JPS6348792A

JPS6348792A - 薄膜ｅｌ素子用発光膜の作製方法

Info

Publication number: JPS6348792A
Application number: JP61191295A
Authority: JP
Inventors: 知尋柴田; 克彦平林; 小沢口　治樹
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1986-08-15
Filing date: 1986-08-15
Publication date: 1988-03-01
Anticipated expiration: 2010-10-09
Also published as: JPH0793189B2

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】〔発明の技術分野〕本発明は薄膜ＥＬ素子用発光膜の作製方法、さらに詳細
には表面が平坦で、高結晶性のＺｎＳ　、　Ｚｎ５ｅ薄
膜発光層の作製方法に関する。

〔発明の技術的背景〕

情報処理装置の発達に伴い、平面形表示素子の一つとし
て薄膜エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子の研究が
盛んに行われている。薄膜ＥＬ素子では、発光色に応じ
て適当な物質をドーピングしたＺｎＳやＺｎ５ｅなどの
薄膜を発光層として用いるのが一般的である。

ＺｎＳやＺｎ５ｅの薄膜の作製方法としては、これまで
電子ビーム蒸着法やスパッタ法が用いられてきたが、最
近、より一層特性の改善を目的とし、アトミフクレイヤ
エピタキシ（ＡＬＥ）法や、分子線ビームエピタキシ（
ＭＢＥ）法、有機全屈気相成長法（ＭＯＣＶＤ）法など
が用いられるようになってきている。

特に、Ｍ　ＯＣＶ　Ｄ法は、大面積の膜を安価に作製で
きるという特徴があり、また最近ではＺｎＳ　　二Ｍｎ
黄橙色薄膜ＥＬ素子で６０００　　ｃｄ／ｒｄ以上の高
輝度を示し、さらにマージンが大きく安定なメモリ特性
を有するものが作製されたり（文献：に、１Ｉｉｒａｂ
ａｙａｓｈｉ　ｅｔ　ａｌ　　；Ｊｐｎ、　Ｊ、　Ａｐ
ｐｌ、Ｐｈｙｓ、２５　　（１９８６）　、７１１　　
およびに、Ｈｉｒａｂａｙａｓｈｉ　ｅｔ　ａｌ　　；
　　Ｊｐｎ、Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、２５　　（１９
８６）　Ｌ３７９）　、ＺｎＳ　：　ＴｂＦ　３緑色薄
膜ＥＬ素子では５０００ｃｄ／　ｍ以上の高輝度が得ら
れる（文献：平林他、１９８６年春、名物予稿集、ＰＧ
Ｉ１）など、高性能ＥＬ素子用発光膜の有力な炸裂手段
としての地位を確立しつつある。

このような従来の典型的ＭＯＣＶＤ法を実施するための
装置を第１図に示す。

この図より明らかなように気相反応室１内には基板２を
載置するためのサセプタ３が形成されており、このサセ
プタ３は回転可能になっている。

さらに、反応室１上部には、この反応室１内に原料ガス
である亜鉛のアルキル化物ガスを導入するためのノズル
４１、硫黄またはセレン水素化物を導入するためのノズ
ル４２が形成されているとともに、さらに発光中心を導
入するためのノズル４３が備えられた構造になっている
。

このようなＭＯＣＶＤ装置において発光膜を製造する場
合、まず、たとえばＲＦコイルに高周波電源を流すこと
によってサセプタ３を加熱し、基板２を所定温度にする
。その後、ノズル４１、ノズル４２、さらにはノズル４
３より、それぞれ亜鉛のアルキル化物ガス、硫黄または
セレンの水素化物ガス、発光中心となる不純物、たとえ
ばマンガン、テルビウム、サマリウムなどを含むガスを
反応室１に導入し、気相反応によって、発光中心を含む
ＺｎＳまたはＺｎ５ｅ薄膜を基板２上に形成させるもの
である。

しかしながら、亜鉛のアルキル化物ガスと硫黄またはセ
レンの水素化物を原料とするＺｎＳまたはＺｎ５ｅのＭ
ＯＣＶＤ成長においては、これらのガスが反応性に冨ん
でいるため、基板２に到達する前に前記原料ガスが反応
してしまい、その結果、ＺｎＳ　ｓ　Ｚｎ５ｅの薄膜表
面が荒れたり、膜の結晶性が悪くなったりする欠点があ
った。したがって、従来のＭＯＣＶＤ法で得られたＺｎ
ＳやＺｎ５ｅｌ’Ｊを発光層に用いた薄膜ＥＬ素子は発
光が散乱しやす（、かつ駆動電力が高いという欠点があ
った。

〔発明の概要〕

本発明は上述の点に鑑みなされたものであり、反応室に
おける原料ガス間の基板到達前における反応を抑制する
ことによって、薄膜表面が平坦で、結晶性が良好な薄膜
ＥＬ素子用発光膜を作製する方法を提供することを目的
とする。

したがって、本発明による薄ＩＩＱＥＬ素子用発光膜の
作製方法は、亜鉛のアルキル化物ガスと硫黄またはセレ
ンの水素化物ガスを反応室で気相中で反応させて、基板
上に薄膜ＥＬ素子の発光層である硫化亜鉛またはセレン
化亜鉛の薄膜を成長させる薄膜ＥＬ素子発光膜の作製方
法において、前記反応室を複数の副反応室に分割すると
ともに、前記亜鉛のアルキル化物ガスと硫黄またはセレ
ンの水素化物ガスをそれぞれの別の副反応室に導入し、
前記基板を頃次各副反応室に移動させることによりＺｎ
ＳまたはＺｎ５ｅの薄膜を成長させることを特徴とする
ものである。

本発明によ薄膜ＥＬ素子用発光膜の作製方法によれば、
前記ＺｎＳ　、　Ｚｎ５ｅ発光層を形成する原料ガスを
それぞれ別々の副反応室に導入するため、原料ガス相互
の基板到達前における反応が抑制され、平坦な表面を有
し、かつ結晶性の良好な発光層を作製できるという利点
がある。

〔発明の詳細な説明〕

第２図は本発明による方法を実施するためのＮｌｏｃｖ
ｖｇ置の概略図であるが、この装置を用いて、亜鉛のア
ルキル化物としてジメチル亜鉛（ＤＭＺ）、硫黄の水素
化物として硫化水素（ＩＩ　２　Ｓ　）を使用し、Ｚｎ
Ｓ薄膜を作製する場合を例として説明する。

第２図において、１は反応室、２は基板、３はサセプタ
、４１．４２．４３．４４は原料ガスあるいは水素ガス
を導入するためのノズル、５は反応室１を分割する仕切
板、６は蓋、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄは副反応室を示している。

この図より明らかなように、このＭＯＣＶＤ成長装置は
、反応室１は仕切板５によって４つの副反応室Ａ、Ｂ、
Ｃ，Ｄに分割されており、基板２を支持するサセプタ３
はその仕切板５の下方に設けられているとともに、回転
可能になっており、前記基板２がそれぞれの副反応室Ａ
、Ｂ、Ｃ，Ｄに導入可能になっている。それぞれの副反
応室へ、Ｂ、Ｃ，Ｄの蓋６にはそれぞれ、原料ガスを導
入する原料ガスあるいは水素を導入するノズル４１．４
２．４３．４４が備えられており１、前記それぞれの副
反応室に水素あるいは原゛科ガスのいずれかを導入でき
るようになっている。

この装置を使用して薄膜ＥＬ素子用発光膜を製造する場
合、まず図示されていないＲＦコイル（反応室外側にあ
る）に高周波電流を流すことによりサセプタ３を加熱し
、このサセプタ３上に支持されている基板２を所定温度
に加熱する。

その間、反応室１内の副反応室Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄの全室に
はノズル４１．４２．４３．４４を介して水素を充坩し
ておく。反応室内が充分水素で置換され、かつ基板温度
が所定の温度になったら、前記副反応室へには、ノズル
４１よりＤＭＺ　、副反応室Ｃにはノズル４３よりｔｌ
　２　Ｓを、副反応室Ｂ、Ｄにはそれぞれノズル４２お
よび４４より水素を供給する。

原料ガラス導入当初、副反応室Ａ、すなわち聞Ｚ雰囲気
中にあった基板２をサセプタ３０回転により、水素、＋
（２Ｓ　、水素、Ｄ門２　（副反応室Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ａ）
と、次々に各雰囲気を通ずことによって、基板２上にＺ
ｎＳ薄膜を成長させる。副反応室ＢおよびＤに水素を供
給するのは、仕切板５付近でのＤＭＺと１１２Ｓの反応
を防ぐためである。

ここで、薄膜ＥＬ素子用発光膜にＺｎＳ膜を用いる場合
、発光中心となる不純物（マンガン、テルビウム、サマ
リウムなど）をドーピングする必要があるが、本発明に
よる方法の場合、ノズル４１．４２．４３．４４のいず
れかのノズルよりこれらの不純物を含むガラスをＺｎＳ
膜成長中に副反応室に導入すればよい。

また、各原料ガラスの供給速度、成長圧力などを適当に
制御することにより、原料ガラスの混合が起こらないよ
うにすることができれば、副反応室の数はＡとＣに相当
する２つでよいことは明らかである。

上述のような有機金泥気相成長法によって、発光層を作
製する場合、基板温度は、このましくは３００〜５５０
℃であるのがよい。３００°Ｃ未満であると薄膜形成速
度が遅すぎて良好な薄膜が成長しない虞があり、５５０
°Ｃを超えると高品質の膜が形成しない虞があるからで
ある。

また、反応系の真空度としては０．１〜７６０　Ｔｏｒ
ｒであるのがよい。０．Ｉ　Ｔｏｒｒ未満であると薄膜
形成速度が遅すぎて良好な膜を形成しない虞があるから
である。

さらに反応室に亜鉛のアルキル化物を導入するときの導
入速度は、好ましくは１ｘｔｏ−ｓ〜４×１０−　’　
ｍｏ！　／分であるのがよい。Ｉ　Ｘｌ０−　”　ｍｏ
ｌ／分未満であると薄膜形成速度が遅すぎて、実用的で
はなく、また４　ｘｉｏ−５ｍｏ＋　／分を超えると膜
質が悪（なる虞がある。

前記亜鉛のアルキル化物としては、本発明において基本
的に限定されるものではない。たとえばジメチル亜鉛の
他、ジエチル亜鉛などを使用できる。

また、前記硫黄またはセレン水素化物の導入速度は３．
３〜１４Ｘ１０−５ｍｏ＋　／分であるのがよい。

３．３　ｘｉｏ−５ｍｏｌ　７分未満であると、膜形成
速度が遅すぎて、実用的ではなく、また１４Ｘ１０−５
ｍ。

１７分を超えると膜質が悪くなる膚があるからである。

また、サセプタ３の回転速度はｊ〜３０ｒ、ｐ、ｍであ
るのが好まし２い。サセプタの回転速度が１ｒ、ｐ、ｍ
未満であると、良質の薄膜ができない戊があり、また、
３０ｒ、ｐ、ｍを超えると、同様に良質な膜ができない
虞がある。

また水素の副反応室への供給速度は、前記原料ガスが混
合しないような量を供給するのがよい。

このため０．！Ｍ／分以上であるのが好ましい。

次に本発明の実施例について説明する。

実施例第２図に示すような装置を使用して、下記の作製条件で
ガラス基板２上にＺｎＳ膜を作製した。発光中心として
、トリカルボニルメチルシクロペンタジェニルマンガン
（ＴＣＭ　）をノズル４１よりＤＭＺと混合して供給し
た。

〔作製条件〕

■基Ｆｊ、２上の温度・・・３００〜５５０℃■反応炉
１内の真空度・・・０．１〜７６０　Ｔｏｒｒ■ノズル
４１より副反応室へへのＤＭＺ供給速度・・・１〜４　
ｘｌＯ−５ｍｏｌ　／分■ノズル４３から副反応室Ｃへ
の１１２３供給速度・・・３．３〜１４Ｘ１０−５ｍｏ
＋　／分■ノズル４２、ノズル４４より副反応室Ｂ、Ｄ
への水素供給速度　　　・・・それぞれ１１／分■サセ
プタの回転速度　　・・・１〜３０乙ρ６ｍ上記■〜■
の各条件に設定したところ、副反応室ＡとＣ内でそれぞ
れ原料ガスが熱分解し、亜鉛と硫黄ができ、基板２上に
到達し、亜鉛と硫黄の原子層が交互に成長し、成長操作
を継続した結果、マンガンをドーピングしたＺｎＳ薄膜
（ＺｎＳ　　：　Ｍｎ膜）を作製することができた。

得られたＺｎＳｘＭｎ模の表面は光干渉色を呈する平坦
な面になっており、良好な膜であることを示していた。

また結晶性をＸ線回折によって比較したところ、従来の
方法により作製いたものよりも良好な結晶性の膜ができ
あがっていることが判明した。さらに、本発明の方法で
作製したＺｎＳ：Ｍｎ膜を用いて薄膜ＥＬ素子を作製し
たところ、反応室を仕切らずに作製し、たＺｎＳ：Ｍｎ
膜を用いた場合に比べて薄膜の平坦性が良いため、耐圧
が高く、かつ高結晶であることから、低電圧駆動のＥＬ
素子が実現できた。

なお、硫化水素をセレン化水素に変更した場合も同様な
方法で高結晶性のＺｎ５ｅ　：　Ｍｒ＋膜が基Ｆｉ、２
上に成長でき、薄膜ＥＬ素子化したところ、従来に比較
して高性能のＥＬ素子が実現できた。

〔発明の効果〕

以上説明したように、ＭＯＣＶＤ法による薄膜ＥＬ素子
用発光膜の作製において、本発明による方法を用いるこ
とにより、原料ガス間の基板到達前における反応を防止
でき、その結果、平坦で高結晶のＺｎＳ　、　Ｚｎ５ｅ
の薄膜が作製できるという利点がある。さらに、それら
の薄膜を使用し、薄１１１Ｌ素子を製造したところ、高
輝度、高耐圧、低電圧駆動の平面型発光素子を実現でき
、高性能長寿命の平面型発光表示パネルを提供できると
いう利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のＭ　ＯＣＶ　Ｄ法による成長装置の概略
図、第２図は本発明の方法を実施するための装置の一例
の概略図である。１・・・反応室、２・・・基板、３・・・サセプタ、４
１．４２．４３．４４・・・ノズル、５　・・・仕切板
、Ａ、Ｂ、Ｃ，［）　　・・・副反応室。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　亜鉛のアルキル化物ガスと硫黄またはセレンの
水素化物ガスを反応室で気相中で反応させて、基板上に
薄膜ＥＬ素子の発光層である硫化亜鉛またはセレン化亜
鉛の薄膜を成長させる薄膜ＥＬ素子発光膜の作製方法に
おいて、前記反応室を複数の副反応室に分割するととも
に、前記亜鉛のアルキル化物ガスと硫黄またはセレンの
水素化物ガスをそれぞれの別の副反応室に導入し、前記
基板を順次各副反応室に移動させることによりＺｎＳま
たはＺｎＳｅの薄膜を成長させることを特徴とする薄膜
ＥＬ素子用発光膜の作製方法。
（２）　前記副反応室の数を４つとし、対向する一対の
副反応室に水素を供給し、他の一対の副反応室のうちの
一方に亜鉛のアルキル化物ガス、他方に硫黄またはセレ
ンの水素化物ガスを供給することを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の薄膜ＥＬ素子用発光膜の作製方法。