JPH04100889A - 発光材料薄膜、その製造方法及び薄膜エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents

発光材料薄膜、その製造方法及び薄膜エレクトロルミネッセンス素子

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JPH04100889A
JPH04100889A JP2217050A JP21705090A JPH04100889A JP H04100889 A JPH04100889 A JP H04100889A JP 2217050 A JP2217050 A JP 2217050A JP 21705090 A JP21705090 A JP 21705090A JP H04100889 A JPH04100889 A JP H04100889A
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Japan
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thin film
light emitting
luminescent material
donor
emitting layer
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JP2217050A
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Masatoshi Shiiki
正敏 椎木
Yasuhide Kashiwakura
康秀 柏倉
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
本発明は、発光材料薄膜、その製造方法及び薄膜エレク
トロルミネッセンス素子に関する。
【従来の技術】
従来、薄膜エレクトロルミネッセンス(以下ELと略す
)素子では、原子内遷移型の発光中心であるMn、Tb
等が効率良く発光するとされ、現実にも高輝度の発光が
得られている。 これらの発光中心を用いた材料でフルカラーのELデイ
スプレィを構成する場合、赤色材料にZnS:Sm、F
とCaS:Eu、緑色材料にZnS:Tb、F、青色材
料としてZ n S : T m tFとSrS:Ce
等が候補として挙げられる。これらの中で、赤と緑に関
しては有望な材料であると考えられるが、青色材料に関
しては二つの材料とも大きな問題を抱えている。前者は
色純度の良い青色であるが、発光輝度が低く実用には程
遠いのが現状である。また後者は実用域に近い輝度が得
られているものの、前者とは逆に色純度が非常に悪くこ
れが大きな問題となっている。そのためこれらの材料系
をELの青色材料として応用することは困難と考えられ
る。 そこでフルカラーのELデイスプレィを実現するために
は青色新材料の実現が必要不可欠であり。 新材料の研究が活発になりつつある。その一つとして、
ブラウン管用の青色材料として実用されているドナー及
びアクセプタを対付活したZn5(D−Aペア付活Zn
5)蛍光体等の材料系が考えられる。しかしこれらの材
料系を薄膜ELに応用する上で、次のようないくつかの
問題点が考えられる。 (1)D−Aペア付活ZnS薄膜の品質(2)D−Aペ
ア中心の添加法 (3)D−Aペアの再結合確率 D−Aペア付活ZnS蛍光体をELに適用するにはこの
ような問題を解決する必要があり、現在はまだ実現され
ていない。しかし、これらの材料系を用いた試みは、こ
れまでにも幾つか提案されている。 その一つとして日本学術振興会光電相互変換第125委
員会第126回研究会資料(1988)p、17−18
において、電子線蒸着(以下、EBと記す)法で形成し
たZnS:Au、AI等の材料系が論じられている。 同様にEB法で形成したZ n S : A g膜につ
いて、ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス第
52巻5号(1981年)p、3590−3599 (
J、Appl、Phys、52(1981)3590−
3599.)において論じられている。 また特開昭61−240592号公報では、有機金属化
学気相成長(MOCVD)法でハロゲンドナーを添加し
たZnS薄膜を形成したのちに熱拡散でアクセプタをド
ープしたZnS:Ag。 01等の薄膜が提案されている。
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、発光層であるZnS薄膜を高品質で形
成し、かつ発光中心を分散良く添加する点について配慮
が十分になされていなかった。そのため、これらの従来
技術において、添加したD−Aペアに基づく固有の発光
は得られていないという問題があった。得られているE
Lスペクトルは、主波長に対する強度比が0.2より大
きいサブピークが多く見られ、非常にブロードのスペク
トルとなっている。特に、色純度のよい青色FIL発光
は得られていない。これは、これらのELを光励起して
みるとその原因を知ることができる。 すなわち、光励起により、D−Aペア中心の固有発光が
得られないことから、ドナー及びアクセプタがZnSの
格子位置を置換して添加されていないものと考えられる
。 また、発光層を形成する製法として電子線蒸着(EB、
)法を使用した場合は、ZnSのグレインサイズが小さ
く発光効率が非常に悪い結果となっていた。 また、異なる化合物を含む一つの蒸発源を用いて薄膜形
成を行うため1発光層の母体材料と発光中心材料の蒸気
圧特性の差異から各々の蒸発速度にムラが生じ発光層中
に発光中心の濃度ムラあるいはクラスターが存在し、D
−Aペアを格子位置に添加できていなかった。さらに熱
拡散等でアクセプタを添加すると5発光中心の濃度ムラ
や結晶欠陥の生成が顕著となり効率低下の原因となる。 そのため、電界励起及び光励起において、D−Aペア中
心に基づく固有の発光が得られなかった。 上記従来技術のもう一つの問題点は、高電界中ではD−
Aペア中心の再結合確率が低下することとアクセプタ不
純物がマイグレイジョンし易いことに対し十分に配慮が
なされていなかったことである。そのため発光色が長波
長側にシフトしたり、電圧によりELスペクトル形状が
変化したと考えられる。 本発明の目的は、D−Aペア発光中心を均一に添加した
高品質の発光材料薄膜を提供することにある。 本発明の他の目的は、その発光材料薄膜を発光層とした
薄膜EL素子を提供することにある。 本発明のさらに他の目的は、結晶性が高く、発光中心を
均一に添加できる発光材料薄膜の製造方法を提供するこ
とにある。
【課題を解決するための手段1 上記目的は、(1)(Znl−xcdx)(S x −
t−m S e t T e lI)にドナー・アクセ
プタ対の発光中心が添加された薄膜であり、該薄膜は光
励起でドナー・アクセプタ対に基づく発光を示す薄膜で
あることを特徴とする発光材料薄膜、(2)(zn□−
xcdx)(51−t−msetTejにドナー・アク
セプタ対の発光中心が添加された薄膜であり、該薄膜は
その発光スペクトルの主波長強度を工^とじ、サブピー
ク強度をIBとするとき、その比(Is/I^)が0.
2以下である薄膜であることを特徴とする発光材料薄膜
、(3)上記1又は2記載の発光材料薄膜において、上
記ドナー・アクセプタ対がAg−Cl,Ag−Al、C
u−Cl又はA u −Clである発光材料薄膜によっ
て達成される。 上記他の目的は、(4)薄膜発光層及び該薄膜発光層に
交流電場を与えるためその両側に配置され、少なくとも
一方が透明である1組の電極を基板上に設けた薄膜エレ
クトロルミネッセンス素子において、上記薄膜発光層が
上記1.2又は3記載の発光材料薄膜であることを特徴
とする薄膜エレクトロルミネッセンス素子、(5)上記
4記載の薄膜エレクトロルミネッセンス素子において、
上記発光層の少なくとも一方の界面にキャリア注入層を
配置したことを特徴とする薄膜エレクトロルミネッセン
ス素子、(6)上記5記載の薄膜エレクトロルミネッセ
ンス素子において、上記キャリア注入層として、半絶縁
性誘電膜又は■−■族半導体を用いることを特徴とする
薄膜エレクトロルミネッセンス素子、(7)所望のパタ
ーンを有する薄膜発光層及び該薄膜発光層に交流電場を
与えるためその両側に配置され、少なくとも一方が透明
である1組の電極を基板上に設け、該薄膜発光層のパタ
ーンは少なくとも2種の異なる発光色を有する異なる発
光材料薄膜のパターンからなる薄膜エレクトロルミネッ
センス素子において、上記発光材料薄膜の一種が上記1
.2又は3記載の発光材料薄膜であることを特徴とする
薄膜エレクトロルミネッセンス素子、(8)上記7記載
の薄膜エレクトロルミネッセンス素子において、上記発
光層の少なくとも一方の界面にキャリア注入層を配置し
たことを特徴とする薄膜エレクトロルミネッセンス素子
によって達成される。 上記さらに他の目的は、(9)所望の原料を減圧下に反
応又は蒸着させて発光中心を有する(Zn1−xcdx
)(Sl−a−msetTe、)なる薄膜を形成する発
光材料薄膜の形成方法において、上記発光中心を形成す
るドナー・アクセプタ対の原料を、(Znt−xcdx
)(Sl−m−asetTe++)の原料と異なる独立
の蒸発源から反応系に供給し、上記1.2又は3記載の
発光材料薄膜を形成することを特徴とする発光材料薄膜
の製造方法。 (10)上記9記載の発光材料薄膜の製造方法において
、上記薄膜の形成は化学気相成長法により行うことを特
徴とする発光材料薄膜の製造方法、(11)上記10記
載の発光材料薄膜の製造方法において、上記(Zn□−
、Cd X)の原料として、有機金属を用いることを特
徴とする発光材料薄膜の製造方法、(12)上記9.1
0又は11記載の発光材料薄膜の製造方法において、上
記ドナー・アクセプタ対はAg−Clであり、上記蒸発
源の原料として塩化銀を用いることを特徴とする発光材
料薄膜の製造方法+  (13)上記9,10又は11
記載の発光材料薄膜の製造方法において、上記ドナー・
アクセプタ対はCu−Clであり、上記蒸発源の原料と
して塩化鋼を用いることを特徴とする発光材料薄膜の製
造方法、(14)上記9゜10又は11記載の発光材料
薄膜の製造方法において、上記蒸発源の原料の化合物は
、該化合物の蒸気圧が10−6Torr以上の蒸気圧を
得る温度より高い分解温度を有する化合物であることを
特徴とする発光材料薄膜の製造方法によって達成される
。 上記発光材料薄膜におけるx、l、mはOから1の範囲
の値である。 上記D−Aペアが例えばAg−Clであるときの好まし
い発光材料薄膜の製造方法について述べる。このときの
化学気相成長法は0.5から10−6Torr程度の減
圧下で、基板温度200から600℃で行うことが好ま
しい、D−Aペアの量は1般に10から5000ppm
の範囲が好ましく、100から11000ppの範囲が
より好ましい。 つぎに本発明の薄膜EL素子の発光層に適用した技術的
手段について、特に下記の3項目について説明する。 (1)D−A付活ZnS薄膜の品質向上効率的なり−A
ペア発光を得るためにはグレインサイズが大きなZnS
薄膜の形成が必要である。 発光層のグレインサイズを拡大するには、半導体の形成
等に用いられているエピタキシャル成長法等の非熱平衡
成長を発光材料の薄膜化に適用することが望ましい。特
に電子の平均自由行程以上のグレインサイズが得られる
化学気相成長法が有効である。 (2)D−A中心の均−添加法 非輻射中心が少なく発光効率の良いZnS膜を得るため
にはD−Aペア中心の濃度を均一に格子位置に制御性良
く添加する必要がある。発光層中の発光中心を均一に添
加するためには、発光中心を独立に制御し供給すること
が有効である。そこで独立の蒸発原料を前記の薄膜形成
用装置に適用し発光中心のドーピングを試みた。原料化
合物としては、10−6Torr以上の蒸気圧を得る温
度が分解温度より低い化合物、好ましくは分解温度がガ
ラスの軟化点く約700”C)より低い化合物がすべて
使用できる。このような条件を満たす無機化合物として
、弗化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物、もしくは硫化物
等の化合物が考えられる。 また、ドナー及びアクセプタ不純物の有機金属化合物は
、はとんどすべて使用できる。 (3)D−Aペアの再結合確率の維持 高電界中ではD−A発光中心のクーロン結合を抑制する
方向の力が働くために遷移確率が低下すると考えられる
。この再結合及び遷移確率を維持するには1発光層に印
加される電界を下げるか注入キャリア数を増やす必要が
ある。発光層の少なくとも一つの界面にキャリア注入層
を配置することが有効と考えられる。このキャリア注入
層としては、半絶縁性誘電膜、■−■族半導体等が適用
できる。 【作用】 本発明で適用したD−Aペア付活ZnS薄膜の形成法及
びD−Aペア中心の添加法の作用について説明する。化
学気相成長等の非熱平衡成長法を用いさらに発光中心を
独立に制御することで。 ZnS等の発光層はグレインサイズの大きな結晶で高品
質な膜が得られる。また発光中心の独立制御により、ド
ナーとアクセプタの濃度が均一な薄膜を形成でき、膜中
濃度も容易に変化させることができる。このような高品
質の発光層では、D−Aペア中心を格子位置に添加でき
るとともに非輻射センターの形成が抑制できる。そのた
め得られたD−Aペア付活ZnS薄膜は、光励起でトナ
ー・アクセプタベア中心固有の発光を得ることができる
。ひいては、この薄膜を発光層に用いることで、高輝度
高効率の薄膜EL素子を得ることができる。 つぎに、本発明にD−Aペアの再結合及び遷移確率を維
持するために用いたキャリア注入層の作用について説明
する。まず、従来の二重絶縁構造を持つ薄膜EL素子の
発光層にドナー・アクセプタペアを付活したZnS薄膜
を用いた場合について第5図を用いて説明する。第5図
は、バイアス印加時の二重絶縁構造(金属−絶縁膜一発
光層一絶縁膜一透明電極)のエネルギーバンドを示す図
である。電子は、印加電圧の増大により絶縁膜からのト
ンネル伝導あるいは絶縁膜/発光層間の界面準位から生
成され、対向界面の浅い界面準位に蓄積される。この電
子が約2 X 10’V/1程度の電界で加速され、母
体のイオン化あるいは発光中心の直接励起に寄与する。 その結果、エレクトロルミネッセンスが得られる。これ
まで−船釣に用いられてきた内殻遷移型の発光中心(M
n、Tb等)は、高電界中でも効率のよいセンターであ
った。しかし従来のD−A発光中心は成る距盾を隔てて
構成されているため、高電界中で電子−正孔の再結合を
抑制する方向に強い電場が働くことにより発光効率が低
下すると考えられる。 一方、本発明で提案したキャリア注入層は、発光層への
電子供給層として働くと共に、発光層でもっとも高電界
が印加される絶縁膜との接合部での電場を緩和する役割
をもつ。そのためD−Aペアの再結合確率向上に重要な
キャリア数の増加と低電界化が実現し、電界励起におい
ても高発光効率のEL素子を得ることができる。 さらに上記の発明において、様々なドナーとアクセプタ
原子を組み合わせることにより容易に発光色を変化させ
ることができる。 さらに従来から用いられている内殻遷移型の発光中心と
本発明のD−Aペア中心を添加した発光層を用いること
で、フルカラーのELデイスプレィを実現することがで
きる。
【実施例】
本発明の実施例を図面を用いて説明する。 (第1の実施例) 本実施例では、有機金属化学気相成長(MOCVD)法
によるD−Aペア付活ZnS薄膜の形成法と成長条件に
よる発光スペクトルの変化について説明する。 ZnS :Ag、CI薄膜を形成するため、ドナー及び
アクセプタ原料として塩化銀(AgCl)を用いた。A
gClは、第2図に示すように、真空中で200’C以
上で10−6Torr程度の蒸気圧を有するため、Zn
S薄膜中へAgClをドープするには、AgClを保っ
たシリンダー温度を200℃以上とする必要が有る。基
板として透明導電膜(ITO)付きガラス基板を用い、
基板温度は350℃とし、AgClのキャリアガスであ
る水素の流量は30 c c / m i nで行った
。また、Zn原料はジエチル亜鉛を用い、その流量は8
0cc/minで、SN料は5%希釈H2S/H,を用
い、その流量は!3 Q Q c c / m i n
で行い、約0.5μmの薄膜を形成した。 製造したZnS:Ag、Cl薄膜は、He−Cdレーザ
(波長325nm)励起によるフォトルミネッセンス測
定で評価した。AgClのシリンダー温度に対するフォ
トルミネッセンス(PL)スペクトルの変化を第6図に
示す。 He −Cdレーザ励起によるZnS : Ag。 Cl薄膜の発光色は、AgClシリンダー温度が200
’C以上で青色を示すが、それ以下では可視域の発光は
ほとんどないことが分かった。PLスペクトルは、第6
図に示すとおり、主波長を460nm付近に持つブロー
ドバンドである。ただし、AgClシリンダー温度が高
くなるにつれスペクトル半値幅が拡大する傾向に有る。 図示しないが、特にシリンダー温度600”C以上では
、580nm付近にサブピークが現れる。この原因とし
てAgのクラスター化あるいはシリンダー材質等からの
不純物の混入が考えられる。 キャリア水素流量30 c c / m i nでは、
AgClシリンダー温度は200℃〜600℃の範囲が
適していると考えられるが、これ以外の領域でも水素流
量の条件設定によりAgClのドーピング濃度を制御す
ることが可能である。 また青色純度を向上させるためには、460nm(I^
)と580nm(IB)付近での発光強度比(Ia/I
^)を0.2以下とすることが好ましい。 また、(Zn1−xcdx)(Sl−t−msemTe
j薄膜成長のために用いる原料としては、ジエチル亜鉛
、硫化水素に限らず、他の■族アルキル化合物、■族ア
ルキル化合物そして■放水素化物が用いられる。特に発
光色を可視域で変化させるためには、Cd、Se化合物
が有効である。 Agアクセプタのほか、Cu、Auアクセプタの添加が
可能であり塩化物、ヨウ化物、臭化物、弗化物、硫化物
も使用できる。 (第2の実施例) 本実施例では、MOCVD法でZnSを形成しながら水
素キャリヤガスで発光中心の原料である塩化銅(CuC
l)を導入し、ZnS:Cu。 Cl薄膜を形成した。その後、キャリア注入層である低
抵抗Ta2O,、薄膜を積層しMIS型薄膜EL素子を
作製した。 第3図は本実施例により製造した薄膜EL素子の構造を
示す断面図である。薄膜形成は以下の手順で行った。圧
力がlXl0−6Torr以下まで真空排気されたりア
クタ−内に、下部電極32として酸化インジュウム錫(
ITO)の透明電極を形成したガラス基板31をセット
し、排気しながら雰囲気ガスである水素を導入し、圧力
を1〜3T o r rに調整する。そしてS原料であ
る硫化水素とZn原料であるジエチル亜鉛を表1の条件
でリアクター中に導入し、さらに圧力を調整する。 次に、水素キャリアガスを発光中心の原料である塩化銅
シリンダー中を通し導入する。このときのシリンダー温
度は、200℃とした。ZnS:Cu、Cl薄膜の発光
M33の膜厚を500nmとし、その時の成長時間は約
30分である。 (以下余白) 表1 5%希釈H2S/H2流量   −800cc/++i
nジエチル亜鉛流量   〜40 cc/+ain水素
キャリアガス流量   〜40 cc/win成長温度
  300〜350℃ 成長圧力   〜 I Torr 低抵抗Ta205キャリア注入層34の形成をZnS 
: Cu、Cl薄膜の形成に引き続き行った。 Ta2O,薄膜は、酸素雰囲気中でのEB法で膜厚を4
00nmとして形成した。このTa2O,キャリア注入
層34の抵抗率は、10’Ω・Cmである。 最後に上部電極35としてA1薄膜を蒸着した。 薄膜の全膜厚は約1μmである。 このような構造を持ちZnS:Cu、Cl薄膜を発光層
33とする半導体発光装置は、60Hz正弦波電圧翻動
で40V以上で緑色発光を示した。 このときの発光輝度は、60Hzで15cd/m2の最
高輝度を示した。 第4図は、本発明による薄膜EL素子の発光スペクトル
を示す。発光スペクトルの主波長は、53Qnmに位置
し、そしてサブピークの波長は650nm付近に位置す
る。これらのピークの強度比(IB/I^)は0.14
となっており、そのため発光色は緑色に観測される。ま
た530nmのピークは、ClドナーとCuアクセプタ
準位間の遷移による発光と考えられる。 つぎに発光層母体であるZnSに代えて(Zn、−xc
dx)(Sr−*−msetTem)薄膜を発光層33
に適用した結果について説明する。本薄膜の形成は、各
原料にジエチル亜鉛、ジメチルカドミウム、硫化水素、
ジエチルセレン、ジエチルテルルを用いて上記と同様の
手順で行った。DAペア中心は、塩化銀を原料としてA
g−CQ又は塩化網を原料としてCu−CQを導入した
。 CdS : Ag、CQ薄膜EL素子は5波長560n
mのピークを持つブロード発光を示した。 ただし、発光輝度は60Hzlli動で5 c d /
 mである。 (Z nz−xc d x)S : A g 、 CQ
薄膜は、Zn原料を15℃とCdJl料を0℃にそれぞ
れのシリンダー温度を保持し、流量比Zn/Cdを4/
1で形成した。この薄膜を用いたEL素子では、青緑色
EL発光が確認できた。 Z n (So、IS eo、、): Cu 、 CQ
薄膜EL素子は、赤色発光を示した。 ZnTe :Ag、CR薄膜EL素子では、黄橙色発光
が確認できた。 Zn5e :Ag、AIl薄膜EL素子では、緑色発光
が確認できた。 Z n (S、、ST e、、、) : A g 、 
CD薄膜EL素子においては、緑色発光を得ることがで
きた。 このように発光層母体の組成を変化させることで、可視
域全体にわたり発光色を得ることができることを確認し
た。 このように本発明によるD−Aペア付活(Z n□−X
c cix) (Sl−t−as eoT 8j薄膜E
L素子により良好なEL発光が確認された。 (第3の実施例) 第1図は本実施例により製造した薄膜EL素子の構造を
示す断面図である。本実施例では、MOCVD法でZn
Sを形成しながら水素キャリヤガスで発光中心の原料で
あるAgClとトリエチルアルミ (TEAL)を導入
しZnS:Ag、CI。 A1薄膜を形成した。そしてキャリア注入層34である
高抵抗Zn5e薄膜をZnS発光層33の両側に配置し
、さらにその両側にSIO□絶縁膜36を挿入した。 Zn5eよりなるキャリア注入層34は、Zn原料にジ
メチル亜鉛を用いSe原料にジエチルセレンを用いて、
MOCVD法で形成した。成長温度は450℃とし、膜
厚は500nmとした。 ZnS :Ag、Cl,A1発光層33の薄膜形成は、
T E A、 lのドーピングをシリンダー温度−5℃
、キャリア水素流量20 Cc / m i nとした
他は第1の実施例とほぼ同様に行った。さらにZn5e
よりなるキャリア注入層34を同様に形成した。 このように形成したZnS:Ag、CI、Al薄膜EL
素子は、青色EL発光を示した。そのスベクトルは、主
波長を460nmに持つブロードな発光帯である。 またこの素子では、60Hz正弦波電圧駆動で3cd/
m”の最高輝度が得られた。この値は、これまでの薄膜
EL素子で得られている青色発光、特にS rS : 
Ceの発光と比較すると、色純度では非常に優れており
、この色純度を考慮すれば発光輝度も約2倍となる。 本実施例の結果、高輝度で色純度の良い青色発光が提供
できることが分かった。 つぎに、MBE、CVD又はMOCVD法等で用いるい
くつかのD−Aペア用原料の蒸気圧特性を調べた結果に
ついて述べる。 トナー不純物であるAl、Ga、Cl、工、そしてアク
セプタ不純物であるCu、Au等については、有機金属
化合物が有り使用可能である。 これに対しアクセプタとなるAgについては適当な有機
金属化合物がないため、ドーピング原料として無機化合
物を用いる必要が有る。 表2に、主なドナー、アクセプタ不純物の10Torr
の蒸気圧を得るための温度を示す。これらの原料をMB
E、CVD成長で使用するには、各原料をシリンダー中
に封入し独立に供給しなければならない。そのためには
原料の蒸気圧が、制御可能であることと、10−6以上
の蒸気圧が600℃以下で得られることが望ましい。温
度制限は使用するシリンダー材質(SUS、石英)によ
り差が生じるが、SUS配管を使用した場合には、不純
物の混入を避けるためにも600℃以下が好ましい。 材料 gCI gI AICI。 AlBr。 u2Br2 u2Cl2 Z n Cl□ 表2 10Torrの蒸気圧 を得るための温度(℃) そこで本実施例では1表2に示した原料の中でもっとも
蒸気圧の低いAgClについて蒸気圧特性を調へた。 蒸気圧の測定は以下の手段により行った。M○CVD装
置にAgClを封入したSUSシリンダーをSUS配管
で接続し、リアクタ内を1×10−6まで排気したのち
シリンダーの出口バルブを開いた。そののちAgClシ
リンダーを室温から600℃まで連続的に昇温し、その
ときのリアクタ内の圧力をモニターした。その結果を第
2図に示す。圧力は、250℃以下まで変化がなくそれ
以上から徐々に圧力上昇が見られ、550’Cで1O−
3Torrに達した。 このようにAgClはシリンダ
ー温度に対し制御可能な蒸気圧特性を持ち、さらに60
0℃以下でも10−6Torr以上と充分な蒸気圧を持
つことが分かった。実施例1において示したとおり、A
gClはMBE、CVDの原料として使用可能でありD
−A付活ZnS薄膜の形成に適した原料であると考えら
れる。 また、表2に示した他の材料も充分な蒸気圧を持ち使用
できた。 (第4の実施例) 本実施例では、青色発光材料にZnS:Ag。 Cl、緑色にZnS:Tb、赤色にZnS : Smを
用いてフルカラー表示が可能である薄膜EL素子を試作
した。 ガラス基板/ I To/ S i OJe!縁膜まで
を第3の実施例と同様に形成し、キャリア注入層の低抵
抗Ta2O,を第2の実施例と同様に形成したのち、発
光層を、マスクを使用したパターニングにより、MOC
VD法で形成した。発光中心の原料は、(C5H5)3
Tb、(CsHs)i S m 、 A g CQを用
いた。マスクパターンは、赤、緑、青を2閣間に各1ラ
インずつ形成した。各ライン幅は0.55閣で、ライン
間隔は0.1+m+とじた。各セル面積は、0.35X
0.355m2である。 まずZnS:Tb用のマスクを基板上にセットしてZn
S:Tb薄膜を500nm形成した。基板温度を100
℃以下としてZnS:Sm用のマスクに交換して同様に
ZnS:Sm薄膜を形成した。そののちZnS :Ag
、CD薄膜を同様の手順で形成した。その後、500℃
で1時間の熱処理を行い発光層の形成を終了した。つい
で低抵抗Ta2O,/Si○2絶縁膜/AQを形成し、
素子構造をIT○/ S i○2絶縁膜/低抵抗Ta2
05/発光層/低抵抗Ta205/5i02絶縁膜/A
Qとした。 この薄膜EL素子からの発光スペクトルを第7図に示す
。ZnS:Ag、Clの発光スペクトル71は460n
m、ZnS:Tbの発光スペクトル72は545nm、
ZnS:Smの発光スペクトル73は650nmが主波
長で、この3色により白色を得ることができる。このよ
うにZnS:Ag、Cl薄膜が、薄膜エレクトロルミネ
ッセンス素子のフルカラー材料として適用できることを
確認した。 さらに同様に青色発光を示すZnS:Ag。 A1を含め本発明によるすべてのD−Aペア付活(Zn
、Cd)(S、Se、Te)薄膜が薄膜EL素子に限ら
ず、全ての発光素子に適用できることを確認できた。 【発明の効果1 以上説明した如く、本発明によれば(Znl−xCd 
x)  (S 1−t−as e tT e 、)薄膜
にドナー・アクセプタ発光中心を添加できる。このD−
Aペア付活(Z nl−xCd x)  (Ss−*−
as e 、Te j薄膜は、フォトルミネッセンス及
びカソードルミネッセンスにおいて高効率の可視発光を
得ることができた。 この薄膜は、薄膜エレクトロルミネッセンス素子に適用
することができ、とくに青色発光材料であるZnS:A
g、Cl又はZnS:Ag、Alは従来から困難とされ
ていた高輝度で高純度の青色EL発光を実現することが
できた。 さらにこの発光層界面に適当なキャリア注入層を挿入す
ることで、この薄膜EL素子を高効率化することができ
た。 またD−A付活(Z n □−xc d X)  (S
 x−t−mSetTem)薄膜は、ブラウン管用蛍光
体薄膜あるいはその他の発光素子の活性層として使用す
ることができる。特に従来から困難とされる青色発光素
子に適用することで、様々なフルカラーデイスプレィが
実現できた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の薄膜EL素子の断面構造図
、第2図は発光中心原料である塩化銀の蒸気圧特性を示
す図、第3図は本発明の他の実施例の薄膜EL素子の断
面構造図、第4図は第3図に示した薄膜EL素子の発光
スペクトルを示す図。 第5図は従来の二重絶縁構造のEL素子のバイアス印加
時におけるエネルギーバンド図、第6図は本発明で形成
したZnS:Ag、CI薄膜のフォトルミネッセンスス
ペクトルを示す図、第7図は本発明のさらに他の実施例
のフルカラー薄膜EL素子の発光スペクトルを示す図で
ある。

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.(Zn_1_−_xCd_x)(S_1_−_l_
    −_mSe_lTe_m)にドナー・アクセプタ対の発
    光中心が添加された薄膜であり、該薄膜は光励起でドナ
    ー・アクセプタ対に基づく発光を示す薄膜であることを
    特徴とする発光材料薄膜。
  2. 2.(Zn_1_−_xCd_x)(S_1_−_l_
    −_mSe_lTe_m)にドナー・アクセプタ対の発
    光中心が添加された薄膜であり、該薄膜はその発光スペ
    クトルの主波長強度をI_Aとし、サブピーク強度をI
    _Bとするとき、その比(I_B/I_A)が0.2以
    下である薄膜であることを特徴とする発光材料薄膜。
  3. 3.請求項1又は2記載の発光材料薄膜において、上記
    ドナー・アクセプタ対がAg−Cl、Ag−Al、Cu
    −Cl又はAu−Clである発光材料薄膜。
  4. 4.薄膜発光層及び該薄膜発光層に交流電場を与えるた
    めその両側に配置され、少なくとも一方が透明である1
    組の電極を基板上に設けた薄膜エレクトロルミネッセン
    ス素子において、上記薄膜発光層が請求項1、2又は3
    記載の発光材料薄膜であることを特徴とする薄膜エレク
    トロルミネッセンス素子。
  5. 5.請求項4記載の薄膜エレクトロルミネッセンス素子
    において、上記発光層の少なくとも一方の界面にキャリ
    ア注入層を配置したことを特徴とする薄膜エレクトロル
    ミネッセンス素子。
  6. 6.請求項5記載の薄膜エレクトロルミネッセンス素子
    において、上記キャリア注入層として、半絶縁性誘電膜
    又はII−VI族半導体を用いることを特徴とする薄膜エレ
    クトロルミネッセンス素子。
  7. 7.所望のパターンを有する薄膜発光層及び該薄膜発光
    層に交流電場を与えるためその両側に配置され、少なく
    とも一方が透明である1組の電極を基板上に設け、該薄
    膜発光層のパターンは少なくとも2種の異なる発光色を
    有する異なる発光材料薄膜のパターンからなる薄膜エレ
    クトロルミネッセンス素子において、上記発光材料薄膜
    の一種が請求項1、2又は3記載の発光材料薄膜である
    ことを特徴とする薄膜エレクトロルミネッセンス素子。
  8. 8.請求項7記載の薄膜エレクトロルミネッセンス素子
    において、上記発光層の少なくとも一方の界面にキャリ
    ア注入層を配置したことを特徴とする薄膜エレクトロル
    ミネッセンス素子。
  9. 9.所望の原料を減圧下に反応又は蒸着させて発光中心
    を有する(Zn_1_−_xCd_x)(S_1_−_
    l_−_mSe_lTe_m)なる薄膜を形成する発光
    材料薄膜の形成方法において、上記発光中心を形成する
    ドナー・アクセプタ対の原料を、(Zn_1_−_xC
    d_x)(S_1_−_l_−_mSe_lTe_m)
    の原料と異なる独立の蒸発源から反応系に供給し、請求
    項1、2又は3記載の発光材料薄膜を形成することを特
    徴とする発光材料薄膜の製造方法。
  10. 10.請求項9記載の発光材料薄膜の製造方法において
    、上記薄膜の形成は化学気相成長法により行うことを特
    徴とする発光材料薄膜の製造方法。
  11. 11.請求項10記載の発光材料薄膜の製造方法におい
    て、上記(Zn_1_−_xCd_x)の原料として、
    有機金属を用いることを特徴とする発光材料薄膜の製造
    方法。
  12. 12.請求項9、10又は11記載の発光材料薄膜の製
    造方法において、上記ドナー・アクセプタ対はAg−C
    lであり、上記蒸発源の原料として塩化銀を用いること
    を特徴とする発光材料薄膜の製造方法。
  13. 13.請求項9、10又は11記載の発光材料薄膜の製
    造方法において、上記ドナー・アクセプタ対はCu−C
    lであり、上記蒸発源の原料として塩化銅を用いること
    を特徴とする発光材料薄膜の製造方法。
  14. 14.請求項9、10又は11記載の発光材料薄膜の製
    造方法において、上記蒸発源の原料の化合物は、該化合
    物の蒸気圧が10^−^6Torr以上の蒸気圧を得る
    温度より高い分解温度を有する化合物であることを特徴
    とする発光材料薄膜の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005048171A (ja) * 2003-07-19 2005-02-24 Samsung Electronics Co Ltd 合金形態の半導体ナノ結晶、その製造方法及び有機電界発光素子
WO2007029648A1 (ja) * 2005-09-05 2007-03-15 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. エレクトロルミネッセンス素子及び表示装置

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