(57)【要約】【課題】粒子からなる半導体発光層を備えるとともに、半導体層が低抵抗な発光体を提供することができる。【解決手段】発光体は、第１電極層と、第１半導体層と、第２半導体層と、第２電極層の順に積層され、前記第１半導体層と前記第２半導体層のうち少なくとも一方の半導体層は、半導体粒子の集合体からなる半導体粒子層と中間層とを備え、前記中間層は、前記半導体層が隣接する前記電極層の側に存在し、前記中間層は少なくとも半導体粒子と導電性粒子を含むことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極層と、第１半導体層と、第２半導体層と、第２電極層の順に積層され、
前記第１半導体層と前記第２半導体層のうち少なくとも一方の半導体層は、半導体粒子の集合体からなる半導体粒子層と中間層とを備え、
前記中間層は、前記半導体層が隣接する前記電極層の側に存在し、
前記中間層は少なくとも半導体粒子と導電性粒子を含むことを特徴とする発光体。
【請求項２】
前記中間層における前記導電性粒子の体積比率が、１０ｖｏｌ％以上５０ｖｏｌ％以下であることを特徴とする請求項１に記載の発光体。
【請求項３】
前記半導体層に含まれる前記半導体粒子および前記導電性粒子の平均粒子径は、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲であることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光体。
【請求項４】
前記第１半導体層および、前記第２半導体層のうち少なくとも一方は、Ｚｎを主成分とする化合物半導体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光体の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、直流電流により動作する発光体の研究開発が活発に行われており、特にその発光体の材料として化合物半導体が注目されている。
【０００３】
従来、発光体に使用される化合物半導体層の多くは、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：有機金属化学気相成長）法等を用いて基板上に成長させることにより単結晶薄膜として成長させ作製されている。
【０００４】
しかしながら、ＭＯＣＶＤ法等により発光体を製造する場合には、使用する基板が成長させる単結晶薄膜の化合物半導体層とほぼ等しい結晶格子定数を有すると共に、耐熱性を有することが要求される。
【０００５】
このため、基板には、大きさや基板の結晶性等の面で制約が生じてしまう。かつ、ＭＯＣＶＤ法等では、基板の全面に均一な膜厚の化合物半導体層を形成することが困難であるために、生産性が低いという問題もある。
【０００６】
更に、発光体の多くは、ｎ型半導体層とｐ型半導体層とで構成され、ｎ型半導体層とｐ型半導体層とが接合することにより、接合界面に発光部を形成している。このため、ｎ型半導体層とｐ型半導体層の接合面では、層同士の結晶格子歪みが生じないように、層を構成する化合物半導体をエピタキシャル成長させる必要がある。その理由としては、結晶格子歪みが生じると、各半導体層の接合面近傍において転位などの結晶格子欠陥が発生し、発光効率が低下してしまうからである。すなわち、各半導体層の結晶系と格子定数を精密に制御する必要があり、結晶成長条件の設定とその制御には困難を極め、製造が難しいという問題もあった。
【０００７】
そこで、簡易な製造方法によって発光体を実現する試みが行われている。例えば、粒子により構成されるｎ型半導体層を焼成し、その粒子層をｐ型半導体層上へ積層し、電流で動作する発光体を実現する方法がある（例えば特許文献１参照）。この方法によれば、ｐ型半導体層にｎ型半導体粒子を接合することで、発光部を得ている。このような発光部において、ｎ型半導体とｐ型半導体のそれぞれの結晶格子の整合性は低いにも関わらず、実際に発光が確認されている。また、基板や材料の制約がなくなるため、容易に発光体の製造が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−２１０８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１のような発光体の製造方法、また、それによって得られる発光体の構成では、半導体発光層として半導体粒子を用いているため、半導体発光層中において、粒子接合界面が多く、粒子間抵抗が高い。すなわち、半導体発光層の抵抗が高く発光効率が悪い構造となっている。
【００１０】
そこで、このような問題点を解決すべく、本発明の目的は、粒子からなる半導体発光層を備えるとともに、半導体層が低抵抗な発光体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る発光体は、第１電極層と、第１半導体層と、第２半導体層と、第２電極層の順に積層され、前記第１半導体層と前記第２半導体層のうち少なくとも一方の半導体層は、半導体粒子の集合体からなる半導体粒子層と中間層とを備え、前記中間層は、前記半導体層が隣接する前記電極層の側に存在し、前記中間層は少なくとも半導体粒子と導電性粒子を含むことを特徴とする。
【００１２】
このように、電極層と半導体粒子層との間に、半導体粒子と導電性粒子からなる中間層を備えることで、半導体粒子と比べ低抵抗である導電性粒子の効果により、半導体層の抵抗を低下させることができる。
【００１３】
また、本発明に係る発光体は、前記中間層における前記導電性粒子の体積比率が、１０ｖｏｌ％以上５０ｖｏｌ％以下であることが好ましい。
【００１４】
中間層における、導電性粒子の体積比率を上記範囲とすることで、発光部から放出される光の多くは導電性粒子によって散乱されることがないため、光取出し効率に影響を及ぼさず、低抵抗にすることができる。
【００１５】
また、本発明に係る発光体は、前記半導体層に含まれる前記半導体粒子および前記導電性粒子の平均粒子径は、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲であることが好ましい。
【００１６】
平均粒子径を上記範囲とすることにより、半導体層中の空隙が少なくなり、密なｐｎ接合が得られるため、さらに低抵抗が実現できる。  
【００１７】
また、本発明に係る発光体は、前記第１半導体層および、前記第２半導体層のうち少なくとも一方は、Ｚｎを主成分とする化合物半導体であることが好ましい。
【００１８】
Ｚｎを主成分とする化合物半導体では、ＺｎＯが化合物としてのエネルギーバンドギャップが広く、また、近紫外波長においてより高い発光効率が得られるためにより好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、粒子からなる半導体発光層を備えるとともに、抵抗を低減した発光体を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本実施形態に係る発光体の断面図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る発光体の断面図である。
【図３】図３は、本実施形態における発光体の製造方法を示すフローチャートである。
【図４】図４は、本実施形態における発光体の製造方法を示す説明図であり、図３のフローチャートで示す工程のＳ０１の時における発光体の断面図である。
【図５】図５は、本実施形態における発光体の製造方法を示す説明図であり、図３のフローチャートで示す工程のＳ０２の時における発光体の断面図である。
【図６】図６は、本実施形態における発光体の製造方法を示す説明図であり、図３のフローチャートで示す工程のＳ０３の時における発光体の断面図である。
【図７】図７は、本実施形態における発光体の製造方法を示す説明図であり、図３のフローチャートで示す工程のＳ０４の時における発光体の断面図である。
【図８】図８は、本実施形態における発光体の製造方法を示す説明図であり、図３のフローチャートで示す工程のＳ０５の時における発光体の断面図である。
【図９】図９は、本実施形態における発光体の製造方法を示す説明図であり、図３のフローチャートで示す工程のＳ０６の時における発光体の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための好ましい形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本発明は下記の実施形態に限定されない。また、下記の実施形態で開示された構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。更に、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
【００２２】
（実施形態１）
図１は、本実施形態１に係る発光体の断面図である。発光体１は第１半導体層５と第２半導体層６、基板２と第１電極層３と第２電極層４とを含む。また、第１半導体層５は、第１中間層５Ａおよび第１半導体粒子層５Ｂからなるｎ型半導体である。また、第２半導体層６は、第２中間層６Ａ、第２半導体粒子層６Ｂからなるｐ型半導体である。また、第１中間層５Ａはｎ型半導体粒子と導電性粒子からなり、また、第２中間層６Ａはｐ型半導体粒子と導電性粒子からなる。なお、第１半導体層５がｐ型半導体であり、第２半導体層６がｎ型半導体であってもよく、その場合、第１中間層５Ａはｐ型半導体粒子と導電性粒子からなり、また、第２中間層６Ａはｎ型半導体粒子と導電性粒子からなる。
【００２３】
ｎ型半導体やｐ型半導体としては、４族〜１５族の範囲における元素を含む化合物を用いることができる。例えばＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＰ、ＺｎＳｅ、ＡｌＧａＩｎＰ、Ｃ、ＺｎＯ等であり、その中でも、化合物としてのエネルギーバンドギャップが広く、また、近紫外波長においてより高効率にて発光する効果が得られる酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分とするものがより好ましい。
【００２４】
さらに、ｎ型半導体としての酸化亜鉛には、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｂ、Ｆ、Ｓｎ等をさらに添加したものを用いることが、添加材料がドーパンとして働き、ｎ型半導体がより低抵抗となるため好ましい。また、ｐ型半導体としては、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ等を添加したものを用いることが、添加材料がドーパンとして働き、ｐ型半導体がより低抵抗となるため好ましい。
【００２５】
本実施形態における電極層の第１電極層３と第２電極層４には、例えば、光を取り出す側の電極層を透明電極として、他方の電極層を金属電極としてもよい。それぞれの電極層３、４は、光を取り出す側であるか否かでその材料等が限定される。なお、両方の電極層３、４を透明電極としてもよいし、金属電極としてもよい。本実施形態１においては、第１電極層３を透明電極、第２電極層４を金属電極としている。
【００２６】
透明電極としての材料は、発光部８から放出される光を効率よく取り出すため、高い透過率を有することが好ましい。また、電極として低抵抗であることが好ましい。透明電極の材料として、酸化インジウム、又は酸化インジウムにスズ、亜鉛、テルル等から選ばれる少なくとも１種類以上の元素がドープされたもの、酸化錫、又は酸化錫にアンチモン、亜鉛又はフッ素等から選ばれる少なくとも１種類以上の元素がドープされたもの、酸化亜鉛、または酸化亜鉛にアルミニウム、ガリウム、インジウム、ホウ素等から選ばれる少なくとも１種類以上の元素がドープされたものが用いることができる。また、上記以外に、導電性高分子も適用できる。なかでも、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ）、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２等などが好適である。
【００２７】
また、金属電極としての材料は、一般によく知られている金属材料であればいずれも適用できる。金属電極の材料として、例えば、Ａｕ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｗ、Ｐｂ、Ｐｔ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｒｈ、Ｐｄ等が用いることができる。特に好適なものは、比較的硬度の小さい金属が好ましく、例えば、Ａｕ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｍｇ等の金属が用いることができる。
【００２８】
また、第１中間層５Ａ、第２中間層６Ａに含まれる導電性粒子の材料としては、一般によく知られている金属材料であればいずれも適用できる。導電性粒子の材料として、例えば、Ａｕ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｗ、Ｐｂ、Ｐｔ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｆｅ、Ｎｂ、Ｒｈ、Ｐｄ等が挙げられる。特に好適なものは、比較的硬度の小さい金属が好ましく、例えば、Ａｕ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｍｇ等の金属が挙げられる。一般的に金属材料は半導体材料と比べ放熱性がよいため、金属材料の導電性粒子を中間層中に使用することで、発光により発光部より発生した熱を、中間層中の導電性粒子を介し、効率よく放熱することができる。また、上記以外に、炭素系材料を用いてもよく、例えば、カーボンナノチューブ、フラーレン、グラファイト、カーボンブラックなどが挙げられる。更には、導電性高分子も適用できる。このように、半導体粒子よりも抵抗の低い導電性粒子をそれぞれの中間層に含めることで、それぞれの半導体層の低抵抗化が可能となり、その結果発光効率を高めることができる。
【００２９】
また、導電性粒子として、透明導電性酸化物を用いてもよい。透明導電性酸化物は、光を透過するため、光取り出し面側の中間層に含めることにより、光取り出し効率を悪化させることなく、半導体粒子層の抵抗を減少させることができる。酸化インジウム、又は酸化インジウムにスズ、亜鉛、テルル等から選ばれる少なくとも１種類以上の元素がドープされたもの、酸化錫、又は酸化錫にアンチモン、亜鉛又はフッ素等から選ばれる少なくとも１種類以上の元素がドープされたもの、酸化亜鉛、または酸化亜鉛にアルミニウム、ガリウム、インジウム、ホウ素等から選ばれる少なくとも１種類以上の元素がドープされたものが挙げられる。また、上記以外に、導電性高分子も適用できる。なかでも、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２等などが好適である。
【００３０】
発光体１においては、光の取り出し効率、発光効率を考慮すると、第１電極層３側に接合する第１中間層５Ａ中に含む導電性粒子は、透明導電性酸化物であり、かつ、第２電極層４に接合する第２中間層６Ａ中に含む導電性粒子は、金属粒子であることが好ましい。このようにすることで、発光部８より放出される光は、第１中間層５Ａにおいては、導電性粒子により遮断されることなく、更には、第２中間層６Ａにおいては、導電性粒子により反射されるため、光の取り出し効率を悪化させることなく、低抵抗化ができる。
【００３１】
また、第１中間層５Ａ、第２中間層６Ａにおいて、それぞれの半導体粒子と導電性粒子との体積比は、それぞれの中間層中において導電性粒子の体積比率が、１０ｖｏｌ％以上５０ｖｏｌ％以下の範囲であることが好ましい。中間層中の半導体粒子と導電性粒子との体積比率は、例えば発光体断面の中間層中における半導体粒子と導電性粒子を、ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）や、ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）等で観察を行い、それぞれの一視野内の粒子数を測定し、算出することが出来る。中間層において、半導体粒子に比べ導電性粒子の体積比率が大きくなると、より低抵抗になるが、発光部８から放出される光が導電性粒子によって散乱してしまい、光の取り出し効率が低下する傾向にある。よって、中間層における、半導体粒子に対する導電性粒子の体積比率を上記範囲とすることで、光取出し効率に影響を及ぼさず、低抵抗にすることができる。
【００３２】
また、第１中間層５Ａ中、第２中間層６Ａ中において、それぞれの半導体粒子と導電性粒子は均一に混ざり合っている方が好ましい。均一に混ざり合うことで、中間層における抵抗の分布が一定となり、電流を安定的に半導体層の全域に流すことができる。
【００３３】
発光体１においては、基板２、第１電極層３、第１中間層５Ａ、第１半導体粒子層５Ｂ、第２半導体粒子層６Ｂ、第２中間層６Ａ、第２電極層４が順次積層し構成され、第１半導体粒子層５Ｂと第２半導体粒子層６Ｂとが接合することでｐｎ接合、すなわち発光部８を形成している。第１電極層３と第２電極層４を介して、電圧が印加され、発光部８より光が放出される。発光部８より放出された光は、透明又は半透明の第１半導体層５と第１電極層３と基板２を通過し、外部へ取り出すことができる。
【００３４】
ここで示した基板２とは、電極層および半導体層を支持するとともに、光の取り出し部でもある。従って、基板２の好適な材料としては、高光透過性が求められる。更に、支持体として機能するための強度が必要である。具体的には、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリエステル樹脂、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ネルボルネン系樹脂（ＪＳＲ社製アートン（登録商標）、日本ゼオン社製ゼオノア（登録商標）等）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）等からなるものが挙げられる。また、これらの樹脂の他に、ガラスを用いることもできる。基板２としては、上記に限定されず、他の透明材料を用いてもよい。
【００３５】
第１半導体層５と第２半導体層６においてｐｎ接合を形成する、第１半導体粒子層および第２半導体粒子層のそれぞれの厚み（基板２の表面と直交する方向における寸法）は、２０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲であることが好ましい。また、第１半導体層５と第２半導体層６における第１中間層５Ａおよび第２中間層６Ａのそれぞれの厚みは、３０ｎｍ〜１５００ｎｍの範囲であることが好ましい。したがって、第１半導体層５と第２半導体層の厚みは、それぞれ５０ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲であることが好ましい。このような寸法であれば、半導体粒子による集合体が半導体層として十分に機能し、かつ、半導体層としての抵抗値も低く抑えることができる。一方、それぞれの厚みが５０ｎｍ未満の場合、半導体層を構成する粒子数が少ないため、半導体層としても機能が低下する傾向が見られる。また、２０００ｎｍ超過の場合、半導体層を構成する粒子数が多いため、粒子間抵抗が増加し、更に、導電パス内での発熱によって発光効率が低下する傾向がある。また、それぞれの半導体粒子層およびそれぞれの中間層においては、中間層は導電性粒子を含むため、半導体粒子層よりも中間層のほうが低抵抗であり、それぞれの半導体層の厚み構成としては、中間層よりも半導体粒子層を薄くしたほうが、半導体層の抵抗を抑制することができ、発光効率がよくなる。
【００３６】
また、第１半導体層５と第２半導体層６を構成する、それぞれの半導体粒子およびそれぞれの導電性粒子の平均粒子径は、１０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲であることが好ましく、より好ましくは、１０ｎｍ〜１００ｎｍである。平均粒子径を上記範囲とすることにより、半導体層中の空隙が少なくなり、密なｐｎ接合が得られる。平均粒子径２００ｎｍ超過の粒子の場合、粒子からなる層中の粒子間空隙が大きくなり、その結果、第１半導体層５と第２半導体層６との接合性が低下しｐｎ接合が得られなくなる場合がある。また、平均粒子径１０ｎｍ未満の粒子の場合、半導体層中における粒子界面が多くなるため、結果、粒子間抵抗の影響により、半導体層の抵抗が増加する傾向が見られる。また、ここでの「平均粒子径」とは、例えば、レーザー回折・散乱法によって求めた粒度分布における積算値５０％や、発光体断面をＳＥＭ、ＴＥＭ等により観察し、３０粒子の粒子径を平均した値の粒径を意味する。
【００３７】
このように、発光体１は、第１電極層３と第１半導体粒子層５Ｂとの間に第１中間層５Ａを、また、第２電極層４と第２半導体粒子層６Ｂとの間に第２中間層６Ａを備え、かつ、第１中間層５Ａおよび第２中間層６Ａは半導体粒子と導電性粒子からなることで、半導体層の抵抗を減少させることができる。次に、本実施形態に係る発光体の製造方法を説明する。
【００３８】
図３は、本実施形態１における発光体の製造方法を示すフローチャートであり、ステップＳ０１の基板準備・第１電極形成から始まり、ステップＳ０２の第１中間層形成、ステップＳ０３の第１半導体粒子層形成、ステップＳ０４の第２半導体粒子層形成、ステップＳ０５の第２中間層形成と続き、最後に第２電極形成工程を経て、発光体１が完成する。図４から図９は、本実施形態１における発光体の製造方法を示す説明図であり、それぞれステップＳ０１からＳ０６に対応している。本実施形態における発光体の製造方法は、図１に示す発光体１を製造する方法の一例である。
【００３９】
図３のステップＳ０１では、基板２上に図４に示すように透明第１電極層３を形成する。発光体１に柔軟性を持たせる必要がある場合、基板２には、ＰＥＴ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ＰＥＮ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｎａｐｈｔｈａｌａｔｅ）等の弾性を有したプラスチックフィルム等を用いることが好ましい。発光体１に柔軟性を持たせる必要がない場合、基板２は、ガラス等の一般的な材料を用いることができる。この場合は、塗布法や真空成膜などにより成膜する。基板面から光を取り出す場合、電極材料としては、例えば、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２等を形成する。基板２側から光を取り出すため、基板２と第１電極層３は光の取り出しを考慮し、透過率の高い材料を用いることが好ましい。
【００４０】
次に、半導体層を形成していく工程に進む。第１半導体層、第２半導体層にはそれぞれ、エネルギーバンドギャップが広く、また、近紫外波長において高効率に発光可能な酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分とする半導体粒子を用いる。図３のステップＳ０２に進み、図５に示すように第１電極層３上に第１中間層５Ａを形成する。第１中間層５Ａの形成方法として、先ず、ｎ型半導体粒子、導電性粒子と有機溶剤、純水等の溶媒とを分散させ塗料を作製し、その塗料をバーコート法、スピンコート法、スプレーコート法、ロールコート法、ディップコート法など種々の方法により成膜する。発光体１では基材面側が光取り出し面となるため、導電性粒子の材料としては、透明導電性酸化物を用いることが好ましく、例えば、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２等を使用する。成膜後、乾燥させ圧縮加工を施す。
【００４１】
次に、図３のステップＳ０３に進み、図６に示すように第１中間層５Ａ上に第１半導体粒子層５Ｂを形成する。形成方法は、先ず、ｎ型半導体粒子と有機溶剤、純水等の溶媒とを分散させ塗料を作製し塗布する。塗布方法はステップＳ０２の形成方法と同様である。成膜後、乾燥させ圧縮加工を施す。
【００４２】
次に、図３のステップＳ０４に進み、図７に示すように第１半導体粒子層５Ｂ上に第２半導体粒子層６Ｂを形成する。形成方法はステップＳ０２、Ｓ０３と同様である。成膜後、乾燥させ圧縮加工を施す。
【００４３】
次に、図３のステップＳ０５に進み、図８に示すように第２半導体粒子層６Ｂ上に第２中間層６Ａを形成する。形成方法は、ステップＳ０２、Ｓ０３、Ｓ０４と同様である。また、発光体１においては、第２電極層４面側からは光を取り出さないため、第２中間層６Ａに含める導電性材料としては、金属を用いる。成膜後、乾燥させ圧縮加工を施す。この圧縮加工により、第２中間層６Ａに含まれる金属粒子は変形し、第２中間層６Ａを構成する他の半導体粒子間に入り込み、導電パスを形成する。その結果、半導体粒子間の空隙が少なくなり、粒子間の密着性が向上する。これにより発光体の機械的強度を高めることができる。
【００４４】
次に、図３のステップＳ０６に進み、図９に示すように第２中間層６Ａ上に第２電極層４を形成する。発光体１においては、第２電極層４は金属電極である。発光部８により放出される光を効率よく反射させることを考慮し、反射率の高い金属を用いることが好ましい。このような工程により、発光体１を製造することができる。
【００４５】
このようにして得られた発光体は、半導体層が粒子の集合体により構成され、しかも半導体粒子と導電性粒子からなる中間層を備えているため、焼結工程を経ることなく抵抗の低い半導体層を有する発光体を容易に製造できる。
【００４６】
（実施形態２）
本発明の実施形態２に係る発光体２０は、実施形態１に係る発光体１と比較すると、第１半導体層５の内部構成において異なる。第１半導体層５は、図２に示すように、第１中間層５Ａおよび第１半導体粒子層５Ｂから構成されるのではなく、真空成膜等により形成した半導体層５Ｃである。半導体層５Ｃと第２半導体層６を構成する第２半導体粒子層６Ｂとが接合することにより、ｐｎ接合、すなわち発光部８を形成する。
【００４７】
この実施形態２に係る発光体２０の製造方法は、実施形態１に係る発光体１の製造方法と比較すると、第１中間層５Ａと第１半導体粒子層５Ｂを形成する工程で相違する。図３の製造方法フローチャートで比較すると、実施形態１では、ステップＳ０２、Ｓ０３で形成する第１半導体層を粒子塗布により形成しているが、実施形態２では、第１半導体層を真空成膜等により形成する。
【実施例】
【００４８】
本発明の内容を実施例と比較例を用いてさらに詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００４９】
まず、図１に示した本実施形態の構造をした発光体により、中間層の導電性粒子の効果を確認する実験を行った。評価用の発光体（以降、サンプルとする）は、１ｃｍ×１ｃｍの大きさで、ＰＥＮフィルムを基材として用い、基材上の第１電極は、透明電極材料であるＩＴＯを塗布法により成形し、また、第２電極には、箔状のＡｌを用いた。また、それぞれの半導体層、中間層はバーコート法により層を形成し、それぞれの半導体粒子として、ＺｎＯを主成分とする化合物半導体を用い、また、導電性粒子はＡｇを用いた。また、圧縮加工はロールプレス機を用い行った。
【００５０】
それぞれ第１中間層５Ａと第２中間層６Ａを形成するにあたり、半導体粒子と導電性粒子との体積比率を０ｖｏｌ％、１０ｖｏｌ％、３０ｖｏｌ％、５０ｖｏｌ％、６０ｖｏｌ％と変化させたものをそれぞれ準備し、サンプルを作製した。なお、作製したサンプルの中間層中の半導体粒子と導電性粒子との体積比率は、サンプル断面の中間層中における半導体粒子と導電性粒子を、ＳＥＭにより観察を行い、一視野内のそれぞれの粒子数を測定し、算出した結果、前記中間層形成前に準備した粒子の体積比率と一致していることを確認した。また、使用した半導体粒子の平均粒子径、導電性粒子の平均粒子径は共に５０ｎｍのものを使用した。
【００５１】
サンプルの抵抗の評価には、四端子法（ナノメトリクス社製ＨＬ５５００ＰＣ）にて測定を行った。また、光取出し量は、発光時の光を照度計（ＭＩＮＯＬＴＡ社製Ｔ１０）により評価を行った。
【００５２】
中間層５Ａと中間層６Ａ中の半導体粒子と導電性粒子の体積比率の平均値が、それぞれ０ｖｏｌ％、１０ｖｏｌ％、３０ｖｏｌ％、５０ｖｏｌ％、６０ｖｏｌ％のサンプルの抵抗、光取出し量を測定し、得られた結果を、比較例１、実施例１〜４として表１に示す。また、表１中において、Ｃは導電性粒子を示し、Ｓは半導体粒子を示す。
【００５３】
【表１】
2013168406.tif 000003
【００５４】
表１の比較例１と実施例１〜４の結果から、半導体層中に導電性粒子を含む中間層を設けることで、発光体の抵抗が低くなることがわかる。半導体粒子よりも抵抗の低い導電性粒子の効果により、中間層の抵抗が低下し、結果、半導体層の抵抗が低下したためであると推察される。また、表１の実施例１〜４の結果から、中間層において半導体粒子と導電性粒子との体積比率は抵抗、光取出し量の観点から１０ｖｏｌ％〜５０ｖｏｌ％であることがより好ましいことがわかる。中間層において導電性粒子の割合を多くすることで、半導体層の抵抗値がより低下するが、発光部８から放出される光が導電性粒子により反射してしまうため、光の取出し効率が低下する傾向を示す。しかし、上記範囲の導電性粒子の割合であれば、実用上十分許容できる範囲であり問題はない。
【００５５】
次に、図１に示した本実施形態の構造をした発光体により、半導体粒子および導電性粒子の平均粒子径と抵抗との関係を確認する実験を行った。
【００５６】
第１半導体粒子層５Ｂ、第２半導体粒子層６Ｂ、第１中間層５Ａ、第２中間層６Ａを形成するにあたり、半導体粒子及び導電性粒子の平均粒子径を５ｎｍ、１０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍと変化させたものをそれぞれ準備し、評価用の発光体（サンプル）を作製した。各層に含まれる半導体粒子は、ＺｎＯを主成分とする化合物半導体を用い、また、導電性粒子はＡｇを用いた。中間層における半導体粒子と導電性粒子の体積比率は５０ｖｏｌ％一定とした。サンプルの大きさや製造方法については、実施例１〜４の時と同様とした。なお、作製したサンプルの中間層中の半導体粒子と導電性粒子との体積比率および平均粒子径は、サンプル断面の中間層における半導体粒子と導電性粒子をＳＥＭにより観察し、一視野内のそれぞれの粒子数を測定、算出した結果、前記各層形成前に準備した粒子の体積比率および平均粒子径と一致していることを確認した。抵抗を四端子法（ナノメトリクス社製ＨＬ５５００ＰＣ）にて測定し、得られた結果を、実施例５〜１０として表２に示す。
【００５７】
【表２】
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【００５８】
表２の実施例５〜１０の結果から、各半導体層を構成する粒子の大きさは、１０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲であることがより好ましいとわかる。平均粒子径２００ｎｍ超過の粒子の場合、粒子からなる層中に大きな粒子間空隙ができてしまい、抵抗値が高くなる傾向を示し、また、平均粒子径１０ｎｍ未満の粒子の場合、粒径が小さすぎるため、半導体層中における粒子間抵抗が増加するため、抵抗値が高くなる傾向を示した。したがって、半導体粒子の集合体を半導体膜として十分に機能させるには、平均粒子径を１０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲とすることがより好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
以上のように、本発明に係る発光体構造は、粒子からなる発光体における、半導体層の抵抗低化の実現に有用である。
【符号の説明】
【００６０】
１，２０  発光体
２  基板
３  第１電極層
４  第２電極層
５  第１半導体層
５Ａ  第１中間層
５Ｂ  第１半導体粒子層
５Ｃ  半導体層
６  第２半導体層
６Ａ  第２中間層
６Ｂ  第２半導体粒子層
８  発光部
【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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