JPH0765954A - エレクトロルミネッセンス素子の製法 - Google Patents

エレクトロルミネッセンス素子の製法

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JPH0765954A
JPH0765954A JP5213935A JP21393593A JPH0765954A JP H0765954 A JPH0765954 A JP H0765954A JP 5213935 A JP5213935 A JP 5213935A JP 21393593 A JP21393593 A JP 21393593A JP H0765954 A JPH0765954 A JP H0765954A
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earth metal
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片山  雅之
Nobue Ito
信衛 伊藤
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 EL素子を再現性よく製造できることができ
る製造方法を提供することを目的とする。 【構成】 第1電極,第1絶縁層,発光層,第2絶縁層
及び第2電極を、光取り出し側の材料を光学的に透明な
ものにて順次積層したエレクトロルミネッセンス素子の
製法の際、発光層を気相成長法を用いて形成する場合に
おいて、アルカリ土類金属化合物ガスにアルカリ土類金
属のシクロペンタジエニル系化合物を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、エレクトロルミネッセ
ンス素子に関するものであり、特に計器類の自発光型の
セグメント表示やマトリックス表示或いは各種情報端末
機器のディスプレイなどに使用されるエレクトロルミネ
ッセンス素子に関するものである。
【0002】
【従来技術】従来、エレクトロルミネッセンス素子(以
下、EL素子と称す)は、硫化亜鉛(ZnS)等の蛍光
体に電界を印加したときに発光する現象を利用したもの
で、自発光型の平面ディスプレイを構成するものとして
注目されている。図7は、従来のEL素子10の典型的
な断面構造を示した模式図である。
【0003】EL素子10は、絶縁性基板であるガラス
基板1上に、光学的に透明なITO膜から成る第1電極
2,五酸化タンタル(Ta2 5 )等から成る第1絶縁
層3,発光層4,第2絶縁層5及びITO膜から成る第
2電極6を順次積層して形成されている。ITO(In
dium Tin Oxide)膜は、酸化インジウム
(In23)に錫(Sn)をドープした透明の導電膜
で、低抵抗率であることから従来より透明電極用として
広く使用されている。
【0004】発光層4としては、例えば硫化ストロンチ
ウムを母体材料とし、発光中心としてセリウム(Ce)
を添加したものが使用される。EL素子の発光色は、硫
化ストロンチウム中の添加物の種類によって決まり、例
えば発光中心としてセリウム(Ce)を添加した場合に
は青緑色の発光が得られ、またこの青緑色発光を例えば
500nm以上の波長をカットするフィルターに通すと
青色発光が得られる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述の構造から成るE
L素子10において、青色発光を得るために従来では、
発光層4の構成材料として、例えばセリウム(Ce)を
添加した硫化ストロンチウムやセレン化ストロンチウム
等のアルカリ土類金属の硫黄化合物およびセレン化合物
が採用されている。そして、これらの製法としては、電
子ビーム(EB)蒸着法やスパッタリング法等が検討さ
れており、近年ではCVD(ChemicalVapor Deposi
tion)法での検討も成されるようになってきた。
【0006】そしてこのCVD法においては、アルカリ
土類金属の供給方法として加熱した金属のハロゲン元素
ガス輸送によるものやハロゲン化合物を高温で気化させ
て反応炉内に輸送する方法等があげられる。しかしなが
ら、上記方法によれば気化温度が高く蒸気量の制御が困
難であり、反応炉内に供給されるII族ガスとVI族ガス、
発光中心物質との比が変化する可能性が大きく、安定し
て高品質な発光層を得ることができない。
【0007】この問題を解決するために、例えば199
1年ディスプレイ情報学会国際会議技術論文プロシーデ
ィング22巻P282〜285に示されているようにジ
ピバロイルメタン化合物を用いた有機金属気相成長(M
etal Organic ChemicalVapor Deposition)法が
注目されている。ジピバロイルメタン化合物は一般に融
点が250℃以下であり、上述のハロゲン化合物に比べ
て供給ガスとしての蒸気を得るための温度制御性が向上
する。
【0008】しかしながらアルカリ土類金属のジピバロ
イルメタン化合物は、原料を加熱する温度を上昇させて
いくと蒸気量も増加するが、十分な蒸気量を得る前に分
解してしまうという性質を持ち合わせている。そのため
に原料の形態変化を起こすことなく反応炉内に原料ガス
を輸送するためには分解温度以下で加熱気化させねばな
らず、この場合十分なアルカリ土類金属化合物ガスの供
給量が得られない。
【0009】例えば硫化ストロンチウム:SrSやセレ
ン化ストロンチウム:SrSe等の薄膜を形成する際、
成膜速度が十分に得られず時間がかかり過ぎるという問
題があった。また、それに伴い発光中心等の添加剤を薄
膜中に添加する際、薄膜の原子量に対して数原子%程度
の比になるようにしなければならない。この薄膜中の発
光中心等の添加剤の組成が僅かでもずれると、EL素子
の発光特性が大きく変化してしまい信頼性を著しく損な
う。そのため所定の添加量を薄膜に対して均一な分布状
態で添加するためには、母体構成材料ガスよりさらに供
給量を低く制御する必要があり、そのため添加剤供給の
ための原料気化温度の極微量制御のために大がかりな装
置が必要になってくる。
【0010】上記のような問題点より、アルカリ土類金
属化合物ガスの供給量を十分に得ることができず、薄膜
形成速度が高められなかったため、気相成長法において
は信頼性の高い発光層薄膜が得られなかった。本発明
は、上記の課題を解決するために成されたものであり、
EL素子を再現性よく製造できることができる製造方法
を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の特徴は、第1電極,第1絶縁層,発光層,第
2絶縁層及び第2電極を光取り出し側の材料を光学的に
透明とし、順次積層したエレクトロルミネッセンス素子
の製法において、II属のアルカリ土類元素とVI族元素か
ら成る前記発光層を気相成長法を用いて形成する際、前
記気相成長法に用いるアルカリ土類金属化合物ガスとし
て、シクロペンタジエニル系化合物よりなるガスを用い
るエレクトロルミネッセンス素子の製法を提供する。
【0012】またこの時、上記アルカリ土類金属化合物
ガスがビスペンタメチルシクロペンタジエニルストロン
チウムTHF付加物(Sr(Me−Cp)2 ・TH
2 )であることが好ましい。また、上記発光層形成時
の成膜基板温度が300℃以上550℃以下であること
が好ましい。
【0013】また、上記アルカリ土類金属のシクロペン
タジエニル系化合物を気化させる圧力が、100Tor
r以下であることが好ましい。さらに、上記発光層を形
成する際に、ハロゲンまたはハロゲン化水素ガスを他の
ガスとは別々に反応炉内に導入することが好ましい。
【0014】
【作用及び効果】本発明の手法によれば、発光中心元素
を添加したII属のアルカリ土類元素とVI族元素から成る
発光層を気相成長法を用いて形成する際に、II族のアル
カリ土類金属ガスの供給源である物質に、融点の低いシ
クロペンタジエニル系化合物を用いることにより、原料
の気化温度を下げることができ、蒸気圧が上昇する。さ
らには、制御性も向上させることができる。
【0015】このためアルカリ土類金属化合物ガスの供
給量を増加させることができる。すなわち上記化合物を
用いることにより薄膜形成の速度を増加させ、またその
精度を向上させることが可能になる。その結果、薄膜中
における発光中心等添加量のばらつきは、従来法に比べ
て向上する。
【0016】また、気相成長装置に限らず高温でガスを
供給しなければならないような装置において、このアル
カリ土類金属のシクロペンタジエニル系化合物は150
℃以下でも十分な蒸気量が得られるため、例えばガスの
流れを制御するバルブにおいては使用できるバルブの制
限が緩和され、より高精度のものが使用でき信頼性を向
上させることができる。
【0017】
【実施例】(実施例1)以下、本発明を具体的な実施例
に基づいて説明する。図1は本発明に係わるEL素子1
00の断面を示した模式図である。尚、図1のEL素子
100では、矢印方向に光を取り出している。
【0018】薄膜EL素子100は、絶縁性基板である
ガラス基板11上に順次、以下の薄膜が積層形成され構
成されている。尚、以下各層の膜厚はその中央の部分を
基準として述べてある。ガラス基板11上には、光学的
に透明な酸化亜鉛(ZnO)から成る第1透明電極(第
1電極)12が形成され、その上面には光学的に透明な
五酸化タンタル(Ta25)から成る第1絶縁層13、
発光中心としてセリウム(Ce)を添加した硫化ストロ
ンチウム(SrS)および硫化亜鉛(ZnS)から成る
発光層14、光学的に透明な五酸化タンタル(Ta
25)から成る第2絶縁層15、光学的に透明な酸化亜
鉛(ZnO)から成る第2透明電極(第2電極)16が
形成されている。
【0019】次に、上述の薄膜EL素子100の製造方
法を以下に述べる。先ず、ガラス基板11上に第1透明
電極12を成膜した。蒸着材料としては、酸化亜鉛(Z
nO)粉末に酸化ガリウム(Ga23)を加えて混合
し、ペレット状に成形したものを用い、成膜装置として
はイオンプレーティング装置を用いた。
【0020】具体的には、上記ガラス基板11の温度を
一定に保持したままイオンプレーティング装置内を真空
に排気した。その後アルゴン(Ar)ガスを導入して圧
力を一定に保ち、成膜速度が所定の範囲となるようビー
ム電力及び高周波電力を調整した。次に、上記第1透明
電極12上に、五酸化タンタル(Ta25)から成る第
1絶縁層13をスパッタ法により形成した。
【0021】具体的には、上記ガラス基板11の温度を
一定に保持し、スパッタ装置内にアルゴン(Ar)と酸
素(O2)の混合ガスを導入し、1KWの高周波電力で
成膜を行った。上記第1絶縁層13上に、発光層14を
構成する図示しない硫化亜鉛(ZnS)等よりなる比較
的耐湿性のある薄膜を気相成長法:MOCVD法により
形成した。
【0022】具体的には、上記ガラス基板11を一定温
度に保持し、図2に示す硫化亜鉛(ZnS)成膜室20
内を減圧雰囲気下にした後、水素キャリアガスを用いて
ジエチル亜鉛(Zn(C252 )を第1送気管22に
よって、また水素希釈した硫化水素(H2S)を第2送
気管24によって流し、150nm以下の膜厚の硫化亜
鉛(ZnS)薄膜を形成した。
【0023】次に上記硫化亜鉛(ZnS)までを形成し
たガラス基板11を図2に示す硫化ストロンチウム(S
rS)成膜室26に搬送した後、上記硫化亜鉛(Zn
S)薄膜上に硫化ストロンチウム(SrS)を母体材料
とし、発光中心としてセリウム(Ce)を添加した硫化
ストロンチウム:セリウム(SrS:Ce)発光層14
を硫化亜鉛(ZnS)薄膜形成後連続してMOCVD法
により形成した。
【0024】具体的には、このガラス基板11を550
℃以下の一定温度に維持し、硫化ストロンチウム(Sr
S)成膜室26内をポンプ27によって減圧雰囲気下に
保持する。その後、水素キャリアガスを用いてビスペン
タメチルシクロペンタジニエルストロンチウムTHF付
加物(Sr(Me−Cp)2 ・THF2 )ガスを第3送
気管28によって、また水素希釈した硫化水素(H2
)を第4送気管30によって流した。
【0025】このときビスペンタメチルシクロペンタジ
ニエルストロンチウム(Sr(Me−Cp)2 ・THF
2 )の原料気化器内圧力を30〜50Torrの間で一
定に保持し、また150℃以下の温度で加熱して一定温
度に安定したことを確認した後で、水素(H2)ガスを
キャリアガスに用いて反応室内に原料を送り込み薄膜形
成速度を調節した。
【0026】また発光中心の添加のために、トリジピバ
ロイルメタン化セリウム(Ce(DPM)3)を第5送
気管32によって反応室へ導入した。ここで、ガラス基
板11を550℃以下とした理由は、次の通りである。
ガラス基板が550℃を越えるとITOの抵抗が上昇す
る、あるいは基板自体がそるという問題が発生し、一方
300℃未満となるとガスが未反応となる。
【0027】尚、ビスペンタメチルシクロペンタジニエ
ルストロンチウム(Sr(Me−Cp)2 ・THF2
原料気化器内圧力は30〜50Torrが最適である
が、100Torr程度の低圧下でも可能である。一方
100Torr以上となると、気化量が減少し、成膜速
度が低下する。その後再び上記ガラス基板11を硫化亜
鉛(ZnS)成膜室20内に搬送し、一定温度に保持
し、硫化亜鉛(ZnS)成膜室20内をポンプ27によ
って減圧雰囲気下に保持した後、上記硫化亜鉛(Zn
S)の形成方法と同様にして150nm以下の膜厚の発
光層14を構成する硫化亜鉛(ZnS)を形成した。
【0028】上記硫化亜鉛(ZnS)成膜室20と硫化
ストロンチウム(SrS)成膜室26間の搬送は、両反
応室内の全圧力を一定に維持し、また成膜した発光層膜
の硫黄抜けを防止するため雰囲気は膜形成に使用した水
素(H2)で希釈した硫化水素(H2S)とした。上記の
ように硫化亜鉛/硫化ストロンチウム/硫化亜鉛(Zn
S/SrS/ZnS)の3層からなる発光層14を図2
に示す有機金属気相成長装置40を用いて形成してお
り、連結されている2基の反応炉はゲートバルブ42に
て仕切られた構造をもつものである。さらに、各成膜室
の圧力は、圧力計43a,43bによって確認する。
【0029】また、図2中のガラス基板11は図示せぬ
温調器付きのサセプタに固定されており、熱電対を用い
てフィードバック制御にて温度を管理した。次に、上記
発光層14上に、五酸化タンタル(Ta25)から成る
第2絶縁層15を上述の第1絶縁層13と同様の方法で
形成した。そして酸化亜鉛(ZnO)膜から成る第2透
明電極16を、上述の第1透明電極12と同様の方法に
より、第2絶縁層15上に形成した。
【0030】各層の膜厚は、第1,第2透明電極12,
16が300nm、第1,第2絶縁層13,15が400
nm、発光層14が全体で800nmである。作製した試料
において、発光層である硫化ストロンチウム(SrS)
の成膜速度を図3に比較例1と比較して示す。この図3
に示してある比較例1とは、発光層成膜の原料ガスにビ
スジピバロイルメタン化ストロンチウム(Sr(DP
M)2)と硫化水素(H2S)およびトリジピバロイルメ
タン化セリウム(Ce(DPM)3)を用いて作製した
ときの硫化ストロンチウム(SrS)薄膜の成膜速度を
示したものである。
【0031】図3に示すように、本実施例1に従って作
製した試料では、ストロンチウム化合物原料であるビス
ペンタメチルシクロペンタジエニルストロンチウム(S
r(Me−Cp)2 ・THF2 )および硫化水素(H2
S)を用いて硫化ストロンチウム(SrS)を成膜した
際、ストロンチウム化合物原料を加熱気化させるあらゆ
る温度において、比較例1のストロンチウム化合物原料
であるビスジピバロイルメタン化ストロンチウム(Sr
(DRM)2 )を用いて成膜を試みた場合に比べて3倍
以上の成膜速度を得ることができた。
【0032】また同様の条件にて試料を作製したときの
硫化ストロンチウム発光層中に添加された発光中心の濃
度をEPMA(Electron Probe Micro Anarysi
s:電子線微量分析)にて確認したが、何度繰り返して
も設定した添加量からの誤差は確認されなかった。この
ようにして作製したEL素子の発光輝度のばらつきを含
めて比較例1と比較したものを図4に示す。
【0033】図4中の○印は発光輝度の平均値であり、
上線は測定したEL素子の中でも最も輝度が高かったも
のの発光輝度を示し、下線は逆に最も輝度が低かったも
のの発光輝度を示している。このように両者を比較する
と発光輝度については著しい向上は確認できなかった
が、素子間のばらつきは著しく減少させることができ
た。
【0034】このように本発明を用いることにより、比
較例1に比べて高い信頼性を有するEL素子を再現性良
く作製することができた。 (実施例2)第1透明電極、第1絶縁層、第2絶縁層、
第2透明電極については、実施例1に記載されている方
法で製作した。
【0035】発光層母材形成材料としてビスペンタメチ
ルシクロペンタジエニルストロンチウム(Sr(Me−
Cp)2 ・THF2 )および硫化水素(H2S )を、ま
た発光中心としてトリジピバロイルメタン化セリウム
(Ce(DPM)3)を用いた。このとき実施例2では
ハロゲンまたはハロゲン化水素ガスとして塩化水素(H
Cl)を反応炉内に導入して硫化ストロンチウム(Sr
S)薄膜発光層を作製した。
【0036】具体的には、図5に示す有機金属気相成長
装置を用いる。即ち、実施例1と同様に硫化亜鉛(Zn
S)薄膜まで作製したガラス基板上を550℃以下の一
定温度に保持し、硫化ストロンチウム(SrS)成膜室
26を減圧雰囲気下に保持する。その後、水素キャリア
ガスを用いてビスペンタメチルシクロペンタジエニルス
トロンチウム(Sr(Me−Cp)2 ・THF2 )ガス
を第3送気管28によって、また水素希釈した硫化水素
(H2S)ガスを第4送気管30によって、SrS成膜
室26内に導入した。
【0037】このときの原料気化温度および原料気化圧
力は実施例1と同様とした。また発光中心の添加方法と
しては、実施例1と同様にトリジピバロイルメタン化セ
リウム(Ce(DPM)3)を用いて水素キャリアとと
もに第5送気管32によってSrS成膜室26内に導入
した。この発光中心の導入と同時に、上記ガス系とは別
に水素(H2)で希釈した塩化水素(HCl)ガスを第
6送気管44によって導入した。
【0038】上記方法で作製した発光層を実施例1にて
図1に示したような素子構成に組み込み作製したEL素
子の発光輝度を測定した結果を図6に示す。この図に示
す比較例2とは、硫化ストロンチウム(SrS)発光層
形成時に塩化水素(HCl)を導入しなかったものであ
る。図6の特性図からわかるように、発光輝度は従来品
に比べて2倍程度の向上を確認することができた。
【0039】このように本発明を用いることによって、
従来の方法に較べて高輝度なEL素子を実現することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1に係るエレクトロルミネッセ
ンス素子の縦断面を示した模式図である。
【図2】本発明の実施例1に係るエレクトロルミネッセ
ンス素子の発光層のストロンチウム原料加熱温度に対す
る形成速度を示した特性図である。
【図3】本発明の実施例1に係るエレクトロルミネッセ
ンス素子の発光層を形成するために用いる有機金属気相
成長装置の概略図である。
【図4】本発明の実施例1に係るエレクトロルミネッセ
ンス素子の発光輝度の素子間でのばらつきを従来法と比
較して示した特性図である。
【図5】本発明の実施例2に係るエレクトロルミネッセ
ンス素子の発光層を形成するために用いる有機金属気相
成長装置の概略図である。
【図6】本発明の実施例2に係るエレクトロルミネッセ
ンス素子の印加電圧とEL発光輝度との関係を表した特
性図である。
【図7】従来のエレクトロルミネッセンス素子の縦断面
を示した模式図である。
【符号の説明】
100 EL素子(エレクトロルミネッセンス素子) 11 ガラス基板(絶縁性基板) 12 第1透明電極(第1電極) 13 第1絶縁層 14 発光層 15 第2絶縁層 16 第2透明電極(第2電極)
フロントページの続き (72)発明者 服部 正 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1電極,第1絶縁層,発光層,第2絶
    縁層及び第2電極を光取り出し側の材料を光学的に透明
    とし、順次積層したエレクトロルミネッセンス素子の製
    法において、 II属のアルカリ土類元素とVI族元素から成る前記発光層
    を気相成長法を用いて形成する際、前記気相成長法に用
    いるアルカリ土類金属化合物ガスとして、シクロペンタ
    ジエニル系化合物よりなるガスを用いることを特徴とす
    るエレクトロルミネッセンス素子の製法。
  2. 【請求項2】 前記アルカリ土類金属化合物ガスがビス
    ペンタメチルシクロペンタジエニルストロンチウムTH
    F付加物であることを特徴とする請求項1記載のエレク
    トロルミネッセンス素子の製法。
  3. 【請求項3】 前記発光層形成時の基板温度が300℃
    以上550℃以下であることを特徴とする請求項1記載
    のエレクトロルミネッセンス素子の製法。
  4. 【請求項4】 前記アルカリ土類金属のシクロペンタジ
    エニル系化合物を気化させる圧力が、100Torr以
    下であることを特徴とする請求項1記載のエレクトロル
    ミネッセンス素子の製法。
  5. 【請求項5】 前記発光層を形成する際に、ハロゲンま
    たはハロゲン化水素ガスを他のガスとは別々に反応炉内
    に導入することを特徴とした上記請求項1記載のエレク
    トロルミネッセンス素子の製法。
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