JP2008156495A - Fluorophor thin film and method of forming the same - Google Patents

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裕二 高塚
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fluorophor thin film favorable for use in an inorganic EL and a PDP, high in color purity and giving high luminance, and to provide a method of forming the same in high speed. <P>SOLUTION: The fluorophor thin film is formed from a sulfide represented by the following compositional formula: Zn<SB>x0</SB>Ba<SB>x1</SB>Al<SB>x2</SB>S<SB>x3</SB>Eu<SB>x4</SB>(wherein, x0 to x4 satisfy the expressions (1) to (5)) constituted of zinc, barium, aluminum, sulfur and europium, wherein the compound texture of the thin film is characterized by comprising a compound phase represented by compositional formula: BaAl<SB>2</SB>S<SB>4</SB>:Eu. The expressions are as follows: (1) 0.005≤x0≤0.3, (2) x1+x4=1, (3) 2.01≤x2≤3.0, (4) 4.0<x3≤4.3, and (5) 0.03≤x4≤0.10. The fluorophor thin film is produced by the following process: A BaAlEu alloy layer is additionally subjected to sputtering film formation on a film-formed zinc sulfide layer, followed by annealing the resultant film-formed layers while keeping the layers at 500-700°C in a hydrogen sulfide atmosphere. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、蛍光体薄膜とその成膜方法に関し、さらに詳しくは、組成式がBaAl:Euで表される化合物からのみ発光させることができ、すなわち蛍光の発光波長の長波長へのシフトが小さく、かつ発光強度が高い特性を有する、無機EL(エレクトロルミネッセンス)及びPDP(プラズマデスプレイパネル)用として良好な、色純度が良く高輝度の蛍光体薄膜と、それを効率よく大型基板に形成することができる成膜方法に関する。 The present invention relates to a phosphor thin film and a film forming method thereof, and more specifically, can emit light only from a compound whose composition formula is represented by BaAl 2 S 4 : Eu, that is, to increase the emission wavelength of fluorescence to a long wavelength. Phosphorous thin film with good color purity and high brightness, good for inorganic EL (electroluminescence) and PDP (plasma display panel), having a small shift and high emission intensity, and efficiently transforming it into a large substrate The present invention relates to a film forming method that can be formed.

近年、コンピュータのモニター及び携帯機器の表示素子として、無機EL素子の開発が盛んに行われている。この中で、特に、無機EL素子の蛍光体薄膜として高輝度の青色蛍光体を用いてフルカラー表示を行う方法が提案され、その実用化が注目されている。これまでに開発された有望な蛍光体薄膜としては、組成式がBaAl:Euで表される化合物を主体とする薄膜が挙げられている。これは、組成式がBaAlで表される半導体材料を母体材料として発光中心となる元素(Eu)を置換させたものである。例えば、BaAlからなる母体材料に、Ba格子位置の0.03〜0.10原子%に当たる分のEuSが添加された蛍光体薄膜は色純度が良く、無機EL用蛍光体として期待されている。 In recent years, inorganic EL elements have been actively developed as display elements for computer monitors and portable devices. Among them, a method for performing full-color display using a high-luminance blue phosphor as a phosphor thin film of an inorganic EL element has been proposed, and its practical application has attracted attention. As a promising phosphor thin film developed so far, a thin film mainly composed of a compound whose composition formula is represented by BaAl 2 S 4 : Eu is cited. This is obtained by substituting an element (Eu) serving as a light emission center by using a semiconductor material whose composition formula is represented by BaAl 2 S 4 as a base material. For example, a phosphor thin film in which EuS corresponding to 0.03-0.10 atomic% of Ba lattice position is added to a base material made of BaAl 2 S 4 has good color purity, and is expected as a phosphor for inorganic EL. ing.

このような蛍光体薄膜の製造方法としては、硫化水素ガスをスパッタリングガス中に含む反応性スパッタ法、構成する各元素を含む蒸気ガスを供給して膜を形成する反応性蒸着法、分子線エピタキシー法、化学的気相成長法等が行われていた(例えば、特許文献1参照。)。また、組成式がBaAl2:Euで表される化合物(以下、「BaAl2:Eu化合物」と呼称する場合がある。)からなる焼結体ターゲットを用いて、アルゴンと硫化水素の混合ガス中でスパッタリングする方法が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
また、組成式が少なくともバリウムのような2価金属元素、アルミニウムのような3価金属元素及びイオウにより表せる母体材料と発光中心材料とを含有し、酸素の含有割合が5質量%以下であり、さらに硫化亜鉛を含有するターゲットを用いて、亜鉛をスパッタリング中に蒸発させ膜中にイオウを補填する方法が開示されている(例えば、特許文献3参照)。
また、組成がバリウムのような2価金属元素、アルミニウムのような3価金属元素により表せる合金ターゲットを硫化水素中でスパッタリングする方法が開示されている(特許文献4)。
As a method for producing such a phosphor thin film, a reactive sputtering method in which hydrogen sulfide gas is contained in a sputtering gas, a reactive vapor deposition method in which a vapor gas containing each constituent element is supplied to form a film, molecular beam epitaxy And chemical vapor deposition have been performed (see, for example, Patent Document 1). In addition, using a sintered body target composed of a compound whose composition formula is represented by BaAl 2 S 4 : Eu (hereinafter sometimes referred to as “BaAl 2 S 4 : Eu compound”), argon and hydrogen sulfide A method of sputtering in a mixed gas is proposed (for example, see Patent Document 2).
In addition, the composition formula includes at least a divalent metal element such as barium, a trivalent metal element such as aluminum, and a base material that can be represented by sulfur and an emission center material, and the oxygen content ratio is 5% by mass or less. Furthermore, a method is disclosed in which zinc is evaporated during sputtering by using a target containing zinc sulfide and sulfur is filled in the film (for example, see Patent Document 3).
Further, a method is disclosed in which an alloy target whose composition can be expressed by a divalent metal element such as barium or a trivalent metal element such as aluminum is sputtered in hydrogen sulfide (Patent Document 4).

ところで、昨今のディスプレイ画面の大型化にともない、大型化が容易なスパッタリング法によって、色純度がよく、かつ輝度が高い蛍光体薄膜が望まれ、そのため、このような蛍光体薄膜の成膜に好適な成膜方法が求められている。   By the way, with the recent increase in the size of display screens, a phosphor thin film with good color purity and high brightness is desired by a sputtering method that is easy to increase in size. Therefore, it is suitable for film formation of such a phosphor thin film. There is a need for a suitable film formation method.

しかしながら、従来行なわれている、BaAl2:Eu化合物からなる焼結体ターゲット又はBaAl:Eu合金ターゲットを硫化水素中でスパッタリングする蛍光体薄膜作成法には、解決すべき技術的課題が残されている。
例えば、BaAl2:Eu化合物を含むターゲットをスパッタリングする際には、ターゲット中のBaAl2:Eu化合物がアルゴンプラズマにより分解されイオウが離脱する。そのため硫化水素ガス、或いはターゲットにZnSの添加が必要である。ZnSを添加したターゲット内では、BaAl2:Eu化合物のSを補うためZnSが分解する。その結果、ターゲットに含まれるZnSが膜に到達し難くなる。このため、膜中のS濃度を化学両論組成まで高くするため、ターゲット中のZnS含有量を多くすることが行なわれる。しかしながら、ターゲット中のZnS含有量を多くすると、基板に到達するBaAl量が少なくなるため、成膜速度が低下する。さらに、ターゲット中でZnSが分解すると、亜鉛が発生し膜中へ亜鉛が混入する。それにより、膜中の亜鉛濃度が高くなると膜の発光輝度が低くなる。
However, the conventional phosphor thin film forming method in which a sintered body target made of a BaAl 2 S 4 : Eu compound or a BaAl: Eu alloy target is sputtered in hydrogen sulfide has a technical problem to be solved. Has been.
For example, BaAl 2 S 4: when sputtering a target containing Eu compound, BaAl in the target 2 S 4: Eu compound leaves sulfur is decomposed by argon plasma. Therefore, it is necessary to add ZnS to the hydrogen sulfide gas or the target. In the target to which ZnS is added, ZnS decomposes to supplement S of the BaAl 2 S 4 : Eu compound. As a result, ZnS contained in the target is difficult to reach the film. For this reason, in order to increase the S concentration in the film to the stoichiometric composition, the ZnS content in the target is increased. However, when the ZnS content in the target is increased, the amount of BaAl 2 S 4 reaching the substrate is decreased, so that the film formation rate is decreased. Furthermore, when ZnS decomposes in the target, zinc is generated and zinc is mixed into the film. Thereby, when the zinc concentration in the film increases, the emission luminance of the film decreases.

この対策として、ZnSターゲットとBaAl2:Eu化合物ターゲットの2元同時スパッタリング法を用いることで上記問題点を改善できるが、2元同時スパッタリング法で組成ムラを無くすには基板を公転させるなどの方法が必要である。しかしながら、TVのような薄い大型基板では、基板が大きすぎて回転させることが難しい。そのため、組成ムラ無く高速に成膜することは難しかった。これを解決するには、角型ターゲット上を通過させて成膜する通過成膜法での製造が必要である。 As a countermeasure, the above-mentioned problems can be improved by using a binary simultaneous sputtering method of a ZnS target and a BaAl 2 S 4 : Eu compound target. This method is necessary. However, a thin large substrate such as a TV is difficult to rotate because the substrate is too large. Therefore, it has been difficult to form a film at high speed without uneven composition. In order to solve this, it is necessary to manufacture by a passing film forming method in which a film is formed by passing over a square target.

また、組成がバリウムのような2価金属元素、アルミニウムのような3価金属元素により表せる合金ターゲットを硫化水素中でスパッタリングする方法では、スパッタリング中に硫化水素を添加するため、アルゴンプラズマで硫化水素が分解、発生したイオウがチャンバー及び真空系を汚染する。特に配管、真空イオンゲージ及び真空弁にイオウが付着すると真空排気速度低下、イオンゲージの断線及び真空弁のガス漏洩が発生するためメンテナンス性が悪く量産し難い。また成膜速度も遅い。   In addition, in the method of sputtering an alloy target whose composition is expressed by a divalent metal element such as barium or a trivalent metal element such as aluminum in hydrogen sulfide, hydrogen sulfide is added by argon plasma because hydrogen sulfide is added during sputtering. The decomposed and generated sulfur contaminates the chamber and the vacuum system. In particular, if sulfur adheres to the piping, vacuum ion gauge, and vacuum valve, the vacuum exhaust speed is reduced, the ion gauge is disconnected, and the gas leakage of the vacuum valve occurs, resulting in poor maintainability and difficulty in mass production. Also, the film formation rate is slow.

以上の状況から、組成式がBaAl:Euで表される化合物を主体として含む、色純度が良く高輝度の蛍光体薄膜と、それを大型基板にムラ無く形成することができる成膜方法が求められている。 From the above situation, a phosphor thin film with high color purity and high brightness, which mainly contains a compound represented by the composition formula BaAl 2 S 4 : Eu, and a film that can be uniformly formed on a large substrate. There is a need for a method.

特開平07−122364号公報(第1頁、第2頁)Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-122364 (first page, second page) 特開平08−134440号公報(第1〜3頁)Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-134440 (pages 1 to 3) 特開2001−118677号公報(第1頁、第2頁)JP 2001-118677 A (first page, second page) WO 2005/085493 A1(第14〜17頁)WO 2005/085493 A1 (pages 14-17)

本発明の目的は、上記の従来技術の問題点に鑑み、組成式がBaAl:Euで表される化合物からのみ発光させることができ、すなわち蛍光の発光波長の長波長へのシフトが小さく、かつ発光強度が高い特性を有する、無機EL(エレクトロルミネッセンス)及びPDP(プラズマデスプレイパネル)用として良好な、色純度が良く高輝度の蛍光体薄膜と、それを効率よく大型基板に形成することができる成膜方法を提供することにある。 An object of the present invention is to make it possible to emit light only from a compound whose composition formula is represented by BaAl 2 S 4 : Eu in view of the above-mentioned problems of the prior art, that is, there is a shift of the emission wavelength of fluorescence to a long wavelength. A phosphor thin film that is small and has high emission intensity, is suitable for inorganic EL (electroluminescence) and PDP (plasma display panel), has good color purity and high brightness, and efficiently forms it on a large substrate. An object of the present invention is to provide a film forming method that can perform the above process.

本発明者は、上記目的を達成するために、組成式:BaAl:Euで表される化合物相を含む蛍光体薄膜とその成膜方法において、特に硫化方法について、鋭意研究を重ねた結果、特定の組成式で表される膜組成を有する、組成式:BaAl:Euで表される化合物相のみからなる化合物組織を有する硫化物薄膜では、組成式がBaAl:Eu化合物からのみ発光させることができ、蛍光の発光波長の長波長へのシフトが小さく、かつ発光強度が高い特性を有するので色純度が良く、高輝度の青色蛍光体薄膜が得られることを見出した。なお、ここに記載の「相」とは、例えば、「BaAl相」は、組成式がBaAlで表される化合物からなる析出相であることを意味する。 In order to achieve the above-mentioned object, the present inventor has made extensive studies on a phosphor thin film containing a compound phase represented by a composition formula: BaAl 2 S 4 : Eu and a film forming method thereof, particularly a sulfurization method. As a result, in a sulfide thin film having a compound structure consisting only of a compound phase represented by a composition formula: BaAl 2 S 4 : Eu having a film composition represented by a specific composition formula, the composition formula is BaAl 2 S 4 : It has been found that a blue phosphor thin film having good color purity and high brightness can be obtained because it can emit light only from Eu compounds, and has a characteristic that the shift of the emission wavelength of fluorescence to a long wavelength is small and the emission intensity is high. It was. The “phase” described here means, for example, that “BaAl 2 S 4 phase” is a precipitated phase composed of a compound whose composition formula is represented by BaAl 2 S 4 .

また、その成膜方法において、スパッタリング成膜する際に、まず、硫化亜鉛の焼結体からなるターゲットを用いて、特定の基板温度で硫化亜鉛膜を成膜し、続いて硫化亜鉛膜の上に、バリウム、アルミニウム及びユウロピウムから構成され、特定組成で表される合金ターゲットを用いて、特定の基板温度でバリウム、アルミニウム及びユウロピウムからなる合金膜を成膜し、その後特定の条件でアニールしたところ、膜中の亜鉛濃度が制御され上記特性を有する硫化物薄膜が形成され、色純度が良く高輝度の青色蛍光体薄膜を得ることができることを見出した。本発明はこれらの知見により完成した。 Further, in the film formation method, when sputtering film formation is performed, first, a zinc sulfide film is formed at a specific substrate temperature using a target made of a sintered body of zinc sulfide, and then on the zinc sulfide film. In addition, an alloy film composed of barium, aluminum, and europium is formed at a specific substrate temperature using an alloy target composed of barium, aluminum, and europium and represented by a specific composition, and then annealed under specific conditions. The present inventors have found that a sulfide thin film having the above-mentioned characteristics is formed by controlling the zinc concentration in the film, and a blue phosphor thin film with good color purity and high luminance can be obtained. The present invention has been completed based on these findings.

すなわち、本発明の第1の発明によれば、亜鉛、バリウム、アルミニウム、イオウ及びユウロピウムから構成される次の組成式:
Znx0Bax1Alx2x3Eux4
(式中、x0〜x4は、下記の(1)〜(5)に示す要件を満たす。)
で表される硫化物から形成される蛍光体薄膜であって、
その化合物組織は、組成式:BaAl:Euで表される化合物相からなることを特徴とする蛍光体薄膜が提供される。
(1) 0.005≦x0≦0.3
(2) x1+x4=1
(3) 2.01≦x2≦3.0
(4) 4.0<x3≦4.3
(5) 0.03≦x4≦0.10
That is, according to the first invention of the present invention, the following composition formula consisting of zinc, barium, aluminum, sulfur and europium:
Zn x0 Ba x1 Al x2 S x3 Eu x4
(In the formula, x0 to x4 satisfy the requirements shown in the following (1) to (5).)
A phosphor thin film formed from a sulfide represented by:
A phosphor thin film characterized in that the compound structure is composed of a compound phase represented by a composition formula: BaAl 2 S 4 : Eu is provided.
(1) 0.005 ≦ x0 ≦ 0.3
(2) x1 + x4 = 1
(3) 2.01 ≦ x2 ≦ 3.0
(4) 4.0 <x3 ≦ 4.3
(5) 0.03 ≦ x4 ≦ 0.10

また、本発明の第2の発明によれば、下記の焼結体ターゲット(A)を用いて、アルゴンガス雰囲気下に、基板温度を300〜600℃に保ちながら硫化亜鉛層を成膜し、続いて該硫化亜鉛層の上に、下記の合金ターゲット(B)を用いて、アルゴンガス雰囲気下に、基板温度を400〜650℃に保ちながらBaAlEu合金層をスパッタリング成膜し、その後、これら2層を基板温度500〜700℃に保ちながら硫化水素中でアニールを行なうことを特徴とする第1の発明の蛍光体薄膜の成膜方法が提供される。   According to the second invention of the present invention, a zinc sulfide layer is formed while maintaining the substrate temperature at 300 to 600 ° C. in an argon gas atmosphere using the following sintered body target (A), Subsequently, a BaAlEu alloy layer was formed by sputtering on the zinc sulfide layer using the following alloy target (B) in an argon gas atmosphere while maintaining the substrate temperature at 400 to 650 ° C. There is provided a phosphor thin film forming method according to the first invention, characterized in that annealing is performed in hydrogen sulfide while maintaining the substrate temperature at 500 to 700 ° C.

また、本発明の第3の発明によれば、第2の発明において、前記アニールは、ガス圧0.1〜1Paの硫化水素中で30〜90分保持することを特徴とする蛍光体薄膜の成膜方法が提供される。   According to a third aspect of the present invention, there is provided the phosphor thin film according to the second aspect, wherein the annealing is maintained in hydrogen sulfide having a gas pressure of 0.1 to 1 Pa for 30 to 90 minutes. A deposition method is provided.

以上から明らかなように、本発明の蛍光体薄膜は、第1の発明において、所定の組成式で表される膜組成を有し、かつその化合物組織は、組成式:BaAl:Euで表される化合物相からなる硫化物薄膜であるので、組成式がBaAl:Euで表される化合物からのみ発光させ、蛍光の発光波長の長波長へのシフトが小さく、かつ発光強度が高い特性を有するので色純度が良く、さらに亜鉛濃度が低いため、ZnS相及びZnAl相が検出されないので、高輝度の青色蛍光体薄膜である。 As is clear from the above, the phosphor thin film of the present invention has a film composition represented by a predetermined composition formula in the first invention, and the compound structure is the composition formula: BaAl 2 S 4 : Eu. Since the sulfide thin film is composed of the compound phase represented by formula (1), light is emitted only from the compound represented by the composition formula BaAl 2 S 4 : Eu, the shift of the fluorescence emission wavelength to a long wavelength is small, and the emission intensity Has high characteristics and good color purity. Further, since the zinc concentration is low, the ZnS phase and the ZnAl 2 S 4 phase are not detected, so that the blue phosphor thin film has high luminance.

また、本発明の蛍光体薄膜の成膜方法である第2、3の発明によれば、ZnS焼結体ターゲットを用いて、上記成膜条件でZnS層を成膜し、続いてZnS層の上に、BaAlEu合金ターゲットを用いてBaAlEu合金層を成膜し、その後これら2層を上記条件でアニールを行なうことにより、ZnS層とBaAlEu合金膜が反応し、硫化と亜鉛の蒸発により膜中の亜鉛濃度が制御されて上記薄膜を形成することができるので、無機EL及びPDP用として良好な、色純度が良く高輝度の蛍光体薄膜を得ることができる。   Further, according to the second and third aspects of the phosphor thin film deposition method of the present invention, a ZnS layer is deposited under the above deposition conditions using a ZnS sintered body target, and then the ZnS layer is formed. On top of this, a BaAlEu alloy layer is formed using a BaAlEu alloy target, and then these two layers are annealed under the above conditions, whereby the ZnS layer and the BaAlEu alloy film react with each other, and the sulfide is evaporated and the zinc is evaporated. Since the above-mentioned thin film can be formed by controlling the zinc concentration, a phosphor thin film having good color purity and high luminance can be obtained which is favorable for inorganic EL and PDP.

すなわち、スパッタリング成膜とアニールを分けることで、ZnS層とBaAlEu合金層の膜厚制御とアニール条件の最適化がなされ、亜鉛の残留がなく、膜中の亜鉛濃度が低下する。また、成膜速度も大きくなり安定した成膜を行うことができる。
さらに、スパッタリング時に硫化水素ガスを添加しないのでスパッタ装置の安全対策が軽減される。さらに、スパッタリング時にプラズマによる硫化水素の分解によるイオウの発生がないので、イオウによるスパッタリングチャンバー及び真空排気配管の汚染を無くすることができる。これらのことより、その工業的価値は極めて大きい。
That is, by separating sputtering film formation and annealing, the film thickness control of the ZnS layer and the BaAlEu alloy layer and the annealing conditions are optimized, there is no zinc residue, and the zinc concentration in the film decreases. In addition, the film formation rate is increased and stable film formation can be performed.
Furthermore, since hydrogen sulfide gas is not added during sputtering, safety measures for the sputtering apparatus are reduced. Further, since sulfur is not generated due to decomposition of hydrogen sulfide by plasma during sputtering, contamination of the sputtering chamber and the vacuum exhaust pipe by sulfur can be eliminated. From these things, the industrial value is very large.

以下、本発明の蛍光体薄膜とその成膜方法について詳細に説明する。
1.蛍光体薄膜
本発明の蛍光体薄膜は、亜鉛、バリウム、アルミニウム、イオウ及びユウロピウムから構成される次の組成式:Znx0Bax1Alx2x3Eux4(式中、x0〜x4は、下記の(1)〜(5)に示す要件を満たす。)で表される硫化物から形成される蛍光体薄膜であって、その化合物組織は、組成式:BaAl:Euで表される化合物相からなることを特徴とする。
(1) 0.005≦x0≦0.3
(2) x1+x4=1
(3) 2.01≦x2≦3.0
(4) 4.0<x3≦4.3
(5) 0.03≦x4≦0.10
Hereinafter, the phosphor thin film and the film forming method of the present invention will be described in detail.
1. Phosphor thin film The phosphor thin film of the present invention has the following composition formula composed of zinc, barium, aluminum, sulfur and europium: Zn x0 Ba x1 Al x2 S x3 Eu x4 (wherein x0 to x4 are the following) (1) to the phosphor thin film formed from the sulfide represented by (5), wherein the compound structure is a compound represented by the composition formula: BaAl 2 S 4 : Eu. It consists of phases.
(1) 0.005 ≦ x0 ≦ 0.3
(2) x1 + x4 = 1
(3) 2.01 ≦ x2 ≦ 3.0
(4) 4.0 <x3 ≦ 4.3
(5) 0.03 ≦ x4 ≦ 0.10

本発明の蛍光体薄膜において、薄膜の化合物組織が、組成式:BaAl:Euで表される化合物相からなることが重要である。これによって、無機EL及びPDP用として良好な、色純度が良い蛍光体薄膜が得られる。 In the phosphor thin film of the present invention, it is important that the compound structure of the thin film is composed of a compound phase represented by the composition formula: BaAl 2 S 4 : Eu. As a result, a phosphor thin film having good color purity and good for inorganic EL and PDP can be obtained.

すなわち、通常、硫化物のスパッタリングにおいては、ターゲット組成と膜組成とを比較すると、BaとAlの比が大きく変動している。例えば、ターゲットのAl/Baモル比が2.2の場合、膜のAl/Baモル比は2.05〜2.10程度に変動する。このように、膜のBaとAlの組成比がAl過剰側になると、膜中にBaAl相が形成されるため、蛍光のピーク波長が5nm程度長波長側にシフトし、さらに発光強度も2割程度低下している。 That is, normally, in the sputtering of sulfide, when the target composition and the film composition are compared, the ratio of Ba and Al varies greatly. For example, when the Al / Ba molar ratio of the target is 2.2, the Al / Ba molar ratio of the film varies from about 2.05 to 2.10. Thus, when the composition ratio of Ba and Al in the film is on the Al-excess side, a BaAl 4 S 7 phase is formed in the film, so that the fluorescence peak wavelength is shifted to the long wavelength side by about 5 nm, and the emission intensity is further increased. Is also about 20% lower.

これに対して、本発明の薄膜の化合物組織では、組成式:BaAl:Euで表される化合物相のみであるので、BaAl:Eu相からのみ発光させることができる。 On the other hand, since the compound structure of the thin film of the present invention has only the compound phase represented by the composition formula: BaAl 2 S 4 : Eu, light can be emitted only from the BaAl 2 S 4 : Eu phase.

また、上記薄膜の組成は、組成式:Znx0Bax1Alx2x3Eux4で表され、該式中のx0〜x4は、下記の(1)〜(5)で示される関係式を満足することが重要である。これによって、膜中の亜鉛濃度が低いので、無機EL及びPDP用として良好な、特に高輝度の蛍光体薄膜が得られる。
(1) 0.005≦x0≦0.3
(2) x1+x4=1
(3) 2.01≦x2≦3.0
(4) 4.0<x3≦4.3
(5) 0.03≦x4≦0.10
The composition of the thin film is represented by a composition formula: Zn x0 Ba x1 Al x2 S x3 Eu x4 , and x0 to x4 in the formula satisfy the following relational expressions (1) to (5). It is important to. As a result, since the zinc concentration in the film is low, a phosphor thin film having particularly high luminance, which is good for inorganic EL and PDP, can be obtained.
(1) 0.005 ≦ x0 ≦ 0.3
(2) x1 + x4 = 1
(3) 2.01 ≦ x2 ≦ 3.0
(4) 4.0 <x3 ≦ 4.3
(5) 0.03 ≦ x4 ≦ 0.10

まず、亜鉛の組成比(x0)は、0.005≦x0≦0.3の関係式を満足する。この範囲内において、特に高輝度の膜が形成される。すなわち、亜鉛の組成比が0.3を超えると、亜鉛の薄膜中への残留量が多いため、ZnAl相のほかにZnS相も形成されるので、発光強度が低下し輝度が悪くなる。一方、亜鉛の組成比が0.005未満では、過剰なAl全部と反応できないため、膜中にBaAl:Euが形成され、蛍光のピーク波長が長波長側にずれる。 First, the composition ratio (x0) of zinc satisfies the relational expression of 0.005 ≦ x0 ≦ 0.3. Within this range, a particularly bright film is formed. That is, when the composition ratio of zinc exceeds 0.3, since the amount of zinc remaining in the thin film is large, a ZnS phase is formed in addition to the ZnAl 2 S 4 phase. Become. On the other hand, when the composition ratio of zinc is less than 0.005, it cannot react with all of the excess Al, so that BaAl 4 S 7 : Eu is formed in the film, and the fluorescence peak wavelength shifts to the longer wavelength side.

バリウムの組成比(x1)とユウロピウムの組成比(x4)は、x1+x4=1と、0.03≦x4≦0.10の関係式を満足する。すなわち、ユウロピウムは、蛍光体薄膜の蛍光を発する元素であり、組成式がBaAlで表される母体材料のBaの格子位置を置換している。ユウロピウム(Eu)は、バリウム(Ba)に対して組成比が0.03〜0.10になるように添加される。Euの組成比が0.03未満では、蛍光強度が低くなるため好ましくない。一方、Euの組成比が0.10を超えると、前記母体材料の結晶性が悪くなるため好ましくない。 The composition ratio (x1) of barium and the composition ratio (x4) of europium satisfy the relational expressions x1 + x4 = 1 and 0.03 ≦ x4 ≦ 0.10. That is, europium is an element that emits fluorescence of the phosphor thin film, and replaces the lattice position of Ba of the base material whose composition formula is represented by BaAl 2 S 4 . Europium (Eu) is added so that the composition ratio is 0.03 to 0.10 with respect to barium (Ba). If the composition ratio of Eu is less than 0.03, the fluorescence intensity becomes low, which is not preferable. On the other hand, if the Eu composition ratio exceeds 0.10, the crystallinity of the base material deteriorates, such being undesirable.

また、アルミニウムの組成比(x2)は、2.01≦x2≦3.0である。すなわち、Alの組成比が2.01未満では、Ba含有比が高い組成式がBaAlで表される化合物相が蛍光体薄膜中に生成し、蛍光のピーク波長が長波長側にずれるため色純度が悪くなる。一方、Alの組成比が3.0を超えると、組成式がBaAlで表される化合物相が蛍光体薄膜中に生成し、前記母体材料の発光強度が低下し輝度が悪くなる。 The composition ratio (x2) of aluminum is 2.01 ≦ x2 ≦ 3.0. That is, when the Al composition ratio is less than 2.01, a compound phase having a high Ba content ratio represented by Ba 2 Al 2 S 5 is generated in the phosphor thin film, and the fluorescence peak wavelength is longer. Therefore, the color purity is deteriorated. On the other hand, when the Al composition ratio exceeds 3.0, a compound phase represented by the composition formula BaAl 4 S 7 is generated in the phosphor thin film, the emission intensity of the base material is lowered, and the luminance is deteriorated.

また、イオウの組成比(x3)は、4.0<x3≦4.3である。すなわち、化学量論組成である4より多い組成比とする。イオウの組成比が4.0以下では、前記母体材料の形成が困難になる。一方、イオウの組成比が4.3を超えると、膜中にイオウが析出する、Baの多硫化物ができやすくなるので、上記薄膜の化合物組織の形成が安定しない。   Moreover, the composition ratio (x3) of sulfur is 4.0 <x3 ≦ 4.3. That is, the composition ratio is greater than 4 which is the stoichiometric composition. When the composition ratio of sulfur is 4.0 or less, it becomes difficult to form the base material. On the other hand, if the sulfur composition ratio exceeds 4.3, it becomes easy to form Ba polysulfide in which sulfur is precipitated in the film, so the formation of the compound structure of the thin film is not stable.

2.蛍光体薄膜の成膜方法
本発明の蛍光体薄膜を得るための成膜方法としては、下記の焼結体ターゲット(A)を用いて、アルゴンガス雰囲気下に、基板温度を300〜600℃に保ちながら硫化亜鉛層を成膜し、続いて該硫化亜鉛層の上に、下記の合金ターゲット(B)を用いて、アルゴンガス雰囲気下に、基板温度を400〜650℃に保ちながらBaAlEu合金層をスパッタリング成膜し、その後、これら2層を基板温度500〜700℃に保ちながら硫化水素中でアニールを行なうことを特徴とする。
(A)硫化亜鉛から構成される。
(B)バリウム、アルミニウム、及びユウロピウムから構成される組成式:Bay1Aly2Euy3 (但し、式中、y1〜y3は、y1+y3=1、1.5≦y2≦3.0、0.03≦y3≦0.10、の各要件を満たす。)で表される合金からなる。
2. Method for Forming Phosphor Thin Film As a film forming method for obtaining the phosphor thin film of the present invention, the substrate temperature is set to 300 to 600 ° C. in an argon gas atmosphere using the following sintered body target (A). A zinc sulfide layer is formed while maintaining, and then a BaAlEu alloy layer is formed on the zinc sulfide layer using the following alloy target (B) while maintaining the substrate temperature at 400 to 650 ° C. in an argon gas atmosphere. Then, the two layers are annealed in hydrogen sulfide while maintaining the substrate temperature at 500 to 700 ° C.
(A) It is comprised from zinc sulfide.
(B) barium, aluminum, and the composition formula consists europium: Ba y1 Al y2 Eu y3 (In the formula, Y1 to Y3 are, y1 + y3 = 1,1.5 ≦ y2 ≦ 3.0,0.03 ≦ y3 ≦ 0.10 is satisfied.).

これにより、ZnS層とBaAlEu合金層を別々に成膜し、その後硫化水素中でアニールされるので、組成の制御性が非常に良く、上記膜組成と化合物組織を有する硫化物薄膜からなる、無機EL及びPDP用として良好な、色純度が良く高輝度の蛍光体薄膜が高い成膜速度で得られる。   As a result, the ZnS layer and the BaAlEu alloy layer are formed separately, and then annealed in hydrogen sulfide, so that the controllability of the composition is very good, and the inorganic thin film is composed of the sulfide thin film having the above film composition and compound structure. A phosphor thin film having good color purity and high brightness that is favorable for EL and PDP can be obtained at a high film formation rate.

上記成膜方法では、例えば、ZnS焼結体ターゲットとBaAlEu合金ターゲットの2つのターゲットをスパッタリング装置の2つのカソードに装着し、それらをスパッタリングする手段が適している。このように1つのソースから基板にZnSとBaAlEuを供給することにより、膜中の組成、及び成膜速度が安定し、再現性良く成膜できる。さらに、この膜をアニールすることにより良質の蛍光体薄膜を高速度で成膜することができる。   In the film forming method, for example, a means for mounting two targets of a ZnS sintered body target and a BaAlEu alloy target on two cathodes of a sputtering apparatus and sputtering them is suitable. Thus, by supplying ZnS and BaAlEu from one source to the substrate, the composition in the film and the film formation rate are stabilized, and the film can be formed with good reproducibility. Further, by annealing this film, a high-quality phosphor thin film can be formed at a high speed.

上記ターゲットに用いる基板としては、特に限定されるものではなく、いずれの基板においても、LCD用の無アルカリガラス又はPDP用のソーダライムガラス基板などのガラス基板、或いはガラス基板上に電極層と誘電体層が積層された基板が用いられる。   The substrate used for the target is not particularly limited. In any substrate, a glass substrate such as an alkali-free glass for LCD or a soda-lime glass substrate for PDP, or an electrode layer and a dielectric on the glass substrate. A substrate on which body layers are stacked is used.

上記スパッタリングに用いる装置としては、マグネトロンRFスパッタリング装置(アネルバ(株)製、SPF210H)等を用いて、所定のアルゴンガス圧下で通常の成膜条件下で行われる。   As an apparatus used for the sputtering, a magnetron RF sputtering apparatus (SPF210H, manufactured by Anerva Co., Ltd.) or the like is used under a normal argon gas pressure and a normal film forming condition.

上記成膜方法において、まず、ZnS焼結体ターゲットを用いて、アルゴンガス雰囲気下に、基板温度を300〜600℃に保ちながら硫化亜鉛層を成膜する。このZnSはスパッタリング速度が速く、しかも組成ずれもおき難いのでスパッタリング法での成膜に好適な材料である。ここで、スパッタリング時の雰囲気としては、アルゴンガス雰囲気であるので、硫化水素を添加する場合のように、アルゴンプラズマで分解発生したイオウがチャンバー及び真空系を汚染する恐れがない。   In the above film forming method, first, a zinc sulfide layer is formed using a ZnS sintered body target while maintaining the substrate temperature at 300 to 600 ° C. in an argon gas atmosphere. This ZnS is a material suitable for film formation by sputtering because it has a high sputtering rate and hardly causes a compositional deviation. Here, since the atmosphere during sputtering is an argon gas atmosphere, there is no possibility that sulfur decomposed and generated by argon plasma will contaminate the chamber and the vacuum system as in the case of adding hydrogen sulfide.

このときスパッタリング時に基板を300〜600℃、好ましくは350〜500℃の温度に加熱する。すなわち、ZnSの成膜は室温でも可能であるが、室温で成膜された硫化亜鉛膜が加熱されるときには、ZnS結晶粒が生成し、それが基板から離脱しやすくなる。この離脱された粉末は、基板などに付着してピンホールの原因となる。スパッタリング時に上記温度範囲に基板を保持することにより、成膜された硫化亜鉛膜と基板との密着性が向上し、基板からのZnS結晶粒の離脱は改善される。   At this time, the substrate is heated to a temperature of 300 to 600 ° C., preferably 350 to 500 ° C. during sputtering. That is, although the ZnS film can be formed at room temperature, when the zinc sulfide film formed at room temperature is heated, ZnS crystal grains are generated and easily detached from the substrate. The detached powder adheres to the substrate and causes pinholes. By holding the substrate in the above temperature range during sputtering, the adhesion between the formed zinc sulfide film and the substrate is improved, and the separation of ZnS crystal grains from the substrate is improved.

上記ZnS焼結体ターゲットの製造方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、硫化亜鉛粉末を焼結する方法が用いられる。上記硫化亜鉛粉末としては、特に限定されるものではなく、純度99.9重量%以上、及び平均粒径3〜20μmの市販の粉末が用いられる。上記焼結方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、硫化亜鉛粉末をカーボン製等の成形型に入れ、アルゴンガス雰囲気下でホットプレス中、或いは雰囲気制御可能な管状炉中で焼結する。上記焼結温度としては、850〜1200℃、好ましくは900〜1100℃である。すなわち、焼結温度が850℃未満では、焼結が進行しないため焼結体密度が低く、また焼結体強度も低いためターゲットとしての取り扱いが難しい。一方、焼結温度が1200℃を超えると、硫化亜鉛が昇華して、均一なターゲットが得られない。   The method for producing the ZnS sintered body target is not particularly limited, and for example, a method of sintering zinc sulfide powder is used. The zinc sulfide powder is not particularly limited, and commercially available powder having a purity of 99.9% by weight or more and an average particle diameter of 3 to 20 μm is used. The sintering method is not particularly limited. For example, zinc sulfide powder is placed in a mold made of carbon or the like and sintered in a hot-pressed atmosphere under an argon gas atmosphere or in a tubular furnace whose atmosphere can be controlled. To do. As said sintering temperature, it is 850-1200 degreeC, Preferably it is 900-1100 degreeC. That is, when the sintering temperature is less than 850 ° C., the sintering does not proceed, so the density of the sintered body is low and the strength of the sintered body is also low, so that it is difficult to handle as a target. On the other hand, when the sintering temperature exceeds 1200 ° C., zinc sulfide is sublimated and a uniform target cannot be obtained.

続いて、上記硫化亜鉛層の上に、上記BaAlEu合金ターゲットを用いて、アルゴンガス雰囲気下に、基板温度を400〜650℃に保ちながらBaAlEu合金層をスパッタリング成膜する。この合金ターゲットは、金属ターゲットであるので、直流、高周波のどちらのスパッタリングでも成膜することができるので、高速に成膜することが可能である。ここで、スパッタリング時の雰囲気としては、アルゴンガス雰囲気であるので、硫化水素を添加する場合のように、アルゴンプラズマで分解発生したイオウがチャンバー及び真空系を汚染する恐れがない。   Subsequently, a BaAlEu alloy layer is formed on the zinc sulfide layer by sputtering using the BaAlEu alloy target while maintaining the substrate temperature at 400 to 650 ° C. in an argon gas atmosphere. Since this alloy target is a metal target, it can be formed by either direct current or high frequency sputtering, so that it can be formed at high speed. Here, since the atmosphere during sputtering is an argon gas atmosphere, there is no possibility that sulfur decomposed and generated by argon plasma will contaminate the chamber and the vacuum system as in the case of adding hydrogen sulfide.

このときスパッタリング時に基板を400〜650℃の温度に加熱する。すなわち、基板の温度が400℃未満では、下地のZnS層と反応しないため、後続の硫化水素中でのアニールの温度を800℃よりも高くすることが必要となる。一方、基板の温度が650℃を超えると、BaAlEu合金層中のバリウムが反応してZnS面側でBaSを形成し、一方表面側ではバリウムの蒸発が起こるため、組成が均一にならないので好ましくない。   At this time, the substrate is heated to a temperature of 400 to 650 ° C. during sputtering. That is, when the temperature of the substrate is lower than 400 ° C., it does not react with the underlying ZnS layer, so that the temperature of the subsequent annealing in hydrogen sulfide needs to be higher than 800 ° C. On the other hand, when the temperature of the substrate exceeds 650 ° C., barium in the BaAlEu alloy layer reacts to form BaS on the ZnS surface side, and vaporization of barium occurs on the other side, which is not preferable because the composition is not uniform. .

上記BaAlEu合金ターゲットとしては、バリウム、アルミニウム、及びユウロピウムから構成される組成式:Bay1Aly2Euy3で表され、式中のy1〜y3は、y1+y3=1、1.5≦y2≦3.0、0.03≦y3≦0.10、の各要件を満たすものが用いられる。
ここで、y2に関しては、1.5≦y2≦3.0の要件を満足する。すなわち、y2が1.5未満では、最終的に得られる蛍光体膜に望まれる化合物相であるBaAlが得られない。これは、過剰なアルミニウムは、アニール時に硫化アルミニウムとして蒸発するか、或いは亜鉛と反応してZnBaAlとなる。ただし、ZnBaAlは、輝度への影響は少ないので、ZnS層の上に成膜されるBaAlEu合金層中のAlは過剰な組成であることが望ましい。一方、y2が3.0を超えると、最終的に得られる蛍光体膜にBaAl4相が残留するため輝度が低下する。
The BaAlEu alloy target is represented by a composition formula: Ba y1 Al y2 Eu y3 composed of barium, aluminum, and europium, and y1 to y3 in the formula are y1 + y3 = 1, 1.5 ≦ y2 ≦ 3. Those satisfying the requirements of 0, 0.03 ≦ y3 ≦ 0.10 are used.
Here, regarding y2, the requirement of 1.5 ≦ y2 ≦ 3.0 is satisfied. That is, when y2 is less than 1.5, BaAl 2 S 4 which is a compound phase desired for the finally obtained phosphor film cannot be obtained. This is because excess aluminum evaporates as aluminum sulfide during annealing or reacts with zinc to become ZnBaAl 2 S 5 . However, since ZnBaAl 2 S 5 has little influence on the luminance, it is desirable that Al in the BaAlEu alloy layer formed on the ZnS layer has an excessive composition. On the other hand, when y2 exceeds 3.0, the luminance is lowered because the BaAl 4 S 7 phase remains in the finally obtained phosphor film.

上記BaAlEu合金ターゲットの製造方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、バリウム、アルミニウム、及びユウロピウムを所定量熔解して合金化する。次に、粉砕し、篩にかけて50〜200μmの原料粉末を作成する。この原料粉末を型詰めし、アルゴンガス雰囲気下で真空ホットプレスを用いて焼結する。   The method for producing the BaAlEu alloy target is not particularly limited, and for example, barium, aluminum, and europium are melted in a predetermined amount to be alloyed. Next, it grind | pulverizes and sifts and produces 50-200 micrometers raw material powder. This raw material powder is packed and sintered using a vacuum hot press in an argon gas atmosphere.

その後、これら2層のアニールは、基板温度を500〜700℃に保ちながら0.1〜1Pa程度の硫化水素中で30〜90分で行なう。これにより、好ましい特性を有する蛍光体膜が形成される。すなわち、基板温度が500℃未満では、2層間の反応が不十分であり、硫化物膜ができない。一方、700℃を超えると、2層間の反応が均一に進行せず、部分的に焼けたような痕が形成される。さらに、2層間の反応により、ZnSから亜鉛を遊離させ蒸発させることを考慮すると、550〜700℃がより好ましい。   Thereafter, these two layers are annealed in 30 to 90 minutes in hydrogen sulfide of about 0.1 to 1 Pa while maintaining the substrate temperature at 500 to 700 ° C. Thereby, a phosphor film having desirable characteristics is formed. That is, when the substrate temperature is less than 500 ° C., the reaction between the two layers is insufficient and a sulfide film cannot be formed. On the other hand, when the temperature exceeds 700 ° C., the reaction between the two layers does not proceed uniformly, and a trace that is partially burned is formed. Further, considering that zinc is liberated from ZnS and evaporated by reaction between two layers, 550 to 700 ° C. is more preferable.

以下に、本発明の実施例及び比較例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によってなんら限定されるものではない。なお、実施例及び比較例で用いた焼結体及び膜の組成、焼結体の組織、スパッタリングで得られた膜の蛍光の発光波長と蛍光強度の評価方法は、以下の通りである。
(1)焼結体及び膜の組成の分析:ICP発光分析法で行った。
(2)焼結体の組織の同定:X線回折法(XRD)で行った。
(3)膜の蛍光の発光波長測定:分光蛍光強度計(ジャスコ製FP−6500ST)で測定し、ピーク波長を求めた。
(4)膜の蛍光強度の測定:分光蛍光強度計(ジャスコ製FP−6500ST)を用いて励起波長350nmで蛍光強度分布を測定し、ピーク強度を求めた。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples and comparative examples of the present invention, but the present invention is not limited to these examples. The sintered body and film composition used in Examples and Comparative Examples, the structure of the sintered body, and the evaluation method of the fluorescence emission wavelength and fluorescence intensity of the film obtained by sputtering are as follows.
(1) Analysis of composition of sintered body and film: ICP emission analysis was performed.
(2) Identification of the structure of the sintered body: It was carried out by X-ray diffraction (XRD).
(3) Measurement of fluorescence emission wavelength of film: Measurement was carried out with a spectrofluorescence intensity meter (FP-6500ST manufactured by Jusco) to obtain a peak wavelength.
(4) Measurement of the fluorescence intensity of the film: The fluorescence intensity distribution was measured at an excitation wavelength of 350 nm using a spectrofluorescence intensity meter (FP-6500ST manufactured by Jusco), and the peak intensity was determined.

また、実施例及び比較例で用いたターゲットのスパッタリング方法は、下記の[スパッタリング方法]の通りである。
[スパッタリング方法]
ターゲットをマグネトロンRFスパッタリング装置(ULVAC製、MB04−1055)のカソードに取り付けて、成膜を行った。ロータリーポンプで2Paまで引いた後、さらに分子ターボポンプで2×10−5Paまで真空に引いた。その後Arガスを入れてスパッタリング圧力0.35Pa、スパッタリングパワー(RF電力)100Wの条件で放電させた。
なお、取り付け後、約60分間プリスパッタを行って表面層を除去した。また、基板には、2インチのシリコン基板を用い得られるZnS層の膜厚が約300nm、BaAlEu合金層の膜厚が約200nmとなるように成膜した。
Moreover, the sputtering method of the target used by the Example and the comparative example is as the following [Sputtering method].
[Sputtering method]
The target was attached to the cathode of a magnetron RF sputtering apparatus (manufactured by ULVAC, MB04-1055) to form a film. After pulling to 2 Pa with a rotary pump, the vacuum was further pulled to 2 × 10 −5 Pa with a molecular turbo pump. Thereafter, Ar gas was put in and discharged under the conditions of a sputtering pressure of 0.35 Pa and a sputtering power (RF power) of 100 W.
After the attachment, the surface layer was removed by pre-sputtering for about 60 minutes. Further, the substrate was formed such that the thickness of the ZnS layer obtained by using a 2-inch silicon substrate was about 300 nm and the thickness of the BaAlEu alloy layer was about 200 nm.

(実施例1)
(1)焼結体ターゲット(A)の製造
まず、ZnS粉末(堺化学製)を用いて、これを遠心ボールミル(フリッチュ社製)で粉砕した後、真空ホットプレス(大亜真空製)を用いてアルゴンガス中1050℃の温度で焼結した。その後、得られた焼結体の表面を100μm研磨した後、直径2インチ(50mm)のターゲットを製造した。
(2)焼結体ターゲット(B)の製造
バリウム(ケメタル社製2N)、アルミニウム(高純度化学社製4N)、及びユウロピウム(高純度化学社製3N)を所定量熔解して合金化した。次にスタンプミルで粉砕、篩にかけて50〜200μmの原料粉末を作成した。この原料粉末を型詰めし、真空ホットプレス(大亜真空社製)を用いてアルゴンガス中850℃の温度で焼結した。その後、得られた焼結体の表面を100μm研磨した後、直径2インチ(50mm)のターゲットを製造した。ターゲットの組成はBay1Aly2Euy3 としてy1=0.94、y2=2.2、y3=0.06であった。
(3)スパッタリング
これらのターゲットを用いて、上記[スパッタリング方法]に従ってスパッタリングを行ない、基板温度400℃でZnS層を成膜し、続いて基板温度600℃でBaAlEu合金層を成膜した。
(4)硫化水素中のアニール
スパッタ装置を用いて基板温度を600℃とし、硫化水素ガスを0.5Pa流し、さらにArガスを加えてガス圧を0.8Paで60分アニールして蛍光膜を作成した。なお、アニールではイオウの付着は見られなかった。
その後、上記評価方法に従って、得られた膜の組成、膜の組織、及び蛍光のピーク波長とピーク強度とを求めた。結果を、表1、2、図1に示す。図1は、蛍光のピーク波長とピーク強度を表す。
(Example 1)
(1) Production of sintered compact target (A) First, using ZnS powder (manufactured by Sakai Chemical), this was pulverized with a centrifugal ball mill (manufactured by Fritsch), and then vacuum hot press (manufactured by Daiya Vacuum) was used. And then sintered in argon gas at a temperature of 1050 ° C. Thereafter, the surface of the obtained sintered body was polished by 100 μm, and then a target having a diameter of 2 inches (50 mm) was produced.
(2) Manufacture of sintered compact target (B) Barium (2N made by Kemetal Co., Ltd.), aluminum (4N made by High Purity Chemical Co., Ltd.), and europium (3N made by High Purity Chemical Co., Ltd.) were melted to a predetermined amount and alloyed. Next, it was pulverized by a stamp mill and sieved to prepare a raw material powder of 50 to 200 μm. This raw material powder was packaged and sintered at a temperature of 850 ° C. in an argon gas using a vacuum hot press (manufactured by Daia Vacuum). Thereafter, the surface of the obtained sintered body was polished by 100 μm, and then a target having a diameter of 2 inches (50 mm) was produced. The composition of the target Ba y1 Al y2 Eu y3 as y1 = 0.94, y2 = 2.2, was y3 = 0.06.
(3) Sputtering Using these targets, sputtering was performed according to the above [Sputtering method], a ZnS layer was formed at a substrate temperature of 400 ° C., and then a BaAlEu alloy layer was formed at a substrate temperature of 600 ° C.
(4) Annealing in hydrogen sulfide Using a sputtering apparatus, the substrate temperature is set to 600 ° C., hydrogen sulfide gas is allowed to flow at 0.5 Pa, Ar gas is further added, and gas pressure is 0.8 Pa for 60 minutes to anneal. Created. In addition, sulfur did not adhere in annealing.
Then, according to the said evaluation method, the composition of the obtained film | membrane, the structure | tissue of a film | membrane, and the peak wavelength and peak intensity of fluorescence were calculated | required. The results are shown in Tables 1 and 2 and FIG. FIG. 1 shows the peak wavelength and peak intensity of fluorescence.

(実施例2)
アニール温度を550℃にしたこと以外は実施例1と同様に行ない、蛍光体膜を作成した。なお、アニールではイオウの付着は見られなかった。得られた膜の組成、膜の組織、及び蛍光のピーク波長と蛍光のピーク強度とを求めた。結果を、表1、2、図1に示す。
(Example 2)
A phosphor film was prepared in the same manner as in Example 1 except that the annealing temperature was 550 ° C. In addition, sulfur did not adhere in annealing. The composition of the obtained film, the film structure, the peak wavelength of fluorescence and the peak intensity of fluorescence were determined. The results are shown in Tables 1 and 2 and FIG.

(実施例3)
BaAlEu合金層の成膜時の基板温度を550℃にしたこと以外は実施例1と同様に行ない、蛍光体膜を作成した。なお、アニールではイオウの付着は見られなかった。得られた膜の組成、膜の組織、及び蛍光のピーク波長と蛍光のピーク強度とを求めた。結果を、表1、2、図1に示す。
(Example 3)
A phosphor film was prepared in the same manner as in Example 1 except that the substrate temperature during the formation of the BaAlEu alloy layer was 550 ° C. In addition, sulfur did not adhere in annealing. The composition of the obtained film, the film structure, the peak wavelength of fluorescence and the peak intensity of fluorescence were determined. The results are shown in Tables 1 and 2 and FIG.

(実施例4)
ZnS層の成膜時の基板温度を500℃にしたこと以外は実施例1と同様に行ない、蛍光体膜を作成した。なお、アニールではイオウの付着は見られなかった。得られた膜の組成、膜の組織、及び蛍光のピーク波長と蛍光のピーク強度とを求めた。結果を、表1、2、図1に示す。
Example 4
A phosphor film was formed in the same manner as in Example 1 except that the substrate temperature during the formation of the ZnS layer was 500 ° C. In addition, sulfur did not adhere in annealing. The composition of the obtained film, the film structure, the peak wavelength of fluorescence and the peak intensity of fluorescence were determined. The results are shown in Tables 1 and 2 and FIG.

(比較例1)
アニール温度を700℃にしたこと以外は実施例1と同様に行ない、蛍光体膜を作成した。なお、膜は中央部が変色し、膜が薄くなっていた。得られた膜の組成、及び膜の組織を求めた。なお、蛍光は疎らで均一な蛍光は観察されなかった。結果を、表1、2に示す。
(Comparative Example 1)
A phosphor film was prepared in the same manner as in Example 1 except that the annealing temperature was set to 700 ° C. The film was discolored in the center and the film was thin. The composition of the obtained film and the structure of the film were determined. The fluorescence was sparse and no uniform fluorescence was observed. The results are shown in Tables 1 and 2.

(比較例2)
アニール温度を400℃にしたこと以外は実施例1と同様に行ない、蛍光体膜を作成した。得られた膜の組成、及び膜の組織を求めた。なお、蛍光は観察されなかった。結果を、表1、2に示す。
(Comparative Example 2)
A phosphor film was prepared in the same manner as in Example 1 except that the annealing temperature was 400 ° C. The composition of the obtained film and the structure of the film were determined. In addition, fluorescence was not observed. The results are shown in Tables 1 and 2.

(比較例3)
BaAlEu合金層の成膜時の基板温度を300℃にしたこと以外は実施例1と同様に行ない、蛍光体膜を作成した。得られた膜の組成、及び膜の組織を求めた。なお、蛍光は観察されなかった。結果を、表1、2に示す。
(Comparative Example 3)
A phosphor film was prepared in the same manner as in Example 1 except that the substrate temperature during the formation of the BaAlEu alloy layer was 300 ° C. The composition of the obtained film and the structure of the film were determined. In addition, fluorescence was not observed. The results are shown in Tables 1 and 2.

(比較例4)
BaAlEu合金層の成膜時の基板温度を700℃にしたこと以外は実施例1と同様に行ない、蛍光体膜を作成した。得られた膜の組成、膜の組織、及び蛍光のピーク波長と蛍光のピーク強度とを求めた。結果を、表1、2、図1に示す。
(Comparative Example 4)
A phosphor film was formed in the same manner as in Example 1 except that the substrate temperature during the formation of the BaAlEu alloy layer was set to 700 ° C. The composition of the obtained film, the film structure, the peak wavelength of fluorescence and the peak intensity of fluorescence were determined. The results are shown in Tables 1 and 2 and FIG.

(比較例5)
ZnS層の成膜時の基板温度を100℃にしたこと以外は実施例1と同様に行ない、蛍光体膜を作成した。なお、膜は部分的に剥離したため分析はできなかった
(Comparative Example 5)
A phosphor film was formed in the same manner as in Example 1 except that the substrate temperature during the formation of the ZnS layer was 100 ° C. The analysis was not possible because the film was partially peeled off.

(比較例6)
ZnS層成膜時の基板温度を650℃にしたこと以外は実施例1と同様に行ない、蛍光体膜を作成した。得られた膜の組成、及び膜の組織を求めた。なお、蛍光は観察されなかった。結果を、表1、2に示す。
(Comparative Example 6)
A phosphor film was formed in the same manner as in Example 1 except that the substrate temperature at the time of forming the ZnS layer was 650 ° C. The composition of the obtained film and the structure of the film were determined. In addition, fluorescence was not observed. The results are shown in Tables 1 and 2.

Figure 2008156495
Figure 2008156495

Figure 2008156495
Figure 2008156495

表1、2より、実施例1〜4では、ターゲット、雰囲気、基板温度等の成膜条件とアニール条件で本発明の方法に従って行われ、形成された膜の化合物組織がBaAl相であり、かつ膜の組成が本発明の条件を満足しているので、蛍光の発光波長の長波長へのシフトが小さく、かつ発光強度が高い特性を有することが分かる。これにより、色純度が良く、かつ高輝度の蛍光体薄膜が達成される。 From Tables 1 and 2, in Examples 1 to 4, the film was formed according to the method of the present invention under film forming conditions such as target, atmosphere, and substrate temperature and annealing conditions, and the compound structure of the formed film was BaAl 2 S 4 phase. In addition, since the composition of the film satisfies the conditions of the present invention, it can be seen that the shift of the fluorescence emission wavelength to a long wavelength is small and the emission intensity is high. Thereby, a phosphor thin film with good color purity and high brightness is achieved.

これに対して、比較例1〜6では、成膜時或いはアニール時の基板温度が本発明の条件に従って行われなかったので、膜の組成又は化合物組織において満足すべき結果が得られないことが分かる。そのため、蛍光は観察されても、微弱であった。   On the other hand, in Comparative Examples 1 to 6, since the substrate temperature during film formation or annealing was not performed according to the conditions of the present invention, satisfactory results could not be obtained in the film composition or compound structure. I understand. Therefore, even if the fluorescence was observed, it was weak.

(比較例7)
実施例1と同じ組成のBaAlEuターゲットを用いて基板温度を600℃とし、硫化水素ガスを0.5Pa流し、さらにArガスを加えてガス圧を0.8Pa、RFパワー100Wで成膜を行った。その結果、成膜速度は実施例1と比較すると22%と低かった。
さらに、硫化水素がプラズマで分解されるため、成膜直後に真空度を測定するイオンゲージが点灯できない、スパッタリングを2時間行うと排気用の配管にイオウが付着する等メンテナンス性に問題があった。すなわち、従来法による硫化水素ガス中のスパッタリング法では、イオウによるトラブルが発生し、成膜速度が低くかった。
(Comparative Example 7)
Using a BaAlEu target having the same composition as in Example 1, the substrate temperature was set to 600 ° C., hydrogen sulfide gas was allowed to flow at 0.5 Pa, and Ar gas was added to form a film at a gas pressure of 0.8 Pa and an RF power of 100 W. . As a result, the film formation rate was as low as 22% compared to Example 1.
In addition, since hydrogen sulfide is decomposed by plasma, the ion gauge for measuring the vacuum cannot be turned on immediately after film formation, and there is a problem in maintenance such as sulfur adhering to the exhaust pipe when sputtering is performed for 2 hours. . That is, in the conventional sputtering method in hydrogen sulfide gas, troubles due to sulfur occurred and the film formation rate was low.

以上より明らかなように、本発明の蛍光体膜とその成膜方法は、無機EL及びPDP用として色純度が良く、高い輝度の蛍光体薄膜とその成膜方法として好適である。   As is clear from the above, the phosphor film of the present invention and the film formation method thereof are suitable for inorganic EL and PDP, and have a good color purity and a high brightness phosphor thin film and its film formation method.

蛍光のピーク波長とピーク強度を表す図である。It is a figure showing the peak wavelength and peak intensity of fluorescence.

Claims (3)

亜鉛、バリウム、アルミニウム、イオウ及びユウロピウムから構成される次の組成式:
Znx0Bax1Alx2x3Eux4
(式中、x0〜x4は、下記の(1)〜(5)に示す要件を満たす。)
で表される硫化物から形成される蛍光体薄膜であって、
その化合物組織は、組成式:BaAl:Euで表される化合物相からなることを特徴とする蛍光体薄膜。
(1) 0.005≦x0≦0.3
(2) x1+x4=1
(3) 2.01≦x2≦3.0
(4) 4.0<x3≦4.3
(5) 0.03≦x4≦0.10
The following composition formula consisting of zinc, barium, aluminum, sulfur and europium:
Zn x0 Ba x1 Al x2 S x3 Eu x4
(In the formula, x0 to x4 satisfy the requirements shown in the following (1) to (5).)
A phosphor thin film formed from a sulfide represented by:
The phosphor structure is composed of a compound phase represented by a composition formula: BaAl 2 S 4 : Eu.
(1) 0.005 ≦ x0 ≦ 0.3
(2) x1 + x4 = 1
(3) 2.01 ≦ x2 ≦ 3.0
(4) 4.0 <x3 ≦ 4.3
(5) 0.03 ≦ x4 ≦ 0.10
下記の焼結体ターゲット(A)を用いて、アルゴンガス雰囲気下に、基板温度を300〜600℃に保ちながら硫化亜鉛層を成膜し、続いて該硫化亜鉛層の上に、下記の合金ターゲット(B)を用いて、アルゴンガス雰囲気下に、基板温度を400〜650℃に保ちながらBaAlEu合金層をスパッタリング成膜し、その後、これら2層を基板温度500〜700℃に保ちながら硫化水素中でアニールを行なうことを特徴とする請求項1に記載の蛍光体薄膜の成膜方法。
(A)硫化亜鉛から構成される。
(B)バリウム、アルミニウム、及びユウロピウムから構成される組成式:Bay1Aly2Euy3 (但し、式中、y1〜y3は、y1+y3=1、1.5≦y2≦3.0、0.03≦y3≦0.10、の各要件を満たす。)で表される合金からなる。
Using the following sintered body target (A), a zinc sulfide layer was formed while maintaining the substrate temperature at 300 to 600 ° C. in an argon gas atmosphere, and then the following alloy was formed on the zinc sulfide layer. Using the target (B), a BaAlEu alloy layer was formed by sputtering while maintaining the substrate temperature at 400 to 650 ° C. in an argon gas atmosphere. 2. The method for forming a phosphor thin film according to claim 1, wherein annealing is performed in the film.
(A) It is comprised from zinc sulfide.
(B) barium, aluminum, and the composition formula consists europium: Ba y1 Al y2 Eu y3 (In the formula, Y1 to Y3 are, y1 + y3 = 1,1.5 ≦ y2 ≦ 3.0,0.03 ≦ y3 ≦ 0.10 is satisfied.).
前記アニールは、ガス圧0.1〜1Paの硫化水素中で30〜90分保持することを特徴とする請求項2に記載の蛍光体薄膜の成膜方法。   3. The method for forming a phosphor thin film according to claim 2, wherein the annealing is held in hydrogen sulfide at a gas pressure of 0.1 to 1 Pa for 30 to 90 minutes.
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