JPH0324756B2 - - Google Patents
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- JPH0324756B2 JPH0324756B2 JP58200258A JP20025883A JPH0324756B2 JP H0324756 B2 JPH0324756 B2 JP H0324756B2 JP 58200258 A JP58200258 A JP 58200258A JP 20025883 A JP20025883 A JP 20025883A JP H0324756 B2 JPH0324756 B2 JP H0324756B2
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Landscapes
- Luminescent Compositions (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
＜技術分野＞
本発明は電界の印加に応答してEL（Electro
Luminescence）発光を呈する薄膜発光素子に関
し、特にZnS等の化合物半導体母材から成る薄膜
発光層を化学量論比組成とすることによつて発光
特性のより一層の安定化を達成する技術に関する
ものである。
Luminescence）発光を呈する薄膜発光素子に関
し、特にZnS等の化合物半導体母材から成る薄膜
発光層を化学量論比組成とすることによつて発光
特性のより一層の安定化を達成する技術に関する
ものである。
＜従来技術＞
従来より薄型の発光表示パネルに適する薄膜発
光素子として、高い交流駆動電圧（106V／cm程
度）を印加した際の絶縁耐圧、発光効率及び動作
の安定性等を高く維持するために、活性物質をド
ープしたZnS、ZnSe等の化合物半導体材料から
成る薄膜発光層の両面を絶縁層で被覆した二重絶
縁膜構造薄膜発光素子が開発され、その実用化が
推進されている。薄膜発光素子の１例として
ZnS：Mn薄膜発光素子の基本的構造を第１図に
示す。ガラス基板１上にIn2O3，SnO2等から成る
透明電極２、更にその上にY2O3，Ta2O5，
TiO2，Al2O3，SiO2，BaTiO3，Si3N4等の単層
膜もしくは多層膜から成る第１の絶縁層３をスパ
ツタリングあるいは電子ビーム蒸着法等により形
成する。第１の絶縁層３上にはZnSとMnの混成
された焼結ペレツトを電子ビーム蒸着することに
より得られる発光層４が積層される。この時、蒸
着材料の焼結ペレツトは、活性物質となるMnが
目的とする発光特性を得るために必要な濃度に添
加されたZnSで構成され、得られる発光層４は
ZnSを母材とし、この中にMnが0.05〜2.5wt％程
度均一にドープされた層となる。発光層４上には
第１の絶縁層３と同様の材料群より選定された第
２の絶縁層５が被覆され、これによつて発光層４
は上下の絶縁層３，５内に埋設される。第２の絶
縁層５上にはAl等から成る背面電極６が形成さ
れており、透明電極２と背面電極６は交流電源に
接続されて薄膜発光素子に駆動電圧を印加する。
これにより発光層４内に発生した電界によつて伝
導帯に励磁されかつ加速されて充分なエネルギー
を得た電子がMn発光センターを衝突励起し、励
起されたMn発光センターが基底状態に戻る際に
黄橙色の光を放射する。発光センサーとしてMn
以外に希土類弗化物等を用いた場合には赤色、緑
色、青色あるいは白色等の発光センター特有の発
光色が得られる。
光素子として、高い交流駆動電圧（106V／cm程
度）を印加した際の絶縁耐圧、発光効率及び動作
の安定性等を高く維持するために、活性物質をド
ープしたZnS、ZnSe等の化合物半導体材料から
成る薄膜発光層の両面を絶縁層で被覆した二重絶
縁膜構造薄膜発光素子が開発され、その実用化が
推進されている。薄膜発光素子の１例として
ZnS：Mn薄膜発光素子の基本的構造を第１図に
示す。ガラス基板１上にIn2O3，SnO2等から成る
透明電極２、更にその上にY2O3，Ta2O5，
TiO2，Al2O3，SiO2，BaTiO3，Si3N4等の単層
膜もしくは多層膜から成る第１の絶縁層３をスパ
ツタリングあるいは電子ビーム蒸着法等により形
成する。第１の絶縁層３上にはZnSとMnの混成
された焼結ペレツトを電子ビーム蒸着することに
より得られる発光層４が積層される。この時、蒸
着材料の焼結ペレツトは、活性物質となるMnが
目的とする発光特性を得るために必要な濃度に添
加されたZnSで構成され、得られる発光層４は
ZnSを母材とし、この中にMnが0.05〜2.5wt％程
度均一にドープされた層となる。発光層４上には
第１の絶縁層３と同様の材料群より選定された第
２の絶縁層５が被覆され、これによつて発光層４
は上下の絶縁層３，５内に埋設される。第２の絶
縁層５上にはAl等から成る背面電極６が形成さ
れており、透明電極２と背面電極６は交流電源に
接続されて薄膜発光素子に駆動電圧を印加する。
これにより発光層４内に発生した電界によつて伝
導帯に励磁されかつ加速されて充分なエネルギー
を得た電子がMn発光センターを衝突励起し、励
起されたMn発光センターが基底状態に戻る際に
黄橙色の光を放射する。発光センサーとしてMn
以外に希土類弗化物等を用いた場合には赤色、緑
色、青色あるいは白色等の発光センター特有の発
光色が得られる。
薄膜発素子の発光輝度対印加電圧特性（Ｂ−Ｖ
特性）には第２図に示す如く閾値現象が存在す
る。即ち印加電圧をVth以上にすると発光輝度は
急激に増大し更に電圧を上昇させると飽和傾向を
示す。しかしながらこの特性曲線は素子を製作し
た直後は図中に破線で示す如く低電圧側に位置
し、動作中に高電圧側に移動する。安定な特性曲
線を得るためには製作後の素子を所定時間動作さ
せ、特性曲線が固定される位置即ち図中の実線の
位置で駆動する。この初期動作を行なうことによ
り印加電圧に呼応したEL発光が安定に得られる。
これを薄膜EL素子の安定化処理と称す。
特性）には第２図に示す如く閾値現象が存在す
る。即ち印加電圧をVth以上にすると発光輝度は
急激に増大し更に電圧を上昇させると飽和傾向を
示す。しかしながらこの特性曲線は素子を製作し
た直後は図中に破線で示す如く低電圧側に位置
し、動作中に高電圧側に移動する。安定な特性曲
線を得るためには製作後の素子を所定時間動作さ
せ、特性曲線が固定される位置即ち図中の実線の
位置で駆動する。この初期動作を行なうことによ
り印加電圧に呼応したEL発光が安定に得られる。
これを薄膜EL素子の安定化処理と称す。
また薄膜発光素子には第３図に示す如く交流印
加電圧の昇圧過程と降圧過程で異なつたＢ−Ｖ特
性を示すヒステリシスメモリ効果を素子製作条件
の適当な制御によつて付与することができる。し
かし前述のVthと同様にメモリ効果の特性値であ
るメモリ幅VMは素子製作直後の状態から動作時
間に従つて飽和状態になるまで漸次増加するた
め、安定化処理が必要となる。
加電圧の昇圧過程と降圧過程で異なつたＢ−Ｖ特
性を示すヒステリシスメモリ効果を素子製作条件
の適当な制御によつて付与することができる。し
かし前述のVthと同様にメモリ効果の特性値であ
るメモリ幅VMは素子製作直後の状態から動作時
間に従つて飽和状態になるまで漸次増加するた
め、安定化処理が必要となる。
しかしながら、薄膜発光素子の量産性を考慮す
るとＢ−Ｖ特性を安定化するために素子を長時間
動作させる安定化処理は大きな問題となる。
るとＢ−Ｖ特性を安定化するために素子を長時間
動作させる安定化処理は大きな問題となる。
＜発明の目的＞
本発明は上述の問題点に鑑み、長時間の安定化
処理を必要としない素子作製技術を導入したもの
である。即ち、薄膜EL素子製作後のVth及びVM
の増加の原因は従来の薄膜発光素子に使用されて
いた発光層が格子空孔を多量に含み、化学量論比
組成からずれた組成となつていたためであること
を求明し、この点に立脚して本発明は量産性を有
する薄膜発光素子の構造を提供することを目的と
する。
処理を必要としない素子作製技術を導入したもの
である。即ち、薄膜EL素子製作後のVth及びVM
の増加の原因は従来の薄膜発光素子に使用されて
いた発光層が格子空孔を多量に含み、化学量論比
組成からずれた組成となつていたためであること
を求明し、この点に立脚して本発明は量産性を有
する薄膜発光素子の構造を提供することを目的と
する。
＜実施例の説明＞
透明電極と背面電極間に電圧を印加すると各薄
膜構成層の誘電率によつて定まる誘起電界が各層
内に生ずる。しかしZnS発光層中ではエネルギー
バンドの曲りにより、発光層と絶縁層間の界面近
傍の電界が相対的に高くなる。この高電界により
界面近傍の浅い準位から伝導帯へトンネル効果に
より電子が放出される。この電子を一次電子と称
す。一次電子は電界よりエネルギーを受け、ZnS
層中にアバランジエを起こして多数の電子を生成
することとなる。これらの電子も電界により充分
なエネルギーを得て発光センターを衝突励起し、
その結果EL発光が生じる。以上よりVthを決定
するのは発光層−絶縁層近傍における禁止帯中の
準位の深さ及び密度である。浅い準位が多数存在
すれば低電界で一次電子が生れ、浅い準位の減少
にともなつて一次電子の生成に高電界を必要とす
る。
膜構成層の誘電率によつて定まる誘起電界が各層
内に生ずる。しかしZnS発光層中ではエネルギー
バンドの曲りにより、発光層と絶縁層間の界面近
傍の電界が相対的に高くなる。この高電界により
界面近傍の浅い準位から伝導帯へトンネル効果に
より電子が放出される。この電子を一次電子と称
す。一次電子は電界よりエネルギーを受け、ZnS
層中にアバランジエを起こして多数の電子を生成
することとなる。これらの電子も電界により充分
なエネルギーを得て発光センターを衝突励起し、
その結果EL発光が生じる。以上よりVthを決定
するのは発光層−絶縁層近傍における禁止帯中の
準位の深さ及び密度である。浅い準位が多数存在
すれば低電界で一次電子が生れ、浅い準位の減少
にともなつて一次電子の生成に高電界を必要とす
る。
浅い準位の源はZnS発光層のＳ空孔である。Ｓ
空孔はZnS発光層形成時及び形成後の真空中での
熱処理過程で生じ、ZnS表面近傍ではＳ空孔密度
は非常に高くなつている。従つて、素子製作直後
はVthが低い電圧値を示す。次にこの素子を動作
させると、高電界及び発熱によりＳ空孔の拡散が
生じ膜厚方向の密度分布は均一化される。従つて
素子製作直後高密度であつたZnS発光層−絶縁層
界面近傍のＳ空孔は減少する。界面でのＳ空孔の
減少に従つてVthは高電圧側へ移行する。Ｓ空孔
の膜厚方向の均一化が完全に完了するとVthは固
定され、Ｒ−Ｖ特性は安定化する。尚、上述の説
明ではZnS発光層のみに着目したが、第１及び第
２の絶縁層特に発光層に積層して形成される第２
の絶縁層が酸化物絶縁膜の場合（第２の絶縁膜が
多層膜の場合は発光層と接する側の絶縁層が少な
くとも酸化物絶縁層の場合）には酸化物からZnS
発光層へ酸素原子の拡散が生じ、Ｓ空孔位置に酸
素原子が配置される。この酸素原子の侵入も発光
素子の動作中に生じ、Ｓ空孔の拡散と同様の効果
を発光素子のＢ−Ｖ特性に与える。
空孔はZnS発光層形成時及び形成後の真空中での
熱処理過程で生じ、ZnS表面近傍ではＳ空孔密度
は非常に高くなつている。従つて、素子製作直後
はVthが低い電圧値を示す。次にこの素子を動作
させると、高電界及び発熱によりＳ空孔の拡散が
生じ膜厚方向の密度分布は均一化される。従つて
素子製作直後高密度であつたZnS発光層−絶縁層
界面近傍のＳ空孔は減少する。界面でのＳ空孔の
減少に従つてVthは高電圧側へ移行する。Ｓ空孔
の膜厚方向の均一化が完全に完了するとVthは固
定され、Ｒ−Ｖ特性は安定化する。尚、上述の説
明ではZnS発光層のみに着目したが、第１及び第
２の絶縁層特に発光層に積層して形成される第２
の絶縁層が酸化物絶縁膜の場合（第２の絶縁膜が
多層膜の場合は発光層と接する側の絶縁層が少な
くとも酸化物絶縁層の場合）には酸化物からZnS
発光層へ酸素原子の拡散が生じ、Ｓ空孔位置に酸
素原子が配置される。この酸素原子の侵入も発光
素子の動作中に生じ、Ｓ空孔の拡散と同様の効果
を発光素子のＢ−Ｖ特性に与える。
以上より薄膜発光素子において安定化処理が必
要となる原因は発光層の化学量論比組比からのず
れであると判断される。化学量論比組成に制御さ
れた発光層を使用すれば、長時間の安定化処理を
必要とすることもなく上述の問題点を解消するこ
とができる。尚、空孔に侵入する原子は母材構成
元素に限らない。例えば、ZnS膜であればＳ空孔
には硫黄以外にも酸素等の６族原子が侵入するこ
とができる。
要となる原因は発光層の化学量論比組比からのず
れであると判断される。化学量論比組成に制御さ
れた発光層を使用すれば、長時間の安定化処理を
必要とすることもなく上述の問題点を解消するこ
とができる。尚、空孔に侵入する原子は母材構成
元素に限らない。例えば、ZnS膜であればＳ空孔
には硫黄以外にも酸素等の６族原子が侵入するこ
とができる。
以下具体的な実施例に即して第１図に示す基本
的な薄膜発光素子の構成を説明する。
的な薄膜発光素子の構成を説明する。
実施例 (1)
ガラス基板１上に帯状の透明電極２を一定ピツ
チで配列し、この上にY2O3から成る第１の絶縁
層３を形成する。第１の絶縁層上には母材として
ZnSの化合物半導体を使用し活性物質としてMn
を添加した焼結ペレツトを電子ビーム蒸着して
ZnS：Mn発光層４を層設する。ZnS：Mn発光層
４は蒸着形成後、硫黄雰囲気中（10-5〜10-4 Tprr）
にて熱処理する。この際の熱処理温度は100℃〜
900℃の範囲で適宜設定する。この発光層４の熱
処理により、発光層４表面に生成されるＳ空孔に
雰囲気中のＳ原子が侵入してＳ空孔密度を低減す
る。従つて、発光層４において膜厚方向のＳ空孔
密度の不均一が抑制され、発光層４の組成が化学
量論比組成に近い状態に設定される。発光層４を
熱処理した後、この上にAl2O3，Y2O3等の酸化膜
とSi3N4等の窒化膜を重畳して堆積し、第２の絶
縁層５とするとともに発光層４を埋設する。第２
の絶縁層５上にはAl等から成る帯状の背面電極
６を透明電極２と直交する方向に一定ピツチで配
列して薄膜発光素子とする。
チで配列し、この上にY2O3から成る第１の絶縁
層３を形成する。第１の絶縁層上には母材として
ZnSの化合物半導体を使用し活性物質としてMn
を添加した焼結ペレツトを電子ビーム蒸着して
ZnS：Mn発光層４を層設する。ZnS：Mn発光層
４は蒸着形成後、硫黄雰囲気中（10-5〜10-4 Tprr）
にて熱処理する。この際の熱処理温度は100℃〜
900℃の範囲で適宜設定する。この発光層４の熱
処理により、発光層４表面に生成されるＳ空孔に
雰囲気中のＳ原子が侵入してＳ空孔密度を低減す
る。従つて、発光層４において膜厚方向のＳ空孔
密度の不均一が抑制され、発光層４の組成が化学
量論比組成に近い状態に設定される。発光層４を
熱処理した後、この上にAl2O3，Y2O3等の酸化膜
とSi3N4等の窒化膜を重畳して堆積し、第２の絶
縁層５とするとともに発光層４を埋設する。第２
の絶縁層５上にはAl等から成る帯状の背面電極
６を透明電極２と直交する方向に一定ピツチで配
列して薄膜発光素子とする。
以上により作製された薄膜発光素子を動作試験
して製作直後からのVthの挙動を求めると第５図
に示す如くとなつた。図より明らかな如くVthは
製作直後より極めて安定であり、従つてヒステリ
シスメモリ駆動を伴わない表示方式には有効で後
の安定化処理が不要となる。メモリ幅VMは若干
変動するが、この変動幅も従来より軽減されてお
り、従つて短時間の安定化処理でヒステリシスメ
モリ効果の実用性を確保することができる。
して製作直後からのVthの挙動を求めると第５図
に示す如くとなつた。図より明らかな如くVthは
製作直後より極めて安定であり、従つてヒステリ
シスメモリ駆動を伴わない表示方式には有効で後
の安定化処理が不要となる。メモリ幅VMは若干
変動するが、この変動幅も従来より軽減されてお
り、従つて短時間の安定化処理でヒステリシスメ
モリ効果の実用性を確保することができる。
実施例 (2)
実施例(1)と同様にガラス基板１上に透明電極
２、第１の絶縁層３を順次積層する。次にZnS：
Mn焼結ペレツトを電子ビーム蒸着してZnS：Mn
発光層４を層設した後、酸素雰囲気中にて100℃
〜700℃の温度で熱処理する。この熱処理により
ZnS：Mn発光層４の表面に形成されるＳ空孔に
雰囲気中の酸素原子が侵入して空孔を消滅させ
る。従つて、発光層４表面でのＳ空孔密度が低減
され、膜厚方向に均一なＳ空孔密度分布が得られ
る。この発光層４上に第２の絶縁層５、背面電極
６を順次積層して薄膜発光素子を得る。
２、第１の絶縁層３を順次積層する。次にZnS：
Mn焼結ペレツトを電子ビーム蒸着してZnS：Mn
発光層４を層設した後、酸素雰囲気中にて100℃
〜700℃の温度で熱処理する。この熱処理により
ZnS：Mn発光層４の表面に形成されるＳ空孔に
雰囲気中の酸素原子が侵入して空孔を消滅させ
る。従つて、発光層４表面でのＳ空孔密度が低減
され、膜厚方向に均一なＳ空孔密度分布が得られ
る。この発光層４上に第２の絶縁層５、背面電極
６を順次積層して薄膜発光素子を得る。
以上により作製された薄膜発光素子のＢ−Ｖ特
性を製作直後より求めると第４図の如くとなる。
図より明らかな如くVth及びVMとも製作直後よ
り極めて安定であり、後の安定化処理はほとんど
あるいは全く不要となつた。
性を製作直後より求めると第４図の如くとなる。
図より明らかな如くVth及びVMとも製作直後よ
り極めて安定であり、後の安定化処理はほとんど
あるいは全く不要となつた。
＜発明の効果＞
以上詳説した如く、本発明によれば、素子製作
直後の安定化処理がほとんどあるいは全体不要と
なる。従つて薄膜発光素子の量産性を確保するこ
とができ、また製作工程も簡素化される。更にＢ
−Ｖ特性が極めて安定でVthあるいはVMを正確
に制御設定することができるため、信頼性の高い
薄膜発光素子が再現性良く得られる。
直後の安定化処理がほとんどあるいは全体不要と
なる。従つて薄膜発光素子の量産性を確保するこ
とができ、また製作工程も簡素化される。更にＢ
−Ｖ特性が極めて安定でVthあるいはVMを正確
に制御設定することができるため、信頼性の高い
薄膜発光素子が再現性良く得られる。
第１図は薄膜発光素子の基本的構造を示す構成
図である。第２図及び第３図は薄膜発光素子のＢ
−Ｖ特性曲線を示す特性図である。第４図及び第
５図はそれぞれ本発明の１実施例の薄膜発光素子
におけるVthとVMを示すＢ−Ｖ特性図である。 １……ガラス基板、２……透明電極、３……第
１の絶縁膜、４……発光層、５……第２の絶縁
膜、、６……背面電極。
図である。第２図及び第３図は薄膜発光素子のＢ
−Ｖ特性曲線を示す特性図である。第４図及び第
５図はそれぞれ本発明の１実施例の薄膜発光素子
におけるVthとVMを示すＢ−Ｖ特性図である。 １……ガラス基板、２……透明電極、３……第
１の絶縁膜、４……発光層、５……第２の絶縁
膜、、６……背面電極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 電界の印加に応答してEL発光を呈する薄膜
発光層を、化合物半導体母体と活性物質とで構成
してなり、 前記化合物半導体母材はほぼ化学量論比組成を
有することを特徴とする薄膜発光素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58200258A JPS6091596A (ja) | 1983-10-25 | 1983-10-25 | 薄膜発光素子 |
| DE8484110097T DE3476624D1 (en) | 1983-10-25 | 1984-08-24 | Thin film light emitting element |
| EP84110097A EP0141116B1 (en) | 1983-10-25 | 1984-08-24 | Thin film light emitting element |
| US06/645,078 US4672266A (en) | 1983-10-25 | 1984-08-28 | Thin film light emitting element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58200258A JPS6091596A (ja) | 1983-10-25 | 1983-10-25 | 薄膜発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6091596A JPS6091596A (ja) | 1985-05-22 |
| JPH0324756B2 true JPH0324756B2 (ja) | 1991-04-04 |
Family
ID=16421369
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58200258A Granted JPS6091596A (ja) | 1983-10-25 | 1983-10-25 | 薄膜発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6091596A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59196591A (ja) * | 1983-04-20 | 1984-11-07 | 富士通株式会社 | エレクトロ・ルミネツセンス発光層の形成方法 |
-
1983
- 1983-10-25 JP JP58200258A patent/JPS6091596A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59196591A (ja) * | 1983-04-20 | 1984-11-07 | 富士通株式会社 | エレクトロ・ルミネツセンス発光層の形成方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6091596A (ja) | 1985-05-22 |
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