JPH02126592A

JPH02126592A - 薄膜ｅｌ素子

Info

Publication number: JPH02126592A
Application number: JP63278732A
Authority: JP
Inventors: Makoto Fujikura; 誠藤倉; Yasuo Tsuruoka; 恭生鶴岡; Akinori Sato; 昭典佐藤
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1988-11-04
Filing date: 1988-11-04
Publication date: 1990-05-15

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、窒素を含む水素化アモルファスシリコンから
なる光導電層を有する薄膜ＥＬ素子に関する。

〔従来の技術〕

従来、導電膜、絶録層２発光層、絶縁層、水素化アモル
ファスシリコンからなる光導電層及び導電膜／ｉ−順次
積層し、場合により、さらに光導電層と導電膜の間に絶
縁Ｒりを設けてなる薄膜Ｅ　Ｔ、素子が、印加電圧と発
光ｌｌ１１１度の間におけるヒステリシス特性を有し、
メモリ機能を持つことが知られている〔アイ・イー・イ
ー・イー　１−ランザクションズ　オンエレクトロン　
デバイシイズ（ＩＥＥＥｒＲＡＮｓＡｃＴＩＯＮ　ＯＮ
　ＥＬトＣＴＲ０Ｎ　ＤＥＶＩＣＥＳ）　Ｅ　Ｄ−３３
さ。

８号（１９８６年８月）〕。この薄膜Ｅ　Ｌ素子におい
て水素化アモルファスシリコンは、発光層からの発光を
受は専電牢変調を起こす光導電層として１表能している
。

また、上記薄膜ＥＬ素子の水素化アモルファスシリコン
からなる光導電層を炭素を含む水素化アモルファスシリ
コンからなりｎ＋ｎｎ４４を造を（Ｔするものとした薄
膜ＥＬ素子に１　ｋ　Ｈｚの交流を印加したとき、該素
子が２０５Ｖから２３０Ｖにわたって約２５Ｖの発光輝
度のヒステリシス特性を示すことが報告されている〔ア
プライド・フイジクス畳しターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐ
ｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ）第５０巻（１９８７年
）１２０３〜１２０５頁〕。

光導電層としてＣｄＳを用いる上記と同様の薄膜ＥＬ素
子も知られているが、このようなものに比し、光導電層
として水素化アモルファスシリコンを含む薄膜ＥＬ素子
は、光に対する応答速度が著しく速く、注目されている
。

〔発明が解決しようとする課厘〕

しかし、前記したような炭素を含む又は含まない水素化
アモルファスシリコンを先導ｍｆＭとした薄膜ＥＬ素子
は、印加電圧と発光輝度の間のヒステリシス幅が今一つ
広くなく、ヒステリシスの経時変化が大きいという問題
があった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、透明導電膜（以下、「第１の導電膜」という
）２発光層、光遵電層及び導電膜（以下、「第２の導電
膜」という）を順次積層し、これらの層間のうち少なく
とも一つの層間に絶縁層を設けてなる薄膜ＥＬ素子にお
いて、光導電層を窒素を含む水素化アモルファスシリコ
ン層としてなる薄膜ＥＬ素子に関する。

本発明に係る薄膜■ＥＬ素子は、適当な基材の上に形成
される。基材としてはガラス板等が使用される。

第１の導電膜は、ＳｎＯ，、Ｉ　ｎ２０．、インジウム
スズオキサイド（ＩＴＯ）等からなり、真空蒸若法、ス
パッタ法、　ＣＶ　Ｄ　（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ
　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、プラズマＣＶＤ法等によ
って形成される。

発光層は、Ｍｎ、Ｔｂ、Ｆ等を含んでいてもよいＺｎＳ
の層などからなり、真空蒸看法、スパッタ法、　ＭＯＣ
ＶＤ　（Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　ＣＶＤ）法。

Ａ　Ｌ　Ｅ　（Ａｔｏｍｉｃ　Ｌａｙｅｒ　Ｅｐｉｔａ
ｘｙ）法等で形成される。

本発明における窒素を含む水素化アモルファスシリコン
層は、窒素（ｒ”ｙｚ）、アンモニア等の窒素源ガスの
存在下に、モノシラン（Ｓ　ｉ　Ｈ，、）　、ジシラン
（Ｓｉ、Ｈ，）等を用いるプラズマＣＶＤ法。

窒素源ガス及び水素の雰囲気中でＳｉターゲットを用い
る反応性スパッタリング法等によって形成される。特に
窒素源ガスは窒素（Ｎ２）であることが好ましい。窒素
を含む水素化アモルファスシリコン層は、必要に応じて
炭素を含んでいてもよく、リン等の周期律表第■凡の金
属、ホウ素等の周期律表第１１１ａの金属等のドーパン
Ｉ・を含んでいてもよい。このためには、上記プラズマ
ＣＶＤ法において、モノシラン、ジシラン等及び窒素源
ガス以外に必要に応じて、メタン等の炭素源ガス。

ホスフィン、ジボラン等のドーパントガスが用いられる
。上記プラズマＣＶＤ法において、水素（ＦＩ２）、ヘ
リウム・アルゴン等のキャリアガスを用いてもよい。

窒素を含む水素化アモルファスシリコン層は、窒素を０
．０５〜５原子％含むものが好ましい。

また、Ｓｉに対して水素を０．５〜４０Ｊ＊子％含むも
のが好ましく、特に５〜２０原子％含むものが好ましい
。

この窒素を含む水素化アモルファスシリコン層は厚さが
０．４〜３μｍであることが好ましい。

第２の４電肘１は、第１の導電膜と同様のものでもよく
、アルミニウム、クロム、金等からなるものであっても
よい。

前１？己絶帛六層（ま、Ｔ３□０４　＋　Ｙ２０Ｊ　Ｉ
　Ｓ　ｒ　３　Ｎ４　＋　ＡＱ２０１等からなり、これ
らに層に５ｉｎ２のＪｉ５を組合わせてもよい。これら
の層の形成方法は、第１の導電膜の形成方法と同様であ
る。

本発明において、前記第１の導電膜と前記発光ｆＨｔｊ
の間の絶縁層を第１の絶縁層と、前記発光層と１’＋ｉ
ｊ記窒素を含む水素化アモルファスシリコン層の間の絶
縁層を第２の絶縁Ｖｊと及び前記窒素を含む水素化アモ
ルファスシリコン層と第２の導電膜の間の絶縁層を第３
の絶縁層という。第１、第２及び第３の寒色縁層のうち
少なくとも一つの字色Ｂ　層はＥ■、素子として機能さ
せろために必要である。また、これらの才色金未層のう
ち少なくとも二つの糸色％ｈ層があれば、特に、第１及
び第２の絶縁層があれば、薄膜ＥＬ素子の発光効率を良
くすることができる。第２の絶ｇ層は前記発光層と前記
窒素を含む水素化アモルファスシリコン層の接触による
発光層の機能低下を防止する上で好ましい。第１、第２
及び第３の絶縁層をすべて使用する場合、第２の絶縁層
を薄くすることができる。

本発明に係る覆膜ＥＬ素子は、第１の導電膜。

第１の絶縁層２発光層、第２の絶縁層、窒素を含む水素
化アモルファスシリコン層、第３の１１１層及び第２の
導電膜が、この順序で又はこの逆の順序で、基材上に順
次形成して作製される。ただし。

第１、第２及び第３の絶縁層はこれらのうち少なくとも
一つが接層される。

本発明を図面を用いて説明する。第１図は本発明に係る
薄膜ＥＬ素子の一例を示す断面図であり。

基材１の上に第１の透明′ＰＡ電膜（透明電極）２゜第
１の絶縁層３２発光層４．第２の絶縁層５．窒素を含む
水素化アモルファスシリコン層６及び第２の導電膜（背
面電極）７が順次積層されており、第１の導電膜２と第
２の導電膜７が交流電源８に導線によって連結されてい
る。なお、第１図において第１の導電膜と第２の導電膜
はそれぞれストライプ状であってもよい。

本発明に係る薄膜Ｅ　Ｌ　Ｊ　ｌ−は、例えば、発光ス
レショルド電圧より低く、消去スレショル１−′社圧よ
り高い維持７ｔｉ圧を印加しておき、−度、発光スレシ
ョルド電圧以上の電圧を印加して発光させ［しば、その
後は、上記維持電圧の印加によって発光を持？売させる
ことができる。

なお、本発明に係る薄膜ＥＬ素子は、第２の導電膜自体
又は第２の導電ＩＩ莫の外側を不透明にするのが好まし
い。第２の導電膜の外側を不透明にするには、第２の導
電膜にさらに不透明な遮閉層を設けてもよく、薄膜ＥＬ
素了の使用時に第２の・、ラミ膜の外側を遮光してもよ
い。

〔作用〕

本発明において、光導電１層として窒素を含む水素化ア
モルファスシリコン層を使用することによって所期の目
的を達成することができる。

本発明に係る簿１１免ＥＬ素ｐに、所定の２流電圧を印
加した時、第１の絶縁層９発光層、第２の絶縁層及び窒
素を含む水素化アモルファスシリコン１げのそれぞれに
は、それぞれのキャパシタンスに由来のインピーダンス
に応じて、電圧が配分されるが、窒素を含む水素化アモ
ルファスシリコン層は特定の電圧（Ｖ□）を越えては、
大幅な電圧上昇は無いという特徴を持っている。

すなわち、第１図に示す薄膜ＥＬ素子から、第１の絶縁
層２発光形及び第２の絶縁層を除いた、窒素を含む水素
化アモルファスシリコンを第１の導電膜と第２の導電膜
ではさんだ横進の素子は、暗所において第２図（ａ）に
示すような電圧・電流特性を持っている。このようにあ
る特定の電圧（ＶＴ　）を越えると、電圧は余り変らず
、その−方電流は急激に増大する。なお印加される電圧
の正・負両方向にこの様な現象が現られる。特定の電圧
（ＶＴ）は窒素の含有量や膜厚にも依存する。

具体的には窒素量が多いほど、大きな値になり。

膜厚が厚いほど大きな値になる。一方、本発明に係る窒
素を含む水素化アモルファスシリコン層には光導電性が
あり、光照射により特定の電圧（Ｖア）が小さくなると
いう特徴もある。上記の素子に白色光５０００ルツクス
を照射すると、例えば第２図（ｂ）のように光照射下の
特定の電圧（ｖ’ｒ’）は極めて小さく、これをほぼ０
■に近くすることができる。これら光照射による特定の
電圧の変化は白色光のみでなく分光された光であっても
必要な光−ｒ−エネルギーと照射強攻を持っていれば起
るものである。なお、これら光照射による特定の電圧の
変化（ΔＶ、＝ＶアーＶＴ’）は、多少の遅れ時間はあ
っても光照射している時にだけ起るものである。

実際の薄膜Ｅ　Ｌ素子では、窒素を含む水素化アモルフ
ァスシリコン層の光照射による特定の電圧の変化（ΔＶ
ア）分は、窒素を含む水素化アモルファスシリコン層以
外の第１の絶縁層２発光層。

第２の絶縁層にかかる電圧の増大として作用する。

すなわち特定の電圧の変化（ΔＶＴ）は、窒素を含む水
素化アモルファスシリコンを光導電層とする薄膜ＥＬ素
子の印加電圧と発光輝度の間のヒステリシス幅（電圧幅
）と対応していると思わ１しる。

したがって、ヒステリシス幅を大きくするためには、光
照射していない時の特定の電圧（ｖｒ）が大きいことが
好ましいが、おのずから限界がある。すなわち、窒素量
が多いほど特定の電圧（ＶＴ）は大きくなるが、窒素量
が多くなると光導電性が低下する傾向があるため、必ず
しも特定の電圧の変化分（ΔＶＴ）は大きくならない。

このようなことから窒素を含む水素化アモルファスシリ
コン層中の窒素量は０．０５〜５原子％が好ましい。

また膜厚についても、膜厚が厚いほど特定の電圧（ＶＴ
　）は大きくなるが、窒素を含む水素化アモルファスシ
リコンｍにかかる電圧が大きくなり、薄膜ＥＬ素子全体
にかかる電圧も実用の範囲を越えて増大してしまうので
、ここにも限度がある。

このようなことがら膜厚は０．４〜３μｍ　が好ましい
。

上記の作用は従来の窒素を含まない水素化アモルファス
シリコン及び炭素を含む水素化アモルファスシリコンで
も認められるものではあるが１本発明における窒素を含
む水素化アモルファスシリコンでは特定の電圧（ｖｒ　
）及び特定の電圧の変化（ΔｖＴ）とも従来の光導電層
に比べて大きいことと経時変化が小さいことに特徴があ
る。

なぜこのような差が出るのか１本発明ｔ′らはその理由
をまだ十分に知らないが、シリコンや炭素などは周期律
表第■族元素であり、窒素は第■族元素であり、その結
合様式の違いよるものと推察される。

実施例第１図に示すような構造の薄膜ＥＬ素ｆを作成した。

１、（１才としてのコーニング社６７０５９ガラス（ｌ
　ＯＯＸ　７５ｎｇｎ２．厚さ１．１ｍｍ）上に■ゴＯ
膜を反応性スパッタ法で形成し、これをエツチングして
第１の導電膜２としてのストライブ状ＩＴＯ透明電唖（
膜厚０．２μｍ、　輻０．１５ｍｎ、　電極間開”＋　
０　、１　ｎｎ＋　）　３２０本を形成した。この上に
、第１の絶ｎ層３としてＳ　ｉ　Ｏ，膜及びＴａ２Ｏ，
膜を順次スパッタ法で０．３μｍ　の厚さに形成し、さ
らに、発光層１１として真空蒸着法でＺ　ｎ　Ｓ　：　
Ｍ　ｎ層０．５μＩｎ　及び第２のＭ　％ｉ　Ｒ５とし
てスパッタ法でＴａ２Ｏ，層を０．３μｍ　を積層した
。次いで、窒素ガスの存在下、モノシランガスを原料と
するプラズマＣＶＤ法で窒素を含む水素化アモルファス
シリコン層６（窒素含量３原子％、Ｓｉと窒素の総量に
対する水素含量１５原子％）を１．０μｍの厚さで形成
した。最後に、真空蒸着法でＡＱ層を形成し、エツチン
グして第２の導電膜８としてのストライプ状ＡＱの背面
電極（膜厚０．２μｍ。

幅０．１５ｏｎ、電極間隔０．１ｍｍ）を２００本、Ｉ
ＴＯ透明電極と直交するように形成し、薄膜ＥＬ素子（
試料Ａ）を作製した。

比較例実施例において窒素ガスを用いないで、窒素を含まない
アモルファスシリコン層を形成したこと以外は実施例に
準じて薄膜ＥＬ素子（試料Ｂ）を作製した。

試料Ａ及び試料Ｂそれぞれに、第１図に示すように交流
電源８を連結し、交流（１ｋＨｚ）電圧を印加し、電圧
−発光輝度特性を調べた。

初期において試料Ａのヒステリシス特性（ヒステリシス
幅）は、印加電圧２００ｖ前後で３５Ｖであったが、試
料Ｉ３は、２５　Ｖであった。

また、試料Ａと試料Ｂについて５００時間発光後、特性
を調べたところ、試料Ａは９０％以上の絵素で初期と同
様のヒステリシス特性を示したが、試料■３では６０％
の絵素でヒステリシス幅が２０Ｖ以下に減少した。

〔発明の効果〕本発明に係る薄膜ＥＬ素子は印加電圧と、発光輝度の間
にヒステリシス特性（ヒステリシス幅）が広い。また、
ヒステリシスの経時変化が小さく、特性が安定している
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る薄膜ＥＬ素子の一例を示す断面図
及び第２図は窒素を含む水素化アモルファスシリコンの
電圧・電流特性を示すグラフである。１・・・基材、２・・・第１の導電膜、３・・・第１の
絶嫁層、４・・・発光層、５・・・第２の絶縁膜、６・
・・窒素を含む水素化アモルファスシリコン層、７・・
・第２の導電膜、８・・・交流電源。

Claims

【特許請求の範囲】

　１．透明導電膜，発光層，光導電層及び導電膜を順次
積層し、これらの層間のうち少なくとも一つの層間に絶
縁層を設けてなる薄膜ＥＬ素子において、光導電層を窒
素を含む水素化アモルフアスシリコン層としてなる薄膜
ＥＬ素子。
　２．窒素を含む水素化アモルフアスシリコン層が、窒
素を０．０５〜５原子％含むものである請求項１に記載
の薄膜ＥＬ素子。
　３．窒素を含む水素化アモルフアスシリコン層が、窒
素源として窒素ガスを用いて形成されてなるものである
請求項１に記載の薄膜ＥＬ素子。