(57)【要約】【解決手段】成膜室１０には、基板ステージ１２、蒸着材料１７が充填されている蒸発源１６が備えられている。成膜室１０の外部にレーザビームを発する光源２２が設けられている。光源２２からのレーザビームは光導入窓１４を通り、蒸着材料１６に照射される。レーザビームの照射により蒸着材料１６を気化し、基板３０に膜が形成される。【効果】気化された蒸着材料は組成比が変化しないため、緻密な薄膜、歪みや欠陥の少ない均質な薄膜を形成することができる。【選択図】図１
2007211316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸着材料が充填された蒸発源と、基板を保持する保持手段とを内部に備えた成膜室と、
前記蒸発源に充填された前記蒸着材料にレーザビームを照射するレーザ照射手段と、
を有することを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
蒸着材料が充填された蒸発源と、基板を保持する保持手段とを内部に備えた成膜室と、
前記蒸発源に充填された前記蒸着材料にレーザビームを照射するレーザ照射手段と、
を有し、
前記レーザビームは前記基板を通過して前記蒸着材料に照射されることを特徴とする成膜装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記成膜室は光導入窓を有し、
前記レーザ照射手段は、前記光導入窓を通して前記成膜室内に前記レーザビームを照射することを特徴とする成膜装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
前記成膜室の内部に、前記蒸発源に充填されている蒸着材料を加熱する加熱手段を備えていることを特徴とする成膜装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
前記蒸発源を複数備えていることを特徴とする成膜装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
前記蒸発源は、前記蒸着材料が充填されるセルを複数有することを特徴とする成膜装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項において、
前記レーザビームの波長は、前記蒸着材料に吸収される波長であることを特徴とする成膜装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項において、
前記レーザ照射手段のレーザ光源として、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ＧｄＶＯ４レーザ、ＫＧＷレーザ、ＫＹＷレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＧｄＶＯ４レーザ、ＹＶＯ４レーザ、ヘリウムカドミウムレーザ、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦキシマレーザ、ＸｒＣｌキシマレーザ、ＸｅＦキシマレーザから選ばれるいずれか一のレーザ発振器が適用されていることを特徴とする成膜装置。
【請求項９】
蒸発源に充填された蒸着材料にレーザビームを照射することにより、充填されたから蒸着材料を気化させ、基板の表面に前記蒸着材料を堆積させることを特徴とする成膜方法。
【請求項１０】
蒸発源に充填された蒸着材料を気化させない程度に加熱し、
前記加熱された蒸着材料にレーザビームを照射することにより、前記蒸着材料を気化させて、基板の表面に前記蒸着材料を堆積させることを特徴とする成膜方法。
【請求項１１】
請求項１０において、電子ビームを照射する、又は抵抗加熱により前記蒸着材料を加熱することを特徴とする成膜方法。
【請求項１２】
請求項９乃至請求項１１のいずれか一項において、
前記レーザビームは、前記基板を通過して前記蒸着材料に照射されることを特徴とする成膜方法。
【請求項１３】
請求項９乃至請求項１２のいずれか一項において、
前記レーザビームの波長は、前記蒸着材料に吸収される波長であることを特徴とする成膜方法。
【請求項１４】
請求項９乃至請求項１２のいずれか一項において、
前記レーザビームの光源として、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ＧｄＶＯ４レーザ、ＫＧＷレーザ、ＫＹＷレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＧｄＶＯ４レーザ、ＹＶＯ４レーザ、ヘリウムカドミウムレーザ、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦキシマレーザ、ＸｒＣｌキシマレーザ、ＸｅＦキシマレーザから選ばれたレーザ発振器が用いられたことを特徴とする成膜方法。
【請求項１５】
第１の電極を形成し、
前記第１の電極上に、請求項９至請求項１４のいずれか一項に記載の成膜方法を用いて発光層を形成し、
前記発光層上に、第２の電極を形成することを特徴とする発光素子の作製方法。
【請求項１６】
請求項１５において、前記第１の電極を形成した後、第１の絶縁層を形成し、
前記第１の絶縁層を形成した後、前記発光層を形成することを特徴とする発光素子の作製方法。
【請求項１７】
請求項１５又は１６いて、前記発光層を形成した後、第２の絶縁層を形成し、前記第２の絶縁層に接して第２の電極を形成することを特徴とする発光素子の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜の成膜方法及び成膜装置に関する。また、発光素子の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、テレビ、携帯電話、デジタルカメラ等における表示装置は、平面的で薄型の表示装置が求められており、この要求を満たすための表示装置として、自発光型である発光素子を利用した表示装置が注目されている。自発光型の発光素子の一つとして、エレクトロルミネッセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）を利用する発光素子があり、この発光素子は、発光材料を一対の電極で挟み、電圧を印加することにより、発光材料からの発光を得ることができるものである。
【０００３】
このような自発光型の発光素子は、液晶ディスプレイに比べ画素の視認性が高く、バックライトが不要である等の利点があり、フラットパネルディスプレイ素子として好適であると考えられている。また、このような発光素子は、薄型軽量に作製できることも大きな利点である。また、非常に応答速度が速いことも特徴の一つである。
【０００４】
さらに、このような自発光型の発光素子は膜状に形成することが可能であるため、大面積の素子を形成することにより、面発光を容易に得ることができる。このことは、白熱電球やＬＥＤに代表される点光源、あるいは蛍光灯に代表される線光源では得難い特色であるため、照明等に応用できる面光源としての利用価値も高い。
【０００５】
エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機ＥＬ素子、後者は無機ＥＬ素子と呼ばれている。
【０００６】
無機ＥＬ素子は、その素子構成により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分類される。前者は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有し、後者は、蛍光材料の薄膜からなる発光層を有している点に違いがある。しかし、そのメカニズムは共通しており、高電界で加速された電子による母体材料又は発光中心の衝突励起により発光が得られる。このような理由のため、一般的な無機ＥＬ素子で発光を得るためには高い電界が必要であり、発光素子に数百Ｖの電圧を印加する必要がある。例えば、近年フルカラーディスプレイに必要とされる高輝度の青色発光の無機ＥＬ素子が開発されたが、１００〜２００Ｖの駆動電圧が必要である（例えば、非特許文献１）。そのため、無機ＥＬ素子は消費電力が大きく、中小型サイズのディスプレイ、例えば、携帯電話等のディスプレイには採用することが難しかった。
【０００７】
無機ＥＬ素子を作製する方法として、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法（ＥＢ蒸着法）等が挙げられる。しかしながら、無機ＥＬ素子を作製する場合、抵抗加熱蒸着法では蒸着材料に与える熱エネルギーが小さく、蒸着レートを上げることが難しい。さらに、蒸着可能な無機ＥＬ材料も限られてしまう。一方、ＥＢ蒸着法では、蒸着材料に与える熱エネルギーは大きいものの、蒸着材料は組成比が異なる状態で蒸発するため、成膜された膜内には、未結合手が多数存在すると考えられる。このような未結合手が多数存在すると、無機ＥＬ素子内のキャリアがトラップされ、駆動電圧が上昇する、発光効率が低下するという問題がある。
【非特許文献１】ジャパニーズ  ジャーナル  オブ  アプライド  フィジクス（Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ）、１９９９年、Ｖｏｌ．３８、ｐ．Ｌ１２９１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明は、欠陥の少ない膜を形成することができる成膜方法を提供することを課題とする。また、均質な膜を形成することができる成膜方法を提供することを課題とする。
【０００９】
また、本発明は、欠陥の少ない膜を形成することができる成膜装置を提供することを課題とする。また、均質な膜を形成することができる成膜装置を提供することを課題とする。
【００１０】
また、本発明は、低電圧駆動が可能な発光素子の作製方法を提供することを課題とする。また、発光効率の高い発光素子の作製方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、蒸着法により膜を形成する際に、レーザビームを照射して物質を気化させることで、該物質を成膜することにより、課題を解決することができることを見出した。
【００１２】
よって、本発明の一は、蒸着材料が充填された蒸発源と、基板を保持する保持手段とを内部に備えた成膜室と、前記蒸発源に充填された前記蒸着材料にレーザビームを照射するレーザ照射手段と、を有することを特徴とする。
【００１３】
上記構成において、前記レーザビームは前記基板を通過して前記蒸着材料に照射されることが好ましい。
【００１４】
上記構成において、成膜室は光導入窓を有し、レーザ照射手段は、光導入窓を通して成膜室内にレーザビームを照射するように設けられていることを好ましい。つまり、成膜室にはレーザビームを透過する光導入窓を設置し、またレーザビーム照射手段は成膜室の外に設置し、レーザビームが光導入窓を透過して成膜室内を照射するような構成が好ましい。このような構成とすることで、成膜室の構成が複雑になることがなく、従来用いられている成膜室をそのまま転用できるというメリットがある。
【００１５】
上記構成において、レーザビームの波長は、蒸着材料が吸収できる波長であることを特徴とする。蒸着する材料が複数である場合（すなわち共蒸着である場合）には、レーザビームの波長はその複数の蒸着材料のいずれかに吸収される波長であればよい。
【００１６】
また、レーザ照射手段のレーザ光源として、具体的には、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ＧｄＶＯ４レーザ、ＫＧＷレーザ、ＫＹＷレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＧｄＶＯ４レーザ、ＹＶＯ４レーザ、ヘリウムカドミウムレーザ、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦキシマレーザ、ＸｒＣｌキシマレーザ、ＸｅＦキシマレーザ等を挙げることができる。
【００１７】
本発明の成膜装置は、蒸発源を複数設けることができる。あるいは、１つの蒸発源に蒸着材料を充填する複数のセル設けることができる。このようにすることにより、複数の蒸着材料を同時に気化させ、それら複数の蒸着材料が混合された膜を形成する共蒸着時において特に有効である。
【００１８】
また、蒸発源に充填されている蒸着材料を加熱する手段を設けることができる。加熱手段としては、抵抗加熱手段や電子ビームを照射する手段があげられる。
【００１９】
また、本発明の成膜方法の一つは、蒸発源に充填された蒸着材料にレーザビームを照射することにより、充填されたから蒸着材料を気化させ、基板の表面に前記蒸着材料を堆積させることを特徴とする。
【００２０】
また本発明の一は、蒸発源に充填された蒸着材料を気化させない程度に加熱し、前記加熱された蒸着材料にレーザビームを照射することにより、前記蒸着材料を気化させて、基板の表面に前記蒸着材料を堆積させることを特徴とする成膜方法にある。すなわち、加熱手段により予備的な加熱を蒸着材料に与えておき、最終的にレーザビームを照射させることで蒸着材料を気化させることを特徴とする。加熱手段としては、抵抗加熱手段や電子ビームを照射する手段があげられる。
【００２１】
上記構成において、レーザビームの波長は、蒸着材料に吸収される波長であることが好ましい。
【００２２】
また、レーザビームの光源として、具体的には、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ＧｄＶＯ４レーザ、ＫＧＷレーザ、ＫＹＷレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＧｄＶＯ４レーザ、ＹＶＯ４レーザ、ヘリウムカドミウムレーザ、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦキシマレーザ、ＸｒＣｌキシマレーザ、ＸｅＦキシマレーザ等を用いることができる。
【００２３】
また、本発明の成膜方法において、前記レーザビームは、前記基板を通過して前記蒸着材料に照射されることを特徴とする。
【００２４】
本発明の成膜方法において、複数の蒸発源を用意することで、複数の蒸着材料を同時に気化させることができる。複数の蒸着材料が混合された膜を形成する共蒸着において有効である。
【００２５】
また、本発明の成膜方法は、発光素子を作製する際に用いることができる。よって、第１の電極を形成し、上記の成膜方法を用いて発光層を形成し、第２の電極を形成することで発光素子を作製することができる。なお、第１の電極を形成した後に、第１の絶縁層を形成する工程を追加してもよい。また、発光層を形成した後に、第２の絶縁層を形成する工程を追加してもよい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の成膜装置及び成膜方法により、レーザビームを照射して蒸着材料を気化させているので、蒸着材料の組成比を変化させることなく薄膜を形成することができる。その結果、緻密な薄膜、歪みや欠陥の少ない均質な薄膜を形成することができる。
【００２７】
さらに、本発明の成膜方法や成膜装置を発光素子の作製に適用することで、低駆動電圧の発光素子を得ることができる。また、発光効率の高い発光素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の態様について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更しうることは当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００２９】
なお、本明細書中における発光装置とは、画像表示デバイス、発光デバイス、もしくは光源（照明装置含む）を範疇に含む。また、発光素子が形成されたパネルにコネクター、例えばＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＡＢ（Ｔａｐｅ  Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）テープもしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ  Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｐａｃｋａｇｅ）が取り付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または発光素子にＣＯＧ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールも全て発光装置に含むものとする。
【００３０】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の成膜成膜装置の一態様について図１〜図３を用いて説明する。本実施の形態で示す成膜方法および成膜装置は、レーザ光などの光を基板の被成膜面と平行な方向に照射するものである。
【００３１】
本実施形態で用いる成膜装置は、成膜時の温度を上げることなく、緻密な薄膜、歪みや欠陥の少ない均質な薄膜を形成することを目的として構成されている。特に蒸発温度や耐熱温度の低い有機薄膜を堆積するのに適した成膜装置である。
【００３２】
図１に示す成膜装置は、真空排気系に接続される成膜室１０を備えている。成膜室１０には、基板ステージ１２、蒸着材料１５が充填されている蒸発源１６、真空排気系に接続する排気口１８などが備えられている。蒸発源１６に対するシャッタを設けることができる。
【００３３】
基板ステージ１２には基板やシャドーマスクが固定されるが、それらを固定する保持手段が付加されていてもよい。保持手段は、基板３０を固定する基板チャック３１、被膜を形成する領域に開口部を形成したシャドーマスク３２を固定するマスクチャック３３などで構成される。すなわち保持手段は、基板３０の一表面若しくは少なくともその一部を蒸発源に対して露出させ保持するように構成されている。基板チャック３１、マスクチャック３３は先端のツメにより、基板３０やシャドーマスク３２の端部を機械的に保持するものである。保持手段の他の構成としては、電磁的作用により基板３０やシャドーマスク３２を保持するものを適用してもよい。
【００３４】
基板ステージ１２の固定手段により、薄膜を堆積する基板３０は、水平状態を保って保持され、蒸発源１６と対向して配置される。
【００３５】
成膜室１０には、レーザビームを入射させる光導入窓１４が側面に備えられている。成膜室１０の中に導入するレーザビームは、蒸発源１６に充填された充填材料を気化（蒸発若しくは昇華）させるために利用する。
【００３６】
レーザビームの波長は、蒸着材料に吸収される波長であることが好ましい。蒸着材料はレーザビームを吸収しエネルギーを得た状態で気化され、蒸着材料の組成比のまま薄膜を形成することができる。
【００３７】
また、本発明の一は、基板の表面の少なくとも一部を露出させるように基板保持手段に基板を固定し、蒸着材料が充填された蒸発源から蒸着材料を気化させ、基板表面付近にレーザビームを照射することで、気化している蒸着材料にレーザビームを照射し、基板の表面に蒸着材料を堆積させる成膜方法である。
【００３８】
また蒸発源１６に充填された蒸着材料１５を加熱する手段を設けることができる。加熱手段により、蒸着材料１５を気化させない程度に加熱した状態にし、蒸着材料１５にレーザビームを照射する。基板の表面に前記蒸着材料を堆積させる成膜方法にある。すなわち、加熱手段により予備的な加熱を蒸着材料に与えておき、最終的にレーザビームを照射させることで蒸着材料を気化させる。
【００３９】
加熱手段により蒸着材料を気化しない程度に加熱しておくことで、レーザビームだけを照射して気化させるよりも蒸発源から基板距離を短くすることができるので、蒸着材料の利用効率を向上させることができる。加熱の方法としては、抵抗加熱による加熱や電子ビームを照射する方法があげられる。
【００４０】
光学系を介して、光源２２から放射されるレーザビームを蒸着材料に照射することができる。光学系の機能としては、レーザビームのエネルギー分布を均一にするものが好ましい。また、レーザビームの形状を所望の形状にするために光学系を用いることができる。例えば、後述する図２、図３に示す光学系２３を用いることができる。
【００４１】
光源２２としては、蒸着材料が吸収する波長のものが好ましく、紫外光、可視光、又は赤外光を発振することが可能なレーザ発振器を用いることができる。例えば、ＹＶＯ４レーザの基本波（１．０６μｍ）、第２高調波（５３２ｎｍ）、第３高調波（３５５ｎｍ）、炭酸ガスレーザの基本波（１０．６μｍ）などを適用することができる。気体レーザとしては、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ２レーザなどを適用することができる。固体レーザとしては、ＹＡＧレーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ＧｄＶＯ４レーザ、ＫＧＷレーザ、ＫＹＷレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、ＹＶＯ４レーザなどを適用することができる。また、ＹＡＧレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、ＧｄＶＯ４レーザ、ＹＶＯ４レーザなどのセラミックスレーザを適用することができる。金属蒸気レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ等が挙げられる。その他のレーザとしては紫外線レーザを適用することもできる。紫外線レーザの代表例としてはエキシマレーザであり、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦ（１９３ｎｍ）、ＸｒＣｌ（３０８ｎｍ）、ＸｅＦ（３５１ｎｍ）などがある。エキシマレーザは高エネルギーで高出力が得られるので、蒸着材料に対して有効に作用させることができる。
【００４２】
また、レーザビームは連続的にエネルギーを供給することができる点で連続発振レーザを光源２２として用いることが好ましいが、繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルスレーザを用いることも可能である。蒸発分子が励起してから基底状態に戻るまでの時間よりもレーザのパルス間隔が短ければ、薄膜の堆積表面に連続して励起分子のフラックスを与えることができる。
【００４３】
成膜室１０に入射したレーザビームは受光板２８に照射されるようにしている。受光板２８は必須ではないが、光吸収体を用いてレーザビームの散乱を防止するようにしてもよい。また、受光板２８として光反射体を用い、レーザビームを成膜室１０に再入射させてもよい。その他に、光センサを設けてレーザビーム強度を検知し、光源２２の出力を制御するようにしてもよい。
【００４４】
また、図１において光導入窓１４と同等なものを複数個成膜室１０に設け、複数本のレーザビームを導入して成膜を行うようにすることができる。
【００４５】
蒸発源１６は、Ｔｉなどの金属製のボート、セラミックス製の坩堝などを用いた抵抗加熱方式、電子ビーム加熱方式などを適用することができる。またクヌーセンセルを適用して分子ビームを制御するようにしてもよい。その他の構成として、レーザビームを蒸着材料に照射して、気化させる蒸発源を適用してもよい。また、蒸発源を矩形にして、そこに線状に整形したレーザビームを照射して加熱するようにしてもよい。
【００４６】
蒸発源１６を複数個設けることができる。または、蒸着材料を充填するセルを複数備えた蒸発源１６を用いることができる。これにより、複数の蒸着材料を用いて共蒸着することができる。
【００４７】
成膜時における成膜室１０の圧力は蒸着が可能な圧力範囲であればよく、減圧下に限定されない。好ましくは０．１Ｐａから０．００１Ｐａ程度とすればよい。
【００４８】
また、基板３０に均一性良く薄膜を形成するために基板３０若しくは蒸発源１６、または基板３０と蒸発源１６の双方を移動可能に配置して、例えばラスタースキャンをするように成膜を行ってもよい。このような構成にすることで、フラットパネルディスプレイのマザーガラスとして、第６世代の１５００ｍｍ×１８００ｍｍ、第７世代の１８７０ｍｍ×２２００ｍｍ、第８世代の２１６０ｍｍ×２４００ｍｍの外寸を持つガラス基板でも容易に成膜を行うことができる。
【００４９】
図１の成膜装置において、例えば、蒸発源１６を一方向に長い（例えば、図１の紙面垂直方向に長い）直方体状とすることが好ましい。これにより、線状ビームの走査と同様、基板に対して蒸発源１６を相対的に移動させることで、線状の蒸発源１６により、基板を走査しながら成膜することができるため、上記のような大型基板への成膜をスループットよく行うことができる。
【００５０】
図１の成膜装置では、レーザビームを導入する光導入窓１４を、成膜室１０の側面に設けている。光導入窓を設ける箇所は側面に限定されるものではなく、レーザビームが蒸発源の蒸着材料に照射できればよい。例えば、レーザビームを基板の裏面（蒸着材料が成膜される面と反対側の面）から入射し、基板を通過させて、蒸発源に収められた蒸着材料に照射することもできる。このような、成膜方法を行うための成膜装置を図２、図３を用いて説明する。
【００５１】
図２は成膜装置の構成を説明する側面図、図３は同平面図である。また、図１の成膜装置と同じ要素を指すものについては同じ符号を用い、その場合における繰り返しの説明は省略するものもある。
【００５２】
図２及び図３に示すように、成膜室１０には、真空排気系に接続する排気口１８が設けられている。成膜室１０の上面には、光源２２から発したレーザビームを成膜室１０内に導入するための光導入窓５１が設けられている。
【００５３】
成膜室１０内には、一方向（図２の紙面垂直方向）長い直方体の状の蒸発源５２が設けられている。図３に示すように、蒸発源５２には、蒸着材料５３を充填するセルが線状に配列されて複数用意されている。また、成膜室１０内には、蒸発源５２を移動させる移動機構を備えている。移動機構により、蒸発源５２を移動させながら、蒸着材料５３を気化させることにより、基板３０の表面に複数の蒸着材料５３を同時に気化させながら成膜することができる。
【００５４】
図３に示すように、蒸発源５２の長手方向の長さが基板３０の一辺よりも長い場合は、蒸発源５２は、長手方向と直交する方向（図２の矢印で示す方向）に少なくとも移動できるようになっていればよい。蒸発源５２の長手方向が基板３０の一辺よりも短い場合には、蒸発源５２の移動方向を長手方向に直交する方向と平行な方向の２方向に移動できるようにすればよい。
【００５５】
成膜室１０内には、さらにシャドーマスクを固定するための手段や、蒸発源５２に対するシャッタ等を設けることができる。
【００５６】
移動している蒸発源５２のセルに充填された蒸着材料５３を気化するため、レーザビームを線状ビームに加工する光学系２３と、線状ビームを走査するための光学系が成膜室１０の外部に設けられている。
【００５７】
光学系２３の構成は、一例として、光源２２側からビームエキスパンダ２４、ビームホモジナイザ２６を組み合わせたものを適用することができる。ビームエキスパンダ２４は、凹シリンドリカルレンズ３６（若しくは凹レンズ）と凸シリンドリカルレンズ３８（若しくは凸レンズ）を組み合わせたものであり、これにより、光源２２から放射されるレーザビームのビーム幅を広げることができる。線状のレーザビームであることにより、レーザビームをスキャンするもしくは基板をスキャンすることにより、広い面積の基板を処理することができる。また、ビームホモジナイザ２６は、例えばＴＥＭ００モードで発振してガウス分布を持つレーザビームのエネルギー密度分布を均一化するためのものである。そのため、ビームホモジナイザ２６としては、凸シリンドリカルレンズアレイ４０と凹シリンドリカルレンズアレイ４２を組み合わせたものを適用することができる。それにより、基板３０の薄膜堆積表面と平行な方向のレーザビームのエネルギー密度分布を均一化することができる。
【００５８】
線状ビームを走査するための光学系の一例として、光軸を変更する可動ミラー４４及び４６が設けられている。蒸発源５２の移動と連動して可動ミラー４４、４６のミラーの角度が制御され、線状ビームが蒸発源５２に充填された蒸着材料５３に照射されるようにしている。
【００５９】
基板３０に対して蒸発源５２が相対的に移動できればよい。蒸発源５２を固定し、代わりに基板３０を移動させる機構を設けることができる。蒸発源５２を固定する場合は、線状ビームを走査する光学系を設けてもよいし、線状ビームを走査するための光学系を省略し、線状ビームが成膜室１０に入射する位置を固定してもよい。また、蒸発源５２と基板３０の双方を移動できるように、それぞれの移動機構を設けることもできる。
【００６０】
薄膜を堆積する基板３０は、保持手段により水平状態を保って保持され、蒸発源５２と対向配置される。また、図示していないが保持手段はレーザビームが基板３０を通過するのを妨げないよう、基板３０を保持できる手段であればよい。
【００６１】
基板３０を通過させて、蒸発源５２に収められた蒸着材料５３にレーザビーム照射することで、蒸着材料はまず飛散するときに高いエネルギーを得ることができる。また飛散している間もレーザビームを照射されるため、気化した蒸着材料はエネルギーの高い状態を保ったまま基板に到達することができる。
【００６２】
また、基板３０を通過させてレーザビームを照射することにより、これから膜が成膜される表面に対してレーザビームを照射することができる。このことにより、気化した蒸着材料はエネルギーの高い状態を保ったまま基板に到達することができる。
【００６３】
また、基板３０を通過させてレーザビームを照射することにより、蒸着しながら、基板上に成膜された膜に対してもレーザビームが照射することができるため、成膜された膜の膜質を改善することもできる。成膜終了後に、再度、レーザビームを走査して、基板３０の裏面から膜にレーザビームを照射することもできる。
【００６４】
また、基板３０を通過させてレーザビームを照射することにより、蒸着材料にレーザビームを照射できるように蒸発源５２と基板３０の間を開ける必要がなくなり、蒸発源５２から基板３０間での距離を近づけることができる。蒸着材料の利用効率を向上させることができる。また、気化した蒸着材料が基板３０に到達するまで、エネルギーの高い状態を保つのに効果的である。
【００６５】
また図１に示す成膜装置と同様、図２の成膜装置にも蒸発源５２に充填された蒸着材料５３を加熱する手段を設けることができる。加熱手段としては、抵抗加熱や電子ビームがあげられる。成膜時には、加熱手段により、蒸着材料５３を気化させない程度に加熱した状態にし、加熱された蒸着材料５３にレーザビームを照射する。
【００６６】
このように、本実施の形態に係る成膜装置、成膜方法を用いることにより、レーザビームを照射して蒸着材料を気化さているので、蒸着材料の組成比を変化させることなく薄膜を形成することができる。その結果、緻密な薄膜、歪みや欠陥の少ない均質な薄膜を形成することができる。
【００６７】
（実施の形態２）
本実施の形態では、発光素子に用いる発光材料およびその形成方法について説明する。本実施形態で用いる発光材料としては、母体材料及び発光中心となる少なくとも１種類以上の不純物元素で構成される無機材料を挙げることができる。なお、これら不純物元素は母体材料を構成する元素を含まない。
【００６８】
発光材料に用いる母体材料としては、硫化物、酸化物、窒化物を用いることができる。硫化物としては、例えば、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、硫化カルシウム（ＣａＳ）、硫化イットリウム（Ｙ２Ｓ３）、硫化ガリウム（Ｇａ２Ｓ３）、硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）、硫化バリウム（ＢａＳ）等を用いることができる。また、酸化物としては、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）等を用いることができる。また、窒化物としては、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）等を用いることができる。さらに、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）等も用いることができ、硫化カルシウム−ガリウム（ＣａＧａ２Ｓ４）、硫化ストロンチウム−ガリウム（ＳｒＧａ２Ｓ４）、硫化バリウム−ガリウム（ＢａＧａ２Ｓ４）、等の３元系の混晶であってもよい。
【００６９】
金属イオンの内殻電子遷移を利用した発光中心として、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、サマリウム（Ｓｍ）、テルビウム（Ｔｂ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジウム（Ｐｒ）などを用いることができる。なお、電荷補償として、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）などのハロゲン元素が添加されていてもよい。
【００７０】
また、ドナー−アクセプター再結合を利用した、発光中心として、第一の不純物元素及び第二の不純物元素を含む発光材料を用いることができる。
【００７１】
第一の不純物元素としては、例えば、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ケイ素（Ｓｉ）等を用いることができる。
【００７２】
第二の不純物元素は、例えば、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、ヨウ素（Ｉ）、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ）等を用いることができる。
【００７３】
本実施形態の発光材料は固相反応、すなわち、母体材料及び不純物元素を秤量し、乳鉢で混合、電気炉で加熱して反応させる方法により、母体材料に不純物元素を含有させる。例えば、母体材料と、第一の不純物元素又は第一の不純物元素を含む化合物と、第二の不純物元素又は第二の不純物元素を含む化合物をそれぞれ秤量し、乳鉢で混合した後、電気炉で加熱、焼成を行う。焼成温度は、７００〜１５００℃が好ましい。温度が低すぎる場合は固体反応が進まず、温度が高すぎる場合は母体材料が分解してしまうからである。なお、粉末状態で焼成を行ってもよいが、ペレット状態で焼成を行うことが好ましい。
【００７４】
また、固相反応を利用する場合の不純物元素として、第一の不純物元素と第二の不純物元素で構成される化合物を組み合わせて用いてもよい。この場合、不純物元素が拡散されやすく、固相反応が進みやすくなるため、均一な発光材料を得ることができる。さらに、余分な不純物元素が入らないため、純度の高い発光材料が得ることができる。第一の不純物元素と第二の不純物元素で構成される化合物としては、例えば、フッ化銅（ＣｕＦ２）、塩化銅（ＣｕＣｌ）、ヨウ化銅（ＣｕＩ）、臭化銅（ＣｕＢｒ）、窒化銅（Ｃｕ３Ｎ）、リン化銅（Ｃｕ３Ｐ）、フッ化銀（ＣｕＦ）、塩化銀（ＣｕＣｌ）、ヨウ化銀（ＣｕＩ）、臭化銀（ＣｕＢｒ）、塩化金（ＡｕＣｌ３）、臭化金（ＡｕＢｒ３）、塩化白金（ＰｔＣｌ２）等を用いることができる。
【００７５】
また、第二の不純物元素の代わりに第三の不純物元素を含んだ発光材料を用いてもよい。
【００７６】
第三の不純物元素は、例えば、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等を用いることができる。
【００７７】
これらの不純物元素の濃度は、母体材料に対して０．０１〜１０ｍｏｌ％であればよく、好ましくは０．１〜５ｍｏｌ％の範囲である。
【００７８】
また、高い電気導電性を有する発光材料としては、母体材料として、上述した材料を用い、上述した第一の不純物元素及び第二の不純物元素及び第三の不純物元素を含む発光材料を用いることができる。これらの不純物元素の濃度は、母体材料に対して０．０１〜１０ｍｏｌ％であればよく、好ましくは０．１〜５ｍｏｌ％の範囲である。
【００７９】
第二の不純物元素と第三の不純物元素で構成される化合物としては、例えば、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、ヨウ化リチウム（ＬｉＩ）、臭化銅（ＬｉＢｒ）、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）等のハロゲン化アルカリ、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アンチモン化アルミニウム（ＡｌＳｂ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、ヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）等を用いることができる。
【００８０】
母体材料として、上述した材料を用い、上述した第一の不純物元素及び第二の不純物元素及び第三の不純物元素を含む発光材料を用いた発光層は、高電界により加速されたホットエレクトロンを必要とすることなく、発光することが可能である。つまり、発光素子に高電圧を印加する必要がなくなるため、低駆動電圧で動作可能な発光素子を得ることができる。また、低駆動電圧で発光可能なため、消費電力も低減された発光素子を得ることができる。
【００８１】
また、上記の発光材料に対して、さらに、不純物元素を添加することにより、発光材料の結晶系を制御することができる。結晶系を制御できる不純物としては、立方晶系のものとして、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、Ｓｉ，Ｇｅ等を挙げることができる。また、六方晶系のものとして、ＧａＮ、ＩｎＮを挙げることができる。他にもＡｌＰ、ＡｌＮ、ＡｌＳｂ等を挙げることができる。発光材料の結晶系を制御することにより、発光効率を向上させることができる。
【００８２】
上記の発光材料は、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム（ＥＢ）蒸着法等により、成膜され、発光素子の発光層として用いることができる。これらの発光材料を成膜する際には、レーザビームまたはランプ光を照射しながら蒸着する。具体的には、実施の形態１または実施の形態２に示す成膜装置および成膜方法を用いることができる。特に、実施の形態２に示すように蒸着方向とほぼ平行にレーザビームやランプ光を照射することにより、成膜された膜の膜質を改善し、より歪みや欠陥の少ない、均質な膜を形成することができる。具体的には、蒸着の際に生じた未結合手を再結合させ、歪みや欠陥の少ない、緻密な膜質の膜を得ることができる。そのため、発光層のキャリアが未結合手にトラップされることを抑制することができる。よって、発光中心の衝突励起確率が向上し、発光効率を向上させることが可能となる。また、発光層のキャリアが未結合手にトラップされることを抑制することができるため、発光素子の駆動電圧を低減することができる。
【００８３】
（実施の形態３）
本実施の形態では、発光素子の作製方法の一態様ついて図４を用いて説明する。
【００８４】
本実施の形態で示す発光素子は、基板１００の上に、第１の電極１０１と及び第２の電極１０５と、電極に接する第１の絶縁層１０２と及び第２の絶縁層１０４と、第１の絶縁層１０２と第２の絶縁層１０４との間に発光層１０３を有する素子構成である。本実施の形態で示す発光素子は、第１の電極１０１と、第２の電極１０５の間に電圧を印加することで発光が得られるが、直流駆動又は交流駆動のいずれにおいても動作することができる。
【００８５】
基板１００は発光素子の支持体として用いられる。基板１００としては、例えば、ガラス、又はプラスチックなどを用いることができる。なお、発光素子を作製工程において支持体として機能するものであれば、これら以外のものでも用いることができる。
【００８６】
基板１００上に第１の電極を形成する。第１の電極１０１としては、種々の金属、合金、導電性化合物、及びこれらの混合物などを用いることができる。具体的には、例えば、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム−酸化スズ（ＩＷＺＯ）等が挙げられる。これらの導電性金属酸化物膜は、通常スパッタリングにより成膜される。例えば、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ）は、酸化インジウムに対し１〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛を加えたターゲットを用いたスパッタリングにより形成することができる。また、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム−酸化スズ（ＩＷＺＯ）は、酸化インジウムに対し酸化タングステンを０．５〜５ｗｔ％、酸化亜鉛を０．１〜１ｗｔ％含有したターゲットを用いたスパッタリングにより形成することができる。この他、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、又は金属材料の窒化物（例えば、窒化チタン：ＴｉＮ）等用いることができる。なお、第１の電極１０１または第２の電極１０５を、透光性を有する電極とする場合、可視光の透過率の低い材料であっても、１ｎｍ〜５０ｎｍ、好ましくは５ｎｍ〜２０ｎｍ程度の厚さで成膜することで、透光性の電極として用いることができる。なお、スパッタリング以外にも、真空蒸着、ＣＶＤ、ゾル−ゲル法を用いて電極を作製することもできる。
【００８７】
次に、第１の電極１０１上に第１の絶縁層１０２を形成する。第１の絶縁層１０２としては、特に限定されることはないが、絶縁耐性が高く、緻密な膜質であることが好ましく、さらには、誘電率が高いことが好ましい。例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）等やこれらの混合膜又は２種以上の積層膜を用いることができる。これらの絶縁膜は、スパッタリング、蒸着、ＣＶＤ等により成膜することができる。膜厚は特に限定されることはないが、好ましくは１０〜１０００ｎｍの範囲である。なお、本実施の形態の発光素子は、必ずしもホットエレクトロンを必要とはしないため、薄膜にすることもでき、駆動電圧を低下できる長所を有する。好ましくは、５００ｎｍ以下の膜厚、より好ましくは１００ｎｍ以下の膜厚であることが好ましい。
【００８８】
次に、第１の絶縁層１０２上に発光層１０３を形成する。発光層１０３は、実施の形態３で示した発光材料を含む層であり、実施の形態１または実施の形態２に示した成膜装置および成膜方法を用いて形成することができる。膜厚は特に限定されることはないが、好ましくは、１０〜１０００ｎｍの範囲である。
【００８９】
次に、第２の絶縁層１０４を形成する。第２の絶縁層１０４としては、特に限定されることはないが、絶縁耐性が高く、緻密な膜質であることが好ましく、さらには、誘電率が高いことが好ましい。例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）等やこれらの混合膜又は２種以上の積層膜を用いることができる。これらの絶縁膜は、スパッタリング、蒸着、ＣＶＤ等により成膜することができる。膜厚は特に限定されることはないが、好ましくは１０〜１０００ｎｍの範囲である。なお、本実施の形態の発光素子は、必ずしもホットエレクトロンを必要とはしないため、薄膜にすることもでき、駆動電圧を低下できる長所を有する。好ましくは、５００ｎｍ以下の膜厚、より好ましくは１００ｎｍ以下の膜厚であることが好ましい。
【００９０】
次に、第２の電極１０５を形成する。第２の電極１０５としては、種々の金属、合金、導電性化合物、及びこれらの混合物などを用いることができる。具体的には、例えば、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム−酸化スズ（ＩＷＺＯ）等が挙げられる。これらの導電性金属酸化物膜は、通常スパッタリングにより成膜される。例えば、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ）は、酸化インジウムに対し１〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛を加えたターゲットを用いたスパッタリングにより形成することができる。また、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム−酸化スズ（ＩＷＺＯ）は、酸化インジウムに対し酸化タングステンを０．５〜５ｗｔ％、酸化亜鉛を０．１〜１ｗｔ％含有したターゲットを用いたスパッタリングにより形成することができる。この他、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、又は金属材料の窒化物（例えば、窒化チタン：ＴｉＮ）等用いることができる。なお、第１の電極１０１または第２の電極１０５を、透光性を有する電極とする場合、可視光の透過率の低い材料であっても、１ｎｍ〜５０ｎｍ、好ましくは５ｎｍ〜２０ｎｍ程度の厚さで成膜することで、透光性の電極として用いることができる。なお、スパッタリング以外にも、真空蒸着、ＣＶＤ、ゾル−ゲル法を用いて電極を作製することもできる。
【００９１】
ただし、発光は、第１の電極１０１もしくは第２の電極１０５を通って外部に取り出されるため、第１の電極１０１および第２の電極１０５のうち、少なくとも一方は透光性を有する電極である必要がある。
【００９２】
なお、図示しないが、発光層と絶縁層、又は発光層と電極の間にバッファー層を設けてもよい。このバッファー層はキャリアの注入を容易する役割や、両層の混合を抑制する役割をもつ。バッファー層としては、特に限定されることはないが、例えば、発光層の母体材料であるＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＳｒＳ、ＢａＳ等、又はＣｕＳ、Ｃｕ２Ｓ、又はハロゲン化アルカリであるＬｉＦ、ＣａＦ２、ＢａＦ２、ＭｇＦ２等を用いることができる。
【００９３】
本発明の発光素子は、歪みや欠陥の少ない発光層を有している。よって、発光効率が高く、駆動電圧の低減された発光素子を得ることができる。また、発光効率が高く、駆動電圧が低減されているため、消費電力も低減された発光素子を得ることができる。
【００９４】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。
【００９５】
（実施の形態４）
本実施の形態では、発光素子の作製方法の一態様ついて図４を用いて説明する。
【００９６】
本実施の形態で示す発光素子は、基板２００の上に、第１の電極２０１及び第２の電極２０４と、第２の電極２０４に接する絶縁層２０３と、第１の電極２０１と絶縁層２０３との間に発光層２０２を有する素子構成である。本実施の形態で示す発光素子は、第１の電極２０１と、第２の電極２０４の間に電圧を印可することで発光が得られるが、直流駆動又は交流駆動のいずれにおいても動作することができる。
【００９７】
基板２００は発光素子の支持体として用いられる。基板２００としては、例えば、ガラス、又はプラスチックなどを用いることができる。なお、発光素子を作製工程において支持体として機能するものであれば、これら以外のものでも用いることができる。
【００９８】
基板２００上に第１の電極２０１を形成する。第１の電極２０１としては、種々の金属、合金、導電性化合物、及びこれらの混合物などを用いることができる。具体的には、例えば、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム−酸化スズ（ＩＷＺＯ）等が挙げられる。これらの導電性金属酸化物膜は、通常スパッタリングにより成膜される。例えば、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ）は、酸化インジウムに対し１〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛を加えたターゲットを用いたスパッタリングにより形成することができる。また、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム−酸化スズ（ＩＷＺＯ）は、酸化インジウムに対し酸化タングステンを０．５〜５ｗｔ％、酸化亜鉛を０．１〜１ｗｔ％含有したターゲットを用いたスパッタリングにより形成することができる。この他、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、又は金属材料の窒化物（例えば、窒化チタン：ＴｉＮ）等を用いることができる。なお、第１の電極２０１または第２の電極２０４を、透光性を有する電極とする場合、可視光の透過率の低い材料であっても、１ｎｍ〜５０ｎｍ、好ましくは５ｎｍ〜２０ｎｍ程度の厚さで成膜することで、透光性の電極として用いることができる。なお、スパッタリング以外にも、真空蒸着、ＣＶＤ、ゾル−ゲル法を用いて電極を作製することもできる。
【００９９】
次に、発光層２０２を形成する。発光層２０２は、実施の形態３で示した発光材料を含む層であり、実施の形態１または実施の形態２に示した成膜装置および成膜方法を用いて形成することができる。膜厚は特に限定されることはないが、好ましくは、１０〜１０００ｎｍの範囲である。
【０１００】
次に、絶縁層２０３を形成する。絶縁層２０３は、特に限定されることはないが、絶縁耐性が高く、緻密な膜質であることが好ましく、さらには、誘電率が高いことが好ましい。例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）等やこれらの混合膜又は２種以上の積層膜を用いることができる。これらの絶縁膜は、スパッタリング、蒸着、ＣＶＤ等により成膜することができる。膜厚は特に限定されることはないが、好ましくは１０〜１０００ｎｍの範囲である。なお、本実施の形態の発光素子は、必ずしもホットエレクトロンを必要とはしないため、薄膜にすることもでき、駆動電圧を低下できる長所を有する。好ましくは、５００ｎｍ以下の膜厚、より好ましくは１００ｎｍ以下の膜厚であることが好ましい。
【０１０１】
次に、第２の電極２０４を形成する。第２の電極２０４としては、種々の金属、合金、導電性化合物、及びこれらの混合物などを用いることができる。具体的には、例えば、酸化インジウム−酸化スズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム−酸化スズ（ＩＷＺＯ）等が挙げられる。これらの導電性金属酸化物膜は、通常スパッタリングにより成膜される。例えば、酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ）は、酸化インジウムに対し１〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛を加えたターゲットを用いたスパッタリングにより形成することができる。また、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム−酸化スズ（ＩＷＺＯ）は、酸化インジウムに対し酸化タングステンを０．５〜５ｗｔ％、酸化亜鉛を０．１〜１ｗｔ％含有したターゲットを用いたスパッタリングにより形成することができる。この他、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、又は金属材料の窒化物（例えば、窒化チタン：ＴｉＮ）等を用いることができる。なお、第１の電極２０１または第２の電極２０４を、透光性を有する電極とする場合、可視光の透過率の低い材料であっても、１ｎｍ〜５０ｎｍ、好ましくは５ｎｍ〜２０ｎｍ程度の厚さで成膜することで、透光性の電極として用いることができる。なお、スパッタリング以外にも、真空蒸着、ＣＶＤ、ゾル−ゲル法を用いて電極を作製することもできる。
【０１０２】
ただし、発光は、第１の電極２０１もしくは第２の電極２０４を通って外部に取り出されるため、第１の電極２０１および第２の電極２０４のうち、少なくとも一方は透光性を有する電極である必要がある。
【０１０３】
なお、図示しないが、発光層と絶縁層、又は発光層と電極の間にバッファー層を設けてもよい。このバッファー層はキャリアの注入を容易にしたり、両層の混合を抑制したりする役割をもつ。バッファー層としては、特に限定されることはないが、例えば、発光層の母体材料であるＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＳｒＳ、ＢａＳ等、又はＣｕＳ、Ｃｕ２Ｓ、又はハロゲン化アルカリであるＬｉＦ、ＣａＦ２、ＢａＦ２、ＭｇＦ２等を用いることができる。
【０１０４】
また、図５では第２の電極２０４に接するように絶縁層２０３が設けられているが、絶縁層と発光層の順番を逆にして、第１の電極２０１に接するように絶縁層２０３を設けてもよい。
【０１０５】
本発明の発光素子は、歪みや欠陥の少ない発光層を有している。よって、発光効率が高く、駆動電圧の低減された発光素子を得ることができる。また、発光効率が高く、駆動電圧が低減されているため、消費電力も低減された発光素子を得ることができる。
【０１０６】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。
【０１０７】
（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明を適用して作製した発光素子を有する発光装置について図６を用いて説明する。
【０１０８】
本実施の形態で示す発光装置は、トランジスタ等の駆動用の素子を特に設けずに発光素子を駆動させるパッシブ型の発光装置である。図６には本発明を適用して作製したパッシブ型の発光装置の斜視図を示す。
【０１０９】
図６において、基板９５１上には、電極９５２と電極９５６との間には発光物質を含む層９５５が設けられている。発光物質を含む層９５５は実施の形態３で示した発光層を有している。
【０１１０】
電極９５２の端部は絶縁層９５３で覆われている。そして、絶縁層９５３上には隔壁層９５４が設けられている。隔壁層９５４の側壁は、基板面に近くなるに伴って、一方の側壁と他方の側壁との間隔が狭くなっていくような傾斜を有する。つまり、隔壁層９５４の短辺方向の断面は、台形状であり、底辺（絶縁層９５３の面方向と同様の方向を向き、絶縁層９５３と接する辺）の方が上辺（絶縁層９５３の面方向と同様の方向を向き、絶縁層９５３と接しない辺）よりも短い。このように、隔壁層９５４を設けることで、静電気等に起因した発光素子の不良を防ぐことが出来る。また、パッシブ型の発光装置においても、低駆動電圧で動作する本発明を適用して作製した発光素子を含むことによって、低消費電力で駆動させることができる。
【０１１１】
また、本実施の形態で示す発光装置は、高耐電圧の駆動回路が不要であるため、発光装置の作製コストを低減することができる。また、発光装置の軽量化、駆動回路部分の小型化が可能である。
【０１１２】
なお、本実施の形態で示す発光装置は、実施の形態４に示した発光素子の構成を適用することも可能であるし、実施の形態５に示した発光素子の構成を適用することも可能である。つまり、直流駆動で動作する発光装置を作製することも可能であるし、交流駆動で動作する発光装置を作製することも可能である。
【０１１３】
（実施の形態６）
本実施の形態では、本発明を適用して作製した発光素子を有する発光装置について説明する。
【０１１４】
本実施の形態では、トランジスタによって発光素子の駆動を制御するアクティブ型の発光装置について説明する。本実施の形態では、画素部に本発明を適用して作製した発光素子を有する発光装置について図７を用いて説明する。なお、図７（Ａ）は、発光装置を示す上面図、図７（Ｂ）は図７（Ａ）をＡ−Ａ’およびＢ−Ｂ’で切断した断面図である。点線で示された６０１は駆動回路部（ソース側駆動回路）、６０２は画素部、６０３は駆動回路部（ゲート側駆動回路）である。また、６０４は封止基板、６０５はシール材であり、シール材６０５で囲まれた内側は、空間６０７になっている。
【０１１５】
なお、引き回し配線６０８はソース側駆動回路６０１及びゲート側駆動回路６０３に入力される信号を伝送するための配線であり、外部入力端子となるＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）６０９からビデオ信号、クロック信号、スタート信号、リセット信号等を受け取る。なお、ここではＦＰＣしか図示されていないが、このＦＰＣにはプリント配線基盤（ＰＷＢ）が取り付けられていてもよい。本明細書における発光装置には、発光装置本体だけでなく、それにＦＰＣもしくはＰＷＢが取り付けられた状態をも含むものとする。
【０１１６】
次に、断面構造について図７（Ｂ）を用いて説明する。素子基板６１０上には駆動回路部及び画素部が形成されているが、ここでは、駆動回路部であるソース側駆動回路６０１と、画素部６０２中の一つの画素が示されている。
【０１１７】
なお、ソース側駆動回路６０１はｎチャネル型ＴＦＴ６２３とｐチャネル型ＴＦＴ６２４とを組み合わせたＣＭＯＳ回路が形成される。また、駆動回路を形成するＴＦＴは、公知のＣＭＯＳ回路、ＰＭＯＳ回路もしくはＮＭＯＳ回路で形成してもよい。また、本実施例では、基板上に駆動回路を形成したドライバ一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、駆動回路を基板上ではなく外部に形成することもできる。なお、ＴＦＴの構造は、特に限定されない。スタガ型のＴＦＴでもよいし、逆スタガ型のＴＦＴでもよい。また、ＴＦＴに用いられる半導体膜の結晶性についても特に限定されない。非晶質半導体膜を用いてもよいし、結晶性半導体膜を用いてもよい。また、半導体材料についても特に限定されず、無機化合物を用いてもよいし、有機化合物を用いてもよい。
【０１１８】
また、画素部６０２はスイッチング用ＴＦＴ６１１と、電流制御用ＴＦＴ６１２とそのドレインに電気的に接続された第１の電極６１３とを含む複数の画素により形成される。なお、第１の電極６１３の端部を覆って絶縁物６１４が形成されている。ここでは、ポジ型の感光性アクリル樹脂膜を用いることにより形成する。
【０１１９】
また、被覆性を良好なものとするため、絶縁物６１４の上端部または下端部に曲率を有する曲面が形成されるようにする。例えば、絶縁物６１４の材料としてポジ型の感光性アクリルを用いた場合、絶縁物６１４の上端部のみに曲率半径（０．２μｍ〜３μｍ）を有する曲面を持たせることが好ましい。また、絶縁物６１４として、光の照射によってエッチャントに不溶解性となるネガ型、或いは光の照射によってエッチャントに溶解性となるポジ型のいずれも使用することができる。
【０１２０】
第１の電極６１３上には、発光物質を含む層６１６、および第２の電極６１７がそれぞれ形成されている。第１の電極６１３および第２の電極６１７の少なくとも一方は透光性を有しており、発光物質を含む層６１６からの発光を外部へ取り出すことが可能である。
【０１２１】
発光物質を含む層６１６は、実施の形態３で示した発光層を有している。
【０１２２】
なお、第１の電極６１３、発光物質を含む層６１６、第２の電極６１７の形成方法としては、種々の方法を用いることができる。具体的には、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着（ＥＢ蒸着）法等の真空蒸着法、スパッタリング法等の物理気相成長法（ＰＶＤ）、有機金属ＣＶＤ法、ハイドライド輸送減圧ＣＶＤ法等の化学気相成長法（ＣＶＤ）、原子エピタキシ法（ＡＬＥ）等を用いることができる。また、インクジェット法、スピンコート法等を用いることができる。また、各電極または各層ごとに異なる成膜方法を用いて形成しても構わない。なお、発光物質を含む層６１６に含まれる発光層は、実施の形態１〜２で示した成膜装置および成膜方法を用いることが好ましい。
【０１２３】
さらにシール材６０５で封止基板６０４を素子基板６１０と貼り合わせることにより、素子基板６１０、封止基板６０４、およびシール材６０５で囲まれた空間６０７に発光素子６１８が備えられた構造になっている。なお、空間６０７には、充填材が充填されており、不活性気体（窒素やアルゴン等）が充填される場合の他、シール材６０５で充填される場合もある。
【０１２４】
なお、シール材６０５にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、これらの材料はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。また、封止基板６０４に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、マイラー、ポリエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。
【０１２５】
以上のようにして、本発明を適用して作製した発光素子を有する発光装置を得ることができる。
【０１２６】
本実施の形態で示す発光装置は、実施の形態４または実施の形態５で示した発光素子を有する。実施の形態４または実施の形態５で示した発光素子は、低駆動電圧で動作が可能である。また、高い発光効率を実現することができる。よって、消費電力を低減された発光装置を得ることができる。
【０１２７】
また、本実施の形態で示す発光装置は、高耐電圧の駆動回路が不要であるため、発光装置の作製コストを低減することができる。また、発光装置の軽量化、駆動回路部分の小型化が可能である。
【０１２８】
（実施の形態７）
本実施の形態では、実施の形態６または実施の形態７に示す発光装置をその一部に含む本実施の形態で示す電子機器について説明する。本実施の形態で示す電子機器は、実施の形態４または実施の形態５で示した発光素子を有する。よって、駆動電圧の低減された発光素子を有するため、消費電極の低減された電子機器を提供することが可能である。
【０１２９】
本発明を適用して作製された電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポ等）、コンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうる表示装置を備えた装置）などが挙げられる。これらの電子機器の具体例を図５に示す。
【０１３０】
図８（Ａ）は本発明に係るテレビ装置であり、筐体９１０１、支持台９１０２、表示部９１０３、スピーカー部９１０４、ビデオ入力端子９１０５等を含む。このテレビ装置において、表示部９１０３は、実施の形態４〜５で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高く、駆動電圧が低いという特徴を有している。また、外部からの衝撃等による短絡を防止することも可能である。その発光素子で構成される表示部９１０３も同様の特徴を有するため、このテレビ装置は画質の劣化がなく、低消費電力化が図られている。このような特徴により、テレビ装置において、劣化補償機能や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、筐体９１０１や支持台９１０２の小型軽量化を図ることが可能である。本発明に係るテレビ装置は、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、それにより住環境に適合した製品を提供することができる。
【０１３１】
図８（Ｂ）は本発明に係るコンピュータであり、本体９２０１、筐体９２０２、表示部９２０３、キーボード９２０４、外部接続ポート９２０５、ポインティングマウス９２０６等を含む。このコンピュータにおいて、表示部９２０３は、実施の形態４〜５で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高く、駆動電圧が低いという特徴を有している。また、外部からの衝撃等による短絡を防止することも可能である。その発光素子で構成される表示部９２０３も同様の特徴を有するため、このコンピュータは画質の劣化がなく、低消費電力化が図られている。このような特徴により、コンピュータにおいて、劣化補償機能や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体９２０１や筐体９２０２の小型軽量化を図ることが可能である。本発明に係るコンピュータは、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、環境に適合した製品を提供することができる。また、持ち運ぶことも可能となり、持ち運ぶときの外部からの衝撃にも強い表示部を有しているコンピュータを提供することができる。
【０１３２】
図８（Ｃ）は本発明に係る携帯電話であり、本体９４０１、筐体９４０２、表示部９４０３、音声入力部９４０４、音声出力部９４０５、操作キー９４０６、外部接続ポート９４０７、アンテナ９４０８等を含む。この携帯電話において、表示部９４０３は、実施の形態４〜５で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高く、駆動電圧が低いという特徴を有している。また、外部からの衝撃等による短絡を防止することも可能である。その発光素子で構成される表示部９４０３も同様の特徴を有するため、この携帯電話は画質の劣化がなく、低消費電力化が図られている。このような特徴により、携帯電話において、劣化補償機能や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体９４０１や筐体９４０２の小型軽量化を図ることが可能である。本発明に係る携帯電話は、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、携帯に適した製品を提供することができる。また、携帯したときの衝撃にも強い表示部を有している製品を提供することができる。
【０１３３】
図８（Ｄ）はカメラであり、本体９５０１、表示部９５０２、筐体９５０３、外部接続ポート９５０４、リモコン受信部９５０５、受像部９５０６、バッテリー９５０７、音声入力部９５０８、操作キー９５０９、接眼部９５１０等を含む。このカメラにおいて、表示部９５０２は、実施の形態４〜５で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高く、駆動電圧が低く、外部からの衝撃等による短絡を防止することができるという特徴を有している。その発光素子で構成される表示部９５０２も同様の特徴を有するため、このカメラは画質の劣化がなく、低消費電力化が図られている。このような特徴により、カメラにおいて、劣化補償機能や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体９５０１の小型軽量化を図ることが可能である。本発明に係るカメラは、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、携帯に適した製品を提供することができる。また、携帯したときの衝撃にも強い表示部を有している製品を提供することができる。
【０１３４】
以上の様に、本発明を適用して作製した発光装置の適用範囲は極めて広く、この発光装置をあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。本発明を適用することにより、低消費電力で、信頼性の高い表示部を有する電子機器を作製することが可能となる。
【０１３５】
また、本発明を適用した発光装置は、発光効率の高い発光素子を有しており、照明装置として用いることもできる。本発明を適用した発光素子を照明装置として用いる一態様を、図６を用いて説明する。
【０１３６】
図９は、本発明を適用した発光装置をバックライトとして用いた液晶表示装置の一例である。図９に示した液晶表示装置は、筐体９０１、液晶層９０２、バックライト９０３、筐体９０４を有し、液晶層９０２は、ドライバＩＣ９０５と接続されている。また、バックライト９０３は、本発明の発光装置が用いられおり、端子９０６により、電流が供給されている。
【０１３７】
本発明を適用した発光装置を液晶表示装置のバックライトとして用いることにより、消費電力の低減されたバックライトが得られる。また、本発明を適用した発光装置は、面発光の照明装置であり大面積化も可能であるため、バックライトの大面積化が可能であり、液晶表示装置の大面積化も可能になる。さらに、発光装置は薄型で低消費電力であるため、表示装置の薄型化、低消費電力化も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１】成膜装置を説明する図。
【図２】成膜装置を説明する図。
【図３】成膜装置を説明する図。
【図４】発光素子を説明する図。
【図５】発光素子を説明する図。
【図６】発光装置を説明する図。
【図７】発光装置を説明する図。
【図８】電子機器を説明する図。
【図９】電子機器を説明する図。
【図１】
2007211316.tif 000003
【図２】
2007211316.tif 000004
【図３】
2007211316.tif 000005
【図４】
2007211316.tif 000006
【図５】
2007211316.tif 000007
【図６】
2007211316.tif 000008
【図７】
2007211316.tif 000009
【図８】
2007211316.tif 000010
【図９】
2007211316.tif 000011