JP2000196192A - 微粒子構造体および発光素子ならびに微粒子構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 凝集を防止することができる微粒子構造体お
よびそれを用いた発光素子ならびに微粒子構造体の製造
方法を提供する。 【解決手段】 ＺｎＯなどよりなる複数の微粒子１１を
有しており、各微粒子１１は架橋部１２によりネットワ
ーク状に互いに結合されている。すなわち、粒子間に存
在する架橋部１２が支持部となって各微粒子１１の凝集
が防止されている。各微粒子１１は結晶粒径が１００ｎ
ｍ以下の微結晶により構成されており、バンド間発光機
能およびドナーアクセプターペア発光機能を有してい
る。このような微粒子構造体は発光素子の発光部を構成
する材料として用いられる。なお、この微粒子構造体
は、純水を電解質とし、高純度のＺｎ板を正極とし、半
導体基板を負極として、正極と負極との間に電圧を印加
することにより製造される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の微粒子を含
む微粒子構造体およびそれを用いた発光素子ならびに微
粒子構造体の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＧａＡｓ，ＧａＡｓＰ混晶，Ｇａ
ＡｌＡｓ混晶またはＧａＰなどの半導体を用いた発光素
子が開発されている。これらの発光素子は、基板の上に
ｎ型半導体層，発光層およびｐ型半導体層が順次積層さ
れた構造を有しており、順方向バイアスに電圧が印加さ
れると、発光層において電子と正孔とが再結合し発光す
るようになっている。なお、従来は、ｎ型半導体層，発
光層およびｐ型半導体層を単結晶によりそれぞれ構成し
ており、基板の上にエピタキシャル成長させることによ
り形成していた。よって、基板も単結晶により構成して
いた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
発光素子ではｎ型半導体層，発光層およびｐ型半導体層
を単結晶によりそれぞれ構成していたので、良好な結晶
を得るためには、基板との格子整合や結晶構造の整合が
必要不可欠であった。また、エピタキシャル成長させる
際の条件も厳しく限定されると共に、欠陥を低減するに
は高温でエピタキシャル成長させる必要があった。よっ
て、基板を構成する材料が著しく限定されてしまい、材
料選択の自由度が小さかった。従って、石英やガラスな
どを基板に用いることができず、大面積の素子列を作成
することができないという問題があった。

【０００４】また、発光層，ｎ型半導体層およびｐ型半
導体層を構成する材料も基板の材料により著しく限定さ
れてしまい、それらの材料選択の自由度も小さかった。
よって、発光波長が限定されてしまうという問題もあっ
た。更に、このように欠陥を低減する工夫が成されてい
ても欠陥を全く無くすことはできず、欠陥が非発光中心
として働き、発光効率の低下や劣化の原因となってしま
うという問題もあった。

【０００５】そこで、これらの問題を解決する方法とし
て、発光層を微結晶により構成することが考えられる。
これによれば、格子整合あるいは格子欠陥などの問題を
解決することができ、新たな可能性を有する発光素子を
得ることができる。しかし、従来、微結晶は蒸発固化法
あるいは湿式化学法などにより形成されているが、これ
らの方法により形成された微結晶は、加熱すると凝集し
てしまい、粒界の発生により特性が劣化してしまうとい
う問題があった。そのため、従来の微結晶では、良好な
特性を有する発光素子を得ることができなかった。

【０００６】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、凝集を防止することができる微粒子
構造体およびそれを用いた発光素子ならびに微粒子構造
体の製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による微粒子構造
体は、複数の微粒子を有すると共に、粒子間に凝集を防
止する支持部を有するものである。

【０００８】本発明による他の微粒子構造体は、複数の
微粒子を有すると共に、各微粒子は架橋部により互いに
結合されたものである。

【０００９】本発明による発光素子は、発光部を備えた
ものであって、発光部は複数の微粒子と共に粒子間に凝
集を防止する支持部を有する微粒子構造体を含むもので
ある。

【００１０】本発明による他の発光素子は、発光部を備
えたものであって、発光部は複数の微粒子が架橋部によ
り互いに結合された微粒子構造体を含むものである。

【００１１】本発明による微粒子構造体の製造方法は、
電極反応により本発明の微粒子構造体を形成するもので
ある。

【００１２】本発明による微粒子構造体では、支持部に
より各微粒子の凝集が防止される。

【００１３】本発明による他の微粒子構造体では、架橋
部により各微粒子が互いに結合されている。

【００１４】本発明による発光素子は、本発明の微粒子
構造体を発光部に用いたものである。

【００１５】本発明による微粒子構造体の製造方法で
は、電極反応により本発明の微粒子構造体が形成され
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００１７】図１は本発明の一実施の形態に係る微粒子
構造体の構成を概念的に表すものである。なお、図１は
あくまでもこの微粒子構造体を説明するためにその構成
を概念的に表したものであり、実物を表したものではな
い。

【００１８】この微粒子構造体は、例えば、酸化亜鉛
（ＺｎＯ）などの半導体よりなる複数の微粒子１１を有
しており、各微粒子１１は架橋部１２によりネットワー
ク状に互いに結合されている。すなわち、この微粒子構
造体では、各微粒子１１の粒子間に存在する架橋部１２
が支持部となり、各微粒子１１の凝集が防止されるよう
になっている。なお、各微粒子１１は、全ての微粒子１
１が架橋部１２により直接的に互いに結合されているわ
けではなく、近傍に存在する各微粒子１１同士が架橋部
１２により直接的に結合されており、それにより全体的
に結合されている。

【００１９】各微粒子１１は、少なくとも一部が微結晶
により構成されている。ここで微結晶というのは単結晶
または多結晶よりなる微小な粒子のことであり、発光可
能なものを言う。この微結晶の結晶粒径（すなわち１つ
の単結晶の結晶粒径）は１００ｎｍ以下であるとが好ま
しい。１００ｎｍ以下であれば欠陥が極めて少ない結晶
を得ることができるからである。また、これら微結晶
は、バンド間発光（バンドギャップ間遷移に起因する発
光）およびドナーアクセプターペア発光（ドナーアクセ
プター準位間遷移に起因する発光）をするようになって
いる。すなわち、この微結晶集合体は、バンド間発光機
能およびドナーアクセプターペア発光機能をそれぞれ有
している。

【００２０】このような構成を有する微粒子構造体は、
次のようにして製造することができる。

【００２１】図２は微粒子構造体の製造に用いる製造装
置の概略構成を表すものである。この製造装置は、容器
２１の内部に電解液２２が収納されており、この電解液
２２に正極２３と負極２４とが浸漬されることにより接
触されている。電解液２２は、例えば、抵抗率８ＭΩ以
上の純水、または含水性の有機溶媒により構成されてい
る。正極２３は、製造する微粒子構造体の原材料となる
ものであり、例えば、製造する微粒子構造体に応じた金
属により構成されている。具体的には、例えば、ＺｎＯ
よりなる微粒子構造体を製造する場合には亜鉛（Ｚｎ）
により構成される。なお、正極２３は、純度９９．９％
以上の金属により構成されることが好ましく、更には純
度９９．９９％以上の金属により構成されることが好ま
しい。一方、負極２４は、適宜な導電性基板により構成
されている。

【００２２】ここでは、このような製造装置を用い、正
極２３と負極２４との間に電圧を印加する。これによ
り、電極反応が生じ、負極２４への電着物として、また
は電解液２２中の浮遊物あるいは沈殿物として本実施の
形態に係る微粒子構造体が得られる。

【００２３】このようにして製造される微粒子構造体
は、次のように作用する。

【００２４】この微粒子構造体では、各微粒子１１に電
流がそれぞれ注入されると、各微結晶において、バンド
ギャップ間遷移およびドナーアクセプター準位間遷移に
それぞれ起因する電子−正孔再結合により発光がそれぞ
れ起こる。ここでは、各微粒子１１が架橋部１２により
互いに結合されているので、各微粒子１１の凝集が防止
され、非発光中心の増加が防止される。

【００２５】このように本実施の形態に係る微粒子構造
体によれば、各微粒子１１が架橋部１２により互いに結
合されるようにしたので、架橋部１２を支持部として各
微粒子１１の凝集を防止することができ、凝集による発
光効率の低下を防止することができる。よって、高い発
光効率を得ることができる。

【００２６】また、本実施の形態に係る微粒子構造体の
製造方法によれば、電極反応により形成するようにした
ので、本実施の形態に係る微粒子構造体を容易に得るこ
とができ、本実施の形態に係る微粒子構造体を容易に実
現することができる。

【００２７】なお、このような微粒子構造体は、例え
ば、次のような各発光素子を構成する発光材料として用
いられる。

【００２８】（第１の発光素子）図３は本実施の形態に
係る微粒子構造体を用いた第１の発光素子である発光ダ
イオード（light emitting diode；ＬＥＤ）の構成を概
念的に表すものである。この発光ダイオードは、基板３
１の一面に、ｐ型半導体層３２，発光部である発光層３
３およびｎ型半導体層３４が順次積層されている。

【００２９】基板３１は、例えば、積層方向における厚
さ（以下、単に厚さという）が０．５ｍｍであり、石英
ガラスあるいはケイ酸塩ガラスなどの非晶質体または結
晶性の石英またはサファイアなどの透明材料により構成
されている。すなわち、このように透明材料により基板
３１を構成することにより、基板３１の側から光を取り
だすことができるようになっている。なお、基板３１を
非晶質体により構成するようにすれば、基板３１の面積
を大きくすることができるので好ましい。

【００３０】ｐ型半導体層３２は、例えば、厚さが１μ
ｍであり、マグネシウム（Ｍｇ）などのｐ型不純物を添
加したｐ型ＡｌＧａＮまたはｐ型ＧａＮにより構成され
ている。また、ｐ型半導体層３２は、これらの多結晶
体，非晶質体あるいは多結晶体と非晶質体との複合体な
どの非単結晶体により構成されている。ｐ型ＡｌＧａＮ
におけるアルミニウム（Ａｌ）の組成は、例えば５０モ
ル％以下である。発光層３３は、例えば、ＺｎＯよりな
る本実施の形態に係る微粒子構造体により構成されてい
る。ｎ型半導体層３４は、例えば、厚さが０．５μｍで
あり、炭素（Ｃ）などのｎ型不純物を添加したｎ型ＢＮ
の非単結晶体により構成されている。

【００３１】これにより、この発光素子では、発光層３
３のバンドギャップがｐ型半導体層３２およびｎ型半導
体層３４の各バンドギャップよりもそれぞれ小さくなっ
ており、ｐ型半導体層３２とｎ型半導体層３４との間に
おいて電流が発光層３３を介して流れるようになってい
る。なお、ｐ型半導体層３２およびｎ型半導体層３４の
各バンドギャップはそれらを構成する材料によりそれぞ
れ決定され、発光層３３のバンドギャップは、発光層３
３に含まれる各微粒子１１を構成する材料およびその粒
径（具体的には微結晶の結晶粒径）によって決定され
る。

【００３２】また、ｐ型半導体層３２の基板３１と反対
側にはｐ側電極３５が形成されている。このｐ側電極３
５は、ｐ型半導体層３２の側からニッケル（Ｎｉ）層，
白金（Ｐｔ）層および金（Ａｕ）層を順次積層して加熱
処理により合金化した構造を有しており、ｐ型半導体層
３２と電気的に接続されている。更に、ｎ型半導体層３
４の基板３１と反対側にはｎ側電極３６が形成されてい
る。このｎ側電極３６は、ｎ型半導体層３４の側からチ
タン（Ｔｉ）層，アルミニウム層，白金層および金層を
順次積層して加熱処理により合金化した構造を有してお
り、ｎ型半導体層３４と電気的に接続されている。

【００３３】このような構成を有する発光ダイオード
は、次のようにして製造することができる。

【００３４】まず、石英ガラスなどよりなる基板３１を
用意し、その一面に、例えば、スパッタリング法，ＣＶ
Ｄ（Chemical Vapor Deposition ）法，分子線エピタキ
シー（Molecular Beam Epitaxy；ＭＢＥ）法あるいはレ
ーザ堆積法を用いてｐ型ＡｌＧａＮの非単結晶体または
ｐ型ＧａＮの非単結晶体よりなるｐ型半導体層３２を形
成する。その際、基板３１の温度は６００℃以下とす
る。ここでは、ｐ型半導体層３２を非単結晶体により構
成するので温度をあまり高くする必要はない。よって、
基板３１を非晶質体により構成しても十分耐え得る。次
いで、ｐ型半導体層３２における不純物の活性化が不十
分である場合には、例えばレーザアニール法によりその
活性化を行う。

【００３５】続いて、図２に示した製造装置を用い、純
度９９．９％以上の亜鉛板を正極２３とし、ｐ型半導体
層３２を負極２４として、ｐ型半導体層３２の表面にＺ
ｎＯよりなる微粒子構造体を電着させ、発光層３３を形
成する。そののち、酸素含有雰囲気中における加熱処理
を行うと共に、更に必要に応じて水素プラズマ処理を行
うことが好ましい。これにより、発光層３３の各微粒子
１１に存在する酸素空孔を補完してその結晶性を向上さ
せることができるからである。酸素含有雰囲気中におけ
る加熱処理としては、酸素プラズマ処理あるいは酸素含
有雰囲気中におけるレーザアニ−ル処理などがある。な
お、ここでは、発光層３３に含まれる各微粒子１１が架
橋部１２により結合されているので、加熱処理を行って
も各微粒子１１は凝集しない。

【００３６】必要に応じて加熱処理を行ったのち、発光
層３３を介してｐ型半導体層３２の基板３１と反対側
に、例えば、スパッタリング法，ＣＶＤ法，ＭＢＥ法あ
るいはレーザ堆積法を用いてｎ型ＢＮの非単結晶体より
なるｎ型半導体層３４を形成する。その際、基板３１の
温度は６００℃以下とする。ここでは、ｎ型半導体層３
４も非単結晶体により構成するので温度をあまり高くす
る必要はない。よって、基板３１を非晶質体により構成
しても十分耐え得る。また、この加熱によっても、発光
層３３に含まれる各微粒子１１は架橋部１２により結合
されているので凝集しない。そののち、ｎ型半導体層３
４における不純物の活性化が不十分である場合には、例
えばレーザアニール法によりその活性化を行う。

【００３７】ｎ型半導体層３４を形成したのち、リソグ
ラフィ技術を用い、ｐ側電極３５の形成位置に対応し
て、ｎ型半導体層３４および発光層３３を選択的に順次
除去し、ｐ型半導体層３２の一部を露出させる。なお、
この際、ｐ型半導体層３２の一部も選択的に除去しても
よい。ｐ型半導体層３２を露出させたのち、ｎ型半導体
層３４およびエッチングにより露出されたｐ型半導体層
３２の全面に図示しないレジスト膜を塗布形成し、ｐ側
電極３５の形成位置に開口を形成する。そののち、その
全面に、例えば、真空蒸着法によりニッケル層，白金層
および金層を順次蒸着し、レジスト膜をその上に形成さ
れた各金属層と共に除去（リフトオフ）することにより
ｐ側電極３５を形成する。また、例えば、ｐ側電極３５
と同様にして、チタン層，アルミニウム層，白金層およ
び金層を順次蒸着し、ｎ側電極３６を選択的に形成す
る。そののち、加熱処理を行い、ｐ側電極３５およびｎ
側電極３６をそれぞれ合金化する。これにより、図３に
示した発光ダイオードが形成される。

【００３８】このようにして製造される発光ダイオード
は、次のように作用する。

【００３９】この発光ダイオードでは、ｐ側電極３５と
ｎ側電極３６との間に所定の電圧が印加されると発光層
３３に含まれる各微粒子１１に電流が注入され、各微粒
子１１においてそれぞれ電子−正孔再結合により発光が
起こる。ここでは、発光層３３を本実施の形態に係る微
粒子構造体により構成しているので、発光層３３に含ま
れる各微粒子１１は架橋部１２により結合されており、
この架橋部１２が支持部となって、各微粒子１１の凝集
が防止されている。よって、製造工程中における加熱に
よっても各微粒子１１は凝集せず、高い発光効率を有し
ている。

【００４０】なお、この発光ダイオードは、照明，ディ
スプレイあるいは殺菌灯などの光源として用いるられ
る。

【００４１】このようにこの発光ダイオードによれば、
本実施の形態に係る微粒子構造体を用いて発光層３３を
構成するようにしたので、製造工程中における加熱によ
っても各微粒子１１の凝集を防止することができ、凝集
による結晶性の低下を防止することができる。よって、
高い発光効率を得ることができると共に、寿命を延長す
ることができる。

【００４２】また、微粒子１１を用いて発光層３３を構
成するようにしたので、発光層３３を構成する材料の選
択の幅が広がり、任意の発光波長を得ることができる。
更に、ｐ型半導体層３２およびｎ型半導体層３４も単結
晶により構成する必要がなくなり、それらを構成する材
料の選択幅が広がると共に、低温で形成可能な非単結晶
体によりそれらを構成することもできる。よって、基板
３１を構成する材料の選択幅が広がり、例えば、非晶質
体などによっても基板３１を構成することができる。従
って、大面積の素子列を形成することが可能となる。

【００４３】（第２の発光素子）図４は本実施の形態に
係る微粒子構造体を用いた第２の発光素子である発光ダ
イオードの構成を概念的に表すものである。この発光ダ
イオードは、基板４１の一面に、ｐ型半導体層４２，発
光部である発光層４３およびｎ型半導体よりなるｎ側電
極４６が順次積層されている。

【００４４】基板４１は、例えば、第１の発光素子と同
様に、厚さが０．５ｍｍであり、石英ガラスあるいはケ
イ酸塩ガラスなどの非晶質体または結晶性の石英または
サファイアなどの透明材料により構成されている。ｐ型
半導体層４２は、例えば、厚さが１μｍであり、マグネ
シウム（Ｍｇ）などのｐ型不純物を添加したｐ型ＢＮの
非単結晶体により構成されている。発光層４３は、例え
ば、ｎ型ＺｎＯよりなる本実施の形態に係る微粒子構造
体により構成されている。ｎ側電極４６は、例えば、厚
さが０．３μｍであり、アンチモン（Ｓｂ）などのｎ型
不純物を添加したｎ型ＳｎＯ₂ の非単結晶体により構成
されている。なお、このＳｎＯ₂ は透明材料であり、ｎ
側電極４６の側からも光を取りだすことができるように
なっている。

【００４５】これにより、この発光素子では、発光層４
３のバンドギャップがｐ型半導体層４２およびｎ側電極
４６の各バンドギャップよりもそれぞれ小さくなってお
り、ｐ型半導体層４２とｎ側電極４６との間において電
流が発光層４３を介して流れるようになっている。

【００４６】また、ｐ型半導体層４２の基板４１と反対
側にはｐ側電極４５が形成されている。このｐ側電極４
５は、ｐ型半導体層４２の側からニッケル層，白金層お
よび金層を順次積層して加熱処理により合金化した構造
を有しており、ｐ型半導体層４２と電気的に接続されて
いる。

【００４７】このような構成を有する発光ダイオード
は、次のようにして製造することができる。

【００４８】まず、石英ガラスなどよりなる基板４１を
用意し、その一面に、例えば、スパッタリング法，ＣＶ
Ｄ法，ＭＢＥ法あるいはレーザ堆積法を用いてｐ型ＢＮ
の非単結晶体よりなるｐ型半導体層４２を形成する。そ
の際、基板４１の温度は６００℃以下とする。次いで、
ｐ型半導体層４２における不純物の活性化が不十分であ
る場合には、例えばレーザアニール法によりその活性化
を行う。

【００４９】続いて、図２に示した製造装置を用い、純
度９９．９％以上の亜鉛板を正極２３とし、ｐ型半導体
層４２を負極２４として、ｐ型半導体層４２の表面にＺ
ｎＯよりなる微粒子構造体を電着させ、発光層４３を形
成する。そののち、窒素プラズマ処理などの不活性ガス
含有雰囲気中における加熱処理を行う。これにより、各
微粒子１１から一部の酸素が欠落して酸素空孔ができ、
各微粒子１１を構成するＺｎＯはそれぞれｎ型となる。
なお、ここでは、発光層４３に含まれる各微粒子１１が
架橋部１２により結合されているので、加熱処理を行っ
ても各微粒子１１は凝集しない。

【００５０】不活性ガス雰囲気中における加熱処理を行
ったのち、発光層４３を介してｐ型半導体層４２の基板
４１と反対側に、例えば、スパッタリング法，ＣＶＤ
法，ＭＢＥ法あるいはレーザ堆積法を用いてｎ型ＳｎＯ
₂ の非単結晶体よりなるｎ側電極４６を形成する。その
際、基板４１の温度は６００℃以下とする。この加熱に
よっても、発光層４３に含まれる各微粒子１１は架橋部
１２により結合されているので凝集しない。そののち、
ｎ側電極４６における不純物の活性化が不十分である場
合には、例えばレーザアニール法によりその活性化を行
う。

【００５１】ｎ側電極４６を形成したのち、第１の発光
ダイオードと同様に、ｐ側電極４５の形成位置に対応し
て、ｎ側電極４６および発光層４３を選択的に順次除去
し、露出させたｐ型半導体層４２の表面に、ニッケル
層，白金層および金層を順次蒸着し、ｐ側電極４５を選
択的に形成する。そののち、加熱処理を行い、ｐ側電極
４５を合金化する。これにより、図４に示した発光ダイ
オードが形成される。

【００５２】このようにして製造される発光ダイオード
は、第１の発光ダイオードと同様に作用し、同一の効果
を有する。また、第１の発光ダイオードと同様に、照
明，ディスプレイあるいは殺菌灯などの光源として用い
るられる。

【００５３】（第３の発光素子）図５は本実施の形態に
係る微粒子構造体を用いた第３の発光素子である発光ダ
イオードの構成を概念的に表すものである。この発光ダ
イオードは、発光層５３の構成が異なることを除き、第
１の発光ダイオードと同一の構成，作用および効果を有
している。また、第１の発光ダイオードと同様にして製
造することができる。よって、ここでは、第１の発光ダ
イオードと同一の構成要素には同一の符号を付し、その
詳細な説明を省略する。

【００５４】発光層５３は、本実施の形態に係る微粒子
構造体に加えて、各微粒子１１の間に形成された絶縁層
５３ａを有している。この絶縁層５３ａは、例えば、Ｓ
ＯＧ（spin on glass ）のように焼成処理後に絶縁膜と
なるような物質により構成されている。すなわち、この
絶縁膜５３ａは、例えば、ｐ型半導体層３２の表面に微
粒子構造体を電着したのち、微粒子構造体が電着された
ｐ型半導体層３２の表面にＳＯＧを塗布し、焼成するこ
とにより形成される。

【００５５】このようにこの発光ダイオードによれば、
各微粒子１１の間に絶縁層５３ａを有するようにしたの
で、ｐ型半導体層３２とｎ型半導体層３４との間におけ
る漏れ電流を低減することができ、各微粒子１１に効率
良く電子および正孔を注入することができる。よって、
発光効率を向上させることができる。なお、ここでは詳
細に説明しないが、第２の発光ダイオードについても、
この発光ダイオードと同様に、絶縁層を有するようにし
てもよい。

【００５６】（第４の発光素子）図６は本実施の形態に
係る微粒子構造体を用いた第４の発光素子である発光ダ
イオードの構成を概念的に表すものである。この発光ダ
イオードは、基板３１とｐ型半導体層３２との間に拡散
防止層６７を備えたことを除き、第１の発光ダイオード
と同一の構成，作用および効果を有している。また、第
１の発光ダイオードと同様にして製造することができ
る。よって、ここでは、第１の発光ダイオードと同一の
構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略
する。

【００５７】拡散防止層６７は、基板３１とｐ型半導体
層３２との間における各構成元素の拡散を防止すると共
に、基板３１とｐ型半導体層３２との密着性を高めるた
めのものである。この拡散防止層６７は、例えば、厚さ
が数ｎｍ〜数１０ｎｍであり、Ｔｉ₃ Ｎ₄ またはＳｉ₃
Ｎ₄ により構成されている。なお、この拡散防止層６７
は、例えば、スパッタリング法，ＣＶＤ法あるいはレー
ザー堆積法などにより形成される。

【００５８】このようにこの発光ダイオードによれば、
拡散防止層６７を備えるようにしたので、基板３１とｐ
型半導体層３２との間における各構成元素の拡散を防止
することができると共に、基板３１とｐ型半導体層３２
との密着性を確保することができる。よって、品質を向
上させることができる。なお、ここでは詳細に説明しな
いが、第２の発光ダイオードについても、この発光ダイ
オードと同様に、拡散防止層を有するようにしてもよ
い。

【００５９】（第５の発光素子）図７は本実施の形態に
係る微粒子構造体を用いた第５の発光素子である発光ダ
イオードの構成を概念的に表すものである。この発光ダ
イオードは、基板７１を導電性材料により構成しｐ側電
極としての機能を持たせると共に、ｐ側電極４５を削除
したことを除き、第２の発光ダイオードと同一の構成，
作用および効果を有している。また、第２の発光ダイオ
ードと同様にして製造することができる。よって、ここ
では、第２の発光ダイオードと同一の構成要素には同一
の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【００６０】基板７１は、例えば、金属，半導体あるい
は炭化ケイ素（doped-ＳｉＣ）などの導電性材料により
構成されている。基板７１を構成する金属としては、タ
ングステン（Ｗ）あるいはタンタル（Ｔａ）などの高融
点金属、または鉄（Ｆｅ）などが好ましく、半導体とし
てはシリコンなどが好ましい。なお、基板７１を半導体
により構成する場合には、不純物（ここではｐ型不純
物）を添加することにより抵抗を低くしたものを用い
る。

【００６１】このようにこの発光ダイオードによれば、
基板７１にｐ側電極の機能を持たせるようにしたので、
発光層４３の全面に均一に電圧を印加することができ、
発光層４３の全面において均一に発光させることができ
ると共に、製造工程を簡素化することができる。なお、
ここでは詳細に説明しないが、第１の発光ダイオードに
ついても、この発光ダイオードと同様に、拡散防止層を
有するようにしてもよい。但し、その場合、ｎ側電極３
６はｎ型半導体層３４の一部に対して形成するようにす
るか、透明材料により形成するようにすることが好まし
い。

【００６２】

【実施例】更に、本発明の具体的な実施例について詳細
に説明する。

【００６３】（実施例１）まず、図２に示した製造装置
を用いて、微粒子構造体を形成した。その際、正極２３
には純度９９．９９％以上の亜鉛板を用い、負極２４に
はシリコンよりなる導電性半導体基板を用い、電解液２
２には抵抗率８ＭΩの純水を用いた。また、正極２３と
負極２４との間には、電界強度１７．５Ｖ／ｃｍの電圧
を印加し、７．５時間通電を行った。これにより、負極
２４に電着物が得られると共に、電解液２２中にも浮遊
物および沈殿物がそれぞれ得られた。

【００６４】これらの電着物，浮遊物および沈殿物をそ
れぞれ回収し、それらについて、飛行時間型質量分析
（time of flight mass spectrometry；ＴＯＦ−ＭＳ）
およびエネルギー分散型分光分析（enerty dispersiue
spectrometry；ＥＤＳ）により同定をそれぞれ行った。
その結果、それらはＺｎＯであることが確認された。

【００６５】そののち、得られた電着物などを走査電子
顕微鏡（ＳＥＭ；Scanning Electron Microscope）によ
り観察した。その結果を図８に示す。図８に示したよう
に、この電着物などは、平均粒径が約５０ｎｍの微粒子
を複数有しており各微粒子が架橋部によりネットワーク
状に互いに結合されていることが分かった。すなわち、
この電着物などは、架橋部により結合された微粒子構造
体であることが分かった。

【００６６】また、この得られた微粒子構造体を酸素雰
囲気下において８００℃で２時間加熱処理を行ったの
ち、再びＳＥＭにより粒子の状態を観察した。その結果
を図９に示す。図９に示したように、加熱処理によって
も各微粒子の凝集は認められず、各微粒子の形状に変化
がないことが分かった。

【００６７】更に、この加熱処理後の微粒子構造体につ
いてＨｅ−Ｃｄレーザの３２５ｎｍの光を室温において
照射し、発光スペクトルの測定を行った。その結果を図
１０に示す。図１０に示したように、バンドギャップ間
遷移に起因する波長３８０ｎｍの発光と、ドナーアクセ
プター準位間遷移に起因する可視領域の発光が観測され
た。

【００６８】（実施例２）電解液２２を異ならせたこと
を除き、実施例１と同様にして微粒子構造体を形成し
た。電解液２２には１％程度の水を含有するメチルアル
コールを用いた。その結果、実施例１と同様に、負極２
４に電着物が得られた。この得られた電着物について、
実施例１と同様に、同定、ＳＥＭによる観察、加熱処理
後のＳＥＭによる観察および発光スペクトルの測定をそ
れぞれ行った。その結果、実施例１と同様に、この電着
物はＺｎＯであること、および平均粒径が約５０ｎｍの
複数の微粒子が架橋部により結合された微粒子構造体で
あることが分かった。また、加熱処理によっても各微粒
子の凝集は認められなかった。更に、バンドギャップ間
遷移に起因する波長３８０ｎｍの発光と、ドナーアクセ
プター準位間遷移に起因する可視領域の発光が観測され
た。

【００６９】（比較例）シーアイ化成製の平均粒径３０
ｎｍのＺｎＯ微粒子について粒子の状態をＳＥＭにより
観察した。その結果を図１１に示す。図１１に示したよ
うに、本実施例とは異なり、各微粒子を結合する架橋部
は存在しなかった。そののち、この微粒子について、実
施例１と同様にして加熱処理を行い、再び加熱処理後の
粒子の状態をＳＥＭにより観察した。その結果を図１２
に示す。図１２に示したように、この微粒子は、加熱処
理により互いに凝集し、各微粒子は粒径が大きくなって
しまっていた。

【００７０】また、加熱処理後の微粒子に実施例１と同
様にＨｅ−Ｃｄレーザの３２５ｎｍの光を室温において
照射し、発光スペクトルの測定を行った。その結果を図
１３に示す。図１３に示したように、ドナ−アクセプタ
ペア結合に起因すると思われる波長５３６ｎｍ程度の発
光が観測された。すなわち、微粒子の凝集によりドナ−
密度が増加していることが分かった。また、発光強度の
低下も見られた。

【００７１】以上の結果から、本実施例によれば、加熱
処理によっても各微粒子が凝集せず、バンドギャップ間
遷移による紫外発光の低下が起こらないことが分かっ
た。すなわち、品質を保持できることが分かった。

【００７２】以上、実施の形態および各実施例を挙げて
本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および各
実施例に限定されるものではなく、種々の変形が可能で
ある。例えば、上記実施の形態においては、微粒子１１
の少なくとも一部が微結晶により構成される場合につい
てのみ説明したが、本発明は、微粒子が微結晶以外の粒
子により構成される場合についても適用することができ
る。

【００７３】また、上記実施の形態においては、発光素
子の具体的な構成例を挙げて説明したが、本発明は、本
発明の微粒子構造体を含む発光部を備えた発光素子につ
いて広く適用することができる。例えば、上記実施の形
態では、基板にｐ型半導体層，発光層およびｎ型半導体
層を順次積層する場合について説明したが、基板にｎ型
半導体層，発光層およびｐ型半導体層を順次積層するよ
うにしてもよい。また、基板にｐ型半導体層，発光層お
よびｎ型半導体よりなるｎ側電極を順次積層する場合に
ついて説明したが、ｎ型半導体層，発光層およびｐ型半
導体よりなるｐ側電極を順次積層するようにしてもよ
い。

【００７４】更に、上記実施の形態では、発光素子とし
て発光ダイオードについてのみ説明したが、半導体レー
ザなどの他の発光素子についても適用することができ
る。

【００７５】加えて、上記実施の形態では、ｐ型半導体
層，ｎ型半導体層およびｎ型半導体よりなるｎ側電極な
どをそれぞれ構成する半導体材料について具体的な例を
挙げて説明したが、本発明は、他の半導体材料によりそ
れらを構成することもできる。例えば、亜鉛，マグネシ
ウム，カドミウム（Ｃｄ），マンガン（Ｍｎ），水銀
（Ｈｇ）およびベリリウム（Ｂｅ）からなる群より選ば
れた少なくとも１種のＩＩ族元素と、酸素，セレン（Ｓ
ｅ），硫黄（Ｓ）およびテルル（Ｔｅ）からなる群より
選ばれた少なくとも１種のＶＩ族元素とを含む他のＩＩ
−ＶＩ族化合物半導体、あるいはホウ素，アルミニウ
ム，ガリウムおよびインジウム（Ｉｎ）からなる群より
選ばれた少なくとも１種のＩＩＩ族元素と、窒素，燐
（Ｐ），ヒ素（Ａｓ），アンチモンおよびビスマス（Ｂ
ｉ）からなる群より選ばれた少なくとも１種のＶ族元素
とを含む他のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により構成する
こともできる。

【００７６】更にまた、上記実施の形態においては、ｐ
型半導体層，ｎ型半導体層およびｎ型半導体よりなるｎ
側電極を非単結晶体によりそれぞれ構成する場合につい
て説明したが、それらを単結晶体によりそれぞれ構成す
るようにしてもよい。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように請求項１または請求
項２乃至７のいずれか１に記載の微粒子構造体によれ
ば、粒子間に凝集を防止する支持部を有するようにした
ので、または各微粒子が架橋部により互いに結合される
ようにしたので、各微粒子の凝集を防止することがで
き、凝集による発光効率の低下を防止することができ
る。よって、高い発光効率を得ることができるという効
果を奏する。

【００７８】また、請求項８または９記載の発光素子に
よれば、粒子間に凝集を防止する支持部を有する微粒子
構造体または各微粒子が架橋部により互いに結合された
微粒子構造体を含む発光部を備えるようにしたので、製
造工程中における加熱によっても各微粒子の凝集を防止
することができ、凝集による結晶性の低下を防止するこ
とができる。よって、高い発光効率を得ることができる
と共に、寿命を延長することができるという効果を奏す
る。

【００７９】更に、請求項１０または請求項１１乃至１
４のいずれか１に記載の微粒子構造体の製造方法によれ
ば、電極反応により形成するようにしたので、本発明に
係る微粒子構造体を容易に得ることができ、本発明に係
る微粒子構造体を実現することができるという効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る微粒子構造体の構
成を表す概念図である。

【図２】図１に示した微粒子構造体の製造に用いる製造
装置の概略構成図である。

【図３】図１に示した微粒子構造体を用いた第１の発光
素子の構成を表す概念図である。

【図４】図１に示した微粒子構造体を用いた第２の発光
素子の構成を表す概念図である。

【図５】図１に示した微粒子構造体を用いた第３の発光
素子の構成を表す概念図である。

【図６】図１に示した微粒子構造体を用いた第４の発光
素子の構成を表す概念図である。

【図７】図１に示した微粒子構造体を用いた第５の発光
素子の構成を表す概念図である。

【図８】本発明の第１の実施例に係る微粒子構造体の構
造を表すＳＥＭ写真である。

【図９】図８に示した微粒子構造体の加熱処理後の構造
を表すＳＥＭ写真である。

【図１０】図８に示した微粒子構造体の発光特性を表す
特性図である。

【図１１】比較例に係る微粒子構造体の構造を表すＳＥ
Ｍ写真である。

【図１２】図１１に示した微粒子構造体の加熱処理後の
構造を表すＳＥＭ写真である。

【図１３】図１１に示した微粒子構造体の発光特性を表
す特性図である。

【符号の説明】

１１…微粒子、１２…架橋部（支持部）、２１…容器、
２２…電解液、２３…正極、２４…負極、３１，４１，
７１…基板、３２，４２…ｐ型半導体層、３３，４３，
５３…発光層（発光部）、３４…ｎ型半導体層、３５，
４５…ｐ側電極、３６，４６…ｎ側電極、５３ａ…絶縁
層、６７…拡散防止層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 戸田 淳 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 森 芳文 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 5F073 CA22 CB05 DA05 DA06 DA07 DA17

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の微粒子を有すると共に、粒子間に
   凝集を防止する支持部を有することを特徴とする微粒子
   構造体。
2. 【請求項２】 複数の微粒子を有すると共に、各微粒子
   は架橋部により互いに結合されたことを特徴とする微粒
   子構造体。
3. 【請求項３】 各微粒子はネットワーク状に結合された
   ことを特徴とする請求項２記載の微粒子構造体。
4. 【請求項４】 微粒子の少なくとも一部は微結晶により
   構成されたことを特徴とする請求項２記載の微粒子構造
   体。
5. 【請求項５】 微結晶の結晶粒径は１００ｎｍ以下であ
   ることを特徴とする請求項４記載の微粒子構造体。
6. 【請求項６】 バンド間発光機能を有することを特徴と
   する請求項２記載の微粒子構造体。
7. 【請求項７】 ドナーアクセプターペア発光機能を有す
   ることを特徴とする請求項２記載の微粒子構造体。
8. 【請求項８】 発光部を備えた発光素子であって、 前記発光部は、複数の微粒子と共に粒子間に凝集を防止
   する支持部を有する微粒子構造体を含むことを特徴とす
   る発光素子。
9. 【請求項９】 発光部を備えた発光素子であって、 前記発光部は、複数の微粒子が架橋部により互いに結合
   された微粒子構造体を含むことを特徴とする発光素子。
10. 【請求項１０】 電極反応により、複数の微粒子と共に
    粒子間に凝集を防止する支持部を有する微粒子構造体を
    形成することを特徴とする微粒子構造体の製造方法。
11. 【請求項１１】 電極反応により、複数の微粒子が架橋
    部により互いに結合された微粒子構造体を形成すること
    を特徴とする微粒子構造体の製造方法。
12. 【請求項１２】 電極反応に用いる１つの電極を純度９
    ９．９％以上の金属材料により構成することを特徴とす
    る請求項１１記載の微粒子構造体の製造方法。
13. 【請求項１３】 電極反応に用いる電極を純水よりなる
    電解液に接触させることを特徴とする請求項１１記載の
    微粒子構造体の製造方法。
14. 【請求項１４】 電極反応に用いる電極を含水性有機溶
    媒よりなる電解液に接触させることを特徴とする請求項
    １１記載の微粒子構造体の製造方法。