JPH081831B2 - 薄膜el素子の製造方法 - Google Patents

薄膜el素子の製造方法

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JPH081831B2
JPH081831B2 JP3179461A JP17946191A JPH081831B2 JP H081831 B2 JPH081831 B2 JP H081831B2 JP 3179461 A JP3179461 A JP 3179461A JP 17946191 A JP17946191 A JP 17946191A JP H081831 B2 JPH081831 B2 JP H081831B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、各種画像表示デバイス
に使用される薄膜EL素子の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】薄膜EL素子は輝度が高く、特性劣化が
少ない利点を有することから、ブラウン管(CRT)に
代わる新しい画像表示デバイスとして、特にOA端末用
ディスプレイへの応用が期待されており、フルカラー表
示用EL発光材料の開発が望まれている。通常このよう
なEL発光材料としては、2族−6族間化合物または3
族−5族間化合物からなる半導体材料、例えば前者にあ
ってはZnS(硫化亜鉛),ZnSe(セレニウム化亜
鉛)などが、後者にあってはGaAs(ガリウムヒ
素),InP(インジウムリン)などが広く用いられて
いる。
【0003】ここでフルカラーを表示可能にするには、
光の3原色である赤(Red),緑(Green),青
(Blue)の3種類の単色光、いわゆるR,G,Bを
発光させる発光材料の実現が必要となる。また、R,
G,Bの3色を混合することにより白色が発光可能とな
る。
【0004】緑色,黄色といった単色光を呈する薄膜E
L素子は、ZnSにMn,Cuを不純物として添加する
ことにより実現されているが、完全に白色を呈するもの
は得られていない。また、最近複数の発光層によるマル
チカラーEL素子が開発されているものの、青色発光層
の輝度や信頼性、さらには製造工程の複雑さなどの問題
から未だ実用化には至っていない。
【0005】一方、非晶質炭化珪素(アモルファス炭化
珪素、以後a−SiC:Hと称する)を用いて白色発光
が得られることが発表(柊本他 第29回応用物理学会
予稿集3a−Z−8(昭和57年春))されて以来、a
−SiC:H薄膜の発光輝度の向上や信頼性の改善が試
みられている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところでアモルファス
炭化珪素を用いた従来の薄膜EL素子では、輝度が低い
ために十分な発光効率が得られないので、実用化に至っ
ていないという問題がある。
【0007】輝度が低い原因としては、a−SiC:H
中のSiとCが均一に分散してランダムネットワークを
形成しておらず、ポリマー状のC−C結合、あるいはグ
ラファイト状の結合を有するC原子を多く含むために、
構造が不均一になってダングリングボンド(未結合手)
密度が高いことが考えられる。このように高密度にダン
グリングボンドが存在すると、これが非発光性再結合中
心として作用するので、発光効率は低くなる。このため
ほとんどSi−C結合のみからなる均一な構造を有する
a−SiC:Hを形成することが望まれている。
【0008】本発明は以上のような問題に対処してなさ
れたもので、高輝度で十分な発光効率が得られる薄膜E
L素子の製造方法を提供することを目的とするものであ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本発明の薄膜EL素子の製造方法は、水素化珪素と
フッ化炭素の混合ガス、またはフッ化珪素と炭化水素の
混合ガスを主たる原料として用い、これら混合ガスから
グロー放電分解法によってフッ素が添加されたアモルフ
ァス水素化炭化珪素薄膜の発光層を形成することを特徴
とするものである。
【0010】
【0011】
【作用】発明の薄膜EL素子の製造方法によれば、水
素化珪素とフッ化炭素の混合ガス、またはフッ化珪素と
炭化水素の混合ガスを主たる原料として用いて、グロー
放電分解法により形成されたアモルファス水素化炭化珪
素薄膜を発光層として使用するようにしたので、Si−
C結合を多く含む均一な構造のアモルファス水素化炭化
珪素薄膜を形成することができるため、高輝度で十分な
発光効率を得ることができる薄膜EL素子の製造方法を
提供することができる。
【0012】
【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。
【0013】図1は本発明の薄膜EL素子の実施例を示
す断面図である。図1において、14はガラス基板、1
5はガラス基板14上にスパッタリング法によって0.
2μmの膜厚に形成された例えばITO(酸化インジウ
ム錫)からなる透明電極、16は透明電極15上に電子
ビーム蒸着法によって0.2μmの膜厚に形成された例
えばY2 3 (酸化イットリウム)からなる第1の誘電
体膜、17は第1の誘電体膜16上に後述のようにグロ
ー放電分解法によって0.15μmの膜厚に形成された
発光層として働くアモルファス水素化炭化珪素(以下a
−SiC:H,Fと称する)薄膜、18はa−SiC:
H,F薄膜17上に前記第1の誘電体膜16と同様に、
電子ビーム蒸着法によって0.2μmの膜厚に形成され
た例えばY2 3 からなる第2の誘電体膜、19は第2
の誘電体膜18上に蒸着法によって形成された例えばア
ルミニウムからなる電極である。
【0014】このように本実施例薄膜EL素子は、発光
層として働くa−SiC:H,F薄膜17が第1及び第
2の誘電体膜16,18によって挟まれた二重絶縁体構
造を有している。
【0015】次に本実施例薄膜EL素子の製造方法を説
明する。先ず、図5に示すような構成の薄膜作成装置を
用意する。この薄膜作成装置は、高周波電極11及び上
部電極12を備えた真空容器1と、排気系2と、第1,
第2及び第3のマスフローコントローラ3,5及び7
と、H2 源4と、SiH4 (水素化珪素)源6と、CF
4 (フッ化炭素)源8と、高周波電源9と、マッチング
回路10とを有している。
【0016】このような薄膜作成装置を用いて、先ず真
空容器1内の上部電極12に図1の薄膜EL素子を製造
すべきガラス基板14を載置する。この場合ガラス基板
14としては、透明電極15及び第1の誘電体膜16を
形成済みのものを用いるようにする。この状態で真空容
器1内を排気系2によって1×10-7Torrの高真空に排
気する。
【0017】次に、第1のマスフローコントローラ3に
よりH2 源4から50sccmの流量に調整されたH2 ガス
を真空容器1内に導入する。続いて、第2及び第3のマ
スフローコントローラ5及び7により各々SiH4 源6
及びCF4 源8から、1.5sccm及び3.5sccmの流量
に調整されたSiH4 及びCF4 を導入する。各流量が
安定しかつ真空容器1内のガス圧が安定した後、排気系
2の排気速度を調整して真空容器1内の圧力を0.1To
rrに保持する。
【0018】続いて、高周波電源9(周波数13.56
MHz)からマッチング回路10を介して、真空容器1
内の高周波電極11に50Wの高周波電力を供給する
と、高周波電極11と上部電極12との間でグロー放電
プラズマが発生する。なお、上部電極12の高周波電極
11と対向する面に載置されたガラス基板14は、上部
電極12内に設けられた加熱機構により100℃に加熱
されている。この状態で上記反応ガスのグロー放電を7
0分間行うことにより、分解したa−SiC:H,F薄
膜17が0.15μmの膜厚で第1の誘電体膜16上に
堆積した。
【0019】続いて、周知の電子ビーム蒸着法によって
第2の誘電体膜18及び電極19を形成することによ
り、図1の構造の薄膜EL素子が得られる。
【0020】このとき得られたa−SiC:H,F薄膜
17には、約35atm%のフッ素(F)が含まれてお
り、ダングリングボンドはほとんどF原子によりターミ
ネイトされているため、ESRスピン密度は検出限界以
下であった。なお、本発明者らは、フッ素の含まれる濃
度X(atm%)は5乃至50の範囲が望ましいことを
確かめた。
【0021】図2は、SiH4 源6及びCF4 源8から
真空容器1内に導入されるSiH4 及びCF4 の流量比
を変えて形成した、a−SiC:H,F薄膜17の光学
的エネルギーギャップ(A)を示すものである。比較の
ため従来のa−SiC:H薄膜の光学的エネルギーギャ
ップ(B)を示す。図2から明らかなように、本実施例
による光学的エネルギーギャップ(A)は最大で3.6
eVを示しており、従来例のそれ(B)に比べて広くな
っている。
【0022】本実施例薄膜EL素子の製造方法において
は、SiHn +CFm →SiHn-1 CFm-1 +HFの反
応が優先的に起こる。このため、Si−Si,C−Cな
どの結合を作りにくいので、Si−C結合を多く含む均
一な構造のa−SiC:H,F薄膜を形成することがで
きる。従って、図に示したように光学的エネルギーギャ
ップが広くなり、かつ欠陥準位密度の低いa−SiC:
H,F薄膜を得ることができる。これによって、高輝度
で十分な発光特性を得ることができる。
【0023】また、本実施例によって得られたa−Si
C:H,F薄膜は、非輻射再結合中心であるダングリン
グボンド密度が非常に少ないので、発光効率は約1桁以
上高くなる。
【0024】図3はa−SiC:H,F薄膜をレーザ光
で励起した場合のPL(フォトルミネッセンス)強度の
スペクトルを示すもので、本実施例によるPL強度
(A)は従来のa−SiC:H薄膜のPL強度(B)に
比較し約20倍大きくとることができる。これによって
短波長(青色領域)側の発光強度を大きくすることがで
きるため、白色発光を呈することができるようになる。
レーザ光に代えて交流電界で励起しても同様な効果を得
ることができる。
【0025】図4は本実施例によって得られた薄膜EL
素子と従来のa−SiC:H薄膜を用いたEL素子と
の、発光輝度の経時変化を示すものである。130V
(交流1KHz)の通電試験を行ったところ、従来素子
(B)は1時間で初期の半分まで低下しているのに対
し、本実施例素子(A)では1000時間後も初期特性
を維持しており、輝度の変化は見られなかった。
【0026】この信頼性の高さは、Si−F結合及びC
−F結合が非常に安定であることを示しており、熱エネ
ルギーや光エネルギーによって結合は切られず、構造変
化が起きないためである。
【0027】また本実施例によれば、発光開始電圧Vt
hは約100Vが得られ、従来例より約50V低くする
ことができる。かつ、図3に示したような発光スペクト
ルが得られ、可視光領域全体にスペクトルが広がってい
ることにより明るい白色を呈する。また、輝度は500
fL(フートランバート)とディスプレイに充分応用可
能な値が得られた。さらに本実施例により、発光輝度の
高さのみならず前記のように信頼性の高さにおいても特
筆すべき性能が得られた。
【0028】なお、本実施例において用いた誘電体層と
してはY2 3 に例をとって示したが、これに限らずB
aTiO3 ,PbTiO3 ,Al2 3 ,SiNなどを
用いても良い。さらに、透明電極もITOの代りにSn
2 ,ZnOなどを用いても良い。また、本文例におい
てはSiH4 とCF4 の混合ガスを用いてグロー放電を
行う例で示したが、これに限らずSiF4とCH4 の混
合ガスを用いても同様な結果を得ることができる。要す
るに水酸化物とフッ素化物の混合ガスを用いて反応させ
れば良い。
【0029】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、フッ
素が添加されたアモルファス水素化炭素珪素薄膜を発光
層として用いる薄膜EL素子の製造方法を提供するによ
うしたので、高輝度で十分な発光効率を得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例によって得られた薄膜EL素
示す断面図である。
【図2】本実施例によって得られた素子の発光層と従来
素子の発光層との光学的エネルギーギャップを比較する
特性図である。
【図3】本実施例によって得られた素子の発光層と従来
素子の発光層とのフォトルミネッセンス強度を比較する
特性図である。
【図4】本実施例によって得られた素子と従来素子との
輝度特性を比較する特性図である。
【図5】本実施例に用いる薄膜作成装置の構成を示すブ
ロック図である。
【符号の説明】
15 透明電極 16 第1の誘電体膜 17 フッ素が添加されたアモルファス水素化炭化珪素
薄膜 18 第2の誘電体膜

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水素化珪素とフッ化炭素の混合ガス、ま
    たはフッ化珪素と炭化水素の混合ガスを主たる原料とし
    て用い、これら混合ガスからグロー放電分解法によって
    フッ素が添加されたアモルファス水素化炭化珪素薄膜の
    発光層を形成することを特徴とする薄膜EL素子の製造
    方法。
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