JPH03250585A

JPH03250585A - 薄膜型エレクトロルミネッセンス素子

Info

Publication number: JPH03250585A
Application number: JP2048725A
Authority: JP
Inventors: Tsunemi Oiwa; 大岩　恒美; Yoji Takeuchi; 要二竹内; Hiroshi Fujiyasu; 洋藤安
Original assignee: Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Ltd
Priority date: 1990-02-27
Filing date: 1990-02-27
Publication date: 1991-11-08

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〕本発明は青色発光型の薄膜型エレクトロルミネッセンス
素子に関する。

〔従来の技術〕

薄膜型エレクトロルミネッセンス素子は、薄型で高精細
であることから、デイスプレィとして有用性が高く、そ
の将来性が期待されている。

そして、現在は、マルチカラーとするため、各種蛍光体
の研究が着手され、特に、青色は、光の三原色の１つで
あって重要性が高いことから、これまでにも研究が進め
られ、ＳｒＳ：Ｃｅを発光材料として用いることが捉案
されている（特開昭５８−１０２９８３号公報）。

〔発明が解決しようとする課題］しかしながら、上記ＳｒＳ：Ｃｅは、色調が青緑色であ
って、純青色ではなく、また駆動時に２゜激に輝度が低
下するという欠点がある。

このＳｒＳ：Ｃｅの輝度低下は、母体のＳｒＳが、高電
界が印加された状態では水分や酸素によって変化を受け
るためであるといわれており、また、色純度が悪いのは
、青色が２．７４　ｅＶと高エネルギーの発光であるに
もかかわらず、高エネルギーを付与しても、中間的なエ
ネルギーしか出せないことによるものであるといわれて
いる。

本発明は、上記のような従来の青色発光型薄膜型エレク
トロルミネッセンス素子の有する欠点を解決し、色純度
が高くかつ寿命が長い青色発光型の薄膜型エレクトロル
ミネッセンス素子を従供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、発光層を、Ｃｅまたはその化合物を含むＺｎ
Ｓ、ＳｒＳまたはＳｒＳｅのうちより選ばれる１種と、
ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳｅおよびＣｄＴｅ
のうちより選ばれる１種との超格子層で構成することに
よって、上記目的を達成したものである。

本発明に係る薄膜型エレクトロルミネッセンス素子の一
例および発光層を上記のように超格子層で構成すること
によって高輝度で色純度の高い青色発光が得られる理由
を、図面を参照しつつ説明する。

第１図は本発明の薄膜型エレクトロルミネッセンス素子
の一例を示すものであり、この薄膜型エレクトロルミネ
ッセンス素子は、透明ガラス板などからなる透明基板（
１）の上にＩＴＯ膜、ＳｎＯ□膜などの透明導電膜から
なる透明電極（２）が形成され、その上にＴａ、ｏ、、
５ｉＯｚなどの酸化物やＳｊｓＮｍなどの窒化物、ある
いはそれらを積層した第１絶縁層（３）がスパッタ法な
どにより５００〜４，０００人の厚さに形成されている
。そして、上記第１絶縁層（３）上に本発明の要旨とな
る超格子層からなる発光層（４）が形成されている。

上記発光Ｎ（４）は、第２図に示すように、障壁層（１
１）と井戸層（１２）とを積層して形成されるものであ
り、障壁層（１１）は、ＣｅまたはＣｅＰ、ＣｅＣ１、
、ＣｅＫなどのＣｅの化合物を０．０２〜０．３モル％
の範囲、好ましくは０．０３〜０．１５モル％の範囲で
含むＺｎＳ、ＳｒＳおよびＳｒＳｅより選ばれる１種で
膜厚３〜５０人（０，３〜５ｎｍ）の範囲、好ましくは
５〜３０人の範囲の薄膜状に形成され、井戸層（１２）
は、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳｅおよびＣｄ
Ｔｅのうちより選ばれる１種で膜厚２〜５０人の範囲、
好ましくは２〜３０人の範囲の薄膜状に形成されている
。超格子は上記障壁層（１１）と井戸層（１２）とを積
層して形成されるものであり、発光層（４）はその厚み
が所望の厚みになるまで上記障壁層（１１）と井戸層（
１２）とを交互に必要な周期繰り返して積層することに
より形成されている。

そして、超格子とするための障壁層（１１）と井戸層（
１２）との組合せにおいて、ＺｎＳとＺｎＳｅとの組合
せ、ＺｎＳとＣｄＳとの組合せ、ＺｎＳとＣｄＳｅとの
組合せ、ＳｒＳとＣｄＳｅとの組合せ、ＳｒＳとＺｎＴ
ｅとの組合せ、ＳｒＳとＺｎＳｅとの組合せ、ＳｒＳと
ＣｄＴｅとの組合せ、ＳｒＳｅとＣｄＳとの組合せ、Ｓ
ｒＳｅとＣｄＳｅとの組合せ、ＳｒＳｅとＺｎＴｅとの
組合せ、ＳｒＳｅとＺｎＳｅとの組合せ、ＳｒＳｅとＣ
ｄＴｅとの組合せなどが好ましい、また井戸層（］２）
をＣｄＳｅまたはＣｄＴｅで形成する場合は膜厚を２〜
１５人の範囲にするのが好ましい。

上記の障壁層（１１）と井戸層（１２）とを積層した発
光層（４）としては、厚みを２．０００〜１００．００
０人の範囲、特に３，０００〜２０，０００人の範囲に
するのが好ましい。

発光層（４）の厚みが２．０００人未満では充分な輝度
が得られず、１００，０００人より厚くなると駆動電圧
が高くなりすぎるため好ましくない。

上記超格子層からなる発光層（４）の形成は、ホットウ
ォール法を用いた蒸着やＣＶＤ法（ケミカルヘーバディ
ポジション法）、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）
のほか、ＭＢＥ法（分子線エピタキシー法）などの薄膜
形成法によって行うことができる。

また、上記発光層（４）上には第２絶縁層（５）が前記
第１絶縁層（３）の場合と同様の材料で形成されている
。ただし、発光層（４）にＳｒＳまたはＣｄＳを用いた
場合には、寿命の点から、第２絶縁層（５）をＳｊ　３
　Ｎ　ａなとの窒化物で形成するのが好ましい。

さらに、この第２絶縁Ｎ（５）上にはスパッタ法、真空
蒸着法などにより背面電極（６）が形成されている。こ
の背面電極（６）の材料としてはアルミニウムが適切で
あるが、場合によってはＩＴＯなどの透明導電膜でもよ
い、この背面電極（６）と前記の透明電極（２）とは電
源（７）に接続され、素子が駆動できるようになってい
る。

上記のように、発光層（４）を障壁層（１１）と井戸層
（１２）との超格子層で構成することに上り、高輝度で
色純度の高い青色発光が得られる理由は、次のように考
えられる。

第３図に示すように、高電界の印加によりエネルギーが
付与されると障壁層では価電子帯から伝導帯までエネル
ギーが引き上げられ、つぎに井戸層の伝導帯に落ち、さ
らに価電子帯（趙底状態）まで落ちる。この時、このエ
ネルギー差に応して発光する。

障壁層にＣｅをドープすることにより、母体の持つ伝導
帯よりもエネルギーが低い状態の伝導帯をつくることが
できるので、伝導帯まで引き上げる効率が向上し、高輝
度が得られるようになる。

一方、発光の波長は井戸層での伝導帯と価電子帯とのエ
ネルギー差に応じて変わるので、井戸層の形成材料とし
て、障壁層の形成材料と１．５〜２．６ｅＶのギャップ
を有するＺｎＳｅＳＺｎＴｅ、ＣｄＳ、Ｃｄ５ｅＳＣｄ
Ｔｅを用い、膜厚を制御することにより、そのエネルギ
ーギャップが２．７４ｅＶ（つまり、青色が発色するエ
ネルギー）になるようにすることによって、色純度の高
い青色発光が得られる。

また、水分や酸素により劣化しゃすいＳｒＳなどに、水
分や酸素による劣化が少ないＺｎＳｅなどを組み合せる
ので、高電界の印加時でも発光層の構成材料が水分や酸
素によって影響を受けることが少なくなり、ＳｒＳ：Ｃ
ｅのみで発光層を形成する場合のような駆動による輝度
低下が抑制されて、長寿命化が達成できる。

［実施例］つぎに実施例をあげて本発明をより具体的に説明する。

実施例１厚さ１．１１の透明ガラス板からなる透明基板（１）上
に真空蒸着法によりＩＴＯからなる透明導電膜を膜厚１
，５００人で全面に形成した後、フォトリソグラフィの
エツチングにより透明導１ｔＭを部分的に除去し、透明
導電膜が横方向に多数帯状に平行配列するようにして透
明電極（２）を形成した。

つぎに、上記透明電極（２）上に高周波スパッタ法によ
り”ｒａｆｏｓｌｌ！を３，０００人の厚さに成膜した
後、５ｉｓＮｎ膜を高周波スパッタ法により５００人の
厚さに成膜して第１絶縁層（３）を形成した。

つぎに、ホットウォールエピタキシー蒸着装置を用い、
上記第１絶縁層（３）上に厚さ３０人のＺｎＳＣｅ膜お
よび厚さ３０人のＣｄＳ膜を順次各８０層ずつ積層して
発光層（４）を形成した。この時のＣｅ濃度は０．１モ
ル％であった。

つぎに、高周波スパッタ法により上記発光層（４）上に
ＳｉｓＮ４Ｍを５００人の厚さに成膜し、ついで高周波
スパッタ法によりＴａ、Ｏ，膜を３，０００人の厚さに
成膜して第２絶縁層（５）を形成した。

さらに、上記第２絶縁層（５）上にマスク蒸着法により
アルミニウムの蒸着膜を２，０００人の厚さに形成し、
フォトリソグラフィのエツチングにより上記アルミニウ
ム蒸着膜を部分的に除去して、前記透明電極（２）と相
互に直交する帯状の背面電極（６）を形成し、透明電極
（２）と背面電極（６）とを電源（７）に接続して、第
１図に示す構造の薄膜型エレクトロルミネッセンス素子
を作製した。

実施例２ＣｅＮａ度および添加剤（ＣｅをＣｅ化合物にするため
のＣｅへの添加剤）を後記の第１表に示すように変えた
ほかは、実施例１と同様にして５種１１（実施例２−１
〜２−５）の薄膜型エレクトロルミネッセンス素子を作
製した。

実施例３発光層の厚みを第１表に示すように変えたほがは、実施
例１と同様にして３種類（実施例３−１〜３−３）の薄
膜型エレクトロルミネッセンス素子を作製した。

実施例４障壁層の母材および井戸層の形成材料を第１表に示すよ
うに変えたほがは、実施例１と同様にして６種Ｎ（実施
例４−１〜４−６）の１膜型エレクトロルミネツセンス
素子を作製した。

実施例５障壁層の母材および井戸層の形成材料を第２表に示すよ
うにし、単層での膜厚を１０人にし、各層をそれぞれ１
２０層積層して、発光層の厚みを４，８００人にしたほ
かは、実施例１と同様にして６種類（実施例５−１〜５
−６）の薄膜型エレクトロルミネッセンス素子を作製し
た。

比較例１障壁層の形成材料としてＣｅを含まないもの（つまり、
ＣｄＳのみ）を用いたほかは、実施例１と同様にして薄
膜型エレクトロルミネッセンス素子を作製した。

比較例２ＺｎＳ：ＣｅとＣｄＳとを同時に成膜して（Ｚｎ、Ｃｄ
）Ｓ：Ｃｅとしたほかは、実施例１と同様にして薄膜型
エレクトロルミネッセンス素子を作製した。

比較例３発光層をＳｒＳ　：　Ｃｅ　（Ｃｅ　：０．１モル％）
のみで膜厚４，８００人に形成したほかは、実施例１と
同様にして薄膜型エレクトロルミネッセンス素子を作製
した。

上記のように作製した実施例１〜５および比較例１〜３
の薄膜型エレクトロルミネッセンス素子に、２０°Ｃで
、５ｋＨｚの正弦波を印加し、発光開始電圧（Ｖｔｈ）
、発光開始電圧より６０Ｖ高い電圧での輝度（Ｌｏ）、
１時間駆動後の輝度（Ｌｌｈ）および色座標（ｘ、ｙ値
）を測定した。その結果を実施例１〜４については第１
表に示し、実施例５および比較例１〜３については第２
表に示す。なお、色座標のｘ、ｙ値はＣＩＥ表色系で示
されるものであり、本件では、このｘＳｙ値がｘ　＜０
．１９、ｙ＜０．３９であるほど、青色であることを示
す。

第１〜２表に示すように、実施例１〜５のＴＲ膜梨型エ
レクトロルミネッセンス素子、初期輝度（Ｌｏ）が高く
、また、１時間駆動後の輝度（Ｌｌｈ）も高く（つまり
、駆動による輝度の低下がなく、寿命が長＜）、かっ色
座標のｘ、ｙ値がｘ＜０．１９で、ｙ値が小さく、青色
の発光が得られた。

これに対し、障壁層の母材にＣｅを含んでいない比較例
１の薄膜型エレクトロルミネッセンス素子では、エネル
ギーをトランスファーする効率（つまり、価電子帯から
伝導帯まで引き上げる効率）が低いため、初期輝度（Ｌ
ｏ）、１時間駆動後の輝度（Ｌ　ｌｈ）とも低く、実用
に適しなかった。

また、ＺｎＳ　：　ＣｅとＣｄＳとを同時に成膜しり比
較例２の薄膜型エレクトロルミネッセンス素子では、発
光母体の結晶性が崩れるため、初期輝度（Ｌｏ）、１時
間駆動後の輝度（Ｌｌｈ）とも低く、実用に適しなかっ
た。

比較例３の薄膜型エレクトロルミネッセンス素子では、
初期輝度は高いものの、超格子構造となっていないため
、ＳｒＳ自身が劣化しやすく、駆動により輝度が低下し
て、１時間駆動後の輝度（Ｌｌｈ）は２３０ｃｄ／ｍに
まで低下し、寿命が短いことを示していた。また、比較
例３の薄膜型エレクトロルミネッセンス素子は、色座標
のｙ値が０．１８、ｙ値が０．３６で、発光が青緑色で
あることを示していた。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明では、色純度が高く、かつ
寿命の長い青色発光型の薄膜型エレクトロルミネッセン
ス素子を得ることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る薄膜型エレクトロルミネッセンス
素子の一例を示す要部断面図である。第２図は発光層の
断面構造を模式的に示す図である。第３図は発光層のエネルギー状態を示す概念図である。（２）・・・透明電極、　（４）・・・発光層、　（６
）・・・背面電極あ２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）透明電極（２）と背面電極（６）との間に発光層
（４）に備えた薄膜型エレクトロルミネッセンス素子に
おいて、上記発光層（４）が、Ｃｅまたはその化合物を含むＺｎ
Ｓ、ＳｒＳおよびＳｒＳｅのうちより選ばれる１種と、
ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳｅおよびＣｄＴｅ
のうちより選ばれる１種との超格子層からなることを特
徴とする薄膜型エレクトロルミネッセンス素子。