JPH0513172A - 複合発光体薄膜及びその製造方法及び薄膜ｅｌ素子 - Google Patents
複合発光体薄膜及びその製造方法及び薄膜ｅｌ素子Info
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- JPH0513172A JPH0513172A JP3226988A JP22698891A JPH0513172A JP H0513172 A JPH0513172 A JP H0513172A JP 3226988 A JP3226988 A JP 3226988A JP 22698891 A JP22698891 A JP 22698891A JP H0513172 A JPH0513172 A JP H0513172A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 赤色、緑色、青色等で発光する発光素子に関
するもので、広いバンドギャップを有する半導体材料の
薄膜を用い、効率よく短波長でも発光する発光素子を提
供する。 【構成】 ＧａＡｓ基板（１１１）面上にエピタキシャ
ル成長させることでウルツ鉱型ＭｎＳよりなる障壁層２
とＺｎＣｄＳよりなる蛍光体薄膜３の積層構造よりなる
複合発光体薄膜を形成する。この複合発光体薄膜の外側
から電圧を印加する電極を付設して薄膜ＥＬ素子を形成
する。
するもので、広いバンドギャップを有する半導体材料の
薄膜を用い、効率よく短波長でも発光する発光素子を提
供する。 【構成】 ＧａＡｓ基板（１１１）面上にエピタキシャ
ル成長させることでウルツ鉱型ＭｎＳよりなる障壁層２
とＺｎＣｄＳよりなる蛍光体薄膜３の積層構造よりなる
複合発光体薄膜を形成する。この複合発光体薄膜の外側
から電圧を印加する電極を付設して薄膜ＥＬ素子を形成
する。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は発光効率が高く、赤色、
緑色、青色で明るく発光する複合発光体薄膜およびそれ
を用いたＥＬ素子に関するものである。
緑色、青色で明るく発光する複合発光体薄膜およびそれ
を用いたＥＬ素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、コンピュータ端末などに用いるフ
ラットディスプレイとして、薄膜ＥＬ素子が盛んに研究
されている。黄橙色発光のマンガン添加硫化亜鉛からな
る蛍光体薄膜を用いたモノクロ薄膜ＥＬディスプレイは
既に実用化されている。ディスプレイとしての広汎な用
途に対応するためにはカラー化が必要不可欠であり、赤
色、緑色、青色の３原色に発光するＥＬ用蛍光体の開発
に多大の力が注がれている。この中で青色発光蛍光体と
しては ＺｎＳ：ＴｍやＳｒＳ：Ｃｅ、赤色発光蛍光体
としてはＺｎＳ：Ｓｍ、ＣａＳ：Ｅｕ、緑色発光蛍光体
としてはＺｎＳ：Ｔｂ、ＣａＳ：Ｃｅなどが盛んに研究
されている。
ラットディスプレイとして、薄膜ＥＬ素子が盛んに研究
されている。黄橙色発光のマンガン添加硫化亜鉛からな
る蛍光体薄膜を用いたモノクロ薄膜ＥＬディスプレイは
既に実用化されている。ディスプレイとしての広汎な用
途に対応するためにはカラー化が必要不可欠であり、赤
色、緑色、青色の３原色に発光するＥＬ用蛍光体の開発
に多大の力が注がれている。この中で青色発光蛍光体と
しては ＺｎＳ：ＴｍやＳｒＳ：Ｃｅ、赤色発光蛍光体
としてはＺｎＳ：Ｓｍ、ＣａＳ：Ｅｕ、緑色発光蛍光体
としてはＺｎＳ：Ｔｂ、ＣａＳ：Ｃｅなどが盛んに研究
されている。
【０００３】一方、発光ダイオードにおいても、同様に
フルカラー化をめざして、短波長化の研究が盛んに行わ
れている。ＳｉＣ、ＧａＮ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ等、広い
バンドギャップの半導体材料を用いたＰＮ接合、ＭＩＳ
接合の形成により、青色ＬＥＤの高輝度化が試みられて
いる。
フルカラー化をめざして、短波長化の研究が盛んに行わ
れている。ＳｉＣ、ＧａＮ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ等、広い
バンドギャップの半導体材料を用いたＰＮ接合、ＭＩＳ
接合の形成により、青色ＬＥＤの高輝度化が試みられて
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、現在のとこ
ろ、これらの赤色、緑色、青色の３原色に発光する蛍光
体薄膜は、赤色および緑色に関しては発光輝度、効率に
問題があり、青色に関しては色純度に問題があり、現
在、実用的なレベルのカラーＥＬパネルは形成されてい
ない。
ろ、これらの赤色、緑色、青色の３原色に発光する蛍光
体薄膜は、赤色および緑色に関しては発光輝度、効率に
問題があり、青色に関しては色純度に問題があり、現
在、実用的なレベルのカラーＥＬパネルは形成されてい
ない。
【０００５】一方、ＬＥＤに関しては、赤色については
十分高輝度の発光素子が得られ実用化されているが、緑
色、青色については、実用化レベルとしては不十分であ
る。
十分高輝度の発光素子が得られ実用化されているが、緑
色、青色については、実用化レベルとしては不十分であ
る。
【０００６】さらに、より短波長の紫外に発光波長域を
有する固体発光素子はいまだ実現するに至っていない。
有する固体発光素子はいまだ実現するに至っていない。
【０００７】本発明は、このような従来の発光素子の課
題を考慮し、発光輝度、効率の高い短波長発光素子を実
現することを目的とする。
題を考慮し、発光輝度、効率の高い短波長発光素子を実
現することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】厚さが５０ｎｍ以下、１
ｎｍ以上のII−VI族化合物半導体もしくはそれらの混晶
を主成分とする蛍光体薄膜を、該蛍光体薄膜のエネルギ
ーギャップより大きなエネルギーギャップの、マンガン
とVI族元素よりなる閃亜鉛鉱型結晶構造あるいはウルツ
鉱型結晶構造の化合物半導体もしくはそれらの混晶を主
成分とする障壁層で挟持した構成、あるいはこの構成を
複数回繰り返した構成の複合発光体を形成する。
ｎｍ以上のII−VI族化合物半導体もしくはそれらの混晶
を主成分とする蛍光体薄膜を、該蛍光体薄膜のエネルギ
ーギャップより大きなエネルギーギャップの、マンガン
とVI族元素よりなる閃亜鉛鉱型結晶構造あるいはウルツ
鉱型結晶構造の化合物半導体もしくはそれらの混晶を主
成分とする障壁層で挟持した構成、あるいはこの構成を
複数回繰り返した構成の複合発光体を形成する。
【０００９】また、ダイヤモンド型あるいは閃亜鉛鉱型
結晶構造またはウルツ鉱型結晶構造を有する基板上にエ
ピタキシャルで薄膜を成長させる。
結晶構造またはウルツ鉱型結晶構造を有する基板上にエ
ピタキシャルで薄膜を成長させる。
【００１０】
【作用】厚さ５０ｎｍ以下、１ｎｍ以上の蛍光体薄膜を
該蛍光体薄膜のエネルギーギャップより大きなエネルギ
ーギャップの材料からなる障壁層で挟持した構成とする
ことにより、高電界により発生したあるいは注入された
電子、正孔が蛍光体薄膜中に閉じこめられ、それらが効
率的に直接、あるいは再結合中心を介して再結合するた
め、ＣＲＴや蛍光ランプなどに用いられていた蛍光体材
料を蛍光体薄膜として用いることができ、発光輝度や効
率が高い複合発光体薄膜が形成できたものと考えられ
る。
該蛍光体薄膜のエネルギーギャップより大きなエネルギ
ーギャップの材料からなる障壁層で挟持した構成とする
ことにより、高電界により発生したあるいは注入された
電子、正孔が蛍光体薄膜中に閉じこめられ、それらが効
率的に直接、あるいは再結合中心を介して再結合するた
め、ＣＲＴや蛍光ランプなどに用いられていた蛍光体材
料を蛍光体薄膜として用いることができ、発光輝度や効
率が高い複合発光体薄膜が形成できたものと考えられ
る。
【００１１】しかも前記蛍光体薄膜と前記障壁層は閃亜
鉛鉱型あるいはウルツ鉱型の４面体配位の結晶構造を有
するため、非発光中心となるダングリングボンドなどの
界面の格子欠陥密度が低い。このことが、生成した電
子、正孔が非輻射再結合する割合を低下させ、素子の発
光輝度、効率を高めたと考えられる。
鉛鉱型あるいはウルツ鉱型の４面体配位の結晶構造を有
するため、非発光中心となるダングリングボンドなどの
界面の格子欠陥密度が低い。このことが、生成した電
子、正孔が非輻射再結合する割合を低下させ、素子の発
光輝度、効率を高めたと考えられる。
【００１２】ＭｎＴｅ、ＭｎＳｅ、ＭｎＳにおいて、４
面体配位を有する閃亜鉛鉱型あるいはウルツ鉱型結晶構
造は本来準安定な構造である。即ち、通常のブリッジマ
ン法や気相成長法などの成長法で得られるバルク結晶
は、これらの結晶構造ではなく、ＭｎＴｅでは六方晶Ｎ
ｉＡｓ型構造を、ＭｎＳｅ、ＭｎＳでは８面体配位の岩
塩型構造をとる。またこれらのマンガンカルコゲナイド
化合物とII−VI族化合物半導体との混晶においても、II
族元素の組成比が小さい場合は、閃亜鉛鉱型あるいはウ
ルツ鉱型構造はとらない。しかも、これらのバルクで安
定な結晶構造のマンガンカルコゲナイドのバンドギャッ
プは、いずれも本発明の障壁層として用いるには狭い。
例えば、岩塩型構造の硫化マンガンのバンドギャップは
２.８ｅＶと狭い。また、本発明の複合発光体薄膜を積
層しようとすると、結晶構造の違いに起因した界面の未
結合手や格子不整が発生し、それらが非輻射再結合中心
として働き、発光効率の低下を招く。
面体配位を有する閃亜鉛鉱型あるいはウルツ鉱型結晶構
造は本来準安定な構造である。即ち、通常のブリッジマ
ン法や気相成長法などの成長法で得られるバルク結晶
は、これらの結晶構造ではなく、ＭｎＴｅでは六方晶Ｎ
ｉＡｓ型構造を、ＭｎＳｅ、ＭｎＳでは８面体配位の岩
塩型構造をとる。またこれらのマンガンカルコゲナイド
化合物とII−VI族化合物半導体との混晶においても、II
族元素の組成比が小さい場合は、閃亜鉛鉱型あるいはウ
ルツ鉱型構造はとらない。しかも、これらのバルクで安
定な結晶構造のマンガンカルコゲナイドのバンドギャッ
プは、いずれも本発明の障壁層として用いるには狭い。
例えば、岩塩型構造の硫化マンガンのバンドギャップは
２.８ｅＶと狭い。また、本発明の複合発光体薄膜を積
層しようとすると、結晶構造の違いに起因した界面の未
結合手や格子不整が発生し、それらが非輻射再結合中心
として働き、発光効率の低下を招く。
【００１３】しかし、ダイヤモンド型あるいは閃亜鉛鉱
型構造を有する基板上、あるいはウルツ鉱型構造を有す
る基板上にエピタキシャルでこれらを成長させることに
より、バルクで安定な構造よりも、閃亜鉛鉱型あるいは
ウルツ鉱型のマンガンカルコゲナイドのエピタキシャル
膜を得ることができる。これは、４面体配位型構造を有
する基板上にエピタキシャル成長させることで、硫化マ
ンガンが本来バルクで安定な構造ではなく基板と同じ４
面体配位型構造を好んでとることを表している。
型構造を有する基板上、あるいはウルツ鉱型構造を有す
る基板上にエピタキシャルでこれらを成長させることに
より、バルクで安定な構造よりも、閃亜鉛鉱型あるいは
ウルツ鉱型のマンガンカルコゲナイドのエピタキシャル
膜を得ることができる。これは、４面体配位型構造を有
する基板上にエピタキシャル成長させることで、硫化マ
ンガンが本来バルクで安定な構造ではなく基板と同じ４
面体配位型構造を好んでとることを表している。
【００１４】特に我々は、ＭｎＳにおいては、ダイヤモ
ンド型あるいは閃亜鉛鉱型構造を有する基板の（１１
１）面上、あるいはウルツ鉱型構造を有する基板の（０
０・１）面上に所定のエピタキシャル成長条件で成長さ
せることにより、ウルツ鉱型のＭｎＳの単相の単結晶エ
ピタキシャル膜を形成することに成功した。ダイヤモン
ド型あるいは閃亜鉛鉱型構造の（１１１）面とウルツ鉱
型構造の（００・１）面の２次元原子配列は同一なの
で、それらを表面とする基板上のエピタキシャル膜はど
ちらの４面体配位型構造でもとり得るが、前記成長条件
においては閃亜鉛鉱型構造よりウルツ鉱型構造の方が安
定な４面体型構造なので、後者の構造をとったと考えら
れる。また本来、このエピタキシャル膜と各基板の結晶
構造およびその配向関係には、界面あるいは膜内に未結
合手や積層欠陥を引き起こす必然性がない。実際、上記
製膜方法により格子欠陥の少ない良好な結晶性のウルツ
鉱型ＭｎＳの膜を得ることができた。本方法により発光
効率の高い複合発光体薄膜を提供できた。
ンド型あるいは閃亜鉛鉱型構造を有する基板の（１１
１）面上、あるいはウルツ鉱型構造を有する基板の（０
０・１）面上に所定のエピタキシャル成長条件で成長さ
せることにより、ウルツ鉱型のＭｎＳの単相の単結晶エ
ピタキシャル膜を形成することに成功した。ダイヤモン
ド型あるいは閃亜鉛鉱型構造の（１１１）面とウルツ鉱
型構造の（００・１）面の２次元原子配列は同一なの
で、それらを表面とする基板上のエピタキシャル膜はど
ちらの４面体配位型構造でもとり得るが、前記成長条件
においては閃亜鉛鉱型構造よりウルツ鉱型構造の方が安
定な４面体型構造なので、後者の構造をとったと考えら
れる。また本来、このエピタキシャル膜と各基板の結晶
構造およびその配向関係には、界面あるいは膜内に未結
合手や積層欠陥を引き起こす必然性がない。実際、上記
製膜方法により格子欠陥の少ない良好な結晶性のウルツ
鉱型ＭｎＳの膜を得ることができた。本方法により発光
効率の高い複合発光体薄膜を提供できた。
【００１５】また閃亜鉛鉱型あるいはウルツ鉱型結晶構
造のマンガンカルコゲナイドのバンドギャップはそれぞ
れバルクで安定な構造のそれに比べて広い。例えばウル
ツ鉱型結晶構造を有するＭｎＳのバンドギャップは約
３.９ｅＶと、岩塩型構造のＭｎＳや他の半導体材料と
くらべて非常に広い。従って、障壁層にマンガンとVI族
元素よりなる閃亜鉛鉱型あるいはウルツ鉱型の化合物半
導体あるいはそれらとII−VI族化合物半導体との混晶を
用いることによって、蛍光体薄膜に短波長領域で発光し
うる広いバンドギャップを持った材料を用いても、障壁
層は更に十分広いバンドギャップを持った材料なので、
電子、正孔が十分前記蛍光体薄膜に閉じ込められる。そ
れにより、発光輝度、効率の高いこれらの短波長発光素
子が実現できたと考えられる。
造のマンガンカルコゲナイドのバンドギャップはそれぞ
れバルクで安定な構造のそれに比べて広い。例えばウル
ツ鉱型結晶構造を有するＭｎＳのバンドギャップは約
３.９ｅＶと、岩塩型構造のＭｎＳや他の半導体材料と
くらべて非常に広い。従って、障壁層にマンガンとVI族
元素よりなる閃亜鉛鉱型あるいはウルツ鉱型の化合物半
導体あるいはそれらとII−VI族化合物半導体との混晶を
用いることによって、蛍光体薄膜に短波長領域で発光し
うる広いバンドギャップを持った材料を用いても、障壁
層は更に十分広いバンドギャップを持った材料なので、
電子、正孔が十分前記蛍光体薄膜に閉じ込められる。そ
れにより、発光輝度、効率の高いこれらの短波長発光素
子が実現できたと考えられる。
【００１６】
【実施例】図１に本発明の薄膜ＥＬ素子の第１実施例を
説明するための素子構造を示す。
説明するための素子構造を示す。
【００１７】（１１１）Ｂ面を表面とするｎ型低抵抗の
ＧａＡｓ基板１上に、基板１と同じ４面体配位のウルツ
鉱型結晶構造を有する厚さ２００ｎｍの、ＭｎＳ薄膜か
らなる障壁層２−ａが形成されている。その上に、厚さ
１０ｎｍのＺｎＣｄＳからなる蛍光体薄膜３−ａが形成
されており、さらにその上に、厚さ１００ｎｍのＭｎＳ
薄膜からなる障壁層２−ｂ、厚さ１０ｎｍのＺｎＣｄＳ
からなる蛍光体薄膜３−ｂ、厚さ１００ｎｍのＭｎＳ薄
膜からなる障壁層２−ｃ、厚さ１０ｎｍのＺｎＣｄＳか
らなる蛍光体薄膜３−ｃ、および厚さ１００ｎｍのＭｎ
Ｓ薄膜からなる障壁層２−ｄが順次積層され複合発光体
薄膜４が構成されている。これらの蛍光体薄膜３の組成
比は障壁層２を形成するＭｎＳと格子整合する値にし
た。その上に、厚さ３００ｎｍのＢａＴａ2Ｏ6セラミッ
クスよりなる誘電体薄膜５が形成されている。最上部に
は厚さ２００ｎｍのＩＴＯからなる透明電極６が形成さ
れ、薄膜ＥＬ素子が構成されている。
ＧａＡｓ基板１上に、基板１と同じ４面体配位のウルツ
鉱型結晶構造を有する厚さ２００ｎｍの、ＭｎＳ薄膜か
らなる障壁層２−ａが形成されている。その上に、厚さ
１０ｎｍのＺｎＣｄＳからなる蛍光体薄膜３−ａが形成
されており、さらにその上に、厚さ１００ｎｍのＭｎＳ
薄膜からなる障壁層２−ｂ、厚さ１０ｎｍのＺｎＣｄＳ
からなる蛍光体薄膜３−ｂ、厚さ１００ｎｍのＭｎＳ薄
膜からなる障壁層２−ｃ、厚さ１０ｎｍのＺｎＣｄＳか
らなる蛍光体薄膜３−ｃ、および厚さ１００ｎｍのＭｎ
Ｓ薄膜からなる障壁層２−ｄが順次積層され複合発光体
薄膜４が構成されている。これらの蛍光体薄膜３の組成
比は障壁層２を形成するＭｎＳと格子整合する値にし
た。その上に、厚さ３００ｎｍのＢａＴａ2Ｏ6セラミッ
クスよりなる誘電体薄膜５が形成されている。最上部に
は厚さ２００ｎｍのＩＴＯからなる透明電極６が形成さ
れ、薄膜ＥＬ素子が構成されている。
【００１８】本発明のＥＬ素子は、パルス幅30μｓ、１
kHz、１８０Vの交流電圧を基板１と透明電極６との間に
印加することにより明るく青色に発光した。
kHz、１８０Vの交流電圧を基板１と透明電極６との間に
印加することにより明るく青色に発光した。
【００１９】本実施例の発光素子の製造方法は以下の通
りである。まず分子ビームエピタキシャル成長法で、表
面を清浄化した上記基板１上に基板温度２００℃で、高
純度Ｍｎを、Ｋセルから、クラッキングした高純度のＨ
2Ｓと同時に供給することで、ＭｎＳ単結晶エピタキシ
ャル膜を成長させる。本方法により、バルクや、一般の
非エピタキシャルな蒸着法では得ることが難しい単相の
ウルツ鉱型構造のエピタキシャル膜を得ることができ
る。次に、この膜の上部に同じく基板温度２００℃で、
ＺｎＣｄＳ膜をエピタキシャル成長させる。再びこの上
にＭｎＳをエピタキシャル成長させる。これを繰り返し
て障壁層と蛍光体薄膜が積層された複合発光体薄膜４を
形成する。
りである。まず分子ビームエピタキシャル成長法で、表
面を清浄化した上記基板１上に基板温度２００℃で、高
純度Ｍｎを、Ｋセルから、クラッキングした高純度のＨ
2Ｓと同時に供給することで、ＭｎＳ単結晶エピタキシ
ャル膜を成長させる。本方法により、バルクや、一般の
非エピタキシャルな蒸着法では得ることが難しい単相の
ウルツ鉱型構造のエピタキシャル膜を得ることができ
る。次に、この膜の上部に同じく基板温度２００℃で、
ＺｎＣｄＳ膜をエピタキシャル成長させる。再びこの上
にＭｎＳをエピタキシャル成長させる。これを繰り返し
て障壁層と蛍光体薄膜が積層された複合発光体薄膜４を
形成する。
【００２０】その上に、酸素を10％含むアルゴン雰囲気
中、室温でＢａＴａ2Ｏ6セラミックスをｒｆスパッタリ
ングすることにより、誘電体薄膜５を形成する。
中、室温でＢａＴａ2Ｏ6セラミックスをｒｆスパッタリ
ングすることにより、誘電体薄膜５を形成する。
【００２１】最後に厚さ２００ｎｍのＩＴＯからなる透
明電極６を電子ビーム蒸着法により形成し、薄膜ＥＬ素
子を完成した。
明電極６を電子ビーム蒸着法により形成し、薄膜ＥＬ素
子を完成した。
【００２２】発光は、主に高電界によって生成された電
子と正孔が障壁層に比べてバンドギャップが狭いＺｎＣ
ｄＳのポテンシャル井戸に束縛され輻射再結合したもの
と考えられる。障壁層に用いたウルツ鉱型ＭｎＳのバン
ドギャップは３.９ｅＶと広い。これと蛍光体薄膜に用
いたＺｎＣｄＳとのバンドギャップの差は、効率よくキ
ャリアを蛍光体薄膜に閉じ込めるのに十分な大きさであ
る。これが、効率よく発光した原因の一つであると考え
られる。
子と正孔が障壁層に比べてバンドギャップが狭いＺｎＣ
ｄＳのポテンシャル井戸に束縛され輻射再結合したもの
と考えられる。障壁層に用いたウルツ鉱型ＭｎＳのバン
ドギャップは３.９ｅＶと広い。これと蛍光体薄膜に用
いたＺｎＣｄＳとのバンドギャップの差は、効率よくキ
ャリアを蛍光体薄膜に閉じ込めるのに十分な大きさであ
る。これが、効率よく発光した原因の一つであると考え
られる。
【００２３】本実施例においては、蛍光体薄膜を複数層
使用した複合発光体薄膜について説明したが、蛍光体薄
膜が１層の場合は低い電圧から発光を開始したが発光強
度は複数層使用した場合に比べて小さかった。蛍光体薄
膜の厚さは５０ｎｍより厚い場合は電子と正孔の閉じこ
め効果が不十分となり発光強度が低下し、１ｎｍより薄
い場合は格子欠陥が増加したり、発光中心や再結合中心
の数が少なくなり発光強度が低下した。
使用した複合発光体薄膜について説明したが、蛍光体薄
膜が１層の場合は低い電圧から発光を開始したが発光強
度は複数層使用した場合に比べて小さかった。蛍光体薄
膜の厚さは５０ｎｍより厚い場合は電子と正孔の閉じこ
め効果が不十分となり発光強度が低下し、１ｎｍより薄
い場合は格子欠陥が増加したり、発光中心や再結合中心
の数が少なくなり発光強度が低下した。
【００２４】本発明の複合発光体薄膜は、障壁層、蛍光
体薄膜がエピタキシャル成長膜であったときに極めて顕
著に高発光効率、高輝度が得られた。
体薄膜がエピタキシャル成長膜であったときに極めて顕
著に高発光効率、高輝度が得られた。
【００２５】また蛍光体薄膜と障壁層に用いる材料との
組合せとしては、本実施例に示したような格子定数が近
いものにおいて優れた特性が得られた。
組合せとしては、本実施例に示したような格子定数が近
いものにおいて優れた特性が得られた。
【００２６】本実施例ではＧａＡｓ（１１１）Ｂ面上に
成長させたが、同（１１１）Ａ面上でも同様に良好な結
晶性のウルツ鉱型ＭｎＳエピタキシャル膜を得ることが
できた。この膜を用いて形成した複合発光体薄膜よりな
る薄膜ＥＬ素子も同様の明るい青色発光を得ることがで
きた。また同（００１）面上に成長させたＭｎＳ膜を用
いて作成した薄膜ＥＬ素子の発光輝度は、（１１１）面
上のそれに比べて低かったが、これは障壁層に若干の岩
塩型構造相が混在したためと考えられる。
成長させたが、同（１１１）Ａ面上でも同様に良好な結
晶性のウルツ鉱型ＭｎＳエピタキシャル膜を得ることが
できた。この膜を用いて形成した複合発光体薄膜よりな
る薄膜ＥＬ素子も同様の明るい青色発光を得ることがで
きた。また同（００１）面上に成長させたＭｎＳ膜を用
いて作成した薄膜ＥＬ素子の発光輝度は、（１１１）面
上のそれに比べて低かったが、これは障壁層に若干の岩
塩型構造相が混在したためと考えられる。
【００２７】上記実施例では、障壁層にＭｎＳ単体を用
いたが、必要に応じて他のマンガンカルコゲナイドある
いはII−VI族化合物半導体との混晶を用いてもよい。第
２実施例として障壁層にこれらの混晶を用いた例を示
す。
いたが、必要に応じて他のマンガンカルコゲナイドある
いはII−VI族化合物半導体との混晶を用いてもよい。第
２実施例として障壁層にこれらの混晶を用いた例を示
す。
【００２８】素子の構成は、第１実施例と同じである。
障壁層及び蛍光体薄膜の構成材料が異なる。障壁層２に
は基板１と同じ４面体配位のウルツ鉱型結晶構造を有す
るＺｎＭｎＳＳｅ薄膜を用い、蛍光体薄膜３にはＺｎＳ
ｅ薄膜を用いた。障壁層２の組成比は蛍光体薄膜３を形
成するＺｎＳｅと格子整合する値にした。
障壁層及び蛍光体薄膜の構成材料が異なる。障壁層２に
は基板１と同じ４面体配位のウルツ鉱型結晶構造を有す
るＺｎＭｎＳＳｅ薄膜を用い、蛍光体薄膜３にはＺｎＳ
ｅ薄膜を用いた。障壁層２の組成比は蛍光体薄膜３を形
成するＺｎＳｅと格子整合する値にした。
【００２９】本発明のＥＬ素子は、パルス幅30μｓ、１
kHz、１８０Vの交流電圧を基板１と透明電極６との間に
印加することにより明るく青緑色に発光した。
kHz、１８０Vの交流電圧を基板１と透明電極６との間に
印加することにより明るく青緑色に発光した。
【００３０】本実施例の発光素子の製造方法は以下の通
りである。まず分子ビームエピタキシャル成長法で、表
面を清浄化したＧａＡｓ（１１１）Ｂ基板１上に基板温
度２００℃で、高純度Ｚｎ、Ｍｎ、Ｓｅを、Ｋセルか
ら、クラッキングした高純度のＨ2Ｓと同時に供給する
ことで、ＺｎＭｎＳＳｅ単結晶エピタキシャル膜を成長
させる。本方法により、単相のウルツ鉱型構造のエピタ
キシャル膜を得ることができる。本実施例において、Ｚ
ｎＭｎＳＳｅはウルツ鉱型構造をとったが、Ｚｎもしく
はＳｅ組成比を大きくした場合、あるいは所定の成長条
件を選んだ場合、その結晶構造を閃亜鉛鉱型にすること
も可能である。次に、この膜の上部に同じく基板温度２
００℃で、ＺｎＳｅをエピタキシャル成長させる。再び
この上にＺｎＭｎＳＳｅをエピタキシャル成長させる。
これを繰り返して障壁層と蛍光体層が積層された複合発
光体薄膜４を形成する。
りである。まず分子ビームエピタキシャル成長法で、表
面を清浄化したＧａＡｓ（１１１）Ｂ基板１上に基板温
度２００℃で、高純度Ｚｎ、Ｍｎ、Ｓｅを、Ｋセルか
ら、クラッキングした高純度のＨ2Ｓと同時に供給する
ことで、ＺｎＭｎＳＳｅ単結晶エピタキシャル膜を成長
させる。本方法により、単相のウルツ鉱型構造のエピタ
キシャル膜を得ることができる。本実施例において、Ｚ
ｎＭｎＳＳｅはウルツ鉱型構造をとったが、Ｚｎもしく
はＳｅ組成比を大きくした場合、あるいは所定の成長条
件を選んだ場合、その結晶構造を閃亜鉛鉱型にすること
も可能である。次に、この膜の上部に同じく基板温度２
００℃で、ＺｎＳｅをエピタキシャル成長させる。再び
この上にＺｎＭｎＳＳｅをエピタキシャル成長させる。
これを繰り返して障壁層と蛍光体層が積層された複合発
光体薄膜４を形成する。
【００３１】誘電体薄膜５及びＩＴＯからなる透明電極
６の製造方法は第１実施例と同様である。
６の製造方法は第１実施例と同様である。
【００３２】図２に本発明の薄膜ＥＬ素子の第３実施例
を説明するための素子構造を示す。ＩｎＰ基板７上に分
子線蒸着法により厚さ５００ｎｍの、ＺｎＭｎＳｅ薄膜
からなる障壁層８−ａをエピタキシャル成長させた。そ
の上に、同様にして厚さ１０ｎｍのＣｄＳ：Ａｇからな
る蛍光体薄膜９−ａをエピタキシャル成長させた。さら
にその上に、厚さ１００ｎｍのＺｎＭｎＳｅ薄膜からな
る障壁層８−ｂ、厚さ１０ｎｍのＣｄＳ：Ａｇからなる
蛍光体薄膜９−ｂ、 厚さ１００ｎｍのＺｎＭｎＳｅ薄
膜からなる障壁層８−ｃ、厚さ１０ｎｍのＣｄＳ：Ａｇ
からなる蛍光体薄膜９−ｃ、および厚さ１００ｎｍのＺ
ｎＭｎＳｅ薄膜からなる障壁層８−ｄを順次エピタキシ
ャル成長させることにより複合発光体薄膜１０を完成し
た。これらの障壁層８の組成比は蛍光体薄膜９を形成す
るＣｄＳ：Ａｇと格子整合する値にした。その上に、実
施例１同様ＢａＴａ2Ｏ6セラミックスからなる厚さ３０
０ｎｍの誘電体薄膜１１を形成した。最後に厚さ２００
ｎｍのＩＴＯからなる透明電極１２を形成し薄膜ＥＬ素
子を完成した。
を説明するための素子構造を示す。ＩｎＰ基板７上に分
子線蒸着法により厚さ５００ｎｍの、ＺｎＭｎＳｅ薄膜
からなる障壁層８−ａをエピタキシャル成長させた。そ
の上に、同様にして厚さ１０ｎｍのＣｄＳ：Ａｇからな
る蛍光体薄膜９−ａをエピタキシャル成長させた。さら
にその上に、厚さ１００ｎｍのＺｎＭｎＳｅ薄膜からな
る障壁層８−ｂ、厚さ１０ｎｍのＣｄＳ：Ａｇからなる
蛍光体薄膜９−ｂ、 厚さ１００ｎｍのＺｎＭｎＳｅ薄
膜からなる障壁層８−ｃ、厚さ１０ｎｍのＣｄＳ：Ａｇ
からなる蛍光体薄膜９−ｃ、および厚さ１００ｎｍのＺ
ｎＭｎＳｅ薄膜からなる障壁層８−ｄを順次エピタキシ
ャル成長させることにより複合発光体薄膜１０を完成し
た。これらの障壁層８の組成比は蛍光体薄膜９を形成す
るＣｄＳ：Ａｇと格子整合する値にした。その上に、実
施例１同様ＢａＴａ2Ｏ6セラミックスからなる厚さ３０
０ｎｍの誘電体薄膜１１を形成した。最後に厚さ２００
ｎｍのＩＴＯからなる透明電極１２を形成し薄膜ＥＬ素
子を完成した。
【００３３】本発明のＥＬ素子は、パルス幅30μｓ、１
kHz、１８０Vの交流電圧を基板７と透明電極１２との間
に印加することにより明るく赤色に発光した。
kHz、１８０Vの交流電圧を基板７と透明電極１２との間
に印加することにより明るく赤色に発光した。
【００３４】第４実施例として、第１実施例のＺｎＳｅ
よりなる蛍光体薄膜の代わりにＺｎＣｄＳ：Ａｇを用
い、基板、障壁層、蛍光体薄膜がすべて格子整合する組
成比でそれぞれの層を形成し、薄膜ＥＬ素子を形成して
やったところ、所定の駆動条件で明るい青緑色の発光を
得た。
よりなる蛍光体薄膜の代わりにＺｎＣｄＳ：Ａｇを用
い、基板、障壁層、蛍光体薄膜がすべて格子整合する組
成比でそれぞれの層を形成し、薄膜ＥＬ素子を形成して
やったところ、所定の駆動条件で明るい青緑色の発光を
得た。
【００３５】蛍光体薄膜材料としては実施例に示した発
光不純物としてＡｇを添加する例以外にも、直接ノンド
ープのＺｎＣｄＳを用いたり他の発光不純物を添加して
やってもよい。例えば、蛍光体薄膜のＺｎＣｄＳの発光
不純物として、Ｃｕを添加してやったところ明るく赤色
に発光した。
光不純物としてＡｇを添加する例以外にも、直接ノンド
ープのＺｎＣｄＳを用いたり他の発光不純物を添加して
やってもよい。例えば、蛍光体薄膜のＺｎＣｄＳの発光
不純物として、Ｃｕを添加してやったところ明るく赤色
に発光した。
【００３６】第５実施例として、基板にＧａＳｂを用
い、障壁層にはＣｄＭｎＴｅを、蛍光体薄膜にはＺｎＴ
ｅを用いて、上記実施例同様の構成の薄膜ＥＬ素子を形
成した。この際、障壁層のＣｄＭｎＴｅの組成比は蛍光
体薄膜のＺｎＴｅと格子整合する値にした。本素子にお
いても、所定の駆動条件で明るい緑色の発光を呈した。
い、障壁層にはＣｄＭｎＴｅを、蛍光体薄膜にはＺｎＴ
ｅを用いて、上記実施例同様の構成の薄膜ＥＬ素子を形
成した。この際、障壁層のＣｄＭｎＴｅの組成比は蛍光
体薄膜のＺｎＴｅと格子整合する値にした。本素子にお
いても、所定の駆動条件で明るい緑色の発光を呈した。
【００３７】本発明の要点は、以下の点にある。即ち、
１）厚さ５０ｎｍ以下、１ｎｍ以上の短波長発光が可能
なバンドギャップエネルギーを有する蛍光体薄膜を該蛍
光体薄膜のバンドギャップよりさらに十分大きなバンド
ギャップの材料からなる障壁層で挟持した構成をとるこ
とにより、高電界により発生したあるいは注入された電
子、正孔が蛍光体薄膜中に閉じこめられ、それらが効率
的に直接、あるいは再結合中心を介して再結合する点、
と共に２）前記蛍光体薄膜と前記障壁層は同じ４面体配
位の閃亜鉛鉱型あるいはウルツ鉱型の結晶構造を有する
ため、非発光中心となるダングリングボンドなどの界面
の格子欠陥密度が低い点が、高発光輝度、高効率の短波
長発光素子を実現できた理由であると考えられる。
１）厚さ５０ｎｍ以下、１ｎｍ以上の短波長発光が可能
なバンドギャップエネルギーを有する蛍光体薄膜を該蛍
光体薄膜のバンドギャップよりさらに十分大きなバンド
ギャップの材料からなる障壁層で挟持した構成をとるこ
とにより、高電界により発生したあるいは注入された電
子、正孔が蛍光体薄膜中に閉じこめられ、それらが効率
的に直接、あるいは再結合中心を介して再結合する点、
と共に２）前記蛍光体薄膜と前記障壁層は同じ４面体配
位の閃亜鉛鉱型あるいはウルツ鉱型の結晶構造を有する
ため、非発光中心となるダングリングボンドなどの界面
の格子欠陥密度が低い点が、高発光輝度、高効率の短波
長発光素子を実現できた理由であると考えられる。
【００３８】
【発明の効果】本発明によれば、発光輝度や効率が高い
３原色に発光する複合発光体薄膜を形成することができ
る。またこの複合発光体薄膜を用いて薄膜ＥＬ素子を形
成した場合も、発光輝度や効率が高い薄膜ＥＬ素子を形
成することができる。本発明は、青色発光素子、多色Ｅ
Ｌ素子やフルカラーＥＬ素子を形成する際、特に実用的
価値は大きい。
３原色に発光する複合発光体薄膜を形成することができ
る。またこの複合発光体薄膜を用いて薄膜ＥＬ素子を形
成した場合も、発光輝度や効率が高い薄膜ＥＬ素子を形
成することができる。本発明は、青色発光素子、多色Ｅ
Ｌ素子やフルカラーＥＬ素子を形成する際、特に実用的
価値は大きい。
【図１】本発明の第１実施例を説明するための薄膜ＥＬ
素子の断面図
素子の断面図
【図２】本発明の第３実施例を説明するための薄膜ＥＬ
素子の断面図
素子の断面図
１、７ 基板
２、８ 障壁層
３、９ 蛍光体薄膜
４、１０ 複合発光体薄膜
５、１１ 誘電体薄膜
６、１２ 透明電極
Claims (12)
- 【請求項１】厚さが５０ｎｍ以下、１ｎｍ以上のII−VI
族化合物半導体もしくはそれらの混晶を主成分とする蛍
光体薄膜を、その蛍光体薄膜のエネルギーギャップより
大きなエネルギーギャップの、マンガンとVI族元素とを
含む閃亜鉛鉱型あるいはウルツ鉱型結晶構造の化合物半
導体からなる障壁層で挟持した構成を、単独もしくは複
数回繰り返して設けたことを特徴とする複合発光体薄
膜。 - 【請求項２】化合物半導体が、ＭｎＴｅ、ＭｎＳｅ、Ｍ
ｎＳもしくはそれらの混晶を主成分とすることを特徴と
する請求項１に記載の複合発光体薄膜。 - 【請求項３】化合物半導体が、ＭｎＴｅ、ＭｎＳｅ、も
しくはＭｎＳとII−VI族化合物半導体との混晶を主成分
とすることを特徴とする請求項１に記載の複合発光体薄
膜。 - 【請求項４】II−VI族化合物半導体がＣｄもしくはＺｎ
とVI族元素とからなることを特徴とする請求項３に記載
の複合発光体薄膜。 - 【請求項５】少なくとも障壁層と蛍光体薄膜はエピタキ
シャル膜であることを特徴とする請求項１に記載の複合
発光体薄膜。 - 【請求項６】蛍光体薄膜と障壁層の格子定数の違いが１
０％以内であることを特徴とする請求項５に記載の複合
発光体薄膜。 - 【請求項７】ダイヤモンド型あるいは閃亜鉛鉱型結晶構
造またはウルツ鉱型結晶構造を有する基板上にエピタキ
シャルで薄膜を成長させることを特徴とする請求項１に
記載の複合発光体薄膜の製造方法。 - 【請求項８】ダイヤモンド型あるいは閃亜鉛鉱型結晶構
造を有する基板の（１１１）面上、またはウルツ鉱型結
晶構造を有する基板の（００・１）面上にエピタキシャ
ルで薄膜を成長させることを特徴とする請求項７に記載
の複合発光体薄膜の製造方法。 - 【請求項９】ダイヤモンド型あるいは閃亜鉛鉱型あるい
はウルツ鉱型結晶構造を有する基板と薄膜の格子定数の
違いが１０％以内であることを特徴とする請求項７に記
載の複合発光体薄膜の製造方法。 - 【請求項１０】基板が、IV族、IV−IV族、III−Ｖ族、I
I−VI族、I−VII族の半導体もしくはそれらの混晶を主
成分とすることを特徴とする請求項７に記載の複合発光
体薄膜の製造方法。 - 【請求項１１】請求項１〜６のいずれかに記載の複合発
光体薄膜と、前記複合発光体薄膜の外側から電圧を印加
する手段とを備えたことを特徴とする薄膜ＥＬ素子。 - 【請求項１２】複合発光体薄膜のいずれか一方の面に誘
電体薄膜が形成され、さらにその外側から電圧を印加す
る手段が配設されていることを特徴とする請求項１１に
記載の薄膜ＥＬ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3226988A JPH0513172A (ja) | 1990-10-02 | 1991-09-06 | 複合発光体薄膜及びその製造方法及び薄膜ｅｌ素子 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2-265654 | 1990-10-02 | ||
| JP26565490 | 1990-10-02 | ||
| JP3226988A JPH0513172A (ja) | 1990-10-02 | 1991-09-06 | 複合発光体薄膜及びその製造方法及び薄膜ｅｌ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0513172A true JPH0513172A (ja) | 1993-01-22 |
Family
ID=26527447
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3226988A Pending JPH0513172A (ja) | 1990-10-02 | 1991-09-06 | 複合発光体薄膜及びその製造方法及び薄膜ｅｌ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0513172A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11120801A (ja) * | 1997-10-20 | 1999-04-30 | Agency Of Ind Science & Technol | 力で発光する無機薄膜及びその製造法 |
| JP2010077437A (ja) * | 2009-10-16 | 2010-04-08 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | 発光材料、圧電体、電歪体、強誘電体、電場発光体、応力発光体、及びこれらの製造方法 |
| JP2019153621A (ja) * | 2018-02-28 | 2019-09-12 | 国立大学法人東北大学 | 相変化材料および相変化材料を用いた相変化型メモリ素子 |
-
1991
- 1991-09-06 JP JP3226988A patent/JPH0513172A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11120801A (ja) * | 1997-10-20 | 1999-04-30 | Agency Of Ind Science & Technol | 力で発光する無機薄膜及びその製造法 |
| JP2010077437A (ja) * | 2009-10-16 | 2010-04-08 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | 発光材料、圧電体、電歪体、強誘電体、電場発光体、応力発光体、及びこれらの製造方法 |
| JP2019153621A (ja) * | 2018-02-28 | 2019-09-12 | 国立大学法人東北大学 | 相変化材料および相変化材料を用いた相変化型メモリ素子 |
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