JP2000128698A

JP2000128698A - Ｉｔｏ材、ｉｔｏ膜及びその形成方法、並びにｅｌ素子

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Publication number: JP2000128698A
Application number: JP10301368A
Authority: JP
Inventors: Kimimasa Murayama; 公正村山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-10-22
Filing date: 1998-10-22
Publication date: 2000-05-09

Abstract

(57)【要約】【課題】ＩＴＯ膜の比抵抗及び面粗度を小さくするこ
とと、ＥＬ素子を長寿命でかつ消費電力の小さいものと
する。【解決手段】ＩＴＯ膜を、各結晶の結晶面が膜の厚さ
方向に配向した内部層と、各結晶が膜の厚さ方向に配向
した結晶面を持たず、かつ層の厚さが小さい表面層とで
構成する。このＩＴＯ膜では、内部層及び表面層のシー
ト抵抗が小さいため、膜全体としてもシート抵抗が小さ
い。また、表面層の面粗度は小さいものとなる。このＩ
ＴＯ膜を使用したＥＬ素子は、劣化しにくいため長寿命
となる。また、電極層で消費される電力が小さいものと
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】ＩＴＯ膜などの材料に用いる
ことのできるＩＴＯ材と、有機ＥＬ素子などのＥＬ素子
や、エレクトロクロミック素子（ＥＣ素子）、液晶など
の電極に用いることのできるＩＴＯ膜と、ディスプレー
パネルなどの光表示装置に用いることのできるＥＬ素子
とに関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイ
ド）は、Ｉｎ₂Ｏ₃の組成を有し、かつＣ−ｒａｒｅｅ
ａｒｔｈｏｘｉｄｅ型構造またはｂｉｘｂｙｉｔｅ型
構造と呼ばれる立方晶構造を有するＩｎ₂Ｏ₃結晶に、Ｓ
ｎが固溶されてなる物質である。このＩＴＯは、無色透
明である上に導電性に優れる。そのため、ＥＬ素子や、
ＥＣ素子、液晶などの発光素子では、素子の発光を視認
する側の電極としてＩＴＯ膜が多く用いられている。

【０００３】これらの発光素子の電極としてＩＴＯ膜を
用いる場合、比抵抗の大きなＩＴＯ膜を用いると、発光
素子の使用中にＩＴＯ膜で消費される電力が大きなもの
となってしまう。その結果、発光素子の使用にかかるコ
ストが大きなものとなってしまう。そのため、発光素子
においては、比抵抗の小さいＩＴＯ膜が求められてお
り、その材料となるＩＴＯ材が求められている。

【０００４】従来より、ＩＴＯ膜の形成方法として、ス
パッタリング法などの物理蒸着法（ＰＶＤ）によって形
成する方法や、特開平１０−１４７７６９号公報で開示
されているように、アルコキシドを利用して形成する方
法などが知られ、膜全体が均質になるように形成されて
いる。しかし、従来のＩＴＯ膜の形成方法では、例えば
スパッタリング法による形成方法において、基体の温度
（成膜温度）を高くしてＩＴＯ膜を形成すると、そのＩ
ＴＯ膜の比抵抗は比較的小さなものとなるが、ＩＴＯ膜
の表面にクレーター状の突出部が複数にかつ複雑な配置
形態で生じて、その面粗度が大きくなってしまうことが
知られている。このように面粗度の大きなＩＴＯ膜をＥ
Ｌ素子に用いると、図４に示すように、正孔輸送層、発
光層及び電子輸送層などから構成されるＥＬ層に対し
て、ＩＴＯ膜の表面に突出した突出部から集中的に電流
が流れてしまう。このように電流が局所的に多量に流れ
ることによって、ＥＬ素子が劣化してしまうことがあ
る。その結果、ＥＬ素子の寿命が低下してしまう。

【０００５】そこで、ＩＴＯ膜の表面を研磨してその面
粗度を小さくすることが考えられる。しかし、ＩＴＯ膜
の表面を平滑に研磨することは非常に手間がかかり、Ｉ
ＴＯ膜の製造コストが大きなものとなってしまう。特
に、微細にかつ複数形成されたＩＴＯ膜においては、そ
の表面を平滑に研磨することは極めて困難である。ま
た、ＩＴＯ膜の磨き捨てられる部分を余分に形成する必
要があるとともに、磨き捨てられたものを再生すること
が難しいなど、ＩＴＯ膜の生産性が低いものとなってし
まう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記実情に鑑
みてなされたものであり、比抵抗の小さいＩＴＯ材を提
供することを第１の課題とする。また、比抵抗が小さ
く、かつ面粗度の小さいＩＴＯ膜を提供することを第２
の課題とする。さらに、比抵抗が小さく、かつ面祖度の
小さいＩＴＯ膜を容易に形成することのできるＩＴＯ膜
の形成方法を提供することを第３課題とする。一方、長
寿命でかつ消費電力の小さいＥＬ素子を提供することを
第４の課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の請求項１に記載のＩＴＯ材は、Ｉｎ₂Ｏ₃の組成を有
し、かつ立方晶構造を有するＩｎ₂Ｏ₃結晶にＳｎが固溶
されている多結晶からなるＩＴＯ材において、各結晶の
（４００）面が一方向に配向していることを特徴とす
る。

【０００８】上記課題を解決する本発明の請求項２に記
載のＩＴＯ膜は、Ｉｎ₂Ｏ₃の組成を有し、かつ立方晶構
造を有するＩｎ₂Ｏ₃結晶にＳｎが固溶されている多結晶
からなるＩＴＯ膜において、各結晶の少なくとも一種の
結晶面が膜の厚さ方向に配向している内部層と、各結晶
が膜の厚さ方向に配向した結晶面をもたず、かつ該内部
層に対して層の厚さの小さい表面層とから構成されてい
ることを特徴とする。

【０００９】上記課題を解決する本発明の請求項３に記
載のＩＴＯ膜は、請求項２に記載のＩＴＯ膜において、
前記内部層では、各結晶の（４００）面が膜の厚さ方向
に配向していることを特徴とする。上記課題を解決する
本発明のＩＴＯ膜の形成方法は、Ｉｎ₂Ｏ₃の組成を有
し、かつ立方晶構造を有するＩｎ₂Ｏ₃結晶にＳｎが固溶
されている多結晶からなり、かつ各結晶の該立方晶構造
における少なくとも一種の結晶面が膜の厚さ方向に配向
している内部層と、各結晶が膜の厚さ方向に配向した結
晶面を持たず、かつ該内部層に対して層の厚さの小さい
表面層とから構成されているＩＴＯ膜を基体上に形成す
る方法であって、インジウムが含まれる蒸気状のインジ
ウム含有粒子と、スズが含まれる蒸気状のスズ含有粒子
とをそれぞれ発生させ、前記基体の表面温度をガラス軟
化温度またはその近傍の温度で保持した状態で、該イン
ジウム含有粒子及びスズ含有粒子を酸素とともに該基体
上に堆積させて前記内部層を形成する内部層形成工程
と、前記インジウム含有粒子と前記スズ含有粒子とをそ
れぞれ任意の手段で発生させ、前記基体の表面温度を常
温で保持した状態で、該インジウム含有粒子及び該スズ
含有粒子を酸素とともに該内部層の表面上に堆積させて
前記表面層を形成する表面層形成工程と、からなること
を特徴とする。

【００１０】上記課題を解決する本発明の請求項５に記
載のＥＬ素子は、基体上に設けられ、互いに対向する一
対の少なくとも一方が透明な電極層と、該電極層の間に
介設される発光層とから構成されるＥＬ素子であって、
前記透明な電極層は、Ｉｎ₂Ｏ₃の組成を有し、かつ立方
晶構造を有するＩｎ₂Ｏ₃結晶にＳｎが固溶されている多
結晶からなり、かつ各結晶の少なくとも一種の結晶面が
膜の厚さ方向に配向している内部層と、各結晶が膜の厚
さ方向に配向した結晶面を持たず、かつ該内部層に対し
て層の厚さの小さい表面層とから構成されているＩＴＯ
膜を少なくとも表面部に備えていることを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明のＩＴＯ材、ＩＴＯ膜及び
その形成方法、並びにＥＬ素子について、請求項ごとに
それぞれの実施の形態を以下に説明する。（請求項１に記載のＩＴＯ材）本発明者は、スパッタリ
ング法によって、Ｉｎ及びＳｎが所定の割合で含まれる
Ｉｎ−Ｓｎ合金よりなるターゲットを用い、酸素が含ま
れる雰囲気中でスパッタリングを行うことにより所定の
基体上にＩＴＯ膜を形成する際に、基体の温度（成膜温
度）、膜厚、ターゲットの密度、成膜がなされる雰囲気
に含まれる酸素量など諸条件を様々に変えてＩＴＯ膜を
それぞれ形成した。

【００１２】得られた各ＩＴＯ膜について、Ｘ線回折法
（ディフラクトメーター法）により構造解析を行った。
その結果、各ＩＴＯ膜は、Ｉｎ₂Ｏ₃の組成を有し、かつ
立方晶構造を有するＩｎ₂Ｏ₃結晶にＳｎが固溶されてい
る多結晶からなることがわかった。また、各結晶の（２
２２）面、（４００）面、（４４０）面、（６２２）面
及び（８００）面の回折ピークがそれぞれ大きく現れる
こともわかった。この構造解析の結果から、各結晶面の
強度比を求め、数式１で定義される（４００）面の配向
度Ｆ（４００）を計算した。

【００１３】

【数１】

【００１４】なお、配向度Ｆ（４００）が大きいほど、
各結晶の（４００）面が膜の厚さ方向（基体の表面に対
する法線方向）に配向していると言える。また、Ｆ（４
００）が０％においては、各結晶の（４００）面がラン
ダムな方向に向いており（無配向）、負の値では、膜の
厚さ方向以外の方向に配向していると言える。一方、各
ＩＴＯ膜の比抵抗を４端子法により測定し、配向度Ｆ
（４００）とその比抵抗との関係をそれぞれ調べた。そ
の結果、図５に示すように、配向度Ｆ（４００）が大き
いＩＴＯ膜ほど、その比抵抗が小さくなることを発見し
た。

【００１５】図５に示される試料１及び試料２につい
て、それらのＸ線回折図を６及び図７に例示する。な
お、結晶面を示していないピークは、Ｉｎ₂Ｏ₃結晶など
によるものである。これらのＸ線回折図からも、（４０
０）面の配向性が高いＩＴＯ膜ほど比抵抗が小さいこと
は一目瞭然である。本発明者は、以上の発見から、Ｉｎ
₂Ｏ₃の組成を有し、かつ立方晶構造を有するＩｎ₂Ｏ₃結
晶にＳｎが固溶されている多結晶からなるＩＴＯ材にお
いて、各結晶の（４００）面を一方向に配向させること
により、その比抵抗を低くすることができることを見出
した。

【００１６】また、本発明者は、特に成膜温度を２５０
℃以上にしてＩＴＯ膜を形成することにより、各結晶の
（４００）面の配向度を大きくできることも見出した。
さらに、成膜雰囲気の酸素含有量を増大させることによ
り、図８に示すように、各結晶の（４００）面の面間隔
のずれ量が小さくなるとともに、ここでは図示しない
が、そのずれ量が小さいＩＴＯ材ほど比抵抗が小さくな
ることも見出した。各結晶の（４００）面の面間隔のず
れ量が小さいＩＴＯ材ほど比抵抗が小さくなる理由とし
ては、各結晶の（４００）面が互いに容易に揃って配置
されることが考えられる。なお、ここで言う面間隔のず
れ量とは、図９に示されるずれの大きさのことを意味す
る。その面間隔のずれ量は、分析測定して得ることがで
きる。

【００１７】本発明のＩＴＯ材は、以上の知見に基づい
てなされたものである。各結晶の（４００）面が一方向
に配向していると、比抵抗が小さくなる理由については
明らかになっていないが、（４００）面の配向が結晶化
度に対して支配的な要因となっており、結晶化度が高い
ほどＩＴＯ材の比抵抗を小さくしていることが考えられ
る。

【００１８】本発明では、図４で示したように、配向度
Ｆ（４００）が８０％以上の値で１．０×１０^-4Ω・ｃ
ｍ以下の極めて小さい比抵抗が得られ、特にその値が７
３．５％では１．２×１０^-4Ω・ｃｍの比抵抗を得るこ
とができる。本発明のＩＴＯ材の用途は特に限定される
ものではない。その使用形態としては、バルク材として
使用してもよいし、膜材として使用してもよい。特に、
後者では、ＥＬ素子や、ＥＣ素子、液晶などの発光素子
の透明な電極層として用いることができる。

【００１９】本発明のＩＴＯ材は、その形成方法で特に
限定されるものではないが、例えばスパッタリング法に
よって、Ｉｎ及びＳｎが所定の割合で含まれるＩｎ−Ｓ
ｎ合金よりなるターゲットを用い、酸素が含まれる雰囲
気中でスパッタリングを行うことにより所定の基体上に
ＩＴＯ膜を形成することができる。ただし、この形成方
法では、上記のように成膜温度、膜厚、ターゲットの密
度、成膜雰囲気の酸素含有量をそれぞれ適切に選択する
必要がある。

【００２０】この場合、成膜温度を２５０℃以上にする
ことが好ましい。このように成膜温度を選択することに
より、上述したように各結晶の（４００）面の配向度を
大きくすることができ、ＩＴＯ材の比抵抗を極めて小さ
くすることができる。また、膜厚を１００ｎｍ以上にす
ることが好ましい。このように膜厚を選択することによ
り、ＩＴＯ材を構成する結晶を十分に成長させることが
できる。

【００２１】さらに、ターゲット密度を９２％以下にす
ることが好ましい。このように、ターゲット密度を小さ
くすることにより、スパッタされたターゲット粒子をタ
ーゲットの他の原子から影響を受けないように基体方向
へ飛ばすことができる。その結果、各結晶の（４００）
面の配向度を大きくして結晶成長させることができ、Ｉ
ＴＯ材の比抵抗を極めて小さくすることができる。（請求項２に記載のＩＴＯ膜）本発明のＩＴＯ膜は、内
面層及び表面層が次のように機能するため、シート抵抗
及び面粗度のいずれもが小さなものとなる。

【００２２】内部層においては、各結晶の少なくとも一
種の結晶面が膜の厚さ方向に配向しているため、結晶化
度が大きく、比抵抗が小さなものとなる。その結果、内
部層のシート抵抗は小さなものとなる。ところで、立方
晶構造における少なくとも一種の結晶面が配向したＩＴ
Ｏ膜では、表面にクレーター状の突出部が複数でかつ複
雑な配置形態で生じ、面粗度が大きくなることが知られ
ている。一方、各結晶が膜の厚さ方向に配向した面を持
たないＩＴＯ膜の表面は、クレーター状の突出部が形成
されず、平滑であることが知られている。本発明のＩＴ
Ｏ膜の表面層においては、各結晶が膜の厚さ方向に配向
した面を持たないため、表面層の表面の面粗度が小さな
ものとなる。

【００２３】また、表面層は、その各結晶が膜の厚さ方
向に配向した結晶面をもたないため、その比抵抗は大き
なものとなる。しかし、表面層は、内部層に比べて小さ
い層の厚さをもつ。シート抵抗は層の厚さに反比例する
ため、比抵抗が大きくともそのシート抵抗は小さなもの
となる。従って、本発明のＩＴＯ膜では、内部層及び表
面層のシート抵抗がともに小さく、かつ表面層の表面の
面粗度が小さいため、膜全体としてシート抵抗及び面粗
度のいずれもが小さなものとなる。

【００２４】本発明のＩＴＯ膜を発光素子の電極層とし
て用いれば、膜のシート抵抗が小さいがゆえに、その消
費電力を小さなものとすることができる。また、面粗度
が小さいがゆえに、膜の表面全体から均質に電流を流す
ことができ、電流が局所的に多量に流れることによるＥ
Ｌ素子の劣化を防止することができる。その結果、ＥＬ
素子の寿命を長いものとすることができる。

【００２５】内部層において、配向している結晶面の種
類は特に限定されるものではない。一種だけ膜の厚さ方
向に配向していてもよいし、２種以上が配向していても
よい。また、内部層の厚さについては特に限定されるも
のではない。表面層の厚さについては、内部層の厚さよ
り小さい他は特に限定されるものではないが、膜全体の
１０〜２０％の厚さをもつことが好ましい。このように
表面層の厚さを選択することにより、表面層のシート抵
抗を十分に小さなものとすることができる。

【００２６】内部層の形成方法については特に限定され
るものではないが、スパッタリング法などのＰＶＤ法に
よって形成することができる。スパッタリング法を用い
る場合、成膜温度、ターゲットの密度、成膜雰囲気の酸
素含有量などをそれぞれ適切に選択して、各結晶の少な
くとも一種の結晶面が膜の厚さ方向に配向するように形
成する必要がある。

【００２７】表面層の形成方法についても特に限定され
るものではないが、スパッタリング法などのＰＶＤ法に
よって形成することができる。スパッタリング法を用い
る場合、成膜温度、ターゲットの密度、成膜雰囲気の酸
素含有量、成膜速度及び成膜時間などをそれぞれ適切に
選択して、各結晶が膜の厚さ方向に配向した面を持たな
いように形成する必要がある。

【００２８】本発明のＩＴＯ膜では、内部層及び外部層
の形成方法は同一である必要はない。例えば、スパッタ
リング法によって、基体の表面温度を適切な温度で保持
しながら内部層を形成し、続いて、前述したアルコキシ
ドを用いた方法によって、成膜温度を適温に保って表面
層を形成することもできる。本発明のＩＴＯ膜は、特に
スパッタリング法を用いれば、図１に示すように、基体
上に内部層と表面層とを容易にかつ短時間で順に連続し
て形成することができる。

【００２９】また、表面層を形成する際に、表面層にＩ
ｎ、Ｓｎ及び酸素以外の元素をドープしたり、またはそ
の元素含む物質を添加することにより、各結晶が膜の厚
さ方向に配向した面を持たないように形成してもよい。
また、この添加物には、比抵抗及び面粗度以外の膜特性
を改善または付与するものを用いてもよい。（請求項３に記載のＩＴＯ膜）本発明のＩＴＯ膜では、
内部層の各結晶の（４００）面がＩＴＯ膜の厚さ方向に
配向しているため、請求項１に記載のＩＴＯ材でその理
由を述べたように、内部層の比抵抗が極めて小さなもの
となる。そのため、内部層のシート抵抗は極めて小さな
ものとなる。

【００３０】従って、本発明のＩＴＯ膜では、請求項２
に記載のＩＴＯ膜と同様に面粗度が小さなものとなる上
に、シート抵抗が極めて小さなものとなる。本発明のＩ
ＴＯ膜を発光素子の電極層として用いれば、膜のシート
抵抗が極めて小さいがゆえに、その消費電力を極めて小
さなものとすることができる。また、請求項２に記載の
ＩＴＯ膜と同様に、面粗度が小さいがゆえに、膜の表面
全体から均質に電流を流すことができ、電流が局所的に
多量に流れることによるＥＬ素子の劣化を防止すること
ができる。その結果、ＥＬ素子の寿命を長いものとする
ことができる。（請求項４に記載のＩＴＯ膜の製造方法）本発明者は、
スパッタリング法によって、Ｉｎ及びＳｎが所定の割合
で含まれるＩｎ−Ｓｎ合金よりなるターゲットを用いて
酸素が含まれる雰囲気中でスパッタリングを行うことに
より、インジウムが含まれる蒸気状のインジウム含有粒
子（Ｉｎ含有粒子）と、スズが含まれる蒸気状のスズ含
有粒子（Ｓｎ含有粒子）とを酸素とともに所定の温度で
保持された基体の表面上に堆積させてＩＴＯ膜を形成し
た。このとき、基体の表面温度を１００℃、２００℃、
３００℃及び４００℃の各温度で保持して、４種類のＩ
ＴＯ膜を形成した。

【００３１】こうして形成された各ＩＴＯ膜の比抵抗を
それぞれ測定した結果、図１０に示すように、基体の表
面温度が増加するにつれてＩＴＯ膜の比抵抗が小さくな
ることが見出された。また、図１１に示すように、ＩＴ
Ｏ膜の比抵抗が大きくなるにつれて、ＩＴＯ膜の面粗度
が小さくなることが見出された。さらに、図１２に示す
ように、ＩＴＯ膜の面粗度が大きくなるにつれて、その
ＩＴＯ膜を電極層として用いたＥＬ素子の輝度の半減時
間が低下していくことが見出された。本発明のＩＴＯ膜
の形成方法は、これらの知見に基づいてなされたもので
ある。

【００３２】本発明のＩＴＯ膜の形成方法では、比抵抗
の小さい内部層と、比抵抗は大きいが面粗度の小さい表
面層とから構成されるＩＴＯ膜が形成される。内部層で
は、その比抵抗が小さいため、層の厚さに関係なくシー
ト抵抗は小さなものとなる。表面層では、その比抵抗が
大きいが、内部層に比べて層の厚さが小さいためシート
抵抗は小さなものとなる。

【００３３】従って、本発明のＩＴＯ膜の形成方法で
は、内部層及び表面層のシート抵抗がともに小さく、か
つ表面層の表面の面粗度が小さいＩＴＯ膜、すなわち膜
全体としてシート抵抗及び面粗度のいずれもが小さなＩ
ＴＯ膜が形成される。内部層形成工程において、比抵抗
の小さな内部層が形成される理由については、次のよう
に考えられる。

【００３４】Ｉｎ含有粒子とＳｎ含有粒子とが酸素とと
もに基体上に堆積するにつれて、Ｉｎ₂Ｏ₃結晶にＳｎが
固溶した結晶が多結晶として形成される。このとき、基
体の表面温度がガラス軟化温度（４８０〜５２０℃）ま
たはその近傍の温度に保持されているため、Ｉｎ含有粒
子及びＳｎ含有粒子の堆積面はガラス軟化温度またはそ
の近傍の温度にある。このとき、各結晶は、立方晶構造
における少なくとも一種の結晶面、特に（４００）面が
容易に配向して成長することができる。そのため、内部
層の比抵抗が小さくなるものと考えられる。しかし、こ
のとき形成される内部層の表面には、クレーター状の突
出部が複数にかつ複雑な配置形態で生じ、内部層の表面
の面粗度を大きくしてしまう。

【００３５】一方、表面層形成工程において、面粗度の
小さな表面層が形成される理由については、明確にはわ
かっていないが、次のように考えられる。表面層形成工
程においては、基体の表面温度が常温に保持されている
ため、内部層を介してＩｎ含有粒子及びＳｎ含有粒子の
堆積面が常温に保持されている。このとき、多結晶とし
て形成される各結晶は、常温では少なくとも一種の結晶
面が配向して成長することが難しい。このとき形成され
る表面層の表面には、クレーター状の突出部が形成され
にくい。従って、内部層の表面に生じたクレーター状の
突出部が表面層によって埋められてしまうとともに、表
面層の表面にもクレーター状の突出部が生じることがな
い。そのため、表面層の面粗度が小さくなると考えられ
る。

【００３６】以上の理由により、膜全体としてシート抵
抗及び面粗度のいずれもが小さなＩＴＯ膜が形成される
ものと考えられる。また、本形成方法では、内部層形成
工程において、基体の表面温度をガラス軟化温度または
その近傍の温度に保持して内部層を形成するため、次の
効果も得ることができる。

【００３７】基体の表面温度をガラス軟化温度またはそ
の近傍の温度に保持してＩｎ含有粒子とＳｎ含有粒子と
を堆積させると、その結果形成される内部層と基体との
境界面における結合性が高くなる。その結果、内部層が
基体に密着性良く形成される。従って、本形成方法で
は、基体に対して密着性に優れたＩＴＯ膜を形成するこ
とができる。

【００３８】基体の種類については特に限定されるもの
ではなく、透明ガラスや透明樹脂などが挙げられる。基
体の表面形状及びその表面粗さについても特に限定され
るものではないが、平らでかつ平滑性の高い基体を用い
ることが好ましい。蒸気状のＩｎ含有粒子の粒子形態は
特に限定されるものではなく、Ｉｎの単原子、Ｉｎクラ
スター、酸化インジウム分子、Ｓｎ原子との複合粒子な
どが挙げられる。蒸気状のＳｎ含有粒子の粒子形態も特
に限定されるものではなく、Ｓｎの単原子、Ｓｎクラス
ター、酸化スズ分子、インジウム原子との複合粒子など
が挙げられる。

【００３９】蒸気状のＩｎ含有粒子及びＳｎ含有粒子を
発生させる手段についても特に限定されるものではな
く、公知の発生手段を用いることができる。その発生手
段として、インジウム及び酸化インジウムの少なくとも
一方を含むＩｎ源と、スズ及び酸化スズの少なくとも一
方を含むＳｎ源とをそれぞれ用意して、それらのＩｎ源
及びＳｎ源からそれぞれ物理的に蒸気状のＩｎ含有粒子
及びＳｎ含有粒子を発生させる手段が挙げられる。例え
ば、Ｉｎ源及びＳｎ源の少なくとも一方を適当な温度で
加熱して蒸発させる方法や、適当なスパッタ粒子を用い
てＩｎ源及びＳｎ源の少なくとも一方をスパッタする方
法が挙げられる。いずれの方法においてもＩｎ源及びＳ
ｎ源を一緒のものとすることができる。

【００４０】なお、Ｉｎ源及びＳｎ源の少なくとも一方
に酸化物が含まれているときには、成膜雰囲気中に酸素
を含ませなくてもＩＴＯ膜を形成することが理論的には
可能であるが、実際的には、形成される膜に十分な量の
酸素を含ませることができないことが多い。そのため、
Ｉｎ源及びＳｎ源ともに酸化物が含まれている場合であ
っても、成膜雰囲気中に酸素を含有させて、Ｉｎ含有粒
子及びＳｎ含有粒子を雰囲気中の酸素とともに基体上に
堆積させることが好ましい。

【００４１】基体の表面温度の制御方法は特に限定され
るものではなく、公知の制御方法を用いることができる
が、例えば、抵抗加熱式のヒータなどを用い、ＩＴＯ膜
が形成される基体の反対側の面から加熱温度を適切に制
御しながら加熱することにより、基体の表面温度を制御
することができる。また、内部層及び外部層の形成方法
は同一である必要はない。

【００４２】さらに、Ｉｎ含有粒子及びＳｎ含有粒子を
酸素とともに堆積させる速度（成膜速度）も、内部層及
び表面層のいずれにおいても特に限定されるものではな
い。一方、本形成方法では、内部層形成工程と表面層形
成工程の間に、基体の表面温度をガラス軟化温度または
その近傍の温度から常温に連続的または段階的に低下さ
せながら、前記インジウム含有粒子及び前記スズ含有粒
子を酸素とともに内部層の表面上に堆積させることによ
り、図２に示すような中間層を形成することが好まし
い。このように中間層を形成することにより、内部層と
表面層との密着性を向上させることができる。（請求項５に記載のＥＬ素子）本発明のＥＬ素子では、
透明な電極層の少なくとも表面部に、シート抵抗及び面
粗度のいずれもが小さなＩＴＯ膜が備えられているた
め、その透明な電極層の消費電力を小さなものとするこ
とができる。また、その電極層の面粗度が小さいがゆえ
に、膜の表面全体から均質に電流を流すことができ、電
流が局所的に多量に流れることによるＥＬ素子の劣化を
防止することができる。その結果、ＥＬ素子の寿命を長
いものとすることができる。

【００４３】基体の材質及び形状は特に限定されるもの
ではない。基体には、ガラスよりなる基体が用いられる
ことが多いが、合成樹脂よりなる基体を用いることもで
きる。また、基体は一般に透明なものが用いられるが、
他方の電極層を透明な材料からなるものとすれば、基体
には不透明なものを用いることができる。また、基体の
形状については、ＥＬ素子が形成される表面が平らな形
状のものを用いることが好ましい。

【００４４】ＥＬ素子の各層は、その材質で特に限定さ
れるものではなく、公知の材料を用いて構成することが
できる。なお、以下では、基体上に（発光層より基体の
表面側に）に形成される一方の電極層を第１電極層と呼
び、発光層上に形成される他方の電極層を第２電極層と
呼ぶことにする。透明な基体を用い、発光層で発光した
光を基体を通じて放光させる場合には、第１電極層を透
明な電極層とする必要がある。一方、第２電極層を透明
な電極層として、発光層で発光した光を第２電極層を通
じて放光させてもよい。なお、この場合には、第１電極
層を不透明な導電性金属から形成してもよい。

【００４５】本発明のＥＬ素子では、透明な電極層が、
Ｉｎ₂Ｏ₃の組成を有し、かつ立方晶構造を有するＩｎ₂
Ｏ₃結晶にＳｎが固溶されている多結晶からなるＩＴＯ
膜において、各結晶の少なくとも一種の結晶面が膜の厚
さ方向に配向している内部層と、各結晶が膜の厚さ方向
に配向した結晶面を持たず、かつ該内部層に対して層の
厚さの小さい表面層とから構成されているＩＴＯ膜を備
えるものである。

【００４６】透明な電極層は、このような構成のＩＴＯ
膜のみからなるものであってもよいし、他の構成（形
質）のＩＴＯ膜を合わせ持つものであってもよい。さら
に、ＡＺＯ（Ａｌ添加ＺｎＯ）、ＳｎＯ₂などのＩＴＯ
膜以外の透明導電膜を合わせ持つものであってもよい。
いずれにおいても、請求項５に記載されているＩＴＯ膜
（その表面層）が表面部に配置されるように構成する。

【００４７】なお、請求項５に記載されているＩＴＯ膜
以外のＩＴＯ膜や、ＩＴＯ膜以外の透明導電膜は、スパ
ッタリング法によって形成することができる。一方、不
透明な導電性金属としては、Ｍｇ−Ａｇ合金、Ａｌなど
の導電性金属が挙げられる。これらの導電性金属からな
る不透明な電極層は、蒸着法やスパッタリング法などに
よって形成することができる。

【００４８】発光層の材料も特に限定されるものではな
く、公知の材料から形成することができる。その材質
は、有機質及び無機質のいずれであってもよい。特に、
有機質の発光層とする場合には、正孔輸送層と、正孔輸
送層上に形成された有機発光層と、有機発光層上に形成
された電子輸送層とから構成することができる。いずれ
の層も公知の材料から形成することができる。例えば、
正孔輸送層には、トリフェニルジアミン誘導体などの第
３級アミン誘導体や、ＭＴＤＡＴＡなどより形成するこ
とができる。有機発光層には、トリスキノリノアルミニ
ム錯体や、ＴＰＤなどより形成することができる。電子
輸送層には、ポリシランや、Ｂｅｂｑ₂などより形成す
ることができる。これら発光層の各層は、真空蒸着法、
ラングミュアブロジェット蒸着法、ディップコーティン
グ法、スピンコーティング法、有機分子線エピタキシ法
などの成膜方法を用いてそれぞれ形成することができ
る。

【００４９】なお、発光層が熱に弱い場合、第２電極層
の形成方法として、スパッタリング法など高温が発光層
に作用する成膜方法は適さない。従って、この場合の第
２電極層の形成方法には、蒸着法など、高温が発光層に
作用することのない成膜方法を用いることが好ましい。

【００５０】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。（実施例１）［ＩＴＯ膜の形成］本実施例では、図１で示したよう
に、内部層及び表面層とからなるＩＴＯ膜を、スパッタ
リング法によりガラス基板上に以下のようにして形成し
た。

【００５１】本実施例で使用した成膜装置には、高周波
マグネトロンスパッタリング装置を使用した。そのター
ゲットには、Ｉｎ及びＳｎが所定の割合で含まれるＩｎ
−Ｓｎ合金よりなるものを用いた。また、この成膜装置
には、真空チャンバー内のガスを排気することのできる
排気系と、真空チャンバー内に所定のガスを導入するこ
とのできるガス導入系とがそれぞれ設けられている。排
気系は、真空チャンバー内を１０^-6Ｐａの真空度に真空
引きすることのできる真空ポンプにより構成されてい
る。この排気系により、真空チャンバー内の不純物ガス
を排気することができる。ガス導入系は、Ａｒガス、ま
たはＡｒガスにＯ₂ガスを所定の割合で混合した混合ガ
スを任意の流量で導入することができる。

【００５２】ターゲットの上方の所定の位置にガラス基
板を固定できる基板固定台を設けた。この基板固定台に
は、台上に設置された基板をガラス軟化温度で加熱でき
る加熱手段と、加熱された基板を常温に冷却できる冷却
手段とがそれぞれ設けられている。加熱手段には、抵抗
加熱式のヒータを用いた。また、冷却手段には、冷却管
に冷却水が流される冷却装置を用いた。基板温度は熱電
対を用いて測定した。

【００５３】なお、基板固定台には、所定の高周波電力
を印加することができる電力印加手段が設けられてい
る。チャンバー内にＡｒガスが所定の真空度で導入され
た状態で、基板固定台に高周波電力を印加することによ
り、高周波放電を起こすことができる。この高周波放電
により、基板固定台上に固定された基板の表面がアルゴ
ンエッチングされる。

【００５４】本実施例では、以上の次の手順でＩＴＯ膜
を形成した。先ず、所定の形状及び所定サイズをもつガ
ラス基体を用意し、それをエタノール中で超音波に曝し
て、その表面を脱脂洗浄した。こうして超音波洗浄した
ガラス基体を基体固定台に設置した後、基体固定台の加
熱手段によりガラス基板をガラス軟化温度に加熱した。

【００５５】続いて、排気系によって真空チャンバー内
を１０^-6Ｐａの真空度まで排気した後、ガス導入系によ
って真空チャンバー内にＡｒガスを導入して、真空チャ
ンバー内の真空度を１０^-4Ｐａとし、基体固定台に所定
の電力をかけて高周波放電を起こさせた。このとき発生
した高エネルギーのＡｒイオンにより基板の表面がエッ
チングされ、基体の表面に存在する微小な不純物（超音
波洗浄によっても除去されなかったものや、超音波洗浄
後に付着したものなど）が除かれた。

【００５６】こうしてガラス基板の表面をエッチングし
た後、真空チャンバー内にＡｒガスにＯ₂ガスを所定の
割合で混合した混合ガスを導入して、真空チャンバー内
の真空度を１０^-3Ｐａとした。次いで、図１３に示すよ
うに、加熱手段により基板の表面温度をガラス軟化温度
に昇温させた後、ターゲットに所定の高周波電力を印加
して高周波放電を所定の時間起こさせた。この高周波放
電によりターゲットがスパッタされて、インジウムが含
まれる蒸気状のＩｎ含有粒子と、スズが含まれる蒸気状
のＳｎ含有粒子とが酸素とともにガラス基板の表面上に
堆積した。その結果、内部層が、０．１μｍの厚さ（Ｉ
ＴＯ膜の所望の膜厚に対して８０〜９０％の厚さ）で形
成された。

【００５７】なお、この内部層と同じ条件で形成したＩ
ＴＯ膜について、Ｘ線回折により構造解析を行った結
果、ここでは図示しないが、図６に示したＸ線回折図と
ほぼ同じＸ線回折図が得られた。引き続いて、図１３に
示したように、冷却手段によりガラス基板を常温に冷却
し、ガラス基板の温度を常温に保持して上記高周波放電
を所定の時間行った。その結果、Ｉｎ含有粒子及びＳｎ
含有粒子が酸素とともに内部層の表面上に堆積して、表
面層が形成された。

【００５８】こうして、ガラス基板の表面上に、内部層
及び表面層からなるＩＴＯ膜が形成された。そのＩＴＯ
膜のシート抵抗を４端子法により測定した結果、４〜５
Ω／□の値が得られた。また、その面粗度を面粗度計で
測定した結果、４〜５ｎｍＲｚの値が得られた。従っ
て、本実施例で形成されたＩＴＯ膜は、シート抵抗及び
面粗度のいずれもが小さなものであることがわかった。［ＥＬ素子の製造］本実施例では、図３に示される有機
ＥＬ素子を製造した。この有機ＥＬ素子は、透明ガラス
よりなる透明基板１０と、透明電極層２０と、有機ＥＬ
層３０と、背面電極層として働くＡｌ板４０と、Ａｌ板
４０以外の部分を真空下に密封する真空パックフィルム
５０とから構成されるものである。

【００５９】透明電極層２０は、実施例１のＩＴＯ膜よ
りなる。有機ＥＬ層３０は、ＭＴＤＡＴＡよりなる正孔
輸送層３２と、ＴＰＤよりなる発光層３４と、Ｂｅｂｑ
₂よりなる電子輸送層３６とから構成されている。透明
導電層２０及びＡｌ板５は、それぞれリード線６０、６
０を介して電気加圧器７０に接続されている。この有機
ＥＬ素子は、次の手順で作製した。

【００６０】先ず、透明基板１０（厚さ１．１〜１．５
ｍｍ）の表面上に透明電極層２０を実施例１と同様の方
法で一様に所定の厚さで形成した。その一方で、トリフ
ェニルアミンの４量体を３７０℃に加熱して、正孔輸送
層３の溶融物を調製した。この溶融物を、上記のように
表面処理がなされた透明導電層２の表面に塗布し、冷却
して固化させ、正孔輸送層３２を所定の厚さで形成し
た。

【００６１】次に、蛍光体粉末、有機バインダ及び溶剤
を用意し、それらを混合して発光層用合剤を調製した。
蛍光体粉末には、主としてＺｎＳ及びＣｕからなる粒子
の粉体を用いた。有機バインダには、シアノエチルセル
ロース及びシアノエチルサッカロースが混合されてなる
ものを用いた。溶剤にはジメチルホルムアミドを用い
た。発光層用合剤をドクターブレード法などにより、正
孔輸送層３２の表面に塗布し、よく乾燥させて発光層３
４を所定の厚さで形成した。

【００６２】この発光層３４の表面に、電子輸送層を真
空蒸着法により所定の厚さで形成した。この電子輸送層
３６の表面にＡｌ板４０を重ね合わせて接着した。透明
電極層２０及びＡｌ板４０にリード線６０、６０を接続
し、有機ＥＬ層３０を真空パックフィルム５０で真空下
に密封して、有機ＥＬ素子を完成した。

【００６３】この有機ＥＬ素子の消費電力は極めて小さ
いものであった。また、この有機ＥＬ素子の輝度半減時
間を測定した結果、この有機ＥＬ素子は長寿命であるこ
とがわかった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＩＴＯ膜を模式的に示す断面図であ
る。

【図２】実施例１のＩＴＯ膜を模式的に示す断面図で
ある。

【図３】実施例のＥＬ素子を模式的に示す断面図であ
る。

【図４】従来のＥＬ素子で生じていた問題を模式的に
示す断面図である。

【図５】ＩＴＯ膜の配向度Ｆ（４００）とその比抵抗
との関係を示すグラフである。

【図６】図５に示されるＩＴＯ膜のＸ線回折図を示す
図である。

【図７】図５に示されるＩＴＯ膜のＸ線回折図を示す
図である。

【図８】成膜雰囲気の酸素量含有量と、その結果形成
されたＩＴＯ材の各結晶の（４００）面の面間隔のずれ
量との関係を示すグラフである。

【図９】図８に示される面間隔のずれ量を説明する模
式図である。

【図１０】ＩＴＯ膜の成膜における成膜温度と、その
結果形成されたＩＴＯ膜の比抵抗との関係を示すグラフ
である。

【図１１】ＩＴＯ膜の比抵抗とその面粗度との関係を
示すグラフである。

【図１２】ＩＴＯ膜の面粗度と、そのＩＴＯ膜を用い
た有機ＥＬ素子の輝度半減時間との関係を示すグラフで
ある。

【図１３】実施例１において、ＩＴＯ膜の成膜におけ
る成膜時間と、基板温度と関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１０：ガラス基板２０：透明電極層３０：有機ＥＬ層３２正孔輸送層３４：発光層３
６：電子輸送層４０：Ａｌ板（背面電極層）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｉｎ₂Ｏ₃の組成を有し、かつ立方晶構造
を有するＩｎ₂Ｏ₃結晶にＳｎが固溶されている多結晶か
らなるＩＴＯ材において、各結晶の（４００）面が一方
向に配向していることを特徴とするＩＴＯ材。
【請求項２】Ｉｎ₂Ｏ₃の組成を有し、かつ立方晶構造
を有するＩｎ₂Ｏ₃結晶にＳｎが固溶されている多結晶か
らなるＩＴＯ膜において、各結晶の少なくとも一種の結
晶面が膜の厚さ方向に配向している内部層と、各結晶が
膜の厚さ方向に配向した結晶面をもたず、かつ該内部層
に対して層の厚さの小さい表面層とから構成されている
ことを特徴とするＩＴＯ膜。
【請求項３】前記内部層では、各結晶の（４００）面
が膜の厚さ方向に配向している請求項２に記載のＩＴＯ
膜。
【請求項４】Ｉｎ₂Ｏ₃の組成を有し、かつ立方晶構造
を有するＩｎ₂Ｏ₃結晶にＳｎが固溶されている多結晶か
らなり、かつ各結晶の該立方晶構造における少なくとも
一種の結晶面が膜の厚さ方向に配向している内部層と、
各結晶が膜の厚さ方向に配向した結晶面を持たず、かつ
該内部層に対して層の厚さの小さい表面層とから構成さ
れているＩＴＯ膜を基体上に形成する方法であって、インジウムが含まれる蒸気状のインジウム含有粒子と、
スズが含まれる蒸気状のスズ含有粒子とをそれぞれ発生
させ、前記基体の表面温度をガラス軟化温度またはその
近傍の温度で保持した状態で、該インジウム含有粒子及
びスズ含有粒子を酸素とともに該基体上に堆積させて前
記内部層を形成する内部層形成工程と、前記インジウム含有粒子と前記スズ含有粒子とをそれぞ
れ任意の手段で発生させ、前記基体の表面温度を常温で
保持した状態で、該インジウム含有粒子及び該スズ含有
粒子を酸素とともに該内部層の表面上に堆積させて前記
表面層を形成する表面層形成工程と、からなることを特徴とするＩＴＯ膜の形成方法。
【請求項５】基体上に設けられ、互いに対向する一対
の少なくとも一方が透明な電極層と、該電極層の間に介
設される発光層とから構成されるＥＬ素子であって、前記透明な電極層は、Ｉｎ₂Ｏ₃の組成を有し、かつ立方
晶構造を有するＩｎ₂Ｏ₃結晶にＳｎが固溶されている多
結晶からなり、かつ各結晶の少なくとも一種の結晶面が
膜の厚さ方向に配向している内部層と、各結晶が膜の厚
さ方向に配向した結晶面を持たず、かつ該内部層に対し
て層の厚さの小さい表面層とから構成されているＩＴＯ
膜を少なくとも表面部に備えていることを特徴とするＥ
Ｌ素子。