JPH02223194A

JPH02223194A - 薄膜ｅｌ素子

Info

Publication number: JPH02223194A
Application number: JP1194904A
Authority: JP
Inventors: Makoto Fujikura; 誠藤倉; Masanobu Hanehiro; 羽広　昌信; Yasuo Tsuruoka; 恭生鶴岡; Hiroshi Matsuoka; 寛松岡; Masanori Yamaguchi; 正憲山口
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1988-08-11
Filing date: 1989-07-27
Publication date: 1990-09-05

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、水素化アモルファスシリコンを含む光導電層
を有する薄膜ＥＬ素子に関する。

〔従来の技術〕

従来、導電膜、絶縁層９発光層、絶縁漕、光導電層及び
導電膜を順次積層してなる薄膜ＥＬ素子が、印加電圧と
発光輝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。この薄膜ＥＬ素子にお
いて、光導電層としてＣｄＳを用いるものが知られてい
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ものは、光に対する応答速度
が著しく゛速く、注目されている。水素化アモルファス
シリコンは、これに炭素、ゲルマニウム等を含ませるこ
とによりエネルギーギャップを自由に制御することがで
きるので黄色、赤色、緑色の種々の発光色に対応させる
ことができるという利点を有する。

例えば、上記薄膜ＥＬ素子において発光層として黄色の
光を発するＺｎＳ：Ｍｎ層を用い、光導電層として広い
エネルギーギャップを有する半導体である炭素を含む水
素化アモルファスシリコン層からなりｎｕｎｎ＋構造を
有するものを用いた薄膜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・レターズ
（Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ）
第５０巻（１９８７年）１２０３〜１２０５頁〕。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、前記したような炭素を含む水素化アモルファス
シリコン層を光導電層とした薄膜ＥＬ素子については、
印加電圧と発光輝度の間のヒステリシスを有するものが
再現性よく得られない。

この原因は、炭素を含む水素化アモルファスシリコンの
ｎ型価電子制御が、炭素を含まない水素化アモルファス
シリコンのｎ型価電子制御に比べて困難なことによる。

炭素を含む水素化アモルファスシリコンでは、炭素を含
まない水素化アモルファスシリコンに比べて結合の乱れ
が大きく、半導体のバンドギャップ内の局在準位の数が
多く。

これは特に炭素の含有量が多い場合に顕著である。

このような炭素を含む水素化アモルファスシリコンに燐
、ヒ素等の周期律表第Ｖ族元素をｎ型ドーパントとして
添加しても、ドーパントが活性化できず導電度を制御す
ることができず、ｎ型価電子制御が困難である。

【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）９
発光層、光導電層及び導電膜（以下、第２の導電膜とい
う）を順次積層し、これらの眉間のうち少なくとも一つ
の眉間に絶縁層を設けてなる薄膜ＥＬ素子において、光
導電層がｎ型に価電子制御された水素化アモルファスシ
リコン層と炭素を含む水素化アモルファスシリコン層と
の繰り返し多層構造膜（第１の繰り返し多層構造膜）、
炭素を含む水素化アモルファスシリコン層及びｎ型に価
電子制御された水素化アモルファスシリコン層と炭素を
含む水素化アモルファスシリコン層との繰り返し多層構
造膜（第２の繰り返し多層構造膜）を積層したものであ
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。基板としてはガラス板等が使用される。

第１の導電膜は、ＳｎＯ，、Ｉｎ、Ｏ，、インジウムス
ズオキサイド（ＩＴＯ）等からなり、真空蒸着法、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、真空蒸着法、スパッタ法、　ＭＯＣ
ＶＤ　（Ｍａｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　ＣＶＤ）法。

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

本発明における光導電層は、第１の繰り返し多層構造膜
、炭素を含む水素化アモルファスシリコン層及び第２の
繰り返し多層構造膜を積層したものである。

上記二つの繰り返し多層構造膜は、それぞれ、ｎ型に価
電子制御された水素化アモルファスシリコン層と炭素を
含む水素化アモルファスシリコン層を繰り返し多層積層
したものである。ｎ型に価電子制御された水素化アモル
ファスシリコン層は、水素含有量が０．１〜５０Ｍ子％
（Ｓｉに対して）であるのが好ましく、膜厚が１〜８ｎ
ｍ、特に２〜５ｎｍのものが好ましい、ｎ型に価電子制
御するためには、燐、ヒ素等の周期律表第Ｖ族元素がｎ
型ドーパントとして添加され、該ドーパントの量は０．
００１〜１原子％であるのが好ましい。

炭素を含む水素化アモルファスシリコン層は、炭素含有
量が３〜３０原子％、特に３〜１２原子％であるめが好
ましく、水素含有量が０．１〜５゜原子％（ＳｉとＣの
総量に対して）であるのが好ましく、膜厚が１〜８ｎｍ
、特に２〜５ｎｍのものが好ましい、上記二つの繰り返
し多層構造膜は、そ九ぞれ、全体の膜厚が２０ｎｍ以上
であるのが好ましく、ｎ型に価電子制御された水素化ア
モルファスシリコン層の膜厚の総計に対して炭素を含む
水素化アモルファスシリコン層の膜厚の総計が８０〜１
２０％であるのが好ましい、繰り返し多層構造膜中の各
層は、併せて数層でもよいが１０層以上であるのが好ま
しい。

前記二つの繰り返し多層構造膜に挾まれている炭素を含
む水素化アモルファスシリコン層は、炭素含有量が３〜
３０Ｊ７Ｘ子％、特に３〜１２原子％であるのが好まし
く、水素含有量が０．１〜５０原子％（ＳｉとＣの総量
に対して）であるのが好ましく、膜厚が４００〜１９０
０ｎｍであるのが好ましい。

本発明の光導電層の全体の膜厚は、特に制限はない。

前記のｎ型に価電子制御された水素化アモルファスシリ
コン層は、ホスフィン、アルシン等のドーパントガスの
存在下にモノシラン（ＳｉＨ４）１ジシラン（ＳｉｚＨ
ｓ）等を用いるプラズマＣＶＤ法、ホスフィン、アルシ
ン等のドーパントガスと水素の雰囲気中で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する
ことができ、その他、イオンクラスタービームブレーテ
ィング法、反応性蒸着法等によっても形成することがで
きる。

前記の炭素を含む水素化アモルファスシリコン層はいず
れも、メタン、エチレン、アセチレン等の炭素源ガスの
存在下にモノシラン（ＳｉＨ４）ｔジシラン（Ｓｉ、Ｈ
，）等を用いるプラズマＣＶＤ法、炭素源ガスと水素の
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することができ、その他、イオンク
ラスタービームブレーティング法、反応性蒸着法等によ
っても形成することができる。

上記のいずれのプラズマＣＶＤ法においても。

水素（Ｈ，）　、ヘリウム、アルゴン等のキャリアガス
を用いてもよい。

第２の導電膜は、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。

前記絶縁層は、Ｔａ２０５．Ｙ、Ｏ，、Ｓｉ３Ｎ４＋　
Ａ１１２０３等からなり、これらに層にＳ　ｉ　Ｏ，の
層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層の間の
絶縁層を第１の絶縁層と、前記発光層と前記光導電層の
間の絶縁層を第２の絶縁層と及び前記光導電層と第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の絶縁層のうち少なくとも一つの、！１！縁層
はＥＬ素子として機能させるために必要である。また、
これらの絶縁層のうち少なくとも二つの絶縁層があれば
、特に、第１及び第２の絶縁１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の絶縁層は前
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
く、Ｔａ、０５．Ｙ２Ｏ３等の高誘電率のものがより好
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。

本発明に係る薄膜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、第１の繰り返し
多層構造膜、炭素を含む水素化アモルファスシリコン層
、第２の繰り返し多層構造膜、第３の絶縁層及び第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
なくとも一つが積層される。

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、基板１の上に
第１の透明導電膜（透明電極）２゜第１の絶縁層３２発
光層４．第２の絶縁層５．第１の繰り返し多層構造膜６
、炭素を含む水素化アモルファスシリコン層７、第２の
繰り返し多層構造膜８及び第２の導電膜（背面電極）９
が順次積層されぞおり、第１の導電膜２と第２の導電膜
９が交流電源１０に導線によって連結されている。

本発明に係る薄膜ＥＬ素子は、例えば、発光スレショル
ド電圧より低く、消去スレショルド電圧より高い維持電
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れば、その後は、上記維持電圧
の印加によって発光を持続させることができる。

なお１本発明に係る薄膜ＥＬ素子は、第２の導電膜自体
又は第２の導電膜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素子
の使用時に第２の導電膜の外側を遮光してもよい。

〔作用〕

本発明において、光導電層を第１の繰り返し多層構造膜
、炭素を含む水素化アモルファスシリコン層及び第２の
繰り返し多層構造膜を積層したものとしたことにより所
期の目的が達成されるが、これは特に、二つの繰り返し
多層構造膜を使用し、これらがｎ型に価電子制御された
層として機能することによる。

繰り返し多層構造膜について、さらに説明する。

繰り返し多層構造膜は、ｎ型に価電子制御された水素化
アモルファスシリコン層と炭素を含む水素化アモルファ
スシリコン層が交互に繰り返されて積層されている。ｎ
型に価電子制御された水素化アモルファスシリコン層で
は、多数のキャリヤが伝導電子として生成する。ｎ型に
価電子制御された水素化アモルファスシリコン眉と炭素
を含む水素化アモルファスシリコン層のそれぞれが十分
薄い場合、ｎ型に価電子制御された水素化アモルファス
シリコン層において上記伝導電子は量子化され、エネル
ギーギャップが実効的にに広がる一方。

上記伝導電子は炭素を含む水素化アモルファスシリコン
層のエネルギー障壁をトンネル効果によって通り抜けら
れるようになり、実質上キャリヤーの走行性も良好とな
る。従って、繰り返し多層構造膜は実効上ｎ型に価電子
制御された炭素を含む水素化アモルファスシリコン層と
して機能する。

二つの゛繰り返し多層構造膜に挾まれた炭素を含む水素
化アモルファスシリコン層は、主に光導電層として機能
し、二つの繰り返し多層構造膜は。

この炭素を含む水素化アモルファスシリコン層への電子
の注入層として機能する。

実施例第１図に示すような構造の薄膜ＥＬ素子を作成した。

基材１としてのコーニング社９７０５９ガラス（１００
Ｘ７５ｍ＋”、厚さ１．１ｍ）上にＩＴＯ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透明電極（膜厚０．２μ
ｍ、幅０．１５ｍ、電極間隔０．１■）３２０本を形成
した。この上に、第１の絶縁Ｍ３としてＳｉｎ、膜及び
Ｔａ、Ｏ，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４として真空蒸着法でＺ　ｎ　Ｓ
　Ｓ　Ｍ　ｎ層０．５μｍ及び第２の絶縁層５としてス
パッタ法でＴａ、Ｏ，層を０．３μｍ　を積層した。

次いで、ホスフィンの存在下にモノシランガスを原料と
するプラズマＣＶＤ法でｎ型に価・電子制御された水素
化アモルファスシリコン層（燐含有量０．０１ｙＫ子％
、Ｓｉに対する水素含有量１０原子％）を２．５ｎｍ　
の厚さで形成し、ついで、メタンガスの存在下にモノシ
ランガスを原料とするプラズマＣＶＤ法で炭素を含む水
素化アモルファスシリコン層（炭素含有量１０原子％、
ＳｉとＣの総量に対する水素含有量１０原子％）を２．
５ｎｍ　の厚さで形成する操作を繰り返し、ｎ型に価電
子制御された水素化アモルファスシリコン層１０層と炭
素を含む水素化アモルファスシリコン層９層からなる第
１の繰り返し多層構造膜６を形成した。

つぎに、メタンガスの存在下にモノシランガスを原料と
するプラズマＣＶＤ法で炭素を含む水素化アモルファス
シリコン層７（炭素含有量１０原子％、ＳｉとＣの総量
に対する水素含有量１０ｙＸ子％）を１４５０ｎｍの厚
さで形成した。

さらに、第１の繰り返し多層構造膜６と同じ繰り返し多
層構造膜である第１の繰り返し多層構造膜８を形成した
。

最後に、真空蒸気法でＡｎ層を形成し、エツチングして
第２の導電膜９としてのストライプ状ＡＰの背面電極（
膜厚０　、２　ｐ　ｍ　、幅０．１５ｍ＋ａ、電極間隔
０．１■）を２００本、ＩＴＯ透明電極と直交するよう
に形成した。

このようにして、８個の薄膜ＥＬ素子を作製した。いず
れも１８０〜２２０ｖのヒステリシスループを描く電圧
−発光輝度特性を示した。

〔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を再現性よく示す６

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る薄膜ＥＬ素子の断面図である。符号の説明１・・・基材、２・・・第１の導電膜、３・・・第１の
絶縁層。４・・・発光層、５・・・第２の絶縁膜、６・・・第１
の繰り返し多層構造膜、７・・・炭素を含む水素化アモ
ルファスシリコン層、８・・・第１の繰り返し多層構造
膜。

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、光導電層がｎ
型に価電子制御された水素化アモルフアスシリコン層と
炭素を含む水素化アモルフアスシリコン層との繰り返し
多層構造膜、炭素を含む水素化アモルフアスシリコン層
及びｎ型に価電子制御された水素化アモルフアスシリコ
ン層と炭素を含む水素化アモルフアスシリコン層との繰
り返し多層構造膜を積層したものである薄膜ＥＬ素子。