JPH0824069B2 - Method for manufacturing thin film EL element - Google Patents
Method for manufacturing thin film EL elementInfo
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- JPH0824069B2 JPH0824069B2 JP62128453A JP12845387A JPH0824069B2 JP H0824069 B2 JPH0824069 B2 JP H0824069B2 JP 62128453 A JP62128453 A JP 62128453A JP 12845387 A JP12845387 A JP 12845387A JP H0824069 B2 JPH0824069 B2 JP H0824069B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 本発明は希土類を添加したZnS薄膜を母材とする薄膜E
L素子において、再現性良く高輝度のEL素子を得るため
発光母材用ソースとしてZnS、発光中心添加用ソースと
して希土類弗化物と希土類硫化物の混合ターゲットを用
いた2源堆積法を使用し、再現性の向上と高輝度化を可
能としたものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Outline] The present invention is a thin film E using a ZnS thin film added with a rare earth as a base material.
In order to obtain an EL element with high reproducibility and high brightness in the L element, a two-source deposition method using ZnS as a light emitting base material source and a mixed target of rare earth fluoride and rare earth sulfide as a source for adding an emission center is used. It is possible to improve reproducibility and increase brightness.
本発明は薄膜EL(エレクトロルミネッセンス)素子の
製造方法、より詳しく述べると、薄膜EL素子の発光効
率、輝度を向上させることを可能にする薄膜EL素子の製
造方法に関する。The present invention relates to a method for manufacturing a thin film EL (electroluminescence) element, and more specifically, to a method for manufacturing a thin film EL element capable of improving the luminous efficiency and brightness of the thin film EL element.
薄膜EL素子は発光中心として機能する希土類元素例え
ばテルビウム、サマリウム、ツリウム、プラセオジウム
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
素子である。A thin film EL element is a rare earth element such as terbium, samarium, thulium, praseodymium or the like that functions as a luminescence center, and a halogen element such as fluorine or chlorine. It is a light emitting element that emits light based on the luminescence phenomenon.
本発明者らは、先に、発光中心を形成するための希土
類金属(3価)とハロゲン元素(1価)との組成比は化
学量論比3:1より小さく、特に1:1が好ましいことを開示
した(特願昭60−217098明細書)。The present inventors have previously found that the composition ratio of the rare earth metal (trivalent) and the halogen element (monovalent) for forming the emission center is smaller than the stoichiometric ratio of 3: 1, and particularly preferably 1: 1. This is disclosed (Japanese Patent Application No. 60-217098).
また、上記のような発光中心を有するEL膜を形成する
方法として、硫化亜鉛と希土類元素のハロゲン化物と希
土類元素の硫化物とを独立にもしくは混合してソースと
して、または硫化亜鉛と希土類元素のハロゲン化物と硫
黄とを独立にもしくは混合してソースとして使用するこ
とが有効であることを開示した(特願昭60−282320号明
細書)。As a method for forming an EL film having an emission center as described above, zinc sulfide, a halide of a rare earth element, and a sulfide of a rare earth element are independently or mixed and used as a source, or zinc sulfide and a rare earth element are mixed. It has been disclosed that it is effective to use a halide and sulfur independently or in a mixture as a source (Japanese Patent Application No. 60-282320).
上記の方法によって、EL膜の再現性も向上し、EL素子
の発光効率、輝度が向上したが、薄膜EL素子の実用化の
ためには、これらがさらに向上することが望ましい。By the above method, the reproducibility of the EL film was improved, and the luminous efficiency and brightness of the EL element were improved. However, it is desirable to further improve these for practical use of the thin film EL element.
本発明は、上記問題点を解決するために、硫化亜鉛を
一方のソース希土類金属のフッ化物と希土類金属の硫化
物の混合物を他方のソースとして堆積してEL膜を形成す
る工程を含むことを特徴とする薄膜EL素子の製造方法を
提供する。In order to solve the above problems, the present invention includes the step of depositing zinc sulfide as a source of a mixture of a fluoride of rare earth metal and a sulfide of rare earth metal on one source to form an EL film. A method of manufacturing a characteristic thin film EL element is provided.
希土類金属のフッ化物と希土類金属の硫化物の混合ソ
ースにおけるフッ素(F)と硫黄(S)とのモル比は0.
5<F/S<1.5の範囲内であるが、特にF/S=約1.0が最も
好ましい。また、希土類金属のフッ化物と希土類金属の
硫化物の混合ソースはEL膜堆積用ソースとして用いる前
に、フッ化物と硫化物の混合物を反応させて希土類金属
のフッ硫化物と成して使用する。このような組成範囲お
よび反応生成物であることによって、得られるEL膜の再
現性、特性が向上する効果が著しい。The molar ratio of fluorine (F) to sulfur (S) in the mixed source of rare earth metal fluoride and rare earth metal sulfide is 0.
It is within the range of 5 <F / S <1.5, but F / S = about 1.0 is most preferable. A mixed source of rare earth metal fluoride and rare earth metal sulfide is used as a rare earth metal hydrofluoride by reacting a mixture of fluoride and sulfide before being used as a source for EL film deposition. . With such a composition range and reaction product, the reproducibility and characteristics of the obtained EL film are significantly improved.
希土類金属としてはテルビウム、サマリウム、ツリウ
ム、プラセオジウム等(これらの混合物でもよい)が好
ましい。As the rare earth metal, terbium, samarium, thulium, praseodymium, etc. (a mixture thereof may be used) are preferable.
EL膜の堆積は、上記の2源堆積法であればよく、スパ
ッタ法、プラズマスパッタ法、イオンプレーテング法、
蒸着法等が利用できる。発光母材(ZnS)に対する発光
中心材料(MFS)の添加モル比としては0.5〜6モル%程
度が望ましく、このような添加比率は2源ソースの各ソ
ースよりの堆積速度の比を調整して共堆積して実現す
る。The EL film may be deposited by the above-mentioned two-source deposition method, such as sputtering method, plasma sputtering method, ion plating method,
A vapor deposition method or the like can be used. The addition mole ratio of the emission center material (MFS) to the emission base material (ZnS) is preferably about 0.5 to 6 mol%, and such an addition ratio is adjusted by adjusting the ratio of the deposition rates of the two sources. It is realized by co-deposition.
ZnS中の発光中心材料の添加状態は希土類(たとえばT
b)がZnと置換し、かつ格子間に位置するFと結合した
状態が最も良い。このときTbとFを2源ソースを用いて
供給するならば、これらの電荷を中和するために付加的
なSが必要である。従って、こういう添加状態を2源堆
積法で実現するには、ZnSソースとTbF3+Tb2S3ソースを
用いる場合、TbF3+Tb2S3ソース中のF/Sが1となる時が
最も良い。さらに再現性を向上させるためにはTb2S3+T
bF3ソースがそれぞれの粉末の単なる混合物であるより
も反応して新しい生成物TbFSとなっていることが望まし
いと考えられる。The addition state of the emission center material in ZnS is rare earth (for example, T
The best condition is that b) replaces Zn and is bound to F located between the lattices. If Tb and F are then supplied using a dual source, then additional S is needed to neutralize these charges. Therefore, in order to realize such an added state by the two-source deposition method, when using ZnS source and TbF 3 + Tb 2 S 3 source, it is best when the F / S in the TbF 3 + Tb 2 S 3 source is 1. . To further improve reproducibility, Tb 2 S 3 + T
It would be desirable for the bF 3 source to react to a new product, TbFS, rather than just a mixture of the respective powders.
本発明の実施例を図面を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図は、本発明の方法を実施するスパッタ装置、第
2図は薄膜EL素子である。FIG. 1 shows a sputtering apparatus for carrying out the method of the present invention, and FIG. 2 shows a thin film EL element.
第2図を参照すると、ガラス基板1上に透明電極(IT
O)層2、絶縁膜(Si3N4)3をそれぞれ2000Åスパッタ
リングにより形成する。その上にZnSターゲット、TbF3
+Tb2S3ターゲットを用いてZnS:TbF膜4を6000Å形成す
る。スパッタ後600℃1時間の熱処理を施し、その後さ
らにSi3N4膜5を2000Å形成し最後にAl電極6を形成す
る。Referring to FIG. 2, a transparent electrode (IT
O) layer 2 and insulating film (Si 3 N 4 ) 3 are each formed by 2000Å sputtering. ZnS target, TbF 3 on top of it
The ZnS: TbF film 4 is formed at 6000Å using a + Tb 2 S 3 target. After sputtering, heat treatment is performed at 600 ° C. for 1 hour, thereafter, a Si 3 N 4 film 5 is further formed to 2000 liters, and finally an Al electrode 6 is formed.
第1図に示す如く、スパッタ装置10の真空チャンバ11
内に基板12を後述の2つのターゲット間を往復移動可能
にセットし、スパッタターゲットとしてZnSターゲット1
3とTbF3+Tb2S3混合ターゲット14とを別々に用意した。
なお、図中15,16は高周波電源、17はヒータを示す。ZnS
スパッタ時の基板温度は250℃、スパッタガス(Ar)の
ガス圧1×10-2torrとして、ZnSのスパッタレート80Å/
min、TbF3+Tb2S3のスパッタレートは1Å/minとした。
ZnSとTbF3+Tb2S3とのスパッタレートの比率は水晶振動
子を用いた膜厚計によりモニターし、スパッタ中常に一
定となるようにターゲットに印加する電力を増減して調
整した。As shown in FIG. 1, the vacuum chamber 11 of the sputtering apparatus 10
A substrate 12 is set in the inside so that it can reciprocate between two targets, which will be described later, and a ZnS target 1 is used as a sputtering target.
3 and TbF 3 + Tb 2 S 3 mixed target 14 were prepared separately.
In the figure, 15 and 16 are high frequency power supplies, and 17 is a heater. ZnS
The substrate temperature during sputtering is 250 ° C, the gas pressure of the sputtering gas (Ar) is 1 × 10 -2 torr, and the sputtering rate of ZnS is 80Å /
min, the sputter rate of TbF 3 + Tb 2 S 3 was 1 Å / min.
The ratio of the sputter rate of ZnS and TbF 3 + Tb 2 S 3 was monitored by a film thickness meter using a quartz oscillator, and the power applied to the target was adjusted so as to be constant during sputtering.
ここにおいて、発光中心用ターゲットであるTbF3+Tb
2S3混合ターゲット中のTbF3とTb2S3との混合比率を変え
て、得られる薄膜EL素子の輝度(1KHzで駆動し発光値電
圧を30V超過した電圧における輝度)との関係を求め
た。結果を第3図に示すが、混合ターゲット中のF/S比
が1の時最も輝度が高くなり、0.5<F/S<1.5の範囲で
最大の輝度の1/2以上の輝度が得られた。また、単にTbF
3とTb2S3粉末を混合したターゲットを用いる場合と、Tb
F3とTb2S3混合物を850℃5気圧でホットプレスすること
により新しい生成物としたターゲットを用いる場合とを
比較した。ホットプレスをして得られた生成物のX線回
折パターンは、第4図(a)に見られるように、TbF3の
X線回折パターン(b)とも、Tb2S3のX線回折パター
ン(c)とも異なり、新生成物TbFSであることを示して
いる。これらを用いて製作した薄膜EL素子の輝度を第5
図に示すが、ホットプレスをしたターゲットを用いた場
合、単なる混合物のターゲットを用いる場合と比べて約
1.5倍の輝度が達成された。Here, TbF 3 + Tb, which is the target for the emission center,
By changing the mixing ratio of TbF 3 and Tb 2 S 3 in the 2 S 3 mixed target, the relationship with the brightness of the obtained thin film EL element (brightness at a voltage that drives at 1 KHz and exceeds the emission value voltage by 30 V) It was The results are shown in Fig. 3. When the F / S ratio in the mixed target is 1, the brightness is highest, and in the range of 0.5 <F / S <1.5, the brightness of 1/2 or more of the maximum brightness is obtained. It was Also simply TbF
3 and Tb 2 S 3 powder mixed target and Tb
A comparison was made with the case where a target was used as a new product by hot pressing a mixture of F 3 and Tb 2 S 3 at 850 ° C. and 5 atm. The X-ray diffraction patterns of the product obtained by hot pressing are, as shown in FIG. 4 (a), the X-ray diffraction pattern of TbF 3 and the X-ray diffraction pattern of Tb 2 S 3. Different from (c), it shows that it is a new product TbFS. The brightness of the thin film EL device manufactured using these
As shown in the figure, when using a hot-pressed target, compared to using a simple mixture target,
A brightness of 1.5 times was achieved.
本発明によれば、ZnS中にTbFを効率の高い状態で添加
できるため高輝度化、再現性に効果がある。According to the present invention, since TbF can be added to ZnS in a highly efficient state, it is effective in achieving high brightness and reproducibility.
第1図は本発明の方法を実施するスパッタ装置の模式
図、第2図は薄膜EL素子の断面図、第3図はTbF3+Tb2S
3混合ターゲット中のF/S比に関する薄膜EL素子の輝度を
示すグラフ図、第4図は各種ターゲットのX線回折パタ
ーン、第5図は単純混合ターゲットを用いた場合とホッ
トプレスターゲットとを用いた場合の素子特性(輝度)
の比較グラフ図である。 1……ガラス基板、2……透明電極層、 3……Si3N4膜、4……発光層(EL膜)、 5……Si3N4膜、6……Al電極、 10……スパッタ装置、11……チャンバ、 12……基板、13……ZnSターゲット、 14……TbF3+Tb2S3混合ターゲット。FIG. 1 is a schematic diagram of a sputtering apparatus for carrying out the method of the present invention, FIG. 2 is a sectional view of a thin film EL element, and FIG. 3 is TbF 3 + Tb 2 S.
3 Graph showing the brightness of thin film EL device with respect to F / S ratio in mixed target, Fig. 4 is X-ray diffraction pattern of various targets, and Fig. 5 is for using simple mixed target and hot press target Element characteristics (luminance)
It is a comparison graph figure of. 1 ... Glass substrate, 2 ... Transparent electrode layer, 3 ... Si 3 N 4 film, 4 ... Emitting layer (EL film), 5 ... Si 3 N 4 film, 6 ... Al electrode, 10 ... Sputtering equipment, 11 …… Chamber, 12 …… Substrate, 13 …… ZnS target, 14 …… TbF 3 + Tb 2 S 3 mixed target.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲吉▼見 琢也 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 佐藤 精威 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−34890(JP,A) 特開 昭63−81791(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor ▲ Yoshi ▼ Takuya 1015 Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Fujitsu Limited (72) Inventor, Seiei Sato, 1015 Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Fujitsu Incorporated (56) References JP 61-34890 (JP, A) JP 63-81791 (JP, A)
Claims (1)
ソースが希土類金属のフッ化物と希土類金属の硫化物の
混合物であってフッ素(F)と硫黄(S)のモル比F/S
が0.5<F/S<1.5の範囲内にありかつフッ化物と硫化物
との反応により形成されたフッ硫化物である、2元ソー
スを用いてエレクトロルミネッセンス膜を堆積する工程
を含むことを特徴とする薄膜EL素子の製造方法。1. One source is zinc sulfide, and the other source is a mixture of a rare earth metal fluoride and a rare earth metal sulfide, and the molar ratio of fluorine (F) to sulfur (S) is F / S.
Is within the range of 0.5 <F / S <1.5 and is a fluorinated sulfide formed by the reaction of a fluoride and a sulfide, including the step of depositing an electroluminescent film using a binary source Method for manufacturing thin film EL device.
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1987
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