JP3945395B2 - 透明導電性薄膜、その形成方法、それを用いた表示パネル用透明導電性基材及び有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透明導電性薄膜、その形成方法、それを用いた表示パネル用透明導電性基材及び有機エレクトロルミネッセンス素子に関し、さらに詳しくは、エッチングや研磨加工の後処理を施すことなく容易に形成でき、低抵抗で表面平滑性に優れ、可視光領域の低波長側で透過率が大きい透明導電性薄膜、その透明導電性薄膜を備えた表示パネル用透明導電性基材及び発光特性が優れた有機エレクトロルミネッセンス素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
透明導電性薄膜は、高い導電性と可視光領域での高い透過率とを有する。このため、透明導電性薄膜は、太陽電池、液晶ディスプレー素子（ＬＣＤ）やエレクトロルミネッセンス素子を用いた表示パネル、その他各種受光素子等の透明電極として利用されているばかりでなく、自動車窓ガラスや建築物の窓ガラス等に用いる熱線反射膜、各種の帯電防止膜、冷凍ショーケースなどの防曇用の透明発熱体としても利用されている。
【０００３】
エレクトロルミネッセンス素子（以下、ＥＬ素子ともいう）は、電界発光を利用した素子であり、自己発光のため視認性が高く、完全固体素子であるため耐衝撃性に優れることから、各種表示装置における発光素子として注目されている。
ＥＬ素子には発光材料として無機化合物を用いる無機ＥＬ素子と、有機化合物を用いる有機ＥＬ素子とがある。このうち有機ＥＬ素子は、駆動電圧を大幅に低くして小型化することが容易であるため、次世代の表示素子として実用化研究が積極的になされている。この有機ＥＬ素子の構成は、陽極／発光層／陰極の積層構造を基本とし、ガラス板等の透明絶縁基板上に透明陽極を形成する構成が通常採用されている。
【０００４】
従来、透明導電性薄膜には、アンチモンやフッ素がドーピングされた酸化スズ（ＳｎＯ_２）膜や、アルミニウムやガリウムがドーピングされた酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜や、スズがドーピングされた酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）膜などが広範に利用されている。特に、スズがドーピングされた酸化インジウム膜、すなわちＩｎ_２Ｏ_３−Ｓｎ系膜は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）膜と称され、低抵抗の膜を形成することが容易で良く用いられている。
【０００５】
透明電極用のＩＴＯ薄膜を形成する方法には、スプレー法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法などが知られているが、多くの場合、スパッタリング法が採用されている。スパッタリング法は、蒸気圧の低い材料を用いて被成膜物質（以下、単に基板という）上に膜を形成する場合や、精密な膜厚制御が必要とされる際に有効な手法であり、操作が非常に簡便であることから広範に利用されている。
【０００６】
スパッタリング法は、一般に、０．１〜１０Ｐａのアルゴン等の不活性ガス雰囲気下、基板を陽極、ターゲットを陰極として、これらの間にグロー放電を起こしてアルゴンプラズマを発生させ、プラズマ中のアルゴン陽イオンを陰極のターゲットに衝突させ、これによってターゲット成分の粒子をはじき飛ばし、該粒子を基板上に堆積させて成膜するというものである。
【０００７】
この方法は、アルゴンプラズマの発生方法で分類され、高周波プラズマを用いるものは高周波スパッタリング法、直流プラズマを用いるものは直流スパッタリング法という。また、ターゲットの裏側にマグネットを配置してアルゴンプラズマをターゲット直上に集中させ、低ガス圧でもアルゴンイオンの衝突効率を上げて成膜する方法をマグネトロンスパッタ法という。通常、上記の透明導電性薄膜の製造法には、直流マグネトロンスパッタ法が採用されている。
【０００８】
通常、ターゲットにはＩＴＯ焼結体が用いられ、これは、粉末焼結法、即ち実質的にインジウム酸化物やスズ酸化物を所望の組成に配合し、加圧成形した後、１４００℃以上の温度で焼結する方法により製造されている。
従来、酸化スズ（ＳｎＯ_２）が１０重量％程度含まれるＩＴＯ焼結体、特に密度が７．０ｇ／ｃｍ^３未満のＩＴＯ焼結体を加工して製造されているが、最近、ＩＴＯの成膜性能を向上させるために、更に高密度なＩＴＯ焼結体とこれを用いたスパッタリングターゲットの開発が検討されている。
【０００９】
高密度なＩＴＯ焼結体としては、密度７．０２ｇ／ｃｍ^３以上（相対密度で９８％相当以上）で、ばらつきが１％程度であるＩＴＯ焼結体の製造方法が提案されている（特許文献１参照）。このＩＴＯ焼結体をスパッタリングに用いれば、初期段階は良好に成膜できるが、末期に近づくに従って、ターゲット表面にノジュールと呼ばれる黒化物が発生し、異常放電等を惹起し、性能（スパッタレート）が低下する。この原因は、焼結体の空孔分布が制御されていないためであって、長時間スパッリングした場合、その影響を無視し得ないことを意味している。
【００１０】
また、ターゲットの表面粗さを均一に制御する方法が知られ、この方法で作製されたターゲットを用いれば、スパッタリング初期段階では異常放電が少なく安定した成膜速度が達成できるものの、中期から後期の段階になると新生面が現れ、ターゲット表面にノジュールが発生し、異常放電が起こって最後まで安定しないなどの問題があった。
【００１１】
ところで、ＬＣＤや有機ＥＬ素子用の電極には、表面が平滑で低抵抗な透明導電性薄膜が必要とされている。特に、有機ＥＬ素子を用いたディスプレーの電極では、その上に有機化合物の超薄膜を形成するため、透明導電性薄膜には優れた表面平滑性が要求される。表面の平滑性は、一般に膜の結晶性に大きく依存する。同一組成のものでも、粒界の存在しない非晶質膜の方が表面平滑性は良好である。従来組成のＩＴＯの場合でも、スパッタ成膜時に基板を加熱せず、スパッタガス圧を高く（例えば２Ｐａ以上）して作製すれば、非晶質膜が得られやすいので、表面平滑性に優れた膜が得られるものと期待される。
【００１２】
しかし、こうして作製された非晶質ＩＴＯ膜の比抵抗は、６×１０^−４〜８×１０^−４Ω・ｃｍが限界であり、ＬＣＤや有機ＥＬ素子などのディスプレイ用に有用な、表面抵抗の低い電極を形成するためには厚く成膜しなければならない。
ところが、ＩＴＯ膜の膜厚を５００ｎｍよりも厚くすると、膜の着色の問題が生じてしまう。
また、基板を加熱せずにスパッタ成膜を行っても、成膜したＩＴＯ膜は、基板に入射するスパッタ粒子の運動エネルギーが高いため、局所的に温度が上がり、微細な結晶相と非晶質相の混合膜を形成してしまう。この傾向は、スパッタガス圧が低いほど顕著である。
【００１３】
ＩＴＯ膜中に混在する微細な結晶相は、Ｘ線回折測定のほか透過型電子顕微鏡でも容易に確認することができるが、微細な結晶相が一部で形成されると、膜の表面平滑性を悪化させてしまう。また、膜を所定の形状に弱酸でエッチング除去しなければならないが、その際には、結晶相のみが除去できずに残存することがあり、その後処理が問題となる。
【００１４】
一方、完全に非晶質であるＩＴＯ膜を安定して製造する方法を検討した例がいくつかある。例えば、ＩＴＯターゲットを１００〜１２０℃（基板温度）という低温でスパッタすることにより、非晶質なＩＴＯ膜を形成する方法が提案されており（特許文献２参照）、また、酸素ガスを含むスパッタ用不活性ガス中に、水素ガスを導入して成膜する方法が提案されている（特許文献３参照）。
【００１５】
しかしながら、前者の方法により低温で成膜したＩＴＯ膜は、非晶質であるためウエットエッチングにより容易にパターニングできるものの、電気抵抗率が上昇して高くなると共に、可視光透過率も減少して低くなるなどの欠点があり、また、後者の方法は、ＩＴＯターゲットと基板を装置に配置し、スパッタガス中に水素ガスを導入して、基板に非晶質なＩＴＯ膜を成膜後、フォトリソグラフ法でエッチングし、アニールして結晶化する方法であり、充分な成膜速度で非晶質なＩＴＯ膜が得られず、しかも、工程が複雑化するなどの問題点がある。
【００１６】
一方、シリコン添加酸化インジウム膜、及びシリコン及びスズ添加酸化インジウム膜を、例えば、高周波スパッタリング法又は電子ビーム蒸着法でシリコン添加酸化インジウム膜、及びシリコン及びスズ添加酸化インジウム膜を成膜する方法が提案されている（特許文献４参照）。しかし、この方法によれば、膜欠陥が解消されたシリコン添加酸化インジウム膜、シリコン及びスズ添加酸化インジウム膜が得られるものの、膜の結晶構造が明記されていないことから、この方法により純アルゴンガス中で高周波スパッタ成膜しても、表面が平滑な膜を得ることはできないものと考えられる。
【００１７】
また、Ｓｉをドープした酸化インジウム膜は、Ｘ線回折で測定した結果、全て結晶膜であることが報告されており（非特許文献１参照）、表面平滑性に優れた非晶質膜とはいえない。
【００１８】
一方、非晶質で表面平滑性に優れた透明導電膜として、Ｉｎ_２Ｏ_３−ＺｎＯ系が知られている（例えば、特許文献５参照）。しかしながら、このＩｎ_２Ｏ_３−ＺｎＯ系膜では、金属Ｚｎが膜中の成分として含まれているため、可視光領域の低波長側での透過率がＩＴＯ薄膜と比べて劣る。また、膜中に含まれる金属ＺｎやＺｎＯは、空気中の炭酸ガスや水分と反応しやすいことが一般に知られており、このような原因により特性が安定しないなどの問題がある。よって、ＬＣＤや有機ＥＬ素子の電極として用いるには不十分である。
【００１９】
ところで、近年、ＥＬ素子に透明な陰極を用い、発光を陰極側から取り出す試みがなされている。陽極と共に陰極も透明にすれば、全体として透明な受光素子を得ることができる。また、透明な発光素子の背景色として任意な色を採用すれば、発光時以外もカラフルなディスプレイとすることが可能となり、装飾性が改良される。背景色として黒を採用した場合には、発光時のコントラストが向上する。カラーフィルターや色変換層を用いる場合には、これらを発光素子の上に置くことができるため、これらの層を考慮することなく素子を製造することができる。そのため、例えば、電極形成の際に基板温度を高くすることができ、これにより電極の抵抗値を下げることができる等の利点がある。
【００２０】
また、このような事情から、最近では透明陰極を用いた有機ＥＬ素子を作成する試みがなされている。例えば、陽極と陰極との間に有機発光層を含む有機層を備え、陰極を電子注入金属層と非晶質透明導電層とによって構成し、電子注入金属層が有機層と接する構造の有機ＥＬ素子が提案されている（特許文献６参照）。また、陰極を透明にすると共に、陽極としてＣｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂなどの光反射性の金属膜を用いて、陰極から効率的に光を取り出すように工夫した有機ＥＬ素子が提案されている（特許文献７参照）。
しかしながら、これらのＥＬ素子は、いずれも透明導電性薄膜としてＩｎ_２Ｏ_３−ＺｎＯ系膜を用いているため、可視光領域の低波長側での透過率がＩＴＯと比べて劣るだけでなく、特性が安定しないなどの問題がある。
【００２１】
近年、ますます高精細化が進むＬＣＤや有機ＥＬ素子などの各種表示パネルにおいて、表面平滑性に極めて優れ、低抵抗で透過率が高い透明導電性薄膜が不可欠となっており、大型のターゲットを用いて、スパッタリング初期から末期まで成膜速度を低下させずに、表面が平滑で、低抵抗かつ透過率が高い透明導電性薄膜を容易に形成できる方法が切望されていた。
【００２２】
【特許文献１】
特開２０００−１４４３９３号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】
特開平４−４８５１６号公報（特許請求の範囲）
【特許文献３】
特開平３−６４４５０号公報（特許請求の範囲）
【特許文献４】
特開昭６２−２０２４１５号公報（特許請求の範囲）
【特許文献５】
特開平６−２３４５６５号公報（特許請求の範囲）
【特許文献６】
特開平１０−１６２９５９号公報（特許請求の範囲）
【特許文献７】
特開２００１−４３９８０号公報（特許請求の範囲）
【非特許文献１】
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ．６４巻（１９９４年）ｐ．１３９５
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、前述した従来技術の問題に鑑み、エッチングや研磨加工の後処理を施すことなく容易に形成でき、低抵抗で表面平滑性に優れ、可視光領域の低波長側で透過率が大きい透明導電性薄膜、その透明導電性薄膜を備えた表示パネル用透明導電性基材及び発光特性が優れた有機ＥＬ素子を提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、スパッタリング法によって種々の組成の透明導電性薄膜を形成し、得られた膜の結晶構造、電気特性、光学特性を検討したところ、特定の条件で酸化インジウムを主成分としシリコンを含有する透明導電性薄膜、或いは酸化インジウムを主成分としシリコン、及びスズ又はタングステンを含有する透明導電性薄膜を形成すると得られた膜は非晶質となり、そのために表面平滑性に優れ、また、比抵抗も９×１０^−４Ω・ｃｍ以下の低電気抵抗率を有すると共に、高可視光透過率を有することから、有機ＥＬ素子やＬＣＤの透明電極膜として有用であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００２５】
すなわち、本発明の第１の発明によれば、酸化インジウムを主成分とし、シリコン及びタングステンを含有する透明導電性薄膜であって、その構造が実質的に非晶質であり、かつシリコンの含有量がインジウムとシリコンとの合計量に対して０．５〜１３原子％であり、タングステンの含有量がタングステンとインジウムとの合計量に対して０．２〜１５原子％であることを特徴とする透明導電性薄膜が提供される。
【００２６】
また、本発明の第２の発明によれば、第１の発明において、さらに、ドーパントとしてスズを含有することを特徴とする透明導電性薄膜が提供される。
【００２７】
また、本発明の第３の発明によれば、第２の発明において、スズの含有量が、スズとインジウムの合計量に対して０．５〜１５原子％であることを特徴とする透明導電性薄膜が提供される。
【００２９】
また、本発明の第４の発明によれば、第１〜３の発明において、透明導電性薄膜の比抵抗が、９．０×１０^−４Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする透明導電性薄膜が提供される。
【００３０】
また、本発明の第５の発明によれば、第１〜４の発明において、透明導電性薄膜の中心線平均粗さ（Ｒａ）が、２．５ｎｍ以下であることを特徴とする透明導電性薄膜が提供される。
【００３１】
また、本発明の第６の発明によれば、第１〜５の発明において、透明導電性薄膜は、平均可視光（４００〜８００ｎｍ）の透過率が８５％以上であることを特徴とする透明導電性薄膜が提供される。
【００３２】
さらに、本発明の第７の発明によれば、第１〜６の発明において、透明導電性薄膜の結晶化温度が１８０℃以上であることを特徴とする透明導電性薄膜が提供される。
【００３３】
一方、本発明の第８の発明によれば、第１〜７の発明において、スパッタリング装置内に、基板と、ターゲットとを配置した後、酸素ガスを含む不活性ガス雰囲気中でスパッタリングすることによって、基板上にシリコンを含有する酸化インジウムよりなる非晶質の透明導電性薄膜を成膜することを特徴とする透明導電性薄膜の形成方法が提供される。
【００３４】
また、本発明の第９の発明によれば、第８の発明において、基板が１００〜３００℃に加熱されることを特徴とする透明導電性薄膜の形成方法が提供される。
【００３５】
また、本発明の第１０の発明によれば、第８の発明において、不活性ガスが、酸素を１％以上含有するアルゴンと酸素の混合ガスであることを特徴とする透明導電性薄膜の形成方法が提供される。
【００３６】
また、本発明の第１１の発明によれば、第８の発明において、透明導電性薄膜が、酸素ガスを含む不活性ガス雰囲気でスパッタリング装置内を０．１〜１Ｐａに設定後、直流スパッタリングで成膜されることを特徴とする透明導電性薄膜の形成方法が提供される。
【００３７】
また、本発明の第１２の発明によれば、第８の発明において、ターゲットが、タングステン添加酸化インジウム焼結体のターゲット上に、複数枚のシリコンのチップを略均等の間隔で貼着したものであることを特徴とする透明導電性薄膜の形成方法が提供される。
【００３８】
さらに、本発明の第１３の発明によれば、第８の発明において、ターゲットが、シリコンをタングステンとともに添加した酸化インジウム焼結体であることを特徴とする透明導電性薄膜の形成方法が提供される。
【００３９】
一方、本発明の第１４の発明によれば、第１〜７のいずれかの発明に係り、透明導電性薄膜をガラス基板、石英板、樹脂板又は樹脂フィルムから選択されるいずれかの基材上に成膜してなる表示パネル用透明導電性基材が提供される。
【００４０】
さらに、本発明の第１５の発明によれば、第１４の発明において、基材には、絶縁層、半導体層、ガスバリア層又は保護層の少なくとも１層が形成されていることを特徴とする表示パネル用透明導電性基材が提供される。
【００４１】
一方、本発明の第１６の発明によれば、第１〜７のいずれかの発明に係り、透明導電性薄膜を陽極及び／又は陰極に用いてなる有機エレクトロルミネッセンス素子が提供される。
【００４２】
また、本発明の第１７の発明によれば、第１６の発明において、陽極を光反射性薄膜で構成し、陰極を透明導電性薄膜又は透明導電膜と金属薄膜から構成したことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子が提供される。
【００４３】
さらに、本発明の第１８の発明によれば、第１４又は１５の発明において、表示パネル用透明導電性基材の陽極上に有機層、陰極を形成してなる有機エレクトロルミネッセンス素子が提供される。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の表面平滑性に優れた透明導電性薄膜、その形成方法、それを用いた表示パネル用透明導電性薄膜及び有機ＥＬ素子について詳細に説明する。
【００４５】
１．透明導電性薄膜
本発明の透明導電性薄膜は、酸化インジウムを主成分とし特定量のシリコンをドーパントとして含有し、その構造が実質的に非晶質な透明導電性薄膜である。また、酸化インジウムを主成分とし、特定量のシリコンと、特定量のスズ及び／又はタングステンをドーパントとして含有し、その構造が実質的に非晶質である透明導電性薄膜である。
【００４６】
本発明において、構造が実質的に非晶質であるとは、膜中の結晶性をＣｕＫα線を利用したＸ線回折測定で調べたとき、非晶相に起因するハローパターンのみが観察され結晶相に起因する回折ピークが認められないことを意味している。例えば、酸化インジウム結晶相であれば、２θが２２度、３１度、３５度、３７度、４６度、５２度、５６度付近のいずれにも回折ピークが存在しないことが重要である。
【００４７】
これまで、太陽電池や各種表示パネルには、透明導電性薄膜としてＩＴＯ薄膜、即ち、スズをドープした酸化インジウム薄膜が専ら使われてきたが、その導電機構は、以下のように説明されている。スズは４価のイオンになりやすく、酸化インジウムの３価のインジウムイオン位置へ４価のスズが置換固溶すると、キャリア電子が放出され、導電性が向上する。
【００４８】
また、酸化インジウム中には酸素欠陥も生じやすく、これによってもキャリア電子が放出される。そのため、ＩＴＯのキャリア電子密度を上げるためには、スズの添加だけでなく適当な量の酸素欠陥が必要である。しかし、酸素欠陥が増加するとキャリア電子の移動度が低下するため、電気抵抗率を最小にするにはスズと同様に４価の原子価をとりやすく、酸化インジウムのインジウム位置に置換するとキャリア電子を放出する元素をドーパントとして採用することが考えられ、その有力な元素がシリコンである。
【００４９】
Ｉｎ^３＋とＳｎ^４＋のイオン半径は、それぞれ０．８１Å、０．７１Åでありインジウムイオンよりもスズイオンの方が若干小さい。しかし、Ｓｉ^４＋のイオン半径は０．４１Åであり、Ｉｎ^３＋と比べると極めて小さい。よって、酸化インジウムのインジウムサイトにシリコンが置換固溶すると、スズが置換固溶する場合と比べて格子の歪みが大きく、非晶質膜が得られやすいと考えられる。
【００５０】
そこで、本発明では、スズの代わりにシリコンを酸化インジウムへのドーパントとして用い、このシリコンの含有量を、シリコンとインジウムの合計量に対して０．５〜１３原子％、好ましくは１〜１２原子％、さらに好ましくは３〜１１原子％とすることで膜の導電性を向上させた。シリコンの含有量が０．５原子％未満であると非晶質の膜が得られにくく、一方、１３原子％を超えると比抵抗が大きくなりすぎるので好ましくない。
【００５１】
本発明では、酸化インジウムを主成分としシリコンをドーパントとして含有した透明導電性薄膜に、さらにスズを含有させることができる。上記の導電機構からすれば、従来の透明導電性薄膜である酸化インジウムを主成分としスズをドーパントとして含有したＩＴＯ薄膜に、さらにシリコンを含有させたものであるということもできる。
【００５２】
スズは、スズとインジウムの合計に対して０．５〜１５原子％、好ましくは１〜１３原子％、さらに好ましくは３〜１０原子％含有させることで膜の導電性を向上させることができる。スズの含有量が０．５原子％未満であると非晶質の膜が得られにくく、一方、１５原子％を超えると比抵抗が大きくなりすぎるので好ましくない。
【００５３】
先にシリコンやスズを酸化インジウムにドープした場合について説明したが、タングステンを酸化インジウムにドープした場合でも、酸化インジウムの３価のインジウムイオン位置へ４〜６価のタングステンが置換固溶して、キャリア電子が放出されるので、同様に導電性向上に寄与させることができる。
【００５４】
このため、本発明では、上記のシリコンをドープした酸化インジウム、或いはシリコンとスズをドープした酸化インジウムに、さらにタングステンを含有させて非晶質の透明導電性薄膜とすることができる。
タングステンは、タングステンとインジウムの合計量に対して０．２〜１５原子％、好ましくは１〜１３原子％、さらに好ましくは３〜１０原子％含有させることで膜の導電性を向上しうる。タングステンの含有量が０．２原子％未満であると非晶質の膜が得られにくく、一方、１５原子％を超えると比抵抗が大きくなりすぎるので好ましくない。
【００５５】
この透明導電性薄膜の非晶質構造の結晶化温度は、１８０℃以上、好ましくは１８０〜４５０℃である。結晶化温度とは、高温Ｘ線回折法により測定される透明導電性薄膜の非晶質構造が結晶化するときの温度であり、本発明では、薄膜を室温から３℃／ｍｉｎの昇温速度で加熱しながらＸ線回折測定を行い、回折ピークが出現した温度を指すものとする。
【００５６】
本発明の透明導電性薄膜の比抵抗は、９．０×１０^−４Ω・ｃｍ以下、好ましくは６．０×１０^−４Ω・ｃｍ以下であり、成膜条件を最適化すれば、３×１０^−４Ω・ｃｍ以下とすることも可能である。従来の非晶質ＩＴＯ膜の比抵抗は、６×１０^−４〜８×１０^−４Ω・ｃｍが限界であり、しかも前記のように特殊な成膜法を必要とする。本発明によれば、ＬＣＤや有機ＥＬ素子のディスプレイ用の透明電極として好適な表面抵抗の低い電極膜が提供される。比抵抗が、９．０×１０^−４Ω・ｃｍを超えると、厚く成膜しなければならず好ましくない。
【００５７】
本発明の透明導電性薄膜の膜厚は、１００〜５００ｎｍであり、好ましくは１５０〜４５０ｎｍ、さらに好ましくは２００〜４００ｎｍである。１００ｎｍ未満であると十分な比抵抗が確保できず、一方、５００ｎｍを超えると膜の着色の問題が生じてしまうので好ましくない。
【００５８】
また、透明導電性薄膜の平均可視光（４００〜８００ｎｍ）での透過率は８５％以上、好ましくは９０％以上、さらに好ましくは９５％以上である。平均透過率が８５％未満であると有機ＥＬ素子などへの適用が困難となる。
【００５９】
本発明の透明導電性薄膜の大きな特徴は、その表面が平滑であること、すなわち、膜表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）が２．５ｎｍ以下であることにあり、成膜条件を最適化すれば、Ｒａが１．０ｎｍ以下の極めて平滑な薄膜が提供される。
【００６０】
ここで、中心線平均粗さ（Ｒａ）とは、原子間力顕微鏡で測定し、具体的には、膜表面の任意の１０箇所に対して、それぞれ１μｍ×１μｍの領域内で測定し、その平均値を算出したものである。Ｒａが２．５ｎｍを超えると、特に、有機ＥＬ用の電極として用いる場合、この上に有機化合物の超薄膜を形成できなくなるため、膜のエッチングや研磨などによる平滑化処理の工程を付加しなければならず、好ましくない。
【００６１】
２．透明導電性薄膜の形成方法
本発明の透明導電性薄膜は、スパッタリング装置内に、基板と、シリコン添加酸化インジウム焼結体などのターゲットとを配置した後、酸素ガスを一定量含む不活性ガス雰囲気中でスパッタリングすることによって形成される。
【００６２】
すなわち、本発明の方法は、（１）シリコン添加酸化インジウム焼結体ターゲットなどのターゲットを用い、（２）特定の基板温度、圧力、酸素濃度などのスパッタ条件を採用することで、基板上にシリコンを含有する酸化インジウムよりなる非晶質の透明導電性薄膜を形成する方法である。
【００６３】
（１）ターゲット
本発明においてターゲットは、シリコンが添加された酸化インジウム焼結体をベースとするものである。これには単一ターゲットと複合ターゲットがあるが、いずれも従来のターゲットより成膜速度、膜の均一性を向上せしめることができる。以下、一例として、酸化インジウム焼結体、スズ添加酸化インジウム焼結体又はタングステン添加酸化インジウム焼結体のいずれかのターゲット上に、複数枚のシリコンのチップを間隔が略均等になるように貼着した複合ターゲットを中心に説明する。
【００６４】
本発明の透明導電性薄膜を形成するのに用いられる複合ターゲットは、酸化インジウム焼結体などのターゲットのエロージョン上に、複数枚のシリコンのチップを間隔が略均等になるように貼りつけて作製される。このような複合ターゲットは、酸化インジウムターゲットに対してシリコンチップの表面積比率を変えることにより、膜中のシリコン含有量を所望な範囲で変化させることができるので、得られる透明導電性薄膜の非晶質性や表面平滑性が膜組成や成膜条件とどのように関連しているかを詳細に調べることができる。
【００６５】
ベースとなる酸化インジウム焼結体ターゲットは、実質的に酸化インジウムからなる焼結体である。実質的にとは、酸化インジウムが９９．９９％以上であって、それ以外の不純物を殆ど含まないことを意味する。また、スズ添加酸化インジウム焼結体ターゲット又はタングステン添加酸化インジウム焼結体ターゲットは、酸化インジウムにスズ又はタングステンを添加した焼結体から作製したターゲットである。
【００６６】
前記のとおり、焼結体は、酸化インジウム以外の成分、すなわちスズ又はタングステンをドーパントとして含有することができる。スズの含有量は、０．５〜１５原子％で、タングステンの含有量は、０．２〜１５原子％（いずれもインジウムと各ドーパントとの合計量に対して）であることが好ましい。また、本発明の目的を損なわない範囲内で、モリブデンや、レニウム、ハフニウム、ゲルマニウム、ジルコニウム、チタン、銀、金、パラジウム、白金、銅などが添加されても良い。
【００６７】
酸化インジウム焼結体を製造する工程は、原料粉末から成形体を形成する工程と、該成形体を炉に入れて焼結させる工程に大別できる。
原料粉末から成形体を形成する工程では、酸化インジウムを原料粉末として用い、必要により酸化スズ、酸化タングステンを混合し成形する。これに続く焼結工程は、得られた成形体を、炉内の炉床板、セッター上に載置する工程、および酸素雰囲気下に焼結する工程に分かれる。
【００６８】
原料粉末である酸化インジウムとしては、平均粒径が０．５μｍ以下、好ましくは０．４μｍ以下（粒度分布は、粒径０．１〜０．８μｍの粒子が８５重量％以上、更に好ましくは、９５％以上を占める）の粉末を用いる。
【００６９】
酸化スズや酸化タングステンを用いる場合は、平均粒径が２．５μｍ以下の粉末を原料とすることが好ましい。原料粉末は、公知の装置を用いて混合、撹拌でき、バインダー（ＰＶＡ）などを添加して造粒した後、１０〜１００μｍの範囲に整えればよい。こうして得た顆粒は、例えば１０００ｋｇ／ｃｍ^３以上の圧力で加圧成形して成形体とする。
【００７０】
本発明の焼結工程においては、使用する焼結炉の種類は特に限定されないが、通常、加熱雰囲気を制御し易い電気炉が採用される。予め、成形体の下面と炉床板との間及び成形体の上面と天井板との間に、酸素ガスが流通するに十分な間隔を設けて、成形体を炉内に置き、次いで、１０００℃以上の温度で、該成形体の表面に酸素ガスを流通させることにより、炉内の酸素雰囲気を置換しながら、１４００℃以上の焼結温度に保持し、焼結させる。
【００７１】
炉内の温度を上げ、１０００℃になったところで、常圧において成形体の上部及び下部の表面に酸素ガスの流通を開始し、炉内の酸素雰囲気を置換させつつ、１４００℃を超えたら、焼結温度で１時間以上、好ましくは５〜２０時間保持する。その後、酸素ガスの流通を実質的に止めて、最後に冷却する。焼結中、成形体内部は、温度のばらつきを２０℃以下に抑えるように注意する。
【００７２】
流通時間は、小型の焼結体であれば３０分未満でもよいが、近年、特に大型化している酸化インジウムターゲット、例えば、焼結体サイズが一辺３００ｍｍ、厚さ５ｍｍを超すような大型で厚いものは、全体の温度分布が制御しにくくなるので、好ましくは６０分以上かけて保持させる。
【００７３】
これにより、平面方向、厚み方向がおおむね均一に加熱され、焼結密度や平均空孔数がばらつくのを大幅に低減でき、更には焼結収縮時、加熱が不均一になって発生した反りも、焼結体の自重によって軽減される。
本焼結工程の後、加熱をやめ、実質的に酸素ガスの流通を止めて冷却工程に移る。冷却工程を終えてから、再度、焼結温度にして焼結体を加熱する再焼結を行ってもよい。
【００７４】
上記の方法で製造された焼結体は、平面研削等により加工し、所定の寸法にしてから、バッキングプレートに貼着することにより、本発明の方法で用いる複合ターゲットのベースとすることができる。必要により数枚の焼結体を分割形状にならべても良い。
【００７５】
シリコンのチップは、単結晶シリコン、多結晶シリコンなどの結晶シリコンを一辺が１〜１０ｍｍ、厚さが０．５〜３ｍｍに加工したもので、通常、半導体の基板などとして使用されているチップの他、オフスペック（仕様外）のチップなども用いることができる。これを前記の酸化インジウム焼結体ターゲット上に、間隔が略均等になるように貼り着ければ、本発明の複合ターゲットが得られる。
【００７６】
なお、上記複合ターゲットでの酸化インジウムターゲットとシリコンチップの表面積比率を変えることにより、膜中のシリコン含有量を所望な範囲で変化させることができる。このとき、作製される透明導電性薄膜の構造や結晶性は、膜中のシリコン含有量、基板加熱温度、不活性ガス雰囲気中の酸素分圧、成膜速度等のスパッタ成膜条件に依存する。
【００７７】
また、スズ又はタングステンを含む酸化インジウム焼結体ターゲット上にシリコンチップを配置した複合ターゲットを用いて、直流スパッタリング法で１％以上の酸素を含むアルゴンと酸素の混合ガスをスパッタガスとして用いれば、酸化インジウムを主成分としてシリコンとスズ又はタングステンを含有する結晶質を含まない透明導電性薄膜を得ることができる。
【００７８】
以上、複合ターゲットを中心に説明したが、単一ターゲットの場合は、酸化インジウム焼結体を製造する際にシリコンを添加すればよく、特別な条件を必要とすることなく得ることができる。
シリコンとしては、平均粒径が２．５μｍ以下である二酸化珪素などの粉末を原料とすることが好ましい。原料粉末は、公知の装置を用いて酸化インジウムと混合、撹拌し、バインダー（ＰＶＡ）などを添加して造粒した後、１０〜１００μｍの範囲に整え、こうして得た顆粒を例えば１０００ｋｇ／ｃｍ^３以上の圧力で加圧成形し、得られた成形体を上記の要領で焼成する。
【００７９】
（２）スパッタ条件
本発明により透明導電性薄膜を形成するには、スパッタガスにはアルゴンと酸素の混合ガスを用い、直流スパッタリングを用いることが必要である。酸素ガスは、１％以上、好ましくは１〜５％導入することが重要である。酸素ガスが１％未満では、得られる膜の透明率が低く、膜の表面からドーパントが離脱し易くなるため組成ずれを起こし、一方、５％を超えると抵抗値が上がってしまい好ましくない。
【００８０】
また、スパッタリング装置内は、０．１〜１Ｐａ、特に０．３〜０．８Ｐａの圧力にしてスパッタリングすることで非晶質の膜を形成され易くし、表面平滑性を良好なものとすることができる。０．１Ｐａ未満であると非晶質化しにくく、１Ｐａを超えると緻密な膜が得られず好ましくない。
【００８１】
本発明では、基板を加熱しない成膜も可能であるが、基板を１００〜３００℃、特に１００〜２００℃に加熱することによっても非晶質の膜を得ることができる。この効果はドーパントとして、シリコンを添加することが効果的であるが、シリコンに加えてタングステンを添加させると更に効果的である。
【００８２】
本発明の透明導電性薄膜の形成方法によれば、特定条件（基板温度、圧力など）を採用した直流スパッタリングで酸化インジウムにシリコンを添加させるため、スズを添加する場合よりも格子の歪みが大きくなるため膜の結晶化温度が上がり、非晶質構造の膜が得られやすいという特徴がある。
【００８３】
Ｓｉ^４＋のイオン半径は０．３９ÅとＩｎ^３＋のイオン半径の０．９２Åと比べて小さいため、シリコンが酸化インジウムに添加されると格子がひずみやすくなるのである。また、酸化インジウムにタングステンを含ませると、Ｉｎ−Ｏ間の共有結合性が増大して、非晶質構造を安定に得ることができる。上記以外の成膜条件に依存せず、安定して非晶質構造の膜が得られる。またタングステン添加により膜の比抵抗も下がる。
【００８４】
先に、シリコン及びスズ添加酸化インジウムからなる透明導電性薄膜を高周波スパッタリングにより作製する従来技術を説明したが、このような高周波スパッタリングによる方法では、非晶質で平滑な構造の透明導電性薄膜を安定的に得ることが不可能である。
【００８５】
本発明者は、酸化インジウムに酸化シリコンを含む焼結体ターゲットから、純アルゴンガスをスパッタリングガスとして用い、高周波スパッタリングで成膜を行う実験を試みたが、基板をヒーター加熱しなくても、表面凹凸の激しい結晶性薄膜が得られた。この傾向は、酸化インジウムに酸化シリコンと酸化スズを含む焼結体ターゲットを用いても同じであった。
【００８６】
一般に、高周波スパッタリングは、直流スパッタリングと比べてプラズマのエネルギーが著しく高いことが知られており、高周波スパッタリングによって得られる膜は結晶性が高くなる。結晶性の高い膜は、言うまでもなく膜の表面の凹凸が激しく平滑性は悪いものとなる。また、高周波スパッタリングを純アルゴンガス中で行ない、成膜ガス中に酸素を含ませない成膜条件下では、膜中に取り込まれる酸素がターゲットから供給される酸素の一部のみであるため、酸素欠損の極めて多い酸化物薄膜になってしまう。
【００８７】
酸化インジウムの酸素欠損量が多くなるとＩｎ−Ｏの結合性が金属的になり、成膜中にプラズマから受ける熱の効果で容易に結晶成長しやすくなる。つまり、高周波スパッタリングで、スパッタガス中に酸素を導入せず純アルゴンのみで成膜すると、基板をヒーター加熱しなくても結晶膜の良い膜になってしまい、膜表面の凹凸は激しいものとなる。非晶質膜の得られる条件は、膜にシリコンが含まれるだけでなく、成膜法としてプラズマエネルギーの低い直流スパッタリングを採用し、スパッタガスに酸素を１％以上混合したアルゴンと酸素の混合ガスを用いることが必要不可欠ということができる。
【００８８】
シリコンを含む酸化インジウム膜、あるいは、シリコンとスズを含む酸化インジウム膜の場合は、純アルゴンガスをスパッタガスに用いた高周波スパッタリングで作製すると結晶膜が得られてしまうが、薄膜中にシリコンだけでなくタングステンも含ませた酸化インジウムにすると、このような成膜条件下でも安定して非晶質膜を得ることができる。しかもタングステンの添加により膜の比抵抗をさらに低くすることができる。
【００８９】
本発明者は、酸化インジウムにタングステンが含まれると、Ｉｎ−Ｏ間の共有結合性が増加することを、ＤＶ−Ｘα法による分子軌道計算法で材料物性を計算することにより確認した。Ｉｎ−Ｏ間の共有結合性が増大すると、結晶化温度が上がることが推測され実験でも確認できた。
Ｉｎ_２Ｏ_３膜の結晶化温度は約１５０℃であるが、Ｗのみを０．６原子％含ませると結晶化温度は約２００℃まで上昇することが、膜の高温Ｘ線回折測定で明らかとなった。よって、薄膜の組成をシリコンだけでなくタングステンも含ませた酸化インジウムとすることで、表面の平滑な非晶質膜が安定して得られるようになるといえる。
【００９０】
シリコンが添加された酸化インジウムでは、例えば、ガス圧が低くても完全に非晶質膜が得られ、更に基板を加熱しても非晶質膜が得られやすい。つまり、膜中のシリコン量が多くなると膜の結晶化温度が高くなるため、前記のようにスパッタによって実質的に基板温度が上がっても、また基板が加熱されても、その膜組成に対応した結晶化温度以下であれば、得られた膜は非晶質構造をとる。
【００９１】
従来のＩＴＯでは、非晶質の膜を得るのに基板を加熱せずに、しかもスパッタ粒子のエネルギーが小さくなるように高ガス圧下でスパッタ成膜する必要があった。しかし、本発明のようにシリコンが添加された酸化インジウムでは、例えば、ガス圧が低くても、完全に非晶質膜が得られやすい。つまり、膜中のシリコン量が多くなると膜の結晶化温度が高くなるため、前記のようにスパッタによって実質的に基板温度が上がっても、また基板が加熱されても、その膜組成に対応した結晶化温度以下であれば、得られた膜は非晶質構造をとるのである。
【００９２】
このようにして、直流スパッタリング法の採用、ドーパント含有量、基板温度、圧力、酸素ガス濃度の各条件を上記の範囲内で様々に変化させれば、酸化インジウムを主成分としてシリコンを含有する結晶層を含まない透明導電性薄膜、或いは酸化インジウムを主成分としてシリコン、及びスズ又はタングステンを含有する結晶層を含まない透明導電性薄膜を得ることができる。
【００９３】
３．表示パネル用透明導電性基材
本発明の表示パネル用透明導電性基材は、上記の透明導電性薄膜をガラス板、ガラス基板、石英板、樹脂板又は樹脂フィルムから選択されるいずれかの基材上に成膜したものである。
【００９４】
表示パネルは、ＬＣＤ、ＰＤＰ、或いはＥＬ素子などであり、本発明の表示パネル用透明導電性基材は、透明導電性薄膜を表示パネルの陽極及び／又は陰極として機能させるものである。また、光透過性の支持体を兼ねることから、基材としては一定の強度と透明性を有する必要がある。
【００９５】
樹脂板もしくは樹脂フィルムを構成する材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）、ポリアリレート、ポリカーボネート（ＰＣ）などが挙げられ、これらの表面にアクリル樹脂が被覆された構造の樹脂板もしくは樹脂フィルムでもよい。
【００９６】
基材の厚さは、特に限定されるわけではないが、ガラス基板や石英板であれば、０．５〜１０ｍｍ、好ましくは１〜５ｍｍであり、樹脂板又は樹脂フィルムの場合は、０．１〜５ｍｍ、好ましくは１〜３ｍｍとされる。この範囲よりも薄いと強度が弱く取り扱いも難しい。一方、この範囲よりも厚いと透明性が悪いだけでなく重量が大きくなり好ましくない。
【００９７】
上記基材には、絶縁層、半導体層、ガスバリア層又は保護層のいずれかを形成することができる。絶縁層としては、酸化シリコン（Ｓｉ−Ｏ）膜または窒化酸化シリコン（Ｓｉ−Ｏ−Ｎ）膜などがあり、半導体層としては、薄膜トランジスター（ＴＦＴ）などがあり主にガラス基板に形成され、ガスバリア層は、水蒸気バリア膜などとして樹脂板もしくは樹脂フィルムに形成される。保護層は、基材の表面を傷や衝撃から守るためのものであり、シリコン系、チタン系、アクリル樹脂系など各種コーテングが使用される。なお、基材に形成しうる層はこれらに限定されず、導電性の薄い金属膜などを施すこともできる。
【００９８】
本発明の表示パネル用透明導電性基材は、比抵抗、光透過率、表面平坦性などの面で優れた特性をもつ透明導電性薄膜が成膜されているため、各種の表示パネルの構成部品として極めて有用である。
【００９９】
４．有機エレクトロルミネッセンス素子
本発明の有機ＥＬ素子は、前記の透明導電性薄膜を陽極及び／又は陰極に用いたものであり、（Ａ）陽極を光反射性薄膜で構成し、陰極を透明導電性薄膜又は透明導電膜と金属薄膜から構成したタイプと、（Ｂ）陰極を透明導電性薄膜とした前記の表示パネル用透明導電性基材の上に有機層と陽極を形成したタイプとがある。
【０１００】
本発明の有機ＥＬ素子の構造を図７に示す。陽極２と陰極３の間に発光層７を含む有機層６を備え、その陽極２及び／又は陰極３が本発明の透明導電性薄膜４で構成されるか、透明導電性薄膜４と金属薄膜５とで構成されている。
【０１０１】
有機層６は陽極２から供給される正孔と陰極３から供給される電子との再結合によって発光する発光層７のみであっても良いが、更に正孔注入層８及び正孔輸送層９などを積層した多層構造であっても良い。また、透明導電性薄膜４の上には絶縁層１０、基板１には保護膜１１が設けられている。
有機層６は、陽極２と陰極３の間にあり、（１）電界印加時に陽極２側から正孔及び陰極３側から電子を注入することができる機能、（２）注入した電荷（電子と正孔）を電界の力で移動させる輸送機能、及び（３）電子と正孔の再結合の場を発光層７の内部に提供し、これを発光につなげる発光機能などを有している。
正孔注入層８と正孔輸送層９は、正孔伝達化合物からなる層であって、陽極２より注入された正孔を発光層７に伝達する機能を有する。この正孔注入層８と正孔輸送層９を陽極２と発光層７の間に介在させることで、より低い電界で多くの正孔を発光層７に注入することができる。
【０１０２】
陰極３は、基本的に本発明の透明導電性薄膜４で構成すればよいが、透明導電性薄膜４と金属薄膜５の２層構造（積層体）とすることもできる。金属薄膜５は、発光層７を含む有機層６に良好に電子を注入する為の層である。陰極３側から発光層７に注入された電子は、発光層７と正孔輸送層９の界面に存在する電子の障壁により発光層７内の界面近くに蓄積されて、ＥＬ素子の発光効率を向上させる。透明な発光素子を得るためには、金属薄膜５の光透過率は５０％以上が好ましく、６０％以上が更に好ましい。その場合に金属薄膜５は、膜厚０．５〜２０ｎｍ程度の超薄膜とすることが望ましい。かかる金属薄膜５としては、仕事関数が３．８ｅＶ以下の金属、例えばＭｇ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｙｂ、Ｅｕ、Ｙ、Ｓｃ、Ｌｉ等の金属またはこれらの合金が好ましい。
【０１０３】
一方、陽極２は、仕事関数が４．４ｅＶ以上、好ましくは４．８ｅＶ以上の導電性を示す金属であるか、透明導電性薄膜又はこれらの積層体が好ましい。導電性を示す金属は、必ずしも透明である必要はなく、黒色のカーボン層等をコーティングしてもよい。好適な金属としては、例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｗを挙げることができ、透明導電性薄膜の材料としては、もちろん本発明のＩｎ−Ｓｉ−Ｏ、Ｉｎ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｏ、Ｉｎ−Ｓｉ−Ｗ−Ｏ、又はＩｎ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｗ−Ｏの使用が有用である。透明導電性薄膜の材料として、本発明のＩｎ−Ｓｉ−Ｏ、Ｉｎ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｏ、Ｉｎ−Ｓｉ−Ｗ−Ｏ、又はＩｎ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｗ−Ｏを使用した場合は、基板付きの表示パネル用透明導電性基材に相当する。
【０１０４】
また、積層体としては、例えば、ＡｕとＩｎ−Ｓｉ−Ｏの積層体、ＰｔとＩｎ−Ｓｉ−Ｏの積層体、Ｉｎ−Ｓｉ−Ｗ−ＯとＰｔの積層体などを挙げることができる。また、陽極は、有機層との界面が仕事関数４．８ｅＶ以上であれば良いため、陽極を二層とし、有機層と接しない側に仕事関数４．８ｅＶ以下の導電性膜を用いてもよい。この場合、Ａｌ、Ｔａ、Ｎｂ等の金属やＡｌ合金、Ｔａ−Ｗ合金等の合金を用いることができる。また、ドープされたポリアニリンやドープされたポリフェニレンビニレン等の導電性高分子や、ａ−Ｓｉ、ａ−ＳｉＣ、ａ−Ｃなどの非晶質半導体なども用いることができる。更には、黒色の半導体性の酸化物であるＣｒ_２ Ｏ_３ 、Ｐｒ_２ Ｏ_５ 、ＮｉＯ、Ｍｎ_２ Ｏ_５ 、ＭｎＯ_２ 等を用いることができる。
【０１０５】
（Ａ）陽極を光反射性薄膜で構成し、陰極を透明導電性薄膜又は透明導電性薄膜と金属薄膜から構成した有機ＥＬ素子
このタイプは、本発明の好ましい有機ＥＬ素子であり、例えば図７において、陽極２が光反射性薄膜（例えば、クロム）で構成され、陰極３が本発明の透明導電性薄膜４で構成されるか、又は透明導電性薄膜４と金属薄膜５で構成されたものである。陰極３が本発明の透明導電性薄膜４であることから、この有機ＥＬ素子は、主として陰極３側から発光を効率的に放出させることができる。
【０１０６】
（Ｂ）陰極を透明導電性薄膜とした前記の表示パネル用透明導電性基材の上に有機層と陽極を形成した有機ＥＬ素子
この有機ＥＬ素子は、全体が透明なタイプの有機ＥＬ素子であり、透明の絶縁性基板１上に形成されている前記の表示パネル用透明導電性基材を用いて、これに有機層や陽極２などを形成している。この場合に透明の絶縁性基板１としてはガラス板やガラス基板を用いることができるが、樹脂フィルム、もしくは酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜などの水蒸気バリア膜を覆ったバリア膜付樹脂フィルムが好ましい。
【０１０７】
本発明の有機ＥＬ素子には、初期における平均発光輝度が大きく、また輝度半減期が長いという特徴がある。
【０１０８】
【実施例】
以下、実施例に基づき本発明をより具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例により何ら限定されるものではない。なお、下記に示す実施例のうち実施例１−２２は参考例である。
【０１０９】
透明導電性薄膜の物性は、次の方法で測定した。
（１）透明導電性薄膜の組成は、基板を石英ガラスからポリイミドフィルムに変えて、基板以外の成膜条件を全く同じにして作製した膜についてＩＣＰ発光分析を行い、決定した。ポリイミドフィルムにはシリコン、インジウム、スズ、タングステン元素が実質的に含まれていないことをＩＣＰ発光分析にて確認した。
（２）膜中の結晶性は、ＣｕＫα線を利用したＸ線回折測定および透過型電子顕微鏡、電子線回折で調べた。
（３）薄膜の結晶化温度は、高温Ｘ線回折測定で調べた。膜を室温から３℃／ｍｉｎの昇温速度で加熱しながら、Ｘ線回折測定を行い、回折ピークが出現する温度を結晶化温度とした。
（４）透明導電性薄膜の比抵抗は、四探針法で測定し、基板を含めた光透過率は分光光度計で測定した。
（５）膜表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）は、原子間力顕微鏡で測定した。Ｒａは、膜表面の任意の１０箇所に対して、それぞれ１μｍ×１μｍの領域内で測定し、その平均値を算出した。
【０１１０】
（実施例１〜６）
純度９９．９９％のＩｎ_２Ｏ_３粉末を加圧成形した後、１４００℃で加熱し焼結して、酸化インジウム焼結体を作製した。この焼結体を６インチΦ×５ｍｍｔに加工し、Ｉｎ系合金を用いて無酸素銅製のバッキングプレートに貼り合わせてＩｎ_２Ｏ_３ターゲットとした。このターゲットのエロージョン上に、１ｍｍ×１ｍｍ×０．５ｍｍｔ又は２ｍｍ×２ｍｍ×１ｍｍｔの純度９９．９９％のＳｉ単結晶片を間隔が均等になるように配置し、複合ターゲットとした。
直流マグネトロンスパッタ装置の非磁性体ターゲット用カソードに、上記スパッタリング用ターゲットを取り付け、該ターゲットの対向面に５０ｍｍ×５０ｍｍ×１．０ｍｍｔの石英ガラス基板を取り付けた。該ターゲットと基板との距離を７０ｍｍとし、チャンバ内の真空度が１×１０^−４Ｐａ以下に達した時点で、純度９９．９９９９重量％のＡｒガスをチャンバ内に導入して、ガス圧を０．６Ｐａとし、酸素を１〜３％だけ成膜ガス中に導入させて、１００〜２００Ｗの直流電力をターゲット−基板間に投入して、直流プラズマを発生させてスパッタリングを実施して、基板を室温の状態にして、約１００〜３００ｎｍの膜厚の透明導電性薄膜を形成した。
Ｉｎ_２Ｏ_３ターゲット上に載せるＳｉ単結晶片の数を変えた複合ターゲットから、種々のシリコン含有量の酸化インジウム薄膜を作製した。膜の比抵抗と可視光透過率は、スパッタ時の酸素ガス混合量に依存したが、可視光透過率が８０％以上の膜において比抵抗が最も低かった膜について、膜の組成分析、表面粗さなどの詳細な評価を実施した。
実施例４のＸ線回折パターンを図１に、原子間力顕微鏡像を図２に示す。表１に膜中のＳｉ原子濃度（シリコン含有量とインジウム含有量の合計量に対するシリコン含有量の割合）、及び比抵抗値、結晶性、表面粗さＲａ（平均値）の測定結果を合わせて示した。Ｘ線回折ピークを見ると、２θが２２度、３１度、３５度、３７度、４６度、５２度、５６度付近のいずれにもピークが存在しないことが分かる。
【０１１１】
【表１】

【０１１２】
表１から明らかなように、本発明の範囲内でシリコンが含有した酸化インジウムは、１００〜３００℃に基板加熱を行って、しかも０．６Ｐａの低ガス圧にてスパッタ成膜した場合でも、非晶質であり、比抵抗も８．８×１０^−４Ω・ｃｍ以下であり、ほとんどの膜が６．０×１０^−４Ω・ｃｍ以下と低かった。また、全ての膜で原子間力顕微鏡による中心線表面粗さＲａの平均値が２．４８以下であり非常に小さかった。さらに、膜の基板を含めた平均可視光透過率は、８５〜９０％であり透過率も良好であった。また、実施例１〜６の非晶質透明導電性薄膜の結晶化温度を、高温Ｘ線回折測定で測定したところ１９０〜３９０℃であることがわかった。
また、同様の実験を、上記の複合ターゲットでなく、シリコン元素が含有する酸化インジウム焼結体の単一ターゲットを用いた以外は、実施例１〜６と同様の条件で成膜実験を行った。焼結体ターゲットは、酸化インジウムと酸化シリコンの粉末を原料粉末として、これらを混合して、プレス成形し、焼成してシリコン元素が含まれる酸化インジウム焼結体を作製し、研磨加工して作製した。このターゲットを用いて、直流スパッタリング法で、酸素量１〜３％を含むアルゴンと酸素の混合ガスをスパッタガスに用い、基板温度を室温から３００℃の範囲で振って成膜を試みたところ、表１に示す結果と殆ど同じであった。よって、チップを用いた複合ターゲットを用いる場合だけでなく、シリコンを含む酸化インジウムの焼結体ターゲットをもちいても、非晶質で表面平滑性に優れ、低抵抗な膜が得られることがわかった。
【０１１３】
（実施例７〜２２）
酸化インジウムターゲットの代わりに、様々な量のスズを添加した酸化インジウム（すなわちＩＴＯ）焼結体ターゲットを用い、エロージョン直上にＳｉ単結晶チップを均等な間隔で置いて、複合ターゲットを作製した。ＩＴＯターゲットのサイズは、前記と同様の６インチΦ×５ｍｍｔである。
この複合ターゲットを用いて、スパッタ時のガス圧、ターゲット基板間距離、前記の実施例と同様の条件で、膜厚約１００〜３００ｎｍのスズとシリコンを含む酸化インジウム薄膜を作製した。スパッタ時の酸素混合量は１〜３％とし、可視光透過率が８０％以上で抵抗が最も低かった膜について、膜の組成分析と表面粗さの測定を行った。膜中のＳｎ原子濃度（スズ含有量とインジウム含有量の合計量に対するスズ含有量の割合）、膜中のＳｉ原子濃度（シリコン含有量とインジウム含有量の合計量に対するシリコン含有量の割合）、膜の比抵抗と結晶性、膜表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）の平均値を、同様の条件で測定した結果を表２に示す。
【０１１４】
【表２】

【０１１５】
表２から明らかなように、本発明の範囲内でシリコンとスズを含有した酸化インジウムは、２００℃で成膜した場合でも、膜の構造は非晶質であり、比抵抗も５．８×１０^−４Ω・ｃｍ以下と低かった。原子間力顕微鏡による表面粗さ（Ｒａ）も、２．４２以下であり非常に小さかった。また膜の基板を含めた平均可視光透過率は、８４〜９０％であり透過率も良好であった。また、実施例７〜２２で得られた非晶質の透明導電性薄膜の結晶化温度を、高温Ｘ線回折測定で測定したところ１８０〜３２０℃であることがわかった。
また、同様の実験を、複合ターゲットでなく、シリコン元素とスズ元素が含有する酸化インジウム焼結体の単一ターゲットを用いた以外は、実施例７〜２２と同様の条件で成膜実験を行った。焼結体ターゲットは、酸化インジウムと酸化シリコンおよび酸化ススの粉末を原料粉末として、これらを混合して、プレス成形し、焼成してシリコン元素が含まれる酸化インジウム焼結体を作製し、研磨加工して作製した。このターゲットを用いて、直流スパッタリング法で、酸素量１〜３％を含むアルゴンと酸素の混合ガスをスパッタガスに用い、基板温度を室温から３００℃の範囲で振って成膜を試みたところ、表２に示す結果と殆ど同じであった。よって、チップを用いた複合ターゲットを用いる場合だけでなく、シリコン元素及びスズ元素を含む酸化インジウムの焼結体ターゲットをもちいても、非晶質で表面平滑性に優れ、低抵抗な膜が得られることがわかった。
【０１１６】
（実施例２２〜４２）
酸化インジウムターゲットの代わりに、様々な量のタングステンが添加された酸化インジウム焼結体ターゲットを用い、ターゲットのエロージョン上にＳｉ単結晶チップを均等な間隔で置いて、複合ターゲットを作製した。タングステン添加酸化インジウムターゲットのサイズは、前記と同様の６インチΦ×５ｍｍｔである。
この複合ターゲットを用いて、スパッタ時のガス圧、ターゲット基板間距離、前記の実施例と同様の条件で、膜厚約１００〜３００ｎｍのタングステンとシリコンを含む酸化インジウム薄膜を作製した。スパッタ時の酸素混合量は１〜３％とし、可視光透過率が８０％以上で抵抗が最も低かった膜について、膜の組成分析と表面粗さの測定を行った。膜中のＷ原子濃度（タングステン含有量とインジウム含有量の合計量に対するタングステン含有量の割合）、膜中のＳｉ原子濃度（シリコン含有量とインジウム含有量の合計量に対するシリコン含有量の割合）、膜の比抵抗と結晶性、膜表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）の平均値を、同様の条件で測定した結果を表３に示す。
【０１１７】
【表３】

【０１１８】
表３から明らかなように、本発明の範囲内でシリコンとタングステンが含有した酸化インジウムは、３００℃で成膜した場合でも、非晶質であり、比抵抗も５．６×１０^−４Ω・ｃｍ以下と低かった。原子間力顕微鏡による表面粗さ（Ｒａ）も２．４１以下であり非常に小さかった。また膜の基板を含めた平均可視光透過率は、８５〜９０％であり透過率も良好であった。また、実施例２３〜４２で得られた非晶質の透明導電性薄膜の結晶化温度を、高温Ｘ線回折測定で測定したところ１８０〜４５０℃であることがわかった。
さらに、弱塩酸性のエッチング液を用いてエッチング特性を調べたところ、実施例１〜４２の膜は、全てエッチング速度が速く、またエッチング残さもなく良好であった。
また、同様の実験を、複合ターゲットでなく、シリコン元素とタングステン元素が含有する酸化インジウム焼結体の単一ターゲットを用いた以外は、実施例２３〜４２と同様の条件で成膜実験を行った。焼結体ターゲットは、酸化インジウムと酸化シリコンおよび酸化タングステンの粉末を原料粉末として、これらを混合して、プレス成形し、焼成してシリコン元素が含まれる酸化インジウム焼結体を作製し、研磨加工して作製した。このターゲットを用いて、直流スパッタリング法で、酸素量１〜３％を含むアルゴンと酸素の混合ガスをスパッタガスに用い、基板温度を室温から３００℃の範囲で振って成膜を試みたところ、表３に示す結果と殆ど同じであった。よって、チップを用いた複合ターゲットを用いる場合だけでなく、シリコン元素及びタングステン元素を含む酸化インジウムの焼結体ターゲットをもちいても、非晶質で表面平滑性に優れ、低抵抗な膜が得られることがわかった。
【０１１９】
（比較例１〜６）
従来よく用いられている不純物を含まない酸化インジウム焼結体ターゲット、又はスズを含む酸化インジウム（ＩＴＯ）焼結体ターゲットを用いて、スパッタ法にて約１００〜３００ｎｍの薄膜を作製した。スパッタ時のガス圧、ターゲット基板間距離、ターゲットサイズは、前記の実施例と同様の条件でおこなった。スパッタ時の酸素混合量は、１〜３％とし、可視光透過率が８０％以上で抵抗が最も低かった膜について、膜の組成分析と表面粗さの測定を行った。膜中のＳｎ原子濃度（スズ含有量とインジウム含有量の合計量に対するスズ含有量の割合）、膜の比抵抗と結晶性、膜表面の中心線平均粗さ（Ｒａ）の平均値を、同様の条件で測定した結果を表４に示す。
【０１２０】
【表４】

【０１２１】
表３に示すように、比較例１〜６の薄膜は、比抵抗が２．５×１０^−４〜５．６×１０^−４Ω・ｃｍと低いものもあったが、Ｘ線回折測定では結晶相が必ず含まれていた。比較例３の非晶質相と結晶質相が混合した膜のＸ線回折パターンを図３に、原子間力顕微鏡像を図４に示す。また比較例５の結晶質相で形成された膜のＸ線回折パターンを図５に、原子間力顕微鏡像を図６に示す。Ｘ線回折ピークを見ると、２θが２２度、３１度、３５度、３７度、４６度、５２度、５６度付近のいずれかに大きなピークが存在していることが分かる。
また比較例１〜６の膜の中心線平均粗さ（Ｒａ）は、何れも５．３ｎｍ以上であり、本発明の実施例１〜２２の膜と比べて著しく大きかった。比抵抗が高く、基板を加熱せずにスパッタ成膜しても、膜中に微細な結晶相が含まれていた。非晶質相と結晶質相の混在している様子がわかる。
さらに、実施例と同条件で弱塩酸性のエッチング液を用いて膜のエッチング特性を調べたところ、比較例の膜では、結晶相のエッチング残さが生じ易いことが分かった。また、エッチング速度も遅く、実施例の膜と比べて時間が１．５〜２倍位かかった。
このことから、このような膜を、ＬＣＤや有機ＥＬ用の透明電極として使用するためには、表面を研磨加工して表面の凹凸を除去する必要がある。
【０１２２】
（実施例４３）
本発明に係わる有機ＥＬ素子として、陰極がＩｎ−Ｗ−Ｓｉ−Ｏ系薄膜とＭｇ−Ａｇ系薄膜の積層体で構成され、陽極がクロムからなる有機ＥＬ素子を、以下の手順で製造した。すなわち、直径６インチのＣｒターゲットを用い、スパッタガスとしてＡｒを用いて、圧力０．４Ｐａ、ＤＣ電力３００Ｗの条件で、ＤＣスパッタリングすることにより、ガラス基板上に膜厚２００ｎｍのＣｒ膜を成膜した。このＣｒ膜を通常のリソグラフィー技術を用いてパターニングを行い、所定形状の陽極を形成した。
次に、上記のＣｒ陽極を設けたガラス基板上にＳｉターゲットを用いた酸素との反応性スパッタリングにより、膜厚２００ｎｍの二酸化珪素（ＳｉＯ_２）からなる絶縁膜を形成した。この絶縁膜を、通常のリソグラフィー技術を用いて、Ｃｒ陽極上に開口部を有する絶縁層とした。ＳｉＯ_２のエッチングにはフッ素とフッ化アンモニウムの混合液を使用した。また、ドライエッチングによる加工も可能である。
次に、このガラス基板を真空蒸着装置に入れて、有機層及び金属薄膜を蒸着により形成した。有機層の構成は、正孔注入層として４，４’，４”−トリス（３−メチルフェニルアミノ）トリフェニルアミン（ＭＴＤＡＴＡ）、正孔輸送層としてビス（Ｎ−ナフチル）−Ｎ−フェニルベンジジン（α−ＮＰＤ）、発光層として８−キノリノールアルミニウム錯体（Ａｌｑ）を用いた。これらの有機層上に設けた陰極用の金属薄膜にはマグネシウムと銀の合金（Ｍｇ：Ａｇ）を用いた。
有機層に属する各材料は、それぞれ０．２ｇを抵抗加熱用のボートに充填して真空蒸着装置の所定の電極に取り付け、金属層のマグネシウムは０．１ｇ、銀は０．４ｇをボートに充填して、真空蒸着装置の所定の電極に取り付けた。真空チャンバを、１．０×１０^−４Ｐａまで排気した後、各ボートに電圧を印加し、順次加熱して蒸着させた。蒸着には、金属マスクを用いることにより所定の部分のみ有機層およびＭｇ：Ａｇからなる金属層を蒸着させた。所定の部分とは、基板上で、クロムが露出している部分である。クロムの露出している部分だけに高精度に蒸着することは困難であるので、クロムの露出している部分全体を覆うように（絶縁層の縁にかかるように）蒸着マスクを設計した。
まず、正孔注入層としてＭＴＤＡＴＡを３０ｎｍ、正孔輸送層としてα−ＮＰＤを２０ｎｍ、発光層としてＡｌｑを５０ｎｍ蒸着した。さらに、マグネシウムおよび銀の共蒸着を行なうことにより、有機層上に陰極の金属層１１としてＭｇ：Ａｇを成膜した。マグネシウムと銀は、成膜速度の比を９：１とし、Ｍｇ：Ａｇの膜厚をｌ０ｎｍとした。
次に、別の真空チャンバに移し、同じマスクを通して透明導電性薄膜を成膜した。成膜にはＤＣスパッタリングを用いた。ここでは、実施例２３のＩｎ−Ｗ−Ｓｉ−Ｏ系の透明導電性薄膜を形成した。成膜条件は、スパッタガスとしてアルゴンと酸素の混合ガス（体積比Ａｒ：Ｏ_２＝９９：１）、圧力０．６Ｐａ、ＤＣ出力１６０Ｗとした。膜厚２００ｎｍで成膜した。このように作製して得た透明導電性薄膜は、室温成膜にもかかわらず良好な導電性と透過特性を示した。
最後に、透明導電膜層の表面を覆うようにＳｉＯ_２を２００ｎｍの厚さにスパッタして保護膜として、有機ＥＬ発光素子を得た。この有機ＥＬ発光素子は、それぞれ２本ずつの平衡ストライプ状陰電極と、８本の平衡ストライプ状陽電極を互いに交互させ、２×２ｍｍ縦横の素子単体（画素）を互いに２ｍｍの間隔で配置し、８×２の１６画素の素子とした。
得られた有機ＥＬ素子について、Ｎ_２雰囲気で直流電圧を印加し、１０ｍＡ／ｃｍ_２の一定電流密度で連続駆動させ、１６０画素（１０素子分）の初期平均発光輝度、電極間の電流リーク個数、発光半減期及び発光開始から２００時間経過後のダークスポットの発生有無について調べた。その結果を表５に示す。
【０１２３】
（実施例４４）
陰極に用いる透明導電層を実施例２５のＩｎ−Ｗ−Ｓｉ−Ｏ系の透明導電性薄膜を形成した以外は、実施例４３と同様の製造方法で、１６画素の有機ＥＬ素子を製造した。同様に１６０画素（１０素子分）の初期平均発光輝度、電極間の電流リーク個数、発光半減期及び発光開始から２００時間経過後のダークスポットの発生有無について調べた。その結果を表５に示す。
【０１２４】
（実施例４５）
陰極に用いる透明導電層を実施例３４のＩｎ−Ｗ−Ｓｉ−Ｏ系の透明導電性薄膜を形成した以外は、実施例４３と同様の製造方法で、１６画素の有機ＥＬ素子を製造した。同様に１６０画素（１０素子分）の初期平均発光輝度、電極間の電流リーク個数、発光半減期及び発光開始から２００時間経過後のダークスポットの発生有無について調べた。その結果を表５に示す。
【０１２５】
（実施例４６）
陰極に用いる透明導電層を実施例３８のＩｎ−Ｗ−Ｓｉ−Ｏ系の透明導電性薄膜を形成した以外は、実施例４３と同様の製造方法で、１６画素の有機ＥＬ素子を製造した。同様に１６０画素（１０素子分）の初期平均発光輝度、電極間の電流リーク個数、発光半減期及び発光開始から２００時間経過後のダークスポットの発生有無について調べた。その結果を表５に示す。
【０１２６】
（比較例７）
陰極に用いる透明導電層を比較例１のＩｎ−Ｏ系の透明導電性薄膜を形成した以外は、実施例４３と同様の製造方法で、１６画素の有機ＥＬ素子を製造した。
同様に１６０画素（１０素子分）の初期平均発光輝度、電極間の電流リーク個数、発光半減期及び発光開始から２００時間経過後のダークスポットの発生有無について調べた。その結果を表５に示す。
【０１２７】
（比較例８）
陰極に用いる透明導電層を比較例３のＩｎ−Ｓｎ−Ｏ系の透明導電性薄膜を形成した以外は、実施例４３と同様の製造方法で、１６画素の有機ＥＬ素子を製造した。同様に１６０画素（１０素子分）の初期平均発光輝度、電極間の電流リーク個数、発光半減期及び発光開始から２００時間経過後のダークスポット（非発光点）の発生有無について調べた。その結果を表５に示す。
【０１２８】
（比較例９）
陰極にＩｎ−Ｚｎ―Ｏ系透明導電膜を用いた以外は、実施例４３と同様の製造方法で、１６画素の有機ＥＬ素子を製造した。Ｉｎ−Ｚｎ―Ｏ系透明導電膜はＩｎ_２Ｏ_３−ＺｎＯ（１０ｗｔ％）の焼結体ターゲットを用いて、成膜温度を室温のまま、ＤＣスパッタリングにて作製した。同様に１６０画素（１０素子分）の初期平均発光輝度、電極間の電流リーク個数、発光半減期及び発光開始から２００時間経過後のダークスポット（非発光点）の発生有無について調べた。その結果を表５に示す。
【０１２９】
【表５】

【０１３０】
表５に示すように、本発明の透明導電性薄膜を陰極に用いた有機ＥＬ素子（実施例４３〜４６）は、従来の材料を用いた有機ＥＬ素子（比較例７〜９）と比べて、初期における平均発光輝度が大きく、また輝度半減期が明らかに長い。また４００ｃｄ／ｍ_２以上の発光が確認できた。輝度の半減期は８００時間であった。発光開始から２００時間経過後のダークスポット（非発光点）の発生についても、従来の材料を用いた有機ＥＬ素子（比較例７〜９）には多数発生したが、本発明の透明導電性薄膜を陰極に用いた有機ＥＬ素子（実施例４３〜４６）は全くなかった。また比較例９の有機ＥＬ素子は、発光開始から２００時間経過後でのダークスポット（非発光点）の発生は見受けられず、輝度の半減期も本発明の実施例４３〜４６と同様に長かったが、初期の発光輝度は低かった。
Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ薄膜と本発明の薄膜の単膜での光透過特性の比較実験から明らかになったのであるが、陰極に用いたＩｎ−Ｚｎ−Ｏ薄膜の光透過性が劣っていたことから、発光輝度が低かったものと考えられる。Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ薄膜をＸＰＳにて分析したところ、膜中には金属Ｚｎが含まれていることが明らかとなり、これにより４００ｎｍ前後での光透過率が本発明の膜と比べて劣っていると判断される。
また、上記の作製した有機ＥＬ素子を湿度９５％８０℃の雰囲気中に１００時間置いたあとで、同様の発光試験を行ったところ、比較例８〜９の素子は発光初期の時点で多数のダークスポットが観察されたが、実施例４３〜４６の有機ＥＬ素子は発光開始から２００時間経過後でもダークスポットは観察されなかった。
これは本発明の透明導電性薄膜の耐熱性が優れているからである。
このような傾向は、実施例２４、実施例２６〜３３、実施例３５〜３７、実施例３９〜４２の組成のＩｎ−Ｗ−Ｓｉ−Ｏ系非晶質薄膜を室温〜１００℃の基板温度で作製して陰極に用いても全く同じ結果であり、発光特性、耐熱性、耐湿性に優れ、ダークスポットの生じない有機ＥＬ素子が製造できた。
また、基板として薄膜トランジスタとその回路が形成されたガラス基板を用いて実施例４３と同様にアクティブマトリックス型有機ＥＬ素子を作製したが、全く同じ結果であり、発光特性、耐熱性、耐湿性に優れ、ダークスポットの生じない有機ＥＬ素子が製造できた。
【０１３１】
（実施例４７）
実施例４３〜４６では陽極にクロムを用いたが、パラジウムを用いた以外は上記実施例４３と同様にして同じ構造の有機ＥＬ素子を作製した。得られたＰｄ陽電極の有機ＥＬ素子は、Ｃｒ陽極を用いた実施例４３〜４６の素子と同様の優れた発光特性を備えていた。また２００時間経過後においても、ダークスポットは観察されなかった。
【０１３２】
（実施例４８）
実施例４３〜４６では陰極にＩｎ−Ｗ−Ｓｉ−Ｏ系非晶質薄膜を用いたが、実施例１〜６のＩｎ−Ｓｉ−Ｏ系非晶質薄膜、あるいは実施例７〜２２のＩｎ−Ｓｎ−Ｓｉ−Ｏ系非晶質薄膜を室温〜３００℃の基板温度にて作製して用いた以外は、上記実施例４３と同様にして同じ構造の有機ＥＬ素子を作製した。
得られた有機ＥＬ素子は、Ｉｎ−Ｗ−Ｓｉ−Ｏ系非晶質薄膜を用いた実施例４３〜４６の素子と同様の優れた発光特性を備えていた。また２００時間経過後においても、ダークスポットは観察されなかった。
【０１３３】
（実施例４９）
実施例４３〜４６では、陽極に金属を用いたが、実施例１〜４２の組成のＩｎ−Ｓｉ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｓｉ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｗ−Ｓｉ−Ｏ系非晶質薄膜を室温から３００℃の基板温度にて作製し、この薄膜を陽極に用いた以外は実施例４３と同様の方法で、図７の構造の有機ＥＬ素子を作製した。
この有機ＥＬ素子は、陰極だけでなく陽極にも発光可能となる。発光特性を調べたが、同様に良好な発光特性がみられ、２００時間経過後でもダークスポットも観察されなかった。しかし、陽極に比較例１〜６のＩｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ系薄膜を用いた同様の有機ＥＬ素子は２００時間経過後でダークスポットが多数観察された。
【０１３４】
（実施例５０）
厚み１μｍのアクリル系のハードコート層を形成したＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）フィルム（フィルム全体の厚みは０．２ｍｍ）の表面に５０ｎｍの窒化酸化シリコン膜を施した基板を用い、その上に図７に示すような有機ＥＬ素子を作製した。
陽極および陰極に実施例１〜４２の本発明のＩｎ−Ｓｉ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｓｉ−Ｏ系またはＩｎ−Ｗ−Ｓｉ−Ｏ系透明導電性薄膜を基板温度室温〜１２０℃で作製して用いたところ、素子の発光特性は良好であった。
【０１３５】
（比較例１０）
下記の成膜条件で高周波スパッタリングにより、ガラス基板上にシリコンを含有する酸化インジウム透明導電性薄膜を形成させた。得られた薄膜の比抵抗は７．５×１０^−４Ω・ｃｍであったが、Ｘ線回折ピークが多数観察され、表面粗さＲａは５．７ｎｍであり、表面平滑性の極めて悪い結晶性の透明導電膜であった。
ターゲット組成：Ｉｎ_２Ｏ_３＋ＳｉＯ_２（２ｗｔ％）、ターゲットサイズ：６インチΦ、ガス圧：０．２Ｐａ、スパッタガス：純Ａｒ、ターゲット基板間距離：４０ｍｍ、高周波電力：５００Ｗ、基板加熱せず。
【０１３６】
（比較例１１）
陽極に比較例１０のＩｎ−Ｓｉ−Ｏ系薄膜を用い、この薄膜を陽極に用いた以外は実施例４３と同様の方法で、図７の構造の有機ＥＬ素子を作製した。この有機ＥＬ素子は、２００時間経過後でダークスポットが多数観察された。
【０１３７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の透明導電性薄膜は、結晶相を全く含まず完全に非晶質であるため表面平滑性に極めて優れ、低抵抗で可視光領域での透過率も高い。
また、本発明の透明導電性薄膜は、表面が平滑で低抵抗な透明電極が必要とされる有機ＥＬ素子だけでなく、無機ＥＬ素子やＬＣＤ等の表示デバイス素子の透明電極として極めて有用なものである。従って、本発明の透明導電性薄膜を用いることにより、従来よりも発光輝度が高く、かつその輝度の半減期も長くなるうえ、ダークスポットの発生がなく、耐久性にも優れたＥＬ素子を提供することができ、その工業的価値は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の透明導電性薄膜（実施例４）のＸ線回折パターンである。
【図２】本発明の透明導電性薄膜（実施例４）の原子間力顕微鏡像である。
【図３】従来技術の透明導電性薄膜（比較例３）のＸ線回折パターンである。
【図４】従来技術の透明導電性薄膜（比較例３）の原子間力顕微鏡像である。
【図５】従来技術の透明導電性薄膜（比較例５）のＸ線回折パターンである。
【図６】従来技術の透明導電性薄膜（比較例５）の原子間力顕微鏡像である。
【図７】本発明の有機ＥＬ素子の一具体例を示す概略図である。
【符号の説明】
１．絶縁性基板
２．陽極
３．陰極
４．透明度電性薄膜
５．金属薄膜
６．有機層
７．発光層
８．正孔注入層
９．正孔輸送層

Claims (18)

1. 酸化インジウムを主成分とし、シリコン及びタングステンを含有する透明導電性薄膜であって、その構造が実質的に非晶質であり、かつシリコンの含有量がインジウムとシリコンとの合計量に対して０．５〜１３原子％であり、タングステンの含有量がタングステンとインジウムとの合計量に対して０．２〜１５原子％であることを特徴とする透明導電性薄膜。
2. さらに、ドーパントとしてスズを含有することを特徴とする請求項１に記載の透明導電性薄膜。
3. スズの含有量が、スズとインジウムとの合計量に対して０．５〜１５原子％であることを特徴とする請求項２に記載の透明導電性薄膜。
4. 透明導電性薄膜の比抵抗が、９．０×１０^−４Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の透明導電性薄膜。
5. 透明導電性薄膜の中心線平均粗さ（Ｒａ）が、２．５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４に記載の透明導電性薄膜。
6. 透明導電性薄膜は、平均可視光（４００〜８００ｎｍ）の透過率が８５％以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の透明導電性薄膜。
7. 透明導電性薄膜の結晶化温度が１８０℃以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の透明導電性薄膜。
8. スパッタリング装置内に、基板と、ターゲットとを配置した後、酸素ガスを含む不活性ガス雰囲気中でスパッタリングすることによって、基板上にシリコンを含有する酸化インジウムよりなる非晶質の透明導電性薄膜を成膜することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の透明導電性薄膜の形成方法。
9. 基板が１００〜３００℃に加熱されることを特徴とする請求項８に記載の透明導電性薄膜の形成方法。
10. 不活性ガスが、酸素を１％以上含有するアルゴンと酸素の混合ガスであることを特徴とする請求項８に記載の透明導電性薄膜の形成方法。
11. 透明導電性薄膜が、酸素ガスを含む不活性ガス雰囲気でスパッタリング装置内を０．１〜１Ｐａに設定後、直流スパッタリングで成膜されることを特徴とする請求項８に記載の透明導電性薄膜の形成方法。
12. ターゲットが、タングステン添加酸化インジウム焼結体のターゲット上に、複数枚のシリコンのチップを略均等の間隔で貼着したものであることを特徴とする請求項８に記載の透明導電性薄膜の形成方法。
13. ターゲットが、シリコンをタングステンとともに添加した酸化インジウム焼結体であることを特徴とする請求項８に記載の透明導電性薄膜の形成方法。
14. 請求項１〜７のいずれかに記載の透明導電性薄膜をガラス基板、石英板、樹脂板又は樹脂フィルムから選択されるいずれかの基材上に成膜してなる表示パネル用透明導電性基材。
15. 基材には、絶縁層、半導体層、ガスバリア層又は保護層の少なくとも１層が形成されていることを特徴とする請求項１４に記載の表示パネル用透明導電性基材。
16. 請求項１〜７のいずれかに記載の透明導電性薄膜を陽極及び／又は陰極に用いてなる有機エレクトロルミネッセンス素子。
17. 陽極を光反射性薄膜で構成し、陰極を透明導電性薄膜又は透明導電膜と金属薄膜から構成したことを特徴とする、請求項１６に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
18. 請求項１４又は１５に記載の表示パネル用透明導電性基材の陽極上に有機層、陰極を形成してなる有機エレクトロルミネッセンス素子。

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