JPH06132082A - 薄膜電界発光素子および製造法 - Google Patents
薄膜電界発光素子および製造法Info
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- JPH06132082A JPH06132082A JP4788992A JP4788992A JPH06132082A JP H06132082 A JPH06132082 A JP H06132082A JP 4788992 A JP4788992 A JP 4788992A JP 4788992 A JP4788992 A JP 4788992A JP H06132082 A JPH06132082 A JP H06132082A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は従来電界発光素子が必要としていた
シリーングを行なわずに、耐環境性を向上した、電界発
光素子の提供を目的とする。 【構成】 薄膜で構成される下部絶縁層、発光層および
上部絶縁層を有する薄膜電界発光素子において、前記各
薄膜層の密度が該薄膜が単結晶材料で構成される場合の
密度に比較してその相違が５％以内であり、かつ該薄膜
を構成する材料が化合物である場合には、その組成が化
学量論組成であり、さらに所望により前記下部絶縁層、
発光層および上部絶縁層のうちの少なくとも一つの層の
表面に、フッ素原子、炭素原子および硫黄原子のうちの
少なくとも１種の単原子層、あるいは前記原子のうちの
少なくとも１種の原子を含有する化合物の層を設けたこ
とを特徴とする薄膜電界発光素子。
シリーングを行なわずに、耐環境性を向上した、電界発
光素子の提供を目的とする。 【構成】 薄膜で構成される下部絶縁層、発光層および
上部絶縁層を有する薄膜電界発光素子において、前記各
薄膜層の密度が該薄膜が単結晶材料で構成される場合の
密度に比較してその相違が５％以内であり、かつ該薄膜
を構成する材料が化合物である場合には、その組成が化
学量論組成であり、さらに所望により前記下部絶縁層、
発光層および上部絶縁層のうちの少なくとも一つの層の
表面に、フッ素原子、炭素原子および硫黄原子のうちの
少なくとも１種の単原子層、あるいは前記原子のうちの
少なくとも１種の原子を含有する化合物の層を設けたこ
とを特徴とする薄膜電界発光素子。
Description
【０００１】
【技術分野】本発明は、耐環境性を向上されたエレクト
ロルミネッセンス素子、およびその製造法の技術分野に
関するものである。
ロルミネッセンス素子、およびその製造法の技術分野に
関するものである。
【０００２】
【従来技術】従来、ＺｎＳ：Ｍｎ等の半導体発光層を誘
電体層でサンドウイッチした二重絶縁構造ＥＬ素子が開
発され発光特性の向上が確認されている。薄膜ＥＬ素子
の基本的な素子構成を図１に示す。ガラス基板１０１上
にＩＴＯ、ＳｎＯ2等の透明電極１０２を形成し、その
上にＹ2Ｏ3，ＴｉＯ2，Ｓｉ3Ｎ4等の下部絶縁層１０３
を形成する。次にＺｎＳ：Ｍｎからなる発光層１０４を
形成し、この発光層上にＹ2Ｏ3，ＴｉＯ2，Ｓｉ3Ｎ4等
の上部絶縁層１０５を順次形成し、最後にＡｌ等の上部
電極１０６を形成し完成する。上記、ＥＬ素子を形成す
る各層は，通常多結晶膜で構成され積層構成をとること
から、上部層ほど膜中にピンホールやマイクロクラック
等の多くの欠陥を含んでいる。このため、これらの欠陥
を通してＺｎＳ：Ｍｎ１０４に水分等が侵入し、素子特
性の劣化や層間はく離等の問題が発生する。
電体層でサンドウイッチした二重絶縁構造ＥＬ素子が開
発され発光特性の向上が確認されている。薄膜ＥＬ素子
の基本的な素子構成を図１に示す。ガラス基板１０１上
にＩＴＯ、ＳｎＯ2等の透明電極１０２を形成し、その
上にＹ2Ｏ3，ＴｉＯ2，Ｓｉ3Ｎ4等の下部絶縁層１０３
を形成する。次にＺｎＳ：Ｍｎからなる発光層１０４を
形成し、この発光層上にＹ2Ｏ3，ＴｉＯ2，Ｓｉ3Ｎ4等
の上部絶縁層１０５を順次形成し、最後にＡｌ等の上部
電極１０６を形成し完成する。上記、ＥＬ素子を形成す
る各層は，通常多結晶膜で構成され積層構成をとること
から、上部層ほど膜中にピンホールやマイクロクラック
等の多くの欠陥を含んでいる。このため、これらの欠陥
を通してＺｎＳ：Ｍｎ１０４に水分等が侵入し、素子特
性の劣化や層間はく離等の問題が発生する。
【０００３】この問題を解決するために、図２に示すシ
ーリング構造により、湿気保護を図ることが提唱されて
いる（実開平３−３２０８０）。図２を用いてこのシー
リング構造について説明する。ガラス基板２０１にスペ
ーサー２０２を介して背面ガラス２０３を対向配置さ
せ、各部品を接着剤で固定密封させて外囲器を形成す
る。外囲器内にはＥＬ素子２０４が内蔵されシリコンオ
イル、真空グリス等のＥＬ素子保護流体を充填封入しシ
ーリング構造を完成する。シーリング剤としては、絶縁
層中のピンホールへの浸透性及び耐湿性に優れＥＬ素子
構成膜と反応しないものが使用される。さらに最近、青
色発光ＥＬ素子の発光層の母材としてＳｒＳが注目され
ている。このＳｒＳは非常に吸湿性が強い材料であるた
め、以上に示したシーリング構造によるＥＬ素子封止技
術は、前記ＳｒＳを母材とする青色発光素子には必要不
可欠なものである。しかし、このシーリング構造をとる
ことによる問題点がいくつかある。まずＥＬ素子作製工
程の複雑化があげられる。つまり、シーリング剤を充填
する外囲器を作製するにはスペーサー、背面ガラスの加
工、各部品の位置出し、接着、乾燥の工程が必要であ
る。外囲器作製後、シーリング剤の充填、真空脱ガス処
理、充填部分の封止の工程が必要となる。以上の様にシ
ーリング構造の作製には、多くの工程が必要となること
から量産化には大きな障害となる。また、素子の大型化
がさけられないといった欠点も有する。分散型ＥＬ素子
と比較した場合、薄膜ＥＬ素子は、素子の厚さを可及的
に薄くできるといったメリットがある。しかし、シーリ
ング構造の場合、ＥＬ素子形成用基板の他にスペーサ
ー、背面ガラスの厚さが加味される。そのため、分散型
ＥＬ素子と大差ない素子厚さとなってしまう。さらに、
シーリング剤の構成原子もしくはシーリング剤中の不純
物原子の拡散といった問題点も有している。シーリング
剤は絶縁層中のピンホールを通して発光層付近まで浸透
する。このシーリング剤の構成原子もしくは不純物原子
がＥＬ素子駆動による発熱によって、発光層中に拡散す
る。拡散した原子は発光層中で準位を形成し、ＥＬ素子
特性劣化の原因となる。
ーリング構造により、湿気保護を図ることが提唱されて
いる（実開平３−３２０８０）。図２を用いてこのシー
リング構造について説明する。ガラス基板２０１にスペ
ーサー２０２を介して背面ガラス２０３を対向配置さ
せ、各部品を接着剤で固定密封させて外囲器を形成す
る。外囲器内にはＥＬ素子２０４が内蔵されシリコンオ
イル、真空グリス等のＥＬ素子保護流体を充填封入しシ
ーリング構造を完成する。シーリング剤としては、絶縁
層中のピンホールへの浸透性及び耐湿性に優れＥＬ素子
構成膜と反応しないものが使用される。さらに最近、青
色発光ＥＬ素子の発光層の母材としてＳｒＳが注目され
ている。このＳｒＳは非常に吸湿性が強い材料であるた
め、以上に示したシーリング構造によるＥＬ素子封止技
術は、前記ＳｒＳを母材とする青色発光素子には必要不
可欠なものである。しかし、このシーリング構造をとる
ことによる問題点がいくつかある。まずＥＬ素子作製工
程の複雑化があげられる。つまり、シーリング剤を充填
する外囲器を作製するにはスペーサー、背面ガラスの加
工、各部品の位置出し、接着、乾燥の工程が必要であ
る。外囲器作製後、シーリング剤の充填、真空脱ガス処
理、充填部分の封止の工程が必要となる。以上の様にシ
ーリング構造の作製には、多くの工程が必要となること
から量産化には大きな障害となる。また、素子の大型化
がさけられないといった欠点も有する。分散型ＥＬ素子
と比較した場合、薄膜ＥＬ素子は、素子の厚さを可及的
に薄くできるといったメリットがある。しかし、シーリ
ング構造の場合、ＥＬ素子形成用基板の他にスペーサ
ー、背面ガラスの厚さが加味される。そのため、分散型
ＥＬ素子と大差ない素子厚さとなってしまう。さらに、
シーリング剤の構成原子もしくはシーリング剤中の不純
物原子の拡散といった問題点も有している。シーリング
剤は絶縁層中のピンホールを通して発光層付近まで浸透
する。このシーリング剤の構成原子もしくは不純物原子
がＥＬ素子駆動による発熱によって、発光層中に拡散す
る。拡散した原子は発光層中で準位を形成し、ＥＬ素子
特性劣化の原因となる。
【０００４】
【目的】本発明は、従来電界発光素子が必要としていた
シーリングを行なわずに素子の耐環境性の向上を図った
ものであり、簡易な作製工程にて、厚さが薄く耐環境性
に優れたＥＬ素子を提供することを目的とする。
シーリングを行なわずに素子の耐環境性の向上を図った
ものであり、簡易な作製工程にて、厚さが薄く耐環境性
に優れたＥＬ素子を提供することを目的とする。
【０００５】
【構成】本発明の薄膜電界発光素子は、単結晶半導体層
もしくは絶縁性基板上に形成した単結晶半導体層を基板
として用い、該基板上に、各層の密度がバルク単結晶に
比較してそのズレが５％以内で、かつ各層を構成するも
のが化合物である場合には化学量論組成を有するように
形成したものである。下部絶縁層、発光層および上部絶
縁層の各層を順次設けたものを基本的な構成とするもの
である。本発明の電界発光素子の各層は、その密度は、
バルク単結晶の密度に近く、かつ化学量論組成をとって
いるので、素子の最表面に位置する上部絶縁層中には、
ピンホールやマイクロクラック等の欠陥が少なく、水分
等の侵入が抑制される。この状態であっても従来素子と
比較して、耐湿性に優れた素子構成である。前記の電界
発光素子を構成する各層は、ピンホールやマイクロクラ
ック等の欠陥が非常に少ない薄膜を形成することができ
るエピタキシャル成長法を採用するのが好ましい。
もしくは絶縁性基板上に形成した単結晶半導体層を基板
として用い、該基板上に、各層の密度がバルク単結晶に
比較してそのズレが５％以内で、かつ各層を構成するも
のが化合物である場合には化学量論組成を有するように
形成したものである。下部絶縁層、発光層および上部絶
縁層の各層を順次設けたものを基本的な構成とするもの
である。本発明の電界発光素子の各層は、その密度は、
バルク単結晶の密度に近く、かつ化学量論組成をとって
いるので、素子の最表面に位置する上部絶縁層中には、
ピンホールやマイクロクラック等の欠陥が少なく、水分
等の侵入が抑制される。この状態であっても従来素子と
比較して、耐湿性に優れた素子構成である。前記の電界
発光素子を構成する各層は、ピンホールやマイクロクラ
ック等の欠陥が非常に少ない薄膜を形成することができ
るエピタキシャル成長法を採用するのが好ましい。
【０００６】本発明においては、前記のような層構成を
採用することにより、十分な耐環境性を有しているが、
さらに該素子の表面層および／または各層の境界面にフ
ッ素、炭素または硫黄単原子層もしくはフッ素、硫黄ま
たは炭素原子の少なくとも１種の原子を含有する化合物
層を設けることにより、さらに耐環境性を向上させるこ
とができる。このフッ素、炭素あるいは硫黄単原子層も
しくはフッ素、硫黄あるいは炭素原子の少なくとも一種
を含有する化合物で表面処理したＥＬ素子の最表面は、
未結合手等が存在せず非常に不活性な状態となる。した
がって、ＥＬ素子への水分や不純物の吸着が防止でき
る。前記フッ素、炭素あるいは硫黄原子の単原子層、も
しくはフッ素、炭素あるいは、硫黄原子のうちの少なく
とも一種の原子を含有する化合物層を設けるための表面
処理は、電界発光素子の表面部分の全体に行うのが好ま
しいが、部分的に、例えば上部絶縁層、下部絶縁層ある
いは発光層部分等の表面、または該素子の表面層だけで
はなく、発光層と上部絶縁層との界面、発光層と下部絶
縁物層との界面あるいは基板と下部絶縁物層との界面、
さらには前記の個所の複数の個所に設けてもよい。前記
処理のうちでもっとも好ましいのはフッ化処理でフッ素
原子層もしくはフッ化物層を形成する。例えば、誘電率
が大きな酸化物をフッ酸蒸気と水蒸気とで処理すること
によって得られる。酸化物材料がＰｂＴｉＯ3である場
合にはβ−ＰｂＦ2，ＢａＴｉＯ3からＢａＦ2，ＳｒＴ
ｉＯ3からＳｒＦ2，Ｔａ2Ｏ3からＴａＦ3を形成するこ
とができる。
採用することにより、十分な耐環境性を有しているが、
さらに該素子の表面層および／または各層の境界面にフ
ッ素、炭素または硫黄単原子層もしくはフッ素、硫黄ま
たは炭素原子の少なくとも１種の原子を含有する化合物
層を設けることにより、さらに耐環境性を向上させるこ
とができる。このフッ素、炭素あるいは硫黄単原子層も
しくはフッ素、硫黄あるいは炭素原子の少なくとも一種
を含有する化合物で表面処理したＥＬ素子の最表面は、
未結合手等が存在せず非常に不活性な状態となる。した
がって、ＥＬ素子への水分や不純物の吸着が防止でき
る。前記フッ素、炭素あるいは硫黄原子の単原子層、も
しくはフッ素、炭素あるいは、硫黄原子のうちの少なく
とも一種の原子を含有する化合物層を設けるための表面
処理は、電界発光素子の表面部分の全体に行うのが好ま
しいが、部分的に、例えば上部絶縁層、下部絶縁層ある
いは発光層部分等の表面、または該素子の表面層だけで
はなく、発光層と上部絶縁層との界面、発光層と下部絶
縁物層との界面あるいは基板と下部絶縁物層との界面、
さらには前記の個所の複数の個所に設けてもよい。前記
処理のうちでもっとも好ましいのはフッ化処理でフッ素
原子層もしくはフッ化物層を形成する。例えば、誘電率
が大きな酸化物をフッ酸蒸気と水蒸気とで処理すること
によって得られる。酸化物材料がＰｂＴｉＯ3である場
合にはβ−ＰｂＦ2，ＢａＴｉＯ3からＢａＦ2，ＳｒＴ
ｉＯ3からＳｒＦ2，Ｔａ2Ｏ3からＴａＦ3を形成するこ
とができる。
【０００７】次に、本発明によるＥＬ素子を構成する各
層に使用する材料とその形成方法について、図３に基づ
いて説明する。基板３０１にはＳｉ，Ｇｅ等の単結晶半
導体基板や、石英基板やガラス基板上に、ストライプヒ
ーター法、高周波誘導加熱法、ランプ加熱法、レーザー
加熱法等のＺＭＲ法により、単結晶ＳｉもしくはＧｅ薄
膜を形成したＳＯＩ基板を用いる。この単結晶基板もし
くはＳＯＩ基板はＥＬ素子形成用基板の他に下部電極と
しても用いられるのでＳｉもしくはＧｅの抵抗率は、１
０-4〜１０2（Ω・ｃｍ）の範囲にあることが望まし
い。
層に使用する材料とその形成方法について、図３に基づ
いて説明する。基板３０１にはＳｉ，Ｇｅ等の単結晶半
導体基板や、石英基板やガラス基板上に、ストライプヒ
ーター法、高周波誘導加熱法、ランプ加熱法、レーザー
加熱法等のＺＭＲ法により、単結晶ＳｉもしくはＧｅ薄
膜を形成したＳＯＩ基板を用いる。この単結晶基板もし
くはＳＯＩ基板はＥＬ素子形成用基板の他に下部電極と
しても用いられるのでＳｉもしくはＧｅの抵抗率は、１
０-4〜１０2（Ω・ｃｍ）の範囲にあることが望まし
い。
【０００８】上記基板３０１上に前記したように、その
密度がバルク単結晶の密度に比較して５％以下、望まし
くは１％以下でかつ、化合物である場合には化学量論組
成を有する下部絶縁物層３０２を形成する。絶縁物材料
としてはＰｂＴｉＯ3，ＰＬＴ，ＰＬＺＴ，ＢａＴｉ
Ｏ3，ＳｒＴｉＯ3，Ｙ2Ｏ3、ＹＳＺ，Ｔａ2Ｏ3，Ｓｎ2
Ｏ3，Ａｌ2Ｏ3，ＭｇＯ，ＭｇＡｌ2Ｏ3等が使用でき
る。形成方法としては、構成原素の組成制御性に優れ、
エピタキシャル成長に適した方法である。有機金属熱分
解法（ＭＯＣＶＤ法）、分子線エピタキシャル成長法
（ＭＢＥ法）等の方法が用いられる。
密度がバルク単結晶の密度に比較して５％以下、望まし
くは１％以下でかつ、化合物である場合には化学量論組
成を有する下部絶縁物層３０２を形成する。絶縁物材料
としてはＰｂＴｉＯ3，ＰＬＴ，ＰＬＺＴ，ＢａＴｉ
Ｏ3，ＳｒＴｉＯ3，Ｙ2Ｏ3、ＹＳＺ，Ｔａ2Ｏ3，Ｓｎ2
Ｏ3，Ａｌ2Ｏ3，ＭｇＯ，ＭｇＡｌ2Ｏ3等が使用でき
る。形成方法としては、構成原素の組成制御性に優れ、
エピタキシャル成長に適した方法である。有機金属熱分
解法（ＭＯＣＶＤ法）、分子線エピタキシャル成長法
（ＭＢＥ法）等の方法が用いられる。
【０００９】上記絶縁物３０２上に発光層を形成する。
該層の密度は、それをバルク単結晶で構成した場合の密
度に比較して、５％以内望ましくは１％以下で、かつ該
層を構成する材料が化合物の場合には、化学量論組成を
有するものである。発光層材料としては、ＺｎＳ，Ｚｎ
Ｓｅ，ＺｎＳｘＳｅｙ（ｙ＝１−ｘ）等を母材とし、発
光中心としてＭｎを添加したＺｎＳ：Ｍｎ，ＺｎＳｅ：
Ｍｎ，ＺｎＳｘＳｅｙ：Ｍｎ（ｙ＝１−ｘ）等の材料、
もしくは上記母材にＣｕを添加したＺｎＳ：Ｃｕ系材
料、もしくは上記母材に希土類フッ化物（ＴｂＦ3，Ｅ
ｒＦ3，ＮｄＦ3，ＴｍＦ3，ＰｒＦ3，ＳｍＦ3，Ｄｙ
Ｆ3，ＨｏＦ3等）を添加した材料が用いられる。また、
ＳｒＳを母材とし発光中心にＣｅ，Ｓｍ，Ｔｂ，Ｄｙ，
Ｅｒ，Ｔｍ，Ｐｒ，Ｍｎ等を添加した材料やＣａＳを母
材とし発光中心にＥｒ等を添加した材料等が発光層とし
て用いられる。上記各材料はＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法等
を用いて単層もしくは多層構成で形成する。
該層の密度は、それをバルク単結晶で構成した場合の密
度に比較して、５％以内望ましくは１％以下で、かつ該
層を構成する材料が化合物の場合には、化学量論組成を
有するものである。発光層材料としては、ＺｎＳ，Ｚｎ
Ｓｅ，ＺｎＳｘＳｅｙ（ｙ＝１−ｘ）等を母材とし、発
光中心としてＭｎを添加したＺｎＳ：Ｍｎ，ＺｎＳｅ：
Ｍｎ，ＺｎＳｘＳｅｙ：Ｍｎ（ｙ＝１−ｘ）等の材料、
もしくは上記母材にＣｕを添加したＺｎＳ：Ｃｕ系材
料、もしくは上記母材に希土類フッ化物（ＴｂＦ3，Ｅ
ｒＦ3，ＮｄＦ3，ＴｍＦ3，ＰｒＦ3，ＳｍＦ3，Ｄｙ
Ｆ3，ＨｏＦ3等）を添加した材料が用いられる。また、
ＳｒＳを母材とし発光中心にＣｅ，Ｓｍ，Ｔｂ，Ｄｙ，
Ｅｒ，Ｔｍ，Ｐｒ，Ｍｎ等を添加した材料やＣａＳを母
材とし発光中心にＥｒ等を添加した材料等が発光層とし
て用いられる。上記各材料はＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法等
を用いて単層もしくは多層構成で形成する。
【００１０】上記発光層３０３上に、上部絶縁層３０４
を形成する。同様に該層の密度は、それをバルク単結晶
で構成した場合の密度に比較してズレは５％以下望まし
くは１％以下で、かつ該層を構成する材料が化合物の場
合には化学量論組成を有するものである。材料及び層形
成手段は下部絶縁層と同様なものが使用可能である。
を形成する。同様に該層の密度は、それをバルク単結晶
で構成した場合の密度に比較してズレは５％以下望まし
くは１％以下で、かつ該層を構成する材料が化合物の場
合には化学量論組成を有するものである。材料及び層形
成手段は下部絶縁層と同様なものが使用可能である。
【００１１】次に上記上部絶縁層３０４上に透明電極３
０５を形成する透明電極材料としては、ＩＴＯ，Ｉｎ2
Ｏ3，ＳｎＯ2，ＺｎＯ：Ａｌ，Ａｕ等の薄膜が使用で
き、これらの材料をＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、スパッタ
リング法、プラズマＣＶＤ法、真空蒸着法等を用いて層
形成する。層形成後に、例えばホトリソグラフィーによ
り所望の電極形状に加工する。
０５を形成する透明電極材料としては、ＩＴＯ，Ｉｎ2
Ｏ3，ＳｎＯ2，ＺｎＯ：Ａｌ，Ａｕ等の薄膜が使用で
き、これらの材料をＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、スパッタ
リング法、プラズマＣＶＤ法、真空蒸着法等を用いて層
形成する。層形成後に、例えばホトリソグラフィーによ
り所望の電極形状に加工する。
【００１２】
【実施例】次に実施例により本発明の詳細について説明
する。 実施例１ 本発明の一実施例を説明する。ＥＬ素子形成基板及び下
部電極としてＳＯＩ基板４０１を用いる。ＳＯＩ基板
は、石英基板上に成膜した多結晶Ｓｉ薄膜をレーザー加
熱による溶融再結晶化法により形成する。溶融再結晶化
条件を調整し、（１００）配向の単結晶Ｓｉ薄膜とす
る。次に上記基板上にＭＢＥ法を用いてＳｒＴｉＯ3薄
膜をエピタキシャル成長し、下部絶縁層４０２とする。
ＳｒＴｉＯ3薄膜の膜厚は３０００Åとする。次にＳｒ
ＴｉＯ3薄膜上にＭＯＣＶＤ法を用いて、ＳｒＳ：Ｃｅ
薄膜４０３を、４０００Åの膜厚でエピタキシャル成長
し、発光層とする。発光中心であるＣｅの膜中濃度は、
０．２ｍｏｌ％とする。次にＳｒＳ：Ｃｅ上にＭＢＥ法
を用いてＳｒＴｉＯ3薄膜４０４を３０００Åの膜厚で
成長し、上部絶縁層とする。最後に上部絶縁層上にスパ
ッタ法を用いて、ＩＴＯ薄膜４０５を１０００Åの膜厚
で形成し、ＥＬ素子構成を完成する。ＥＬ素子を構成す
る各層の組成比とバルク単結晶からの密度の減少率を表
１に示す。組成比は、ラザフォード後方散乱法（ＲＢ
Ｓ）により、各原子の散乱スペクトルの強度比から求め
た。また、バルク単結晶材料に対する密度の減少率は、
ＲＢＳ法を用いて測定した。チャンネリング最小収率
（χｍｉｎ）のバルク単結晶材料との比較から求めたも
のである。表１のごとくいずれの薄膜も化学量論組成と
ほぼ一致し、バルク単結晶材料の密度からの減少率が１
％以内である。以上の様に実施例１のＥＬ素子は、組成
のズレがなく、単結晶の密度に近い状態で粒界等が存在
しない薄膜により構成されている。次にＥＬ素子表面の
処理方法について説明する。処理は、図５に示す装置内
で行なう。処理にはＨＦ溶液及びＨ2Ｏを用い、各々Ｎ2
ガスでバブリングし真空室中に導入する。Ｈ2ＯとＨＦ
の反応によりＨＦ分子のイオン化が起こりＨＦ2 -イオン
が生成する。ＨＦ2 -イオンは非常に活性であるためＳｒ
ＴｉＯ3と反応し最表面にＳｒと結合したＦ単原子層も
しくはＳｒＦ2層４０６を形成する。ＥＬ素子表面をＦ
原子で終端もしくはＳｒＦ2膜で被覆することにより、
ほかのガスで置換されることがなく腐食に強い状態が形
成できる。以上の方法により実施例１のＥＬ素子を完成
する。実施例１のＥＬ素子の輝度−電圧特性を図６に、
輝度の経時変化を図７に示す。従来ＳｒＳ：Ｃｅを発光
層とする青色発光素子は、母材のＳｒＳの耐湿性に問題
があり、十分な素子寿命は得られていなかった。これに
対して、本発明のＥＬ素子は、図７に示すように、長期
間連続駆動後も輝度低下はわずかであり安定性に優れた
特性を示している。
する。 実施例１ 本発明の一実施例を説明する。ＥＬ素子形成基板及び下
部電極としてＳＯＩ基板４０１を用いる。ＳＯＩ基板
は、石英基板上に成膜した多結晶Ｓｉ薄膜をレーザー加
熱による溶融再結晶化法により形成する。溶融再結晶化
条件を調整し、（１００）配向の単結晶Ｓｉ薄膜とす
る。次に上記基板上にＭＢＥ法を用いてＳｒＴｉＯ3薄
膜をエピタキシャル成長し、下部絶縁層４０２とする。
ＳｒＴｉＯ3薄膜の膜厚は３０００Åとする。次にＳｒ
ＴｉＯ3薄膜上にＭＯＣＶＤ法を用いて、ＳｒＳ：Ｃｅ
薄膜４０３を、４０００Åの膜厚でエピタキシャル成長
し、発光層とする。発光中心であるＣｅの膜中濃度は、
０．２ｍｏｌ％とする。次にＳｒＳ：Ｃｅ上にＭＢＥ法
を用いてＳｒＴｉＯ3薄膜４０４を３０００Åの膜厚で
成長し、上部絶縁層とする。最後に上部絶縁層上にスパ
ッタ法を用いて、ＩＴＯ薄膜４０５を１０００Åの膜厚
で形成し、ＥＬ素子構成を完成する。ＥＬ素子を構成す
る各層の組成比とバルク単結晶からの密度の減少率を表
１に示す。組成比は、ラザフォード後方散乱法（ＲＢ
Ｓ）により、各原子の散乱スペクトルの強度比から求め
た。また、バルク単結晶材料に対する密度の減少率は、
ＲＢＳ法を用いて測定した。チャンネリング最小収率
（χｍｉｎ）のバルク単結晶材料との比較から求めたも
のである。表１のごとくいずれの薄膜も化学量論組成と
ほぼ一致し、バルク単結晶材料の密度からの減少率が１
％以内である。以上の様に実施例１のＥＬ素子は、組成
のズレがなく、単結晶の密度に近い状態で粒界等が存在
しない薄膜により構成されている。次にＥＬ素子表面の
処理方法について説明する。処理は、図５に示す装置内
で行なう。処理にはＨＦ溶液及びＨ2Ｏを用い、各々Ｎ2
ガスでバブリングし真空室中に導入する。Ｈ2ＯとＨＦ
の反応によりＨＦ分子のイオン化が起こりＨＦ2 -イオン
が生成する。ＨＦ2 -イオンは非常に活性であるためＳｒ
ＴｉＯ3と反応し最表面にＳｒと結合したＦ単原子層も
しくはＳｒＦ2層４０６を形成する。ＥＬ素子表面をＦ
原子で終端もしくはＳｒＦ2膜で被覆することにより、
ほかのガスで置換されることがなく腐食に強い状態が形
成できる。以上の方法により実施例１のＥＬ素子を完成
する。実施例１のＥＬ素子の輝度−電圧特性を図６に、
輝度の経時変化を図７に示す。従来ＳｒＳ：Ｃｅを発光
層とする青色発光素子は、母材のＳｒＳの耐湿性に問題
があり、十分な素子寿命は得られていなかった。これに
対して、本発明のＥＬ素子は、図７に示すように、長期
間連続駆動後も輝度低下はわずかであり安定性に優れた
特性を示している。
【００１３】
【表１】
【００１４】
【効果】本発明により従来ＥＬ素子が必要としてきたシ
ーリング剤による封止構造をとらなくても、従来素子と
同程度もしくはそれ以上の耐湿性が得られる。その結果
素子の厚みは、支持体として用いた石英基板の厚さです
み、素子の薄層化が実現できる。
ーリング剤による封止構造をとらなくても、従来素子と
同程度もしくはそれ以上の耐湿性が得られる。その結果
素子の厚みは、支持体として用いた石英基板の厚さです
み、素子の薄層化が実現できる。
【図１】従来の薄膜ＥＬ素子の基本的な素子構成をモデ
ル的に示す図である。
ル的に示す図である。
【図２】従来の薄膜ＥＬ素子の基本的な素子構成及びシ
ーリング構造をモデル的に示す図である。
ーリング構造をモデル的に示す図である。
【図３】本発明の薄膜ＥＬ素子の基本的な素子構成およ
びその製造工程をモデル的に示す図である。
びその製造工程をモデル的に示す図である。
【図４】本発明の実施例１の薄膜ＥＬ素子を示す図であ
る。
る。
【図５】本発明で使用するフッ化処理装置の１例の概略
図を示す。
図を示す。
【図６】本発明の実施例１の薄膜ＥＬ素子の輝度−電圧
特性の関係を示す。
特性の関係を示す。
【図７】本発明の実施例１の薄膜ＥＬ素子のしきい電圧
＋８０Ｖにおける発光輝度の経時変化を示す。
＋８０Ｖにおける発光輝度の経時変化を示す。
１０１ ガラス基板 １０２ 透明電極 １０３ 下部絶縁層 １０４ 発光層 １０５ 上部絶縁層 １０６ 上部電極 ２０１ ガラス基板 ２０２ スペーサー ２０３ 背面ガラス ２０４ 発光素子 ２０５ 上部絶縁層 ２０６ 上部電極 ３０１ 単結晶半導体層 ３０２ 下部絶縁物層 ３０３ 発光層 ３０４ 上部絶縁物層 ４０１ ＳＯＩ基板 ４０２ ＳｒＴｉＯ3薄膜 ４０３ ＳｒＳ：Ｃｅ薄膜 ４０４ ＳｒＴｉＯ3薄膜 ４０５ ＩＴＯ ４０６ ＳｒＦ2層 ５０１ Ｎ2ガス ５０２ マスフローコントローラー ５０３ ＨＦ溶液 ５０４ Ｈ2Ｏ ５０５ ＥＬ素子 ５０６ ロータリーポンプ
Claims (5)
- 【請求項１】 薄膜で構成される下部絶縁層、発光層お
よび上部絶縁層を有する薄膜電界発光素子において、前
記各薄膜層の密度が該薄膜が単結晶材料で構成される場
合の密度に比較してその相違が５％以内であり、かつ該
薄膜を構成する材料が化合物である場合には、その組成
が化学量論組成であることを特徴とする薄膜電界発光素
子。 - 【請求項２】 前記下部絶縁層、発光層および上部絶縁
層のうちの少なくとも一つの層の表面にフッ素原子、炭
素原子および硫黄原子のうちの少なくとも一種の単原子
層あるいは前記原子のうちの少なくとも１種の原子を含
有する化合物の層を設けたことを特徴とする請求項１記
載の薄膜電界発光素子。 - 【請求項３】 発光層と上部絶縁層との界面、発光層と
下部絶縁層との界面および基板と下部絶縁層との界面の
うちの少なくとも一つの界面に、フッ素原子、炭素原子
および硫黄原子のうちの少なくとも一種の単原子層、あ
るいは前記原子のうちの少なくとも一種の原子を含有す
る化合物の層を設けたことを特徴とする請求項１または
２記載の薄膜電界発光素子。 - 【請求項４】 前記下部絶縁層および上部絶縁層のうち
の少なくとも一つの層の表面に設ける層が、フッ化物で
あることを特徴とする請求項２記載の薄膜電界発光素
子。 - 【請求項５】 前記下部絶縁層および／または上部絶縁
層を構成する酸化物層を、フッ酸蒸気および水蒸気を用
いて処理し、該酸化物層の表面にフッ化物層を形成する
ことを特徴とする請求項４記載の薄膜電界発光素子の製
造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4788992A JPH06132082A (ja) | 1992-02-04 | 1992-02-04 | 薄膜電界発光素子および製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4788992A JPH06132082A (ja) | 1992-02-04 | 1992-02-04 | 薄膜電界発光素子および製造法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06132082A true JPH06132082A (ja) | 1994-05-13 |
Family
ID=12787973
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4788992A Pending JPH06132082A (ja) | 1992-02-04 | 1992-02-04 | 薄膜電界発光素子および製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06132082A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100335109B1 (ko) * | 2000-03-31 | 2002-05-04 | 구자홍 | 유기 ｅｌ 디스플레이 패널 |
| JP2003332631A (ja) * | 2002-05-15 | 2003-11-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 白色発光素子 |
| JP2012216848A (ja) * | 2000-09-14 | 2012-11-08 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置及び電子器具 |
-
1992
- 1992-02-04 JP JP4788992A patent/JPH06132082A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100335109B1 (ko) * | 2000-03-31 | 2002-05-04 | 구자홍 | 유기 ｅｌ 디스플레이 패널 |
| JP2012216848A (ja) * | 2000-09-14 | 2012-11-08 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置及び電子器具 |
| JP2003332631A (ja) * | 2002-05-15 | 2003-11-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 白色発光素子 |
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