(57)【要約】【課題】各量子ドットからの発光が高輝度で、狭帯域スペクトルで色純度の高い電界発光素子を提供する。【解決手段】ガラス基板１１上に、順次、透明電極１２、第１絶縁層１３、密着層１４、発光活性層２０、平坦化層１５、第２絶縁層１６、電極１７が積層されて構成され、密着層１４が発光活性層２０の表面に、シェル層２３のヤング率と同等以下のヤング率を持つ無機層でなり、かつ発光活性層２０との接合面が量子ドット２１同士の間隙に入り込むように突出して形成されている。【選択図】図１０
2011076770.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア部分の表面をシェル層で覆った構造の量子ドットを含む発光活性層の少なくとも一方の表面側に絶縁層が配され、前記発光活性層および前記絶縁層を厚さ方向に挟む一対の電極を有し、前記一対の電極に交流電圧を印加することにより前記発光活性層を発光させる電界発光素子であって、
前記発光活性層の下方の表面側に、前記シェル層のヤング率と同等以下のヤング率を持つ無機層でなり、かつ前記発光活性層との接合面が量子ドット同士の間隙に入り込むように突出して密着する密着層が、形成されていることを特徴とする電界発光素子。
【請求項２】
前記シェル層の材料がＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、またはＺｎ、Ｃｄ、Ｓ、Ｓｅから選ばれる化合物もしくは混晶、またはＩｎ、Ｇａ、Ｐ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ａｓから選ばれる化合物もしくは混晶のいずれかであり、前記密着層のヤング率は、１から１００ＧＰａであることを特徴とする請求項１に記載の電界発光素子。
【請求項３】
前記発光活性層は、前記密着層上に前記量子ドットがＥＳ−ＩＢＤ法で堆積されてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電界発光素子。
【請求項４】
前記密着層の材料は、伝導帯端準位が前記量子ドットのコア部分の材料の伝導帯端準位より大きく、価電子帯端準位が前記コア部分の材料の価電子帯端準位よりも小さいことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電界発光素子。
【請求項５】
前記密着層の材料は、前記シェル層の材料との格子定数の差が５％以内であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電界発光素子。
【請求項６】
前記密着層の材料は、前記シェル層の材料とのバンドオフセットが０．１ｅＶ以下であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電界発光素子。
【請求項７】
前記密着層は、複数層が積層された構造であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の電界発光素子。
【請求項８】
前記発光活性層の上方の表面側に、前記発光活性層を覆って平坦化された、無機材料でなる平坦化層が、形成されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の電界発光素子。
【請求項９】
前記平坦化層の材料は、前記密着層の材料と同じであることを特徴とする請求項７に記載の電界発光素子。
【請求項１０】
コア部分の表面をシェル層で覆った構造の量子ドットを含む発光活性層の少なくとも一方の表面側に絶縁層が積層され、前記発光活性層および前記絶縁層を厚さ方向に挟む一対の電極を有し、前記一対の電極に交流電圧を印加することにより前記発光活性層を発光させる電界発光素子の製造方法であって、
基板上に第１の電極を形成する第１電極形成工程と、
前記第１電極形成工程の後で、前記発光活性層を形成する発光活性層形成工程の前に施される、前記シェル層のヤング率と同等以下のヤング率を持つ無機層でなる密着層を形成する密着層形成工程と、
前記密着層の上に、ＥＳ−ＩＢＤ法により連続照射される前記量子ドットを前記密着層の表面に打ち込むことにより堆積させて発光活性層を形成する発光活性層形成工程と、
前記発光活性層の上に、前記シェル層とのバンドオフセットが０．１ｅＶである無機材料でなる平坦化層を表面平坦性を有するように形成する平坦化層形成工程と、
前記平坦化層形成工程の後に施される、第２の電極を形成する第２電極形成工程と、
を備えることを特徴とする電界発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電界発光素子に関し、さらに詳しくは、所謂量子ドットを含有する発光活性層を有する電界発光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自発光型フラットディスプレイへ展開させる技術として、量子ドット構造を持つ蛍光体の発光素子への応用が注目されている。通常、量子ドットとは、実空間において３次元全ての方向にキャリアの閉じ込めを実現する状態のことを云うが、ここで云う量子ドットとは、実空間において３次元全ての方向にキャリアの閉じ込めを実現する状態を作り出している構造体と定義する。この量子ドットの一例としては、直径数ナノメートルの球形状を持つ、相対的にバンドギャップ・エネルギーの小さい無機半導体粒子（コア部分）と、この無機半導体粒子の表面を覆う、相対的にバンドギャップ・エネルギーの大きな被覆（シェル層）と、から構成される複合材料がある。このような量子ドットはそのサイズ（直径）を精緻に制御することで、人為的にギャップ・エネルギーを規定し、所望の色を発光させることができるという特徴がある。
【０００３】
本発明者らは、湿式の化学合成手法で作製された上記量子ドットを用いて全無機質の電界発光素子を開発した（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。この電界発光素子は、量子ドットを含む発光活性層をキャリア障壁層で挟持した二重絶縁構造を持つものであり、交流電場を印加して量子ドット内にキャリアを注入することにより励起、発光させる量子ドット発光型無機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子である。
【０００４】
この電界発光素子は、基板上に、順次、第１の電極、第１の絶縁層、量子ドットを含む発光活性層、第２の絶縁層、第２の電極が積層された構造を持つ。ここで、発光活性層は、上記特許文献１に開示した所謂エレクトロスプレー・イオンビーム堆積法（以下、ＥＳ−ＩＢＤ法と称する。）を用いて、多数の量子ドットを、基板上に成膜された第１の絶縁層の表面へイオンビーム状に順次照射して堆積させることにより形成される。このＥＳ−ＩＢＤ法で用いる原料は、量子ドットのシェル層表面に界面活性剤として機能する有機配位子を結合付着させたものを溶媒中にコロイド状に分散した溶液である。この方法では、量子ドットをイオンビーム状に変化させる途中で有機配位子の結合が解離する。したがって、このＥＳ−ＩＢＤ法では、被堆積基板側へ堆積される量子ドットの殆どは有機配位子が排除された状態で堆積するため、発光活性層中に不要な不純物が少なくなるという利点がある。したがって、この方法によれば、不純物の影響を殆ど受けることのない良質な発光活性層を成膜できる。
【０００５】
また、上記特許文献１に開示された電界発光素子としては、発光活性層が無機半導体材料からなる緩衝層と量子ドットとからなり、緩衝層中に量子ドットが包含された状態のものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開２００７／１４２２０３号
【特許文献２】国際公開２００８／０１３０６９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の電界発光素子を自発光型フラットディスプレイに応用した場合に、更なる発光強度の増加や、発光の色純度を向上するために、量子ドットにおける閉じ込め準位に由来する発光スペクトル以外の発光ピークの発生を抑制することなどの改善が望まれている。このような改善は、量子ドットにおける量子閉じ込め効果の低下、あるいは近接井戸との相互作用やサブバンドの形成などによる発光強度の低下ならびに発光スペクトルが広帯域となることを防止しようとするものである。
【０００８】
上記特許文献１に記載されたＥＳ−ＩＢＤ法を用いて量子ドットにエネルギーを付与して、量子ドットの堆積を行った場合、イオンビームの運動エネルギーによっては、ともすると量子ドットが絶縁層や緩衝層の表面に衝突して変形したり、損傷を受けたりすることが懸念される。この結果、量子ドットのサイズが変化して、量子ドットから放出される光の波長が変わってしまうことが危惧される。
【０００９】
また、上記特許文献１に開示されるように、発光活性層を無機半導体材料からなる緩衝層に量子ドットが包含されるように構成する場合、量子ドットと緩衝層の材料（無機半導体材料）とを同時に堆積させることは、成膜装置が複雑になり、また、量子ドットイオンに付与されたエネルギーが他の被堆積種との衝突によって変化するという問題がある。
【００１０】
ＥＳ−ＩＢＤ法を用いて、第１の絶縁層の上に量子ドットのみを堆積させる場合は、量子ドット同士の間に緩衝層（マトリクス材料）が存在しないため隙間ができ、発光活性層へのキャリアの輸送性あるいは伝導性を低下させるという問題がある。
【００１１】
さらに、量子ドットがマトリックス材料無しで単独で堆積されてなる発光活性層の表面は、球形状の量子ドットが並んで配置された凹凸面である。このため、その上に成長させる構成膜（第２の絶縁層）の平坦性を低下させてしまう。このように絶縁層の平坦性が低下すると、絶縁破壊が起こり易くなったり、電界強度の均一性が低下したりする問題が生じる。このような問題は、自発光型フラットディスプレイでは、表示領域内に部分的に輝点もしくは暗点が発生したり、表示特性の面内均一性を損なったりする原因となる。
【００１２】
また、上述のように交流電場を印加する電界発光素子では、発光活性層と絶縁層の界面準位が、電子を発光活性層に供給することに寄与すると考えられているが、この観点から絶縁層と発光活性層（発光活性層に含まれる量子ドット）との界面状態を改善して、発光活性層に供給する電子放出数を増加させることが望まれている。
【００１３】
本発明はこのような諸問題に着目して創案されたものであり、その主たる目的は、各量子ドットからの発光が狭帯域スペクトルで色純度が高く、かつ高輝度となる電界発光素子を提供することにある。
【００１４】
また、本発明の他の目的は、発光欠陥の発生を抑制でき、発光特性の面内均一性を有する電界発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の第１の特徴は、コア部分の表面をシェル層で覆った構造の量子ドットを含む発光活性層の少なくとも一方の表面側に絶縁層が配され、これら発光活性層および絶縁層を厚さ方向に挟む一対の電極を有し、これら一対の電極に交流電圧を印加することにより発光活性層を発光させる電界発光素子であって、発光活性層の一方の表面側に、シェル層のヤング率と同等以下のヤング率を持つ無機層でなり、かつ発光活性層との接合面が量子ドット同士の間隙に入り込むように突出して密着する密着層が、形成されていることを要旨とする。ここで、シェル層の材料とのバンドオフセットが０．１ｅＶ以下である密着層が好ましい。
【００１６】
本発明では、量子ドット同士の間隙に密着層が入り込むように突出し、かつシェル層とのバンドオフセットが小さいため、密着層と量子ドットとは密に接合した状態を保つことができ、発光活性層へキャリアを輸送し易い。加えて、密着層を発光活性層と絶縁層との間に介在させる構成とすれば、密着層と絶縁層との界面でのキャリアの発生を促す作用がある。したがって、本発明では、発光活性層での発光強度を向上することができる。特に、密着層は、量子ドットにおけるシェル層のヤング率と同等以下のヤング率を持つ無機層でなるため、量子ドットが密着層により変形されたり損傷を受けたりすることが防止できる。この結果、量子ドットのサイズが変化することがなく、量子ドットから放出される光の色が変わってしまうことを防ぐことができる。また、このような構成の電界発光素子では、表面状態や界面状態の生成が抑制されるため、量子ドットからの発光スペクトルが量子ドットに由来する波長以外の光を抑えることができる。このため、発光スペクトルが広帯域となることを防止する作用を奏する。
【００１７】
ここで、量子ドットのシェル層の材料が硫化亜鉛（ＺｎＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、またはＺｎ、Ｃｄ、Ｓ、Ｓｅから選ばれる化合物もしくは混晶、またはＩｎ、Ｇａ、Ｐ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ａｓから選ばれる化合物もしくは混晶のいずれかであり、この場合、密着層のヤング率は、１から１００ＧＰａであることが好ましい。
【００１８】
上述のように、密着層の材料が、量子ドットにおけるシェル層のヤング率と同等以下のヤング率を持つ無機層であるため、密着層上に量子ドットのイオンビームを照射して堆積させるＥＳ−ＩＢＤ法で成膜させる場合には、照射過程で量子ドットのサイズが変化してしまうことを防止できる。
【００１９】
また、密着層の材料は、伝導帯端準位が、量子ドットにおけるコア部分の材料の伝導帯端準位より大きく、価電子帯端準位が、コア部分の材料の価電子帯端準位よりも小さいことが好ましい。
【００２０】
さらに、密着層の材料は、II族、III族、Ｖ族、VI族から選ばれる少なくとも一種類の原子を含むことが好ましく、特にII族、VI族の原子を主材とすることが好ましい。なお、密着層の材料として選ばれる代表的な原子としては、亜鉛（Ｚｎ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、砒素（Ａｓ）、リン（Ｐ）などを挙げることができる。
【００２１】
また、密着層の材料は、量子ドットにおけるシェル層の材料との格子定数の差が５％以内であることが好ましい。このように、密着層の材料とシェル層の材料との格子定数の差を５％以下に限定することにより、密着層の結晶構造とシェル層の結晶構造との界面の連続性を乱さずに整合性の良い接合にすることができるため、量子ドットにおける閉じ込め準位に由来する発光スペクトル以外の発光ピークの発生を抑制する作用を向上できる。加えて、このように密着層の材料とシェル層の材料とが格子定数の観点から類似した物質であるため、量子ドットを堆積させて発光活性層を成膜する際に、シェル層の欠陥を密着層の材料が修復し、ボイドを密着層の材料で埋め込むことができるため、量子ドットと密着層との連続性を持たせることができる。また、シェル材料と密着層とのバンドオフセットを０．１ｅＶ以下とすることで、キャリアの移動を促し、空間電荷の形成を抑制できる。
【００２２】
密着層は、複数層が積層された構造であってもよい。複数の密着層を積層することで、層間の界面準位からキャリアの発生を促すことが期待できる。したがって、量子ドット中において、発光に寄与する注入キャリアの単位時間当たりの数を増加させることができ、さらに高輝度を要求されるアプリケーションへの適用が可能となる。
【００２３】
発光活性層の他方の表面側には、発光活性層を覆って平坦化された平坦化層が形成されていることが好ましい。そして、この平坦化層を構成する材料は、上記密着層の材料と同じ無機材料であることが好ましい。
【００２４】
このように発光活性層の他方の表面側に、平坦化層を形成することにより、成膜後の発光活性層表面の凹凸を是正して、例えばその上に成膜する絶縁層の平坦性を高めることができる。したがって、絶縁層の上に形成される電極も平坦に形成することが可能となる。このため、電極と発光活性層との距離が発光領域面内で均一になるため、絶縁破壊が起こりにくくなり、また電界強度の面内均一性を向上できる。したがって、本発明を自発光型フラットディスプレイに適用することで、表示領域内に部分的に輝点もしくは暗点が発生したり、表示特性の面内均一性を損なったりする原因を取り除くことが可能となる。
【００２５】
本発明は、量子ドットと絶縁層との間に密着層を介在させることを特徴とするが、密着層と絶縁層との間に、更に緩衝層を有していても良い。この場合、緩衝層は、密着層との格子定数の差が５％以内であり、かつ、密着層材料とのバンドオフセットが０．１ｅＶとなるように設計する必要がある。このように設計された緩衝層であれば、量子ドットへのキャリア輸送性や伝導性を低下することなく、高輝度電界発光素子が実現できる。
【００２６】
また、さらに平坦化層を有する構成とする場合、平坦化層と絶縁層との間に、更に緩衝層を有していても良い。この場合、緩衝層は、平坦化層との格子定数の差が５％以内であり、かつ、平坦化層材料とのバンドオフセットが０．１ｅＶとなるように設計する必要がある。このように設計された緩衝層であれば、量子ドットへのキャリア輸送性や伝導性を低下することなく、高輝度電界発光素子が実現できる。
【００２７】
本発明の第２の特徴は、コア部分の表面をシェル層で覆った構造の量子ドットを含む発光活性層の少なくとも一方の表面側に絶縁層が積層され、発光活性層および絶縁層を厚さ方向に挟む一対の電極を有し、これら一対の電極に交流電圧を印加することにより発光活性層を発光させる電界発光素子の製造方法であって、基板上に第１の電極を形成する第１電極形成工程と、この第１電極形成工程の後で、発光活性層を形成する発光活性層形成工程の前に施される、シェル層のヤング率と同等以下のヤング率を持つ無機層でなる密着層を形成する密着層形成工程と、この密着層の上に、ＥＳ−ＩＢＤ法により量子ドットを密着層の表面に照射することにより堆積させて発光活性層を形成する発光活性層形成工程と、この発光活性層の上に、伝導帯端準位が量子ドットのコア部分の材料の伝導帯端準位より大きく、かつ価電子帯端準位がコア部分の材料の価電子帯端準位よりも小さい無機材料でなる平坦化層を、化学気相成長法（ＣＶＤ法）、液相成長法、分子線エピタキシー法、真空蒸着法、スパッタ法のいずれかを用いて表面平坦性を有するように形成する平坦化層形成工程と、この平坦化層形成工程の後に、第２の電極を形成する第２電極形成工程と、を備えることを要旨とする。
【００２８】
本発明に係る製造方法では、シェル層のヤング率と同等以下のヤング率を持つ層でなる密着層を形成した後に、量子ドットがＥＳ−ＩＢＤ法にて堆積されるため、量子ドットが変形や損傷することを防止できる。この結果、量子ドットのサイズや形状が変化することがなく、量子ドットから放出される光の色が変わってしまうことを防ぐことができる。また、密着層と発光活性層との接合面において量子ドット同士の間隙に密着層の材料が入り込んだ構造となるため、量子ドット同士の間隙を埋めることでキャリアの輸送を促進して発光強度を向上させることが可能となる。また、量子ドットと密着層とのバンド構造の連続性が向上するため、発光スペクトルが量子ドットに由来する波長のみとなり、発光スペクトルが広帯域となることを防止することが可能となる。
【００２９】
また、発光活性層の上に形成する平坦化層を、化学気相成長法（ＣＶＤ法）、液相成長法、分子線エピタキシー法、真空蒸着法、スパッタ法のいずれかを用いて成膜することで平坦化層の表面が平坦になる。そして、平坦化層の上に例えば絶縁層を形成しさらにその上に第２の電極を形成する場合には、絶縁層も平坦に形成でき、第２の電極と発光活性層との距離が発光領域面内で均一になる。したがって、電界発光素子において絶縁破壊が起こりにくくなり、また電界強度の面内均一性を向上できる。また、この製造方法を自発光型フラットディスプレイに適用することで、表示領域内に部分的に輝点もしくは暗点が発生したり、表示特性の面内均一性を損なったりする原因を取り除くことが可能となる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、各量子ドットからの発光が狭帯域スペクトルで色純度が高く、かつ高輝度となる電界発光素子を実現できる。また、本発明によれば、表示欠陥の発生を抑制でき、表示特性の面内均一性を有する電界発光素子を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電界発光素子を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る電界発光素子の製造方法の第１電極形成工程を示す工程断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る電界発光素子の製造方法の第１絶縁層形成工程を示す工程断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る電界発光素子の製造方法の密着層形成工程を示す工程断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る電界発光素子の製造方法の発光活性層形成工程を示す工程断面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る電界発光素子の製造方法の平坦化層形成工程を示す工程断面図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る電界発光素子の製造方法の第２絶縁層形成工程および第２電極形成工程を示す工程断面図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る電界発光素子の製造方法の発光活性層形成工程において量子ドットが密着層に打ち込まれた状態を示す工程断面図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る電界発光素子の製造方法の発光活性層形成工程において量子ドットが密着層上に堆積される状態を示す工程断面図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係る電界発光素子の製造方法の発光活性層形成工程において発光活性層を平坦化層で覆った状態を示す工程断面図である。
【図１１】本発明の電界発光素子の製造方法で用いるＥＳ−ＩＢＤ装置の概略説明図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態に係る電界発光素子の断面図である。
【図１３】本発明の第１の実施の形態に係る電界発光素子の構成をもつ試料（実験例２：ＺｎＳでなる密着層・平坦化層ともに有し、その膜厚が２．５ｎｍ）のＰＬスペクトルとＥＬスペクトルの測定結果を示す図である。
【図１４】本発明の第１の実施の形態に係る電界発光素子の構成をもつ試料（実験例４：ＺｎＳでなる密着層・平坦化層ともに有し、その膜厚が２０ｎｍ）のＰＬスペクトルを示す図である。
【図１５】本発明の第１の実施の形態に係る電界発光素子の構成をもつ試料（実験例４：ＺｎＳでなる密着層・平坦化層ともに有し、その膜厚が２０ｎｍ）のＥＬスペクトルを示す図である。
【図１６】本発明の第１の実施の形態に係る電界発光素子の構成をもつ試料（実験例５：ＺｎＳでなる密着層・平坦化層ともに有し、その膜厚が８０ｎｍ）のＰＬスペクトルを示す図である。
【図１７】本発明の第１の実施の形態に係る電界発光素子の構成をもつ試料（実験例５：ＺｎＳでなる密着層・平坦化層ともに有し、その膜厚が８０ｎｍ）のＥＬスペクトルを示す図である。
【図１８】本発明の第１の実施の形態に係る電界発光素子の構成をもつ試料（実験例６：ＺｎＳでなる密着層のみを有し、その膜厚が５ｎｍ）のＰＬスペクトルを示す図である。
【図１９】本発明の第１の実施の形態に係る電界発光素子の構成をもつ試料（実験例６：ＺｎＳでなる密着層のみを有し、その膜厚が５ｎｍ）のＥＬスペクトルを示す図である。
【図２０】本発明の第１の実施の形態に係る電界発光素子の構成をもつ試料（実験例６：ＺｎＳでなる密着層のみを有し、その膜厚が５ｎｍ）を交流駆動して発光強度を時間分解して観察した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る電界発光素子およびその製造方法を説明する。但し、図面は模式的なものであり、各層の厚みや厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。
【００３３】
[第１の実施の形態]
（電界発光素子の概略構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電界発光素子を示す断面図である。同図に示すように、電界発光素子１０Ａは、ガラスまたはプラスチック等からなる透明基板１１上に、順次、第１の電極としての透明電極１２、第１絶縁層１３、密着層１４、発光活性層２０、平坦化層１５、第２絶縁層１６、第２の電極としての電極１７が積層されてなる。本実施の形態に係る電界発光素子１０Ａは、発光活性層２０を密着層１４と平坦化層１５とで挟んだ構造である。図１に示すように、この電界発光素子１０Ａでは透明電極１２と電極１７とに交流駆動源３０を接続して交流電場を印加することにより、発光活性層２０からの発光を透明基板１１側から出射させるようにしたものである。
【００３４】
（発光活性層について）
発光活性層２０は、図９および図１０に示すように、略球形状の量子ドット２１が多数堆積されて成膜されている。この発光活性層２０は、ＥＳ−ＩＢＤ法を用いて２０〜１００ｎｍの膜厚となるように成膜されている。このＥＳ−ＩＢＤ法の詳細については後述する。個々の量子ドット２１は、コア部分２２の表面をシェル層２３で覆ったナノ結晶構造である。このような量子ドット２１は、コア部分の材料および結晶サイズを精緻に制御することで、人為的にギャップ・エネルギーを規定し、所望の色を発光させることができる。
【００３５】
本実施の形態では、コア部分２２の直径としては、順次、１．９ｎｍ、２．４ｎｍ、５．２ｎｍであり、シェル層２３の膜厚は、順次、０．４ｎｍ、１．０ｎｍ、１．４ｎｍとした。本実施の形態では、コア部分２２がセレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）で形成され、シェル層２３が硫化亜鉛（ＺｎＳ）もしくはセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）で形成された量子ドット２１を用いる。また、本実施の形態における量子ドット２１のコア部分２２は、ＣｄＳｅ以外に、ＣｄＳ、ＰｂＳｅ、ＨｇＴｅ、ＣｄＴｅ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＩｎＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＮ、ＧａＮ等やこれらの混晶で構成される材料から適宜選択可能である。
【００３６】
（電極について）
透明電極１２は、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）で約１００ｎｍの膜厚に形成されている。電極１７は、金（Ａｕ）で約５０ｎｍの膜厚に形成されている。透明電極１２は、ＩＴＯの他、亜鉛ドープ酸化インジウム（ＩＺＯ）、インジウムガリウム亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ）、導電性酸化亜鉛（ＺｎＯ）、アモルファス酸化物導電体等、透明な導電体であれば材料は問わない。電極１７の膜厚は、必要な電気伝導性が得られるよう、材料によって適宜増減する。電極１７は、上記の透明電極と同様の材料であってもよく、金属電極でも良い。
【００３７】
（絶縁層について）
第１絶縁層１３および第２絶縁層１６は、タンタル酸化物（ＴａＯｘ）で約５０〜５００ｎｍの膜厚に形成されている。この膜厚は、下地である透明電極１２の表面の凹凸を被覆し滑らかなモフォロジーを確保できるように十分に厚く、かつ低電圧で強電界を得られるように十分に薄い厚さである。これら第１絶縁層１３および第２絶縁層１６は、これに限定されるものではなく、シリコン窒化物、シリコン酸化物、イットリウム酸化物、アルミナ、ハフニウム酸化物、バリウムタンタル酸化物などから選択可能である。
【００３８】
（密着層について）
密着層１４は、量子ドット２１におけるシェル層２３であるＺｎＳやＺｎＳｅと同等以下のヤング率を持つ層でなる。一般に、ヤング率は同一材料であっても結晶方位等により異なる数値を示すことがあるが、本発明でいうヤング率とは、密着層表面およびシェル層の層表面に垂直な方向のヤング率を指す。なお、ＺｎＳおよびＺｎＳｅのヤング率（Ｅ）は、順次７４．５ＧＰａ、６７．２ＧＰａである。本実施の形態では、量子ドット２１の保護および量子ドット２１同士の間隙を埋める作用を奏する観点から、密着層１４の材料のヤング率が１から１００ＧＰａであることが好ましい。また、密着層１４の膜厚は、０．１〜２０．０ｎｍの寸法であることが好ましい。密着層１４の材料は連続膜であることが好ましいが、結晶粒状の場合、量子ドット２１同士の間隙に入り込めるような直径（例えば、１ｎｍ以下）を持つことが必要である。
【００３９】
密着層１４の材料としては、上記条件に加えて、負の電荷のエネルギー準位として伝導帯端準位が量子ドット２１のコア部分２２の材料（例えばＣｄＳｅ）の伝導帯端準位より大きく、価電子帯端準位がコア部分２２の材料の価電子帯端準位よりも小さいものを選択することが好ましい。
【００４０】
また、密着層１４の材料は、II族、III族、Ｖ族、VI族から選ばれる少なくとも一種類の原子を含むことが好ましい。さらに、密着層１４の材料は、量子ドット２１におけるシェル層２３の材料との格子定数の差が５％以内であることが好ましく、シェル層２３の材料と同材料であっても良い。
【００４１】
具体的には、密着層１４として、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、砒素（Ａｓ）、リン（Ｐ）の単独元素でなる単一原子層や、これらの単独元素に上記条件の材料を含む層としてもよい。また、このような密着層１４と第１絶縁層１３との間に、さらにこの密着層１４と同材料でなる第２の密着層を介在させてもよい。また、第２の密着層は、０．１〜５ｎｍ程度の膜厚を持つ金属膜であってもよい。さらに、第２の密着層と第１絶縁層１３との間に、密着層１４と同様の材料でなる第３の密着層を介在させてもよい。この第３の密着層の厚さは、０．１〜５ｎｍ程度が適切である。
【００４２】
（平坦化層について）
本実施の形態では、平坦化層１５の材料が上記密着層１４の材料と同様である。平坦化層１５は、量子ドット２１の保護および量子ドット２１同士の間隙を埋める作用に加えて、量子ドット２１を積み重ねてなる発光活性層２０表面の凹凸を埋めて平坦化している。
【００４３】
平坦化層１５の材料としては、上記条件に加えて、伝導帯端準位が量子ドット２１のコア部分２２の材料（例えばＣｄＳｅ）の伝導帯端準位より大きく、価電子帯端準位がコア部分２２の材料の価電子帯端準位よりも小さいものを選択することが好ましい。平坦化層１５の材料は、II族、III族、Ｖ族、VI族から選ばれる少なくとも一種類の原子を含むことが好ましい。さらに、平坦化層１５の材料は、量子ドット２１におけるシェル層２３の材料との格子定数の差が５％以内であることが好ましく、シェル層２３と同材料であっても良い。
【００４４】
具体的には、平坦化層１５として、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、砒素（Ａｓ）、リン（Ｐ）の単独元素でなる単一原子層や、これらの単独元素に上記条件の材料を含む層としてもよい。また、このような平坦化層１５と第２絶縁層１６との間に、さらにこの平坦化層１５と同材料でなる第２の平坦化層を介在させてもよい。また、第２の平坦化層は、０．１〜５ｎｍ程度の膜厚を持つ金属膜であってもよい。さらに、第２の平坦化層１５と第２絶縁層１６との間に、平坦化層１５と同様の材料でなる第３の平坦化層を介在させてもよい。この第３の平坦化層の厚さは、０．１〜５ｎｍ程度が適切である。また、シェル材料と平坦化層とのバンドオフセットを０．１ｅＶ以下とすることで、キャリアの移動を促し、空間電荷の形成を抑制できる。
【００４５】
（第１の実施の形態に係る電界発光素子の作用・効果）
本実施の形態では、量子ドット２１同士の間隙に密着層１４が入り込むように突出しているため、密着層１４と発光活性層２０（量子ドット２１）とは密に接合した状態を保つことができ、発光活性層２０（量子ドット２１）へキャリアを輸送し易い。加えて、密着層１４が発光活性層２０と第１絶縁層１３との間に介在される構成であるため、密着層１４と第１絶縁層１３との界面でのキャリアの発生を促す作用がある。したがって、本実施の形態では、発光活性層２０からの発光強度を向上することができる。
【００４６】
特に、密着層１４は、量子ドット２１におけるシェル層２３の材料のヤング率と同等以下のヤング率を持つ無機層からなるため、発光活性層２０との接合面において量子ドット２１同士の間隙に密着層１４の材料を入り込ませることが容易となる。したがって、量子ドット２１が密着層１４により変形されたり損傷を受けたりすることが防止できる。この結果、量子ドット２１のサイズや形状が変化することがなく、量子ドット２１から放出される光の色が変わってしまうことを防ぐことができる。このような電界発光素子１０Ａでは、量子ドット２１からの発光スペクトルが量子ドット２１に由来する波長となるため、発光スペクトルが広帯域となることを防止する作用を奏する。
【００４７】
密着層１４が、量子ドット２１におけるシェル層２３の材料のヤング率と同等以下のヤング率を持つ比較的軟らかい無機層からなるため、量子ドット２１をＥＳ−ＩＢＤ法を用いて成膜させる場合には、衝突によって量子ドット２１が変化してしまうことを防止できる。また、このようなＥＳ−ＩＢＤ法を用いずに密着層１４の上に量子ドット２１を含む発光活性層２０を成膜した場合においても、厚さ方向に加圧することで密着層１４を量子ドット２１同士の間隙に入り込ませることが可能となる。この場合も、量子ドット２１同士の間隙に密着層１４が入り込むように突出させ、密着層１４と量子ドット２１とが密に接合した状態となり、発光活性層２０へキャリアを輸送し易い構造にできる。したがって、発光活性層２０からの発光強度を向上することができる。
【００４８】
また、密着層１４の材料とシェル層２３の材料との格子定数の差を５％以下に限定してもよい。この場合、密着層１４の結晶構造とシェル層２３の結晶構造との界面の連続性を乱さずに、格子欠陥や界面とそれに付随する準位を形成せず整合性の良い接合にすることができるため、量子ドット２１における閉じ込め準位に由来する発光スペクトル以外の発光ピークの発生を抑制できる。加えて、このように密着層１４の材料とシェル層２３の材料とが格子定数の観点から類似した物質である。このため、量子ドット２１を堆積させる際に、シェル層２３の欠陥を密着層１４の材料が修復し、表面を終端し、またボイドを密着層１４の材料で埋め込むことができる。このように密着層１４の材料とシェル層２３の材料との格子定数の差を５％以下に限定したことにより、量子ドット２１と密着層１４との連続性を持たせることができる。
【００４９】
さらに、上述したように、密着層１４を複数積層することで、これらの層間の界面準位からキャリアの発生を促すことが期待できる。したがって、量子ドット２１中において、発光に寄与する注入キャリアの単位時間当たりの数を増加させることができ、さらに高輝度を要求されるアプリケーションへの適用が可能となる。
【００５０】
この第１の実施の形態のように、発光活性層２０の他方の表面側に、平坦化層１５を形成することにより、成膜後の発光活性層２０表面の凹凸を是正して、例えばその上に成膜する第２絶縁層１６の平坦性を高めることができる。したがって、第２絶縁層１６の上に形成される電極１７も平坦に形成することが可能となる。このため、電極１７と発光活性層２０との距離が発光領域（もしくは画素領域）内で均一になるため、絶縁破壊が起こりにくくなり、また電界強度の面内均一性を向上できる。したがって、本発明を自発光型フラットディスプレイに適用することで、表示領域（もしくは画素領域）内に部分的に輝点もしくは暗点が発生したり、表示特性の面内均一性を損なったりする原因を取り除くことが可能となる。
【００５１】
（電界発光素子の製造方法）
次に、図２から図１１を用いて、本実施の形態に係る電界発光素子の製造方法を説明する。
【００５２】
〈第１電極形成工程〉
図２に示すように、予めＩＴＯでなる透明電極１２が表面に形成されたガラス基板１１を用意するか、ガラス基板１１上にＩＴＯでなる透明電極１２を成膜する。本実施の形態において、透明電極１２は、膜厚が例えば１００ｎｍ、表面粗さＲａが例えば５ｎｍ程度である。そして、このガラス基板１１には、有機溶媒による超音波洗浄を行った後、不活性ガスによりブローおよび乾燥を施しておく。
【００５３】
〈第１絶縁層形成工程〉
その後、図３に示すように、透明電極１２上にタンタル酸化物（ＴａＯｘ）などの絶縁体で第１絶縁層１３を形成する。例えばＴａＯｘ膜を用いた場合、通常の高周波（１３．５６ＭＨｚ）マグネトロンスパッタリング装置を用い、金属ＴａターゲットのＡｒ＋Ｏ２混合ガス雰囲気中での反応性スパッタリングによって成膜した。堆積中の基板の温度は、常温から２００℃とした。膜厚は、下地となる透明電極１２の表面凹凸を被覆し滑らかなモフォロジーを確保できるように十分に厚く、かつ低電圧で強電界を得られるように十分に薄い厚さとして、５０〜５００ｎｍとした。
【００５４】
〈密着層形成工程〉
次に、図４に示すように、第１絶縁層１３の上に、密着層１４を形成する。この密着層１４は、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法あるいは通常の真空蒸着法によって、硫黄（Ｓ）を成膜した。硫黄（Ｓ）源を流量制御用バルブ付合成石英セル中で１００〜２００℃に加熱し、得られる硫黄ガスを４００〜１０００℃に加熱した後、２×１０−７〜１×１０−５Ｔｏｒｒの圧力のフラックスを得た。各々を、第１絶縁層１３形成後の基板上に照射し、Ｓでなる密着層１４を形成した。基板の温度は室温〜８０℃で適宜、決定し、膜厚は１〜３ｎｍ相当とした。
【００５５】
ここで、発光活性層形成工程の説明に先駆けて、発光活性層形成工程で用いるＥＳ−ＩＢＤ装置について図１１を用いて説明する。
【００５６】
「ＥＳ−ＩＢＤ装置について」
ここで、実施の形態および後述する実施例を明確にするために、図１１を用いてＥＳ−ＩＢＤ装置について説明する。このＥＳ−ＩＢＤ装置は、ＥＳ−ＩＢＤ法を適用した成膜装置である。
【００５７】
このＥＳ−ＩＢＤ装置では、先ず、マイクロシリンジポンプに量子ドット２１を含む溶液を供給する。マイクロシリンジポンプ２は、筒状本体部２ｂ内の微粒子分散溶液１をピストン２ａによって押出し、チューブ２ｃを通じて、キャピラリー３へ送り、キャピラリー先端３ａから放出するようになっている。なお、キャピラリー３には、電圧印加手段３ｂによって所定の電圧が印加可能となっている。また、マイクロシリンジポンプ２による溶液供給速度は、０．５〜４μｌ／ｍｉｎ（好ましくは１〜２μｌ／ｍｉｎ）である。
【００５８】
さらに、図示しないが、キャピラリー３には、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向にマイクロメーターがついており、キャピラリー先端３ａの位置の微調整が可能となっている。なお、キャピラリーとして上述のような構成を用いたが、本実施の形態においてキャピラリーは、毛管現象あるいは濡れ現象によって上記溶液の表面を露出させる溶液送出器具として定義される。
【００５９】
キャピラリー先端３ａから放出された微粒子分散液は、減圧チャンバー４の上流側先端部に設けられたジェットノズル４ａを通じて減圧チャンバー４内に導入され、さらに、成膜チャンバー５の上流側先端部に設けられたスキマーノズル５ａを通じて成膜チャンバー５内に導入されるようになっている。キャピラリー先端３ａとジェットノズル４ａとの距離は０〜５０ｍｍ、好ましくは、４〜１０ｍｍに設定される。この実施の形態では８ｍｍの距離に設定されている。
【００６０】
なお、キャピラリー先端−ジェットノズル間は、ほぼ大気圧となっている。また、キャピラリー先端３ａの内径が２０μｍであるものを用いた。ジェットノズル４ａと、スキマーノズル５ａとの中心位置は一致しており、ジェットノズル４ａとスキマーノズル５ａとの距離は、１〜１０ｍｍの間で適宜設定される（この実施例では３ｍｍとした）。なお、ジェットノズル４ａとスキマーノズル５ａとには、それぞれ、電圧印加手段４ｃ，５ｃによって所定の電圧を印加できるようになっている。
【００６１】
成膜チャンバー５は、イオン光学系領域５１と高真空領域５２とで構成されている。イオン光学系領域５１と高真空領域５２とは、開口５ｂを有する隔壁５ｅによって仕切られ、その基準軸（微粒子が進行する方向の中心軸）が互いに直交するようになっている。開口部５ｂを通じて粒子が移動可能となっている。開口部５ｂの直径を２０ｍｍとした。
【００６２】
減圧チャンバー４、イオン光学系領域５１及び高真空領域５２は、それぞれ、排気口４ｄ，５１ｄ，５２ｄを通じて、図示しない真空ポンプにより適切な真空度を維持するように排気されるようになっている。これらの排気には、例えば、差動排気手段が用いられ、これにより、圧力は、「キャピラリー先端(大気圧)＞減圧チャンバー＞イオン光学系領域＞高真空領域」の関係となっている。ここでは、減圧チャンバー内圧力を１Ｔｏｒｒ、イオン光学系領域内圧力を１×１０−５Ｔｏｒｒ、高真空領域内圧力を１×１０−6Ｔｏｒｒ程度とした。
【００６３】
ここで、差動排気は、以下のようにして行っている。すなわち、ジェットノズル４a(φ０．５ｍｍ)からスキマーノズル５a(φ０．７ｍｍ)に至る領域を１００〜５００[ｍ３／ｈ]程度の排気速度のメカニカルブースターポンプあるいはロータリーポンプによって排気し、約１[Ｔｏｒｒ]程度の真空状態に保持し、その後段に当たるイオン光学系領域５１を３００〜１０００[Ｌ／ｓ]程度のターボ分子ポンプ等によって排気することで、１０−４[Ｔｏｒｒ]程度の真空状態に保持するようにする。さらに、イオン光学領域５１と高真空領域５２(成膜のための領域)間に直径φ２０ｍｍ程度、厚さ数ｍｍのオリフィスを設け、高真空領域を１０００〜２０００[Ｌ／ｓ]程度のターボ分子ポンプ等によって排気することで、この領域を１０−６[Ｔｏｒｒ]程度の高真空状態に保持するようにする。
【００６４】
イオン光学系領域５１内には、ジェットノズル４ａ及びスキマーノズル５ａの同軸延長上に、レンズ装置としての電界型イオンレンズ６と、分離装置としてのエネルギー分離装置７１が設けられている。電解型イオンレンズ６は、３つの筒状電極６ａ，６ｂ，６ｃとからなるアインツエルレンズである。筒状電極６ａ，６ｂには、電圧印加手段６ｄ，６ｅによって電圧を印加できるようになっている。筒状電極６ｃはアース電位にされる。電界型イオンレンズ６は、イオンビームを収束させる機能を有する。ここで、電界型イオンレンズ６は１個以上であれば機能するが、本実施の形態のように、同一の径を持つ３個の円筒形電極６ａ，６ｂ，６ｃから構成され、各々コアキシャルな配列構造に設置されていることが好ましい。３個の電界型イオンレンズに印加する電圧を制御することにより、イオンビームの収束電極の役割を果たす。印加する電圧は、微粒子の種類（サイズ、分子量など）により適宜決定される。微粒子を収束させることは勿論であるが、溶媒分子イオンなどの軽いイオンを収束させて、後工程（例えば、磁界発生手段、エネルギー分離手段など）で効率良く除去可能とすることも有効である。
【００６５】
また、本実施の形態では、分離装置としてエネルギー分離装置７１を用いている。エネルギー分離装置７１は、アース電位に設定された第１電極板７１ａとこの第１電極板７１ａに対して所定の距離をおいて平行に配置された第２電極板７１ｂとを有する。
【００６６】
第１電極板７１ａには、入射孔７１ｃと出射孔７１ｄとが設けられている。入射孔７１ｃは、上記のジェットノズル４ａ及びスキマーノズル５ａの同軸延長上にある。また、第２電極板７１ｂは、電圧印加手段７１ｅによって所定の電位に設定される。
【００６７】
エネルギー分離装置７１は、入射孔７１ｃに入射したイオンビームを所定の角度に曲げて、所望のエネルギーを有する微粒子を分級して出射孔７１ｄから出射させる。曲げる角度は９０度が最も高分解能が得られるため好ましい。エネルギー分離装置７１は、キャピラリー先端３ａから放出された微粒子等が被成膜基板（ガラス基板）１１に到達する前に、質量数の小さい成分（例えば、溶媒分子イオンや側鎖分子イオン）や飛来する微粒子や溶媒、側鎖の材料にもなる有機分子の一緒になった粒塊を除去する役割（質量、エネルギー分離機能）を有している。
【００６８】
エネルギー分離装置７１は、静電偏向を利用した分離機構である。ある一定の静電偏向量を得ようとするとき、荷電粒子の運動エネルギーに偏向電圧が比例する。よって、偏向電圧により荷電粒子の運動エネルギーを分離可能である。図１１に示した装置では、平行平板電極構造のものを使用しており、一方の電極７１ａには二つの開孔を有しており、一方は入射孔７１ｃ、他方は出射孔７１ｄである。開孔を有していない方の電極７１ｂには、荷電粒子を減速する電圧±Ｖｄ（荷電粒子がプラスイオンの場合には＋Ｖｄ、マイナスイオンの場合には−Ｖｄ）を与える。まず、入射孔から荷電粒子ビームが斜めに入射し、電極内に入った荷電粒子は、粒子の持っている運動エネルギーで決定される特定の値（エネルギー値）である場合に、反発されて出射孔から出射する。ここでエネルギー値は、電極間距離、開孔間距離、電圧によって決定されるため、これらのパラメータを変動させることにより、分級したいエネルギー値を決定可能である。
【００６９】
ここで、上記エネルギー分離装置７１の作用について、簡単に説明する。上述のキャピラリー３およびその対向電極（ここでは電圧印加可能なジェットノズル）は、溶液供給装置と減圧チャンバーとの間に電界を形成可能であり、いわゆるエレクトロスプレー装置であるということができる。そして、このエレクトロスプレーより放出されたイオンを含む流体流は、ジェットノズル４aに導入されるとき自由噴流を形成するということができる。すなわち、このエレクトロスプレーにより生成したイオン種は気体の自由噴流に乗って真空中に導入されることになるが、その時（自由噴流はλ0(平均自由行程)＜Ｄ(オリフィスの口径) の粘性流領域でおこる。）、流れの速度は概ね、膨張前に気体が持っていたエンタルピーが断熱的過程によって、全て並進エネルギーに変わることで決まる。空気(窒素、酸素等の二原子分子も)の平均自由行程は約１０−７[ｍ]であり、数百μｍのオリフィスを介して真空中に導入することで自由噴流を形成できる。このとき、自由噴流の速度ｖ[ｍ／ｓ]はオリフィスからの距離ｘ[ｍ]の関数として、
ｖ＝{３．６５(ｘ／Ｄ)２／５−０．８２(ｘ／Ｄ)−２／５}{γｋＴ／ｍ},  Ｔ＝Ｔ０(Ｐ０／Ｐ)(１−γ)／γ
Ｄ：オリフィスの直径[ｍ]≒５×１０−４[ｍ]
γ：気体の比熱比≒１．４
Ｔ： 噴流の温度[Ｋ]
Ｔ０： 導入される気体の温度[Ｋ]≒３×１０２[Ｋ]
Ｐ： オリフィスの低圧側の圧力[Ｐａ]≒１×１０２[Ｐａ]
Ｐ０： オリフィスの高圧側の圧力[Ｐａ]≒１×１０５[Ｐａ]
で表され、約１０３[ｍ／ｓ]程度の値である。
【００７０】
混合物の場合、自由噴流中で主成分となる気体（今回は空気）の速度とその他の混合物はほぼ同じスピードで飛行することになる。よって重い成分はきわめて高い運動エネルギーを持つことになる(実際には、オリフィスでの差圧（押し圧）が大きいほど、質量による速度の違いは小さくなり、さらに重い分子の速度分布は極めて鋭くなる。また、多少の速度差、温度差と噴流の中心軸上に重いものが富むようになるが、ここでは無視出来る。)。一方、この気体中(粘性係数は約２×１０−５[Ｐａ・ｓ])での微粒子(直径数[ｎｍ])の電界移動度η＝ｖ／Ｅ (Ｅは電界)は、Ｐ ≒１×１０５[Ｐａ]のとき凡そη≒１０−５[ｍ２／ｓ・Ｖ]程度、Ｐ≒１×１０２[Ｐａ]のとき凡そη≒１０−２[ｍ２／ｓ・Ｖ]程度の値である。
【００７１】
したがって、オリフィスの高圧側でのエレクトロスプレーに供する印加電界(１０６[Ｖ／ｍ]程度)、オリフィスの低圧側でのグロー放電に供する印加電界(１０４[Ｖ／ｍ]程度)の寄与による終端速度はそれぞれ、約１０１[ｍ／ｓ]程度、１０２[ｍ／ｓ]程度である。また、エネルギー分離機構に至る以前のイオン光学系領域では、始状態と終状態で静電ポテンシャルが同じであるので、この間で電界による加減速は生じない。したがって、エネルギー分離機構に入射するイオンは、その種類にかかわらず、ほぼ同一の速度を付与する装置構成となっている。当然、この実施の形態に限らず、イオンビームの経路中に付加的な加速機構を挿入し、その機構中で付加されるエネルギーを考慮した、エネルギー分離機構の構成も可能である。
【００７２】
エネルギー分離機構では、粒子が入射孔から入り、出射孔から飛び出してきた時、
Ｌ＝２Ｖ０／Ｖｄ・ｓｉｎ２α
である。ここで、
Ｌ：電極に設けた開孔間距離（今回は２６．５ｍｍ）
α：入射角度（今回は４５度）
Ｖ０：荷電粒子の加速電圧（Ｖ０＝Ｅｍ／ｑ、 Ｅｍ：運動エネルギー、 ｑ：電荷）
Ｖｄ：荷電粒子を減速する電圧
Ｌ、αは一定であるため、Ｖ０はＶｄによって分析できる。
また、Ｖ０＝Ｅｍ／ｑ
Ｅｍ＝（ｍｖ２）／２
よりＶ０＝（ｍｖ２）／２ｑ＝（ｍ／ｑ）・（ｖ２／２）であり、ｖは先ほど述べたとおり、自由噴流中では全てのイオンがほぼ同じ速度をもつと考えるため、この装置によって、エネルギーを分離するということは、質量電荷比ｍ／ｑ（質量／電荷）を分離することになる。
【００７３】
高真空領域５２内には、ガラス基板１１を保持する基板ホルダー５２ｇと、このガラス基板１１に向かう荷電粒子線を収束させる収束装置としての収束電極５２ｂと、上記収束された荷電粒子線を減速させてガラス基板１１に堆積させる減速装置としての減速電極５２ｃとが設けられている。エネルギー分離装置７１の出射孔７１ｄ−隔壁５ａの開口５ｂ、収束電極５２ａ，５２ｂ、減速電極５２ｃは、それぞれ、同軸延長上に設けられている。
【００７４】
〈発光活性層形成工程〉
上述したＥＳ−ＩＢＤ装置を用いて以下に説明する発光活性層形成工程の成膜を行う。発光活性層形成工程では、上記したＥＳ−ＩＢＤ装置を用いて、図５に示すように、密着層１４の上に発光活性層２０を形成する。本実施の形態で用いる、コア部分２２をシェル層２３で覆った構造を有する量子ドット２１の直径は、約１．９〜５．２ｎｍであり、これが単独の一価のイオンを形成している場合でも、そのエネルギーは１．４×１０２〜９．８×１０３ｅＶ（典型的には１．７×１０２〜３．４×１０３ｅＶ）である。過剰なエネルギーを持ったイオンが直接基板表面と衝突した場合には、散逸するエネルギーによって基板およびナノ結晶の変質は免れない。そこで、基板表面を接地電位から絶縁し、到達したイオンの電荷によって自発的にポテンシャルを高め、その後に到達するイオンを減速する機構を取り入れてもよい。
【００７５】
本実施の形態では、量子ドット２１が密着層１４へイオンビームとなって照射され堆積されるため、密着層１４の上記した物理的特性により量子ドット２１の変形を抑えることができる。図８は、密着層１４の表面に所定深さにめりこんだ状態を示す。そして、ＥＳ−ＩＢＤ装置により、連続的に量子ドット２１が照射されることにより、図９に示すような発光活性層２０が形成される。この発光活性層２０の下面側では、量子ドット２１同士の間隙に、密着層１４の上面が突出してこの間隙を埋め込むように密着した接合となる。
【００７６】
〈平坦化層形成工程〉
次に、図６および図１０に示すように、発光活性層２０の上に、平坦化層１５を成膜する。なお、本実施の形態では、平坦化層１５の材料は、上記密着層１４の材料と同様に、硫黄（Ｓ）を用いている。平坦化層１５の成膜方法としては、電子線エピタキシー法、真空蒸着法、スパッタ法のいずれかを用いる。なお、この平坦化層１５の形成工程では、量子ドット２１を変質させない範囲で高い温度に設定して、平坦化層１５への不純物混入を防ぎ、平坦化し易く設定することが好ましい。
【００７７】
〈第２絶縁層形成工程および第２電極形成工程〉
図７は、第１絶縁層形成工程および第２電極形成工程を示す。平坦化層１５の上に、上記第１絶縁層１３と同様の材料、方法で第２絶縁層１６を形成した後、第２電極としてのＡｕでなる電極１７を蒸着法で形成する。
【００７８】
以上、第１の実施の形態に係る電界発光素子の製造方法について説明したが、発光活性層形成工程を行うことにより、密着層１４と量子ドット２１とは密に接合した状態を保つことができ、発光活性層２０へキャリアを輸送し易くなる。加えて、このように密着層１４を発光活性層２０と第１絶縁層１３との間に介在させる構成とすれば、密着層１４と第１絶縁層１３との界面でのキャリアの発生を促す作用がある。したがって、本実施の形態では、発光活性層２０からの発光強度を向上することができる。特に、密着層１４は、量子ドット２１におけるシェル層２３のヤング率と同等以下のヤング率を持つ層からなるため、図８に示すように、発光活性層１４との接合面において量子ドット２１同士の間隙に密着層１４の材料を入り込ませることが容易となる。したがって、量子ドット２１が密着層１４により変形されたり損傷を受けたりすることが防止できる。この結果、量子ドット２１のサイズが変化することがなく、量子ドット２１から放出される光の色が変わってしまうことを防ぐことができる。このような電界発光素子１０Ａでは、量子ドット２１からの発光スペクトルが量子ドット２１に由来する波長となるため、発光スペクトルが広帯域となることを防止する作用を奏する。
【００７９】
また、上記第１の実施の形態では、発光活性層２０を平坦化層１５で覆う構成としたことにより、成膜後の発光活性層２０表面の凹凸を是正して、例えばその上に成膜する第２絶縁層１６、電極１７の平坦性を高めることができた。したがって、電極１７と発光活性層２０との距離が発光領域面内で均一になるため、絶縁破壊が起こりにくくなり、また電界強度の面内均一性を向上できた。
【００８０】
［第２の実施の形態］
（電界発光素子の概略構成）
本発明の第２の実施の形態に係る電界発光素子は、上記第１の実施の形態に加えて、第１絶縁層１３と密着層１４の間、および平坦化層１５と第２絶縁層１６の間に、それぞれ緩衝層を有する構成の電界発光素子である。第２の実施の形態の電界発光素子は、より高い発光輝度が得られる素子である。
【００８１】
（電界発光素子の製造方法）
本実施の形態の電界発光素子の製造方法は、緩衝層形成工程以外は上記第１の実施の形態の素子と同様に製造可能であるため、ここでは緩衝層形成工程のみ説明する。
第１絶縁層１３（５０〜５００ｎｍのＴａＯｘ）上に、第１緩衝層として１０ｎｍのＺｎＳを形成した。ＺｎＳはＭＢＥ法により形成した。第１緩衝層上に、密着層１４（１〜３ｎｍのＳ）を形成した。
また、平坦化層１５（１〜３ｎｍのＳ）上に、第２緩衝層として１０ｎｍのＺｎＳを形成した。ＺｎＳはＭＢＥ法により形成した。第２緩衝層上に、第２絶縁層（５０〜５００ｎｍのＴａＯｘ）を形成した。
このようにして得られた本実施形態の電界発光素子は、第１の実施の形態の電界発光素子と比較して、発光スペクトルは略同等であり、さらに高い発光輝度を示した。
【００８２】
〈実験例１〜５〉
上記第１の実施の形態に係る電界発光素子１０Ａの構成において、発光活性層２０を挟む密着層１４および平坦化層１５が無い場合（比較例１）と、密着層１４と平坦化層１５の材料をともにＺｎＳで形成したものを用意した。そして、密着層１４と平坦化層１５のそれぞれの厚さが、１．２５ｎｍ（実験例１）、２．５ｎｍ（実験例２）、５．０ｎｍ（実験例３）、２０．０ｎｍ（実験例４）、８０ｎｍ（実験例５）と異なる実験例１〜５の電界発光素子を作製して、挙動を観察した。また、密着層１４および平坦化層１５がともに５．０ｎｍのＴａ２Ｏ５（ヤング率１３３ＧＰａ）である素子（比較例２）も作製し、挙動を観察した。
【００８３】
その結果、図１３〜１７に示すように、密着層１４および平坦化層１５が無い比較例１と比較して、実験例１〜５では挙動が変化し（異なり）、１．２５ｎｍ〜５．０ｎｍまでの電界発光素子は、発光強度が増し、発光スペクトルが狭帯域化する効果が確認できた。実施例１、実施例３の結果については図示していないが、実施例２と同等のスペクトルが観測された。一方、２０．０ｎｍ以上の厚さの密着層１４および平坦化層１５を介在させた場合、量子ドット２１の発光ピークと異なるものを含むスペクトルが観察された。したがって、密着層１４および平坦化層１５の厚さは、２０．０ｎｍ未満が望ましいことがわかった。また、平坦化層１５を堆積させることにより、量子ドット２１同士の間隙を平坦化層１５の材料が埋めるため、発光活性層２０内のキャリア移動効率が向上することがわかった。なお、比較例２では、発光スペクトルは非常に広帯域化し、発光輝度も各実施例と比較してかなり低下していた。
【００８４】
また、同様にして密着層１４および平坦化層１５としてＺｎ、Ｓｅ、Ｓを用いた素電界発光素子をそれぞれ作製した。ここで、密着層１４および平坦化層１５の膜厚をそれぞれ膜厚１．２５ｎｍ、膜厚１０．０ｎｍとした素子を作製した。作成したそれぞれの素子について発光スペクトル測定を行ったところ、いずれの素子においても実験例１〜３と同様に、比較例よりも発光強度が増し、発光スペクトルが狭帯域化する効果が確認できた。
【００８５】
〈実験例６〉
上記第１の実施の形態に係る電界発光素子１０Ａの構成において、平坦化層１５が無く密着層１４のみが介在された構造の電界発光素子を作製して、交流駆動を行って発光強度を時間分解して観察した。その結果は、図○に示す通りである。この結果から、一回の交流の往復電界のうち片側だけで強い発光が観察されることから、密着層１４のみを介在しただけでも発光強度の向上には一定の効果が得られるが、両方備えるほうが望ましいことがわかった。
【００８６】
[第３の実施の形態]
図１２は、本発明の第３の実施の形態に係る電界発光素子１０Ｂを示す断面説明図である。本実施の形態では、基板がガラスではなく、シリコン基板１８を用いている。本実施の形態に係る電界発光素子１０Ｂは、シリコン基板１８の上に、順次、電極１７、第１絶縁層１３、密着層１４、発光活性層２０、平坦化層１５、第２絶縁層１６、透明電極１２が形成されている。本実施の形態の電界発光素子１０Ｂでは、透明電極１２側へ発光が抜けるようになっている。
【００８７】
本実施の形態に係る電界発光素子１０Ｂの作用、動作、効果は、上記第１の実施の形態とほぼ同様であるため、その説明は省略する。
[その他の実施の形態]
【００８８】
以上、本発明の第１〜３の実施の形態について説明したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【００８９】
上記実施の形態では、密着層１４を硫黄（Ｓ）で形成したが、これに限定されるものではなく、Ｓｅ、Ａｓ、Ｐなどの単一原子層でもよいし、ＺｎＳやＺｎＳｅなどの各種の複合原子層であってもよい。密着層１４や平坦化層１５の材料として、ＺｎＳを用いると、キャリアの発生効率、キャリア移動効率、量子ドット２１の修復効果などを向上でき、可視光に対して無色透明なディスプレイを実現することも可能となる。
【００９０】
また、密着層１４としては、伝導帯端準位が量子ドット２１のコア部分２２の材料の伝導帯端準位より大きく、価電子帯端準位がコア部分２２の材料の価電子帯端準位よりも小さい、例えばII族、III族、Ｖ族、VI族から選ばれる少なくとも一種類の原子を含む層であってもよい。また、密着層１４の材料は、シェル層２３の材料との格子定数の差が５％以内である無機材料から選んでもよい。また、密着層１４の材料として、シェルとのバンドオフセットが０．１ｅＶ以下になる材料から選んでもよい。また、平坦化層１５においても、成膜条件により平坦化が可能な材料であれば、上記密着層１４の材料と同様の材料を用いることができる。上記実施の形態では、密着層１４と平坦化層１５とを同一の材料で形成したが、互いに異なる材料を用いて形成しても勿論よい。
【００９１】
また、上記第２の実施の形態では、基板が不透明なシリコン基板１８を適用したが、不透明な材料で電極１７の成膜が可能な材料であれば、他の無機材料を用いてもよいし、可撓性を有するプラスチック基板を適用することも可能である。
【符号の説明】
【００９２】
１０Ａ、１０Ｂ…電界発光素子
１１…ガラス基板
１２…透明電極
１３…第１絶縁層
１４…密着層
１５…平坦化層
１６…第２絶縁層
１７…電極
１８…シリコン基板
２０…発光活性層
３０…交流駆動源
【図１】
2011076770.tif 000003
【図２】
2011076770.tif 000004
【図３】
2011076770.tif 000005
【図４】
2011076770.tif 000006
【図５】
2011076770.tif 000007
【図６】
2011076770.tif 000008
【図７】
2011076770.tif 000009
【図８】
2011076770.tif 000010
【図９】
2011076770.tif 000011
【図１０】
2011076770.tif 000012
【図１１】
2011076770.tif 000013
【図１２】
2011076770.tif 000014
【図１３】
2011076770.tif 000015
【図１４】
2011076770.tif 000016
【図１５】
2011076770.tif 000017
【図１６】
2011076770.tif 000018
【図１７】
2011076770.tif 000019
【図１８】
2011076770.tif 000020
【図１９】
2011076770.tif 000021
【図２０】
2011076770.tif 000022