(57)【要約】【課題】膜厚が均一であり且つボイド状欠陥が少ない絶縁層を有する無機エレクトロルミネッセンス素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】無機エレクトロルミネッセンス素子は、基板１８と、量子ドットを含み且つ基板の上方に配置される発光活性層１１と、基板１８と発光活性層１１の間に配置される絶縁層１５と、基板１８と絶縁層１５の間に配置される下部電極１７と、発光活性層１１の上方に配置される上部電極１６とを少なくとも有する。絶縁層１５が基板１８の側において接する被堆積物１７の表面を、先端径が１０ｎｍのＡＦＭ探針を用いて１μｍ２の範囲で観察した時の算術平均粗さＲａが３ｎｍ未満である。【選択図】図１
2011134536.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、量子ドットを含み且つ前記基板の上方に配置される発光活性層と、前記基板と前記発光活性層の間に配置される絶縁層と、前記基板と前記絶縁層の間に配置される下部電極と、前記発光活性層の上方に配置される上部電極とを少なくとも有する無機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記絶縁層が前記基板の側において接する被堆積物の表面を、先端径が１０ｎｍのＡＦＭ（原子間力顕微鏡）探針を用いて１μｍ２の範囲で観察した時の算術平均粗さＲａが３ｎｍ未満であることを特徴とする無機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
基板と、量子ドットを含み且つ前記基板の上方に配置される発光活性層と、前記基板と前記発光活性層の間に配置される絶縁層と、前記基板と前記絶縁層の間に配置される下部電極と、前記発光活性層の上方に配置される上部電極とを少なくとも有する無機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記絶縁層が前記基板の側において接する被堆積物の表面上の長さ１μｍの任意のいずれの線分においても当該表面の凹凸（ピークトゥバレー）の高さが３０ｎｍ未満であることを特徴とする無機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
前記下部電極は、アモルファスライクＩＴＯ（錫ドープ酸化インジウム）膜、アモルファスライクＩＺＯ（亜鉛ドープ酸化インジウム）膜、アモルファスライクＩＧＺＯ（インジウムガリウム亜鉛酸化物）膜、アモルファスライク酸化亜鉛膜のいずれかから成ることを特徴とする請求項１または２に記載の無機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
基板の上に下部電極を堆積する第１の工程と、
前記下部電極の上に絶縁層を堆積する第２の工程と、
前記絶縁層の上に量子ドットを含む発光活性層を堆積する第３の工程と、
前記発光活性層の上に上部電極を堆積する第４の工程とを有する無機エレクトロルミネッセンスの製造方法において、
前記絶縁層の堆積に対して下地となる被堆積物を堆積してから前記第２の工程を実施するまでの間、前記基板を減圧雰囲気の中に保持することを特徴とする無機エレクトロルミネッセンスの製造方法。
【請求項５】
基板の上に下部電極を堆積する第１の工程と、
前記下部電極の上に絶縁層を堆積する第２の工程と、
前記絶縁層の上に量子ドットを含む発光活性層を堆積する第３の工程と、
前記発光活性層の上に上部電極を堆積する第４の工程とを有する無機エレクトロルミネッセンスの製造方法において、
前記第１の工程と前記第２の工程の間に、前記絶縁層が前記基板の側において接する被堆積物の表面を研磨する工程を更に有することを特徴とする無機エレクトロルミネッセンスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、量子ドットを含む発光活性層を有し、且つ交流電圧を印加することにより発光する無機エレクトロルミネッセンス素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
量子ドットは、直径数ナノメートルの球状の形状をした相対的にバンドギャップ・エネルギの小さい無機半導体材料（量子井戸）と、それを取り囲む相対的にバンドギャップ・エネルギの大きい材料（マトリックス）とによって、３次元の量子井戸構造を形成している。また、内包される球状半導体の直径を変えることのみで蛍光波長の連続的な調整が可能であること、極めて高い発光効率を持つことなどの従来の無機発光体（特にバルクの半導体発光材料）とまったく異なる特徴を持つ（特許文献１及び２参照）。
【０００３】
量子ドットを使用する発光素子は数例存在するが、その中に、高効率の発光を示すものの１つとして、無機エレクトロルミネッセンス素子が知られている。特許文献１及び特許文献２には、量子ドットを含む発光活性層の両側に絶縁層を配置し、絶縁層の両側に電極を配置した無機エレクトロルミネッセンス素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
しかし、特許文献１及び特許文献２に開示された無機エレクトロルミネッセンス素子は時として、発光輝度が低い、発光スペクトルが広帯域になる、量子ドットに由来しない発光ピークが現れる、電界を印加したときに絶縁破壊を起す等の問題を起こす場合があるといった課題を有していた。これらのうち発光に関する課題は、量子ドットの欠陥、３次元量子井戸構造による量子閉じ込め効果の低下、或いは近接井戸との相互作用、サブバンド形成による量子閉じ込め準位以外からの発光、などが原因であると考えられる。
【０００６】
一方、絶縁破壊については、本発明者は、絶縁層に形成されるボイド（空隙）が原因の一つであり、絶縁層中のボイド欠陥は、絶縁層が堆積される被堆積物の表面形状に起因していることを見出した。平坦性の悪い表面に堆積された絶縁層の膜厚の偏差は、平坦性の良い表面に堆積された絶縁層のそれよりも大きくなる。膜厚の偏差が大きくなれば、ボイドが発生する確率も高くなってしまう。また、絶縁層に発生するボイド等の欠陥は、素子の絶縁破壊の原因となるだけでなく、欠陥を伝わるリーク電流の原因となり、発光スペクトルを広帯域にしてしまう。
【０００７】
絶縁層が堆積される下地となる被堆積物の表面が平坦でなくなると、絶縁層の膜厚を一定にすることができず、素子に電圧を印加したときに絶縁層に加わる電界を均一にできない。そのため、印加電圧が低いときは発光しきい電圧に達していない、つまり発光していない部分が存在し、発光輝度が低くなってしまう。逆に、印加電圧が高いときは過剰な電界が加わる部分が発生するため、量子閉じ込め準位以外からの発光や発光スペクトルの広帯域化が起ってしまう。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、膜厚が均一であり且つボイド状欠陥が少ない絶縁層を有する無機エレクトロルミネッセンス素子及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の特徴は、基板と、量子ドットを含み且つ基板の上方に配置される発光活性層と、基板と発光活性層の間に配置される絶縁層と、基板と絶縁層の間に配置される下部電極と、発光活性層の上方に配置される上部電極とを少なくとも有する無機エレクトロルミネッセンス素子であって、絶縁層が基板の側において接する被堆積物の表面を、先端径が１０ｎｍのＡＦＭ（原子間力顕微鏡）探針を用いて１μｍ２の範囲で観察した時の算術平均粗さＲａが３ｎｍ未満であることである。
【００１０】
本発明の第２の特徴は、基板と、量子ドットを含み且つ基板の上方に配置される発光活性層と、基板と発光活性層の間に配置される絶縁層と、基板と絶縁層の間に配置される下部電極と、発光活性層の上方に配置される上部電極とを少なくとも有する無機エレクトロルミネッセンス素子であって、絶縁層が基板の側において接する被堆積物の表面上の長さ１μｍの任意のいずれの線分においても当該表面の凹凸（ピークトゥバレー）の高さが３０ｎｍ未満であることである。
【００１１】
本発明の第３の特徴は、基板の上に下部電極を堆積する第１の工程と、下部電極の上に絶縁層を堆積する第２の工程と、絶縁層の上に量子ドットを含む発光活性層を堆積する第３の工程と、発光活性層の上に上部電極を堆積する第４の工程とを有する無機エレクトロルミネッセンスの製造方法において、絶縁層の堆積において下地となる被堆積物を堆積してから第２の工程を実施するまでの間、基板を減圧雰囲気の中に保持することである。
【００１２】
本発明の第４の特徴は、基板の上に下部電極を堆積する第１の工程と、下部電極の上に絶縁層を堆積する第２の工程と、絶縁層の上に量子ドットを含む発光活性層を堆積する第３の工程と、発光活性層の上に上部電極を堆積する第４の工程とを有する無機エレクトロルミネッセンスの製造方法において、第１の工程と第２の工程の間に、絶縁層が基板の側において接する被堆積物の表面を研磨する工程を更に有することである。
【００１３】
本発明の第３及び第４の特徴において、「Ａの上にＢを堆積する」には、ＡとＢが接触する、すなわちＡの真上にＢを堆積する場合と、ＡとＢが接触しない、すなわちＡとＢの間にＣが介在してＡの上方に離間してＢを堆積する場合とが含まれる。
【００１４】
本発明の第１乃至第４の特徴によれば、絶縁層が堆積される下地となる被堆積物の表面の平坦性が増すので、その上に堆積される絶縁層の膜厚も均一になり、ボイド状欠陥の発生を抑制することができる。また、被堆積物の表面の平坦性が増せば、その上に堆積される絶縁層の表面の平坦性も向上する。そして、量子ドットを含む発光活性層が堆積される下地となる表面の平坦性も向上する。量子ドットを含む発光活性層の厚さは、従来のエレクトロルミネッセンス素子の発光層に比べて非常に薄い。このため、絶縁層が堆積される下地となる被堆積物の表面が平坦でないと、発光活性層の膜厚に偏差が生じ、膜厚の薄い部分において局所的な電界集中が生じ、過電流の発生、電荷のトラップ、内部放電が発生し、量子ドット構造が破壊されてしまう。さらに、量子ドットを含む発光活性層表面は、平坦性が悪化する。本発明によれば、これを抑制することができる。
【００１５】
本発明の第１乃至第４の特徴において、下部電極は、アモルファスライクＩＴＯ（錫ドープ酸化インジウム）膜から成ってもよい。アモルファスライクＩＴＯ膜は、高温の熱処理を行わないことにより、膜中の結晶粒径が過度に成長せず、Ｘ線回折装置で観察すると相対的に低い結晶性を呈するが、その表面は高い平坦性を有している。したがって、アモルファスライクＩＴＯ膜の上に堆積される絶縁層の膜厚は均一となり且つボイド状欠陥も減少する。平坦性を有していれば膜の結晶構造は完全なアモルファスである必要はない。他のアモルファス透明導電性酸化物を用いても良い。例えば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）など。また高温の熱処理を行わない導電性の酸化亜鉛（ＺｎＯ）でもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、膜厚が均一であり且つボイド状欠陥が少ない絶縁層を有する無機エレクトロルミネッセンス素子及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係わる無機ＥＬ発光システムの構成を示す概念図である。
【図２】図２は、無機エレクトロルミネッセンス素子１の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図３】図３は、無機エレクトロルミネッセンス素子１の製造方法の他の例を示すフローチャートである。
【図４】図４は、比較例に係わるＩＴＯ膜表面のＡＦＭ画像を示す図面代用写真である。
【図５】図５は、実験例１に係わるＩＴＯ膜表面のＡＦＭ画像を示す図面代用写真である。
【図６】図６は、実験例２に係わるＩＴＯ膜表面のＡＦＭ画像を示す図面代用写真である。
【図７】図７は、比較例に係わるＩＴＯ膜の表面粗さの評価結果を示すグラフである。
【図８】図８は、実験例１に係わるＩＴＯ膜の表面粗さの評価結果を示すグラフである。
【図９】図９は、実験例２に係わるＩＴＯ膜の表面粗さの評価結果を示すグラフである。
【図１０】図１０は、実験例１及び比較例の基板を用いて作製した無機エレクトロルミネッセンス素子の発光スペクトルを示すグラフである。
【図１１】図１１は、実験例１及び比較例に係わる無機エレクトロルミネッセンス素子の印加電圧に対する発光輝度の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００１９】
先ず、図１を参照して、本発明の実施の形態に係わる無機エレクトロルミネッセンス素子の構成を説明する。本発明の実施の形態に係わる無機エレクトロルミネッセンス素子１は、発光活性層としての量子ドット堆積膜１１と、量子ドット堆積膜１１の両側を挟むバッファ層１２、１３と、バッファ層１２の外側に配置された絶縁層１４と、バッファ層１３の外側に配置された絶縁層１５と、絶縁層１４の外側に配置された上部電極１６と、絶縁層１５の外側に配置された透明導電性物質からなる下部電極１７と、下部電極１７の外側に配置された透明基板１８とを有する。
【００２０】
このように、無機エレクトロルミネッセンス素子１は、量子ドット堆積膜１１の両側をバッファ層１２、１３で挟み、その両側を絶縁層１４、１５で挟み、更にその両側に電極を配置した積層構造を有し、総ての材質を無機物で構成している。
【００２１】
なお、量子ドット堆積膜１１と絶縁層１４、１５の間にバッファ層１２、１３をそれぞれ配置した場合を示したが、バッファ層１２、１３を省略した積層構造であっても構わない。更に、量子ドット堆積膜１１の両側に絶縁層１４、１５を配置した場合について示したが、少なくともいずれか一方の側に配置されていればよい。即ち、無機エレクトロルミネッセンス素子１は、少なくとも、量子ドット堆積膜１１と、上部電極１６と、下部電極１７と、絶縁層１４、１５のいずれか一方とを有していればよい。
【００２２】
透明基板１８は、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、石英、無アルカリガラスなど透明性を有する基板からなる。下部電極１７は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等の透明導電膜からなり、透明基板１８上に成膜される。絶縁層１４、１５は、タンタル酸化物（ＴａＯｘ）等、透明でワイドギャップを有する絶縁物からなる。バッファ層１２、１３は、不純物が添加されていないＺｎＳ膜等からなる。
【００２３】
量子ドット堆積膜１１には量子ドットが含有されている。量子ドットは、コロイダル溶液中に生成されるコロイダル量子ドットであってもよいし、単結晶ウェハ上に結晶構造の違いを利用して半導体成膜プロセスを以て形成される自己組織化量子ドットであっても構わない。本発明の実施の形態においては、コア部分の表面をシェル層で覆ったコアシェル構造を有する量子ドットについて説明する。
【００２４】
コア部分は、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、ＰｂＳｅ、ＨｇＴｅ、ＣｄＴｅ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＩｎＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＺｎＯ、ＣｓＳｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、及びこれらの混晶で構成される材料を用いて形成される。無機エレクトロルミネッセンス素子１に求められる発光波長に応じて、材料及び粒径が適宜決定される。コア部分の粒径は１〜１０ｎｍの範囲内から選定することが望ましく、湿式の化学合成手法（溶液相合成法）、液相反応法、レーザーアブレーション法、自己組織化法（Stranski-Krasnatow（Ｓ−Ｋ）法）等の公知の方法によって球形または準球形に形成される。
【００２５】
シェル層は、例えば、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣａＳ、ＳｒＳ、ＢａＳ、ＣａＧａ２Ｓ４、ＳｒＧａ２Ｓ４、ＺｎＭｇＳ２、ＢａＡｌ２Ｓ４、ＳｉＯ２、ＧｅＯｘ及びこれらの混晶で構成される材料であって、コア部分の材料よりもバンドギャップが大きい材料を用いて、溶液相合成法、液相反応法、蒸着法、エアロゾルデポジション法やスプレーコーティング法により形成される。コアシェル構造を有する量子ドットを用いなくても、コアの周囲を取り巻く部分（マトリックス部）がシェル層と同様の材料から構成されていれば、同様の機能を有する。
【００２６】
電源２は、様々な波形の交流電圧を上部電極１６と下部電極１７との間に印加する。交流電圧の波形には、例えば、正弦波、矩形波、或いは、これらの波形の一部を変形した波形など、時間とともに周期的に大きさとその正負が変化する様々な波形が含まれる。
【００２７】
電源２によって上部電極１６と下部電極１７との間に交流電圧が印加されると、素子内部において交流電界が形成され、この電界により電子が加速される。加速された電子がシェル層（またはマトリックス部）及び量子ドット堆積膜１１とバッファ層１２、１３を飛行しコア部分に注入され、注入された電子と量子ドットの衝突によりコア部分内に形成される伝導帯側の量子化準位に電子が励起され価電子帯側の量子化準位に正孔が励起される。この励起状態における電子及び正孔が再結合する過程においてコア部分から矢印光に示すように透明基板１８方向へ発光する。
【００２８】
ここで、絶縁層１５が透明基板１８の側において接する被堆積物、すなわち、図１の下部電極１７の表面の粗さを次のようにして規定する。すなわち、絶縁層１５が透明基板１８の側において接する被堆積物、すなわち、図１の下部電極１７の表面を、先端径が１０ｎｍのＡＦＭ探針を用いて１μｍ２の範囲で観察した時の算術平均粗さＲａを３ｎｍ未満とする。あるいは、下部電極１７の表面上の長さ１μｍの任意のいずれの線分においても当該表面の凹凸（ピークトゥバレー）の高さを３０ｎｍ未満とする。
【００２９】
上記のような平坦性を有する下部電極１７の表面上に形成される絶縁層１５の膜厚の偏差は、小さくなる。具体的には、絶縁層１５の最大膜厚と最小膜厚の差が最大膜厚の５０％以下となる。絶縁層１５の膜厚の偏差が小さくなれば、絶縁層１５にボイド状欠陥が発生する確率も低くなり、また、リーク電流および発光スペクトルの広帯域化を抑制することができる。
【００３０】
次に、図２を参照して、無機エレクトロルミネッセンス素子１の製造方法の一例を説明する。
【００３１】
（イ）先ず、Ｓ０１段階において、透明基板１８の上に下部電極１７としてのＩＴＯ膜を堆積する。このＩＴＯ膜はアモルファスライクＩＴＯ膜を使用する。アモルファスライクＩＴＯ膜の結晶粒を過度に成長させないために、絶縁層を成膜する際の前処理などで熱処理を加える場合には、温度を３００℃未満に設定する。アモルファスライクＩＴＯ膜は、熱処理された結晶性ＩＴＯ膜に比べて導電性は劣るが高い平坦性を有している。アモルファスライクＩＴＯ膜を堆積してから次のＳ０３段階を実施するまでの間、透明基板１８を減圧雰囲気、例えば真空チャンバの中に保持して、一時も大気に晒さない。表面上に付着するダストや吸着分子などのコンタミネーションの発生を抑制することができる。この後の膜の堆積において、コンタミネーションは欠陥の核となって欠陥が成長してしまうが、これを抑制することができる。
【００３２】
（ロ）Ｓ０３段階において、アモルファスＩＴＯ膜の上に、高周波マグネトロン・スパッタ装置を用いて、絶縁層１５としてＴａＯｘ膜を成長させる。ＴａＯｘ膜の膜厚は約４００ｎｍとする。Ｓ０５段階において、ＴａＯｘ膜の上に、量子ドットのシェル層と同じ材料であって、不純物が添加されていないＺｎＳ膜を、バッファ層１３として成膜する。
【００３３】
（ハ）バッファ層１３は、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法、通常の真空蒸着法、スパッタ法等を用いて形成できる。ＭＢＥ法を用いた場合について説明する。Ｚｎ源として金属亜鉛インゴットを用い、これを合成石英ガラス製容器中で２５０〜４００℃で加熱し、１×１０−５〜１×１０−４Ｐａの圧力のフラックス（分子線）を得、Ｓ源として高純度のＳ粒子を用い、これ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Ｓガスを４００〜１０００℃に加熱したクラッキング・グリッドを通過させることでクラックした後、２×１０−５〜１×１０−３Ｐａの圧力のフラックスを得る。ＺｎおよびＳの各々を、絶縁層１５形成後の透明基板１８上に照射し、ＺｎＳ層を形成する。基板の温度は室温〜３００℃で適宜決定し、膜厚は１〜１０ｎｍとする。
【００３４】
（ニ）Ｓ０７段階において、特許文献３に記載されたエレクトロスプレー・イオンビーム堆積法（ＥＳ−ＩＢＤ法）を用いて、量子ドットをイオンビーム状に照射し堆積させることにより、バッファ層１３上に膜厚５０〜１００ｎｍ程度の量子ドット堆積膜１１を形成する。そして、Ｓ０９段階及びＳ１１段階において、バッファ層１２及び絶縁層１４を、上記したバッファ層１３及び絶縁層１５と同様な方法により順次形成する。
【００３５】
（ホ）Ｓ１３段階において、下部電極１７及び量子ドット堆積膜１１との絶縁性を確保するように、上方の絶縁層１４上に上部電極１６としての金（Ａｕ）膜を形成した。Ａｕ電極膜は通常の抵抗加熱蒸発源を用いた真空蒸着法によって約５００ｎｍの膜厚に成膜する。
【００３６】
なお、絶縁層１４、１５は、ＴａＯｘ膜のみならず、例えば、シリコン窒化物、タンタル酸化物、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、ワイドギャップの絶縁体であっても構わない。
【００３７】
次に、図３を参照して、無機エレクトロルミネッセンス素子１の製造方法の他の例を説明する。ここでは、下部電極１７としてのＩＴＯ膜が予め形成された透明基板１８が用意されている場合について説明する。
【００３８】
（い）先ず、Ｓ０１段階において、下部電極１７としてのＩＴＯ膜が予め形成された透明基板１８を用意する。このＩＴＯ付ガラス基板のＩＴＯ電極は高温の熱処理が施されているため、高い導電性を得ているが、その反面、表面の平坦性は低い。
【００３９】
（ろ）そこで、Ｓ０２段階に進み、絶縁層１５を堆積する（Ｓ０３）前に、ＩＴＯ付ガラス基板の表面、すなわちＩＴＯ膜の表面を研磨する。研磨により、ＩＴＯ膜の表面を、先端径が１０ｎｍのＡＦＭ探針を用いて１μｍ２の範囲で観察した時の算術平均粗さＲａを３ｎｍ未満とする。あるいは、ＩＴＯ膜の表面上の長さ１μｍの任意の線分において当該表面の凹凸（ピークトゥバレー）の高さを３０ｎｍ未満とする。研磨が終了してから次のＳ０３段階を実施するまでの間、透明基板１８を減圧雰囲気、例えば真空チャンバの中に保持して大気に晒さない。
【００４０】
（は）その後、Ｓ０３段階に進み、このＩＴＯ付ガラス基板の上に、高周波マグネトロン・スパッタ装置を用いて、絶縁層１５としてＴａＯｘ膜を成長させる。その後、Ｓ０５〜Ｓ１３段階の工程を実施するが、Ｓ０５〜Ｓ１３段階の工程は図２と同じであるため説明を省略する。
【００４１】
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、以下の作用効果が得られる。
【００４２】
下部電極１７としてのＩＴＯ膜の表面を平坦にすることにより、絶縁層１５が堆積される下地となる被堆積物の表面の平坦性が増すので、その上に堆積される絶縁層１５の膜厚も均一になり、ボイド状欠陥の発生を抑制することができる。また、被堆積物の表面の平坦性が増せば、その上に堆積される絶縁層１５の表面の平坦性も向上する。そして、量子ドットを含む発光活性層１１が堆積される下地となる表面の平坦性も向上する。量子ドットを含む発光活性層１１は、従来のエレクトロルミネッセンス素子の発光層に比べて非常に膜厚が薄い。このため、絶縁層１５が堆積される下地となる被堆積物の表面が平坦でないと、発光活性層１１の膜厚に偏差が生じ、膜厚の薄い部分において局所的な電界集中が生じ、過電流の発生、電荷のトラップ、内部放電が発生し、量子ドット構造が破壊されてしまう。本発明の実施の形態によれば、これを抑制することができる。
【００４３】
絶縁層１５の膜厚の偏差が小さくなるので、絶縁層１５にボイド状欠陥が発生しにくくなる。したがって、素子の絶縁破壊や欠陥を伝わるリーク電流が抑制される。また、素子に電圧を印加したときに絶縁層１５に加わる電界を均一にすることができるので、発光しきい電圧が低くなり、印加電圧が低いときでも発光輝度も高くなる。さらに、印加電圧が高いときでも量子閉じ込め準位以外からの発光ピークを抑制することができる。
（実験例）
＜絶縁層１５下地層の表面平坦性の確認＞
【００４４】
本発明者は、透明基板１８上に形成されたＩＴＯ膜の表面粗さを、先端径が１０ｎｍのＡＦＭ探針を用いて任意の１μｍ２の面において評価した。具体的には、高温（３００℃以上）で熱処理された結晶性ＩＴＯ膜が形成されたガラス基板（比較例）と、アモルファスライクＩＴＯ膜が形成されたポリカーボネート基板（実験例１）と、高温（３００℃以上）で熱処理された結晶性ＩＴＯ膜の表面を研磨した後のガラス基板（実験例２）とを用意し、それぞれのＩＴＯ膜の表面粗さを評価した。
【００４５】
図４は、比較例に係わるＩＴＯ膜表面のＡＦＭ画像を示す図面代用写真であり、図５は、実験例１に係わるＩＴＯ膜表面のＡＦＭ画像を示す図面代用写真であり、図６は、実験例２に係わるＩＴＯ膜表面のＡＦＭ画像を示す図面代用写真である。また、図７は、比較例に係わるＩＴＯ膜の表面粗さの評価結果を示すグラフであり、図８は、実験例１に係わるＩＴＯ膜の表面粗さの評価結果を示すグラフであり、図９は、実験例２に係わるＩＴＯ膜の表面粗さの評価結果を示すグラフである。図７〜図９のグラフは、図４〜図６のＡＦＭ画像中の横方向へ延びる線分に沿った切断面の形状を示す。図７〜図９において、縦軸は表面の深さを示し、横軸は表面の幅方向の長さを示す。図４及び図７に示すように、比較例に係わるＩＴＯ膜の表面の算術平均粗さＲａは３ｎｍであり、ＩＴＯ膜の表面上の長さ１μｍの任意の線分において当該表面の凹凸（ピークトゥバレー）の高さは３０ｎｍであった。これに対して、図５及び図８に示すように、実験例１（ピークトゥバレー）に係わるＩＴＯ膜の表面の算術平均粗さＲａは０．４ｎｍであり、凹凸（ピークトゥバレー）の高さは３ｎｍであった。また、図６及び図９に示すように、実験例２に係わるＩＴＯ膜の表面の算術平均粗さＲａは０．８ｎｍであり、凹凸（ピークトゥバレー）の高さは７ｎｍであった。
【００４６】
この評価結果から、アモルファスライクＩＴＯ膜の使用、または、結晶性ＩＴＯ膜表面の研磨によって、ＩＴＯ膜表面が、高温（３００℃以上）で熱処理された結晶性ＩＴＯ膜に比べて、平坦化されることを確認した。
＜素子の発光特性の評価＞
【００４７】
上記した実験例１及び比較例に係わるＩＴＯ膜が形成された透明基板１８を用いて、図２に示した製造方法により無機エレクトロルミネッセンス素子を作製し、発光特性を比較した。
【００４８】
図１０の実線Ａは、アモルファスライクＩＴＯ膜が形成されたポリカーボネート基板（実験例１）を用いて作製した無機エレクトロルミネッセンス素子の発光スペクトルを示し、図１０の破線Ｂは、熱処理された結晶性ＩＴＯ膜が形成されたガラス基板（比較例）を用いて作製した無機エレクトロルミネッセンス素子の発光スペクトルを示す。図１０の縦軸は任意単位で相対的な発光輝度を示し、横軸は発光波長を示す。
【００４９】
図１０に示すように、実験例１に係わる無機エレクトロルミネッセンス素子の発光スペクトルは、比較例に係わる無機エレクトロルミネッセンス素子のそれに比べて、発光ピークを形成する波長はほぼ同じであるが、発光ピークの幅が狭い、即ち狭帯域であることを確認した。すなわち、下部電極１７としてのＩＴＯ膜の表面を平坦にすることにより、絶縁層１５が堆積される下地となる被堆積物の表面の平坦性が増し、これにより、量子閉じ込め準位以外からの発光ピークが抑制され、発光ピークが狭帯域化されることを確認した。
【００５０】
図１１の白丸は、アモルファスライクＩＴＯ膜が形成されたポリカーボネート基板（実験例１）を用いて作製した無機エレクトロルミネッセンス素子の発光特性を示し、図１１の黒丸は、熱処理された結晶性ＩＴＯ膜が形成されたガラス基板（比較例）を用いて作製した無機エレクトロルミネッセンス素子の発光特性を示す。図１１の縦軸は発光輝度（相対値）を示し、横軸は印加電圧を示す。
【００５１】
比較的低電圧の時は、発光輝度に違いは無いが、１６０Ｖ以上の高電圧において、実験例１に係わる無機エレクトロルミネッセンス素子の発光輝度が、比較例に係わる無機エレクトロルミネッセンス素子よりも高くなった。さらに、１８０Ｖ前後の電圧を印加すると、比較例に係わる無機エレクトロルミネッセンス素子は、絶縁破壊を発生し、発光輝度も減少している。これに対して、実験例１に係わる無機エレクトロルミネッセンス素子は、１８０Ｖ前後の電圧を印加しても、印加電圧の上昇と共に発光輝度も高くなり、絶縁破壊が抑制されていることが分った。
【００５２】
なお、図１０及び図１１では、実験例１に係わる無機エレクトロルミネッセンス素子の発光特性について、比較例に係わる無機エレクトロルミネッセンス素子のそれと比較したが、結晶性ＩＴＯ膜の表面を研磨した後のガラス基板（実験例２）を用いて作成した無機エレクトロルミネッセンス素子についても、実験例１と同様な評価結果が得られている。
【００５３】
上記のように、本発明は、１つの実施形態及び実験例によって記載したが、この開示の一部をなす論述及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、実施例及び運用技術が明らかとなろう。すなわち、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。
【符号の説明】
【００５４】
１    無機エレクトロルミネッセンス素子
２    電源
１１    量子ドット堆積膜
１２、１３    バッファ層
１４、１５    絶縁層
１６    上部電極
１７    下部電極
１８    ガラス基板
【図１】
2011134536.tif 000003
【図２】
2011134536.tif 000004
【図３】
2011134536.tif 000005
【図７】
2011134536.tif 000006
【図８】
2011134536.tif 000007
【図９】
2011134536.tif 000008
【図１０】
2011134536.tif 000009
【図１１】
2011134536.tif 000010
【図４】
2011134536.tif 000011
【図５】
2011134536.tif 000012
【図６】
2011134536.tif 000013