JPH0412600B2 - - Google Patents
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- JPH0412600B2 JPH0412600B2 JP58053675A JP5367583A JPH0412600B2 JP H0412600 B2 JPH0412600 B2 JP H0412600B2 JP 58053675 A JP58053675 A JP 58053675A JP 5367583 A JP5367583 A JP 5367583A JP H0412600 B2 JPH0412600 B2 JP H0412600B2
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- Japan
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- emitting layer
- substrate
- thin film
- crystal
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- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 20
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 4
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Landscapes
- Luminescent Compositions (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は薄膜結晶を用いて電界発光させる発光
素子に関する。
素子に関する。
電界の印加により発光を行う薄膜結晶発光素子
として従来、第１図に示すものが知られている。
これはｎ型GaP基板１１上にZnSxSe1-x薄膜結晶
１２を成長させ、その表面に透明電極１３、基板
裏面に金属電極１４を形成したものである。発光
層となるZnSxSe1-x薄膜結晶１２は発光中心とな
るドーパントとして例えばMn等を添加した約
3000Åの層とする。この発光素子は順方向の電界
印加により黄色のEL発光を示す。その発光メカ
ニズムは次のとおりである。即ち、熱平衡状態で
のエネルギー準位図は第２図ａに示す状態にあ
る。これに順方向電界を印加するとエネルギー準
位図は第２図ｂのようになり、ZnSxSe1-x薄膜結
晶１２内で加速された電子は格子との衝突により
電子―正孔対を発生させ、なだれ増倍をおこした
電子が発光中心と再結合する際に光を放出する。
として従来、第１図に示すものが知られている。
これはｎ型GaP基板１１上にZnSxSe1-x薄膜結晶
１２を成長させ、その表面に透明電極１３、基板
裏面に金属電極１４を形成したものである。発光
層となるZnSxSe1-x薄膜結晶１２は発光中心とな
るドーパントとして例えばMn等を添加した約
3000Åの層とする。この発光素子は順方向の電界
印加により黄色のEL発光を示す。その発光メカ
ニズムは次のとおりである。即ち、熱平衡状態で
のエネルギー準位図は第２図ａに示す状態にあ
る。これに順方向電界を印加するとエネルギー準
位図は第２図ｂのようになり、ZnSxSe1-x薄膜結
晶１２内で加速された電子は格子との衝突により
電子―正孔対を発生させ、なだれ増倍をおこした
電子が発光中心と再結合する際に光を放出する。
しかしながら、この従来構造では、印加電圧と
輝度特性の関係や信頼性が、発光層であるZnSx
Se1-x薄膜結晶の組成、結晶の均一性、膜厚等に
大きく依存し、高輝度および高信頼性のものを得
るのが困難であつた。また場所的にも電子増倍率
が不均一、不確実であつて発光輝度にむらが生じ
るという欠点があつた。
輝度特性の関係や信頼性が、発光層であるZnSx
Se1-x薄膜結晶の組成、結晶の均一性、膜厚等に
大きく依存し、高輝度および高信頼性のものを得
るのが困難であつた。また場所的にも電子増倍率
が不均一、不確実であつて発光輝度にむらが生じ
るという欠点があつた。
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、薄膜
結晶を用いて特性の安定性、信頼性の向上および
輝度向上を図つた発光素子を提供することを目的
とする。
結晶を用いて特性の安定性、信頼性の向上および
輝度向上を図つた発光素子を提供することを目的
とする。
本発明においては、バンドギヤツプの異なる薄
膜結晶を交互に積層して量子ウエルを形成した発
光層を利用する。即ち、ZnSxSe1-x薄膜結晶を
ZnSySe1-y薄膜結晶（ただしｘ＜ｙ）で挾み、発
光中心となるドーパントとしてMn，Tb，Tm，
Eu，Ag，Cu，Al、ハロゲン元素の中から選ばれ
た一以上の元素を含む構造を単位発光層とし、こ
れをGaPまたはGaAs結晶基板上にＭ層または二
層以上積層して発光層とする。
膜結晶を交互に積層して量子ウエルを形成した発
光層を利用する。即ち、ZnSxSe1-x薄膜結晶を
ZnSySe1-y薄膜結晶（ただしｘ＜ｙ）で挾み、発
光中心となるドーパントとしてMn，Tb，Tm，
Eu，Ag，Cu，Al、ハロゲン元素の中から選ばれ
た一以上の元素を含む構造を単位発光層とし、こ
れをGaPまたはGaAs結晶基板上にＭ層または二
層以上積層して発光層とする。
この場合、発光層と基板との格子定数のずれを
十分小さくするために、混晶比は、GaP基板を用
いる場合には0.5≦ｘ，ｙ≦１の範囲内、また
GaAs基板を用いる場合には０≦ｘ，ｙ≦0.5の範
囲内で選択することが好ましい。これにより、良
質の結晶薄膜からなる発光層をエピタキシヤル成
長により得ることができる。このエピタキシヤル
成長法としては、有機金属化合物を気相材料とし
たMOCVD法が好ましい。
十分小さくするために、混晶比は、GaP基板を用
いる場合には0.5≦ｘ，ｙ≦１の範囲内、また
GaAs基板を用いる場合には０≦ｘ，ｙ≦0.5の範
囲内で選択することが好ましい。これにより、良
質の結晶薄膜からなる発光層をエピタキシヤル成
長により得ることができる。このエピタキシヤル
成長法としては、有機金属化合物を気相材料とし
たMOCVD法が好ましい。
また発光層を構成する各ZnSxSe1-x薄膜結晶お
よびZnSy-ySe1-y薄膜結晶は膜厚を1000Å以下と
することが好ましい。
よびZnSy-ySe1-y薄膜結晶は膜厚を1000Å以下と
することが好ましい。
本発明によれば、発光層内に形成した量子ウエ
ルにより電子が加速されて高い増倍率が得られ、
従来のものより高輝度の発光素子が実現する。ま
た特に量子ウエルを多数形成した発光層とするこ
とにより、電子―正孔対の生成、増倍、再結合が
確実に、かつ場所によらず均一におこる結果、発
光の均一性が優れたものとなる。
ルにより電子が加速されて高い増倍率が得られ、
従来のものより高輝度の発光素子が実現する。ま
た特に量子ウエルを多数形成した発光層とするこ
とにより、電子―正孔対の生成、増倍、再結合が
確実に、かつ場所によらず均一におこる結果、発
光の均一性が優れたものとなる。
本発明の一実施例の発光素子構造を第３図に示
す。２１はｎ型GaP結晶基板であり、この基板２
１上に、Zn（CH3）2とH2SおよびH2Seの熱分解反
応を利用したMOCVD法によりZnSySe1-y薄膜結
晶２２1を成長させ、この上に同様の方法でH2S
とH2Seの流量比を変えて混晶比をｘ＜ｙとした、
MnをドープしたZnSxSe1-x薄膜結晶２３1を成長
させ、再度この上にZnSySe1-y薄膜結晶２２2を成
長させ、以下同様の結晶成長工程を繰返して50層
の薄膜結晶からなる発光層を形成している。各
ZnSxSe1-x薄膜結晶およびZnSySe1-y薄膜結晶の
厚みは30〜50Åとする。そして発光層表面には透
明電極２４を設け、基板２１の裏面には金属電極
２５を設けている。
す。２１はｎ型GaP結晶基板であり、この基板２
１上に、Zn（CH3）2とH2SおよびH2Seの熱分解反
応を利用したMOCVD法によりZnSySe1-y薄膜結
晶２２1を成長させ、この上に同様の方法でH2S
とH2Seの流量比を変えて混晶比をｘ＜ｙとした、
MnをドープしたZnSxSe1-x薄膜結晶２３1を成長
させ、再度この上にZnSySe1-y薄膜結晶２２2を成
長させ、以下同様の結晶成長工程を繰返して50層
の薄膜結晶からなる発光層を形成している。各
ZnSxSe1-x薄膜結晶およびZnSySe1-y薄膜結晶の
厚みは30〜50Åとする。そして発光層表面には透
明電極２４を設け、基板２１の裏面には金属電極
２５を設けている。
この発光素子は、低電圧で明るい黄色発光を示
した。輝度特性を第１図の従来例と比較すると、
第４図に示すように、従来例Ｂに対して本実施例
Ａでは輝度向上が著しい。
した。輝度特性を第１図の従来例と比較すると、
第４図に示すように、従来例Ｂに対して本実施例
Ａでは輝度向上が著しい。
本実施例により高輝度特性が得られる理由を第
５図を用いて説明すると次のとおりである。熱平
衡状態ではエネルギーバンド図は第５図ａのよう
になつている。発光層には、バンドギヤツプの異
なる薄膜結晶が交互に積層されているため、多数
の量子ウエルが形成されている。この発光素子に
順方向電界を印加するとバンド図は第５図ｂのよ
うになる。従つて外部電界に加えて量子ウエルで
の内部電界によつて電子は強く加速されて大きな
なだれ増倍をおこし、輝度特性が向上するのであ
る。
５図を用いて説明すると次のとおりである。熱平
衡状態ではエネルギーバンド図は第５図ａのよう
になつている。発光層には、バンドギヤツプの異
なる薄膜結晶が交互に積層されているため、多数
の量子ウエルが形成されている。この発光素子に
順方向電界を印加するとバンド図は第５図ｂのよ
うになる。従つて外部電界に加えて量子ウエルで
の内部電界によつて電子は強く加速されて大きな
なだれ増倍をおこし、輝度特性が向上するのであ
る。
しかも本実施例の場合、多数の結晶薄膜の積層
構造となつているため、結晶特性の場所的な相違
が均一化される結果、発光面の発光特性も均一な
ものとなる。
構造となつているため、結晶特性の場所的な相違
が均一化される結果、発光面の発光特性も均一な
ものとなる。
なお、上記実施例では、GaP結晶基板を用いた
が、GaAs結晶基板を用いた場合にも、混晶比
ｘ，ｙを適当に選択することによつて上記実施例
と同様に結晶性のよい発光層が得られ、優れた発
光特性を示した。また上記実施例は黄色発光の場
合であるが、ドーパントを選ぶことにより発光色
を選択することができる。例えば緑色発光の場合
には、Tb，Tm，Euのうち一つ以上、またはCu
とAlを同時に、また青色発光の場合には、Agと
Cl，Br等の組合せ、CuとCl，Br等の組合せ又は
Al等を発光層に添加すればよい。勿論これらの
ドーパントは複数種類を同時に添加してもよい。
が、GaAs結晶基板を用いた場合にも、混晶比
ｘ，ｙを適当に選択することによつて上記実施例
と同様に結晶性のよい発光層が得られ、優れた発
光特性を示した。また上記実施例は黄色発光の場
合であるが、ドーパントを選ぶことにより発光色
を選択することができる。例えば緑色発光の場合
には、Tb，Tm，Euのうち一つ以上、またはCu
とAlを同時に、また青色発光の場合には、Agと
Cl，Br等の組合せ、CuとCl，Br等の組合せ又は
Al等を発光層に添加すればよい。勿論これらの
ドーパントは複数種類を同時に添加してもよい。
また上記実施例はDC型EL発光素子であるが、
本発明は発光層表面と基板裏面に絶縁膜を設けた
AC型EL発光素子に適用しても同様の効果が得ら
れる。この場合、当然発光層表面側の絶縁膜は
ITOのような透明絶縁膜とすることが必要であ
る。
本発明は発光層表面と基板裏面に絶縁膜を設けた
AC型EL発光素子に適用しても同様の効果が得ら
れる。この場合、当然発光層表面側の絶縁膜は
ITOのような透明絶縁膜とすることが必要であ
る。
第１図は従来の薄膜結晶発光素子の一例を示す
図、第２図ａ，ｂはその発光動作を説明するため
のエネルギーバンド図、第３図は本発明の一実施
例の発光素子を示す図、第４図はその輝度特性を
従来例と比較して示す図、第５図ａ，ｂは同じく
発光動作を説明するためのエネルギーバンド図で
ある。 ２１…ｎ型GaP結晶基板、２２1，２２2…，２
２o…ZnSySe1-y薄膜結晶、２３1，２３2，…，２
３o-1…ZnSxSe1-x薄膜結晶、２４…透明電極、２
５…金属電極。
図、第２図ａ，ｂはその発光動作を説明するため
のエネルギーバンド図、第３図は本発明の一実施
例の発光素子を示す図、第４図はその輝度特性を
従来例と比較して示す図、第５図ａ，ｂは同じく
発光動作を説明するためのエネルギーバンド図で
ある。 ２１…ｎ型GaP結晶基板、２２1，２２2…，２
２o…ZnSySe1-y薄膜結晶、２３1，２３2，…，２
３o-1…ZnSxSe1-x薄膜結晶、２４…透明電極、２
５…金属電極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ GaP結晶基板上に、ZnSxSe1-x薄膜結晶をを
ZnSySe1-y薄膜結晶（ただし、0.5≦ｘ＜ｙ≦１）
で挟み発光中心となるドーパントとしてMn，
Tb，Tm，Eu，Ag，Cu，Al、ハロゲン元素の
中から選ばれた一以上の元素を含む量子ウエル構
造を単位発光層としてこれを一または二以上積層
した発光層を構成し、この発光層表面に透明電
極、前記基板裏面に金属電極を設けたことを特徴
とする発光素子。 ２ 発光層表面に直接透明電極を設け、基板裏面
に直接金属電極を設けてDC駆動を行うようにし
た特許請求の範囲第１項記載の発光素子。 ３ 発光層表面に透明絶縁膜を介して透明電極を
設け、基板裏面に絶縁膜を介して金属電極を設け
てAC駆動を行うようにした特許請求の範囲第１
項記載の発光素子。 ４ GaAs結晶基板上に、ZnSxSe1-x薄膜結晶を
ZnSySe1-y薄膜結晶（ただし、０≦ｘ＜ｙ≦0.5）
で挟み発光中心となるドーパントとしてMn，
Tb，Tm，Eu，Ag，Cu，Al、ハロゲン元素の
中から選ばれた一以上の元素を含む量子ウエル構
造を単位発光層としてこれを一または二以上積層
して発光層を構成し、この発光層表面に透明電
極、前記基板裏面に金属電極を設けたことを特徴
とする発光素子。 ５ 発光層表面に直接透明電極を設け、基板裏面
に直接金属電極を設けてDC駆動を行うようにし
た特許請求の範囲第４項記載の発光素子。 ６ 発光層表面に透明絶縁膜を介して透明電極を
設け、基板裏面に絶縁膜を介して金属電極を設け
てAC駆動を行うようにした特許請求の範囲第４
項記載の発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58053675A JPS59181485A (ja) | 1983-03-31 | 1983-03-31 | 発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58053675A JPS59181485A (ja) | 1983-03-31 | 1983-03-31 | 発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59181485A JPS59181485A (ja) | 1984-10-15 |
| JPH0412600B2 true JPH0412600B2 (ja) | 1992-03-05 |
Family
ID=12949395
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58053675A Granted JPS59181485A (ja) | 1983-03-31 | 1983-03-31 | 発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59181485A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0658977B2 (ja) * | 1984-07-16 | 1994-08-03 | 株式会社小糸製作所 | 半導体素子 |
| JPH0744067B2 (ja) * | 1985-04-17 | 1995-05-15 | セイコーエプソン株式会社 | Ｅｌ発光素子の製造方法 |
| JP2547339B2 (ja) * | 1988-03-04 | 1996-10-23 | 株式会社小松製作所 | 薄膜ｅｌ素子 |
| JP2547340B2 (ja) * | 1988-03-22 | 1996-10-23 | 株式会社小松製作所 | 薄膜ｅｌ素子 |
| KR970002016B1 (ko) * | 1989-09-04 | 1997-02-20 | 가부시기가이샤 고마쯔 세이샤쿠쇼 | 박막 el 소자 |
| CN101395245A (zh) * | 2006-03-03 | 2009-03-25 | 株式会社半导体能源研究所 | 发光材料、发光元件、发光器件和电子器件 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57187893A (en) * | 1981-05-12 | 1982-11-18 | Sumitomo Electric Industries | Thin film light emitting element |
-
1983
- 1983-03-31 JP JP58053675A patent/JPS59181485A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57187893A (en) * | 1981-05-12 | 1982-11-18 | Sumitomo Electric Industries | Thin film light emitting element |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59181485A (ja) | 1984-10-15 |
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