JP2547339B2 - 薄膜ｅｌ素子 - Google Patents
薄膜ｅｌ素子Info
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- JP2547339B2 JP2547339B2 JP63049804A JP4980488A JP2547339B2 JP 2547339 B2 JP2547339 B2 JP 2547339B2 JP 63049804 A JP63049804 A JP 63049804A JP 4980488 A JP4980488 A JP 4980488A JP 2547339 B2 JP2547339 B2 JP 2547339B2
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- Japan
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- light emitting
- emitting layer
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- light
- iii
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、二重誘電体構造の薄膜EL（エレクトロ・ル
ミネッセンス）素子で、特に高輝度、高信頼性が得られ
る超格子構造の発光層に関するものである。
ミネッセンス）素子で、特に高輝度、高信頼性が得られ
る超格子構造の発光層に関するものである。
二重誘電体構造の薄膜EL素子は、第２図に示すよう
に、透明基板１上に透明電極２、第１誘電体３、発光層
４′、第２誘電体５を順次積層した構造となっており、
透明電極２と第２誘電体５にそれぞれ設けた金属電極6,
6を介して、発光層に強電界を印加すると発光し、その
光を透明基板１側より取り出す発光素子である。なお、
ELとはElectro luminescentの略語である。
に、透明基板１上に透明電極２、第１誘電体３、発光層
４′、第２誘電体５を順次積層した構造となっており、
透明電極２と第２誘電体５にそれぞれ設けた金属電極6,
6を介して、発光層に強電界を印加すると発光し、その
光を透明基板１側より取り出す発光素子である。なお、
ELとはElectro luminescentの略語である。
上記薄膜EL素子における発光層４′は発光中心不純物
を含有する発光母材から構成されており、発光層４′に
強電界が印加されると、発光中心不純物の電子エネルギ
ー状態は励起状態になる。それが基底状態にもどる際
に、エネルギを光に変換して外部に放し、これにより、
いわゆるEL発光を行なう。放出される光の波長は発光中
心不純物によって決定される。
を含有する発光母材から構成されており、発光層４′に
強電界が印加されると、発光中心不純物の電子エネルギ
ー状態は励起状態になる。それが基底状態にもどる際
に、エネルギを光に変換して外部に放し、これにより、
いわゆるEL発光を行なう。放出される光の波長は発光中
心不純物によって決定される。
EL発光を行なうためには、発光層に強電界が印加され
なくてはならないが、そのためには、発光母材はバンド
ギャップが大きいことが必要である。仮に、発光母材の
バンドギャップが小さい場合、発光層４′に強電界をか
けてもそれを保つことができず、電流が流れてしまい、
結局、発光層に強電界をかけることができない。このよ
うな理由で、従来発光母材にはバンドギャップの広いII
−VI族化合物、例えば、ZnS、SrS、CaS、ZnSe等が用い
られてきた。
なくてはならないが、そのためには、発光母材はバンド
ギャップが大きいことが必要である。仮に、発光母材の
バンドギャップが小さい場合、発光層４′に強電界をか
けてもそれを保つことができず、電流が流れてしまい、
結局、発光層に強電界をかけることができない。このよ
うな理由で、従来発光母材にはバンドギャップの広いII
−VI族化合物、例えば、ZnS、SrS、CaS、ZnSe等が用い
られてきた。
そして発光中心不純物には、MnやEu等が用いられてお
り、Mnを含有したZnS（ZnS:Mn）は黄橙色、Euを含有し
たCaS（CaS:Eu）は赤色を発光する。
り、Mnを含有したZnS（ZnS:Mn）は黄橙色、Euを含有し
たCaS（CaS:Eu）は赤色を発光する。
上記発光層４′に使われるZnS:Mnの結晶中の不純物の
様子は第４図に示すようになり、II−VI族化合物ZnSの
２価元素Znの格子の位置に同じく２価の遷移金属である
Mnが置換しているため高輝度で安定な素子が得られる。
様子は第４図に示すようになり、II−VI族化合物ZnSの
２価元素Znの格子の位置に同じく２価の遷移金属である
Mnが置換しているため高輝度で安定な素子が得られる。
さらに多種の発光を行なうため、発光中心不純物に、
様々な元素を用いる試みがなされている。例えば、Tb、
Tm、Sm、Ce等である。Tb、Tm、Smを含有するZnS（ZnS:T
b、ZnS:Tm、ZnS:Sm）はそれぞれ緑色、赤色、赤橙色を
発光し、Ceを含有するSrS（SrS:Ce）は青緑色を発光す
る。
様々な元素を用いる試みがなされている。例えば、Tb、
Tm、Sm、Ce等である。Tb、Tm、Smを含有するZnS（ZnS:T
b、ZnS:Tm、ZnS:Sm）はそれぞれ緑色、赤色、赤橙色を
発光し、Ceを含有するSrS（SrS:Ce）は青緑色を発光す
る。
発光母材であるII−VI族化合物はII族元素が２価、VI
族元素が−２価であるため、化合物状態では電気的中性
であり、安定状態である。そして発光中心不純物を含有
させた際、それは発光母材の元素と置換が生じて含有さ
れていくが、Mn、Eu等２価の元素である場合は、発光層
の電気的中性は保たれており、安定状態である。
族元素が−２価であるため、化合物状態では電気的中性
であり、安定状態である。そして発光中心不純物を含有
させた際、それは発光母材の元素と置換が生じて含有さ
れていくが、Mn、Eu等２価の元素である場合は、発光層
の電気的中性は保たれており、安定状態である。
しかし、発光中心不純物が、Tb、Tm等３価の元素であ
る場合は発光層の電気的中性はくずれ、従って発光層に
空孔子、結晶転移、結晶歪を生じさせてしまう。
る場合は発光層の電気的中性はくずれ、従って発光層に
空孔子、結晶転移、結晶歪を生じさせてしまう。
このようにして生じた結晶欠陥が原因となって発光層
に印加したエネルギを発光中心不純物に有効に伝達する
ことができなくなり、その結果低電圧で高輝度に発光し
ない。
に印加したエネルギを発光中心不純物に有効に伝達する
ことができなくなり、その結果低電圧で高輝度に発光し
ない。
発光層４′がZnS:Tbである場合の結晶中の不純物の様
子は第５図に示すようになり、発光中心不純物のTbが３
価であるため系全体で電気的中性が保たれず、充分な輝
度を得ることができない。
子は第５図に示すようになり、発光中心不純物のTbが３
価であるため系全体で電気的中性が保たれず、充分な輝
度を得ることができない。
このような３価の発光中心不純物の場合、それと共
に、電荷補償用の元素、例えばTbと共にＦを含有させ、
ZnS:Tb,Fx（ｘ＝１〜３）として高輝度の発光素子を得
ることが提案されている。この発光素子の結晶中の不純
物の様子は第６図、第７図に示すようになるが、これら
の場合、格子間にＦが存在するため不安定で安定した発
光素子を得ることができず、発光層の信頼性（寿命）を
低くしている等の問題がある。
に、電荷補償用の元素、例えばTbと共にＦを含有させ、
ZnS:Tb,Fx（ｘ＝１〜３）として高輝度の発光素子を得
ることが提案されている。この発光素子の結晶中の不純
物の様子は第６図、第７図に示すようになるが、これら
の場合、格子間にＦが存在するため不安定で安定した発
光素子を得ることができず、発光層の信頼性（寿命）を
低くしている等の問題がある。
そこで、３価の発光中心不純物をIII−Ｖ族化合物のI
II価元素と置換して使うことを考えた。しかし、発光中
心を励起するためには約1MV/cmの高電界が必要であり、
その電界を保持するためには約3eV以上のバンドギャッ
プを有する材料が必要である。通常のIII−Ｖ族化合物
（InP、GaP、GaAs等）ではバンドギャップが小さく、発
光層の材料としては使えない。
II価元素と置換して使うことを考えた。しかし、発光中
心を励起するためには約1MV/cmの高電界が必要であり、
その電界を保持するためには約3eV以上のバンドギャッ
プを有する材料が必要である。通常のIII−Ｖ族化合物
（InP、GaP、GaAs等）ではバンドギャップが小さく、発
光層の材料としては使えない。
本発明は上記のことにかんがみなされたもので、電荷
補償用の元素の添加をせずに、発光層の電気的中性を保
ちつつ多種の発光中心不純物を含有させることができ、
従って結晶欠陥も防ぐことが可能となり、低電圧で多様
な発光色を得ることができる薄膜EL素子を提供すること
を目的とするものである。
補償用の元素の添加をせずに、発光層の電気的中性を保
ちつつ多種の発光中心不純物を含有させることができ、
従って結晶欠陥も防ぐことが可能となり、低電圧で多様
な発光色を得ることができる薄膜EL素子を提供すること
を目的とするものである。
上記目的を達成するために、本発明に係る薄膜EL素子
は、基板上に電極、誘電体、発光層、誘電体、電極を積
層する二重誘電体構造で、発光層が発光母材と発光中心
不純物から構成されている薄膜EL素子において、上記発
光母材が（II−VI族化号物/III−Ｖ族化合物）で示され
る超格子構造にした。
は、基板上に電極、誘電体、発光層、誘電体、電極を積
層する二重誘電体構造で、発光層が発光母材と発光中心
不純物から構成されている薄膜EL素子において、上記発
光母材が（II−VI族化号物/III−Ｖ族化合物）で示され
る超格子構造にした。
また、上記発光中心不純物はIII−Ｖ族化合物に含有
させた３価の遷移金属あるいは３価の希土類元素であ
る。
させた３価の遷移金属あるいは３価の希土類元素であ
る。
さらに、上記発光中心不純物は、II−VI族化合物に含
有させた２価の遷移金属あるいは２価の希土類元素、及
びIII−Ｖ族化合物に含有させた３価の遷移金属あるい
は３価の希土類元素でもよい。
有させた２価の遷移金属あるいは２価の希土類元素、及
びIII−Ｖ族化合物に含有させた３価の遷移金属あるい
は３価の希土類元素でもよい。
EL発光を行なうためには、発光層は広いバンドギャッ
プである必要があるが、III−Ｖ族化合物のバンドギャ
ップはEL発光を行なうためには不足である。そのため、
（II−VI族化合物/III−Ｖ族化合物）で示される超格子
構造をとることにより、発光層のバンドギャップはII−
VI族化合と、III−Ｖ族化合物との間になる。その値は
膜厚比（II−VI族化合物:III−Ｖ族化合物）変えること
により制御でき、EL発光に充分なバンドギャップを得る
ことが可能である。
プである必要があるが、III−Ｖ族化合物のバンドギャ
ップはEL発光を行なうためには不足である。そのため、
（II−VI族化合物/III−Ｖ族化合物）で示される超格子
構造をとることにより、発光層のバンドギャップはII−
VI族化合と、III−Ｖ族化合物との間になる。その値は
膜厚比（II−VI族化合物:III−Ｖ族化合物）変えること
により制御でき、EL発光に充分なバンドギャップを得る
ことが可能である。
III−Ｖ族化合物に３価の発光中心不純物を含有させ
てもIII族元素が３価であるため、電気的中性は保たれ
て結晶欠陥は生じない。
てもIII族元素が３価であるため、電気的中性は保たれ
て結晶欠陥は生じない。
本発明の実施例を第１図に基づいて説明する。
この実施例における薄膜EL素子は、第１図に示すよう
に、二重誘電体構造の薄膜EL素子の発光層４を（II−VI
族化合物/III−Ｖ族化合物）で示される超格子構造の発
光母材で構成されている。
に、二重誘電体構造の薄膜EL素子の発光層４を（II−VI
族化合物/III−Ｖ族化合物）で示される超格子構造の発
光母材で構成されている。
すなわち、透明基板１に酸化錫（SnO2）等からなる透
明電極２、五酸化タンタル（Ta2O5）等からなる第１誘
電体３、上記のような超格子構造の発光層４、五酸化タ
ンタル等からなる第２誘電体５、アルミニウム（Al）等
からなる金属電極６とが順次積層されて構成されてい
る。
明電極２、五酸化タンタル（Ta2O5）等からなる第１誘
電体３、上記のような超格子構造の発光層４、五酸化タ
ンタル等からなる第２誘電体５、アルミニウム（Al）等
からなる金属電極６とが順次積層されて構成されてい
る。
上記発光層４に関してその組成は、得たい発光色によ
り適宜選択可能である。
り適宜選択可能である。
例えば、硫化亜鉛（ZnS）とテルビウム（Tb）を含有
したリン化ガリウム（GaP:Tb）との超格子構造の場合、
緑色発光するが、バンドギャップはZnSとGaPとの間の値
となるため、EL発光には充分であり、かつTbはGaPに含
有されているため、発光層４に結晶欠陥は生じることが
なく、低電圧で発光できる。この実施例の発光層４の組
成である（ZnS/GaP:Tb）の結晶中の不純物の様子は第３
図に示すようになり、３価の発光中心不純物はIII−Ｖ
族化合物の結晶中に安定に存在し、なおかつ、II−VI族
化合物、例えばZnS（バンドギャップは3.8eV）が高電界
を保つため、安定で高輝度のEL素子を構成する。
したリン化ガリウム（GaP:Tb）との超格子構造の場合、
緑色発光するが、バンドギャップはZnSとGaPとの間の値
となるため、EL発光には充分であり、かつTbはGaPに含
有されているため、発光層４に結晶欠陥は生じることが
なく、低電圧で発光できる。この実施例の発光層４の組
成である（ZnS/GaP:Tb）の結晶中の不純物の様子は第３
図に示すようになり、３価の発光中心不純物はIII−Ｖ
族化合物の結晶中に安定に存在し、なおかつ、II−VI族
化合物、例えばZnS（バンドギャップは3.8eV）が高電界
を保つため、安定で高輝度のEL素子を構成する。
第８図は上記本発明の実施例の発光層に用いたZnS/Ga
P:Tbと、従来例の発光層に用いたZnS:Tb,Fx、ZnS:Tbの
３種類のEL素子の輝度−電圧特性を示すもので、この図
からも明らかなように、本発明実施例のZnS/GaP:Tbは他
のものに比較して低電界で高い輝度を得ることができ
た。
P:Tbと、従来例の発光層に用いたZnS:Tb,Fx、ZnS:Tbの
３種類のEL素子の輝度−電圧特性を示すもので、この図
からも明らかなように、本発明実施例のZnS/GaP:Tbは他
のものに比較して低電界で高い輝度を得ることができ
た。
また第９図は上記本発明の実施例のZnS/GaP:Tbと従来
例のZnS:Tb,Fxの輝度の経時変化を示すものであるが、
本発明実施例のものは他のものに比べて優れていること
がわかる。
例のZnS:Tb,Fxの輝度の経時変化を示すものであるが、
本発明実施例のものは他のものに比べて優れていること
がわかる。
なお、ユーロピウム（Eu）を含有した硫化ストロンチ
ュウム（SrS:Eu）とセリウム（Ce）及びテルビウム（T
b）を含有したリン化ガリウム（GaP:Ce、Tb）との超格
子構造の場合、３原色を含む白色発光を得ることができ
る。
ュウム（SrS:Eu）とセリウム（Ce）及びテルビウム（T
b）を含有したリン化ガリウム（GaP:Ce、Tb）との超格
子構造の場合、３原色を含む白色発光を得ることができ
る。
上記実施例に示された本発明における発光層４の発光
母材を構成する（II−VI族化合物/III−Ｖ族化合物）で
示される超格子構造は、II−VI族化合物層20〜200Å
と、III−Ｖ族化合物層20〜200Åとが周期的に20〜500
層積層されている。
母材を構成する（II−VI族化合物/III−Ｖ族化合物）で
示される超格子構造は、II−VI族化合物層20〜200Å
と、III−Ｖ族化合物層20〜200Åとが周期的に20〜500
層積層されている。
［発明の効果］ 本発明によれば、発光母材は（II−VI族化合物/III−
Ｖ族化合物）で示される超格子構造で構成されたことに
より、２価の発光中心不純物と３価の発光不純物を発光
母材に含有させることができ、電価補償用元素の添加を
させずに発光層４の電気的中性を保ちつつ多種の発光中
心不純物を含有させることができる。
Ｖ族化合物）で示される超格子構造で構成されたことに
より、２価の発光中心不純物と３価の発光不純物を発光
母材に含有させることができ、電価補償用元素の添加を
させずに発光層４の電気的中性を保ちつつ多種の発光中
心不純物を含有させることができる。
従って結晶欠陥も防ぐことが可能となり、低電圧で多
様な発光色を得ることができる。
様な発光色を得ることができる。
第１図は本発明実施例の薄膜EL素子の構造を示す断面
図、第２図は従来の薄膜EL素子の構造を示す断面図、第
３図から第７図は発光層の不純物の様子を示す模式図
で、第３図はZnS/GaP:Tb、第４図はZnS:Mn、第５図はZn
S:Tb、第６図、第７図はZnS:Tb,Fxの場合の模式図、第
８図は輝度−電圧特性線図、第９図は輝度の経時変化を
示す線図である。 １は透明基板、２は透明電極、３、５は誘電体、４は発
光層、６は金属電極。
図、第２図は従来の薄膜EL素子の構造を示す断面図、第
３図から第７図は発光層の不純物の様子を示す模式図
で、第３図はZnS/GaP:Tb、第４図はZnS:Mn、第５図はZn
S:Tb、第６図、第７図はZnS:Tb,Fxの場合の模式図、第
８図は輝度−電圧特性線図、第９図は輝度の経時変化を
示す線図である。 １は透明基板、２は透明電極、３、５は誘電体、４は発
光層、６は金属電極。
Claims (3)
- 【請求項１】基板上に電極、誘電体、発光層、誘電体、
電極を積層する二重誘電体構造で、発光層が発光母材と
発光中心不純物から構成されている薄膜EL素子におい
て、上記発光母材が（II−VI族化号物/III−Ｖ族化合
物）で示される超格子構造であることを特徴とする薄膜
EL素子。 - 【請求項２】上記発光中心不純物は、III−Ｖ族化合物
に含有させた３価の遷移金属あるいは３価の希土類元素
のいずれかであることを特徴とする請求項１記載の薄膜
EL素子。 - 【請求項３】上記発光中心不純物は、II−VI族化合物に
含有させた２価の遷移金属あるいは３価の希土類元素の
いずれか、及びIII−Ｖ族化合物に含有させた３価の遷
移金属あるいは２価の希土類元素のいずれかであること
を特徴とする請求項１記載の薄膜EL素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63049804A JP2547339B2 (ja) | 1988-03-04 | 1988-03-04 | 薄膜ｅｌ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63049804A JP2547339B2 (ja) | 1988-03-04 | 1988-03-04 | 薄膜ｅｌ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01225095A JPH01225095A (ja) | 1989-09-07 |
| JP2547339B2 true JP2547339B2 (ja) | 1996-10-23 |
Family
ID=12841330
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63049804A Expired - Lifetime JP2547339B2 (ja) | 1988-03-04 | 1988-03-04 | 薄膜ｅｌ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2547339B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007099881A1 (en) * | 2006-03-03 | 2007-09-07 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Light emitting material, light emitting element, light emitting device and electronic device |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59181485A (ja) * | 1983-03-31 | 1984-10-15 | 柊元 宏 | 発光素子 |
| JPS59181682A (ja) * | 1983-03-31 | 1984-10-16 | Hiroshi Kukimoto | 発光素子 |
| JPS61163592A (ja) * | 1985-01-14 | 1986-07-24 | 株式会社小糸製作所 | 半導体光学装置 |
| JPS61165993A (ja) * | 1985-01-17 | 1986-07-26 | 株式会社小糸製作所 | 超薄膜半導体光学装置 |
-
1988
- 1988-03-04 JP JP63049804A patent/JP2547339B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01225095A (ja) | 1989-09-07 |
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