2000
（1500
ふ蜜
竜
∪
表4−2−4 H、Sガスの供給量を変化させて作製したSrS：Ce薄膜EL素子における，しきい 電圧よりも40Vまたは60V高い場合の輝度（L、。， L、。），発光効率（η、。，η、。）お
よびC肥色度座標値．1kHzのパルス波電圧により駆動した。
H、S遇ow rate（sccm） L知（cd／m2） η組（lm／W） αE（x，y） L、。（cd／m2） η・・（▲m／W） αE（x，y）
0 1 0．05 （0．20，0．33） 3 0．06 （0．20，0・34）
1 10 0．19 （0．22，0．41） 15 0．24 （0．22，0・40）
3 955 1．15 （0．28，053） 1360 1ユ7 （0，28，054）
5 1000 0．73 （0・29，0・54） 1285 0．70 （0・27，0・54）
20 475 050 （0．30，055） 695 0．49 （0．30，0・55）
1000 冒 豆
35°°
0
1
5
0
匡旦︶︒寸
0
0 5 10 15 20
H2S How Rate（sccm）
図4−2−25SrS：Ce薄膜EL素子におけるL、。とη、。のH、Sガス供給量依存性．1kHzのパル ス波電圧により駆動した場合である．
づ83一
2
1
む
書芸︶鴬器§9
1
0
SrS：Ce TFEL Devices
（a）H2S：5sccm
A1（＋）
……1…一… hTO（＋）
（b）H2S：20 sccm
0 50 100
Time t（μs）
150
300
200
100
0＞
300§）
⑪日
200
100
200 0
図4−2−26H、Sガスの供給量を変化させて作製したSrS：Ce薄膜EL素子における電流時間 応答特性i（t）．太い実線は盈電極を正に，太い点線はITO透明電極を正に印加 した場合のi（り特性である．測定には，100Hzの台形波パルス電圧を用いた．
1μC／cm2の移動電荷量が生じている場合のものである。（a）の場合には、電圧の極性に関 わらず、素子の夕一ンオン後に急峻な立ち上がりが見られる。これに対して、（b）の場合 には、ITO電極を正にした場合にはターンオン後の急峻な立ち上がりが観測されるが、ぷ 電極を正にした場合には、立ち上がりがなだらかになり、素子のターンオン開始時をは
っきりと観測することはできない。すなわち、ITO電極側のSi，N、／SrS：Ce界面状態と、
Al電極側のSi、N、／SrS：Ce界面状態が異なっていることを示唆する。以上の結果より、過 剰なH、Sガス供給により生ずる輝度と発光効率の低下は、次に示す2つの原因によるも のであると考えられる。まず1つめは、過剰なH、sガスの供給によりITO電極側のSi，N、
／SrS：Ce界面が何らかの影響を受け、電荷の放出が効率良く生じないことである。もう1 っは、過剰なH、Sガス供給によりSrS：Ce発光層内に生成されたSr欠陥がホヅトエレクト ロンのエネルギーを捕獲してしまうということである。
H、Sガスの供給は、 SrS：Ce薄膜の結晶性を改善させることと、 Ce3＋発光中心のSrS格子 中への取り込みを促進させることにおいて必要不可欠である。しかし、過剰な供給は輝 度や発光効率の低下を引き起こしてしまう。本実験では、H、Sガスの供給量の最適値は3
〜5sccmにあった。 H、Sガスの供給量が3sccmの場合に、しきい電圧より40 V高い印加 電圧（1kHzのパルス波電圧）において、輝度955 cd／m 2と発光効率1．151rn／Wが得られた。
しかし、H，Sガス供給量の最適値は、成膜速度や基板温度などの成膜条件に依存すると思 われるので、十分に注意を払うことが必要であろう。
4−2−5．基板温度
これまで、多くの研究機関において基板温度を300〜600°C程度にまで変化させた実験 が行われ、基板温度を高くすることによりSrS：Ce薄膜における結晶性の改善や薄膜EL
素子における輝度の向上が報告されている。（微11・・ぴ一1亀・・）本実験では、基板温度を450〜
650℃に変化させた場合におけるSrS：Ce薄膜ならびにSrS：Ce薄膜EL素子について検討 を行う。SrS：Ce薄膜の成膜時におけるH、Sガスの供給量は5sccmとした。また、電子銃 のエミヅシヨン電流は350mAに固定し、4分間の成膜を行った。以下に、 SrS：Ce薄膜の 成膜条件をまとめる。なお、成膜後の熱処理は行っていない。
一185一
〈成膜条件〉
成膜方法：電子線蒸着法 基板：石英ガラス基板
蒸着源：SrS：Ce高密度焼結ペレット（Ce仕込量：0．2 rno1％）
基板温度：450〜650℃
硫黄供給：H、Sガス供給（熱分解温度：900℃）
H2Sガス供給量：5sccm エミッション電流1、：350mA
成膜時間：4min．
まずはじめにSrS：Ce薄膜のXRD測定（2θ：20〜60 deg．）を行った。 X線源にはCuK。を 用いた。すべての試料においてSrSの（111）、（200）、（220）、（311）、および（222）各面に起 因するXRDピークが観測された。図4−2−27（a）に（111）、（200）および（220）面に起因する XRDピークの回折強度［（111）、（200）および（220）面に起因する回折強度をそれぞれ1（m）、
1（、。。〉および1（2、）とする］、（b）に1〈、。。）に対する1（m）および1（22。）の比、（c）に（111）と（200）面に
起因するXRDピークの半値幅（FWHM）を示す。（a）を見ると、基板温度の増加に伴い、
1（m）と1（、。。）は顕著に増加し、Ie、。）はわずかな増加が観測される。配向性に関しては、（b）よ
り基板温度が低い場合（550℃以下）においては＜1U＞軸に配向している。しかし、基板
温度が高い場合（550°C以上）の場合においては、1（1、1）／1（、、。）は1に近くなり、＜111＞軸と
＜100＞軸に配向する。なお、1（11、）／1（、。。）およびIo、。）／1（、。。）が基板温度の増加に伴って減少する
という傾向は、Onisawaらの結果と一致している。（＋18）また、（c）を見ると、（1U）および
（200）面に起因するXRDピークの半値幅は、ほぼ同様の基板温度依存性を示す。基板温 度を550℃まで高くすることにより、半値幅の値は減少する。この結果は、Onisawaらの 結果と一致する。（ヂ18）一方、550°C以上の基板温度においては半値幅の値は飽和する。
（200）面に起因する半値幅の値が最も小さかったのは、基板温度が600°Cの場合（0．219°）
であった。しかし・この値はSrS：Ce粉末蛍光体の半値幅（0．148°）と比較するとまだ大き く、さらなる改善が望まれる。以上の結果より、基板温度を高くすることにより、SrSの
5
（oりTOぷ︶．↑畠↑︵︸幅︶︿
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︵bD︒℃︶薯譲タ山互（…）／1（2・・）
、 ̲一盒．．．． 禽
1（22。）／1（2。。； ・一・・禽
一、一…一一一一、一．一．．鱒
麟 禽
（c）
（200）
（111）
0．2
450 500 550 600 650
Substrate Temperature（°C）
図4−2−27XRD測定の結果．（a）に（111），（200）および（220）面に起因するXRDピークの 回折強度［（111），（200）および（220）面に起因する回折強度をそれぞれ1（111），1（、。。）
および1（22。）とする］，（b）に1鋼）に対する1（111）および1（、、。）の比，（c）に（m）と
（200）面に起因するXRDピークの半値幅（FWHM）を示す． X線源にはCuK。を 用いた。
一187一
結晶性が改善されることがわかった。しかし、半値幅に関しては、550℃以上の基板温度 において飽和した。
次に、PL特性について検討を行う。図4−2−28に励起波長を265 nmにした場合におけ るPLスペクトルを示す。これを見ると、発光ピークは基板温度にあまり依存することな
く500〜510nmの間に位置していることがわかる。図4−2−29に（a）265 nm励起を行った 場合のPLピーク強度1265、（b）430 nm励起を行った場合のPLピーク強度143。、および（c）
126，／143。相対比の基板温度依存性を示す。126，は基板温度の増加に伴って増加する。基板温 度が650°Cの場合には、450°Cの場合より約3倍に増加する。一方、1、3。は、基板温度が 600℃以下の場合では、基板温度の増加に対してわずかな増加しか見られず、600°C以上 の基板温度において顕著な増加を示す。この143。の増加は、SrS格子中へのCe3・発光中心 の取り込み量の増加を示唆する。また、基板温度が600℃以上の場合における143。の顕著 な増加は、おそらくSrの再蒸発に伴うSr欠陥の生成が原因であると考えられる。この Ce3÷発光中心の取り込み量の増加、ならびに基板温度の増加に伴うSrSの結晶性の改善
が126，の増加を引き起こしていると考えられる。一方、1鱒，／1、、。の相対比を調べることによ り、取り込まれたCe3・発光中心に対して母体が吸収したエネルギーがどの程度効率良く 伝達されているのかを間接的に知ることができる。図4−2−29（c）を見ると、126，／143。の相対
比は、基板温度が550°Cの場合において最大値を示す。つまり、基板温度が550℃の場 合において、SrS母体が吸収した励起エネルギーを最も効率良くCe3÷発光中心に伝達して いることが示唆される。1、、，／1、，。比の基板温度依存性は、SrS母体の結晶性に依存すると考 えられる。図4−2−27（c）に示したように、基板温度が450〜550°Cの場合における126，／1、，。
の増加は、SrSの結晶性の改善によると考えられる。一方、基板温度が550〜650°Cの場 合における1265／1、、。比の減少は、Srの再蒸発やCe3÷発光中心の取り込み量の増加に伴う電 荷の不一致により生成されたSr欠陥が励起エネルギーを吸収したことが原因であると考 えられる。図4−2−30に同試料におけるPL励起スペクトルを示す。図より、基板温度の増 加に伴い、SτS母体のバンド間励起に起因する間接励起帯が長波長側にシフトする。基板 温度が650°Cの場合における間接i励起帯のピーク波長（268nm）は、450°Cの場合のそれよ
りも長波長側に10nmシフトした。っまり、励起スペクトルからも、基板温度の増加に
（・・
uぼ．⇔邑ら毬§藷ば
図4．2．28
10
5
0
SrS：Ce（0．2 mo1％）Thin Films
Substrate Temp．
450°C 550°C 650°C
＝265nm
R．T。
400 500 600 700
Wavelength（nm）
基板温度を変化させて作製したSrS：Ce薄膜におけるPLスベクトル。励起波長 は265㎜1とした。室温条件下により測定を行った．
．189一
10
く﹂ 02 4﹂
（・・
ﾑ﹃§︶怠鶏胃↑着︒島霞
0
（9
理 冒 亘
駕
）6
8
☆
￠ バー 3
450 500 550 600 650
Substrate Temperature（°C）
図4−2−29 （a）265nm励起を行った場合のPLピーク強度126，，（b）430 nm励起を行った場 合のPLピーク強度143。，および（c）126，／1、、。相対比における基板温度依存性