JPH01220393A - 薄膜型エレクトロルミネセンス素子 - Google Patents

薄膜型エレクトロルミネセンス素子

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JPH01220393A
JPH01220393A JP63044959A JP4495988A JPH01220393A JP H01220393 A JPH01220393 A JP H01220393A JP 63044959 A JP63044959 A JP 63044959A JP 4495988 A JP4495988 A JP 4495988A JP H01220393 A JPH01220393 A JP H01220393A
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JP
Japan
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layer
insulating layer
transparent electrode
tantalum oxynitride
film
Prior art date
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Pending
Application number
JP63044959A
Other languages
English (en)
Inventor
Tsunemi Oiwa
大岩 恒美
Keiichiro Uenae
圭一郎 植苗
Soichi Ogawa
倉一 小川
Katsumi Takiguchi
勝美 滝口
Masaaki Yoshitake
吉竹 正明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osaka Municipal Government
Maxell Ltd
Original Assignee
Osaka Municipal Government
Hitachi Maxell Ltd
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Publication date
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Priority to US07/318,052 priority patent/US4947081A/en
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Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B33/00Electroluminescent light sources
    • H05B33/12Light sources with substantially two-dimensional [2D] radiating surfaces
    • H05B33/22Light sources with substantially two-dimensional [2D] radiating surfaces characterised by the chemical or physical composition or the arrangement of auxiliary dielectric or reflective layers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10S428/917Electroluminescent
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T428/12493Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12771Transition metal-base component
    • Y10T428/12806Refractory [Group IVB, VB, or VIB] metal-base component
    • Y10T428/12819Group VB metal-base component

Landscapes

  • Electroluminescent Light Sources (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分舒〕 本発明は二重絶縁構造を持つ薄膜型のエレクトロルミネ
センス素子に係り、さらに詳しくは特にその透明電極と
第1絶縁層との界面の改良に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、二重絶縁構造の薄膜型エレクトロルミネセンス素
子は、第3図に示すように、透明基板21上に透明電極
22を形成し、該透明電極22上に第1絶縁[23を形
成し、さらにその上に発光JIJ24、第2絶縁層25
および背面型i26が配置し、透明電極22と背面電極
26とが電f127と電気的に接続する構造をとり、そ
の第1絶縁層23の構成材料としてはTagos(酸化
タンタル)が使用されていた(例えば、特開昭58−1
57887号公報)。これは、TazOSが誘電率が高
く、発光層に高電界をかけやすいため、エレクトロルミ
ネセンス素子の絶縁層構成材料として非常に優れている
という理由によるものである。
しかしながら、透明電極上に第1絶縁層としてTago
s膜を形成すると、透明電極を構成するITO(インジ
ウム錫酸化物)の電気抵抗が増加して、高輝度のエレク
トロルミネセンス素子が得られがたいという問題があっ
た。すなわち、Ta。
0、成膜時の酸素がITO膜上に拡散し、酸素を不足ぎ
みに作製することによって電気抵抗を小さくしているI
TOの電気抵抗を増加させるのである。
そこで、Stowなどを成膜した後T a 、0.を成
膜すれば、ITOの抵抗増加を抑制できることが明らか
にされていることから(例えば、Y、Si■izu、 
T、Matsudaira IEEE 19851nt
er、Display Re5earch Conf、
 PIOI) 、これを採用することも考えられるが、
それらの材料は誘電率が小さいため駆動電圧が高くなる
という問題があった。
そのため、本発明者らは、低温でTa□OS膜を成膜す
ることを試みたが、この場合はITOの抵抗増加は抑制
できるものの、T a 、0.の酸素欠陥が生じやすく
、そのため、誘電特性、特にリーク電流の少ない膜を形
成することがむつかしいという問題があった。
〔発明が解決しようとする課題] 本発明は、上記従来の’fl 模型エレクトロルミネセ
ンス素子が持っていたT a 、0.の成膜により透明
電極の電気抵抗が増加するという問題点もしくは第1絶
縁層を構成するTatOsW’Jのリーク電流が大きい
という問題点を解決し、以って高輝度を呈し得る薄膜型
エレクトロルミネセンス素子を提供することを目的とす
る。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、透明電極と第tvA縁層の間に酸窒化タンタ
ル層を設けることによって、透明電極の抵抗増加を防止
し、かつリーク電流を低減したものである。
すなわち、透明電極を構成するITO膜上に酸窒化タン
タル層(この酸窒化タンタルを化学式で示すとTa2O
xNyである)を形成し、その上にTaxOsMからな
る第1絶縁層を形成すると、酸窒化タンタル層が酸素の
パッシベーション膜として作用し、Tagos成膜時の
酸素がITO膜上に拡散するのが防止され、ITO膜の
抵抗増加が防止される。つまり、透明電極を構成するI
TOは酸素が少し不足した状態に作製して抵抗の小さい
ものを得ており、一方、T a t Osは酸素を充分
に供給しないと酸素欠陥が生じて透明にならないため、
Ta、O,の成膜時、酸素が強制的に供給されるので、
その酸素がITO膜上に拡散して酸素を不足ぎみに作製
しているITOに酸素を供給して、ITOの抵抗を増加
させるのである。ところが、ITO膜上に酸窒化タンタ
ル層を形成しておくと、酸窒化タンタル層によってTa
zOsの成膜にあたって強制的に供給される酸素がIT
O膜上に拡散するのが防止されるようになる。
酸窒化タンタル層(T a 、0χNy層)の形成にあ
たっても、酸素が供給されるが、窒素(N)がドーピン
グすることによって、酸素欠陥が生じなくなり、したが
って強制的な酸素の供給が不要であり、この強制的酸素
供給が不要であることと酸素欠陥が生じなくなったこと
とが相乗的に働いてITO膜への酸素の拡散が防止され
て、ITOの抵抗増加、つまり透明電極の抵抗増加が防
止されるようになる。   ・ また、酸窒化タンタル(T a 、0χNy)は、0お
よびNの量を適度に制御することによって、透明で、し
かも高抵抗の半導体となる。
ところで、T a 、0.などの誘電体に電界を印加す
ると、電界が小さい領域ではリーク電流だけで電流は小
さいが、エレクトロルミネセンスを発光させるような高
電界になると、Pool−Frankelモデルの導電
機構により大電流が流れるようになる。
ところが、酸窒化タンタル(T a 、0χNy)をI
TO膜とTagos膜との界面に介在させると、酸窒化
タンタル(Ta2OxNy)が半導体であって、かつ酸
素欠陥が生じないため、リーク電流などの不要な電流の
生起が抑制され、発光層に高電界が印加されやすくなる
酸窒化タンタルは化学式Ta2OxNyで示されるが、
そのχΦ値は2.5〜4.9の範囲が好ましく、χの値
が上記範囲内で酸窒化タンタルが透明で、かつ高抵抗の
半導体となる。つまり、χが2.5未満では成膜したと
きに着色するようになり、またχが4.9を超えると誘
電体となって、リーク電流の低減に寄与しなくなる。一
方、yの値は0.07〜1.6の範囲が好ましい。この
yの値はχの値により規制される。つまり、0とNとで
T a z OsにおけるTaに対する0の化学量論比
と同じ比になる。
第1図は本発明の薄膜型エレクトロルミネセンス素子の
一例を示すものであり、図中、1は透明基板で、この透
明基板1は例えば透明ガラス板からなる。2は透明電極
で、この透明電極2は上記透明基板1上に形成されたI
TO膜からなる。このITO膜の厚みは約2 、000
人(200n m )で電気抵抗はlOΩ・CI程度が
好ましい、3は酸窒化タンタル(T a 、0χNy)
層で、この酸窒化タンタル層3は上記ITO膜からなる
透明電極2上にスパッタ法やCVD (ケミカルペーパ
ーデイポジション)法で好ましくは20〜2,000人
の厚さに形成される。4はT a gosSS i 0
H1AI!O、Sl 31’44などからなる第1絶縁
層であり、この第1絶縁N4上に発光層5がs、ooo
〜10.000人の厚さに形成されている。この発光層
5を構成する発光材料としてはZnS:Mn5ZnS:
Tb、F。
CaS : Euなどが用いられ、さらにこの発光層5
上にT a z Os、Sin、、Altos、5is
Nsなどからなる第2絶縁rr!J6が形成され、さら
にその第2絶縁層6上にアルミニウム膜などからなる背
面電極7が形成されている。これら、第1絶縁層4、発
光層5、第2絶縁層6、背面電極7などの形成法として
は、従来同様にCVD法、真空蒸着法、スパッタ法など
が採用される。そして、8は電源であり、前記透明電極
2と背面電極7とがこの電源8と電気的に接続され、エ
レクトロルミネセンス素子が駆動できるようになってい
る。
上記のように、本発明のエレクトロルミネセンス素子で
は、透明電極2を構成するITO膜上に酸窒化タンタル
層3が形成されているので、第1絶縁N4の構成材料と
してT a x Osを用いた場合でも、T a 、0
.の成膜時の酸素が透明電極2上に拡散するのが防止さ
れ、透明電極2の抵抗増加が防止される。
また、酸窒化タンタル層3が透明電極2と第1絶縁層4
との間に介在することにより、それらの間の界面の状態
が改良され、電圧を印加したときのリーク電流が小さく
なる。
酸窒化タンタル層3は前記のように20〜2.000人
の厚さに形成されるのが好ましいが、これは酸窒化タン
タル層3が20人より薄いと、第1絶縁層4のTa、0
.成膜時の酸素が透明電極2上に拡散するのを防止する
効果やリーク電流を低減する効果が充分に発揮されず、
また、酸窒化タンタル層3が2 、000人より厚くな
ると着色して発光層5の発光が視認しにくくなるからで
ある。
第2図は本発明のエレクトロルミネセンス素子の他の例
を示すもので、この例では、第2絶縁層6と背面電極7
との間にも酸窒化タンタル層9を設けている。他の構成
は第1図に基づいて説明したものと同様である。この第
2図に示すエレクトロルミネセンス素子のように、酸窒
化タンタル層9を第2絶縁層6と背面電極7との間に設
けると、第2絶縁層6と背面電極7との界面の状態が改
良され、この間のリーク電流が少なくなる。
〔実施例〕
実施例1 透明な無アルカリガラス板(米国コーニング社製、品番
7059)を透明基板として用い、このガラス板上にI
TOを真空蒸着法により2 、000人の厚さに形成し
、所定のパターンにエツチングして透明電極とした0次
に高周波スパッタ装置を用い、ターゲットにはTa、O
,を使用し、Ar、0!。
Ntの三元ガス系で08、N8のガス圧比を変え、50
0人の膜厚になるようにスパッタ時間を調整して成膜す
ることにより酸窒化タンタルN (T a tOINy
層)を形成した。ついで、上記と同一のチャンバー内で
スパッタ法によりAr0z系ガスでT a 、0.を3
.000人の厚さに成膜することによって第1絶縁層を
形成した。なお、これら酸窒化タンタル層の形成や、T
agosの成膜にあたっては基板温度を室温にした。さ
らにZnS:Tb。
Fをスパッタ法によりs 、 ooo人の厚さに成膜す
ることによって発光層を形成し、真空中、450℃で2
時間焼鈍後、Altosをスパッタ法により2.000
人の厚さに成膜して第2絶縁層を形成し、さらにアルミ
ニウムをマスク蒸着法により2,000人の厚さに成膜
して背面電極を形成した。なお、酸窒化タンタル層形成
時のAr、02、N1のガス圧比ならびに形成された酸
窒化タンタル711(TazOχNyN)のχ、yの値
ならびに酸窒化タンタル層の厚みは第1表に示すとおり
である。
実施例2 酸窒化タンタル層の形成にあたり、A r s Ot、
N2のガス圧比を5:1:4に固定し、膜厚を20゜人
から2.000人まで変化させて酸窒化タンタル(Ta
tOχNy)を成膜した以外は、実施例1と同様にして
エレクトロルミネセンス素子を作製した。なお、形成さ
れた酸窒化タンタル11(TaxOχNyFりの厚みな
らびにχ、yの値は第1表に示すとおりである。
比較例1 酸窒化タンタル層(TatOxNy層)の形成を行わな
かったほかは実施例1と同様にしてエレクトロルミネセ
ンス素子を作製した。つまり、この比較例1のエレクト
ロルミネセンス素子は第3図に示すように従来構造のエ
レクトロルミネセンス素子であり、透明電極22上に直
接T a 、OS膜からなる第1絶縁1iW23が形成
されている。
上記実施例1〜2および比較例1のエレクトロルミネセ
ンス素子に5kHz、デユーティ50%のパルス波を印
加し、発光開始電圧および発光開始電圧+60Vでの輝
度を測定した。その結果を第1表に示す。
第1表における各実施例と比較例1との比較から明らか
なように、酸窒化タンタル層(Ta、0xNy層)を透
明電極と第1絶縁層との間に設けることにより、輝度(
発光開始電圧+60Vでの輝度)が大幅に増加し、発光
開始電圧は若干低くなった。
さらに、印加できる最大電圧も増加する効果が認められ
た。
こ窃ように、酸窒化タンタル層を透明電極と第1絶縁層
との間に設けることにより、エレクトロルミネセンス素
子の輝度が増加したのは、酸窒化タンタル層の形成によ
り、透明電極を構成する■Toの抵抗増加が防止された
ことと、リーク電流が減少したことによるものと考えら
れる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明では、透明電極と第1tI
A縁層との間に酸窒化タンタル層を設けたことにより、
透明電極の抵抗増加を防止し、かつリーク電流を低減し
て、高輝度のエレクトロルミネセンス素子を提供するこ
とができた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のエレクトロルミネセンス素子の一例を
示す断面図であり、第2図は本発明のエレクトロルミネ
センス素子の他の例を示す断面図である。第3図は従来
のエレクトロルミネセンス素子を示す断面図である。 l・・・透明基板、 2・・・透明電極、 3・・・酸
窒化タンタル層、 4・・・第1絶縁層、 5・・・発
光層、6・・・第2絶縁層、 7・・・背面電極、 9
・・・酸窒化タンタル層 第  1  図 1・・・透明基板 2・・・透明電極 8・・・酸窒化タンタル層 4・・・第1絶縁層 5・・・発光層 6・・・第2絶縁層 7・・・背面電極 第  2  図 1・・・透明基板 2・・・透明電極 3・・・酸窒化タンタル層 4・・・第1絶縁層 5・・・発光層 6・・・第2絶縁層 7・・・背面電極 9・・・酸窒化タンタル層

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) 透明電極と背面電極との間に、第1絶縁層、発
    光層および第2絶縁層を配置する薄膜型エレクトロルミ
    ネセンス素子において、透明電極と第1絶縁層との間に
    酸窒化タンタル層を設けたことを特徴とする薄膜型エレ
    クトロルミネセンス素子。
  2. (2) 酸窒化タンタルの酸素と窒素の組成が、酸窒化
    タンタルを化学式Ta_2O_xN_yで示すとき、x
    が2.4〜4.9で、yが0.07〜1.6であること
    を特徴とする請求項1記載の薄膜型エレクトロルミネセ
    ンス素子。
  3. (3) 第2絶縁層と背面電極との間に酸窒化タンタル
    層を設けたことを特徴とする請求項1記載の薄膜型エレ
    クトロルミネセンス素子。
JP63044959A 1988-02-26 1988-02-26 薄膜型エレクトロルミネセンス素子 Pending JPH01220393A (ja)

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