JPH02220395A - 発光部材 - 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） 本発明は電場、電子線、Ｘ線、紫外線或いは可視光や赤
外線等の励起エネルギーを吸収して、蛍光や燐光等の光
を放出する作用を有する発光部材に関する。

（従来の技術） 従来、蛍光や燐光を発する発光部材としては種々のもの
が知られている０例えば、半導体ＧａＡｓやＩｎＰ等の
ｍ−ｖ族の化合物の結晶や、　ＺｎＳ、Ｚｎ５ｅ等のＩ
Ｉ−ｒＶ族の化合物の結晶を発光材料とするものは直接
遷移型のものであり、又、５ｉＣ１Ｋ（：Ｉ　：Ｔｅ”
、Ｙ、０２Ｓ：Ｅｕ”、ＺｎＳ：Ａｇ＋等を発光材料と
するものは間接遷移型の代表例である。これらの発光部
材は、発光層に電磁波や電子線を照射することにより発
光を呈する。又、電場をかけることで発光（エレクトロ
ルミネセンス：ＥＬ）する発光部材としては、ＺｎＳ：
Ｍｎ％ＺｎＳ：ＣｕＣ１等を発光材料とするものがよく
知られている。

又、本発明者等は新規な発光材料として、発光波長と同
程度又はそれ以下の大きさの粒径を有する微粒子、特に
炭素、硅素及びゲルマニウムの■族系元素を含む微粒子
からなる発光層を有するものが有用であることを見い出
した。

この微粒子はその構成元素が酸化された構造であるとよ
り効果が増し、実質的な発光強度も大きくなるという特
徴をもち、通常、層状堆積膜或いはバインダー分散膜の
形で発光層とされている。

（発明が解決しようとしている問題点）しかしながら、
上記■族系元素を主体とする微粒子膜を発光層とする発
光部材は、酸化状態の違いにより発光強度にばらつきは
生じるという問題がある。

従、フて、本発明の目的は、前述した従来技術の欠点を
克服した発光部材、即ち、酸化状態が安定しており、発
光強度のばらつきの無い高輝度の微粒子膜を発光層とす
る発光部材を提供することにある。

（問題点を解決する為の手段） 上記目的は以下の本発明により達成される。

即ち、本発明は、励起エネルギーの付与によって光を放
出する発光層を有する発光部材において、該発光層が酸
化した■族元素を含む微粒子からなり且つその酸化物組
成式＾０Ｘ（Ａは■族元素のいずれかを含む）のＸ値が
１．５０≦ｘ≦１．９８の範囲にあることを特徴とする
発光部材である。

（作　　用） 発光層が酸化した■族元素を含む微粒子からなる発光部
材において、その酸化物組成式へ〇、（Ａは■族元素の
いずれかを含む）のＸ値を１．５０≦ｘ≦１．９８の範
囲に制御することにより、発光強度のばらつきの無い高
輝度の微粒子膜を発光層とする発光部材を提供すること
が出来る。

（好ましい実施態様） 次に好ましい実施態様を挙げて本発明を更に詳しく説明
する。

本発明の発光部材は、石英ガラス、シリコンウェハー等
の任意の基板の上に、炭素、硅素及びゲルマニウムを代
表例とする■族系元素を単独或いは複合体として含む微
粒子膜からなる発光層を設けたものであり、更に該微粒
子はその構成元素が酸化された構造のものである。

上記微粒子は、その大きさが発光波長と同程度又はそれ
以下のものであればよく、可視光を発光する場合には粒
径が１μｍ以下、好ましくは０．１μｍ以下、更に好ま
しくは５００Å以下のものである。粒子の大きさの下限
は不明であるが、透過型電子顕微１！　（ＴＥＭ）及び
電界放射型走査電子顕微鏡（ＦＥ−５ＥＭ）による観察
では、１００人乃至数１０人の平均粒径をもつ超微粒子
においてもその効果が認められている。

又、微粒子の形状は特に制限されるものではないが、比
較的球に近く且つ大きさの揃ったものを用いるのが望ま
しい。

木発明者は鋭意研究の結果１発光強度にばらつきのない
良好な発光特性を得る為には、上記微粒子の酸化度が次
の条件を満たす必要があることを見い出した。

即ち、微粒子の酸化物組成式へ〇、（＾は■族元素のい
ずれかを含む）のＸ値を１．５０≦ｘ≦１．９８の範囲
に制御することにより、発光強度のばらつきの無い高輝
度の発光部材が得られる。

本発明の発光部材において上記微粒子からなる発光層は
、主に炭素、硅素及びゲルマニウムを代表例とする■族
元素を単独又は複合体として含む微粒子を堆積膜或いは
バインダー分散膜の形で基板上に成＠後、続けて酸化工
程を経て作成される。微粒子膜の製造方法は種々あるが
、その１例としてマイクロ波プラズマＣＶＤ法で且つ微
粒子をビーム化するノズルを具備した装置を第１図に示
す。

例えば、上記装置により硅素系微粒子膜を作成する場合
には、先ず、ガス導入口１０よりＳｉｎ、ガスと水素ガ
ス等のキャリヤーガスを原料として送り込み、反応室で
ある空洞共振器５内でマイクロ波によりプラズマを発生
させて、ガスの分解反応を起こし、微粒子を形成する。

この微粒子は一部未反応の気体状の活性種とともに、磁
気コイル３を配した縮小拡大ノズル２から下流室４ヘビ
ーム状に噴出させ、ホルダー６に担持された基体７上に
吹き付は固定する。

この際の下流室４内は通常１０−’Ｔｏｒｒ以下程度の
低圧で、ノズル上流側との圧力比は数１０乃至１００程
度が望ましい。

又、原料ガスについては、５ｉＨａだけでなく、通常硅
素成膜に使われるシラン誘導体、例えば、Ｓｉ、）１．
やＳｉＦ、等も使用可能である。更に他の■族系のガス
、例えば、メタン、メタノール、エタンその他の炭化水
素系ガスを用いればアモルファスの炭素膜が出来るし、
又、ＧｅＨａ等によりゲルマニウム膜も全く同様の装置
を用いて微粒子構造の発光層が形成出来る。又、硅素系
ガスと炭素系のガス、硅素系のガスとゲルマニウム系の
ガスの様に２種或いは３種のガスを混合して使用するこ
とも可能である。

この様にして作成した微粒子膜に続けて酸化処理を施す
。係る処理は加速的に高温高湿環境下に放置し、温度（
５０乃至１００℃）、湿度（５０乃至１００％Ｒ）Ｉ）
及び処理時間を選ぶことにより酸化度を制御することが
出来る。又、以上の一連のプロセスは１００℃以上の高
温処理を全く含まない為、耐熱性の低い各種基板も使用
可能である。

（実施例） 次に実施例に基づき本発明を更に具体的に説明する。

実施例１ 水素３％希釈のＳｉＨ４混合ガスを原料とし、硅素系微
粒子堆積膜を硅素基板上に成膜した後、酸化処理の条件
をコントロールし、酸化度と発光強度との関係を調べた
。

係る硅素系微粒子堆積膜は第１図の装置を用いて作成し
た。到達真空度２　Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ、上記原料ガ
スを１００５ＣＣＭ流し、２．４５６）Ｉｚのマイクロ
波をパワー１５０ｗ投入して放電プラズマを発生させ、
生成した微粒子をノズルを介し、硅素基板上に厚み３．
０μｍ堆積させた。この際の上流室及び下流室の圧力は
、夫々４Ｘ１０−’及び４、５ｘ　１０−’Ｔｏｒｒで
あり、又、基板温度は室温とした。

得られた硅素系微粒子堆積膜は、電界放射型走査電子顕
微１１　（ＦＥ−５ＥＭ）観察で、均一球形で平均１０
０人程程度微粒子からなっていた。赤外吸収スペクトル
（ＦＴ−Ｉｎ）？１ｌＩＩ定から硅素−水素結合を主体
とした構造であった。

続いて上記膜を恒温恒湿槽を用い、更に設定温度（４０
乃至８０℃）、湿度（１５乃至８５％Ｒ１１）及び放置
時間（１乃至４８時間）の種々の条件下で処理して酸化
度を制御し、４３０ｎｍに分光のキセノンランプ照射に
よる発光強度（発光波長λｅｍ＝６００ｎｍ）との関係
を確めた。第２図にａ−５ｉｏ、　ａｃｏ、　ａの発光
強度（λｅｘ＝４３０ｎｍ、λｅｍ＝６００ｎｍ）を基
準値として結果をまとめた。

酸化物組成式Ｓｉ低において、１．５０≦ｘ≦１．９８
の範囲内で良好な発光特性を示すことがわかった。この
際の酸化度の算出は熱重量分析により行った。

実施例２ 実施例１に準する方法で、硅素系微粒子堆積膜を硅素基
板上に成膜する際、原料ガスとして水素５％希釈のＳｉ
Ｈ，を用い、流量１００　ＳＣＣＭ、又、マイクロ波投
入パワーを１００Ｗとした。得られた膜の厚みは約３μ
ｍであり、ＳＥＭ観察により１５０人程程度微粒子が認
められた。ＦＴ−Ｉ　Ｒ測定からは硅素−水素結合主体
の構造であった。

続いて恒温恒湿槽を用い、上記膜を実施例１に準する各
種条件で処理して酸化度の制御を行い、４３０ｎｍに分
光のキセノンランプ照射における発光強度（λｅｍ＝６
００ｎｍ）との関係を調べたところ、！、５０≦ｘ≦１
．９６の５ｉｎＸ組成のものに関して良好な発光特性を
示した。

実施例３ 実施例１に準する方法で、硅素系微粒子堆積膜を硅素基
板上に成膜する際、原料ガスとして（アルゴン＋水素）
５％希釈のＳｉＨ４を用いた。ここでのキャリアガス（
アルゴン＋水素）の混合比はｌ：９であった。得られた
膜の厚みは約３μｍであり、ＳＥＭ観察により８０人程
度の微粒子が認められた。ＦＴ−ＩＲ測測定らは硅素−
水素結合主体の構造であった。

続いて恒温恒湿槽を用い、上記膜を実施例１に準する各
種条件で処理して酸化度の制御を行い、４３０ｎｍに分
光のキセノンランプ照射における発光強度（λｅｍ＝６
００ｎｍ）との関係を調べたところ、１．５０≦ｘ≦１
．９８のＳｉｎ、組成のものに関して良好な発光特性を
示した。

（効　果） 以上説明した様に、本発明によれば、発光層が酸化した
■族元素を含む微粒子からなる発光部材において、その
酸化物組成式＾０バ＾は■族元素のいずれかを含む）の
Ｘ値を１．５０≦ｘ≦１．９８の範囲に制御することに
より、発光強度のばらつきの無い高輝度の微粒子膜を発
光層とする発光部材を提供することが出来る。

又、本発明では、酸化処理に高温処理を必要としない為
、いかなる基板材でも使用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の発光部材の発光層である微粒子膜を作
成するのに用いる装置の例を示す図、第２図は実施例１
の発光層の酸化度と発光強度（キセノンランプ４３０ｎ
ｍの励起光照射による６００ｎｍ波長の発光強度）との
関係を示す図である。 １・・・縮小拡大ノズル ２・・・ノズルの喉部 ３・・・磁気コイル ４−下流室 ５・・・空胴共振器 ６・・・基体ホルダー ７・−基体 ８−マイクロ波投入窓 ９・・・マイクロ波の導波管 １０・・・ガス導入口 １１−・・排気ポンプ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　励起エネルギーの付与によって光を放出する発
   光層を有する発光部材において、該発光層が酸化したI
   V族元素を含む微粒子からなり且つその酸化物組成式Ａ
   Ｏ＿ｘ（ＡはIV族元素のいずれかを含む）のＸ値が１．
   ５０≦ｘ≦１．９８の範囲にあることを特徴とする発光
   部材。