(57)【要約】【課題】  低コストで大面積の発光素子を容易に作成できること。【解決手段】  透明な基板１０１上に、ＺｎＯ系透明導電膜１０２、ｎ型ＺｎＯ薄膜１０３、正孔輸送層または発光層であるＺｎＯ粒子層１０４、電極１０６が順に積層した構造を有する発光素子１００であって、ＺｎＯ粒子層１０４が、窒素濃度が１０１６ｃｍ−３〜１０２０ｃｍ−３であり粒子サイズが５０ｎｍ〜５００ｎｍである酸化亜鉛の結晶粒子を焼結した半導体層であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型酸化亜鉛系薄膜と正孔輸送層または発光層である酸化亜鉛粒子層とを焼結した接合を有することを特徴とする酸化亜鉛系発光素子。
【請求項２】
基板上に、第１の導電膜、ｎ型酸化亜鉛系薄膜、正孔輸送層または発光層である酸化亜鉛粒子層、第２の導電膜が順に積層した構造を有することを特徴とする酸化亜鉛系発光素子。
【請求項３】
基板上に、第１の導電膜、ｎ型酸化亜鉛系薄膜、正孔輸送層または発光層である酸化亜鉛粒子層、ｐ型ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ薄膜（ただしＸ＝０〜０．３）、第２の導電膜が順に積層した構造を有することを特徴とする酸化亜鉛系発光素子。
【請求項４】
酸化亜鉛粒子層は、窒素濃度が１０１６ｃｍ−３〜１０２０ｃｍ−３であり粒子サイズが５０ｎｍ〜５００ｎｍである酸化亜鉛の結晶粒子を焼結させた半導体層であることを特徴とする請求項１、２または３に記載の酸化亜鉛系発光素子。
【請求項５】
基板が近紫外光または可視光に対して透明であり、第１の導電膜がｎ型酸化亜鉛系透明導電膜であり、第２の導電膜が金属膜であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の酸化亜鉛系発光素子。
【請求項６】
基板が近紫外光または可視光に対して透明であり、第１の導電膜がｎ型酸化亜鉛系透明導電膜であり、第２の導電膜が酸化インジウム錫系透明導電膜であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の酸化亜鉛系発光素子。
【請求項７】
第１の導電膜が金属膜であり、第２の導電膜が酸化インジウム錫系透明導電膜であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の酸化亜鉛系発光素子。
【請求項８】
ｎ型酸化亜鉛系薄膜がｎ型ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ薄膜（ただしＸ＝０〜０．３）であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の酸化亜鉛系発光素子。
【請求項９】
基板上に、金属膜、ｎ型酸化亜鉛薄膜または絶縁膜、酸化亜鉛粒子層、ｎ型酸化亜鉛系透明導電膜または絶縁膜が順に積層した構造を有することを特徴とする酸化亜鉛系発光素子。
【請求項１０】
酸化亜鉛粒子層は、窒素濃度が１０１６ｃｍ−３〜１０２０ｃｍ−３であり粒子サイズが５０ｎｍ〜５００ｎｍである酸化亜鉛の結晶粒子により形成されていることを特徴とする請求項９に記載の酸化亜鉛系発光素子。
【請求項１１】
酸化亜鉛粒子層は、酸化亜鉛の結晶粒子の焼結により形成されていることを特徴とする請求項９または１０に記載の酸化亜鉛系発光素子。
【請求項１２】
酸化亜鉛粒子層が単層の粒子からなることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載の酸化亜鉛系発光素子。
【請求項１３】
酸化亜鉛粒子は、酸素ガスと窒素ガスとを含む混合ガスを雰囲気ガスとし、その中で亜鉛をアーク放電を用いて蒸発させることにより製造されたものであることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一つに記載の酸化亜鉛系発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化亜鉛系発光素子に関し、特に、窒素ドープされた安価に製造できるｐ型酸化亜鉛結晶粒子を用いた発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
照明装置の主流である蛍光灯は、放電管の中の水銀からの紫外光を蛍光体に照射して光らせるものであり、環境面や寿命に問題がある。これを解決するために窒化ガリウム系ｐｎ接合発光ダイオードと蛍光体を組み合わせた白色発光ダイオードの高効率化の研究が行われている。しかしながら、高価な単結晶基板を用いる必要があるために高コストとなり蛍光灯の置き換えは望めない。また、ＭＩＳ型（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型の無機エレクトロルミネッセンス素子は大面積化が容易であるが高電圧が必要で寿命が短く、輝度が低くいために照明装置等に用いることはできなかった。
【０００３】
一方、材料として安価である酸化亜鉛（ＺｎＯ）を用いた発光ダイオードも研究されている。ＺｎＯは室温で他の半導体と異なり励起子（電子とホールが互いに束縛した状態）
が存在できるため、励起子の再結合による近紫外域（約３８０ｎｍ）での極めて高効率な発光が可能である。しかし、ｐ型ＺｎＯ薄膜の成長が難しいために実用的な発光素子は開発されていない。ＺｎＯを用いた発光素子としては、たとえば、特開２００１―２１０８６５号公報「発光素子およびその製造方法」では、ＺｎＯ微粒子を用いた発光素子に関する技術開示がある。この発明によれば、素子を低電圧の直流電流で容易に動作させることが可能となり、また、基板を任意に選択することもできるという利点がある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１―２１０８６５号公報
【特許文献２】特開２００５−３０７１５１号公報
【特許文献３】特開２００６−３４８２４４号公報
【特許文献４】特開２００４−０７９５１８号公報
【特許文献５】特開２００５−０６０１４５号公報
【非特許文献１】D.C.Look,D.C.Reynilds,C.W.Litton,R.L.Jones,D.B.Eason and G.Cantwell: APPLIED PHYSICS LETTERS Vol.81,No.10 02/09/2002
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の技術では以下の問題点があった。
特開２００１―２１０８６５号公報に開示される技術は、ＺｎＯ微粒子を用いるものであるが、これは、酸素欠損によるｎ型ＺｎＯ微粒子、または、ｎ型不純物を含むＺｎＯ微粒子に基づくものである。ｎ型ＺｎＯ微粒子では、発光素子に適したキャリア濃度と発光特性を持つような結晶性のよいものを作成することは困難であり、発光強度の強い発光素子を得にくいという問題点があった。
【０００６】
また、上記特許は電子輸送層にＺｎＯ（ｎ型ＺｎＯ）を使うことが前提であり、ｐｎ接合を形成してＺｎＯ微粒子で光らせるためにはＺｎＯよりバンドギャップの大きなホール輸送層（たとえばｐ型ＧａＮ）が必要となる。ここで、ｐ型ＧａＮ等のバンドギャップの大きなｐ型半導体は実際には単結晶基板上に高温で成長させる必要があり、コスト高を招来してしまう。また、ｎ型ＺｎＯ微粒子は基本的に欠陥から電子を供給するため、結晶性が悪く、発光層には適さないといった原理的な問題点があった。
【０００７】
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、低コストで大面積の発光素子を容易に作成できることを目的とする。すなわち、ｐ型層に結晶性の良い窒素ドープされたＺｎＯ微粒子を用いて、スパッタ等で簡単に作出できるｎ型薄膜とともに、純粋なＺｎＯ系のＬＥＤを安価に提供することを目的とする。また、ＭＩＳ型エレクトロルミネッセンス素子においても結晶性の良いＺｎＯ微粒子を用いることにより、低電圧で高輝度な素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の酸化亜鉛系発光素子は、ｎ型酸化亜鉛系薄膜と正孔輸送層または発光層である酸化亜鉛粒子層とを焼結した接合を有することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に記載の酸化亜鉛系発光素子は、基板上に、第１の導電膜、ｎ型酸化亜鉛系薄膜、正孔輸送層または発光層である酸化亜鉛粒子層、第２の導電膜が順に積層した構造を有することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に記載の酸化亜鉛型発光素子は、基板上に、第１の導電膜、ｎ型酸化亜鉛系薄膜、正孔輸送層または発光層である酸化亜鉛粒子層、ｐ型ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ薄膜（ただしＸ＝０〜０．３）、第２の導電膜が順に積層した構造を有することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に記載の酸化亜鉛発光素子は、請求項１、２または３に記載の酸化亜鉛系発光素子において、酸化亜鉛粒子層が、窒素濃度が１０１６ｃｍ−３〜１０２０ｃｍ−３であり粒子サイズが５０ｎｍ〜５００ｎｍである酸化亜鉛の結晶粒子を焼結させた半導体層であることを特徴とする。
【００１２】
なお、この大きさのＺｎＯ粒子であれば、構造はアモルファスでなく、結晶粒子は単結晶であるため、単に微粒子と呼ぶこともできる。ここでは、適宜、微粒子または結晶粒子と称することとする。
【００１３】
また、請求項５に記載の酸化亜鉛発光素子は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の酸化亜鉛系発光素子において、基板が近紫外光または可視光に対して透明であり、第１の導電膜がｎ型酸化亜鉛系透明導電膜であり、第２の導電膜が金属膜であることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項６に記載の酸化亜鉛発光素子は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の酸化亜鉛系発光素子において、基板が近紫外光または可視光に対して透明であり、第１の導電膜がｎ型酸化亜鉛系透明導電膜であり、第２の導電膜が酸化インジウム錫系透明導電膜であることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項７に記載の酸化亜鉛発光素子は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の酸化亜鉛系発光素子において、第１の導電膜が金属膜であり、第２の導電膜が酸化インジウム錫系透明導電膜であることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項８に記載の酸化亜鉛発光素子は、請求項１〜７のいずれか一つに記載の酸化亜鉛系発光素子において、ｎ型酸化亜鉛系薄膜がｎ型ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ薄膜（ただしＸ＝０〜０．３）であることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項９に記載の酸化亜鉛発光素子は、基板上に、金属膜、ｎ型酸化亜鉛薄膜または絶縁膜、酸化亜鉛粒子層、ｎ型酸化亜鉛系透明導電膜または絶縁膜が順に積層した構造を有することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１０に記載の酸化亜鉛発光素子は、請求項８に記載の酸化亜鉛系発光素子において、酸化亜鉛粒子層が、窒素濃度が１０１６ｃｍ−３〜１０２０ｃｍ−３であり粒子サイズが５０ｎｍ〜５００ｎｍである酸化亜鉛の結晶粒子により形成されていることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１１に記載の酸化亜鉛発光素子は、請求項８または９に記載の酸化亜鉛系発光素子において、酸化亜鉛粒子層が、酸化亜鉛の結晶粒子の焼結により形成されていることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１２に記載の酸化亜鉛発光素子は、請求項１〜１１のいずれか一つに記載の酸化亜鉛系発光素子において、酸化亜鉛粒子層が単層の粒子からなることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１３に記載の酸化亜鉛発光素子は、請求項１〜１２のいずれか一つに記載の酸化亜鉛系発光素子において、酸化亜鉛粒子は、酸素ガスと窒素ガスとを含む混合ガスを雰囲気ガスとし、その中で亜鉛をアーク放電を用いて蒸発させることにより製造されたものであることを特徴とする。なお、この技術は本願発明者による特開2005-60145に詳細に記述されている。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ガラス等の基板上に、安価なｐ型のＺｎＯ結晶粒子とｎ型薄膜とによりｐｎ接合を形成し、高輝度かつ大面積な近紫外−青色発光素子を提供できる。また、安価なＺｎＯ結晶粒子からＭＩＳ型のエレクトロルミネッセンス素子を形成することにより低電圧で発光する高輝度な平面型の白色照明装置を提供できる。従来の高輝度発光ダイオードのように高価な単結晶基板が不要となるため安価であって、大面積化が容易であるため、一般照明装置の用途に対して、その効果は絶大である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明者は、従来の緑色発光する結晶性の悪いＺｎＯ粒子が酸素欠損に起因してｎ型になることに着目し、高品質ＺｎＯ粒子の生成に取り組んだ。その結果、酸素ガスと窒素ガスとを含む混合ガスの雰囲気下で亜鉛をアーク放電により蒸発させると、粒子中に窒素をアクセプタとして取り込み、かつ、発光特性が単結晶薄膜に匹敵する高品質なＺｎＯ微粒子が生成できることを見出した。そして、この微粒子を用いた発光素子について鋭意検討した結果、高輝度で発光する発光素子の構造を見出した。本発明は、こうした知見に基づいて成されたものである
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の一構成例を示した発光素子の模式図である。図において、発光素子１００は、透明な基板１０１の上にＺｎＯ系透明導電膜１０２が形成され、その上にｎ型ＺｎＯ薄膜１０３が形成された構造を有している。そして、さらに、ｎ型ＺｎＯ系薄膜１０３の上に、ｐ型ＺｎＯ微粒子を単層並べ、これを焼結してＺｎＯ粒子層１０４が形成されている。ＺｎＯ系透明導電膜１０２とＺｎＯ粒子層１０４には電極１０５と電極１０６を設けている。
【００２５】
発光素子１００は、図示したように、基板１０１側が透明であるので面発光が可能である。
【００２６】
ここで、透明な基板１０１としては、たとえば、ガラス基板や、樹脂基板を挙げることができる。本発明では、基板１０１とｎ型ＺｎＯ薄膜１０３の間に、低温形成可能なＺｎＯ系透明導電膜１０２を設けている。このため、基板の選択肢を広げることも可能となる。
【００２７】
ＺｎＯ系透明導電膜１０２の例としては、ガリウムドープＺｎＯ膜を挙げることができ、電極１０５の形成のし易さと光の透過性の観点からその厚みは、たとえば、５％ガリウムドープＺｎＯ膜を用いる場合には、５０〜２００ｎｍとするのが好ましい。
【００２８】
また、ＺｎＯ系透明導電膜１０２に入れる不純物としてはアルミニウム等のIII族元素やフッ素等のVII族元素（ハロゲン）であっても良い。また、ＺｎＯ系透明導電膜１０２として上記不純物を含んだＭｇｘＺｎ１−ｘＯ混晶薄膜（ただしＸ＝０〜０．３）を用いることもできる。Ｍｇの添加により透明導電膜１０２の吸収端が短波長側にシフトするためＺｎＯ粒子層１０４からの発光が吸収の吸収が少なくなる。なお、透明な基板１０１上へのＺｎＯ系透明導電膜１０２の形成方法は、マグネトロンスパッタリング法やＣＶＤ法を挙げることができるが、従来の既知の方法を種々採用することができる。
【００２９】
ｎ型ＺｎＯ系薄膜１０３の例としては、ガリウムまたはアルミニウムをドープしたＺｎＯを用いることができる。本デバイスでは結晶性の良いＺｎＯ粒子層１０４が主な発光層として働くためｎ型ＺｎＯ系薄膜１０３は単結晶である必要はなく薄膜の形成方法としては、マグネトロンスパッタリング法やＣＶＤ法などの安価な方法で製造できる。ｎ型ＺｎＯ薄膜は、単結晶、多結晶、非晶質、微粒子あるいはこれらを複合したもののうちのいずれをも用いることができる（他の例においても同様である）。
【００３０】
また、ｎ型ＺｎＯ系薄膜１０３としては、マグネトロンスパッタリング法やＣＶＤ法、あるいはＺｎＯ微粒子とＭｇＯ微粒子の混合粒子を塗布して焼結して成膜できるｎ型ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ混晶薄膜（ただしＸ＝０〜０．３）を用いることもできる。ここでＸ＝０の場合はｎ型ＺｎＯとなる。
【００３１】
一方、Ｘ＝０でない場合にはｎ型ＺｎＯ系薄膜が、ＺｎＯよりも禁制体幅の大きなもの（ｎ型ＭｇｘＺｎ１−ｘＯの薄膜）となり、ヘテロ接合が形成される。したがって、結晶性の良いＺｎＯ粒子層で電子とホールが再結合し、より発光効率を高くすることができる。なお、Ｘが０．３より大きくなるとＺｎＯ（ウルツ鉱型）、ＭｇＯ（岩塩型）の結晶構造の違いから混晶が成り立たなくなるため発光素子としては不適である。
【００３２】
ＺｎＯ粒子層１０４は、窒素濃度が１０１６ｃｍ−３〜１０２０ｃｍ−３であり粒子サイズが５０ｎｍ〜５００ｎｍであるｐ型ＺｎＯの結晶粒子が焼結した半導体層である。この半導体層は、単層、すなわち、ＺｎＯ微粒子が最密に一層充填されて焼結されているが、粒子が総て同一形状でなく、径にもばらつきが生じているのが通常であるため、おおよそ単層と見なせることをも含むものとする。なお、単層（または単層と見なせる層）であるほうが、欠陥が少なくなるため好適な発光特性を有する。また、ＺｎＯ微粒子同士は必ずしも最密に接合している必要はなく、離散的に分布していても、ｎ型ＺｎＯ薄膜と焼結されていればｐｎ接合として働く。
【００３３】
このＺｎＯ微粒子は、酸素ガスと窒素ガスとを含む混合ガスを雰囲気ガスとし、その中で亜鉛を加熱して蒸発させることにより製造することができる。酸素ガスと窒素ガスを含む混合ガスは、たとえば空気と同様の４：１のモル比のガスを用いることができる。加熱して蒸発させる方法としては、たとえばアーク放電を用いる方法を挙げることができる。混合ガスの総圧は、ガス中蒸発法による場合にはアーク放電を生じ易くするため、たとえば、２０×１０３［Ｐａ］とすることができる。原料としては、濃度の高くない亜鉛インゴット、たとえば４Ｎ（純度９９．９９％）を用いることができ、このような純度の低い安価なインゴットであっても、高品質なｐ型ＺｎＯ粒子結晶が得られる。
【００３４】
上記の方法により窒素ドープされたＺｎＯ結晶粒子が生成されるが、窒素濃度が１０１６ｃｍ−３〜１０２０ｃｍ−３であり粒子サイズが５０ｎｍ〜５００ｎｍとなるように、適宜製造条件を設定するものとする。なお、単分散、すなわち、粒径が概ね揃うように制御して製造されたものであることが好ましい。窒素濃度を上記範囲とするのは、窒素濃度が１０１６ｃｍ−３未満であると、ホールの輸送が不十分となり、また、１０２０ｃｍ−３以上であると、欠陥を生成し、発光特性が悪化するからである。また、粒子サイズを上記範囲とするのは、粒子サイズが５０ｎｍを下回ると結晶表面が欠陥として働き発光特性が劣化し、５００ｎｍ以上では、多結晶体になり、粒子の内部に欠陥を含むようになるため発光特性が悪化するためである。好ましくは１００ｎｍ〜５００ｎｍである。図２は、このようにして製造された窒素ドープ型ＺｎＯ結晶粒子の電子顕微鏡写真を示した図である。上記製法による結晶粒子は結晶性が極めてよく、ＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法）により窒素をドープした超高品質なＺｎＯ単結晶薄膜の発光特性（非特許文献１）と同程度の特性が得られる。
【００３５】
ＺｎＯ粒子層１０４は、窒素ドープ型ＺｎＯ微粒子の分散液を用いて、ｎ型ＺｎＯ薄膜１０３の上で塗布して焼結する。ＺｎＯ結晶粒子は通常は凝集した状態であるため、各種アルコール等の有機溶媒にボールミル法等を用いて分散させる。塗布に関しては、たとえば、ディップコート法やスピンコート法、印刷法、インクジェット法等を用いることができる。また、焼結温度としては、空気中で６００℃×１０ｍｉｎとすることができる。耐熱性のない基板を用いる場合には、パルスレーザで表面のみ焼結することもできる。
【００３６】
電極として用いる金属は、金、アルミニウム、白金、チタン、ニッケルあるいはこれらの複合膜であってもよいし合金であってもよい。
【００３７】
図３は、図１で説明した型の発光素子の発光の様子を示した図である。発光素子１００（および後述する発光素子２００、３００、４００、５００では）はｐｎ接合型の発光素子であり、紫外域にピークを持ち、図では可視光部分の青色として観測されている。図４は、その電気特性を示したグラフである。図では横軸が電圧を示し、縦軸は電流を示す。図示したように、発光素子１００は、ｐｎ接合による整流性を有することがわかる。
【００３８】
なお、図５に、ＺｎＯ微粒子を複数層に形成したＺｎＯ粒子層１０４’を有する発光素子１００’の構成例を示す。層の厚みとしては、０．１μｍ〜５００μｍ程度が好ましい。
【００３９】
この他、ＺｎＯ粒子層１０４と電極１０６との間に透明導電膜を介在させることができる。これにより、両面発光が可能となる。図６は、ＺｎＯ粒子層１０４と電極１０６との間に透明導電膜を介在させた発光素子２００の例を示した図である。ここで、透明導電膜として、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）系透明導電膜１０８を挙げることができる。これは、ｐ型であり陽極側に用いられる。酸化インジウム錫系透明導電膜１０８は、印刷により成膜できるので低コストで済み、廃材も削減できるというメリットを有する。
【００４０】
また、同様にＺｎＯ粒子層１０４を挟み込む型として、ＺｎＯ粒子層１０４の下面にｎ型ＭｇＺｎＯ薄膜層１１２、上面にｐ型ＭｇＺｎＯ薄膜層１０７を設けることもできる（図７参照）。図では、発光素子３００は、電極１０６のため、基板１０１側から発光する。このとき、一方または両方の薄膜層において、ＭｇｘＺｎ１−ｘＯ（０＜ｘ≦０．３）とすることができる。この場合、ダブルへテロ構造を形成して電子とホールがＺｎＯ粒子層１０４に閉じ込められて再結合するため極めて効率の良い発光が可能となる。
【００４１】
また、基板１０１上を導電膜として電極１０５で被覆し、この上にｎ型ＺｎＯ薄膜１０３を設ける場合には、反対側（図でいう上側）に発光面を設けるようにする。図８は、透明の基板１０１上を導電膜とした場合の発光素子４００の例を示した図である。この例では、基板が透明である必要がないので、ＺｎＯ系透明導電膜１０２は不要であり、また、基板１０１も透明である必要はない。なお、図９に示したように、透明な基板１０９上に酸化インジウム錫系透明導電膜１０８を形成し、ｎ型ＺｎＯ薄膜１０３との間にｐ型ＺｎＯ粒子層１０４を挟み込み焼結させた発光素子５００の態様であってもよい。
【００４２】
以上の例はｐｎ接合によるものであるが、ｎｐｎ接合にして発光させることもできる。図１０は、発光素子６００の構成例を示した図である。図において、発光素子６００は、基板１０１上に、金属膜（電極１０５）、ｎ型ＺｎＯ薄膜１０３、ＺｎＯ粒子層１１０、ｎ型ＺｎＯ系透明導電膜１１１、透明な基板１０９を、順に積層させた構造を有する。ｎｐｎ接合では、高電界がかかるために白色光が観測される。この発光は、高電界がかかるために、欠陥や不純物順位が励起されたものと推定される。なお、このｎｐｎ接合の場合は、必ずしもＺｎＯ粒子層１０４では焼結は必要ないが、焼結により上下の層との結合が形成され、密着性や耐久性に優れたものにすることができる。また、ｎ型半導体の代わりに１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の厚さの絶縁膜を用いてＭＩＳ構造を形成しても電流が流れないため同様の効果が得られる。従来の粉体を用いたＭＩＳ構造の無機エレクトロルミネッセンス素子では、１００Ｖ〜２００Ｖの高電圧が必要で、輝度も低く、寿命が短いのが欠点であったが、図１０に示したデバイスは、１０Ｖでも高輝度な発光が可能であり、長寿命も期待できるため、照明装置などへの応用範囲が広がる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明によれば、単結晶基板を用いずに高輝度な紫外光または白色光の発光素子が得られるため、大面積な紫外または白色の発光ダイオードやエレクトロルミネッセンスデバイスを安価に提供できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一構成例を示した発光素子の模式図である。
【図２】窒素ドープ型ＺｎＯ結晶粒子の電子顕微鏡写真を示した図である。
【図３】図１で説明した型の発光素子の発光の様子を示した図である。
【図４】図１で説明した型の発光素子の電気特性を示したグラフである。
【図５】ＺｎＯ微粒子を複数層に形成したＺｎＯ粒子層を有する発光素子の構成例を示す。
【図６】ｐ型ＺｎＯ粒子層と電極との間に透明導電膜を介在させた発光素子の例を示した図である。
【図７】ｐ型ＺｎＯ粒子層を挟み込む型として、ｐ型ＺｎＯ粒子層の上面にｐ型ＭｇＺｎＯ薄膜層を設けた発光素子の構成例である。
【図８】透明の基板上を導電膜とした場合の発光素子の例を示した図である。
【図９】透明な基板上に酸化インジウム錫系透明導電膜を形成し、ｎ型ＺｎＯ薄膜との間にｐ型ＺｎＯ粒子層を挟み込み焼結させた発光素子の構成例を示した図である。
【図１０】ｎｐｎ型発光素子の構成例を示した図である。
【符号の説明】
【００４５】
１００、１００’、２００、３００、４００、５００、６００  発光素子
１０１  基板
１０２  ＺｎＯ系透明導電膜
１０３  ｎ型ＺｎＯ（系）薄膜
１０４  ＺｎＯ粒子層（ｐ型）
１０５  電極
１０６  電極
１０７  ｐ型ＭｇＺｎＯ薄膜層
１０８  酸化インジウム錫系透明導電膜（ＩＴＯ）
１０９  基板
１１０  ＺｎＯ粒子層
１１１  ｎ型ＺｎＯ系透明導電膜
【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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