JPH0574571A - 電界発光素子 - Google Patents
電界発光素子Info
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- JPH0574571A JPH0574571A JP2412985A JP41298590A JPH0574571A JP H0574571 A JPH0574571 A JP H0574571A JP 2412985 A JP2412985 A JP 2412985A JP 41298590 A JP41298590 A JP 41298590A JP H0574571 A JPH0574571 A JP H0574571A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 従来の二重絶縁構造ＥＬ素子よりも発光輝度
が大きく、低電圧駆動が可能なＥＬ素子である。 【構成】 単結晶半導体基板１の上に順次半導体絶縁膜
１０２、単結晶発光層１０３、絶縁膜１０４、透光性導
電膜１０５を有する。
が大きく、低電圧駆動が可能なＥＬ素子である。 【構成】 単結晶半導体基板１の上に順次半導体絶縁膜
１０２、単結晶発光層１０３、絶縁膜１０４、透光性導
電膜１０５を有する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電界発光素子、すなわ
ち、エレクトロルミネッセンス発光素子（以下ＥＬ素子
と記す）に関するもので、フラットパネルディスプレー
や照明用光源等として利用できるものである。
ち、エレクトロルミネッセンス発光素子（以下ＥＬ素子
と記す）に関するもので、フラットパネルディスプレー
や照明用光源等として利用できるものである。
【０００２】
【従来の技術】現在開発が進んでいる薄膜ＥＬ素子の構
成図を図４に示す。ＥＬ素子の構成は、発光層４０４を
絶縁層４０３，４０５で挾んだ二重絶縁構造になってい
る。ＺｎＳ：Ｍｎを発光層に用いた二重絶縁構造ＥＬ素
子においては、最大１００００（cd/ｍ2）の発光輝度が
得られている。しかし、この二重絶縁構造のＥＬ素子は
駆動電圧が１００Ｖ〜２００Ｖという高さのため、駆動
回路が複雑となり、小型化が困難でかつコスト高になる
という欠点を有している。そのために、低電圧駆動、高
輝度発光を実現するＥＬ素子の開発が望まれている。特
開昭５８−１７５２９３、６１−８８９５、６３−８０
４９９及び、ＪＪＡＰ Ｖｏｌ．２７ Ｎｏ．５ Ｍａ
ｙ １９８８ ｐｐ．Ｌ８７６−Ｌ８７９においては、
Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＢａＴｉＯ3等の単結
晶基板を用いて発光層をエピタキシャル的に成長させた
層構成となっている。また、特開昭５８−５９５９４、
６２−４７３５７、６２−１１３３８６は、ガラス基板
と発光層との間のいずれかの層間に、発光層の結晶性を
向上させるための層を設けている。上記各ＥＬ発光素子
においては、以下の試みにより低電圧駆動を実現してい
る。１．発光層の結晶性を向上させ、膜中のグレインバ
ンダリーを低減することによりキャリアのロスを無くす
る。 ２．ＥＬ素子の層構成をＭＩＳ構造（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎ
ｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）とす
る。 ＥＬ発光素子の発光層は通常、真空蒸着法、スパッタ法
等で形成された多結晶膜となっている。この場合、電界
によって加速された電子がグレインバンダリーに衝突し
てしまい、加速電子の効果的な発光中心への衝突が不可
能となる。更に、衝突励起された発光中心が基底状態に
戻る過程で他の準位に捕獲されてしまい発光効率の低下
につながっている。このため、多結晶膜を発光層とした
ＥＬ素子では、十分な発光輝度を得るには高い印加電圧
が必要となってくる。また、多結晶膜を発光層としたＡ
Ｃ駆動ＥＬ素子は、発光層に１０6Ｖ／ｃｍ程度の電界
が印加されたときに発光が起こるが、二重絶縁構造のＥ
Ｌ素子の場合には発光層以外の絶縁層に印加される電圧
分も印加電圧に加味される。よって、二重絶縁構造薄膜
ＥＬ素子の駆動電圧は１００Ｖ〜２００Ｖとかなり高く
なっている。特開昭５８−１７５２９３、６１−８８９
５は上記ＥＬ素子の問題点を解決するために、ＭＩＳ
（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄ
ｕｃｔｏｒ）構造のＡＣ駆動型ＥＬ素子を提供してい
る。図５にＭＩＳ構造のＥＬ素子の構成図を示す。図示
のごとくＭＩＳ構造のＥＬ素子は二重絶縁構造の片方の
絶縁層を取り除いた構成で、基板上方から発光が観察さ
れる。ＭＩＳ構造の素子は絶縁層が発光層の片側のみに
設けられているために、二重絶縁構造の素子よりも印加
電圧を下げることができている。更に上記特開昭５８−
１７５２９３、６１−８８９５においては、発光層を形
成する基板５０１にＳｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＧａＰ等の
単結晶材料を用いることにより、発光層の結晶性を向上
させている。その結果、加速電子の発光中心への衝突を
妨げるグレーンバンダリーがなくなり、大幅に駆動電圧
を低減することが可能となっている。しかし、上記ＭＩ
Ｓ構造のＥＬ素子をＡＣ駆動で動作させた場合、発光中
心を励起するエネルギーを有する加速電子は、絶縁層側
の一方向のみから注入される。従って、二重絶縁構造の
ＥＬ素子と上記構成の素子を比較すると、絶縁層を一層
取り除いた分だけ低電圧化は可能となるが、ＡＣ駆動の
場合には一周期あたりの発光効率（発光中心励起回数／
注入キャリア数）が半減するという欠点も有している。
この発光効率の低下は、低周波数駆動の場合により顕著
になってくる。よって、５０Ｈｚ〜６０Ｈｚの商用電源
による駆動には適さない層構成であるといえる。さら
に、ＭＩＳ構造の場合、発光層と電極が接しショットキ
ーバリアを形成している。高電界でＥＬ素子を動作させ
た場合、このショットキーバリアが壊れやすく動作が不
安定になるという問題も有している。
成図を図４に示す。ＥＬ素子の構成は、発光層４０４を
絶縁層４０３，４０５で挾んだ二重絶縁構造になってい
る。ＺｎＳ：Ｍｎを発光層に用いた二重絶縁構造ＥＬ素
子においては、最大１００００（cd/ｍ2）の発光輝度が
得られている。しかし、この二重絶縁構造のＥＬ素子は
駆動電圧が１００Ｖ〜２００Ｖという高さのため、駆動
回路が複雑となり、小型化が困難でかつコスト高になる
という欠点を有している。そのために、低電圧駆動、高
輝度発光を実現するＥＬ素子の開発が望まれている。特
開昭５８−１７５２９３、６１−８８９５、６３−８０
４９９及び、ＪＪＡＰ Ｖｏｌ．２７ Ｎｏ．５ Ｍａ
ｙ １９８８ ｐｐ．Ｌ８７６−Ｌ８７９においては、
Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＢａＴｉＯ3等の単結
晶基板を用いて発光層をエピタキシャル的に成長させた
層構成となっている。また、特開昭５８−５９５９４、
６２−４７３５７、６２−１１３３８６は、ガラス基板
と発光層との間のいずれかの層間に、発光層の結晶性を
向上させるための層を設けている。上記各ＥＬ発光素子
においては、以下の試みにより低電圧駆動を実現してい
る。１．発光層の結晶性を向上させ、膜中のグレインバ
ンダリーを低減することによりキャリアのロスを無くす
る。 ２．ＥＬ素子の層構成をＭＩＳ構造（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎ
ｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）とす
る。 ＥＬ発光素子の発光層は通常、真空蒸着法、スパッタ法
等で形成された多結晶膜となっている。この場合、電界
によって加速された電子がグレインバンダリーに衝突し
てしまい、加速電子の効果的な発光中心への衝突が不可
能となる。更に、衝突励起された発光中心が基底状態に
戻る過程で他の準位に捕獲されてしまい発光効率の低下
につながっている。このため、多結晶膜を発光層とした
ＥＬ素子では、十分な発光輝度を得るには高い印加電圧
が必要となってくる。また、多結晶膜を発光層としたＡ
Ｃ駆動ＥＬ素子は、発光層に１０6Ｖ／ｃｍ程度の電界
が印加されたときに発光が起こるが、二重絶縁構造のＥ
Ｌ素子の場合には発光層以外の絶縁層に印加される電圧
分も印加電圧に加味される。よって、二重絶縁構造薄膜
ＥＬ素子の駆動電圧は１００Ｖ〜２００Ｖとかなり高く
なっている。特開昭５８−１７５２９３、６１−８８９
５は上記ＥＬ素子の問題点を解決するために、ＭＩＳ
（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄ
ｕｃｔｏｒ）構造のＡＣ駆動型ＥＬ素子を提供してい
る。図５にＭＩＳ構造のＥＬ素子の構成図を示す。図示
のごとくＭＩＳ構造のＥＬ素子は二重絶縁構造の片方の
絶縁層を取り除いた構成で、基板上方から発光が観察さ
れる。ＭＩＳ構造の素子は絶縁層が発光層の片側のみに
設けられているために、二重絶縁構造の素子よりも印加
電圧を下げることができている。更に上記特開昭５８−
１７５２９３、６１−８８９５においては、発光層を形
成する基板５０１にＳｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＧａＰ等の
単結晶材料を用いることにより、発光層の結晶性を向上
させている。その結果、加速電子の発光中心への衝突を
妨げるグレーンバンダリーがなくなり、大幅に駆動電圧
を低減することが可能となっている。しかし、上記ＭＩ
Ｓ構造のＥＬ素子をＡＣ駆動で動作させた場合、発光中
心を励起するエネルギーを有する加速電子は、絶縁層側
の一方向のみから注入される。従って、二重絶縁構造の
ＥＬ素子と上記構成の素子を比較すると、絶縁層を一層
取り除いた分だけ低電圧化は可能となるが、ＡＣ駆動の
場合には一周期あたりの発光効率（発光中心励起回数／
注入キャリア数）が半減するという欠点も有している。
この発光効率の低下は、低周波数駆動の場合により顕著
になってくる。よって、５０Ｈｚ〜６０Ｈｚの商用電源
による駆動には適さない層構成であるといえる。さら
に、ＭＩＳ構造の場合、発光層と電極が接しショットキ
ーバリアを形成している。高電界でＥＬ素子を動作させ
た場合、このショットキーバリアが壊れやすく動作が不
安定になるという問題も有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の各種欠点を解決するためになされたものであり、低
電圧で駆動し動作が安定な高輝度発光ＥＬ素子を提供す
ることを目的としている。
術の各種欠点を解決するためになされたものであり、低
電圧で駆動し動作が安定な高輝度発光ＥＬ素子を提供す
ることを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明におけるＥＬ素子
の構成を図１に示す。単結晶半導体基板１０１上に形成
する単結晶絶縁膜１０２、その単結晶絶縁膜上に形成し
た単結晶発光層１０３、単結晶発光層上に形成した絶縁
膜１０４、絶縁膜上に形成した透光性導電膜１０５より
なる二重絶縁構造のＥＬ素子である。単結晶半導体基板
上にヘテロエピタキシャル成長法により単結晶絶縁膜、
単結晶発光層を順次形成することにより、結晶欠陥の無
い発光層を二重絶縁構造の素子で実現した点に特徴を有
している。単結晶半導体基板１０１としては、Ｓｉ、Ｇ
ｅ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ等の材料が使用できる。
さらに、上記単結晶半導体基板上に単結晶半導体基板と
同一材料もしくは異種材料の単結晶半導体層をエピタキ
シャル成長し、単結晶半導体を多層構成としても良い。
例えば、単結晶Ｓｉ基板上に、単結晶ＧｅをＬＰＣＶＤ
法、ＭＯＣＶＤ法（有機金属熱分解法）、ＭＢＥ法（Ｍ
ｏｌｅｃｕｌａｒ−Ｂｅａｍ−Ｅｐｉｔａｘｙ）、ＡＬ
Ｅ法（Ａｔｏｍｉｃ−Ｌａｙｅｒ−Ｅｐｉｔａｘｙ）、
エレクトロンビーム蒸着法、スパッタリング法、プラズ
マＣＶＤ法等の薄膜成長法を用いてエピタキシャル成長
し、単結晶半導体層を多層構成としてもよい。この場
合、単結晶Ｓｉ基板上に成長した単結晶Ｇｅ層は、基板
上に単結晶絶縁物層をエピタキシャル成長する際に、格
子ミスマッチを緩和することを目的として使用する。ま
た、上記単結晶半導体基板は電極として使用するため、
その抵抗率は１０-4（Ω・ｃｍ）〜１０2（Ω・ｃｍ）
の範囲にあることが望ましい。上記単結晶半導体基板上
に、単結晶絶縁物層１０２としてＰｂＴｉＯ3、ＰＬ
Ｔ、ＰＬＺＴ、ＢａＴｉＯ3、ＳｒＴｉＯ3、Ｙ2Ｏ3、Ｙ
ＳＺ、Ｔａ2Ｏ3、Ｓｍ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＭｇＡ
ｌ2Ｏ3等の酸化物材料や、ＣａＦ2、ＢａＦ2、ＳｒＦ2
等のフッ化物材料を、単層もしくは多層構成でエピタキ
シャル成長させる。エピタキシャル成長の手段として
は、ＭＯ−ＣＶＤ法（有機金属熱分解法）ＭＢＥ法（Ｍ
ｏｌｅｃｕｌａｒ−Ｂｅａｍ−Ｅｐｉｔａｘｙ）、ＡＬ
Ｅ法（Ａｔｏｍｉｃ−Ｌａｙｅｒ−Ｅｐｉｔａｘｙ）、
エレクトロンビーム蒸着法、スパッタリング法、プラズ
マＣＶＤ法等の成長方法を単独もしくは併用し使用す
る。上記単結晶絶縁層上にエピタキシャル成長する単結
晶発光層１０３としては、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺnＳxＳ
ｅ1-x等を母材とし、発光中心としてＭｎを添加したＺ
ｎＳ：Ｍｎ系材料、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、ＥｒＦ3、ＮｄＦ3、ＴｍＦ3、ＰｒＦ3、
ＳｍＦ3、ＤｙＦ3、ＨｏＦ3等）を添加した材料系等が
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
た材料も発光層として用いられる。上記発光層材料を、
単結晶半導体基板上に成長した単結晶絶縁層上に単層も
しくは、多層構成でエピタキシャル成長させる。エピタ
キシャル成長の手段としては、ＭＯ−ＣＶＤ法、ＭＢＥ
法、ＡＬＥ法、ＥＢ蒸着法、スパッタリング法、プラズ
マＣＶＤ法等の成長方法を単独もしくは併用し使用す
る。上記方法により単結晶半導体基板上にヘテロエピタ
キシャル成長する単結晶絶縁層、単結晶発光層は、各層
の結晶構造、格子間隔の整合性、熱膨張係数差等を考慮
して最適材料を選択して各層上に順次エピタキシャル成
長していく。その結果、単結晶絶縁層、単結晶発光層の
面方位は単結晶Ｓｉ基板等の単結晶半導体基板の面方位
を反映したものとなる。所望の発光色は発光層材料を選
択することにより得られ、さらに発光層を多層構成にす
ることにより多くの発光色に対応できる。上記単結晶半
導体上にヘテロエピタキシャル成長した単結晶絶縁層１
０２、単結晶発光層１０３上に、上部絶縁層１０４とし
て単結晶もしくは多結晶の酸化物、フッ化物、窒化物等
の絶縁物材料を形成する。単結晶もしくは多結晶の酸化
物材料としては、ＰｂＴｉＯ3、ＰＬＴ、ＰＬＺＴ、Ｂ
ａＴｉＯ3、ＳｒＴｉＯ3、Ｙ2Ｏ3、ＹＳＺｒ、Ｔａ
2Ｏ3、Ｓｍ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ2Ｏ3、Ｓ
ｉＯ2、ＳｉＯＮ、ＺｎＯ等の材料が使用でき、単結晶
もしくは多結晶のフッ化物材料としては、ＣａＦ2、Ｂ
ａＦ2等の材料が使用でき、単結晶もしくは多結晶の窒
化物材料としては、Ｓｉ3Ｎ4等が使用できる。上記絶縁
物材料の成長方法としては、ＭＯ−ＣＶＤ法、ＭＢＥ
法、ＡＬＥ法、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法、
エレクトロンビーム蒸着法等が用いられる。上記上部絶
縁層１０４上に、透明導電膜１０５としてＡｕ、ＩＴ
Ｏ、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＺｎＯ：Ａｌ等をＭＯ−ＣＶ
Ｄ法、ＭＢＥ法、ＡＬＥ法、スパッタリング法、プラズ
マＣＶＤ法、エレクトロンビーム蒸着法等を用いて形成
して本発明による二重絶縁構造ＥＬ素子を完成する。
の構成を図１に示す。単結晶半導体基板１０１上に形成
する単結晶絶縁膜１０２、その単結晶絶縁膜上に形成し
た単結晶発光層１０３、単結晶発光層上に形成した絶縁
膜１０４、絶縁膜上に形成した透光性導電膜１０５より
なる二重絶縁構造のＥＬ素子である。単結晶半導体基板
上にヘテロエピタキシャル成長法により単結晶絶縁膜、
単結晶発光層を順次形成することにより、結晶欠陥の無
い発光層を二重絶縁構造の素子で実現した点に特徴を有
している。単結晶半導体基板１０１としては、Ｓｉ、Ｇ
ｅ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ等の材料が使用できる。
さらに、上記単結晶半導体基板上に単結晶半導体基板と
同一材料もしくは異種材料の単結晶半導体層をエピタキ
シャル成長し、単結晶半導体を多層構成としても良い。
例えば、単結晶Ｓｉ基板上に、単結晶ＧｅをＬＰＣＶＤ
法、ＭＯＣＶＤ法（有機金属熱分解法）、ＭＢＥ法（Ｍ
ｏｌｅｃｕｌａｒ−Ｂｅａｍ−Ｅｐｉｔａｘｙ）、ＡＬ
Ｅ法（Ａｔｏｍｉｃ−Ｌａｙｅｒ−Ｅｐｉｔａｘｙ）、
エレクトロンビーム蒸着法、スパッタリング法、プラズ
マＣＶＤ法等の薄膜成長法を用いてエピタキシャル成長
し、単結晶半導体層を多層構成としてもよい。この場
合、単結晶Ｓｉ基板上に成長した単結晶Ｇｅ層は、基板
上に単結晶絶縁物層をエピタキシャル成長する際に、格
子ミスマッチを緩和することを目的として使用する。ま
た、上記単結晶半導体基板は電極として使用するため、
その抵抗率は１０-4（Ω・ｃｍ）〜１０2（Ω・ｃｍ）
の範囲にあることが望ましい。上記単結晶半導体基板上
に、単結晶絶縁物層１０２としてＰｂＴｉＯ3、ＰＬ
Ｔ、ＰＬＺＴ、ＢａＴｉＯ3、ＳｒＴｉＯ3、Ｙ2Ｏ3、Ｙ
ＳＺ、Ｔａ2Ｏ3、Ｓｍ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＭｇＡ
ｌ2Ｏ3等の酸化物材料や、ＣａＦ2、ＢａＦ2、ＳｒＦ2
等のフッ化物材料を、単層もしくは多層構成でエピタキ
シャル成長させる。エピタキシャル成長の手段として
は、ＭＯ−ＣＶＤ法（有機金属熱分解法）ＭＢＥ法（Ｍ
ｏｌｅｃｕｌａｒ−Ｂｅａｍ−Ｅｐｉｔａｘｙ）、ＡＬ
Ｅ法（Ａｔｏｍｉｃ−Ｌａｙｅｒ−Ｅｐｉｔａｘｙ）、
エレクトロンビーム蒸着法、スパッタリング法、プラズ
マＣＶＤ法等の成長方法を単独もしくは併用し使用す
る。上記単結晶絶縁層上にエピタキシャル成長する単結
晶発光層１０３としては、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺnＳxＳ
ｅ1-x等を母材とし、発光中心としてＭｎを添加したＺ
ｎＳ：Ｍｎ系材料、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、ＥｒＦ3、ＮｄＦ3、ＴｍＦ3、ＰｒＦ3、
ＳｍＦ3、ＤｙＦ3、ＨｏＦ3等）を添加した材料系等が
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
た材料も発光層として用いられる。上記発光層材料を、
単結晶半導体基板上に成長した単結晶絶縁層上に単層も
しくは、多層構成でエピタキシャル成長させる。エピタ
キシャル成長の手段としては、ＭＯ−ＣＶＤ法、ＭＢＥ
法、ＡＬＥ法、ＥＢ蒸着法、スパッタリング法、プラズ
マＣＶＤ法等の成長方法を単独もしくは併用し使用す
る。上記方法により単結晶半導体基板上にヘテロエピタ
キシャル成長する単結晶絶縁層、単結晶発光層は、各層
の結晶構造、格子間隔の整合性、熱膨張係数差等を考慮
して最適材料を選択して各層上に順次エピタキシャル成
長していく。その結果、単結晶絶縁層、単結晶発光層の
面方位は単結晶Ｓｉ基板等の単結晶半導体基板の面方位
を反映したものとなる。所望の発光色は発光層材料を選
択することにより得られ、さらに発光層を多層構成にす
ることにより多くの発光色に対応できる。上記単結晶半
導体上にヘテロエピタキシャル成長した単結晶絶縁層１
０２、単結晶発光層１０３上に、上部絶縁層１０４とし
て単結晶もしくは多結晶の酸化物、フッ化物、窒化物等
の絶縁物材料を形成する。単結晶もしくは多結晶の酸化
物材料としては、ＰｂＴｉＯ3、ＰＬＴ、ＰＬＺＴ、Ｂ
ａＴｉＯ3、ＳｒＴｉＯ3、Ｙ2Ｏ3、ＹＳＺｒ、Ｔａ
2Ｏ3、Ｓｍ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ2Ｏ3、Ｓ
ｉＯ2、ＳｉＯＮ、ＺｎＯ等の材料が使用でき、単結晶
もしくは多結晶のフッ化物材料としては、ＣａＦ2、Ｂ
ａＦ2等の材料が使用でき、単結晶もしくは多結晶の窒
化物材料としては、Ｓｉ3Ｎ4等が使用できる。上記絶縁
物材料の成長方法としては、ＭＯ−ＣＶＤ法、ＭＢＥ
法、ＡＬＥ法、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法、
エレクトロンビーム蒸着法等が用いられる。上記上部絶
縁層１０４上に、透明導電膜１０５としてＡｕ、ＩＴ
Ｏ、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＺｎＯ：Ａｌ等をＭＯ−ＣＶ
Ｄ法、ＭＢＥ法、ＡＬＥ法、スパッタリング法、プラズ
マＣＶＤ法、エレクトロンビーム蒸着法等を用いて形成
して本発明による二重絶縁構造ＥＬ素子を完成する。
【０００５】
【実施例】以下に、本発明におけるＥＬ素子を実施例に
よってさらに具体的に説明する。 実施例１ 図１によって本発明における実施例について説明する。
基板１０１として抵抗率が１０-2（Ω・ｃｍ）であるＮ
型単結晶Ｓｉ＜１１１＞基板を用い、このＳｉ基板をＥ
Ｌ素子の下部電極とする。上記単結晶Ｓｉ＜１１１＞基
板上に、ＭＢＥ法を用いてＣａＦ2構造のＣａＦ2＜１１
１＞を２０００Åの厚さでエピタキシャル成長し、ＥＬ
素子の単結晶絶縁層１０２とする。次に上記単結晶絶縁
層上にＭＢＥ法とＭＯ−ＣＶＤ法を併用して発光層１０
３を形成する。発光層の成長初期の１００Åは、ＭＢＥ
法でジンクブレンド構造のＺｎＳ＜１１１＞をエピタキ
シャル成長する。引き続き同一成長室内にてＭＯ−ＣＶ
Ｄ法で、発光中心となるＭｎを０．５ａｔ％添加したジ
ンクブレンド構造のＺｎＳ＜１１１＞を３０００Åエピ
タキシャル成長する。上記発光層上にＭＯ−ＣＶＤ法を
用いて上部絶縁層１０４となるＰｂＴｉＯ3を３０００
Åの膜厚で成膜する。この場合、ＰｂＴｉＯ3は単結晶
とはならないが、＜１００＞に強く配向した膜となって
いる。最後に上部絶縁層上に透明導電膜１０５となるＩ
ＴＯをスパッタリング法を用いて２０００Åの膜厚で成
膜し、本発明によるＥＬ素子を完成する。上記方法で作
成したＥＬ素子の透明導電膜であるＩＴＯ１０５と、Ｎ
型単結晶Ｓｉ基板との間に３ｋＨｚの周波数の交流電圧
を印加した状態で、発光の様子をＩＴＯ側から観察し
た。この場合の輝度電圧特性を図２に示す。ＥＬ素子の
発光開始電圧は６０Ｖであり、８０Ｖ印加状態で５００
０cd/m2の発光輝度が得られている。この発光開始電圧
は、通常の二重絶縁構造ＥＬ素子の発光開始電圧の約１
／３以下の値となっている。また、低電圧化に有利とさ
れているＭＩＳ構造ＥＬ素子よりも数倍大きい発光輝度
が安定に得られている。
よってさらに具体的に説明する。 実施例１ 図１によって本発明における実施例について説明する。
基板１０１として抵抗率が１０-2（Ω・ｃｍ）であるＮ
型単結晶Ｓｉ＜１１１＞基板を用い、このＳｉ基板をＥ
Ｌ素子の下部電極とする。上記単結晶Ｓｉ＜１１１＞基
板上に、ＭＢＥ法を用いてＣａＦ2構造のＣａＦ2＜１１
１＞を２０００Åの厚さでエピタキシャル成長し、ＥＬ
素子の単結晶絶縁層１０２とする。次に上記単結晶絶縁
層上にＭＢＥ法とＭＯ−ＣＶＤ法を併用して発光層１０
３を形成する。発光層の成長初期の１００Åは、ＭＢＥ
法でジンクブレンド構造のＺｎＳ＜１１１＞をエピタキ
シャル成長する。引き続き同一成長室内にてＭＯ−ＣＶ
Ｄ法で、発光中心となるＭｎを０．５ａｔ％添加したジ
ンクブレンド構造のＺｎＳ＜１１１＞を３０００Åエピ
タキシャル成長する。上記発光層上にＭＯ−ＣＶＤ法を
用いて上部絶縁層１０４となるＰｂＴｉＯ3を３０００
Åの膜厚で成膜する。この場合、ＰｂＴｉＯ3は単結晶
とはならないが、＜１００＞に強く配向した膜となって
いる。最後に上部絶縁層上に透明導電膜１０５となるＩ
ＴＯをスパッタリング法を用いて２０００Åの膜厚で成
膜し、本発明によるＥＬ素子を完成する。上記方法で作
成したＥＬ素子の透明導電膜であるＩＴＯ１０５と、Ｎ
型単結晶Ｓｉ基板との間に３ｋＨｚの周波数の交流電圧
を印加した状態で、発光の様子をＩＴＯ側から観察し
た。この場合の輝度電圧特性を図２に示す。ＥＬ素子の
発光開始電圧は６０Ｖであり、８０Ｖ印加状態で５００
０cd/m2の発光輝度が得られている。この発光開始電圧
は、通常の二重絶縁構造ＥＬ素子の発光開始電圧の約１
／３以下の値となっている。また、低電圧化に有利とさ
れているＭＩＳ構造ＥＬ素子よりも数倍大きい発光輝度
が安定に得られている。
【０００６】実施例２ 同じく図１によって本発明における実施例について説明
する。抵抗率が５×１０-3（Ω・ｃｍ）であるＮ型単結
晶Ｇｅ＜１００＞基板１０１を用い、この単結晶Ｇｅ基
板をＥＬ素子の下部電極とする。上記単結晶Ｇｅ＜１０
０＞基板上に、ＭＯ−ＣＶＤ法を用いてペロブスカイト
構造のＰＬＺＴ＜１００＞を２０００Åの厚さでエピタ
キシャル成長し、ＥＬ素子の単結晶絶縁層１０２とす
る。次に上記単結晶絶縁層上にＭＢＥ法とＭＯ−ＣＶＤ
法を併用して発光層１０３を形成する。発光層の成長初
期の１００Åは、ＭＢＥ法でジンクブレンド構造のＺｎ
Ｓ＜１００＞をエピタキシャル成長する。引き続き同一
成長室内にてＭＯ−ＣＶＤ法で、発光中心となるＭｎを
０．５ａｔ％添加したジンクブレンド構造のＺｎＳ＜１
００＞を３０００Åエピタキシャル成長する。上記発光
層上にＭＯ−ＣＶＤ法を用いて上部絶縁層１０４となる
ＰｂＴｉＯ3を３０００Åの膜厚でエピタキシャル成長
する。この場合、ＰｂＴｉＯ3はペロブスカイト構造＜
１００＞となっている。最後に上部絶縁層上に透明導電
膜１０５となるＩＴＯをスパッタリング法を用いて２０
００Åの膜厚で成膜し、本発明によるＥＬ素子を完成す
る。上記方法で作成したＥＬ素子の透明導電膜であるＩ
ＴＯ１０５と、Ｎ型単結晶Ｇｅ基板との間に３ｋＨｚの
周波数の交流電圧を印加した状態で、発光の様子をＩＴ
Ｏ側から観察した。この場合の輝度電圧特性を図３に示
す。ＥＬ素子の発光開始電圧は４０Ｖであり、５０Ｖ印
加状態で８０００cd/m2の発光輝度が得られている。こ
の発光開始電圧は、通常の二重絶縁構造ＥＬ素子の発光
開始電圧の約１／３以下の値となっている。また、低電
圧化に有利とされているＭＩＳ構造ＥＬ素子よりも数倍
大きい発光輝度が安定に得られている。
する。抵抗率が５×１０-3（Ω・ｃｍ）であるＮ型単結
晶Ｇｅ＜１００＞基板１０１を用い、この単結晶Ｇｅ基
板をＥＬ素子の下部電極とする。上記単結晶Ｇｅ＜１０
０＞基板上に、ＭＯ−ＣＶＤ法を用いてペロブスカイト
構造のＰＬＺＴ＜１００＞を２０００Åの厚さでエピタ
キシャル成長し、ＥＬ素子の単結晶絶縁層１０２とす
る。次に上記単結晶絶縁層上にＭＢＥ法とＭＯ−ＣＶＤ
法を併用して発光層１０３を形成する。発光層の成長初
期の１００Åは、ＭＢＥ法でジンクブレンド構造のＺｎ
Ｓ＜１００＞をエピタキシャル成長する。引き続き同一
成長室内にてＭＯ−ＣＶＤ法で、発光中心となるＭｎを
０．５ａｔ％添加したジンクブレンド構造のＺｎＳ＜１
００＞を３０００Åエピタキシャル成長する。上記発光
層上にＭＯ−ＣＶＤ法を用いて上部絶縁層１０４となる
ＰｂＴｉＯ3を３０００Åの膜厚でエピタキシャル成長
する。この場合、ＰｂＴｉＯ3はペロブスカイト構造＜
１００＞となっている。最後に上部絶縁層上に透明導電
膜１０５となるＩＴＯをスパッタリング法を用いて２０
００Åの膜厚で成膜し、本発明によるＥＬ素子を完成す
る。上記方法で作成したＥＬ素子の透明導電膜であるＩ
ＴＯ１０５と、Ｎ型単結晶Ｇｅ基板との間に３ｋＨｚの
周波数の交流電圧を印加した状態で、発光の様子をＩＴ
Ｏ側から観察した。この場合の輝度電圧特性を図３に示
す。ＥＬ素子の発光開始電圧は４０Ｖであり、５０Ｖ印
加状態で８０００cd/m2の発光輝度が得られている。こ
の発光開始電圧は、通常の二重絶縁構造ＥＬ素子の発光
開始電圧の約１／３以下の値となっている。また、低電
圧化に有利とされているＭＩＳ構造ＥＬ素子よりも数倍
大きい発光輝度が安定に得られている。
【０００６】
【発明の効果】以上のように、本発明によるＥＬ発光素
子は単結晶絶縁層、単結晶発光層をヘテロエピタキシャ
ル法により形成した二重絶縁構造の層構成となってい
る。この層構成とすることにより、結晶欠陥が原因とな
る発光中心を励起する注入キャリアのロスが無くなり、
従来の二重絶縁構造ＥＬ素子よりも発光輝度が向上し、
低電圧駆動が可能となった。また、本発明におけるＥＬ
素子は、二重絶縁構造をとっているために交流駆動駆動
においてＭＩＳ構造ＥＬ素子よりも安定性に優れている
といえる。本発明におけるＥＬ素子は、基板面全体で発
光する面発光素子や、もしくは素子分離して個別動作す
る素子とすることが可能である。ＥＬ素子を個別駆動す
る場合は、駆動方法としてマトリクス駆動もしくは、ト
ランジスターを用いたアクティブマトリクス駆動等が可
能である。アクティブマトリクス駆動の場合に用いるト
ランジスターとしては、ＥＬ素子の発光層に用いている
材料と同一材料で形成した薄膜トランジスターでもよ
く、単結晶半導体基板もしくは、基板上にエピタキシャ
ル成長した単結晶半導体層上に形成したトランジスター
でも良い。
子は単結晶絶縁層、単結晶発光層をヘテロエピタキシャ
ル法により形成した二重絶縁構造の層構成となってい
る。この層構成とすることにより、結晶欠陥が原因とな
る発光中心を励起する注入キャリアのロスが無くなり、
従来の二重絶縁構造ＥＬ素子よりも発光輝度が向上し、
低電圧駆動が可能となった。また、本発明におけるＥＬ
素子は、二重絶縁構造をとっているために交流駆動駆動
においてＭＩＳ構造ＥＬ素子よりも安定性に優れている
といえる。本発明におけるＥＬ素子は、基板面全体で発
光する面発光素子や、もしくは素子分離して個別動作す
る素子とすることが可能である。ＥＬ素子を個別駆動す
る場合は、駆動方法としてマトリクス駆動もしくは、ト
ランジスターを用いたアクティブマトリクス駆動等が可
能である。アクティブマトリクス駆動の場合に用いるト
ランジスターとしては、ＥＬ素子の発光層に用いている
材料と同一材料で形成した薄膜トランジスターでもよ
く、単結晶半導体基板もしくは、基板上にエピタキシャ
ル成長した単結晶半導体層上に形成したトランジスター
でも良い。
【図１】本発明のＥＬ発光素子の一具体例の断面の模式
図。
図。
【図２】実施例１のＥＬ発光素子の輝度電圧特性を示す
グラフ。
グラフ。
【図３】実施例２のＥＬ発光素子の輝度電圧特性を示す
グラフ。
グラフ。
【図４】従来のＥＬ発光素子の一例の断面の模式図。
【図５】従来のＥＬ発光素子の他の例の断面の模式図。
１０１ 単結晶半導体基板 １０２ 単結晶絶縁膜 １０３ 単結晶発光層 １０４ 絶縁膜 １０５ 透光性導電膜 ４０１ ガラス基板 ４０２ 透明電極 ４０３ 絶縁層 ４０４ 発光層 ４０５ 絶縁層 ４０６ 上部電極 ５０１ 単結晶基板 ５０２ 発光層 ５０３ 絶縁層 ５０４ 透明電極 ５０５ 裏面電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 羽賀 浩一 宮城県名取市高舘熊野堂字余方上５番地の 10 リコー応用電子研究所株式会社内 (72)発明者 伊藤 彰浩 宮城県名取市高舘熊野堂字余方上５番地の 10 リコー応用電子研究所株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】 単結晶半導体基板上に、単結晶絶縁物層
を堆積し、その単結晶絶縁物層上に単結晶電界発光層
と、その単結晶電界発光層上に設けられた絶縁物層と透
光性電極より形成されることを特徴とする電界発光素
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2412985A JPH0574571A (ja) | 1990-12-25 | 1990-12-25 | 電界発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2412985A JPH0574571A (ja) | 1990-12-25 | 1990-12-25 | 電界発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0574571A true JPH0574571A (ja) | 1993-03-26 |
Family
ID=18521710
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2412985A Pending JPH0574571A (ja) | 1990-12-25 | 1990-12-25 | 電界発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0574571A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9301972B2 (en) | 2006-12-06 | 2016-04-05 | Seikagaku Corporation | Hyaluronic acid derivatives |
| JP2023055415A (ja) * | 2021-10-06 | 2023-04-18 | 学校法人 工学院大学 | 紫外線光源、オゾン発生装置、紫外線の放射方法 |
-
1990
- 1990-12-25 JP JP2412985A patent/JPH0574571A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9301972B2 (en) | 2006-12-06 | 2016-04-05 | Seikagaku Corporation | Hyaluronic acid derivatives |
| US9616087B2 (en) | 2006-12-06 | 2017-04-11 | Seikagaku Corporation | Pharmaceutical agent having long-lasting effect of treating arthritic disorders |
| JP2023055415A (ja) * | 2021-10-06 | 2023-04-18 | 学校法人 工学院大学 | 紫外線光源、オゾン発生装置、紫外線の放射方法 |
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