JPH0883684A - Manufacture of electroluminescence thin film and manufacturing device therefor - Google Patents

Manufacture of electroluminescence thin film and manufacturing device therefor

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JPH0883684A
JPH0883684A JP6216842A JP21684294A JPH0883684A JP H0883684 A JPH0883684 A JP H0883684A JP 6216842 A JP6216842 A JP 6216842A JP 21684294 A JP21684294 A JP 21684294A JP H0883684 A JPH0883684 A JP H0883684A
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JP
Japan
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gas
temperature
thin film
vib group
vib
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Application number
JP6216842A
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Japanese (ja)
Inventor
Yukihiro Maruta
幸寛 丸田
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To reduce the intensity of electric field for starting light emission by performing thermal treatment in gas atmosphere containing carrier gas composed of at least one of hydrogen gas, a VIb group hydrogen compound and inert gas as well as the simple substance gas of a decomposed VIb group. CONSTITUTION: A glass substrate, after layers up to a luminous layer is formed thereon, is immediately placed on a substrate holder in a thermal treatment chamber 11. After the chamber 11 is evacuated and gas is discharged therefrom at temperature lower than thermal treatment temperature, carrier gas is introduced to the chamber 11 for raising the temperature thereof. Then, a valve is selected to allow the carrier gas to pass a bubbler 19 before a temperature rise to target thermal treatment temperature. In this case, a decomposing heater 12 is heated up to the target thermal treatment temperature. An EL substrate 10, after heated up to the target thermal treatment temperature, is held at that temperature level over the preset time and, then, the carrier gas is changed to hydrogen gas or hydrogen sulfide unable to pass the bubbler 19. After the exchange of gas, the substrate 10 is kept at a constant temperature level and, then, this temperature level is lowered to room temperature. At this process, low luminous voltage and high brightness characteristics can be provided by specifying the carrier gas.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、IIa −VIb 族または
IIb−VIb 族化合物半導体を母材とするエレクトロルミ
ネッセンス薄膜の製造方法および製造装置に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to IIa-VIb group or
The present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing an electroluminescent thin film using a IIb-VIb group compound semiconductor as a base material.

【0002】[0002]

【従来の技術】ディスプレイ用エレクトロルミネッセン
ス(以下ELと略記する)素子は、二重絶縁層構造の適
用により、高輝度、長寿命が達成され、軽量、薄型ディ
スプレイ装置として実用化されるに至った。二重絶縁層
構造EL素子の断面図を図9に示す。ガラス基板1には
順に、透明電極層2、第1絶縁層3、EL発光層4、第
2絶縁層5そして背面電極層6が順に積層されている。
2. Description of the Related Art Electroluminescent (hereinafter abbreviated as EL) elements for displays have achieved high brightness and long life by applying a double insulating layer structure, and have been put to practical use as lightweight and thin display devices. . A sectional view of the double insulating layer structure EL element is shown in FIG. A transparent electrode layer 2, a first insulating layer 3, an EL light emitting layer 4, a second insulating layer 5, and a back electrode layer 6 are sequentially laminated on the glass substrate 1.

【0003】透明電極層2は、例えば、酸化インジウム
・スズ(ITO)の蒸着またはスパッタ薄膜である。第
1絶縁層3と第2絶縁層5は二酸化珪素、窒化珪素その
他金属酸化物の薄膜などが用いられている。通常は、透
明電極層2と背面電極層6との間に印加される交流電圧
によって駆動、発光されるので、EL発光層4を挟んで
絶縁層は対称に作られている。第2絶縁層5はEL発光
層4の側面も完全に被覆しており、EL発光層4内の電
導キャリアは外部から供給されることはなく輝度特性は
安定であり、またEL発光層4を外気から遮断し、EL
素子の変質を防止するので長寿命が達成されている。
The transparent electrode layer 2 is, for example, a vapor-deposited or sputtered thin film of indium tin oxide (ITO). For the first insulating layer 3 and the second insulating layer 5, thin films of silicon dioxide, silicon nitride and other metal oxides are used. Usually, the insulating layers are symmetrically arranged with the EL light emitting layer 4 sandwiched therebetween, because they are driven and emitted by an AC voltage applied between the transparent electrode layer 2 and the back electrode layer 6. The second insulating layer 5 completely covers the side surface of the EL light emitting layer 4, the conductive carrier in the EL light emitting layer 4 is not supplied from the outside, and the brightness characteristics are stable. Shield from outside air, EL
A long service life is achieved because the deterioration of the device is prevented.

【0004】背面電極層6はアルミニウムなどの金属の
蒸着またはスパッタ薄膜であ。各電極層は、表示の目的
に従ってパターニングされることが多い。EL発光層4
は、IIa −VIb 族またはIIb−VIb 族化合物半導体が母
材であり、発光中心としてIIa −VIb 族化合物半導体の
場合は希土類元素が添加され、IIb−VIb 族化合物半導
体が母材の場合にはマンガン(Mn)が添加されること
が多い。
The back electrode layer 6 is a vapor-deposited or sputtered thin film of metal such as aluminum. Each electrode layer is often patterned according to the purpose of display. EL light emitting layer 4
Is a IIa-VIb group or IIb-VIb group compound semiconductor as a base material, a rare earth element is added in the case of a IIa-VIb group compound semiconductor as an emission center, and a IIb-VIb group compound semiconductor is a base material. Manganese (Mn) is often added.

【0005】透明電極層2と背面電極層6に交流電圧を
印加し電圧を上昇させ、EL発光層4の電界が約106
V/cmの発光開始電界に達すると発光が開始し、それより
少し高い電界で発光輝度は飽和する。この発光開始電界
が低く、輝度が高いことが良いEL発光層の条件であ
る。EL発光は次の機構によって起こることが知られて
いる。発光開始電界より高い電界により絶縁層との境界
に存在するトラップ凖位から放出された電子はEL発光
層中で電界により加速されホットエレクトロンとなり、
添加されている発光中心と衝突する。この衝突により発
光中心の電子が励起された後、もとの凖位に戻るときに
EL発光が起こる。これはEL発光層母材がZnS(II
b−VIb 族化合物半導体)で、添加発光中心がMnの場
合である。
An AC voltage is applied to the transparent electrode layer 2 and the back electrode layer 6 to raise the voltage, and the electric field of the EL light emitting layer 4 is increased to about 10 6.
Light emission starts when the light emission starting electric field of V / cm is reached, and the light emission luminance is saturated at an electric field slightly higher than that. The conditions for the EL light emitting layer are that the light emission starting electric field is low and the brightness is high. It is known that EL light emission occurs by the following mechanism. Electrons emitted from the trap position existing at the boundary with the insulating layer due to an electric field higher than the light emission starting electric field are accelerated by the electric field in the EL light emitting layer to become hot electrons,
It collides with the added luminescence center. After the electrons at the luminescence center are excited by this collision, EL light emission occurs when returning to the original tilted position. This is because the EL light emitting layer base material is ZnS (II
b-VIb group compound semiconductor), and the added emission center is Mn.

【0006】もう一つの機構は、ホットエレクトロンに
より叩かれた発光中心から電離された電子の正孔との再
結合発光であり、母材がIIa−VIb 族化合物半導体で、
添加発光中心が希土類元素の場合である。典型例はSr
S:Ceである。いずれの場合においても、電界励起が
効率良く行われるためには、ホットエレクトロンが発光
中心以外の欠陥とは衝突しないで、できるだけ高いエネ
ルギーを電界から得る必要がある。これは、母材結晶中
の発光中心と伝導電子発生源以外の欠陥が少ないことに
よって達せられる。
Another mechanism is recombination emission of electrons ionized from the emission center hit by hot electrons with holes, and the base material is a IIa-VIb group compound semiconductor,
This is the case where the added luminescence center is a rare earth element. Typical example is Sr
S: Ce. In any case, in order for electric field excitation to be performed efficiently, it is necessary to obtain as high energy as possible from the electric field without causing hot electrons to collide with defects other than the emission center. This can be achieved by the fact that there are few defects other than the emission center and the conduction electron source in the host crystal.

【0007】EL発光層4は厚さ約0.5μm のIIa −
VIb 族またはIIb−VIb 族化合物半導体の薄膜であり、
何種類かの成膜方法があるが、不純物の添加と、大面積
の成膜が容易であることから、製造レベルではエレクト
ロンビーム蒸着法とスパッタ法が主である。II族元素に
比べてVIb 族元素のガス圧が高いので、いずれの成膜方
法においても、VIb 族元素の解離を防止する手段を講じ
ているが、VIb 族元素不足の欠陥を完全に無くすことは
不可能である。成膜直後のEL発光層は、II族元素とVI
族元素との化学量論的ずれ(VIb族元素が不足する) の欠
陥だけではなく、結晶タイプの異なる材質の上に成膜さ
れることによる、アモルファス層とそこから発生する微
細結晶の結晶粒界も持っている。そのため、発光開始電
界は高く、発光輝度も低い。アモルファス層はEL発光
しないのでデッドレヤーと言われている。この他に上記
方法による成膜中に発光層に取り込まれた酸素は電子の
トラップとして働き発光特性を落としている。
The EL light emitting layer 4 has a thickness of about 0.5 μm IIa-
A thin film of a VIb group or IIb-VIb group compound semiconductor,
Although there are several kinds of film forming methods, the electron beam vapor deposition method and the sputtering method are mainly used at the manufacturing level because it is easy to add impurities and to form a large area film. Since the gas pressure of the VIb group element is higher than that of the group II element, in any of the film formation methods, measures are taken to prevent the dissociation of the VIb group element, but the defects due to the VIb group element deficiency should be completely eliminated. Is impossible. Immediately after the film formation, the EL emission layer is composed of Group II element and VI.
Not only defects of stoichiometric difference with group elements (insufficient VIb group elements) but also crystal grains of the amorphous layer and fine crystals generated from the amorphous layer due to film formation on materials with different crystal types I also have a world. Therefore, the light emission starting electric field is high and the light emission luminance is low. Since the amorphous layer does not emit EL light, it is called dead layer. In addition to this, oxygen taken into the light emitting layer during the film formation by the above method acts as a trap for electrons and deteriorates the light emitting property.

【0008】成膜後の高発光開始電界、低発光輝度の難
点を解消するために、成膜法の改善とともに成膜直後の
EL発光層を熱処理して、結晶性を向上させる試みがな
されてきている。EL発光層の真空中あるいは不活性ガ
ス雰囲気中での熱処理は、化合物半導体母材からのVI族
元素の解離による空孔が生じ結晶性は改善されない。熱
処理中のVIb 族元素の解離を防止するために、熱処理雰
囲気と処理条件を特開平1−272093の提案のよう
に硫黄ガス、または硫黄ガスか硫化水素をふくむ不活性
ガス中で、700℃、5h、あるいは特開平4−121
995の提案のように硫化性ガス中で650℃、4hと
することなどが試みられている。但し、後者の場合は、
発光中心以外の添加物が添加されているEL発光層が対
象である。
In order to solve the problems of high light emission starting electric field and low light emission luminance after film formation, attempts have been made to improve the film formation method and heat treat the EL light emitting layer immediately after film formation to improve the crystallinity. ing. The heat treatment of the EL light emitting layer in a vacuum or in an inert gas atmosphere does not improve the crystallinity due to the generation of vacancies due to the dissociation of the Group VI element from the compound semiconductor base material. In order to prevent the dissociation of the VIb group element during the heat treatment, the heat treatment atmosphere and the treatment conditions are set to 700 ° C. in a sulfur gas or an inert gas containing sulfur gas or hydrogen sulfide, as proposed in JP-A 1-272093. 5h, or JP-A-4-121
As proposed in 995, it has been attempted to set the temperature at 650 ° C. for 4 hours in a sulfide gas. However, in the latter case,
The target is an EL light emitting layer to which an additive other than the luminescent center is added.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この様
な熱処理方法では、硫黄ガスを添加していない場合はも
ちろん硫黄ガスを添加した場合であっても硫黄ガス濃度
が低いため、EL薄膜中の酸素の除去や結晶性の向上は
充分ではなく、また、熱処理の基板温度は高く、熱処理
時間も長く、基板の変形や透明電極の変質の可能性もあ
る。また、硫黄ガスの安定な制御法も確立していないた
め、熱処理の効果が必ずしも充分ではなく、高輝度が得
られなかったり、輝度の寿命が短かったりすることが生
じる。
However, in such a heat treatment method, since the sulfur gas concentration is low not only when sulfur gas is not added but also when sulfur gas is added, the oxygen in the EL thin film is reduced. Are not sufficiently removed and the crystallinity is not improved, the substrate temperature for the heat treatment is high, the heat treatment time is long, and the substrate may be deformed or the transparent electrode may be deteriorated. Further, since a stable control method of sulfur gas has not been established, the effect of heat treatment is not always sufficient, and high brightness cannot be obtained or the life of brightness may be short.

【0010】この発明の目的は、上記欠点を解消し、熱
処理の効果を一定に挙げることのできる製造方法および
製造装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a manufacturing method and a manufacturing apparatus which can eliminate the above-mentioned drawbacks and can keep the effect of heat treatment constant.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】第1の発明によれば、II
a −VIb 族またはIIb−VIb 族化合物半導体を含む薄膜
を、ガス雰囲気中で熱処理するエレクトロルミネッセン
ス薄膜の製造方法において、熱処理が連続した2つのス
テップを含み,第1のステップはガス雰囲気中で上記薄
膜を一定温度に保持する工程であり,第1のステップの
雰囲気ガスは不活性ガス, 水素ガスまたはVIb 族水素化
合物ガスの内の少なくとも1つからなるキャリアガス中
に所定の温度で分解されたVIb 族元素ガスを含んだもの
であり、第2のステップはガス雰囲気中で上記薄膜を一
定温度に保持した後降温する工程であり,第2のステッ
プの雰囲気ガスは水素ガスまたは VIb族水素化合物ガス
の内の少なくとも1つからなるものとする。
According to the first invention, II
In a method of manufacturing an electroluminescent thin film, wherein a thin film containing a-VIb group or IIb-VIb group compound semiconductor is heat-treated in a gas atmosphere, the heat treatment includes two consecutive steps, the first step is the above in a gas atmosphere. This is a process to keep the thin film at a constant temperature, and the atmospheric gas in the first step was decomposed at a given temperature into a carrier gas consisting of at least one of inert gas, hydrogen gas or group VIb hydrogen compound gas. The second step is to contain the VIb group element gas, the second step is a step of keeping the thin film at a constant temperature in a gas atmosphere and then lowering the temperature, and the atmosphere gas of the second step is hydrogen gas or a VIb group hydrogen compound. It shall consist of at least one of the gases.

【0012】第2の発明によれば、第1の発明に記載の
製造方法において、VIb 族元素ガスは、キャリアガスを
VIb 族元素融液中にバブリングすることによってキャリ
アガスに含まれるものとする。第3の発明によれば、第
1の発明に記載の製造方法において、第1のステップに
おける分解された VIb族元素ガスが硫黄であり、 VIb族
水素化合物が硫化水素であるものとる。
According to a second invention, in the manufacturing method according to the first invention, the VIb group element gas is a carrier gas.
It shall be contained in the carrier gas by bubbling into the VIb group element melt. According to a third invention, in the manufacturing method according to the first invention, the decomposed VIb group element gas in the first step is sulfur and the VIb group hydrogen compound is hydrogen sulfide.

【0013】第4の発明によれば、第3の発明に記載の
製造方法において、第1のステップのキャリアガスが不
活性ガスである場合には、硫黄の分解温度が600℃以
上1200℃以下であるものとする。第5の発明によれ
ば、第3の発明に記載の製造方法において、第1のステ
ップのキャリアガスが水素ガスまたはVIb 族水素化合物
ガスガスである場合には、硫黄の分解温度が200℃以
上1200℃以下であるものとする。
According to the fourth invention, in the manufacturing method according to the third invention, when the carrier gas in the first step is an inert gas, the decomposition temperature of sulfur is 600 ° C. or more and 1200 ° C. or less. Shall be According to the fifth invention, in the manufacturing method according to the third invention, when the carrier gas in the first step is hydrogen gas or VIb group hydrogen compound gas, the decomposition temperature of sulfur is 200 ° C. or more and 1200 ° C. or more. It shall be below ℃.

【0014】第6の発明によれば、第3の発明に記載の
製造方法において、雰囲気ガスの全圧力が0.7気圧以
上2気圧以下であるものとする。第7の発明によれば、
第3の発明に記載の製造方法において、硫黄ガスのキャ
リアガスに対するモル比がS8 分子換算で0.1以上
1.0以下であることを特徴とするエレクトロルミネッ
センス薄膜の製造方法。
According to the sixth invention, in the manufacturing method according to the third invention, it is assumed that the total pressure of the atmospheric gas is 0.7 atm or more and 2 atm or less. According to the seventh invention,
The method for producing an electroluminescent thin film according to the third aspect, wherein the molar ratio of the sulfur gas to the carrier gas is 0.1 or more and 1.0 or less in terms of S 8 molecules.

【0015】第8の発明によれば、第3の発明に記載の
製造方法において、IIa −VIb 族化合物半導体が硫化ス
トロンチウムである場合には、第1のステップおよび第
2のステップの一定保持温度を550℃以上800℃以
下とするものとする。第9の発明によれば、第3の発明
に記載の製造方法において、IIb −VIb 族化合物半導体
が硫化亜鉛である場合には、第1のステップおよび第2
のステップの一定保持温度が400℃以上600℃以下
とするものとする。
According to the eighth invention, in the manufacturing method according to the third invention, when the IIa-VIb group compound semiconductor is strontium sulfide, the constant holding temperature of the first step and the second step is maintained. Is 550 ° C. or higher and 800 ° C. or lower. According to a ninth invention, in the manufacturing method according to the third invention, when the IIb-VIb group compound semiconductor is zinc sulfide, the first step and the second step
It is assumed that the constant holding temperature in the above step is 400 ° C or more and 600 ° C or less.

【0016】第10の発明によれば、エレクトロルミネ
ッセンス薄膜製造装置は、ガス導入口とガス排気口と基
板ホルダと基板入出用蓋とを備えた密閉容器において、
複数種のキャリアガスをバルブの開閉によりそれぞれ独
立にバブラに供給するガス供給装置と、これらのキャリ
アガスをVIb 族元素融液中にバブリングさせた後VIb族
元素ガスを含んだキャリアガスを上記ガス導入口に導く
バブラと、キャリアに含まれたVIb 族元素ガスを所定の
温度で分解する加熱装置とを備えるものとする。
According to the tenth aspect of the invention, the electroluminescent thin film manufacturing apparatus is a hermetic container having a gas inlet, a gas outlet, a substrate holder, and a substrate loading / unloading lid.
A gas supply device that supplies multiple types of carrier gas to the bubbler independently by opening and closing valves, and after bubbling these carrier gases into the VIb group element melt, the carrier gas containing the VIb group element gas is used as the above gas. A bubbler leading to the inlet and a heating device for decomposing the VIb group element gas contained in the carrier at a predetermined temperature are provided.

【0017】[0017]

【作用】上記のように、この発明の製造方法は2つのス
テップを含む。第1のステップの熱処理においては、II
a −VIb 族またはIIb−VIb 族化合物半導体を含む薄膜
を、水素ガス、VIb 族水素化合物ガスまたは不活性ガス
の少なくとも1つのガスよりなるキャリアガスと、分解
により分圧を制御できるVIb 族元素ガスとを含むガス中
で熱処理することにより、分解された VIb族元素ガスを
含まない雰囲気に比べ、VIb 族元素ガスの分圧を高くす
ることができるので、VIb 族元素の空孔を埋める作用が
強く働くだけでなく酸素の VIb族元素への置換も行われ
る。
As described above, the manufacturing method of the present invention includes two steps. In the heat treatment of the first step, II
A thin film containing a-VIb group or IIb-VIb group compound semiconductor is used as a carrier gas consisting of at least one gas of hydrogen gas, a VIb group hydrogen compound gas or an inert gas, and a VIb group element gas whose partial pressure can be controlled by decomposition. By performing heat treatment in a gas containing and, the partial pressure of the VIb group element gas can be made higher than that in an atmosphere containing no decomposed VIb group element gas, so that it has the effect of filling the pores of the VIb group element. Not only does it work strongly, but oxygen is also replaced by Group VIb elements.

【0018】分解の温度を高くすることにより、VIb 族
元素ガスは4原子以上の多原子分子よりサイズが小さい
2原子分子を多く含むようになるため、発光層に短時間
で深く入り込み反応を起こしやすい。第1のステップの
熱処理に引き続く第2のステップの熱処理においては、
VIb族元素ガスを過度に含まない雰囲気中での一定温度
保持と基板取り出しのための降温が行われるので、第1
のステップの雰囲気ガス中での降温では生ずる VIb族元
素の薄膜が生じない。
By increasing the decomposition temperature, the VIb group element gas contains a large amount of diatomic molecules having a size smaller than that of polyatomic molecules of 4 atoms or more, so that it enters deeply into the light emitting layer in a short time and causes a reaction. Cheap. In the heat treatment of the second step following the heat treatment of the first step,
Since the constant temperature is maintained and the temperature is lowered to take out the substrate in the atmosphere which does not contain the VIb group element gas excessively,
The thin film of the VIb group element which is generated by the temperature lowering in the atmospheric gas in the step is not formed.

【0019】キャリアガスをVIb 族元素の融液中へバブ
リングすることによって、キャリアガスは融液の温度の
飽和ガス圧に対応する量のVIb 族元素ガス分子によって
満たされる。エレクトロルミネッセンス薄膜製造装置に
おいては、VIb 族元素の水素化合物ガス、水素ガスまた
は不活性ガスをバルブにより独立に供給すること、これ
らのガスをVIb 族元素融液中にバブリングさせてVIb 族
元素ガスをキャリアガスに充満させること、そのVIb 族
元素ガスをヒータにより任意の温度に制御加熱して分解
することおよび分解されたVIb 族元素ガスを基板上の発
光層の上に流すことを同時に連続して行うことができ
る。
By bubbling the carrier gas into the melt of the VIb group element, the carrier gas is filled with an amount of VIb group element gas molecules corresponding to the saturated gas pressure at the temperature of the melt. In the electroluminescence thin film manufacturing equipment, the hydrogen compound gas of the VIb group element, the hydrogen gas or the inert gas is independently supplied by the valve, and these gases are bubbled in the VIb group element melt to generate the VIb group element gas. Filling the carrier gas, controlling and heating the VIb group element gas to a desired temperature with a heater to decompose it, and flowing the decomposed VIb group element gas onto the light emitting layer on the substrate simultaneously and continuously. It can be carried out.

【0020】[0020]

【実施例】この発明の、雰囲気中熱処理の実施例に用い
たエレクトロルミネッセンス薄膜は次の工程で成膜し
た。厚さ1μm のガラス基板に、厚さ0.2μm のイン
ジュウム−スズ酸化物(ITO)の透明電極 、厚さ
0.3μm のシリコン窒化酸化物の第1の絶縁層、次に
述べる発光層、第1の絶縁層に同じ厚さ0.3μm のシ
リコン窒化酸化物の第2の絶縁層、最後に厚さ0.5μ
m のアルミニウムの背面電極層の順に積層した。発光層
まで積んだ後に、後述の本発明による雰囲気中熱処理を
行い、発光特性の向上を図った。熱処理後の成膜は発光
特性の改善の程度を評価するために行ったものである。
EXAMPLES The electroluminescent thin film used in the examples of the heat treatment in the atmosphere of the present invention was formed in the following steps. On a glass substrate having a thickness of 1 μm, a transparent electrode of indium-tin oxide (ITO) having a thickness of 0.2 μm, a first insulating layer of silicon nitride oxide having a thickness of 0.3 μm, a light emitting layer described below, The first insulating layer is a second insulating layer of silicon nitride oxide with the same thickness of 0.3 μm, and the final thickness is 0.5 μm.
The back electrode layers of aluminum of m 2 were laminated in this order. After stacking up to the light emitting layer, heat treatment in an atmosphere according to the present invention described later was performed to improve the light emitting characteristics. The film formation after the heat treatment was performed in order to evaluate the degree of improvement in the light emission characteristics.

【0021】この実施例では、IIa 族-VIb族化合物発光
層として硫化ストロンチウム(SrS)と硫化亜鉛(Z
nS)を用いた。SrSの場合には、発光中心不純物と
して塩化セリウム(CeCl3 )を添加した。ZnSの
場合には、発光中心不純物としてマンガン(Mn)を添
加した。発光層の成膜法は、抵抗加熱蒸着法、エレクト
ロンビーム(EB)蒸着法、反応性スパッタ法、MOC
VD法など各種あるが、この実施例では添加不純物量の
制御が容易なEB蒸着法を採用した。EL薄膜が硫化ス
トロンチウムの場合は蒸発源はCeCl3 が0.1〜
0.5mol %添加されたSrSのペレットを用いた。E
L薄膜が硫化亜鉛の場合は蒸発源はMnが0.1〜0.
5mol %添加されたZnSのペレットを用いた。いずれ
の場合も、成膜速度は0.04μm/min で、膜厚0.8
μm まで成膜した。
In this embodiment, strontium sulfide (SrS) and zinc sulfide (Z
nS) was used. In the case of SrS, cerium chloride (CeCl 3 ) was added as an emission center impurity. In the case of ZnS, manganese (Mn) was added as an emission center impurity. The light emitting layer is formed by a resistance heating vapor deposition method, an electron beam (EB) vapor deposition method, a reactive sputtering method, or a MOC.
Although there are various methods such as the VD method, in this embodiment, the EB vapor deposition method is used because it is easy to control the amount of added impurities. When the EL thin film is strontium sulfide, the evaporation source is CeCl 3 of 0.1 to 0.1.
A pellet of SrS added with 0.5 mol% was used. E
When the L thin film is zinc sulfide, the evaporation source has Mn of 0.1 to 0.
A pellet of ZnS added with 5 mol% was used. In either case, the film formation rate was 0.04 μm / min and the film thickness was 0.8.
Film was formed up to μm.

【0022】次に、この発明の熱処理装置の断面模式図
を図1に示す。熱処理を行うチャンバ11は石英製で、
図示していないステージ上のEL基板10を加熱すると
同時に分解されたVIb 元素ガスがチャンバ壁面に凝縮し
ないよう、全体がチャンバ加熱ヒータ12により加熱さ
れている。チャンバ11には熱処理雰囲気ガスを導入す
るノズル13と排気速度を制御するための排気バルブが
設けられている。ノズル13の開口部付近には分解用ヒ
ータ14が捲かれていて、キャリアガスにより運ばれて
きたVIb 元素ガスを加熱して分解することができる。ノ
ズル13の開口部の形状により、ここから流出するガス
はEL基板10の表面を平行に流れる。
Next, a schematic sectional view of the heat treatment apparatus of the present invention is shown in FIG. The chamber 11 for heat treatment is made of quartz,
The entire chamber is heated by the chamber heater 12 so that the decomposed VIb element gas is not condensed on the chamber wall surface at the same time when the EL substrate 10 on the stage (not shown) is heated. The chamber 11 is provided with a nozzle 13 for introducing a heat treatment atmosphere gas and an exhaust valve for controlling the exhaust speed. A decomposition heater 14 is wound around the opening of the nozzle 13 to heat and decompose the VIb element gas carried by the carrier gas. Due to the shape of the opening of the nozzle 13, the gas flowing out from the nozzle 13 flows in parallel on the surface of the EL substrate 10.

【0023】高純度のアルゴン、水素、硫化水素のキャ
リアガスは、独立に、それぞれのキャリアガスボンベ1
5〜17からマスフローメータ18により流量を制御さ
れ、所定の温度に加熱されたバブラ19内の溶融されて
いるVIb 元素の融液21中をバブリングされて、VIb 元
素ガスを搬送し熱処理チャンバ11内のノズル13に送
られる。VIb 元素ガスはノズル13の開口部でさらに昇
温され2原子分子ガス、4 原子分子ガスなどに分解さ
れ、EL基板10上のEL発光層と反応しながら排気孔
へと流れる。またバブラ19前後の配管22も配管加熱
ヒータ23によりバブラ19と同じ温度に加熱されてい
る。
High-purity argon, hydrogen, and hydrogen sulfide carrier gases are independently supplied to the respective carrier gas cylinders 1.
The flow rate is controlled by the mass flow meter 18 from 5 to 17, and the molten VIb element melt 21 in the bubbler 19 heated to a predetermined temperature is bubbled to convey the VIb element gas and to convey the heat in the heat treatment chamber 11. Sent to the nozzle 13. The VIb element gas is further heated at the opening of the nozzle 13 and decomposed into a diatomic molecular gas, a tetraatomic molecular gas, etc., and flows into the exhaust hole while reacting with the EL light emitting layer on the EL substrate 10. The pipes 22 before and after the bubbler 19 are also heated to the same temperature as the bubbler 19 by the pipe heater 23.

【0024】この発明の熱処理は次のように行う。発光
層までを成膜したガラス基板を、成膜後直ちに熱処理装
置内の図1では図示していない基板ホルダに置く。熱処
理チャンバ11を真空にし熱処理温度より低い温度でガ
ス出しした後、以下の実施例で記すキャリアガスを導
入、昇温する。目的の熱処理温度に到達直前にキャリア
ガスがバブラ19を通過するようバルブを切り換える、
分解用ヒータ12は既に目的の温度に加熱されている。
EL基板10は目的の熱処理温度に到達後所定の時間そ
の温度に保持した後、キャリアガスをバブラ19を通過
しない水素ガスまたは硫化水素ガスに切り換える。ここ
までの工程のうちEL基板10の一定温度保持区間を第
1ステップとする。
The heat treatment of this invention is performed as follows. The glass substrate on which the light emitting layer has been formed is immediately placed on a substrate holder (not shown in FIG. 1) in the heat treatment apparatus immediately after the film formation. After the heat treatment chamber 11 is evacuated and gas is discharged at a temperature lower than the heat treatment temperature, a carrier gas described in the following examples is introduced and the temperature is raised. The valve is switched so that the carrier gas passes through the bubbler 19 immediately before the target heat treatment temperature is reached,
The decomposition heater 12 has already been heated to the target temperature.
After the EL substrate 10 reaches the target heat treatment temperature and is maintained at that temperature for a predetermined time, the carrier gas is switched to hydrogen gas or hydrogen sulfide gas that does not pass through the bubbler 19. Of the steps up to this point, the constant temperature holding section of the EL substrate 10 is referred to as a first step.

【0025】ガス交換後は、EL基板10を一定温度に
保持した後温度を室温まで下げる。これを第2ステップ
とする。輝度特性を評価するためには背面電極まで積層
しなければならない。熱処理を終了後、EL基板10基
板を取り出し、大気中での酸化あるいは汚染が生じない
よう直ちに第2の絶縁層、背面電極を成膜した。
After the gas exchange, the EL substrate 10 is kept at a constant temperature and then the temperature is lowered to room temperature. This is the second step. In order to evaluate the brightness characteristics, the back electrode must be laminated. After the heat treatment was completed, the EL substrate 10 was taken out, and the second insulating layer and the back electrode were immediately formed so as to prevent oxidation or contamination in the atmosphere.

【0026】輝度特性は、透明電極と背面電極に5kHz
の交流電圧を印加して、印加電圧に対する輝度を測定し
た。 実施例1 前記の通りに硫化ストロンチウムまで積層した基板に第
1ステップの雰囲気ガスをアルゴンと硫黄の混合ガスと
した熱処理を行ない硫黄ガスの分解の効果を調べた。ア
ルゴンの流量は5sccmとし硫黄のモル比を0.3と一定
にした。配管の温度は200℃と一定にした。分解の温
度を200から1200℃まで変えた。基板温度は60
0℃、熱処理チャンバ内の全圧力は1気圧とした。第1
ステップの一定温度保持時間は0.5hとした。第2ス
テップの雰囲気ガスは硫化水素ガスとし一定温度保持時
間は0.5hとし室温への降温時間は1hとした。
The brightness characteristic is 5 kHz for the transparent electrode and the back electrode.
The AC voltage was applied to measure the luminance with respect to the applied voltage. Example 1 A substrate in which strontium sulfide was laminated as described above was subjected to heat treatment using a mixed gas of argon and sulfur as an atmosphere gas in the first step, and the effect of decomposing sulfur gas was examined. The flow rate of argon was 5 sccm and the molar ratio of sulfur was kept constant at 0.3. The temperature of the piping was kept constant at 200 ° C. The decomposition temperature was varied from 200 to 1200 ° C. Substrate temperature is 60
The total pressure in the heat treatment chamber was 0 ° C. and 1 atmosphere. First
The constant temperature holding time of the step was 0.5 h. The atmosphere gas in the second step was hydrogen sulfide gas, the constant temperature holding time was 0.5 h, and the temperature lowering time to room temperature was 1 h.

【0027】第2ステップを必要とする理由を次に記
す。第2ステップの雰囲気ガスを第1ステップのそれに
同じとすると、EL薄膜表面に極めて薄い硫黄単体の膜
が生ずることがある。この極薄膜は絶縁体なのでこの上
に第2の絶縁層および背面電極を積層して、EL特性を
測定することはできるので、第1ステップの熱処理の効
果を評価することは可能である。しかし、この極薄膜は
密着性に問題があり、第2の絶縁層の剥離背面電極のパ
ターニング工程中でのあるいは各種熱試験後の第2の絶
縁層の剥離が発生することが判った。
The reason why the second step is required will be described below. If the atmosphere gas in the second step is the same as that in the first step, an extremely thin film of sulfur alone may be formed on the EL thin film surface. Since this ultra-thin film is an insulator, it is possible to stack the second insulating layer and the back electrode on the ultra-thin film and measure the EL characteristics. Therefore, it is possible to evaluate the effect of the heat treatment in the first step. However, it has been found that this ultra-thin film has a problem in adhesion and peeling of the second insulating layer occurs during the peeling back electrode patterning step of the second insulating layer or after various thermal tests.

【0028】硫黄の分解温度に対応する輝度−電圧特性
図を図2に示す。図にはEL薄膜名、第1ステップの雰
囲気ガス名を、また各カーブには対応する分解温度を付
記してあり、比較のため熱処理をしていない場合の特性
カーブも付記してある。分解温度が800から1200
℃に対しては低発光電圧と高輝度が達成できたが、60
0℃未満に対してはいずれも充分ではなかった。 実施例2 第1のステップは実施例1と同じとし、第2ステップの
雰囲気ガスのみを水素ガスに変更しその他の条件は実施
例1と同じとした。硫黄の極薄膜の除去の程度および輝
度特性共に実施例1の結果と同じであった。 実施例3 前記の通りに硫化ストロンチウムまで積層した基板に第
1ステップの雰囲気ガスをアルゴンと硫黄の混合ガスと
した熱処理を行ない基板温度の適正範囲を求めた。アル
ゴンの流量は5sccmとし硫黄のモル比を0.3と一定に
した。配管の温度は200℃、分解の温度を800℃と
一定にした。基板温度を200から650℃と変化させ
た。、全圧力は1気圧とした。第1ステップの一定温度
保持時間は0.5hとした。第2ステップは実施例1と
同じとした。
A luminance-voltage characteristic diagram corresponding to the decomposition temperature of sulfur is shown in FIG. In the figure, the EL thin film name, the atmosphere gas name of the first step, the corresponding decomposition temperature is added to each curve, and the characteristic curve when no heat treatment is performed is also added for comparison. Decomposition temperature is 800 to 1200
Low emission voltage and high brightness could be achieved at 60 ℃, but 60
None were sufficient below 0 ° C. Example 2 The first step was the same as that in Example 1, only the atmosphere gas in the second step was changed to hydrogen gas, and the other conditions were the same as in Example 1. The degree of removal of the ultrathin film of sulfur and the brightness characteristics were the same as the results of Example 1. Example 3 A substrate in which strontium sulfide was laminated as described above was subjected to heat treatment using a mixed gas of argon and sulfur as an atmosphere gas in the first step, and an appropriate range of substrate temperature was obtained. The flow rate of argon was 5 sccm and the molar ratio of sulfur was kept constant at 0.3. The temperature of the pipe was 200 ° C. and the decomposition temperature was 800 ° C. The substrate temperature was changed from 200 to 650 ° C. The total pressure was 1 atm. The constant temperature holding time in the first step was 0.5 h. The second step was the same as in Example 1.

【0029】基板温度に対応する輝度−電圧特性図を図
3に示す。図中の各カーブには対応する基板温度を付記
してあり、比較のため熱処理をしていない場合の特性カ
ーブも付記してある。基板温度550℃以上に対しては
低発光電圧と高輝度が達成できたが、500℃以下に対
してはいずれも充分ではなかった。 実施例4 前記の通りに硫化ストロンチウムまで積層した基板に第
1ステップの雰囲気ガスをアルゴンと硫黄の混合ガスと
した熱処理を行ないアルゴンに対する硫黄ガスのモル比
の効果を調べた。アルゴンの流量は5sccmとし硫黄のモ
ル比を0. 1〜0.4と変化させた。モル比はバブラの
温度を変えることにより制御した。配管の温度は200
℃、分解の温度は800℃と一定にした。基板温度は6
00℃、全圧力は1気圧とした。第1ステップの一定温
度保持時間は0.5hとした。第2ステップは実施例1
と同じとした。
A luminance-voltage characteristic diagram corresponding to the substrate temperature is shown in FIG. Corresponding substrate temperatures are added to the respective curves in the figure, and characteristic curves when no heat treatment is performed are also added for comparison. A low emission voltage and high brightness could be achieved at a substrate temperature of 550 ° C. or higher, but neither was sufficient at a substrate temperature of 500 ° C. or lower. Example 4 A substrate in which strontium sulfide was laminated as described above was subjected to heat treatment using a mixed gas of argon and sulfur as an atmosphere gas in the first step, and the effect of the molar ratio of sulfur gas to argon was examined. The flow rate of argon was 5 sccm and the molar ratio of sulfur was 0. It was changed from 1 to 0.4. The molar ratio was controlled by changing the bubbler temperature. Pipe temperature is 200
The decomposition temperature was kept constant at 800 ° C. Substrate temperature is 6
The pressure was 00 ° C. and the total pressure was 1 atm. The constant temperature holding time in the first step was 0.5 h. The second step is the first embodiment
Same as

【0030】硫黄ガスのモル比に対応する輝度−電圧特
性図を図4に示す。図中の各カーブには対応するモル比
を付記してあり、比較のため熱処理をしていない場合の
特性カーブも付記してある。モル比0.1〜0.4にた
いしては低発光電圧と高輝度が達成できたが、モル比
0、0.5に対してはいずれも充分ではなかった。 実施例5 前記の通りに硫化ストロンチウムまで積層した基板に、
第1ステップの雰囲気ガスをアルゴンと硫黄の混合ガス
とした熱処理を行ない雰囲気ガスの全圧の効果を調べ
た。アルゴンの流量は5sccmとし硫黄のモル比は0.3
とした。配管の温度は200℃、分解の温度は800
℃、基板温度は600℃とした。全圧力は0.5から
1.0気圧まで変化させた。第1ステップの一定温度保
持時間は0.5hとした。第2ステップは実施例1と同
じとした。
FIG. 4 shows a luminance-voltage characteristic diagram corresponding to the molar ratio of sulfur gas. Corresponding molar ratios are added to the respective curves in the figure, and characteristic curves when no heat treatment is performed are also added for comparison. A low emission voltage and high brightness could be achieved for the molar ratios of 0.1 to 0.4, but neither was sufficient for the molar ratios of 0 and 0.5. Example 5 On a substrate laminated with strontium sulfide as described above,
The heat treatment was performed using a mixed gas of argon and sulfur as the atmosphere gas in the first step, and the effect of the total pressure of the atmosphere gas was investigated. The flow rate of argon is 5 sccm and the molar ratio of sulfur is 0.3.
And Pipe temperature is 200 ℃, decomposition temperature is 800
The substrate temperature was 600 ° C. The total pressure was varied from 0.5 to 1.0 atmosphere. The constant temperature holding time in the first step was 0.5 h. The second step was the same as in Example 1.

【0031】雰囲気ガスの全圧に対応する輝度−電圧特
性図を図5に示す。図中の各カーブには対応する全圧力
を付記してあり、比較のため熱処理をしていない場合の
特性カーブを付記してある。全圧力0.7気圧以上に対
しては低発光電圧と高輝度が達成できたが、0.5気圧
以下に対してはいずれも充分ではなかった。 実施例6 前記の通りに硫化ストロンチウムまで積層した基板に、
第1ステップの雰囲気ガスを硫化水素ガスと硫黄ガスと
の混合ガスとした熱処理を行った。硫黄の分解温度が2
00℃ですでに硫化水素ガス単独の場合より熱処理の効
果は大きく、分解温度を800℃としても同じであっ
た。雰囲気ガスの圧力は760Torr、基板温度は600
℃、キャリアガスに対する硫黄ガスのモル比は0.2、
第1ステップの一定温度保持時間は0.5hとした。第
2ステップは実施例1と同じとした。
FIG. 5 shows a luminance-voltage characteristic diagram corresponding to the total pressure of the atmospheric gas. The corresponding total pressures are added to the curves in the figure, and the characteristic curves when heat treatment is not performed are also added for comparison. At a total pressure of 0.7 atm or more, a low emission voltage and high brightness could be achieved, but at 0.5 atm or less, neither was sufficient. Example 6 On a substrate in which strontium sulfide was laminated as described above,
Heat treatment was performed in the first step using the atmosphere gas as a mixed gas of hydrogen sulfide gas and sulfur gas. Decomposition temperature of sulfur is 2
The effect of the heat treatment was greater at 00 ° C than when hydrogen sulfide gas alone was used, and it was the same even when the decomposition temperature was 800 ° C. Atmospheric gas pressure is 760 Torr, substrate temperature is 600
° C, the molar ratio of sulfur gas to carrier gas is 0.2,
The constant temperature holding time in the first step was 0.5 h. The second step was the same as in Example 1.

【0032】キャリアガスに対する硫黄ガスのモル比を
変化させた場合にも、硫黄のモル比が0.1〜0.4の
範囲で熱処理の効果は変わらなかった。硫黄の分解温度
に対応する輝度−電圧特性図を図6に示す。図中の各カ
ーブには対応する分解温度を付記してあり、比較のため
熱処理をしていない場合と硫黄ガスを加えない場合の特
性カーブを付記してある。 実施例7 前記の通りに硫化ストロンチウムまで積層した基板に、
第1ステップの雰囲気ガスを水素ガスと硫黄ガスとの混
合ガスとした熱処理を行った。硫黄の分解温度が200
℃ですでに硫化水素ガス単独の場合より熱処理の効果は
大きく、分解温度を800℃としても同じであった。そ
こで、分解温度を200℃として、キャリアガスに対す
る硫黄ガスのモル比を0.2〜0.8として熱処理の効
果を調べた。雰囲気ガスの圧力は760Torr、基板温度
は600℃、第1ステップの一定温度保持時間は0.5
hとした。第2ステップは雰囲気ガスを水素とした以外
は実施例1と同じとした。
Even when the molar ratio of the sulfur gas to the carrier gas was changed, the effect of the heat treatment did not change when the molar ratio of sulfur was 0.1 to 0.4. FIG. 6 shows a luminance-voltage characteristic diagram corresponding to the decomposition temperature of sulfur. Corresponding decomposition temperatures are added to the respective curves in the figure, and characteristic curves for the case where heat treatment is not performed and the case where sulfur gas is not added are also added for comparison. Example 7 On a substrate laminated with strontium sulfide as described above,
The heat treatment was performed using the atmosphere gas in the first step as a mixed gas of hydrogen gas and sulfur gas. Decomposition temperature of sulfur is 200
The effect of the heat treatment was already greater at a temperature of ℃ than when hydrogen sulfide gas alone was used, and it was the same even when the decomposition temperature was 800 ℃. Therefore, the effect of heat treatment was examined by setting the decomposition temperature to 200 ° C. and setting the molar ratio of sulfur gas to carrier gas to 0.2 to 0.8. The atmospheric gas pressure is 760 Torr, the substrate temperature is 600 ° C., and the constant temperature holding time in the first step is 0.5.
It was set to h. The second step was the same as in Example 1 except that the atmosphere gas was hydrogen.

【0033】硫黄ガスのモル比に対応する輝度−電圧特
性図を図7に示す。図中の各カーブには対応するモル比
を付記してあり、比較のため熱処理をしていない場合の
特性カーブを付記してある。モル比0.2以上に対し、
発光開始電圧と輝度は飽和していることが判る。 実施例8 前記の通りに硫化亜鉛まで積層した基板に、雰囲気ガス
をアルゴンと硫黄ガスの混合ガスとした熱処理を行ない
硫黄ガスの分解の効果を調べた。分解温度は200〜8
00℃、基板温度は450℃とした。その他の条件は実
施例1と同じとした。
FIG. 7 shows a luminance-voltage characteristic diagram corresponding to the molar ratio of sulfur gas. Corresponding molar ratios are added to the respective curves in the figure, and characteristic curves when heat treatment is not performed are also added for comparison. For a molar ratio of 0.2 or more,
It can be seen that the light emission starting voltage and the brightness are saturated. Example 8 A substrate laminated with zinc sulfide as described above was subjected to heat treatment using a mixed gas of argon and sulfur gas as an atmosphere gas, and the effect of decomposing sulfur gas was examined. Decomposition temperature is 200-8
The substrate temperature was 00 ° C and the substrate temperature was 450 ° C. The other conditions were the same as in Example 1.

【0034】硫黄の分解温度に対応する輝度−電圧特性
図を図8に示す。図中の各カーブには対応する分解温度
を付記してあり、比較のため熱処理をしていない場合の
特性カーブを付記してある。分解温度は600℃以上で
良好な輝度特性を得ることができた。 実施例9 前記の通りに硫化亜鉛まで積層した基板に雰囲気ガスを
アルゴンと硫黄の混合ガスとした熱処理を行ない硫黄ガ
スの基板温度の効果を調べた。分解温度は800℃、基
板温度は200〜600℃とした。その他の条件は実施
例1と同じとした。
A luminance-voltage characteristic diagram corresponding to the decomposition temperature of sulfur is shown in FIG. Corresponding decomposition temperatures are added to the respective curves in the figure, and characteristic curves when the heat treatment is not performed are also added for comparison. When the decomposition temperature was 600 ° C. or higher, good luminance characteristics could be obtained. Example 9 A substrate laminated with zinc sulfide as described above was subjected to a heat treatment using a mixed gas of argon and sulfur as an atmosphere gas, and the effect of the substrate temperature of sulfur gas was examined. The decomposition temperature was 800 ° C, and the substrate temperature was 200 to 600 ° C. The other conditions were the same as in Example 1.

【0035】基板温度は400℃以上で良好な輝度特性
を得ることができた。 実施例10 前記の通りに硫化亜鉛まで積層した基板に雰囲気ガスを
硫化水素ガスと硫黄ガスの混合ガスとした熱処理を行な
い硫黄ガスの基板温度の効果を調べた。基板温度は20
0〜600℃とし、その他の条件は実施例6と同じとし
た。硫化ストロンチウムの場合と同じ条件で、低発光開
始電圧と高輝度が得られた。 実施例11 実施例9の第2ステップの雰囲気ガスを水素ガスとした
熱処理を行ない、熱処理の効果を調べたところ、実施例
9と同じ結果が得られた。
When the substrate temperature was 400 ° C. or higher, good luminance characteristics could be obtained. Example 10 A substrate in which zinc sulfide was laminated as described above was subjected to heat treatment using an atmosphere gas as a mixed gas of hydrogen sulfide gas and sulfur gas, and the effect of the substrate temperature of sulfur gas was examined. Substrate temperature is 20
The conditions were 0 to 600 ° C., and the other conditions were the same as in Example 6. Under the same conditions as in the case of strontium sulfide, a low emission starting voltage and high brightness were obtained. Example 11 When the heat treatment was performed in the second step of Example 9 using hydrogen gas as the atmosphere gas, and the effect of the heat treatment was examined, the same results as in Example 9 were obtained.

【0036】[0036]

【発明の効果】この発明によれば、IIa −VIb 族または
IIb−VIb 族化合物半導体を含む薄膜を、水素ガス、VI
b 族水素化合物または不活性ガス内の少なくとも1つか
らなるキャリアガスと分解されたVIb 族単体ガスとを含
むガス雰囲気中で熱処理することとしたために、分解さ
れたVIb 族元素ガスを含まない雰囲気に比べ、VIb 族元
素ガスの分圧を、高くすることができたので、発光層中
のVIb 族空孔欠陥の減少をより短時間で達成でき、発光
開始電界を低減するこができる。
According to the present invention, the group IIa-VIb or
A thin film containing a IIb-VIb group compound semiconductor is formed by hydrogen gas, VI
An atmosphere containing no decomposed VIb group element gas because the heat treatment is carried out in a gas atmosphere containing a carrier gas consisting of at least one of a group b hydrogen compound or an inert gas and a decomposed VIb group simple substance gas. Compared with the above, since the partial pressure of the VIb group element gas could be increased, the reduction of VIb group vacancy defects in the light emitting layer can be achieved in a shorter time and the light emission initiation electric field can be reduced.

【0037】また、VIb 族元素ガスの分圧を高めること
は、EL発光層中のIIa,IIb 族元素の酸化物に対する還
元作用を増加させ、酸素に係わる欠陥を減少させ、発光
開始電界を低減するこができる。また、VIb 族元素ガス
の供給が、キャリアガスをVIb 族元素融液中へのバブリ
ングによって行われるようにしたため、安定な融液温度
制御によって、熱処理雰囲気中のVIb 族元素ガス濃度を
安定に保つことができ熱処理の効果は安定して得られる
ようになる。
Further, by increasing the partial pressure of the VIb group element gas, the reducing action of the IIa and IIb group elements in the EL light emitting layer on the oxide is increased, the defects relating to oxygen are reduced, and the light emission starting electric field is reduced. You can Further, since the supply of the VIb group element gas is performed by bubbling the carrier gas into the VIb group element melt, the stable melt temperature control keeps the VIb group element gas concentration in the heat treatment atmosphere stable. Therefore, the effect of heat treatment can be stably obtained.

【0038】SrSのエレクトロルミネッセンス薄膜に
対しては熱処理温度の下限が550℃、ZnSのエレク
トロルミネッセンス薄膜に対しては熱処理温度の下限が
400℃と低温で熱処理効果を得ることができるように
なる。製造装置に関する発明により、VIb 族元素の水素
化合物ガスまたはH2 ガスまたは不活性ガスを独立に供
給する装置とこれらのガスをVIb 族単体の融液中にバブ
リングさせるバブラとVIb 族元素ガスを分解する装置と
を備えるエレクトロルミネッセンス薄膜製造装置を用い
たために、熱処理雰囲気ガスの圧力、キャリアガスに対
するVIb 族元素ガスのモル比、熱処理温度等を独立に精
度良く、安定に制御でき、その結果、安定して発光層輝
度の高い発光層を得ることができる。
The lower limit of the heat treatment temperature is 550 ° C. for the SrS electroluminescent thin film and the lower limit of the heat treatment temperature is 400 ° C. for the ZnS electroluminescent thin film, so that the heat treatment effect can be obtained. According to the invention relating to the production apparatus, an apparatus for independently supplying a hydrogen compound gas or H 2 gas of a VIb group element or an inert gas, a bubbler for bubbling these gases into a melt of a VIb group element, and a VIb group element gas are decomposed. Since the electroluminescence thin film manufacturing apparatus equipped with the device for controlling the heat treatment atmosphere, the pressure of the heat treatment atmosphere gas, the molar ratio of the VIb group element gas to the carrier gas, the heat treatment temperature, etc. can be independently and stably controlled, and as a result, stable As a result, a light emitting layer with high brightness can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の熱処理装置の断面模式図FIG. 1 is a schematic sectional view of a heat treatment apparatus of the present invention.

【図2】硫黄の分解温度に対応する輝度−電圧特性図FIG. 2 is a luminance-voltage characteristic diagram corresponding to the decomposition temperature of sulfur.

【図3】基板温度に対応する輝度−電圧特性図FIG. 3 is a luminance-voltage characteristic diagram corresponding to the substrate temperature.

【図4】硫黄ガスのモル比に対応する輝度−電圧特性図FIG. 4 is a luminance-voltage characteristic diagram corresponding to the molar ratio of sulfur gas.

【図5】全圧に対応する輝度−電圧特性図FIG. 5: Luminance-voltage characteristic diagram corresponding to total pressure

【図6】硫黄の分解温度にに対応する輝度−電圧特性図FIG. 6 is a luminance-voltage characteristic diagram corresponding to the decomposition temperature of sulfur.

【図7】硫黄ガスのモル比に対応する輝度−電圧特性図FIG. 7 is a luminance-voltage characteristic diagram corresponding to the molar ratio of sulfur gas.

【図8】硫黄の分解温度に対応する輝度−電圧特性図FIG. 8 is a luminance-voltage characteristic diagram corresponding to the decomposition temperature of sulfur.

【図9】二重絶縁層構造のエレクトロルミネッセンス素
子の断面図
FIG. 9 is a sectional view of an electroluminescent device having a double insulating layer structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ガラス基板 2 透明電極 3 第1の絶縁層 4 EL発光層 5 第1の絶縁層 6 背面電極 10 EL基板 11 熱処理チャンバ 12 チャンバ加熱ヒータ 13 ノズル 14 分解用ヒータ 15 水素ボンベ 16 不活性ガスボンベ 17 VIb 族水素化合物ボンベ 18 マスフローメータ 19 バブラ 20 バブラ加熱ヒータ 21 VIb 族元素融液 22 配管 23 配管加熱ヒータ 1 Glass Substrate 2 Transparent Electrode 3 First Insulating Layer 4 EL Light Emitting Layer 5 First Insulating Layer 6 Back Electrode 10 EL Substrate 11 Heat Treatment Chamber 12 Chamber Heating Heater 13 Nozzle 14 Decomposition Heater 15 Hydrogen Cylinder 16 Inert Gas Cylinder 17 VIb Group hydrogen compound cylinder 18 Mass flow meter 19 Bubbler 20 Bubbler heater 21 VIb Group element melt 22 Piping 23 Piping heater

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】IIa −VIb 族またはIIb−VIb 族化合物半
導体を含む薄膜を、ガス雰囲気中で熱処理するエレクト
ロルミネッセンス薄膜の製造方法において、熱処理が連
続した2つのステップを含み,第1のステップはガス雰
囲気中で上記薄膜を一定温度に保持する工程であり,第
1のステップの雰囲気ガスは不活性ガス, 水素ガスまた
はVIb 族水素化合物ガスの内の少なくとも1つからなる
キャリアガス中に所定の温度で分解されたVIb 族元素ガ
スを含んだものであり、第2のステップはガス雰囲気中
で上記薄膜を一定温度に保持した後降温する工程であ
り,第2のステップの雰囲気ガスは水素ガスまたは VIb
族水素化合物ガスの内の少なくとも1つからなることを
特徴とするエレクトロルミネッセンス薄膜の製造方法。
1. A method of manufacturing an electroluminescent thin film, wherein a thin film containing a IIa-VIb group or IIb-VIb group compound semiconductor is heat-treated in a gas atmosphere, the heat-treatment comprises two consecutive steps, the first step comprising: This is a process of maintaining the thin film at a constant temperature in a gas atmosphere, and the atmosphere gas in the first step is a predetermined gas in a carrier gas consisting of at least one of an inert gas, hydrogen gas or a VIb group hydrogen compound gas. The second step is a step of holding the thin film at a constant temperature in a gas atmosphere and then lowering the temperature. The atmosphere gas of the second step is hydrogen gas. Or VIb
A method for producing an electroluminescent thin film, comprising at least one of a group hydrogen compound gas.
【請求項2】請求項1に記載の製造方法において、VIb
族元素ガスは、キャリアガスをVIb 族元素融液中にバブ
リングすることによってキャリアガスに含まれることを
特徴とするエレクトロルミネッセンス薄膜の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein VIb
The method for producing an electroluminescent thin film, wherein the group element gas is contained in the carrier gas by bubbling the carrier gas into the VIb group element melt.
【請求項3】請求項1に記載の製造方法において、第1
のステップにおける分解された VIb族元素ガスが硫黄で
あり、 VIb族水素化合物が硫化水素であることを特徴と
するエレクトロルミネッセンス薄膜の製造方法。
3. The manufacturing method according to claim 1, wherein
The method for producing an electroluminescent thin film, wherein the decomposed VIb group element gas in the step is sulfur and the VIb group hydrogen compound is hydrogen sulfide.
【請求項4】請求項3に記載の製造方法において、第1
のステップのキャリアガスが不活性ガスである場合に
は、硫黄の分解温度が600℃以上1200℃以下であ
ることを特徴とするエレクトロルミネッセンス薄膜の製
造方法。
4. The manufacturing method according to claim 3, wherein
The method for producing an electroluminescent thin film, wherein the decomposition temperature of sulfur is 600 ° C. or more and 1200 ° C. or less when the carrier gas in the step of 1) is an inert gas.
【請求項5】請求項3に記載の製造方法において、第1
のステップのキャリアガスが水素ガスまたはVIb 族水素
化合物ガスガスである場合には、硫黄の分解温度が20
0℃以上1200℃以下であることを特徴とするエレク
トロルミネッセンス薄膜の製造方法。
5. The manufacturing method according to claim 3, wherein
When the carrier gas in the step is hydrogen gas or VIb group hydrogen compound gas, the decomposition temperature of sulfur is 20
A method for producing an electroluminescent thin film, which is 0 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower.
【請求項6】請求項3に記載の製造方法において、雰囲
気ガスの全圧力が0.7気圧以上2気圧以下であること
を特徴とするエレクトロルミネッセンス薄膜の製造方
法。
6. The method of manufacturing an electroluminescent thin film according to claim 3, wherein the total pressure of the atmospheric gas is 0.7 atm or more and 2 atm or less.
【請求項7】請求項3に記載の製造方法において、硫黄
ガスのキャリアガスに対するモル比がS8 分子換算で
0.1以上1.0以下であることを特徴とするエレクト
ロルミネッセンス薄膜の製造方法。
7. The method for producing an electroluminescent thin film according to claim 3, wherein the molar ratio of sulfur gas to carrier gas is 0.1 or more and 1.0 or less in terms of S 8 molecules. .
【請求項8】請求項3に記載の製造方法において、IIa
−VIb 族化合物半導体が硫化ストロンチウムである場合
には、第1のステップおよび第2のステップの一定保持
温度を550℃以上800℃以下とすることを特徴とす
るエレクトロルミネッセンス薄膜の製造方法。
8. The method according to claim 3, wherein IIa
A method for producing an electroluminescent thin film, characterized in that, when the —VIb group compound semiconductor is strontium sulfide, the constant holding temperature in the first step and the second step is 550 ° C. or higher and 800 ° C. or lower.
【請求項9】請求項3に記載の製造方法において、IIb
−VIb 族化合物半導体が硫化亜鉛である場合には、第1
のステップおよび第2のステップの一定保持温度が40
0℃以上600℃以下とすることを特徴とするエレクト
ロルミネッセンス薄膜の製造方法。
9. The manufacturing method according to claim 3, wherein IIb
-If the group VIb compound semiconductor is zinc sulfide,
And the constant holding temperature of the second step is 40
A method for producing an electroluminescent thin film, characterized in that the temperature is 0 ° C. or higher and 600 ° C. or lower.
【請求項10】ガス導入口とガス排気口と基板ホルダと
基板入出用蓋とを備えた密閉容器において、複数種のキ
ャリアガスをバルブの開閉によりそれぞれ独立にバブラ
に供給するガス供給装置と、これらのキャリアガスをVI
b 族元素融液中にバブリングさせた後VIb 族元素ガスを
含んだキャリアガスを上記ガス導入口に導くバブラと、
キャリアに含まれたVIb 族元素ガスを所定の温度で分解
する加熱装置とを備えることを特徴とするエレクトロル
ミネッセンス薄膜製造装置。
10. A closed container having a gas inlet, a gas outlet, a substrate holder, and a substrate loading / unloading lid, and a gas supply device for independently supplying a plurality of types of carrier gas to a bubbler by opening / closing a valve, VI these carrier gases
A bubbler for introducing a carrier gas containing a VIb group element gas into the gas inlet after bubbling through the b group element melt,
An electroluminescence thin film manufacturing apparatus comprising: a heating device that decomposes a VIb group element gas contained in a carrier at a predetermined temperature.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7699023B2 (en) * 2001-10-26 2010-04-20 Applied Materials, Inc. Gas delivery apparatus for atomic layer deposition

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US7699023B2 (en) * 2001-10-26 2010-04-20 Applied Materials, Inc. Gas delivery apparatus for atomic layer deposition

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