JPS636773A - 薄膜ｅｌ素子の製造方法 - 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】 （Ｊ！ｌ費〕 薄１１りＥＬ素子の製造方法の改良であり、薄膜ＥＬ素
子の発光効率番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
、硫化亜鉛を母材とし冷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１ｉＪＩ　
ｇｆＪしうる、という新たに発見された性質を利用して
、希七類元素とハロゲン元素との組成比を化学！ｌｋ論
的組成比より冷土類元素の組成比を大きくし、発光効率
・ｌｌ１１度特性を向上した薄１漠ＥＬ素子を製造する
方法の改良であり、硫化亜鉛と希土類元素のハロゲン化
物とをターゲットとし、これらのターゲットのみならず
基板側にもＲＦｔ力を供給してなすスパッタ法を使用し
てＥＬＩＩＩ２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素子の発光効率・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ｌ１２
ＥＬ素子の製造方法の改良に関する。

〔従来の技術〕

薄１１！２ＥＬ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２，０
００人の透明電極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ュウムとハロゲン元
素例えばフッ素とを含有する硫化亜鉛等よりなるＥＬ膜
４が形成され、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、ＥＬ膜４を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人の第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１発光中心として機能する希土類元素のうち、
テルビュウムは緑色を、サマリュウムは赤色を、ツリュ
ウムは青色を、プラセオジュウムは白色を、それぞれ発
光するが、その発光効率ψ輝度は、テルビュウムを除き
、いづれも満足すべきものではない、最もすぐれている
テルビュウムにおいても、発光効率は　０．１〜０．２
ルーメン／Ｗであり、また、輝度は３０フートランバー
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、再現性が憇い。

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、希土類元素の
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ｆｆｉ成比
を少なくとも化学量論的組成比に比べて希土類元素の組
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φ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〕

上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／＼ロゲン元素とを所望
の混合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。

例えば、硫化亜鉛とテルビュ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
亜鉛、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膜を再現性よ
く製造することが容易でなく１発光効率ｅ輝度が予期し
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、特殊なソースを使用する必要がなく、発光効率拳輝
度特性がすぐれており、しがも、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る薄膜Ｅ
Ｌ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、バ
イアススパッタ装置（真空容器と絶縁されたターゲット
と真空容器と絶縁された基板との双方に交流電圧が印加
されてなるスパッタ装置）を使用し、硫化亜鉛と希土類
元素のハロゲン化物を単独または複数のターゲットとし
、ターゲットのみならず基板側にもＲＦ主電力供給しな
がらスパッタリングをなし、基板側に堆積した硫化亜鉛
膜をスパッタエツチングしながら、ＥＬ膜を形成するこ
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薄膜ＥＬ素子にも、また、ＥＬ
膜４が上下の絶縁膜３．５によって挟まれている文論駆
動型の薄膜ＥＬ素子にも実現＋＋ｒ詣である。

〔作用〕

末完１１の基本的思想は、硫化亜鉛を母材とし。

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ＥＬ膜に含まれる希土類元素とハロゲン元素との
組成比をｌ：ｌにすることにある。

ところで、硫化亜鉛を母材とし、希土類元素とハロゲン
元素とを発光中心とするＥＬＭを形成するには、硫化亜
鉛と希土類元素のハロゲン化物とをソースとして使用す
ることが最も現実的である。ところが、希土類元素とハ
ロゲン元素との化合物は、例えば三フッ化テルビュウム
のように、その組成比がｌ：ｌではない６そのため、こ
のようなソースを使用して形成されるＥＬｆＪＱは、ハ
ロゲン元素を多量に含有しがちである。

そこで、希土類元素の添加量を増大することを目的とし
て、上記せるように、例えば、硫化亜鉛とテルビュウム
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σまたが、上記せる種々な欠点を避は難かった。

本発明は、このような欠点をともなわずに、希土類元素
の添加量を増大するためになされたものであるが、希土
類元素とハロゲン元素とを１：ｌの組成比に含む硫化亜
鉛の膜質がすぐれている理由が、この組成が最も安定し
た組成である点に着目してなされたものである。

そこで、最も安定した組成を有する硫化亜鉛である。希
土類元素とハロゲン元素とをｌ：ｌの組成比に含む硫化
亜鉛を形成するためには、その形成中に硫化亜鉛と希土
類元素とハロゲン化物との反応を促進するために刺激を
与え、各原子を最も安定した位置に落付かせるために、
基板側にもＲＦ？ｌｔ力を供給して、スパッタリングと
スパッタエツチングとを同時になすこととしたものであ
る。

実験の結果によれば、硫化亜鉛と三７７化テルビュウム
とをターゲー、トとする場合、前者のＲＦ主電力ＩＫＷ
、後者（７）ＲＦＹＬ力を　２２０Ｗとし、基板側のＲ
Ｆ主電力９００Ｗとすると、ツー／素とテルビュウムの
組成比が１：１となり、従来技術（スパッタエツチング
はしない場合）に比し。

輝度が約３倍に向上した。この実験におけるフッ素・テ
ルビュウム組成比と基板側に印加されるＲＦ主電力関係
を第４図に示す０図より明らかなように、基板側に印加
されるＲＦ主電力３００Ｗのときはフッ素争テルビュウ
ム組成比は３であるが、　７．Ｉｉ板側に印加されるＲ
Ｆ７［力の増加にともないフッ素・テルビュウム組成比
は減少し、基板側に印加されるＲＦ主電力９００Ｗにな
ると、フッ！−テルビュウム組成比はｌとなる。

他のＸ１土類元素と他のハロゲン元素との組み合わせに
対しても、お−むね同様の結果を確認〔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素子の製造方法についてさらに説明する。

追」−例 ＥＬＩ１５１形成用スパッタ法のターゲットとして、硫
化亜鉛ターゲットと三フッ化テルビュウムターゲットと
を使用し、基板側にもＲＦ主電力供給してスパッタリン
グとスパッタエツチングとを同時になして、交流駆動型
の薄膜ＥＬ素子を製造する方法について説明する。

第１ａ図参照 スパッタ法を使用して、ガラス基板ｌ上にＨ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人の第１の絶縁ｌＩ
５！３とを形成する。

第５図併参照 つづいて１図示するようなバイアススパッタ装置を使用
して、スパッタリングとスパッタエツチングとを同時に
実行する０図において、１０は真空容器であり、アルゴ
ンガスが供給され、１１と１２とはターゲット支持手段
であり、本例においては、それぞれ硫化亜鉛ターゲット
７と三フフ化テルビュウムターゲット８とを乗せる。１
３は回転型基板支持手段であり、基板９が乗せられる。

　　１１１゜１２１、１３１は、カシプリングキャパシ
タである。

１１２、　１２２．　１３２はＲＦＴＬ源である。　１
４はアルゴン供給口であり、　１５は真空ポンプである
。

上記のバイアススパッタ装置を使用して、硫化亜鉛に対
するテルビニウム組成比が２ａｔ％であり、フッ素とテ
ルビニウムの組成比が１であるＥ１１１Ｑ４を形成する
ために、硫化亜鉛ターゲット７にはｌ　ＫＷ、三フッ化
テルビュウムターゲット８には２２０Ｗ、　２！板９に
は３００Ｗを印加する。

このようにすると、プラズマ化したアルゴンが、基板９
上にすでに付着してはいるが十分には結合していないテ
ルビニウムやフッ素やｆＥＭや亜鉛に衝突して、不安定
な状態にある原子を排除し、安定な状態（テルビニウム
とフッ素との組成比が１であり、硫黄と亜鉛の組成比が
１である状態）の原子のみが残留して良質のＥＬＭが形
成される。

このようにしてスパー２夕とスパッタエツチングとを同
時に進行させ、硫化亜鉛と三フフ化テルビュウムとの反
応を十分促進して、厚さ約８．０００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ＥＬ１５
Ｉ４を形成する。

次に、電子ビーム蒸着法を使用して１ｍ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１５を形
成し、さらに、蒸着法またはスパッタ法を使用してアル
ミニュウムよりなる対向電極（背面電極）６を形成する
。

以上の工程をもって製造した薄膜ＥＬ素子のＥＬ膜４は
、テルビニウムとフッ素の組成比がお−むねｌ：１に近
くされており、硫化亜鉛も硫黄と亜鉛とをお−むねｌ：
ｌの組成比に含有し。

テルビニウムの硫化亜鉛に対する組成比は２ａｔ％であ
るから１発光効率・輝度（発光しきい値電圧を３０Ｖ超
過する電圧に対応する輝度）は、第６図にＡをもって示
すように、それぞれ、０．８ルーメン／Ｗ、１８０フー
トランバートであり、従来技術に比し約３倍に向上して
いる。なお、第６図のＢは従来技術の場合を示す。

庇又ｊ ＥＬＩＩＱ形成用スパッタ法のターゲットとして。

硫化亜鉛ターゲットと三フフ化テルビュウムターゲット
し、基板側にもＲＦ主電力供給してスパッタリングとス
パッタエツチングとを同時になして直流駆動型の薄膜Ｅ
Ｌ素子を製造する方法について説明する。

第１ｂ図参照 上記と同様にして、スパッタ法を使用して、ガラス基板
ｌ上に厚ざ約２．ＧＯＯＡのＩ”ｒｏｅよりなる透光性
電極２を形成する。

つづいて、上記と同様に、スパッタ法とスパッタエツチ
ング法とを同時になして、硫化亜鉛に対するテルビニウ
ム組成比が２ａｔ％であり、フッ素とテルビニウムの組
成比が１であるＥｌ１９４を形成する。

次に、蒸着法またはスパッタ法を使用してフルミニュウ
ムよりなる対向電極（背面電極）６を形成する。

以上の工稈をもって製造したＱＩ１９ＥＬ素子のＥＬ膜
４は、テルビュウムとフッ素の組成比がお−むねｌ：１
に近くされており、硫化亜鉛も硫黄と亜鉛とをお覧むね
１：ｌの組成比に含有し。

テルビュウムの硫化亜鉛に対する組成比は２ａｔ％であ
るから、発光効率・輝度（発光しきい値電圧を２０Ｖａ
過する電圧に対応する輝度）は、それぞれ、０．２ル−
メン／Ｗ、　５００フートランバートであり、従来技術
に比し約２＠に向上している。

〔発明の効果〕

以上説明せるとおり、本発明に係るｔ１ＭＥＬ素子の製
造方法においては、ｆ！化亜鉛と、希土類元素のハロゲ
ン化物とをターゲットとし、このターゲットとＥＬＩＩ
Ｑがその上に形成される基板との双方にＲＦ主電力供給
しながらなすスパッタリング法を使用してＥＬ膜を形成
することとされているので、希土類元素の原子数とハロ
ゲン元素の原子数とはお−むね同一とされ、しかも、硫
化亜鉛の組成比も望ましい状！８に保持され、すぐれた
発光効率・輝度の薄膜ＥＬ素子を製造することができる
。また、特殊なソースを必要とすることもなく、シかも
、再現性よく十分な厚さのＥＬ膜とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は、本発明の一実施例に係る交流駆動型１８匁
脱ＢＬ素子の構造図である。 ｇＳｌｂ図は、本発明の他の実施例に係る直流駆動型薄
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型ｇ＠ＥＬ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素子の構
造図である。 第４図は、フッ素・テルビュウム組成比と基板側に印加
されるＲＦ主電力関係を示すグラフである。 第５図は本発明の実施に使用されるバイアススパッタ装
との構成図である。 第６図は１本発明の一実施例に係るｉ膜ＥＬ素子の製造
方法を実施して製造した交流駆動型薄膜ＥＬ素子の輝度
対電圧関係を従来技術の輝度（発光しきい値電圧を３０
Ｖ超過する電圧に対応する輝度）対電圧関係とを比較し
て表すグラフである。 ｌ・・拳透光性基板（ガラス基板）。 ２・・・透光性電極（ＩＴＯ″：４極）。 ３・・番第１の絶縁膜（酸化窒化シリコン、酸化アルミ
ニュウム、酸化イフトリュウム）。 ４・・・ＥＬ膜（硫化亜鉛と希土類元素とＩ＼ロゲン元
素との組成物）。 ５・・・第２の絶縁Ｉ８！（酸化窒化シリコン、酸化ア
ルミニュウム、酸化イットリュウム）−６・・φ対向電
極（背面電極）。 ７・・・硫化亜鉛ターゲット。 ８・・拳三フフ化テルビュウムターゲット。 ９・・寺基板、 １０１１１１１１真空容器。 １１、＋２・・・ターゲット支持手段。 ！３・・・回転型基板支持手段、 １１１　、１２１．１３１　・・・カップリングキャパ
シタ、１１２　、１２２　、１３２１１１ＲＦ’ｉｔｔ
源。 １４・・・アルゴン供給口、 １５・・・真空ポンプ。 第２ｖ！Ｊ ・波来技？グ 第３図 従来技術 −ＱＷＬ＋−ｈｐ）ＪＱＪＳＲＦ９．ｔｔ　　（Ｗ）第
　４　因 スＩ％ｊヤＦＬ、テシ７°−効来 第１ａ図 本発明 第５図 バイアスス／マ・ｙ７犠１ Ｆｔ、及（Ｖ） 第６図 輝潅・ｔル関振 第１ｂ図 本発明

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、硫化亜鉛と希土類元素のハロゲン
   化物とをターゲットとし、該ターゲットと前記ＥＬ膜（
   ４）がその上に形成される基板との双方にＲＦ電力を供
   給しながらなすスパッタリング法を使用して形成する薄
   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。