JPS62268094A - 薄膜ｅｌ素子 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は薄膜ＥＬ素子に係り、特に、低電圧駆動、高信
頼性化に好適な絶縁膜の薄膜ＥＬ素子に関する。

〔従来の技術〕

薄膜ＥＬ素子は発光層の上・下を絶縁層ではさんだ構造
である。この絶縁層に用いる材料は比誘電率ｅｒが高く
、絶縁破壊電界強度ＥＩＩＤが大きいほど有利である。

従来、薄膜ＥＬ素子用絶縁膜には二酸化シリコン（ｓ　
ｒ　ｏｘ）　、酸化イツトリウム（Ｙｔ　Ｏｓ　）、五
酸化タンタル（Ｔａｘｅｓ）、チタン酸バリウム（Ｂａ
Ｔｉ０りなどが用いられているっこのうち、５ｉｏｚと
Ｙ２Ｏ５けＥＢＤは比較的大きいがε、が小さい。また
、ＢａＴｌＯｓはε、は高いがＥＢＤが小さいと、それ
ぞれ一長一短がある。一方、Ｔａｘｅｓは’ｒ　、　Ｅ
ｌｏとも大きく薄膜ＥＬ素子用絶縁材料に適している。

ＴａｔＯｓ薄膜の形成方法にはＴａの陽極酸化法、ＣＶ
Ｄ法、スパッタリング法などがあるが、ジャーｆル・オ
プ・バキューム・サイエンス−テクノロジー１４．（１
９７７年）第１７４頁から第１７６頁（Ｊ、　ｖａｃ　
Ｓｃｉ、　’ｌ’ｅｃｈｎｏ１．．１４　（１９７７）
ＰＰ１７４−１７６）において、アルゴンと酸素の混合
ガス中でのスパッタリングにより、もれ電流が少なく良
質の膜が得られることが報告されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

薄膜ＥＬ素子は発光層の上・下を絶縁層ではさんだ構造
となっており、これに２００Ｖ程度の交流電圧を印加す
ることにより発光が得られる。薄膜型のＥＬ素子は分散
型ＥＬ素子など他の電界発光素子に比べ発光輝度が高く
、長寿命であるという特長があるが、駆動電圧が比較的
高いという欠点がちる。

薄膜ＥＬ素子において、駆動の低電圧化は重要な課題で
ある。発光層に有効に電圧を印加し駆動電圧を下げるに
は絶縁層の膜厚を薄く、誘電率を高くすれば良い。ただ
し、膜厚を薄くすると素子の絶縁破壊電圧も下がり、信
頼性が低下する。

従って、薄膜ＥＬ素子用の絶縁膜は、誘電率が高く、絶
縁破壊電界強度が大きいという特性が要求される。

本発明の目的は、高誘電率で絶縁破壊電界強度の大きな
絶縁膜を形成し、低駆動電圧で信頼性の高い薄膜ＥＬ素
子を提供することにある。

〔間他点を解決するための手段〕 上記目的は従来のアルゴンと酸素の混合ガスにヘリウム
を加えた雰囲気下でスパッタリング全行なうことで、誘
電率が高く絶縁破壊強度の大きなＴａｇ’ｓ膜を形成す
ること、およびこのＴａｚＯａ膜を薄膜ＥＬ素子の上部
・下部絶縁層の両方、または、一方に用いることによシ
達成される。

〔作用〕

従来、スパッタリング法によるＴａｔＯａＵの形成は、
スパッタ効率を上げ成膜速度を速くするためのアルゴン
、また、生成膜の化学量論的組成比からのずれを防ぐた
めに酸素を含む雰囲気下で行なわれてきた。このうち、
アルゴンはスパッタ効率は高いが生成中の膜中に打ち込
まれると原子半径が大きいため抜は出しにくい。そのた
め、形成された膜は不純物としてアルゴンを多く含んだ
ものになる。これに対し原子半径の小さいヘリウムは膜
中に抜ち込まれても抜は出やすいため、不純物として膜
中に残留する量が少々くなシ形成された膜は欠陥の少な
い緻密な膜となる。

〔実施例〕

本発明の方法を用いて形成したＴａ２Ｏ５膜の比誘電率
ε７と絶縁破壊電界強度Ｅｇｏを第４図に示す。アルゴ
ン７、ヘリウム５、酸素３０割合で混合シたガス中での
スパッタリングにより形成シタＴ　ａ　２０　ｓのε、
とＥｓｏの測定値は（ａ）、　（ｂ）　Ｋ示すように、
１．が２０ｓＥｍｎが３ＭＶ／ｃｍ程度である。一方、
アルゴン４、酸素１０割合で混合したガス中でのスパッ
タリングにより形成したＴａ２０５のε、とＥＢＤの値
は第４図（Ｃ）、　（ｄ）に示すように、５、が２５、
ＥＢＤが２ＭＶ／Ｃｍ程度である。このようにヘリウム
を含む雰囲気中でスパッタリングを行なうことでεＦは
多少減少するがＥｇｏが増加するため、ε、とＥＢＤの
積で評価すると二側以上向上させることができる。なお
、ε、とＥ＋＋ｏの積は絶縁膜に蓄えられる最大電荷量
釦比例し、この値が大きいほど薄膜ＥＬ素子として優れ
ている。

第５図はスパッタリングガスとしてアルゴン、ヘリウム
、酸素を用いて形成した’ｒａ！ｏｓ　　Ｍについて酸
素の割合を２０チに固定して、ヘリウムの量をＯ〜８０
チに変えたときの最大電荷量を示す。

ヘリウム量が１０チ程度以上になると最大電荷量が増加
している。従って、スパッタガス中のヘリウムの割合は
１０チ以上が適当である。

本発明の絶縁膜を用いた薄膜ＥＬ素子の断面構成図全第
１図に示す。以下、第１図の構成全工程順に説明する。

ガラス基板１（コーニングキ７０５９）上に透明電極２
　（Ｉ　Ｔｏ　：　Ｉｎｄｉａｍ　−Ｔｉｎ−Ｑｘｉｄ
ａ　）　ｆスパッタリング、又は、電子ヒームｆ着によ
り膜厚０．２μｍ程度形成する。次に、フォトエツチン
グ技術を用いて透明電極をパターニングする。この上に
下部絶縁層３としてスパッタリングにより’ｒａｔＯｓ
　膜’ｉ　０．３〜０．５μｍ形成する。その上に発光
層４としてｚｎｓ：Ｍｎ膜を電子ビーム蒸着により０．
５μｍ程度形成する。この後、ＺｎＳ母相中ＫＭｎを均
一に拡散させるために約５５０℃において真空熱処理を
する。この上に上部絶縁層５として、再び、スパッタリ
ングによりＴａ２０５膜を０．３〜０．５μｍ形成する
。最後に背面電極６としてｋｔを０．２μｍ程度の膜厚
に蒸着する。

第２図は本発明による方法および従来法により作製した
薄膜ＥＬ素子の電圧−輝度特性を示している。図中、人
は上部・下部絶縁層ともヘリワムヲ含むｆＮ気気下スパ
ッタリングによシ形成したＴ　ａ　２０　ｓ膜を用いた
素子、また、Ｂは上部・下部絶縁層ともヘリウムを含ま
ない、アルゴンと酸素のみの雰囲気下のスパッタリング
により形成したＴａｔＯｓ膜を用いた素子の測定値を表
わす。この図から明らかなように、素子Ａの方が素子Ｂ
よりも発光開始電圧が低く、駆動電圧を下げられ、絶綴
破ｆ９．電圧が上がり素子の信頼性が高くなっている。

なお、スパッタガスとしてヘリウムｋｍ加する以外にネ
オンも有効であり、アルゴン、ネオン、酸素の混合ガス
を用いて形成しｆｃ　Ｔ　ａ　ｔ　Ｏｓ膜もアルゴン、
酸素のみを用いた場合に比べ最大電荷量は増加する。

アルゴン、ヘリウム、酸素の混合ガスを用いてＴａｘｅ
５のスパッタリング全行なう際に、成膜途中でヘリウム
の混合比を変えて作製した薄膜ＥＬ素子の断面図を第３
図に示す。この構造の素子では絶縁破壊電圧は第２図の
素子人とほぼ同じであるが、画素内に発生する局所破壊
の数音減少させることができる。こればスパッタガス中
のへ１７ウムの割合によってＴ　ａ　ｔ　Ｏｓの膜質が
変わるため、成膜途中でガスを変えることで一種の積層
構造とすることだよりピンホールのつぶし合いが起こる
ためである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、−・・リウム全含む雰囲気中でのスパ
ッタリングによりＴａ２０５膜の絶縁破壊電界強度、お
よび最大電荷量を従来法に比べ、それぞれ、５０憾およ
び２０％向上させる効果がある。

？−ノＴ　ａ、　Ｏｓ膜を薄膜ＥＬ素子に用いることに
より、低駆動電圧化し、絶縁破壊電圧が高くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の薄膜ＥＬ素子の断面図、第
２図は本発明および従来法によって形成したＴａｔＯｓ
膜を用いた薄膜ＥＬ素子の電界−輝度特性、第３図は’
Ｐａ！ｏ５膜のスパッタリング中にヘリウムの混合比を
変えて作製した薄膜ＥＬ素子の断面図、第４図は本発明
および従来法によって形成したＴａｔＯｓ膜の比誘電率
ｔ７と絶縁破壊電界強度の測定値を示す図、第５図はＴ
ｉ１ｔ’ｓ膜の最大電荷量とスパッタガス中のヘリウム
のＩＩｌ＆の関係哨である。 １・・・ガラス基板。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．ヘリウムを含む雰囲気中でスパツタリングにより形
   成したＴａ＿２Ｏ＿５膜を上部および下部絶縁層の少な
   くとも一方に用いることを特徴とする薄膜ＥＬ素子。
2. ２．ガス雰囲気中でのヘリウムの割合が１０％以上の条
   件で形成したＴａ＿２Ｏ＿５膜を上部および下部絶縁層
   の少なくとも一方に用いることを特徴とする薄膜ＥＬ素
   子。