JPS63259067A - 硫化亜鉛薄膜の製造方法 - 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】 ［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（ＥＬ素子）な
どに用いられる硫化亜鉛薄膜の製造方法に関し、特に所
定濃度に制御された活性物質を含む硫化亜鉛薄膜を所定
膜厚作成するのに適した硫化亜鉛薄膜を製造する方法に
関する。

［従来の技術］ Ｍｎ、Ｃｕ＋　Ａｇ＋　Ｔｂ、Ｓｍ＋　ＣＩなどの活性
物質を含む硫化亜鉛蛍光体薄膜は最近エレクトロルミネ
ッセンス（Ｅ　Ｌ）素子の発光層としてよ（使用されて
いる。

該蛍光体薄膜を製造する方法としては、活性物質を含む
硫化亜鉛焼結体に電子ビームを照射し、加熱蒸着させる
電子ビーム蒸着法や硫化亜鉛と活性物質をそれぞれ別の
るつぼに入れ加熱蒸発させる２源蒸着法が用いられてい
た。

しかし電子ビーム蒸着法では、硫化亜鉛と活性物質との
蒸気圧の差により、焼結体中の活性物質と形成した薄膜
の活性物質２０度が同一でな（、また膜厚方向に濃度勾
配が生しる問題があった。そこで、最近では、硫化亜鉛
と活性物質を別々の蒸発源から同時に蒸発させ、堆積速
度と堆積時間をそれぞれ独立に制御することにより所定
の７１５度の活性物質を含んだ蛍光体薄膜を所定の膜厚
たけ製造できる２＃、薄石法が用いられるようになって
きた。その際従来の２源Ｈａ法では、第２図に示すよう
に２つの膜厚計８，１４を遮へい板７などを用いて互い
に混合しないように設置して硫化亜鉛と活性物質の膜厚
計４への堆積速度をそれぞれ独立に測定し、そして膜厚
計８，１４への堆積速度から基板上への堆積速度を推定
していた。

膜厚計としては、水晶振動子の周波数の差から水晶振動
子への堆積膜厚を算出する水冷装置等を供なう水晶振動
子膜厚計、あるいは膜内の光学的干渉効果による透過光
の増域から膜の膜厚を算出する光学式膜厚計が一般に用
いられている。

［発明が解決しようとする問題点コ しかし、膜厚計は硫化亜鉛と活性物質をそれぞれ独立に
４（す定する必要上、基板とは離れた位置に設定されて
おり、膜厚計と基板の温度は異なっているのが普通であ
る。このような場合、実際のＪＪ根板上の堆積速度を求
めるには膜厚計から得た堆積速度に基板の付着係数を考
慮して補正を加える必要がある。

しかし、硫化亜鉛は基板上で再蒸発しやすく付τを係数
は第３図に示すように基板温度に依存することがわかっ
ている。また別の研究により、高輝度で長寿命なＥＬ用
蛍光体薄膜を製造するには第３図においてＡＡ’で示す
基板の温度領域が適当であることがわかっており、この
ような温度領域ではＺｎＳはわずかな温度差が大きな付
着係数の差を生じる。それに対し一般にＭｒ＞等の活性
物質は、ＡＡ’の温度領域では付着係数はほぼ一定であ
る。

ところが、真空中で、しかもＥＬ用ガラス基板のように
赤外線を透過するような基板では、基板の温度を一定に
保つのは難しく再現性も悪い。そのため、±１０℃程度
の基板温度の誤差は製造上避けることができない。しか
し、そのわすかな温度誤差が硫化亜鉛については先はど
述べたように±３０％程度の付着係数の誤差、しいては
堆積誤差を生み、最終的に蛍光薄膜の組成、膜厚の大き
な誤差を生む原因となっていた。又蛍光体薄膜の組成は
ＥＬの発光効率を支配する最も大きなパラメータであり
、また蛍光体薄膜の膜厚はＥＬの駆動填圧を左右する重
要なパラメータであり、さきの原因で生じた蛍光薄膜の
組成および膜厚のばらつきは、ＥＬ用蛍光体薄膜製造上
の歩留を下げる大きな原因となっていた。

口問題点を解決するための手段］ 本発明は、真空装置内で硫化亜鉛と活性物質とを別々の
蒸発源から蒸発させて、該真空装置内に加熱保持された
基板」二に該活性物質を含む硫化亜鉛薄膜を形成する硫
化亜鉛薄膜の製造方法において、硫化亜鉛用蒸着源から
蒸発した硫化亜鉛が直接到達しない位置に置かれた活性
物質用膜厚計に形成される蒸着膜の蒸着速度から活性物
質の蒸発速度を測定するとともに、該基板近くであって
該基板とほぼ等しい温度に保持されたモニター用基板又
は該基板の上に形成された該活性物質を含む硫化亜鉛薄
膜の形成速度から活性物質を含んだ硫化亜鉛のｉ着速度
を測定し、該測定結果に基づき活性物質および／または
硫化亜鉛用蒸発源の加熱変化させ゛Ｃ蒸看膜中の活性物
質のｌ０度を所定の濃度に保持することを特徴とする硫
化亜鉛薄膜の製造方法である。

前述のとうり、活性物質の硫化亜鉛薄膜蒸着時の基板温
度領域での付着係数はほぼ一定であり、硫化亜鉛の付着
係数が大きく変化する。そこで蒸着膜中の活性物質の濃
度を所定のｌａ度に保持する方法としては、前記２つの
蒸着速度の測定結果に基づき、■活性物質の加熱は変化
させずに硫化亜鉛の加熱を変化させる方法。■活性物質
の加熱を変化させ硫化亜鉛の加熱を変化させる方法。■
活性物質および硫化亜鉛の加熱を同時に変化させる方法
等が考えられる。

該基板又は該モニター用基板上に形成される硫化亜鉛膜
の成長速度の測定方法としては、硫化亜鉛膜の膜内干渉
効果に基づく透過光の増減量を用いたものが、非接触で
しかも正確な膜厚変化をオンタイムで測定できるので好
ましい。

モニター用基板に形成される硫化亜鉛膜を測定する場合
、該モニター用基板の温度は製品として使用する基板が
保持されている温度と同一の温度に保持されることが望
ましいが、±３℃程度の温度差程度であれば、本発明の
効果はさほど低下しない。

［作　用コ 本発明によればその時の基板温度に応じた基板への堆積
速度を直接的に？！１１Ｉ定することができるので、従
来基板温度の誤差によって生じていた堆積速度のばらつ
きを硫化亜鉛の蒸発源の温度をコントロールすることに
より補正するこ七が可能となった。

この方法の問題点は、硫化亜鉛を独立ではな（活性物質
を含んだ形で測定する点にあるが、通常蛍光体薄膜中に
含まれる活性物質の量は、２　ｗ　ｔ％以下であり、特
に活性物質かＭｎの場合の最適濃度は０．５ｗｔ％程度
でありこのような薄膜は膜厚測定上硫化亜鉛単体と考え
てさしつかえない。

［実　施　例コ 活性物質にＭｎを０．５ｗｔ％含んだ黄橙色の発光をす
るＥＬ用ＺｎＳ蛍光体薄膜を５８０ｎｍ蒸着した例を第
１図を用いて説明する。

ガラス基板（コーニング７０５９）上にＩＴＯ１窒化け
い素をそれぞれ成膜したものを蒸着用基板６として用い
た。モニター基板３は、基板６のすぐ傍に設置し、基板
６と同じ材質、構造のものを用いた。これは、モニター
基板３と基板６の温度を同一にするためである。モニタ
ー基板３および基板６はいずれもヒーター５により３０
０℃程度に加熱した。るつぼ９に焼結した硫化亜鉛１０
および溶融Ｍｎ１ｌを入れ、電子ビームにより加熱を行
ない充分な脱ガスを行なった。

Ｍｎの堆積速度は水晶振動子膜厚計８により、またＭｎ
を含む硫化亜鉛の堆積速度は光源４、モニター基板３、
フィルター２、受光器１からなる光学式膜厚計でそれぞ
れ測定した。

光学式膜厚計ではモニター基板３上の膜厚の増加と共に
、校内干渉効果により透過光が周期的に増減する。

透過光をフィルタ２により５８０ｎｍの波長の単色光に
すると半周期の透過光変化は波長の１／４つまり１４５
ｎｍの膜厚と屈折率の積（約２゜１）に相当する。５８
０ｎｍ蒸着するには約４周期分変化させればよい。

この実施例では、１２分間で５８０ｎｍｖつまり３分間
で１周期変化させることを目標として初期の電子ビーム
パワー６ｋＶ、４０ｍＡを硫化亜鉛に投入した。

Ｍｒｌについても、１２分間で５８０ｎｍの硫化亜鉛の
０．５ｗｔ％に相当するＭｎが膜中に入るように過去の
平均的なパワー８ｋＶ、６０ｍＡを初期パワーとして投
入した。基板用シャッター１２を開放し、次にその後ま
ず硫化亜鉛のるつぼ７ヤソター１３を開け、モニター基
板３上に硫化亜鉛が堆積し始めるのを光学式膜厚計で確
認した後にＭｎ側のるつぼ７ヤツタ１３を開いた。この
ようにるつぼンヤソタ１３を開ける時期をずらすのは、
硫化亜鉛は、Ｍｒ＋と異なりンヤソターを開けてから実
際に基板上に堆積するのに１５秒から１分程度の時間遅
れがあるためである。硫化亜鉛、Ｍｎの両方のるつぼシ
ャッター１３を開けて、蒸着を始めた後は、５秒ごとに
硫化亜鉛、Ｍｎの堆積速度をそれぞれ光学式膜厚計１お
よび水晶振動子膜厚計８でモニターした。蒸着１０秒後
、硫化亜鉛の堆積速度が目標の堆積速度よりも８％程小
さいことがわかったため、硫化亜鉛に没入する電子ビー
ムパワーを目標の堆積速度になるまで徐々に上げていっ
た。３０秒後に目標値に達し、その後は一定のパワーを
加えることにより安定に目標の体積速度を維持すること
ができた。当初、堆積速度が目標値よりも小さかったの
はこのバッチでの基板６の温度が目標値より高かったた
めである。

Ｍｎについては、８分ごろまでは目標の堆積速度が得ら
れていたが、その後るつぼ９内のソースの減少に伴ない
堆積速度が低下し始めたのでＭｎに没入する電子ビーム
パワーを上げることにより目標の堆積速度を維持した。

１２分後両方の基板用ンヤノター１２を閉め、電子ビー
ムパワーを下げた。このような蒸着方法により、再現性
よく、５８０ｎｍ厚、０．５ｗｔ％のＭｎを含む硫化亜
鉛薄膜を製造することができた。

［発明の効果コ 本発明によれば、従来不可能であった２源蒸着法による
硫化亜鉛と活性物質からなる蛍光体薄膜の製造に際し、
その薄膜の組成、膜厚を正確に制御することが可能とな
り、ＥＬ用蛍光体薄膜製造の際の歩留を大きく上げるこ
とが出来、低コストなＥＬ用蛍光体薄膜を製造すること
が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１菌は、実施例で使用したＺｎＳ薄膜の製造装置の概
略を示す模式図、第２図は従来知られているＺ　ｎ　Ｓ
薄膜製造装置の概略を示す模式図、第３図は硫化亜鉛の
付着係数の基板温度依存性の図である。 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空装置内で硫化亜鉛と活性物質とを別々の蒸発
   源から蒸発させて、該真空装置内に加熱保持された基板
   上に該活性物質を含む硫化亜鉛薄膜形成する硫化亜鉛薄
   膜の製造方法において、硫化亜鉛用蒸発源から蒸発した
   硫化亜鉛が直接到達しない位置に置かれた活性物質用膜
   厚計に形成される蒸着膜の蒸着速度から活性物質の蒸発
   速度を測定するとともに、該基板近くであって該基板と
   ほぼ等しい温度に保持されたモニター用基板又は該基板
   の上に形成された該活性物質を含む硫化亜鉛薄膜の形成
   速度から活性物質を含んだ硫化亜鉛の蒸着速度を測定し
   、該測定結果に基づき活性物質および／または硫化亜鉛
   用蒸発源の加熱を変化させて蒸着膜中の活性物質の濃度
   を所定の濃度に保持することを特徴とする硫化亜鉛薄膜
   の製造方法。
2. （２）該モニター用基板の温度が該基板の温度に対して
   ３℃以内の温度差に保持されている特許請求の範囲第１
   項記載の硫化亜鉛薄膜の製造方法。