JPH05211092A

JPH05211092A - 薄膜エレクトロルミネセンス素子の製造方法

Info

Publication number: JPH05211092A
Application number: JP4015606A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Kawashima; 朋之河島; Harutaka Taniguchi; 春隆谷口; Hisato Kato; 久人加藤; Kazuyoshi Shibata; 一喜柴田
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1992-01-31
Filing date: 1992-01-31
Publication date: 1993-08-20

Abstract

(57)【要約】【目的】ZnＳを母材とした発光層を大面積に対して有利
なスパッタリング法で形成し、かつZnとＳの比が１に近
くて高輝度の素子を製造効能にする。【構成】ZnＳ化合物のターゲツトでなく、Znターゲツト
を用い、ＳはＨ₂Ｓの形でスパッタリングガスに添加す
ることによりZnとＳの比を任意に制御できるようにす
る。ドープされるMnはスパッタリングガスの添加物とし
て、あるいはターゲツトの添加物として供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、螢光体よりなる発光層
に両面に絶縁層を介して設けられる電極を介して電界を
印加して発光させる薄膜エレクトロルミネセンス素子
(以下ＥＬ素子と略す）の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電界の印加によりエレクトロルミネセン
スを呈する薄膜ＥＬ素子は、高輝度発光、高解像度およ
び大表示容量化が可能であることから、薄膜表示装置用
のパネルとして注目されている。図１は従来の薄膜ＥＬ
素子の構造を示し、ガラス基板１上にＩＴＯからなる透
明電極２の複数本を平行条状に設け、この上にＹ
₂Ｏ₃、Al₂Ｏ₃、SiＯ₂あるいはSi₃Ｎ₄などからな
る第一の絶縁膜３、Mnをドープした硫化亜鉛 (ZnＳ) 螢
光体などからなる発光層４および第一の絶縁膜３と同様
の材料からなる第二の絶縁膜５を積層した後、Alからな
る裏面電極６の複数本を透明電極２と直交する平行条状
に設けたものである。透明電極２、第一、第二絶縁膜
３、５および裏面電極６はスパッタリング法で形成さ
れ、発光層４は電子ビーム蒸着法やＣＶＤ法などで形成
される。高精細で大容量のＥＬパネルを得るために、透
明電極２と裏面電極６は、１mm当たり３〜５本、すなわ
ち0.２〜0.３mm程度のピッチで高い精細度でパターニン
グ加工されている。駆動電源７に接続してこのような高
精細な両電極２、６の各１本の間に選択的に電圧を印加
すると、両電極の交点の画素が発光する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】薄膜ＥＬ素子は、発光
層の材料特性が基本的に重要であり、従来の薄膜ＥＬ素
子では、高輝度発光の発光層をZnＳを母材として形成す
るために電子ビーム蒸着法やＣＶＤ法などが用いられて
きた。ところが、従来の発光層の成膜方法では以下に示
す問題点があった。

【０００４】電子ビーム蒸着法では、発光層用材料が蒸
発源で加熱されると蒸気として蒸発するだけでなく微粒
子としても飛散するため、膜中に数ミクロンの大きさの
突起状の微粒子が入り込んでしまう。この突起状の微粒
子は、ＥＬ素子として電界を印加すると絶縁破壊を起こ
し欠陥を形成してしまい、ＥＬ素子の歩留まりや信頼性
を低下させてしまう。また、電子ビーム蒸着法では、対
角20インチ画面のような大面積の基板に均一な膜厚分布
の膜を形成するのは非常に困難である。一方、ＣＶＤ法
では、小面積の素子レベルでは良好な発光層が形成され
ているが、大面積で均一な膜質の発光層を形成するのは
非常に困難であり、さらに成膜速度が非常に遅いため量
産には適さない。

【０００５】これらの問題点を改良するために、欠陥が
少なく、大面積で均一な膜が形成でき、成膜速度が非常
に早いため生産性に優れたスパッタリング法による発光
層の形成が検討されてきた。ところが従来のスパッタリ
ング法は、発光層の母材であるZnＳ化合物に発光中心で
あるMnを数％添加した混合ターゲツトを用いて、アルゴ
ンなどの不活性ガスをスパッタリングガスとして発光層
を形成するため、ZnＳ化合物がスパッタリングの過程で
分解し、化合物中の蒸気圧の高い成分である硫黄 (Ｓ)
が膜中で欠乏してしまい、また同時にターゲツト表面に
おいても組成が変化してしまう。このため、形成した膜
は硫黄の欠乏した化学量論性、すなわちZn／Ｓ＝１から
かなりはずれた膜になり結晶性が非常に悪くなるので、
ＥＬ素子にした場合には輝度の低いものしか得られなか
った。また、ターゲツト表面の組成が変化してしまうた
め、ターゲツトが数回しか使用できず、量産には適さな
いという問題があった。その結果、従来の発光層の成膜
方法では大面積で高輝度の薄膜ＥＬ素子を量産化するこ
とができなかった。

【０００６】従って、これらの問題を解決しようとする
本発明の目的は、大面積でも均一な膜厚分布をもち、高
い輝度が得られる薄膜ＥＬ素子の歩留まりのよい製造方
法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この問題を解決するため
に、本発明の薄膜ＥＬ素子の製造方法は、硫化亜鉛 (Zn
Ｓ) を母材としてこの母材に遷移金属元素あるいは希土
類元素のうち少なくとも一つの元素をドープした材料か
らなる発光層をスパッタリング法で形成する際に、ター
ゲツト材料として亜鉛 (Zn) を用い、スパッタリングガ
スとして硫黄 (Ｓ) を含むガスとともにドープすべき元
素をガス状態で添加したものを用いるものとする。ある
いは、ターゲツト材料として亜鉛 (Zn) とドープすべき
元素の合金を用い、スパッタリングガスとして硫黄
(Ｓ) を含むガスを添加したものを用いるものとする。
そして、硫黄を含むガスが硫化水素 (Ｈ₂Ｓ) であるこ
とが有効である。また、ドープすべき元素がマンガン
(Mn) であることが有効である。そのMnが、トリカルボ
ニル・メチルシクロペンタジエニル・マンガンの形でス
パッタリングガスに添加されることが有効である。さら
に、ドープすべき元素が希土類元素のテルビウム (Tb)
、サマリウム(Sn)およびツリウム (Tm) のうちの一つ
であることも有効である。

【０００８】

【作用】ターゲツト材料として亜鉛 (Zn) あるいは亜鉛
(Zn) に遷移金属元素あるいは希土類元素のうち少なく
とも一つの元素を含有したものを用い、スパッタリング
ガスとして硫黄 (Ｓ) を含むガスを添加したものを用い
ることにより、亜鉛 (Zn) と硫黄 (Ｓ) の供給量を互い
に任意に制御することができ、Zn／Ｓ比が任意に制御で
きるので、ZnＳを母材として化学量論性のすぐれた、結
晶性が良く高輝度発光の得られる発光層をスパッタリン
グ法で形成することができる。

【０００９】

【実施例】以下、図を引用して本発明の実施例について
述べる。実施例１：先ず、図１におけるガラス基板１に膜厚200n
m のＩＴＯからなる透明電極２を平行条状に設けたの
ち、スパッタリング法で膜厚300nm のSi₃Ｎ₄を第一絶
縁膜３として被着する。次に図２に示すスパッタリング
装置を用い、ガラス基板１をスパッタ室11中の高周波電
極12に取付けたターゲツト13と平行になるように基板ホ
ルダー14に設置し、基板１の温度を200 ℃に設定した。
そして、ガスボンベ19からアルゴンガスを、供給量をガ
ス流量計16で制御しながら供給し、ガスボンベ20から硫
化水素 (Ｈ₂Ｓ) ガスを、供給量をガス流量計17で制御
しながら供給した。Mnの有機金属化合物である液体のＴ
ＣＭ (トリカルボニル・メチルシクロペンタジエニル・
マンガン) を入れたボンベ22を90℃に加熱し、キャリア
ガスとしてアルゴンガスをガスボンベ21から供給した。
Mn有機金属化合物のスパッタ室11への供給量はキャリア
ガスであるアルゴンガスをガス流量計18で制御すること
により行った。スパッタ室11に、ガスボンベ19からアル
ゴンガスを50cc／min の流量で供給し、スパッタ室11内
の圧力を排気管15からの排気により10ｍTorrに制御し、
そしてターゲツト13と基板14の間に１KWの電力を印加す
ることにより、ZnＳ：Mnからなる発光層４をスパッタリ
ング法で膜厚500nm 被着する。そしてスパッタリング法
で膜厚300nm のSi₃Ｎ₄を第二絶縁膜５として被着し、
膜厚500nm のAlからなる裏面電極６を平行条状に形成し
た。図３に線31で本実施例により製造された薄膜ＥＬ素
子の発光輝度−駆動電圧特性を示し、従来のスパッタリ
ング法で製造した薄膜ＥＬ素子の特性を線30で比較して
示すものである。本発明によるＥＬ素子の発光輝度は、
従来のものよりも優れていることが分かる。

【００１０】本発明における硫黄 (Ｓ) を含むガスとし
ては、硫化水素 (Ｈ₂Ｓ) やＳＦ₆、あるいはＣＳ₂、
Ｓ (ＣＨ₃) ₂、Ｓ (Ｃ₂Ｈ₅) ₂などの有機金属化合
物を用いることができる。また遷移金属元素としてMn、
希土類元素としてTb、Sm、TmをZnＳに添加することによ
りそれぞれ黄色、緑色、赤色、青色発光を得ることがで
き、それらの原料としては、ＴＣＭ、Ｃ₆Ｈ₈Mn (Ｃ
Ｏ) ₃のほかにＣＰＭ (シクロペンタジエニル・マンガ
ン) Mn (Ｃ₅Ｈ₅) ₂、ＢＣＰＭ (ビス・メチル・シク
ロペンタジエニル・マンガン) Mn (ＣＨ₃Ｃ₅Ｈ₄) ₂
あるいはシクロペンタジエニルサマリウムSm (Ｃ
₅Ｈ₅) ₃などを用いることができる。

【００１１】実施例２：図１におけるガラス基板１上に
透明電極２と第一絶縁膜３を形成した後に、図２と同様
のスパッタ室に基板を設置して、１％のMnを含有する亜
鉛 (Zn) をターゲツト材料とし、20％の硫化水素 (Ｈ₂
Ｓ) を含有するアルゴンガスをスパッタリングガスとし
て用いて基板温度200 ℃、成膜圧力20ｍTorr、放電電力
1.５KWの条件でスパッタリングをすることにより、膜厚
500nm のZnＳ：Mnからなる発光層４を被着する。そして
スパッタリング法で膜厚300nm のSi₃Ｎ₄を第二絶縁膜
５として被着し、膜厚500nm のAlからなる裏面電極６を
平行条状に形成する。図３の線32に本実施例により製造
した薄膜ＥＬ素子の発光輝度−駆動電圧特性を示す。

【００１２】ターゲツト材料としては、亜鉛 (Zn) とMn
などの遷移金属元素やTb、Sm、Tmなどの希土類元素との
合金や、亜鉛 (Zn) と例えばTbＦ₃などのようなドーピ
ング元素の化合物とを混合し焼結したものを用いてもよ
い。

【００１３】

【発明の効果】本発明によれば、ZnＳを母材とした発光
層をスパッタリング法で形成する際に、ZnＳをZnＳター
ゲツトを用いないで亜鉛ターゲツトを用いて硫黄はスパ
ッタリングガスに添加するので、亜鉛と硫黄の供給量を
互いに任意に制御することができ、Zn／Ｓ比が任意に制
御できるので、化学量論性のすぐれた結晶性が良く高輝
度発光の得られる発光層 (ZnＳ) をスパッタリング法で
形成して薄膜ＥＬ素子を製造することが可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により製造できる薄膜ＥＬ素子の基本構
造を示す断面図

【図２】本発明の実施例に用いたスパッタリング装置の
断面図

【図３】本発明の実施例によるＥＬ素子および従来の方
法で製造されたＥＬ素子の発光輝度・駆動電圧特性線図

【符号の説明】

１ガラス基板２透明電極３第一絶縁膜４発光層５第二絶縁膜６裏面電極１１スパッタ室１２高周波電極１３ターゲツト１４基板ホルダ１９アルゴンボンベ２０Ｈ₂Ｓボンベ２１アルゴンボンベ２２有機金属用ボンベ２３ＴＣＭ

フロントページの続き (72)発明者柴田一喜神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号富士電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】硫化亜鉛 (ZnＳ) を母材として、この母材
に遷移金属元素あるいは希土類元素のうち少なくとも一
つの元素をドープした材料からなる発光層をスパッタリ
ング法で形成する際に、ターゲツト材料として亜鉛を用
い、スパッタリングガスとして硫黄を含むガスとともに
ドープすべき元素をガス状態で添加したものを用いるこ
とを特徴とする薄膜エレクトロルミネセンス素子の製造
方法。
【請求項２】硫化亜鉛 (ZnＳ) を母材としてこの母材に
遷移金属元素あるいは希土類元素のうち少なくとも一つ
の元素をドープした材料からなる発光層をスパッタリン
グ法で形成する際に、ターゲツト材料として亜鉛とドー
プすべき元素の合金を用い、スパッタリングガスとして
硫黄を含むガスを添加したものを用いることを特徴とす
る薄膜エレクトロルミネセンス素子の製造方法。
【請求項３】硫黄を含むガスが硫化水素である請求項１
あるいは２記載の薄膜エレクトロルミネセンス素子の製
造方法。
【請求項４】ドープすべき元素が遷移金属元素のマンガ
ンである請求項１、２あるいは３記載の薄膜エレクトロ
ルミネセンス素子の製造方法。
【請求項５】マンガンがトリカルボニル・メチルシクロ
ペンタジエニル・マンガンの形でスパッタリングガスに
添加される請求項４記載の薄膜エレクトロルミネセンス
素子の製造方法。
【請求項６】ドープすべき元素が希土類のテルビウム、
サマリウムおよびツリウムのうちの一つである請求項
１、２あるいは３記載の薄膜エレクトロルミネセンス素
子の製造方法。