(57)【要約】  発光素子は、互いに対向する一対の電極と、前記一対の電極の間に挟持され、発光体粒子が配置されて構成された発光層と、を備え、前記発光体粒子は、ｎ型窒化物半導体部分とｐ型窒化物半導体部分とを含み、前記ｎ型窒化物半導体部分と前記ｐ型窒化物半導体部分とは、それぞれ互いに平行なｃ軸を有するウルツ型結晶構造の単結晶であると共に、前記発光体粒子は、前記ｃ軸に垂直な端面のいずれか一方の端面を覆って設けられた絶縁層を有する。
2009110187.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する一対の電極と、
前記一対の電極の間に挟持され、発光体粒子が配置されて構成された発光層と、
を備え、
前記発光体粒子は、ｎ型窒化物半導体部分とｐ型窒化物半導体部分とを含み、前記ｎ型窒化物半導体部分と前記ｐ型窒化物半導体部分とは、それぞれ互いに平行なｃ軸を有するウルツ型結晶構造の単結晶であると共に、
前記発光体粒子は、前記ｃ軸に垂直な端面のいずれか一方の端面を覆って設けられた絶縁層を有することを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記発光体粒子は、前記ｎ型窒化物半導体部分と前記ｐ型窒化物半導体部分とがｃ軸に垂直な方向に積層して構成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記発光体粒子は、単結晶の核晶をさらに含み、
前記ｎ型窒化物半導体部分及び前記ｐ型窒化物半導体部分は、前記核晶の周囲を覆って形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項４】
前記発光体粒子は、前記核晶の周りに、前記ｐ型窒化物半導体部分、前記ｎ型窒化物半導体部分が順に積層して構成されていることを特徴とする請求項３に記載の発光素子。
【請求項５】
前記発光体粒子は、前記核晶の周りに、前記ｎ型窒化物半導体部分、前記ｐ型窒化物半導体部分が順に積層して構成されていることを特徴とする請求項３に記載の発光素子。
【請求項６】
前記発光体粒子を構成する前記ｎ型窒化物半導体部分と前記ｐ型窒化物半導体部分とのうち、少なくとも一方が外面に露出しており、前記一対の電極の少なくとも一方と電気的に接触していることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項７】
前記発光体粒子を構成する前記ｎ型窒化物半導体部分と前記ｐ型窒化物半導体部分とは、ＧａＮからなることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電圧の印加で動作する発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流電流により動作する発光素子の中でも、特に、青色発光ダイオード（Ｂｌｕｅ−ＬＥＤ；Ｂｌｕｅ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）、紫外発光ダイオード（ＵＶ−ＬＥＤ；Ｕｌｔｒａ−Ｖｉｏｌｅｔ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）などの発光素子に使用される実用的な半導体材料として、窒化物半導体が注目されている。特に、窒化ガリウム（ＧａＮ），窒化インジウム・ガリウム混晶（ＩｎＧａＮ），窒化アルミニウム・ガリウム混晶（ＡｌＧａＮ）あるいは窒化インジウム・アルミニウム・ガリウム混晶（ＩｎＡｌＧａＮ）に代表されるＧａＮ系半導体が注目されており、その研究開発が活発に行われている。【０００３】
このようなＧａＮ系半導体は、従来、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；有機金属化学気相成長）法を用いて基板上に成長させることにより単結晶薄膜として作製されている。しかし、ＭＯＣＶＤ法によりＧａＮ系半導体の単結晶薄膜を大面積で生成することは極めて困難であった。【０００４】
一方、直流電流により動作する発光素子のもう一つの候補として、有機ＥＬが挙げられる。有機ＥＬは蒸着法など安価なプロセスを用いることができ、かつガラス等安価な基板を使用できるため安価に製造できるメリットがある。しかし、有機ＥＬはその信頼性の低さが問題になっている。【０００５】
このため、無機発光体を薄膜ではなく粒子として取り扱い、発光体粒子を並べることにより発光素子とする手段が提案されている。前記手段のメリットとしては、無機薄膜型直流発光素子に対して、無機発光体を基板等の影響を受けずに生成できるため、無機発光体の結晶性を高めることができ、大画面化が容易であることがあげられる。また、有機ＥＬに対しては、発光体として有機物ではなく無機物を使用できるため信頼性を向上できるという利点がある。【０００６】
無機発光体粒子を並べて発光素子とする事例として、核となる窒化物半導体の表面に他の窒化物半導体からなる発光層が存在し、該発光層の上に窒化物半導体層が積層され、これらの窒化物半導体−発光層−窒化物半導体層が量子井戸構造を形成している技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１１７７３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に記載の従来技術による発光体粒子を用いて電界発光素子を作成しても発光効率が低いという課題がある。その理由は２つある。一つは、電子線照射もしくは紫外線照射により発光体を励起するための発光体粒子のため、ｐ型半導体が存在せず、電子と正孔の再結合による発光が起きにくいためである。もう一つは、従来技術では発光体粒子内の電流パスを限定していないため、低発光効率の電流パスと高発光効率の電流パスの２つが混在し、その結果、発光素子としての効率が低くなるためである。ウルツ型結晶構造を持つ発光体粒子に電流を流して発光させる場合、電流パスがｃ軸方向の場合より、ｃ軸に対して垂直な方が効率が良い。それは、電流パスがｃ軸方向の場合には、極性の影響を受け発光に使うエネルギーの一部をロスしてしまうためである。よって高効率に発光させるためには、電流パスがｃ軸に対して垂直方向のみとなるように発光体粒子の配置を設計することが望ましい。【０００９】
そこで、本発明の目的は、発光効率が高く大面積化が容易な発光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る発光素子は、互いに対向する一対の電極と、
前記一対の電極の間に挟持され、発光体粒子が配置されて構成された発光層と、
を備え、
前記発光体粒子は、ｎ型窒化物半導体部分とｐ型窒化物半導体部分とを含み、前記ｎ型窒化物半導体部分と前記ｐ型窒化物半導体部分とは、それぞれ互いに平行なｃ軸を有するウルツ型結晶構造の単結晶であると共に、
前記発光体粒子は、前記ｃ軸に垂直な端面のいずれか一方の端面を覆って設けられた絶縁層を有することを特徴とする。【００１１】
また、前記発光体粒子は、前記ｎ型窒化物半導体部分と前記ｐ型窒化物半導体部分とがｃ軸に垂直な方向に積層して構成されていてもよい。【００１２】
さらに、前記発光体粒子は、単結晶の核晶をさらに含んでもよい。この場合、前記ｎ型窒化物半導体部分及び前記ｐ型窒化物半導体部分は、前記核晶の周囲を覆って形成されていてもよい。【００１３】
またさらに、前記発光体粒子は、前記核晶の周りに、前記ｐ型窒化物半導体部分、前記ｎ型窒化物半導体部分が順に積層して構成されていてもよい。あるいは、前記発光体粒子は、前記核晶の周りに、前記ｎ型窒化物半導体部分、前記ｐ型窒化物半導体部分が順に積層して構成されていてもよい。【００１４】
また、前記発光体粒子を構成する前記ｎ型窒化物半導体部分と前記ｐ型窒化物半導体部分とのうち、少なくとも一方が外面に露出しており、前記一対の電極の少なくとも一方と電気的に接触していてもよい。【００１５】
前記発光体粒子を構成する前記ｎ型窒化物半導体部分と前記ｐ型窒化物半導体部分とは、ＧａＮからなるものであってもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る発光素子では、発光層を構成する発光体粒子がｎ型窒化物半導体部分とｐ型窒化物半導体部分とを有する。これにより、各発光体粒子において、電子と正孔の結合により発光しやすくなるため、発光効率が向上する。【００１７】
また、本発明に係る発光素子では、各発光体粒子のｃ軸に垂直な端面の少なくとも一方の端面を絶縁膜で覆っている。これにより、発光体粒子のｃ軸が基板に対して垂直となるように配置された発光体粒子では絶縁層が電極と接触するため電流が流れない。一方、発光体粒子のｃ軸が基板に対して平行となるように配置された発光体粒子は、側面のｎ型窒化物半導体部分又はｐ型窒化物半導体部分が電極と接触するため、発光体粒子内部に電流が流れ、発光させることができる。その結果、発光に寄与する発光体粒子の電流パスは全てｃ軸に対して垂直方向になるため、高効率発光が得られ、発光効率の高い発光素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る発光素子の概略構成を示す断面図である。
【図２】発光体粒子のｃ軸方向に沿った縦断面図である。
【図３】発光体粒子のｃ軸に垂直な面の横断面図である。
【図４ａ】実施の形態１に係る発光素子に用いる発光体粒子の製造方法の一過程を示す概略図である。
【図４ｂ】発光体粒子の製造方法の図４ａに続く一過程を示す概略図である。
【図４ｃ】発光体粒子の製造方法の図４ｂに続く一過程を示す概略図である。
【図４ｄ】発光体粒子の製造方法の図４ｃに続く一過程を示す概略図である。
【図４ｅ】発光体粒子の製造方法の図４ｄに続く一過程を示す概略図である。
【図４ｆ】発光体粒子の製造方法の図４ｅに続く一過程を示す概略図である。
【図４ｇ】発光体粒子の製造方法の図４ｆに続く一過程を示す概略図である。
【図５】発光体粒子を製造するためのＨＶＰＥ装置の概略図である。
【符号の説明】
【００１９】
１０  下部基板
２０  下部電極
３０  上部電極
４０  上部基板
５０  発光体粒子
５１  核
５２  ｎ型半導体
５３  ｐ型半導体
５４  絶縁層
６１  成長用基板
６２  成長用マスク
７０  発光素子
７１  反応炉
７２  ガスラインＡ
７３  ガスラインＢ
７４  ガスラインＣ
７５  Ｇａ金属
７６  ＭｇＣｌ２
７７  基板ホルダ
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施の形態に係る発光素子について、添付図面を用いて以下に説明する。なお、図面において、実質的に同一の部材には同一の符号を付している。【００２１】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１に係る発光素子７０の概略構成を示す断面図である。この発光素子７０は、下部基板１０の上に下部電極２０、発光体粒子５０、上部電極３０、上部基板４０が順に配設されている。この発光素子７０では、下部電極２０と上部電極３０との間に配置された複数の発光体粒子５０によって発光層を構成している。なお、図１は発光させるにあたって最低限の構成を示しており、他の部材がさらに配設されていても良い。【００２２】
図２は、発光体粒子５０のｃ軸方向に沿った断面構造を示す断面図である。図３は、発光体粒子５０のｃ軸に垂直な面の断面構造を示す断面図である。この発光素子７０では、各発光体粒子５０が核５１の周囲を覆って形成されたｎ型窒化物半導体５２とｐ型窒化物半導体５３とを有する。これにより、各発光体粒子５０において、電子と正孔の結合により発光しやすくなるため、発光効率が向上する。また、この発光素子７０では、各発光体粒子５０のｃ軸に垂直な端面の少なくとも一方の端面を絶縁膜５４で覆っている。これにより、発光体粒子５０のｃ軸が基板１０、４０に対して垂直となるように配置された発光体粒子５０では絶縁層５４が下部電極２０又は上部電極３０と接触するため発光体粒子５０に電流が流れない。例えば、図１で下部電極２０と上部電極３０との間に挟持されている発光体粒子５０のうち、絶縁層５４が上部電極３０と接するように配置された発光体粒子５０には電流が流れない。一方、発光体粒子５０のｃ軸が基板１０、４０に対して平行となるように配置された発光体粒子５０は、側面のｎ型窒化物半導体５２又はｐ型窒化物半導体５３が電極２０、３０と接触するため、発光体粒子５０内部に電流が流れ、発光させることができる。例えば、図１で下部電極２０と上部電極３０との間に挟持されている発光体粒子５０のうち、ｃ軸が電極２０、３０に平行となるように配置された発光体粒子５０には電流が流れない。この場合、発光に寄与する発光体粒子５０の電流パスは全てｃ軸に対して垂直方向になるため、高効率発光が得られ、発光効率の高い発光素子７０が得られる。【００２３】
以下にこの発光素子７０を構成する各構成部材について説明する。
＜下部基板及び上部基板＞
下部基板１０および上部基板４０の材料は特には問わないが、光を取り出すためには下部基板１０もしくは上部基板４０のいずれかが光透過性であることが望ましい。また、発光素子として形を維持できるのであれば、基板は上部基板１０のみもしくは下部基板４０のみでも良い。【００２４】
＜下部電極及び上部電極＞
下部電極２０および上部電極３０は、その材料も導電性があれば特には問わない。ただし、陰極側に用いる材料はアルミニウム、マグネシウム、銀などの仕事関数の低い材料を用いることが望ましく、陽極側に用いる材料は、金やＩＴＯなど仕事関数の高い材料が好ましい。また、光を取り出す側の電極は光透過性材料であることが好ましく、光透過性でない材料を用いる場合は発光をできるかぎり透過させるために１００ｎｍ以下の膜厚にすることが望ましい。また、基板に他元素をドーピングしたＳｉ基板や金属基板などの導電性基板を使用して、基板と電極とを兼ねるようにした場合には、さらに電極を設ける必要はない。また、下部電極２０と上部電極３０のうちの少なくとも一方は柔軟性を持つことが望ましい。すなわち、発光体粒子５０の大きさにはばらつきがあるため、下部電極２０と上部電極３０のいずれも柔軟性を有しない場合には、大きな粒子５０に対応する電極間間隔が形成され、小さな発光体粒子５０はいずれか一方の電極２０、３０にのみ接することとなり、発光に寄与しない発光体粒子５０が増える。そこで、どちらか一方の電極として柔軟性電極を用いることによって、両方の電極２０、３０を発光体粒子５０と接触させることができる。これによって、両電極２０、３０にコンタクトできず発光に寄与しない発光体粒子５０の発生を防止でき、発光素子の輝度低下を防ぐことができる。なお、ここでは発光体粒子５０と各電極とは直接接しているが、導体もしくは半導体を介して接していてもよい。【００２５】
＜発光体粒子＞
発光体粒子５０に関して、その詳細を図２および図３を用いて説明する。図２は、発光体粒子５０のｃ軸方向に沿った縦断面図であり、図３はｃ軸に垂直な面での横断面図である。この発光体粒子５０は、内部から外部へ向かって、核５１、ｎ型半導体５２、ｐ型半導体５３、絶縁層５４から構成されている。なお、図２および図３は発光させるにあたって最低限の構成を示しており、他の部材がさらに配設されていても良い。例えば、ｎ型半導体５２とｐ型半導体５３との界面にｎ型半導体５２およびｐ型半導体５３よりバンドギャップの狭い半導体層を設けてダブルへテロ構造にしても良い。また、核５１と半導体層の界面に成長を促進するためのバッファ層を設けても良い。この発光体粒子５０では、ｎ型半導体５２およびｐ型半導体５３を核５１の周囲に成長させるが、成長位置は特に限られるものではなく、核５１の周りに部分的に成長させても良い。【００２６】
＜核＞
核５１は、ｎ型半導体５２もしくはｐ型半導体５３を成長させるために有用なものである。核５１は、ウルツ型構造の単結晶体であることが望ましく、その上に成長させるｎ型半導体５２もしくはｐ型半導体５３の格子定数と出来るだけ近い格子定数を有するものを用いることが好ましい。例えば成長させる半導体材料がＧａＮである場合は、サファイア、ＺｎＯ、ＡｌＮなどが核５１の材料候補として挙げられる。また、核５１として成長させる半導体材料と同一材料のものを用いてもよい。【００２７】
＜ｎ型半導体５２およびｐ型半導体５３＞
ｎ型半導体５２およびｐ型半導体５３には、ウルツ型結晶構造の窒化物半導体を用いる。ウルツ型結晶構造の窒化物半導体の例としては、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎ、ＩｎｙＧａ（１−ｙ）Ｎなどが挙げられる。各半導体層５２、５３は単結晶体であることが好ましい。このｎ型半導体５２及びｐ型半導体５３は、それぞれｃ軸が互いに平行であることが好ましい。また、ｎ型半導体５２及びｐ型半導体５３は、核５１のｃ軸とそれぞれ平行であることが好ましい。ｎ型半導体５２及びｐ型半導体５３として単結晶体を生成する手段としては気相成長法が好ましい。気相成長を用いた成長手段としては、ハライド気相成長（ＨＶＰＥ）法、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法などが挙げられる。気相成長を用いた半導体層の成長方法では、核となる粒子を基板上に配置し、必要温度まで加熱した後に原料ガスを流して核粒子の上に半導体層を成長させる。Ｓｉをドープすることによりｎ型半導体にすることも可能である。なお、窒化物半導体の場合はノンドープでもｎ型半導体の特性を示すので、ノンドープの窒化物半導体をｎ型半導体として用いることができる。また、Ｍｇをドープすることによりｐ型半導体の特性を示す。そこで、Ｍｇドープの窒化物半導体をｐ型半導体として用いることができる。【００２８】
＜絶縁層５４＞
絶縁層５４は、発光体粒子５０のｃ軸に垂直な端面の少なくとも一方の端面を覆うように形成されている。材料としては絶縁性材料であれば良い。例としては、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＢａＴｉＯ３などが挙げられる。【００２９】
＜発光体粒子の製造方法＞
発光体粒子５０の製造プロセスに関しても手段は問わないが、製造プロセスの一例を図４ａ〜図４ｇを用いて説明をする。
（ａ）発光体粒子５０を成長させるための成長用基板６１上に成長用マスク６２を図４ａのように形成する（図４ａ）。この時の成長用基板６１は、後に形成される核５１、ｎ型半導体５２やｐ型半導体５３を形成するプロセスに耐えうるものであることが必要とされる。例えば、ハライド気相成長（ＨＶＰＥ）法や有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を用いる場合は、ＮＨ３雰囲気にて１０００℃以上の耐熱を持つことが必要とされる。また、ＧａＮ半導体がｃ軸方向にエピタキシャル成長可能な基板が好ましい。このような成長用基板６１としては、面方位（０，０，０，１）のサファイア基板、面方位（１，１，１）のシリコン基板等が挙げられる。
成長用マスク６２の材料としては、核形成プロセスに耐え、かつ除去しやすいものであれば用いることができる。成長用マスク６２の例としてはＳｉＯ２などが挙げられる。また成長用マスク６２の孔の部分の形成方法としては、フォトレジスト材を用いてリフトオフ法で形成する方法、インクジェット法等を用いて孔部以外を直接形成する方法、形成用マスクを使用して孔部以外を直接形成する方法などが挙げられる。【００３０】
（ｂ）その後、成長用基板６１の上に形成された成長用マスク６２の孔部にウルツ型結晶構造の単結晶の核５１を形成する（図４ｂ）。核材料を生成する手段は特には問わないが、スパッタリング法、ハライド気相成長（ＨＶＰＥ）法や有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法などが好ましい。
（ｃ）その後、成長用マスク６２を除去する（図４ｃ）。この時の成長用マスク６２を除去するプロセスにおいて、核５１に影響を与えない手段を用いる必要がある。もしくは、成長用基板６１上に、複数の核５１を林立させるように形成しても良い。例えば、非特許文献（Ｊｐｎ．  Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｖｏｌ．３８  （１９９９）、ｐｐ６８７３−６８７７）にて紹介されている手段を用いれば、核となるＺｎＯを直接基板６１上に林立させて形成できる。【００３１】
（ｄ）その後、核５１の周囲にｎ型半導体５２を形成し（図４ｄ）、次いで、ｎ型半導体５２の周囲にｐ型半導体５３を形成する（図４ｅ）。生成手段は前述のようにハライド気相成長（ＨＶＰＥ）法や有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法などを用いることができる。
（ｅ）その後、発光体粒子５０のｃ軸に垂直な端面のうち一方の端面を覆うように絶縁層５４を形成する（図４ｆ）。絶縁層５４の形成手段は特には問わないが、発光体粒子５０のｃ軸に垂直な端面にのみ成長させ、側面には成長させない手段が好ましく、その例としては、例えばスパッタリング法が挙げられる。
（ｆ）発光体粒子５０を成長用基板６１から分離する（図４ｇ）。分離する手段としては、振動を与える手段や鋭利な物を用いてそぎ落とす手段などの機械的手段もしくは、基板を溶解させる等の化学的手段を用いればよい。
以上によって、核５１と、核５１の周囲に順に形成されたｎ型半導体５２、ｐ型半導体５３と、ｃ軸に垂直な端面の一方の端面を覆って形成された絶縁層５４とを含む発光体粒子５０を得ることができる。
【実施例】
【００３２】
（実施例１）
以下に実施例１に係る発光素子の製造方法について説明する。ここでは、まず、発光体粒子を製造し、得られた発光体粒子を電極間に挟持して発光素子を形成した。
（ａ）面方位（０，０，０，１）である直径５．０８ｃｍ（２インチ）のサファイア基板を成長用基板６１として用いた。このサファイア基板６１上に形成用マスクを介してスパッタリング法を用いて成長用マスク６２としてＳｉＯ２膜を５μｍの厚みで形成した。ターゲットにはＳｉＯ２ターゲットを使用し、Ａｒガス雰囲気中で、スパッタリングを行い形成した。成長用マスク６２の孔部の直径は３μｍであった。
（ｂ）その上に、核５１としてＡｌＮ膜をスパッタリング法にて形成した。ターゲットにはＡｌターゲットを使用し、Ｎ２ガス雰囲気中でスパッタリングを行い形成した。ＡｌＮはｃ軸方向に成長し厚みは５μｍであった。
（ｃ）成長用マスク６２と核５１が形成されている成長用基板６１を３％フッ酸水溶液に浸漬して、成長用マスク６２を除去した。【００３３】
（ｄ）核５１のみが形成されている成長用基板６１に対して、ハライド気相成長（ＨＶＰＥ）法を用いて、核５１の周囲にｎ型半導体層５２としてのノンドープのＧａＮ層を形成した。以下、図５を用いてその詳細を説明する。
１）ガスラインＡ７２にはＨＣｌ：流量３ｃｃ／分およびＮ２を流量２５０ｃｃ／分で流し、途中にＧａ金属７５を配設した。ガスラインＢには何にも流さず、ガスラインＣにはＮＨ３を流量２５０ｃｃ／分で流した。また炉内全体にＮ２を流量３０００ｃｃ／分で流した。
２）反応炉７１の温度は１０００℃にして、ｎ型半導体層５２としてのノンドープのＧａＮ膜を２分間成長させて、２μｍの膜厚で形成した。【００３４】
（ｅ）核５１の上にｎ型半導体層（ノンドープＧａＮ層）５２を形成後、ｐ型半導体層５３を形成した。これについても図５を用いて説明する。
１）ガスラインＡ７２にはＨＣｌを流量３ｃｃ／分およびＮ２を流量２５０ｃｃ／分で流し、途中にＧａ金属７５を配設した。ガスラインＢにはＭｇＣｌ２粉末７６を配設し、Ｎ２ガスを流量２５０ｃｃ／分で流した。ガスラインＣにはＮＨ３を流量２５０ｃｃ／分で流した。また炉内全体にＮ２を流量３０００ｃｃ／分で流した。
２）反応炉７１の温度は１０００℃にして、ＭｇドープのＧａＮ膜５３を２分間成長させて２μｍの膜厚で形成した。
３）反応後は炉内全体にＮ２を流量３０００ｃｃ／分で流したままま温度を降下させ、７００℃に降下させた時点で温度を１時間保持し、その後に再度炉内温度を降下させた。
以上によってＭｇドープのＧａＮ膜からなるｐ型半導体層５３を形成した。【００３５】
（ｆ）ｐ型半導体層５３を形成後、成長用基板６１を取り出し、スパッタリング装置に取り付け、絶縁層５４としてＡｌ２Ｏ３をスパッタリング法にて成膜した。ターゲットはＡｌ２Ｏ３ターゲットを使用し、Ａｒガス中でスパッタリングを行い形成した。厚みは３μｍであった。
（ｇ）絶縁層５４を成膜後に機械的振動を与えて、成長用基板６１から発光体粒子５０を取り出した。
（ｈ）上記発光体粒子５０を下部電極２０としてのＩＴＯが上面に２００ｎｍ成膜されている下部基板１０であるガラス基板上に散りばめた。
（ｉ）さらに、上部電極３０としての銀ペーストを２μｍの厚みで塗布したガラス基板４０用意し、ペースト面を下にして、下部基板１０に押し付けて発光素子７０とした。
（ｊ）下部基板１０の下側に、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ蛍光体をアクリル樹脂に分散させたペーストを２μｍ塗布した。
以上によって発光素子７０を得た。【００３６】
得られた発光素子７０について、ＩＴＯ２０側を陽極、銀ペースト３０側を陰極として１５Ｖの直流電圧を印加して、発光させた。この時、発光体粒子５０からは紫外線が発光されるが、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ蛍光体により波長が変換されて緑色の発光が得られ、その輝度は５８０ｃｄ／ｍ２であり、発光効率は１．２ｌｍ／Ｗであった。【００３７】
（比較例１）
比較例１の発光素子は、発光体粒子に絶縁層を成膜しない以外は実施例１と同様の方法で発光素子を作成した。
この発光素子に実施例１と同様に電圧をかけて発光させたときの輝度は４１０ｃｄ／ｍ２であり、発光効率は０．７ｌｍ／Ｗであった。【００３８】
（比較例２）
比較例１に対して、発光体粒子にｐ型半導体層を成膜しないかわりに、ｎ型半導体層のみを４μｍ成膜させた他は比較例１と同様にして発光素子を作成した。
この発光素子に実施例１と同様に電圧をかけて発光させたときの輝度は８０ｃｄ／ｍ２であり、発光効率は０．１５ｌｍ／Ｗであった。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明によれば、発光効率が高く大面積化の容易な電界発光素子を提供することができる。
【図１】
2009110187.tif 000003
【図２】
2009110187.tif 000004
【図３】
2009110187.tif 000005
【図４ａ】
2009110187.tif 000006
【図４ｂ】
2009110187.tif 000007
【図４ｃ】
2009110187.tif 000008
【図４ｄ】
2009110187.tif 000009
【図４ｅ】
2009110187.tif 000010
【図４ｆ】
2009110187.tif 000011
【図４ｇ】
2009110187.tif 000012
【図５】
2009110187.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成22年9月15日(2010.9.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電圧の印加で動作する発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流電流により動作する発光素子の中でも、特に、青色発光ダイオード（Ｂｌｕｅ−ＬＥＤ；Ｂｌｕｅ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）、紫外発光ダイオード（ＵＶ−ＬＥＤ；Ｕｌｔｒａ−Ｖｉｏｌｅｔ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）などの発光素子に使用される実用的な半導体材料として、窒化物半導体が注目されている。特に、窒化ガリウム（ＧａＮ），窒化インジウム・ガリウム混晶（ＩｎＧａＮ），窒化アルミニウム・ガリウム混晶（ＡｌＧａＮ）あるいは窒化インジウム・アルミニウム・ガリウム混晶（ＩｎＡｌＧａＮ）に代表されるＧａＮ系半導体が注目されており、その研究開発が活発に行われている。
【０００３】
このようなＧａＮ系半導体は、従来、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；有機金属化学気相成長）法を用いて基板上に成長させることにより単結晶薄膜として作製されている。しかし、ＭＯＣＶＤ法によりＧａＮ系半導体の単結晶薄膜を大面積で生成することは極めて困難であった。
【０００４】
一方、直流電流により動作する発光素子のもう一つの候補として、有機ＥＬが挙げられる。有機ＥＬは蒸着法など安価なプロセスを用いることができ、かつガラス等安価な基板を使用できるため安価に製造できるメリットがある。しかし、有機ＥＬはその信頼性の低さが問題になっている。
【０００５】
このため、無機発光体を薄膜ではなく粒子として取り扱い、発光体粒子を並べることにより発光素子とする手段が提案されている。前記手段のメリットとしては、無機薄膜型直流発光素子に対して、無機発光体を基板等の影響を受けずに生成できるため、無機発光体の結晶性を高めることができ、大画面化が容易であることがあげられる。また、有機ＥＬに対しては、発光体として有機物ではなく無機物を使用できるため信頼性を向上できるという利点がある。
【０００６】
無機発光体粒子を並べて発光素子とする事例として、核となる窒化物半導体の表面に他の窒化物半導体からなる発光層が存在し、該発光層の上に窒化物半導体層が積層され、これらの窒化物半導体−発光層−窒化物半導体層が量子井戸構造を形成している技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１１７７３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に記載の従来技術による発光体粒子を用いて電界発光素子を作成しても発光効率が低いという課題がある。その理由は２つある。一つは、電子線照射もしくは紫外線照射により発光体を励起するための発光体粒子のため、ｐ型半導体が存在せず、電子と正孔の再結合による発光が起きにくいためである。もう一つは、従来技術では発光体粒子内の電流パスを限定していないため、低発光効率の電流パスと高発光効率の電流パスの２つが混在し、その結果、発光素子としての効率が低くなるためである。ウルツ型結晶構造を持つ発光体粒子に電流を流して発光させる場合、電流パスがｃ軸方向の場合より、ｃ軸に対して垂直な方が効率が良い。それは、電流パスがｃ軸方向の場合には、極性の影響を受け発光に使うエネルギーの一部をロスしてしまうためである。よって高効率に発光させるためには、電流パスがｃ軸に対して垂直方向のみとなるように発光体粒子の配置を設計することが望ましい。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、発光効率が高く大面積化が容易な発光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る発光素子は、互いに対向する一対の電極と、
前記一対の電極の間に挟持され、発光体粒子が配置されて構成された発光層と、
を備え、
前記発光体粒子は、ｎ型窒化物半導体部分とｐ型窒化物半導体部分とを含み、前記ｎ型窒化物半導体部分と前記ｐ型窒化物半導体部分とは、それぞれ互いに平行なｃ軸を有するウルツ型結晶構造の単結晶であると共に、
前記発光体粒子は、前記ｃ軸に垂直な端面のいずれか一方の端面を覆って設けられた絶縁層を有することを特徴とする。
【００１１】
また、前記発光体粒子は、前記ｎ型窒化物半導体部分と前記ｐ型窒化物半導体部分とがｃ軸に垂直な方向に積層して構成されていてもよい。
【００１２】
さらに、前記発光体粒子は、単結晶の核晶をさらに含んでもよい。この場合、前記ｎ型窒化物半導体部分及び前記ｐ型窒化物半導体部分は、前記核晶の周囲を覆って形成されていてもよい。
【００１３】
またさらに、前記発光体粒子は、前記核晶の周りに、前記ｐ型窒化物半導体部分、前記ｎ型窒化物半導体部分が順に積層して構成されていてもよい。あるいは、前記発光体粒子は、前記核晶の周りに、前記ｎ型窒化物半導体部分、前記ｐ型窒化物半導体部分が順に積層して構成されていてもよい。
【００１４】
また、前記発光体粒子を構成する前記ｎ型窒化物半導体部分と前記ｐ型窒化物半導体部分とのうち、少なくとも一方が外面に露出しており、前記一対の電極の少なくとも一方と電気的に接触していてもよい。
【００１５】
前記発光体粒子を構成する前記ｎ型窒化物半導体部分と前記ｐ型窒化物半導体部分とは、ＧａＮからなるものであってもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る発光素子では、発光層を構成する発光体粒子がｎ型窒化物半導体部分とｐ型窒化物半導体部分とを有する。これにより、各発光体粒子において、電子と正孔の結合により発光しやすくなるため、発光効率が向上する。
【００１７】
また、本発明に係る発光素子では、各発光体粒子のｃ軸に垂直な端面の少なくとも一方の端面を絶縁膜で覆っている。これにより、発光体粒子のｃ軸が基板に対して垂直となるように配置された発光体粒子では絶縁層が電極と接触するため電流が流れない。一方、発光体粒子のｃ軸が基板に対して平行となるように配置された発光体粒子は、側面のｎ型窒化物半導体部分又はｐ型窒化物半導体部分が電極と接触するため、発光体粒子内部に電流が流れ、発光させることができる。その結果、発光に寄与する発光体粒子の電流パスは全てｃ軸に対して垂直方向になるため、高効率発光が得られ、発光効率の高い発光素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る発光素子の概略構成を示す断面図である。
【図２】発光体粒子のｃ軸方向に沿った縦断面図である。
【図３】発光体粒子のｃ軸に垂直な面の横断面図である。
【図４ａ】実施の形態１に係る発光素子に用いる発光体粒子の製造方法の一過程を示す概略図である。
【図４ｂ】発光体粒子の製造方法の図４ａに続く一過程を示す概略図である。
【図４ｃ】発光体粒子の製造方法の図４ｂに続く一過程を示す概略図である。
【図４ｄ】発光体粒子の製造方法の図４ｃに続く一過程を示す概略図である。
【図４ｅ】発光体粒子の製造方法の図４ｄに続く一過程を示す概略図である。
【図４ｆ】発光体粒子の製造方法の図４ｅに続く一過程を示す概略図である。
【図４ｇ】発光体粒子の製造方法の図４ｆに続く一過程を示す概略図である。
【図５】発光体粒子を製造するためのＨＶＰＥ装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施の形態に係る発光素子について、添付図面を用いて以下に説明する。なお、図面において、実質的に同一の部材には同一の符号を付している。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１に係る発光素子７０の概略構成を示す断面図である。この発光素子７０は、下部基板１０の上に下部電極２０、発光体粒子５０、上部電極３０、上部基板４０が順に配設されている。この発光素子７０では、下部電極２０と上部電極３０との間に配置された複数の発光体粒子５０によって発光層を構成している。なお、図１は発光させるにあたって最低限の構成を示しており、他の部材がさらに配設されていても良い。
【００２１】
図２は、発光体粒子５０のｃ軸方向に沿った断面構造を示す断面図である。図３は、発光体粒子５０のｃ軸に垂直な面の断面構造を示す断面図である。この発光素子７０では、各発光体粒子５０が核５１の周囲を覆って形成されたｎ型窒化物半導体５２とｐ型窒化物半導体５３とを有する。これにより、各発光体粒子５０において、電子と正孔の結合により発光しやすくなるため、発光効率が向上する。また、この発光素子７０では、各発光体粒子５０のｃ軸に垂直な端面の少なくとも一方の端面を絶縁膜５４で覆っている。これにより、発光体粒子５０のｃ軸が基板１０、４０に対して垂直となるように配置された発光体粒子５０では絶縁層５４が下部電極２０又は上部電極３０と接触するため発光体粒子５０に電流が流れない。例えば、図１で下部電極２０と上部電極３０との間に挟持されている発光体粒子５０のうち、絶縁層５４が上部電極３０と接するように配置された発光体粒子５０には電流が流れない。一方、発光体粒子５０のｃ軸が基板１０、４０に対して平行となるように配置された発光体粒子５０は、側面のｎ型窒化物半導体５２又はｐ型窒化物半導体５３が電極２０、３０と接触するため、発光体粒子５０内部に電流が流れ、発光させることができる。例えば、図１で下部電極２０と上部電極３０との間に挟持されている発光体粒子５０のうち、ｃ軸が電極２０、３０に平行となるように配置された発光体粒子５０には電流が流れない。この場合、発光に寄与する発光体粒子５０の電流パスは全てｃ軸に対して垂直方向になるため、高効率発光が得られ、発光効率の高い発光素子７０が得られる。
【００２２】
以下にこの発光素子７０を構成する各構成部材について説明する。
＜下部基板及び上部基板＞
下部基板１０および上部基板４０の材料は特には問わないが、光を取り出すためには下部基板１０もしくは上部基板４０のいずれかが光透過性であることが望ましい。また、発光素子として形を維持できるのであれば、基板は上部基板１０のみもしくは下部基板４０のみでも良い。
【００２３】
＜下部電極及び上部電極＞
下部電極２０および上部電極３０は、その材料も導電性があれば特には問わない。ただし、陰極側に用いる材料はアルミニウム、マグネシウム、銀などの仕事関数の低い材料を用いることが望ましく、陽極側に用いる材料は、金やＩＴＯなど仕事関数の高い材料が好ましい。また、光を取り出す側の電極は光透過性材料であることが好ましく、光透過性でない材料を用いる場合は発光をできるかぎり透過させるために１００ｎｍ以下の膜厚にすることが望ましい。また、基板に他元素をドーピングしたＳｉ基板や金属基板などの導電性基板を使用して、基板と電極とを兼ねるようにした場合には、さらに電極を設ける必要はない。また、下部電極２０と上部電極３０のうちの少なくとも一方は柔軟性を持つことが望ましい。すなわち、発光体粒子５０の大きさにはばらつきがあるため、下部電極２０と上部電極３０のいずれも柔軟性を有しない場合には、大きな粒子５０に対応する電極間間隔が形成され、小さな発光体粒子５０はいずれか一方の電極２０、３０にのみ接することとなり、発光に寄与しない発光体粒子５０が増える。そこで、どちらか一方の電極として柔軟性電極を用いることによって、両方の電極２０、３０を発光体粒子５０と接触させることができる。これによって、両電極２０、３０にコンタクトできず発光に寄与しない発光体粒子５０の発生を防止でき、発光素子の輝度低下を防ぐことができる。なお、ここでは発光体粒子５０と各電極とは直接接しているが、導体もしくは半導体を介して接していてもよい。
【００２４】
＜発光体粒子＞
発光体粒子５０に関して、その詳細を図２および図３を用いて説明する。図２は、発光体粒子５０のｃ軸方向に沿った縦断面図であり、図３はｃ軸に垂直な面での横断面図である。この発光体粒子５０は、内部から外部へ向かって、核５１、ｎ型半導体５２、ｐ型半導体５３、絶縁層５４から構成されている。なお、図２および図３は発光させるにあたって最低限の構成を示しており、他の部材がさらに配設されていても良い。例えば、ｎ型半導体５２とｐ型半導体５３との界面にｎ型半導体５２およびｐ型半導体５３よりバンドギャップの狭い半導体層を設けてダブルへテロ構造にしても良い。また、核５１と半導体層の界面に成長を促進するためのバッファ層を設けても良い。この発光体粒子５０では、ｎ型半導体５２およびｐ型半導体５３を核５１の周囲に成長させるが、成長位置は特に限られるものではなく、核５１の周りに部分的に成長させても良い。
【００２５】
＜核＞
核５１は、ｎ型半導体５２もしくはｐ型半導体５３を成長させるために有用なものである。核５１は、ウルツ型構造の単結晶体であることが望ましく、その上に成長させるｎ型半導体５２もしくはｐ型半導体５３の格子定数と出来るだけ近い格子定数を有するものを用いることが好ましい。例えば成長させる半導体材料がＧａＮである場合は、サファイア、ＺｎＯ、ＡｌＮなどが核５１の材料候補として挙げられる。また、核５１として成長させる半導体材料と同一材料のものを用いてもよい。
【００２６】
＜ｎ型半導体５２およびｐ型半導体５３＞
ｎ型半導体５２およびｐ型半導体５３には、ウルツ型結晶構造の窒化物半導体を用いる。ウルツ型結晶構造の窒化物半導体の例としては、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎ、ＩｎｙＧａ（１−ｙ）Ｎなどが挙げられる。各半導体層５２、５３は単結晶体であることが好ましい。このｎ型半導体５２及びｐ型半導体５３は、それぞれｃ軸が互いに平行であることが好ましい。また、ｎ型半導体５２及びｐ型半導体５３は、核５１のｃ軸とそれぞれ平行であることが好ましい。ｎ型半導体５２及びｐ型半導体５３として単結晶体を生成する手段としては気相成長法が好ましい。気相成長を用いた成長手段としては、ハライド気相成長（ＨＶＰＥ）法、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法などが挙げられる。気相成長を用いた半導体層の成長方法では、核となる粒子を基板上に配置し、必要温度まで加熱した後に原料ガスを流して核粒子の上に半導体層を成長させる。Ｓｉをドープすることによりｎ型半導体にすることも可能である。なお、窒化物半導体の場合はノンドープでもｎ型半導体の特性を示すので、ノンドープの窒化物半導体をｎ型半導体として用いることができる。また、Ｍｇをドープすることによりｐ型半導体の特性を示す。そこで、Ｍｇドープの窒化物半導体をｐ型半導体として用いることができる。
【００２７】
＜絶縁層５４＞
絶縁層５４は、発光体粒子５０のｃ軸に垂直な端面の少なくとも一方の端面を覆うように形成されている。材料としては絶縁性材料であれば良い。例としては、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＢａＴｉＯ３などが挙げられる。
【００２８】
＜発光体粒子の製造方法＞
発光体粒子５０の製造プロセスに関しても手段は問わないが、製造プロセスの一例を図４ａ〜図４ｇを用いて説明をする。
（ａ）発光体粒子５０を成長させるための成長用基板６１上に成長用マスク６２を図４ａのように形成する（図４ａ）。この時の成長用基板６１は、後に形成される核５１、ｎ型半導体５２やｐ型半導体５３を形成するプロセスに耐えうるものであることが必要とされる。例えば、ハライド気相成長（ＨＶＰＥ）法や有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を用いる場合は、ＮＨ３雰囲気にて１０００℃以上の耐熱を持つことが必要とされる。また、ＧａＮ半導体がｃ軸方向にエピタキシャル成長可能な基板が好ましい。このような成長用基板６１としては、面方位（０，０，０，１）のサファイア基板、面方位（１，１，１）のシリコン基板等が挙げられる。
成長用マスク６２の材料としては、核形成プロセスに耐え、かつ除去しやすいものであれば用いることができる。成長用マスク６２の例としてはＳｉＯ２などが挙げられる。また成長用マスク６２の孔の部分の形成方法としては、フォトレジスト材を用いてリフトオフ法で形成する方法、インクジェット法等を用いて孔部以外を直接形成する方法、形成用マスクを使用して孔部以外を直接形成する方法などが挙げられる。
【００２９】
（ｂ）その後、成長用基板６１の上に形成された成長用マスク６２の孔部にウルツ型結晶構造の単結晶の核５１を形成する（図４ｂ）。核材料を生成する手段は特には問わないが、スパッタリング法、ハライド気相成長（ＨＶＰＥ）法や有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法などが好ましい。
（ｃ）その後、成長用マスク６２を除去する（図４ｃ）。この時の成長用マスク６２を除去するプロセスにおいて、核５１に影響を与えない手段を用いる必要がある。もしくは、成長用基板６１上に、複数の核５１を林立させるように形成しても良い。例えば、非特許文献（Ｊｐｎ．  Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｖｏｌ．３８  （１９９９）、ｐｐ６８７３−６８７７）にて紹介されている手段を用いれば、核となるＺｎＯを直接基板６１上に林立させて形成できる。
【００３０】
（ｄ）その後、核５１の周囲にｎ型半導体５２を形成し（図４ｄ）、次いで、ｎ型半導体５２の周囲にｐ型半導体５３を形成する（図４ｅ）。生成手段は前述のようにハライド気相成長（ＨＶＰＥ）法や有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法などを用いることができる。
（ｅ）その後、発光体粒子５０のｃ軸に垂直な端面のうち一方の端面を覆うように絶縁層５４を形成する（図４ｆ）。絶縁層５４の形成手段は特には問わないが、発光体粒子５０のｃ軸に垂直な端面にのみ成長させ、側面には成長させない手段が好ましく、その例としては、例えばスパッタリング法が挙げられる。
（ｆ）発光体粒子５０を成長用基板６１から分離する（図４ｇ）。分離する手段としては、振動を与える手段や鋭利な物を用いてそぎ落とす手段などの機械的手段もしくは、基板を溶解させる等の化学的手段を用いればよい。
以上によって、核５１と、核５１の周囲に順に形成されたｎ型半導体５２、ｐ型半導体５３と、ｃ軸に垂直な端面の一方の端面を覆って形成された絶縁層５４とを含む発光体粒子５０を得ることができる。
【実施例】
【００３１】
（実施例１）
以下に実施例１に係る発光素子の製造方法について説明する。ここでは、まず、発光体粒子を製造し、得られた発光体粒子を電極間に挟持して発光素子を形成した。
（ａ）面方位（０，０，０，１）である直径５．０８ｃｍ（２インチ）のサファイア基板を成長用基板６１として用いた。このサファイア基板６１上に形成用マスクを介してスパッタリング法を用いて成長用マスク６２としてＳｉＯ２膜を５μｍの厚みで形成した。ターゲットにはＳｉＯ２ターゲットを使用し、Ａｒガス雰囲気中で、スパッタリングを行い形成した。成長用マスク６２の孔部の直径は３μｍであった。
（ｂ）その上に、核５１としてＡｌＮ膜をスパッタリング法にて形成した。ターゲットにはＡｌターゲットを使用し、Ｎ２ガス雰囲気中でスパッタリングを行い形成した。ＡｌＮはｃ軸方向に成長し厚みは５μｍであった。
（ｃ）成長用マスク６２と核５１が形成されている成長用基板６１を３％フッ酸水溶液に浸漬して、成長用マスク６２を除去した。
【００３２】
（ｄ）核５１のみが形成されている成長用基板６１に対して、ハライド気相成長（ＨＶＰＥ）法を用いて、核５１の周囲にｎ型半導体層５２としてのノンドープのＧａＮ層を形成した。以下、図５を用いてその詳細を説明する。
１）ガスラインＡ７２にはＨＣｌ：流量３ｃｃ／分およびＮ２を流量２５０ｃｃ／分で流し、途中にＧａ金属７５を配設した。ガスラインＢには何にも流さず、ガスラインＣにはＮＨ３を流量２５０ｃｃ／分で流した。また炉内全体にＮ２を流量３０００ｃｃ／分で流した。
２）反応炉７１の温度は１０００℃にして、ｎ型半導体層５２としてのノンドープのＧａＮ膜を２分間成長させて、２μｍの膜厚で形成した。
【００３３】
（ｅ）核５１の上にｎ型半導体層（ノンドープＧａＮ層）５２を形成後、ｐ型半導体層５３を形成した。これについても図５を用いて説明する。
１）ガスラインＡ７２にはＨＣｌを流量３ｃｃ／分およびＮ２を流量２５０ｃｃ／分で流し、途中にＧａ金属７５を配設した。ガスラインＢにはＭｇＣｌ２粉末７６を配設し、Ｎ２ガスを流量２５０ｃｃ／分で流した。ガスラインＣにはＮＨ３を流量２５０ｃｃ／分で流した。また炉内全体にＮ２を流量３０００ｃｃ／分で流した。
２）反応炉７１の温度は１０００℃にして、ＭｇドープのＧａＮ膜５３を２分間成長させて２μｍの膜厚で形成した。
３）反応後は炉内全体にＮ２を流量３０００ｃｃ／分で流したままま温度を降下させ、７００℃に降下させた時点で温度を１時間保持し、その後に再度炉内温度を降下させた。
以上によってＭｇドープのＧａＮ膜からなるｐ型半導体層５３を形成した。
【００３４】
（ｆ）ｐ型半導体層５３を形成後、成長用基板６１を取り出し、スパッタリング装置に取り付け、絶縁層５４としてＡｌ２Ｏ３をスパッタリング法にて成膜した。ターゲットはＡｌ２Ｏ３ターゲットを使用し、Ａｒガス中でスパッタリングを行い形成した。厚みは３μｍであった。
（ｇ）絶縁層５４を成膜後に機械的振動を与えて、成長用基板６１から発光体粒子５０を取り出した。
（ｈ）上記発光体粒子５０を下部電極２０としてのＩＴＯが上面に２００ｎｍ成膜されている下部基板１０であるガラス基板上に散りばめた。
（ｉ）さらに、上部電極３０としての銀ペーストを２μｍの厚みで塗布したガラス基板４０用意し、ペースト面を下にして、下部基板１０に押し付けて発光素子７０とした。
（ｊ）下部基板１０の下側に、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ蛍光体をアクリル樹脂に分散させたペーストを２μｍ塗布した。
以上によって発光素子７０を得た。
【００３５】
得られた発光素子７０について、ＩＴＯ２０側を陽極、銀ペースト３０側を陰極として１５Ｖの直流電圧を印加して、発光させた。この時、発光体粒子５０からは紫外線が発光されるが、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ蛍光体により波長が変換されて緑色の発光が得られ、その輝度は５８０ｃｄ／ｍ２であり、発光効率は１．２ｌｍ／Ｗであった。
【００３６】
（比較例１）
比較例１の発光素子は、発光体粒子に絶縁層を成膜しない以外は実施例１と同様の方法で発光素子を作成した。
この発光素子に実施例１と同様に電圧をかけて発光させたときの輝度は４１０ｃｄ／ｍ２であり、発光効率は０．７ｌｍ／Ｗであった。
【００３７】
（比較例２）
比較例１に対して、発光体粒子にｐ型半導体層を成膜しないかわりに、ｎ型半導体層のみを４μｍ成膜させた他は比較例１と同様にして発光素子を作成した。
この発光素子に実施例１と同様に電圧をかけて発光させたときの輝度は８０ｃｄ／ｍ２であり、発光効率は０．１５ｌｍ／Ｗであった。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明によれば、発光効率が高く大面積化の容易な電界発光素子を提供することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１０  下部基板
２０  下部電極
３０  上部電極
４０  上部基板
５０  発光体粒子
５１  核
５２  ｎ型半導体
５３  ｐ型半導体
５４  絶縁層
６１  成長用基板
６２  成長用マスク
７０  発光素子
７１  反応炉
７２  ガスラインＡ
７３  ガスラインＢ
７４  ガスラインＣ
７５  Ｇａ金属
７６  ＭｇＣｌ２
７７  基板ホルダ
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する一対の電極と、
前記一対の電極の間に挟持され、発光体粒子が配置されて構成された発光層と、
を備え、
前記発光体粒子は、ｎ型窒化物半導体部分とｐ型窒化物半導体部分とを含み、前記ｎ型窒化物半導体部分と前記ｐ型窒化物半導体部分とは、それぞれ互いに平行なｃ軸を有するウルツ型結晶構造の単結晶であると共に、
前記発光体粒子は、前記ｃ軸に垂直な端面のいずれか一方の端面を覆って設けられた絶縁層を有することを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記発光体粒子は、前記ｎ型窒化物半導体部分と前記ｐ型窒化物半導体部分とがｃ軸に垂直な方向に積層して構成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記発光体粒子は、単結晶の核晶をさらに含み、
前記ｎ型窒化物半導体部分及び前記ｐ型窒化物半導体部分は、前記核晶の周囲を覆って形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項４】
前記発光体粒子は、前記核晶の周りに、前記ｐ型窒化物半導体部分、前記ｎ型窒化物半導体部分が順に積層して構成されていることを特徴とする請求項３に記載の発光素子。
【請求項５】
前記発光体粒子は、前記核晶の周りに、前記ｎ型窒化物半導体部分、前記ｐ型窒化物半導体部分が順に積層して構成されていることを特徴とする請求項３に記載の発光素子。
【請求項６】
前記発光体粒子を構成する前記ｎ型窒化物半導体部分と前記ｐ型窒化物半導体部分とのうち、少なくとも一方が外面に露出しており、前記一対の電極の少なくとも一方と電気的に接触していることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項７】
前記発光体粒子を構成する前記ｎ型窒化物半導体部分と前記ｐ型窒化物半導体部分とは、ＧａＮからなることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図４ｅ】
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【図４ｆ】
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【図４ｇ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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