JPS6134890A - 電界発光薄膜形成方法 - Google Patents

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 本発明は薄膜の形成方法に関する。更に詳しくは□、本
発明は特に電界発光薄膜の形成方法に関するものである
。

従来の技術 近年、進歩の著しいエレクトロニクス技術に支えられた
情報社会においては、エレクトロニクス情報処理システ
ムと人間との間の情報交換を可能とする媒体が重要であ
りその１つとして表示装置が注目され、ますますその需
要は高まりつつある。

特に、小型・軽量でＩＣ駆動可能な平面型表示装置に対
する要求が大きい。

中でも特に、螢光体に電界を印加することより発光する
電界発光素子（ＥＬ素子）は、最近の進歩により高輝度
・高信頼度が達成できるようになり、２次元的な広がり
をもった面光源、例えば照明月光源もしくは大面積の固
体表示素子として期待されている。例えば、この種の素
子としてはＭ　Ｉ　Ｓ　（Ｍｅｔａｌ　Ｉｎ５ｕｌａｔ
ｏｒ　　Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型並びに２重絶
縁層構造の素子がよく知られている。

この後者の素子は第２図に示すように、ガラス基板１０
と該基板上に設けられた透明電極１１、絶縁膜１２、発
光膜１３、第２絶縁膜１４および背面電極１５からなっ
ている。この２重絶縁型のＥＬ累子は２つの電極１１七
１５との間に交ｆｉｆ電圧を印加することにより、１次
電子、即ち発光層１３内に予め存在する伝導電子もしく
は界面から注入された電子が加速され、この加速された
１次電子が発光中心に衝突してこれを励起し、この時形
成された自由電子と自由正孔とが発光中心を介して再結
合する際に発光する。この光が１０側から取出される。

これらの素子を構成している薄膜は電子ビーム蒸着法、
抵抗加熱蒸着法、スパッタ法等により作製されている。

従来、電子ビーム蒸着法により、２種類以上の元素ある
いは化合物から構成される薄膜を作製する場合、蒸着源
としては薄膜を構成する元素あるいは化合物を均一に混
合して焼結したペレットを用いていた。そのため、形成
した化合物薄膜に組成ずれが生じたり、また、蒸気圧の
異る物質を混合し、焼結したペレットを蒸発源として用
いた場合には、高融点物質が低融点物質で形成された薄
膜中にクラスター状に分布し、薄膜組成の均−性並びに
表面の平坦性を損なうなどといった各種欠点がみられた
。

従って、このような薄膜を前記の電界印加型発光素子の
発光膜として使用する場合には、膜厚の不均一性に起因
して、局部的な電界集中が起こり、耐圧の低下が生じ、
素子の安定性に悪影響を与えたり、更に発光中心物質の
分布が均一でないために、不均一発光をもたらすなどの
各種問題があった。

例えば、ＺｎＳにＴｂＦ３を３重量％添加して焼結した
ペレットを蒸発源とし、従来法により形成した膜におい
ては、表面突起として観測されるクラスターは、該薄膜
を電界印加型発光素子に応用した場合に、輝点（約４．
０００点／ｍｍ２）として観測され、そのために該素子
の発光の均一性を達成することができなかった。

また、このような薄膜を電子顕微鏡で観察すると、クラ
スクーが抜は落ちた結果形成されたものと思われるピン
ホールが観測される。このようなピンホールは電界印加
型発光素子に応用した場合に、素子が発光する以前の低
電界条件下で絶縁破壊を起こし、該破壊部分が発光時に
暗点（約３００点／ｍｍ２）として観測されるので、発
光の均一性が保証されず、またこの局所的絶縁破壊が画
素全体に波及して発光の安定性を損うなどの各種の悪影
響をもたらずことかわかっている。

発明が解決しようとする問題点 上で詳しく述べたように、最近のエレクトロニクスの進
歩により、平面型の表示装置として期待される電界発光
素子は高輝度・高信頼度を達成するものとなったが、該
電界発光素子の発光層は、その作製方法において改良す
べき各種欠点が依然として残されているために、いまだ
完全なものとはいえない。即ち、従来の発光層形成法で
は、薄膜を構成する元素あるいは化合物を均一に混合し
た後焼結したペレットを蒸発源として用いていたために
、得られる薄膜は組成の均−性並びに表面平坦性を達成
することができなかった。

従って、新たな、組成の均−性並びに表面平坦性を達成
することのできる薄膜形成法を開発することは電界発光
素子の性能改善に限らず、今後の各種薄膜素子の性能向
上にとって極必で望ましいことといえる。

そこで、本発明の目的はこのような新規薄膜形成方法、
特にＥＬ薄膜形成方法を提供することにある。

問題点を解決するための手段 本発明者等は薄膜形成技術における上記のような各種欠
点に鑑みて、生成薄膜の組成の均−性並びに表面平坦性
を確実に保証し得る新規薄膜形成方法を開発すべく種々
検討・研究した結果、上記従来法の諸欠点が蒸気圧の異
る物質を混合したペレットを蒸発源とした場合に、高融
点物質が低融点物質で形成された薄膜中にクラスターを
形成することに起因することを念頭におき、このクラス
クーの形成が上記薄膜の構成要素である元素または化合
物を夫々側々に制御しながら、同時に蒸発させることに
よって回避し得ることを見出し、本発明を完成した。

即ち、本発明の薄膜形成方法は、真空中で薄膜構成材料
を加熱して、蒸発させ、該蒸気を被蒸着基板上に凝縮さ
せて薄膜を形成する方法において、蒸発源としての、少
なくとも２種の該薄膜構成要素の元素または化合物の温
度を夫々独立に調節して、蒸発速度を制御しつつ、蒸気
を前記基板上に凝縮させることを特徴とする。

本発明の方法は、特に薄膜組成の均一性、膜表面の平坦
性が要求されるような、ＥＬ素子の発光薄膜を作製する
場合に有効である。従って、生成薄膜がＥ　Ｌ素子の発
光層である場合には、薄膜形成用元素または化合物はＺ
ｎＳ、　Ｚｎ５ｅ、　ＣａＳ、　ＳｒＳあるいはＭｎ、
　Ｔｂ、　Ｓｍ、　Ｔｍ、　Ｙｂ、　Ｙ、　Ｃｕ、　Ａ
Ｉ、Ａｇ。

Ｃｌ、Ｃｅなどの元素並びにこれら元素のフッ化物、酸
化物、塩化物、臭化物、硫化物等から選ばれる。

本発明の方法では、これら元素もしくは化合物の少なく
とも２種を使用する。既に明らかなように、本発明の方
法はこれら２種以上の元素または化合物が、夫々融点を
異にする場合に特に効果を発揮する。

上記ＥＬ薄膜素子の形成用要素において、ＺｎＳとＴｂ
Ｆ３　との組合せ並びにＺｎＳとＳｍ　Ｆ　３　との組
合せが最も一般的であり、本発明の方法を適用するのに
適した系である。

］月 従来の方法では、融点もしくは昇華点の異る２種以上の
薄膜形成材料を均一混合し、焼結して得られるペレット
を加熱して、混合蒸気を発生させ、この蒸気を基板上に
凝縮させていた。このような方法では、薄膜形成材料全
体が完全に溶融される前に低融点成分が蒸発し始め、そ
の際に高融点成分の不完全溶融粒子が同伴され、その一
部が局所的に基板上に付着し、クラスターを形成するも
のと考えることができる。

しかしながら、本発明の方法によれば、融点を異にする
各薄膜形成４分が夫々側々に加熱され、完全に溶解した
状態で蒸着が実施されることになる。従って、従来法に
みられるように不完全溶融粒子が飛散し、基板上に付着
してクラスターを形成する恐れはまったくない。

形成すべき薄膜組成に応じて、薄膜形成４分の加熱温度
を調節することにより、夫々の蒸気分圧（もしくは蒸着
速度）を所定の値に制御することができ、これによって
所定の組成の薄膜を再現性良く作製することができる。

かくして、本発明の方法によれば、従来みられた高融点
成分の巨大粒子が低融点成分の蒸発に同伴されることが
ないので、局所的なりラスターの形成を効果的に回避す
ることができ、組成の均一な、かつ表面平坦度の高い薄
膜を有利に形成することができる。従って、これをＥＬ
薄膜素子の作製に適用すればその特性を大幅に改善する
ことが可能となる。

本発明の方法を、以下添付図を参照しつつ、更に詳しく
説明する。

第１図は本発明の方法を実施するのに有用な薄膜形成装
置を概略的に示すものであり、これは電子ビーム衝撃加
熱式の蒸着装置である。このような装置によれば、まず
真空容器内に基板１を配置し、これを基板加熱用ヒータ
２により所定の温度に維持しておく。薄膜形成４分３．
４は夫々試料収納手段（図では電子ビーム堝）に収納さ
れており、これは電子銃５．６による電子ビームによっ
て加熱され、蒸発する。かくして発生する薄膜形成４分
の蒸気は真空容器内で飛散し、シャック７を介して基板
１表面に付着・凝縮することになる。

この際、各試料の温度制御、即ち蒸発速度の調節は電子
銃５および６の電子ビーム電流を別々に制御することに
より実現される。更に、形成される薄膜の膜厚は基板下
方に設けられた膜厚モニター８．９によって検知され、
その結果に応じて適当に調節することができるようにな
っている。

ここでは電子ビーム衝撃加熱式蒸着装置を例に挙げて説
明したが、本発明はこれ以外の各種蒸着装置において応
用することができることはいうまでもない。例えば、蒸
発源としては抵抗加熱式、外熱るつぼ式、放射加熱式、
高周波誘導加熱式等の各種の手段を利用することができ
る。しかしながら、ＥＬ薄膜形成用材料は一般的に高融
点のものが多いので、このような場合に特に適したもの
とされている電子ビーム衝撃加熱式蒸着法を利用するこ
とが有利である。

また、基板ホルダが一定速度で回転し得るようになって
いて、薄膜々厚を一層均一なものとするように工夫する
こともできる。

実施例 以下、実施例により本発明の薄膜形成方法を更に一層具
体的に説明するが、以下の実施例は単に本発明を例示す
るためのものであり、何等本発明を制限するものではな
い。

実施例１ 第１図に示した装置を使用して、ＺｎＳ焼結ペレットお
よびＴｂＦ３焼結ペレットを夫々電子ビームにより加熱
して、ＺｎＳの蒸着速度が１（１（］〜３００人／分、
ＴｂＦ３の蒸着速度が２〜１ｏ人／分となるようにビー
ム電流を制御しつつ、ＴｂＦ：＋を含んだＺｎＳ薄膜を
基板上に形成した。

このように形成した薄膜では、ＴｂＦ３が厚さ方向並び
に面方向で均一に分布しており、ＺｎＳとＴｂＦ３　と
を均一に混合し、焼結して得られるペサットを蒸発源と
して形成したＺｎ薄膜にみられるように、局部的なＴｂ
Ｆ３のクラスクー形成はまったく観測されない。その結
果、均質度の極めて高い薄膜が得られる。

従来法におけるように、薄膜構成要素の均一混合ペレッ
トを使用した場合には、ＴｂＦ３の沸点は２、０００℃
以上と、ＺｎＳの昇華点である１、　１８５℃に比較し
て極めて高いために、ＺｎＳが昇華する際にペレット中
に局在しているＴｂ　Ｆ　３．の不完全溶融粒子が飛沫
となって飛散し、薄膜中に取込まれ、クラスクーが形成
されるものと考えられる。

一方、本発明の方法では融点もしくは昇華点の異るＺｎ
ＳおよびＴｂＦ３が夫々側々に加熱され、完全に溶解し
てから気化されるので、従来法にみられたように、高融
点のＴｂＦ３の不完全溶融粒子が飛敗し膜中に取込まれ
る恐れは全（なく、クラスクーが殆どもしくはまったく
存在しないＴｂＦ、含有２ｎＳ薄膜を形成することがで
きる。この点については以下の観測結果によって確認で
きる。

本発明の方法に従って上記の如く形成したＴｂＦ。

含有薄膜および従来法に従って形成した同様な薄膜につ
いて、薄膜表面を触針式膜厚計で掃引し、その際に観測
される表面突起数をカウントし、結果を以下の第１表に
比較して示した。

第１表の結果から明らかな如く、本発明の方法により形
成した薄膜では表面突起数は殆どゼロであり、クラスク
ーが存在しないことがわかる。また、再現性の点でも極
めて満足できるものであった。

このような、本発明の方法により形成した薄膜を用いて
、電界印加型発光素子を作製したところ、前述のような
従来法により得られた電界印加型発光素子においてみら
れた輝点や暗点はまったく観測されず、均一な発光を達
成し、輝度においても従来の素子と遜色なく、かつ安定
であった。

実施例２ 実施例１と同様な操作で、蒸発源としてＺｎＳとＳｍＦ
３とを使用して、ＳｍＦ３含有ＺｎＳ薄膜を形成した。

得られた薄膜は実施例１における薄膜同様に、クラスタ
ーをまったく含まず、組成の均一性も良く、表面平坦度
の高いものであった。

また、かくして得られる薄膜を電界印加型発光素子に応
用した結果、実施例１におけると同様に輝点・暗点の存
在はまったくみられず、均一な発光を安定して得ること
ができ、しかも輝度的にも従来のものと遜色ないもので
あった。

発明の効果 以上詳しく説明したように、本発明の薄膜形成方法によ
れば、２種以上の薄膜原料の元素または化合物を別々に
加熱し、夫々所定の蒸着速度で蒸発させるという特異な
特徴に基き、薄膜の厚さ方向並びに面方向においてまっ
たく均一な組成を示し、しかも表面平坦度の高い薄膜を
、有利に再現性良く作製することが可能となる。

即ち、本発明の薄膜形成方法は、薄膜組成の均−性並び
に表面平坦度が最終製品の各種特性に対して大きな影響
を有するような薄膜素子の作製に応用することにより多
大な効果を発揮する。例えば、電界印加型発光素子の作
製に応用すれば、得られる製品は発光むらのない極めて
安定かつ信頼性の高いものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の薄膜形成方法を実施するのに有用な電
子ビーム蒸着装置の１態様を示す概略的な図であり、 第２図は公知の２重絶縁層構造のＥＬ素子を概略的な断
面図で示した図である。 （主な参照番号） １　基板、　２　基板加熱用ヒーター、３．４　薄膜形
成４分、　５．６　電子銃、７　シャッター、　８．９
　膜厚モニター、１０　　ガラス基板、　１１　　透明
電極、１２．１４　　絶縁膜、　１３　　発光薄膜、１
５　　背面電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空中で薄膜構成材料を加熱して蒸発させ、発生
   する蒸気を基板上に凝縮させることによって薄膜を形成
   する方法において、 蒸発源としての、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣａＳ、ＳｒＳお
   よびＭｎ、Ｔｂ、Ｓｍ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｙ、Ｃｕ、Ａｌ、
   Ａｇ、Ｃｌ、Ｃｅ並びにこれら元素のフッ化物、酸化物
   、塩化物、臭化物、硫化物からなる群から選ばれる少な
   くとも２種の薄膜形成用元素または化合物の温度を夫々
   独立に調節して、蒸着速度を制御しつつ、蒸気を前記基
   板上に凝縮させることを特徴とする上記薄膜形成方法。
2. （２）前記薄膜形成用化合物として、ＺｎＳとＴｂＦ＿
   ３との組合せまたはＺｎＳとＳｍＦ＿３との組合せを用
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の薄膜
   形成方法。