JPH06251873A - エレクトロルミネッセンス素子の形成方法 - Google Patents

エレクトロルミネッセンス素子の形成方法

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JPH06251873A
JPH06251873A JP5037620A JP3762093A JPH06251873A JP H06251873 A JPH06251873 A JP H06251873A JP 5037620 A JP5037620 A JP 5037620A JP 3762093 A JP3762093 A JP 3762093A JP H06251873 A JPH06251873 A JP H06251873A
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Tetsuro Yoshii
哲朗 吉井
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Abstract

(57)【要約】 【目的】EL素子用の発光効率が優れた発光中心が硫化
亜鉛発光層を、スパッタリング法により形成する方法を
提供する。 【構成】硫化亜鉛微粉末に発光中心となる物質を添加混
合し焼結したターゲットを減圧した純不活性ガスでスパ
ッタリングし、スパッタリングされた分子を500℃〜
650℃に維持した基板上に70nm/分〜150nm
/分の成膜速度で形成し、発光層とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子機器の表示装置と
して用いられるエレクトロルミネッセンス(以下ELと
いう)素子を基板上に形成する方法に関し、さらに詳述
すれば発光効率が改善されたEL素子を基板上に形成す
る方法に関する。
【0002】
【従来の技術】マンガン(Mn)または希土類元素など
の活性物質を含む硫化亜鉛薄膜は、EL素子の発光層と
して用いられ、真空蒸着法や高周波スパッタリング法で
形成される。硫化亜鉛薄膜からなる発光層は、真空蒸着
法によって優れた発光特性を有するものが形成できるこ
とが知られているが、スパッタリングによる方法では良
好な発光特性を有するものが得られていない。たとえ
ば、光電相互変換第125委員会ELの特性評価基準分
科会第2回研究会資料21頁およびJpn.J.Appl.Phys.27
(1988)p.592.に記載されたT.Matsuokaの論文(従来技術
1)には、スパッタリングガスとして純不活性ガスを用
いて、基板温度を200℃〜350℃とし、成膜速度を
20nm/分〜65nm/分で成膜した硫化亜鉛を発光
層とするEL素子が報告されている。この従来技術1に
よる発光層の成膜条件は、図1の斜線部分2の範囲に示
される。また、得られた硫化亜鉛の結晶構造は、ジンク
ブレンド型である。
【0003】また、スパッタリングガスとして不活性ガ
スであるアルゴンと硫化水素の混合ガスを用いた方法
が、SID(SOCIETY FOR INFORMATION DISPLAY)84,Diges
t, p.245のM.I.Abdallaの論文(従来技術2)に報告さ
れている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】良好なEL特性を示す
発光層をスパッタリング法により得るには、結晶の粒径
を大きくすることおよび化学量論的組成からのずれの小
さい硫化亜鉛膜を形成することが重要である。硫化亜鉛
の結晶粒径を大きくするためには、膜の成長初期段階に
おいて粒径が小さくなる原因となる不安定核を取り除く
ために高い基板温度が必要である。しかし、硫化亜鉛薄
膜は、その膜を形成するときの基板の温度を高くすれば
する程、硫黄の蒸気圧が亜鉛の蒸気圧に比べて高いた
め、基板表面からの硫黄の再蒸発量が亜鉛より多くな
り、形成される膜の化学量論的組成からのずれが生じる
という欠点がある。したがって、膜の結晶性を良くする
ために必要な基板温度に上限があり、このことは、良い
結晶性の薄膜を得る上で妨げとなり、得られるEL素子
の発光輝度、発光効率ともに低いという問題があった。
【0005】スパッタリングするときに硫化水素を混入
し、膜中の硫黄の欠損(化学量論量よりも硫黄が少ない
こと)を補う上記M.I.Abdallaの論文に記載の従来技術
2では、硫化水素ガスを用いることから、成膜装置を腐
食して工業的に実施する上で問題があった。本発明は、
上記問題点を解決するためになされたものであって、発
光効率の大きいEL素子を、その発光層をスパッタリン
グ法により形成して製造する方法を提供することを目的
としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、発光中心がド
ープされた硫化亜鉛からなる発光層を有するエレクトロ
ルミネッセンス素子を基板上に形成する方法であって、
前記発光層を、硫化亜鉛微粉末に発光中心となる物質を
添加混合し焼結したターゲットを減圧した純不活性ガス
でスパッタリングし、前記スパッタリングされた分子を
500℃〜650℃に維持した前記基板上に、70nm
/分〜150nm/分の成膜速度で形成することを特徴
とするエレクトロルミネッセンス素子の形成方法であ
る。
【0007】本発明にかかる発光層を形成するときの基
板温度は、500℃〜650℃に維持され、発光層の成
膜速度が70nm/分〜150nm/分になるようにタ
ーゲットに印加するスパッタリングパワーがを調節され
る。図1の斜線部分1に、本発明にかかる発光層を形成
するときの成膜速度と基板温度の範囲を示す。基板温度
を500℃以上とすることにより、膜の結晶性が良くな
る。また、基板温度を約650℃より高くすることは、
亜鉛と硫黄の両者の基板表面からの再蒸発量が大きくな
り、ターゲットを有効に使えないばかり、大きなスパッ
タリングパワーをターゲットに印加する必要があるので
ターゲット表面を劣化させ安定して成膜する上で好まし
くない。さらに基板にホーヤ製NA40や、コーニング
ガラス製7059ガラス板を用いる場合には、基板の変
形が生じるので好ましくない。
【0008】発光層の成膜速度が70nm/分より小さ
いと、形成される発光層は、化学量論的組成からのずれ
が大きくなり、良好な発光効率を示す発光層を得ること
が困難になる。成膜速度が150nm/分より大きい
と、化学量論組成からのずれは小さいが、成膜された発
光層の結晶粒径が小さくなってしまうという不都合を生
じる。本発明のスパッタリング法の成膜条件の範囲内で
形成される硫化亜鉛の結晶構造は、ウルツ型結晶構造と
なる。
【0009】
【作用】本発明によれば、高い基板温度に維持された基
板に硫化亜鉛が堆積し充分な沿面運動を行いながら膜が
形成されるので、比較的膜の成長初期段階から結晶粒径
の大きな硫化亜鉛薄膜を得ることができる。基板表面で
は硫黄と亜鉛の蒸気圧の差により、硫黄欠陥の多い(化
学量論量よりも亜鉛が多い)硫化亜鉛薄膜ができる傾向
を有するが、本発明の方法では、硫化亜鉛の成膜速度を
大きくすることにより、化学量論的組成からのずれの小
さい硫化亜鉛薄膜とすることができる。すなわち、本発
明では基板温度を高温度にすると同時に、基板表面から
の亜鉛と硫黄の再蒸発量よりも、はるかに多くの亜鉛と
硫黄の等量を、基板表面に到達させるように成膜速度を
選んでいるので、亜鉛と硫黄のそれぞれの基板表面に堆
積し薄膜として成長するものをほぼ同じ量にすることが
でき、基板上に形成される硫化亜鉛薄膜の化学量論量か
らのズレを小さくすることができる。
【0010】
【実施例】
実施例1 図5の模式的断面図で示されるEL素子を製作した。透
明ガラス基板の加熱温度を500℃とした。まずこのガ
ラス基上に200nmの厚みのITO透明導電膜(IT
O:錫ドープ酸化インジウム膜)を3mTorrのアル
ゴンの圧力下でITOターゲットをスパッタリングして
形成し、その上に絶縁膜としてシリコンターゲットをア
ルゴンと窒素と酸素の6:2:2で、その圧力が5mT
orrの混合ガス中でスパッタリングして220nmの
厚みのシリコンオキシナイトライド膜を形成し、その上
に0.125重量%のマンガンを混合した硫化亜鉛ター
ゲットを20mTorrのアルゴンガスで約85nm/
分の成膜速度でスパッタリングし700nmの厚みのマ
ンガンドープ硫化亜鉛発光層を形成し、その上に第2層
目のシリコンオキシナイトライド絶縁膜を第1層目と同
じように形成し、最後にアルミニウム電極膜を真空中で
電子銃蒸着法により形成した。得られたEL素子を室温
まで冷却し、スパッタリング装置より取り出して、図5
に示すようにITO電極とアルミニウム電極との間に両
極性パルス波を印加し、ソイヤータワー回路を用いてE
L素子内を流れる移動電荷量を測定することにより、E
L素子の発光効率を求めた。実施例1の発光層の成膜条
件と、得られた発光層の結晶構造、結晶粒径、エネルギ
ーバンドギャップEg、化学組成比およびEL素子の発
光効率を表1に示す。また、このEL素子の発光効率の
素子駆動時の印加電圧依存性を、従来技術1で得られる
EL素子(図4中の2で示される)と比較できるように
図4中の1で示した。
【0011】
【表1】
【0012】実施例2〜7 硫化亜鉛発光層の成膜速度と成膜時の基板温度を種々変
えた他は、実施例1と同じようにして、EL素子を作成
した。成膜条件および得られた結果を表1に示す。実施
例2〜7の発光層はいずれもウルツ型結晶構造をとり、
結晶粒径が150nm以上と大きく、膜のZnとSの化
学組成比は化学量論量である1にほぼ近い値を示してい
ることが分かる。また、発光効率は、1.9ルーメン/
ワット(lm/W)以上と大きい値であった。
【0013】比較例1〜7 硫化亜鉛発光層の成膜速度と成膜時の基板温度を種々変
えた他は、実施例1と同じようにしてEL素子を作成し
た。発光層の成膜条件と得られた発光層の特性およびE
L素子特性を表1に示す。これより、基板温度が500
℃以上としても、発光層の成膜速度が70nm/分より
小さければ、結晶性が良く、かつ、化学量論的組成から
のずれの小さい硫化亜鉛膜を得ることはできず、得られ
たEL素子は大きい発光効率を示さないことが分かる。
また、成膜速度が70nm/分以上であっても基板温度
が500℃未満であれば、化学量論的組成のずれは小さ
いが、結晶粒径は小さく、そのEL素子は大きい発光効
率を示さないことが分かる。
【0014】実施例1〜7および比較例1〜7で得たサ
ンプルについて、発光層の成膜速度が及ぼす発光層の化
学組成比とエネルギーバンドギャップEgへの影響を図
3に示した。図3から、発光層の成膜速度が70nm/
分以上であるときに、硫化亜鉛のZnとSの原子組成比
が1(硫化亜鉛の化学量論組成)に近づき、エネルギー
バンドギャップが3.60eV以上になる。実用的な輝
度を有する発光を得るためには、発光層のエネルギーバ
ンドギャップは3.59以上が必要で、3.60以上が
好ましい値である。また、70nm/分以上の速い成膜
速度で形成した発光層は、外部からの不純物の混入を減
らすこともできる。図2に、70nm/分の一定成膜速
度のとき、発光層を形成するときの基板温度が発光層の
結晶粒径に与える影響を示したものを示す。図2から、
基板温度を高くすることにより結晶粒径は大きくなり、
大きな結晶粒径が得られる温度は、図2から500℃〜
650℃であることが分かる。この基板温度をこの温度
範囲でとし、発光層の成膜速度を70nm/分とするこ
とにより、発光層を化学量論組成にほぼ近い組成で、か
つエネルギーバンドギャップが3.60またはそれ以上
のマンガンがドープされた硫化亜鉛薄膜とすることがで
きる。
【0015】
【発明の効果】本発明の方法によれば、スパッタリング
ガスとして有毒性で腐食性の硫化水素ガスを用いること
なく、化学量論的組成からのずれが小さく結晶粒径の大
きい硫化亜鉛を発光層とする高発光効率EL素子を作成
することができる。また、結晶欠陥の少ない発光層がそ
の成膜工程で得られるので、EL素子作成後のアニーリ
ング工程が不要になるとともに、硫化水素ガスを使用し
ないので設備の腐食による劣化がなく、設備コストが小
さくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる発光層を形成するときの成膜速
度とそのときの基板温度の範囲を示す図である。
【図2】発光層の結晶粒径に及ぼす発光層を形成すると
きの基板温度の影響を示す図である。
【図3】硫化亜鉛発光層の化学組成およびエネルギーバ
ンドギャップに及ぼす発光層の成膜速度の影響を示す図
である。
【図4】実施例1で得られたEL素子の発光効率の素子
駆動時の印加電圧依存性を示す図である。
【図5】本発明を用いて製作したEL素子の発光効率を
測定評価するために試作したEL素子の模式的断面図で
ある。
【符号の説明】
1・・・ガラス板、2・・・透明電極、3・・・絶縁
層、4・・・発光層、5・・・背面電極、6・・・交流
電源、7・・・センスキャパシタ
フロントページの続き (72)発明者 小林 史朗 大阪府大阪市中央区道修町3丁目5番11号 日本板硝子株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】発光中心がドープされた硫化亜鉛からなる
    発光層を有するエレクトロルミネッセンス素子を基板上
    に形成する方法において、前記発光層を、硫化亜鉛微粉
    末に発光中心となる物質を添加混合し焼結したターゲッ
    トを減圧した純不活性ガスでスパッタリングし、前記ス
    パッタリングされた分子を500℃〜650℃に維持し
    た前記基板上に70nm/分〜150nm/分の成膜速
    度で形成することを特徴とするエレクトロルミネッセン
    ス素子の形成方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100503139B1 (ko) * 2002-01-23 2005-07-21 세이코 엡슨 가부시키가이샤 유기 el 장치의 제조 방법 및 제조 장치, 유기 el장치, 전자기기 및 액체방울 토출 장치
JP2008214461A (ja) * 2007-03-02 2008-09-18 Canon Inc 蛍光体膜及び蛍光体膜の製造方法

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