WO2020174595A1 - 発光素子、発光デバイス - Google Patents

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WO2020174595A1
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light emitting
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electron
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PCT/JP2019/007397
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English (en)
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Inventor
岩田　昇
賢治 木本
Original Assignee
シャープ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a light emitting device including quantum dots and a light emitting device including the light emitting device.
  • Patent Document 1 discloses a light emitting element including a layer containing an insulating material between a carrier injection layer and a light emitting layer containing quantum dots.
  • the layer containing the insulating material reduces the charge injected from one electrode from flowing out to the other electrode without recombination in the light emitting layer.
  • a light-emitting element includes an anode, a hole-transporting layer, a light-emitting layer including a plurality of quantum dots, an electron-transporting layer, and a cathode in this order.
  • a light emitting device further comprising a charge blocking layer between the light emitting layer and at least one of the hole transporting layer and the electron transporting layer, wherein the charge blocking layer is an oxide as an element.
  • a transition metal element that constitutes a semiconductor, at least one of Al, Mg, and Si, and O are included.
  • a light-emitting element includes an anode, a hole-transporting layer, a light-emitting layer including a plurality of quantum dots, an electron-transporting layer, and a cathode.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a light emitting device according to Embodiment 1 of the present invention, and an energy diagram showing an example of Fermi levels of each layer in the light emitting element of the light emitting device, or electron affinity and ionization potential.
  • 6 is a graph showing a relationship between an ionization potential and an electron affinity of the electron block layer according to Embodiment 1 of the present invention, and a ratio of a transition metal element forming an oxide insulator in the electron block layer.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a light emitting device according to Embodiment 1 of the present invention, and an energy diagram showing an example of Fermi levels of each layer in the light emitting element of the light emitting device, or electron affinity and ionization potential.
  • 6 is a graph showing a relationship between an ionization potential and an electron affinity of the electron block layer according to Embodiment 1 of the present invention, and a ratio of a transition metal element forming an
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a light emitting device according to a second embodiment of the present invention, and an energy diagram showing an example of Fermi level of each layer in the light emitting element of the light emitting device, or electron affinity and ionization potential.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a light emitting device according to a third embodiment of the present invention, and an energy diagram showing an example of Fermi level of each layer in a light emitting element of the light emitting device, or electron affinity and ionization potential.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a light emitting device according to a second embodiment of the present invention, and an energy diagram showing an example of Fermi level of each layer in the light emitting element of the light emitting device, or electron affinity and ionization potential.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a light emitting device according to Embodiment 4 of the present invention, and an energy diagram showing an example of Fermi levels of each layer in a light emitting element of the light emitting device, or electron affinity and ionization potential.
  • FIG. 1A is a schematic sectional view of a light emitting device 1 according to this embodiment.
  • FIG. 1B is an energy band diagram showing an example of the Fermi level or band gap in each layer of the light emitting device 2 according to this embodiment.
  • the light emitting device 1 includes a light emitting element 2 and an array substrate 3.
  • the light emitting device 1 has a structure in which each layer of the light emitting element 2 is stacked on an array substrate 3 on which a TFT (Thin Film Transistor) (not shown) is formed.
  • TFT Thin Film Transistor
  • the light emitting element 2 includes a hole transport layer 6, a light emitting layer 8, an electron transport layer 10, and a cathode 12 on an anode 4 in this order from the lower layer.
  • the anode 4 of the light emitting element 2 formed on the upper layer of the array substrate 3 is electrically connected to the TFT of the array substrate 3.
  • a cathode is provided on the upper layer of the array substrate, and an electron transport layer, a light emitting layer, a hole transport layer, and an anode are provided on the cathode in this order. May be.
  • the light emitting element 2 further includes the charge block layer 14.
  • the charge block layer 14 includes an electron block layer 14n and a hole block layer 14p.
  • the light emitting element 2 includes the electron blocking layer 14n between the hole transport layer 6 and the light emitting layer 8 and the hole blocking layer 14p between the electron transport layer 10 and the light emitting layer 8.
  • the light emitting element 2 in the present embodiment includes the charge blocking layer 14 both between the hole transport layer 6 and the light emitting layer 8 and between the electron transport layer 10 and the light emitting layer 8.
  • the charge blocking layer 14 may include only one of the electron blocking layer 14n and the hole blocking layer 14p. That is, the light emitting element 2 includes the charge blocking layer 14 between the light emitting layer 8 and at least one of the hole transport layer 6 and the electron transport layer 10.
  • the anode 4 and the cathode 12 include a conductive material and are electrically connected to the hole transport layer 6 and the electron transport layer 10, respectively.
  • Either one of the anode 4 and the cathode 12 is a transparent electrode.
  • the transparent electrode for example, ITO, IZO, ZnO, AZO, BZO, FTO, or the like is used, and may be formed by a sputtering method or the like.
  • either one of the anode 4 and the cathode 12 may include a metal material, and as the metal material, Al, Cu, Au, Ag, or Mg having a high visible light reflectance alone or an alloy thereof is preferable. ..
  • the hole transport layer 6 is a layer that transports holes from the anode 4 to the light emitting layer 8.
  • the hole transport layer 6 contains a p-type semiconductor material.
  • the hole transport layer 6 preferably contains an inorganic material from the viewpoint of sufficiently ensuring the carrier concentration and the carrier mobility, and from the viewpoint of reducing deterioration due to moisture or the like.
  • the hole transport layer 6 contains a semiconductor material whose example is an oxide.
  • the hole transport layer 6 contains an oxide of any of Ni, Cu, and Cr, or a mixture thereof.
  • the hole transport layer 6 may include a material obtained by adding Li or La to these materials.
  • the electron transport layer 10 is a layer that transports electrons from the cathode 12 to the light emitting layer 8.
  • the electron transport layer 10 contains an n-type semiconductor material.
  • the electron transport layer 10 preferably contains an inorganic material from the viewpoints of sufficiently securing the carrier concentration and carrier mobility, and from the viewpoint of reducing the deterioration due to moisture and the like.
  • the electron transport layer 10 includes a semiconductor material such as an oxide, like the hole transport layer 6.
  • the electron transport layer 10 contains any chalcogenide of Zn, Ti, In, Ga, Sn, V, Mo, and W, or a mixture thereof.
  • the materials included in the hole transport layer 6 and the electron transport layer 10 may partially include oxygen deficiency. Further, the hole transport layer 6 and the electron transport layer 10 may contain a small amount of dopant as in the case of a general charge transport layer.
  • the light emitting layer 8 is a layer including a plurality of quantum dots (semiconductor nanoparticles) 16.
  • the light emitting layer 8 may be a stack of several light emitting layers.
  • the quantum dots 16 in the light emitting layer 8 do not need to be regularly arranged as shown in FIG. 1A, and the quantum dots 16 may be randomly included in the light emitting layer 8.
  • the light emitting layer 8 can be formed by a spin coating method, an inkjet method, or the like from a dispersion liquid in which the quantum dots 16 are dispersed in a solvent such as hexane or toluene.
  • a dispersion material such as thiol or amine may be mixed with the dispersion liquid.
  • the thickness of the light emitting layer 8 is preferably 2 to 70 nm.
  • Quantum dot 16 is a light emitting material that has a valence band level and a conduction band level, and emits light by recombination of holes in the valence band level and electrons in the conduction band level. Since the light emitted from the quantum dots 16 has a narrow spectrum due to the quantum confinement effect, it is possible to obtain light emission with a relatively deep chromaticity.
  • the quantum dots 16 may be appropriately selected from materials used in the field. Further, the quantum dots 16 may have a core/shell structure having, for example, a core and a shell that is an outer shell of the core.
  • the light emitting layer 8 may further include a ligand that forms a coordinate bond with the outermost layer of the quantum dot 16.
  • the particle size of the quantum dots 16 is about 2 to 15 nm.
  • the wavelength of light emitted from the quantum dots 16 can be controlled by the particle size of the quantum dots 16. Therefore, by controlling the particle size of the quantum dots 16, the wavelength of light emitted by the light emitting device 1 can be controlled.
  • the charge blocking layer 14 has a function of preventing charges transferred from one electrode to the light emitting layer 8 from flowing out to the other electrode without recombination in the light emitting layer 8. Specifically, each of the charge blocking layers 14 can move only one of carriers injected from the electrode, that is, holes injected from the anode 4 and electrons injected from the cathode 12. By inhibiting, the transfer of charge is inhibited.
  • the hole blocking layer 14p moves the holes so that the holes transported from the anode 4 to the light emitting layer 8 via the hole transport layer 6 do not flow out to the cathode 12 via the electron transport layer 10. Inhibit.
  • the hole blocking layer 14p does not prevent the electrons transported from the cathode 12 to the electron transport layer 10 from further moving to the light emitting layer 8.
  • the electron blocking layer 14n inhibits the movement of electrons so that the electrons transported from the cathode 12 to the light emitting layer 8 via the electron transport layer 10 do not flow out to the anode 4 via the hole transport layer 6. ..
  • the electron blocking layer 14n does not prevent the holes transported from the anode 4 to the hole transporting layer 6 from further moving to the light emitting layer 8.
  • the charge block layer 14 contains, as elements, a transition metal element forming an oxide semiconductor, an element forming an oxide insulator, and oxygen.
  • the transition metal element that constitutes the oxide semiconductor refers to a transition metal element that becomes a semiconductor by being oxidized.
  • the charge block layer 14 may include at least one of Ni, Cu, Cr, La, Zn, Ti, V, Mo, and W as a transition metal element.
  • the element that constitutes the oxide insulator refers to the element that becomes an insulator by being oxidized.
  • the charge block layer 14 contains at least one of Al, Mg, and Si as an element forming the oxide insulator.
  • the charge blocking layer 14 forms a semiconductor phase having a reduced carrier density by mixing the material forming the oxide semiconductor and the material forming the oxide insulator.
  • the charge block layer 14 contains a semiconductor oxide having a reduced carrier density.
  • the electron block layer 14n may include Ni, Mg, and O as elements.
  • the electron block layer 14n contains Mg x Ni 1-x O.
  • x is a real number that satisfies 0 ⁇ x ⁇ 1.
  • the hole blocking layer 14p may include Zn, Mg, and O as elements.
  • the electron block layer 14n contains Mg y Zn 1-y O.
  • y is a real number that satisfies 0 ⁇ y ⁇ 1.
  • Each of the hole transport layer 6, the electron transport layer 10, and the charge block layer 14 may be formed by a sputtering method.
  • the hole transport layer 6 and the electron block layer 14n may be continuously formed by a sputtering method.
  • the hole transport layer 6 and the electron block layer 14n are formed by performing sputtering of NiO and operating a sputtering device for sputtering Mg from the middle to simultaneously perform sputtering of NiO and Mg. May be. Accordingly, the hole transport layer 6 containing NiO and the electron block layer 14n containing Mg x Ni 1-x O can be continuously formed.
  • the electron block layer 14n has the same constituent element as at least one of the constituent elements of the hole transport layer 6. It is preferable to contain an element. Note that each of the hole transport layer 6 and the electron block layer 14n may be individually formed by using a sputtering method. In this case, the constituent elements of the hole transport layer 6 and the electron blocking layer 14n may be different.
  • the electron transport layer 10 and the hole blocking layer 14p may be continuously formed by a sputtering method.
  • the electron transport layer 10 and the hole blocking layer 14p are formed by performing sputtering of ZnO and Mg, stopping the sputtering device for sputtering Mg from the middle, and performing sputtering of ZnO only. May be.
  • the electron transport layer 10 containing ZnO and the hole blocking layer 14p containing Mg y Zn 1-y O can be continuously formed.
  • the hole blocking layer 14p has the same constituent element as at least one of the constituent elements of the electron transport layer 10. It is preferable to contain an element.
  • Each of the electron transport layer 10 and the hole blocking layer 14p may be individually formed by using a sputtering method or another conventionally known thin film forming method. In this case, the respective constituent elements of the electron transport layer 10 and the hole blocking layer 14p may be different.
  • FIG. 1B is an energy band diagram showing an example of the Fermi level or band gap in each layer of the light emitting device 2 according to this embodiment.
  • the energy band diagram in this specification shows the energy level of each layer with reference to the vacuum level.
  • the Fermi level or band gap of a member corresponding to the attached member number is shown.
  • the Fermi level is shown for the anode 4 and the cathode 12, and the band gap from the electron affinity to the ionization potential is shown for the hole transport layer 6, the light emitting layer 8, the electron transport layer 10, and the charge blocking layer 14, respectively.
  • the hole transport layer 6 contains NiO
  • the ionization potential of the hole transport layer 6 is around 5.2 eV
  • the electron affinity of the hole transport layer 6 is around 2.0 eV.
  • the electron transport layer 10 contains ZnO
  • the ionization potential of the electron transport layer 10 is around 7.0 eV
  • the electron affinity of the electron transport layer 10 is around 3.8 eV.
  • the light emitting layer 8 has an ionization potential of about 5.0 eV to 7.0 eV and an electron affinity of about 2.0 eV to 3.5 eV, although it varies depending on the material and particle size of the quantum dots 16.
  • the charge block layer 14 contains a mixture of a transition metal element forming an oxide semiconductor and an element forming an oxide insulator. Therefore, the charge blocking layer 14 usually has a band gap larger than that of only the oxide semiconductor.
  • the electron blocking layer 14n has a band gap larger than that of the hole transporting layer 6, and the hole blocking layer 14p includes electrons. It has a band gap larger than that of the transport layer 10.
  • the light emitting mechanism of the light emitting device 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
  • the light emitting device 1 by providing a potential difference between the anode 4 and the cathode 12, holes are injected from the anode 4 and electrons are injected from the cathode 12 toward the light emitting layer 8.
  • the holes from the anode 4 reach the light emitting layer 8 via the hole transport layer 6 and the electron block layer 14n.
  • the electrons from the cathode 12 reach the light emitting layer 8 via the electron transport layer 10 and the hole blocking layer 14p.
  • the holes and the electrons that have reached the light emitting layer 8 are recombined in the quantum dots 16 and emit light.
  • the light emitted from the quantum dots 16 may be reflected by the anode 4 which is a metal electrode, transmitted through the cathode 12 which is a transparent electrode, and emitted to the outside of the light emitting device 1.
  • the light emitted from the quantum dots 16 is reflected by, for example, the cathode 12 which is a metal electrode, passes through the anode 4 which is a transparent electrode and the array substrate 3, and is emitted to the outside of the light emitting device 1. Good.
  • holes are injected from the hole transport layer 6 to the electron block layer 14n as shown by an arrow H2 in FIG. 1(b).
  • the electron block layer 14n is not a pure oxide insulator but contains an element that forms a p-type oxide semiconductor, it has a carrier with a low density. Therefore, the holes injected into the electron block layer 14n can move toward the light emitting layer 8 in the electron block layer 14n. Therefore, the holes in the electron block layer 14n are injected into the light emitting layer 8 as shown by the arrow H3 in FIG.
  • the band gap of the electron block layer 14n is larger than the band gap of the hole transport layer 6, and the ionization potential of the electron block layer 14n is larger than the ionization potential of the hole transport layer 6.
  • the barrier of hole injection from the electron blocking layer 14n to the light emitting layer 8 is smaller than the barrier when holes are directly injected from the hole transport layer 6 to the light emitting layer 8. Therefore, in the present embodiment, the efficiency of transporting holes from the anode 4 to the light emitting layer 8 is increased, which leads to an increase in the concentration of holes in the light emitting layer 8.
  • the electron block layer 14n also contains an element that forms a p-type oxide semiconductor. Therefore, in the electron block layer 14n, carriers (holes) intended to be injected into the light emitting layer 8 are easier than carriers (electrons) whose movement is desired to be blocked, as compared with the case where only the insulating material is formed. It becomes a layer that can pass through. Therefore, the electron blocking layer 14n is a layer having both a highly efficient hole injection function and an electron blocking function.
  • the hole blocking layer 14p is not a pure oxide insulator but contains an element that forms an n-type oxide semiconductor, it has a carrier with a low density. Therefore, the electrons injected into the hole blocking layer 14p can move toward the light emitting layer 8 in the hole blocking layer 14p. Therefore, the electrons in the hole blocking layer 14p are injected into the light emitting layer 8 as shown by the arrow E3 in FIG.
  • the band gap of the hole blocking layer 14p is larger than that of the electron transport layer 10
  • the electron affinity of the hole blocking layer 14p is smaller than that of the electron transport layer 10.
  • the barrier of electron injection from the hole blocking layer 14p to the light emitting layer 8 is smaller than the barrier when electrons are directly injected from the electron transport layer 10 to the light emitting layer 8. Therefore, in the present embodiment, the efficiency of transporting electrons from the cathode 12 to the light emitting layer 8 is increased, which in turn leads to an increase in the concentration of electrons in the light emitting layer 8.
  • the hole blocking layer 14p contains an element forming an n-type oxide semiconductor. Therefore, in the hole blocking layer 14p, the carriers (electrons) intended to be injected into the light emitting layer 8 are more likely to be blocked than the carriers (holes) whose movement is desired to be blocked, as compared with the case where the holes blocking layer 14p is formed only from the insulating material. It is a layer that can easily pass through. Therefore, the hole blocking layer 14p is a layer having both the functions of highly efficient electron injection and hole blocking.
  • the holes and the electrons transported to the light emitting layer 8 are recombined in the quantum dots 16, so that the quantum dots 16 emit light.
  • the value obtained by subtracting the electron affinity of the electron blocking layer 14n from the electron affinity of the light emitting layer 8 is obtained by further injecting the electrons transported to the light emitting layer 8 from the light emitting layer 8 into the electron blocking layer 14n.
  • the electron affinity of the electron block layer 14n is smaller than the electron affinity of the hole transport layer 6.
  • the barrier of hole injection from the light emitting layer 8 to the electron blocking layer 14n shown by the arrow H4 in FIG. 1B is the barrier when electrons are directly injected from the light emitting layer 8 to the hole transport layer 6. Will be larger than Therefore, in the present embodiment, the electron blocking layer 14n more efficiently blocks the outflow of the electrons in the light emitting layer 8 to the hole transport layer 6 side, which leads to the increase of the electron concentration in the light emitting layer 8. ..
  • the electron affinity of the electron blocking layer 14n is preferably smaller than that of the light emitting layer 8 by 1.0 eV or more. With the above configuration, the electron block layer 14n can sufficiently reduce the outflow of the electrons transported to the light emitting layer 8 to the hole transport layer 6 side.
  • the value obtained by subtracting the ionization potential of the light emitting layer 8 from the ionization potential of the hole blocking layer 14p further injects the holes transported to the light emitting layer 8 from the light emitting layer 8 into the hole blocking layer 14p. It corresponds to the barrier of hole injection at that time. Further, the ionization potential of the hole blocking layer 14p is larger than the ionization potential of the electron transport layer 10.
  • the barrier of hole injection from the light emitting layer 8 to the hole blocking layer 14p shown by the arrow E4 in FIG. 1B is in the case of directly injecting holes from the light emitting layer 8 to the electron transport layer 10. Larger compared to the barrier. Therefore, in the present embodiment, the hole blocking layer 14p more efficiently blocks the outflow of holes in the light emitting layer 8 to the electron transport layer 10 side, and thus the concentration of holes in the light emitting layer 8 increases. Lead to
  • the ionization potential of the hole blocking layer 14p is preferably larger than that of the light emitting layer 8 by 1.0 eV or more. With the above structure, the hole blocking layer 14p can sufficiently reduce the outflow of holes transported to the light emitting layer 8 to the electron transporting layer 10 side.
  • the electron blocking layer 14n and the hole blocking layer 14p improve the concentration of holes and electrons in the light emitting layer 8. Therefore, recombination of holes and electrons is efficiently generated in the light emitting layer 8. Therefore, in this embodiment, the electron blocking layer 14n and the hole blocking layer 14p improve the luminous efficiency of the light emitting element 2.
  • the electron blocking layer 14n and the hole transport inhibiting function of the hole blocking layer 14p it is necessary to increase the band gaps of the electron blocking layer 14n and the hole blocking layer 14p. desirable. From the viewpoint of improving the efficiency of hole injection from the electron blocking layer 14n to the light emitting layer 8 and the efficiency of electron injection from the hole blocking layer 14p to the light emitting layer 8, the electron blocking layer 14n and the hole blocking layer are also improved. It is desirable to increase the bandgap of each layer 14p.
  • the horizontal axis represents the ratio of the total number of Mg atoms and the total number of Ni atoms of the elements excluding oxygen in the electron blocking layer 14n. That is, the horizontal axis of each drawing of FIG. 2 indicates the ratio of the elements excluding O to the elements forming the oxide insulator in the electron block layer 14n in atomic percent.
  • the ionization potential of the electron block layer 14n is shown on the vertical axis of FIG. 2A
  • the electron affinity of the electron block layer 14n is shown on the vertical axis of FIG. 2B. ..
  • the electron block layer 14n contains 90 atomic% or more of Mg, that is, the element forming the oxide insulator, out of the elements other than O, from the viewpoint of efficiently increasing the band gap of the electron block layer 14n. Is preferred.
  • the electron block layer 14n is not a pure insulator, but contains at least a transition metal element that forms an oxide semiconductor. From this point, in the present embodiment, the electron block layer 14n contains less than 100 atomic percent of the elements excluding O and forming the oxide insulator.
  • the hole blocking layer 14p include 90 atomic percent or more and less than 100 atomic percent of the elements excluding O, that is, the elements constituting the oxide insulator.
  • the charge blocking layer 14 reduces the charge injected from one electrode from flowing out to the other electrode without being recombined in the light emitting layer. Therefore, the luminous efficiency of the light emitting element 2 is improved.
  • the charge block layer 14 is not a pure oxide insulator, but partially contains a transition metal element forming an oxide semiconductor. For this reason, the charge blocking layer 14 has carriers even though it has a low density, and thus the charges injected from the one electrode can be transported to the light emitting layer 8 without completely blocking them.
  • the charge blocking layer 14 since the charge blocking layer 14 does not need to tunnel charges, it can be formed with a certain thickness. Therefore, it becomes easy to control the film thickness of the charge blocking layer 14, and the yield of the light emitting element 2 is improved.
  • each film thickness of the charge block layer 14 is preferably 3 nm or more, and more preferably 4 nm or more. From the viewpoint of reducing the increase in resistance of the entire light emitting element 2, the film thickness of each charge blocking layer 14 is preferably 30 nm or less, and more preferably 15 nm or less.
  • the hole transport layer 6 includes NiO as an example, but the present invention is not limited to this.
  • the hole transport layer 6 may include, for example, Mg, that is, an element that the electron block layer 14n includes as an element that constitutes the oxide insulator.
  • the hole transport layer 6 it is preferable that the hole transport layer 6 contain the element forming the oxide insulator in a ratio lower than that in the electron block layer 14n. Thereby, the band gap of the hole transport layer 6 can be maintained smaller than the band gap of the electron block layer 14n.
  • the band gap of the hole transport layer 6 is slightly increased, and the ionization potential of the hole transport layer 6 is also increased. For this reason, the barrier for hole injection from the hole transport layer 6 to the electron blocking layer 14n becomes smaller, so that the efficiency of hole transport from the anode 4 to the light emitting layer 8 is further improved.
  • the electron transport layer 10 may include, for example, Mg, that is, an element that the hole blocking layer 14p includes as an element forming the oxide insulator.
  • Mg that is, an element that the hole blocking layer 14p includes as an element forming the oxide insulator.
  • the electron transport layer 10 contains the element forming the oxide insulator in a ratio lower than that in the hole blocking layer 14p. Thereby, the band gap of the electron transport layer 10 can be maintained smaller than the band gap of the hole blocking layer 14p.
  • the electron transport layer 10 By providing the electron transport layer 10 with a small amount of the element forming the oxide insulator, the band gap of the electron transport layer 10 is slightly increased, and the electron affinity of the electron transport layer 10 is reduced. For this reason, the barrier of electron injection from the electron transport layer 10 to the hole blocking layer 14p becomes smaller, so that the efficiency of electron transport from the cathode 12 to the light emitting layer 8 is further improved.
  • a hole injection layer (not shown) for efficiently injecting holes from the anode 4 into the hole transport layer 6 between the anode 4 and the hole transport layer 6.
  • a material of the hole transport layer an organic or inorganic conductor material, or a p-type or n-type semiconductor material can be applied.
  • an organic material such as PEDOT:PSS or HAT-CN, or any oxide such as Mo, Wo, or V can be applied. The above is similarly applicable to the following embodiments.
  • FIG. 3A is a schematic sectional view of the light emitting device 1 according to this embodiment.
  • FIG. 3B is an energy band diagram showing an example of the Fermi level or band gap in each layer of the light emitting device 2 according to this embodiment.
  • the light emitting device 1 according to the present embodiment further includes, as shown in FIG. 3A, between the light emitting layer 8 and the charge block layer 14. , Except that the insulating layer 14i is provided.
  • the insulating layer 14i may be, for example, an oxide insulator, or may be an oxide of an element that is included in any of the charge block layers 14 and forms an oxide insulator. That is, in the present embodiment, for example, the insulating layer 14i may be MgO.
  • the insulating layer 14i is formed thinner than the charge block layer 14 and has a film thickness of, for example, about 1 nm to 2 nm. As shown in FIG. 3B, the insulating layer 14i has a bandgap larger than that of the charge blocking layer 14.
  • the transport of holes and electrons in each layer of the light emitting element 2 is the same as the principle described in the previous embodiment, except for the transport from each of the charge blocking layers 14 to the light emitting layer 8. May be realized.
  • holes in the electron block layer 14n are injected into the light emitting layer 8 via the insulating layer 14i, as indicated by an arrow H3 in FIG. 3B.
  • the insulating layer 14i is sufficiently thin, holes are transported to the light emitting layer 8 by tunneling through the insulating layer 14i.
  • the band gap of the insulating layer 14i is sufficiently large, the hole injection from the light emitting layer 8 to the hole blocking layer 14p shown by the arrow H4 in FIG. Therefore, the insulating layer 14i contributes to an increase in the concentration of holes in the light emitting layer 8.
  • the electrons in the hole blocking layer 14p are injected into the light emitting layer 8 through the insulating layer 14i, as indicated by the arrow E3 in FIG. 3B.
  • the insulating layer 14i is sufficiently thin, electrons are tunneled through the insulating layer 14i and transported to the light emitting layer 8.
  • the band gap of the insulating layer 14i is sufficiently large, electron injection from the light emitting layer 8 to the electron block layer 14n shown by the arrow E4 in FIG. Therefore, the insulating layer 14i contributes to an increase in the concentration of electrons in the light emitting layer 8.
  • the luminous efficiency of the light emitting element 2 in the present embodiment is further improved by the insulating layer 14i.
  • the insulating layer 14i does not necessarily need to be formed uniformly. For example, even when a part of the insulating layer 14i is formed extremely thin and a position where charges easily flow out occurs, the charge blocking layer 14 reduces the outflow of charges from the position to some extent. Therefore, even if a defect occurs in the film formation of the insulating layer 14i, the defect of the entire light emitting element 2 is less likely to occur, and the yield of the light emitting element 2 is maintained.
  • FIG. 4A is a schematic sectional view of the light emitting device 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 4B is an energy band diagram showing an example of the Fermi level or band gap in each layer of the light emitting device 2 according to this embodiment.
  • the hole transport layer 6 includes a first hole transport layer 6a and a second hole transport layer 6b from the anode 4 side. , In this order.
  • the electron transport layer 10 includes the first electron transport layer 10a and the second electron transport layer 10b from the hole blocking layer 14p side. And are provided in this order. Excluding these configurations, the light emitting device 1 according to the present embodiment may have the same configuration as the light emitting device 1 according to the first embodiment.
  • the first hole transport layer 6a has a smaller band gap than the second hole transport layer 6b. That is, in this embodiment, in the hole transport layer 6, it can be considered that the band gap gradually increases from the end surface on the anode 4 side to the end surface on the light emitting layer 8 side. Therefore, particularly in the present embodiment, the first hole transport layer 6a has a smaller ionization potential than the second hole transport layer 6b.
  • the second hole transport layer 6b may include a small amount of the element that forms the oxide insulator and that is included in the electron block layer 14n.
  • the hole transport layer 6 in the present embodiment can be obtained. can get.
  • the first hole transport layer 6a is NiO
  • the second hole transport layer 6b is Mg x1 Ni 1-x1 O
  • the electron blocking layer 14n is Mg x2 Ni 1-x2 O.
  • x1 and x2 are real numbers that satisfy 0 ⁇ x1 ⁇ x2 ⁇ 1.
  • the first electron transport layer 10a has a band gap larger than that of the second electron transport layer 10b. That is, in the present embodiment, it can be considered that the band gap of the electron transport layer 10 gradually increases from the end surface on the cathode 12 side to the end surface on the light emitting layer 8 side. Therefore, particularly in the present embodiment, the first electron transport layer 10a has a smaller electron affinity than the second electron transport layer 10b.
  • the first electron transport layer 10a may include a small amount of the element that forms the oxide insulator and that is included in the hole blocking layer 14p.
  • the electron transport layer 10 in the present embodiment is obtained.
  • the second electron transport layer 10b is ZnO
  • the first electron transport layer 10a is Mg y1 Zn 1-y1 O
  • the hole blocking layer 14p is Mg y2 Zn 1-y2 O. It may be.
  • y1 and y2 are real numbers that satisfy 0 ⁇ y1 ⁇ y2 ⁇ 1.
  • the transport of holes and electrons in each layer of the light emitting element 2 is the same as the principle described in Embodiment 1 except the transport of carriers in the hole transport layer 6 and the electron transport layer 10. You may realize by the principle of.
  • the barrier for hole injection shown by the arrow H5 in the present embodiment is the same as in the above-described embodiments because the second hole transport layer 6b has a larger ionization potential than the first hole transport layer 6a. It is smaller than the hole injection barrier indicated by arrow H2. For the same reason, the hole injection barrier indicated by arrow H2 in the present embodiment is smaller than the hole injection barrier indicated by arrow H2 in the above-described embodiments.
  • the light-emitting element 2 of the present embodiment reduces the influence on the hole transport in the hole-transporting layer 6 from the light-emitting element 2 of the above-described embodiments, while reducing the influence from the hole-transporting layer 6 to the electron block.
  • the barrier for hole transport to the layer 14n can be reduced. Therefore, the efficiency of hole transport from the anode 4 to the electron blocking layer 14n is improved, which leads to the improvement of the hole concentration in the light emitting layer 8.
  • the barrier for electron injection shown by the arrow E5 in the present embodiment is the same as the arrow E2 in the above-described embodiments because the first electron transport layer 10a has a smaller electron affinity than the second electron transport layer 10b. Is smaller than the barrier of electron injection.
  • the electron injection barrier indicated by the arrow E2 in the present embodiment is smaller than the electron injection barrier indicated by the arrow E2 in the above-described embodiments.
  • the light emitting device 2 in the present embodiment reduces the influence on the electron transport in the electron transport layer 10 from the electron transport layer 10 to the hole blocking layer 14p as compared with the light emitting device 2 in the above-described embodiments.
  • the barrier of electron transport to the can be reduced. Therefore, the efficiency of electron transport from the cathode 12 to the hole blocking layer 14p is improved, which in turn leads to an improvement in the concentration of electrons in the light emitting layer 8.
  • FIG. 5A is a schematic sectional view of the light emitting device 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 5B is an energy band diagram showing an example of the Fermi level or band gap in each layer of the light emitting device 2 according to this embodiment.
  • the light emitting device 1 according to the present embodiment may have the same configuration as the light emitting device 1 according to the first embodiment except for the band gaps in the hole transport layer 6 and the electron transport layer 10.
  • the hole transport layer 6 in the hole transport layer 6, the band gap gradually increases substantially smoothly from the end surface on the anode 4 side to the end surface on the light emitting layer 8 side.
  • the hole transport layer 6 may be regarded as a structure in which a large number of ultrathin hole transport layers having a gradually increasing band gap are stacked from the anode 4 side.
  • the hole transport layer 6 may have the same bandgap as the electron blocking layer 14n on the end face on the light emitting layer 8 side.
  • the hole transport layer 6 may be regarded as including an ultrathin hole transport layer having substantially the same structure as the electron blocking layer 14n on the end face on the light emitting layer 8 side.
  • the hole transport layer 6a may be Mg x3 Ni 1-x3 O and the electron block layer 14n may be Mg x4 Ni 1-x4 O.
  • x3 and x4 are real numbers that satisfy 0 ⁇ x3 ⁇ x4 ⁇ 1, and x3 monotonically increases from 0 to x4 from the end surface on the anode 4 side to the end surface on the light emitting layer 8 side.
  • the hole transport layer 6 may be obtained by monotonically increasing the output intensity of the sputtering device that gradually sputters Mg in the step of forming the hole transport layer 6 by the sputtering method.
  • the electron transport layer 10 in the electron transport layer 10, the band gap gradually increases substantially smoothly from the end surface on the cathode 12 side to the end surface on the light emitting layer 8 side. ..
  • the electron transport layer 10 may be regarded as a structure in which a large number of ultrathin electron transport layers having a gradually increasing band gap are stacked from the cathode 12 side. Further, the electron transport layer 10 may have a band gap that is substantially the same as that of the hole blocking layer 14p on the end surface on the light emitting layer 8 side. In this case, the electron transport layer 10 may be regarded as including an ultrathin electron transport layer having substantially the same configuration as the hole blocking layer 14p on the end face on the light emitting layer 8 side.
  • the electron transport layer 10 may be Mg y3 Zn 1-y3 O and the hole blocking layer 14p may be Mg y4 Zn 1-y4 O.
  • y3 and y4 are real numbers that satisfy 0 ⁇ y3 ⁇ y4 ⁇ 1, and y3 monotonically increases from 0 to y4 from the end face on the cathode 12 side to the end face on the light emitting layer 8 side.
  • the electron transport layer 10 may be obtained by monotonically increasing the output intensity of the sputtering device that gradually sputters Mg in the step of forming the electron transport layer 10 by the sputtering method.
  • the transport of holes and electrons in each layer of the light emitting element 2 is the same as the principle described in Embodiment 1 except the transport of carriers in the hole transport layer 6 and the electron transport layer 10. You may realize by the principle of.
  • the ionization potential gradually and gradually increases from the end surface on the anode 4 side to the end surface on the light emitting layer 8 side. Therefore, the holes can move smoothly in the hole transport layer 6 as shown by the arrow H6 in FIG. Further, since the ionization potential of the end surface of the hole transport layer 6 on the light emitting layer 8 side is substantially the same as the ionization potential of the electron block layer 14n, the hole injection barrier indicated by the arrow H2 in FIG. Very small.
  • the light-emitting element 2 of the present embodiment reduces the influence on the hole transport in the hole-transporting layer 6 from the light-emitting element 2 of the above-described embodiments, while reducing the influence from the hole-transporting layer 6 to the electron block.
  • the barrier for hole transport to the layer 14n can be reduced. Therefore, the efficiency of hole transport from the anode 4 to the electron blocking layer 14n is improved, which leads to the improvement of the hole concentration in the light emitting layer 8.
  • the electron affinity gradually and gradually decreases from the end surface on the cathode 12 side to the end surface on the light emitting layer 8 side. Therefore, the electrons can smoothly move in the electron transport layer 10 as shown by the arrow E6 in FIG. Further, since the electron affinity at the end surface of the electron transport layer 10 on the light emitting layer 8 side is substantially the same as the electron affinity of the electron block layer 14n, the electron injection barrier shown by the arrow E2 in FIG. 5B is very small. ..
  • the light emitting device 2 in the present embodiment reduces the influence on the electron transport in the electron transport layer 10 from the electron transport layer 10 to the hole blocking layer 14p as compared with the light emitting device 2 in the above-described embodiments.
  • the barrier of electron transport to the can be reduced. Therefore, the efficiency of electron transport from the cathode 12 to the hole blocking layer 14p is improved, which in turn leads to an improvement in the concentration of electrons in the light emitting layer 8.

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Abstract

発光素子（２）は、陽極（４）と、正孔輸送層（６）と、複数の量子ドット（１６）を含む発光層（８）と、電子輸送層（１０）と、陰極（１２）とをこの順に備える。前記発光素子は、さらに、前記正孔輸送層と前記電子輸送層との少なくとも一方と、前記発光層との間に、電荷ブロック層（１４）を備える。前記電荷ブロック層は、元素として、酸化物半導体を構成する遷移金属元素と、Ａｌ、Ｍｇ、およびＳｉのうちの少なくとも１つと、Ｏとを含む。

Description

発光素子、発光デバイス
　本発明は量子ドットを含む発光素子、および当該発光素子を備えた発光デバイスに関する。
　特許文献１には、キャリア注入層と、量子ドットを含む発光層との間に、絶縁材料を含む層を備えた発光素子が開示されている。当該絶縁材料を含む層は、一方の電極から注入された電荷が、発光層において再結合せずに他方の電極に流れ出すことを低減する。
米国特許出願公開「ＵＳ２０１８／００１９４２７Ａ１」
　特許文献１が開示する発光素子においては、各電極から注入された電荷が絶縁層をトンネルする必要があるために、当該絶縁層を極薄く形成する必要がある。また、素子全体の抵抗の上昇を低減する観点においても、上記絶縁層は薄く形成することが求められる。このため、絶縁層の膜厚制御が困難となることから、特許文献１が開示する構成は、発光素子の歩留まりの低下を招来する。
　上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る発光素子は、陽極と、正孔輸送層と、複数の量子ドットを含む発光層と、電子輸送層と、陰極とをこの順に備え、さらに、前記正孔輸送層と前記電子輸送層との少なくとも一方と、前記発光層との間に、電荷ブロック層を備えた発光素子であって、前記電荷ブロック層は、元素として、酸化物半導体を構成する遷移金属元素と、Ａｌ、Ｍｇ、およびＳｉのうちの少なくとも１つと、Ｏとを含む。
　また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る発光素子は、陽極と、正孔輸送層と、複数の量子ドットを含む発光層と、電子輸送層と、陰極とをこの順に備え、さらに、前記正孔輸送層と前記電子輸送層との少なくとも一方と、前記発光層との間に、電荷ブロック層を備えた発光素子であって、前記電荷ブロック層は、元素として、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｌａ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｏ、およびＷのうちの少なくとも１つと、Ａｌ、Ｍｇ、およびＳｉのうちの少なくとも１つと、Ｏとを含む。
　本発明の一態様によれば、発光層からの電荷の流出を低減しつつ、歩留まりを向上した発光素子を実現できる。
本発明の実施形態１に係る発光デバイスの概略断面図と、当該発光デバイスの発光素子における各層のフェルミ準位、または電子親和力とイオン化ポテンシャルとの例を示すエネルギー図である。 本発明の実施形態１に係る電子ブロック層のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力と、電子ブロック層における、酸化物絶縁体を構成する遷移金属元素の割合との関係をそれぞれ示すグラフである。 本発明の実施形態２に係る発光デバイスの概略断面図と、当該発光デバイスの発光素子における各層のフェルミ準位、または電子親和力とイオン化ポテンシャルとの例を示すエネルギー図である。 本発明の実施形態３に係る発光デバイスの概略断面図と、当該発光デバイスの発光素子における各層のフェルミ準位、または電子親和力とイオン化ポテンシャルとの例を示すエネルギー図である。 本発明の実施形態４に係る発光デバイスの概略断面図と、当該発光デバイスの発光素子における各層のフェルミ準位、または電子親和力とイオン化ポテンシャルとの例を示すエネルギー図である。
　〔実施形態１〕
　図１の（ａ）は、本実施形態に係る発光デバイス１の概略断面図である。図１の（ｂ）は、本実施形態に係る発光素子２の各層におけるフェルミ準位、またはバンドギャップの例を示すエネルギーバンド図である。
　図１の（ａ）に示すように、本実施形態に係る発光デバイス１は、発光素子２とアレイ基板３とを備える。発光デバイス１は、図示しないＴＦＴ（Thin Film Transistor）が形成されたアレイ基板３上に、発光素子２の各層が積層された構造を備える。なお、本明細書においては、発光デバイス１の発光素子２からアレイ基板３への方向を「下方向」、発光素子２のアレイ基板３から発光素子２への方向を「上方向」として記載する。
　発光素子２は、陽極４上に、正孔輸送層６と、発光層８と、電子輸送層１０と、陰極１２とを、下層からこの順に備える。アレイ基板３の上層に形成された発光素子２の陽極４は、アレイ基板３のＴＦＴと電気的に接続されている。他の実施形態に係る発光素子においては、アレイ基板の上層に陰極を備え、陰極上に、電子輸送層と、発光層と、正孔輸送層と、陽極とを、この順に備える発光素子であってもよい。
　本実施形態において、発光素子２は、さらに、電荷ブロック層１４を備える。電荷ブロック層１４は、電子ブロック層１４ｎと正孔ブロック層１４ｐとを含む。発光素子２は、電子ブロック層１４ｎを、正孔輸送層６と発光層８との間に備え、正孔ブロック層１４ｐを、電子輸送層１０と発光層８との間に備える。
　なお、本実施形態における発光素子２は、正孔輸送層６と発光層８との間、および電子輸送層１０と発光層８との間の双方に、電荷ブロック層１４をそれぞれ備えている。しかしながら、他の実施形態に係る発光素子においては、電荷ブロック層１４は、電子ブロック層１４ｎまたは正孔ブロック層１４ｐの何れか一方のみを含んでいてもよい。すなわち、発光素子２は、正孔輸送層６と電子輸送層１０との少なくとも一方と、発光層８との間に、電荷ブロック層１４を備える。
　以下、発光素子２の各層の構成について、より詳細に説明する。
　陽極４および陰極１２は導電性材料を含み、それぞれ、正孔輸送層６および電子輸送層１０と電気的に接続されている。
　陽極４と陰極１２との何れか一方は、透明電極である。透明電極としては、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＡＺＯ、ＢＺＯまたはＦＴＯ等が用いられ、スパッタ法等によって成膜されてもよい。また、陽極４または陰極１２のいずれか一方は金属材料を含んでいてもよく、金属材料としては、可視光の反射率の高いＡｌ、Ｃｕ、Ａｕ、ＡｇまたはＭｇの単独またはこれらの合金が好ましい。
　正孔輸送層６は、アノード４からの正孔を発光層８へと輸送する層である。本実施形態において、正孔輸送層６は、ｐ型半導体材料を含む。キャリア濃度とキャリア移動度とを十分に確保する観点、および、水分等による劣化を低減する観点から、正孔輸送層６は、無機材料を含むことが好ましい。特に、本実施形態においては、正孔輸送層６は、酸化物を一例とする半導体材料を含む。具体的に例えば、正孔輸送層６は、Ｎｉ、Ｃｕ、およびＣｒの何れかの酸化物、あるいはこれらの混合体を含む。正孔輸送層６は、これらの材料に、ＬｉまたはＬａが添加された材料を含んでいてもよい。
　電子輸送層１０は、カソード１２からの電子を発光層８へと輸送する層である。本実施形態において、電子輸送層１０は、ｎ型半導体材料を含む。キャリア濃度とキャリア移動度とを十分に確保する観点、および、水分等による劣化を低減する観点から、電子輸送層１０は、正孔輸送層６と同様に、無機材料を含むことが好ましい。特に、本実施形態においては、電子輸送層１０は、正孔輸送層６と同様に、酸化物を一例とする半導体材料を含む。具体的には、電子輸送層１０は、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｖ、Ｍｏ、およびＷの何れかのカルゴゲナイド、あるいはこれらの混合体を含む。
　なお、本実施形態において、正孔輸送層６および電子輸送層１０がそれぞれ含む材料は、一部酸素欠損を含んでいてもよい。また、正孔輸送層６および電子輸送層１０は、一般的な電荷輸送層と同様に、微量のドーパントを含んでいてもよい。
　発光層８は、複数の量子ドット（半導体ナノ粒子）１６を含む層である。発光層８は、数層の発光層が積層したものであってもよい。ここで、発光層８における量子ドット１６は、図１の（ａ）に示すように、規則正しく配置されている必要はなく、量子ドット１６は無秩序に発光層８に含まれていてもよい。発光層８は、ヘキサンまたはトルエン等の溶媒に量子ドット１６を分散させた分散液から、スピンコート法、またはインクジェット法等によって成膜することができる。分散液にはチオール、アミン等分散材料を混合してもよい。発光層８の膜厚は、２～７０ｎｍが好ましい。
　量子ドット１６は、価電子帯準位と伝導帯準位とを有し、価電子帯準位の正孔と伝導帯準位の電子との再結合によって発光する発光材料である。量子ドット１６からの発光は、量子閉じ込め効果により狭いスペクトルを有するため、比較的深い色度の発光を得ることが可能である。
　量子ドット１６は、当該分野において利用される材料から適宜選択されてもよい。また、量子ドット１６は、例えば、コアと、当該コアの外殻であるシェルとを有する、コア／シェル構造を備えていてもよい。なお、発光層８は、さらに、量子ドット１６の最外層と配位結合するリガンドを備えていてもよい。
　量子ドット１６の粒径は２～１５ｎｍ程度である。量子ドット１６からの発光の波長は、量子ドット１６の粒径によって制御することができる。このため、量子ドット１６の粒径を制御することにより、発光デバイス１が発する光の波長を制御できる。
　電荷ブロック層１４は、一方の電極から発光層８まで輸送された電荷が、発光層８において再結合せずに他方の電極に流れ出すことを防止する機能を有する。具体的には、電荷ブロック層１４のそれぞれは、電極から注入されたキャリア、すなわち、陽極４から注入された正孔、および、陰極１２から注入された電子のうち、何れか一方のみの移動を阻害することにより、電荷の移動を阻害する。
　例えば、正孔ブロック層１４ｐは、陽極４から正孔輸送層６を介して発光層８に輸送された正孔が、電子輸送層１０を介して陰極１２に流れ出さないよう、正孔の移動を阻害する。ここで、正孔ブロック層１４ｐは、陰極１２から電子輸送層１０に輸送された電子が、さらに発光層８に移動することを阻害しないことが好ましい。
　一方、電子ブロック層１４ｎは、陰極１２から電子輸送層１０を介して発光層８に輸送された電子が、正孔輸送層６を介して陽極４に流れ出さないよう、電子の移動を阻害する。ここで、電子ブロック層１４ｎは、陽極４から正孔輸送層６に輸送された正孔が、さらに発光層８に移動することを阻害しないことが好ましい。
　電荷ブロック層１４は、元素として、酸化物半導体を構成する遷移金属元素と、酸化物絶縁体を構成する元素と、酸素とを含む。
　酸化物半導体を構成する遷移金属元素とは、酸化することにより、半導体となる遷移金属元素を指す。電荷ブロック層１４は、遷移金属元素として、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｌａ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｏ、およびＷのうちの少なくとも１つ含んでいてもよい。
　酸化物絶縁体を構成する元素とは、酸化することにより、絶縁体となる元素を指す。電荷ブロック層１４は、酸化物絶縁体を構成する元素として、Ａｌ、Ｍｇ、およびＳｉのうちの少なくとも１つを含む。
　すなわち、電荷ブロック層１４は、酸化物半導体を構成する材料と酸化物絶縁体を構成する材料とが混合されることにより、キャリア密度が低下した半導体の相を形成する。本実施形態において、電荷ブロック層１４は、当該キャリア密度が低下した半導体の酸化物を含んでいる。
　本実施形態において、電子ブロック層１４ｎは、元素として、Ｎｉ、Ｍｇ、およびＯを含んでいてもよい。この場合、例えば、電子ブロック層１４ｎはＭｇｘＮｉ１－ｘＯを含んでいる。ここで、ｘは０＜ｘ＜１を満たす実数である。また、本実施形態において、正孔ブロック層１４ｐは、元素として、Ｚｎ、Ｍｇ、およびＯを含んでいてもよい。この場合、例えば、電子ブロック層１４ｎはＭｇｙＺｎ１－ｙＯを含んでいる。ここで、ｙは０＜ｙ＜１を満たす実数である。
　正孔輸送層６、電子輸送層１０、および電荷ブロック層１４のそれぞれは、スパッタ法によって形成してもよい。
　ここで、正孔輸送層６と電子ブロック層１４ｎとは、スパッタ法により連続して形成してもよい。例えば、正孔輸送層６と電子ブロック層１４ｎとは、ＮｉＯのスパッタを実行し、途中から、Ｍｇをスパッタするスパッタ装置を稼働して、ＮｉＯとＭｇとのスパッタを同時に行うことにより、形成してもよい。これにより、ＮｉＯを含む正孔輸送層６と、ＭｇｘＮｉ１－ｘＯを含む電子ブロック層１４ｎとを連続して形成できる。
　上述のように、正孔輸送層６と電子ブロック層１４ｎとを連続したスパッタにより形成するためには、電子ブロック層１４ｎは、構成元素として、正孔輸送層６の構成元素の少なくとも１つと同じ元素を含むことが好ましい。なお、正孔輸送層６と電子ブロック層１４ｎとのそれぞれは、スパッタ法を用いて個別に形成してもよい。この場合、正孔輸送層６と電子ブロック層１４ｎとのそれぞれの構成元素は異なっていてもよい。
　また、電子輸送層１０と正孔ブロック層１４ｐとは、スパッタ法により連続して形成してもよい。例えば、電子輸送層１０と正孔ブロック層１４ｐとは、ＺｎＯとＭｇとのスパッタを実行し、途中から、Ｍｇをスパッタするスパッタ装置を停止して、ＺｎＯのみのスパッタを行うことにより、形成してもよい。これにより、ＺｎＯを含む電子輸送層１０と、ＭｇｙＺｎ１－ｙＯを含む正孔ブロック層１４ｐとを連続して形成できる。
　上述のように、電子輸送層１０と正孔ブロック層１４ｐとを連続したスパッタにより形成するためには、正孔ブロック層１４ｐは、構成元素として、電子輸送層１０の構成元素の少なくとも１つと同じ元素を含むことが好ましい。なお、電子輸送層１０と正孔ブロック層１４ｐとのそれぞれは、スパッタ法または従来公知のその他の薄膜形成手法を用いて個別に形成してもよい。この場合、電子輸送層１０と正孔ブロック層１４ｐのそれぞれの構成元素は異なっていてもよい。
　次に、本実施形態に係る発光素子２の各層におけるエネルギーバンドについて、図１の（ｂ）を参照して説明する。図１の（ｂ）は、本実施形態に係る発光素子２の各層におけるフェルミ準位、またはバンドギャップの例を示すエネルギーバンド図である。
　なお、本明細書のエネルギーバンド図においては、各層の、真空準位を基準としたエネルギー準位を示している。また、本明細書のエネルギーバンド図においては、付した部材番号と対応する部材のフェルミ準位、またはバンドギャップを示す。陽極４および陰極１２についてはフェルミ準位を、正孔輸送層６、発光層８、電子輸送層１０、および電荷ブロック層１４については、電子親和力からイオン化ポテンシャルまでのバンドギャップをそれぞれ示す。
　本実施形態において、例えば、正孔輸送層６がＮｉＯを含む場合、正孔輸送層６のイオン化ポテンシャルは５．２ｅＶ前後であり、正孔輸送層６の電子親和力は２．０ｅＶ前後である。また、本実施形態において、例えば、電子輸送層１０がＺｎＯを含む場合、電子輸送層１０のイオン化ポテンシャルは７．０ｅＶ前後であり、電子輸送層１０の電子親和力は３．８ｅＶ前後である。なお、量子ドット１６の材料および粒径によっても変化するが、発光層８のイオン化ポテンシャルは５．０ｅＶ～７．０ｅＶ程度であり、電子親和力は２．０ｅＶ～３．５ｅＶ程度である。
　電荷ブロック層１４は、酸化物半導体を構成する遷移金属元素と、酸化物絶縁体を構成する元素とを混合して含む。このため、電荷ブロック層１４は、通常、酸化物半導体のみのバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する。特に、本実施形態においては、図１の（ｂ）に示すように、電子ブロック層１４ｎは、正孔輸送層６のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有し、正孔ブロック層１４ｐは、電子輸送層１０のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する。
　本実施形態に係る発光デバイス１の発光機構について、図１を参照して説明する。
　発光デバイス１において、陽極４と陰極１２との間に電位差を与えることにより、陽極４からは正孔が、陰極１２からは電子が、発光層８に向かって注入される。図１の（ａ）の矢印ｈ＋に示すように、陽極４からの正孔は、正孔輸送層６および電子ブロック層１４ｎを介して、発光層８に到達する。図１の（ａ）の矢印ｅ－に示すように、陰極１２からの電子は、電子輸送層１０および正孔ブロック層１４ｐを介して、発光層８に到達する。
　発光層８に到達した正孔と電子とは、量子ドット１６において再結合し、発光する。量子ドット１６からの発光は、例えば、金属電極である陽極４によって反射され、透明電極である陰極１２を透過して、発光デバイス１の外部に放射されてもよい。他の実施形態において、量子ドット１６からの発光は、例えば、金属電極である陰極１２によって反射され、透明電極である陽極４およびアレイ基板３を透過して、発光デバイス１の外部に放射されてもよい。
　発光素子２の各層において、正孔および電子が輸送される様子を、図１の（ｂ）を参照して説明する。
　発光デバイス１において、陽極４と陰極１２との間に電位差が発生すると、図１の（ｂ）の矢印Ｈ１に示すように、陽極４から正孔輸送層６へと正孔が注入される。同様に、図１の（ｂ）の矢印Ｅ１に示すように、陰極１２から電子輸送層１０へと電子が注入される。
　次いで、図１の（ｂ）の矢印Ｈ２に示すように、正孔輸送層６から電子ブロック層１４ｎへと正孔が注入される。この際、電子ブロック層１４ｎは、純粋な酸化物絶縁体ではなく、ｐ型の酸化物半導体を形成する元素を含むため、低密度ながらキャリアを有する。したがって、電子ブロック層１４ｎに注入された正孔は、電子ブロック層１４ｎ中を、発光層８に向かって移動することができる。このため、電子ブロック層１４ｎにおける正孔は、図１の（ｂ）の矢印Ｈ３に示すように、発光層８に注入される。
　ここで、電子ブロック層１４ｎのバンドギャップは、正孔輸送層６のバンドギャップよりも大きく、電子ブロック層１４ｎのイオン化ポテンシャルは、正孔輸送層６のイオン化ポテンシャルよりも大きい。
　このため、電子ブロック層１４ｎから発光層８への正孔注入の障壁は、正孔輸送層６から発光層８へ直接正孔を注入する場合の障壁と比較して小さくなる。したがって、本実施形態においては、陽極４からの正孔を、発光層８に輸送する効率が上昇し、ひいては、発光層８における正孔の濃度の増加につながる。
　また、電子ブロック層１４ｎは、ｐ型の酸化物半導体を形成する元素を含む。このため、電子ブロック層１４ｎは、絶縁体材料のみから形成された場合に比べて、発光層８への注入を意図するキャリア（正孔）が、移動を阻害したいキャリア（電子）よりも、容易に通過できる層となる。したがって、電子ブロック層１４ｎは、高効率の正孔注入と電子ブロックとの機能を兼ね備えた層となる。
　同様に、図１の（ｂ）の矢印Ｅ２に示すように、電子輸送層１０から正孔ブロック層１４ｐへと電子が注入される。この際、正孔ブロック層１４ｐは、純粋な酸化物絶縁体ではなく、ｎ型の酸化物半導体を形成する元素を含むため、低密度ながらキャリアを有する。したがって、正孔ブロック層１４ｐに注入された電子は、正孔ブロック層１４ｐ中を、発光層８に向かって移動することができる。このため、正孔ブロック層１４ｐにおける電子は、図１の（ｂ）の矢印Ｅ３に示すように、発光層８に注入される。
　ここで、正孔ブロック層１４ｐのバンドギャップは、電子輸送層１０のバンドギャップよりも大きく、正孔ブロック層１４ｐの電子親和力は、電子輸送層１０の電子親和力よりも小さい。
　このため、正孔ブロック層１４ｐから発光層８への電子注入の障壁は、電子輸送層１０から発光層８へ直接電子を注入する場合の障壁と比較して小さくなる。したがって、本実施形態においては、陰極１２からの電子を、発光層８に輸送する効率が上昇し、ひいては、発光層８における電子の濃度の増加につながる。
　また、正孔ブロック層１４ｐは、ｎ型の酸化物半導体を形成する元素を含む。このため、正孔ブロック層１４ｐは、絶縁体材料のみから形成された場合に比べて、発光層８への注入を意図するキャリア（電子）が、移動を阻害したいキャリア（正孔）よりも、容易に通過できる層となる。したがって、正孔ブロック層１４ｐは、高効率の電子注入と正孔ブロックとの機能を兼ね備えた層となる。
　上述のように、発光層８に輸送された正孔と電子とが、量子ドット１６において再結合することにより、量子ドット１６からの発光が得られる。
　ここで、電子ブロック層１４ｎの電子親和力を、発光層８の電子親和力から引いた値は、発光層８に輸送された電子を、さらに、発光層８から電子ブロック層１４ｎに注入する際の、電子注入の障壁に対応する。また、電子ブロック層１４ｎの電子親和力は、正孔輸送層６の電子親和力よりも小さい。
　このため、図１の（ｂ）の矢印Ｈ４に示す、発光層８から電子ブロック層１４ｎへの正孔注入の障壁は、発光層８から正孔輸送層６へ直接電子を注入する場合の障壁と比較して大きくなる。したがって、本実施形態においては、発光層８における電子の、正孔輸送層６側への流出を、電子ブロック層１４ｎがより効率よく阻害し、ひいては、発光層８における電子の濃度の増加につながる。
　なお、電子ブロック層１４ｎの電子親和力は、発光層８の電子親和力よりも、１．０ｅＶ以上小さいことが好ましい。上記構成であれば、電子ブロック層１４ｎが、発光層８に輸送された電子の、正孔輸送層６側への流出を十分に低減することができる。
　同様に、正孔ブロック層１４ｐのイオン化ポテンシャルから、発光層８のイオン化ポテンシャルを引いた値は、発光層８に輸送された正孔を、さらに、発光層８から正孔ブロック層１４ｐに注入する際の正孔注入の障壁に対応する。また、正孔ブロック層１４ｐのイオン化ポテンシャルは、電子輸送層１０のイオン化ポテンシャルよりも大きい。
　このため、図１の（ｂ）の矢印Ｅ４に示す、発光層８から正孔ブロック層１４ｐへの正孔注入の障壁は、発光層８から電子輸送層１０へ直接正孔を注入する場合の障壁と比較して大きくなる。したがって、本実施形態においては、発光層８における正孔の、電子輸送層１０側への流出を、正孔ブロック層１４ｐがより効率よく阻害し、ひいては、発光層８における正孔の濃度の増加につながる。
　なお、正孔ブロック層１４ｐのイオン化ポテンシャルは、発光層８のイオン化ポテンシャルよりも、１．０ｅＶ以上大きいことが好ましい。上記構成であれば、正孔ブロック層１４ｐが、発光層８に輸送された正孔の、電子輸送層１０側への流出を十分に低減することができる。
　上述のように、電子ブロック層１４ｎおよび正孔ブロック層１４ｐにより、発光層８における正孔および電子の濃度が向上する。このため、発光層８における正孔および電子の再結合が効率よく発生する。したがって、本実施形態においては、電子ブロック層１４ｎおよび正孔ブロック層１４ｐにより、発光素子２の発光効率が改善される。
　電子ブロック層１４ｎの電子輸送の阻害機能、および正孔ブロック層１４ｐの正孔輸送の阻害機能を向上させるためには、電子ブロック層１４ｎおよび正孔ブロック層１４ｐそれぞれのバンドギャップを増大させることが望ましい。また、電子ブロック層１４ｎから発光層８への正孔注入の効率、および、正孔ブロック層１４ｐから発光層８への電子注入の効率を改善する観点からも、電子ブロック層１４ｎおよび正孔ブロック層１４ｐそれぞれのバンドギャップを増大させることが望ましい。
　ここで、ＭｇｘＮｉ１－ｘＯを含む電子ブロック層１４ｎを例に挙げて、電荷ブロック層１４における酸化物絶縁体を構成する元素の比率と、バンドギャップとの関係を、図２を参照して詳細に説明する。
　図２の各図において、横軸は、電子ブロック層１４ｎにおける酸素を除いた元素のうち、Ｍｇの総原子数の、Ｍｇの総原子数とＮｉの総原子数との合計に対する割合である。すなわち、図２の各図の横軸は、電子ブロック層１４ｎが、Ｏを除く元素のうち、酸化物絶縁体を構成する元素を含む割合を、原子パーセントを単位として示す。図２においては、電子ブロック層１４ｎのイオン化ポテンシャルを、図２の（ａ）の縦軸に、電子ブロック層１４ｎの電子親和力を、図２の（ｂ）の縦軸にそれぞれとって示している。
　図２の（ａ）および（ｂ）のそれぞれに示すように、電子ブロック層１４ｎにおけるＭｇ、すなわち、酸化物絶縁体を構成する元素の比率が高くなるにつれて、イオン化ポテンシャルは大きくなり、電子親和力は小さくなる。すなわち、電子ブロック層１４ｎにおける酸化物絶縁体を構成する元素の比率が高くなるにつれて、バンドギャップは増大する。
　特に、図２の（ａ）および（ｂ）のそれぞれに示すように、電子ブロック層１４ｎにおけるＭｇ、すなわち、酸化物絶縁体を構成する元素の比率が、９０原子パーセントを超えると、電子親和力は急激に小さくなる。
　したがって、電子ブロック層１４ｎが、Ｏを除く元素のうち、Ｍｇ、すなわち、酸化物絶縁体を構成する元素を、９０原子パーセント以上含むことは、電子ブロック層１４ｎのバンドギャップを効率よく増大させる観点から好ましい。なお、本実施形態において、電子ブロック層１４ｎは、純粋な絶縁体ではなく、少なくとも酸化物半導体を構成する遷移金属元素を含む。この点から、本実施形態において、電子ブロック層１４ｎは、Ｏを除く元素のうち、酸化物絶縁体を構成する元素を、１００原子パーセント未満含む。
　なお、正孔ブロック層１４ｐが、Ｏを除く元素のうち、酸化物絶縁体を構成する元素を含む割合と、正孔ブロック層１４ｐのバンドギャップとの関係は、電子ブロック層１４ｎと同様の傾向にある。したがって、正孔ブロック層１４ｐが、Ｏを除く元素のうち、Ｍｇ、すなわち、酸化物絶縁体を構成する元素を、９０原子パーセント以上１００原子パーセント未満含むことが好ましい。
　本実施形態においては、電荷ブロック層１４により、一方の電極から注入された電荷が、発光層において再結合せずに他方の電極に流れ出すことを低減される。このために、発光素子２の発光効率が改善する。
　また、電荷ブロック層１４は、純粋な酸化物絶縁体ではなく、酸化物半導体を構成する遷移金属元素を一部含んでいる。このため、電荷ブロック層１４は、低密度ながらもキャリアを有するため、上記一方の電極から注入された電荷を完全に遮蔽することなく、発光層８に輸送することができる。
　したがって、電荷ブロック層１４は、電荷をトンネルさせる必要がないため、ある程度の膜厚を確保して形成することができる。ゆえに、電荷ブロック層１４の膜厚制御が容易となり、発光素子２の歩留まりが向上する。
　なお、電荷ブロック層１４の膜厚をより確実に制御する観点から、電荷ブロック層１４のそれぞれの膜厚は、３ｎｍ以上であることが好ましく、４ｎｍ以上であることがより好ましい。また、発光素子２全体の抵抗上昇を低減する観点から、電荷ブロック層１４のそれぞれの膜厚は、３０ｎｍ以下であることが好ましく、１５ｎｍ以下であることがより好ましい。
　本実施形態においては、正孔輸送層６が、ＮｉＯを含む場合を例に挙げたが、これに限られない。正孔輸送層６は、例えば、Ｍｇ、すなわち、電子ブロック層１４ｎが、酸化物絶縁体を構成する元素として含む元素を含んでいてもよい。この場合、正孔輸送層６は、酸化物絶縁体を構成する元素を、電子ブロック層１４ｎにおける割合より低い割合だけ含むことが好ましい。これにより、正孔輸送層６のバンドギャップが、電子ブロック層１４ｎのバンドギャップよりも小さい状態を維持できる。
　正孔輸送層６が酸化物絶縁体を構成する元素を少量備えることにより、正孔輸送層６のバンドギャップがわずかに増大し、正孔輸送層６のイオン化ポテンシャルも増大する。このため、正孔輸送層６から電子ブロック層１４ｎへの正孔注入の障壁が小さくなるため、より陽極４から発光層８への正孔輸送の効率が改善する。
　また、本実施形態においては、電子輸送層１０が、ＺｎＯを含む場合を例に挙げたが、これに限られない。電子輸送層１０は、例えば、Ｍｇ、すなわち、正孔ブロック層１４ｐが、酸化物絶縁体を構成する元素として含む元素を含んでいてもよい。この場合、電子輸送層１０は、酸化物絶縁体を構成する元素を、正孔ブロック層１４ｐにおける割合より低い割合だけ含むことが好ましい。これにより、電子輸送層１０のバンドギャップが、正孔ブロック層１４ｐのバンドギャップよりも小さい状態を維持できる。
　電子輸送層１０が酸化物絶縁体を構成する元素を少量備えることにより、電子輸送層１０のバンドギャップがわずかに増大し、電子輸送層１０の電子親和力が減少する。このため、電子輸送層１０から正孔ブロック層１４ｐへの電子注入の障壁が小さくなるため、より陰極１２から発光層８への電子輸送の効率が改善する。
　さらに、本実施形態においては、陽極４と正孔輸送層６との間に、陽極４から正孔輸送層６への正孔注入を効率的に行うための、正孔注入層（図示しない）を形成してもよい。正孔輸送層の材料としては、有機または無機の伝導体材料、あるいは、ｐ型またはｎ型の半導体材料を適用可能である。具体的に例えば、正孔輸送層の材料として、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、ＨＡＴ－ＣＮ等の有機材料、Ｍｏ、Ｗｏ、Ｖ等の何れかの酸化物を適用可能である。以降の実施形態についても、上記を同様に適用可能である。
　〔実施形態２〕
　図３の（ａ）は、本実施形態に係る発光デバイス１の概略断面図である。図３の（ｂ）は、本実施形態に係る発光素子２の各層におけるフェルミ準位、またはバンドギャップの例を示すエネルギーバンド図である。
　本実施形態に係る発光デバイス１は、前実施形態に係る発光デバイス１と比較して、図３の（ａ）に示すように、発光層８と電荷ブロック層１４との間のそれぞれに、さらに、絶縁層１４ｉを備える点を除いて、同一の構成を備えている。
　絶縁層１４ｉは、例えば、酸化物絶縁体であってもよく、電荷ブロック層１４の何れかが含む、酸化物絶縁体を構成する元素の酸化物であってもよい。すなわち、本実施形態においては、例えば、絶縁層１４ｉは、ＭｇＯであってもよい。絶縁層１４ｉは、電荷ブロック層１４よりも薄く形成され、例えば、１ｎｍ～２ｎｍ程度の膜厚を有する。図３の（ｂ）に示すように、絶縁層１４ｉは、電荷ブロック層１４よりも大きいバンドギャップを有する。
　本実施形態において、発光素子２の各層における、正孔および電子の輸送は、電荷ブロック層１４のそれぞれから発光層８への輸送を除いて、前実施形態にて説明した原理と同一の原理にて実現してもよい。
　本実施形態においては、図３の（ｂ）の矢印Ｈ３に示すように、電子ブロック層１４ｎにおける正孔が、絶縁層１４ｉを介して発光層８に注入される。この際、絶縁層１４ｉは十分に薄いため、正孔は絶縁層１４ｉをトンネルして発光層８に輸送される。また、絶縁層１４ｉのバンドギャップは十分に大きいため、図３の（ｂ）の矢印Ｈ４に示す、発光層８から正孔ブロック層１４ｐへの正孔注入はさらに生じにくくなる。したがって、絶縁層１４ｉは、より発光層８における正孔の濃度の増加に寄与する。
　同様に、図３の（ｂ）の矢印Ｅ３に示すように、正孔ブロック層１４ｐにおける電子が、絶縁層１４ｉを介して発光層８に注入される。この際、絶縁層１４ｉは十分に薄いため、電子は絶縁層１４ｉをトンネルして発光層８に輸送される。また、絶縁層１４ｉのバンドギャップは十分に大きいため、図３の（ｂ）の矢印Ｅ４に示す、発光層８から電子ブロック層１４ｎへの電子注入はさらに生じにくくなる。したがって、絶縁層１４ｉは、より発光層８における電子の濃度の増加に寄与する。
　以上より、本実施形態における発光素子２は、絶縁層１４ｉにより、発光効率がより改善される。なお、本実施形態において、絶縁層１４ｉは、必ずしも均一に成膜されなくともよい。例えば、絶縁層１４ｉの一部が極端に薄く形成され、電荷が流出しやすい位置が発生した場合であっても、電荷ブロック層１４により、当該位置からの電荷の流出がある程度低減される。したがって、絶縁層１４ｉの成膜に不良が生じた場合であっても、発光素子２全体の不良に繋がりにくくなるため、発光素子２の歩留まりが維持される。
　〔実施形態３〕
　図４の（ａ）は、本実施形態に係る発光デバイス１の概略断面図である。図４の（ｂ）は、本実施形態に係る発光素子２の各層におけるフェルミ準位、またはバンドギャップの例を示すエネルギーバンド図である。
　本実施形態に係る発光デバイス１において、図４の（ａ）に示すように、正孔輸送層６は、陽極４側から、第１正孔輸送層６ａと第２正孔輸送層６ｂとを、この順に備えている。さらに、本実施形態に係る発光デバイス１において、図４の（ａ）に示すように、電子輸送層１０は、正孔ブロック層１４ｐ側から、第１電子輸送層１０ａと第２電子輸送層１０ｂとを、この順に備えている。これらの構成を除くと、本実施形態に係る発光デバイス１は、実施形態１に係る発光デバイス１と比較して、同一の構成を備えていてもよい。
　本実施形態において、第１正孔輸送層６ａは、第２正孔輸送層６ｂよりも小さいバンドギャップを有する。すなわち、本実施形態においては、正孔輸送層６において、陽極４側の端面から発光層８側の端面にかけて、次第にバンドギャップが増大していると見なせる。このため、本実施形態においては、特に、第１正孔輸送層６ａは、第２正孔輸送層６ｂよりも小さいイオン化ポテンシャルを有する。
　第２正孔輸送層６ｂは、電子ブロック層１４ｎが含む、酸化物絶縁体を構成する元素を少量含んでいてもよい。ここで、当該元素について、第２正孔輸送層６ｂにおける密度を、第１正孔輸送層６ａと電子ブロック層１４ｎとの中間の値とすることにより、本実施形態における正孔輸送層６が得られる。
　本実施形態においては、例えば、第１正孔輸送層６ａがＮｉＯであり、第２正孔輸送層６ｂがＭｇｘ１Ｎｉ１－ｘ１Ｏであり、電子ブロック層１４ｎがＭｇｘ２Ｎｉ１－ｘ２Ｏであってもよい。ここで、ｘ１およびｘ２は、０＜ｘ１＜ｘ２＜１を満たす実数である。これにより、上述した通り、第１正孔輸送層６ａ、第２正孔輸送層６ｂ、および電子ブロック層１４ｎを、スパッタ法により連続して形成できる。
　本実施形態において、第１電子輸送層１０ａは、第２電子輸送層１０ｂよりも大きいバンドギャップを有する。すなわち、本実施形態においては、電子輸送層１０において、陰極１２側の端面から発光層８側の端面にかけて、次第にバンドギャップが増大していると見なせる。このため、本実施形態においては、特に、第１電子輸送層１０ａは、第２電子輸送層１０ｂよりも小さい電子親和力を有する。
　第１電子輸送層１０ａは、正孔ブロック層１４ｐが含む、酸化物絶縁体を構成する元素を少量含んでいてもよい。ここで、当該元素について、第１電子輸送層１０ａにおける密度を、第２正孔輸送層１０ｂと正孔ブロック層１４ｐとの中間の値とすることにより、本実施形態における電子輸送層１０が得られる。
　本実施形態においては、例えば、第２電子輸送層１０ｂがＺｎＯであり、第１電子輸送層１０ａがＭｇｙ１Ｚｎ１－ｙ１Ｏであり、正孔ブロック層１４ｐがＭｇｙ２Ｚｎ１－ｙ２Ｏであってもよい。ここで、ｙ１およびｙ２は、０＜ｙ１＜ｙ２＜１を満たす実数である。これにより、上述した通り、正孔ブロック層１４ｐ、第１電子輸送層１０ａ、および第２電子輸送層１０ｂを、スパッタ法により連続して形成できる。
　本実施形態において、発光素子２の各層における、正孔および電子の輸送は、正孔輸送層６中および電子輸送層１０中におけるキャリアの輸送を除いて、実施形態１にて説明した原理と同一の原理にて実現してもよい。
　本実施形態においては、正孔輸送層６中の正孔の移動において、図４の（ｂ）の矢印Ｈ５に示す、第１正孔輸送層６ａから第２正孔輸送層６ｂへの正孔注入に障壁が存在する。しかしながら、本実施形態における矢印Ｈ５にて示す正孔注入の障壁は、第２正孔輸送層６ｂが、第１正孔輸送層６ａよりも大きいイオン化ポテンシャルを有するために、前述までの実施形態における矢印Ｈ２にて示す正孔注入の障壁よりも小さい。同様の理由から、本実施形態における矢印Ｈ２にて示す正孔注入の障壁についても、前述までの実施形態における矢印Ｈ２にて示す正孔注入の障壁よりも小さい。
　したがって、本実施形態における発光素子２は、前述までの実施形態における発光素子２と比較して、正孔輸送層６中の正孔輸送に対する影響を低減しつつ、正孔輸送層６から電子ブロック層１４ｎへの正孔輸送の障壁を低減できる。このため、陽極４から電子ブロック層１４ｎへの正孔輸送の効率が改善し、ひいては、発光層８における正孔の濃度の向上につながる。
　本実施形態においては、電子輸送層１０中の電子の移動において、図４の（ｂ）の矢印Ｅ５に示す、第２電子輸送層１０ｂから第１電子輸送層１０ａへの電子注入に障壁が存在する。しかしながら、本実施形態における矢印Ｅ５にて示す電子注入の障壁は、第１電子輸送層１０ａが、第２電子輸送層１０ｂよりも小さい電子親和力を有するために、前述までの実施形態における矢印Ｅ２にて示す電子注入の障壁よりも小さい。同様の理由から、本実施形態における矢印Ｅ２にて示す電子注入の障壁についても、前述までの実施形態における矢印Ｅ２にて示す電子注入の障壁よりも小さい。
　したがって、本実施形態における発光素子２は、前述までの実施形態における発光素子２と比較して、電子輸送層１０中の電子輸送に対する影響を低減しつつ、電子輸送層１０から正孔ブロック層１４ｐへの電子輸送の障壁を低減できる。このため、陰極１２から正孔ブロック層１４ｐへの電子輸送の効率が改善し、ひいては、発光層８における電子の濃度の向上につながる。
　〔実施形態４〕
　図５の（ａ）は、本実施形態に係る発光デバイス１の概略断面図である。図５の（ｂ）は、本実施形態に係る発光素子２の各層におけるフェルミ準位、またはバンドギャップの例を示すエネルギーバンド図である。
　本実施形態に係る発光デバイス１は、実施形態１に係る発光デバイス１と比較して、正孔輸送層６および電子輸送層１０におけるバンドギャップを除いて、同一の構成を備えていてもよい。
　本実施形態においては、図５の（ｂ）に示すように、正孔輸送層６において、陽極４側の端面から発光層８側の端面にかけて、次第にバンドギャップが略滑らかに増大している。本実施形態において、正孔輸送層６は、次第にバンドギャップが増大する極薄の正孔輸送層が、陽極４側から多数積層された構成とみなしてもよい。また、正孔輸送層６は、発光層８側の端面において、電子ブロック層１４ｎと略同一のバンドギャップを有していてもよい。この場合、正孔輸送層６は、発光層８側の端面において、電子ブロック層１４ｎと略同一の構成を備えた極薄の正孔輸送層を備えているとみなしてもよい。
　本実施形態においては、例えば、正孔輸送層６ａがＭｇｘ３Ｎｉ１－ｘ３Ｏであり、電子ブロック層１４ｎがＭｇｘ４Ｎｉ１－ｘ４Ｏであってもよい。ここで、ｘ３およびｘ４は、０≦ｘ３≦ｘ４＜１を満たす実数であり、ｘ３は、陽極４側の端面から発光層８側の端面にかけて、０からｘ４まで単調増加する。この場合における正孔輸送層６は、正孔輸送層６のスパッタ法による形成工程において、次第にＭｇをスパッタするスパッタ装置の出力強度を単調増加させることにより得られてもよい。
　一方、本実施形態においては、図５の（ｂ）に示すように、電子輸送層１０において、陰極１２側の端面から発光層８側の端面にかけて、次第にバンドギャップが略滑らかに増大している。本実施形態において、電子輸送層１０は、次第にバンドギャップが増大する極薄の電子輸送層が、陰極１２側から多数積層された構成とみなしてもよい。また、電子輸送層１０は、発光層８側の端面において、正孔ブロック層１４ｐと略同一のバンドギャップを有していてもよい。この場合、電子輸送層１０は、発光層８側の端面において、正孔ブロック層１４ｐと略同一の構成を備えた極薄の電子輸送層を備えていると見なしてもよい。
　本実施形態においては、例えば、電子輸送層１０がＭｇｙ３Ｚｎ１－ｙ３Ｏであり、正孔ブロック層１４ｐがＭｇｙ４Ｚｎ１－ｙ４Ｏであってもよい。ここで、ｙ３およびｙ４は、０≦ｙ３≦ｙ４＜１を満たす実数であり、ｙ３は、陰極１２側の端面から発光層８側の端面にかけて、０からｙ４まで単調増加する。この場合における電子輸送層１０は、電子輸送層１０のスパッタ法による形成工程において、次第にＭｇをスパッタするスパッタ装置の出力強度を単調増加させることにより得られてもよい。
　本実施形態において、発光素子２の各層における、正孔および電子の輸送は、正孔輸送層６中および電子輸送層１０中におけるキャリアの輸送を除いて、実施形態１にて説明した原理と同一の原理にて実現してもよい。
　本実施形態における正孔輸送層６において、陽極４側の端面から発光層８側の端面にかけて、次第にイオン化ポテンシャルが略滑らかに増大している。このため、正孔は、図５の（ｂ）における矢印Ｈ６に示すように、正孔輸送層６中を滑らかに移動できる。また、正孔輸送層６の発光層８側の端面におけるイオン化ポテンシャルは、電子ブロック層１４ｎのイオン化ポテンシャルと略同一であるため、図５の（ｂ）における矢印Ｈ２に示す正孔注入の障壁はごく小さい。
　したがって、本実施形態における発光素子２は、前述までの実施形態における発光素子２と比較して、正孔輸送層６中の正孔輸送に対する影響を低減しつつ、正孔輸送層６から電子ブロック層１４ｎへの正孔輸送の障壁を低減できる。このため、陽極４から電子ブロック層１４ｎへの正孔輸送の効率が改善し、ひいては、発光層８における正孔の濃度の向上につながる。
　同様に、本実施形態における電子輸送層１０において、陰極１２側の端面から発光層８側の端面にかけて、次第に電子親和力が略滑らかに減少している。このため、電子は、図５の（ｂ）における矢印Ｅ６に示すように、電子輸送層１０中を滑らかに移動できる。また、電子輸送層１０の発光層８側の端面における電子親和力は、電子ブロック層１４ｎの電子親和力と略同一であるため、図５の（ｂ）における矢印Ｅ２に示す電子注入の障壁はごく小さい。
　したがって、本実施形態における発光素子２は、前述までの実施形態における発光素子２と比較して、電子輸送層１０中の電子輸送に対する影響を低減しつつ、電子輸送層１０から正孔ブロック層１４ｐへの電子輸送の障壁を低減できる。このため、陰極１２から正孔ブロック層１４ｐへの電子輸送の効率が改善し、ひいては、発光層８における電子の濃度の向上につながる。
　本開示は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本開示の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
１　　　発光デバイス
２　　　発光素子
４　　　陽極
６　　　正孔輸送層
８　　　発光層
１０　　電子輸送層
１２　　陰極
１４　　電荷ブロック層
１４ｎ　電子ブロック層
１４ｐ　正孔ブロック層
１４ｉ　絶縁層
１６　　量子ドット

Claims (27)

  1. 　陽極と、正孔輸送層と、複数の量子ドットを含む発光層と、電子輸送層と、陰極とをこの順に備え、さらに、前記正孔輸送層と前記電子輸送層との少なくとも一方と、前記発光層との間に、電荷ブロック層を備えた発光素子であって、
    　前記電荷ブロック層は、元素として、酸化物半導体を構成する遷移金属元素と、Ａｌ、Ｍｇ、およびＳｉのうちの少なくとも１つと、Ｏとを含む発光素子。
  2. 　陽極と、正孔輸送層と、複数の量子ドットを含む発光層と、電子輸送層と、陰極とをこの順に備え、さらに、前記正孔輸送層と前記電子輸送層との少なくとも一方と、前記発光層との間に、電荷ブロック層を備えた発光素子であって、
    　前記電荷ブロック層は、元素として、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｌａ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｏ、およびＷのうちの少なくとも１つと、Ａｌ、Ｍｇ、およびＳｉのうちの少なくとも１つと、Ｏとを含む発光素子。
  3. 　前記電荷ブロック層の膜厚が、３ｎｍ以上３０ｎｍ以下である請求項１または２に記載の発光素子。
  4. 　前記電荷ブロック層の膜厚が、４ｎｍ以上１５ｎｍ以下である請求項３に記載の発光素子。
  5. 　前記電荷ブロック層と前記発光層との間に、さらに、絶縁層を備えた請求項１から４の何れか１項に記載の発光素子。
  6. 　前記電荷ブロック層が、前記正孔輸送層と前記発光層との間の電子ブロック層を含む請求項１から５の何れか１項に記載の発光素子。
  7. 　前記電子ブロック層の電子親和力が、前記発光層の電子親和力よりも、１．０ｅＶ以上小さい請求項６に記載の発光素子。
  8. 　前記正孔輸送層がｐ型半導体材料を含む請求項６または７に記載の発光素子。
  9. 　前記正孔輸送層が無機材料を含む請求項６から８の何れか１項に記載の発光素子。
  10. 　前記正孔輸送層が酸化物半導体を含む請求項６から９の何れか１項に記載の発光素子。
  11. 　前記正孔輸送層が、Ｎｉ、Ｃｕ、およびＣｒ、の何れかの酸化物、あるいはこれらの混合体を含む請求項１０に記載の発光素子。
  12. 　前記電子ブロック層が、元素として、Ｎｉ、Ｍｇ、およびＯを含む請求項６から１１の何れか１項に記載の発光素子。
  13. 　前記電子ブロック層が、Ｏを除く元素のうち、酸化物絶縁体を構成する元素を、９０原子パーセント以上１００原子パーセント未満含む請求項１２に記載の発光素子。
  14. 　前記電子ブロック層が、前記正孔輸送層の構成元素のうちの少なくとも１つを、構成元素として含む請求項６から１３の何れか１項に記載の発光素子。
  15. 　前記電荷ブロック層が、前記電子輸送層と前記発光層との間の正孔ブロック層を含む請求項１から１４の何れか１項に記載の発光素子。
  16. 　前記正孔ブロック層のイオン化ポテンシャルが、発光層のイオン化ポテンシャルよりも、１．０ｅＶ以上大きい請求項１５に記載の発光素子。
  17. 　前記電子輸送層がｎ型半導体材料を含む請求項１５または１６に記載の発光素子。
  18. 　前記電子輸送層が無機材料を含む請求項１５から１７の何れか１項に記載の発光素子。
  19. 　前記電子輸送層が酸化物半導体を含む請求項１５から１８の何れか１項に記載の発光素子。
  20. 　前記電子輸送層が、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｖ、Ｍｏ、およびＷの何れかのカルコゲナイド、あるいはこれらの混合体を含む請求項１９に記載の発光素子。
  21. 　前記正孔ブロック層が、元素として、Ｚｎ、Ｍｇ、およびＯを含む請求項１５から２０の何れか１項に記載の発光素子。
  22. 　前記正孔ブロック層が、Ｏを除く元素のうち、酸化物絶縁体を構成する元素を、９０原子パーセント以上１００原子パーセント未満含む請求項２１に記載の発光素子。
  23. 　前記正孔ブロック層が、前記電子輸送層の構成元素のうちの少なくとも１つを、構成元素として含む請求項１５から２２の何れか１項に記載の発光素子。
  24. 　前記正孔輸送層と前記発光層との間、および前記電子輸送層と前記発光層との間のそれぞれに、前記電荷ブロック層を備えた請求項１から２３の何れか１項に記載の発光素子。
  25. 　前記正孔輸送層において、前記陽極側の端面から前記発光層側の端面にかけて、次第にバンドギャップが増大する請求項１から２４の何れか１項に記載の発光素子。
  26. 　前記電子輸送層において、前記陰極側の端面から前記発光層側の端面にかけて、次第にバンドギャップが増大する請求項１から２５の何れか１項に記載の発光素子。
  27. 　請求項１から２６の何れか１項に記載の発光素子を備えた発光デバイス。
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