JPS63294690A - 薄膜ｅｌ素子 - Google Patents

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】 ゛　　〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、交流駆動の薄膜ＥＬ（エレクトロルミネセン
ス）素子に関するものである。

（従来の技術） 一般に、この種の薄膜ＥＬ素子は、特公昭５７−４１２
００号公報等に開示され第７図に示すように、二重絶縁
膜構造を有し、ガラス等の透明絶縁板から成る基板ｌ　
（厚さ約２ｍｍ）上に蒸着法やスパッタリング法等の適
当な方法を用いてＩＴＯ等の透明導電材料を素材とする
透明電極２（膜厚約２０００人）を形成し、次いでこの
上に絶縁破壊を防ぐため５ｉＯｚ＋　Ａｌ１１Ｏｓ＋　
Ｙ！０３＋　Ｔａｘｅｓ等の酸化物絶縁材料を素材とす
る第１の絶縁層３（膜厚４０００〜８０００人）、Ｚｎ
Ｓ等の母体材料内にＭｎ等の発光中心を添加した螢光材
料を素材とする発光層４　（膜厚３０００〜６０００人
）、第１の絶縁層３と同様な材料から成る第２の絶縁層
５（膜厚４０００〜８０００人）及び前記透明電極２と
対向すると共に反射性を有する電極として＾悲等の導電
材料を素材とする前面電極６（膜厚約２０００人）をこ
の順序で順次蒸着法やスパッタリング法等の適当な方法
を用いて積層形成して成るものであり、透明電極２と費
面電極６間に２００ｖ前後の交流電圧を印加すると電極
２．６間に発生する電界により発光層４が発光を行い、
基板１を通って外部へ照射される。

（発明が解決しようとする問題点） このようなＥＬ素子は、発光層４にキャリアを発生又は
注入させ、かかるキャリアを発光Ｎ４で加速して十分な
運動エネルギーを得て発光中心を衝突励起することによ
り発光中心の核内遷移をもたらし固有の発光を得るもの
であり、このキャリアとして働く電子の平均自由行程は
発光層４の結晶性によって支配される。つまり、キャリ
アの平均自由行程の長い発光層４すなわち結晶性の優れ
た発光Ｎ４が駆動電圧を低下させることができ、発光効
率の向上を図ることができる。しかし、従来のＥＬ素子
は前述したように絶縁Ｎ３の上に、又は透明電極２の上
に直接発光Ｎ４を形成するものであり、発光層４の結晶
性はこれら下地の形態の影響を受けてしまい、優れた結
晶性を得ることが難しいと言う問題点があった。

本発明は、前記問題点に基づいて成されたものであり、
発光層の結晶性を優れたものにし、駆動電圧を低下させ
発光効率の向上を図ることのできる薄膜ＥＬ素子を提供
することを目的とするものである。

〔発明の構成〕 （問題点を解決するための手段） 本発明は、半絶縁性の半導体基板の一面に電圧印加に応
じて発光を呈する発光層を形成し、この発光層の上に透
明電極を形成すると共に、前記半導体基板の他面に金属
電極を形成したものである。

（作用） 発光層が半絶縁性の半導体基板の形態を反映し、結晶性
が優れたものになり、電子の平均自由行程を大きくする
ことができる。

（実施例） 以下、図面に基づいて本発明の一実施例を詳述する。第
１図は本発明の第１実施例を示しており、７は抵抗率ρ
＝１０２〜１０５Ω・国程度の半絶縁性を有し、厚さｄ
　＝２００〜５００．ｃｒ　ｍのＳＩ　−ＧａＡｓ基板
を用いた半導体基板であり、この場合、面方位が（１０
０）面の基板を用いている。この半導体基板７の一面に
は発光Ｊｉｉ８としてＺｎＳ等の発光母体材料内にＭｎ
等の発光中心を添加した螢光材料を分子線エピタキシー
法等の適当な方法を用いて膜厚３０００〜６０００人に
成長して形成する。尚、この発光層８は半導体基板７の
面方位と同じ（１００）面方位で成長を行う。次に、こ
の発光層８の上に透明電極９とししてＡｕ等の透明導電
材料を抵抗加熱蒸着法等の適当な方法を用い膜厚３００
〜７００人にて形成する。最後に、半導体基板７の他面
に金属電極１０としてＩｎ−Ｇａ　（５χ）等の導電材
料を同様に抵抗加熱蒸着法等を用いて形成し、薄膜ＥＬ
素子が得られる。

以上のように構成される本発明の薄膜ＥＬ素子は、発光
Ｎ８を形成する下地となる基板として所定の抵抗率を有
し半絶縁性の半導体基板７を使用し、この上に半導体基
板７の形態を反映した発光層８を形成している。従来の
ＥＬ素子のように透明電極あるいは絶縁層の上に発光層
を形成すると、例えばＺｎＳ　：　Ｍｎを用いるとこの
発光層は＜１１１＞配向をとりやすく、この（１１１）
面積層の薄膜ＥＬ素子は局所的に双晶となりやすく優れ
た結晶性を得ることはできない。しかし、本発明は例え
ば（１００）面の半絶縁性半導体基板７を発光層８の下
地として用いるため、形成される発光層８を完全にく１
００〉配向として形成でき、優れた結晶性を得て電子の
平均自由行程を大きくしている。また、半導体基板７は
抵抗率が高（半絶縁性のため、絶縁破壊時の保護抵抗層
の機能を有し、絶縁性能を安定させている。第２図は透
明電極９と金属電極１０との間に電圧を印加した時のエ
ネルギーバンドを模式的に示しており、電圧印加により
、半導体基板７と発光層８との界面準位又は半導体基板
７′の伝導帯１１上の電子１２がトンネルによりあるい
は障壁を越えて発光層８に注入される。この電子１２は
大きい平均自由行程の発光層８に形成された電界により
十分に加速され大きな運動エネルギーを得て発光中心を
衝突励起する。従って、発光効率の良い電子エネルギー
分布が得られ、駆動電圧を低下させることができ、安定
動作も可能となる。

第３図は本発明の第２実施例を示しており、前記第１実
施例と異なる点は、発光層８と透明電極９との間に絶縁
層１３としてＴａ、Ｏ，等の酸化物絶縁材料を電子ビー
ム加熱蒸着法等の適当な方法を用いて膜厚３０００〜５
０００人にて形成する。この場合、絶縁層の機能も有す
る半導体基板７と絶縁層１３とにより発光層８を両側か
ら挟持する二重絶縁構造となり、絶縁性能がより安定化
し、特に長寿命化が図れる。第４図はこの第２実施例の
エネルギーバンドを示しており、前記第１実施例と同様
に電子１２の平均自由行程を大きくできる。

第５図は本発明の第３実施例を示しており、前記第１実
施例と異なる点は発光層８を絶縁層の機能として用いる
第１及び第２の発光母体層１４．１５により挟持したこ
とである。すなわち、先ず半導体基板７の上に第１の発
光母体層１４としてＺｎＳ等の発光母体材料を分子線エ
ピタキシー法等を用いて膜厚１０００〜５０００人に成
長して形成する。そして、この第１の発光母体層１４の
上に前記発光層８を形成した後、この発光層８の上に第
２の発光母体層°１５を第１の発光母体層１４と同様に
膜厚１０００〜５０００人に成長して形成する。尚、第
１の発光母体Ｎ１４゜発光層８及び第２の発光母体層１
５は半導体基板７により形成されて、薄膜ＥＬ素子が得
られる。この場合、（１００）面の半導体基板７を用い
ることにより絶縁層となるべきく１００　）配向の第１
の発光母体層１４を形成し、この第１の発光母体ＦＪ１
４の上に半導体基板７の形態を反映させて順次発光層８
と第２の発光母体層１５を形成することにより、このよ
うな積層構造の発光Ｎ８を完全に＜１００　＞配向とし
て形成でき、優れた結晶性を得て電子１２の平均自由行
程を大きくしている。第６図はこの第３実施例のエネル
ギーバンドを示しており、電圧印加により第１の発光母
体層１４の伝導帯１１にある電子１２又は第１の発光母
体層１４と発光層８との境界に形成されたトラップにあ
る電子１２が平均自由行程の大きい発光層８により十分
に加速され、前記第１実施例と同様な効果が得られる。

尚、これらの発光母体層１４．１５はいずれか一層のみ
形成しても良い。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明によれば、半絶縁性の半導体
基板の一面に電圧印加に応じて発光を呈する発光層を形
成し、この発光層の上に透明電極を形成すると共に、前
記半導体基板の他面に金属電極を形成したことにより、
発光層の結晶性を優れたものにして、駆動電圧を低下さ
せ発光効率の向上を図ることのできる薄膜ＥＬ素子を提
供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す断面図、第２図は同
エネルギーバンドを示す説明図、第３図は第２実施例を
示す断面図、第４図は同エネルギーバンドを示す説明図
、第５図は第３実施例を示す断面図、第６図は同エネル
ギーバンドを示す説明図、第７図は従来例を示す断面図
である。 ７−・−半導体基板 ８−発光層 ９−・−透明電極 １０−−・金属電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　半絶縁性の半導体基板の一面に電圧印加に応じて発光
   を呈する発光層を形成し、この発光層の上に透明電極を
   形成すると共に、前記半導体基板の他面に金属電極を形
   成したことを特徴とする薄膜ＥＬ素子。