JPH0752673B2 - 薄膜el素子 - Google Patents

薄膜el素子

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JPH0752673B2
JPH0752673B2 JP1010732A JP1073289A JPH0752673B2 JP H0752673 B2 JPH0752673 B2 JP H0752673B2 JP 1010732 A JP1010732 A JP 1010732A JP 1073289 A JP1073289 A JP 1073289A JP H0752673 B2 JPH0752673 B2 JP H0752673B2
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JP
Japan
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film
insulating layer
sixnyoz
thin film
composition ratio
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浩明 中彌
卓郎 山下
隆 小倉
勝 吉田
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B33/00Electroluminescent light sources
    • H05B33/10Apparatus or processes specially adapted to the manufacture of electroluminescent light sources
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B33/00Electroluminescent light sources
    • H05B33/12Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces
    • H05B33/22Light sources with substantially two-dimensional radiating surfaces characterised by the chemical or physical composition or the arrangement of auxiliary dielectric or reflective layers

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は薄膜EL(エレクトロルミネッセンス)素子に
関し、より詳しくは、絶縁層の少なくとも一部がプラズ
マCVD(化学気相成長)法により形成したSixNyOz:H膜で
ある薄膜EL素子に関する。
〈従来の技術〉 従来、薄膜EL素子は例えば第7図に示すような構造をし
ている。すなわち、ガラス基板11上に帯状の透明電極12
と、SiO膜13およびSiN膜14からなる下部絶縁層と、発光
層15と、SiN層16およびAlO膜17からなる上部絶縁層と、
上記透明電極12に直交する帯状の背面Al電極18とが順次
積層された構造をしている。
そして、上記絶縁層はスパッタ法により形成されてい
る。
〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上記従来の薄膜EL素子は、成膜速度が遅
い(特にAlO膜17の形成時に遅い)スパッタ法で絶縁層
を形成しているため、生産性が低いという問題がある。
そこで、この発明の目的は、絶縁層が短時間で形成さ
れ、生産性を高めた薄膜EL素子を提供することにある。
〈課題を解決するための手段〉 上記目的を達成するために、この発明の薄膜EL素子は、
透光性基板に透明電極,下部絶縁層,発光層,上部絶縁
層および背面電極を順次積層した薄膜EL素子において、
上記絶縁層の少くとも一部がプラズマCVD法により形成
したSixNyOz:H膜であり、上記SixNyOz:H膜の膜中の水素
量が2×1022atoms/cm3以下であることを特徴としてい
る。
また、上記SixNyOz:H膜の膜中の酸素と窒素の組成比(z
/y)が0から3.0の範囲にあり、かつ珪素と窒素の組成
比(x/y)が0.7から3.0の範囲にあるのが望ましい。
〈作用〉 プラズマCVD法によりSixNyOz:H膜を成膜する場合、スパ
ッタ法に比して成膜速度が10倍程度速いため、絶縁層を
短時間で形成することができ、薄膜EL素子の生産性が高
まる。
また、SixNyOz:H膜は、膜中の水素含有量が3×1022ato
ms/cm3程度以上である場合、素子の駆動時に水素の気泡
が発生する不具合を生じるが、膜中の水素含有量が2×
1022atoms/cm3以下になると上記不具合を生じない。膜
中の水素含有量が2×1022atoms/cm3以下であるようなS
ixNyOz:H膜は、プラズマCVD法により、原料ガスとしてN
2,N2OおよびSiH4ガスを用いて形成される。
上記SixNyOz:H膜は、プラズマCVD法にて原料であるN2
N2OおよびSiH4ガスの分圧または流量を調節して膜の組
成が定められる。つまり、N2中のN2O分圧(N2Oガス圧/
(N2ガス圧+N2Oガス圧))を制御して組成比z/yを定め
ると共に、SiH4流量比(SiH4流量/(SiH4流量+N2とN2
O混合ガス流量)を制御して組成比x/yを定める。
上記SixNyOz:H膜の膜中の酸素と窒素の組成比z/yが小さ
い場合、素子の駆動時に生ずる絶縁破壊のモードがプロ
パゲイトモード(拡大型)になる一方、エージング時の
発光開始電圧Vthの移動が小さくなる。反対に上記z/yが
大きい場合、絶縁破壊モードがセルフヒーリングモード
(自己回復型)になる一方、発光開始電圧Vthの移動が
大きくなる。そこで、上記上部絶縁層または下部絶縁層
を単一の組成のSixNyOz:H膜で形成する場合、上記z/yの
許容範囲を0.3乃至1.0に定めて、絶縁破壊モードとセル
フヒーリングモードにすると共に、発光開始電圧Vthの
移動を実用上支障がないレベルに抑えることが可能とな
る。上記上部絶縁層または下部絶縁層を、組成の異なる
SixNyOz:H膜を積層して形成する場合、発光層と接する
側を窒素リッチ(z/yは小)にする一方、背面電極また
は透明電極と接する側を酸素リッチ(z/yは大)にすれ
ば、素子の特性を損なうことがない。この場合、上記z/
yの許容範囲は0乃至3.0になる。
また、上記SiH4流量比を大きくしてSixNyOz:H膜を形成
して絶縁層とした場合、成膜速度が大きくなる一方、素
子の発光輝度が低下する。SiH4流量比を小さくした場
合、成膜速度が小さくなる一方、素子の発光輝度が増大
する。したがって、SiH4流量比は、実用上の最適値2.0
%に定めることができる。上記SiH4流量比を最適値2.0
%に定めた場合、上記成膜速度と発光輝度とが共に実用
レベルになる。なお、上記組成比 z/yが0乃至3.0に定まると、それに伴い組成比x/yが0.7
乃至3.0に定まることになる。
〈実施例〉 以下、この発明を図示の実施例により詳細に説明する。
第1図はこの発明の薄膜EL素子の一実施例を示す断面構
造図である。この薄膜EL素子は、ガラス基板1上に帯状
の透明電極2と、スパッタ法により形成したSiO膜3お
よびSiN膜4からなる下部絶縁層と、発光層5と、プラ
ズマCVD法により形成したSixNyOz:H膜からなる上部絶縁
層9と、上記透明電極2に直交する帯状の背面Al電極8
とが順次積層された構造をしている。
上記上部絶縁層9を構成するSixNyOz:H膜をプラズマCVD
法によって形成しているため、スパッタ法による場合に
比して成膜速度が10倍程度速く、したがって上記上部絶
縁層9を短時間で形成することができ、薄膜EL素子の生
産性を高めることができる。
上記SixNyOz:H膜は、プラズマCVD法にて原料であるN2
ス,N2ガスおよびSiH4ガスの分圧または流量を調節し
て、膜の組成が定められる。つまり、N2中のN2O分圧(N
2Oガス圧)/(N2ガス圧+N2Oガス圧)を制御して組成
比z/yを定めると共に、SiH4流量比(SiH4流量/(SiH4
流量+N2とN2O混合ガス流量))を制御して組成比z/yを
定める。薄膜EL素子に最適の組成比を決めるために、次
のように実験を行った。
まず、SiH4流量比を一定値2.0%とし、N2中のN2O分圧
を変化させて、上記上部絶縁層9のSixNyOz:H膜の組成
比が異なる複数の薄膜EL素子を作製した。この膜の組成
比は、オージェ電子分光法により分析したところ、第2
図および第3図に示すような結果となった。組成比z/y
は、第2図に示すように、N2中のN2O分圧0乃至5.0%に
て単調に増加している。組成比x/yは、N2中のN2O中のN2
O分圧0乃至1.5%にて略一定値を示し、1.5乃至5.0%に
て増加傾向を示している。
上記薄膜EL素子の駆動時に生ずる絶縁破壊のモードは、
上記膜中の酸素量が増加するに伴いプロッパゲントモー
ド(拡大型)からセルフヒーリングモード(自己回復
型)に移行して、酸素と窒素の組成比z/yが0.3以上であ
ればセルフヒーリングモードになることがわかった。一
方、N2中のN2O分圧を増加させて上記膜中の酸素量が増
加するのに伴って、第4図に示すように、発光開始電圧
Vthのエージングによる移動量が増加することがわかっ
た。この移動量を実用上の許容レベルである10%程度以
下に抑えるためには、N2中のN2O分圧が2.0%以下、すな
わち第2図から組成比z/yが1.0以下であれは良いことに
なる。
次に、N2中のN2O分圧を一定値1.5%とし、SiH4流量比
を変化させて、上記上部絶縁層9のSixNyOz:H膜の成長
を行った。成膜速度は、第5図に示すように、SiH4流量
比1.0乃至3.0%にて略直線的に増加している。一方、こ
のように形成したSixNyOz:H膜を上部絶縁層9として備
えた薄膜EL素子は、第6図に示すように、輝度がSiH4
量比1.0乃至3.0%にて単調減少を示している。そこで、
SiH4流量比を最適値2.0%として、成膜速度と発光輝度
とを実用上両立させることができる。
また、,で形成したSixNyOz:H膜の膜中の水素含
有量を赤外吸収分光光度計で測定したところ、1×1021
乃至2×1022atoms/cm3の範囲にあった。ところで、原
料のN2ガスの代わりにNH3ガスを用いて形成したSixNyO
z:H膜の膜中の水素含有量は3×1022atoms/cm3以上であ
り、この膜を絶縁層として備えた薄膜EL素子は、駆動時
に水素の気泡が発生する不具合を生じる。一方、この発
明の薄膜EL素子は、この膜の水素含有量が少なく2×10
22atoms/cm3以下であるため、気泡発生という不具合が
生じない。
このようにして、プラズマCVD法により形成するSixNyO
z:H膜の膜中の酸素と窒素の組成比z/yを0.3乃至1.0の範
囲に、そして珪素と窒素の組成比x/yを上記z/yの範囲に
対応する0.7乃至1.5の範囲に、さらに水素含有量を2×
1022atoms/cm3以下の値にして、絶縁破壊する際にセル
フヒーリングモードを示し、エージングに対して安定
で、かつ実用的な発光輝度を示し、気泡発生のない薄膜
EL素子を提供することができる。
なお、上記実施例は、上部絶縁層9を単一組成のSixNyO
z:H膜で構成する場合を示したが、これに限られるので
はなく、組成の異なるSixNyOz:H膜を積層して構成して
も良い。積層して構成する場合、上部絶縁層は、発光層
5と接する側を窒素リッチ(z/yは小)にする一方、背
面電極8に接する側を酸素リッチ(z/yは大)にすれ
ば、素子の特性を損うことがないので好ましい。このよ
うにした場合、組成比z/yは0乃至3.0の範囲、組成比x/
yはそれに対応して0.7乃至3.0の範囲が許容される。
また、上記実施例は、上部絶縁層9をプラズマCVD法に
より形成する場合を示したが、下部絶縁層もプラズマCV
D法により形成することができるのは当然である。下部
絶縁層を積層して構成する場合、発光層5と接する側を
窒素リッチにする一方、透明電極2に接する側を酸素リ
ッチにするのが好ましい。
〈発明の効果〉 以上より明らかなように、この発明によれば、透光性基
板に透明電極,下部絶縁層,発光層,上部絶縁層および
背面電極を順次積層した薄膜EL素子において、上記絶縁
層の少くとも一部がプラズマCVD法により形成したSixNy
Oz:H膜であるため、絶縁層を短時間で形成することがで
き、生産性を高めた薄膜EL素子を提供することができ
る。
また、上記SixNyOz:H膜の膜中の水素量が2×1022atoms
/cm3以下であるから、気泡発生のない薄膜EL素子を提供
することができる。
また、上記SixNyOz:H膜の膜中の酸素と窒素の組成比(z
/y)が0から3.0の範囲にあり、かつ珪素と窒素の組成
比(x/y)が0.7から3.0の範囲にある場合、絶縁破壊す
る際にセルフヒーリングモードを示し、エージングに対
して安定で、かつ実用的な輝度を示す薄膜EL素子を提供
することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を示す概略断面図、第2図
はSixNyOz:H膜中の酸素/窒素の組成比z/yとN2中のN2O
分圧との関係を示す図、第3図は上記膜中の珪素/窒素
の組成比x/yとN2中のN2O分圧との関係を示す図、第4図
はエージングによる発光開始電圧Vthの移動を示す図、
第5図は成膜速度とSiH4流量比の関係を示す図、第6図
は輝度とSiH4流量比の関係を示す図、第7図は従来の薄
膜EL素子を示す概略断面図である。 1…ガラス基板、2…透明電極、3…SiO膜、4…SiN
膜、5…発光層、9…SixNyOz:H膜からなる上部絶縁
層、8…背面電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 勝 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ヤープ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−245891(JP,A) 特開 昭60−202687(JP,A) 特開 昭62−93896(JP,A)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】透光性基板に透明電極,下部絶縁層,発光
    層,上部絶縁層および背面電極を順次積層した薄膜EL素
    子において、 上記絶縁層の少くとも一部がプラズマCVD法により形成
    したSixNyOz:H膜であり、 上記SixNyOz:H膜の膜中の水素量が2×1022atoms/cm3
    下であることを特徴とする薄膜EL素子。
  2. 【請求項2】上記SixNyOz:H膜の膜中の酸素と窒素の組
    成比(z/y)が0から3.0の範囲にあり、かつ珪素と窒素
    の組成比(x/y)が0.7から3.0の範囲にあることを特徴
    とする請求項1に記載の薄膜EL素子。
JP1010732A 1989-01-18 1989-01-18 薄膜el素子 Expired - Lifetime JPH0752673B2 (ja)

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JP1010732A JPH0752673B2 (ja) 1989-01-18 1989-01-18 薄膜el素子
US07/466,649 US5194777A (en) 1989-01-18 1990-01-17 Method for fabricating electroluminescence display device and electroluminescence display device

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JPH02189891A JPH02189891A (ja) 1990-07-25
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