JPS62113385A - 薄膜型ｅｌ素子の製造方法 - Google Patents

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】 〔概要〕 薄１５１型ＥＬ素子の駆動電圧を減少するとともに、Ｅ
Ｌ膜の結晶性を向上して発光効率と輝度とを向上するこ
とを可能にする薄膜型ＥＬ素子の製造方法の改良である
。

薄膜型ＥＬ素子の駆動電圧を減少するために。

ＥＬ膜の下部領域（第１の絶縁膜と接触する領域）を低
抵抗化して、この領域全域の電位を同電位とし、電位的
には、あたかもこの層が存在しないかの如く動作させて
駆動電圧を低下させるために、第１の絶縁膜上に硫化亜
鉛の膜を形成し、ここにアルミニュウム等ＩＩ族または
ＩＩＩ族の元素をイオン注入してこれを低抵抗の硫化亜
鉛膜に転換するものであり、駆動電圧が低下するほか、
ＥＬ膜はこの硫化亜鉛１１々（低抵抗化された硫化亜鉛
膜）の」二に連続して形成されることとなるので、その
結晶性が向上して発光効率や輝度が向上する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は薄膜型ＥＬ素子の製造方法に関する。

特に、駆動電圧を低下し、同時に、ＥＬ＠の結晶性を向
上して、発光効率や輝度を向上する薄膜型ＥＬ素子の製
造方法に関する。

〔従来の技術〕

薄膜型ＥＬ素子は、発光中心として機能するマンガンや
希土類元素例えば三塩化テルビウム、三塩化テルビウム
等を含有する硫化亜鉛等の蛍光体の多結晶薄膜に電界を
印加し、エレクトロルミネッセンス現象にもとづいて発
光させる発光素子であるが、従来、第２図に示すような
構造が知られている。

第２図参照 ガラス基板等ｌ上に、ＩＴＯ等よりなり厚さが約２．０
００人の透光性電極２をスパッタ法を使用して形成する
１次に、酸窒化シリコン等よりなり厚さが約２，０００
人の第１の絶縁膜３をスパッタ法を使用して形成する０
次に、発光中心として機能するマンガンまたは希土類元
素例えば三フッ化テルビウム、三塩化テルビウムを含有
する硫化亜鉛よりなるＥＬ膜５を厚さ約５，０００人に
蒸着する。

温度約５００℃において約１時間熱処理を施す、再びス
パッタ法を使用して、酸窒化シリコン等よりなり厚さが
約２　、０００人の第２の絶縁膜６を形成する。その後
、アルミニュウムよりなる対向電極７を形成する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

薄膜型ＥＬ素子の発光効率や輝度特性は、発光中心とし
て機能するマンガンまたは希土類元素例えば三フッ化テ
ルビウム、三塩化テルビウムを含有する硫化亜鉛よりな
るＥＬＷｌ！の配向性・結晶性に支配されるが、硫化亜
鉛膜の結晶性は、下地の表面状態の影響を受けやすいの
で、上記せる従来技術に係る薄膜型ＥＬ素子のＥＬｉ１
５の結晶性は、絶縁膜３と接触する領域近傍において不
良となりいわゆるデー２ドレーヤとなりやすい、このデ
ッドレーヤは、ＥＬＩ１５１として機能しないにもか覧
わらず、電界通路ではあるから、駆動電圧を増大する作
用のみは有する。換言すれば、無駄な駆動電圧を要求す
るためにのみ存在する領域であると言いうる。そのため
、十分な発光効率・輝度特性を実現するには、この無駄
な駆動電圧分だけ余分に駆ｅ電圧を印加する必要がある
。

一般に、デッドレーヤの厚さは約２，０００〜４．００
０人であり、上記の無駄な駆動電圧は３０〜ＳＯＶであ
る。

その結果、従来技術に係る薄膜型ＥＬ素子の駆動電圧は
一般に約２３０ｖとなる。しかし、一方、従来技術に係
る駆動回路の電圧は約２００　Ｖであり、薄膜型ＥＬ素
子の駆動電圧は僅か３０Ｖであるがこれを超過するから
、高電圧用の回路を使用せざるをえず、実用上甚だ不便
である。もし、薄膜型ＥＬ素子の駆動電圧を約２００Ｖ
以下となしうれｒＪ　　　　ｆ［１１２ｅｌ＋　　Ｉｌ
ｌ　　）’ｃ　　Ｉ−）　　−店イ−１−？ｅ　　１．
％ところで、薄膜型ＥＬ素子を構成するＥＬｌｌＩの下
部領域（第１の絶縁膜と接触する領域）を低抵抗化して
おけば、この領域全域の電位は同電位となり、電位的に
は、あたかもこの層が存在しないかの如く振る舞い、駆
動電圧は低下すると考えられる。

しかし、ＩＩ　−ＶＩ族化合物半導体は自己電荷補償作
用が顕著であるから、例えば、ドナーとなりうるアルミ
ニュウム等ＩＩ族またはＩＩＩ族の元素を導入すると同
時に格子欠陥に起因するアクセプタが発生して低抵抗に
なりにくい、この現象はアクセプタを導入する場合も同
様である。要するに、自己電荷補償作用のため、低抵抗
になすことは、それ程容易ではなく、上記の着想を具体
化するには。

克服すべき困難がある。

本発明は、このようなｆｖ景においてなされたものであ
り、その目的は、駆動電圧を低下し、しかも、発光効率
や輝度を向上することが可能な薄ｊ漠型ＥＬ素子の製造
方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために本発明が採った手段は、薄
膜型ＥＬ素子の製造方法において。

第１の絶縁膜３を形成した後に、この上に硫化亜鉛の膜
４１を形成し、ここにＩＩ族またはＩＩＩ族の元素をイ
オン注入して（非平衡な状態で自己電荷補償作用の発生
を有効に防止しながらＩＩ族またはＩＩＩ族の元素を導
入して）、硫化亜鉛の膜４１を低抵抗の硫化亜鉛膜４に
転換し、この低抵抗の硫化亜鉛膜４上に硫化亜鉛と希土
類元素またはマンガンとのＭ１成物よりなるＥＬ膜５を
形成することとしたものである。この低抵抗化される硫
化亜鉛の膜の膜厚は、本発明によらなければデッドレー
ヤとなる■膜厚であり、約２，０００人が適当である。

また、イオン注入されるべきＩＩ族またはＩＩＩ族の元
素としてはアルミニュウムが最も現実的である。

特に、第１の絶縁膜上に形成する硫化亜鉛の１１！４１
を真空蒸着法を使用して形成しておくときは、この硫化
亜鉛の膜４１の膜質が良好であるから、その上に形成さ
れるＥＬ膜の膜質が良好となり、堆積速度の速いスパッ
タ法を使用してＥＬ膜を形成しても十分に高い発光効率
を実現しう〔作用〕 硫化亜鉛膜の結晶性が下地となる膜の表面状態の影響を
受けやすく、その下地がガラス等硫化亜鉛の結晶構造と
相違する場合、この下地の上に形成される硫化亜鉛膜の
結晶性が特にその接触領域近傍において悪くなっていわ
ゆるデッドレーヤとなり、このデッドレーヤが、ＥＬ膜
機能は発揮しないにもか覧わらず無駄な駆動電圧のみを
要求することは上記せるとおりである。

そこで、このデッドレーヤ領域を低抵抗化しておけば、
その領域においては電位が一定であるから、平行電界を
印加した場合、電圧降下の原因とはならないので、電位
的には、この領域が存在しないと同様に振る舞うことに
なる。

ところで、ＩＩ−Ｖｌ族化合物半導体は自己電荷補償作
用が顕著であるから、例えば、ドナー（アクセプタ）と
なりうる元素を導入すると同時に格子欠陥に起因するア
クセプタ（ドナー）が発生してｎ型（ｐ型）になりにく
く、低抵抗化しにくいことも上記したとおりである。

しかし、自己電荷補償作用を阻害するに有効な手法とし
て、非平衡な状態でドナーまたはアクセプタを導入する
手法が知られている。そこで、この手法の一態様として
、アルミニュウム等■族または■族の元素の導入をイオ
ン注入法を使用してなすこととしたものである。

そこで、低抵抗の硫化亜鉛の膜（１１９！厚約２，００
０人）を、真空蒸着法を使用して形成し、アルミニュウ
ムを　ＬＯＯＫ　ｅＶの加速電圧をもって、ドーズ量は
１Ｏ１８／ｃｍ２としてイオン注入して上記の硫化亜鉛
の膜を低抵抗化し、この上にスパッタ法を使用してＥＬ
膜を形成して製造した試作品について確認したところ、
従来技術と比較して、駆動電圧は約４０Ｖ低下しており
、ＥＬ膜のＸ線回折強度は約５倍であり１発光効率は　
１．２ルーメン／Ｗでああった。

〔実施例〕

以下、図面を参照しつ＼１本発明の一実施例に係る薄膜
型ＥＬ素子の製造方法についてさらに説明する。

第１図参照 スパッタ法を使用して、ガラス基板１上に厚さ約２　、
０００　ＡのＩＴＯＩＩＩよりなる透光性電極２を形成
する。

再びスパー、夕法を使用して、厚さ約２，０００＾の酸
窒化シリコン膜よりなる第１の絶縁膜３を形成する。

真空蒸着法を使用して、硫化亜鉛膜４１を厚さ約　２，
０００八に形成した後、アルミニュウムを　ｌ０ＱＫ　
ｅＶの加速電圧をもって、ドーズ量は１０１８／Ｃ１１
２としてイオン注入した後、熱処理を実行して、低抵抗
の硫化亜鉛膜４に転換する。

次に、スパッタ法を使用して、フッ化テルビウし、約５
００℃の温度において約１時間熱処理を施して、ＥＬ膜
５を形成する。このＥＬ膜５は、硫化亜鉛膜４（低抵抗
化された硫化亜鉛膜）上に形成されているので、デッド
レーヤはなく、良好な配向性・結晶性を有する。

さらに、スパッタ法を使用して、厚さ約２，０００人の
酸窒化シリコン膜よりなる第２の絶縁Ｗ１６を形成する
。

最後にスパッタ法を使用して、アルミニュウム゛電極７
を形成して薄膜型ＥＬ素子を完成する。

以上の工程をもって製造された薄膜型ＥＬ素子を構成す
るＥＬ１５１５の下部領域の硫化亜鉛膜４には、■族ま
たは■族の元素例えばアルミニュウムがイオン注入法を
使用して非平衡状態において導入されているので、自己
電荷補償作用の発生が防止され、この領域の抵抗は極め
て小さくされており、電圧を印加した場合、この領域は
全領域が同一電位となるから無駄な駆動電圧の原因とは
ならない、しかも、ＥＬ膜５は硫化亜鉛１１９４上に形
成されているので、その全領域が極めてすぐれた結晶で
ある。

上記の実施例に係る薄膜型ＥＬ素子を試作して測定した
結果、その駆動電圧は　１９０ｖであり、従来技術に比
して約４０Ｖ低下していることが確認された０発光効率
も　１．２ルーメン／Ｗであり、駆動電圧が同一である
従来技術に比して１２倍に向上している。なお、Ｘ線回
折強度も従来技術に比し。

約５倍向上している。また、再現性も極めて良好である
。なお、上記の駆動電圧（１９０Ｖ）は、上記せる従来
技術に係る一般の駆動回路の電圧（２００Ｖ　）より低
く、高電圧用の回路を使用する必要がないから、現実的
利益は極めて大きい。

〔発明の効果〕

以−ヒ説明せるとおり１本発明のに係る薄膜型ＥＬ素子
の製造方法においては、第１の絶縁膜形成後に、この第
１の絶縁膜上に硫化亜鉛の膜を形成し、ここに■族また
は■族の元素をイオン注入しく非平衡状態において自己
電荷補償作用の発生を防止しながら■族または■族の元
素を導入し）、硫化亜鉛の膜を低抵抗の硫化亜鉛膜に転
換し、この低抵抗の硫化亜鉛膜上に硫化亜鉛と希土類元
素またはマンガンとの組成物よりなるＥＬｌＩＩを形成
することとされているので、自己電荷補償作用の発生が
有効に防止され、ＥＬ膜下部の硫化亜鉛膜は十分低抵抗
化され、電圧を印加した場合、この領域は全領域が同一
電位となるから無駄な駆動電圧の原因とはならない、し
かも、ＥＬ［は硫化亜鉛膜上に形成されているので、デ
ッドレーヤは発生せずその全領域が極めてすぐれた結晶
である。

これらの効果が相剰的に４１！７１して駆動電圧が低く
、発光効率や輝度特性のすぐれた薄膜型ＥＬ素子が実現
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明に係る薄膜型ＥＬ素子の断面図である
。 第２図は、従来技術に係る薄膜型ＥＬ素子の断面図であ
る。 ｌ−Φ・透光性基板（ガラス基板）、　　２・・・透光
性電極（ＩＴＯ電極）、　　　３ｅｅ・第１の絶縁膜（
酸窒化シリコン膜）、　　４・　争・低抵抗の硫化亜鉛
膜、　４１・・・■族または■族の元素（アルミニュウ
ム）がイオン注入された硫化亜鉛膜、　　５・拳◆ＥＬ
＠、　　６・・・第２の絶縁膜（酸窒化シリコン膜）、
　７・争・対向電極（アルミニュウム電極）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１］透光性基板（１）上に、透光性電極（２）を形成
   し、 　該透光性電極（２）上に第１の絶縁膜（３）を形成し
   、 　該第１の絶縁膜（３）上に硫化亜鉛の膜（４１）を形
   成した後、ここにII族またはIII族の元素をイオン注入
   して前記硫化亜鉛の膜（４１）を低抵抗の硫化亜鉛膜（
   ４）に転換し、 　該低抵抗の硫化亜鉛膜（４）上に硫化亜鉛と希土類元
   素またはマンガンとの組成物よりなるＥＬ膜（５）を形
   成し、 　該ＥＬ膜（５）上に第２の絶縁膜（６）を形成し、 　該第２の絶縁膜（６）上に対向電極（７）を形成する
   ことを特徴とする薄膜型ＥＬ素子の製造方法。 ［２］前記イオン注入されるIII族またはVII族の元素は
   アルミニュウムであることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の薄膜型ＥＬ素子の製造方法。