層又は絶縁体層に、周期的構造は形成され、
ソース電極とドレイン電極間の発光層から発生した光は、発光層の主平面と平行な方向に設けられた周期的構造の継続する方向に通過する際に、増幅又は狭線化して、発光層の主表面と平行な方向に出射する、発光トランジスタ。
【請求項２】
発光層は、有機半導体材料の平板状結晶を含む請求項１に記載の発光トランジスタ。
【請求項３】
周期的構造は、一次元もしくは二次元回折格子、フォトニック結晶、多層膜から成る群から選択される少なくとも一種である請求項１又は２に記載の発光トランジスタ。
【国際調査報告】
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