JP2006164938A - Light-emitting element, method of manufacturing the same, and light emission device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光素子及びその製造方法、並びに、発光装置に関し、より詳しくは、本発明は、ディスプレイやバックライト等の発光デバイスに適用可能であり、発光層に、量子井戸構造若しくは量子ドットと、希土類原子（希土類原子に由来したイオンを含む）とが含まれた発光素子及びその製造方法、並びに、係る発光素子を備えた表示装置に関する。 The present invention relates to a light-emitting element, a manufacturing method thereof, and a light-emitting device. More specifically, the present invention is applicable to a light-emitting device such as a display or a backlight. The present invention relates to a light emitting element including rare earth atoms (including ions derived from rare earth atoms), a method for manufacturing the light emitting element, and a display device including the light emitting element.
現在、発光ダイオードや半導体レーザ等の発光デバイスの多くは、主に、ＧａＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ族やＩＩ−ＶＩ族の化合物半導体材料から作製されている。しかしながら、これらの発光デバイスの作製には、サファイヤ基板等の高価な基板が必要とされること、アルシン等のガスを使用するために作製プロセスが困難なこと、大型で高価な製造設備が必要な上に、ランニングコストも高いこと等の問題がある。 Currently, many light emitting devices such as light emitting diodes and semiconductor lasers are mainly made of III-V or II-VI group compound semiconductor materials such as GaAs. However, the production of these light emitting devices requires an expensive substrate such as a sapphire substrate, the production process is difficult due to the use of a gas such as arsine, and a large and expensive production facility. There are also problems such as high running costs.
一方、現在、トランジスタやメモリ装置を始めとする多くの半導体デバイスは、シリコンやシリコン化合物材料といったシリコン系材料から作製されている。シリコン資源は、豊富で、安価である上、環境負荷が小さい。特に、シリコン系材料を用いたＬＳＩの高集積化は、１９７０年代以降、約３０年の長期に亙り、個々のトランジスタの微細化を進めることで、着実に進歩している。そして、ギガビット級の集積度を有するＤＲＡＭが市場に登場している現在でも、将来の集積回路の更なる性能向上を達成するための開発が続けられている。このように、シリコン系材料は、微細化技術のノウハウが蓄積されている上、原料価格が安く、環境負荷の小さい、優秀な半導体デバイス材料であるが、バンド構造が間接遷移型であるため、発光し難く、発光デバイスとしての検討はこれまで余りなされていない。 On the other hand, many semiconductor devices such as transistors and memory devices are currently produced from silicon-based materials such as silicon and silicon compound materials. Silicon resources are abundant, inexpensive, and have a low environmental impact. In particular, the high integration of LSIs using silicon-based materials has been steadily progressing since the 1970s, with the progress of miniaturization of individual transistors over a long period of about 30 years. Even now, DRAMs having a gigabit degree of integration have appeared on the market, and developments for achieving further performance improvements of future integrated circuits are continuing. In this way, silicon-based material is an excellent semiconductor device material that has accumulated know-how for microfabrication technology, has a low raw material price, and has a low environmental impact, but because the band structure is an indirect transition type, Since it is difficult to emit light, there has not been much research as a light-emitting device.
このような中、間接遷移型のシリコン系材料において、直接遷移型のように、キャリアを効率良く光へ変換させるための様々な検討、提案が報告されるようになってきている。その１つに、キャリアの波動関数を局所化し、量子効果を用いる方法がある。この方法によれば、２次元量子井戸構造、１次元量子井戸構造（量子細線）、０次元量子井戸構造（量子ドット）等の量子井戸構造を用いることで、キャリアである電子やホールを微小領域に閉じ込めることができる。量子ドットにおいては、特に、電子やホールを０次元的に局在化させることでキャリアの状態密度をデルタ関数状態に近づけることができ、キャリア閉じ込め領域の大きさに応じたキャリアの波動関数の量子化が起こり、エネルギーが離散的な値をとるようになる。この閉じ込めの方法や、キャリア閉じ込め領域（量子ドット）の大きさを制御することで、バンド端発光再結合効率の向上が可能となる。 Under such circumstances, in the indirect transition type silicon-based material, various studies and proposals for efficiently converting carriers into light like the direct transition type have been reported. One method is to localize the carrier wave function and use the quantum effect. According to this method, by using a quantum well structure such as a two-dimensional quantum well structure, a one-dimensional quantum well structure (quantum wire), or a zero-dimensional quantum well structure (quantum dot), electrons and holes that are carriers are microscopic regions. Can be trapped in. In the quantum dot, in particular, the state density of carriers can be brought close to a delta function state by localizing electrons and holes in a zero-dimensional manner, and the quantum of the wave function of the carrier according to the size of the carrier confinement region. Occurs and energy takes discrete values. By controlling the confinement method and the size of the carrier confinement region (quantum dot), the band edge emission recombination efficiency can be improved.
実際に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料での研究が進められており、新たな物性や従来の特性を上回る特性が、数多く分かってきている（例えば、福田達哉、館林潤、西岡政雄、荒川泰彦著、「ＩｎＧａＡｓ歪緩和層を用いたＩｎＡｓ／ＧａＡｓ量子ドットの発光波長制御」第５１回（２００４年春季）応用物理学関係連合講演会２８ａ−ＺＢ−８，２００４年 参照）。 In fact, research on III-V compound semiconductor materials is underway, and many new properties and properties that exceed conventional properties are known (for example, Tatsuya Fukuda, Jun Tatebayashi, Masao Nishioka, Yasuhiko Arakawa). "Refer to the 51st (Spring 2004) Applied Physics-related Joint Lecture 28a-ZB-8, 2004", "Control of emission wavelength of InAs / GaAs quantum dots using InGaAs strain relaxation layer".
シリコン系材料に関しては、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｉ−Ｇｅ等の半導体材料から成る量子ドット（例えばナノクリスタル）の研究が行われている。これらの量子ドットを、ＳｉＯX等のバンドギャップの大きな絶縁体中に作り込み、レーザ等の光で励起すると、比較的強い発光が生じることが報告されている（例えば、國井洋、篠田浩一、佐藤慶介、平栗健二、岩瀬満雄、和泉富雄著、「アモルファスＳｉＯx膜内のＳｉ濃度とナノシリコンサイズの相関」第５１回（２００４年春季）応用物理学関係連合講演会２８ｐ−Ｐ６−３，２００４年 参照）。また、電子デバイスとして電流注入により機能させる場合、ナノクリスタルをＳｉＯX等のバンドギャップの大きな絶縁体中に作り込むことで、デバイスの低電圧駆動化が可能となることが報告されている。しかしながら、シリコン系材料を用いた発光デバイスの構造に関する研究や提案は、まだまだ少ない状況である。 With respect to silicon-based materials, research on quantum dots (for example, nanocrystals) made of semiconductor materials such as Si, Ge, and Si—Ge has been conducted. It has been reported that when these quantum dots are formed in an insulator having a large band gap such as SiO x and excited with light such as a laser, relatively strong light emission occurs (for example, Hiroshi Kunii, Koichi Shinoda, Keisuke Sato, Kenji Hiraguri, Mitseo Iwase, Tomio Izumi, “Correlation between Si concentration and nanosilicon size in amorphous SiO x film” 51st (Spring 2004) Joint Lecture on Applied Physics 28p-P6-3 (See 2004). In addition, when an electronic device is made to function by current injection, it has been reported that the device can be driven at a low voltage by forming a nanocrystal in an insulator having a large band gap such as SiO x . However, there are still few studies and proposals on the structure of light emitting devices using silicon-based materials.
また、従来から、半導体材料に添加された希土類原子は、殻内遷移による鋭い赤外光あるいは可視光を発光することが知られている（例えば、田代至男、小柳諭、相曽景一、田中完ニ、並木周著「高出力光アンプの開発」古河電工時報第１０４号ｐ．５９，１９９９年７月 参照）。こうした希土類原子の発光波長や半値幅は、半導体材料や温度に殆ど依存せず、一定の値を示すことが知られている。特に、希土類元素の中でエルビウム（Ｅｒ）は１．５５μｍの発光波長を有し、この１．５５μｍの発光波長は光ファイバーの最小伝達損失波長であるため、エルビウム発光の光ファイバー通信への応用が期待されている。 Conventionally, rare earth atoms added to semiconductor materials are known to emit sharp infrared light or visible light due to intra-shell transitions (for example, Tatsuo Tashiro, Satoshi Koyanagi, Keiichi Aiso, Tanaka) (See Kanni, Shu Namiki, “Development of High-Power Optical Amplifiers”, Furukawa Electric Time Report No. 104, p. 59, July 1999). It is known that the emission wavelength and the half-value width of such rare earth atoms are almost independent of the semiconductor material and temperature and show a constant value. In particular, among rare earth elements, erbium (Er) has a light emission wavelength of 1.55 μm, and the light emission wavelength of 1.55 μm is the minimum transmission loss wavelength of an optical fiber. Therefore, application of erbium light emission to optical fiber communication is expected. Has been.
上述したように、半導体材料から成る量子ドットや希土類元素等の発光材料の研究は、報告されてきてはいるものの、発光素子として有効に機能させるための素子構造に関する研究や提案は、十分にされていないのが現状である。 As described above, although research on light-emitting materials such as quantum dots and rare earth elements made of semiconductor materials has been reported, research and proposals on device structures to function effectively as light-emitting devices have not been sufficient. The current situation is not.
また、表示装置においては、これまで主流であった陰極線管（ＣＲＴ）に代わり、各種の平面型表示装置、例えば、液晶表示装置（ＬＣＤ）やプラズマ表示装置（ＰＤＰ）が商品化され、また、冷陰極電界電子放出表示装置（ＦＥＤ）や表面伝導型電子放出表示装置（Surface Conduction Electron Emitter Display，ＳＥＤ）、有機エレクトロルミネッセンス（有機ＥＬ）表示装置の研究、商品化が進められている。 In the display device, various flat display devices such as a liquid crystal display device (LCD) and a plasma display device (PDP) have been commercialized in place of the cathode ray tube (CRT) which has been the mainstream until now. Research and commercialization of cold cathode field emission display (FED), surface conduction electron emission display (SED), and organic electroluminescence (organic EL) display devices are in progress.
このように、平面型表示装置として様々な表示装置の製造、開発が行われているが、各々、性能、消費電力、製造コスト等に様々な問題を抱えている。 As described above, various display devices have been manufactured and developed as flat display devices, but each has various problems in performance, power consumption, manufacturing cost, and the like.
例えば、液晶表示装置（ＬＣＤ）にあっては、棒状の液晶分子のねじれた並びを利用して光の向きを操作しているため、ＣＲＴに比べて視野角が狭く、明暗のムラや色ムラが生じ易いという問題がある。現在、イン・プレイン・スイッチング技術、バーチカル・アライメント技術、マルチドメイン技術や、これらの組み合わせ等により、視野角の狭さは改善されつつある。しかしながら、バックライトの光が吸収され易い構造であり、より高い発光強度のバックライトが必要とされ、消費電力が増加する傾向にあるといった問題が生じている。また、色深度（color depth）の問題がある。ＣＲＴの場合、蛍光体に衝突する電子の量をアナログ的に変化させることができるので、無限の色彩と明るさを表現することができる。一方、液晶表示装置の場合、液晶セルに印加する電圧を操作し、バックライトの光を通す量を段階的に調整しているため、微妙な色表現ができないという問題がある。更には、レスポンス速度が遅いという問題がある。ＣＲＴの場合、電子ビーム速度が速いため、レスポンスの問題は殆ど無いが、液晶表示装置の場合、液晶分子の実際の動きにより動画を表示しているため、タイムラグが生じてしまう。具体的には、パッシブマトリックス駆動の液晶表示装置の場合、レスポンスは１５０ミリ秒以上、動画表示に向いている標準的なアクティブマトリックス駆動の液晶表示装置の場合、レスポンスは４０ミリ秒程度、現状、最もレスポンスの早いＭＶＡの場合、２５ミリ秒程度のタイムラグがある。また、消費電力については、ＣＲＴに比べて低いといったイメージがあるが、視野角やレスポンス等の改善による高機能化に伴い、光が吸収され易い構造に向かっており、現状、バックライトから発光される光の１０％程度しか液晶表示装置の表面に取り出されておらず、消費電力が増加している。更には、製造工程が複雑なこと、基板に高コストのガラス基板を使用していること等により、ＣＲＴに比べて価格が高く、将来的にも安価にすることが困難であるという問題がある。 For example, in a liquid crystal display device (LCD), the direction of light is manipulated using a twisted arrangement of rod-like liquid crystal molecules, so that the viewing angle is narrower than that of a CRT, and light and dark unevenness and color unevenness. There is a problem that is likely to occur. At present, the narrowness of the viewing angle is being improved by in-plane switching technology, vertical alignment technology, multi-domain technology, and combinations thereof. However, it has a structure in which the light of the backlight is easily absorbed, a backlight having a higher light emission intensity is required, and there is a problem that power consumption tends to increase. There is also a problem of color depth. In the case of CRT, the amount of electrons that collide with the phosphor can be changed in an analog manner, so that infinite color and brightness can be expressed. On the other hand, in the case of a liquid crystal display device, the voltage applied to the liquid crystal cell is manipulated, and the amount of light transmitted through the backlight is adjusted stepwise, so that there is a problem that subtle color expression cannot be achieved. Furthermore, there is a problem that the response speed is slow. In the case of CRT, since the electron beam speed is high, there is almost no problem of response. However, in the case of a liquid crystal display device, a moving image is displayed by the actual movement of liquid crystal molecules, so a time lag occurs. Specifically, in the case of a liquid crystal display device driven by a passive matrix, the response is 150 milliseconds or more, and in the case of a standard active matrix drive liquid crystal display device suitable for moving image display, the response is about 40 milliseconds, In the case of MVA with the fastest response, there is a time lag of about 25 milliseconds. In addition, although there is an image that the power consumption is lower than that of CRT, with the improvement in functionality due to the improvement of viewing angle and response, etc., it is moving toward a structure that easily absorbs light and is currently emitted from the backlight. Only about 10% of the light is extracted on the surface of the liquid crystal display device, and power consumption is increasing. Furthermore, the manufacturing process is complicated, and a high-cost glass substrate is used for the substrate. Therefore, there is a problem that the price is higher than CRT and it is difficult to make it cheap in the future. .
また、将来が期待されている有機ＥＬディスプレイだが、大型化を実現するためには、現在、多くの問題を抱えている。有機ＥＬディスプレイの抱えている大きな問題の１つに、寿命の問題がある。発光素子を構成する発光層、正孔輸送層、電子輸送層等の有機分子や、電子を効率よく注入するための（即ち、電子注入障壁が低い）陰極材料であるマグネシウム合金やカルシウム等は、酸素や水分に弱く、酸素や水分と反応して、ディスプレイ上に暗点や滅点が生じると共に、輝度の低下が生じるという問題がある。このような問題は改善されてきてはいるものの、長寿命が求められる大型ディスプレイにとって、現状、十分な寿命ではなく、素子自身の改良や外部要因を遮断する技術の向上が求められている。 In addition, the organic EL display is expected in the future, but there are many problems at present in order to realize an increase in size. One of the major problems of organic EL displays is the problem of lifetime. Organic molecules such as a light emitting layer, a hole transport layer, and an electron transport layer constituting a light emitting element, and a magnesium alloy or calcium which is a cathode material for efficiently injecting electrons (that is, an electron injection barrier is low) There is a problem that it is weak against oxygen and moisture and reacts with oxygen and moisture to cause a dark spot and a dark spot on the display as well as a decrease in luminance. Although such problems have been improved, for large displays that require a long lifetime, the current situation is that the lifetime is not sufficient, and improvements to the elements themselves and technologies to block external factors are required.
量子ドット（ナノクリスタル）のみから構成された発光デバイスにおける発光波長は、通常、数十ｎｍ〜数百ｎｍの大きな半値幅を示すことが知られており、半値幅を狭くし、且つ、発光強度を高くすることは、現在のところ困難である。 It is known that the emission wavelength in a light-emitting device composed only of quantum dots (nanocrystals) usually shows a large half-value width of several tens to several hundreds of nanometers. It is currently difficult to increase the value.
また、現状の各種の平面型表示装置は、上述したとおり、視野角が狭い、明暗のムラや色ムラが生じ易い、色深度に問題がある、レスポンス速度が遅い、製造コストが高い、小型化が困難である、長寿命化を図る必要がある、消費電力が大きいといった様々な問題点を有している。 In addition, as described above, various current flat display devices have a narrow viewing angle, light and dark unevenness and color unevenness, a problem with color depth, a slow response speed, high manufacturing cost, and downsizing. However, there are various problems such as that it is difficult to extend the life, and that power consumption is large.
従って、本発明の目的は、発光強度が大きく、しかも、半値幅の狭い発光波長を得ることが可能な発光素子、及び、係る発光素子の製造方法、並びに、係る発光素子を組み込み、上述した現状の各種の平面型表示装置の有する問題点を解消し得る発光装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a light emitting element having a high emission intensity and capable of obtaining a light emission wavelength with a narrow half-value width, a method for manufacturing the light emitting element, and the light emitting element incorporating such a light emitting element. It is an object of the present invention to provide a light emitting device that can solve the problems of various flat display devices.
上記の目的を達成するための本発明の第１の態様に係る発光素子は、基体上に形成された発光層を備えた発光素子であって、
該発光層は、第１材料層、量子井戸層、及び、第２材料層が積層された構造を有し、
第１材料層及び第２材料層の少なくとも一方の層には、希土類原子が含まれていることを特徴とする。
The light emitting device according to the first aspect of the present invention for achieving the above object is a light emitting device comprising a light emitting layer formed on a substrate,
The light emitting layer has a structure in which a first material layer, a quantum well layer, and a second material layer are stacked,
A rare earth atom is contained in at least one of the first material layer and the second material layer.
上記の目的を達成するための本発明の第１の態様に係る発光装置は、基体上に形成された発光層を備えた発光素子を、複数、備えた発光装置であって、
各発光素子を構成する発光層は、第１材料層、量子井戸層、及び、第２材料層が積層された構造を有し、
第１材料層及び第２材料層の少なくとも一方の層には、希土類原子が含まれていることを特徴とする。
A light emitting device according to a first aspect of the present invention for achieving the above object is a light emitting device including a plurality of light emitting elements each including a light emitting layer formed on a substrate,
The light emitting layer constituting each light emitting element has a structure in which a first material layer, a quantum well layer, and a second material layer are laminated,
A rare earth atom is contained in at least one of the first material layer and the second material layer.
上記の目的を達成するための本発明の第１の態様に係る発光素子の製造方法は、基体上に、第１材料層、量子井戸層、及び、第２材料層が積層された構造を有し、第１材料層及び第２材料層の少なくとも一方の層に希土類原子が含まれた発光層を形成する発光素子の製造方法であって、
第１材料層及び第２材料層の少なくとも一方の層にイオン注入を施すことで希土類原子を含ませることを特徴とする。
The method for manufacturing a light emitting device according to the first aspect of the present invention for achieving the above object has a structure in which a first material layer, a quantum well layer, and a second material layer are stacked on a substrate. And a method of manufacturing a light emitting element, wherein a light emitting layer containing a rare earth atom is formed in at least one of the first material layer and the second material layer,
Rare earth atoms are included by performing ion implantation on at least one of the first material layer and the second material layer.
本発明の第１の態様に係る発光素子の製造方法にあっては、
基体上に、シリコンを主成分とする第１材料層を形成した後、
第１材料層にイオン注入を施すことで希土類原子を含ませ、次いで、
第１材料層上に量子井戸層を形成した後、
量子井戸層上に、シリコンを主成分とする第２材料層を形成し、その後、
第２材料層にイオン注入を施すことで希土類原子を含ませる、
ことが好ましい。
In the method for manufacturing the light emitting device according to the first aspect of the present invention,
After forming the first material layer mainly composed of silicon on the substrate,
The first material layer is ion-implanted to include rare earth atoms,
After forming the quantum well layer on the first material layer,
Forming a second material layer mainly composed of silicon on the quantum well layer;
Rare earth atoms are included by ion-implanting the second material layer,
It is preferable.
上述した好ましい形態を含む本発明の第１の態様に係る発光素子の製造方法にあっては、希土類原子が含まれている層において、厚さ方向の希土類原子の濃度ピークが、該層と量子井戸層の界面から、フェルスター機構（Foerster機構）によるエネルギー遷移が起こる範囲内に位置するように、イオン注入を施す構成とすることができ、この場合、希土類原子が含まれている層において、厚さ方向の希土類原子の濃度ピークは、該層と量子井戸層の界面から１×１０-8ｍの範囲内に位置することが好ましい。あるいは又、希土類原子が含まれている層において、厚さ方向の希土類原子の濃度ピークが、該層と量子井戸層の界面から、デクスター機構（Dexter機構、交換機構とも呼ばれる）によるエネルギー遷移が起こる範囲内に位置するように、イオン注入を施す構成とすることができ、この場合、希土類原子が含まれている層において、厚さ方向の希土類原子の濃度ピークは、該層と量子井戸層の界面から１×１０-9ｍの範囲内に位置することが好ましい。あるいは又、希土類原子が含まれている層において、厚さ方向の希土類原子の濃度ピークは、該層と量子井戸層の界面から、フォトンを介したエネルギー遷移が起こる範囲内に位置するように、イオン注入を施す構成とすることができる。 In the method for manufacturing the light emitting device according to the first aspect of the present invention including the preferred embodiment described above, the concentration peak of the rare earth atoms in the thickness direction in the layer containing the rare earth atoms is From the interface of the well layer, it can be configured to perform ion implantation so that the energy transition by the Förster mechanism (Foerster mechanism) occurs. In this case, in the layer containing rare earth atoms, The concentration peak of rare earth atoms in the thickness direction is preferably located within a range of 1 × 10 −8 m from the interface between the layer and the quantum well layer. Alternatively, in a layer containing rare earth atoms, a concentration peak of rare earth atoms in the thickness direction causes energy transition by the Dexter mechanism (also called Dexter mechanism or exchange mechanism) from the interface between the layer and the quantum well layer. In this case, in the layer containing rare earth atoms, the concentration peak of the rare earth atoms in the thickness direction of the layer and the quantum well layer can be set. It is preferably located within a range of 1 × 10 −9 m from the interface. Alternatively, in the layer containing the rare earth atoms, the concentration peak of the rare earth atoms in the thickness direction is located within the range in which the energy transition through the photon occurs from the interface between the layer and the quantum well layer. It can be set as the structure which performs ion implantation.
上記の目的を達成するための本発明の第２の態様に係る発光素子は、基体上に形成された発光層を備えた発光素子であって、
該発光層は、量子ドット、並びに、該量子ドットの表面に付着し、及び／又は、該量子ドットの内部に含まれた希土類原子から成ることを特徴とする。
The light emitting device according to the second aspect of the present invention for achieving the above object is a light emitting device comprising a light emitting layer formed on a substrate,
The light emitting layer is characterized by comprising quantum dots and rare earth atoms attached to the surface of the quantum dots and / or contained in the quantum dots.
上記の目的を達成するための本発明の第２の態様に係る発光装置は、基体上に形成された発光層を備えた発光素子を、複数、備えた発光装置であって、
各発光素子を構成する発光層は、量子ドット、並びに、該量子ドットの表面に付着し、及び／又は、該量子ドットの内部に含まれた希土類原子から成ることを特徴とする。
A light emitting device according to a second aspect of the present invention for achieving the above object is a light emitting device including a plurality of light emitting elements each including a light emitting layer formed on a substrate.
The light emitting layer constituting each light emitting element is characterized by comprising a quantum dot and a rare earth atom attached to and / or contained in the surface of the quantum dot.
上記の目的を達成するための本発明の第２の態様に係る発光素子の製造方法は、基体上に形成され、量子ドット、並びに、該量子ドットの表面に付着し、及び／又は、該量子ドットの内部に含まれた希土類原子から成る発光層を備えた発光素子の製造方法であって、
発光層を、
量子ドットを形成した後、
量子ドット中に希土類原子を拡散させ、及び／又は、量子ドットの表面に希土類原子を付着させ、次いで、
量子ドットとシリコンアルコキシドとを混合して得られた生成物を基体に付着させた後、生成物をアニール処理する、
ことによって形成することを特徴とする。
The method for manufacturing a light emitting device according to the second aspect of the present invention for achieving the above object is formed on a substrate, adhered to the surface of the quantum dot, and / or the quantum dot. A method of manufacturing a light emitting device including a light emitting layer composed of rare earth atoms contained in a dot,
The light emitting layer,
After forming quantum dots,
Diffusing rare earth atoms in the quantum dots and / or attaching rare earth atoms to the surface of the quantum dots;
After the product obtained by mixing the quantum dots and the silicon alkoxide is attached to the substrate, the product is annealed.
It is characterized by forming by.
本発明の第２の態様に係る発光素子の製造方法にあっては、量子ドットとシリコンアルコキシドとを混合して生成物を得る工程は、量子ドットとシリコンアルコキシドとを混合した後、アルカリ又は酸を触媒として添加して、シリコンアルコキシドを加水分解する工程から成る構成とすることができる。ここで、限定するものではないが、触媒として、水酸化アンモニウム（ＮＨ4ＯＨ）を添加する構成を例示することができる。尚、量子ドットとシリコンアルコキシドとを混合して得られた生成物はゾル状若しくはゲル状の生成物であり、この生成物を発光素子毎に基体に付着させる構成（隣接するそれぞれの発光素子を空間的に分離した状態で基体に付着させる構成）とすることができる。 In the method for manufacturing a light-emitting device according to the second aspect of the present invention, the step of mixing the quantum dots and the silicon alkoxide to obtain a product is performed by mixing the quantum dots and the silicon alkoxide, followed by alkali or acid. Can be added as a catalyst to hydrolyze the silicon alkoxide. Here, without limitation, as a catalyst, there can be exemplified a configuration in which the addition of ammonium hydroxide (NH 4 OH). The product obtained by mixing the quantum dots and the silicon alkoxide is a sol-like or gel-like product, and a structure in which this product is attached to the substrate for each light emitting device (adjacent each light emitting device is attached). A structure in which the substrate is adhered to the substrate in a spatially separated state.
更には、上述した各種の好ましい形態を含む本発明の第２の態様に係る発光素子の製造方法において、シリコンアルコキシドとして、テトラメトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣＨ3）4）、あるいは又、テトラエトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）4）を例示することができる。 Furthermore, in the method for manufacturing a light emitting device according to the second aspect of the present invention including the various preferred embodiments described above, tetramethoxysilane (Si (OCH 3 ) 4 ) or tetraethoxysilane ( Si (OC 2 H 5 ) 4 ) can be exemplified.
更には、上述した各種の好ましい形態を含む本発明の第２の態様に係る発光素子の製造方法にあっては、アニール処理は、希ガス若しくは窒素ガスから成る不活性ガス雰囲気下、１００゜Ｃ以上、１５００゜Ｃ以下の温度、好ましくは、１００゜Ｃ以上、１３００゜Ｃ以下の温度、更に好ましくは、１００゜Ｃ以上、１２００゜Ｃ以下の温度で行うことが望ましい。このようなアニール処理を行うことで、水などの不純物を焼き飛ばし、希土類イオンの活性化を行うことができる。 Furthermore, in the method for manufacturing a light emitting device according to the second aspect of the present invention including the various preferred embodiments described above, the annealing treatment is performed at 100 ° C. in an inert gas atmosphere composed of a rare gas or a nitrogen gas. It is desirable that the temperature is 1500 ° C or lower, preferably 100 ° C or higher and 1300 ° C or lower, more preferably 100 ° C or higher and 1200 ° C or lower. By performing such an annealing treatment, impurities such as water can be burned out and the rare earth ions can be activated.
また、上述した各種の好ましい形態を含む本発明の第２の態様に係る発光素子の製造方法にあっては、限定するものではないが、シリコン半導体基板を陽極酸化することで得られた多孔質のシリコン半導体基板を溶媒中で超音波処理することで、量子ドットを形成することが望ましい。 Moreover, in the manufacturing method of the light-emitting device according to the second aspect of the present invention including the above-described various preferred embodiments, the porous material obtained by anodizing the silicon semiconductor substrate is not limited. It is desirable to form quantum dots by subjecting the silicon semiconductor substrate to ultrasonic treatment in a solvent.
更には、上述した各種の好ましい形態を含む本発明の第２の態様に係る発光素子の製造方法にあっては、量子ドットへのイオン注入によって、量子ドット中に希土類原子を拡散させる構成とすることができ、あるいは又、無電解めっき法、スパッタリング法若しくは分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ法）によって、量子ドットの表面に希土類原子を付着させる構成とすることができる。また、量子ドットとシリコンアルコキシドとを混合して得られた生成物を基体に付着させる方法として、スクリーン印刷法、インクジェット方式による印刷法、浸漬法を挙げることができる。 Furthermore, in the method for manufacturing a light emitting device according to the second aspect of the present invention including the various preferred embodiments described above, the rare earth atoms are diffused into the quantum dots by ion implantation into the quantum dots. Alternatively, the rare earth atoms can be attached to the surface of the quantum dots by electroless plating, sputtering, or molecular beam epitaxy (MBE). Examples of a method for attaching a product obtained by mixing quantum dots and silicon alkoxide to a substrate include a screen printing method, a printing method using an inkjet method, and a dipping method.
本発明の第１の態様に係る発光素子、本発明の第１の態様に係る発光装置、あるいは、本発明の第１の態様に係る発光素子の製造方法（以下、これらを総称して、本発明の第１の態様と呼ぶ場合がある）における量子井戸層とは、２次元量子井戸（所謂量子井戸）を含む層、１次元量子井戸（所謂量子細線）を含む層、及び、０次元量子井戸（所謂量子ドットあるいはナノクリスタル）を含む層を意味する。量子井戸層の厚さは、５×１０-10ｍ（原子１個分程度の厚さ）乃至１×１０-8ｍ、好ましくは、５×１０-10ｍ乃至５×１０-9ｍであることが、発光効率を向上させるといった観点から望ましい。 The light-emitting element according to the first aspect of the present invention, the light-emitting device according to the first aspect of the present invention, or the method for manufacturing the light-emitting element according to the first aspect of the present invention (hereinafter collectively referred to as the present invention). The quantum well layer in the first aspect of the invention may be referred to as a layer including a two-dimensional quantum well (so-called quantum well), a layer including a one-dimensional quantum well (so-called quantum wire), and a zero-dimensional quantum It means a layer containing wells (so-called quantum dots or nanocrystals). The thickness of the quantum well layer is 5 × 10 −10 m (thickness of about one atom) to 1 × 10 −8 m, preferably 5 × 10 −10 m to 5 × 10 −9 m. This is desirable from the viewpoint of improving luminous efficiency.
本発明の第１の態様において、発光層は、第１材料層、量子井戸層、及び、第２材料層が積層された構造を有するが、このような構造には、量子井戸層が、第１材料層及び／又は第２材料層中にランダムに分散されている構造も包含されるし、第１材料層、量子井戸層、第２材料層が幾重にも積層された構造も包含されるし、量子井戸層が、第１材料層と第２材料層の境界領域に島状に形成されている構造も包含される。第１材料層、量子井戸層、第２材料層が幾重にも積層された構造にあっては、量子井戸層近傍の第１材料層及び第２材料層の少なくとも一方の層の領域に含まれる希土類原子は、同種であってもよいし、異種であってもよい。また、第１材料層及び第２材料層の両方に希土類原子を含む構成においては、第１材料層に含まれる希土類原子と、第２材料層に含まれる希土類原子とを、同種の希土類原子としてもよいし、異種の希土類原子としてもよい。 In the first aspect of the present invention, the light emitting layer has a structure in which a first material layer, a quantum well layer, and a second material layer are stacked. In such a structure, the quantum well layer includes A structure in which the first material layer and / or the second material layer are randomly dispersed is also included, and a structure in which the first material layer, the quantum well layer, and the second material layer are stacked in layers is also included. In addition, a structure in which the quantum well layer is formed in an island shape in the boundary region between the first material layer and the second material layer is also included. In the structure in which the first material layer, the quantum well layer, and the second material layer are stacked in layers, it is included in the region of at least one of the first material layer and the second material layer in the vicinity of the quantum well layer. The rare earth atoms may be the same or different. Further, in the configuration in which both the first material layer and the second material layer contain rare earth atoms, the rare earth atoms contained in the first material layer and the rare earth atoms contained in the second material layer are the same kind of rare earth atoms. Alternatively, different rare earth atoms may be used.
一方、本発明の第２の態様に係る発光素子、本発明の第２の態様に係る発光装置、あるいは、本発明の第２の態様に係る発光素子の製造方法（以下、これらを総称して、本発明の第２の態様と呼ぶ場合がある）にあっては、発光層は１層であってもよいし、複数層の積層構造を有していてもよく、後者の場合、異なる希土類原子を含む発光層が積層された構造とすることもできる。また、発光層は、量子ドット、並びに、量子ドットの表面に付着し、及び／又は、量子ドットの内部に含まれた希土類原子から成るが、具体的には、希土類原子は、量子ドットの表面に付着した形態であり、あるいは又、量子ドットの内部に含まれた（拡散した）形態であり、あるいは又、量子ドットの表面に付着し、且つ、量子ドットの内部に含まれた形態である。 On the other hand, the light emitting element according to the second aspect of the present invention, the light emitting device according to the second aspect of the present invention, or the method for manufacturing the light emitting element according to the second aspect of the present invention (hereinafter collectively referred to as these). In some cases, the light emitting layer may have a single layer or a multi-layered structure. In the latter case, different rare earth elements may be used. A structure in which light-emitting layers containing atoms are stacked can also be used. In addition, the light emitting layer is composed of quantum dots and rare earth atoms attached to and / or contained inside the quantum dots. Specifically, the rare earth atoms are the surface of the quantum dots. Or attached to the inside of the quantum dot (diffused), or attached to the surface of the quantum dot and contained within the quantum dot. .
本発明の第１の態様にあっては、希土類原子が含まれている層において、厚さ方向の希土類原子の濃度ピークは、該層と量子井戸層の界面から、フェルスター機構によるエネルギー遷移が起こる範囲内に位置する構成とすることができ、この場合、希土類原子が含まれている層において、厚さ方向の希土類原子の濃度ピークは、該層と量子井戸層の界面から１×１０-8ｍの範囲内に位置することが好ましい。 In the first aspect of the present invention, in the layer containing rare earth atoms, the concentration peak of the rare earth atoms in the thickness direction is caused by energy transition by the Forster mechanism from the interface between the layer and the quantum well layer. In this case, in the layer containing rare earth atoms, the concentration peak of the rare earth atoms in the thickness direction is 1 × 10 − from the interface between the layer and the quantum well layer. It is preferably located within the range of 8 m.
あるいは又、本発明の第１の態様にあっては、希土類原子が含まれている層において、厚さ方向の希土類原子の濃度ピークは、該層と量子井戸層の界面から、デクスター機構によるエネルギー遷移が起こる範囲内に位置する構成とすることができ、この場合、希土類原子が含まれている層において、厚さ方向の希土類原子の濃度ピークは、該層と量子井戸層の界面から１×１０-9ｍの範囲内に位置することが好ましい。 Alternatively, in the first aspect of the present invention, in the layer containing rare earth atoms, the concentration peak of the rare earth atoms in the thickness direction is caused by the energy of the Dexter mechanism from the interface between the layer and the quantum well layer. In this case, in the layer containing rare earth atoms, the concentration peak of the rare earth atoms in the thickness direction is 1 × from the interface between the layer and the quantum well layer. It is preferably located within the range of 10 -9 m.
あるいは又、本発明の第１の態様にあっては、希土類原子が含まれている層において、厚さ方向の希土類原子の濃度ピークは、該層と量子井戸層の界面から、フォトンを介したエネルギー遷移が起こる範囲内に位置する構成とすることができる。 Alternatively, in the first aspect of the present invention, in the layer containing rare earth atoms, the concentration peak of the rare earth atoms in the thickness direction passes through the photon from the interface between the layer and the quantum well layer. It can be set as the structure located in the range where energy transition occurs.
以上に説明した各種の好ましい形態を含む本発明の第１の態様に係る発光素子、本発明の第１の態様に係る発光装置、本発明の第１の態様に係る発光素子の製造方法、本発明の第２の態様に係る発光素子、本発明の第２の態様に係る発光装置、あるいは、本発明の第２の態様に係る発光素子の製造方法、（以下、これらを総称して、本発明と呼ぶ場合がある）にあっては、発光素子を、エレクトロルミネッセンス素子、より具体的には、電流注入型エレクトロルミネッセンス素子（電極から発光層に電荷担体が直接流入して発光するエレクトロルミネッセンス素子）あるいは真性エレクトロルミネッセンス素子（誘電体中の発光層を強い外部電場によって励起して発光させるエレクトロルミネッセンス素子）とすることができ、この場合には、本発明の発光装置は、エレクトロルミネッセンス表示装置、電流注入型エレクトロルミネッセンス表示装置、真性エレクトロルミネッセンス表示装置に相当する。あるいは又、発光素子を、光励起型発光素子とすることもできるし、電子線励起型発光素子とすることもできる。発光素子を光励起型発光素子とする場合、本発明の発光素子を、例えば、発光ダイオードと組み合わせればよいし、あるいは又、プラズマ表示装置（ＰＤＰ）の発光領域（従来のプラズマ表示装置における所謂蛍光体層に相当する部分）に本発明の発光素子を組み込めばよい。発光素子を光励起型発光素子とする場合、本発明の発光装置は、発光ダイオードを備えた表示装置、あるいは又、プラズマ表示装置（ＰＤＰ）に相当する。一方、発光素子を電子線励起型発光素子とする場合、冷陰極電界電子放出表示装置（ＦＥＤ）や表面伝導型電子放出表示装置（ＳＥＤ）、ＭＩＭ素子とも呼ばれる金属／絶縁膜／金属型素子を備えた表示装置におけるアノードパネルを構成する発光領域（従来のこれらの表示装置における所謂蛍光体層に相当する部分）に本発明の発光素子を組み込めばよい。発光素子を電子線励起型発光素子とする場合、本発明の発光装置は、冷陰極電界電子放出表示装置（ＦＥＤ）や表面伝導型電子放出表示装置（ＳＥＤ）、ＭＩＭ素子とも呼ばれる金属／絶縁膜／金属型素子を備えた表示装置に相当する。 The light-emitting element according to the first aspect of the present invention including the various preferred embodiments described above, the light-emitting device according to the first aspect of the present invention, the method for manufacturing the light-emitting element according to the first aspect of the present invention, the present invention The light emitting element according to the second aspect of the invention, the light emitting device according to the second aspect of the present invention, or the method for manufacturing the light emitting element according to the second aspect of the present invention (hereinafter collectively referred to as the present invention). In some cases, the light-emitting element is an electroluminescent element, more specifically, a current injection type electroluminescent element (an electroluminescent element that emits light by directly flowing charge carriers from an electrode to a light-emitting layer) ) Or an intrinsic electroluminescence device (an electroluminescence device that emits light by exciting a light emitting layer in a dielectric with a strong external electric field) The light emitting device of the present invention, an electroluminescence display device, a current injection type electroluminescence display device, corresponding to the intrinsic electroluminescent display device. Alternatively, the light-emitting element can be a light-excitation light-emitting element or an electron beam-excitation light-emitting element. When the light-emitting element is a light-excited light-emitting element, the light-emitting element of the present invention may be combined with, for example, a light-emitting diode, or a light emitting region of a plasma display device (PDP) (so-called fluorescence in a conventional plasma display device) The light emitting element of the present invention may be incorporated in a portion corresponding to the body layer. When the light-emitting element is a light-excited light-emitting element, the light-emitting device of the present invention corresponds to a display device including a light-emitting diode or a plasma display device (PDP). On the other hand, when the light emitting element is an electron beam excitation type light emitting element, a cold cathode field emission display (FED), a surface conduction electron emission display (SED), or a metal / insulating film / metal type element also called MIM element is used. The light-emitting element of the present invention may be incorporated in a light-emitting region (a portion corresponding to a so-called phosphor layer in these conventional display devices) constituting an anode panel in a display device provided. When the light emitting element is an electron beam excitation type light emitting element, the light emitting device of the present invention is a cold cathode field emission display (FED), surface conduction electron emission display (SED), or metal / insulating film also called MIM element. / Corresponds to a display device provided with a metal-type element.
更には、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本発明の第１の態様にあっては、量子井戸層は、シリコン、ゲルマニウム、若しくは、シリコン−ゲルマニウムから成る構成とすることができるし、あるいは又、シリコン系酸化物（ＳｉＯX，０＜Ｘ≦２）から成る構成とすることができるし、更には、ＳｉＮといったシリコン系窒化物から成る構成とすることもできるし、これらの材料の混合物から成る構成とすることもできる。量子井戸層をシリコン、ゲルマニウム、若しくは、シリコン−ゲルマニウムから成る構成とする場合、量子井戸それ自体（即ち、所謂量子井戸、所謂量子細線、所謂量子ドットあるいはナノクリスタルであり、以下の説明においても同様である）はシリコン、ゲルマニウム、若しくは、シリコン−ゲルマニウムから成り、しかも、量子井戸それ自体が、例えば、シリコン系酸化物（ＳｉＯX，０＜Ｘ≦２）によって取り囲まれた構造となる。また、量子井戸層をシリコン系酸化物から成る構成とする場合、量子井戸それ自体はシリコン系酸化物から成り、しかも、量子井戸それ自体が、例えば、より酸素含有量の多いシリコン系酸化物（ＳｉＯX，０＜Ｘ≦２）によって取り囲まれた構造となる。更には、量子井戸層をシリコン系窒化物から成る構成とする場合、量子井戸それ自体はシリコン系窒化物から成り、しかも、量子井戸それ自体が、例えば、シリコン系酸化物（ＳｉＯX，０＜Ｘ≦２）によって取り囲まれた構造となる。 Furthermore, in the first aspect of the present invention including the various preferable modes described above, the quantum well layer can be composed of silicon, germanium, or silicon-germanium, or In addition, the structure may be composed of a silicon-based oxide (SiO x , 0 <X ≦ 2), or may be composed of a silicon-based nitride such as SiN, or a mixture of these materials. It can also be set as the structure which consists of. When the quantum well layer is composed of silicon, germanium, or silicon-germanium, the quantum well itself (that is, a so-called quantum well, a so-called quantum wire, a so-called quantum dot, or a nanocrystal; the same applies to the following description. Is made of silicon, germanium, or silicon-germanium, and the quantum well itself has a structure surrounded by, for example, a silicon-based oxide (SiO x , 0 <X ≦ 2). Further, when the quantum well layer is composed of a silicon-based oxide, the quantum well itself is composed of a silicon-based oxide, and the quantum well itself is, for example, a silicon-based oxide having a higher oxygen content ( The structure is surrounded by SiO x , 0 <X ≦ 2). Further, when the quantum well layer is made of silicon nitride, the quantum well itself is made of silicon nitride, and the quantum well itself is made of, for example, silicon oxide (SiO x , 0 < The structure is surrounded by X ≦ 2).
また、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本発明の第１の態様にあっては、希土類原子が含まれている層はシリコンを主成分とする構成とすることができ、この場合、希土類原子が含まれている層はシリコン系酸化物から成ることが好ましい。 In the first aspect of the present invention including the various preferred embodiments described above, the layer containing rare earth atoms can be composed mainly of silicon. The layer containing atoms is preferably made of a silicon-based oxide.
一方、以上に説明した各種の好ましい形態を含む本発明の第２の態様に係る発光素子、本発明の第２の態様に係る発光装置、あるいは、本発明の第２の態様に係る発光素子の製造方法にあっては、量子ドットはシリコンから成ることが好ましい。 On the other hand, the light emitting element according to the second aspect of the present invention including the various preferred embodiments described above, the light emitting device according to the second aspect of the present invention, or the light emitting element according to the second aspect of the present invention. In the manufacturing method, the quantum dots are preferably made of silicon.
以上に説明した各種の好ましい形態を含む本発明にあっては、希土類原子として、少なくともユーロビウム（Ｅｕ）を含み、あるいは又、希土類原子として、少なくともプラセオジウム（Ｐｒ）を含み、あるいは又、希土類原子として、少なくともエルビウム（Ｅｒ）を含み、あるいは又、希土類原子として、少なくともテルビウム（Ｔｂ）を含み、あるいは又、希土類原子として、少なくともセリウム（Ｃｅ）を含み、あるいは又、希土類原子として、少なくともツリウム（Ｔｍ）を含む構成とすることができる。以下の表１に、希土類原子に由来したイオンと発光素子の発光波長の関係を示す。尚、本発明における希土類原子には、希土類原子に由来したイオンが包含される。 In the present invention including the various preferred embodiments described above, at least eurobium (Eu) is included as the rare earth atom, or at least praseodymium (Pr) is included as the rare earth atom, or alternatively, as the rare earth atom. At least terbium (Tb) as a rare earth atom, or at least cerium (Ce) as a rare earth atom, or at least thulium (Tm) as a rare earth atom. ). Table 1 below shows the relationship between ions derived from rare earth atoms and the emission wavelength of the light-emitting element. In the present invention, the rare earth atom includes ions derived from the rare earth atom.
［表１］
希土類原子に由来したイオン 発光素子の発光波長
Ｐｒ3+ ６３５ｎｍ（赤色）
Ｅｕ3+ ６１５ｎｍ（赤色）
Ｐｒ3+ ６０５ｎｍ（赤色）
Ｅｒ3+ ５７０ｎｍ（橙色）
Ｔｂ3+ ５４５ｎｍ（緑色）
Ｃｅ3+ ５３０ｎｍ（青色）
Ｔｍ3+ ４５０ｎｍ（青色）
[Table 1]
Ion derived from rare earth atoms Light emission wavelength Pr 3+ 635 nm (red)
Eu 3+ 615nm (red)
Pr 3+ 605nm (red)
Er 3+ 570nm (orange)
Tb 3+ 545nm (green)
Ce 3+ 530nm (blue)
Tm 3+ 450nm (blue)
尚、希土類元素は、原子番号２１のスカンジウム（Ｓｃ）、原子番号３９のイットリウム（Ｙ）、並びに、原子番号５７のランタン（Ｌａ）から原子番号７１のルテチウム（Ｌｕ）までの１５種類の４ｆ軌道遷移系列元素群であり、周期律表のＩＩＩＢ族に属するため、一般に３価が安定である。このうち、Ｃｅ3+（セリウム：原子番号５８）からＹｂ3+（イッテルビウム：原子番号７０）までの１３種類の希土類原子は、１個から１３個の４ｆ電子を有し、電子配置の相違に基づく多様なエネルギー準位を形成する。異なるエネルギー準位間の電子遷移エネルギーは、紫外光、可視光、赤外光に相当するので、多くの希土類原子は、これらの波長で光の吸収、発光を起こす。即ち、希土類原子として、少なくとも、「４ｆ電子」を有する、原子番号５８のセリウム（Ｃｅ）〜原子番号７０のイッテルビウム（Ｙｂ）を用いることができるし、また、原子番号２１のスカンジウム（Ｓｃ）、原子番号３９のイットリウム（Ｙ）を用いることもできる。
The rare earth elements are 15 kinds of 4f orbits from scandium (Sc) with
以上に説明した各種の好ましい形態を含む本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係る発光装置にあっては、赤色に相当する第１の波長λ1の光を発光する第１の発光素子、緑色に相当する第２の波長λ2の光を発光する第２の発光素子、及び、青色に相当する第３の波長λ3の光を発光する第３の発光素子の３種類の発光素子によって、１つの発光素子ユニットが構成され、複数の発光素子ユニットを備えている構成とすることができる。あるいは又、赤色に相当する第１の波長λ1の光を発光する第１の発光素子、緑色に相当する第２の波長λ2の光を発光する第２の発光素子、青色に相当する第３の波長λ3の光を発光する第３の発光素子、及び、それ以外の色に相当する第４の波長λ4の光を発光する第４の発光素子の４種類の発光素子によって、１つの発光素子ユニットが構成され、複数の発光素子ユニットを備えている構成とすることができる。尚、１つの発光素子ユニットを５種類以上の発光素子によって構成してもよい。 In the light emitting device according to the first aspect or the second aspect of the present invention including the various preferred embodiments described above, the first light emission that emits light of the first wavelength λ 1 corresponding to red. Three types of light emission: an element, a second light emitting element that emits light of a second wavelength λ 2 corresponding to green, and a third light emitting element that emits light of a third wavelength λ 3 corresponding to blue One light emitting element unit is constituted by the element, and a plurality of light emitting element units can be provided. Alternatively, a first light emitting element that emits light having a first wavelength λ 1 corresponding to red, a second light emitting element that emits light having a second wavelength λ 2 corresponding to green, and a first light emitting element corresponding to blue. 4 types of light emitting elements, that is, a third light emitting element that emits light of a wavelength λ 3 of 3 and a fourth light emitting element that emits light of a fourth wavelength λ 4 corresponding to other colors, One light emitting element unit is configured, and a plurality of light emitting element units can be provided. In addition, you may comprise one light emitting element unit by five or more types of light emitting elements.
本発明において、基体として、シリコン半導体基板を例示することができるが、このような基板に限定するものではなく、その他、表面に絶縁膜が形成された半導体基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＮ基板、半絶縁性基板、表面に絶縁膜が形成された半絶縁性基板、絶縁性基板、表面に絶縁膜が形成された絶縁性基板、石英基板、表面に絶縁膜が形成された石英基板、ガラス基板、表面に絶縁膜が形成されたガラス基板を挙げることができるし、発光素子を作り込む対象によっては、絶縁層や封止層が基体に相当する場合もある。ここで、ガラス基板として、高歪点ガラス、ソーダガラス（Ｎａ2Ｏ・ＣａＯ・ＳｉＯ2）、硼珪酸ガラス（Ｎａ2Ｏ・Ｂ2Ｏ3・ＳｉＯ2）、フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ2）、鉛ガラス（Ｎａ2Ｏ・ＰｂＯ・ＳｉＯ2）を例示することができる。 In the present invention, a silicon semiconductor substrate can be exemplified as the substrate. However, the substrate is not limited to such a substrate, and other semiconductor substrates having a surface formed with an insulating film, GaAs substrate, GaN substrate, semi-insulating Substrate, semi-insulating substrate with insulating film formed on the surface, insulating substrate, insulating substrate with insulating film formed on the surface, quartz substrate, quartz substrate with insulating film formed on the surface, glass substrate, surface A glass substrate on which an insulating film is formed can be given, and an insulating layer or a sealing layer may correspond to a base depending on a target in which a light emitting element is formed. Here, as a glass substrate, high strain point glass, soda glass (Na 2 O · CaO · SiO 2 ), borosilicate glass (Na 2 O · B 2 O 3 · SiO 2 ), forsterite (2MgO · SiO 2 ) Lead glass (Na 2 O · PbO · SiO 2 ) can be exemplified.
本発明にあっては、厚さ方向の希土類原子の濃度ピークの測定や、量子ドットの表面に付着し、及び／又は、量子ドットの内部に含まれた希土類原子の量（濃度）の測定は、ラザフォード（Ratherford）後方散乱（ＲＢＳ）測定に基づき行うことができる。 In the present invention, the measurement of the concentration peak of rare earth atoms in the thickness direction, the measurement of the amount (concentration) of rare earth atoms attached to the surface of the quantum dots and / or contained within the quantum dots, Ratherford backscatter (RBS) measurements.
本発明の発光装置は、上述した各種表示装置だけでなく、バックライト（例えば、液晶表示装置に用いられる）を含む照明装置に適用することができる。また、本発明の発光素子を、蛍光体の代替として使用することが可能であるし、場合によっては、本発明の発光装置を、従来の蛍光体を備えた表示装置の代替として使用することも可能である。 The light-emitting device of the present invention can be applied not only to the various display devices described above but also to a lighting device including a backlight (for example, used for a liquid crystal display device). In addition, the light-emitting element of the present invention can be used as an alternative to a phosphor, and in some cases, the light-emitting device of the present invention can be used as an alternative to a display device having a conventional phosphor. Is possible.
本発明にあっては、発光層を、量子井戸層と希土類原子、あるいは、量子ドットと希土類原子から構成するので、例えば絶縁体である酸化シリコン膜に希土類原子を分散させただけの従来の発光素子と比較して、より低電圧で、大きな電流を流すことができ、発光強度が高く、半値幅の狭い発光波長を得ることが可能となる。これは、量子井戸層や量子ドットにキャリアがトラップされ、キャリアのエネルギーが閉じ込められた状態となり、このとき、量子井戸層や量子ドットの近傍に希土類原子が存在すると、量子井戸層や量子ドットに閉じ込められたキャリアのエネルギーが希土類原子に移送され（即ち、エネルギー遷移が起こり）、次いで、希土類原子の殻内遷移により発光が生じるからであると考えられる。そして、この場合、量子井戸層や量子ドットが存在せず、ホットエレクトロンのみによって希土類原子の殻内遷移による発光が生じる場合と比較して、低消費電力で、より高い発光強度が得られる。更には、絶縁体である酸化シリコンのみから構成された発光層に比べて、量子井戸構造を有する場合、発光層の電気抵抗が低減され、発光素子の低電圧駆動化を図ることができる。しかも、発光素子は、自発光で、磁気の影響を受け難く、表示装置を大型化しても歪みが無く、鮮明で高画質な画像であって、高視野角の表示装置を得ることが可能となる。更には、従来の薄型表示装置と比較して、一層の軽量化、薄型化を実現できるし、一層の低消費電力化、低コスト化が可能となる。 In the present invention, since the light emitting layer is composed of a quantum well layer and a rare earth atom, or a quantum dot and a rare earth atom, for example, conventional light emission in which a rare earth atom is simply dispersed in a silicon oxide film as an insulator. Compared with the device, a large current can be passed at a lower voltage, and it is possible to obtain an emission wavelength with high emission intensity and a narrow half width. This is because carriers are trapped in the quantum well layer or quantum dot and the energy of the carrier is confined. At this time, if rare earth atoms exist in the vicinity of the quantum well layer or quantum dot, the quantum well layer or quantum dot It is considered that the energy of the trapped carrier is transferred to the rare earth atom (that is, energy transition occurs), and then light emission occurs due to the intrashell transition of the rare earth atom. In this case, a higher emission intensity can be obtained with lower power consumption than in the case where there is no quantum well layer or quantum dot and light emission is caused by the transition of rare earth atoms in the shell only by hot electrons. Furthermore, in the case of having a quantum well structure as compared with a light emitting layer made of only silicon oxide that is an insulator, the electric resistance of the light emitting layer is reduced, and the light emitting element can be driven at a low voltage. In addition, the light-emitting element is self-luminous, hardly affected by magnetism, and even when the display device is enlarged, there is no distortion, and it is possible to obtain a display device with a clear and high-quality image and a high viewing angle. Become. Furthermore, compared with the conventional thin display device, further weight reduction and thickness reduction can be realized, and further reduction in power consumption and cost can be achieved.
また、本発明の第１の態様においては、希土類原子が含まれている層における厚さ方向の希土類原子の濃度ピークの位置を規定することで、発光効率を向上させることができるし、本発明の第２の態様においては、発光層を、量子ドット、並びに、量子ドットの表面に付着し、及び／又は、該量子ドットの内部に含まれた希土類原子から構成するので、発光効率を向上させることができる。 In the first aspect of the present invention, the luminous efficiency can be improved by defining the position of the concentration peak of the rare earth atom in the thickness direction in the layer containing the rare earth atom. In the second aspect, the light emitting layer is composed of quantum dots and the rare earth atoms attached to the surface of the quantum dots and / or contained within the quantum dots, so that the light emission efficiency is improved. be able to.
本発明の第１の態様に係る発光素子の製造方法においては、第１材料層及び第２材料層の少なくとも一方の層にイオン注入を施すことで希土類原子を含ませるので、また、本発明の第２の態様に係る発光素子の製造方法においては、希土類原子を含む（付着された態様を包含する）量子ドットとシリコンアルコキシドとを混合して得られた生成物（例えば、ゾル状生成物若しくはゲル状生成物）を基体の所定の位置に付着させるので、発光素子毎に、即ち、異なる色を発光する発光素子を所望の領域に容易に形成することができ、大型の表示装置においても、発光素子を精度良く形成することができる。特に、本発明の第２の態様に係る発光素子の製造方法においては、従来の気相プロセスに比べてより低い消費エネルギーで発光層を形成することが可能であるし、生成物の付着工程では、安価なスクリーン印刷方式やインクジェット方式、浸漬方式を用いることが可能である。 In the method for manufacturing a light-emitting element according to the first aspect of the present invention, rare earth atoms are included by ion implantation in at least one of the first material layer and the second material layer. In the method for manufacturing a light emitting device according to the second aspect, a product (for example, a sol-like product or a product obtained by mixing a quantum dot containing a rare earth atom (including an attached aspect) and silicon alkoxide is used. Gel product) is attached to a predetermined position of the substrate, so that each light-emitting element, that is, a light-emitting element that emits a different color can be easily formed in a desired region. A light emitting element can be formed with high accuracy. In particular, in the method for manufacturing a light-emitting device according to the second aspect of the present invention, it is possible to form a light-emitting layer with lower energy consumption than in a conventional vapor phase process, and in the product adhesion step, It is possible to use an inexpensive screen printing method, ink jet method, or dipping method.
また、本発明において、シリコン系材料から発光素子を構成すれば、他の材料と比較して、組成が安定しているという利点がある。更には、シリコン系材料は、資源が豊富なため原料価格が安いし、環境負荷が小さく廃棄物として無害であり、しかも、融点が高いため、製造上の高温処理に十分に耐えられるという利点もある。しかも、基体としてシリコン半導体基板を用いれば、駆動用のトランジスタと発光素子とを一体的に製造することが可能であり、表示装置の更なる軽量化、薄型化が可能となる上、透明電極上にトランジスタを作製するといった低温ＴＦＴ技術等の高度な製造技術が不要となり、製造プロセスの簡略化が可能となる。更には、駆動用のトランジスタを基体に相当するシリコン半導体基板に作り込めば、電子移動度が、アモルファスシリコン（１ｃｍ2Ｖ-1秒-1）やポリシリコン（１００ｃｍ2Ｖ-1秒-1〜４００ｃｍ2Ｖ-1秒-1）と比較して、６００ｃｍ2Ｖ-1秒-1程度と高くなり、一層の応答速度の向上が可能となる。 In the present invention, if a light emitting element is made of a silicon-based material, there is an advantage that the composition is stable as compared with other materials. Furthermore, silicon-based materials are abundant in resources, so the price of raw materials is low, the environmental impact is small, they are harmless as waste, and the melting point is high so that they can sufficiently withstand high-temperature processing in production. is there. In addition, if a silicon semiconductor substrate is used as the base, it is possible to manufacture a driving transistor and a light emitting element integrally, and the display device can be further reduced in weight and thickness, and on the transparent electrode. In addition, advanced manufacturing techniques such as low-temperature TFT technology for manufacturing transistors are not required, and the manufacturing process can be simplified. Furthermore, if a driving transistor is formed on a silicon semiconductor substrate corresponding to the base, the electron mobility is amorphous silicon (1 cm 2 V −1 sec −1 ) or polysilicon (100 cm 2 V −1 sec −1 ). Compared with 400 cm 2 V −1 s −1 ), it becomes as high as about 600 cm 2 V −1 s −1 , and it is possible to further improve the response speed.
以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on examples with reference to the drawings.
実施例１は、本発明の第１の態様に係る発光素子、及び、本発明の第１の態様に係る発光素子の製造方法に関する。尚、実施例１、及び、後述する実施例２〜実施例４において、発光素子はフォトルミネッセンス（ＰＬ）発光素子から成る。 Example 1 relates to a light emitting device according to the first aspect of the present invention and a method for manufacturing the light emitting element according to the first aspect of the present invention. In Example 1 and Examples 2 to 4 to be described later, the light emitting element is a photoluminescence (PL) light emitting element.
実施例１の発光素子の模式的な一部断面図を図１の（Ｃ）に示す。この実施例１の発光素子１０は、シリコン半導体基板から成る基板１１（基体に相当する）上に形成された発光層２０を備えている。そして、発光層２０は、第１材料層２１、量子井戸層２４、及び、第２材料層２２が、この順に積層された構造を有する。第１材料層２１及び第２材料層２２は、シリコンを主成分とし、具体的にはシリコン系酸化物、より具体的には酸化シリコン（ＳｉＯ2）から成り、厚さは約２００ｎｍである。また、量子井戸層２４は、例えば、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、若しくは、シリコン−ゲルマニウム（Ｓｉ−Ｇｅ）から成り、あるいは又、シリコン系酸化物から成る。
A schematic partial cross-sectional view of the light-emitting element of Example 1 is shown in FIG. The light emitting element 10 of Example 1 includes a light emitting layer 20 formed on a substrate 11 (corresponding to a base) made of a silicon semiconductor substrate. The light emitting layer 20 has a structure in which a
そして、第１材料層２１及び第２材料層２２の少なくとも一方の層（実施例１にあっては、第１材料層２１及び第２材料層２２の両方）には、希土類原子２３、より具体的には、希土類原子に由来したイオンが含まれている。尚、図面においては、希土類原子２３あるいは希土類原子に由来したイオンを、「×」印で表示している。そして、希土類原子２３が含まれている層（実施例１にあっては、第１材料層２１及び第２材料層２２の両方）において、厚さ方向の希土類原子の濃度ピークは、第１材料層２１と量子井戸層２４の界面から、フェルスター機構によるエネルギー遷移が起こる範囲内（量子井戸層に閉じ込められたキャリアのエネルギーが希土類原子に移送され得る範囲内）に位置し、また、第２材料層２２と量子井戸層２４の界面から、フェルスター機構によるエネルギー遷移が起こる範囲内に位置する。より具体的には、希土類原子が含まれている層（実施例１にあっては、第１材料層２１及び第２材料層２２の両方）において、厚さ方向の希土類原子の濃度ピークは、第１材料層２１と量子井戸層２４の界面から１×１０-8ｍ（１０ｎｍ）の範囲内に位置し、また、第２材料層２２と量子井戸層２４の界面から１×１０-8ｍ（１０ｎｍ）の範囲内に位置する。あるいは又、希土類原子が含まれている層（実施例１にあっては、第１材料層２１及び第２材料層２２の両方）において、厚さ方向の希土類原子の濃度ピークは、第１材料層２１と量子井戸層２４の界面からフォトンを介したエネルギー遷移が起こる範囲内に位置し、第２材料層２２と量子井戸層２４の界面からフォトンを介したエネルギー遷移が起こる範囲内に位置する。尚、希土類原子２３を、第１材料層２１及び第２材料層２２の両方に導入することが好ましいが、第１材料層２１若しくは第２材料層２２の一方の層のみに導入してもよい。
In at least one of the
希土類原子２３はユーロビウム（Ｅｕ）であり、この場合、Ｅｕ3+を含む発光素子は赤色（波長：６１５ｎｍ）を発光し、あるいは又、希土類原子２３はプラセオジウム（Ｐｒ）であり、この場合、Ｐｒ3+を含む発光素子は赤色（波長：６０５ｎｍ）を発光し、あるいは又、希土類原子２３はエルビウム（Ｅｒ）であり、この場合、Ｅｒ3+を含む発光素子は橙色（波長：５７０ｎｍ）を発光し、あるいは又、希土類原子２３はテルビウム（Ｔｂ）であり、この場合、Ｔｂ3+を含む発光素子は緑色（波長：５４５ｎｍ）を発光し、あるいは又、希土類原子２３はセリウム（Ｃｅ）であり、この場合、Ｃｅ3+を含む発光素子は青色（波長：５３０ｎｍ）を発光し、あるいは又、希土類原子２３はツリウム（Ｔｍ）であり、この場合、Ｔｍ3+を含む発光素子は青色（波長：４５０ｎｍ）を発光する。尚、希土類原子２３を、以上に説明した、あるいは、それ以外の希土類原子の複数種から構成することもでき、この場合の発光色は、希土類原子が発光する特有の発光色の混色となる。
The
以下、基体等の模式的な一部断面図である図１の（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、実施例１の発光素子の製造方法を説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing the light-emitting element of Example 1 will be described with reference to FIGS.
［工程−１００］
基体に相当する基板１１としてシリコン基板を用意する。そして、プラズマ化学的気相成長法（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition法，ＰＥ−ＣＶＤ法）に基づき、基板１１上に、シリコンを主成分とする第１材料層２１、より具体的には、厚さ約２００ｎｍのＳｉＯ2から成る第１材料層２１を形成する。
[Step-100]
A silicon substrate is prepared as the
［工程−１１０］
次いで、イオン注入法によって、第１材料層２１の表面から希土類原子２３をイオン注入する（図１の（Ａ）参照）。即ち、希土類原子が含まれている層（第１材料層２１）において、厚さ方向の希土類原子の濃度ピークが、この層（第１材料層２１）と量子井戸層２４の界面から、フェルスター機構によるエネルギー遷移が起こる範囲内に位置するように、イオン注入を施す。あるいは又、希土類原子が含まれている層（第１材料層２１）において、厚さ方向の希土類原子の濃度ピークが、この層（第１材料層２１）と量子井戸層２４の界面から、フォトンを介したエネルギー遷移が起こる範囲内に位置するように、イオン注入を施す。具体的には、第１材料層２１の表面から１０ｎｍの範囲内に、厚さ方向の希土類原子２３の濃度ピークが位置するように、希土類原子２３（より具体的には、希土類原子に由来したイオン）をイオン注入する。例えば、希土類原子２３をテルビウム（Ｔｂ）とする場合の第１材料層２１へのイオン注入条件を、以下の表２に例示する。イオン注入後、４００゜Ｃ〜１２００゜Ｃ程度の温度で１分〜１００分程度のアニール処理を施し、イオン注入による第１材料層２１におけるダメージの回復を図ることが望ましい。尚、ドーズ量の望ましい範囲として、１×１０11ａｔｏｍｓ／ｃｍ2乃至１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2、好ましくは、１×１０12ａｔｏｍｓ／ｃｍ2乃至１×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ2を挙げることができる。また、ユーロビウム（Ｅｕ）、プラセオジウム（Ｐｒ）、エルビウム（Ｅｒ）、セリウム（Ｃｅ）、及び、ツリウム（Ｔｍ）をイオン注入する場合には、これらの希土類原子に由来したイオンをイオン注入するための最適な加速エネルギー及びドーズ量を各種の試験に基づき決定し、その決定に基づきイオン注入を行えばよい。
[Step-110]
Next,
［表２］
加速エネルギー：１０ｋｅＶ
イオン種 ：Ｔｂ3+
ドーズ量 ：１×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ2
[Table 2]
Acceleration energy: 10 keV
Ion species: Tb 3+
Dose amount: 1 × 10 13 atoms / cm 2
［工程−１２０］
その後、例えばＰＥ−ＣＶＤ法に基づき、第１材料層２１上に、例えばシリコン（Ｓｉ）から成り、厚さ１０ｎｍの量子井戸層２４を形成する（図１の（Ｂ）参照）。具体的には、例えば、基板温度４２０゜Ｃ、ＳｉＨ4流量５０ｓｃｃｍ、Ａｒ流量１０００ｓｃｃｍ、５．３×１０2Ｐａ（４Ｔｏｒｒ）の圧力下、ＲＦパワー２５０Ｗ、ギャップ１４ｍｍの条件にて、量子井戸層２４を形成することができる。あるいは又、スパッタリング法にて量子井戸層２４を形成することもできる。具体的には、例えば、Ａｒ流量２０ｓｃｃｍ、１×１０-4Ｐａの圧力下、ＲＦパワー５００Ｗにて、Ｓｉターゲットをアルゴンプラズマにてスパッタすることで、量子井戸層２４を形成することができる。
[Step-120]
Thereafter, a quantum well layer 24 made of, for example, silicon (Si) and having a thickness of 10 nm is formed on the
尚、シリコン（Ｓｉ）から成る量子井戸層２４の形成の代わりに、ゲルマニウム（Ｇｅ）から成る量子井戸層２４を形成してもよいし、シリコン−ゲルマニウム（Ｓｉ−Ｇｅ）から成る量子井戸層２４を形成してもよいし、シリコン系酸化物から成る量子井戸層２４を形成してもよい。シリコン系酸化物から成る量子井戸層２４は、具体的には、例えば、基板温度４００゜Ｃ、ＳｉＨ4流量１００ｓｃｃｍ、Ｎ2Ｏ流量２０００ｓｃｃｍ、３．３×１０2Ｐａ（２．５Ｔｏｒｒ）の圧力下、ＲＦパワー１５０〜３００Ｗ、ギャップ１４ｍｍの条件のＣＶＤ法にて、形成することができる。 Instead of forming the quantum well layer 24 made of silicon (Si), a quantum well layer 24 made of germanium (Ge) may be formed, or the quantum well layer 24 made of silicon-germanium (Si-Ge). The quantum well layer 24 made of a silicon-based oxide may be formed. Specifically, the quantum well layer 24 made of a silicon-based oxide has, for example, a substrate temperature of 400 ° C., an SiH 4 flow rate of 100 sccm, an N 2 O flow rate of 2000 sccm, and a pressure of 3.3 × 10 2 Pa (2.5 Torr). The film can be formed by the CVD method under the conditions of RF power 150 to 300 W and gap 14 mm.
［工程−１３０］
次に、例えばＰＥ−ＣＶＤ法によって、量子井戸層２４上に、シリコンを主成分とする第２材料層２２、より具体的には、厚さ約２００ｎｍのＳｉＯ2から成る第２材料層２２を形成する。
[Step-130]
Next, a second material layer 22 mainly composed of silicon, more specifically, a second material layer 22 made of SiO 2 having a thickness of about 200 nm is formed on the quantum well layer 24 by, for example, PE-CVD. Form.
［工程−１４０］
その後、イオン注入法によって、第２材料層２２の表面から希土類原子２３をイオン注入する（図１の（Ｃ）参照）。即ち、希土類原子が含まれている層（第２材料層２２）において、厚さ方向の希土類原子の濃度ピークが、この層（第２材料層２２）と量子井戸層２４の界面から、フェルスター機構によるエネルギー遷移が起こる範囲内に位置するように、イオン注入を施す。あるいは又、希土類原子が含まれている層（第２材料層２２）において、厚さ方向の希土類原子の濃度ピークが、この層（第２材料層２２）と量子井戸層２４の界面から、フォトンを介したエネルギー遷移が起こる範囲内に位置するように、イオン注入を施す。具体的には、量子井戸層２４と第２材料層２２の界面から第２材料層２２の内部、１０ｎｍの範囲内に厚さ方向の希土類原子２３の濃度ピークが位置するように（云い換えれば、第２材料層２２表面から１９０ｎｍの深さの位置するように）、希土類原子２３（より具体的には、希土類原子に由来したイオン）をイオン注入する。例えば、希土類原子２３をテルビウム（Ｔｂ）とする場合の第２材料層２２へのイオン注入条件を、以下の表３に例示する。イオン注入後、４００゜Ｃ〜１３００゜Ｃ程度の温度で１分〜１００分程度のアニール処理を施し、イオン注入による第１材料層２１におけるダメージの回復を図ることが望ましい。尚、ドーズ量の望ましい範囲として、１×１０11ａｔｏｍｓ／ｃｍ2乃至１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2、好ましくは、１×１０12ａｔｏｍｓ／ｃｍ2乃至１×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ2を挙げることができる。また、ユーロビウム（Ｅｕ）、プラセオジウム（Ｐｒ）、エルビウム（Ｅｒ）、セリウム（Ｃｅ）、及び、ツリウム（Ｔｍ）をイオン注入する場合には、これらの希土類原子に由来したイオンをイオン注入するための最適な加速エネルギー及びドーズ量を各種の試験に基づき決定し、その決定に基づきイオン注入を行えばよい。
[Step-140]
Thereafter,
［表３］
加速エネルギー：６００ｋｅＶ
イオン種 ：Ｔｂ3+
ドーズ量 ：１×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ2
[Table 3]
Acceleration energy: 600 keV
Ion species: Tb 3+
Dose amount: 1 × 10 13 atoms / cm 2
尚、［工程−１１０］において、ＰＥ−ＣＶＤ法とイオン注入法との組合せの代わりに、スパッタリング法にて、第１材料層２１の形成、第１材料層２１の形成と希土類原子２３の導入、更には、第１材料層２１の形成を行ってもよい。また、同様に、［工程−１４０］において、スパッタリング法にて、第２材料層２２の形成、第２材料層２２の形成と希土類原子２３の導入、更には、第２材料層２２の形成を行ってもよい。
In [Step-110], instead of the combination of the PE-CVD method and the ion implantation method, the
これによって、実施例１にあっては、基板１１上に、ＳｉＯ2から成る厚さ２００ｎｍの第１材料層２１が形成され、第１材料層２１上にシリコン（Ｓｉ）から成る厚さ１０ｎｍの量子井戸層２４が形成され、量子井戸層２４上にＳｉＯ2から成る厚さ２００ｎｍの第２材料層２２が形成され、第１材料層２１及び第２材料層２２中に導入されたテルビウムイオン（Ｔｂ3+）の厚さ方向の濃度ピークが、量子井戸層２４から１０ｎｍ程度離れた位置に位置する発光素子１０を得ることができた。
Thus, in Example 1, the
実施例１においては、特に、シリコン半導体における高度な高集積化技術を適用することにより、数μｍオーダーの大きさの制御が可能である。 In the first embodiment, in particular, by applying a high integration technology in a silicon semiconductor, it is possible to control the size on the order of several μm.
また、実施例１、あるいは後述する実施例２〜実施例４において説明する発光素子を所望の配置状態に配置し、係る発光素子に例えばレーザ光を照射することで発光素子を発光させれば、フォトルミネッセンス（ＰＬ）型の表示装置として機能させることができる。 In addition, if the light emitting element described in Example 1 or Example 2 to Example 4 described later is arranged in a desired arrangement state and the light emitting element emits light by, for example, irradiating the light emitting element with laser light, It can function as a photoluminescence (PL) type display device.
実施例２は、実施例１の変形である。実施例２にあっては、［工程−１００］、［工程−１２０］〜［工程−１４０］と同様の工程を実行した。即ち、［工程−１１０］を省略した。 The second embodiment is a modification of the first embodiment. In Example 2, the same steps as [Step-100] and [Step-120] to [Step-140] were performed. That is, [Step-110] was omitted.
これによって、実施例２にあっては、基板１１上に、ＳｉＯ2から成る厚さ２００ｎｍの第１材料層２１が形成され、第１材料層２１上に厚さ１０ｎｍのシリコン（Ｓｉ）から成る量子井戸層２４が形成され、量子井戸層２４上にＳｉＯ2から成る厚さ２００ｎｍの第２材料層２２が形成され、第２材料層２２中のみに導入されたテルビウムイオン（Ｔｂ3+）の厚さ方向の濃度ピークが、量子井戸層２４から１０ｎｍ程度離れた位置に位置する発光素子を得ることができた。
Thus, in Example 2, the
実施例３も、実施例１の変形である。実施例３においては、希土類原子が含まれている層において、厚さ方向の希土類原子の濃度ピークが、この層と量子井戸層の界面から、デクスター機構によるエネルギー遷移が起こる範囲内（量子井戸層に閉じ込められたキャリアのエネルギーが希土類原子に移送され得る範囲内）に位置する。具体的には、実施例３にあっては、希土類原子が含まれている層（実施例３にあっては、第１材料層２１及び第２材料層２２の両方）において、厚さ方向の希土類原子の濃度ピークは、第１材料層２１と量子井戸層２４の界面から１×１０-9ｍ（１ｎｍ）の範囲内に位置し、また、第２材料層２２と量子井戸層２４の界面から１×１０-9ｍ（１ｎｍ）の範囲内に位置する。尚、［工程−１１０］と同様の工程において、例えば、希土類原子２３をテルビウム（Ｔｂ）とする場合の第１材料層２１へのイオン注入条件を、以下の表４に例示し、［工程−１４０］において、第２材料層２２へのイオン注入条件を、以下の表５に例示する。
The third embodiment is also a modification of the first embodiment. In Example 3, in a layer containing rare earth atoms, the concentration peak of rare earth atoms in the thickness direction is within a range where energy transition occurs by a Dexter mechanism from the interface between this layer and the quantum well layer (quantum well layer). In the range in which the energy of the carriers confined in can be transferred to the rare earth atoms. Specifically, in Example 3, in the layer containing rare earth atoms (in Example 3, both the
［表４］
加速エネルギー：０．１ｋｅＶ〜３ｋｅＶ
イオン種 ：Ｔｂ3+
ドーズ量 ：１×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ2
[Table 4]
Acceleration energy: 0.1 keV to 3 keV
Ion species: Tb 3+
Dose amount: 1 × 10 13 atoms / cm 2
［表５］
加速エネルギー：６２０ｋｅＶ
イオン種 ：Ｔｂ3+
ドーズ量 ：１×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ2
[Table 5]
Acceleration energy: 620 keV
Ion species: Tb 3+
Dose amount: 1 × 10 13 atoms / cm 2
これによって、実施例３にあっては、基板１１上に、ＳｉＯ2から成る厚さ２００ｎｍの第１材料層２１が形成され、第１材料層２１上にシリコン（Ｓｉ）から成る厚さ１０ｎｍの量子井戸層２４が形成され、量子井戸層２４上にＳｉＯ2から成る厚さ２００ｎｍの第２材料層２２が形成され、第１材料層２１及び第２材料層２２中に導入されたテルビウムイオン（Ｔｂ3+）の厚さ方向の濃度ピークが、量子井戸層２４から１ｎｍ程度離れた位置に位置する発光素子を得ることができた。
Thus, in Example 3, the
以下、実施例１及び実施例３の発光素子における希土類原子（実施例１及び実施例３にあっては、より具体的には、希土類原子に由来したイオン）の導入位置について説明する。ここで、希土類原子２３が含まれている層における厚さ方向の希土類原子の濃度ピークが、この層と量子井戸層の界面から距離「ｄ」だけ離れているとする。
Hereinafter, the introduction position of rare earth atoms (more specifically, ions derived from rare earth atoms in Examples 1 and 3) in the light emitting devices of Examples 1 and 3 will be described. Here, it is assumed that the concentration peak of the rare earth atoms in the thickness direction in the layer including the
このｄの値が１００ｎｍである場合、例えば、フェルスター機構によるエネルギー遷移が期待される１０ｎｍ以内に量子井戸層２４と希土類原子２３とが接近している場合があり得るので、量子井戸層２４が存在しない場合と比較して、発光素子の発光効率が若干なりとも向上することを期待することができる。
When the value of d is 100 nm, for example, the quantum well layer 24 and the
一方、このｄの値が１０ｎｍである場合、例えば、共鳴的双極子−双極子相互作用によるエネルギー移動であるフェルスター機構（Foerster機構）に基づく移動距離の上限は１０ｎｍであると云われており、エネルギーの遷移効率の大幅なる向上を期待することができる。 On the other hand, when the value of d is 10 nm, for example, it is said that the upper limit of the moving distance based on the Forster mechanism (Foerster mechanism), which is energy transfer by a resonant dipole-dipole interaction, is 10 nm. A significant improvement in energy transition efficiency can be expected.
更には、このｄの値が１ｎｍである場合、例えば、分子間接触による電子の交換によるエネルギー移動であるデクスター機構（Dexter機構、交換機構とも呼ばれる）に基づく移動距離の上限は１ｎｍであると云われており、エネルギーの遷移効率の一層大幅なる向上を期待することができる。 Furthermore, when the value of d is 1 nm, for example, the upper limit of the movement distance based on the Dexter mechanism (also called the Dexter mechanism or exchange mechanism), which is energy transfer by the exchange of electrons due to intermolecular contact, is 1 nm. It can be expected that the energy transition efficiency will be further improved.
［比較例１］
比較例１として、［工程−１００］〜［工程−１４０］と同様の工程を実行した。但し、［工程−１１０］と同様の工程においては、第１材料層２１の表面から１００ｎｍの位置に、厚さ方向の希土類原子２３の濃度ピークが位置するように、希土類原子２３（より具体的には、希土類原子に由来したイオン）をイオン注入する（表６のイオン注入条件を参照）。また、量子井戸層２４と第２材料層２２の界面から第２材料層２２の内部、１００ｎｍの位置に厚さ方向の希土類原子２３の濃度ピークが位置するように（云い換えれば、第２材料層２２表面から１００ｎｍの深さの位置するように）、希土類原子２３（より具体的には、希土類原子に由来したイオン）をイオン注入する（表６のイオン注入条件を参照）。
[Comparative Example 1]
As Comparative Example 1, the same steps as [Step-100] to [Step-140] were performed. However, in a step similar to [Step-110], the rare earth atoms 23 (more specifically, such that the concentration peak of the
［表６］
加速エネルギー：３００ｋｅＶ
イオン種 ：Ｔｂ3+
ドーズ量 ：１×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ2
[Table 6]
Acceleration energy: 300 keV
Ion species: Tb 3+
Dose amount: 1 × 10 13 atoms / cm 2
これによって、比較例１にあっては、基板１１上に、ＳｉＯ2から成る厚さ２００ｎｍの第１材料層２１が形成され、第１材料層２１上にシリコン（Ｓｉ）から成る厚さ１０ｎｍの量子井戸層２４が形成され、量子井戸層２４上にＳｉＯ2から成る厚さ２００ｎｍの第２材料層２２が形成され、第１材料層２１及び第２材料層２２中に導入されたテルビウムイオン（Ｔｂ3+）の厚さ方向の濃度ピークが、量子井戸層２４から１００ｎｍ程度離れた位置に位置する発光素子を得ることができた。
Thus, in Comparative Example 1, the
［比較例２］
また、比較例２として、比較例１と同じ工程を実行した。但し、［工程−１１０］を省略した。
[Comparative Example 2]
Moreover, the same process as the comparative example 1 was performed as the comparative example 2. However, [Step-110] was omitted.
これによって、比較例２にあっては、基板１１上に、ＳｉＯ2から成る厚さ２００ｎｍの第１材料層２１が形成され、第１材料層２１上にシリコン（Ｓｉ）から成る厚さ１０ｎｍの量子井戸層２４が形成され、量子井戸層２４上にＳｉＯ2から成る厚さ２００ｎｍの第２材料層２２が形成され、第２材料層２２中のみに導入されたテルビウムイオン（Ｔｂ3+）の厚さ方向の濃度ピークが、量子井戸層２４から１００ｎｍ程度離れた位置に位置する発光素子を得ることができた。
Thus, in Comparative Example 2, the
［比較例３］
更には、比較例３として、［工程−１００］〜［工程−１４０］と同様の工程を実行した。但し、［工程−１２０］と同様の工程においては、量子井戸層を形成せずに、例えばＰＥ−ＣＶＤ法に基づき、第１材料層２１上に、厚さ１０ｎｍのＳｉＯ2層を形成し、［工程−１３０］と同様の工程においては、このＳｉＯ2層上に第２材料層２２を形成した。尚、このＳｉＯ2層は量子井戸層ではない。
[Comparative Example 3]
Furthermore, as Comparative Example 3, the same steps as [Step-100] to [Step-140] were performed. However, in a step similar to [Step-120], without forming a quantum well layer, a SiO 2 layer having a thickness of 10 nm is formed on the
これによって、比較例３にあっては、基板１１上に、ＳｉＯ2から成る厚さ２００ｎｍの第１材料層２１が形成され、第１材料層２１上にＳｉＯ2層が形成され、ＳｉＯ2層上にＳｉＯ2から成る厚さ２００ｎｍの第２材料層２２が形成され、第１材料層２１及び第２材料層２２中に導入されたテルビウムイオン（Ｔｂ3+）の厚さ方向の濃度ピークが、ＳｉＯ2層から１０ｎｍ程度離れた位置に位置する比較例３の発光素子を得ることができた。
Thereby, in the Comparative Example 3, on the
［比較例４］
また、比較のために、比較例４として、実施例１と同じ工程を実行した。但し、［工程−１１０］を省略し、且つ、量子井戸層２４の厚さを１００ｎｍとした。
[Comparative Example 4]
Moreover, the same process as Example 1 was performed as the comparative example 4 for the comparison. However, [Step-110] was omitted, and the thickness of the quantum well layer 24 was set to 100 nm.
これによって、比較例４にあっては、基板１１上に、ＳｉＯ2から成る厚さ２００ｎｍの第１材料層２１が形成され、第１材料層２１上にシリコン（Ｓｉ）から成る厚さ１００ｎｍの量子井戸層２４が形成され、量子井戸層２４上にＳｉＯ2から成る厚さ２００ｎｍの第２材料層２２が形成され、第２材料層２２中のみに導入されたテルビウムイオン（Ｔｂ3+）の厚さ方向の濃度ピークが、量子井戸層２４から１０ｎｍ程度離れた位置に位置する発光素子を得ることができた。
Thus, in Comparative Example 4, the
こうして得られた実施例１〜実施例３、比較例１〜比較例４の発光素子の光学特性評価を、フォトルミネッセンス測定装置（励起光：Ｈｅ−Ｃｄレーザ、励起パワー：３０ｍＷ、ディテクター：シリコンフォトディテクター）を用いて、室温環境下で行った。具体的には、Ｈｅ−Ｃｄレーザを照射した発光素子から射出された光をシリコンフォトディテクターで受光し、波長５４５ｎｍ付近に発光ピークを有する光のフォトルミネッセンス発光強度（以下、単に、発光強度と呼ぶ）を読み取った。光学特性の結果を表７に示す。尚、発光強度は、実施例１の発光強度の値を「１」としたときの相対値で表している。また、表７においては、フォトルミネッセンス発光強度を、単に「発光強度」と表記している。 The optical characteristics of the light emitting devices of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4 thus obtained were evaluated using a photoluminescence measuring device (excitation light: He—Cd laser, excitation power: 30 mW, detector: silicon photo). The detector was used in a room temperature environment. Specifically, light emitted from a light emitting element irradiated with a He—Cd laser is received by a silicon photodetector, and photoluminescence emission intensity of light having an emission peak in the vicinity of a wavelength of 545 nm (hereinafter simply referred to as emission intensity). ) Was read. Table 7 shows the results of the optical characteristics. The light emission intensity is expressed as a relative value when the light emission intensity value of Example 1 is “1”. In Table 7, the photoluminescence emission intensity is simply expressed as “emission intensity”.
［表７]
表７から、実施例１及び実施例２の発光素子の発光強度は、量子井戸層２４が存在するが故に、比較例３の発光素子の発光強度に比べて、高いことが判る。また、比較例１及び比較例２の発光素子の発光強度は、量子井戸層２４が存在するが故に、比較例３の発光素子の発光強度よりも高いが、希土類原子２３が含まれている層における厚さ方向の希土類原子の濃度ピークの位置の最適化が図られていないが故に、実施例１及び実施例２の発光素子の発光強度よりも低いことが判る。更には、実施例３の発光素子（ｄ＝１ｎｍ）の発光強度は、実施例１及び実施例２の発光素子（ｄ＝１０ｎｍ）の発光強度よりも高いことが判る。また、比較例４から、量子井戸層の厚さが厚いと、発光強度が低下することが判る。
From Table 7, it can be seen that the light emission intensity of the light emitting elements of Example 1 and Example 2 is higher than the light emission intensity of the light emitting element of Comparative Example 3 because the quantum well layer 24 is present. The light emission intensity of the light emitting elements of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 is higher than the light emission intensity of the light emitting element of Comparative Example 3 because the quantum well layer 24 is present, but a layer containing
以上の分析結果から、実施例１〜実施例３によれば、基体上に形成された発光層を、量子井戸層と、希土類原子としてテルビウムイオンを含んだＳｉＯ2から成る第１材料層及び／又は第２材料層とから構成することで、絶縁体であるＳｉＯ2層にテルビウムイオンを分散させただけの発光素子（比較例３）に比べて、より高い発光強度を得ることができ（即ち、より高い発光効率を得ることができ）、しかも、希土類原子２３が含まれている層における厚さ方向の希土類原子の濃度ピークの位置の最適化を図ることで、一層高い発光強度を得ることができることが判る。
From the above analysis results, according to Examples 1 to 3, the light-emitting layer formed on the substrate is divided into a quantum well layer, a first material layer made of SiO 2 containing terbium ions as rare earth atoms, and / or Alternatively, by comprising the second material layer, a higher emission intensity can be obtained as compared with the light emitting device (Comparative Example 3) in which terbium ions are simply dispersed in the SiO 2 layer that is an insulator (that is, Higher emission efficiency), and by optimizing the position of the concentration peak of the rare earth atoms in the thickness direction in the layer containing the
実施例４は、本発明の第２の態様に係る発光素子、及び、本発明の第２の態様に係る発光素子の製造方法に関する。 Example 4 relates to a light-emitting element according to the second aspect of the present invention and a method for manufacturing the light-emitting element according to the second aspect of the present invention.
実施例４の発光素子の模式的な一部断面図を図２の（Ａ）に示す。この実施例４の発光素子３０は、シリコン半導体基板から成る基板３１（基体に相当する）上に形成された発光層４０を備えている。そして、実施例４において、発光層４０は、量子ドット４１、並びに、量子ドット４１の表面に付着した希土類原子４３から成る。尚、図２の（Ａ）にあっては、量子ドット４１が規則正しく配列されているように図示しているが、実際には、量子ドット４１はランダムに配列されている。ここで、量子ドット４１は、シリコン（Ｓｉ）から成り、酸化シリコン（ＳｉＯ2）から成る材料層４２中に一種の分散状態で存在する。
A schematic partial cross-sectional view of the light-emitting element of Example 4 is shown in FIG. The light-emitting element 30 of Example 4 includes a light-emitting
希土類原子４３はユーロビウム（Ｅｕ）であり、この場合、Ｅｕ3+を含む発光素子は赤色（波長：６１５ｎｍ）を発光し、あるいは又、希土類原子４３はプラセオジウム（Ｐｒ）であり、この場合、Ｐｒ3+を含む発光素子は赤色（波長：６０５ｎｍ）を発光し、あるいは又、希土類原子４３はエルビウム（Ｅｒ）であり、この場合、Ｅｒ3+を含む発光素子は橙色（波長：５７０ｎｍ）を発光し、あるいは又、希土類原子４３はテルビウム（Ｔｂ）であり、この場合、Ｔｂ3+を含む発光素子は緑色（波長：５４５ｎｍ）を発光し、あるいは又、希土類原子４３はセリウム（Ｃｅ）であり、この場合、Ｃｅ3+を含む発光素子は青色（波長：５３０ｎｍ）を発光し、あるいは又、希土類原子４３はツリウム（Ｔｍ）であり、この場合、Ｔｍ3+を含む発光素子は青色（波長：４５０ｎｍ）を発光する。尚、希土類原子４３を、以上に説明した、あるいは、それ以外の希土類原子の複数種から構成することもでき、この場合の発光色は、希土類原子が発光する特有の発光色の混色となる。 The rare earth atom 43 is eurobium (Eu). In this case, the light emitting element containing Eu 3+ emits red light (wavelength: 615 nm), or the rare earth atom 43 is praseodymium (Pr). In this case, Pr The light emitting element containing 3+ emits red light (wavelength: 605 nm), or the rare earth atom 43 is erbium (Er). In this case, the light emitting element containing Er 3+ emits orange light (wavelength: 570 nm). Alternatively, the rare earth atom 43 is terbium (Tb), and in this case, the light emitting element containing Tb 3+ emits green (wavelength: 545 nm), or the rare earth atom 43 is cerium (Ce). in this case, the light-emitting element including Ce 3+ blue (wavelength: 530 nm) to emit Alternatively, the rare earth atom 43 is thulium (Tm), in this case, including the Tm 3+ Photoelement blue (wavelength: 450 nm) to emit. The rare earth atom 43 may be composed of a plurality of kinds of rare earth atoms as described above or other than that, and the emission color in this case is a mixture of specific emission colors emitted by the rare earth atoms.
以下、実施例４の発光素子の製造方法を説明する。 Hereinafter, the manufacturing method of the light emitting element of Example 4 will be described.
［工程−４００］
先ず、シリコン半導体基板を陽極酸化（陽極化成）することによって、多孔質のシリコン半導体基板を得た後、このシリコン半導体基板を溶媒中で超音波処理することで、シリコンから成る量子ドット４１を得る。
[Step-400]
First, a porous silicon semiconductor substrate is obtained by anodic oxidation (anodization) of a silicon semiconductor substrate, and then the silicon semiconductor substrate is subjected to ultrasonic treatment in a solvent to obtain quantum dots 41 made of silicon. .
具体的には、図２の（Ｂ）に概念図を示すように、シリコン半導体基板（例えば、ｐ型シリコン半導体基板：抵抗率＝１Ωｃｍ〜１０Ωｃｍ）４４を、フッ酸（５０重量％）とエタノール溶液とを体積比１：１の割合で混合した電解溶液４５中において、電流密度１００ｍＡ／ｃｍ2で陽極酸化（陽極化成）して、シリコン半導体基板４４を多孔質化する。即ち、多孔質のシリコン半導体基板を得る。このとき、シリコン半導体基板４４を陽極として用い、対極に白金電極４６を用いる。
Specifically, as shown in a conceptual diagram in FIG. 2B, a silicon semiconductor substrate (for example, a p-type silicon semiconductor substrate: resistivity = 1 Ωcm to 10 Ωcm) 44 is mixed with hydrofluoric acid (50 wt%) and ethanol. In the electrolytic solution 45 mixed with the solution at a volume ratio of 1: 1, the
その後、例えばトルエンから成る溶媒中で、陽極酸化によって得られた多孔質のシリコン半導体基板４４を超音波処理する。その結果、多孔質のシリコン半導体基板４４からシリコンから成る量子ドット４１がふるい落とされ、溶媒中に分散される。次いで、溶媒中に分散させた量子ドット４１を遠心分離機を用いてサイズ毎に選別し、粒径のほぼ揃ったシリコンから成る量子ドット４１を得ることができる。尚、量子ドット４１は、希ガス中のレーザアブレーション法を用いても得ることができる。
Thereafter, the porous
［工程−４１０］
次に、無電解めっき法により、希土類原子４３を、量子ドット４１の表面に付着させる。無電解めっき法において使用するめっき浴は、例えば、クエン酸ナトリウム、次亜リン酸ナトリウム、及び、硫酸アンモニウムから成る。ここで、クエン酸ナトリウムは、水酸化物の沈殿防止とめっき速度の調整を行うため、めっき浴中でめっき層を形成するイオンと安定な可溶性錯体を形成する錯化剤として用いられる。また、次亜リン酸ナトリウムは、めっき層を形成する材料を析出させる還元剤として用いられる。更には、硫酸アンモニウムは、めっき浴の分解を防止する安定剤とし用いられる。このめっき浴に、希土類元素の硫酸塩（例えば、ユーロビウム（Ｅｕ）の硫酸塩、プラセオジウム（Ｐｒ）の硫酸塩、エルビウム（Ｅｒ）の硫酸塩、テルビウム（Ｔｂ）の硫酸塩、セリウム（Ｃｅ）の硫酸塩、ツリウム（Ｔｍ）の硫酸塩）を溶解して、水素イオン濃度（ｐＨ）が８程度になるように水酸化アンモニウム（ＮＨ4ＯＨ）溶液を加え、９０゜Ｃに加熱する。そして、［工程−４００］で得られたシリコン（Ｓｉ）から成る量子ドット４１をめっき浴中に投入し、所望量の希土類原子が量子ドット４１の表面に付着されるまで、放置する。こうして、無電解めっき法により、希土類原子を含む量子ドット４１を得ることができる。無電解めっき処理後、量子ドット４１を超純水で洗浄し、めっき浴の溶液を洗い流す。
[Step-410]
Next, rare earth atoms 43 are attached to the surface of the quantum dots 41 by electroless plating. The plating bath used in the electroless plating method includes, for example, sodium citrate, sodium hypophosphite, and ammonium sulfate. Here, sodium citrate is used as a complexing agent that forms a stable soluble complex with ions forming the plating layer in the plating bath in order to prevent precipitation of hydroxide and adjust the plating rate. In addition, sodium hypophosphite is used as a reducing agent for precipitating the material forming the plating layer. Furthermore, ammonium sulfate is used as a stabilizer that prevents the decomposition of the plating bath. Rare earth element sulfates (e.g., europium (Eu) sulfate, praseodymium (Pr) sulfate, erbium (Er) sulfate, terbium (Tb) sulfate, cerium (Ce) sulfate Sulfate, thulium (Tm) sulfate) is dissolved, and an ammonium hydroxide (NH 4 OH) solution is added so that the hydrogen ion concentration (pH) is about 8, followed by heating to 90 ° C. Then, the quantum dots 41 made of silicon (Si) obtained in [Step-400] are put into a plating bath and left until a desired amount of rare earth atoms are attached to the surface of the quantum dots 41. Thus, quantum dots 41 containing rare earth atoms can be obtained by electroless plating. After the electroless plating treatment, the quantum dots 41 are washed with ultrapure water, and the plating bath solution is washed away.
尚、希土類原子４３を、量子ドット４１の表面に付着させる方法は、無電解めっき法に限定されず、例えば、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法（分子線エピタキシャル法）を採用することもできる。また、希土類原子４３を、量子ドット４１の内部に含ませる（拡散させる）方法として、例えば、イオン注入法を挙げることができる。 The method of attaching the rare earth atoms 43 to the surface of the quantum dots 41 is not limited to the electroless plating method, and for example, a sputtering method, a CVD method, or an MBE method (molecular beam epitaxial method) can also be employed. An example of a method for causing the rare earth atoms 43 to be included (diffused) in the quantum dots 41 is an ion implantation method.
［工程−４２０］
次に、［工程−４１０］で得られた量子ドット４１とシリコンアルコキシドとを混合して生成物を得る。具体的には、量子ドット４１とシリコンアルコキシドとを混合した後、アルカリ又は酸を触媒として添加して、シリコンアルコキシドを加水分解する。こうして、ゾル状若しくはゲル状の生成物を得ることができる。
[Step-420]
Next, the quantum dot 41 obtained in [Step-410] and silicon alkoxide are mixed to obtain a product. Specifically, after mixing the quantum dots 41 and silicon alkoxide, alkali or acid is added as a catalyst to hydrolyze the silicon alkoxide. Thus, a sol or gel product can be obtained.
より具体的には、例えばポリプロピレン製の容器に、［工程−４１０］で得られた所望量の量子ドット４１、テトラエトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）4）、及び、メタノールを加え、更に、モル比にしてテトラエトキシシランの２倍以上のモル数の水を加える。更には、容器の底へ乾燥制御剤としてＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドを加えて、攪拌する。この混合溶液に、触媒として０．１Ｎの水酸化アンモニウム（ＮＨ4ＯＨ，アンモニア水溶液）を加え、更に攪拌した後、容器に蓋をして、室温にて数日間放置する。この間、テトラエトキシシランの加水分解が進行し、ゲル化する。その後、容器の蓋を少し開け、室温にて放置し、容器内の溶媒を徐々に揮発させ、内容物を徐々に乾燥させる。更に、例えば５０゜Ｃの恒温槽中にて乾燥させて、粘度の高いゲル状の生成物を得る。尚、シリコンアルコキシドとして、テトラエトキシシランを用いる代わりに、例えばテトラメトキシシラン（Ｓｉ（ＯＣＨ3）4）等を用いることもできる。また、触媒として０．１Ｎのアンモニア水溶液を用いたが、これに限定されるものではなく、塩酸等を用いることもできる。 More specifically, for example, a desired amount of the quantum dots 41 obtained in [Step-410], tetraethoxysilane (Si (OC 2 H 5 ) 4 ), and methanol are added to a polypropylene container, and further, Then, water having a molar ratio more than twice that of tetraethoxysilane is added. Further, N, N-dimethylformamide is added to the bottom of the container as a drying control agent and stirred. To this mixed solution is added 0.1N ammonium hydroxide (NH 4 OH, aqueous ammonia) as a catalyst, and after stirring, the container is covered and left at room temperature for several days. During this time, tetraethoxysilane is hydrolyzed and gelled. Thereafter, the container lid is slightly opened and left at room temperature, the solvent in the container is gradually evaporated, and the contents are gradually dried. Furthermore, it is dried in, for example, a 50 ° C. constant temperature bath to obtain a highly viscous gel product. As the silicon alkoxide, for example, tetramethoxysilane (Si (OCH 3 ) 4 ) or the like can be used instead of tetraethoxysilane. Moreover, although 0.1N ammonia aqueous solution was used as a catalyst, it is not limited to this, Hydrochloric acid etc. can also be used.
［工程−４３０］
次に、量子ドット４１とシリコンアルコキシドとを混合して得られた生成物を基板３１に付着させた後、生成物をアニール処理する。具体的には、例えば、スクリーン印刷法に基づき、シリコン半導体基板から成る基板３１に、［工程−４２０］で得られたゲル状生成物を塗布する。
[Step-430]
Next, after a product obtained by mixing quantum dots 41 and silicon alkoxide is attached to the substrate 31, the product is annealed. Specifically, for example, the gel-like product obtained in [Step-420] is applied to the substrate 31 made of a silicon semiconductor substrate based on a screen printing method.
次に、シリコン半導体基板から成る基板３１上に塗布されたゲル状の生成物をアニール処理する。このアニール処理の条件として、例えば、アルゴン、窒素等の不活性な雰囲気中での４００゜Ｃ〜１０００゜Ｃ程度においての加熱処理を例示することができる。こうして、量子ドット４１、並びに、量子ドット４１の表面に付着し、及び／又は、量子ドットの内部に含まれた希土類原子４３から成る発光層４０を得ることができ、この場合、量子ドット４１は、シリコン（Ｓｉ）から成り、酸化シリコン（ＳｉＯ2）から成る材料層４２中に一種の分散状態で存在する。材料層４２は、テトラエトキシシランを出発物質としており、テトラエトキシシランの加水分解の結果物である。
Next, the gel-like product applied on the substrate 31 made of a silicon semiconductor substrate is annealed. As the conditions for this annealing treatment, for example, a heat treatment at about 400 ° C. to 1000 ° C. in an inert atmosphere such as argon or nitrogen can be exemplified. Thus, it is possible to obtain the quantum dots 41 and the light-emitting
［工程−４３０］において、スクリーン印刷法に基づきゲル状生成物を塗布すれば、即ち、発光単位毎（画素毎）に発光素子の発光層に塗り分ることで、例えば、大画面の表示装置においても、発光素子の発光層を、精度良く、しかも既存の気相プロセスに比べて、より低い消費エネルギーで形成することができる。また、希土類原子４３を、量子ドット４１の表面に付着させる方法として無電解めっき法を採用すれば、高真空状態とする必要がないため、表示装置の大型化に比較的容易に対応することができ、更には、プロセスに要する消費エネルギーを低減させることができる。また、真空プロセスで大画面の表示装置を作製する場合、成膜精度の劣化が生じる虞があるが、スクリーン印刷法に基づきゲル状生成物を基体に塗布すれば、大画面の表示装置を構成する発光素子あるいは発光装置の製造を高精度にて行うことができる。 In [Step-430], if a gel-like product is applied based on the screen printing method, that is, by coating the light emitting layer of the light emitting element for each light emitting unit (for each pixel), for example, a large screen display device However, the light-emitting layer of the light-emitting element can be formed with high accuracy and with lower energy consumption than the existing gas-phase process. Further, if an electroless plating method is adopted as a method for attaching the rare earth atoms 43 to the surface of the quantum dots 41, it is not necessary to make a high vacuum state, so that it is relatively easy to cope with an increase in the size of the display device. In addition, energy consumption required for the process can be reduced. In addition, when a large-screen display device is produced by a vacuum process, there is a possibility that film formation accuracy may deteriorate. However, if a gel-like product is applied to a substrate based on a screen printing method, a large-screen display device is configured. The light emitting element or the light emitting device to be manufactured can be manufactured with high accuracy.
実施例５は、本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係る発光素子及び発光装置に関し、具体的には、電流注入型エレクトロルミネッセンス素子から構成された発光素子、及び、複数の電流注入型エレクトロルミネッセンス素子から構成された発光装置に関する。図３の（Ａ）に模式的な一部断面図を示すように、電流注入型エレクトロルミネッセンス素子である発光素子６０は、基体（例えばｐ型シリコン半導体基板６２）上に形成された発光層６１を備えている。ここで、発光層６１は、実施例１〜実施例３において説明した本発明の第１の態様に係る発光素子の構造、あるいは又、実施例４において説明した本発明の第２の態様に係る発光素子の構造を有する。そして、実施例５における発光素子６０は、ｐ型シリコン半導体基板６２上に形成されたＳｉＮから成る絶縁層６５によって、隣接する発光素子（図示せず）から分離されている。絶縁層６５によって囲まれた発光層の大きさや平面形状は、表示装置の規格に応じて適宜選択して決定すればよく、例えば、１ｍｍ角の平面形状を例示することができる。 Example 5 relates to the light-emitting element and the light-emitting device according to the first aspect or the second aspect of the present invention, specifically, a light-emitting element composed of a current-injection type electroluminescence element, and a plurality of current injections The present invention relates to a light emitting device composed of a type electroluminescent element. As shown in a schematic partial cross-sectional view in FIG. 3A, a light emitting element 60 that is a current injection type electroluminescent element includes a light emitting layer 61 formed on a base (for example, a p-type silicon semiconductor substrate 62). It has. Here, the light emitting layer 61 relates to the structure of the light emitting element according to the first aspect of the present invention described in Examples 1 to 3, or according to the second aspect of the present invention described in Example 4. It has a structure of a light emitting element. The light emitting element 60 in Example 5 is separated from adjacent light emitting elements (not shown) by an insulating layer 65 made of SiN formed on the p-type silicon semiconductor substrate 62. The size and planar shape of the light emitting layer surrounded by the insulating layer 65 may be appropriately selected and determined according to the standard of the display device. For example, a planar shape of 1 mm square can be exemplified.
実施例５の発光素子６０は、以下の製造方法で製造することができる。即ち、基体に相当するｐ型シリコン半導体基板６２の表面に、例えば、ＰＥ−ＣＶＤ法、リソグラフィ技術及びエッチング技術によって、絶縁層６５を形成する。次いで、絶縁層６５によって囲まれ、露出したｐ型シリコン半導体基板６２の部分に、実施例１〜実施例３において説明した本発明の第１の態様に係る発光素子の製造方法、あるいは又、実施例４において説明した本発明の第２の態様に係る発光素子の製造方法に基づき、発光層６１を形成する。その後、発光層６１上から絶縁層６５上に亙り、スパッタリング法、リソグラフィ技術及びエッチング技術によって、ｎ型ＩＴＯ層６３から成る透明電極を形成し、更に、ｎ型ＩＴＯ層６３上に、スパッタリング法、リソグラフィ技術及びエッチング技術によって、金属電極６４を形成する。 The light emitting device 60 of Example 5 can be manufactured by the following manufacturing method. That is, the insulating layer 65 is formed on the surface of the p-type silicon semiconductor substrate 62 corresponding to the base by, for example, the PE-CVD method, the lithography technique, and the etching technique. Next, the method for manufacturing the light-emitting element according to the first aspect of the present invention described in the first to third embodiments or the implementation is performed on the exposed portion of the p-type silicon semiconductor substrate 62 surrounded by the insulating layer 65. The light emitting layer 61 is formed based on the method for manufacturing the light emitting element according to the second aspect of the present invention described in Example 4. Thereafter, the transparent electrode composed of the n-type ITO layer 63 is formed by sputtering, lithography, and etching techniques from the light emitting layer 61 to the insulating layer 65. Further, on the n-type ITO layer 63, sputtering, The metal electrode 64 is formed by a lithography technique and an etching technique.
その後、ｐ型シリコン半導体基板６２に周知の方法で、発光素子１つ当たり１つのＭＯＳ型トランジスタ５０を作製する。そして、このＭＯＳ型トランジスタ５０のオン／オフ制御によって、電源５１から発光素子６０に電流を流すことで、発光層６１を発光させることができる。場合によっては、実施例５あるいは後述する実施例６において、発光層の下方に光反射層を形成してもよく、これによって、発光層において発光した光を、効率良く、発光素子からその上方に向かって射出することができる。
Thereafter, one
発光装置を構成する発光素子の配列を、図８〜図１７の模式図を参照して説明する。尚、図８〜図１７において、「Ｒ」、「Ｇ」、「Ｂ」、「Ｏ」のアルファベットは、それぞれ、赤色、緑色、青色、橙色を発光する発光素子を意味する。また、赤色を発光する発光素子を赤色発光素子Ｒと呼び、緑色を発光する発光素子を緑色発光素子Ｇと呼び、青色を発光する発光素子を青色発光素子Ｂと呼び、橙色を発光する発光素子を橙色発光素子Ｏと呼ぶ。図８〜図１７の模式図を参照して説明する発光装置を構成する発光素子の配列は、実施例５〜実施例９に適用することができる。 The arrangement of the light-emitting elements constituting the light-emitting device will be described with reference to the schematic diagrams of FIGS. 8 to 17, alphabets “R”, “G”, “B”, and “O” mean light emitting elements that emit red, green, blue, and orange, respectively. A light emitting element that emits red light is called a red light emitting element R, a light emitting element that emits green light is called a green light emitting element G, a light emitting element that emits blue light is called a blue light emitting element B, and a light emitting element that emits orange light. Is called an orange light emitting element O. The arrangement of the light-emitting elements constituting the light-emitting device described with reference to the schematic diagrams of FIGS. 8 to 17 can be applied to the fifth to ninth embodiments.
更には、赤色に相当する第１の波長λ1（例えば、６１５ｎｍ）の光を発光する第１の発光素子（赤色発光素子Ｒであり、希土類原子としてＥｕ3+を含む）、緑色に相当する第２の波長λ2（例えば、５４５ｎｍ）の光を発光する第２の発光素子（緑色発光素子Ｇであり、希土類原子としてＴｂ3+を含む）、及び、青色に相当する第３の波長λ3（例えば、４５０ｎｍ）の光を発光する第３の発光素子（青色発光素子Ｂであり、希土類原子としてＴｍ3+を含む）の３種類の発光素子によって、１つの発光素子ユニット（１画素に相当する）が構成され、発光装置は複数の発光素子ユニットを備えている構成とすることができる。あるいは又、赤色に相当する第１の波長λ1（例えば、６１５ｎｍ）の光を発光する第１の発光素子（赤色発光素子Ｒであり、希土類原子としてＥｕ3+を含む）、緑色に相当する第２の波長λ2（例えば、５４５ｎｍ）の光を発光する第２の発光素子（緑色発光素子Ｇであり、希土類原子としてＴｂ3+を含む）、青色に相当する第３の波長λ3（例えば、４５０ｎｍ）の光を発光する第３の発光素子（青色発光素子Ｂであり、希土類原子としてＴｍ3+を含む）、及び、それ以外の色である橙色に相当する第４の波長λ4（例えば、５７０ｎｍ）の光を発光する第４の発光素子（橙色発光素子Ｏであり、希土類原子としてＥｒ3+を含む）の４種類の発光素子によって、１つの発光素子ユニット（１画素に相当する）が構成され、発光装置は複数の発光素子ユニットを備えている構成とすることができる。 Further, a first light emitting element (a red light emitting element R including Eu 3+ as a rare earth atom) that emits light having a first wavelength λ 1 (for example, 615 nm) corresponding to red, corresponds to green. A second light-emitting element that emits light of a second wavelength λ 2 (for example, 545 nm) (a green light-emitting element G, including Tb 3+ as a rare earth atom), and a third wavelength λ corresponding to blue 3 One light-emitting element unit (one pixel) is formed by three types of light-emitting elements that emit light of 3 (for example, 450 nm) (blue light-emitting element B, which includes Tm 3+ as a rare earth atom). The light emitting device can be configured to include a plurality of light emitting element units. Alternatively, a first light-emitting element (a red light-emitting element R that includes Eu 3+ as a rare earth atom) that emits light having a first wavelength λ 1 (for example, 615 nm) corresponding to red, corresponds to green. A second light emitting element that emits light of a second wavelength λ 2 (for example, 545 nm) (a green light emitting element G that includes Tb 3+ as a rare earth atom), a third wavelength λ 3 corresponding to blue ( For example, a third light-emitting element that emits light of 450 nm (a blue light-emitting element B, which includes Tm 3+ as a rare earth atom), and a fourth wavelength λ 4 corresponding to an orange color other than that. One light-emitting element unit (corresponding to one pixel) is formed by four types of light-emitting elements (for example, 570 nm) that emits light of 570 nm (an orange light-emitting element O and includes Er 3+ as a rare earth atom). The light-emitting device has a plurality of It may be configured to includes an optical element unit.
図８に示す例にあっては、点線で囲んだ領域にて示す１画素（１つの発光素子ユニット）の平面形状は長方形である。また、図９に示す例にあっては、点線で囲んだ領域にて示す１画素（１つの発光素子ユニット）の平面形状は正方形である。そして、発光素子Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｏを構成する発光層の平面形状は正方形であり、発光素子Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｏが、Ｘ方向及びＹ方向に配列されている。図８に示す例にあっては、１画素（１つの発光素子ユニット）において、赤色発光素子Ｒ、緑色発光素子Ｇ及び青色発光素子Ｂの３種類の発光素子が、Ｙ方向に順に配列されており、複数の画素（複数の発光素子ユニット）は、Ｘ方向及びＹ方向に２次元マトリックス状に配列されている。そして、図８に示す例にあっては、Ｘ方向には同色の発光素子が配列されている。一方、図９に示す例にあっては、点線で囲んだ領域にて示す１画素（１つの発光素子ユニット）において、赤色発光素子Ｒ、緑色発光素子Ｇ、青色発光素子Ｂ及び橙色発光素子Ｏの４種類の発光素子が、Ｘ方向及びＹ方向に順に配列されており、複数の画素（複数の発光素子ユニット）は、Ｘ方向及びＹ方向に２次元マトリックス状に配列されている。発光素子Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｏのそれぞれに、オン／オフ制御のためのトランジスタ（図示せず）が設けられている。 In the example shown in FIG. 8, the planar shape of one pixel (one light emitting element unit) indicated by the area surrounded by the dotted line is a rectangle. In the example shown in FIG. 9, the planar shape of one pixel (one light emitting element unit) indicated by a region surrounded by a dotted line is a square. And the planar shape of the light emitting layer which comprises the light emitting elements R, G, B, and O is square, and the light emitting elements R, G, B, and O are arranged in the X direction and the Y direction. In the example shown in FIG. 8, in one pixel (one light emitting element unit), three types of light emitting elements, a red light emitting element R, a green light emitting element G, and a blue light emitting element B, are arranged in order in the Y direction. A plurality of pixels (a plurality of light emitting element units) are arranged in a two-dimensional matrix in the X direction and the Y direction. And in the example shown in FIG. 8, the light emitting element of the same color is arranged in the X direction. On the other hand, in the example shown in FIG. 9, in one pixel (one light emitting element unit) indicated by a region surrounded by a dotted line, a red light emitting element R, a green light emitting element G, a blue light emitting element B, and an orange light emitting element O. The four types of light emitting elements are sequentially arranged in the X direction and the Y direction, and a plurality of pixels (a plurality of light emitting element units) are arranged in a two-dimensional matrix in the X direction and the Y direction. Each of the light emitting elements R, G, B, and O is provided with a transistor (not shown) for on / off control.
図１０及び図１１に示す例にあっては、点線で囲んだ領域にて示す１画素（１つの発光素子ユニット）の平面形状は長方形である。そして、発光素子Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｏを構成する発光層の平面形状は長方形であり、発光素子Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｏが、Ｘ方向及びＹ方向に配列されている。図１０に示す例にあっては、１画素（１つの発光素子ユニット）において、赤色発光素子Ｒ、緑色発光素子Ｇ及び青色発光素子Ｂの３種類の発光素子の長手方向はＹ方向に延び、これらの発光素子Ｒ，Ｇ，ＢはＸ方向に順に配列されており、複数の画素（複数の発光素子ユニット）は、Ｘ方向及びＹ方向に２次元マトリックス状に配列されている。一方、図１１に示す例にあっては、１画素（１つの発光素子ユニット）において、赤色発光素子Ｒ、緑色発光素子Ｇ、青色発光素子Ｂ及び橙色発光素子Ｏの４種類の発光素子の長手方向はＹ方向に延び、これらの発光素子Ｒ，Ｇ，Ｂ，ＯはＸ方向に順に配列されており、複数の画素（複数の発光素子ユニット）は、Ｘ方向及びＹ方向に２次元マトリックス状に配列されている。発光素子Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｏのそれぞれに、オン／オフ制御のためのトランジスタ（図示せず）が設けられている。 In the example shown in FIGS. 10 and 11, the planar shape of one pixel (one light emitting element unit) indicated by a region surrounded by a dotted line is a rectangle. And the planar shape of the light emitting layer which comprises light emitting element R, G, B, O is a rectangle, and light emitting element R, G, B, O is arranged in the X direction and the Y direction. In the example shown in FIG. 10, in one pixel (one light emitting element unit), the longitudinal direction of the three types of light emitting elements of the red light emitting element R, the green light emitting element G, and the blue light emitting element B extends in the Y direction. These light emitting elements R, G, B are arranged in order in the X direction, and a plurality of pixels (a plurality of light emitting element units) are arranged in a two-dimensional matrix in the X direction and the Y direction. On the other hand, in the example shown in FIG. 11, in one pixel (one light emitting element unit), the lengths of four types of light emitting elements of red light emitting element R, green light emitting element G, blue light emitting element B, and orange light emitting element O are elongated. The direction extends in the Y direction, and the light emitting elements R, G, B, and O are sequentially arranged in the X direction, and a plurality of pixels (a plurality of light emitting element units) are arranged in a two-dimensional matrix in the X direction and the Y direction. Is arranged. Each of the light emitting elements R, G, B, and O is provided with a transistor (not shown) for on / off control.
図１２に示す例にあっては、点線で囲んだ領域にて示す１画素（１つの発光素子ユニット）の平面形状は３つの正六角形が組み合わされた形状を有し、図１３に示す例にあっては、点線で囲んだ領域にて示す１画素（１つの発光素子ユニット）の平面形状は４つの正六角形が組み合わされた形状を有する。一方、図１４に示す例にあっては、点線で囲んだ領域にて示す１画素（１つの発光素子ユニット）の平面形状は正三角形であり、図１５に示す例にあっては、点線で囲んだ領域にて示す１画素（１つの発光素子ユニット）の平面形状は菱形である。そして、発光素子Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｏを構成する発光層の平面形状は、正六角形、あるいは、円形であり、発光素子Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｏは、ハニカム状に、即ち、正三角形の頂点に配列されている。図１２及び図１４に示す例にあっては、１画素（１つの発光素子ユニット）において、赤色発光素子Ｒ、緑色発光素子Ｇ、青色発光素子Ｂの３種類の発光素子が、互いに隣接した状態に配列されており、図１２に示す例にあっては、水平方向には同色の発光素子が所定間隔を置いて配列されており、図１４に示す例にあっては、水平方向に、赤色発光素子Ｒ、緑色発光素子Ｇ及び青色発光素子Ｂが、順に、所定間隔を置いて配列されている。一方、図１３及び図１５に示す例にあっては、１画素（１つの発光素子ユニット）において、赤色発光素子Ｒ、緑色発光素子Ｇ、青色発光素子Ｂ及び橙色発光素子Ｏの４種類の発光素子が、互いに隣接した状態に配列されており、図１３に示す例にあっては、水平方向には同色の発光素子が所定間隔を置いて配列されており、図１５に示す例にあっては、水平方向に、赤色発光素子Ｒ、緑色発光素子Ｇ、青色発光素子Ｂ及び橙色発光素子Ｏが、順に、所定間隔を置いて配列されている。発光素子Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｏのそれぞれに、オン／オフ制御のためのトランジスタ（図示せず）が設けられている。 In the example shown in FIG. 12, the planar shape of one pixel (one light emitting element unit) indicated by a region surrounded by a dotted line has a shape in which three regular hexagons are combined, and the example shown in FIG. In this case, the planar shape of one pixel (one light emitting element unit) indicated by a region surrounded by a dotted line has a shape in which four regular hexagons are combined. On the other hand, in the example shown in FIG. 14, the planar shape of one pixel (one light emitting element unit) indicated by the area surrounded by the dotted line is an equilateral triangle. In the example shown in FIG. The planar shape of one pixel (one light emitting element unit) indicated by the enclosed region is a rhombus. The planar shape of the light emitting layers constituting the light emitting elements R, G, B, and O is a regular hexagon or a circle, and the light emitting elements R, G, B, and O are in a honeycomb shape, that is, an equilateral triangle. Arranged at the vertices. In the example shown in FIGS. 12 and 14, in one pixel (one light emitting element unit), three types of light emitting elements of the red light emitting element R, the green light emitting element G, and the blue light emitting element B are adjacent to each other. In the example shown in FIG. 12, light emitting elements of the same color are arranged at a predetermined interval in the horizontal direction, and in the example shown in FIG. The light emitting element R, the green light emitting element G, and the blue light emitting element B are arranged in order at predetermined intervals. On the other hand, in the example shown in FIGS. 13 and 15, four types of light emission of red light emitting element R, green light emitting element G, blue light emitting element B, and orange light emitting element O in one pixel (one light emitting element unit). The elements are arranged adjacent to each other. In the example shown in FIG. 13, light emitting elements of the same color are arranged at a predetermined interval in the horizontal direction, and in the example shown in FIG. In the horizontal direction, a red light emitting element R, a green light emitting element G, a blue light emitting element B, and an orange light emitting element O are sequentially arranged at predetermined intervals. Each of the light emitting elements R, G, B, and O is provided with a transistor (not shown) for on / off control.
図１６に示す例にあっては、点線で囲んだ領域にて示す１画素（１つの発光素子ユニット）の平面形状は正六角形である。そして、発光素子Ｒ，Ｇ，Ｂを構成する発光層の平面形状は、正六角形を三等分した菱形であり、発光素子Ｒ，Ｇ，Ｂは、正三角形の頂点に配列されている。ここで、１画素（１つの発光素子ユニット）においては、赤色発光素子Ｒ、緑色発光素子Ｇ、青色発光素子Ｂの３種類の発光素子が、互いに隣接した状態に配列されている。そして、例えば、Ｙ方向には３種類の発光素子Ｒ，Ｇ，Ｂの内、１種類の発光素子（例えば青色発光素子Ｂ）が配置され、右斜め３０度の方向には例えば赤色発光素子Ｒが配置され、左斜め３０度の方向には例えば緑色発光素子Ｇが配置されている。発光素子Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれに、オン／オフ制御のためのトランジスタ（図示せず）が設けられている。 In the example shown in FIG. 16, the planar shape of one pixel (one light emitting element unit) indicated by the area surrounded by the dotted line is a regular hexagon. And the planar shape of the light emitting layer which comprises the light emitting elements R, G, and B is a rhombus obtained by dividing a regular hexagon into three equal parts, and the light emitting elements R, G, and B are arranged at the vertices of a regular triangle. Here, in one pixel (one light emitting element unit), three types of light emitting elements of the red light emitting element R, the green light emitting element G, and the blue light emitting element B are arranged adjacent to each other. For example, among the three types of light emitting elements R, G, and B, one type of light emitting element (for example, blue light emitting element B) is arranged in the Y direction, and for example, the red light emitting element R in the direction of 30 degrees diagonally to the right. For example, a green light emitting element G is arranged in the direction of 30 degrees diagonally to the left. Each of the light emitting elements R, G, and B is provided with a transistor (not shown) for on / off control.
図１７に示す例にあっては、点線で囲んだ領域にて示す１画素（１つの発光素子ユニット）の平面形状は正三角形である。そして、発光素子Ｒ，Ｇ，Ｂを構成する発光層の平面形状は、正三角形を三等分した二等辺三角形であり、発光素子Ｒ，Ｇ，Ｂの３種類の発光素子は、正三角形の頂点に配列されている。その際、或る画素内の発光素子と、その発光素子に隣接する画素内の発光素子とは同色を発光する発光素子とはならないように配列されている。発光素子Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれに、オン／オフ制御のためのトランジスタ（図示せず）が設けられている。 In the example shown in FIG. 17, the planar shape of one pixel (one light emitting element unit) indicated by the area surrounded by the dotted line is an equilateral triangle. The planar shape of the light-emitting layers constituting the light-emitting elements R, G, and B is an isosceles triangle obtained by dividing an equilateral triangle into three equal parts, and the three types of light-emitting elements R, G, and B are equilateral triangles. Arranged at the vertices. At that time, the light emitting elements in a certain pixel and the light emitting elements in the pixel adjacent to the light emitting element are arranged so as not to emit light of the same color. Each of the light emitting elements R, G, and B is provided with a transistor (not shown) for on / off control.
実施例５あるいは後述する実施例６の表示装置にあっては、本発明の発光素子を用いたことにより、自発光、軽量、薄型の表示装置を実現することが可能である。更には、希土類原子を、イオン注入法やスクリーン印刷法等に基づき発光層中に形成する場合、青色発光素子Ｂ、緑色発光素子Ｇ、赤色発光素子Ｒ、橙色発光素子Ｏの製造プロセスにおいて、イオン注入処理やスクリーン印刷等以外のプロセスは、全て、全発光素子について共通であるが故に、プロセスを簡略化することができる。また、スパッタリング法等で発光層を形成する場合、発光層の形成プロセス以外のプロセスは、全て、全発光素子について同様に作製できるが故に、プロセスを簡略化することができる。尚、発光素子Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｏのそれぞれのオン／オフ制御のためのトランジスタ（例えばＭＯＳ型トランジスタや薄膜トランジスタ）は、発光素子が形成された基体の面と同じ面に形成してもよいし、発光素子が形成された面と反対の面に形成してもよい。 In the display device of Example 5 or Example 6 described later, a self-luminous, lightweight, and thin display device can be realized by using the light emitting element of the present invention. Further, when the rare earth atoms are formed in the light emitting layer based on an ion implantation method, a screen printing method, or the like, in the manufacturing process of the blue light emitting element B, the green light emitting element G, the red light emitting element R, and the orange light emitting element O, Since all processes other than the injection process and screen printing are common to all the light emitting elements, the process can be simplified. Further, when the light emitting layer is formed by a sputtering method or the like, all the processes other than the light emitting layer forming process can be similarly manufactured for all the light emitting elements, so that the process can be simplified. Note that the transistors for controlling on / off of the light emitting elements R, G, B, and O (for example, MOS transistors and thin film transistors) may be formed on the same surface as the base on which the light emitting elements are formed. However, it may be formed on the surface opposite to the surface on which the light emitting element is formed.
実施例６も、本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係る発光素子及び発光装置に関し、具体的には、真性エレクトロルミネッセンス素子から構成された発光素子、及び、複数の真性エレクトロルミネッセンス素子から構成された発光装置に関する。図３の（Ｂ）に模式的な一部断面図を示すように、真性エレクトロルミネッセンス素子である発光素子７０は、基体（例えばシリコン半導体基板から成るアノード電極７２）上に形成された発光層７１を備えている。ここで、発光層７１は、実施例１〜実施例３において説明した本発明の第１の態様に係る発光素子の構造、あるいは又、実施例４において説明した本発明の第２の態様に係る発光素子の構造を有する。そして、実施例６における発光素子７０は、アノード電極７２上に形成されたＳｉＮから成る絶縁層７５によって、隣接する発光素子（図示せず）から分離されている。絶縁層７５によって囲まれた発光層の大きさや平面形状は、表示装置の規格に応じて適宜選択して決定すればよく、例えば、１ｍｍ角の平面形状を例示することができる。
Example 6 also relates to the light-emitting element and the light-emitting device according to the first aspect or the second aspect of the present invention, specifically, a light-emitting element composed of an intrinsic electroluminescence element, and a plurality of intrinsic electroluminescence elements It is related with the light-emitting device comprised from these. As shown in a schematic partial cross-sectional view in FIG. 3B, a
実施例６の発光素子７０は、以下の製造方法で製造することができる。即ち、基体に相当するアノード電極７２の表面に、例えば、ＰＥ−ＣＶＤ法、リソグラフィ技術及びエッチング技術によって、絶縁層７５を形成する。次いで、絶縁層７５によって囲まれ、露出したアノード電極７２の部分に、ＳｉＯ2から成る絶縁膜７６を形成した後、この絶縁膜７６上に、実施例１〜実施例３において説明した本発明の第１の態様に係る発光素子の製造方法、あるいは又、実施例４において説明した本発明の第２の態様に係る発光素子の製造方法に基づき、発光層７１を形成する。その後、発光層７１上に、ＳｉＯ2から成る絶縁膜７７を形成し、次いで、絶縁膜７７上から絶縁層７５上に亙り、スパッタリング法、リソグラフィ技術及びエッチング技術によって、ＩＴＯ層から成る透明カソード電極７３を形成し、更に、透明カソード電極７３上に、スパッタリング法、リソグラフィ技術及びエッチング技術によって、金属電極７４を形成する。
The
その後、アノード電極７２（シリコン半導体基板）に周知の方法で、発光素子１つ当たり１つのＭＯＳ型トランジスタ５０を作製する。そして、このＭＯＳ型トランジスタ５０のオン／オフ制御によって電源５１から印加された電圧に基づき電場を形成することで、発光素子７０の発光層７１を発光させることができる。
Thereafter, one
実施例７も、本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係る発光素子及び発光装置に関し、具体的には、光励起型発光素子から構成された発光素子、及び、複数の光励起型発光素子から構成された発光装置に関し、より具体的には、複数の光励起型発光素子から構成され、発光ダイオードを備えた発光装置に関する。図４に模式的な一部断面図を示すように、光励起型発光素子である発光素子８０は、基体（封止層８９が相当する）上に形成された発光層８１を備えている。ここで、発光層８１は、実施例１〜実施例３において説明した本発明の第１の態様に係る発光素子の構造、あるいは又、実施例４において説明した本発明の第２の態様に係る発光素子の構造を有し、封止層８９を基体として、実施例１〜実施例３において説明した本発明の第１の態様に係る発光素子の製造方法、あるいは又、実施例４において説明した本発明の第２の態様に係る発光素子の製造方法で製造することができる。
Example 7 also relates to a light-emitting element and a light-emitting device according to the first aspect or the second aspect of the present invention, specifically, a light-emitting element composed of a light-excited light-emitting element and a plurality of light-excited light-emitting elements More specifically, the present invention relates to a light-emitting device that includes a plurality of light-excited light-emitting elements and includes a light-emitting diode. As shown in a schematic partial cross-sectional view in FIG. 4, a light-emitting element 80 that is a light-excited light-emitting element includes a light-emitting layer 81 formed on a base (corresponding to a sealing layer 89). Here, the light emitting layer 81 relates to the structure of the light emitting element according to the first aspect of the present invention described in Examples 1 to 3, or according to the second aspect of the present invention described in Example 4. The method for manufacturing a light emitting device according to the first aspect of the present invention described in Examples 1 to 3 or the method described in Example 4 has the structure of a light emitting device and uses the
実施例７にあっては、封止層８９の下に、発光ダイオードが設けられている。この発光ダイオードは、半導体性、半絶縁性あるいは絶縁性の基板８２上に形成されたＰ型電極８３、Ｐ型電極８３上に、順次、形成されたＰ型クラッド層８４、活性層８５、Ｎ型クラッド層８６、Ｎ型クラッド層８６上に形成されたＮ型電極８７、Ｎ型電極８７上に形成された金属電極８８から成り、金属電極８８及びＮ型電極８７を覆うように封止層８９が形成されている。尚、発光ダイオードは、ＭＯＣＶＤ法等の周知の方法で作製することができる。発光ダイオードの発光色は、表示装置の規格に応じて、適宜、決定すればよい。また、Ｐ型電極８３からＮ型電極８７までの積層の順序を逆にしてもよい。
In Example 7, a light emitting diode is provided under the
このような光励起型発光素子から成る発光素子８０にあっては、発光ダイオードから射出された光によって発光素子８０における発光層８１を励起することで、発光素子８０を発光させることができる。また、光反射層を形成してもよく、これによって、発光層において発光した光を、効率良く、発光素子から射出することができる。 In the light emitting element 80 composed of such a light excitation type light emitting element, the light emitting element 80 can emit light by exciting the light emitting layer 81 in the light emitting element 80 with light emitted from the light emitting diode. In addition, a light reflecting layer may be formed, whereby light emitted from the light emitting layer can be efficiently emitted from the light emitting element.
実施例８も、本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係る発光素子及び発光装置に関し、具体的には、光励起型発光素子から構成された発光素子、及び、複数の光励起型発光素子から構成された発光装置に関し、より具体的には、プラズマ表示装置に関する。 Example 8 also relates to the light-emitting element and the light-emitting device according to the first aspect or the second aspect of the present invention, specifically, a light-emitting element including a light-excitation light-emitting element, and a plurality of light-excitation light-emitting elements More specifically, the present invention relates to a plasma display device.
図５に一部分の分解斜視図を示す実施例８のプラズマ表示装置は、３電極型のプラズマ表示装置であり、第１パネル９０、並びに、第２パネル９４が、それらの外周部で接合されて成る。ここで、第１パネル９０は、透明な第１基板９１と、第１基板９１上にストライプ状に設けられ、例えばＩＴＯといった透明導電材料から成る複数の一対の放電維持電極９２Ａと、放電維持電極９２Ａのインピーダンスを低下させるために放電維持電極９２Ａ上に設けられ、放電維持電極９２Ａよりも電気抵抗率の低い材料から成るバス電極９２Ｂと、バス電極９２Ｂ及び放電維持電極９２Ａ上を含む第１基板９１上に形成された誘電体層９３Ａと、誘電体層９３Ａ上に形成されたＭｇＯから成る保護膜９３Ｂから構成されている。
The plasma display device of Example 8 whose partial exploded perspective view is shown in FIG. 5 is a three-electrode type plasma display device, in which a first panel 90 and a
一方、第２パネル９４は、第２基板９５と、第２基板９５上にストライプ状に設けられた複数のアドレス電極（データ電極とも呼ばれる）９６と、アドレス電極９６上を含む第２基板９５上に形成された誘電体材料層９７と、誘電体材料層９７上であって隣り合うアドレス電極９６の間の領域にアドレス電極９６と平行に延びる絶縁性の隔壁９８と、誘電体材料層９７上から隔壁９８の側壁面上に亙って設けられた発光領域９９とから構成されている。発光領域９９は、プラズマ表示装置においてカラー表示を行う場合、赤色発光素子Ｒから成る赤色発光領域９９Ｒ、緑色発光素子Ｇから成る緑色発光領域９９Ｇ、及び、青色発光素子Ｂから成る青色発光領域９９Ｂから構成されており、これらの各色の発光領域９９Ｒ，９９Ｇ，９９Ｂが所定の順序に従って設けられている。図５は一部分の分解斜視図であり、実際には第２パネル９４側の隔壁９８の頂部が第１パネル９０側の保護膜９３Ｂに当接している。そして、隣り合う隔壁９８と発光領域９９と保護膜９３Ｂとによって囲まれた放電空間内には、例えばＮｅ（ネオン）とＸｅ（キセノン）の混合ガスから成る放電ガスが封入されている。
On the other hand, the
放電維持電極９２Ａの射影像が延びる方向とアドレス電極９６の射影像が延びる方向とは直交しており、一対の放電維持電極９２Ａと、３原色を発光する発光領域９９Ｒ，９９Ｇ，９９Ｂの１組とが重複する領域が１画素（１ピクセル）に相当する。グロー放電が一対の放電維持電極９２Ａ間で生じることから、このタイプのプラズマ表示装置は「面放電型」と称される。そして、一対の放電維持電極９２Ａと、２つの隔壁９８の間に位置するアドレス電極９６とが重複する領域が、放電セルに相当し、且つ、サブ・ピクセルに相当する。即ち、１つの放電セル（１サブ・ピクセル）は、１つの発光領域９９と、一対の放電維持電極９２Ａと、１つのアドレス電極９６とによって構成されている。
The direction in which the projected image of the
プラズマ表示装置の駆動においては、一対の放電維持電極９２Ａ間に電圧を印加する直前に、例えば、放電セルの放電開始電圧よりも低いパルス電圧をアドレス電極９６に印加することで、誘電体層９３Ａに電荷を蓄積し（表示を行う放電セルの選択）、見掛け上の放電開始電圧を低下させる。そして、一対の放電維持電極９２Ａの間で開始された放電は、放電開始電圧よりも低い電圧にて維持され得る。放電セルにおいては、放電ガス中でのグロー放電に基づき発生した真空紫外線の照射によって励起された発光領域９９が、希土類原子の種類に応じた特有の発光色を呈する。尚、封入された放電ガスの種類に応じた波長を有する真空紫外線が発生する。
In driving the plasma display device, immediately before applying a voltage between the pair of
ここで、発光領域９９は、従来のプラズマ表示装置を構成する所謂蛍光体層としての機能を果たす。発光領域９９を構成する赤色発光素子Ｒ、緑色発光素子Ｇ、青色発光素子Ｂは、実施例４において説明した本発明の第２の態様に係る発光素子の構造を有し、第２基板９５を基体として、実施例４において説明した本発明の第２の態様に係る発光素子の製造方法で製造することができる。
Here, the
実施例９も、本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係る発光素子及び発光装置に関し、具体的には、電子線励起型発光素子から構成された発光素子、及び、複数の電子線励起型発光素子から構成された発光装置に関し、より具体的には、複数の電子線励起型発光素子から構成され、複数の冷陰極電界電子放出素子を備えた発光装置（より具体的には、冷陰極電界電子放出表示装置）に関する。 Example 9 also relates to a light-emitting element and a light-emitting device according to the first aspect or the second aspect of the present invention, specifically, a light-emitting element composed of an electron beam-excited light-emitting element, and a plurality of electron beams More specifically, the light-emitting device includes a plurality of electron-beam-excited light-emitting elements and includes a plurality of cold cathode field emission devices (more specifically, Cold cathode field emission display).
一例として、スピント型の冷陰極電界電子放出素子（以下、電界放出素子と略称する）を有する冷陰極電界電子放出表示装置の概念的な一部端面図を図６に示し、カソードパネルＣＰ及びアノードパネルＡＰを分解したときのカソードパネルＣＰとアノードパネルＡＰの一部分の模式的な分解斜視図を図７に示す。 As an example, a conceptual partial end view of a cold cathode field emission display device having a Spindt type cold cathode field emission device (hereinafter abbreviated as field emission device) is shown in FIG. FIG. 7 shows a schematic exploded perspective view of a part of the cathode panel CP and the anode panel AP when the panel AP is disassembled.
電子放出源であるスピント型電界放出素子は、支持体１１０に形成されたカソード電極１１１と、支持体１１０及びカソード電極１１１上に形成された絶縁層１１２と、絶縁層１１２上に形成されたゲート電極１１３と、ゲート電極１１３及び絶縁層１１２に設けられた開口部１１４（ゲート電極１１３に設けられた第１開口部１１４Ａと、絶縁層１１２に設けられた第２開口部１１４Ｂ）と、開口部１１４の底部に位置するカソード電極１１１上に形成された円錐形の電子放出部１１５から構成されている。
A Spindt-type field emission device, which is an electron emission source, includes a
冷陰極電界電子放出表示装置において、カソード電極１１１は、第１方向に延びる帯状であり、ゲート電極１１３は、第１方向とは異なる第２方向に延びる帯状である（図７参照）。一般に、カソード電極１１１とゲート電極１１３とは、これらの両電極１１１，１１３の射影像が互いに直交する方向に各々帯状に形成されている。帯状のカソード電極１１１と帯状のゲート電極１１３とが重複する重複領域が、電子放出領域ＥＡであり、１サブ・ピクセルに相当する。そして、係る電子放出領域ＥＡが、カソードパネルＣＰの有効領域（実際の表示部分として機能する領域）内に、通常、２次元マトリックス状に配列されている。
In the cold cathode field emission display, the
一方、アノードパネルＡＰは、基体に相当する基板１２０上に所定のパターンを有する発光領域１２２（具体的には、赤色発光素子Ｒから成る赤色発光領域１２２Ｒ、緑色発光素子Ｇから成る緑色発光領域１２２Ｇ、及び、青色発光素子Ｂから成る青色発光領域１２２Ｂ）が形成され、発光素子から成る発光領域１２２がアノード電極１２４で覆われた構造を有する。尚、これらの発光領域１２２の間は、カーボン等の光吸収性材料から成る光吸収層（ブラックマトリックス）１２３で埋め込まれており、表示画像の色濁り、光学的クロストークの発生を防止している。図中、参照番号１２１は隔壁を表し、参照番号１２６はスペーサを表し、参照番号１２５はスペーサ保持部を表し、参照番号１２７は枠体を表し、参照番号１１６は収束電極を表す。図７においては、隔壁やスペーサ、スペーサ保持部、収束電極の図示を省略した。
On the other hand, the anode panel AP has a light emitting area 122 (specifically, a red
ここで、発光領域１２２は、従来の冷陰極電界電子放出表示装置を構成するアノードパネルにおける所謂蛍光体層としての機能を果たす。発光領域１２２を構成する赤色発光素子Ｒ、緑色発光素子Ｇ、青色発光素子Ｂは、実施例４において説明した本発明の第２の態様に係る発光素子の構造を有し、基板１２０を基体として、実施例４において説明した本発明の第２の態様に係る発光素子の製造方法で製造することができる。 Here, the light emitting region 122 functions as a so-called phosphor layer in an anode panel constituting a conventional cold cathode field emission display. The red light-emitting element R, green light-emitting element G, and blue light-emitting element B constituting the light-emitting region 122 have the structure of the light-emitting element according to the second aspect of the present invention described in Example 4, and the substrate 120 is used as a base. The light emitting device manufacturing method according to the second aspect of the present invention described in Example 4 can be used.
１サブ・ピクセルは、カソードパネル側の電子放出領域ＥＡと、これらの電界放出素子の一群に対面したアノードパネル側の発光領域１２２とによって構成されている。有効領域には、係る画素が、例えば数十万〜数百万個ものオーダーにて配列されている。 One sub-pixel is composed of an electron emission area EA on the cathode panel side and a light emission area 122 on the anode panel side facing a group of these field emission elements. In the effective area, such pixels are arranged on the order of hundreds of thousands to millions, for example.
そして、アノードパネルＡＰとカソードパネルＣＰとを、電子放出領域ＥＡと発光領域１２２とが対向するように配置し、周縁部において枠体１２７を介して接合した後、排気し、封止することによって、冷陰極電界電子放出表示装置を作製することができる。アノードパネルＡＰとカソードパネルＣＰと枠体１２７によって囲まれた空間は高真空（例えば、１×１０-3Ｐａ以下）となっている。
Then, the anode panel AP and the cathode panel CP are arranged so that the electron emission area EA and the light emitting area 122 face each other, joined at the peripheral edge via the
カソード電極１１１には相対的に負電圧がカソード電極制御回路１３１から印加され、ゲート電極１１３には相対的に正電圧がゲート電極制御回路１３２から印加され、アノード電極１２４にはゲート電極１１３よりも更に高い正電圧がアノード電極制御回路１３３から印加される。係る冷陰極電界電子放出表示装置において表示を行う場合、例えば、カソード電極１１１にカソード電極制御回路１３１から走査信号を入力し、ゲート電極１１３にゲート電極制御回路１３２からビデオ信号を入力する。あるいは、カソード電極１１１にカソード電極制御回路１３１からビデオ信号を入力し、ゲート電極１１３にゲート電極制御回路１３２から走査信号を入力する。カソード電極１１１とゲート電極１１３との間に電圧を印加した際に生ずる電界により、量子トンネル効果に基づき電子放出部１１５から電子が放出され、この電子がアノード電極１２４に引き付けられ、アノード電極１２４を通過して発光領域１２２を構成する赤色発光素子Ｒ、緑色発光素子Ｇ、青色発光素子Ｂに衝突する。その結果、発光領域１２２を構成する赤色発光素子Ｒ、緑色発光素子Ｇ、青色発光素子Ｂが発光し、所望の画像を得ることができる。つまり、この冷陰極電界電子放出表示装置の動作は、基本的に、ゲート電極１１３に印加される電圧、及び、カソード電極１１１に印加される電圧によって制御される。
A relatively negative voltage is applied to the
冷陰極電界電子放出素子の代わりに、表面伝導型電子放出素子と通称される電子放出素子から電子放出源を構成することもできる。この表面伝導型電子放出素子は、支持体上に酸化錫（ＳｎＯ2）、金（Ａｕ）、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）／酸化錫（ＳｎＯ2）、カーボン、酸化パラジウム（ＰｄＯ）等の導電材料から成り、微小面積を有し、所定の間隔（ギャップ）を開けて配された一対の電極がマトリックス状に形成されて成る。それぞれの電極の上には炭素薄膜が形成されている。そして、一対の電極の内の一方の電極に行方向配線が接続され、一対の電極の内の他方の電極に列方向配線が接続された構成を有する。一対の電極に電圧を印加することによって、ギャップを挟んで向かい合った炭素薄膜に電界が加わり、炭素薄膜から電子が放出される。係る電子をアノードパネル上の発光領域を構成する赤色発光素子Ｒ、緑色発光素子Ｇ、青色発光素子Ｂに衝突させることによって、発光領域が発光し、所望の画像を得ることができる。あるいは又、代替的に、金属／絶縁膜／金属型素子から電子放出源を構成することもできる。 Instead of the cold cathode field emission device, the electron emission source may be composed of an electron emission device commonly called a surface conduction electron emission device. This surface conduction electron-emitting device is made of tin oxide (SnO 2 ), gold (Au), indium oxide (In 2 O 3 ) / tin oxide (SnO 2 ), carbon, palladium oxide (PdO), etc. A pair of electrodes made of a conductive material, having a very small area and arranged with a predetermined gap (gap) are formed in a matrix. A carbon thin film is formed on each electrode. The row direction wiring is connected to one electrode of the pair of electrodes, and the column direction wiring is connected to the other electrode of the pair of electrodes. By applying a voltage to the pair of electrodes, an electric field is applied to the carbon thin films facing each other across the gap, and electrons are emitted from the carbon thin film. By causing the electrons to collide with the red light emitting element R, the green light emitting element G, and the blue light emitting element B constituting the light emitting area on the anode panel, the light emitting area emits light, and a desired image can be obtained. Alternatively, the electron emission source can be composed of a metal / insulating film / metal element.
以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the preferable Example, this invention is not limited to these Examples.
実施例１〜実施例３においては、第１材料層２１及び第２材料層２２の膜厚を２００ｎｍとしたが、このような厚さに限定するものではないし、量子井戸層２４の厚さを１０ｎｍとしたが、このような厚さに限定するものでもない。また、量子井戸層２４を、半導体２次元量子井戸、半導体１次元量子井戸（例えば、量子細線）、半導体０次元量子井戸（例えば、量子ドット、ナノクリスタル）から構成することができる。更には、希土類原子が含まれている層における厚さ方向の希土類原子の濃度ピークの位置（ｄ）は、使用する希土類原子、発光強度等に応じて、適宜、変更可能である。また、量子井戸層２４を構成する材料として、シリコン層の場合について説明したが、シリコン系酸化物（ＳｉＯX（０＜Ｘ≦２）、シリコンを主成分とする窒化シリコン等のシリコン系化合物、シリコン系化合物の混合物、Ｇｅ等の所謂シリコン族系材料、シリコン族系材料の混合物、その他の半導体材料やその混合物を用いることもできる。
In the first to third embodiments, the film thickness of the
１０，３０・・・発光素子、１１，３１・・・基板、２０・・・発光層、２１・・・第１材料層、２２・・・第２材料層、２３・・・希土類原子、２４・・・量子井戸層、４０・・・発光層、４１・・・量子ドット、４２・・・材料層、４３・・・希土類原子、４４・・・シリコン半導体基板、４５・・・電解溶液、４６・・・白金電極、５０・・・ＭＯＳ型トランジスタ、５１・・・電源、６０，７０，８０・・・発光素子、６１，７１，８１・・・発光層、６２・・・ｐ型シリコン半導体基板、６３・・・ｎ型ＩＴＯ層、６４，７４・・・金属電極、７２・・・アノード電極、７３・・・透明カソード電極、８２・・・基板、８３・・・Ｐ型電極、８４・・・Ｐ型クラッド層、８５・・・活性層、８６・・・Ｎ型クラッド層、８７・・・Ｎ型電極、８８・・・金属電極、８９・・・封止層、ＣＰ・・・カソードパネル、ＡＰ・・・アノードパネル、１１０・・・支持体、１１１・・・カソード電極、１１２・・・絶縁層、１１３・・・ゲート電極、１１４，１１４Ａ，１１４Ｂ・・・開口部、１１５・・・電子放出部、１１６・・・収束電極、１２０・・・基板、１２１・・・隔壁、１２２，１２２Ｒ，１２２Ｇ，１２２Ｂ・・・発光領域、１２３・・・ブラックマトリックス、１２４・・・アノード電極、１２５・・・スペーサ保持部、１２６・・・スペーサ、１２７・・・枠体、１３１・・・カソード電極制御回路、１３２・・・ゲート電極制御回路、１３３・・・アノード電極制御回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,30 ...
Claims (53)
該発光層は、第１材料層、量子井戸層、及び、第２材料層が積層された構造を有し、
第１材料層及び第２材料層の少なくとも一方の層には、希土類原子が含まれていることを特徴とする発光素子。 A light emitting device comprising a light emitting layer formed on a substrate,
The light emitting layer has a structure in which a first material layer, a quantum well layer, and a second material layer are stacked,
A light emitting element characterized in that a rare earth atom is contained in at least one of the first material layer and the second material layer.
各発光素子を構成する発光層は、第１材料層、量子井戸層、及び、第２材料層が積層された構造を有し、
第１材料層及び第２材料層の少なくとも一方の層には、希土類原子が含まれていることを特徴とする発光装置。 A light-emitting device including a plurality of light-emitting elements each having a light-emitting layer formed on a substrate,
The light emitting layer constituting each light emitting element has a structure in which a first material layer, a quantum well layer, and a second material layer are laminated,
A light emitting device characterized in that a rare earth atom is contained in at least one of the first material layer and the second material layer.
複数の発光素子ユニットを備えていることを特徴とする請求項１７に記載の発光装置。 A first light emitting element that emits light of a first wavelength λ 1 corresponding to red, a second light emitting element that emits light of a second wavelength λ 2 corresponding to green, and a third light emitting element corresponding to blue One light-emitting element unit is composed of three types of light-emitting elements that emit light having a wavelength λ 3 of
The light-emitting device according to claim 17, comprising a plurality of light-emitting element units.
複数の発光素子ユニットを備えていることを特徴とする請求項１７に記載の発光装置。 A first light emitting element that emits light having a first wavelength λ 1 corresponding to red, a second light emitting element that emits light having a second wavelength λ 2 corresponding to green, and a third wavelength corresponding to blue One light emitting element includes four types of light emitting elements: a third light emitting element that emits light of λ 3 and a fourth light emitting element that emits light of a fourth wavelength λ 4 corresponding to other colors. Unit is configured,
The light-emitting device according to claim 17, comprising a plurality of light-emitting element units.
第１材料層及び第２材料層の少なくとも一方の層にイオン注入を施すことで希土類原子を含ませることを特徴とする発光素子の製造方法。 Light emission in which a first material layer, a quantum well layer, and a second material layer are stacked on a substrate, and at least one of the first material layer and the second material layer includes a rare earth atom A method of manufacturing a light emitting device for forming a layer,
A method for manufacturing a light-emitting element, wherein a rare earth atom is included by performing ion implantation on at least one of the first material layer and the second material layer.
第１材料層にイオン注入を施すことで希土類原子を含ませ、次いで、
第１材料層上に量子井戸層を形成した後、
量子井戸層上に、シリコンを主成分とする第２材料層を形成し、その後、
第２材料層にイオン注入を施すことで希土類原子を含ませる、
ことを特徴とする請求項２５に記載の発光素子の製造方法。 After forming the first material layer mainly composed of silicon on the substrate,
The first material layer is ion-implanted to include rare earth atoms,
After forming the quantum well layer on the first material layer,
Forming a second material layer mainly composed of silicon on the quantum well layer;
Rare earth atoms are included by ion-implanting the second material layer,
26. The method for manufacturing a light emitting device according to claim 25.
該発光層は、量子ドット、並びに、該量子ドットの表面に付着し、及び／又は、該量子ドットの内部に含まれた希土類原子から成ることを特徴とする発光素子。 A light emitting device comprising a light emitting layer formed on a substrate,
The light emitting layer is composed of a quantum dot and a rare earth atom attached to the surface of the quantum dot and / or contained in the quantum dot.
各発光素子を構成する発光層は、量子ドット、並びに、該量子ドットの表面に付着し、及び／又は、該量子ドットの内部に含まれた希土類原子から成ることを特徴とする発光装置。 A light-emitting device including a plurality of light-emitting elements each having a light-emitting layer formed on a substrate,
The light emitting layer which comprises each light emitting element consists of the rare earth atom which adhered to the surface of the quantum dot and this quantum dot, and / or was contained in this quantum dot, The light emitting device characterized by the above-mentioned.
複数の発光素子ユニットを備えていることを特徴とする請求項４０に記載の発光装置。 A first light emitting element that emits light of a first wavelength λ 1 corresponding to red, a second light emitting element that emits light of a second wavelength λ 2 corresponding to green, and a third light emitting element corresponding to blue One light-emitting element unit is composed of three types of light-emitting elements that emit light having a wavelength λ 3 of
41. The light emitting device according to claim 40, comprising a plurality of light emitting element units.
複数の発光素子ユニットを備えていることを特徴とする請求項４０に記載の発光装置。 A first light emitting element that emits light having a first wavelength λ 1 corresponding to red, a second light emitting element that emits light having a second wavelength λ 2 corresponding to green, and a third wavelength corresponding to blue One light emitting element includes four types of light emitting elements: a third light emitting element that emits light of λ 3 and a fourth light emitting element that emits light of a fourth wavelength λ 4 corresponding to other colors. Unit is configured,
41. The light emitting device according to claim 40, comprising a plurality of light emitting element units.
発光層を、
量子ドットを形成した後、
量子ドット中に希土類原子を拡散させ、及び／又は、量子ドットの表面に希土類原子を付着させ、次いで、
量子ドットとシリコンアルコキシドとを混合して得られた生成物を基体に付着させた後、生成物をアニール処理する、
ことによって形成することを特徴とする発光素子の製造方法。 A method for producing a light emitting device comprising a light emitting layer formed on a substrate, and comprising a quantum dot and a rare earth atom attached to the surface of the quantum dot and / or contained in the quantum dot. ,
The light emitting layer,
After forming quantum dots,
Diffusing rare earth atoms in the quantum dots and / or attaching rare earth atoms to the surface of the quantum dots;
After the product obtained by mixing the quantum dots and the silicon alkoxide is attached to the substrate, the product is annealed.
A method for manufacturing a light-emitting element, characterized by being formed.
49. The method of manufacturing a light-emitting element according to claim 48, wherein quantum dots are formed by ultrasonically treating a porous silicon semiconductor substrate obtained by anodizing the silicon semiconductor substrate in a solvent. .
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