JPH08171990A - Thin film electroluminescence device - Google Patents

Thin film electroluminescence device

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JPH08171990A
JPH08171990A JP6333882A JP33388294A JPH08171990A JP H08171990 A JPH08171990 A JP H08171990A JP 6333882 A JP6333882 A JP 6333882A JP 33388294 A JP33388294 A JP 33388294A JP H08171990 A JPH08171990 A JP H08171990A
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JP
Japan
Prior art keywords
thin film
layer
light emitting
emitting layer
insulating layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP6333882A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Miura
博 三浦
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 支持基板上101に、下部電極と発光層の結
晶性の制御層を兼ねる薄膜を形成し、この薄膜102と
接して下部絶縁層103を形成し、下部絶縁層103と
上部絶縁層105とで挾んだ構成で発光層104を形成
し、上部絶縁層105上に上部電極106を形成してな
る薄膜エレクトロルミネッセンス素子において、下部電
極と発光層の結晶性の制御を兼ねる層102は、基板と
平行方向の結晶配向面が少なくても二種類存在する溶融
再結晶化法で形成したシリコン薄膜である薄膜エレクト
ロルミネッセンス素子。 【効果】 本発明に係るEL素子は、デットレイヤーが
存在しないので、従来の多結晶材料で構成されるEL素
子と比較して、駆動電圧の低電圧化が可能となり、また
発光輝度の持続性に優れる。また、このEL素子は、支
持基板にガラス基板が使用できることから、大面積化に
も有利である。
(57) [Structure] A thin film which also serves as a lower electrode and a crystallinity control layer of a light emitting layer is formed on a supporting substrate 101, and a lower insulating layer 103 is formed in contact with this thin film 102 to form a lower insulating layer. In a thin film electroluminescent device in which a light emitting layer 104 is formed by sandwiching 103 and an upper insulating layer 105, and an upper electrode 106 is formed on the upper insulating layer 105, the crystallinity of the lower electrode and the light emitting layer is controlled. The layer 102 which also serves as a thin film electroluminescent element is a silicon thin film formed by the melt recrystallization method in which at least two kinds of crystal orientation planes parallel to the substrate exist. [Effects] Since the EL device according to the present invention does not have a dead layer, it is possible to lower the driving voltage and sustain the emission brightness as compared with an EL device composed of a conventional polycrystalline material. Excellent in. In addition, since this EL element can use a glass substrate as a supporting substrate, it is also advantageous in increasing the area.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、発光特性の改善された
薄膜エレクトロルミネッセンス発光素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film electroluminescent light emitting device having improved light emitting characteristics.

【0002】[0002]

【従来の技術】薄膜エレクトロルミネッセンス素子(以
下、EL素子という)は、平面型ディスプレーの有力な
候補として注目されている可視発光素子である。特にM
nを発光中心としたZnS:Mn薄膜によるEL素子
は、現在実用化素子の地位を得ている。現在開発がすす
んでいる一般的なEL素子の構成図を図1に示す。
2. Description of the Related Art A thin film electroluminescent device (hereinafter referred to as an EL device) is a visible light emitting device which has been drawing attention as a promising candidate for a flat panel display. Especially M
An EL device using a ZnS: Mn thin film with n as an emission center is currently gaining the status of a practical device. FIG. 1 shows a block diagram of a general EL element currently under development.

【0003】このEL素子は、下地基板(101)上に
透明電極(102)を形成し、その上に絶縁層(10
3)、発光層(104)、絶縁層(105)、上部電極
(106)を形成した二重絶縁構造により構成され、各
層には多結晶材料が用いられている。発光層が多結晶材
料である場合には、成膜初期の絶縁層と発光層の界面に
結晶性が極端に低下した層いわゆるデットレイヤーが形
成される。このデットレイヤーは発光に寄与しないた
め、発光輝度を高輝度化するには結晶性を回復する手段
が必要である。しかし、通常の方法の場合は、発光層を
厚くして薄膜の高配向性を利用する以外に方法はない。
この結果、発光層の膜厚が増加し、EL素子の駆動電圧
が高電圧化する。現在、マルチカラー化を達成するため
に、ZnS以外にCaSもしくはSrSを発光層とした
薄膜素子が検討されている。これらの材料は、ZnSよ
りも高配向膜を得にくいため、結晶性の特性への影響が
さらに大きくなる。
In this EL device, a transparent electrode (102) is formed on a base substrate (101), and an insulating layer (10) is formed thereon.
3), a light emitting layer (104), an insulating layer (105), and an upper electrode (106) are formed in a double insulating structure, and a polycrystalline material is used for each layer. When the light emitting layer is made of a polycrystalline material, a so-called dead layer having extremely lowered crystallinity is formed at the interface between the insulating layer and the light emitting layer at the initial stage of film formation. Since this dead layer does not contribute to light emission, a means for recovering the crystallinity is required to increase the light emission brightness. However, in the case of the usual method, there is no other method than making the light emitting layer thick and utilizing the high orientation of the thin film.
As a result, the thickness of the light emitting layer is increased and the driving voltage of the EL element is increased. Currently, in order to achieve multi-color, a thin film element using CaS or SrS as a light emitting layer in addition to ZnS is under study. Since these materials are less likely to obtain a highly oriented film than ZnS, the influence on the crystallinity characteristics is further increased.

【0004】ところで、デットレイヤーの膜厚は、薄膜
の形成方法の工夫により薄くは出来るが、多結晶材料を
使用する限り完全に除去することは不可能である。そこ
で、特開平2−56895号、特開平2−60090
号、特開平2−90493号には、ヘテロエピタキシャ
ル成長法により単結晶Si基板上に下部絶縁層および発
光層をエピタキシャル成長し、発光層を単結晶化した二
重絶縁構造EL素子が提案されている。これらの提案
は、単結晶絶縁層上に発光層をエピタキシャル成長する
ことで、デットレイヤーを完全に除去しようとするもの
である。しかしながら、これらの提案によるEL素子は
デットレイヤーは除去できるので、低電圧駆動が可能と
なるものの、発光輝度、発光効率が充分でなく、また長
寿命のEL素子が得られないという欠点がある。その理
由は以下の通りである。
By the way, the film thickness of the dead layer can be made thin by devising a method of forming a thin film, but it is impossible to completely remove it as long as a polycrystalline material is used. Therefore, JP-A-2-56895 and JP-A-2-60090 are available.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-90493 proposes a double insulating structure EL element in which a lower insulating layer and a light emitting layer are epitaxially grown on a single crystal Si substrate by a heteroepitaxial growth method to single crystallize the light emitting layer. These proposals are intended to completely remove the dead layer by epitaxially growing the light emitting layer on the single crystal insulating layer. However, since the EL elements according to these proposals can remove the dead layer and thus can be driven at a low voltage, they have drawbacks that the emission luminance and luminous efficiency are not sufficient, and an EL element with a long life cannot be obtained. The reason is as follows.

【0005】EL発光は、絶縁層と発光層の界面準位か
ら放出された電子が電界により加速され、その放出電子
が初期電子となり、なだれ増倍を起こし、発光中心を励
起することによって起こると考えられている。ここで、
絶縁層と発光層界面の界面準位は、末結合手やデットレ
イヤー等の欠陥により形成される。従って、絶縁層と発
光層界面がヘテロ接合により連続的に変化する単結晶材
料で構成されるEL素子では、多結晶材料による素子よ
りも界面準位が極端に減少する。この結果、発光中心を
励起するキャリアが減少し発光輝度が低下する。また、
先に記載した様にEL素子の発光には、なだれ降伏が関
与する。なだれ降伏が起こると、発光層に印加される電
圧は一定値にクランプされ、発光輝度は飽和する。この
クランプ電圧は発光層の結晶性により異なり、発光層を
単結晶化した素子では粒界等の結晶欠陥が減少する為に
なだれ降伏が起きやすくなり、多結晶材料の場合よりも
クランプ電圧が低下する。この結果、高エネルギーのキ
ャリアが生成出来ず、発光輝度が低下する。
EL emission occurs when electrons emitted from the interface state between the insulating layer and the light emitting layer are accelerated by an electric field, and the emitted electrons become initial electrons, which causes avalanche multiplication and excites emission centers. It is considered. here,
The interface level at the interface between the insulating layer and the light emitting layer is formed by a defect such as a dangling bond or a dead layer. Therefore, in the EL element composed of a single crystal material in which the interface between the insulating layer and the light emitting layer continuously changes due to the heterojunction, the interface state is extremely reduced as compared with the element made of the polycrystalline material. As a result, the carriers that excite the emission centers are reduced, and the emission brightness is reduced. Also,
As described above, the avalanche breakdown is involved in the light emission of the EL element. When the avalanche breakdown occurs, the voltage applied to the light emitting layer is clamped to a constant value, and the emission brightness is saturated. This clamp voltage varies depending on the crystallinity of the light emitting layer, and in a device in which the light emitting layer is single-crystallized, crystal defects such as grain boundaries are reduced, so that avalanche breakdown is more likely to occur and the clamp voltage is lower than in the case of a polycrystalline material. To do. As a result, high-energy carriers cannot be generated, and the emission brightness is reduced.

【0006】以上の様に、多結晶EL素子と比較して単
結晶化EL素子は、界面にデットレイヤーが存在しな
い、もしくは結晶欠陥等のキャリアの散乱原因が膜中に
存在しないため、低電圧駆動が可能で信頼性が向上する
ものの、その反面、キャリア発生源の減少やクランプ電
圧の低下等により発光輝度が低下するという問題があ
る。
As described above, as compared with the polycrystalline EL element, the single crystallized EL element has a low voltage because the dead layer does not exist at the interface or carriers causing scattering such as crystal defects do not exist in the film. Although it can be driven and the reliability is improved, there is a problem that the emission brightness is reduced due to a decrease in carrier generation sources and a decrease in clamp voltage.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来技術の欠点を解決するためになされたものであり、
デットレイヤーがなく、低電圧で駆動できると共に発光
輝度、発光効率の高められた薄膜エレクトロルミネッセ
ンス素子を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above drawbacks of the prior art.
It is an object of the present invention to provide a thin film electroluminescent device which has no dead layer, can be driven at a low voltage, and has improved emission brightness and emission efficiency.

【0008】本発明によれば、支持基板上に、下部電極
と発光層の結晶性の制御層を兼ねる薄膜層を形成し、こ
の薄膜層と接して下部絶縁層を形成し、下部絶縁層と上
部絶縁層とで挾んだ構成で発光層を形成し、上部絶縁層
上に上部電極を形成してなる薄膜エレクトロルミネッセ
ンス素子において、下部電極と発光層の結晶性の制御を
兼ねる薄膜層は、基板と平行方向の結晶配向面が少なく
ても二種類存在する溶融再結晶化法で形成したシリコン
薄膜であることを特徴とする薄膜エレクトロルミネッセ
ンス素子が提供され、また、下部電極と発光層の結晶性
の制御を兼ねる薄膜層は、双晶の関係にある複数の結晶
配向面が存在する溶融再結晶化法で形成したシリコン薄
膜であることを特徴とする上記薄膜エレクトロルミネッ
センス素子が提供される。更に、本発明によれば、支持
基板上に、下部電極と発光層の結晶性の制御層を兼ねる
薄膜層を形成し、この薄膜と接して下部絶縁層を形成
し、下部絶縁層と上部絶縁層とで挾んだ構成で発光層を
形成し、上部絶縁層上に上部電極を形成してなる薄膜エ
レクトロルミネッセンス素子において、下部電極と発光
層の結晶性の制御層を兼ねる薄膜層は、粒界が存在する
単一の結晶配向で構成される溶融再結晶化法で形成した
シリコン薄膜であることを特徴とする薄膜エレクトロル
ミネッセンス素子が提供され、また、下部電極と発光層
の結晶性の制御を兼ねるシリコン薄膜層は、粒界の発生
密度が基板面内で周期的に変化し、高密度発生部分には
シリコン薄膜トランジスタからなる駆動素子が形成され
ていることを特徴とする上記薄膜エレクトロルミネッセ
ンス素子が提供される。
According to the present invention, a thin film layer which also serves as a lower electrode and a crystallinity control layer of the light emitting layer is formed on a supporting substrate, and a lower insulating layer is formed in contact with this thin film layer. In a thin film electroluminescent element formed by forming a light emitting layer with a structure sandwiched by an upper insulating layer and forming an upper electrode on the upper insulating layer, the thin film layer also serving as the control of the crystallinity of the lower electrode and the light emitting layer is Provided is a thin film electroluminescent device characterized by being a silicon thin film formed by a melt recrystallization method in which there are at least two types of crystal orientation planes in the direction parallel to the substrate, and the crystal of the lower electrode and the light emitting layer is provided. The thin-film electroluminescent element is characterized in that the thin-film layer also serving as a property control is a silicon thin film formed by a melt recrystallization method in which a plurality of crystal orientation planes having a twin relationship exist. It is. Further, according to the present invention, a thin film layer which also serves as a lower electrode and a crystallinity control layer of the light emitting layer is formed on a supporting substrate, and a lower insulating layer is formed in contact with this thin film, and the lower insulating layer and the upper insulating layer are formed. In the thin-film electroluminescent element formed by forming a light-emitting layer with a layer and an upper electrode on the upper insulating layer, the thin-film layer also serving as the lower electrode and the crystallinity control layer of the light-emitting layer is a grain. There is provided a thin film electroluminescence device characterized by being a silicon thin film formed by a melt recrystallization method composed of a single crystal orientation in which a field exists, and control of crystallinity of a lower electrode and a light emitting layer. The silicon thin film layer also serving as the thin film electro-luminescent device is characterized in that the generation density of grain boundaries periodically changes in the substrate surface, and a driving element composed of a silicon thin film transistor is formed in the high density generation portion. Nessensu element is provided.

【0009】以下、図2に沿って本発明に係るEL素子
の構成及び動作について説明する。本発明に係るEL素
子は、支持基板(201)上に下部電極と発光層の結晶
性の制御層を兼ねる薄膜層(以下、溶融再結晶化膜とも
いう)(202)とその上にヘテロエピタキシャル成長
法で形成した単結晶絶縁膜(203)及び単結晶発光層
(204)、上部絶縁層(205)、上部電極(20
6)により構成される。本発明においては、溶融再結晶
化膜(202)として、支持基板上(201)に溶融再
結晶化法で形成した単結晶シリコン薄膜を用いる。
The structure and operation of the EL element according to the present invention will be described below with reference to FIG. The EL device according to the present invention comprises a support substrate (201), a thin film layer (hereinafter also referred to as a melt recrystallized film) (202) which also serves as a lower electrode and a crystallinity control layer of a light emitting layer, and a heteroepitaxial growth layer formed thereon. Single crystal insulating film (203) and single crystal light emitting layer (204), upper insulating layer (205), upper electrode (20)
6). In the present invention, a single crystal silicon thin film formed on the support substrate (201) by the melt recrystallization method is used as the melt recrystallized film (202).

【0010】図3は、ガラス基板上に形成した溶融再結
晶化膜をエッチング処理し各種欠陥を強調した表面の電
子顕微鏡写真の説明図(スケッチ図)である。図3
(a)の溶融再結晶化膜には双晶欠陥(301)が存在
し、図3(b)の膜には亜粒界(302)が存在してい
ることが判る。この様な結晶欠陥は、溶融再結晶化膜に
特有なものであり、再結晶化方法により欠陥の種類や発
生位置を制御することが可能である。そして、この状態
の溶融再結晶化膜上にヘテロエピタキシャル成長により
形成した発光層には、双晶もしくは亜粒界等の結晶情報
も反映される。従って、溶融再結晶化膜を単結晶EL素
子形成用の下地基板にすることで、通常の単結晶シリコ
ン基板では不可能な発光層への双晶もしくは亜粒界等の
結晶欠陥の導入が可能になる。この結果、本発明のEL
素子は次のような特徴を有する。 1.デットレイヤーが絶縁層/発光層界面に存在しな
い。 2.発光層中の膜厚方向に結晶欠陥(未結合手)が存在
する。 3.EL素子の電圧印加方向に結晶格子の不連続部分
(双晶帯)が存在する。
FIG. 3 is an explanatory view (sketch diagram) of an electron micrograph of a surface in which a molten recrystallized film formed on a glass substrate is subjected to etching treatment to highlight various defects. FIG.
It can be seen that the melt recrystallized film of (a) has twin defects (301) and the film of FIG. 3 (b) has subgrain boundaries (302). Such crystal defects are peculiar to the melt recrystallized film, and it is possible to control the type and position of the defects by the recrystallization method. Then, the light emitting layer formed by heteroepitaxial growth on the molten recrystallized film in this state also reflects the crystal information such as twins or sub-grain boundaries. Therefore, by using the melt recrystallized film as a base substrate for forming a single crystal EL device, it is possible to introduce crystal defects such as twins or subgrain boundaries into the light emitting layer, which is not possible with a normal single crystal silicon substrate. become. As a result, the EL of the present invention
The element has the following features. 1. The dead layer does not exist at the insulating layer / light emitting layer interface. 2. Crystal defects (dangling bonds) exist in the thickness direction in the light emitting layer. 3. There is a discontinuous portion (twin zone) of the crystal lattice in the voltage application direction of the EL element.

【0011】次に、上記構成の本発明のEL素子の動作
について説明する。本発明に係るEL素子は、デットレ
イヤーが存在しないために従来の単結晶素子と同様に駆
動電圧の低電圧化が可能である。また、発光層中に存在
する結晶欠陥は、発光中心を励起する電子の供給源にな
る。図4は、下地基板(401)上に溶融再結晶化膜
(402)、下部絶縁層(403)を介して形成した発
光層中(404)に形成される双晶帯(406)の方向
を示す。図4に示されるように、母結晶(405)が配
向(100)を有するEL素子(408)の場合には、
双晶帯は電圧印加方向(407)を横切る方向に形成さ
れる。この様な状態を発光層に形成することにより、な
だれ降伏が起こる電圧が制御でき、従来の単結晶素子で
問題となっていたクランプ電圧の低電圧化が解決でき
る。以上の様に、本発明のEL素子は、低電圧駆動で高
輝度発光が実現できる。
Next, the operation of the EL device of the present invention having the above structure will be described. Since the EL element according to the present invention does not have a dead layer, the driving voltage can be lowered as in the conventional single crystal element. Further, the crystal defects existing in the light emitting layer serve as a supply source of electrons that excite the emission center. FIG. 4 shows the direction of the twin band (406) formed in the light emitting layer (404) formed on the underlying substrate (401) via the molten recrystallized film (402) and the lower insulating layer (403). Show. As shown in FIG. 4, when the mother crystal (405) is an EL device (408) having an orientation (100),
The twin band is formed in a direction crossing the voltage application direction (407). By forming such a state in the light emitting layer, it is possible to control the voltage at which avalanche breakdown occurs, and it is possible to solve the problem of lowering the clamp voltage, which has been a problem in conventional single crystal devices. As described above, the EL element of the present invention can realize high-luminance light emission by driving at a low voltage.

【0012】次に本発明のEL素子を構成する材料及び
その形成方法について図2に沿って説明する。支持基板
(201)には、大面積化が可能な石英ガラス、ガラ
ス、セラミックス材料等の透明もしくは不透明基板が使
用できる。この絶縁性基板上に形成される溶融再結晶化
膜(202)は、ストリップヒーター法、高周波誘導加
熱法、ランプ加熱法、レーザー加熱法等の溶融再結晶化
法により、上記支持基板(201)上に形成される。こ
の場合、溶融再結晶化条件を制御することで単結晶Si
の成長状態が制御でき、(100)、(111)、(1
10)等の面方位を任意の位置に形成できる。さらに、
上記方法で作成した溶融再結晶化膜(202)上に、単
結晶Siもしくは単結晶GeをLPCVD法、MO−C
VD法(有機金属熱分解法)、MBE法(Molecu
lar−Beam−Epitaxy)、ALE法(At
omic−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。
Next, materials constituting the EL device of the present invention and a method for forming the same will be described with reference to FIG. As the support substrate (201), a transparent or opaque substrate such as quartz glass, glass, or a ceramic material, which can have a large area, can be used. The melt recrystallized film (202) formed on the insulating substrate is the support substrate (201) by a melt recrystallization method such as a strip heater method, a high frequency induction heating method, a lamp heating method or a laser heating method. Formed on. In this case, the single crystal Si is controlled by controlling the melt recrystallization conditions.
Can control the growth state of (100), (111), (1
The plane orientation such as 10) can be formed at an arbitrary position. further,
On the melt recrystallized film (202) formed by the above method, single crystal Si or single crystal Ge is deposited by the LPCVD method, MO-C.
VD method (metalorganic pyrolysis method), MBE method (Molecu
lar-Beam-Epitaxy), ALE method (At
The single crystal semiconductor layer may have a multi-layered structure by epitaxial growth using a thin film growth method such as an electron-layer-epitaxial method, an electron beam evaporation method, a sputtering method, and a plasma CVD method.

【0013】この場合、溶融再結晶化膜上に成長した単
結晶SiもしくはGe層は、表面性の向上や、溶融再結
晶化膜上に成長する単結晶絶縁物層との格子ミスマッチ
を緩和する作用を有する。
In this case, the single-crystal Si or Ge layer grown on the melt-recrystallized film improves the surface property and alleviates lattice mismatch with the single-crystal insulator layer grown on the melt-recrystallized film. Have an effect.

【0014】また、本発明においては、溶融再結晶化膜
は電極としても使用するため、その抵抗率は10-4(Ω
・cm)〜102(Ω・cm)の範囲にすることが望ま
しい。上記方法により作成した溶融再結晶化膜(20
2)上に、単結晶絶縁物層(203)としPbTi
3、PLT、PLZT、BaTiO3、SrTiO3
23、YSZ、Ta23、Sm23、Al23、Mg
O、MgAl23等の酸化物材料や、CaF2、Ba
2、SrF2等のフッ化物材料を、炭層もしくは多層構
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(Molecular−Beam−Epita
xy)、ALE法(Atomic−Layer−Epi
taxy)、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法等の成長方法が挙げられ、これ
らの方法は単独あるいは二種以上併用して用いられる。
In the present invention, since the melt recrystallized film is also used as an electrode, its resistivity is 10 −4 (Ω).
・ Cm) to 10 2 (Ω · cm) is preferable. The melt recrystallized film (20
2) as a single crystal insulator layer (203) on top of which PbTi
O 3 , PLT, PLZT, BaTiO 3 , SrTiO 3 ,
Y 2 O 3 , YSZ, Ta 2 O 3 , Sm 2 O 3 , Al 2 O 3 , Mg
O, oxide materials such as MgAl 2 O 3 , CaF 2 , Ba
Fluoride materials such as F 2 and SrF 2 are epitaxially grown in a carbon layer or a multilayer structure. As means for epitaxial growth, MO-CVD method (organic metal pyrolysis method),
MBE method (Molecular-Beam-Epita
xy), ALE method (Atomic-Layer-Epi)
Examples of the growth method include a taxy) method, an electron beam evaporation method, a sputtering method, and a plasma CVD method. These methods may be used alone or in combination of two or more kinds.

【0015】上記単結晶絶縁層(203)上にエピタキ
シャル成長する単結晶発光層(204)としては、Zn
S、ZnSe、ZnSxSex−1等を母材とし、発光
中心としてMnを添加したZnS: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、N
dF3、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、T
m、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て
もよい。
As the single crystal light emitting layer (204) epitaxially grown on the single crystal insulating layer (203), Zn is used.
A ZnS: Mn-based material in which S, ZnSe, ZnSxSex-1 or the like is used as a base material and Mn is added as an emission center, or a ZnS: Cu-based material in which Cu is added to the base material, or a rare earth fluoride ( TbF 3 , ErF 3 , N
dF 3 , TmF 3 , PrF 3 , SmF 3 , DyF 3 , HoF 3
Etc.) is used. Further, SrS is used as a base material, and Ce, Sm, Tb, Dy, Er, T
A material to which m, Pr, Mn or the like is added, or a material in which CaS is a base material and Er or the like is added to the emission center may be used as the light emitting layer.

【0016】上記発光層材料を、単結晶絶縁層(20
3)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−C
VD法、MBE法、ALE法、EB蒸着法、スパッタリ
ング法、プラズマCVD法等の成長方法が単独もしくは
併用して使用される。上記方法により溶融再結晶化膜
(202)上にヘテロエピタキシャル成長する、単結晶
絶縁層(203)及び単結晶発光層(204)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(203)、単
結晶発光層(204)の面方位は溶融再結晶化膜層(2
02)の面方位を反映したものとなる。
The light emitting layer material is used as a single crystal insulating layer (20
3) Epitaxially grow a single layer or a multi-layered structure on it. As means for epitaxial growth, MO-C
Growth methods such as the VD method, the MBE method, the ALE method, the EB vapor deposition method, the sputtering method, and the plasma CVD method are used alone or in combination. The single crystal insulating layer (203) and the single crystal light emitting layer (204) heteroepitaxially grown on the melt recrystallized film (202) by the above method have a crystal structure of each layer, a matching of lattice spacing, a difference in thermal expansion coefficient, etc. In consideration of the above, the optimum material is selected, and epitaxial growth is sequentially performed on each layer. As a result, the plane orientations of the single crystal insulating layer (203) and the single crystal light emitting layer (204) are the same as those of the melt recrystallized film layer (2).
02) which reflects the plane orientation.

【0017】次に溶融再結晶化膜上にヘテロエピタキシ
ャル成長した単結晶発光層(204)上に、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
からなる上部絶縁層(205)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、PL
T、PLZT、BaTiO3、SrTiO3、Y23、Y
SZr、Ta23、Sm23、Al 23、MgO、Mg
Al23、SiO2、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、BaF2等の材料が使用できる。また、単結晶
もしくは多結晶の窒化物材料としては、Si34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。
Next, heteroepitaxy is formed on the melt-recrystallized film.
If the single crystal is grown on the single crystal light emitting layer (204)
Insulator materials such as polycrystalline oxides, fluorides and nitrides
Forming an upper insulating layer (205). Single crystal
As a polycrystalline oxide material, PbTiO 33, PL
T, PLZT, BaTiO3, SrTiO3, Y2O3, Y
SZr, Ta2O3, Sm2O3, Al 2O3, MgO, Mg
Al2O3, SiO2, SiON, ZnO and other materials are used
As a single crystal or polycrystalline fluoride material,
CaF2, BaF2Materials such as can be used. Single crystal
Or, as the polycrystalline nitride material, Si3NFourEtc.
Can be used. As a method for growing the above-mentioned insulator material, MO-
CVD method, MBE method, ALE method, sputtering method,
Razma CVD method, electron beam evaporation method, etc. are used.
Be done.

【0018】最後に、上記上部絶縁層(205)上に、
透明導電膜(206)としてAu、ITO、ぃ23、S
nO2、ZnO:Al等を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を用いて形成すれば、本発明に
係る二重絶縁構造EL素子が得られる。
Finally, on the upper insulating layer (205),
As the transparent conductive film (206), Au, ITO, i 2 O 3 , S
nO 2 , ZnO: Al, etc. are used for MO-CVD, MBE,
The double-insulation EL device according to the present invention can be obtained by using the ALE method, the sputtering method, the plasma CVD method, the electron beam vapor deposition method, or the like.

【0019】[0019]

【実施例】次に実施例により本発明について具体的に説
明する。
EXAMPLES Next, the present invention will be specifically described by way of examples.

【0020】実施例1 まず、図5に示される本発明のEL素子について説明す
る。本EL素子は、ガラス基板(501)上にレーザー
ビームを熱源に用いて形成した溶融再結晶化膜(単結晶
Si:薄膜)(502)と、その上にMBE法によりエ
ピタキシャル成長したCaF2薄膜(503)、MO−
CVD法によりエピタキシャル成長したZnS:Mn薄
膜(504)、スパッタリング法により形成したSi3
4薄膜(505)、ITO薄膜(506)により構成
される二重絶縁構造素子である。ここで、レーザービー
ムを溶融再結晶化の加熱源に用いた場合、ビーム形状を
制御することで任意の温度プロファイルが形成できる。
その結果、単結晶Si薄膜の溶融再結晶化過程が領域毎
に変化し、同一基板で配向状態が異なる結晶が形成でき
る。図6は、この方法で形成した溶融再結晶化膜のX線
回折結果である。回折パターンには、(111)配向
(601)と(100)配向(602)によるピークが
観察されている。これは、図7のようなSi薄膜の状態
を反映するものである。図7において、702は溶融再
結晶膜、703は(100)配向部、704は(11
1)配向部である。この溶融再結晶化膜を下地基板とし
てヘテロエピタキシャル成長したZnS:Mn薄膜(5
04)も同様の配向状態になり、配向状態が異なる領域
間はグレインバンダリーにより分離される。よて、図5
のEL素子は、デットレイヤーが存在せず、しかも、発
光層中にグレインバンダリーが導入された構造をとる。
図8は、本EL素子(801)の発光輝度電圧特性につ
いて、各層が多結晶材料で構成される従来の二重絶縁構
造素子(802)と比較した結果である。この結果か
ら、本実施例によるEL素子は、従来の多結晶材料を発
光層とするEL素子と比較して、低電圧で発光すること
が判る。また、本EL素子では、発光開始後の輝度の立
上りに従来素子とは異なる特性が見られる。つまり、従
来のEL素子では、発光開始後に発光輝度が急激に増加
するのに対して、本EL素子での輝度の立上りは発光開
始直後には緩やかな特性を示す。これは、ZnS:Mn
薄膜の配向面により発光閾電圧及び輝度電圧特性が異な
ることによる。本EL素子では(100)と(111)
配向面が素子内に共存し、低電圧印加状態では、(10
0)配向部分のみで発光が起こり、高電圧印加状態では
いずれの配向部分でも発光が起こる。その結果、従来の
EL素子とは異なり、発光輝度の持続性に優れたものと
なる。
Example 1 First, the EL device of the present invention shown in FIG. 5 will be described. This EL device comprises a molten recrystallized film (single crystal Si: thin film) (502) formed on a glass substrate (501) by using a laser beam as a heat source, and a CaF 2 thin film epitaxially grown thereon by the MBE method ( 503), MO-
ZnS: Mn thin film (504) epitaxially grown by CVD method, Si 3 formed by sputtering method
It is a double insulating structure element composed of an N 4 thin film (505) and an ITO thin film (506). Here, when a laser beam is used as a heating source for melt recrystallization, an arbitrary temperature profile can be formed by controlling the beam shape.
As a result, the melting and recrystallization process of the single crystal Si thin film changes for each region, and crystals with different orientation states can be formed on the same substrate. FIG. 6 shows the X-ray diffraction results of the melt recrystallized film formed by this method. In the diffraction pattern, peaks due to the (111) orientation (601) and the (100) orientation (602) are observed. This reflects the state of the Si thin film as shown in FIG. In FIG. 7, 702 is a molten recrystallized film, 703 is a (100) oriented portion, and 704 is (11).
1) Oriented portion. A ZnS: Mn thin film (5
04) also has a similar orientation state, and regions having different orientation states are separated by grain boundary. Therefore, FIG.
The EL device of No. 1 has a structure in which no dead layer is present and grain boundary is introduced into the light emitting layer.
FIG. 8 shows the results of comparison of the emission luminance voltage characteristics of the present EL device (801) with the conventional double insulating structure device (802) in which each layer is made of a polycrystalline material. From this result, it can be seen that the EL element according to the present example emits light at a lower voltage than the conventional EL element using the polycrystalline material as the light emitting layer. Further, in the EL device of the present invention, a characteristic different from that of the conventional device is observed in the rise of the luminance after the start of light emission. That is, in the conventional EL element, the light emission brightness sharply increases after the start of light emission, whereas the rise of the brightness in the present EL element shows a gradual characteristic immediately after the start of light emission. This is ZnS: Mn
This is because the light emission threshold voltage and the luminance voltage characteristics differ depending on the orientation surface of the thin film. In this EL device, (100) and (111)
When the orientation plane coexists in the device and a low voltage is applied, (10
0) Light emission occurs only in the alignment portion, and light emission occurs in any of the alignment portions when a high voltage is applied. As a result, unlike the conventional EL element, the emission luminance is excellent in sustainability.

【0021】実施例2 次に図9に示されるSrS:Ce薄膜を発光層に用いた
青色発光素子について説明する。このEL素子は低電圧
駆動、高輝度発光を実現するものである。本EL素子
は、ガラス基板(901)上の溶融再結晶化膜(90
2)上にヘテロエピタキシャル成長法により形成した下
部絶縁層であるSrF2薄膜(903)、発光層である
SrS:Ce薄膜(904)、その上に上部絶縁層とし
て形成したSi34薄膜(905)、透明電極に用いる
ITO薄膜(906)により構成される。ここで、各薄
膜を形成する基板になる溶融再結晶化膜は、溶融再結晶
化前のpoly−Siを幅100μmのストライプ形状
に加工した後に再結晶化し形成する。この方法で形成し
た溶融再結晶化膜は、溶融した後に凝固する過程でスト
ライプと直交方向に応力が加わり、双晶欠陥がストライ
プに対して平行方向に導入される(図3)。溶融再結晶
化膜上に成長した発光層には、同様の双晶欠陥が導入さ
れる。図10は、本実施例に係るEL素子(1001)
の輝度電圧特性について、従来の単結晶Si基板上に形
成した同様構成のEL素子(1002)と比較した結果
を示したものである。この結果から、本実施例に係るE
L素子では、単結晶Si基板上に形成したEL素子より
も輝度電圧特性に現れる飽和領域での発光輝度が高いこ
とが判る。図4に示す様に、双晶帯(406)は、母結
晶(405)が(100)配向の場合には電圧印加方向
を横切る方向に導入される。この結果、本EL素子では
従来の単結晶EL素子と比較して、なだれ降伏がより高
電圧で起こるようになる。つまり、単結晶EL素子と同
じ電圧を印加した場合には、本EL素子の場合が発光層
にかかる電圧が高くなる。よって、図示の様により高い
飽和輝度が得られるものと推察される。
Example 2 Next, a blue light emitting device using the SrS: Ce thin film shown in FIG. 9 as a light emitting layer will be described. This EL element realizes low voltage driving and high brightness light emission. This EL device comprises a melt recrystallized film (90) on a glass substrate (901).
2) SrF 2 thin film (903) which is a lower insulating layer formed by heteroepitaxial growth method, SrS: Ce thin film (904) which is a light emitting layer, and Si 3 N 4 thin film (905 which is formed as an upper insulating layer on it) ), And an ITO thin film (906) used for a transparent electrode. Here, the melt-recrystallized film serving as a substrate for forming each thin film is formed by processing poly-Si before melt-recrystallization into a stripe shape having a width of 100 μm and then recrystallizing. In the molten recrystallized film formed by this method, stress is applied in the direction orthogonal to the stripe in the process of solidification after melting, and twin defects are introduced in the direction parallel to the stripe (FIG. 3). Similar twin defects are introduced into the light emitting layer grown on the melt recrystallized film. FIG. 10 shows an EL device (1001) according to this embodiment.
2 shows the results of comparison of the luminance voltage characteristics of the conventional EL element (1002) having the same structure formed on a single crystal Si substrate. From this result, E according to the present embodiment
It can be seen that the L element has higher emission luminance in the saturated region which appears in the luminance voltage characteristic than the EL element formed on the single crystal Si substrate. As shown in FIG. 4, the twin zone (406) is introduced in the direction transverse to the voltage application direction when the mother crystal (405) has the (100) orientation. As a result, in the present EL element, avalanche breakdown occurs at a higher voltage as compared with the conventional single crystal EL element. That is, when the same voltage as that of the single crystal EL element is applied, the voltage applied to the light emitting layer becomes higher in the case of the present EL element. Therefore, it is presumed that higher saturated brightness can be obtained as shown in the figure.

【0022】実施例3 本実施例は、駆動電圧がより低電圧化されたEL素子を
説明するものである。溶融再結晶化膜には、一般に図3
に示した亜粒界(サブグレインバンダリ)が存在する。
亜粒界は、転移の集合体であり未結合手等の結晶欠陥が
存在する。この溶融再結晶化膜上にエピタキシャル成長
した発光層には、同様の欠陥が形成される。この様な欠
陥が発光層中に存在すると、より低電圧で発光に寄与す
るキャリアが発生し、従来の単結晶EL素子よりもさら
に低電圧発光が可能である。図11は、上記溶融再結晶
化膜上(1101)及び単結晶Si基板上(1102)
に同様の二重絶縁構造素子を形成し輝度電圧特性を比較
した結果を示したものである。ここで形成した素子構成
は次の通りである。下部絶縁層には、Si上にMEB法
により膜厚1500(Å)でエピタキシャル成長したC
aF2薄膜を用いた。また、発光層にはCaF2薄膜上に
MO−CVD法により膜厚3000(Å)及び100
(Å)で形成したSi24及びSiON積層膜を用い
た。また、透明電極には真空蒸着法により形成したAu
薄膜を用いた。各基板上に形成した素子は、5kHz正
弦波で駆動した。図11から、上記方法で溶融再結晶化
膜上に形成したEL素子では、発光開始電圧を従来の単
結晶素子よりも約50(V)低電圧化することが確認で
きた。以上の結果は、発光層への亜粒界の導入が素子駆
動電圧の低電圧化に有効であることを示している。
Example 3 This example describes an EL device in which the driving voltage is lowered. The melt recrystallized film generally has a structure shown in FIG.
There is a sub-grain boundary (subgrain boundary) shown in.
Subgrain boundaries are aggregates of dislocations and have crystal defects such as dangling bonds. Similar defects are formed in the light emitting layer epitaxially grown on the melt recrystallized film. When such a defect is present in the light emitting layer, carriers that contribute to light emission are generated at a lower voltage, and light emission at a lower voltage is possible as compared with the conventional single crystal EL element. FIG. 11 shows the fused recrystallized film (1101) and the single crystal Si substrate (1102).
The results of comparing the luminance-voltage characteristics by forming the same double-insulated structure element in FIG. The element structure formed here is as follows. For the lower insulating layer, C epitaxially grown on Si by the MEB method to a film thickness of 1500 (Å)
An aF 2 thin film was used. For the light emitting layer, a film thickness of 3000 (Å) and 100 is formed on the CaF 2 thin film by MO-CVD.
The Si 2 N 4 and SiON laminated film formed in (Å) was used. In addition, Au formed on the transparent electrode by a vacuum deposition method
A thin film was used. The element formed on each substrate was driven by a 5 kHz sine wave. From FIG. 11, it was confirmed that the EL element formed on the melt-recrystallized film by the above method has a lower emission start voltage than that of the conventional single crystal element by about 50 (V). The above results indicate that the introduction of sub-grain boundaries into the light emitting layer is effective for lowering the device driving voltage.

【0023】実施例4 本実施例は、溶融再結晶化法により形成したガラス基板
上の単結晶Si薄膜上にEL素子とその駆動素子とが集
積化されたEL素子を説明するものである。EL素子を
発光素子としたディスプレーパネルを形成する場合、E
L素子への要求は駆動電圧の低電圧化であり、画素コン
トロール用の薄膜トランジスタへの要求はスイッチング
速度の高速化である。一般に、スイッチング素子には、
大面積化が容易な非晶質もしくは多結晶シリコンが用い
られる。しかし、これらの材料は電界効果移動度が小さ
く、スイッチング速度が遅いという問題点がある。これ
に対して、溶融再結晶化膜は、バルクSiと同程度の移
動度が得られ、かつ大面積化が可能なため、ディスプレ
ーのスイッチング素子には最も望ましい材料である。と
ころで、実施例3は、発光層への亜粒界の導入が素子の
低電圧に有効であることが示されている。しかし、薄膜
トランジスタのようなキャリアが膜面と平行方向に移動
する素子では、この種の欠陥は時により悪影響を及ぼし
デバイス特性の不良やバラツキ等の原因になる。従っ
て、溶融再結晶化膜を用いて高性能のトランジスタを形
成する場合には、膜中の亜粒界の密度を極力低減しなけ
ればならない。この様に、結晶欠陥が特性に及ぼす影響
が異なる素子を同一基板上に形成する場合には、以下に
示す様に結晶欠陥の発生位置を制御することで対応出来
る。図12は、亜粒界の発生位置を150μm周期の領
域に制御した溶融再結晶化膜の表面の電子顕微鏡写真の
説明図(スケッチ図)である。図12から明らかな様
に、亜粒界が多数存在する領域(1201)はストライ
プ状に形成され、その間の領域(1202)には亜粒界
はほとんど存在しない。そして、本実施例のEL素子は
図13に示すように、亜粒界が存在する部分(130
5)にはEL素子(1304)を形成し、亜粒界が存在
しない部分(1303)には薄膜トランジスタを形成し
たものである。この本発明のEL素子は、実施例3のE
L素子と同様に亜粒界部分に形成したEL素子における
駆動電圧の低電圧化が可能となり、また、亜粒界が存在
しない部分に形成したMOS−TFT(n−ch)の電
界効果移動度(μFE)は920(cm2/V・s)を示
し、このため高移動度化が図れるものである。以上、本
実施例のEL素子は、発光素子とその駆動素子とは同一
基板上に集積されたものであるが、この場合、結晶欠陥
(亜粒界)の発生位置を制御することにより、低電圧で
駆動可能なEL素子とバルクSiと同程度の移動度を有
する薄膜トランジスタを同一基板上に容易に形成するこ
とができる。
Example 4 This example describes an EL element in which an EL element and its driving element are integrated on a single crystal Si thin film formed on a glass substrate by a melt recrystallization method. When forming a display panel using EL elements as light emitting elements, E
The demand for the L element is to reduce the driving voltage, and the demand for the thin film transistor for pixel control is to increase the switching speed. Generally, switching elements include
Amorphous or polycrystalline silicon, which is easy to increase in area, is used. However, these materials have problems of low field effect mobility and low switching speed. On the other hand, the melt-recrystallized film is the most desirable material for the switching element of the display because it has a mobility similar to that of bulk Si and can have a large area. By the way, Example 3 shows that the introduction of sub-grain boundaries into the light emitting layer is effective for a low voltage of the device. However, in an element such as a thin film transistor in which carriers move in a direction parallel to the film surface, this kind of defect sometimes has an adverse effect and causes a defect or variation in device characteristics. Therefore, when forming a high-performance transistor using a melt-recrystallized film, the density of subgrain boundaries in the film must be reduced as much as possible. As described above, when elements having different influences of crystal defects on characteristics are formed on the same substrate, it is possible to cope with the occurrence of crystal defects by controlling them as described below. FIG. 12 is an explanatory diagram (sketch diagram) of an electron micrograph of the surface of the melt recrystallized film in which the position of generation of subgrain boundaries is controlled to a region of a 150 μm cycle. As is clear from FIG. 12, the region (1201) having a large number of sub-grain boundaries is formed in a stripe shape, and the region (1202) between them has almost no sub-grain boundaries. Then, as shown in FIG. 13, the EL device of the present embodiment has a portion (130
An EL element (1304) is formed in 5), and a thin film transistor is formed in a portion (1303) where subgrain boundaries do not exist. This EL element of the present invention is the same as the EL element of Example 3.
As in the L element, the driving voltage of the EL element formed in the sub-grain boundary portion can be lowered, and the field effect mobility of the MOS-TFT (n-ch) formed in the portion where the sub-grain boundary does not exist. (ΜFE) shows 920 (cm 2 / V · s), and therefore high mobility can be achieved. As described above, in the EL device of the present embodiment, the light emitting device and the driving device thereof are integrated on the same substrate. In this case, by controlling the generation position of crystal defects (sub-grain boundaries), It is possible to easily form an EL element that can be driven by a voltage and a thin film transistor having a mobility similar to that of bulk Si on the same substrate.

【0024】[0024]

【発明の効果】【The invention's effect】

(1)請求項1に対応する作用効果 実施例1に記載したように、請求項1のEL素子は、デ
ットレイヤーが存在しないので従来の多結晶材料で構成
されるEL素子と比較して、駆動電圧の低電圧化が可能
となり、また発光輝度の持続性に優れる。また、このE
L素子は、支持基板にガラス基板が使用できることか
ら、大面積化にも有利である。 (2)請求項2に対応する作用効果 実施例2に記載したように、請求項2のEL素子は、双
晶欠陥が存在する結晶性材料からなる発光層が形成され
ているので、従来の単結晶材料で構成されるEL素子と
比較して、高められた発光輝度を示す。またこのEL素
子は高配向膜が得にくい、SrSやCaSを発光層の材
料とすることができるため、材料選択の自由度が極めて
高いものである。 (3)請求項3に対応する作用効果 実施例3に記載したように、請求項3のEL素子は、亜
粒界が存在する結晶性材料からなる発光層が形成されて
いるので、従来の単結晶材料で構成されるEL素子と比
較して、駆動電圧を低電圧化することが可能となり、ま
た、溶融再結晶化膜中の亜粒界の発生密度は、溶融再結
晶化方法により制御できるのでその生産性も良好なもの
である。 (4)請求項4に対応する作用効果 実施例4に記載したように請求項4のEL素子は、低電
圧駆動のEL素子と、高速動作が可能なその駆動素子を
同一支持基板上に形成することができるので、薄膜ディ
スプレーとして有効に利用される。
(1) Operation and Effect Corresponding to Claim 1 As described in Example 1, the EL device of claim 1 does not have a dead layer, so compared with an EL device composed of a conventional polycrystalline material, The driving voltage can be lowered, and the emission brightness is excellent in sustainability. Also, this E
Since the glass substrate can be used as the support substrate, the L element is also advantageous in increasing the area. (2) Functions and Effects Corresponding to Claim 2 As described in Example 2, the EL element of Claim 2 has a light emitting layer formed of a crystalline material having twin defects. Compared with an EL device composed of a single crystal material, it exhibits enhanced emission brightness. Further, in this EL element, since it is difficult to obtain a highly oriented film and SrS or CaS can be used as the material of the light emitting layer, the degree of freedom in material selection is extremely high. (3) Function and Effect Corresponding to Claim 3 As described in Example 3, in the EL element of Claim 3, since the light emitting layer made of a crystalline material having subgrain boundaries is formed, It is possible to lower the driving voltage compared to an EL element composed of a single crystal material, and the generation density of sub-grain boundaries in the melt recrystallized film is controlled by the melt recrystallization method. Since it is possible, its productivity is also good. (4) Operation and Effect Corresponding to Claim 4 As described in Example 4, in the EL element of claim 4, a low-voltage driven EL element and its driving element capable of high-speed operation are formed on the same support substrate. Therefore, it can be effectively used as a thin film display.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】従来の多結晶材料による二重絶縁構造EL素子
の断面図
FIG. 1 is a cross-sectional view of a conventional double-insulation EL device made of a polycrystalline material.

【図2】本発明に係る二重絶縁構造EL素子の断面図FIG. 2 is a sectional view of a double insulating structure EL element according to the present invention.

【図3】溶融再結晶化膜の表面の電子顕微鏡写真(欠陥
を強調するエッチング処理後)の説明図 (a)亜粒界を形成した溶融再結晶化膜 (b)双晶欠陥を形成した溶融再結晶化膜
FIG. 3 is an explanatory view of an electron micrograph (after etching process for emphasizing defects) of the surface of the melt-recrystallized film. (A) A melt-recrystallized film with sub-grain boundaries formed (b) Twin defects formed Melt recrystallized film

【図4】発光層に導入される双晶帯の方向の電圧印加方
向の関係を表わした図
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between voltage application directions of directions of twin bands introduced into a light emitting layer.

【図5】実施例1におけるEL素子の断面図FIG. 5 is a cross-sectional view of an EL element in Example 1.

【図6】溶融再結晶化膜のX線回折結果の説明図FIG. 6 is an explanatory diagram of X-ray diffraction results of a melt recrystallized film.

【図7】溶融再結晶化膜の配向状態の概略図FIG. 7 is a schematic view of the orientation state of the melt recrystallized film.

【図8】実施例1に係るEL素子の発光輝度と電圧特性
の関係図
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the light emission luminance and the voltage characteristic of the EL element according to Example 1.

【図9】実施例2に係るEL素子断の面図FIG. 9 is a sectional view of an EL element disconnection according to Example 2.

【図10】実施例2に係るEL素子の発光輝度と電圧特
性の関係図
FIG. 10 is a relationship diagram between the light emission luminance and the voltage characteristic of the EL element according to the second embodiment.

【図11】実施例3に係るEL素子の断面図FIG. 11 is a sectional view of an EL device according to a third embodiment.

【図12】亜粒界の発生位置を制御した溶融再結晶化膜
の表面の電子顕微鏡写真(欠陥を強調するエッチング処
理後)の説明図
FIG. 12 is an explanatory view of an electron micrograph (after etching treatment for emphasizing defects) of the surface of the melt-recrystallized film in which the generation position of subgrain boundaries is controlled.

【図13】駆動素子一体型EL素子の作成方法の概略図FIG. 13 is a schematic view of a method of manufacturing a drive element integrated EL element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 支持基板 102 下部電極 103 下部絶縁層 104 発光層 105 上部絶縁層 106 上部透明電極 201 支持基板 202 溶融再結晶化膜層 203 単結晶絶縁層(下部絶縁層) 204 単結晶発光層 205 上部絶縁層 206 上部透明電極 301 亜粒界 302 双晶欠陥 401 支持基板 402 溶融再結晶化膜 403 下部絶縁層 404 発光層 405 母結晶 406 双晶帯 407 電圧印加方向 408 結晶軸の方向 501 ガラス基板 502 Si薄膜 503 CaF2薄膜 504 ZnS:Mn薄膜 505 Si34薄膜 506 ITO薄膜 601 (111)配向部からの回折ピーク 602 (100)配向部からの回折ピーク 701 ガラス基板 702 溶融再結晶化膜 703 (100)配向部 704 (111)配向部 801 本実施例によるEL素子 802 従来の多結晶EL素子 901 ガラス基板 902 Si薄膜 903 SrF2薄膜 904 SrS:Ce薄膜 905 Si34薄膜 906 ITO薄膜 1001 実施例2に係るEL素子 1002 従来の単結晶EL素子 1101 実施例3に係るEL素子 1102 従来の単結晶EL素子 1201 高密度発生部分 1202 低密度発生部分 1301 支持基板 1302 溶融再結晶化膜 1303 駆動素子形成領域 1304 EL素子 1305 亜粒界高密度発生領域101 Supporting Substrate 102 Lower Electrode 103 Lower Insulating Layer 104 Light Emitting Layer 105 Upper Insulating Layer 106 Upper Transparent Electrode 201 Supporting Substrate 202 Melt Recrystallization Film Layer 203 Single Crystal Insulating Layer (Lower Insulating Layer) 204 Single Crystal Emitting Layer 205 Upper Insulating Layer 206 Upper Transparent Electrode 301 Subgrain Boundary 302 Twin Defect 401 Supporting Substrate 402 Melt Recrystallized Film 403 Lower Insulating Layer 404 Light Emitting Layer 405 Parent Crystal 406 Twin Band 407 Voltage Application Direction 408 Crystal Axis Direction 501 Glass Substrate 502 Si Thin Film 503 CaF 2 thin film 504 ZnS: Mn thin film 505 Si 3 N 4 thin film 506 ITO thin film 601 (111) Diffraction peak from orientation part 602 (100) Diffraction peak from orientation part 701 Glass substrate 702 Melt recrystallized film 703 (100) ) Oriented portion 704 (111) Oriented portion 8 EL element 802 conventional polycrystalline EL element 901 glass substrate 902 Si thin film 903 SrF 2 film 904 according to one embodiment SrS: Ce film 905 Si 3 N 4 film 906 EL element 1002 conventional single according to the ITO thin film 1001 Example 2 Crystal EL element 1101 EL element according to Example 3 1102 Conventional single crystal EL element 1201 High density generation portion 1202 Low density generation portion 1301 Support substrate 1302 Melt recrystallized film 1303 Driving element formation region 1304 EL element 1305 Sub grain boundary height Density generation area

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 支持基板上に、下部電極と発光層の結晶
性の制御層を兼ねる薄膜層を形成し、この薄膜層と接し
て下部絶縁層を形成し、下部絶縁層と上部絶縁層とで挾
んだ構成で発光層を形成し、上部絶縁層上に上部電極を
形成してなる薄膜エレクトロルミネッセンス素子におい
て、下部電極と発光層の結晶性の制御を兼ねる薄膜層
は、基板と平行方向の結晶配向面が少なくても二種類存
在する溶融再結晶化法で形成したシリコン薄膜であるこ
とを特徴とする薄膜エレクトロルミネッセンス素子。
1. A thin film layer that also serves as a lower electrode and a crystallinity control layer of a light emitting layer is formed on a supporting substrate, and a lower insulating layer is formed in contact with the thin film layer, and a lower insulating layer and an upper insulating layer are formed. In a thin film electroluminescent device in which a light emitting layer is formed with a structure sandwiched between, and an upper electrode is formed on an upper insulating layer, the thin film layer that also controls the crystallinity of the lower electrode and the light emitting layer is parallel to the substrate. A thin film electroluminescent element, which is a silicon thin film formed by a melt recrystallization method in which at least two kinds of crystal orientation planes of the above exist.
【請求項2】 下部電極と発光層の結晶性の制御を兼ね
る薄膜層は、双晶の関係にある複数の結晶配向面が存在
する溶融再結晶化法で形成したシリコン薄膜であること
を特徴とする請求項1記載の薄膜エレクトロルミネッセ
ンス素子。
2. The thin film layer which also controls the crystallinity of the lower electrode and the light emitting layer is a silicon thin film formed by a melt recrystallization method in which a plurality of crystal orientation planes having a twin relationship exist. The thin film electroluminescent element according to claim 1.
【請求項3】 支持基板上に、下部電極と発光層の結晶
性の制御層を兼ねる薄膜層を形成し、この薄膜層と接し
て下部絶縁層を形成し、下部絶縁層と上部絶縁層とで挾
んだ構成で発光層を形成し、上部絶縁層上に上部電極を
形成してなる薄膜エレクトロルミネッセンス素子におい
て、下部電極と発光層の結晶性を兼ねる薄膜層は、粒界
が存在する単一の結晶配向で構成される溶融再結晶化法
で形成したシリコン薄膜であることを特徴とする薄膜エ
レクトロルミネッセンス素子。
3. A thin film layer which also serves as a lower electrode and a crystallinity control layer of the light emitting layer is formed on a supporting substrate, and a lower insulating layer is formed in contact with this thin film layer, and a lower insulating layer and an upper insulating layer are formed. In a thin film electroluminescent device in which a light emitting layer is formed with a structure sandwiched between the upper electrode and an upper electrode on an upper insulating layer, the thin film layer that also serves as the crystallinity of the lower electrode and the light emitting layer has a grain boundary. A thin film electroluminescent device, which is a silicon thin film formed by a melt recrystallization method having one crystal orientation.
【請求項4】 下部電極と発光層の結晶性の制御を兼ね
るシリコン薄膜層は、粒界の発生密度が基板面内で周期
的に変化し、高密度発生部分にはシリコン薄膜トランジ
スタからなる駆動素子を形成することを特徴とする請求
項3記載の薄膜エレクトロルミネッセンス素子。
4. A silicon thin film layer, which also serves as a control of crystallinity of a lower electrode and a light emitting layer, has a generation density of grain boundaries which periodically changes in a substrate surface, and a driving element formed of a silicon thin film transistor in a high density generation portion. The thin film electroluminescent element according to claim 3, wherein the thin film electroluminescent element is formed.
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