JPH06203962A - Manufacture of electroluminescent element - Google Patents

Manufacture of electroluminescent element

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JPH06203962A
JPH06203962A JP4359405A JP35940592A JPH06203962A JP H06203962 A JPH06203962 A JP H06203962A JP 4359405 A JP4359405 A JP 4359405A JP 35940592 A JP35940592 A JP 35940592A JP H06203962 A JPH06203962 A JP H06203962A
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light emitting
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halogen
manufacturing
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Koji Mizutani
厚司 水谷
Masayuki Katayama
片山  雅之
Tamotsu Hattori
有 服部
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Abstract

PURPOSE:To provide a method for manufacturing an EL element having high luminance and high reliability. CONSTITUTION:A base 9 is arranged on a susceptor 8 in the reaction furnace 1 of a MOCVD (organometal vapor phase development) device 10. Each gas of the groups II, IV, rare earth and halogen elements for thin film vapor phase development is supplied through nozzles 2, 3, 4, 5 to the vicinity of the base 9 so that they are never mutually reacted. Each gas is separately supplied by the different nozzles in this way, whereby the presence ratio of rare earth element to halogen element in a light emitting layer can be set to 21 proper value. Therefore, the size of crystal grain of an emission central material in the base is increased, and the grain boundary of the light emitting layer can be reduced. Thus, an EL element manufactured by this manufacturing method of EL element can perform efficient excitation of the emission center of the light emitting layer, and has high luminance and high reliability.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、計器類のバッ
クライト用の面発光源などに利用されるエレクトロルミ
ネッセンス(Electroluminescence)素子(以下、EL素
子という)の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing an electroluminescence element (hereinafter referred to as an EL element) used as a surface emitting source for a backlight of instruments, for example.

【0002】[0002]

【従来技術】従来、EL素子は、硫化亜鉛(ZnS)など
の蛍光体に電界をかけたときに発光する現象を利用した
もので、自発光型の平面ディスプレイを構成するものと
して注目されている。図5は、従来のEL素子500の
典型的な断面構造を示した模式図である。EL素子50
0は、絶縁性基板であるガラス基板51上に、光学的に
透明なITO膜から成る第1電極52、五酸化タンタル
(Ta25)などから成る第1絶縁層53、発光層54、
第2絶縁層55及びITO膜から成る第2電極56を順
次積層して形成されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, an EL element utilizes a phenomenon in which a phosphor such as zinc sulfide (ZnS) emits light when an electric field is applied to the EL element, and has attracted attention as a constituent of a self-luminous flat display. . FIG. 5 is a schematic view showing a typical sectional structure of a conventional EL element 500. EL element 50
0 is a first electrode 52 made of an optically transparent ITO film, a first insulating layer 53 made of tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ) and a light emitting layer 54 on a glass substrate 51 which is an insulating substrate.
The second insulating layer 55 and the second electrode 56 made of an ITO film are sequentially laminated and formed.

【0003】ITO(Indium Tin Oxide)膜は、酸化イ
ンジウム(In23)に錫(Sn)をドープした透明の導電
膜で、低抵抗率であることから従来より透明電極用とし
て広く使用されている。発光層54としては、例えば、
硫化亜鉛(ZnS)を母体材料とし、発光中心としてマン
ガン(Mn)や三フッ化テルビウム(TbF3)を添加したも
のが使用される。EL素子の発光色は硫化亜鉛(ZnS)
中の添加物の種類によって決まり、例えば、発光中心と
してマンガン(Mn)を添加した場合には黄橙色、三フッ
化テルビウム(TbF3)を添加した場合には緑色の発光が
得られる。
An ITO (Indium Tin Oxide) film is a transparent conductive film obtained by doping indium oxide (In 2 O 3 ) with tin (Sn) and has been widely used for transparent electrodes since it has a low resistivity. ing. As the light emitting layer 54, for example,
A material in which zinc sulfide (ZnS) is used as a base material and manganese (Mn) or terbium trifluoride (TbF 3 ) is added as an emission center is used. The emission color of the EL element is zinc sulfide (ZnS)
It depends on the kind of the additive therein, for example, yellow-orange emission is obtained when manganese (Mn) is added as the emission center, and green emission is obtained when terbium trifluoride (TbF 3 ) is added.

【0004】上記EL素子の製造方法として、有機亜鉛
化合物とH2S 又は有機硫黄化合物などを用いた有機金
属気相成長(Metal Organic Chemical Vapor Depositio
n:以下、MOCVDという)法が、高品質の薄膜が均
一で且つ、大面積なものが安価に製造できるとして注目
されつつある。
As a method of manufacturing the above-mentioned EL element, metal organic chemical vapor deposition (Metal Organic Chemical Vapor Depositio) using an organic zinc compound and H 2 S or an organic sulfur compound is used.
n: hereinafter referred to as MOCVD) is attracting attention as a high-quality thin film having a uniform size and a large area can be manufactured at low cost.

【0005】ここで、図6に示されたようなMOCVD
装置が知られている。MOCVD装置60にて、母体材
料として硫化亜鉛(ZnS)、塩化サマリウム(SmCl3
から成る発光中心物質67を用いてEL素子の発光層5
4を形成する場合について以下に説明する。尚、塩化サ
マリウム(SmCl3)から成る発光中心物質67を還元す
ると共に反応炉61内へ輸送するためのガスに水素(H
2)を使用する。又、母体材料を形成する主原料にはジエ
チルジンク(DEZ:有機亜鉛化合物)及び硫化水素
(H2S)を使用してZnS:Smから成る薄膜(発光層)
を製造する。MOCVD装置60は、反応炉61の下部
よりDEZを供給するためのノズル62とH2S を供給
するノズル63とを有している。又、上部には回転可能
なサセプタ68が設けられており、このサセプタ68に
は薄膜が形成される基板69が配置されている。又、基
板69に対して垂直方向(下方)から発光中心物質67
を反応炉61内に供給するためのノズル64が設けられ
ている。更に、ノズル64の上流側には発光中心物質6
7を還元するための反応室65が配置されている。そし
て、上記ノズル64及び反応室65の周囲にはそれら内
部雰囲気温度を一定に保つことのできる加熱ヒータ66
が巻装されている。更に、反応炉61には図示しない真
空ポンプが接続されている。
Here, MOCVD as shown in FIG.
The device is known. In the MOCVD equipment 60, zinc sulfide (ZnS) and samarium chloride (SmCl 3 ) are used as the base materials.
Emission layer 5 of EL element using emission center substance 67
The case of forming No. 4 will be described below. It should be noted that hydrogen (H) is used as a gas for reducing the emission center substance 67 made of samarium chloride (SmCl 3 ) and transporting it into the reaction furnace 61.
Use 2 ). The main raw materials for forming the base material are diethyl zinc (DEZ: organozinc compound) and hydrogen sulfide.
Thin film (emissive layer) composed of ZnS: Sm using (H 2 S)
To manufacture. The MOCVD apparatus 60 has a nozzle 62 for supplying DEZ and a nozzle 63 for supplying H 2 S from the lower part of the reaction furnace 61. A rotatable susceptor 68 is provided on the upper portion, and a substrate 69 on which a thin film is formed is arranged on the susceptor 68. In addition, the emission center substance 67 is perpendicular to the substrate 69 (downward).
A nozzle 64 is provided for supplying the gas into the reaction furnace 61. Further, the emission center substance 6 is provided on the upstream side of the nozzle 64.
A reaction chamber 65 for reducing 7 is arranged. A heater 66 is provided around the nozzle 64 and the reaction chamber 65 to keep the internal atmospheric temperature constant.
Is wrapped around. Furthermore, a vacuum pump (not shown) is connected to the reaction furnace 61.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の構造
から成るEL素子500の発光輝度を向上させるために
は、発光層54の結晶性を改善することが重要である。
一般に、発光層54は硫化亜鉛(ZnS)などのII−VI族
化合物半導体の多結晶体で構成されている。このため発
光層54中には多くの結晶粒界が存在する。この結晶粒
界は、電界印加によって加速された電子に対して散乱体
として働くため、発光中心の効率的な励起の妨げとな
る。又、結晶粒界では結晶方位のずれなどのために格子
歪みも大きく、EL発光に有害な非放射再結合中心も多
く存在する。これらのことから、発光層54の結晶性を
改善するためには、構成材料の結晶粒を大粒径化し、結
晶粒界を減少させることが必要である。
By the way, in order to improve the emission brightness of the EL element 500 having the above structure, it is important to improve the crystallinity of the light emitting layer 54.
Generally, the light emitting layer 54 is composed of a polycrystalline II-VI compound semiconductor such as zinc sulfide (ZnS). Therefore, many crystal grain boundaries exist in the light emitting layer 54. This grain boundary acts as a scatterer for the electrons accelerated by the application of the electric field, which hinders efficient excitation of the emission center. Further, at the crystal grain boundaries, the lattice distortion is large due to the shift of the crystal orientation, and many non-radiative recombination centers harmful to EL light emission exist. From these facts, in order to improve the crystallinity of the light emitting layer 54, it is necessary to increase the grain size of the constituent material and reduce the grain boundary.

【0007】ここで、発光層を気相成長法により形成す
るためには、一般的に半導体薄膜構成元素及び希土類元
素の原料ガスとしてハロゲン元素を含んだものが用いら
れている。このため、基板表面にて原料ガスが分解反応
し、結晶成長が起こる際に多量のハロゲン元素が発光層
中に含有される。これら多量のハロゲン元素は結晶粒の
発生核となり、多数の結晶粒を発生させる。これらの結
晶粒はそれぞれ成長する際に互いに干渉し合うことによ
り、発光層の大粒径化が阻害される。又、硫化亜鉛(Zn
S)などの半導体薄膜は酸に侵されることが知られてい
る。このため、基板表面で多量に反応生成されたハロゲ
ン又はハロゲン化水素、例えば、塩化水素(HCl)ガス
により硫化亜鉛(ZnS)は、その成長と同時にエッチン
グが進行するため、発光層の結晶成長は阻害されること
になる。一方、EL素子の高輝度高信頼性を得るために
は、発光層中に含まれる希土類元素の原子比率(at%)
が関与していることに加え、発光層中に適量のハロゲン
元素も含まれている必要があることが知られている。し
かしながら、図6に示したようなMOCVD装置60で
は、発光層における結晶粒の大粒径化を図り、且つ、そ
の発光層中に含まれるハロゲン元素の量を制御すること
は困難であった。
Here, in order to form the light emitting layer by the vapor phase epitaxy method, a gas containing a halogen element is generally used as a source gas for the semiconductor thin film constituent element and the rare earth element. Therefore, a large amount of halogen element is contained in the light emitting layer when the raw material gas decomposes on the surface of the substrate and crystal growth occurs. These large amounts of halogen elements serve as nuclei for the generation of crystal grains and generate a large number of crystal grains. These crystal grains interfere with each other when they grow, and thus the grain size of the light emitting layer is prevented from increasing. Also, zinc sulfide (Zn
It is known that semiconductor thin films such as S) are attacked by acid. Therefore, halogen or hydrogen halide produced in large amounts on the surface of the substrate, for example, zinc sulfide (ZnS) due to hydrogen chloride (HCl) gas, is etched at the same time as the growth thereof, and thus the crystal growth of the light emitting layer is prevented. Will be hindered. On the other hand, in order to obtain high brightness and high reliability of the EL element, the atomic ratio (at%) of the rare earth element contained in the light emitting layer is required.
It is known that the light emitting layer must also contain an appropriate amount of a halogen element in addition to the fact that However, in the MOCVD apparatus 60 as shown in FIG. 6, it is difficult to increase the crystal grain size in the light emitting layer and control the amount of the halogen element contained in the light emitting layer.

【0008】本発明は、上記の課題を解決するために成
されたものであり、その目的とするところは、高輝度高
信頼性を有するEL素子の製造方法を提供することであ
る。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing an EL element having high brightness and high reliability.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の発明の構成における第1の特徴は、絶縁性基板上に第
1電極、第1絶縁層、発光層、第2絶縁層及び第2電極
を、少なくとも光取り出し側の材料を光学的に透明なも
のにて順次積層したエレクトロルミネッセンス素子の製
造方法であって、MOCVD法により希土類元素を含む
半導体薄膜から成る前記発光層を形成する工程におい
て、前記希土類元素及び前記半導体薄膜構成元素の原料
ガスにはハロゲン元素を含まないガスを用い、前記原料
ガスとは独立にハロゲン又はハロゲン化水素ガスを前記
絶縁性基板付近まで互いに反応しないように導入するこ
とである。
The first feature of the constitution of the invention for solving the above-mentioned problems is that the first electrode, the first insulating layer, the light emitting layer, the second insulating layer and the second electrode are formed on the insulating substrate. A method for manufacturing an electroluminescent element, in which electrodes are sequentially laminated with at least a material on the light extraction side being optically transparent, in the step of forming the light emitting layer made of a semiconductor thin film containing a rare earth element by a MOCVD method. As a raw material gas for the rare earth element and the semiconductor thin film constituent element, a gas containing no halogen element is used, and halogen or hydrogen halide gas is introduced independently of the raw material gas so as not to react with each other up to the vicinity of the insulating substrate. It is to be.

【0010】又、第2の特徴は、第1の特徴に加えて、
前記ハロゲン又は前記ハロゲン化水素ガスは、塩素又は
塩化水素ガスであることである。
In addition to the first feature, the second feature is
The halogen or the hydrogen halide gas is chlorine or hydrogen chloride gas.

【0011】[0011]

【作用及び効果】上記の手段によれば、MOCVD法に
て希土類元素を含む半導体薄膜から成る発光層を形成す
るための原料ガスにはハロゲン元素を含まないガスが用
いられ、その原料ガスとは別にハロゲン又はハロゲン化
水素ガスが導入され、且つその量が制御される。これら
のガスは反応炉内に配設された絶縁性基板付近まで互い
に反応しないように導入される。本発明は、上記発光層
内に含まれるハロゲン元素の量を制御できるという発明
者等の見出した実験的結果に基づいた技術的手段を採用
している。この結果、形成された半導体薄膜から成る発
光層内に存在する希土類元素とハロゲン元素との原子比
率を適切な値とすることができる。更に、ハロゲン又は
ハロゲン化水素の導入量が独立に制御できるため、その
導入量を必要最小限の極微量とすることができる。この
ため、ハロゲン化水素等による半導体薄膜から成る発光
層の不要なエッチングは極力抑えられる。又、上記希土
類元素及び半導体薄膜構成元素の原料ガスにハロゲン元
素を含まないガスを用いたMOCVD法で形成すること
により結晶粒が大粒径化し、上記発光層中の結晶粒界を
減少させることができる。このため、本発明のEL素子
の製造方法によれば、従来より一般的なMOCVD法の
際に、希土類元素のハロゲン化物を原料に用いる場合に
比べて、発光層の発光中心の効率的な励起が可能で高輝
度高信頼性を有するEL素子の実現が可能となる。
According to the above means, a gas containing no halogen element is used as a raw material gas for forming a light emitting layer made of a semiconductor thin film containing a rare earth element by the MOCVD method. Separately, halogen or hydrogen halide gas is introduced and the amount thereof is controlled. These gases are introduced so as not to react with each other up to the vicinity of the insulating substrate arranged in the reaction furnace. The present invention employs technical means based on experimental results found by the inventors that the amount of halogen element contained in the light emitting layer can be controlled. As a result, the atomic ratio of the rare earth element and the halogen element existing in the light emitting layer formed of the formed semiconductor thin film can be set to an appropriate value. Further, since the introduction amount of halogen or hydrogen halide can be controlled independently, the introduction amount can be made to be a necessary minimum amount. Therefore, unnecessary etching of the light emitting layer made of a semiconductor thin film by hydrogen halide or the like can be suppressed as much as possible. Further, the crystal grain size is increased by the MOCVD method using a gas not containing a halogen element as a source gas of the rare earth element and the semiconductor thin film constituent element, and the grain boundary in the light emitting layer is reduced. You can Therefore, according to the method for manufacturing an EL element of the present invention, in the case of using a MOCVD method which has been generally used in the past, as compared with the case where a halide of a rare earth element is used as a raw material, the excitation of the emission center of the light emitting layer is efficiently performed. And an EL element having high brightness and high reliability can be realized.

【0012】[0012]

【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。図2は本発明に係るEL素子の製造方法を用い
て形成されたEL素子100の断面構造を示した模式図
である。尚、EL素子100では矢印方向に光を取り出
している。EL素子100は、絶縁性基板であるガラス
基板11上に順次、以下の薄膜が積層形成され構成され
ている。尚、以下各層の膜厚はその中央部分を基準とし
て述べてある。光学的に透明な酸化亜鉛(ZnO)から成
る第1透明電極(第1電極)12が形成され、その上面
には光学的に透明な五酸化タンタル(Ta25)から成る
第1絶縁層13、発光中心としてサマリウム(Sm)を添
加した硫化亜鉛(ZnS)から成る発光層14、光学的に
透明な五酸化タンタル(Ta25)から成る第2絶縁層1
5、光学的に透明な酸化亜鉛(ZnO)から成る第2透明
電極(第2電極)16が形成されている。
EXAMPLES The present invention will be described below based on specific examples. FIG. 2 is a schematic view showing a cross-sectional structure of an EL element 100 formed by using the EL element manufacturing method according to the present invention. The EL element 100 extracts light in the direction of the arrow. The EL element 100 is configured by sequentially laminating the following thin films on a glass substrate 11 which is an insulating substrate. In addition, the film thickness of each layer is described below based on the central portion thereof. A first transparent electrode (first electrode) 12 made of optically transparent zinc oxide (ZnO) is formed, and a first insulating layer made of tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ) is optically transparent on its upper surface. 13, a light emitting layer 14 made of zinc sulfide (ZnS) added with samarium (Sm) as an emission center, and a second insulating layer 1 made of optically transparent tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ).
5. A second transparent electrode (second electrode) 16 made of optically transparent zinc oxide (ZnO) is formed.

【0013】図1は、上述のEL素子100の製造装置
であるMOCVD装置10を示した概略図である。MO
CVD装置10の反応炉1内の上部には、回転可能なサ
セプタ8が設けられており、このサセプタ8には薄膜が
形成される基板9が配置されている。又、反応炉1の下
部には、基板9に対して垂直方向(下方)よりII族元素
を供給するためのノズル2とVI族元素を供給するノズル
3と希土類元素を供給するノズル4とハロゲン元素を供
給するノズル5とを有している。上記ノズル2,3,
4,5は、それぞれから供給されるガスが互いに基板9
付近まで反応しないようにそれらの開口部が反応炉1内
に挿入されている。更に、反応炉1には図示しない真空
ポンプが接続されている。尚、図4は、上述のEL素子
100の製造装置であるMOCVD装置の他の実施例を
示した概略図である。このMOCVD装置20は、図1
のMOCVD装置10におけるノズル4,5を反応炉1
の下部から横側に配置した構成のみが異なり、他の構成
部分については同様であり同符号を付してその説明を省
略する。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a MOCVD apparatus 10 which is an apparatus for manufacturing the EL element 100 described above. MO
A rotatable susceptor 8 is provided in the upper part of the reaction furnace 1 of the CVD apparatus 10, and a substrate 9 on which a thin film is formed is arranged on the susceptor 8. In the lower part of the reaction furnace 1, a nozzle 2 for supplying a group II element from a direction perpendicular to the substrate 9 (downward), a nozzle 3 for supplying a group VI element, a nozzle 4 for supplying a rare earth element, and a halogen. And a nozzle 5 for supplying an element. The nozzles 2, 3,
The gas supplied from each of the substrates 4 and 5 is the substrate 9
The openings are inserted into the reaction furnace 1 so as not to react to the vicinity. Further, a vacuum pump (not shown) is connected to the reaction furnace 1. Incidentally, FIG. 4 is a schematic view showing another embodiment of the MOCVD apparatus which is a manufacturing apparatus of the EL element 100 described above. This MOCVD apparatus 20 is shown in FIG.
The nozzles 4 and 5 in the MOCVD apparatus 10 of
Only the configuration arranged from the lower part to the lateral side is different, and the other components are the same and the same reference numerals are given and the description thereof is omitted.

【0014】次に、上述のEL素子100の製造方法を
以下に述べる。先ず、ガラス基板11上に第1透明電極
12を成膜した。蒸着材料としては、酸化亜鉛(ZnO)
粉末に酸化ガリウム(Ga23)を加えて混合し、ペレッ
ト状に成形したものを用い、成膜装置としては、イオン
プレーティング装置を用いた。具体的には、ガラス基板
11の温度を 150℃に保持したままイオンプレーティン
グ装置内を5×10-3Pa まで排気した。その後、アルゴ
ン(Ar)ガスを導入して 6.5×10-1Pa に保ち、成膜速
度が0.1〜0.3nm/secの範囲になるようビーム電力及び高
周波電力を調整した。
Next, a method of manufacturing the above-mentioned EL element 100 will be described below. First, the first transparent electrode 12 was formed on the glass substrate 11. As a vapor deposition material, zinc oxide (ZnO)
Gallium oxide (Ga 2 O 3 ) was added to the powder and mixed, and the mixture was molded into pellets. An ion plating device was used as a film forming device. Specifically, while maintaining the temperature of the glass substrate 11 at 150 ° C., the inside of the ion plating apparatus was evacuated to 5 × 10 −3 Pa. After that, argon (Ar) gas was introduced to maintain the pressure at 6.5 × 10 −1 Pa, and the beam power and the high frequency power were adjusted so that the film formation rate was in the range of 0.1 to 0.3 nm / sec.

【0015】次に、第1透明電極12上に五酸化タンタ
ル(Ta25)から成る第1絶縁層13をスパッタにより
形成した。具体的には、ガラス基板11の温度を 200℃
に保持し、スパッタ装置内を 1.0Pa に維持し、装置内
にアルゴン(Ar)と酸素(O2)の混合ガスを導入(200c
c/min)し、高周波電力を印加して堆積速度 0.2nm/secの
条件で行った。
Next, a first insulating layer 13 made of tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ) was formed on the first transparent electrode 12 by sputtering. Specifically, the temperature of the glass substrate 11 is set to 200 ° C.
And maintain the inside of the sputtering system at 1.0 Pa, and introduce a mixed gas of argon (Ar) and oxygen (O 2 ) into the sputtering system (200c
c / min), high frequency power was applied, and the deposition rate was 0.2 nm / sec.

【0016】上記第1絶縁層13上に、硫化亜鉛(Zn
S)を母体材料とし、発光中心として希土類元素である
サマリウム(Sm)及びハロゲン元素である塩素(Cl)を
添加した発光層14を、図1のMOCVD装置10によ
り形成した。具体的には、上記ガラス基板11を 450℃
に保持し、反応炉1内を減圧雰囲気下にした後、水素
(H2)をキャリアガスに用いてジエチル亜鉛(Zn(C2
5)2)をノズル2から 250cc/min、水素(H2)で希釈され
た硫化水素(H2S)をノズル3から 200cc/min流した。
又、発光中心の添加のためにトリジピバロイルメタン化
サマリウム(Sm(DPM)3)をそのソース温度が 150℃
以上となるように加熱し、キャリアガスとして水素(H
2)を用いノズル4から25cc/min流した。更に、ハロゲン
元素を添加するために、塩化水素(HCl)ガスを水素
(H2)で希釈し、この混合ガスをノズル5から反応炉1
内に50cc/min導入した。そして、反応炉1の圧力を 100
Pa に維持し、発光層14を形成した。
On the first insulating layer 13, zinc sulfide (Zn
S) was used as a base material, and samarium (Sm), which is a rare earth element, and chlorine (Cl), which is a halogen element, were added as emission centers to form a light emitting layer 14 by the MOCVD apparatus 10 in FIG. Specifically, the glass substrate 11 is heated to 450 ° C.
And the inside of the reaction furnace 1 was placed under a reduced pressure atmosphere, and hydrogen (H 2 ) was used as a carrier gas for diethyl zinc (Zn (C 2 H 2
5) 2) diluted hydrogen sulfide (H 2 S) was flowed from the nozzle 3 200 cc / min at 250 cc / min through a nozzle 2, hydrogen (H 2).
Moreover, the source temperature of samarium tridipivaloyl methanide (Sm (DPM) 3 ) is 150 ° C. for the addition of the emission center.
It is heated to the above temperature, and hydrogen (H
2 ) and a flow rate of 25 cc / min was flown from the nozzle 4. Further, in order to add a halogen element, hydrogen chloride (HCl) gas is diluted with hydrogen (H 2 ), and this mixed gas is supplied from the nozzle 5 to the reactor 1.
50cc / min was introduced inside. Then, the pressure in the reactor 1 is set to 100
The light emitting layer 14 was formed while maintaining Pa.

【0017】この時、添加されたサマリウム(Sm)及び
塩素(Cl)の硫化亜鉛(ZnS)膜中濃度は共に 0.2at%
であることがEPMA(Electron Probe Micro Anarysi
s:電子線微量分析)によって確認された。即ち、このE
L素子100の発光層14に含まれるハロゲン元素であ
る塩素(Cl)の希土類元素であるサマリウム(Sm)に対
する原子比率(Cl/Sm)は1であった。
At this time, the concentrations of the added samarium (Sm) and chlorine (Cl) in the zinc sulfide (ZnS) film are both 0.2 at%.
EPMA (Electron Probe Micro Anarysi)
s: electron beam microanalysis). That is, this E
The atomic ratio (Cl / Sm) of chlorine (Cl) as a halogen element contained in the light emitting layer 14 of the L element 100 to samarium (Sm) as a rare earth element was 1.

【0018】次に、上記発光層14上に五酸化タンタル
(Ta25)から成る第2絶縁層15を第1絶縁層13と
同様の方法で形成した。そして酸化亜鉛(ZnO)膜から
成る第2透明電極16を、上述の第1透明電極12と同
一の方法により、第2絶縁層15上に形成した。各層の
膜厚は、第1透明電極12及び第2透明電極16が 300
nm、第1絶縁層13及び第2絶縁層15が 400nm、発光
層14が1000nmである。
Next, a second insulating layer 15 made of tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ) was formed on the light emitting layer 14 in the same manner as the first insulating layer 13. Then, the second transparent electrode 16 made of a zinc oxide (ZnO) film was formed on the second insulating layer 15 by the same method as the above-mentioned first transparent electrode 12. The film thickness of each layer is 300 for the first transparent electrode 12 and the second transparent electrode 16.
nm, the first insulating layer 13 and the second insulating layer 15 are 400 nm, and the light emitting layer 14 is 1000 nm.

【0019】図7(a),(b),(c) は、塩化水素と水素の混
合ガスをそれぞれ0cc/min,25cc/min,50cc/min流した
ときの硫化亜鉛(ZnS)発光層表面の電子顕微鏡写真で
ある。このときの硫化亜鉛(ZnS)膜中の塩素元素濃度
はそれぞれ、0at%, 0.2at%, 0.5at%であり、サマ
リウム(Sm)濃度は全て同じであることがEPMAによ
って確認された。又、これら試料の表面は、塩化水素と
水素の混合ガスの流量が増加するに伴って結晶粒径は小
さくなることが確認できた。
FIGS. 7 (a), (b) and (c) show the surface of the zinc sulfide (ZnS) light emitting layer when a mixed gas of hydrogen chloride and hydrogen was flowed at 0 cc / min, 25 cc / min and 50 cc / min, respectively. It is an electron micrograph of. It was confirmed by EPMA that the chlorine element concentrations in the zinc sulfide (ZnS) film at this time were 0 at%, 0.2 at%, and 0.5 at%, respectively, and the samarium (Sm) concentrations were all the same. It was also confirmed that the crystal grain size on the surface of these samples became smaller as the flow rate of the mixed gas of hydrogen chloride and hydrogen increased.

【0020】図8は、図6に示したような従来のMOC
VD装置60にて発光中心の原料として三塩化サマリウ
ム(SmCl3)の蒸気を用いて硫化亜鉛(ZnS)に添加す
る方法で成膜した発光層である硫化亜鉛:塩化サマリウ
ム(ZnS:SmCl3)膜表面の電子顕微鏡写真である。即
ち、本発明の発光層表面の結晶粒径は、塩化水素と水素
の混合ガスの流量が増加するに伴って小さくなるとは言
えども、それらの結晶粒径は、従来の発光層表面に比べ
て著しく大きいことが分かる。
FIG. 8 shows a conventional MOC as shown in FIG.
Zinc sulfide: samarium chloride (ZnS: SmCl 3 ) which is a light-emitting layer formed by a method of adding samarium trichloride (SmCl 3 ) vapor as a raw material of a luminescence center in a VD device 60 to zinc sulfide (ZnS). It is an electron micrograph of the film surface. That is, although the crystal grain size of the light emitting layer surface of the present invention becomes smaller as the flow rate of the mixed gas of hydrogen chloride and hydrogen increases, the crystal grain size thereof is smaller than that of the conventional light emitting layer surface. It turns out that it is extremely large.

【0021】図3は、EL素子の印加電圧と発光輝度と
の関係を示した特性図である。上述の方法にて製造され
た発光層(原子比率(Cl/Sm)=1)を有するEL素子
100を本発明品としてその特性を示した。尚、比較の
ため、従来装置にて発光中心の原料として三塩化サマリ
ウム(SmCl3)の蒸気を用い、硫化亜鉛(ZnS)に添加
した発光層(原子比率(Cl/Sm)>3)を有するEL素
子を従来品(1) 、塩素元素を含まない硫化亜鉛:サマリ
ウム(ZnS:Sm)膜から成る発光層(原子比率(Cl/S
m)=0)を有するEL素子を従来品(2) として各特性を
示した。本発明に係るEL素子において、従来に比べて
高輝度を得るためには、その発光層に含まれるハロゲン
元素の希土類元素に対する原子比率が 0.5〜3の範囲で
あることが必要で、好ましい原子比率は1近傍であるこ
とが発明者らの実験研究により判明した。このため、製
造工程において、硫化亜鉛(ZnS)膜中の塩素(Cl)の
サマリウム(Sm)に対する原子比率(Cl/Sm)が最適値
である1となるように塩化水素(HCl)と水素(H2)の
混合ガスの導入量を調整した。これにより、本発明品
は、上記原子比率(Cl/Sm)が 0.5〜3の範囲から外れ
た値の発光層を有する従来品(1),(2) の発光輝度に比べ
て著しく高い発光輝度が得られ、発光効率も高いものが
得られたのである。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the applied voltage of the EL element and the emission brightness. The characteristics of the EL device 100 having the light emitting layer (atomic ratio (Cl / Sm) = 1) manufactured by the above-described method were shown as a product of the present invention. For comparison, a conventional device uses a vapor of samarium trichloride (SmCl 3 ) as a raw material for an emission center and has a light emitting layer (atomic ratio (Cl / Sm)> 3) added to zinc sulfide (ZnS). The EL element is a conventional product (1), and a light emitting layer (atomic ratio (Cl / S) is formed of a zinc sulfide: samarium (ZnS: Sm) film containing no chlorine element.
The characteristics of the EL device having m) = 0) are shown as the conventional product (2). In order to obtain higher brightness in the EL device according to the present invention than in the past, the atomic ratio of the halogen element contained in the light emitting layer to the rare earth element needs to be in the range of 0.5 to 3, and the preferable atomic ratio is Was found to be close to 1 by the inventors' experimental research. Therefore, in the manufacturing process, hydrogen chloride (HC1) and hydrogen (HC1) are adjusted so that the atomic ratio (Cl / Sm) of chlorine (Cl) to samarium (Sm) in the zinc sulfide (ZnS) film becomes 1, which is the optimum value. The amount of the mixed gas of H 2 ) introduced was adjusted. As a result, the product of the present invention has a remarkably higher emission brightness than the conventional products (1) and (2) having a light emitting layer having an atomic ratio (Cl / Sm) outside the range of 0.5 to 3. And a high luminous efficiency was obtained.

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

【図1】本発明の具体的な一実施例に係るEL素子の製
造方法を達成するMOCVD装置を示した概略図であ
る。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an MOCVD apparatus that achieves a method for manufacturing an EL device according to a specific embodiment of the present invention.

【図2】同実施例装置により形成されたEL素子の断面
構造を示した模式図である。
FIG. 2 is a schematic view showing a cross-sectional structure of an EL element formed by the device of the example.

【図3】本発明品と従来品とのEL素子における印加電
圧と発光輝度との関係を表した特性図である。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the applied voltage and the light emission luminance in EL devices of the present invention product and the conventional product.

【図4】本発明に係るEL素子の製造方法を達成するM
OCVD装置の他の実施例を示した概略図である。
FIG. 4 shows an M for achieving the method for manufacturing an EL device according to the present invention.
It is the schematic which showed the other Example of the OCVD apparatus.

【図5】従来のEL素子の典型的な断面構造を示した模
式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a typical cross-sectional structure of a conventional EL element.

【図6】従来のEL素子を形成するためのMOCVD装
置の概略図である。
FIG. 6 is a schematic view of a MOCVD apparatus for forming a conventional EL element.

【図7】本発明に係るEL素子の発光層表面の組織を示
した電子顕微鏡写真である。
FIG. 7 is an electron micrograph showing the texture of the surface of the light emitting layer of the EL device according to the present invention.

【図8】従来のEL素子の発光層表面の組織を示した電
子顕微鏡写真である。
FIG. 8 is an electron micrograph showing a texture of a surface of a light emitting layer of a conventional EL device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…反応炉 2…(II族元素供給)ノズル 3…(VI族元素供給)ノズル 4…(希土類元素供給)ノズル 5…(ハロゲン元素供給)ノズル 11…ガラス基板(絶縁性基板) 12…第1透明電極(第1電極) 13…第1絶縁層 14…発光層 15…第2絶縁層 16…第2透明電極(第2電極) 100…EL素子(エレクトロルミネッセンス素子) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Reactor 2 ... (Group II element supply) nozzle 3 ... (Group VI element supply) nozzle 4 ... (Rare earth element supply) nozzle 5 ... (Halogen element supply) nozzle 11 ... Glass substrate (insulating substrate) 12 ... No. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 transparent electrode (1st electrode) 13 ... 1st insulating layer 14 ... light emitting layer 15 ... 2nd insulating layer 16 ... 2nd transparent electrode (2nd electrode) 100 ... EL element (electroluminescence element)

フロントページの続き (72)発明者 服部 有 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内Front Page Continuation (72) Inventor Yu Hattori, 1-1, Showa-cho, Kariya city, Aichi Prefecture

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁性基板上に第1電極、第1絶縁層、
発光層、第2絶縁層及び第2電極を、少なくとも光取り
出し側の材料を光学的に透明なものにて順次積層したエ
レクトロルミネッセンス素子の製造方法であって、 有機金属気相成長法により希土類元素を含む半導体薄膜
から成る前記発光層を形成する工程において、前記希土
類元素及び前記半導体薄膜構成元素の原料ガスにはハロ
ゲン元素を含まないガスを用い、前記原料ガスとは独立
にハロゲン又はハロゲン化水素ガスを前記絶縁性基板付
近まで互いに反応しないように導入することを特徴とす
るエレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
1. A first electrode, a first insulating layer, and
A method for manufacturing an electroluminescence device, in which a light-emitting layer, a second insulating layer, and a second electrode are sequentially laminated with at least a material on the light extraction side being optically transparent, wherein a rare earth element is formed by a metal organic chemical vapor deposition method. In the step of forming the light-emitting layer comprising a semiconductor thin film containing, a gas containing no halogen element is used as a source gas for the rare earth element and the semiconductor thin film constituent element, and halogen or hydrogen halide is used independently of the source gas. A method for manufacturing an electroluminescence device, characterized in that gases are introduced into the vicinity of the insulating substrate so as not to react with each other.
【請求項2】 前記ハロゲン又は前記ハロゲン化水素ガ
スは、塩素又は塩化水素ガスであることを特徴とする請
求項1記載のエレクトロルミネッセンス素子の製造方
法。
2. The method for manufacturing an electroluminescent element according to claim 1, wherein the halogen or the hydrogen halide gas is chlorine or hydrogen chloride gas.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR19990073223A (en) * 1999-06-23 1999-10-05 천웅기 Thin film deposition system and process for fabrication of organic light-emitting devices

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