(57)【要約】  ＴＦＴ基板１３０にＴＡＯＳ−ＴＦＴ（Ｔｒ１）を有し、有機ＥＬ部１４０に下部電極１２０を有する有機ＥＬ素子であって、下部電極１２０は、アルミニウム含有金属層１１９と、アルミニウム含有金属層１１９およびＴＦＴ基板１３０の間に介設された遷移金属含有酸化物層１１７と、アルミニウム含有金属層１１９および遷移金属含有酸化物層１１７の間に形成され、アルミニウム含有金属層１１９および遷移金属含有酸化物層１１７の双方に接するアルミニウム含有酸化物層１１８とを含み、アルミニウム含有酸化物層１１８はアルミニウム酸化物を含有し、遷移金属含有酸化物層１１７は酸化タングステンを含有し、膜密度が６．５ｇ／ｃｍ3以上である。
2015178021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴＦＴを含む基板と、前記ＴＦＴに電気的に接続された電極を有する有機ＥＬ部とを具備する有機ＥＬ素子であって、
前記ＴＦＴは、透明アモルファス酸化物半導体からなるチャネル層を有し、
前記電極は、前記基板上に複数の層が積層されて形成され、
前記複数の層は、
アルミニウム、あるいはアルミニウムを含む合金からなる金属層と、
前記金属層より前記基板側に形成された第１酸化物層と、
前記金属層および前記第１酸化物層の間に形成され、前記金属層および前記第１酸化物層の双方に接する第２酸化物層とを含み、
前記第２酸化物層は、アルミニウムの酸化物を含有し、
前記第１酸化物層は、遷移金属の酸化物を含有する
有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記第２酸化物層の膜厚は、２ｎｍ以上３ｎｍ以下である
請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記遷移金属は、タングステンであり、
前記第１酸化物層の膜密度が６．５ｇ／ｃｍ3以上である
請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
透明アモルファス酸化物半導体をチャネル層に用いたＴＦＴを含む基板を準備し、
前記基板上に、遷移金属の酸化物を含有する酸化物材料層を形成し、
前記酸化物材料層上に、アルミニウム、あるいはアルミニウムを含む合金からなるアルミニウム材料層を形成する
有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項５】
前記酸化物材料層の形成は、前記基板上に遷移金属、あるいは遷移金属の合金からなる金属材料層を形成し、前記金属材料層の表面を焼成処理により酸化させることでなされる
請求項４に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項６】
前記遷移金属は、タングステンであり、
前記酸化物材料層の膜密度が６．５ｇ／ｃｍ3以上である
請求項４に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項７】
前記アルミニウム材料層の形成は、アルミニウム、あるいはアルミニウムを含む合金からなるターゲット部材をスパッタリングし、スパッタ粒子を前記酸化物材料層に付着させることでなされる
請求項４に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は駆動トランジスタにＴＡＯＳ−ＴＦＴを用いた有機ＥＬ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子は、有機材料の電界発光現象を利用した発光素子であり、ＴＦＴ基板と、ＴＦＴ基板上に配置された有機ＥＬ部とを有する。有機ＥＬ部は、下部電極及び上部電極の間に有機発光層が介挿されている。ＴＦＴ基板は、下部電極に電気的に接続された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を含む。このＴＦＴが有機ＥＬ部の発光を制御する駆動トランジスタとして用いられる（例えば特許文献１）。【０００３】
近年では、透明アモルファス酸化物半導体（ＴＡＯＳ：Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）をＴＦＴのチャネル層の材料に用いることで、有機ＥＬ素子の駆動の高速化が図られている（以下、ＴＡＯＳからなるチャネル層を有するＴＦＴを「ＴＡＯＳ−ＴＦＴ」と表記する）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２４４８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＴＡＯＳが水素により還元された場合は、ＴＡＯＳ−ＴＦＴにおけるキャリアの移動度が低下し、ＴＦＴとしての機能が損なわれることが知られている。また、有機ＥＬ部の製造過程では水素が発生する場合がある。そのため、ＴＡＯＳ−ＴＦＴを用いた有機ＥＬ素子は、有機ＥＬ部の製造過程における水素の発生に対する対策が必要である。【０００６】
本発明は、上記課題を鑑み、ＴＡＯＳ−ＴＦＴを用いつつ、有機ＥＬ部の製造過程で発生する水素に対する耐性が向上された有機ＥＬ素子およびその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子は、ＴＦＴを含む基板と、前記ＴＦＴに電気的に接続された電極を有する有機ＥＬ部とを具備する有機ＥＬ素子であって、前記ＴＦＴは、透明アモルファス酸化物半導体からなるチャネル層を有し、前記電極は、前記基板上に複数の層が積層されて形成され、前記複数の層は、アルミニウム、あるいはアルミニウムを含む合金からなる金属層と、前記金属層より前記基板側に形成された第１酸化物層と、前記金属層および前記第１酸化物層の間に形成され、前記金属層および前記第１酸化物層の双方に接する第２酸化物層とを含み、前記第２酸化物層は、アルミニウムの酸化物を含有し、前記第１酸化物層は、遷移金属の酸化物を含有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
上記態様によると、酸化アルミニウムは水素に対するバリア性を有するため、第２酸化物層において、金属層側から基板側への水素の移動が抑制される。そのため、有機ＥＬ部の製造過程で発生した水素によってＴＡＯＳが還元されることを抑制することができる。したがって、ＴＡＯＳ−ＴＦＴを駆動トランジスタに用いつつ、有機ＥＬ部の製造過程で発生する水素に対する耐性が向上された有機ＥＬ素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の概略構成を示す部分断面図である。
【図２】本態様に係る有機ＥＬ素子の製造過程のうち下部電極の形成工程を模式的に示す図である。（ａ）はＴＦＴ基板が形成された状態を示す図である。（ｂ）はＴＦＴ基板上に遷移金属材料層が成膜された状態を示す図である。（ｃ）遷移金属材料層上に遷移金属酸化物材料層が成膜された状態を示す図である。（ｄ）は遷移金属酸化物材料層上にアルミニウム酸化物材料層が成膜された状態を示す図である。（ｅ）はアルミニウム酸化物材料層上にアルミニウム材料層が成膜された状態を示す図である。（ｆ）は下部電極が形成された状態を示す図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金をターゲット部材に用いたスパッタリング工程で生じている現象を説明するための概念図である。
【図４】下部電極の断面を示す電子顕微鏡写真である。
【図５】（ａ）は、アルミニウム含有酸化物層のＥＤＳ分析の結果を示す図であり、（ｂ）は、遷移金属含有酸化物層のＥＤＳ分析の結果を示す図である。
【図６】下部電極の形成方法の異なる有機ＥＬ素子毎に、ライフタイム正規化値を比較した図である。
【図７】遷移金属含有酸化物層の膜密度と、ライフタイム正規化値との関係を示す図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）は焼成の前後における遷移金属含有金属層のシート抵抗の変化を説明するための図である。
【図９】ライフタイム正規化値を示す図である。
【図１０】反応性スパッタリング法により遷移金属含有酸化物層を成膜する際の諸条件を、ライフタイム正規化値により比較した図である。（ａ）は出力とライフタイム正規化値との関係を示す図であり、（ｂ）はガスの圧力とライフタイム正規化値との関係を示す図であり、（ｃ）は酸素濃度とライフタイム正規化値との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（本発明の各態様を得るに至った経緯）
上記のように、ＴＡＯＳ−ＴＦＴを用いた有機ＥＬ素子は、有機ＥＬ部の製造過程における水素の発生に弱いという問題がある。特に、本発明者は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金を有機ＥＬ部の電極の材料に用いる場合に、ＴＡＯＳ−ＴＦＴにおけるキャリアの移動度の低下が顕著になるという現象を確認した。
【００１１】
この現象の原因として、本発明者は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金の焼成時に、水素あるいは水素ラジカル（以下、まとめて「水素」と表記する）が発生することに注目した。即ち、アルミニウムあるいはアルミニウム合金を有機ＥＬ部の電極の材料に用いる場合、スパッタリング法により形成した電極を、低抵抗化のために焼成する工程がある。この焼成工程で電極から発生した水素によって、ＴＡＯＳが還元されていると想定される。
【００１２】
以上により、本発明者は、以下の本発明に係る各態様を想到するに至った。
【００１３】
即ち、本発明の第１態様である有機ＥＬ素子は、ＴＦＴを含む基板と、前記ＴＦＴに電気的に接続された電極を有する有機ＥＬ部とを具備する有機ＥＬ素子であって、前記ＴＦＴは、透明アモルファス酸化物半導体からなるチャネル層を有し、前記電極は、前記基板上に複数の層が積層されて形成され、前記複数の層は、アルミニウム、あるいはアルミニウムを含む合金からなる金属層と、前記金属層より前記基板側に形成された第１酸化物層と、前記金属層および前記第１酸化物層の間に形成され、前記金属層および前記第１酸化物層の双方に接する第２酸化物層とを含み、前記第２酸化物層は、アルミニウムの酸化物を含有し、前記第１酸化物層は、遷移金属の酸化物を含有することを特徴とする。
【００１４】
本態様によると、酸化アルミニウムは水素に対するバリア性を有するため、第２酸化物層において、金属層側から基板側への水素の移動が抑制される。特に、第２酸化物層が金属層の基板側に形成されているため、低抵抗化のための焼成工程で金属層から水素が発生しても、基板は発生した水素から保護される。そのため、焼成工程において金属層から発生する水素によってＴＡＯＳからなるチャネル層が還元されることを抑制することができる。したがって、ＴＡＯＳ−ＴＦＴを駆動トランジスタに用いつつ、有機ＥＬ部の製造過程で発生する水素に対する耐性が向上された有機ＥＬ素子を得ることができる。
【００１５】
本発明の第２態様は第１態様において、例えば、前記第２酸化物層の膜厚は、２ｎｍ以上３ｎｍ以下であるとしてもよい。
【００１６】
膜厚が２ｎｍ以上３ｎｍ以下である第２酸化物層は、有機ＥＬ部の駆動電圧により電気的な絶縁が破壊されるか、もしくはトンネル効果によって、導通可能である。そのため本態様によると、有機ＥＬ部はＴＦＴ側から電流の供給を受けることができる。
【００１７】
本発明の第３態様は第１態様において、例えば、前記遷移金属は、タングステンであり、前記第１酸化物層の膜密度が６．５ｇ／ｃｍ3以上であるとしてもよい。
【００１８】
発明者は、第１酸化物層がタングステンの酸化物を含有する場合、第１酸化物層の膜密度が６．５ｇ／ｃｍ3以上であれば、有機ＥＬ部の製造過程で発生する水素に対して十分な耐性が得られることを実験により確認した。
【００１９】
本発明の第４態様である有機ＥＬ素子の製造方法は、透明アモルファス酸化物半導体をチャネル層に用いたＴＦＴを含む基板を準備し、前記基板上に、遷移金属の酸化物を含有する酸化物材料層を形成し、前記酸化物材料層上に、アルミニウム、あるいはアルミニウムを含む合金からなるアルミニウム材料層を形成することを特徴とする。
【００２０】
発明者は、遷移金属の酸化物を含有する酸化物材料層にアルミニウムを付着させることで、酸化物材料層に接する面でアルミニウムが酸化されることを確認した。これはアルミニウムを含む合金であっても同様であった。
【００２１】
よって、本態様によると、酸化物材料層上にアルミニウム材料層を形成することで、酸化物材料層に接する面でアルミニウム材料層を構成するアルミニウム、あるいはアルミニウムを含む合金が酸化される。この酸化物材料層に接する面に形成された酸化アルミニウムによって、アルミニウム材料層側から酸化物材料層側への水素の移動が抑制される。そのため、焼成工程においてアルミニウム材料層から発生する水素によってＴＡＯＳからなるチャネル層が還元されることを抑制することができる。したがって、ＴＡＯＳ−ＴＦＴを駆動トランジスタに用いつつ、有機ＥＬ部の製造過程において発生する水素に対する耐性が向上された有機ＥＬ素子を製造することができる。
【００２２】
本発明の第５態様は第４態様において、例えば、前記酸化物材料層の形成は、前記基板上に遷移金属、あるいは遷移金属の合金からなる金属材料層を形成し、前記金属材料層の表面を焼成処理により酸化させることでなされるとしてもよい。
【００２３】
本態様によると、酸化物材料層を形成することができる。
【００２４】
本発明の第６態様は第４態様において、例えば、前記アルミニウム材料層の形成は、アルミニウム、あるいはアルミニウムを含む合金からなるターゲット部材をスパッタリングし、スパッタ粒子を前記酸化物材料層に付着させることでなされるとしてもよい。
【００２５】
本態様によると、スパッタ粒子はスパッタリング法による高いエネルギーを持つため、酸化物材料層の表面に付着するときに遷移金属の酸化物から容易に酸素を奪うことができる。
【００２６】
本発明の第７態様は第４態様において、例えば、前記遷移金属は、タングステンであり、前記酸化物材料層の膜密度が６．５ｇ／ｃｍ3以上であるとしてもよい。
【００２７】
発明者は、酸化タングステンを含有する酸化物材料層を、膜密度が６．５ｇ／ｃｍ3以上になるよう形成した場合に、有機ＥＬ部の製造過程で発生する水素に対して十分な耐性が得られることを実験により確認した。
【００２８】
以下、本発明の各態様である有機ＥＬ素子の実施の形態について、図を用いて説明する。
【００２９】
（実施の形態）
＜有機ＥＬ素子の構成＞
図１は、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の概略構成を示す部分断面図である。図１に示すように、本態様に係る有機ＥＬ素子は、ＴＦＴ基板１３０に有機ＥＬ部１４０を積層させた構造のトップエミッション型の有機ＥＬ素子である。
［ＴＦＴ基板１３０］
ＴＦＴ基板１３０は、本態様に係る有機ＥＬ素子の基板であって、基板１０１上に、有機ＥＬ部１４０を駆動するための駆動回路が形成されたものである。
【００３０】
基板１０１は、無機材料或いは有機材料からなる。基板１０１の材料としては、例えば、無アルカリガラス、ソーダガラス、無蛍光ガラス、燐酸系ガラス、硼酸系ガラス、石英、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエチレン、ポリエステル、シリコーン系樹脂、又はアルミナ等の絶縁性材料が挙げられる。また、有機樹脂フィルムを用いることもできる。
【００３１】
基板１０１上には、ゲート電極１０２、１０３が互いに間隔を開けて形成されている。ゲート電極１０２、１０３は、例えば、銀とパラジウムと銅との合金、銀とルビジウムと金との合金、モリブデンとクロムの合金（ＭｏＣｒ）、ニッケルとクロムの合金（ＮｉＣｒ）、アルミニウム、アルミニウム合金、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、銅、モリブデンのいずれかからなる。
【００３２】
ゲート電極１０２、１０３および基板１０１の表面を被覆するように、ゲート絶縁層１０４が形成されている。ゲート絶縁層１０４は、酸化シリコン（ＳｉＯ）等の公知のゲート絶縁体材料からなる。
【００３３】
ゲート絶縁層１０４上であって、ゲート電極１０２に対応する部分には、ＴＡＯＳチャネル層１０５が形成されている。また、ゲート絶縁層１０４上であって、ゲート電極１０３に対応する部分には、ＴＡＯＳチャネル層１０６が形成されている。ＴＡＯＳチャネル層１０５、１０６は、本態様に係る有機ＥＬ素子のチャネル層であって、ａ−ＩｎＧａＺｎＯ４等のＴＡＯＳからなる。
【００３４】
ＴＡＯＳチャネル層１０５、１０６およびゲート絶縁層１０４の表面を被覆するように、チャネル保護層１０７が形成されている。
【００３５】
チャネル保護層１０７上には、ドレイン電極１０８、１１０、ソース電極１０９、１１１が形成されている。ドレイン電極１０８、ソース電極１０９は、チャネル保護層１０７に挿通されたコンタクトホールを通して、ＴＡＯＳチャネル層１０５に接続されている。ドレイン電極１１０、ソース電極１１１は、チャネル保護層１０７に挿通されたコンタクトホールを通して、ＴＡＯＳチャネル層１０６に接続されている。ドレイン電極１０８、１１０、ソース電極１０９、１１１は、モリブデン、タングステン、モリブデンタングステン、バナジウム、ルテニウム、金、銅のいずれかからなる。
【００３６】
ドレイン電極１０８、１１０、ソース電極１０９、１１１およびチャネル保護層１０７上を被覆するように、下部パッシベーション層１１２が形成されている。下部パッシベーション層１１２は、酸化シリコン（ＳｉＯ）等の無機材料からなる。下部パッシベーション層１１２には、ソース電極１１１の上方にコンタクトホール１１２ａが開設されている。
【００３７】
コンタクトホール１１２ａの側壁に沿うように接続電極１１３が形成されている。接続電極１１３は、下部においてソース電極１１１に接続され、上部の一部が下部パッシベーション層１１２の上に乗り上げた状態となっている。接続電極１１３は、ソース電極１１１と共通の材料からなることとしてもよい。
【００３８】
接続電極１１３および下部パッシベーション層１１２の表面を被覆するように、上部パッシベーション層１１４が形成されている。上部パッシベーション層１１４上には、層間絶縁層１１５が堆積されている。層間絶縁層１１５は、ポリイミド系樹脂またはアクリル系樹脂等の絶縁材料からなる。
【００３９】
上部パッシベーション層１１４および層間絶縁層１１５には、コンタクトホール１１５ａが開設されている。コンタクトホール１１５ａの内部において接続電極１１３が露出している。
【００４０】
このように構成されたＴＦＴ基板１３０において、ゲート電極１０２と、ゲート絶縁層１０４と、ＴＡＯＳチャネル層１０５と、ドレイン電極１０８、ソース電極１０９によって薄膜トランジスタＴｒ１が構成されている。またゲート電極１０３と、ゲート絶縁層１０４と、ＴＡＯＳチャネル層１０６と、ドレイン電極１１０、ソース電極１１１によって薄膜トランジスタＴｒ２が構成されている。ＴＦＴ基板１３０において、薄膜トランジスタＴｒ１は選択トランジスタとして用いられ、薄膜トランジスタＴｒ２は駆動トランジスタとして用いられる。
［有機ＥＬ部１４０］
層間絶縁層１１５上には、下部電極１２０が形成されている。
【００４１】
下部電極１２０は、遷移金属含有金属層１１６、遷移金属含有酸化物層１１７、アルミニウム含有酸化物層１１８、およびアルミニウム含有金属層１１９がこの順番で積層されてなる。
【００４２】
遷移金属含有金属層１１６は、コンタクトホール１１５ａを通して、接続電極１１３に接続されている。遷移金属含有金属層１１６は、例えば、タングステン、モリブデン、鉄等の遷移金属元素を含有する金属あるいは合金からなる。
【００４３】
遷移金属含有金属層１１６の表面は、遷移金属含有酸化物層１１７に被覆されている。
遷移金属含有酸化物層１１７は、本態様に係る有機ＥＬ素子における第１酸化物層であって、例えば、タングステン、モリブデン、鉄等の遷移金属元素を含有する金属あるいは合金の酸化物からなる。
【００４４】
遷移金属含有酸化物層１１７の表面は、アルミニウム含有酸化物層１１８に被覆されている。アルミニウム含有酸化物層１１８は、本態様に係る有機ＥＬ素子における第２酸化物層であって、アルミニウムあるいはアルミニウム合金の酸化物からなる。アルミニウム含有酸化物層１１８の厚みは、一例として２ｎｍ以上３ｎｍ以下の範囲が好ましい。この範囲内の厚みであれば、アルミニウム含有酸化物層１１８は、有機ＥＬ部１４０を駆動させるオン電圧で電気的な絶縁が破壊されるか、もしくはトンネル効果によって導通可能である。その場合、駆動トランジスタから有機ＥＬ部１４０への電流供給は、アルミニウム含有酸化物層１１８によって阻害されない。
【００４５】
アルミニウム含有酸化物層１１８の表面は、アルミニウム含有金属層１１９に被覆されている。アルミニウム含有金属層１１９は、本態様に係る有機ＥＬ素子における金属層であって、光反射材料であるアルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる。
【００４６】
バンク１２４は、例えば、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ノボラック型フェノール樹脂等の有機材料、または、酸化シリコン（ＳｉＯ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）等の無機材料等からなる。
【００４７】
バンク１２４で規定された領域内には、有機発光層１２１が形成されている。有機発光層１２１は、例えば、有機高分子であるＦ８ＢＴ（ｐｏｌｙ（９，９−ｄｉ−ｎ−ｏｃｔｙｌｆｌｕｏｒｅｎｅ−ａｌｔ−ｂｅｎｚｏｔｈｉａｄｉａｚｏｌｅ））からなり、電界発光現象を利用して発光する機能を有する。なお、有機発光層１２１は、Ｆ８ＢＴからなる構成に限定されず、公知の有機材料を含むように構成することが可能である。例えば、特開平５−１６３４８８号公報に記載のオキシノイド化合物、ペリレン化合物、クマリン化合物、アザクマリン化合物、オキサゾール化合物、オキサジアゾール化合物、ペリノン化合物、ピロロピロール化合物、ナフタレン化合物、アントラセン化合物、フルオレン化合物、フルオランテン化合物、テトラセン化合物、ピレン化合物、コロネン化合物、キノロン化合物及びアザキノロン化合物、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、ローダミン化合物、クリセン化合物、フェナントレン化合物、シクロペンタジエン化合物、スチルベン化合物、ジフェニルキノン化合物、スチリル化合物、ブタジエン化合物、ジシアノメチレンピラン化合物、ジシアノメチレンチオピラン化合物、フルオレセイン化合物、ピリリウム化合物、チアピリリウム化合物、セレナピリリウム化合物、テルロピリリウム化合物、芳香族アルダジエン化合物、オリゴフェニレン化合物、チオキサンテン化合物、アンスラセン化合物、シアニン化合物、アクリジン化合物、８−ヒドロキシキノリン化合物の金属錯体、２−ビピリジン化合物の金属錯体、シッフ塩とＩＩＩ族金属との錯体、オキシン金属錯体、希土類錯体等の蛍光物質からなることが好ましい。また、バンク１２４で規定された領域内には、有機発光層１２１の他に、機能層としてホール注入層、ホール輸送層、電子注入層、電子輸送層が併せて配設されることもある。
【００４８】
有機発光層１２１およびバンク１２４を被覆するように、上部電極１２２が形成されている。上部電極１２２は、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）等からなり、トップエミッション型の有機ＥＬ素子の場合は、光透過性の材料からなることが好ましい。
【００４９】
封止層１２３は、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）等の材料からなる。封止層１２３は、有機ＥＬ部１４０等が水分に晒されたり、空気に晒されたりすることを抑制する機能を有する。トップエミッション型の有機ＥＬ素子の場合は、封止層１２３が光透過性の材料で形成されることが好ましい。
【００５０】
以上の構成からなる有機ＥＬ素子は、アルミニウム含有金属層１１９の下面に緻密なアルミニウム含有酸化物層１１８が形成されていることを特徴とする。このアルミニウム含有酸化物層１１８によって、下部電極１２０の形成工程でアルミニウム含有金属層１１９から発生する水素がＴＦＴ基板１３０側へ移動することが抑制される。
＜有機ＥＬ素子の製造方法＞
本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法は、下部電極１２０の形成工程に特徴を有する。そこで以下では下部電極１２０の形成工程についてのみ説明する。図２は、下部電極１２０の形成工程を説明するための工程図である。
【００５１】
下部電極１２０の形成工程においては、まず、図２（ａ）に示すようにＴＦＴ基板１３０を用意する。
【００５２】
次に、図２（ｂ）に示すように、ＴＦＴ基板１３０の表面に遷移金属材料層１１６ａを一様に成膜する。遷移金属材料層１１６ａは、本態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法における金属材料層であって、遷移金属元素を含有する金属あるいは合金からなる。遷移金属材料層１１６ａの成膜方法としては、例えば、スパッタリング法が利用できる。スパッタリング法では、例えば、遷移金属元素を含有する金属あるいは合金製の平板をターゲット部材に使用し、不活性ガスとしてアルゴンガスを使用すればよい。
【００５３】
次に、図２（ｃ）に示すように、遷移金属材料層１１６ａの表面に、遷移金属酸化物材料層１１７ａを一様に成膜する。遷移金属酸化物材料層１１７ａは、本態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法における酸化物材料層であって、遷移金属元素を含有する金属あるいは合金の酸化物からなる。遷移金属酸化物材料層１１７ａの成膜方法としては、例えば、焼成処理が利用できる。焼成処理では、例えば、大気雰囲気下２３０℃で焼成することで、遷移金属材料層１１６ａの表面を酸化させればよい。
【００５４】
次に、図２の（ｄ）に示すように、遷移金属酸化物材料層１１７ａの表面に、アルミニウム酸化物材料層１１８ａを一様に成膜する。アルミニウム酸化物材料層１１８ａは、アルミニウムあるいはアルミニウム合金の酸化物からなる。アルミニウム酸化物材料層１１８ａの成膜方法としては、例えば、スパッタリング法が利用できる。このスパッタリング法では、例えば、アルミニウムあるいはアルミニウム合金製の平板をターゲット部材に使用し、不活性ガスとしてアルゴンガスを使用すればよい。
【００５５】
アルミニウム酸化物材料層１１８ａの成膜工程で生じる現象を、図３を用いて説明する。本図に示す例では、遷移金属材料層１１６ａ、遷移金属酸化物材料層１１７ａが、遷移金属元素の一例としてタングステン（Ｗ）を含有するものとする。
【００５６】
アルミニウム酸化物材料層１１８ａの成膜工程では、図３の（ａ）に示すように、遷移金属酸化物材料層１１７ａの表面に、高いエネルギーを持つスパッタ粒子が衝突する。タングステン等の遷移金属元素は、複数の原子価を取ることができ、その酸化状態にも複数の種類がある。このような遷移金属元素の性質により、遷移金属の酸化物は、酸化数が高い酸化状態から酸化数の低い酸化状態に変化することで、酸素原子の供給源となることができる。そのため遷移金属酸化物材料層１１７ａに衝突したスパッタ粒子中のアルミニウムは、図３の（ｂ）に示すように、遷移金属酸化物材料層１１７ａに含まれるタングステン酸化物から一部の酸素を奪い酸化する。このような現象が、アルミニウム酸化物材料層１１８ａが２ｎｍ以上３ｎｍ以下の膜厚になるまで継続する。
【００５７】
次に、図２の（ｅ）に示すように、アルミニウム酸化物材料層１１８ａの表面に、アルミニウム材料層１１９ａを一様に成膜する。アルミニウム材料層１１９ａは、アルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる。アルミニウム材料層１１９ａは、アルミニウム酸化物材料層１１８ａを成膜するスパッタリング法を、アルミニウム酸化物材料層１１８ａの成膜後も継続することで成膜することができる。
【００５８】
アルミニウム材料層１１９ａの成膜工程で生じる現象を、図３を用いて説明する。アルミニウム酸化物材料層１１８ａが成膜された状態では、図３の（ｂ）に示すように、アルミニウム酸化物材料層１１８ａの表面に、スパッタ粒子が衝突する。このときアルミニウム酸化物材料層１１８ａが２ｎｍ以上３ｎｍ以下の膜厚を有している。そのため、衝突したスパッタ粒子は、遷移金属酸化物材料層１１７ａのタングステン酸化物から酸素を奪うことができない。その結果、図３の（ｃ）に示すように、スパッタ粒子は酸化することなく、アルミニウム酸化物材料層１１８ａ上に堆積する。
【００５９】
ここまでの工程で、ＴＦＴ基板１３０上には、遷移金属材料層１１６ａ、遷移金属酸化物材料層１１７ａ、アルミニウム酸化物材料層１１８ａ、アルミニウム材料層１１９ａが一様に積層された状態になる。
【００６０】
次に、焼成処理を行う。この焼成処理は、アルミニウム材料層１１９ａの低抵抗化を図るものである。
【００６１】
焼成処理中には、アルミニウム材料層１１９ａから水素が発生する。この水素は、スパッタリング法による成膜時にアルミニウム材料層１１９ａ中に取り込まれた水分子から分離されたものである。ここで、アルミニウム酸化物材料層１１８ａは含有するアルミニウムが酸化状態にある。酸化アルミニウムは、水素に対するバリア性を有する。そのためアルミニウム酸化物材料層１１８ａにおいて、アルミニウム材料層１１９ａ側から遷移金属酸化物材料層１１７ａ側への水素の移動が抑制される。その結果、ＴＦＴ基板１３０内のＴＡＯＳチャネル層に水素が到達することが抑制される。
【００６２】
次に、図２（ｆ）に示すように、ＴＦＴ基板上に下部電極１２０を形成する。下部電極１２０の形成方法としては、例えば、以下の手順を用いることができる。まず、アルミニウム材料層１１９ａ上にレジスト層を形成する。レジスト層上に所定形状の開口部を持つマスクを重ね、マスクの上から感光させる。その後、余分なレジストを現像液（例えばＴＭＡＨ（Ｔｅｔｒａ  ｍｅｔｈｙｌ  ａｍｍｏｎｉｕｍ  ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）水溶液）で洗い出す。これによりレジスト層のパターニングが完了する。その後、アルミニウム材料層１１９ａ、アルミニウム酸化物材料層１１８ａの順にウェットエッチング液でウェットエッチングする。続いて、遷移金属酸化物材料層１１７ａ、遷移金属材料層１１６ａの順にドライエッチングする。最後に、レジスト層を例えば有機系剥離液で除去する。
【００６３】
以上のような工程により、本態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法では、下部電極１２０の形成工程で発生する水素がＴＦＴ基板１３０内のＴＡＯＳチャネル層まで到達することを抑制して、有機ＥＬ素子を製造することができる。
【００６４】
なお、遷移金属元素としてタングステンを含有する金属あるいは合金を用いて遷移金属材料層１１６ａを成膜する場合、遷移金属酸化物材料層１１７ａにはタングステン酸化物が含有される。この場合は、遷移金属酸化物材料層１１７ａを成膜する焼成処理の後に洗浄工程を入れることなく、アルミニウム酸化物材料層１１８ａを成膜するスパッタリング工程を行うことが好ましい。これは水溶性の高いタングステン酸化物が流失することを防ぐためである。
＜実験＞
［実施例］
本態様に係る有機ＥＬ素子の実施例として、上述した製造方法で遷移金属材料層１１６ａ、アルミニウム酸化物材料層１１８ａ、およびアルミニウム材料層１１９ａを成膜するスパッタリング法において、以下のターゲット部材を使用した。
【００６５】
遷移金属材料層１１６ａの成膜には、ターゲット部材としてタングステン製の平板を用いた。
【００６６】
アルミニウム酸化物材料層１１８ａ、およびアルミニウム材料層１１９ａの成膜には、ターゲット部材としてアルミニウム合金の一例であるＡｌ−Ｃｏ系合金の平板を用いた。
【００６７】
［下部電極の断面状態］
実施例に係る有機EL素子において、下部電極１２０の断面を、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）を用いて観察した。図４は、下部電極１２０の断面状態を示す電子顕微鏡写真である。
【００６８】
図４に示すように、Ａｌ−Ｃｏ系合金からなるアルミニウム含有金属層１１９とタングステン酸化物からなる遷移金属含有酸化物層１１７との間に、白色の層が形成されている。このことから、アルミニウム含有金属層１１９と遷移金属含有酸化物層１１７との双方に接してアルミニウム含有酸化物層１１８が形成されていることが分かる。
【００６９】
次に、アルミニウム含有酸化物層１１８および遷移金属含有酸化物層１１７を、ＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線）分析した。
【００７０】
図５（ａ）は、アルミニウム含有酸化物層１１８のＥＤＳ分析の結果を示す図である。アルミニウム含有酸化物層１１８には、図５（ａ）に示すように、アルミニウム原子と酸素原子の両方が豊富に存在している。したがって、アルミニウム含有酸化物層１１８に含有されるアルミニウムは、酸化された状態であることが示唆される。
【００７１】
図５（ｂ）は、遷移金属含有酸化物層１１７のＥＤＳ分析の結果を示す図である。遷移金属含有酸化物層１１７には、図５（ｂ）に示すように、タングステン原子と酸素との両方が豊富に存在している。したがって、遷移金属含有酸化物層１１７に含有されるタングステンは、酸化された状態であることが示唆される。
【００７２】
［水素耐性の比較］
実施例に係る有機ＥＬ素子において、下部電極の形成過程で発生する水素に対する耐性を、実験により確認した（以下、下部電極の形成過程で発生する水素に対する耐性を、単に「水素耐性」と表記する）。本実験では、実施例に係る有機ＥＬ素子と、本態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法とは異なる方法により下部電極を形成した有機ＥＬ素子との間で、水素耐性を比較した。
【００７３】
図６は、下部電極の形成方法の異なる有機ＥＬ素子毎に、μ−ＰＣＤ法（マイクロ波光導電減衰法）で測定したＴＡＯＳチャネル層におけるキャリアのライフタイムを正規化して示している。キャリアのライフタイムが大きいほど、キャリアの移動度も高くなる。そのため、μ−ＰＣＤ法で測定したＴＡＯＳチャネル層におけるキャリアのライフタイムは、ＴＡＯＳチャネル層におけるキャリアの移動度を示す指標として用いることができる。
【００７４】
ここで正規化の基準値には、下部電極を形成する前のＴＦＴ基板１３０を用いて測定したＴＡＯＳチャネル層におけるキャリアのライフタイムを用いている（以下、下部電極を形成する前のＴＦＴ基板１３０を用いて測定したＴＡＯＳチャネル層におけるキャリアのライフタイムを基準値にした正規化値を、「ライフタイム正規化値」と表記する）。そのためライフタイム正規化値は、下部電極の形成過程において、ＴＡＯＳチャネル層におけるキャリアの移動度に生じた変化を表している。なお、下部電極の形成後にＴＡＯＳ−ＴＦＴを正常に機能させるためには、ＴＡＯＳチャネル層におけるキャリアの移動度の低下を、μ−ＰＣＤ法における測定誤差である１０％以内に抑えることが望ましい。
【００７５】
図６において符号Ｅは、実施例に係る有機ＥＬ素子におけるライフタイム正規化値を示している。符号Ｅで示すように、実施例に係る有機ＥＬ素子では、ＴＡＯＳチャネル層におけるキャリアの移動度が低下しなかった。よって、実施例に係る有機ＥＬ素子には、十分な水素耐性があることが確認された。このことから実施例に係る有機ＥＬ素子では、緻密なアルミニウム含有酸化物層１１８が形成されることが示唆される。
【００７６】
一方、図６において符号Ａ〜Ｄは、本態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法とは異なる方法によって有機ＥＬ素子を製造した比較例について、ライフタイム正規化値を示している。
【００７７】
符号Ａは比較例１に係る有機ＥＬ素子におけるライフタイム正規化値を示している。比較例１に係る有機ＥＬ素子は、層間絶縁層上に直接、アルミニウム材料層１１９ａを成膜した。そのため比較例１に係る有機ＥＬ素子では、アルミニウム含有金属層１１９のみから下部電極が形成されている。図中、遷移金属含有金属層１１６を設けていないので「ＢＭなし」（ＢＭ：バリアメタル）と表記している。
【００７８】
このような比較例１に係る有機ＥＬ素子では、符号Ａで示すように、ＴＡＯＳチャネル層におけるキャリアの移動度がほぼ失われた。よって、層間絶縁層上に直接、Ａｌ−Ｃｏ系合金からなるアルミニウム材料層１１９ａを成膜する製造方法では、水素耐性が得られないことが確認された。
【００７９】
符号Ｂは比較例２に係る有機ＥＬ素子におけるライフタイム正規化値を示している。比較例２に係る有機ＥＬ素子は、遷移金属材料層１１６ａの成膜までは実施例に係る有機ＥＬ素子と同様に製造した。しかし、比較例２では、スパッタリング法で遷移金属材料層１１６ａを成膜した後に焼成を行わなかった。その後の製造工程において比較例２では、アズデポ状態の遷移金属材料層１１６ａ上に直接、Ａｌ−Ｃｏ系合金からなるアルミニウム材料層１１９ａを成膜した。そのため比較例２に係る有機ＥＬ素子では、遷移金属含有金属層１１６とアルミニウム含有金属層１１９とのみから下部電極が形成されている。図中、遷移金属含有金属層１１６を設けているので「ＢＭあり」と表記している。
【００８０】
このような比較例２に係る有機ＥＬ素子では、符号Ｂで示すように、ＴＡＯＳチャネル層におけるキャリアの移動度が大きく低下した。よって、アズデポ状態の遷移金属材料層１１６ａ上に直接、Ａｌ−Ｃｏ系合金からなるアルミニウム材料層１１９ａを成膜する製造方法では、十分な水素耐性が得られないことが確認された。
【００８１】
符号Ｃは比較例３に係る有機ＥＬ素子におけるライフタイム正規化値を示している。比較例３に係る有機ＥＬ素子は、遷移金属材料層１１６ａの成膜までは実施例に係る有機ＥＬ素子と同様に製造した。しかし、比較例３では、遷移金属酸化物材料層１１７ａの成膜に焼成処理を利用しなかった。比較例３では、遷移金属酸化物材料層１１７ａの成膜に、プラズマ処理を利用した。このプラズマ処理では、酸素プラズマによって遷移金属材料層１１６ａの表面を酸化させて、遷移金属酸化物材料層１１７ａを成膜した。その後は実施例と同様の工程により、下部電極を形成した。そのため比較例３に係る有機ＥＬ素子では、実施例に係る有機ＥＬ素子と同様に、遷移金属含有金属層１１６、遷移金属含有酸化物層１１７、アルミニウム含有酸化物層１１８、およびアルミニウム含有金属層１１９から下部電極が形成されている。
【００８２】
このような比較例３に係る有機ＥＬ素子では、符号Ｃで示すように、ＴＡＯＳチャネル層におけるキャリアの移動度が大きく低下した。特に、比較例３と比較例２とで、ライフタイム正規化値に大きな差が見られなかった。よって、プラズマ処理を利用して遷移金属酸化物材料層１１７ａを成膜する製造方法では、十分な水素耐性が得られないことが確認された。この結果から、比較例３に係る製造方法で形成されたアルミニウム含有酸化物層１１８には、十分な水素バリア性がないことが示唆される。
【００８３】
符号Ｄは比較例４に係る有機ＥＬ素子におけるライフタイム正規化値を示している。比較例４に係る有機ＥＬ素子は、遷移金属材料層１１６ａの成膜までは実施例に係る有機ＥＬ素子と同様に製造した。しかし、比較例３では、遷移金属酸化物材料層１１７ａの成膜に焼成処理を利用しなかった。比較例３では、遷移金属酸化物材料層１１７ａの成膜に、タングステン製の平板をターゲット部材とし、酸素が存在する条件下のスパッタリング法（以下、「反応性スパッタリング法」）を利用した。その後は実施例と同様の工程により、下部電極を形成した。そのため比較例３に係る有機ＥＬ素子では、実施例に係る有機ＥＬ素子と同様に、遷移金属含有金属層１１６、遷移金属含有酸化物層１１７、アルミニウム含有酸化物層１１８、およびアルミニウム含有金属層１１９から下部電極が形成されている。
【００８４】
このような比較例４に係る有機ＥＬ素子では、符号Ｄで示すように、比較例３に比べて、ＴＡＯＳチャネル層におけるキャリアの移動度の低下が抑えられた。しかし、比較例４に係る有機ＥＬ素子でも、ＴＡＯＳチャネル層におけるキャリアの移動度は６０％以下に低下しており、ＴＡＯＳ−ＴＦＴを正常に機能させるために必要なキャリアの移動度を満たしていない。よって、反応性スパッタリング法を利用して遷移金属酸化物材料層１１７ａを成膜する製造方法では、十分な水素耐性が得られないことが確認された。この結果から、比較例４に係る製造方法で形成されたアルミニウム含有酸化物層１１８には、十分な水素バリア性がないことが示唆される。
【００８５】
［遷移金属含有酸化物層１１７の膜密度］
図６に結果を示した実験では、実施例に次いで、反応性スパッタリング法を利用して遷移金属酸化物材料層１１７ａを成膜した場合に、水素耐性が高くなることが確認された。以下、反応性スパッタリング法を利用して遷移金属酸化物材料層１１７ａを成膜した有機ＥＬ素子を、「反応性スパッタリング成膜例」と表記する。
【００８６】
下部電極の形成過程で発生する水素に対する耐性は、アルミニウム含有酸化物層１１８の水素バリア性に依存すると考えられる。しかし、実施例と反応性スパッタリング成膜例とは、アルミニウム含有酸化物層１１８が由来するアルミニウム酸化物材料層１１８ａの成膜方法が同じである。また、実施例と反応性スパッタリング成膜例とは、遷移金属材料層１１６ａの成膜に、いずれもタングステン製の平板をターゲット部材として用いている。一方で、実施例と反応性スパッタリング成膜例とは、アルミニウム酸化物材料層１１８ａの成膜時に酸素原子を供給する遷移金属酸化物材料層１１７ａの成膜方法が相違する。
【００８７】
そこで、遷移金属酸化物材料層１１７ａに由来する遷移金属含有酸化物層１１７の物性を、実施例と反応性スパッタリング成膜例とにおいて比較した。
【００８８】
図７は、遷移金属含有酸化物層１１７の膜密度と、ライフタイム正規化値との関係を示す図である。図７において横軸は、ライフタイム正規化値を示している。縦軸は、ＸＲＲ法（Ｘ線反射率法）により測定した遷移金属含有酸化物層１１７の膜密度を示している。
【００８９】
図７においてＰ１、Ｐ２は、実施例における測定結果を示している。Ｐ１、Ｐ２は、何れも膜密度が６．５ｇ／ｃｍ3以上であった。また、Ｐ１、Ｐ２の何れでも、ＴＡＯＳチャネル層におけるキャリアの移動度の低下が、ライフタイム正規化値によって確認されなかった。
【００９０】
一方、図７においてＰ３、Ｐ４は、反応性スパッタリング成膜例における測定結果を示している。Ｐ３、Ｐ４は、何れも膜密度が５．７ｇ／ｃｍ3程度であった。また、Ｐ３、Ｐ４の何れでも、ＴＡＯＳチャネル層におけるキャリアの移動度の低下が、ライフタイム正規化値によって確認された。このときＴＡＯＳチャネル層におけるキャリアの移動度の低下幅は、μ−ＰＣＤ法における測定誤差である１０％を超えていた。
【００９１】
以上のように、実施例と、反応性スパッタリング成膜例とでは、遷移金属含有酸化物層１１７の膜密度に差があった。また、反応性スパッタリング成膜例でのみＴＡＯＳチャネル層におけるキャリアの移動度が低下した。このことから、実施例と反応性スパッタリング成膜例とにおけるアルミニウム含有酸化物層１１８の水素バリア性の差は、遷移金属含有酸化物層１１７の膜密度の差により生じたものあることが示唆される。
これは、遷移金属含有酸化物層１１７の膜密度が高い場合に、アルミニウム含有酸化物層１１８におけるアルミニウム元素の酸化の度合いが高くなるためと考えられる。特に、遷移金属材料層１１６ａの材料にタングステンを用いる場合、遷移金属含有酸化物層１１７の膜密度が６．５ｇ／ｃｍ3以上であることが、十分な水素バリア性を有するアルミニウム含有酸化物層１１８の形成に必要な条件であると考えられる。
【００９２】
［遷移金属含有金属層１１６の膜密度］
実施例において遷移金属酸化物材料層１１７ａを成膜するための焼成処理では、遷移金属材料層１１６ａの物性が変化することが考えられる。その場合、実施例と反応性スパッタリング成膜例との水素耐性の差が、遷移金属材料層１１６ａの物性の差によるものである可能性がある。水素耐性に影響を及ぼす遷移金属材料層１１６ａの物性としては、遷移金属材料層１１６ａの膜密度が考えられる。そこで実施例において、焼成処理により遷移金属材料層１１６ａの膜密度に変化が生じるかを、実験により確認した。
【００９３】
まず、遷移金属材料層１１６ａの各領域でのシート抵抗を測定した。シート抵抗の測定は、焼成処理の前と後とで行った。図８の（ａ）は、遷移金属材料層１１６ａの各領域で、焼成処理後のシート抵抗の値から焼成処理前のシート抵抗の値を引いたものを、等高線状に示した図である。図８の（ｂ）では、（ａ）の図を０．１Ω幅の等高線でトレースして示している。焼成処理の前後での遷移金属材料層１１６ａのシート抵抗の変化は、最少で−０．１４Ω、最大で０．４５Ωであった。焼成処理前の遷移金属材料層１１６ａのシート抵抗は、６Ω〜７Ω程度であった。よって、シート抵抗の変化幅は１０％未満である。
【００９４】
通常、膜密度が増加した場合、シート抵抗は低下する。しかし、実験において焼成処理後に遷移金属材料層１１６ａ全体でシート抵抗が低下する傾向が見られない。よって、シート抵抗の測定結果からは、焼成処理によって遷移金属材料層１１６ａの全体で膜密度が大幅に増加することはないと考えられる。
【００９５】
また、ＸＲＲ法によっても遷移金属材料層１１６ａの膜密度を測定した。ＸＲＲ法による膜密度の測定は、図８の（ａ）において符号Ａおよび符号Ｂで示す２つの領域において、それぞれ焼成処理の前と後とで行った。符号Ａで示す領域の膜密度は、焼成前で１８．６８ｇ／ｃｍ3、焼成後で１８．９ｇ／ｃｍ3であり、０．２２ｇ／ｃｍ3だけ増加していた。符号Ｂで示す領域の膜密度は、焼成前で１８．９６ｇ／ｃｍ3、焼成後で１８．８ｇ／ｃｍ3であり、０．１６ｇ／ｃｍ3だけ減少していた。したがって、ＸＲＲ法による測定結果においても、焼成処理の後に遷移金属材料層１１６ａの全体で膜密度が増加する傾向は確認されなかった。
【００９６】
以上のようにシート抵抗の測定、およびＸＲＲ法による測定のいずれでも、焼成処理の前後で遷移金属材料層１１６ａの膜密度の増加は確認されなかった。よって、焼成処理によって遷移金属材料層１１６ａの水素バリア性は向上していないと考えられ、実施例と反応性スパッタリング成膜例とにおける水素耐性の差は、焼成処理に由来する遷移金属材料層１１６ａの密度増加により生じるものではないことが示唆される。
【００９７】
そのため、実施例と反応性スパッタリング成膜例との水素耐性の差は、アルミニウム酸化物材料層１１８ａにおけるアルミニウム元素の酸化の度合いの差によって生じていると考えられる。
【００９８】
［遷移金属材料層１１６ａの成膜工程におけるスパッタリング法の出力］
実施例に係る有機ＥＬ素子において、遷移金属材料層１１６ａを成膜するスパッタリング法の出力が、水素耐性に及ぼす影響を検討した。
【００９９】
図９において符号Ａは、低出力のスパッタリング法により遷移金属材料層１１６ａを成膜した場合のライフタイム正規化値を示している。図９において符号Ｂは、高出力のスパッタリング法により遷移金属材料層１１６ａを成膜した場合のライフタイム正規化値を示している。符号Ａおよび符号Ｂのいずれも、左側のグラフは、遷移金属材料層１１６ａの焼成処理を行わなかった有機ＥＬ素子に関するものである。また、符号Ａおよび符号Ｂのいずれも、右側のグラフは、遷移金属材料層１１６ａの焼成処理を行った有機ＥＬ素子、即ち、実施例に関するものである。
【０１００】
遷移金属材料層１１６ａの焼成処理を行わなかった有機ＥＬ素子では、ＴＡＯＳチャネル層におけるキャリアの移動度が、符号Ａの低出力例で２０％程度に低下し、符号Ｂの高出力例で３０％程度に低下した。
【０１０１】
その一方で、実施例に係る有機ＥＬ素子では、符号Ａ、符号Ｂの何れの例でも、ＴＡＯＳチャネル層におけるキャリアの移動度の低下は、μ−ＰＣＤ法による測定誤差である１０％以内に抑えられている。
【０１０２】
つまり、遷移金属材料層１１６ａを成膜したスパッタリング法の出力の差に関わらず、遷移金属材料層１１６ａの焼成処理を行った場合と行わなかった場合とで、ライフタイム正規化値に同様の傾向が見られた。よって、実施例の有機ＥＬ素子における水素耐性は、遷移金属材料層１１６ａの成膜時におけるスパッタリング法の出力に依存するものではないことが示唆される。
【０１０３】
実際には、スパッタリング法の出力差により遷移金属材料層１１６ａの膜密度に差が生じていると考えられる。しかし、アルミニウム酸化物材料層１１８ａの水素バリア性に比較して、遷移金属材料層１１６ａの水素バリア性は小さい。そのため、アルミニウム酸化物材料層１１８ａにおいてアルミニウム元素が十分に酸化されていれば、遷移金属材料層１１６ａの膜密度の差に影響されることなく、必要な水素耐性が得られると考えられる。
【０１０４】
［水素耐性の場所依存性］
実施例に係る有機ＥＬ素子の水素耐性に、場所依存性が有るか否かを実験により確認した。本実験では、基板上に複数の有機ＥＬ素子を形成し、基板平面の中央部および端部を含む３つの異なる領域に形成された有機ＥＬ素子において、μ−ＰＣＤ法による測定を行った。図９において符号Ｃで示す３つのグラフは、３つの異なる領域に形成された有機ＥＬ素子のライフタイム正規化値をそれぞれ示している。図示したように、何れの領域でもキャリアの移動度は低下しなかった。このことから、実施例の有機ＥＬ素子の水素耐性には、場所依存性がないことが示唆される。
【０１０５】
したがって、本態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法を用いれば、基板の広い範囲に多くのＴＡＯＳ−ＴＦＴを形成する大型ディスプレイ等においても、各ＴＡＯＳ−ＴＦＴにおいて、水素導入によるキャリアの移動度の低下を抑制することができる。
【０１０６】
［アルミニウム酸化物材料層１１８ａの材料］
アルミニウム酸化物材料層１１８ａの成膜時に用いるターゲット部材の違いにより、有機ＥＬ素子の水素耐性に違いが生じるかを検討した。
【０１０７】
図９において符号Ｄの左側のグラフは、比較例５に係る有機ＥＬ素子におけるライフタイム正規化値を示している。図９において符号Ｄの右側のグラフは、実施例２に係る有機ＥＬ素子におけるライフタイム正規化値を示している。
【０１０８】
比較例５に係る有機ＥＬ素子は、遷移金属材料層１１６ａの成膜までは実施例に係る有機ＥＬ素子と同様に製造した。しかし、比較例５では、スパッタリング法で遷移金属材料層１１６ａを成膜した後に焼成を行わなかった。その後の製造工程において比較例５では、アズデポ状態の遷移金属材料層１１６ａ上に直接、スパッタリング法を利用してアルミニウム材料層１１９ａを成膜した。このスパッタリング法では、実施例で用いたＡｌ−Ｃｏ系合金製の平板ではなく、Ａｌ−Ｎｉ系合金製の平板をターゲット部材に用いた。そのため比較例５に係る有機ＥＬ素子では、遷移金属含有金属層１１６とアルミニウム含有金属層１１９とのみから下部電極が形成されている。
【０１０９】
実施例２に係る有機ＥＬ素子は、遷移金属酸化物材料層１１７ａの成膜までは実施例に係る有機ＥＬ素子と同様に製造した。しかし、アルミニウム酸化物材料層１１８ａおよびアルミニウム材料層１１９ａを成膜するスパッタリング法において、比較例５でアルミニウム材料層１１９ａの成膜に用いたものと同じＡｌ−Ｎｉ系合金製の平板を、ターゲット部材に用いた。その他は実施例と同様の工程により、下部電極を形成した。そのため実施例２に係る有機ＥＬ素子では、実施例に係る有機ＥＬ素子と同様に、遷移金属含有金属層１１６、遷移金属含有酸化物層１１７、アルミニウム含有酸化物層１１８、およびアルミニウム含有金属層１１９から下部電極が形成されている。
【０１１０】
実験では、比較例５においてＴＡＯＳチャネル層におけるキャリアの移動度が低下した。よって、アルミニウム材料層１１９ａがＡｌ−Ｃｏ系合金とは異なるＡｌ−Ｎｉ系合金からなる場合にも、アルミニウム材料層１１９ａの焼成処理で、水素が発生していることが示唆される。
【０１１１】
しかし、実施例２では、ＴＡＯＳチャネル層におけるキャリアの移動度が低下しなかった。よって、実施例２に係る有機ＥＬ素子では、十分な水素バリア性を有する緻密なアルミニウム含有酸化物層１１８が形成されていることが示唆される。
【０１１２】
以上から、本態様に係る有機ＥＬ素子の製造方法において、Ａｌ−Ｎｉ系合金を使用しても、下部電極の形成過程で発生する水素に対して十分な耐性が得られると考えられる。
【０１１３】
［反応性スパッタリング成膜例における諸条件の検討］
反応性スパッタリング成膜例において、水素耐性を向上させるために好適な条件を検討した。
・反応性スパッタリング法の出力が水素耐性に及ぼす影響
図１０の（ａ）の横軸は遷移金属酸化物材料層１１７ａを成膜した反応性スパッタリング法の出力を示し、縦軸はライフタイム正規化値を示す。本図に示すように、反応性スパッタリング法の出力が高い場合に、ＴＡＯＳチャネル層におけるキャリアの移動度の低下が小さい傾向が見られた。
・ガスの圧力が水素耐性に及ぼす影響
遷移金属酸化物材料層１１７ａは、アルミニウム酸化物材料層１１８ａの成膜時に酸素原子の供給源となる。そのため、水素バリア性の高いアルミニウム酸化物材料層１１８ａを成膜するには、遷移金属酸化物材料層１１７ａの膜密度および酸化度が高いほど有利であると予想される。
【０１１４】
ここで、遷移金属酸化物材料層１１７ａを成膜する反応性スパッタリング法でのガスの圧力が高いほど、遷移金属酸化物材料層１１７ａの酸化度は高くなる。これは、反応性スパッタリング法では通常、ガスの圧力が高いほど、スパッタ粒子の平均自由工程が長くなるためである。その一方で、遷移金属酸化物材料層１１７ａを成膜する反応性スパッタリング法でのガスの圧力が高いほど遷移金属酸化物材料層１１７ａの膜密度が低下する。これは、成膜時に反応性スパッタリング法でのガスが高圧であれば膜中に混入する不活性ガスのアルゴン分子が増加し、スパッタ粒子が膜中のアルゴン分子に衝突するために低エネルギーとなるためであると考えられる。
【０１１５】
そのため高圧条件下で成膜された遷移金属酸化物材料層１１７ａは、酸化度が高くなるものの膜密度が低くなる。また、低圧条件下で成膜された遷移金属酸化物材料層１１７ａは、膜密度が高くなるものの酸化度が低くなる。よって、反応性スパッタリング法のガスの圧力によって、遷移金属酸化物材料層１１７ａの膜密度および酸化度の両方を高くするようコントロールすることはできない。
【０１１６】
図１０の（ｂ）は、の横軸は反応性スパッタリング法により遷移金属酸化物材料層１１７ａを成膜するときのガス圧力を示し、縦軸はライフタイム正規化値を示す。本図に示すように、反応性スパッタリング法におけるガスの圧力が高い場合に、ＴＡＯＳチャネル層におけるキャリアの移動度の低下が小さい傾向が確認された。
・酸素濃度が水素耐性に及ぼす影響
図１０の（ｃ）の横軸は反応性スパッタリング法により遷移金属酸化物材料層１１７ａを成膜するときの酸素濃度を示し、縦軸はライフタイム正規化値を示す。本図に示すように、酸素濃度が高い場合に、ＴＡＯＳチャネル層におけるキャリアの移動度の低下が小さい傾向が確認された。これは、酸素濃度が高いほど、酸化度が向上するためと考えられる。
【０１１７】
以上の実験から、反応性スパッタリング成膜例で水素耐性を向上させるには、高エネルギー、低圧、高酸素濃度の条件下で反応性スパッタリング法を行うことが好ましいと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
本発明は、例えば携帯電話用のディスプレイやテレビなどの表示素子に使用される有機ＥＬ素子とその製造方法として利用可能である。特に、ＴＡＯＳ−ＴＦＴを駆動トランジスタに用いることで良好な画像表示性能を発揮することのできる有機ＥＬ素子を期待することが可能である。
【符号の説明】
【０１１９】
１０１          基板
１０２、１０３  ゲート電極
１０４          ゲート絶縁層
１０５、１０６  ＴＡＯＳチャネル層
１０７          チャネル保護層
１０８、１１０  ドレイン電極
１０９、１１１  ソース電極
１１２          下部パッシベーション層
１１３          接続電極
１１４          上部パッシベーション層
１１５          層間絶縁層
１１５ａ        コンタクトホール
１１６          遷移金属含有金属層
１１６ａ        遷移金属材料層
１１７          遷移金属含有酸化物層
１１７ａ        遷移金属酸化物材料層
１１８          アルミニウム含有酸化物層
１１８ａ        アルミニウム酸化物材料層
１１９          アルミニウム含有金属層
１１９ａ        アルミニウム材料層
１２０          下部電極
１２１          有機発光層
１２２          上部電極
１２３          封止層
１２４          バンク
１３０          ＴＦＴ基板
１４０          有機ＥＬ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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