(57)【要約】【課題】発光強度が大きく、占有面積を縮小化することが可能であり、しかも、半値幅の狭い発光波長を得ることが可能な発光素子を提供する。【解決手段】発光素子３０は、基体２５上に形成された第１隔壁部３１及び第２隔壁部３２、第１隔壁部３１の側壁３１Ｂに形成された第１電極４１、第２隔壁部３２の側壁３２Ｂに形成された第２電極４２、並びに、基体２５上であって第１電極４１と第２電極４２の間に形成された発光層５０を備え、発光層５０は、第１電極４１と接する第１材料層５１、第２電極４２と接する第２材料層５２、及び、第１材料層５１と第２材料層５２とによって挟まれた量子井戸層５４から成り、第１材料層５１及び第２材料層５２の少なくとも一方の層には希土類原子５３が含まれている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）基体上に形成され、頂面、及び、側壁を有する第１隔壁部、
（Ｂ）基体上に形成され、頂面、及び、第１隔壁部の側壁と対向する側壁を有する第２隔壁部、
（Ｃ）第１隔壁部の側壁に形成された第１電極、
（Ｄ）第２隔壁部の側壁に形成された第２電極、並びに、
（Ｅ）基体上であって、第１電極と第２電極の間に形成された発光層、
を備え、
該発光層は、第１電極と接する第１材料層、第２電極と接する第２材料層、及び、第１材料層と第２材料層とによって挟まれた量子井戸層から成り、
第１材料層及び第２材料層の少なくとも一方の層には、希土類原子が含まれていることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
量子井戸層は、シリコン、ゲルマニウム、若しくは、シリコン−ゲルマニウムから成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】
量子井戸層は、シリコン系酸化物から成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】
希土類原子が含まれている層はシリコンを主成分とすることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項５】
希土類原子が含まれている層はシリコン系酸化物から成ることを特徴とする請求項４に記載の発光素子。
【請求項６】
希土類原子は、ユーロビウム（Ｅｕ）、プラセオジウム（Ｐｒ）、エルビウム（Ｅｒ）、テルビウム（Ｔｂ）、セリウム（Ｃｅ）、及び、ツリウム（Ｔｍ）から成る群から選択された少なくとも１種類の希土類原子であ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】
（Ａ）基体上に形成され、頂面、及び、側壁を有する第１隔壁部、
（Ｂ）基体上に形成され、頂面、及び、第１隔壁部の側壁と対向する側壁を有する第２隔壁部、
（Ｃ）第１隔壁部の側壁に形成された第１電極、
（Ｄ）第２隔壁部の側壁に形成された第２電極、並びに、
（Ｅ）基体上であって、第１電極と第２電極の間に形成された発光層、
を備え、
該発光層は、第１電極と接する第１材料層、第２電極と接する第２材料層、及び、第１材料層と第２材料層とによって挟まれた量子井戸層から成り、
第１材料層及び第２材料層の少なくとも一方の層には、希土類原子が含まれている発光素子を、複数、備えていることを特徴とする発光装置。
【請求項８】
赤色に相当する第１の波長λ1の光を発光する第１の発光素子、緑色に相当する第２の波長λ2の光を発光する第２の発光素子、及び、青色に相当する第３の波長λ3の光を発光する第３の発光素子の３種類の発光素子によって、１つの発光素子ユニットが構成され、
複数の発光素子ユニットを備えていることを特徴とする請求項７に記載の発光装置。
【請求項９】
赤色に相当する第１の波長λ1の光を発光する第１の発光素子、緑色に相当する第２の波長λ2の光を発光する第２の発光素子、青色に相当する第３の波長λ3の光を発光する第３の発光素子、及び、それ以外の色に相当する第４の波長λ4の光を発光する第４の発光素子の４種類の発光素子によって、１つの発光素子ユニットが構成され、
複数の発光素子ユニットを備えていることを特徴とする請求項７に記載の発光装置。
【請求項１０】
（Ａ）基体上に形成され、頂面、及び、側壁を有する第１隔壁部、
（Ｂ）基体上に形成され、頂面、及び、第１隔壁部の側壁と対向する側壁を有する第２隔壁部、
（Ｃ）第１隔壁部の側壁に形成された第１電極、
（Ｄ）第２隔壁部の側壁に形成された第２電極、並びに、
（Ｅ）基体上であって、第１電極と第２電極の間に形成された発光層、
を備え、
該発光層は、量子ドット、並びに、該量子ドットの表面に付着し、及び／又は、該量子ドットの内部に含まれた希土類原子から成ることを特徴とする発光素子。
【請求項１１】
量子ドットはシリコンから成ることを特徴とする請求項１０に記載の発光素子。
【請求項１２】
希土類原子は、ユーロビウム（Ｅｕ）、プラセオジウム（Ｐｒ）、エルビウム（Ｅｒ）、テルビウム（Ｔｂ）、セリウム（Ｃｅ）、及び、ツリウム（Ｔｍ）から成る群から選択された少なくとも１種類の希土類原子であることを特徴とする請求項１０に記載の発光素子。
【請求項１３】
（Ａ）基体上に形成され、頂面、及び、側壁を有する第１隔壁部、
（Ｂ）基体上に形成され、頂面、及び、第１隔壁部の側壁と対向する側壁を有する第２隔壁部、
（Ｃ）第１隔壁部の側壁に形成された第１電極、
（Ｄ）第２隔壁部の側壁に形成された第２電極、並びに、
（Ｅ）基体上であって、第１電極と第２電極の間に形成された発光層、
を備え、
該発光層は、量子ドット、並びに、該量子ドットの表面に付着し、及び／又は、該量子ドットの内部に含まれた希土類原子から成る発光素子を、複数、備えていることを特徴とする発光装置。
【請求項１４】
赤色に相当する第１の波長λ1の光を発光する第１の発光素子、緑色に相当する第２の波長λ2の光を発光する第２の発光素子、及び、青色に相当する第３の波長λ3の光を発光する第３の発光素子の３種類の発光素子によって、１つの発光素子ユニットが構成され、
複数の発光素子ユニットを備えていることを特徴とする請求項１３に記載の発光装置。
【請求項１５】
赤色に相当する第１の波長λ1の光を発光する第１の発光素子、緑色に相当する第２の波長λ2の光を発光する第２の発光素子、青色に相当する第３の波長λ3の光を発光する第３の発光素子、及び、それ以外の色に相当する第４の波長λ4の光を発光する第４の発光素子の４種類の発光素子によって、１つの発光素子ユニットが構成され、
複数の発光素子ユニットを備えていることを特徴とする請求項１３に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子及び発光装置に関し、より詳しくは、本発明は、ディスプレイやバックライト等の発光デバイスに適用可能であり、発光層に、量子井戸構造若しくは量子ドットと、希土類原子（希土類原子に由来したイオンを含む）とが含まれた発光素子、及び、係る発光素子を備えた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、発光ダイオードや半導体レーザ等の発光デバイスの多くは、主に、ＧａＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ族やＩＩ−ＶＩ族の化合物半導体材料から作製されている。しかしながら、これらの発光デバイスの作製には、サファイヤ基板等の高価な基板が必要とされること、アルシン等のガスを使用するために作製プロセスが困難なこと、大型で高価な製造設備が必要な上に、ランニングコストも高いこと等の問題がある。
【０００３】
一方、現在、トランジスタやメモリ装置を始めとする多くの半導体デバイスは、シリコンやシリコン化合物材料といったシリコン系材料から作製されている。シリコン資源は、豊富で、安価である上、環境負荷が小さい。特に、シリコン系材料を用いたＬＳＩの高集積化は、１９７０年代以降、約３０年の長期に亙り、個々のトランジスタの微細化を進めることで、着実に進歩している。そして、ギガビット級の集積度を有するＤＲＡＭが市場に登場している現在でも、将来の集積回路の更なる性能向上を達成するための開発が続けられている。このように、シリコン系材料は、微細化技術のノウハウが蓄積されている上、原料価格が安く、環境負荷の小さい、優秀な半導体デバイス材料であるが、バンド構造が間接遷移型であるため、発光し難く、発光デバイスとしての検討はこれまで余りなされていない。
【０００４】
このような中、間接遷移型のシリコン系材料において、直接遷移型のように、キャリアを効率良く光へ変換させるための様々な検討、提案が報告されるようになってきている。その１つに、キャリアの波動関数を局所化し、量子効果を用いる方法がある。この方法によれば、２次元量子井戸構造、１次元量子井戸構造（量子細線）、０次元量子井戸構造（量子ドット）等の量子井戸構造を用いることで、キャリアである電子やホールを微小領域に閉じ込めることができる。量子ドットにおいては、特に、電子やホールを０次元的に局在化させることでキャリアの状態密度をデルタ関数状態に近づけることができ、キャリア閉じ込め領域の大きさに応じたキャリアの波動関数の量子化が起こり、エネルギーが離散的な値をとるようになる。この閉じ込めの方法や、キャリア閉じ込め領域（量子ドット）の大きさを制御することで、バンド端発光再結合効率の向上が可能となる。
【０００５】
実際に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料での研究が進められており、新たな物性や従来の特性を上回る特性が、数多く分かってきている（例えば、福田達哉、館林潤、西岡政雄、荒川泰彦著、「ＩｎＧａＡｓ歪緩和層を用いたＩｎＡｓ／ＧａＡｓ量子ドットの発光波長制御」第５１回（２００４年春季）応用物理学関係連合講演会２８ａ−ＺＢ−８，２００４年  参照）。
【０００６】
シリコン系材料に関しては、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｉ−Ｇｅ等の半導体材料から成る量子ドット（例えばナノクリスタル）の研究が行われている。これらの量子ドットを、ＳｉＯX等のバンドギャップの大きな絶縁体中に作り込み、レーザ等の光で励起すると、比較的強い発光が生じることが報告されている（例えば、國井洋、篠田浩一、佐藤慶介、平栗健二、岩瀬満雄、和泉富雄著、「アモルファスＳｉＯx膜内のＳｉ濃度とナノシリコンサイズの相関」第５１回（２００４年春季）応用物理学関係連合講演会２８ｐ−Ｐ６−３，２００４年  参照）。また、電子デバイスとして電流注入により機能させる場合、ナノクリスタルをＳｉＯX等のバンドギャップの大きな絶縁体中に作り込むことで、デバイスの低電圧駆動化が可能となることが報告されている。しかしながら、シリコン系材料を用いた発光デバイスの構造に関する研究や提案は、まだまだ少ない状況である。
【０００７】
また、従来から、半導体材料に添加された希土類原子は、殻内遷移による鋭い赤外光あるいは可視光を発光することが知られている（例えば、田代至男、小柳諭、相曽景一、田中完ニ、並木周著「高出力光アンプの開発」古河電工時報第１０４号ｐ．５９，１９９９年７月  参照）。こうした希土類原子の発光波長や半値幅は、半導体材料や温度に殆ど依存せず、一定の値を示すことが知られている。特に、希土類元素の中でエルビウム（Ｅｒ）は１．５５μｍの発光波長を有し、この１．５５μｍの発光波長は光ファイバーの最小伝達損失波長であるため、エルビウム発光の光ファイバー通信への応用が期待されている。
【０００８】
上述したように、半導体材料から成る量子ドットや希土類元素等の発光材料の研究は、報告されてきてはいるものの、発光素子として有効に機能させるための素子構造に関する研究や提案は、十分にされていないのが現状である。
【０００９】
また、表示装置においては、これまで主流であった陰極線管（ＣＲＴ）に代わり、各種の平面型表示装置、例えば、液晶表示装置（ＬＣＤ）やプラズマ表示装置（ＰＤＰ）が商品化され、また、冷陰極電界電子放出表示装置（ＦＥＤ）や表面伝導型電子放出表示装置（Surface Conduction Electron Emitter Display，ＳＥＤ）、有機エレクトロルミネッセンス（有機ＥＬ）表示装置の研究、商品化が進められている。
【００１０】
このように、平面型表示装置として様々な表示装置の製造、開発が行われているが、各々、性能、消費電力、製造コスト等に様々な問題を抱えている。
【００１１】
例えば、液晶表示装置（ＬＣＤ）にあっては、棒状の液晶分子のねじれた並びを利用して光の向きを操作しているため、ＣＲＴに比べて視野角が狭く、明暗のムラや色ムラが生じ易いという問題がある。現在、イン・プレイン・スイッチング技術、バーチカル・アライメント技術、マルチドメイン技術や、これらの組み合わせ等により、視野角の狭さは改善されつつある。しかしながら、バックライトの光が吸収され易い構造であり、より高い発光強度のバックライトが必要とされ、消費電力が増加する傾向にあるといった問題が生じている。また、色深度（color depth）の問題がある。ＣＲＴの場合、蛍光体に衝突する電子の量をアナログ的に変化させることができるので、無限の色彩と明るさを表現することができる。一方、液晶表示装置の場合、液晶セルに印加する電圧を操作し、バックライトの光を通す量を段階的に調整しているため、微妙な色表現ができないという問題がある。更には、レスポンス速度が遅いという問題がある。ＣＲＴの場合、電子ビーム速度が速いため、レスポンスの問題は殆ど無いが、液晶表示装置の場合、液晶分子の実際の動きにより動画を表示しているため、タイムラグが生じてしまう。具体的には、パッシブマトリックス駆動の液晶表示装置の場合、レスポンスは１５０ミリ秒以上、動画表示に向いている標準的なアクティブマトリックス駆動の液晶表示装置の場合、レスポンスは４０ミリ秒程度、現状、最もレスポンスの早いＭＶＡの場合、２５ミリ秒程度のタイムラグがある。また、消費電力については、ＣＲＴに比べて低いといったイメージがあるが、視野角やレスポンス等の改善による高機能化に伴い、光が吸収され易い構造に向かっており、現状、バックライトから発光される光の１０％程度しか液晶表示装置の表面に取り出されておらず、消費電力が増加している。更には、製造工程が複雑なこと、基板に高コストのガラス基板を使用していること等により、ＣＲＴに比べて価格が高く、将来的にも安価にすることが困難であるという問題がある。
【００１２】
また、将来が期待されている有機ＥＬディスプレイだが、大型化を実現するためには、現在、多くの問題を抱えている。有機ＥＬディスプレイの抱えている大きな問題の１つに、寿命の問題がある。発光素子を構成する発光層、正孔輸送層、電子輸送層等の有機分子や、電子を効率よく注入するための（即ち、電子注入障壁が低い）陰極材料であるマグネシウム合金やカルシウム等は、酸素や水分に弱く、酸素や水分と反応して、ディスプレイ上に暗点や滅点が生じると共に、輝度の低下が生じるという問題がある。このような問題は改善されてきてはいるものの、長寿命が求められる大型ディスプレイにとって、現状、十分な寿命ではなく、素子自身の改良や外部要因を遮断する技術の向上が求められている。
【００１３】
【非特許文献１】福田達哉、館林潤、西岡政雄、荒川泰彦著、「ＩｎＧａＡｓ歪緩和層を用いたＩｎＡｓ／ＧａＡｓ量子ドットの発光波長制御」第５１回（２００４年春季）応用物理学関係連合講演会２８ａ−ＺＢ−８，２００４年
【非特許文献２】國井洋、篠田浩一、佐藤慶介、平栗健二、岩瀬満雄、和泉富雄著、「アモルファスＳｉＯx膜内のＳｉ濃度とナノシリコンサイズの相関」第５１回（２００４年春季）応用物理学関係連合講演会２８ｐ−Ｐ６−３，２００４年
【非特許文献３】田代至男、小柳諭、相曽景一、田中完ニ、並木周著「高出力光アンプの開発」古河電工時報第１０４号ｐ．５９，１９９９年７月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
量子ドット（ナノクリスタル）のみから構成された発光デバイスにおける発光波長は、通常、数十ｎｍ〜数百ｎｍの大きな半値幅を示すことが知られており、半値幅を狭くし、且つ、発光強度を高くすることは、現在のところ困難である。
【００１５】
また、現状の各種の平面型表示装置は、上述したとおり、視野角が狭い、明暗のムラや色ムラが生じ易い、色深度に問題がある、レスポンス速度が遅い、製造コストが高い、小型化が困難である、長寿命化を図る必要がある、消費電力が大きいといった様々な問題点を有している。更には、発光素子を構成する発光層の占める面積を出来るだけ小さくし、平面型表示装置の高精細化を図りつつ、高輝度化を達成するといった点について、強い要望がある。
【００１６】
従って、本発明の目的は、発光強度が大きく、占有面積を縮小化することが可能であり、しかも、半値幅の狭い発光波長を得ることが可能な発光素子、及び、係る発光素子を組み込み、上述した現状の各種の平面型表示装置の有する問題点を解消し得る発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の目的を達成するための本発明の第１の態様に係る発光素子は、
（Ａ）基体上に形成され、頂面、及び、側壁を有する第１隔壁部、
（Ｂ）基体上に形成され、頂面、及び、第１隔壁部の側壁と対向する側壁を有する第２隔壁部、
（Ｃ）第１隔壁部の側壁に形成された第１電極、
（Ｄ）第２隔壁部の側壁に形成された第２電極、並びに、
（Ｅ）基体上であって、第１電極と第２電極の間に形成された発光層、
を備え、
該発光層は、第１電極と接する第１材料層、第２電極と接する第２材料層、及び、第１材料層と第２材料層とによって挟まれた量子井戸層から成り（即ち、該発光層は、第１電極と接する第１材料層、第２電極と接する第２材料層、及び、第１材料層と第２材料層とによって挟まれた量子井戸層が、水平方向に積層された構造を有し）、
第１材料層及び第２材料層の少なくとも一方の層には、希土類原子が含まれていることを特徴とする。
【００１８】
上記の目的を達成するための本発明の第１の態様に係る発光装置は、
（Ａ）基体上に形成され、頂面、及び、側壁を有する第１隔壁部、
（Ｂ）基体上に形成され、頂面、及び、第１隔壁部の側壁と対向する側壁を有する第２隔壁部、
（Ｃ）第１隔壁部の側壁に形成された第１電極、
（Ｄ）第２隔壁部の側壁に形成された第２電極、並びに、
（Ｅ）基体上であって、第１電極と第２電極の間に形成された発光層、
を備え、
該発光層は、第１電極と接する第１材料層、第２電極と接する第２材料層、及び、第１材料層と第２材料層とによって挟まれた量子井戸層から成り（即ち、該発光層は、第１電極と接する第１材料層、第２電極と接する第２材料層、及び、第１材料層と第２材料層とによって挟まれた量子井戸層が、水平方向に積層された構造を有し）、
第１材料層及び第２材料層の少なくとも一方の層には、希土類原子が含まれている発光素子を、複数、備えていることを特徴とする。
【００１９】
上記の目的を達成するための本発明の第２の態様に係る発光素子は、
（Ａ）基体上に形成され、頂面、及び、側壁を有する第１隔壁部、
（Ｂ）基体上に形成され、頂面、及び、第１隔壁部の側壁と対向する側壁を有する第２隔壁部、
（Ｃ）第１隔壁部の側壁に形成された第１電極、
（Ｄ）第２隔壁部の側壁に形成された第２電極、並びに、
（Ｅ）基体上であって、第１電極と第２電極の間に形成された発光層、
を備え、
該発光層は、量子ドット、並びに、該量子ドットの表面に付着し、及び／又は、該量子ドットの内部に含まれた希土類原子から成ることを特徴とする。
【００２０】
上記の目的を達成するための本発明の第２の態様に係る発光装置は、
（Ａ）基体上に形成され、頂面、及び、側壁を有する第１隔壁部、
（Ｂ）基体上に形成され、頂面、及び、第１隔壁部の側壁と対向する側壁を有する第２隔壁部、
（Ｃ）第１隔壁部の側壁に形成された第１電極、
（Ｄ）第２隔壁部の側壁に形成された第２電極、並びに、
（Ｅ）基体上であって、第１電極と第２電極の間に形成された発光層、
を備え、
該発光層は、量子ドット、並びに、該量子ドットの表面に付着し、及び／又は、該量子ドットの内部に含まれた希土類原子から成る発光素子を、複数、備えていることを特徴とする。
【００２１】
本発明の第１の態様に係る発光素子あるいは本発明の第１の態様に係る発光装置（以下、これらを総称して、本発明の第１の態様と呼ぶ場合がある）における量子井戸層とは、２次元量子井戸（所謂量子井戸）を含む層、１次元量子井戸（所謂量子細線）を含む層、及び、０次元量子井戸（所謂量子ドットあるいはナノクリスタル）を含む層を意味する。量子井戸層の厚さは、５×１０-10ｍ（原子１個分程度の厚さ）乃至１×１０-8ｍ、好ましくは、５×１０-10ｍ乃至５×１０-9ｍであることが、発光効率を向上させるといった観点から望ましい。
【００２２】
本発明の第１の態様において、発光層は、第１電極と接する第１材料層、第２電極と接する第２材料層、及び、第１材料層と第２材料層とによって挟まれた量子井戸層から成る。即ち、発光層は、第１材料層、量子井戸層、及び、第２材料層が水平方向（基体表面と略平行な方向であり、以下においても同様の意味で用いる）に積層された構造を有するが、このような構造には、量子井戸層が、第１材料層及び／又は第２材料層中に水平方向に沿ってランダムに分散されている構造も包含されるし、第１材料層、量子井戸層、第２材料層が幾重にも水平方向に積層された構造も包含されるし、量子井戸層が、第１材料層と第２材料層の境界領域に島状に形成されている構造も包含される。第１材料層、量子井戸層、第２材料層が水平方向に幾重にも積層された構造にあっては、量子井戸層近傍の第１材料層及び第２材料層の少なくとも一方の層の領域に含まれる希土類原子は、同種であってもよいし、異種であってもよい。また、第１材料層及び第２材料層の両方に希土類原子を含む構成においては、第１材料層に含まれる希土類原子と、第２材料層に含まれる希土類原子とを、同種の希土類原子としてもよいし、異種の希土類原子としてもよい。
【００２３】
一方、本発明の第２の態様に係る発光素子あるいは本発明の第２の態様に係る発光装置（以下、これらを総称して、本発明の第２の態様と呼ぶ場合がある）にあっては、発光層は１層であってもよいし、水平方向に積層された複数層の積層構造を有していてもよく、後者の場合、異なる希土類原子を含む発光層が水平方向に積層された構造とすることもできる。また、発光層は、量子ドット、並びに、量子ドットの表面に付着し、及び／又は、量子ドットの内部に含まれた希土類原子から成るが、具体的には、希土類原子は、量子ドットの表面に付着した形態であり、あるいは又、量子ドットの内部に含まれた（拡散した）形態であり、あるいは又、量子ドットの表面に付着し、且つ、量子ドットの内部に含まれた形態である。
【００２４】
本発明の第１の態様にあっては、希土類原子が含まれている層において、水平方向の希土類原子の濃度ピークは、該層と量子井戸層の界面から、フェルスター機構（Foerster機構）によるエネルギー遷移が起こる範囲内に位置する構成とすることができ、この場合、希土類原子が含まれている層において、水平方向の希土類原子の濃度ピークは、該層と量子井戸層の界面から１×１０-8ｍの範囲内に位置することが好ましい。あるいは又、本発明の第１の態様にあっては、希土類原子が含まれている層において、水平方向の希土類原子の濃度ピークは、該層と量子井戸層の界面から、デクスター機構（Dexter機構、交換機構とも呼ばれる）によるエネルギー遷移が起こる範囲内に位置する構成とすることができ、この場合、希土類原子が含まれている層において、水平方向の希土類原子の濃度ピークは、該層と量子井戸層の界面から１×１０-9ｍの範囲内に位置することが好ましい。あるいは又、本発明の第１の態様にあっては、希土類原子が含まれている層において、水平方向の希土類原子の濃度ピークは、該層と量子井戸層の界面から、フォトンを介したエネルギー遷移が起こる範囲内に位置する構成とすることができる。
【００２５】
更には、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本発明の第１の態様にあっては、量子井戸層は、シリコン、ゲルマニウム、若しくは、シリコン−ゲルマニウムから成る構成とすることができるし、あるいは又、シリコン系酸化物（ＳｉＯX，０＜Ｘ≦２）から成る構成とすることができるし、更には、ＳｉＮといったシリコン系窒化物から成る構成とすることもできるし、これらの材料の混合物から成る構成とすることもできる。量子井戸層をシリコン、ゲルマニウム、若しくは、シリコン−ゲルマニウムから成る構成とする場合、量子井戸それ自体（即ち、所謂量子井戸、所謂量子細線、所謂量子ドットあるいはナノクリスタルであり、以下の説明においても同様である）はシリコン、ゲルマニウム、若しくは、シリコン−ゲルマニウムから成り、しかも、量子井戸それ自体が、例えば、シリコン系酸化物（ＳｉＯX，０＜Ｘ≦２）によって取り囲まれた構造となる。また、量子井戸層をシリコン系酸化物から成る構成とする場合、量子井戸それ自体はシリコン系酸化物から成り、しかも、量子井戸それ自体が、例えば、より酸素含有量の多いシリコン系酸化物（ＳｉＯX，０＜Ｘ≦２）によって取り囲まれた構造となる。更には、量子井戸層をシリコン系窒化物から成る構成とする場合、量子井戸それ自体はシリコン系窒化物から成り、しかも、量子井戸それ自体が、例えば、シリコン系酸化物（ＳｉＯX，０＜Ｘ≦２）によって取り囲まれた構造となる。
【００２６】
また、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本発明の第１の態様にあっては、希土類原子が含まれている層はシリコンを主成分とする構成とすることができ、この場合、希土類原子が含まれている層はシリコン系酸化物から成ることが好ましい。
【００２７】
一方、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本発明の第２の態様にあっては、量子ドットはシリコンから成ることが好ましい。
【００２８】
以上に説明した各種の好ましい形態を含む本発明の第１の態様に係る発光素子、本発明の第１の態様に係る発光装置、本発明の第２の態様に係る発光素子、本発明の第２の態様に係る発光装置（以下、これらを総称して、本発明と呼ぶ場合がある）にあっては、発光素子を、エレクトロルミネッセンス素子、より具体的には、電流注入型エレクトロルミネッセンス素子（電極から発光層に電荷担体が直接流入して発光するエレクトロルミネッセンス素子）あるいは真性エレクトロルミネッセンス素子（誘電体中の発光層を強い外部電場によって励起して発光させるエレクトロルミネッセンス素子）とすることができる。即ち、本発明の発光装置は、エレクトロルミネッセンス表示装置、より具体的には、電流注入型エレクトロルミネッセンス表示装置あるいは真性エレクトロルミネッセンス表示装置に相当する。
【００２９】
更には、本発明の発光装置は、上述した各種表示装置だけでなく、バックライト（例えば、液晶表示装置に用いられる）を含む照明装置に適用することができる。
【００３０】
以上に説明した各種の好ましい形態を含む本発明にあっては、希土類原子として、少なくともユーロビウム（Ｅｕ）を含み、あるいは又、希土類原子として、少なくともプラセオジウム（Ｐｒ）を含み、あるいは又、希土類原子として、少なくともエルビウム（Ｅｒ）を含み、あるいは又、希土類原子として、少なくともテルビウム（Ｔｂ）を含み、あるいは又、希土類原子として、少なくともセリウム（Ｃｅ）を含み、あるいは又、希土類原子として、少なくともツリウム（Ｔｍ）を含む構成とすることができる。以下の表１に、希土類原子に由来したイオンと発光素子の発光波長の関係を示す。尚、本発明における希土類原子には、希土類原子に由来したイオンが包含される。
【００３１】
［表１］
希土類原子に由来したイオン    発光素子の発光波長
Ｐｒ3+                        ６３５ｎｍ（赤色）
Ｅｕ3+                        ６１５ｎｍ（赤色）
Ｐｒ3+                        ６０５ｎｍ（赤色）
Ｅｒ3+                        ５７０ｎｍ（橙色）
Ｔｂ3+                        ５４５ｎｍ（緑色）
Ｃｅ3+                        ５３０ｎｍ（青色）
Ｔｍ3+                        ４５０ｎｍ（青色）
【００３２】
尚、希土類元素は、原子番号２１のスカンジウム（Ｓｃ）、原子番号３９のイットリウム（Ｙ）、並びに、原子番号５７のランタン（Ｌａ）から原子番号７１のルテチウム（Ｌｕ）までの１５種類の４ｆ軌道遷移系列元素群であり、周期律表のＩＩＩＢ族に属するため、一般に３価が安定である。このうち、Ｃｅ3+（セリウム：原子番号５８）からＹｂ3+（イッテルビウム：原子番号７０）までの１３種類の希土類原子は、１個から１３個の４ｆ電子を有し、電子配置の相違に基づく多様なエネルギー準位を形成する。異なるエネルギー準位間の電子遷移エネルギーは、紫外光、可視光、赤外光に相当するので、多くの希土類原子は、これらの波長で光の吸収、発光を起こす。即ち、希土類原子として、少なくとも、「４ｆ電子」を有する、原子番号５８のセリウム（Ｃｅ）〜原子番号７０のイッテルビウム（Ｙｂ）を用いることができるし、また、原子番号２１のスカンジウム（Ｓｃ）、原子番号３９のイットリウム（Ｙ）を用いることもできる。
【００３３】
以上に説明した各種の好ましい形態を含む本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係る発光装置にあっては、赤色に相当する第１の波長λ1の光を発光する第１の発光素子、緑色に相当する第２の波長λ2の光を発光する第２の発光素子、及び、青色に相当する第３の波長λ3の光を発光する第３の発光素子の３種類の発光素子によって、１つの発光素子ユニットが構成され、複数の発光素子ユニットを備えている構成とすることができる。あるいは又、赤色に相当する第１の波長λ1の光を発光する第１の発光素子、緑色に相当する第２の波長λ2の光を発光する第２の発光素子、青色に相当する第３の波長λ3の光を発光する第３の発光素子、及び、それ以外の色に相当する第４の波長λ4の光を発光する第４の発光素子の４種類の発光素子によって、１つの発光素子ユニットが構成され、複数の発光素子ユニットを備えている構成とすることができる。尚、１つの発光素子ユニットを５種類以上の発光素子によって構成してもよい。ここで、これらの場合、３種類（あるいは４種類）の発光素子の配列として、デルタ配列、ストライプ配列、ダイアゴナル配列、レクタングル配列を挙げることができる。即ち、直線状に配列された発光素子の１列は、全てが赤色発光素子で占められた列、緑色発光素子で占められた列、青色発光素子で占められた列（及び、第４の発光素子で占められた列）から構成されていてもよいし、赤色発光素子、緑色発光素子、青色発光素子（及び、第４の発光素子）が順に配置された列から構成されていてもよい。通常、１画素（１ピクセル）は、１つの赤色発光素子、１つの緑色発光素子、１つの青色発光素子（及び、１つの第４の発光素子）の集合から構成され、１サブピクセルは、１つの素子（１つの赤色発光素子、あるいは、１つの緑色発光素子、１つの青色発光素子、あるいは、１つの第４の発光素子）から構成される。
【００３４】
本発明において、基体として、シリコン半導体基板を例示することができるが、このような基板に限定するものではなく、その他、表面に絶縁膜が形成された半導体基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＮ基板、半絶縁性基板、表面に絶縁膜が形成された半絶縁性基板、絶縁性基板、表面に絶縁膜が形成された絶縁性基板、石英基板、表面に絶縁膜が形成された石英基板、ガラス基板、表面に絶縁膜が形成されたガラス基板を挙げることができるし、発光素子を作り込む対象によっては、絶縁層や層間絶縁層、封止層が基体に相当する場合もある。ここで、ガラス基板として、高歪点ガラス、ソーダガラス（Ｎａ2Ｏ・ＣａＯ・ＳｉＯ2）、硼珪酸ガラス（Ｎａ2Ｏ・Ｂ2Ｏ3・ＳｉＯ2）、フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ2）、鉛ガラス（Ｎａ2Ｏ・ＰｂＯ・ＳｉＯ2）を例示することができる。絶縁層や層間絶縁層として、ＳｉＯ2、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＡｓＳＧ、ＰｂＳＧ、ＳｉＯＮ、ＳＯＧ（スピンオングラス）、低融点ガラス、ガラスペーストといったＳｉＯ2系材料；ＳｉＮ系材料；ポリイミド等の絶縁性樹脂を、単独あるいは適宜組み合わせて使用することができる。絶縁層や層間絶縁層の形成には、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）、塗布法、スパッタリング法、スクリーン印刷法等の公知のプロセスが利用できる。
【００３５】
第１電極、第２電極を構成する材料として、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、鉄（Ｆｅ）、白金（Ｐｔ）、亜鉛（Ｚｎ）等の遷移金属を含む各種の金属；これらの金属元素を含む合金（例えばＭｏＷ）あるいは化合物（例えばＴｉＮ等の窒化物や、ＷＳｉ2、ＭｏＳｉ2、ＴｉＳｉ2、ＴａＳｉ2等のシリサイド）；シリコン（Ｓｉ）等の半導体；ダイヤモンド等の炭素薄膜；ＩＴＯ（酸化インジウム−錫）、酸化インジウム、酸化亜鉛等の導電性金属酸化物を例示することができる。第１電極、第２電極の形成方法として、例えば、電子ビーム蒸着法や熱フィラメント蒸着法といった蒸着法、スパッタリング法、レーザアブレーション法、イオンプレーティング法に代表される物理的気相成長法（ＰＶＤ法）；これらのＰＶＤ法とエッチング法との組合せ；ＣＶＤ法とエッチング法との組合せ；スクリーン印刷法；メッキ法（電気メッキ法や無電解メッキ法）；リフトオフ法；ゾル−ゲル法等を挙げることができる。
【００３６】
第１隔壁部と第２隔壁部とは、それぞれが平行に帯状に延びる構成とすることができる。そして、この場合、隣接する発光素子にあっては、或る発光素子を構成する第１隔壁部が、この発光素子と隣接する発光素子を構成する第１隔壁部に相当する場合もあるし、この発光素子と隣接する発光素子を構成する第２隔壁部に相当する場合もある。あるいは又、第１隔壁部と第２隔壁部との組合せによって格子状の隔壁部が形成される構成とすることもできる。そして、この場合にも、隣接する発光素子にあっては、或る発光素子を構成する第１隔壁部が、この発光素子と隣接する発光素子を構成する第１隔壁部に相当する場合もあるし、この発光素子と隣接する発光素子を構成する第２隔壁部に相当する場合もある。更には、この場合には、第１隔壁部と第２隔壁部は、第３隔壁部及び第４隔壁部で結ばれており、格子状の隔壁部が形成される。
【００３７】
第１隔壁部と第２隔壁部との組合せによって格子状の隔壁部が形成される場合、係る格子状の隔壁部（第１隔壁部、第２隔壁部、第３隔壁部及び第４隔壁部の集合体）における発光層を取り囲む部分の平面形状（隔壁部側面の射影像の内側輪郭線に相当し、一種の開口領域である）として、矩形形状、円形形状、楕円形状、長円形状、三角形形状、五角形以上の多角形形状、丸みを帯びた三角形形状、丸みを帯びた矩形形状、丸みを帯びた多角形等を例示することができる。これらの平面形状（開口領域の平面形状）が２次元マトリックス状に配列されることにより、格子状の隔壁部が形成される。この２次元マトリックス状の配列は、例えば井桁様に配列されるものでもよいし、千鳥様に配列されるものでもよい。
【００３８】
第１隔壁部及び第２隔壁部を構成する材料（隔壁部形成用材料）として、例えば、感光性ポリイミド樹脂や、酸化コバルト等の金属酸化物により黒色に着色した鉛ガラス、低融点ガラスペースト、ＳｉＯ2、ＳｉＮを例示することができる。隔壁部の表面（頂面及び側面）には、隔壁部からガスが放出されることを防止するための層（例えば、ＳｉＮから成る）を形成してもよい。
【００３９】
隔壁部の形成方法として、使用する隔壁部形成用材料にも依るが、スクリーン印刷法、ドライフィルム法、感光法、キャスティング法、サンドブラスト形成法、ＰＶＤ法とエッチング法との組合せ、ＣＶＤ法とエッチング法との組合せを例示することができる。ここで、スクリーン印刷法とは、隔壁部を形成すべき部分に対応するスクリーンの部分に開口が形成されており、スクリーン上の隔壁部形成用材料をスキージを用いて開口を通過させ、基体上に隔壁部形成用材料層を形成した後、係る隔壁部形成用材料層を焼成する方法である。ドライフィルム法とは、基体上に感光性フィルムをラミネートし、露光及び現像によって隔壁部形成予定部位の感光性フィルムを除去し、除去によって生じた開口に隔壁部形成用材料を埋め込み、焼成する方法である。感光性フィルムは焼成によって燃焼、除去され、開口に埋め込まれた隔壁部形成用材料が残り、隔壁部となる。感光法とは、基体上に感光性を有する隔壁部形成用材料層を形成し、露光及び現像によってこの隔壁部形成用材料層をパターニングした後、焼成（硬化）を行う方法である。キャスティング法（型押し成形法）とは、ペースト状とした有機材料あるいは無機材料から成る隔壁部形成用材料層を型（キャスト）から基体上に押し出すことで隔壁部形成用材料層を形成した後、係る隔壁部形成用材料層を焼成する方法である。サンドブラスト形成法とは、例えば、スクリーン印刷やメタルマスク印刷法、ロールコーター、ドクターブレード、ノズル吐出式コーター等を用いて隔壁部形成用材料層を基体上に形成し、乾燥させた後、隔壁部を形成すべき隔壁部形成用材料層の部分をマスク層で被覆し、次いで、露出した隔壁部形成用材料層の部分をサンドブラスト法によって除去する方法である。隔壁部を形成した後、隔壁部を研磨し、隔壁部頂面の平坦化を図ってもよい。
【００４０】
発光層からの光を吸収する光吸収層が、隣り合う発光層の間、あるいは、隔壁部と基体との間に形成されていることが、表示画像のコントラスト向上といった観点から好ましい。ここで、光吸収層は、所謂ブラック・マトリックスとして機能する。光吸収層を構成する材料として、発光層からの光を９９％以上吸収する材料を選択することが好ましい。このような材料として、カーボン、金属薄膜（例えば、クロム、ニッケル、アルミニウム、モリブデン等、あるいは、これらの合金）、金属酸化物（例えば、酸化クロム）、金属窒化物（例えば、窒化クロム）、耐熱性有機樹脂、ガラスペースト、黒色顔料や銀等の導電性粒子を含有するガラスペースト等の材料を挙げることができ、具体的には、感光性ポリイミド樹脂、酸化クロムや、酸化クロム／クロム積層膜を例示することができる。尚、酸化クロム／クロム積層膜においては、クロム膜が基体と接する。光吸収層は、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法とエッチング法との組合せ、真空蒸着法やスパッタリング法、スピンコーティング法とリフトオフ法との組合せに、スクリーン印刷法、リソグラフィ技術等、使用する材料に依存して適宜選択された方法にて形成することができる。
【００４１】
本発明にあっては、発光層と基体との間に、発光層からの光を反射するための光反射層を設けてもよい。また、発光層の上方には、発光層からの光の集束（収束）等のために一種のレンズを設けてもよい。更には、第１電極あるいは第２電極のオン／オフ制御のために、第１電極あるいは第２電極に接続されたスイッチング素子［例えば、ＭＯＳ型ＦＥＴや薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）といった３端子素子や、ＭＩＭ素子、バリスタ素子、ダイオード等の２端子素子］を配設することが望ましい。
【００４２】
本発明にあっては、水平方向の希土類原子の濃度ピークの測定や、量子ドットの表面に付着し、及び／又は、量子ドットの内部に含まれた希土類原子の量（濃度）の測定は、ラザフォード（Ratherford）後方散乱（ＲＢＳ）測定に基づき行うことができる。
【００４３】
本発明の第１の態様に係る発光素子あるいは発光装置を製造するための製造方法（以下、第１の製造方法と呼ぶ）にあっては、第１材料層及び第２材料層の少なくとも一方の層にイオン注入を施すことで、第１材料層及び第２材料層の少なくとも一方の層に希土類原子を含ませることができる。あるいは又、第１材料層及び第２材料層の少なくとも一方の層を例えばスパッタリング法で形成するとき、同時に、スパッタリング法に基づき、第１材料層及び第２材料層の少なくとも一方の層に希土類原子を含ませることができる。そして、これらの場合、希土類原子が含まれている層において、水平方向の希土類原子の濃度ピークが、該層と量子井戸層の界面から、フェルスター機構によるエネルギー遷移が起こる範囲内に位置するように、イオン注入を施し、あるいは又、スパッタリングを行う構成とすることができ、この場合、希土類原子が含まれている層において、水平方向の希土類原子の濃度ピークは、該層と量子井戸層の界面から１×１０-8ｍの範囲内に位置することが好ましい。あるいは又、希土類原子が含まれている層において、水平方向の希土類原子の濃度ピークが、該層と量子井戸層の界面から、デクスター機構によるエネルギー遷移が起こる範囲内に位置するように、イオン注入を施し、あるいは又、スパッタリングを行う構成とすることができ、この場合、希土類原子が含まれている層において、水平方向の希土類原子の濃度ピークは、該層と量子井戸層の界面から１×１０-9ｍの範囲内に位置することが好ましい。あるいは又、希土類原子が含まれている層において、水平方向の希土類原子の濃度ピークは、該層と量子井戸層の界面から、フォトンを介したエネルギー遷移が起こる範囲内に位置するように、イオン注入を施し、あるいは又、スパッタリングを行う構成とすることができる。
【００４４】
一方、本発明の第２の態様に係る発光素子あるいは発光装置を製造するための製造方法（以下、第２の製造方法と呼ぶ）にあっては、量子ドットを形成した後、量子ドット中に希土類原子を拡散させ、及び／又は、量子ドットの表面に希土類原子を付着させ、次いで、量子ドットとシリコンアルコキシドとを混合して得られた生成物を基体に付着させた後、生成物をアニール処理することによって、発光層を形成することができる。
【００４５】
第２の製造方法にあっては、量子ドットとシリコンアルコキシドとを混合して生成物を得る工程は、量子ドットとシリコンアルコキシドとを混合した後、アルカリ又は酸を触媒として添加して、シリコンアルコキシドを加水分解する工程から成る構成とすることができる。ここで、限定するものではないが、触媒として、水酸化アンモニウム（ＮＨ4ＯＨ）を添加する構成を例示することができる。尚、量子ドットとシリコンアルコキシドとを混合して得られた生成物はゾル状若しくはゲル状の生成物であり、この生成物を発光素子毎に基体に付着させる構成とすることができる。
【００４６】
更には、上述した各種の好ましい形態を含む第２の製造方法において、シリコンアルコキシドとして、テトラメトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣＨ3）4）、あるいは又、テトラエトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）4）を例示することができる。
【００４７】
更には、上述した各種の好ましい形態を含む第２の製造方法にあっては、アニール処理は、希ガス若しくは窒素ガスから成る不活性ガス雰囲気下、１００゜Ｃ以上、１５００゜Ｃ以下の温度、好ましくは、１００゜Ｃ以上、１３００゜Ｃ以下の温度、更に好ましくは、１００゜Ｃ以上、１２００゜Ｃ以下の温度で行うことが望ましい。このようなアニール処理を行うことで、水などの不純物を焼き飛ばし、希土類イオンの活性化を行うことができる。
【００４８】
また、上述した各種の好ましい形態を含む第２の製造方法にあっては、限定するものではないが、シリコン半導体基板を陽極酸化することで得られた多孔質のシリコン半導体基板を溶媒中で超音波処理することで、量子ドットを形成することが望ましい。
【００４９】
更には、上述した各種の好ましい形態を含む第２の製造方法にあっては、量子ドットへのイオン注入によって、量子ドット中に希土類原子を拡散させる構成とすることができ、あるいは又、無電解めっき法、スパッタリング法若しくは分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ法）によって、量子ドットの表面に希土類原子を付着させる構成とすることができる。また、量子ドットとシリコンアルコキシドとを混合して得られた生成物を基体に付着させる方法として、スクリーン印刷法、インクジェット方式による印刷法、浸漬法を挙げることができる。
【発明の効果】
【００５０】
本発明にあっては、端面発光構造を有する発光層を基体に対して垂直に配設し、発光層の端面から光を射出させるので、発光素子の縮小化が可能となる。
【００５１】
しかも、本発明にあっては、発光層を、量子井戸層と希土類原子、あるいは、量子ドットと希土類原子から構成するので、例えば絶縁体である酸化シリコン膜に希土類原子を分散させただけの従来の発光素子と比較して、より低電圧で、大きな電流を流すことができ、発光強度が高く、半値幅の狭い発光波長を得ることが可能となる。これは、量子井戸層や量子ドットにキャリアがトラップされ、キャリアのエネルギーが閉じ込められた状態となり、このとき、量子井戸層や量子ドットの近傍に希土類原子が存在すると、量子井戸層や量子ドットに閉じ込められたキャリアのエネルギーが希土類原子に移送され（即ち、エネルギー遷移が起こり）、次いで、希土類原子の殻内遷移により発光が生じるからであると考えられる。そして、この場合、量子井戸層や量子ドットが存在せず、ホットエレクトロンのみによって希土類原子の殻内遷移による発光が生じる場合と比較して、低消費電力で、より高い発光強度が得られる。更には、絶縁体である酸化シリコンのみから構成された発光層に比べて、量子井戸構造を有する場合、発光層の電気抵抗が低減され、発光素子の低電圧駆動化を図ることができる。しかも、発光素子は、自発光で、磁気の影響を受け難く、表示装置を大型化しても歪みが無く、鮮明で高画質な画像であって、高視野角の表示装置を得ることが可能となる。更には、従来の薄型表示装置と比較して、一層の軽量化、薄型化を実現できるし、一層の低消費電力化、低コスト化が可能となる。
【００５２】
また、本発明の第１の態様においては、希土類原子が含まれている層における水平方向の希土類原子の濃度ピークの位置を規定することで、発光効率を向上させることができるし、本発明の第２の態様においては、発光層を、量子ドット、並びに、量子ドットの表面に付着し、及び／又は、該量子ドットの内部に含まれた希土類原子から構成するので、発光効率を向上させることができる。
【００５３】
また、本発明において、シリコン系材料から発光素子を構成すれば、他の材料と比較して、組成が安定しているという利点がある。更には、シリコン系材料は、資源が豊富なため原料価格が安いし、環境負荷が小さく廃棄物として無害であり、しかも、融点が高いため、製造上の高温処理に十分に耐えられるという利点もある。また、基体としてシリコン半導体基板を用いれば、あるいはＴＦＴ構造を採用すれば、駆動用のトランジスタやスイッチング素子と発光素子とを一体的に製造することが可能であり、表示装置の更なる軽量化、薄型化が可能となるし、製造プロセスの簡略化も可能となる。更には、駆動用のトランジスタを基体に相当するシリコン半導体基板に作り込めば、電子移動度が、アモルファスシリコン（１ｃｍ2Ｖ-1秒-1）やポリシリコン（１００ｃｍ2Ｖ-1秒-1〜４００ｃｍ2Ｖ-1秒-1）と比較して、６００ｃｍ2Ｖ-1秒-1程度と高くなり、一層の応答速度の向上が可能となる。
【００５４】
そして、以上の結果として、更なる高精細化を可能とし、しかも、軽量化、薄型化を実現できる上、一層の低消費電力化、低コスト化を可能とする、高画質な表示装置や表示装置用バックライトを提供することができる。
【００５５】
尚、第１の製造方法において、第１材料層及び第２材料層の少なくとも一方の層にイオン注入を施し、あるいは又、スパッタリングを行うことで希土類原子を含ませれば、また、第２の製造方法において、希土類原子を含む（付着された態様を包含する）量子ドットとシリコンアルコキシドとを混合して得られた生成物（例えば、ゾル状生成物若しくはゲル状生成物）を基体の所定の位置に付着させれば、発光素子毎に、即ち、異なる色を発光する発光素子を所望の領域に容易に形成することができ、大型の表示装置においても、発光素子を精度良く形成することができる。特に、第２の製造方法においては、従来の気相プロセスに比べてより低い消費エネルギーで発光層を形成することが可能であるし、生成物の付着工程では、安価なスクリーン印刷方式やインクジェット方式、浸漬方式を用いることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。
【実施例１】
【００５７】
実施例１は、本発明の第１の態様に係る発光素子及び発光装置に関し、具体的には、電流注入型エレクトロルミネッセンス素子から構成された発光素子、及び、複数の電流注入型エレクトロルミネッセンス素子から構成された発光装置に関する。実施例１の発光素子及び発光装置の模式的な一部断面図を図１の（Ａ）に示し、模式的な一部平面図を図１の（Ｂ）に示す。
【００５８】
電流注入型エレクトロルミネッセンス素子である実施例１の発光素子３０は、
（Ａ）基体２５上に形成され、頂面３１Ａ、及び、側壁３１Ｂを有する第１隔壁部３１、
（Ｂ）基体２５上に形成され、頂面３２Ａ、及び、第１隔壁部３１の側壁３１Ｂと対向する側壁３２Ｂを有する第２隔壁部３２、
（Ｃ）第１隔壁部３１の側壁３１Ｂに形成された第１電極４１、
（Ｄ）第２隔壁部３２の側壁３２Ｂに形成された第２電極４２、並びに、
（Ｅ）基体２５上であって、第１電極４１と第２電極４２の間に形成された発光層５０、
を備えている。
【００５９】
そして、発光層５０は、第１電極４１と接する第１材料層５１、第２電極４２と接する第２材料層５２、及び、第１材料層５１と第２材料層５２とによって挟まれた量子井戸層５４から成り、第１材料層５１及び第２材料層５２の少なくとも一方の層（実施例１にあっては、第２材料層５２）には、希土類原子５３（より具体的には、希土類原子に由来したイオン）が含まれている。尚、図面においては、希土類原子５３あるいは希土類原子に由来したイオンを、「×」印で表示している。
【００６０】
ここで、第１材料層５１及び第２材料層５２は、シリコンを主成分とし、具体的にはシリコン系酸化物、より具体的には酸化シリコン（ＳｉＯ2）から成る。また、量子井戸層５４は、例えば、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、若しくは、シリコン−ゲルマニウム（Ｓｉ−Ｇｅ）から成り、あるいは又、シリコン系酸化物から成る。
【００６１】
また、希土類原子５３が含まれている層（実施例１にあっては第２材料層５２）において、水平方向の希土類原子の濃度ピークは、第２材料層５２と量子井戸層５４の界面から、フェルスター機構によるエネルギー遷移が起こる範囲内に位置する。より具体的には、希土類原子が含まれている層（実施例１にあっては第２材料層５２）において、水平方向の希土類原子の濃度ピークは、第２材料層５２と量子井戸層５４の界面から１×１０-8ｍ（１０ｎｍ）の範囲内に位置する。あるいは又、希土類原子が含まれている層（実施例１にあっては第２材料層５２）において、水平方向の希土類原子の濃度ピークは、第２材料層５２と量子井戸層５４の界面からフォトンを介したエネルギー遷移が起こる範囲内に位置する。尚、希土類原子５３は、第１材料層５１のみに導入してもよいし、第１材料層５１及び第２材料層５２の両方に導入してもよい。
【００６２】
希土類原子５３はユーロビウム（Ｅｕ）であり、この場合、Ｅｕ3+を含む発光素子は赤色（波長：６１５ｎｍ）を発光し、あるいは又、希土類原子５３はプラセオジウム（Ｐｒ）であり、この場合、Ｐｒ3+を含む発光素子は赤色（波長：６０５ｎｍ）を発光し、あるいは又、希土類原子５３はエルビウム（Ｅｒ）であり、この場合、Ｅｒ3+を含む発光素子は橙色（波長：５７０ｎｍ）を発光し、あるいは又、希土類原子５３はテルビウム（Ｔｂ）であり、この場合、Ｔｂ3+を含む発光素子は緑色（波長：５４５ｎｍ）を発光し、あるいは又、希土類原子５３はセリウム（Ｃｅ）であり、この場合、Ｃｅ3+を含む発光素子は青色（波長：５３０ｎｍ）を発光し、あるいは又、希土類原子５３はツリウム（Ｔｍ）であり、この場合、Ｔｍ3+を含む発光素子は青色（波長：４５０ｎｍ）を発光する。尚、希土類原子５３を、以上に説明した、あるいは、それ以外の希土類原子の複数種から構成することもでき、この場合の発光色は、希土類原子が発光する特有の発光色の混色となる。
【００６３】
また、実施例１の発光装置は、この発光素子３０を、複数、備えている。具体的には、赤色に相当する第１の波長λ1の光を発光する第１の発光素子（赤色発光素子３０Ｒ）、緑色に相当する第２の波長λ2の光を発光する第２の発光素子（緑色発光素子３０Ｇ）、及び、青色に相当する第３の波長λ3の光を発光する第３の発光素子（青色発光素子３０Ｂ）の３種類の発光素子によって、１つの発光素子ユニットが構成され、発光装置は、複数の発光素子ユニットを備えている。図１の（Ｂ）に示した例にあっては、赤色発光素子３０Ｒが一列に配され、緑色発光素子３０Ｇが一列に配され、青色発光素子３０Ｂが一列に配されている。
【００６４】
ガラス基板から成る基板１０には、図１の（Ａ）に示すように、スイッチング素子としての周知の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が形成されている。ここで、薄膜トランジスタは、多結晶シリコン層１１に形成されたチャネル形成領域２４及びソース／ドレイン領域２３、チャネル形成領域２４の上方にゲート絶縁膜２１を介して形成されたゲート電極２２から構成されている。薄膜トランジスタ及び多結晶シリコン層１１は、基体２５である層間絶縁層によって覆われている。また、薄膜トランジスタの一方のソース／ドレイン領域２３は、基体（層間絶縁層）２５に設けられたコンタクトプラグ２６を介して第２電極４２に接続されており、薄膜トランジスタの一方のソース／ドレイン領域２３は、図示しない電源に接続されている。尚、第１電極４１は、図示しない配線を介して接地されている。
【００６５】
そして、薄膜トランジスタをオン状態とすることによって、第２電極４２に電圧が印加される結果、第２電極４２電極から発光層５０に電荷担体が直接流入することで、発光層５０が発光し、発光層５０が、第１材料層５１、量子井戸層５４、及び、第２材料層５２が水平方向（基体２５の表面と略平行な方向）に積層された構造を有するので、このような構造における発光層５０の端面（図１の（Ａ）に示した例にあっては発光層５０の頂面が相当する）から、この光は、基体２５の上方へと射出される。
【００６６】
以下、基体等の模式的な一部断面図及び模式的な一部平面図である、図２の（Ａ）、（Ｂ）、図３の（Ａ）、（Ｂ）、図４の（Ａ）、（Ｂ）、図５の（Ａ）、（Ｂ）、図６の（Ａ）、（Ｂ）、及び、図７の（Ａ）、（Ｂ）を参照して、実施例１の発光素子の製造方法を説明する。
【００６７】
［工程−１００］
先ず、ガラス基板から成る基板１０上に周知の方法で薄膜トランジスタを形成し、更に、その上に、例えば、ＳｉＯ2から成る基体（層間絶縁層）２５を形成し、基体（層間絶縁層）２５にコンタクトプラグ２６を形成する。尚、薄膜トランジスタは、発光素子毎に設ける。
【００６８】
［工程−１１０］
次いで、基体２５上に、ＳｉＮから成る第１隔壁部３１と第２隔壁部３２、更には、第１隔壁部３１と第２隔壁部３２とを結ぶ第３隔壁部３３及び第４隔壁部３４から成る格子状の隔壁部３１，３２，３３，３４を、周知のＣＶＤ法及びリソグラフィ技術とエッチング技術の組合せに基づき形成する（図２の（Ａ）及び（Ｂ）参照）。こうして、基体２５上に、頂面３１Ａ及び側壁３１Ｂを有する第１隔壁部３１を形成することができ、併せて、基体２５上に、頂面３２Ａ及び第１隔壁部３１の側壁３１Ｂと対向する側壁３２Ｂを有する第２隔壁部３２を形成することができる。
【００６９】
［工程−１２０］
その後、第１隔壁部３１の側壁３１Ｂに第１電極４１を形成し、第２隔壁部３２の側壁３２Ｂに第２電極４２を形成する。具体的には、第１隔壁部３１と第２隔壁部３２と第３隔壁部３３と第４隔壁部３４とによって囲まれた凹部３５の中央部分から第３隔壁部３３及び第４隔壁部３４の一部分に亙り、レジスト材料から成るマスク層６０を周知の方法で形成する（図３の（Ａ）及び（Ｂ）参照）。次いで、全面に、例えばＰｄ／Ａｕから成る導電材料層をスパッタリング法で形成した後、マスク層６０を除去し、次いで、格子状の隔壁部３１，３２，３３，３４の頂面上の導電材料層を研磨法にて除去することで、第１隔壁部３１の側壁３１Ｂに第１電極４１を形成し、第２隔壁部３２の側壁３２Ｂに第２電極４２を形成することができる（図４の（Ａ）及び（Ｂ）参照）。
【００７０】
［工程−１３０］
次に、凹部３５の、第１材料層５１を形成すべき部分以外の部分を、レジスト材料から成るマスク層６１によって周知の方法に基づき埋める（図５の（Ａ）及び（Ｂ）参照）。次いで、凹部３５の第１材料層５１を形成すべき部分を、例えば、プラズマＣＶＤ法に基づき、シリコンを主成分とする（より具体的には、ＳｉＯ2から成る）第１材料層５１で埋めた後、マスク層６１を除去する。こうして、図６の（Ａ）及び（Ｂ）に示した構造を得ることができる。
【００７１】
［工程−１４０］
その後、斜め方向からのスパッタリングによって、凹部３５内の第１材料層５１の側壁に、例えばシリコン（Ｓｉ）から成り、厚さ１０ｎｍの量子井戸層５４を形成する。具体的には、例えば、Ａｒ流量２０ｓｃｃｍ、１×１０-4Ｐａの圧力下、ＲＦパワー５００Ｗにて、Ｓｉターゲットをアルゴンプラズマにてスパッタリングすることで、量子井戸層５４を形成することができる。尚、この量子井戸層５４は、第１材料層５１の頂面及び格子状の隔壁部３１，３２，３３，３４上にも堆積する。尚、シリコン（Ｓｉ）から成る量子井戸層５４の形成の代わりに、ゲルマニウム（Ｇｅ）から成る量子井戸層５４を形成してもよいし、シリコン−ゲルマニウム（Ｓｉ−Ｇｅ）から成る量子井戸層５４を形成してもよいし、シリコン系酸化物から成る量子井戸層５４を形成してもよい。
【００７２】
［工程−１５０］
次いで、斜め方向からのスパッタリングによって、量子井戸層５４の側壁（量子井戸層５４の第２電極４２と対向した面）上に、シリコンを主成分とする（より具体的には、ＳｉＯ2から成る）第２材料層５２を所望の厚さ（水平方向の厚さ）だけ堆積させる。そして、斜め方向からのイオン注入法によって、第２材料層５２の側壁（第２電極４２と対向した面）から希土類原子５３をイオン注入する。即ち、希土類原子が含まれている層（第２材料層５２）において、水平方向の希土類原子の濃度ピークが、第２材料層５２と量子井戸層５４の界面から、フェルスター機構によるエネルギー遷移が起こる範囲内に位置するように、第２材料層５２を所望の厚さ（水平方向の厚さ）だけ堆積させた後、イオン注入を施す。あるいは又、希土類原子が含まれている層（第２材料層５２）において、水平方向の希土類原子の濃度ピークが、第２材料層５２と量子井戸層５４の界面から、フォトンを介したエネルギー遷移が起こる範囲内に位置するように、第２材料層５２を所望の厚さ（水平方向の厚さ）だけ堆積させた後、イオン注入を施す。具体的には、第２材料層５２と量子井戸層５４の界面から水平方向に１０ｎｍの範囲内に、水平方向の希土類原子５３の濃度ピークが位置するように、第２材料層５２を所望の厚さ（水平方向の厚さ）だけ堆積させた後、希土類原子５３（より具体的には、希土類原子に由来したイオン）をイオン注入する。イオン注入後、４００゜Ｃ程度の温度で１分〜１００分程度のアニール処理を施し、イオン注入による第２材料層５２におけるダメージの回復を図ることが望ましい。尚、ドーズ量の望ましい範囲として、１×１０11ａｔｏｍｓ／ｃｍ2乃至１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2、好ましくは、１×１０12ａｔｏｍｓ／ｃｍ2乃至１×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ2を挙げることができる。尚、テルビウム（Ｔｂ）、ユーロビウム（Ｅｕ）、プラセオジウム（Ｐｒ）、エルビウム（Ｅｒ）、セリウム（Ｃｅ）、及び、ツリウム（Ｔｍ）をイオン注入する場合、これらの希土類原子に由来したイオンをイオン注入するための最適な加速エネルギー及びドーズ量を各種の試験に基づき決定し、その決定に基づきイオン注入を行えばよい。
【００７３】
［工程−１６０］
次いで、凹部３５の第２材料層５２の残りを形成すべき部分を、例えば、プラズマＣＶＤ法に基づき、シリコンを主成分とする（より具体的には、ＳｉＯ2から成る）第１材料層５２で埋めた後、第１材料層５１の頂面及び格子状の隔壁部３１，３２，３３，３４上に堆積した第２材料層５２及び量子井戸層５４を化学的／機械的研磨法（ＣＭＰ法）で除去する。こうして、図７の（Ａ）及び（Ｂ）に示した構造を得ることができる。
【００７４】
こうして、基体２５上であって、第１電極４１と第２電極４２の間に発光層５０（第１材料層５１，第２材料層５２，量子井戸層５４）を形成することができる。
【００７５】
尚、［工程−１５０］において、イオン注入法の代わりに、スパッタリング法にて、第２材料層５２の形成と希土類原子５３の導入を行ってもよい。
【００７６】
また、［工程−１５０］において、水平方向の希土類原子の濃度ピークが、この層と量子井戸層の界面から、デクスター機構によるエネルギー遷移が起こる範囲内（量子井戸層に閉じ込められたキャリアのエネルギーが希土類原子に移送され得る範囲内）に位置してもよい。具体的には、希土類原子が含まれている層（第２材料層５２）において、水平方向の希土類原子の濃度ピークを、第２材料層５２と量子井戸層５４の界面から水平方向に１×１０-9ｍ（１ｎｍ）の範囲内に位置させてもよい。
【００７７】
以下、実施例１における希土類原子（実施例１にあっては、より具体的には、希土類原子に由来したイオン）の導入位置について説明する。ここで、希土類原子５３が含まれている層における水平方向の希土類原子の濃度ピークが、この層と量子井戸層の界面から距離「ｄ」だけ離れているとする。
【００７８】
このｄの値が１００ｎｍである場合、例えば、フェルスター機構によるエネルギー遷移が期待される１０ｎｍ以内に量子井戸層５４と希土類原子５３とが接近している場合があり得るので、量子井戸層５４が存在しない場合と比較して、発光素子の発光効率が若干なりとも向上することを期待することができる。一方、このｄの値が１０ｎｍである場合、例えば、共鳴的双極子−双極子相互作用によるエネルギー移動であるフェルスター機構に基づく移動距離の上限は１０ｎｍであると云われており、エネルギーの遷移効率の大幅なる向上を期待することができる。更には、このｄの値が１ｎｍである場合、例えば、分子間接触による電子の交換によるエネルギー移動であるデクスター機構に基づく移動距離の上限は１ｎｍであると云われており、エネルギーの遷移効率の一層大幅なる向上を期待することができる。
【実施例２】
【００７９】
実施例２は、本発明の第２の態様に係る発光素子及び発光装置に関し、具体的には、電流注入型エレクトロルミネッセンス素子から構成された発光素子、及び、複数の電流注入型エレクトロルミネッセンス素子から構成された発光装置に関する。実施例２の発光素子及び発光装置の模式的な一部断面図を図８の（Ａ）に示す。尚、模式的な一部平面図は、図１の（Ｂ）に示したと実質的に同じである。
【００８０】
電流注入型エレクトロルミネッセンス素子である実施例２の発光素子１３０も、
（Ａ）基体２５上に形成され、頂面３１Ａ、及び、側壁３１Ｂを有する第１隔壁部３１、
（Ｂ）基体２５上に形成され、頂面３２Ａ、及び、第１隔壁部３１の側壁３１Ｂと対向する側壁３２Ｂを有する第２隔壁部３２、
（Ｃ）第１隔壁部３１の側壁３１Ｂに形成された第１電極４１、
（Ｄ）第２隔壁部３２の側壁３２Ｂに形成された第２電極４２、並びに、
（Ｅ）基体２５上であって、第１電極４１と第２電極４２の間に形成された発光層７０、
を備えている。
【００８１】
そして、発光層７０は、実施例１とは異なり、量子ドット７１、並びに、量子ドット７１の表面に付着した希土類原子７３から成る。尚、図８の（Ａ）にあっては、量子ドット７１が規則正しく配列されているように図示しているが、実際には、量子ドット７１はランダムに配列されている。ここで、量子ドット７１は、シリコン（Ｓｉ）から成り、酸化シリコン（ＳｉＯ2）から成る材料層７２中に一種の分散状態で存在する。
【００８２】
希土類原子７３はユーロビウム（Ｅｕ）であり、この場合、Ｅｕ3+を含む発光素子は赤色（波長：６１５ｎｍ）を発光し、あるいは又、希土類原子７３はプラセオジウム（Ｐｒ）であり、この場合、Ｐｒ3+を含む発光素子は赤色（波長：６０５ｎｍ）を発光し、あるいは又、希土類原子７３はエルビウム（Ｅｒ）であり、この場合、Ｅｒ3+を含む発光素子は橙色（波長：５７０ｎｍ）を発光し、あるいは又、希土類原子７３はテルビウム（Ｔｂ）であり、この場合、Ｔｂ3+を含む発光素子は緑色（波長：５４５ｎｍ）を発光し、あるいは又、希土類原子７３はセリウム（Ｃｅ）であり、この場合、Ｃｅ3+を含む発光素子は青色（波長：５３０ｎｍ）を発光し、あるいは又、希土類原子７３はツリウム（Ｔｍ）であり、この場合、Ｔｍ3+を含む発光素子は青色（波長：４５０ｎｍ）を発光する。尚、希土類原子７３を、以上に説明した、あるいは、それ以外の希土類原子の複数種から構成することもでき、この場合の発光色は、希土類原子が発光する特有の発光色の混色となる。
【００８３】
以下、実施例２の発光素子の製造方法を説明する。
【００８４】
［工程−２００］
先ず、実施例１の［工程−１００］と同様の工程を実行することで、ガラス基板から成る基板１０上に周知の方法で薄膜トランジスタを形成し、更に、その上に、例えば、ＳｉＯ2から成る基体（層間絶縁層）２５を形成し、基体（層間絶縁層）２５にコンタクトプラグ２６を形成する。次いで、実施例１の［工程−１１０］と同様の工程を実行することで、格子状の隔壁部３１，３２，３３，３４を形成し、更に、実施例１の［工程−１２０］と同様の工程を実行することで、第１隔壁部３１の側壁３１Ｂに第１電極４１を形成し、第２隔壁部３２の側壁３２Ｂに第２電極４２を形成する。
【００８５】
［工程−２１０］
一方、シリコン半導体基板を陽極酸化（陽極化成）することによって、多孔質のシリコン半導体基板を得た後、このシリコン半導体基板を溶媒中で超音波処理することで、シリコンから成る量子ドット７１を得る。
【００８６】
具体的には、図８の（Ｂ）に概念図を示すように、シリコン半導体基板（例えば、ｐ型シリコン半導体基板：抵抗率＝１Ωｃｍ〜１０Ωｃｍ）８０を、フッ酸（５０重量％）とエタノール溶液とを体積比１：１の割合で混合した電解溶液８１中において、電流密度１００ｍＡ／ｃｍ2で陽極酸化（陽極化成）して、シリコン半導体基板８０を多孔質化する。即ち、多孔質のシリコン半導体基板を得る。このとき、シリコン半導体基板８０を陽極として用い、対極に白金電極８２を用いる。
【００８７】
その後、例えばトルエンから成る溶媒中で、陽極酸化によって得られた多孔質のシリコン半導体基板８０を超音波処理する。その結果、多孔質のシリコン半導体基板８０からシリコンから成る量子ドット７１がふるい落とされ、溶媒中に分散される。次いで、溶媒中に分散させた量子ドット７１を遠心分離機を用いてサイズ毎に選別し、粒径のほぼ揃ったシリコンから成る量子ドット７１を得ることができる。尚、量子ドット７１は、希ガス中のレーザアブレーション法を用いても得ることができる。
【００８８】
［工程−２２０］
次に、無電解めっき法により、希土類原子７３を、量子ドット７１の表面に付着させる。無電解めっき法において使用するめっき浴は、例えば、クエン酸ナトリウム、次亜リン酸ナトリウム、及び、硫酸アンモニウムから成る。ここで、クエン酸ナトリウムは、水酸化物の沈殿防止とめっき速度の調整を行うため、めっき浴中でめっき層を形成するイオンと安定な可溶性錯体を形成する錯化剤として用いられる。また、次亜リン酸ナトリウムは、めっき層を形成する材料を析出させる還元剤として用いられる。更には、硫酸アンモニウムは、めっき浴の分解を防止する安定剤とし用いられる。このめっき浴に、希土類元素の硫酸塩（例えば、ユーロビウム（Ｅｕ）の硫酸塩、プラセオジウム（Ｐｒ）の硫酸塩、エルビウム（Ｅｒ）の硫酸塩、テルビウム（Ｔｂ）の硫酸塩、セリウム（Ｃｅ）の硫酸塩、ツリウム（Ｔｍ）の硫酸塩）を溶解して、水素イオン濃度（ｐＨ）が８程度になるように水酸化アンモニウム（ＮＨ4ＯＨ）溶液を加え、９０゜Ｃに加熱する。そして、［工程−２１０］で得られたシリコン（Ｓｉ）から成る量子ドット７１をめっき浴中に投入し、所望量の希土類原子が量子ドット７１の表面に付着されるまで、放置する。こうして、無電解めっき法により、希土類原子を含む量子ドット７１を得ることができる。無電解めっき処理後、量子ドット７１を超純水で洗浄し、めっき浴の溶液を洗い流す。
【００８９】
尚、希土類原子７３を、量子ドット７１の表面に付着させる方法は、無電解めっき法に限定されず、例えば、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法（分子線エピタキシャル法）を採用することもできる。また、希土類原子７３を、量子ドット７１の内部に含ませる（拡散させる）方法として、例えば、イオン注入法を挙げることができる。
【００９０】
［工程−２３０］
次に、［工程−２２０］で得られた量子ドット７１とシリコンアルコキシドとを混合して生成物を得る。具体的には、量子ドット７１とシリコンアルコキシドとを混合した後、アルカリ又は酸を触媒として添加して、シリコンアルコキシドを加水分解する。こうして、ゾル状若しくはゲル状の生成物を得ることができる。
【００９１】
より具体的には、例えばポリプロピレン製の容器に、［工程−２２０］で得られた所望量の量子ドット７１、テトラエトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）4）、及び、メタノールを加え、更に、モル比にしてテトラエトキシシランの２倍以上のモル数の水を加える。更には、容器の底へ乾燥制御剤としてＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドを加えて、攪拌する。この混合溶液に、触媒として０．１Ｎの水酸化アンモニウム（ＮＨ4ＯＨ，アンモニア水溶液）を加え、更に攪拌した後、容器に蓋をして、室温にて数日間放置する。この間、テトラエトキシシランの加水分解が進行し、ゲル化する。その後、容器の蓋を少し開け、室温にて放置し、容器内の溶媒を徐々に揮発させ、内容物を徐々に乾燥させる。更に、例えば５０゜Ｃの恒温槽中にて乾燥させて、粘度の高いゲル状の生成物を得る。尚、シリコンアルコキシドとして、テトラエトキシシランを用いる代わりに、例えばテトラメトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣＨ3）4）等を用いることもできる。また、触媒として０．１Ｎのアンモニア水溶液を用いたが、これに限定されるものではなく、塩酸等を用いることもできる。
【００９２】
［工程−２４０］
次に、量子ドット７１とシリコンアルコキシドとを混合して得られた生成物を、［工程−２００］によって得られた構造における凹部３５内の基体２５に付着させた後、生成物をアニール処理する。具体的には、例えば、スクリーン印刷法に基づき、凹部３５の底部に露出した基体２５上に、［工程−２３０］で得られたゲル状生成物を塗布する。
【００９３】
次に、凹部３５の底部に露出した基体２５上に塗布されたゲル状の生成物をアニール処理する。このアニール処理の条件として、例えば、アルゴン、窒素等の不活性な雰囲気中での４００゜Ｃ程度においての加熱処理を例示することができる。こうして、量子ドット７１、並びに、量子ドット７１の表面に付着した希土類原子７３から成る発光層７０を得ることができ、この場合、量子ドット７１は、シリコン（Ｓｉ）から成り、酸化シリコン（ＳｉＯ2）から成る材料層７２中に一種の分散状態で存在する。材料層７２は、テトラエトキシシランを出発物質としており、テトラエトキシシランの加水分解の結果物である。
【００９４】
［工程−２４０］において、スクリーン印刷法に基づきゲル状生成物を塗布すれば、即ち、発光単位毎（画素毎）に発光素子の発光層に塗り分ることで、例えば、大画面の表示装置においても、発光素子の発光層を、精度良く、しかも既存の気相プロセスに比べて、より低い消費エネルギーで形成することができる。また、希土類原子７３を、量子ドット７１の表面に付着させる方法として無電解めっき法を採用すれば、高真空状態とする必要がないため、表示装置の大型化に比較的容易に対応することができ、更には、プロセスに要する消費エネルギーを低減させることができる。また、真空プロセスで大画面の表示装置を作製する場合、成膜精度の劣化が生じる虞があるが、スクリーン印刷法に基づきゲル状生成物を基体に塗布すれば、大画面の表示装置を構成する発光素子あるいは発光装置の製造を高精度にて行うことができる。
【００９５】
発光装置を構成する発光素子の配列を、図９〜図１８の模式図を参照して説明する。尚、図９〜図１８において、「Ｒ」、「Ｇ」、「Ｂ」、「Ｏ」のアルファベットは、それぞれ、赤色、緑色、青色、橙色を発光する発光素子を意味する。また、赤色を発光する発光素子を赤色発光素子Ｒと呼び、緑色を発光する発光素子を緑色発光素子Ｇと呼び、青色を発光する発光素子を青色発光素子Ｂと呼び、橙色を発光する発光素子を橙色発光素子Ｏと呼ぶ。図９〜図１８の模式図を参照して説明する発光装置を構成する発光素子の配列は、実施例１及び実施例２に適用することができる。
【００９６】
更には、赤色に相当する第１の波長λ1（例えば、６１５ｎｍ）の光を発光する第１の発光素子（赤色発光素子Ｒであり、希土類原子としてＥｕ3+を含む）、緑色に相当する第２の波長λ2（例えば、５４５ｎｍ）の光を発光する第２の発光素子（緑色発光素子Ｇであり、希土類原子としてＴｂ3+を含む）、及び、青色に相当する第３の波長λ3（例えば、４５０ｎｍ）の光を発光する第３の発光素子（青色発光素子Ｂであり、希土類原子としてＴｍ3+を含む）の３種類の発光素子によって、１つの発光素子ユニット（１画素に相当する）が構成され、発光装置は複数の発光素子ユニットを備えている構成とすることができる。あるいは又、赤色に相当する第１の波長λ1（例えば、６１５ｎｍ）の光を発光する第１の発光素子（赤色発光素子Ｒであり、希土類原子としてＥｕ3+を含む）、緑色に相当する第２の波長λ2（例えば、５４５ｎｍ）の光を発光する第２の発光素子（緑色発光素子Ｇであり、希土類原子としてＴｂ3+を含む）、青色に相当する第３の波長λ3（例えば、４５０ｎｍ）の光を発光する第３の発光素子（青色発光素子Ｂであり、希土類原子としてＴｍ3+を含む）、及び、それ以外の色である橙色に相当する第４の波長λ4（例えば、５７０ｎｍ）の光を発光する第４の発光素子（橙色発光素子Ｏであり、希土類原子としてＥｒ3+を含む）の４種類の発光素子によって、１つの発光素子ユニット（１画素に相当する）が構成され、発光装置は複数の発光素子ユニットを備えている構成とすることができる。
【００９７】
図９に示す例にあっては、点線で囲んだ領域にて示す１画素（１つの発光素子ユニット）の平面形状は長方形である。また、図１０に示す例にあっては、点線で囲んだ領域にて示す１画素（１つの発光素子ユニット）の平面形状は正方形である。そして、発光素子Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｏを構成する発光層の平面形状は正方形であり、発光素子Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｏが、Ｘ方向及びＹ方向に配列されている。図９に示す例にあっては、１画素（１つの発光素子ユニット）において、赤色発光素子Ｒ、緑色発光素子Ｇ及び青色発光素子Ｂの３種類の発光素子が、Ｙ方向に順に配列されており、複数の画素（複数の発光素子ユニット）は、Ｘ方向及びＹ方向に２次元マトリックス状に配列されている。そして、図９に示す例にあっては、Ｘ方向には同色の発光素子が配列されている。一方、図１０に示す例にあっては、点線で囲んだ領域にて示す１画素（１つの発光素子ユニット）において、赤色発光素子Ｒ、緑色発光素子Ｇ、青色発光素子Ｂ及び橙色発光素子Ｏの４種類の発光素子が、Ｘ方向及びＹ方向に順に配列されており、複数の画素（複数の発光素子ユニット）は、Ｘ方向及びＹ方向に２次元マトリックス状に配列されている。発光素子Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｏのそれぞれに、オン／オフ制御のためのトランジスタ（図示せず）が設けられている。
【００９８】
図１１及び図１２に示す例にあっては、点線で囲んだ領域にて示す１画素（１つの発光素子ユニット）の平面形状は長方形である。そして、発光素子Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｏを構成する発光層の平面形状は長方形であり、発光素子Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｏが、Ｘ方向及びＹ方向に配列されている。図１１に示す例にあっては、１画素（１つの発光素子ユニット）において、赤色発光素子Ｒ、緑色発光素子Ｇ及び青色発光素子Ｂの３種類の発光素子の長手方向はＹ方向に延び、これらの発光素子Ｒ，Ｇ，ＢはＸ方向に順に配列されており、複数の画素（複数の発光素子ユニット）は、Ｘ方向及びＹ方向に２次元マトリックス状に配列されている。一方、図１２に示す例にあっては、１画素（１つの発光素子ユニット）において、赤色発光素子Ｒ、緑色発光素子Ｇ、青色発光素子Ｂ及び橙色発光素子Ｏの４種類の発光素子の長手方向はＹ方向に延び、これらの発光素子Ｒ，Ｇ，Ｂ，ＯはＸ方向に順に配列されており、複数の画素（複数の発光素子ユニット）は、Ｘ方向及びＹ方向に２次元マトリックス状に配列されている。発光素子Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｏのそれぞれに、オン／オフ制御のためのトランジスタ（図示せず）が設けられている。
【００９９】
図１３に示す例にあっては、点線で囲んだ領域にて示す１画素（１つの発光素子ユニット）の平面形状は３つの正六角形が組み合わされた形状を有し、図１４に示す例にあっては、点線で囲んだ領域にて示す１画素（１つの発光素子ユニット）の平面形状は４つの正六角形が組み合わされた形状を有する。一方、図１５に示す例にあっては、点線で囲んだ領域にて示す１画素（１つの発光素子ユニット）の平面形状は正三角形であり、図１６に示す例にあっては、点線で囲んだ領域にて示す１画素（１つの発光素子ユニット）の平面形状は菱形である。そして、発光素子Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｏを構成する発光層の平面形状は、正六角形、あるいは、円形であり、発光素子Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｏは、ハニカム状に、即ち、正三角形の頂点に配列されている。図１３及び図１５に示す例にあっては、１画素（１つの発光素子ユニット）において、赤色発光素子Ｒ、緑色発光素子Ｇ、青色発光素子Ｂの３種類の発光素子が、互いに隣接した状態に配列されており、図１３に示す例にあっては、水平方向には同色の発光素子が所定間隔を置いて配列されており、図１５に示す例にあっては、水平方向に、赤色発光素子Ｒ、緑色発光素子Ｇ及び青色発光素子Ｂが、順に、所定間隔を置いて配列されている。一方、図１４及び図１６に示す例にあっては、１画素（１つの発光素子ユニット）において、赤色発光素子Ｒ、緑色発光素子Ｇ、青色発光素子Ｂ及び橙色発光素子Ｏの４種類の発光素子が、互いに隣接した状態に配列されており、図１４に示す例にあっては、水平方向には同色の発光素子が所定間隔を置いて配列されており、図１６に示す例にあっては、水平方向に、赤色発光素子Ｒ、緑色発光素子Ｇ、青色発光素子Ｂ及び橙色発光素子Ｏが、順に、所定間隔を置いて配列されている。発光素子Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｏのそれぞれに、オン／オフ制御のためのトランジスタ（図示せず）が設けられている。
【０１００】
図１７に示す例にあっては、点線で囲んだ領域にて示す１画素（１つの発光素子ユニット）の平面形状は正六角形である。そして、発光素子Ｒ，Ｇ，Ｂを構成する発光層の平面形状は、正六角形を三等分した菱形であり、発光素子Ｒ，Ｇ，Ｂは、正三角形の頂点に配列されている。ここで、１画素（１つの発光素子ユニット）においては、赤色発光素子Ｒ、緑色発光素子Ｇ、青色発光素子Ｂの３種類の発光素子が、互いに隣接した状態に配列されている。そして、例えば、Ｙ方向には３種類の発光素子Ｒ，Ｇ，Ｂの内、１種類の発光素子（例えば青色発光素子Ｂ）が配置され、右斜め３０度の方向には例えば赤色発光素子Ｒが配置され、左斜め３０度の方向には例えば緑色発光素子Ｇが配置されている。発光素子Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれに、オン／オフ制御のためのトランジスタ（図示せず）が設けられている。
【０１０１】
図１８に示す例にあっては、点線で囲んだ領域にて示す１画素（１つの発光素子ユニット）の平面形状は正三角形である。そして、発光素子Ｒ，Ｇ，Ｂを構成する発光層の平面形状は、正三角形を三等分した二等辺三角形であり、発光素子Ｒ，Ｇ，Ｂの３種類の発光素子は、正三角形の頂点に配列されている。その際、或る画素内の発光素子と、その発光素子に隣接する画素内の発光素子とは同色を発光する発光素子とはならないように配列されている。発光素子Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれに、オン／オフ制御のためのトランジスタ（図示せず）が設けられている。
【０１０２】
実施例１あるいは実施例２の表示装置にあっては、本発明の発光素子を用いたことにより、自発光、軽量、薄型の表示装置を実現することが可能である。更には、希土類原子を、イオン注入法やスクリーン印刷法等に基づき発光層中に形成する場合、青色発光素子Ｂ、緑色発光素子Ｇ、赤色発光素子Ｒ、橙色発光素子Ｏの製造プロセスにおいて、イオン注入処理やスクリーン印刷等以外のプロセスは、全て、全発光素子について共通であるが故に、プロセスを簡略化することができる。また、スパッタリング法等で発光層を形成する場合、発光層の形成プロセス以外のプロセスは、全て、全発光素子について同様に作製できるが故に、プロセスを簡略化することができる。尚、発光素子Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｏのそれぞれのオン／オフ制御のためのトランジスタ（例えばＭＯＳ型トランジスタや薄膜トランジスタ）は、発光素子が形成された基体の面と同じ面に形成してもよいし、発光素子が形成された面と反対の面に形成してもよい。
【０１０３】
以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例１における量子井戸層５４を、半導体２次元量子井戸、半導体１次元量子井戸（例えば、量子細線）、半導体０次元量子井戸（例えば、量子ドット、ナノクリスタル）から構成することができる。更には、希土類原子が含まれている層における水平方向の希土類原子の濃度ピークの位置（ｄ）は、使用する希土類原子、発光強度等に応じて、適宜、変更可能である。また、量子井戸層５４を構成する材料として、シリコン層の場合について説明したが、シリコン系酸化物（ＳｉＯX（０＜Ｘ≦２）、シリコンを主成分とする窒化シリコン等のシリコン系化合物、シリコン系化合物の混合物、Ｇｅ等の所謂シリコン族系材料、シリコン族系材料の混合物、その他の半導体材料やその混合物を用いることもできる。
【０１０４】
実施例１あるいは実施例２にあっては、発光層５０の頂面から光が基体の上方へと射出されるとして説明したが、発光装置の構造によっては、発光層５０の底面から光が基体を介して下方へと射出される形態もあり得る。
【０１０５】
実施例１あるいは実施例２にあっては、隣接する発光素子において、或る発光素子を構成する第１隔壁部が、この発光素子と隣接する発光素子を構成する第１隔壁部に相当している。但し、このような構成に限定するものではなく、発光素子及び発光装置の模式的な一部断面図を図１９の（Ａ）に示し、模式的な一部平面図を図１９の（Ｂ）に示すように、或る発光素子を構成する第１隔壁部が、この発光素子と隣接する発光素子を構成する第２隔壁部に相当する構成とすることもできる。
【０１０６】
また、発光素子を、真性エレクトロルミネッセンス素子から構成することもできる。尚、この場合には、実施例１あるいは実施例２における発光素子において、第１電極４１及び第２電極４２のそれぞれの上に、例えばＳｉＯ2から成る絶縁膜を形成しておけばよく、その他の構成、構造は、実施例１において説明した発光素子の構成、構造と同様とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】図１の（Ａ）は、実施例１の発光素子及び発光装置の模式的な一部断面図であり、図１の（Ｂ）は、実施例１の発光素子及び発光装置の模式的な一部平面図である。
【図２】図２の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、実施例１の発光素子の製造方法を説明するための、基体等の模式的な一部断面図及び模式的な一部平面図である。
【図３】図３の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、図２の（Ａ）及び（Ｂ）に引き続き、実施例１の発光素子の製造方法を説明するための、基体等の模式的な一部断面図及び模式的な一部平面図である。
【図４】図４の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、図３の（Ａ）及び（Ｂ）に引き続き、実施例１の発光素子の製造方法を説明するための、基体等の模式的な一部断面図及び模式的な一部平面図である。
【図５】図５の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、図４の（Ａ）及び（Ｂ）に引き続き、実施例１の発光素子の製造方法を説明するための、基体等の模式的な一部断面図及び模式的な一部平面図である。
【図６】図６の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、図５の（Ａ）及び（Ｂ）に引き続き、実施例１の発光素子の製造方法を説明するための、基体等の模式的な一部断面図及び模式的な一部平面図である。
【図７】図７の（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、図６の（Ａ）及び（Ｂ）に引き続き、実施例１の発光素子の製造方法を説明するための、基体等の模式的な一部断面図及び模式的な一部平面図である。
【図８】図８の（Ａ）は、実施例２の発光素子及び発光装置の模式的な一部断面図であり、図８の（Ｂ）は、実施例２の発光素子の製造方法の実行に適した陽極酸化法を行うための装置の概念図である。
【図９】図９は、発光装置を構成する発光素子の配列を模式的に示す図である。
【図１０】図１０は、発光装置を構成する発光素子の配列を模式的に示す図である。
【図１１】図１１は、発光装置を構成する発光素子の配列を模式的に示す図である。
【図１２】図１２は、発光装置を構成する発光素子の配列を模式的に示す図である。
【図１３】図１３は、発光装置を構成する発光素子の配列を模式的に示す図である。
【図１４】図１４は、発光装置を構成する発光素子の配列を模式的に示す図である。
【図１５】図１５は、発光装置を構成する発光素子の配列を模式的に示す図である。
【図１６】図１６は、発光装置を構成する発光素子の配列を模式的に示す図である。
【図１７】図１７は、発光装置を構成する発光素子の配列を模式的に示す図である。
【図１８】図１８は、発光装置を構成する発光素子の配列を模式的に示す図である。
【図１９】図１９の（Ａ）は、実施例１あるいは実施例２の変形の発光素子及び発光装置の模式的な一部断面図であり、図１９の（Ｂ）は、その模式的な一部平面図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１０・・・基板、１１・・・多結晶シリコン層、２１・・・ゲート絶縁膜、２２・・・ゲート電極、２３・・・ソース／ドレイン領域、２４・・・チャネル形成領域、２５・・・基体（層間絶縁層）、２６・・・コンタクトプラグ、３０，３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂ，１３０・・・発光素子、３１・・・第１隔壁部、３２・・・第２隔壁部、３１Ａ，３２Ａ・・・頂面、３１Ｂ，３２Ｂ・・・側壁、３３・・・第３隔壁部、３４・・・第４隔壁部、３５・・・凹部、４１・・・第１電極、４２・・・第２電極、５０・・・発光層、５１・・・第１材料層、５２・・・第２材料層、５３・・・量子井戸層、６０，６１・・・マスク層、７１・・・量子ドット、７３・・・希土類原子、８０・・・シリコン半導体基板、８１・・・電解溶液、８２・・・白金電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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