JPS6276282A - 薄膜el素子の製造方法 - Google Patents

薄膜el素子の製造方法

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JPS6276282A
JPS6276282A JP60217100A JP21710085A JPS6276282A JP S6276282 A JPS6276282 A JP S6276282A JP 60217100 A JP60217100 A JP 60217100A JP 21710085 A JP21710085 A JP 21710085A JP S6276282 A JPS6276282 A JP S6276282A
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Japan
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film
thin film
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JP60217100A
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Inventor
謙次 岡元
渡辺 和広
佐藤 精威
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Fujitsu Ltd
Japan Science and Technology Agency
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Research Development Corp of Japan
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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】 〔概要〕 薄膜EL素子の製造方法の改良であり、 ffj膜EL
素子の発光効率・輝度特性を向上する改良である。
母材をなす硫化亜鉛中に発光中心として添加される希土
類元素とハロゲン元素との組成比を制御することにより
、硫化亜鉛を母材とじ希土類元素のハロゲン化物を発光
中心とする薄膜EL素子の発光効率・輝度を制御しうる
、という新たに発見された性質を利用して、希土類元素
とハロゲン元素との組成比を化学量論的組成比に比し前
記希土類元素の組成比を大きくし、発光効率・輝度特性
を向上した薄膜EL素子を製造する方法の改良であり、
亜鉛と硫黄と希土類元素とハロゲン元素とを含有するタ
ーゲットを使用し、還元性ガス中でなすスパッタ法を使
用してEL膜を形成することを特徴とする薄膜EL素子
の製造方法である。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、薄膜EL素子の発光効率・輝度を向上するこ
とを可能にする薄膜EL素子の製造方法の改良に関する
。更に、薄膜EL素子の発光効−11−輝度を実現可能
な大きさの範囲で所望の値に選択しうるようになす薄膜
EL素子の製造方法の改良に関する。
〔従来の技術〕
薄膜EL素子は発光中心として機能する希土類元素例え
ばテルビュウム、サマリュウム、ツリュウム、プラセオ
ジュウム等とハロゲン元素例えばフッ素、塩素等とを含
有する硫化亜鉛等のけい光体の多結晶薄膜に電界を印加
し、エレクトロルミネッセンス現象にもとづいて発光さ
せる発光素子であり、従来第2図に示すような直流駆動
型と第3図に示すような交流駆動型とが知られている。
第2図参照 直流駆動型の薄膜EL素子にあっては、ガラス基板等l
上に、ITO等よりなり厚さが約2,000への透明電
極2が形成され、その上に発光中心として機能する希土
類元素例えばテルビニウムとハロゲン元素例えばフッ素
とを含有する硫化亜鉛等よりなるELL12形成され、
さらに、その上にアルミニュウム等よりなる対向電極6
が形成されている。
第3図参照 交流駆動型の薄膜EL素子にあっては、上記の第2図に
示す層構成に加えて、ELL12挟んで酸窒化シリコン
、酸化アルミニュウム、酸化イットリュウム等よりなり
厚さが約2,000への第1の絶縁膜3と第2の絶縁膜
5とが形成されている。
ところで、7発光中心として機能する/\ロゲン元素の
うち、テルビニウムは緑色を、サマリュウムは赤色を、
ツリュウムは青色を、ブラセオジュウムは白色を、それ
ぞれ発光するが、その発光効=jg・輝度は、テルビニ
ウムを除き、いづれも満足すべきものではない。最もす
ぐれているテルビニウムにおいても、発光効率は 0.
1〜0.2ルーメン/Wであり、また、輝度は30フー
トランパートであり、いづれも十分満足すべきものとは
言い難く、しかも、再現性が悪い。
この問題を解決する手段として、本発明の発明者は、E
L膜に含まれる希土類元素とハロゲン元素との組成比と
発光効率・輝度との間に相関関係があり、6土類元素の
原子数とハロゲン元素の原子数とが同一の場合、最もす
ぐれた発光効率・輝度特性を実現することができ、EL
脱膜中含有される希土類元素とハロゲン元素との組成比
を少なくとも化学量論的組成比より希土類元素の組成比
を大きくしておくことが有効であることを発見して、発
光効率・輝度のすぐれた薄膜EL素子の発明を完成した
〔発明が解決しようとする問題点〕
」−記せる発明に係る薄膜EL素子を製造する一方法と
して、亜鉛と硫黄と希土類元素とハロゲン元素とを所望
の混合比に有する複合ターゲットを使用してなすスパッ
タ法を使用しうる0例えば、硫化亜鉛とテルビニウムと
二フフ化亜鉛とを 100: 3 : 1重量比に含有
する複合ターゲットを使用してなすスパッタ法を使用し
うる。
この製造方法をもっても、希土類元素とハロゲン元素と
の組成比が同一ですぐれた発光効率・輝度特性を有する
薄膜EL素子の製造は可能であるが、上記せる複合ター
ゲット(亜鉛と硫黄と希土類元素とハロゲン元素とを所
望の混合比に有する複合ターゲット)を製造することは
煩雑であり、また、容易でもないうえ、硫化亜鉛のスパ
ッタレートと希土類元素のスパッタレートとハロゲン元
素のスパッタレートとが大幅に相違するため、EL膜に
含まれる硫化◆鉛、希土類元素、ハロゲン元素の組成比
が厚さ方向に不均一になり、要すれば十分な厚さのEL
Mを再現性よく製造することが容易でなく、また、硫匁
分がいくらか少なくなりやすく、そのため発光効率・輝
度特性が予期したほど向上しない場合もあるという欠点
がある。
本発明はこれらの欠点を解消するものであり。
その目的は、再現性よく十分な厚さく駆動電圧を十分大
きくすれば輝度を極めて大きくする。に十分な厚さ)の
EL膜を製造することができ、また。
F&黄の含有量も所望の値となすことが容易に可能な薄
膜EL素子の製造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〕
上記の目的を達成するために本発明が採った手段は、亜
鉛と硫黄と希土類元素とハロゲン元素とを含有するター
ゲットを使用し、還元性ガス中でなすスパッタ法を使用
してEL膜を形成することにある。換言すれば、最も容
易に入手しうる硫化亜鉛よりなるターゲットと希土類元
素の安定なハロゲン化合物よりなるターゲットとを使用
して(任意のターゲットを使用して)還元性ガス中でな
すスパッタ法を使用してE L IIQを形成すること
にある。
本発明は、EL膜4が上下の絶縁膜3.5によって挟ま
れていない直流駆動型のlSI膜E T−素子にも、ま
た、EL膜4が上下の絶縁膜3,5によっ゛(挟まれて
いる交流駆動型の薄膜EL素r−にも実現1丁能である
〔作用〕
本発明の基本的思想は、f&化亜鉛を母材とし希土類元
素とハロゲン元素とが発光中心として添加されてなるE
LMの希土類元素とノ\ロゲン元素との組成比を1=1
にすることにある。
上記のEL膜を形成するためにスパー2夕法を使用する
には、ターゲットが必要であるが、ターゲットは固体で
あることが望ましい、ところで、硫化亜鉛は安定した化
合物であり固体であるから全く問題はないが、希土類元
素と/\ロゲン元素との化合物は1例えば三フッ化テル
ヒュウムのように、その組成比が1=1ではない、そこ
で、やむを得ず、上記せるように1例えば、硫化亜鉛と
テルビニウムとニフッ化亜鉛とを 100: 3 : 
1重量比に含有する複合ターゲットを使用してなすスパ
ッタ法を使用していたが、上記せる種々な欠点を避は難
かった。
そこで、本発明においては、スパッタ反応中に過剰なハ
ロゲン元素を排除すればよく、しかも、出来れば過剰な
ハロゲン元素を排除しうるばかりでなく、硫黄を補充し
うればさらに望ましいとの考えにもとづき、ターゲット
自体としては硫化亜鉛と希土類元素の安定なハロゲン化
合物を使用するが、スパッタリングガスに還元性ガス例
えば水素ガス、硫化水素等を混入しておき、 TbF3+H2→ TbF+ 2 HF、3TbF3+
3H2S→ TbF+ Tb2S3+ 6 HF等の反
応を発生させて、ELIIjJ中に添加されるハロゲン
元素の原子数を希土類元素の原f数と一致させ、さらに
は、硫化亜鉛に硫黄を補充しうるようにしたものである
実験の結果によれば、本発明に係る薄膜EL素子の製造
方法を使用して製造した薄膜EL素子の輝度(lKHz
で駆動したとき、発光しきい値電圧を30V超過した電
圧に対応する輝度)とスパッタガス中に添加される水素
ガスの含有量との間には、第4図に示すように明瞭な相
関関係が確認されている0図より明らかなように、従来
の手法によっては約40フートラン八−トであった輝度
は約180 フートランバートまで向ヒ可f駈である。
〔実施例〕
以下、図面を参照しつ\、本発明の]二つの実施例に係
る薄膜EL素子についてさらに説明する。
第1図参照 第1例 EL膜形成用スパッタ法のターゲットとしては硫化亜鉛
と三フッ化テルビュウムとを使用する。
スパッタ法を使用して、ガラス基板1 kに厚さ約2,
000へのITO膜よりなる透光性電極2と酸化アルミ
ニュウムよりなり厚さ約2,000への第1の絶縁膜3
とを形成する。
つづいて、−1−記のターゲットを使用し、水素ガスを
10%含んだアルゴンガスを使用してスパックをなし、
厚ざ約8,000人の膜を形成した後、約450″Cに
おいて約1時till 8処理をなしELL12形成;
する。
次ic、’市子ビーム蒸着法を使用して、酸化イツト1
(ユ丙ムよりなり厚さが約2.000への第2の絶縁膜
5を形成し、さらに、スパッタ法または蒸着/11:を
使ffl (、て、アルミニュウムよりなる対向電極(
背面電極)6を形成する。
以1のII程をもって製造した薄膜EL素子のET−1
1U 4は、スパッタ反応中に〔作用〕の項に述べた還
元反応が発生して、過剰なフッ素が排除されるので、E
L膜巾の希土類元素とハロゲン元素との原子数はお−む
ね一致し1発光効率と輝度はそれぞれ1.0ルーメン/
Wと180フートランパートとに向」−する。
第2例 上記と同様にして、ガラス基板l上に厚さ約2.000
へのITO膜よりなる透光性電極2と酸化アルミニュウ
ムよりなり厚さ約2,000への第1の絶縁膜3とを形
成する。
つづいて、上記と同様のターゲットを使用し。
硫化水素ガスを10%含んだアルゴンガスを使用してス
パッタをなし、厚さ約e、ooo人の膜を形成した後、
約450℃において約1時間熱処理をなしELL12形
成する。
次に、上記と同様にして、酸化イットリュウムよりなり
厚さが約2,000人の第2の絶縁膜5を形成し、アル
ミニュウムよりなる対向電極(背面電極)6を形成する
以」二の工程をもって製造した薄膜EL素子のELL1
2、スパッタ反応中に〔作用〕の項に述べた還元反応が
発生して、過剰なフッ素が排除され、さらに、硫黄が補
充されるので、EL脱膜中希土類元素とハロゲン元素と
の原子数はお覧むね一致し、発光効率と輝度はそれぞれ
1.1ルーメン/Wと 200フートランバートとに向
上する。
〔発明の効果〕
以−に説明せるとおり、本発明に係る薄膜EL素子の製
造方法においては、亜鉛と硫黄と希土類元麦とハロゲン
元素とを含有するターゲットを使用し、還元性ガス中で
なすスパッタ法を使用してEL膜を形成することとyれ
ているので、ELM形成のためスパッタ反応中に過剰の
ハロゲン元素が排除されて、EL脱膜中希土類元素とハ
ロゲン元素との原子数がお−むね同一となり、さらには
硫化炬鉛から気化して隘失しやすい4tEMが補充され
、すぐれた発光効率・輝度特性の薄膜EL素子を製造す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は1本発明の実施例に係る交流駆動型薄膜EL素
子の構造図である。 第2図は、従来技術に係る直流駆動望薄111!2EL
素子の構造図である。 第3図は、従来技術に係る交流駆動型薄膜EL素r−の
構造図である。 第4図は、本発明に係る薄膜EL素子の製造方法を実施
して製造した薄II!1IEL素子の輝度とEL膜製造
のためのスパッタガスに含まれる水素ガス含有量との関
係を表すグラフである。 r・・・透光性基板(ガラス基板)、  2・・・透光
性電極(ITO電極)、  3・・・第1の絶Mll+
2(酸化窒化シリコン、酸化アルミニュウム、耐化イッ
トリュウム)、  4・・・EL膜(fdi、化亜鉛と
希土類元素とハロゲン元素との組成物)。 5・・・第2の絶縁膜(a化窒化シリコン、酸化アルミ
ニュウム、酸化イットリュウム)、6・・・対向電極(
背面電極)。 代犯イI’RFt、井桁貞− 第1図 本発明 7石 第2図 従来技術(旦流駅動翌) 石 第3図 従来技術(叉−かnt力聚) 水素力入りくとlE(%) 第 4r!!i

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 [1]透光性基板(1)上に透光性電極(2)を形成し
    、 該透光性電極(2)上に、EL膜(4)を形成し、 該EL膜(4)上に対向電極(6)を形成する薄膜EL
    素子の製造方法において、 前記EL膜(4)は、亜鉛と硫黄と希土類元素とハロゲ
    ン元素の内の少なくとも一つの元素を含有する1個また
    は複数個のターゲットを使用し、還元性ガス中でなすス
    パッタ法を使用して形成することを特徴とする薄膜EL
    素子の製造方法。 [2]前記EL膜(4)を挟んで第1の絶縁膜(3)と
    第2の絶縁膜(5)とを形成する工程を有する特許請求
    の範囲第1項記載の薄膜EL素子の製造方法。 [3]前記還元ガスは水素ガスを1成分とすることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項または第2項記載の薄膜
    EL素子の製造方法。 [4]前記還元ガスは硫化水素を1成分とすることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項または第2項記載の薄膜
    EL素子の製造方法。
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