JPH02152191A - エレクトロルミネッセンス発光膜の気相成長法 - Google Patents

エレクトロルミネッセンス発光膜の気相成長法

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JPH02152191A
JPH02152191A JP63304820A JP30482088A JPH02152191A JP H02152191 A JPH02152191 A JP H02152191A JP 63304820 A JP63304820 A JP 63304820A JP 30482088 A JP30482088 A JP 30482088A JP H02152191 A JPH02152191 A JP H02152191A
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Akiyoshi Mikami
明義 三上
Kosuke Terada
幸祐 寺田
Koji Taniguchi
浩司 谷口
Koichi Tanaka
康一 田中
Masaru Yoshida
勝 吉田
Shigeo Nakajima
中島 重夫
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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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は薄膜EL(エレクトロルミネッセンス)素子
に使用するエレクトロルミネッセンス発光膜の気相成長
法に関する。
〈従来の技術〉 従来、エレクトロルミネッセンス発光膜(本明細書では
以下、発光膜と略す。)の成長方法としては次のような
方法が知られている。すなわち、■ ZnSとMnの混
合焼結ペレットを材料とする電子ビーム蒸着法。
■ Zn、Mn、およびSを蒸気の状態で交互に基板上
へ供給して、単原子層ずつ形成する原子層エピタキシー
法(ALE法)。
■ ■族元素の有機金属化合物と■族元素の水素化物を
基板上で熱分解反応させてII−VIl模膜堆積形成す
る有機金属気相成長法(MOCVD法)。
■ ハロゲン輸送法によって発光中心となる元素をドー
ピングして、発光膜を形成するハライドCVD法である
〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上記従来の■の電子ビーム蒸着法は、膜
成長の初期段階に3次元的な粒が形成されるため結晶性
が良くない発光膜が形成される。
したがって、輝度が低く、品質が良くないという欠点が
ある。上記■の原子層エピタキシー法は、2次元的な層
状膜成長を行うので、結晶性が良く高輝度の発光膜を形
成することができるが、成長速度が極めて遅いので量産
性に欠ける。また上記■の有機金属気相成長法は、結晶
性が良い発光膜を形成することができるが、大面積のも
のを得ることができず、かつ量産性に欠ける。上記■の
ハライF’ CV D法は、結晶性が良い高品質の発光
膜を得ることができ、しかも大面積化が可能で量産性に
優れた方法である。しかし、膜成長のソース材料として
蒸気圧の低い無機固型物を使用しているので、上記ソー
ス材料を加熱する手段を必要とし、さらに蒸気圧が低い
ため輸送量の制御が困難である。このためそれに供する
装置は複雑で大がかりなものになっている。
そこでこの発明の目的は、形成する発光膜が高品質・大
面積化可能・量産性に優れたハライドCVD法の利点を
生かしつつ、ソース材料を加熱する必要がなく、輸送量
の制御が容易で、しかも小型・簡略な装置で行うことが
できる気相成長法を提供することにある。
く課題を解決するための手段〉 上記目的を達成するするために、この発明のエレクトロ
ルミネッセンス発光膜の気相成長法は、反応管内の水素
または不活性ガスの雰囲気下にエレクトロルミネッセン
ス素子用基板を配置して所定温度に保持し、この基板表
面に、II−VI族半導体を構成しうる■族元素または
■族元素の化合物と■族元素または■族元素の化合物と
、■−■族半導体中で発光中心となる元素のハロゲン化
物とを各々蒸気の形態で同時に輸送して接触させること
により、上記基板に■−■族半導体を母体とし、この半
導体内部に発光中心となる元素が含有されたエレクトロ
ルミネッセンス発光膜の気相成長方法であって、上記■
族元素、VI族元素、■族元素の化合物、VI族元素の
化合物3発光中心となる元素および発光中心となる元素
の化合物のうち少なくとも一つについて有機化合物の蒸
気の状態で上記反応管へ導入して、上記反応管内に設け
た高温部において、この有機化合物を、熱分解反応によ
り、■族元素、VI族元素および発光中心となる元素の
うちの少なくとも一つの元素、または上記■族元素、V
I族元素または発光中心となる元素のうちの少なくとも
一つの元素の無機化合物となすと共に、上記高温部にお
いて、上記元素や上記無機化合物と、ハロゲン化水素ガ
スとを混合して、化学反応により■族元素または■族元
素または発光中心となる元素のハロゲン化物の蒸気を生
成した後、この蒸気を基板上へ供給することを特徴とし
ている。
〈実施例〉 以下、この発明の実施例を詳細に説明する。本実施例は
特に、ソース材料として■族元素Znの有機化合物であ
るジメチル亜鉛Zn(CH3)t、 VI族元素Sの化
合物である硫化水素H,S、全9.心となる元素Mnの
有機化合物である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)を使用して、発光膜ZnS:
Mnを成長する方法である。以下、この実施例を第1図
に示す横型気相成長装置の構成図により説明する。
第1図において、lは長さ1m、内径5cmの石英製の
反応管、laは上記反応管lの一端部に設けた枝管、2
,3はそれぞれ上記反応管lの枝管1a側の端部付近に
設けた導入管である。上記反応管lを電気炉4内に収納
し、長平方向の温度分布を図中に示す通り高温部を60
0℃に設定している。
そして上記反応管1の他端部から反応管l内にできる反
応生成物等を主バルブ17を通して油回転ポンプ18に
よって排気するようにしている。そして、上記導入管2
,3の先端と上記他端との間の反応域に基板ボルダ6を
設け、発光膜の下地膜を堆積したガラス製の基板5を傾
斜立脚させている。また、■族元素Znの有機化合物で
あるZn(CH3)、液を入れたバブラ8を恒温槽9内
に、発光中心となる元素Mnの有機化合物であるTCM
液を入れたバブラ10を恒温槽ll内にそれぞれ収納し
、一定温度に保持している。
上記横型気相成長装置を用いて、発光膜の成長は次のよ
うにして行う。
■ H,ガスボンベ13から出た!]、ガスをマスフロ
ーコントローラ12cで流量制御して、バブラ8内でバ
ブルする。すなわち、12. n(CH3) tをH2
をキャリアガスとしてバブル法により輸送する。HCQ
ガスボンベ14から出たHC&ガスをマスフローコント
ローラ12bで上記Z n(C+−+ 3)tの2倍の
モル供給量になるように流量制御して、これらを混合し
、バルブ7cを通して導入管2へ供給する。
■ H、Sガスを予めH2ガスで希釈したものをガスボ
ンベ15から出し、マスフローコントローラ12aで上
記Zn(CH3)zと同じモル供給量になるように流量
制御して、バルブ7bを通して直接に反応管1の枝管1
aへ供給する。
■ H,ガスボンベ13から出たH、ガスをマスフロー
コントローラ12eで流量制御して、バブラlO内でバ
ブルする。ずなわち、TCMをH。
をキャリアガスとしてバブル法により輸送する。
■〜ICρガスボンベ14から出たHCQ、ガスをマス
フローコントローラ12dで上記TCMの2倍のモル供
給量になるように流1制御して、これらを混合し、バル
ブ7aを通して導入管3へ供給する。
■ 上記■のZn(CH3)zおよび■のTCMは高温
で不安定な材料であって、それぞれ約400℃、約50
0℃以上になると熱分解する性質を有している。そのた
めそれぞれ分解して単体のZn。
Mnが生じる。この単体Zn、Mnは導入管3.2の内
部でそれぞれ共に供給されたHC&ガスと直ちに反応す
る。次の(1)、(2)に示す反応式に従って、より高
い蒸気圧を有するZnCL、MnCLが生じる。
Zn+2 HCQ”ZnCQt+Hz     −(1
)Mn+2HCf2→MnC12t+Ht    ・=
(2)■ ■において導入管3.2の内部に生じたZn
CQ t 、 M n C(! を蒸気と、■において
直接に枝管1aに供給したH t Sガスは、反応管l
の他端で排気しているので、上記反応管l内を上記他端
の方へ流れる。これらは上記導入管3.2の先端と上記
他端との間の反応域にて化学反応を起こし、基板5上に
発光膜であるZnS:Mnを堆積させる。
このようにして、発光膜を成長した場合、■原材料のZ
n輸送速度と上記発光膜の成長速度の関係は第2図に示
すようになる。上記成長速度はZn輸送速度にほぼ比例
して増大しているので、膜成長過程が材料の供給律速に
基づくものであることを示すと共に、輸送量を調節する
ことによって膜厚の制御か容易に行えることを示してい
る。また、上記Zn輸送潰を一定値1 x 10−’m
o12/minとした場合、発光中心となるMnの輸送
速度と上記エレクトロルミネッセンス発光膜中のM n
 aflJとの関係は、第3図に示すようになる。上記
Mn濃度はMn輸送速度5 x l O−8mo12/
l1lin付近から急速に増加し始めている。この原因
については、質屯分析計によるガス組成の測定から、M
n輸送速度を増大させると、反応管l内に同時に輸送さ
れるl−1c&ガスの分圧が高くなり、上記基板5上に
堆積した発光膜中のZnが上記HCl2ガスによってエ
ツチングされて、結果的にMnのドーピング率がMn輸
送速度に比例しなくなるためであることが判明している
薄膜EL素子の発光膜を上記方法によって、Zn輸送速
速度 X l O−’IIIo(/min、Mn輸送速
度8XlO−”mo(17minにて成長して膜厚が0
.6μm、Mn濃度0.4at%の場合に、代表的な発
光輝度−印加電圧特性および発光効率−印加電圧特性は
第4図に示すようになる。この場合、発光の開始電圧1
60V、最大発光輝度3000 Cd/m’、最大発光
効率4Qm/wである。従来のノーライドCVD法によ
って発光膜を成長する場合と同様に良好な特性が得られ
ている。
また、この発明を実施できるように大面積の発光膜形成
用に設計した縦型ノーライドCVD装置を第5図に示す
。反応管lは内径28cm、高さ70cmの石英製であ
り、上部に原料導入用細管21a、21b、21cを備
えている。基板25設置部と原料導入用細管21a、2
1cの箇所に電気炉22.2423をそれぞれ備えてい
る。上記基板25は、最大サイズ9インチのものまで設
置できるように設計してあり、発光膜成長中は、ホルダ
26にセットして基板回転用モータ27により終始回転
するようにしである。上記縦型ハライドCVD装置によ
って発光膜を成長する場合、反応ガスの流れが上記基板
25に回転対称的であり、しかも基板25は回転してい
るので、膜厚の面内分布・発光膜の分布の均一性を向上
させることができる。すなわち、大面積で特性良好な発
光膜を成長することができる。
以上より明らかなように、この実施例はソース材料を蒸
気あるいはガスの状態で供給しているので、ソース材料
を加熱する必要がない。また、これらは常温で十分に蒸
気圧が高いので、輸送途中で凝縮したりするようなこと
がなく、そのためマスフローコントローラによって精密
に流量制御すなわち輸送里制御することができる。した
がって気相成長装置を小型・簡略することができる。
なお、この実施例では、■族元素Znの有機化合物とし
てZn(C10)zを使用したが、これに限るものでは
なくノエチル亜鉛Zn(CtHs)tでもよい。また上
記■族元素Znは他の■族元素で6よい。また、発光中
心となる元素Mnの有機化合物としてTCMを使用した
が、ジπンクロペンタノエニルマンガンMn(CtH6
)2でらよい。また上記発光中心となる元素は他の発光
中心となる元素でもよく、VI族元素Sも他の■族元素
でもよい。
また、上記反応管l内の高温部の温度はZnのものは3
00〜600℃、Mnのちは500〜700℃、基板の
温度は400〜600°Cの範囲が適当である。
ソース材料の輸送速度は反応管の断面積に依存するが、
ZnおよびSの場合は1o−5〜to−2mOQ/n+
in、 Mnの場合は10−”〜I O−3mol/m
inの範囲が適当である。そして、上記発光膜の成長時
間は、その膜厚が0.3〜1μmとなるように成長速度
によって調節するのが望ましい。
さらに、上記実施例は、■族元素、VI族元索1発光中
心となる元素のいずれの化合物も蒸気あるいはガス状態
のソース材料を使用したが、これらのうち一部は他の状
態のものを使用しても良い。
〈発明の効果〉 以上より明らかなように、この発明のエレクトロルミネ
ッセンス発光膜の気相成長方法は、形成する発光膜が高
品質で大面積化可能・量産性に優れたハライドCVD法
において、■族元素、VI族元素、■族元素の化合物、
VI族元素の化合物1発光中心となる元素および発光中
心となる元素の化合物のうち少なくとも一つを有機化合
物の蒸気の形態で反応管へ導入しているので、ソース材
料を加熱する必要がなく、輸送量の制御が容易で、しか
も小型・簡略な装置で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例に使用する横型気相成長装
置の構成図、第2図は上記実施例により形成したエレク
トロルミネッセンス発光膜の成長速度とZn輸送速度と
の関係を示す図、第3図は発光膜中のMrJ度とMn輸
送速度との関係を示す図、第4図は上記実施例により形
成したエレクトロルミネッセンス発光膜を使用した薄膜
EL素子の代表的な発光輝度および発光効率の印加電圧
依存性を示す図、第5図は上記実施例に使用する縦型ハ
ライドCDV装置の構成図である。 1・・・反応管、la・・・枝管、2.3・・・導入管
、4 22.23.24・・・電気炉、5.25・・・
基板、6.26・・・基板ボルダ、7 a、 7 b、
7 c・・・バルブ、8.10・・・バブラ、9.11
・・・恒温槽、+ 2a、 l 2b、 12c、 l
 2d、 I 2e−・−マスフローコントローラ、 3・・・I−1!ガスボンベ、14・・HC(ガスボン
ベ、5・・H,希釈のH、Sガスボンベ、 6.28・・・圧力計、17.29・・・主バルブ、8
.31・・油回転ポンプ、 ]a、2 lb、21cm原料導入用細管、7・・基板
回転用モータ、 0・・メカニカルブースタポンプ。 許 出 願 人  シャープ株式会社 理 人 弁理士 青 山 葆 ほか1名第2図 Zn 咄速度[xlOmo!/min)第3図 Mn輸送遣崖 [xlOmol /min] 第4区 卯ズバコ電1i−じ!−クイ11 (V)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)反応管内の水素または不活性ガスの雰囲気下にエ
    レクトロルミネッセンス素子用基板を配置して所定温度
    に保持し、この基板表面に、II−VI族半導体を構成しう
    るII族元素またはII族元素の化合物とVI族元素またはV
    I族元素の化合物と、II−VI族半導体中で発光中心とな
    る元素のハロゲン化物とを各々蒸気の状態で同時に輸送
    して接触させることにより、上記基板にII−VI族半導体
    を母体とし、この半導体内部に発光中心となる元素が含
    有されたエレクトロルミネッセンス発光膜の気相成長方
    法であって、 上記II族元素、VI族元素、II族元素の化合物、VI族元素
    の化合物、発光中心となる元素および発光中心となる元
    素の化合物のうち少なくとも一つについて有機化合物の
    蒸気の状態で上記反応管へ導入して、上記反応管内に設
    けた高温部において、この有機化合物を、熱分解反応に
    より、II族元素、VI族元素および発光中心となる元素の
    うちの少なくとも一つの元素、または上記II族元素、V
    I族元素または発光中心となる元素のうちの少なくとも
    一つの元素の無機化合物となすと共に、上記高温部にお
    いて、上記元素や上記無機化合物と、ハロゲン化水素ガ
    スとを混合して、化学反応によりII族元素またはVI族元
    素または発光中心となる元素のハロゲン化物の蒸気を生
    成した後、この蒸気を基板上へ供給することを特徴とす
    るエレクトロルミネッセンス発光膜の気相成長法。
JP63304820A 1988-11-30 1988-11-30 エレクトロルミネッセンス発光膜の気相成長法 Expired - Fee Related JPH0752669B2 (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5116640A (en) * 1989-10-24 1992-05-26 Sharp Kabushiki Kaisha Process for preparing an electroluminescent device
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US6004618A (en) * 1994-04-26 1999-12-21 Nippondenso., Ltd. Method and apparatus for fabricating electroluminescent device

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