(57)【要約】【課題】発光効率に優れた直流駆動型無機発光素子を提供することを目的とする。【解決手段】基板１１上に、第１の層１３及び第２の層１４が積層して設けられた発光素子であって、第２の層１４は、ＳまたはＳｅの少なくとも一方から選ばれる元素及びＺｎを構成要素とする第１の部位１７と、ＣｕまたはＡｇの少なくとも一方から選ばれる元素及びＳまたはＳｅの少なくとも一方から選ばれる元素を構成元素とする第２の部位１８とから構成され、第１の層１３は、ＳまたはＳｅの少なくとも一方から選ばれる元素及びＺｎから構成され、第２の層１４において、第２の部位１８の基板１１に平行な断面積が第１の層に向かって先細りになっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、第１の層及び第２の層が積層して設けられた発光素子であって、
前記第２の層は、ＳまたはＳｅの少なくとも一方から選ばれる元素及びＺｎを構成要素とする第１の部位と、
ＣｕまたはＡｇの少なくとも一方から選ばれる元素及びＳまたはＳｅの少なくとも一方から選ばれる元素を構成元素とする第２の部位とから構成され、
前記第１の層は、ＳまたはＳｅの少なくとも一方から選ばれる元素及びＺｎから構成された発光層であり、且つ
前記第２の層において、前記第２の部位の基板に平行な断面積が前記第１の層に向かって先細りになっていることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記第１の層は、ＣｕまたはＡｇの少なくとも一方から選ばれる元素及びＡｌ、Ｇａ並びにＩｎから少なくともいずれかから選ばれる元素を含むことを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項３】
前記第２の部位が、さらにＡｌ、Ｇａ及びＩｎの少なくともいずれかから選ばれる元素を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の発光素子。
【請求項４】
前記第２の部位の結晶構造がカルコパイライト構造であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の発光素子。
【請求項５】
前記第１の部位がＺｎ及びＳを構成元素とし、
前記第２の部位がＡｌ、Ｃｕ及びＳを構成元素とし、
前記第１の層がＺｎ及びＳを構成元素とし、
前記第１の層には、Ａｌ及びＣｕが添加されていることを特徴とする請求項１及び４記載の発光素子。
【請求項６】
前記第１の部位がＺｎ及びＳを構成元素とし、
前記第２の部位がＣｕ及びＳを構成元素とし、
前記第１の層がＺｎ及びＳを構成元素とし、
前記第１の層には、Ａｌ及びＣｕが添加されていることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項７】
前記第１の層より発生した光を前記第２の層から外部に取り出す構造を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の発光素子。
【請求項８】
ｐ型半導体からなる層が前記第２の層に隣接して設けられることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の発光素子。
【請求項９】
基板上に、第１の層及び第２の層が隣接して設けられた発光素子を形成する製造方法であって、
ＳまたはＳｅの少なくとも一方から選ばれる元素及びＺｎを含む第１の層を形成する工程と、
ＳまたはＳｅの少なくとも一方から選ばれる元素、ＣｕまたはＡｇの少なくとも一方から選ばれる元素及びＺｎを含む第２の層を形成する工程とを有し、
ここで、ＣｕまたはＡｇの少なくとも一方から選ばれる元素の供給量及びＺｎの供給量の少なくとも一方を時間の経過とともに変化させることを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項１０】
基板上に、第１の層及び第２の層が隣接して設けられた発光素子を形成する製造方法であって、
ＳまたはＳｅの少なくとも一方から選ばれる元素及びＺｎを含む第１の層を形成する工程と、
ＳまたはＳｅの少なくとも一方から選ばれる元素、ＣｕまたはＡｇの少なくとも一方から選ばれる元素及びＺｎを含む第２の層を形成する工程と、を有し、
ここで、ＣｕまたはＡｇの少なくとも一方から選ばれる元素の供給量及びＺｎの供給量の少なくとも一方を時間の経過とともに変化させ、
前記第２の層が、ＳまたはＳｅの少なくとも一方から選ばれる元素及びＺｎを構成元素とする第１の部位と、ＣｕまたはＡｇの少なくとも一方から選ばれる元素及びＳまたはＳｅの少なくとも一方から選ばれる元素を含み構成される第２の部位とに分離して分布され、前記第２の部位の基板に平行な断面積が、前記第１の層に向かって先細りになるように形成されることを特徴とする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、直流駆動型の発光素子及び発光素子の製造方法に関し、特に、低電圧駆動が可能で、発光効率が高い発光素子及び発光素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば携帯電話の表示のバックライトなどに使用されている薄型の発光素子としてエレクトロルミネッセンス（以下、ＥＬともいう）素子が知られている。
【０００３】
発光させるＥＬ素子の基本構造の違いにより、分散型ＥＬと、薄膜型ＥＬに分けられるが、最も一般的に使用されているのは硫化亜鉛粉末を蛍光体として用いた分散型ＥＬである。
【０００４】
この分散型ＥＬ素子は誘電物質中に分散型のＥＬ用蛍光体の粒子を分散し、この分散した蛍光体の両側に配置した少なくとも一方が透明な電極間に交流及び直流の電圧を印加することで発光する原理を有している。
【０００５】
フレキブルなフィルム（ＰＥＴやＴＡＣなど）基板上にスクリーン印刷、各種塗布法などの簡易な方法で素子を形成できる特徴を持っている。
【０００６】
そのため、低コストで大面積に向く発光素子として広告ディスプレイなどにも使われてきたが、面発光素子として見た場合、薄膜型ＥＬ素子にくらべ、輝度が低く、寿命が短いという問題がある。
【０００７】
薄膜型ＥＬ素子については、現在、交流動作２重絶縁構造素子が実用上の主流を占めている。薄膜型ＥＬ素子は、２層の絶縁層で硫化亜鉛を母体としたＥＬ発光層を包み込んでいる点に特徴があり、この構造のため、発光層に高電界を安定に印加できるようになっている。
【０００８】
しかし、その構造から明らかなように、２重絶縁構造素子での動作は交流動作に限られる。
【０００９】
一方、直流印加で発光する薄膜型ＥＬ素子は、純容量性負荷に近い交流動作型素子に比べて、駆動電源が単純になり、効率良く駆動できると期待される。
【００１０】
しかし、これまで試みられたほとんど全てが、蛍光体の励起機構上は衝突励起型に分類されるものである。
【００１１】
これは、本質的に１０５〜１０６Ｖ／ｃｍの高電界領域を発光層中に必要とするため、絶縁破壊により高電界を安定に維持することが難しい。
【００１２】
また、この直流高電界のために、発光層中のイオン化不純物が徐々にではあるが電界方向に移動して、電界分布を変化させ、動作特性をシフトさせることも、不安定性の原因に加えられる。
【００１３】
そこで、最近では１０Ｖ程度の直流低電圧で動作するキャリア注入・再結合型薄膜発光素子の開発が進められおり、成功例もいくつか報告されている。
【００１４】
例えば、Ａｌ−ＺｎＳ−ＣｕＧａＳ２ダイオード構成（非特許文献１）や、ｐ型ＣｕＧａＳ２／ｎ型ＺｎＯ：Ａｌのヘテロジャンクションダイオード構成（非特許文献２）を用いた、キャリア注入・再結合型素子などが報告されている。
【００１５】
しかし、いずれも発光効率は非常に低く、例えば、非特許文献１に開示される技術では、温度９０Ｋで電圧１９Ｖの印加で辛うじて発光しているという程度である。
【００１６】
この原因としては、ｐｎ接合部の格子整合性が悪く、発光層へのキャリア注入効率が低いためと考えられている。
【００１７】
従来、キャリア注入効率を向上させる方法として、発光素子の内部に電界が集中する点を複数設ける方法が知られている。これは無機ＥＬ素子に限った話ではなく、例えば、特許文献１では、有機ＥＬ素子の正孔輸送層の材料に、針状ダイヤモンド膜が使用されている。
【００１８】
このとき、正孔注入電極と電子注入電極との間に電圧を印加すると、ダイヤモンド膜の表面には針状構造が形成されているため、針状構造からの正孔注入効率が高くなり、極めて発光強度が高い有機発光素子が得られている。
【００１９】
発光素子内部に電界集中点となる微細構造を設ける方法としては、以下のものがある。
【００２０】
特許文献１に記載されるプラズマ処理による方法、リソグラフィーなどを用いた微細構造形成方法、自己組織的に形成される構造を利用した微細構造体の形成方法等がある。
【特許文献１】特開２００１−３４８２９６号公報
【非特許文献１】Japanese journal of applied physics  ３１巻  Ｌ１６０６頁（１９９２）
【非特許文献２】Journal of physics and chemistry of solid 66巻  １８６８頁（２００５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかし、公知の直流駆動型無機ＥＬ素子に用いられる材料においては、上記のような微細構造を再現性良く、膜面内で均一に形成することが難しいため、安定した発光特性が得られなかった。
【００２２】
特に、プラズマ処理や、リソグラフィー等を用いた方法では、良好な界面特性が得られないため、キャリア注入効率が逆に低くなってしまっていた。
【００２３】
そこで、本発明は、発光効率に優れた直流駆動型無機発光素子を提供することを目的とする。また、このような発光素子を製造する製造方法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】
【００２４】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、基板上に、第１の層及び第２の層が積層して設けられた発光素子であって、前記第２の層は、ＳまたはＳｅの少なくとも一方から選ばれる元素及びＺｎを構成要素とする第１の部位と、ＣｕまたはＡｇの少なくとも一方から選ばれる元素及びＳまたはＳｅの少なくとも一方から選ばれる元素を構成元素とする第２の部位とから構成され、前記第１の層は、ＳまたはＳｅの少なくとも一方から選ばれる元素及びＺｎから構成された発光層であり、且つ、前記第２の層において、前記第２の部位の基板に平行な断面積が前記第１の層に向かって先細りになっていることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明は、基板上に、第１の層及び第２の層が隣接して設けられた発光素子を形成する製造方法であって、ＳまたはＳｅの少なくとも一方から選ばれる元素及びＺｎを含む第１の層を形成する工程と、ＳまたはＳｅの少なくとも一方から選ばれる元素、ＣｕまたはＡｇの少なくとも一方から選ばれる元素及びＺｎを含む第２の層を形成する工程とを有し、ここで、ＣｕまたはＡｇの少なくとも一方から選ばれる元素の供給量及びＺｎの供給量の少なくとも一方を時間の経過とともに変化させることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明は、基板上に、第１の層及び第２の層が隣接して設けられた発光素子を形成する製造方法であって、ＳまたはＳｅの少なくとも一方から選ばれる元素及びＺｎを含む第１の層を形成する工程と、ＳまたはＳｅの少なくとも一方から選ばれる元素、ＣｕまたはＡｇの少なくとも一方から選ばれる元素及びＺｎを含む第２の層を形成する工程と、を有し、ここで、ＣｕまたはＡｇの少なくとも一方から選ばれる元素の供給量及びＺｎの供給量の少なくとも一方を時間の経過とともに変化させ、前記第２の層が、ＳまたはＳｅの少なくとも一方から選ばれる元素及びＺｎを構成元素とする第１の部位と、ＣｕまたはＡｇの少なくとも一方から選ばれる元素及びＳまたはＳｅの少なくとも一方から選ばれる元素を含み構成される第２の部位とに分離して分布され、前記第２の部位の基板に平行な断面積が、前記第１の層に向かって先細りになるように形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、発光層に向かって先細りになっている部位を有することにより、内部に界面特性に優れた構造を安定して形成することができる。
【００２８】
これにより、局所的な電界集中が生じるような形状の界面が、制御性良く、安定して形成されるため、発光層への効果的な電荷注入が可能となり、低電圧での発光が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の実施の形態を説明する。
【００３０】
図１及び図２は、本発明の一実施形態としての発光素子の構造例を模式的に示す断面図である。基板１１上に陰極１２を設け、陰極１２上に第１の層としての発光層１３、第２の層としての微細構造層１４及び陽極１６を設けることにより構成される。
【００３１】
微細構造層１４は、マトリックス部位１７とｐ型半導体からなる部位１８より構成される。なお、微細構造層１４と陽極１６の間には、ｐ型半導体層１５が設けられていても良い。本実施の形態では、ｐ型半導体層１５が設けられる構成となっている。
【００３２】
また、発光素子の構成としては、基板１１上に陽極１６、微細構造層１４、発光層１３及び陰極１２が設けられる、本実施の形態とは層構成が反対となっている構成でも良い。
【００３３】
発光層１３及びマトリックス部位１７をＳまたはＳｅから選ばれる元素及びＺｎを構成要素とし、部位１８をＣｕまたはＡｇから選ばれる元素及びＳまたはＳｅから選ばれる元素を構成要素とする。この場合、発光効率及び安定性の高い発光素子が再現性良く得られることが分かっている。
【００３４】
この原因は明らかではないが、上記の材料の組み合わせにおいては、自己組織的に微細構造が形成可能で、接合部の界面特性が優れていることが考えられる。
【００３５】
特に、発光層１３と微細構造層１４の界面において、部位１８が尖頭形状を有する界面が安定して形成されるため、局所的な電界集中を利用した効果的な電荷注入が可能となり、低電圧での発光が可能になっていると考えられる。
【００３６】
また、微細構造は製膜条件によって制御可能であるため、微細構造を均一に、再現性良く生成することができると考えられる。
【００３７】
発光層１３は、ＳまたはＳｅから選ばれる元素及びＺｎを母体とした蛍光体を用いられている。
【００３８】
発光層１３の材料として、ＣｕまたはＡｇから選ばれる少なくとも１種類以上の元素及びＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ並びにＣｌから選ばれる少なくとも１種類以上の元素が添加されていることが好ましい。
【００３９】
なお、上記の添加元素は、膜面にわたり均一に添加されていても、局所的に添加されていても良い。
【００４０】
図３（ａ）は、図１の破線Ａ−Ａ’に沿った断面模式図、図３（ｂ）は図１の破線Ｂ−Ｂ’に沿った断面模式図である。
【００４１】
マトリックス部位１７は、ＳまたはＳｅから選ばれる元素及びＺｎより構成されるが、発光層１３における添加元素を含んでいても良く、また発光層１３と同様の結晶構造を有している。
【００４２】
部位１８はＣｕまたはＡｇから選ばれる元素及びＳまたはＳｅから選ばれる元素よりなるｐ型半導体から構成され、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎから選ばれる元素を含んでいても良い。
【００４３】
図３に示されているように、部位１８の基板に平行な断面積は、発光層１３に向かって先細りになるような構造を有している。
【００４４】
また、ＣｕまたはＡｇから選ばれる元素及びＳまたはＳｅから選ばれる元素がカルコパイライト型の結晶構造を有し、ＳまたはＳｅから選ばれる元素及びＺｎが閃亜鉛型の結晶構造を有している。この場合、部位１８と発光層１３とが優れた格子整合性を示すため、安定した発光特性を示す高輝度発光素子を得ることができる。
【００４５】
本実施形態において、基板及び電極材料は特に限定されるものではないが、基板１１としては、サファイア又は石英から選ばれる材料が好ましい。また、陰極１２としては、ＺｎＯ：Ａｌ、Ａｌ、Ｍｇ、Ａｇ、Ｃａから選ばれる材料が好ましい。陽極１６としては、Ｐｔ、ＮｉＯ：Ｌｉ、Ｃｕ２Ｏ、Ｎｉ、Ａｕ、ＩＴＯから選ばれる材料が好ましい。
【００４６】
また、密着層として、ｐ型半導体層１５と陽極１６との間にＭｏを用いることも好ましい。
【００４７】
なお、陽極１６に最も仕事関数の大きいＰｔを用いると、ホールに対する障壁が小さくなるため、部位１８へのホール注入効率が向上し、より発光効率の高い素子が得られる。
【００４８】
また、陽極１６にＩＴＯを用いた場合は、ＩＴＯが可視光に対し透明であるため、陽極側からも光を取り出すことができるようになる。
【００４９】
この場合、発光層１３で生じた光は図２に示したように、微細構造層１４を通過するため、界面で全反射する割合が減少し、光取り出し効率が増加するという効果が得られる。
【００５０】
（製造方法）
以下、本実施形態の発光素子の製造方法について説明する。
【００５１】
まず、サファイア、石英等の基板１１を用意し、スパッタ法、パルスレーザー蒸着法、原子層蒸着法及び電子ビーム蒸着法の気相法又はそれらの組み合わせなどにより陰極１２を形成する。
【００５２】
その上に同じく気相法などを用いてＳ、Ｓｅから選ばれる元素及びＺｎより構成される層を形成する。この時、気相中に数％のＨ２Ｓ又はＨ２Ｓｅを導入してもよい。また、同時に添加元素として、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｌから選ばれる少なくとも１種類以上の元素を供給し、発光層１３中に含ませることもできる。
【００５３】
引き続いて、Ｃｕ、Ａｇから選ばれる元素、Ｓ、Ｓｅから選ばれる元素及びＺｎを含む膜を形成する。
【００５４】
この時、Ｃｕ、Ａｇから選ばれる元素の供給量とＺｎの供給量を例えば図４に示すように時間経過とともに変化させ、陰極１２に向かってＺｎ濃度比が大きくなるように調整する。
【００５５】
この調整は、例えば、スパッタ法を用いた製膜の場合、Ｚｎを含み構成されるターゲットとＣｕ又はＡｇを含み構成されるターゲットとを用い、それぞれのターゲットに印加するパワーを徐々に変化させることによって行う。
【００５６】
この時、基板温度は３００度程度が望ましい。また、安定した硫化物又はセレン化物を得るために、製膜後に数％のＨ２Ｓ又ははＨ２Ｓｅを含む雰囲気中で熱処理を行っても良い。熱処理温度は基板や電極材料にもよるが、６００℃程度が望ましい。
【００５７】
以上の工程により、発光層１３、微細構造層１４及びｐ型半導体層１５が形成される。
【００５８】
なお、ｐ型半導体層１５は必ずしも形成される必要はなく、製膜条件を制御することによって省略することも可能である。
【００５９】
発光層１３は、Ｓ、Ｓｅから選ばれる元素及びＺｎより構成される。
【００６０】
微細構造層１４はＣｕ、Ａｇから選ばれる元素及びＳ、Ｓｅから選ばれる元素より構成される部位１８と、Ｓ、Ｓｅから選ばれる元素及びＺｎからなる部位１７が分散分布して構成されている。
【００６１】
部位１８は、基板に平行な断面積が、発光層１３に向かって先細りになるような構造を有している。
【００６２】
この時、微細構造層１４におけるＺｎ濃度の調整の仕方によって、部位１８の形状が円錐状やシリンダー状になったりする。
【００６３】
この微細構造層１４が形成されるメカニズムについては明らかではないが、以下のように考察することができる。
【００６４】
発光層１３に近い領域では、Ｚｎ濃度が大きいためＳまたはＳｅから選ばれる元素及びＺｎの結晶成長が促進され、粒径の大きな結晶が形成される。しかし、その一方では、Ｃｕ又はＡｇの濃度は低く、ＣｕまたはＡｇから選ばれる元素及びＳまたはＳｅから選ばれる元素の結晶成長はなかなか進まない。
【００６５】
その結果、発光層１３に近い領域ではＳまたはＳｅから選ばれる元素及びＺｎの結晶粒界にＣｕまたはＡｇから選ばれる元素及びＳまたはＳｅから選ばれる元素が析出したような構造となる。また、膜中のＺｎ濃度は膜表面に近づくにつれ低くなっているため、ＳまたはＳｅから選ばれる元素及びＺｎの結晶粒径は膜表面に向かって小さくなる。
【００６６】
その結果、上記のような構造を有する微細構造層１４が形成されると考えられる。
【００６７】
次に、気相法などにより陽極１６を形成する。
【００６８】
なお、発光層１３への不純物の添加方法としては、上記のように、発光層１３を形成する際に、同時に不純物となる元素を供給するという方法でも良いが、微細構造層１４及び陰極材料からの物質拡散を用いても良い。この物質拡散は微細構造層製膜時や製膜後の熱処理時に同時に行われても良い。
【００６９】
また、基板１１上に気相法により陽極１６を形成し、陽極１６上に微細構造層１４及び発光層１３を形成した後、陰極１２を形成するという方法によっても製造することができる。
【実施例】
【００７０】
以下、具体的な実施例によって、本発明を更に詳細に説明する。
（実施例１）
本発明における発光材料の一実施形態を図１を用いて説明する。
【００７１】
基板としてサファイア基板を用いる。基板１１上にＺｎＯ及びＡｌをターゲットとしたマグネトロンスパッタリング法によりＺｎＯ：Ａｌを１５０ｎｍ成膜して陰極１２とする。
【００７２】
この際、基板温度は３００℃とし、ＡｒとＯ２の混合ガスを流して約０．５Ｐａとする。その後発光層１３、微細構造層１４を下記のように成膜する。
【００７３】
成膜には、カソードを３台備えたマグネトロンスパッタリング装置を用いる。ＺｎＳのターゲットを用いて、厚さ５００ｎｍ程度のＺｎＳ層を形成したのち、ＺｎＳ、Ｃｕ及びＡｌをターゲットとしてＣｕＡｌＳ２とＺｎＳより構成される層を７００ｎｍ製膜する。
【００７４】
この際、基板温度は３００℃とし、ＡｒとＨ２Ｓの混合ガスを流して約０．５Ｐａの圧力とする。
【００７５】
また、この時ＺｎＳ、Ｃｕ、Ａｌのターゲットに印加するパワーを制御することによって、Ｃｕ及びＡｌの製膜速度とＺｎＳの製膜速度を図５に示すように変化させ、陰極１２に向かってＺｎ濃度比が大きくなるように調整する。
【００７６】
次に、成膜した基板を電気炉を用いて、３％のＨ２Ｓを含んだＡｒ雰囲気下、約６００℃で熱処理する。
【００７７】
得られた膜をＸ線回折により評価すると、ＺｎＳの閃亜鉛構造に起因するピークとＣｕＡｌＳ２のカルコパイライト構造に起因するピークが見られる。
【００７８】
また、電子線顕微鏡により、発光層１３と、部位１７と部位１８とが分散分布して構成される微細構造層１４と、ｐ型半導体層１５とが観察される。
【００７９】
また、部位１８の基板に平行な断面積は発光層１３近傍で約数ｎｍ２〜十ｎｍ２、ｐ型半導体層１５近傍で約数μｍ２〜数十μｍ２となっている。
【００８０】
次に、ｐ型半導体層２５上にマグネトロンスパッタリング法によりＭｏを１０ｎｍ、Ｐｔを５０ｎｍ成膜して陽極２６とする。
【００８１】
このように作製した素子に電流を流して電流-電圧特性を評価したところ、やや青みがかった緑色発光が見られた。
【００８２】
これは、上記の熱処理によって微細構造層１４及び陰極１２からの物質拡散が生じ、発光層１３中にＺｎＳ：Ｃｕ、Ａｌからなる部位が形成されているためと考えられる。
【００８３】
また、本実施例において、ＣｕＡｌＳ２とＺｎＳの結晶構造は類似しており、格子整合性も良好である。
【００８４】
さらに、発光層１３と微細構造層１４の界面において、部位１８が尖頭形状を有する界面が形成されているため、局所的な電界集中を利用した効果的な電荷注入が可能となっていると思われる。すなわち、このような構造により高輝度な発光素子が得られていると思われる。
【００８５】
また、従来、電界の局所集中が起こると素子不良が生じ易くなるが、本発明では発光層１３及び部位１８の結晶性が良好で、格子整合に優れていることから素子不良が生じにくいものと思われる。
【００８６】
また、同様の製法にて、部位１８がＣｕ（ＩｎＧａ）Ｓ２になるように作製された素子の電流-電圧特性を評価したところ、緑色発光が見られた。このとき発光層１３中にＺｎＳ：Ｉｎ、Ｇａ、Ａｌからなる部位が形成されていると考えられる。
【００８７】
また、同様の製法にて、部位１８がＡｇＡｌＳ２となるように作製された素子の電流-電圧特性を評価したところ、青色発光が見られた。このとき発光層１３中にＺｎＳ：Ａｇ、Ａｌからなる部位が形成されていると考えられる。
【００８８】
（実施例２）
本発明における発光材料の一実施形態を図１を用いて説明する。
【００８９】
基板としてサファイア基板を用いる。基板１１上にＺｎＯ及びＡｌをターゲットとしたマグネトロンスパッタリング法によりＺｎＯ：Ａｌを１５０ｎｍ成膜して陰極１２とする。
【００９０】
この際、基板温度は３００℃とし、ＡｒとＯ２の混合ガスを流して約０．５Ｐａとする。その後、発光層１３、微細構造層１４を下記のように成膜する。
【００９１】
成膜には、カソードを３台備えたマグネトロンスパッタリング装置を用いる。ＺｎＳのターゲットを用いて、厚さ５００ｎｍ程度のＺｎＳ層を形成したのち、ＺｎＳ、Ｃｕ、ＡｌをターゲットとしてＣｕＡｌＳ２とＺｎＳより構成される層を７００ｎｍ製膜する。
【００９２】
この際、基板温度は３００℃とし、ＡｒとＨ２Ｓの混合ガスを流して約０．５Ｐａの圧力とする。
【００９３】
またこの時ＺｎＳ、Ｃｕ、Ａｌのターゲットに印加するパワーを制御することによって、Ｃｕ及びＡｌの製膜速度とＺｎＳの製膜速度を図５に示すように変化させ、陰極１２に向かってＺｎ濃度比が大きくなるように調整する。
【００９４】
次に、成膜した基板を電気炉を用いて、３％のＨ２Ｓｅを含んだＡｒ雰囲気下、約６００℃で熱処理する。
【００９５】
電子線顕微鏡により、発光層１３と、部位１７と部位１８とが分散分布して構成される微細構造層１４と、ｐ型半導体層１５が観察される。
【００９６】
また、部位１８の基板に平行な断面積は発光層１３近傍で約数ｎｍ２〜十ｎｍ２、ｐ型半導体層１５近傍で約数μｍ２〜数十μｍ２となっている。
【００９７】
次に、ｐ型半導体層１５上にマグネトロンスパッタリング法によりＭｏを１０ｎｍ、Ｐｔを５０ｎｍ成膜して陽極１６とする。
【００９８】
このように作製した素子に電流を流して電流-電圧特性を評価したところ、緑色の発光が見られた。
【００９９】
これは上記の熱処理によって微細構造層１４及び陰極１２からの物質拡散が生じ、発光層１３中にＺｎ(Ｓ０．９Ｓｅ０．１)：Ｃｕ、Ａｌからなる部位が形成されているためと考えられる。
【０１００】
また、本実施例において、ＣｕＡｌＳ２とＺｎＳの結晶構造は類似しており、格子整合性も良好である。
【０１０１】
さらに、発光層１３と微細構造層１４の界面において、部位１８が尖頭形状を有する界面が形成されるため、局所的な電界集中を利用した効果的な電荷注入が可能となっていると思われる。すなわち、このような構造により高輝度な発光素子が得られていると思われる。
【０１０２】
従来、電界の局所集中が起こると素子不良が生じ易くなるが、本発明では、発光層１３及び部位１８の結晶性が良好で、格子整合に優れていることから  素子不良が生じにくいものと思われる。
【０１０３】
（実施例３）
本発明における発光材料の一実施態様を図６を用いて説明する。
【０１０４】
基板としてサファイア基板を用いる。基板２１上にＺｎＯ及びＡｌをターゲットとしたパルスレーザー蒸着法によりＺｎＯ：Ａｌを１５０ｎｍ成膜して陰極２２とする。
【０１０５】
この際、基板温度は３００℃とし、Ｏ２を流して約０．０１Ｐａとする。
【０１０６】
その後、発光層２３及び微細構造層２４を下記のように製膜する。
【０１０７】
ＺｎＳのターゲットを用いて、厚さ５００ｎｍ程度のＺｎＳ層を形成したのち、ＺｎＳ、ＣｕをターゲットとしてＣｕ２ＳとＺｎＳより構成される層を７００ｎｍ製膜する。
【０１０８】
この際、基板温度は６００℃とし、Ｈ２Ｓの混合ガスを流して約０．０１Ｐａの圧力とする。また、この時レーザーショット数を制御することによって、ＣｕとＺｎＳの製膜速度を図７に示すように変化させ、陰極２２に向かってＺｎ濃度比が大きくなるように調整する。
【０１０９】
得られた膜をＸ線回折により評価すると、ＺｎＳのウルツ構造に起因するピークとＣｕ２Ｓのカルコサイト構造に起因するピークが見られる。
【０１１０】
また、電子線顕微鏡にて観察すると、発光層２３と、マトリックス部位２７及び部位２８とが分散分布して構成される微細構造層２４が形成されている。
【０１１１】
また、部位２８の基板に平行な断面積は発光層２３近傍で約数十ｎｍ２〜数百ｎｍ２、微細構造層２４表面では約数十μｍ２〜数百μｍ２となっている。
【０１１２】
次に、微細構造層２４上にマグネトロンスパッタリング法によりＭｏを１０ｎｍ、Ｐｔを５０ｎｍ成膜して陽極２６とする。
【０１１３】
このように作製した素子に電流を流して電流-電圧特性を評価したところ、やや青みがかった緑色発光が見られた。
【０１１４】
これは発光層２３及び微細構造層２４の形成時に微細構造層及び陰極からの物質拡散が生じ、発光層２３中にＺｎＳ：Ｃｕ、Ａｌからなる部位２９が形成されているためと考えられる。
【０１１５】
また、本実施例では、発光層２３と微細構造層２４の界面において、部位２８が尖頭形状を有する界面が形成されるため、局所的な電界集中を利用した効果的な電荷注入が可能となっていると思われる。すなわち、このような構造により高輝度な発光素子が得られていると思われる。
【０１１６】
従来、電界の局所集中が起こると素子不良が生じ易くなる。しかし、本発明では発光層２３及び部位２８の結晶性が良好で、部位２８において発光層２３に面する尖頭部の曲率半径が制御されているため、素子不良が生じにくいものと思われる。
【０１１７】
（実施例４）
本発明における発光材料の一実施態様を図６を用いて説明する。
【０１１８】
基板としてサファイア基板を用いる。基板２１上にＺｎＯ及びＡｌをターゲットとしたマグネトロンスパッタリング法によりＺｎＯ：Ａｌを１５０ｎｍ成膜して陰極２２とする。
【０１１９】
この際、基板温度は３００℃とし、ＡｒとＯ２の混合ガスを流して約０．５Ｐａとする。その後発光層２３、微細構造層２４を下記のように製膜する。
【０１２０】
ＺｎＳのターゲットを用いて、厚さ５００ｎｍ程度のＺｎＳ層を形成したのち、ＺｎＳ、ＣｕをターゲットとしてＣｕ２ＳとＺｎＳより構成される層を７００ｎｍ製膜する。
【０１２１】
この際、基板温度は３００℃とし、ＡｒとＨ２Ｓの混合ガスを流して約０．５Ｐａの圧力とする。
【０１２２】
また、この時ＺｎＳ、Ｃｕのターゲットに印加するパワーを制御することによって、ＣｕとＺｎＳの製膜速度を図７に示すように変化させ、陰極２２に向かってＺｎ濃度比が大きくなるように調整する。
【０１２３】
次に、成膜した基板を電気炉を用いて、３％のＨ２Ｓｅを含んだＡｒ雰囲気下、約６００℃で熱処理する。
【０１２４】
得られた膜をＸ線回折により評価すると、ＺｎＳの閃亜鉛構造に起因するピークとＣｕ２Ｓのカルコサイト構造に起因するピークが見られる。
【０１２５】
また、電子線顕微鏡にて観察すると、ＺｎＳからなる発光層２３と、ＺｎＳからなるマトリックス部位２７及びＣｕ２Ｓからなる部位２８とが分散分布して構成される微細構造層２４が形成されている。
【０１２６】
また、部位２８の基板に平行な断面積は発光層２３近傍で約数百ｎｍ２、微細構造層２４表面近傍では約数十μｍ２〜数百μｍ２となっている。
【０１２７】
次に微細構造層２４上にマグネトロンスパッタリング法によりＭｏを１０ｎｍ、Ｐｔを５０ｎｍ成膜して陽極２６とする。
【０１２８】
このように作製した素子に電流を流して電流-電圧特性を評価したところ、やや青みがかった緑色発光が見られた。
【０１２９】
これは熱処理時において微細構造層及び陰極からの物質拡散が生じ、発光層２３中にＺｎＳ：Ｃｕ、Ａｌからなる部位が形成されているためと考えられる。
【０１３０】
従来、電界の局所集中が起こると素子不良が生じ易くなる。しかし、本実施の形態では、発光層２３及び部位２８の結晶性が良好で、かつ部位２８において発光層２３に面する尖頭部の曲率半径が制御されているため、素子不良が生じにくい。
【０１３１】
（実施例５）
本発明における発光材料の一実施形態を図２を用いて説明する。
【０１３２】
基板としてサファイア基板を用いる。基板１１上にＺｎＯ及びＡｌをターゲットとしたマグネトロンスパッタリング法によりＺｎＯ：Ａｌを１５０ｎｍ成膜して陰極１２とする。
【０１３３】
この際、基板温度は３００℃とし、ＡｒとＯ２の混合ガスを流して約０．５Ｐａとする。その後発光層１３、微細構造層１４を下記のように製膜する。
【０１３４】
成膜には、カソードを３台備えたマグネトロンスパッタリング装置を用いる。
【０１３５】
ＺｎＳのターゲットを用いて、厚さ５００ｎｍ程度のＺｎＳ層を形成したのち、ＺｎＳ、Ｃｕ、ＡｌをターゲットとしてＣｕＡｌＳ２とＺｎＳより構成される層を７００ｎｍ製膜する。
【０１３６】
この際、基板温度は３００℃とし、ＡｒとＨ２Ｓの混合ガスを流して約０．５Ｐａの圧力とする。
【０１３７】
また、この時ＺｎＳ、Ｃｕ、Ａｌのターゲットに印加するパワーを制御することによって、Ｃｕ及びＡｌの製膜速度とＺｎＳの製膜速度を図４に示すように変化させ、陰極１２に向かってＺｎ濃度比が大きくなるように調整する。
【０１３８】
次に、成膜した基板を電気炉を用いて、３％のＨ２Ｓを含んだＡｒ雰囲気下、約６００℃で熱処理する。
【０１３９】
得られた膜をＸ線回折により評価すると、ＺｎＳの閃亜鉛構造に起因するピークとＣｕＡｌＳ２のカルコパイライト構造に起因するピークが見られる。
【０１４０】
ＺｎＳからなる発光層１３と、ＺｎＳからなるマトリックス部位１７及びＣｕＡｌＳ２からなる部位１８とが分散分布して構成される微細構造層１４と、ＣｕＡｌＳ２からなるｐ型半導体層１５が形成されている。
【０１４１】
また、部位１８の基板に平行な断面積は発光層１３近傍で約数ｎｍ２〜十ｎｍ２、ｐ型半導体層１５近傍で約数μｍ２〜数十μｍ２となっている。
【０１４２】
次に、ｐ型半導体層１５上にＩＴＯをターゲットとしたマグネトロンスパッタリング法によりＡｒ０．５Ｐａにおいて、ＩＴＯを１００ｎｍ成膜し、陽極１６とする。
【０１４３】
このように作製した素子に電流を流して電流-電圧特性を評価したところ、やや青みがかった緑色発光が見られた。
【０１４４】
本実施例においては、ＩＴＯが透明であるため、陽極側からも光を取り出すことができるようになる。
【０１４５】
この場合、発光層１３で生じた光は図２に示したように、微細構造層１４を通過するため、界面で全反射する割合が減少し、光取り出し効率が増加するという効果が得られる。
【０１４６】
（実施例６）
次に本発明の発光素子を画像表示装置として応用する例について説明する。
【０１４７】
本発明の発光素子を画像表示装置として用いるには電極をライン状に上下でマトリックス状に配線して駆動させることにより可能である。
【０１４８】
カラー画像を得たい場合には白色の発光材料を用いてＲＧＢのフィルターで色を出したり、ＲＧＢに対応した発光材料を高精度にパターニング成膜することにより可能である。
【０１４９】
また、青色発光材料を用いて、緑、赤の色を蛍光体で青から変換させることも可能である。
【０１５０】
また、本発明の発光素子を照明装置に用いる場合には、白色発光材料をもちいる方法やＲＧＢ発光材料を縦方向に積層させる方法、青や紫外発光をさせてからＲＧＢの発光へ変換させる方法がある。
【０１５１】
また、本発明を印字装置などのプリンターに用いる場合には、レーザー光をポリゴンミラーを用いて走査させる代わりに、ライン状に発光素子を並べて駆動することにより可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１５２】
本発明の発光素子は、画像表示装置、照明装置、印字装置に利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１５３】
【図１】本発明の一実施形態としての発光素子の構造例を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態としての発光素子の構造例を模式的に示す断面図である。
【図３】図１の破線に沿った断面模式図である。
【図４】本発明の一実施形態としての発光素子の構成元素の製膜速度を示したグラフである。
【図５】本発明の一実施形態としての発光素子の構成元素の製膜速度を示したグラフである。
【図６】本発明の一実施形態としての発光素子の構成を示す模式断面図である。
【図７】本発明の一実施形態としての発光素子の構成元素の製膜速度を示したグラフである。
【符号の説明】
【０１５４】
１１  基板
１２  陰極
１３  発光層
１４  微細構造層
１５  ｐ型半導体層
１６  陽極
１７  マトリックス部位
１８  ｐ型半導体部位
２１  基板
２２  陰極
２３  発光層
２４  微細構造層
２５  ｐ型半導体層
２６  陽極
２７  マトリックス部位
２８  ｐ型半導体部位
【図１】
2007258222.tif 000003
【図２】
2007258222.tif 000004
【図３】
2007258222.tif 000005
【図４】
2007258222.tif 000006
【図５】
2007258222.tif 000007
【図６】
2007258222.tif 000008
【図７】
2007258222.tif 000009