JPS60182690A - Method of producing el element - Google Patents

Method of producing el element

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JPS60182690A
JPS60182690A JP59037939A JP3793984A JPS60182690A JP S60182690 A JPS60182690 A JP S60182690A JP 59037939 A JP59037939 A JP 59037939A JP 3793984 A JP3793984 A JP 3793984A JP S60182690 A JPS60182690 A JP S60182690A
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JP
Japan
Prior art keywords
sputtering
zns
manufacturing
film
gas
Prior art date
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Pending
Application number
JP59037939A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
大西 秀臣
圭弘 浜川
謙次 岡元
琢也 吉見
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP59037939A priority Critical patent/JPS60182690A/en
Publication of JPS60182690A publication Critical patent/JPS60182690A/en
Pending legal-status Critical Current

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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 (1,1発明の技術分野 本発明は薄膜EL素子の製造方法に係り、特に従来のA
rガスに代りHeガスを用いてスパッタすることにより
高効率のEL薄膜を得る製造方法に関する。
Detailed Description of the Invention (1.1 Technical Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a thin film EL device, and in particular to a method for manufacturing a thin film EL device, in particular
The present invention relates to a manufacturing method for obtaining a highly efficient EL thin film by sputtering using He gas instead of r gas.

(2)技術の背景 EL薄膜を作製する方法としてスパックリング法が蒸着
法よりもすぐれており、さらにスパッタリングする際従
来のArガスに代りHeガスを用いると膜内部に欠陥準
位が少な(なり、従来に比して発光効率の高いEL素子
が得られることが、これまでの研究により明らかになっ
ている。これに関しては既に特願昭57−167128
号明細書および特願昭5.7−231297号明細書に
述べられている。
(2) Background of the technology As a method for producing EL thin films, the sputtering method is superior to the vapor deposition method, and furthermore, when He gas is used instead of the conventional Ar gas during sputtering, there are fewer defect levels inside the film. Previous research has revealed that it is possible to obtain an EL element with higher luminous efficiency than conventional ones.
No. 5.7-231297 and Japanese Patent Application No. 5.7-231297.

(3)従来技術と問題点 しかしながら従来のArガスの代りにHeガスを用いて
スパッタリングを行なうとHe原子の質量が小さいため
スパッタ率が低下し、スパンタレートが遅くなり、かつ
Arガスの場合に比べてスパッタガス圧やスパッタパワ
ー等の諸条件の最適化が十分になされない欠点がある。
(3) Prior art and problems However, when sputtering is performed using He gas instead of conventional Ar gas, the sputtering rate decreases because the mass of He atoms is small, and the sputter rate becomes slower than in the case of Ar gas. However, there is a drawback that various conditions such as sputtering gas pressure and sputtering power are not sufficiently optimized.

また製膜後の結晶性向上のために行なう熱処理も股の性
質が異なるためArガスとHeガスでスバ・ツクした場
合には、その最適条件が異なるという欠点がある。
Furthermore, since the properties of the heat treatment performed to improve crystallinity after film formation are different, there is a drawback that the optimum conditions are different when using Ar gas and He gas.

(4)発明の目的 本発明の目的は上記従来の欠点を解消するもので、He
ガスを用いたスパッタリングによりEL素子を製造する
方法において、スパッタガス圧。
(4) Purpose of the invention The purpose of the present invention is to eliminate the above-mentioned conventional drawbacks, and to
In a method of manufacturing an EL element by sputtering using gas, sputtering gas pressure.

成膜後の熱処理等の作製条件を最適化し従来のArガス
によるスパッタの膜よりも高品位の膜を得、かつこの膜
に適した熱処理条件を見出すことにより高効率、高輝度
のEL素子の製造法を提供するものである。
By optimizing the manufacturing conditions such as heat treatment after film formation to obtain a film of higher quality than the conventional Ar gas sputtering film, and by finding heat treatment conditions suitable for this film, it is possible to create high-efficiency, high-brightness EL elements. It provides a manufacturing method.

(5)発明の構成 上記本発明の目的は、希土類元素を添加した硫化亜鉛(
ZnS)薄膜からなるEL(エレクトロルミネッセンス
)素子の製造方法において、ZnS薄膜をHeガスを用
いたスパッタリングにより形成し、スパッタリング中の
圧力を放電中に2×10 torr以下に保つことを特
徴とするEL素子の製造方法およびZnS膜形成後の熱
処理を400℃以下にすることを特徴とするE、L素子
の製造方法により達成される。
(5) Structure of the Invention The object of the present invention is to solve the following problems:
A method for manufacturing an EL (electroluminescent) element made of a ZnS thin film, characterized in that the ZnS thin film is formed by sputtering using He gas, and the pressure during sputtering is maintained at 2 x 10 torr or less during discharge. This is achieved by a method for manufacturing E and L elements, which is characterized in that the method for manufacturing the device and the heat treatment after forming the ZnS film are carried out at 400° C. or lower.

(6)発明の実施例 以下この発明の好ましい実施例につき、図面を参照して
さらに詳細に説明する。
(6) Embodiments of the Invention Preferred embodiments of the invention will now be described in more detail with reference to the drawings.

第1図は、この発明を適用して作製したEL表示装置の
1例構造を模式的に示す断面図で、透明ガラス基板1の
上にインジウム酸化物と錫酸化物の混合蒸着膜(ITO
膜)よりなる透明電極2が設けられ、その上にZnS:
TbF3 のEL薄膜3とAβの背面電極4を積層した
構造となっている。しかしてこの第1図の構成自体はD
C’(直流)発光型EL素子の代表例として周知のもの
であり、一般的には透明電極2と背面電極4の間にDC
電圧源5を接続することにより、EL薄膜3が発光して
ガラス基板1側から表示を観察することが可能となる。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of an EL display device manufactured by applying the present invention, in which a mixed vapor-deposited film of indium oxide and tin oxide (ITO
A transparent electrode 2 made of ZnS (film) is provided on which
It has a structure in which an EL thin film 3 of TbF3 and a back electrode 4 of Aβ are laminated. However, the configuration itself in Figure 1 is D.
This is a well-known representative example of a C' (direct current) light emitting type EL element, and generally there is a DC current between the transparent electrode 2 and the back electrode 4.
By connecting the voltage source 5, the EL thin film 3 emits light and the display can be observed from the glass substrate 1 side.

ここで本発明に従うと、上記ELM膜3は、高周波スパ
ックリング法によって作られる。すなわち、第2図は本
発明の実施例による高周波スパッタリングの模様を示す
概念図で、ターゲットホルダ6上の石英シャーレ7の中
にターゲツト材8が入れである。クーゲット材8はこの
場合、発光母材としてのZnS粉末に発光中心となるT
bFう粉末を4wt%前後の割合で添加した混合粉末の
形で準備されており、その直径は約105観である。他
方背面にヒータ9をそなえた基板ホルダ10上に前記タ
ーゲットと約40隨の間隔をへだてて対向するよう基板
1が設置しである。
According to the present invention, the ELM film 3 is produced by a high frequency sputtering method. That is, FIG. 2 is a conceptual diagram showing a high frequency sputtering pattern according to an embodiment of the present invention, in which a target material 8 is placed in a quartz petri dish 7 on a target holder 6. In this case, the Cougett material 8 includes ZnS powder as a luminescent base material and T as a luminescent center.
It is prepared in the form of a mixed powder to which bF powder is added at a ratio of around 4 wt%, and its diameter is about 105mm. On the other hand, a substrate 1 is placed on a substrate holder 10 having a heater 9 on its back side so as to face the target at a distance of about 40 mm.

基板lの表面には事前に透明電極2のような下地構成要
素が形成されている。
A base component such as a transparent electrode 2 is formed in advance on the surface of the substrate l.

上記のような形態で、最初にスパッタリング装置のベル
ジャ(図示せず)内を真空に排気しつつターゲツト材8
を8口熱してクーゲット材の脱ガス処理を行う。その後
、1例としてベルジャ内にHeガスを2X10 tor
rの圧力になるよう導入し、基板温度を150℃に設定
するとともにスパッタリングパワーを300Wに調整し
てスパッタする。このときのスパッタリング速度は、2
00人/minであった。
In the above configuration, first, the target material 8 is evacuated while the bell jar (not shown) of the sputtering apparatus is evacuated.
The Couget material is degassed by heating for 8 minutes. After that, as an example, He gas was injected into the bell jar at 2X10 tor.
The substrate temperature was set at 150° C., and the sputtering power was adjusted to 300 W for sputtering. The sputtering speed at this time is 2
00 people/min.

かかるスパッタリング法ではターゲット表面の原子が一
層ずつスパッタされて基板上に付着するので、電子ビー
ム蒸着法のようにTbF3がクラスタ状に存在すること
はなく、ZnS中のT b F3濃度分布は均一なもの
となる。このようにしてZns:’FbFB の薄膜3
を形成後、スパッタリングによるダメージを回復して膜
の結晶性を改善するための熱処理を施し、最後に/lの
背面電極4を真空蒸着法で形成して第1図の素子を得る
In this sputtering method, atoms on the target surface are sputtered layer by layer and attached to the substrate, so TbF3 does not exist in clusters as in the electron beam evaporation method, and the TbF3 concentration distribution in ZnS is uniform. Become something. In this way, Zns:'FbFB thin film 3
After forming, a heat treatment is performed to recover the damage caused by sputtering and improve the crystallinity of the film, and finally, a back electrode 4 of /l is formed by vacuum evaporation to obtain the device shown in FIG.

第3図は上記のようにして作成したEL素子の発光効率
とスパック中のガス圧力の関係を示すグラフであり、ス
パッタガス圧が1.5X10 torrまでは効率はQ
、31m/wと高いが、1.5XIQ torrを超え
る圧力では急激に効率が低下し2X10 torr以上
の圧力では、もはや良好な発光効率は得ることができな
い。この発光効率が2.0X10−’torr以上の圧
力で低下する原因について調査したところ放電中にガス
圧を2゜OX 10””’ t o r r以上にする
とターゲツト材として使用しているZ n S + T
 b F3粉末が変質することに起因していることが明
らかとなった。
Fig. 3 is a graph showing the relationship between the luminous efficiency of the EL element prepared as described above and the gas pressure in the sputtering, and the efficiency is Q until the sputtering gas pressure is 1.5X10 torr.
, 31 m/w, but the efficiency decreases rapidly at pressures exceeding 1.5XIQ torr, and good luminous efficiency can no longer be obtained at pressures higher than 2X10 torr. We investigated the reason why this luminous efficiency decreases at pressures higher than 2.0X10-'torr, and found that when the gas pressure is increased to over 2.0X10-'torr during discharge, Zn, which is used as a target material, S+T
b It became clear that this was caused by the deterioration of the F3 powder.

したがってスパッタにより成膜中、プレスパツタ申のい
づれにおいても、放電中にガス圧力を2xlQ tor
r以上にすると発光効率の高い素子を得ることができな
い。またクーゲット樗が変質するため放電中に2X10
−’torr以上に圧力を上昇せしめた時のターゲット
は以後使用不可能になる。
Therefore, during both sputtering film formation and press sputtering, the gas pressure must be increased to 2xlQ tor during discharge.
If it is more than r, a device with high luminous efficiency cannot be obtained. Also, because the quality of Kugetto wood changes, 2X10
The target when the pressure is increased above -'torr will no longer be usable.

第4図は同じ条件でスパッタリングしたZnS:′rb
薄膜を真空中で熱処理した時の発光効率と温度の関係を
示すグラフである。
Figure 4 shows ZnS:'rb sputtered under the same conditions.
It is a graph showing the relationship between luminous efficiency and temperature when a thin film is heat-treated in vacuum.

第4図から明らかなように400℃までの熱処理温度で
は効率はほぼ一定であるが400 ’C以上になると効
率が極端に悪くなる傾…農こある。
As is clear from Fig. 4, the efficiency is almost constant at heat treatment temperatures up to 400°C, but when the temperature exceeds 400°C, the efficiency tends to become extremely poor.

このように高温処理によって効率が低下する現象は、一
般的なZnS:Mnの蒸着膜の熱処理時に見られる現象
とは著しく異なっている。すなわちZnS:Mn膜の場
合には、発光中心としてのMnの拡散を促進して濃度分
布を均一にするとともにZnSの結晶性を改善するとい
う観点から熱処理温度は高いほど良いとされ、通富はガ
ラス基板の加熱許容温度から定まる580℃を代表例と
して、殆どの場合500″C以上の熱処理を施すのが普
通となっていた。
The phenomenon in which efficiency decreases due to high-temperature treatment is significantly different from the phenomenon observed during heat treatment of a general deposited film of ZnS:Mn. In other words, in the case of a ZnS:Mn film, it is said that the higher the heat treatment temperature is, the better, from the viewpoint of promoting the diffusion of Mn as a luminescent center to make the concentration distribution uniform and improving the crystallinity of ZnS. In most cases, it has become common to perform heat treatment at 500''C or higher, with a typical temperature of 580°C determined from the allowable heating temperature of glass substrates.

しかるにこの発明の対象とするzn3:TbFB膜の場
合、発光中心としてのTbFうはMnのように熱処理に
よって拡散させることができないため、あえてスパッタ
リング法で成膜しているのであり、ZnS中のT b 
F’5濃度分布はずでに均一なものとなっているので、
熱処理はもっばらスパッタリングダメージを回復してE
L薄膜の結晶性を改善するという意味を持つ。従来のA
rガスでスパッタする場合は低温域でも徐々に効率が改
善され480°Cで最大の発光効率を示すがHeでスパ
ッタした場合は低温域では効率はほぼ一定であり400
℃を超すあたりから急激に効率が低下する。
However, in the case of the zn3:TbFB film that is the subject of this invention, since TbF as a luminescent center cannot be diffused by heat treatment like Mn, the film is deliberately formed by sputtering, and the TbF in ZnS b
Since the F'5 concentration distribution is already uniform,
Heat treatment fully recovers sputtering damage and improves
It has the meaning of improving the crystallinity of the L thin film. Conventional A
When sputtering with R gas, the efficiency gradually improves even in the low temperature range and reaches the maximum luminous efficiency at 480°C, but when sputtering with He, the efficiency is almost constant in the low temperature range and 400°C.
The efficiency decreases rapidly when the temperature exceeds ℃.

この原因としてはArガスでスパッタした膜は結晶性が
不十分であり、低温域の熱処理で回復するがHeガスで
スパッタした膜はスパッタ後すでに十分な結晶性が得ら
れているため低温域での熱処理効果に顕著な依存性が観
測されないものと考えられる。
The reason for this is that films sputtered with Ar gas have insufficient crystallinity, which can be recovered by heat treatment in a low temperature range, but films sputtered with He gas already have sufficient crystallinity after sputtering, so they cannot be heated in a low temperature range. It is considered that no significant dependence on the heat treatment effect is observed.

なお、上述のようにZnS:TbFう膜の売先効率が4
00°C以上の熱処理で急激に悪化する原因については
、現在のところ詳細な理由は不明であるが、1つには、
ZnS中に分子状態で存在すべき発光中心TbF3のT
bとFの結合が500℃以上の熱処理によって切断され
、F原子が解離して結晶構造が崩れるため発光効率が低
下するということが考えられる。
Furthermore, as mentioned above, the customer efficiency of ZnS:TbF membrane is 4.
At present, the detailed reason for the sudden deterioration caused by heat treatment above 00°C is unknown, but one reason is that
T of the luminescent center TbF3 that should exist in a molecular state in ZnS
It is conceivable that the bond between b and F is broken by heat treatment at 500° C. or higher, F atoms dissociate, and the crystal structure collapses, resulting in a decrease in luminous efficiency.

ところで、以上はZnSを発光母材とし、rbF3を発
光中心としたEL薄膜の実施例について述べたのである
が、この発明は、TbF3以外にS m F ウ(赤橙
)、DyF5(黄) 、B r F3(緑)。
By the way, the embodiments of the EL thin film using ZnS as the luminescent base material and rbF3 as the luminescent center have been described above, but in addition to TbF3, this invention also includes S m F (red-orange), DyF5 (yellow), B r F3 (green).

T(OFつ(緑) 、P r F3(白縁)、NbFう
(橙)。
T (OF (green), Pr F3 (white border), NbF (orange).

”l’ m +’5 (青)のような各種の希土類弗化
物を発光中心とするEL薄膜の形成に適用することがで
き、発光母材としてもZnSの代りにZn5e又はそれ
らの混合物Zn5xSe7−χを用いることができる。
It can be applied to the formation of EL thin films in which various rare earth fluorides such as "l' m +'5 (blue) are the luminescent center, and Zn5e or a mixture thereof Zn5xSe7- can be used instead of ZnS as the luminescent base material. χ can be used.

またこの発明を通用するEL表示装置としては、第1図
に例示したようなりC駆動素子に限らず、EL薄膜を絶
縁層でサンドインチ状に挟んで両側に電極を付けた所謂
2重絶縁膜構成のAC駆動素子も当然対象となる。
Furthermore, EL display devices to which this invention can be applied are not limited to the C drive element as illustrated in FIG. Naturally, the AC drive element of the configuration is also a target.

(7)発明の詳細 な説明したように本発明のEL素子の製造方法によれば
、高効率の緑色発光EL素子を再現性よく得ることがで
きるので、特にE’Lパネルの多色化に効果がある。
(7) As described in detail, according to the method for manufacturing an EL device of the present invention, a highly efficient green-emitting EL device can be obtained with good reproducibility, so it is particularly suitable for multicolor E'L panels. effective.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明を適用して作製したEL表示装置の1例
構造を模式的に示す断面図、第2図は本発明の実施例に
よるスパッタリングの概念図、第3図はEL素子の発光
効率とスパック中のガス圧力の関係を示すグラフ、第4
図は成膜後の熱処理(アニール)温度と発光効率の関係
を示すグラフを示す。 図において1は基板、2は透明電極、3はE I−薄膜
、4は電極、5は電圧源、6はカソード、7はシャーレ
、8はターケノト板、9ば加熱ヒータ。 10は基板ボルダを示ず。 餐 1 図 \ ! 専 ? ロ
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of an EL display device manufactured by applying the present invention, FIG. 2 is a conceptual diagram of sputtering according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a light emission of an EL element. Graph showing the relationship between efficiency and gas pressure in spuck, 4th
The figure shows a graph showing the relationship between heat treatment (annealing) temperature after film formation and luminous efficiency. In the figure, 1 is a substrate, 2 is a transparent electrode, 3 is an EI-thin film, 4 is an electrode, 5 is a voltage source, 6 is a cathode, 7 is a Petri dish, 8 is a notebook plate, and 9 is a heater. 10 does not indicate a substrate boulder. Dinner 1 Figure \ ! Specialized? B

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)希土類元素を添加した硫化亜鉛(Z n S)ま
たは硫化セレン(ZnSe)またはそれらの混合物(Z
 n S x’S et −y−)薄膜からなるEL(
エレクトロルミネッセンス)素子の製造方法において、
該EL薄膜をHeガスを用いたスパックリングにより形
成し、スパッタリング中の圧力を放電中に2X10 ’
 torr以下に保つことを特徴とするEL素子の製造
方法。 (21E’L膜形成後の熱処理を400°C以下にする
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のEL素子
の製造方法。 (3)希土類元素としてTb(テルビウム)を使用する
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項記
載のEL素子の製造方法。
[Claims] (1) Zinc sulfide (ZnS) or selenium sulfide (ZnSe) added with rare earth elements, or a mixture thereof (ZnS)
EL (
In a method for manufacturing an electroluminescent (electroluminescent) element,
The EL thin film was formed by sputtering using He gas, and the pressure during sputtering was changed to 2×10' during discharge.
A method for manufacturing an EL element characterized by maintaining the temperature below torr. (The method for manufacturing an EL element according to claim 1, characterized in that the heat treatment after forming the 21E'L film is carried out at 400°C or less. (3) Using Tb (terbium) as the rare earth element. A method for manufacturing an EL element according to claim 1 or 2, characterized in that:
JP59037939A 1984-02-29 1984-02-29 Method of producing el element Pending JPS60182690A (en)

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