JPH0896958A - エレクトロルミネッセンス素子とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ＥＬ素子の発光輝度を向上させること。 【構成】絶縁性基板であるガラス基板１１上に、光学的
に透明な酸化亜鉛(ZnO)から成る第一透明電極（第一電
極）１２、五酸化タンタル(Ta₂O₅) から成る第一絶縁層
１３、４硫化２ガリウムカルシウム(CaGa₂S₄) を母体材
料としセリウム(Ce)を発光中心とし母体材料を構成する
II族元素であるカルシウム(Ca)と異なるイオン半径を持
つII族元素としてマグネシウム(Mg)が添加された発光層
１４、五酸化タンタル(Ta₂O₅) から成る第二絶縁層１
５、光学的に透明な酸化亜鉛(ZnO) から成る第二透明電
極（第二電極）１６が順次積層されることによりＥＬ素
子１００が構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば計器類の自発光
型のセグメント表示やマトリックス表示、或いは各種情
報端末機器のディスプレイなどに使用されるエレクトロ
ルミネッセンス（Electroluminescence ）素子（以下Ｅ
Ｌ素子と記す）の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＥＬ素子は、硫化亜鉛（ZnS ）等
のII−VI族化合物に発光中心元素を添加した発光層に電
界を印加したときに発光する現象を利用したもので、自
発光型の平面ディスプレイを構成するものとして注目さ
れている。図３は、従来のＥＬ素子１０の断面構造を示
したものである。ＥＬ素子１０は、絶縁性基板であるガ
ラス基板１上に、光学的に透明なＩＴＯ（Indium Tin O
xide）膜等から成る第一透明電極（第一電極）２、五酸
化タンタル（Ta₂O₅ ）等から成る第一絶縁層３、発光層
４、五酸化タンタル（Ta₂O₅ ）等から成る第二絶縁層５
及び光学的に透明なＩＴＯ膜等から成る第二透明電極
（第二電極）６を順次積層して形成されている。

【０００３】ＩＴＯ膜は、酸化インジウム（In₂O₃ ）に
錫（Sn）をドープした透明導電性膜で、従来より透明電
極として広く使用されている。発光層４は、硫化亜鉛
（ZnS ）を母体材料とし、発光中心としてマンガン（M
n）、テルビウム（Tb）、サマリウム（Sm）を添加した
ものや、硫化ストロンチウム（SrS ）を母体材料とし発
光中心としてセリウム（Ce）を添加したものが使用され
る。

【０００４】ＥＬ素子１０の発光色は、母体材料と発光
中心として添加される元素の組み合わせで決まり、硫化
亜鉛（ZnS ）を母体材料とし、発光中心としてマンガン
（Mn）を添加した場合には黄橙色、テルビウム（Tb）を
添加した場合には緑色、サマリウム（Sm）を添加した場
合には赤色、硫化ストロンチウム（SrS ）を母体材料と
し発光中心としてセリウム（Ce）を添加した場合には青
緑色、４硫化２ガリウムカルシウム（CaGa₂S₄ ）、４硫
化２ガリウムストロンチウム（SrGa₂S₄ ）、４硫化２ガ
リウムバリウム（BaGa₂S₄ ）にセリウム（Ce）を添加し
た場合には青色が得られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、４硫化
２ガリウムカルシウム（CaGa₂S₄ ）、４硫化２ガリウム
ストロンチウム（SrGa₂S₄ ）を用いた青色ＥＬ素子は、
例えば特開平５−６５４７８号によれば、発光層中のセ
リウム（Ce）濃度及び硫化ガリウム（Ga₂S₃ ）の添加量
による発光輝度の向上効果について記載されているが、
これらの効果は非常に小さいという問題がある。ＥＬ素
子は、発光層の両端にある電極に交流電圧を印加したと
きに、発光層中または発光層と絶縁層の界面から電子が
注入され、その電子が加速された後に発光中心と衝突す
ることによって発光する。そのためＥＬ素子の発光輝度
を向上させるためには、より多くの電子を加速し、発光
中心を励起する必要がある。

【０００６】従って、本発明の目的は、４硫化２ガリウ
ムカルシウム（CaGa₂S₄ ）、４硫化２ガリウムストロン
チウム（SrGa₂S₄ ）、４硫化２ガリウムバリウム（BaGa
₂S₄）等のII−III −VI族化合物を母体材料にしたＥＬ
素子の発光層中に添加しやすい発光層の母体材料構成元
素と同族の元素を添加することによって、発光層中の電
子濃度を増大させ、ＥＬ素子の発光輝度の向上を提供す
ることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め本発明の構成は、少なくとも光取り出し側の材料を光
学的に透明なものにして順次積層したＥＬ素子であっ
て、II−III −VI族化合物を母体材料とし発光中心元素
を添加した発光層中に、母体材料を構成しているII族元
素のイオン半径と異なるイオン半径を持つII族元素を添
加することを特徴とする。

【０００８】また、第二の発明の構成は、母体材料を構
成しているII族元素のイオン半径と異なるイオン半径を
持つII族元素の添加量が、母体材料を構成しているII族
元素に対して０．０１ａｔ％以上５ａｔ％以下であるこ
とを特徴とする。

【０００９】第三の発明の構成は、発光層中の発光中心
元素の添加量と母体材料を構成しているII族元素のイオ
ン半径と異なるイオン半径を持つII族元素の添加量との
比、すなわち、（発光層中の発光中心元素の添加量）／
（発光層に添加するイオン半径の異なるII族元素の添加
量）の値が０．０１以上４０以下であることを特徴とす
る。

【００１０】第四の発明の構成は、II−III −VI族化合
物がアルカリ土類チオガレート、例えば、４硫化２ガリ
ウムカルシウム（CaGa₂S₄ ）、４硫化２ガリウムストロ
ンチウム（SrGa₂S₄ ）、４硫化２ガリウムバリウム（Ba
Ga₂S₄ ）であることを特徴とすることである。

【００１１】第五の発明の構成は、母体材料を構成して
いるII族元素のイオン半径と異なるイオン半径を持つII
族元素が、マグネシウム（Mg）、カルシウム（Ca）、ス
トロンチウム（Sr）、バリウム（Ba）のうち、母体材料
の構成元素ではない１種類もしくは２種類以上であるこ
とを特徴とする。

【００１２】第六の発明の構成は、発光層が発光中心元
素を添加した４硫化２ガリウムカルシウム（CaGa₂S₄ ）
であり、母体材料を構成しているII族元素のイオン半径
と異なるイオン半径を持つII族元素が、マグネシウム
（Mg）、ストロンチウム（Sr）、バリウム（Ba）のう
ち、１種類もしくは２種類以上であることを特徴とす
る。

【００１３】第七の発明の構成は、発光層が発光中心元
素を添加した４硫化２ガリウムストロンチウム（SrGa₂S
₄ ）であり、母体材料を構成しているII族元素のイオン
半径と異なるイオン半径を持つII族元素が、マグネシウ
ム（Mg）、カルシウム（Ca）、バリウム（Ba）のうち、
１種類もしくは２種類以上であることを特徴とする。

【００１４】第八の発明の構成は、発光中心元素がセリ
ウム（Ce）またはユーロピウム（Eu）であることを特徴
とする。

【００１５】第九の発明の構成は、少なくとも光取り出
し側の材料を光学的に透明なものにして順次積層したＥ
Ｌ素子の製造方法であって、発光中心元素及び母体材料
を構成しているII族元素のイオン半径と異なるイオン半
径を持つII族元素を母体材料粉末に添加し、熱処理を施
した後に、その粉末もしくはその粉末を焼成した焼成体
を用いてスパッタ法または蒸着法で発光層を形成するこ
とを特徴とする。

【００１６】第十の発明の構成は、発光中心元素及び母
体材料を構成しているII族元素のイオン半径と異なるイ
オン半径を持つII族元素を、母体材料もしくは母体材料
の構成元素とは別の供給源から供給して発光層を形成す
ることを特徴とする。

【００１７】第十一の発明の構成は、発光層を形成する
方法が多元スパッタ法、多元蒸着法、有機金属気相成長
法、原子層エピタキシャル成長法であることを特徴とす
る。

【００１８】

【作用】ＥＬ素子の発光層中に母体材料を構成している
II族元素のイオン半径と異なるイオン半径を持つII族元
素を添加することによって、母体材料のバンドギャップ
中に等電子トラップを形成する。

【００１９】

【発明の効果】ＥＬ素子の発光層に電界をかけると等電
子トラップから伝導帯に電子が放出されるため、発光層
中の電子濃度が著しく高くなり、加速された電子による
発光中心の励起効率が向上するため、ＥＬ素子の発光輝
度、発光効率を大幅に向上させることができる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。図１は、本発明に係わるＥＬ素子１００の断面
構造を示したものである。尚、図１のＥＬ素子１００で
は矢印方向に光を取り出している。ＥＬ素子１００で
は、絶縁性基板であるガラス基板１１上に順次、以下に
示す薄膜が形成され、構成されている。尚、各層の膜厚
は、その中央部分を基準としている。

【００２１】ガラス基板１１上に、第一透明電極（第一
電極）１２として光学的に透明な酸化亜鉛（ZnO ）、第
一絶縁層１３として五酸化タンタル（Ta₂O₅ ）を順次積
層し、その上に発光層１４としてセリウム（Ce）を発光
中心として添加した４硫化２ガリウムカルシウム（CaGa
₂S₄ ）をスパッタ法で成膜する。その後、第二絶縁層１
５として五酸化タンタル（Ta₂O₅ ）、第二透明電極（第
二電極）１６として光学的に透明な酸化亜鉛（ZnO ）を
積層してＥＬ素子１００を構成する。

【００２２】次に、ＥＬ素子１００の製造方法について
説明する。まず、ガラス基板１１上に第一透明電極１２
を成膜する。蒸着材料としては、酸化亜鉛（ZnO ）粉末
に酸化ガリウム（Ga₂O₃ ）を加えて混合し、ペレット状
に成形したものを用い、成膜装置としてはイオンプレー
ティング装置内を真空に排気した後、アルゴン（Ar）ガ
スを導入して圧力を一定に保ち、成膜速度が６〜１８ｎ
ｍ／ｍｉｎの範囲となるようなビーム電力及び高周波電
力を調整し、成膜する。

【００２３】次に、上記第一透明電極１２上に、五酸化
タンタル（Ta₂O₅ ）等から成る第一絶縁層１３をスパッ
タ法により形成する。具体的には、ガラス基板１１の温
度を一定に保持し、スパッタ装置内にアルゴン（Ar）と
酸素（O₂）の混合ガスを導入し、１ｋＷの高周波電力で
成膜を行う。上記第一絶縁層１３上に、４硫化２ガリウ
ムカルシウム（CaGa₂S₄ ）を母体材料とし、発光中心と
してセリウム（Ce）、母体材料を構成しているII族元素
のイオン半径と異なるイオン半径を持つII族元素として
マグネシウム（Mg）を添加した４硫化２ガリウムカルシ
ウム：セリウム（CaGa₂S₄:Ce）発光層１４をスパッタ法
により形成する。ここで、II族元素のイオン半径を表１
に示す。単位はÅである。

【００２４】

【表１】

【００２５】具体的には、ガラス基板１１の基板温度を
室温に保持し、スパッタ装置内にアルゴン（Ar）に２０
％の割合で硫化水素（H₂S ）を混合した混合ガスを導入
し、１００Ｗの高周波電力で成膜する。

【００２６】このとき、４硫化２ガリウムカルシウム
（CaGa₂S₄ ）粉末にフッ化セリウム（CeF₃）、硫化マグ
ネシウム（MgS ）を添加し、硫化水素（H₂S ）雰囲気中
で９００°Ｃ、３．５時間の熱処理を施した粉末をター
ゲットとして用いた。熱処理を施した粉末を用いること
によって、発光中心元素及び母体材料を構成しているII
族元素のイオン半径と異なるイオン半径を持つII族元素
が母体材料である４硫化２ガリウムカルシウム（CaGa₂S
₄ ）中のカルシウム（Ca）と置換し、効率よく添加する
ことができる。また、スパッタ法では、スパッタ率の違
いから、ターゲット中にセリウム（Ce）及びマグネシウ
ム（Mg）を所定量添加しても、薄膜形成後の膜中に同様
の比率で添加できるとは限らないため、ターゲット添加
量を制御して膜中濃度を調整する。

【００２７】その後、４硫化２ガリウムカルシウム：セ
リウム（CaGa₂S₄:Ce）発光層１４を６５０°Ｃ、３０分
の熱処理を行い、結晶化させる。４硫化２ガリウムカル
シウム：セリウム（CaGa₂S₄:Ce）発光層１４は、室温で
成膜した直後は、非晶質状態である。熱処理後、発光層
１４中のセリウム（Ce）及びマグネシウム（Mg）の濃度
を電子プローブＸ線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）
で分析した結果、セリウム（Ce）が０．２６ａｔ％、マ
グネシウム（Mg）が０．２６ａｔ％であった。よって、
このときの発光中心元素と母体材料を構成しているII族
元素のイオン半径と異なるイオン半径を持つII族元素の
添加量との比は１．０でる。

【００２８】上記発光層１４上に、五酸化タンタル（Ta
₂O₅ ）から成る第二絶縁層１５を上述の第一絶縁層１３
と同様の方法で形成し、酸化亜鉛（ZnO ）膜から成る第
二透明電極１２と同様の方法により、第二絶縁層１５上
に形成する。各層の膜厚は、第一透明電極１２、第二透
明電極１６が３００ｎｍ、第一絶縁層１３、第二絶縁層
１５が４００ｎｍ、発光層１４が１０００ｎｍである。

【００２９】図２は、発光層１４中にマグネシウム（M
g）を添加したＥＬ素子１００の発光輝度−電圧特性で
る。このときのＥＬ素子１００の駆動条件は、１ｋＨ
ｚ、４０μｓのパルス波駆動である。図中の比較品と
は、発光層１４中のセリウム（Ce）濃度は同じにして、
発光層１４中にマグネシウム（Mg）を添加していない素
子のことである。図２の結果より、本発明を用い、発光
層１４の母体材料を構成しているII族元素のイオン半径
と異なるイオン半径を持つII族元素を発光層１４中に添
加することによって、ＥＬ素子１００の発光輝度、発光
効率が大幅に向上した。

【００３０】発光層１４中の発光中心元素の添加量は、
少なすぎると発光輝度が低下し、多すぎると濃度消光に
よって発光輝度、発光効率が低下するため、０．０１ａ
ｔ％〜１０ａｔ％が好ましい。より好ましくは、発光輝
度、発光効率が特に優れている０．０５ａｔ％〜５ａｔ
％がよい。発光層１４中の母体材料を構成しているII族
元素のイオン半径と異なるイオン半径を持つII族元素の
添加量についても、少なすぎると本発明の効果は得られ
ず、多すぎると発光層１４の結晶性の低下が生じるた
め、０．０１ａｔ％〜１０ａｔ％が好ましい。より好ま
しくは、発光輝度、発光効率が特に大きい０．０５ａｔ
％〜５ａｔ％がよい。

【００３１】よって、特に本発明の効果を顕著に得られ
る発光層１４中の発光中心元素の添加量と母体材料を構
成しているII族元素のイオン半径と異なるイオン半径を
持つII族元素の発光層１４中への添加量との比、すなわ
ち、（発光層１４中の発光中心元素の添加量）／（発光
層１４に添加するイオン半径の異なるII族元素の添加
量）の値は０．０１以上１００以下であるが、より好ま
しくは０．０１以上４０以下である。本実施例では、発
光層１４中のセリウム（Ce）及びマグネシウム（Mg）の
添加量をターゲットへの添加量で調整したが、セリウム
（Ce）及びマグネシウム（Mg）を別のターゲットから供
給する多元スパッタ法を用いてもよい。

【００３２】次に、第二実施例について説明する。第二
実施例では、発光中心としてセリウム（Ce）を添加した
４硫化２ガリウムストロンチウム（SrGa₂S₄ ）発光層１
４を蒸着法にて形成する。その他は、第一実施例と同様
の方法で第一透明電極１２、第一絶縁層１３、第二絶縁
層１５、第二透明電極１６を形成する。このとき、４硫
化２ガリウムストロンチウム（SrGa₂S₄ ）粉末にフッ化
セリウム（CeF₃）、硫化カルシウム（CaS ）、硫化バリ
ウム（BaS ）を添加し、硫化水素（H₂S ）雰囲気中で９
００°Ｃ、３．５時間の熱処理を施した粉末をペレット
状に焼成したものを用いて、電子ビーム蒸着法で発光層
１４を形成する。

【００３３】蒸着法の場合においても同様に、セリウム
（Ce）、カルシウム（Ca）、バリウム（Ba）を添加し、
熱処理を施した粉末もしくはその粉末を焼成して作成す
るペレット状の焼成体蒸発源を用いることによって、効
率よく発光層１４中にセリウム（Ce）、カルシウム（C
a）、バリウム（Ba）を添加することができる。また、
蒸着法の場合でも粉末もしくはペレット中のセリウム
（Ce）、カルシウム（Ca）、バリウム（Ba）の添加量を
制御して発光層１４中の添加量を制御する。

【００３４】その後、４硫化２ガリウムストロンチウ
ム：セリウム（SrGa₂S₄:Ce）発光層１４を６５０°Ｃ、
３０分の熱処理を行い、結晶化させる。４硫化２ガリウ
ムストロンチウム：セリウム（SrGa₂S₄:Ce）発光層１４
は、成膜直後は非晶質状態である。熱処理後の発光層１
４中のセリウム（Ce）、カルシウム（Ca）、バリウム
（Ba）の添加量を電子プローブＸ線マイクロアナライザ
ー（ＥＰＭＡ）で分析した結果、セリウム（Ce）が０．
１５ａｔ％、カルシウム（Ca）が０．１０ａｔ％、バリ
ウム（Ba）が０．１０ａｔ％であった。よって、このと
きの発光中心元素と添加された母体材料を構成している
II族元素のイオン半径と異なるイオン半径を持つII族元
素との比、すなわち、（セリウム（Ce））／（カルシウ
ム（Ca）＋バリウム（Ba））の値は０．７５である。

【００３５】このように本発明を用いて成膜した４硫化
２ガリウムストロンチウム：セリウム（SrGa₂S₄:Ce）Ｅ
Ｌ素子は、バリウム（Ba）を添加していない素子に比べ
て、１ｋＨｚ、４０μｓ、パルス波駆動の駆動条件で発
光輝度が３倍に向上した。本実施例では、蒸着ペレット
に発光中心元素及び母体材料を構成しているII族元素の
イオン半径と異なるイオン半径を持つII族元素を添加し
たが、これらを別の供給源から供給する多元蒸着法を用
いてもよい。

【００３６】第三実施例について説明する。第三実施例
では、発光層１４の成膜方法として有機金属気相成長法
（ＭＯＣＶＤ法）を用い、その他は第一実施例と同様の
方法で第一透明電極１２、第一絶縁層１３、第二絶縁層
１５、第二透明電極１６を形成する。また、母体材料を
構成しているII族元素のイオン半径と異なるイオン半径
を持つII族元素として、バリウム（Ba）を添加する。

【００３７】具体的には、上記第一透明電極１２及び第
一絶縁層１３を形成したガラス基板１１を回転数制御可
能なサセプタに取り付けて５ｒｐｍで回転させ、５００
°Ｃの一定温度に保持し、成膜室内を減圧雰囲気になる
ように圧力調節器にてコントロールする。

【００３８】その後、カルシウム（Ca）原料ガスとして
アルゴン（Ar）キャリアガスを用いたビスジピバロイル
メタン化カルシウム（Ca（C₁₁H₁₉O₂）₂ ）を、硫黄（S
）原料ガスとして硫化水素（H₂S ）を反応炉内に同時
に導入する。この硫黄（S ）原料ガスには、アルゴン
（Ar）キャリアガスを用いたジエチル硫黄（ S（C₂H₅）
₂）を用いてもよい。また、発光中心原料には、トリジ
ピバロイルメタン化セリウム（Ce（C₁₁H₁₉O₂）₃ ）、バ
リウム（Ba）の原料にはビスジピバロイルメタン化バリ
ウム（Ba（C₁₁H₁₉O₂）₂ ）を使用し、これをアルゴン
（Ar）キャリアガスを用いて反応炉内に導入し、セリウ
ム（Ce）及びバリウム（Ba）を添加した４硫化２ガリウ
ムカルシウム（CaGa₂S₄ ）発光層１４を形成する。

【００３９】発光層１４の成膜後、発光層１４中のセリ
ウム（Ce）及びバリウム（Ba）の濃度を電子プローブＸ
線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）で分析した結果、
セリウム（Ce）が０．２５ａｔ％、バリウム（Ba）が
０．１５ａｔ％であった。よって、このときの発光中心
元素と添加された母体材料を構成しているII族元素のイ
オン半径と異なるイオン半径を持つII族元素との比は
１．７である。このように本発明を用いて成膜した４硫
化２ガリウムカルシウム（CaGa₂S₄ ）ＥＬ素子１００
は、バリウム（Ba）を添加しない素子に比べて１ｋＨ
ｚ、４０μｓ、パルス波駆動の駆動条件で発光輝度が
２．５倍に向上した。

【００４０】第四実施例について説明する。第四実施例
では、発光層１４の成膜方法として原子層エピタキシャ
ル成長法（ＡＬＥ法）を用いて、４硫化２ガリウムカル
シウム（CaGa₂S₄ ）を母体材料とし、発光中心としてセ
リウム（Ce）を添加した４硫化２ガリウムカルシウム：
セリウム（CaGa₂S₄:Ce）発光層１４を形成する。このと
き、母体材料を構成しているII族元素のイオン半径と異
なるイオン半径を持つII族元素としてストロンチウム
（Sr）とバリウム（Ba）を添加する。その他は、第一実
施例と同様の方法で第一透明電極１２、第一絶縁層１
３、第二絶縁層１５、第二透明電極１６を形成する。

【００４１】具体的には、第一透明電極１２及び第一絶
縁層１３を形成したガラス基板１１を回転数制御可能な
サセプタに取り付けて５ｒｐｍで回転させ、５００°Ｃ
の一定温度に保持し、成膜室内を５Torrの減圧雰囲気に
なるように圧力調節器にて排気量をコントロールする。
その後、ストロンチウム（Sr）原料ガスとして、アルゴ
ン（Ar）キャリアガスを用いたビスジピバロイルメタン
化カルシウム（Ca（C₁₁H₁₉O₂）₂ ）を、硫黄（S ）原料
ガスとして硫化水素（H₂S ）を反応炉内に一層づつ成長
させるために交互に導入する。

【００４２】また、発光中心原料には、トリジピバロイ
ルメタン化セリウム（Ce（C₁₁H₁₉O₂）₃ ）、ストロンチ
ウム（Sr）の原料にはビスジピバロイルメタン化ストロ
ンチウム（Sr（C₁₁H₁₉O₂）₂ ）、バリウム（Ba）の原料
にはビスジピバロイルメタン化バリウム（Ba（C₁₁H
₁₉O₂）₂ ）を使用し、これをアルゴン（Ar）キャリアガ
スを用いてカルシウム（Ca）と同じタイミングで反応炉
内に導入し、セリウム（Ce）、ストロンチウム（Sr）及
びバリウム（Ba）を添加した４硫化２ガリウムカルシウ
ム：セリウム（CaGa₂S₄:Ce）発光層１４を形成する。

【００４３】発光層１４の成膜後、発光層１４中のセリ
ウム（Ce）、ストロンチウム（Sr）及びバリウム（Ba）
の濃度を電子プローブＸ線マイクロアナライザー（ＥＰ
ＭＡ）で分析した結果、セリウム（Ce）が０．２０ａｔ
％、ストロンチウム（Sr）が０．１０ａｔ％、バリウム
（Ba）が０．１０ａｔ％であった。よって、このときの
発光中心元素と母体材料を構成しているII族元素のイオ
ン半径と異なるイオン半径を持つII族元素の添加量との
比は１．０である。このように本発明を用いて成膜した
４硫化２ガリウムカルシウム：セリウム（CaGa₂S₄:Ce）
ＥＬ素子１００は、ストロンチウム（Sr）、バリウム
（Ba）を添加しない素子に比べて１ｋＨｚ、４０μｓ、
パルス波駆動の駆動条件で発光輝度が３倍に向上した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるＥＬ素子の断面構造を示す模式
図。

【図２】本発明の第一実施例に係わる発光層にマグネシ
ウムを添加した場合のＥＬ素子の電圧と発光輝度との関
係を示した測定図。

【図３】従来のＥＬ素子の断面構造を示す模式図。

【符号の説明】

１、１１ ガラス基板（絶縁性基板） ２、１２ 第一透明電極（第一電極） ３、１３ 第一絶縁層 ４、１４ 発光層 ５、１５ 第二絶縁層 ６、１６ 第二透明電極（第二電極） １０、１００ ＥＬ素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 服部 正 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも光取り出し側の材料を光学的に
   透明なものにして順次積層したエレクトロルミネッセン
   ス素子であって、 II−III −VI族化合物を母体材料とし発光中心元素を添
   加した発光層中に、前記母体材料を構成しているII族元
   素のイオン半径と異なるイオン半径を持つII族元素が添
   加されることを特徴とするエレクトロルミネッセンス素
   子。
2. 【請求項２】前記母体材料を構成しているII族元素のイ
   オン半径と異なるイオン半径を持つII族元素の添加量
   が、前記母体材料を構成しているII族元素に対して０．
   ０１ａｔ％以上５ａｔ％以下であることを特徴とする請
   求項１に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
3. 【請求項３】前記発光層中の発光中心元素の添加量と前
   記母体材料を構成しているII族元素のイオン半径と異な
   るイオン半径を持つII族元素の添加量との比、 すなわち、（前記発光層中の発光中心元素の添加量）／
   （前記発光層に添加するイオン半径の異なるII族元素の
   添加量）の値が０．０１以上４０以下であることを特徴
   とする請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス素
   子。
4. 【請求項４】前記II−III −VI族化合物がアルカリ土類
   チオガレート、例えば、４硫化２ガリウムカルシウム
   （CaGa₂S₄ ）、４硫化２ガリウムストロンチウム（SrGa
   ₂S₄ ）、４硫化２ガリウムバリウム（BaGa₂S₄ ）である
   ことを特徴とする請求項１に記載のエレクトロルミネッ
   センス素子。
5. 【請求項５】前記母体材料を構成しているII族元素のイ
   オン半径と異なるイオン半径を持つII族元素が、マグネ
   シウム（Mg）、カルシウム（Ca）、ストロンチウム（S
   r）、バリウム（Ba）のうち、母体材料の構成元素では
   ない１種類もしくは２種類以上であることを特徴とする
   請求項１に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
6. 【請求項６】前記発光層が発光中心元素を添加した４硫
   化２ガリウムカルシウム（CaGa₂S₄ ）であり、 母体材料を構成しているII族元素のイオン半径と異なる
   イオン半径を持つII族元素が、マグネシウム（Mg）、ス
   トロンチウム（Sr）、バリウム（Ba）のうち、１種類も
   しくは２種類以上であることを特徴とする請求項１に記
   載のエレクトロルミネッセンス素子。
7. 【請求項７】前記発光層が発光中心元素を添加した４硫
   化２ガリウムストロンチウム（SrGa₂S₄ ）であり、 母体材料を構成しているII族元素のイオン半径と異なる
   イオン半径を持つII族元素が、マグネシウム（Mg）、カ
   ルシウム（Ca）、バリウム（Ba）のうち、１種類もしく
   は２種類以上であることを特徴とする請求項１に記載の
   エレクトロルミネッセンス素子。
8. 【請求項８】前記発光中心元素がセリウム（Ce）または
   ユーロピウム（Eu）であることを特徴とする請求項１か
   ら請求項７に記載のエレクトロルミネッセンス素子。
9. 【請求項９】少なくとも光取り出し側の材料を光学的に
   透明なものにして順次積層したエレクトロルミネッセン
   ス素子の製造方法であって、 発光中心元素及び母体材料を構成しているII族元素のイ
   オン半径と異なるイオン半径を持つII族元素を母体材料
   粉末に添加し、熱処理を施した後に、前記粉末もしくは
   前記粉末を焼成した焼成体を用いてスパッタ法または蒸
   着法で発光層を形成することを特徴とするエレクトロル
   ミネッセンス素子の製造方法。
10. 【請求項１０】少なくとも光取り出し側の材料を光学的
    に透明なものにして順次積層したエレクトロルミネッセ
    ンス素子の製造方法であって、 発光中心元素及び母体材料を構成しているII族元素のイ
    オン半径と異なるイオン半径を持つII族元素を、母体材
    料もしくは母体材料の構成元素とは別の供給源から供給
    して発光層を形成することを特徴とするエレクトロルミ
    ネッセンス素子の製造方法。
11. 【請求項１１】前記発光層を形成する方法が多元スパッ
    タ法、多元蒸着法、有機金属気相成長法、原子層エピタ
    キシャル成長法であることを特徴とする請求項１０に記
    載のエレクトロルミネッセンス素子の製造方法。