JP2001210865A - Light emitting element and manufacturing method therefor - Google Patents

Light emitting element and manufacturing method therefor

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JP2001210865A
JP2001210865A JP2000050326A JP2000050326A JP2001210865A JP 2001210865 A JP2001210865 A JP 2001210865A JP 2000050326 A JP2000050326 A JP 2000050326A JP 2000050326 A JP2000050326 A JP 2000050326A JP 2001210865 A JP2001210865 A JP 2001210865A
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JP
Japan
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light emitting
emitting device
layer
transport layer
hole transport
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JP2000050326A
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Japanese (ja)
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Satoshi Mitamura
聡 三田村
Katsuya Shirai
克弥 白井
Shigeru Kojima
繁 小島
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light emitting element which can easily be manufactured and operated, and to provide a manufacturing method. SOLUTION: A structure where a hole transportation layer 22 and a semiconductor light emitting layer 23 are sequentially laminated on a substrate 21 is provided. The hole transportation layer 22 is constituted of the nitride of a 3B group element, to which acceptor impunity is added. The semiconductor light emitting layer 23 is constituted of a fine grain sintered body. In the fine grain sintered body, fine grains including crystallite constituted of the oxide of ZnO are jointed by sintering, a grain boundary energy barrier among the fine grains is small and electron transportation property is given. Thus, it can easily be operated by the DC current of low voltage. The substrate 21 can arbitrarily be selected, an area is made to be large and cost can be reduced. Then, the minute control of the hole transportation layer, the crystal system of the semiconductor light emitting layer 23 and a lattice constant is not necessary and the element can easily be manufactured.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体の微結晶を
含む微粒子焼結体を用いた発光素子およびその製造方法
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light emitting device using a fine particle sintered body containing semiconductor microcrystals and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】直流電流により動作する発光素子の中で
も、特に、青色発光ダイオード(Blue−LED;B
lue Light Emitting Diod
e)、紫外発光ダイオード(UV−LED;Ultra
−Violet Light Emitting Di
ode)などの発光素子に使用される実用的な半導体材
料として、窒化ガリウム(GaN),窒化インジウム・
ガリウム混晶(InGaN),窒化アルミニウム・ガリ
ウム混晶(AlGaN)あるいは窒化インジウム・アル
ミニウム・ガリウム混晶(InAlGaN)に代表され
る3族ナイトライド化合物半導体が注目されており、そ
の研究開発が活発に行われている。
2. Description of the Related Art Among light emitting devices which operate by direct current, a blue light emitting diode (Blue-LED;
lue Light Emitting Diode
e), ultraviolet light emitting diode (UV-LED; Ultra)
-Violet Light Emitting Di
gallium nitride (GaN), indium nitride, etc.
Group III nitride compound semiconductors represented by gallium mixed crystal (InGaN), aluminum nitride-gallium mixed crystal (AlGaN), or indium aluminum-gallium mixed crystal (InAlGaN) have been attracting attention, and their research and development have been active. Is being done.

【0003】このような3族ナイトライド化合物半導体
は、従来、MOCVD(MetalOrganic C
hemical Vapor Deposition;
有機金属化学気相成長)法(MOVPE(Metal
Organic Vapor Phase Epita
xy)法ともいう)あるいはMBE(Molecula
r Beam Epitaxy;分子線エピタキシー)
法を用いて基板上に成長させることにより単結晶薄膜と
して作製されている。
[0003] Conventionally, such a group III nitride compound semiconductor has been produced by MOCVD (Metal Organic C).
chemical Vapor Deposition;
Metal organic chemical vapor deposition (MOVPE (Metal)
Organic Vapor Phase Epita
xy) method) or MBE (Molecula)
r Beam Epitaxy; molecular beam epitaxy)
It is fabricated as a single-crystal thin film by growing it on a substrate using a method.

【0004】このうちMOCVD法は、3族元素および
窒素の原料ガスを化学反応させることにより基板上に3
族ナイトライド化合物半導体をヘテロエピタキシャル成
長させる方法であり、組成が均一な単結晶薄膜を形成す
ることができるという利点を有している。また、基板温
度(成長温度)を高く設定することができるので、転位
などの格子欠陥の少ない、いわゆる結晶性の高い単結晶
薄膜を比較的容易に作製することができるという利点も
有している。
In the MOCVD method, a group 3 element and a nitrogen source gas are chemically reacted to form a 3
This is a method of heteroepitaxially growing a group III nitride compound semiconductor, and has an advantage that a single crystal thin film having a uniform composition can be formed. In addition, since the substrate temperature (growth temperature) can be set high, there is also an advantage that a so-called single crystal thin film having high crystallinity with few lattice defects such as dislocations can be relatively easily formed. .

【0005】一方、MBE法は、クヌーセンセルから蒸
発させた3族元素および窒素の各粒子ビームを基板に照
射して結晶を成長させる方法であり、組成および膜厚の
均一な薄膜を形成することが困難であることに加えて、
成長時に薄膜表面からの窒素の脱離を抑制するために基
板温度を低くしなければならず、結晶性の高い単結晶薄
膜を作製することが難しいという問題があった。一般に
発光素子の発光効率は結晶性に強く依存すると言われて
おり、そのため、現状では、実用上有効なMOCVD法
が多用されている。
On the other hand, the MBE method is a method of growing a crystal by irradiating a substrate with a particle beam of a group III element and nitrogen evaporated from a Knudsen cell, and forming a thin film having a uniform composition and thickness. Is difficult,
In order to suppress the desorption of nitrogen from the surface of the thin film during growth, the substrate temperature must be lowered, and there is a problem that it is difficult to produce a single crystal thin film having high crystallinity. In general, it is said that the luminous efficiency of a light-emitting element strongly depends on crystallinity. Therefore, at present, a practically effective MOCVD method is often used.

【0006】しかしながら、MOCVD法により発光素
子を製造する場合、使用する基板は成長させる化合物半
導体とほぼ等しい結晶格子定数を有すると共に、耐熱性
に優れている必要がある。すなわち、基板の材質や大き
さに制約が生じてしまうという問題があった。
However, when a light emitting device is manufactured by the MOCVD method, the substrate to be used needs to have a crystal lattice constant substantially equal to that of the compound semiconductor to be grown and to have excellent heat resistance. That is, there is a problem that the material and size of the substrate are restricted.

【0007】例えば、3族ナイトライド化合物半導体を
成長させる場合には、主に結晶性のサファイア(α−A
)基板が使用されている。このサファイアは、
3族ナイトライド化合物半導体、中でも窒化ガリウムと
ほぼ等しい結晶格子定数を有すると共に、耐熱性に優れ
ており、MOCVD用の基板として好適な材料である。
しかし、サファイア基板を用いる場合には、c面上に成
長させる必要があるため、基板の加工性や成形性に難が
あり、材料コストが高くなってしまう問題があった。
For example, when growing a group III nitride compound semiconductor, crystalline sapphire (α-A
l 2 O 3 ) substrate is used. This sapphire is
It has a crystal lattice constant substantially equal to that of gallium nitride, and has excellent heat resistance, and is a suitable material for a substrate for MOCVD.
However, when a sapphire substrate is used, it must be grown on the c-plane, so that there is a problem in workability and moldability of the substrate, and there is a problem that the material cost is increased.

【0008】また、基板の全面に均一な膜厚の薄膜を形
成することが困難であるために、面積の大きな基板を用
いることができず、現状では最大で20cm程度であ
り、生産性が低いという問題もあった。
Further, it is difficult to form a thin film having a uniform film thickness over the entire surface of the substrate, so that a substrate having a large area cannot be used. There was also a problem.

【0009】更に、発光素子は発光層(活性層とも言
う)とキャリア輸送層とで構成される多層構造となるた
め、各半導体層の接合面において結晶格子歪みが生じな
いように化合物半導体をエピタキシャル成長させる必要
がある。その理由としては、結晶格子歪みが生じると、
各半導体層の接合面近傍において転位などの結晶格子欠
陥が発生し、発光効率が低下してしまうからである。す
なわち、各半導体層の結晶系と格子定数を精密に制御す
る必要があり、結晶成長条件の設定とその制御には困難
を極め、製造が難しいという問題もあった。
Furthermore, since the light-emitting element has a multilayer structure composed of a light-emitting layer (also called an active layer) and a carrier transport layer, a compound semiconductor is epitaxially grown so that crystal lattice distortion does not occur at the junction surface of each semiconductor layer. Need to be done. The reason is that when crystal lattice distortion occurs,
This is because crystal lattice defects such as dislocations are generated in the vicinity of the junction surface of each semiconductor layer, and the luminous efficiency is reduced. That is, it is necessary to precisely control the crystal system and lattice constant of each semiconductor layer, and there is a problem that setting and controlling the crystal growth conditions is extremely difficult, and manufacturing is difficult.

【0010】なお、上記3族ナイトライド化合物半導体
の他にも、発光素子に使用される実用的な半導体材料と
しては酸化物半導体がある。酸化物半導体の特長は、3
族ナイトライド化合物半導体に比べて低温で結晶を成長
させることができることである。
[0010] In addition to the group III nitride compound semiconductor, an oxide semiconductor is a practical semiconductor material used for a light emitting element. Features of oxide semiconductors are:
A crystal can be grown at a lower temperature as compared with a group nitride compound semiconductor.

【0011】酸化物半導体の中でも、例えば酸化亜鉛
(ZnO)は、禁制帯幅エネルギーが3.2eVの直接
遷移型の発光材料として知られている。また、酸化亜鉛
の励起子結合エネルギーは60meVであり、窒化ガリ
ウムの24meVに比べて大きく、室温でも励起子が安
定に存在すると考えられている。よって、室温において
励起子発光する発光素子が実現可能であり、酸化亜鉛の
励起子発光に関する文献は過去に多数ある。
[0011] Among oxide semiconductors, for example, zinc oxide (ZnO) is known as a direct transition type light emitting material having a bandgap energy of 3.2 eV. Further, the exciton binding energy of zinc oxide is 60 meV, which is larger than 24 meV of gallium nitride, and it is considered that excitons are stably present even at room temperature. Therefore, a light-emitting element that emits excitons at room temperature can be realized, and there are many documents on exciton emission of zinc oxide in the past.

【0012】例えば、酸化亜鉛を発光層として用いた発
光素子に関する最も古い公知文献としては、「ZINC
OXIDE LIGHT EMITTING DIO
DE」(U.S.Patent:No.408176
4,Date:March28,1978)がある。こ
の文献では、単結晶酸化亜鉛の薄片にアノード電極とカ
ソード電極を形成し、その電極間に直流電圧を印加して
動作させるMS(Metal Semiconduct
or)構造の発光素子が提案されている。一般に、MS
構造の発光素子は、金属と半導体の接触により半導体表
面に形成されるショットキーバリア(Shottky
barrier)を利用して整流特性を発現させ動作さ
せるものである。この特許で提案されている発光素子の
特徴は、単結晶酸化亜鉛の薄片の片面に酸素原子の結晶
格子面を露出させ、その結晶格子面に仕事関数の大きい
材料を用いたアノード電極を形成することにより、整流
特性を発現させる点にある。よって、この発光素子で
は、単結晶酸化亜鉛の結晶格子面を精密に露出させるプ
ロセス技術と、この結晶格子面とアノード電極とをきち
んと接合させるプロセス技術とが必要不可欠であり、製
造が難しいという問題があった。
For example, the oldest known literature on a light-emitting element using zinc oxide as a light-emitting layer includes “ZINC”.
OXIDE LIGHT EMITTING DIO
DE "(US Patent: No. 408176)
4, Date: March 28, 1978). In this document, an MS (Metal Semiconductor) in which an anode electrode and a cathode electrode are formed on a single-crystal zinc oxide flake and a DC voltage is applied between the electrodes to operate.
or) A light emitting element having a structure has been proposed. Generally, MS
A light emitting device having a structure has a Schottky barrier (Shotky barrier) formed on a semiconductor surface by contact between a metal and a semiconductor.
In this case, the rectifier characteristic is developed and operated using the same. The feature of the light-emitting element proposed in this patent is that the crystal lattice plane of oxygen atoms is exposed on one side of a single crystal zinc oxide flake, and an anode electrode using a material having a large work function is formed on the crystal lattice plane. Thus, the rectification characteristic is exhibited. Therefore, in this light-emitting element, a process technology for precisely exposing the crystal lattice plane of the single crystal zinc oxide and a process technology for properly bonding the crystal lattice plane to the anode electrode are indispensable, and the production is difficult. was there.

【0013】また、過去の文献では、上記MS構造の発
光素子の他にも、直流パルス電流(周波数;10Hz〜
1kHz)により動作するMIS(Metal Ins
ulator Semiconductor)構造の発
光素子が提案されている。このMIS構造の発光素子
は、金属電極に電圧を印加し、絶縁物を介して半導体表
面を制御する発光素子の総称である。
Further, in the past literature, a DC pulse current (frequency: 10 Hz to
MIS (Metal Ins) operating at 1 kHz)
A light-emitting element having a structure of a semiconductor (ultrator semiconductor) has been proposed. The light-emitting element having the MIS structure is a general term for a light-emitting element that controls a semiconductor surface via an insulator by applying a voltage to a metal electrode.

【0014】例えば、このような発光素子としては、銀
(Ag)の電極,酸化ケイ素(SiO)よりなる絶縁
層,リチウム(Li)を添加した酸化亜鉛よりなる発光
層および銀の電極を順次積層した構造のもの(B.W.
Thomas et al.:Electronics
Letters,vol.9,No.16,p.36
2(1973).)、また、金(Au)の電極,酸化ケ
イ素よりなる絶縁層,酸化亜鉛よりなる発光層および金
の電極を順次積層した構造のもの(T.Minami
et al.:Jpn.J.Appl.Phys.,v
ol.13,No.9,p.1475(197
4).)、さらに、金の電極,酸化亜鉛よりなる絶縁
層,酸化亜鉛よりなる発光層,インジウム(In)の電
極を順次積層した構造のもの(A.Shimizu e
t al.:Jpn.J.Appl.Phys.,vo
l.17,No.8,p.1435(1978).)な
どがある。これらMIS構造発光素子の特徴は、その構
造上、電流制御ではなく電圧制御を利用している点にあ
る。そのため、MIS構造の発光素子は、電池等の直流
電流で動作させることができず、パルスジェネレーター
等の直流パルス電流で動作させることとなる。よって、
直流パルス電流を発生させる駆動回路が必要となり、シ
ステム全体の価格が高くなってしまうという問題があっ
た。また、原理上、絶縁層を導入する構造のため、駆動
時に過電流が流れてしまう絶縁破壊の問題もあり、信頼
性および安定性に課題があった。
For example, as such a light emitting element, a silver (Ag) electrode, an insulating layer made of silicon oxide (SiO), a light emitting layer made of zinc oxide to which lithium (Li) is added, and a silver electrode are sequentially laminated. (BW.
Thomas et al. : Electronics
Letters, vol. 9, No. 16, p. 36
2 (1973). And a structure in which a gold (Au) electrode, an insulating layer made of silicon oxide, a light emitting layer made of zinc oxide, and a gold electrode are sequentially laminated (T. Minami).
et al. : Jpn. J. Appl. Phys. , V
ol. 13, No. 9, p. 1475 (197
4). ), And a structure in which a gold electrode, an insulating layer made of zinc oxide, a light emitting layer made of zinc oxide, and an indium (In) electrode are sequentially laminated (A. Shimizu, Japan).
t al. : Jpn. J. Appl. Phys. , Vo
l. 17, No. 8, p. 1435 (1978). )and so on. The feature of these MIS structure light emitting elements lies in that voltage control rather than current control is used in the structure. Therefore, the light emitting element having the MIS structure cannot be operated by a DC current of a battery or the like, but is operated by a DC pulse current of a pulse generator or the like. Therefore,
A drive circuit for generating a DC pulse current is required, and there is a problem that the price of the entire system increases. Further, in principle, the structure in which an insulating layer is introduced has a problem of dielectric breakdown in which an overcurrent flows at the time of driving, and has a problem in reliability and stability.

【0015】さらに、最近の公知文献では、六角柱構造
の微結晶で構成した酸化亜鉛の発光層を用いてレーザー
発振させる発光素子が提案されている(特開平10−2
56673号公報「光半導体素子及びその製造方
法」)。この発光素子の特徴は、六角柱構造の微結晶よ
りなる酸化亜鉛の結晶粒界(側面6ヶ所)を積極的に共
振器ミラーとして機能させる点にある。よって、この発
光素子では、微結晶の六角柱構造を幾何学的に精密に形
成させ、かつ、この六角柱の側面間隔を制御可能な微結
晶の製造技術が必要不可欠であり、製造が難しいという
問題があった。
Furthermore, a recent publicly known document proposes a light-emitting element that oscillates a laser using a light-emitting layer of zinc oxide composed of hexagonal columnar microcrystals (Japanese Patent Laid-Open No. 10-2).
No. 56673, "Optical semiconductor device and manufacturing method thereof"). The feature of this light emitting element is that the crystal grain boundaries (six places on the side surfaces) of zinc oxide made of hexagonal columnar microcrystals actively function as resonator mirrors. Therefore, in this light-emitting element, a microcrystal manufacturing technique capable of precisely forming the hexagonal prism structure of the microcrystal geometrically and controlling the side-to-side spacing of the hexagonal prism is indispensable, and it is difficult to manufacture. There was a problem.

【0016】加えて、最近の公知文献では、平均粒径2
0nm以下で粒径の等しい微結晶を規則正しく並べた単
層膜又は多層膜構成のn型半導体発光層を用いた発光素
子が提案されている(「ELECTROLUMINES
CENT DEVICESFORMED USING
SEMICONDUCTOR NANOCRYSTAL
S AS AN ELECTRON TRANSPOR
T MEDIA AND METHOD OF MAK
ING SUCH ELECTROLUMINESCE
NT DEVICES」(U.S.Patent:N
o.5537000,Date:July16,199
6))。この発光素子の特徴は、平均粒径20nm以下
で粒径の等しい微結晶を用いることにより量子サイズ効
果が発現し、結晶粒径により発光波長の制御が可能な点
にある。よって、この発光素子では、量子サイズ効果を
発現させるために微結晶間の結晶粒界が明瞭に存在して
いる必要があり、そのため微結晶間の界面エネルギーが
必然的に大きくなり、駆動電圧が高くなってしまうとい
う問題が考えられる。
[0016] In addition, according to recent known literature, the average particle size is 2
There has been proposed a light-emitting element using an n-type semiconductor light-emitting layer having a single-layer film or a multilayer film structure in which microcrystals having a particle size equal to or less than 0 nm are regularly arranged (“ELECTROLUMINES”).
CENT DEVICESFORMED USING
SEMICONDUCTOR NANOCRYSTAL
S AS ELECTRON TRANSPORT
T MEDIA AND METHOD OF MAK
ING SUCH ELECTROLUMINESSE
NT DEVICES "(US Patent: N
o. 5537000, Date: July 16, 199
6)). The feature of this light-emitting element is that a quantum size effect is exhibited by using microcrystals having an average particle diameter of 20 nm or less and having the same particle diameter, and the emission wavelength can be controlled by the crystal particle diameter. Therefore, in this light-emitting element, a crystal grain boundary between crystallites needs to be clearly present in order to exhibit the quantum size effect, so that the interface energy between the crystallites is inevitably increased, and the driving voltage is reduced. The problem that it becomes high is considered.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】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、容易に製造する
ことができ、かつ容易に動作させることができる発光素
子およびその製造方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a light emitting device which can be easily manufactured and which can be easily operated, and a method of manufacturing the same. To provide.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明による発光素子
は、ホール輸送層と、このホール輸送層の一面側に形成
され、半導体の微結晶を含む微粒子が焼結領域により接
合された微粒子焼結体よりなる半導体発光層と、前記ホ
ール輸送層に対して電気的に接続された第1の電極と、
前記半導体発光層に対して電気的に接続された第2の電
極とを備えたものである。
According to the present invention, there is provided a light emitting device comprising a hole transport layer and a fine particle sintered layer formed on one side of the hole transport layer, wherein fine particles containing semiconductor microcrystals are joined by a sintered region. A semiconductor light emitting layer made of a body, a first electrode electrically connected to the hole transport layer,
A second electrode electrically connected to the semiconductor light emitting layer.

【0019】本発明による他の発光素子は、ホール輸送
層と、電子輸送層と、これらホール輸送層と電子輸送層
との間に形成され、半導体の微結晶を含む微粒子が焼結
領域により接合された微粒子焼結体よりなる半導体発光
層と、前記ホール輸送層に対して電気的に接続された第
1の電極と、前記電子輸送層に対して電気的に接続され
た第2の電極とを備えたものである。
In another light emitting device according to the present invention, a hole transport layer, an electron transport layer, and fine particles containing semiconductor microcrystals formed between the hole transport layer and the electron transport layer are bonded by a sintered region. A semiconductor light emitting layer made of a fine particle sintered body, a first electrode electrically connected to the hole transport layer, and a second electrode electrically connected to the electron transport layer. It is provided with.

【0020】本発明による他の発光素子は、半導体の微
結晶を含む微粒子が焼結領域により接合された微粒子焼
結体よりなる半導体発光層と、この半導体発光層とそれ
ぞれ電気的に接続された第1の電極および第2の電極と
を備えたものである。
In another light emitting device according to the present invention, a semiconductor light emitting layer made of a fine particle sintered body in which fine particles containing semiconductor microcrystals are joined by a sintered region, and the semiconductor light emitting layer is electrically connected to each other. It has a first electrode and a second electrode.

【0021】本発明による発光素子の製造方法は、基板
の上にホール輸送層を形成する工程と、このホール輸送
層の上に、半導体の微結晶を含む微粒子を焼結した微粒
子焼結体により半導体発光層を形成する工程とを含むも
のである。
The method of manufacturing a light emitting device according to the present invention comprises a step of forming a hole transport layer on a substrate, and a step of sintering fine particles containing semiconductor microcrystals on the hole transport layer. Forming a semiconductor light emitting layer.

【0022】本発明による他の発光素子の製造方法は、
基板の上にホール輸送層を形成する工程と、このホール
輸送層の上に、半導体の微結晶を含む微粒子を焼結した
微粒子焼結体により半導体発光層を形成する工程と、こ
の半導体発光層の上に、電子輸送層を形成する工程とを
含むものである。
Another method for manufacturing a light emitting device according to the present invention is as follows.
A step of forming a hole transport layer on the substrate, a step of forming a semiconductor light emitting layer on the hole transport layer by a fine particle sintered body obtained by sintering fine particles containing semiconductor microcrystals, and a step of forming the semiconductor light emitting layer A step of forming an electron transport layer thereon.

【0023】本発明による発光素子および他の発光素子
では、第1の電極および第2の電極を介して半導体発光
層に電流が注入されると、半導体発光層において光が発
生する。ここでは、半導体の微結晶を含む微粒子が焼結
領域で接合された微粒子焼結体により半導体発光層が構
成されているので、半導体発光層におけるキャリア輸送
性が確保されている。
In the light emitting device according to the present invention and other light emitting devices, when a current is injected into the semiconductor light emitting layer through the first electrode and the second electrode, light is generated in the semiconductor light emitting layer. Here, since the semiconductor light emitting layer is formed by the fine particle sintered body in which the fine particles containing the semiconductor microcrystals are joined in the sintered region, the carrier transportability in the semiconductor light emitting layer is ensured.

【0024】本発明による発光素子の製造方法および他
の発光素子の製造方法では、半導体発光層が半導体の微
結晶を含む微粒子を焼結した微粒子焼結体により形成さ
れる。
In the method for manufacturing a light emitting device according to the present invention and another method for manufacturing a light emitting device, a semiconductor light emitting layer is formed of a fine particle sintered body obtained by sintering fine particles containing semiconductor microcrystals.

【0025】[0025]

【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。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0026】図1は本発明の実施の形態に係る発光素子
の半導体発光層を構成する微粒子焼結体10の一構成例
を概念的に表すものである。なお、図1はあくまでもこ
の微粒子焼結体10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、実物を描写したものではない。
FIG. 1 conceptually shows a configuration example of a fine particle sintered body 10 constituting a semiconductor light emitting layer of a light emitting device according to an embodiment of the present invention. Note that FIG. 1 conceptually illustrates the configuration of the fine particle sintered body 10 for the sake of explanation, but does not illustrate the actual product.

【0027】この微粒子焼結体10は、半導体よりなる
微結晶を含む微粒子11が焼結領域11aにより接合さ
れた構造を有している。これは、図2に示したような微
粒子11を焼結することにより得られたものである。図
2に示した微粒子11の集合体では、微粒子間の界面に
高い粒界エネルギー障壁(二重ショットキー障壁)が存
在しキャリア輸送性がないのに対して、この微粒子焼結
体10では、焼結領域11aにより微粒子間の粒界エネ
ルギー障壁が小さくなり、微粒子間のキャリア輸送性を
確保できるようになっている。これにより、この微粒子
焼結体10は、例えば比抵抗0.001Ωcm〜100
00Ωcm程度のキャリア輸送性を得ることができるよ
うになっている。
The fine particle sintered body 10 has a structure in which fine particles 11 containing microcrystals made of a semiconductor are joined by a sintered region 11a. This is obtained by sintering the fine particles 11 as shown in FIG. In the aggregate of the fine particles 11 shown in FIG. 2, a high grain boundary energy barrier (double Schottky barrier) exists at the interface between the fine particles and there is no carrier transporting property. Due to the sintering region 11a, the grain boundary energy barrier between the fine particles is reduced, and the carrier transportability between the fine particles can be secured. Thereby, the fine particle sintered body 10 has a specific resistance of, for example, 0.001 Ωcm to 100 Ωcm.
A carrier transporting property of about 00 Ωcm can be obtained.

【0028】なお、この微粒子焼結体10を構成する微
粒子11は少なくとも一部が微結晶により構成されてお
り、例えば、微結晶と微結晶以外の他の粒子とを含んで
いてもよく、また例えば、微結晶に被覆層などが設けら
れた微粒子を含んでいてもよい。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粒子のことである。
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以下であることが好ましい。100n
m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、より好ましい微結晶の結晶粒径
は50nm以下である。結晶粒径が小さくなるにつれて
微結晶の表面自由エネルギーが増大し、加熱処理やレー
ザーアニール処理により微結晶表面の改質や微結晶間の
固相焼結がより低温条件で可能となるので、発光輝度お
よび機械的強度を向上させることができるからである。
The fine particles 11 constituting the fine particle sintered body 10 are at least partially composed of microcrystals, and may include, for example, microcrystals and particles other than microcrystals. For example, fine particles in which a coating layer or the like is provided on microcrystals may be included. Here, the term “microcrystal” refers to fine particles made of a single crystal or polycrystal.
The crystal grain size of the microcrystal (that is, the crystal grain size of one single crystal) is preferably 100 nm or less. 100n
This is because a crystal with very few defects can be obtained if the number is less than m. Further, a more preferable crystal grain size of the microcrystal is 50 nm or less. As the crystal grain size becomes smaller, the surface free energy of the microcrystals increases, and heat treatment or laser annealing enables modification of the microcrystal surface and solid phase sintering between the microcrystals at lower temperature conditions. This is because luminance and mechanical strength can be improved.

【0029】また、この微粒子焼結体10は、禁制帯遷
移発光(禁制帯遷移に起因する発光)またはドナーアク
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
微粒子焼結体10は、禁制帯遷移発光機能またはドナー
アクセプターペア発光機能をそれぞれ有している。
The fine particle sintered body 10 emits forbidden band transition light emission (light emission due to forbidden band transition) or donor-acceptor pair light emission (light emission due to transition between donor-acceptor levels). ing. That is, the fine particle sintered body 10 has a forbidden band transition emission function or a donor-acceptor pair emission function.

【0030】微結晶を構成する半導体としては、例えば
酸化物または窒化物が挙げられ、例えば亜鉛(Zn),
チタン(Ti)および鉄(Fe)からなる群のうちの少
なくとも1種を含む酸化物、または3B族元素の窒化物
などが好ましい。具体的には、酸化亜鉛,酸化チタン
(TiO),酸化鉄(FeまたはFeO),酸
化亜鉛・酸化チタン(ZnO・TiO)混晶,酸化亜
鉛・酸化鉄(ZnO・Fe)混晶あるいは酸化チ
タン・酸化鉄(TiO・Fe)混晶など、また
は窒化ガリウム,窒化インジウム,窒化インジウム・ガ
リウム混晶,窒化アルミニウム・ガリウム混晶あるいは
窒化インジウム・アルミニウム・ガリウム混晶などが挙
げられる。
Examples of the semiconductor constituting microcrystals include oxides and nitrides. For example, zinc (Zn),
An oxide containing at least one selected from the group consisting of titanium (Ti) and iron (Fe), a nitride of a Group 3B element, or the like is preferable. Specifically, zinc oxide, titanium oxide (TiO 2 ), iron oxide (Fe 2 O 3 or FeO), zinc oxide / titanium oxide (ZnO · TiO 2 ) mixed crystal, zinc oxide / iron oxide (ZnO · Fe 2) O 3 ) mixed crystal or titanium oxide / iron oxide (TiO 2 / Fe 2 O 3 ) mixed crystal, or gallium nitride, indium nitride, indium nitride / gallium mixed crystal, aluminum nitride / gallium mixed crystal or indium / aluminum / nitride Gallium mixed crystal and the like can be mentioned.

【0031】なお、この微結晶は必要に応じてn型不純
物を含む場合もある。ちなみに、微結晶を酸化物により
構成する場合には、酸素欠損に基づくキャリアを有する
ことが多いので、電子輸送性を有するn型半導体となる
ことが多い。
The microcrystal may contain an n-type impurity as necessary. Incidentally, in the case where microcrystals are formed using an oxide, an n-type semiconductor having an electron-transporting property is often obtained because carriers are often based on oxygen vacancies.

【0032】このような構成を有する微粒子焼結体10
は、次のようにして製造することができる。
Fine particle sintered body 10 having such a configuration
Can be manufactured as follows.

【0033】まず、上述した半導体よりなる微結晶を含
む微粒子11を溶液に分散し、塗布溶液を作製する。な
お、微結晶の結晶粒径は上述したように100nm以
下、更には50nm以下であることが好ましい。
First, the above-mentioned fine particles 11 containing microcrystals made of a semiconductor are dispersed in a solution to prepare a coating solution. Note that the crystal grain size of the microcrystal is preferably 100 nm or less, and more preferably 50 nm or less, as described above.

【0034】微粒子11を分散させる溶液としては、例
えば、1以上の水酸基を有する有機化合物を少なくとも
1種含む有機溶媒が好ましい。具体的には、エタノー
ル,メタノール,n−プロピルアルコール,i−プロピ
ルアルコール,1−ブタノールあるいは2−ブタノール
に代表される1価のアルコール、またはエチレングリコ
ール,ジエチレングリコール,2−メトキシエタノー
ル,2−エトキシエタノールあるいはトリエチレングリ
コールに代表される2価のアルコールおよびその誘導
体、またはグリセリンに代表されるような3価以上の多
価アルコール、またはフェノールあるいはクレゾールな
どの芳香族化合物が挙げられ、これらの2種以上を混合
して用いてもよく、これらの少なくとも1種と他の有機
化合物とを混合して用いてもよい。
As a solution for dispersing the fine particles 11, for example, an organic solvent containing at least one organic compound having one or more hydroxyl groups is preferable. Specifically, monohydric alcohols represented by ethanol, methanol, n-propyl alcohol, i-propyl alcohol, 1-butanol or 2-butanol, or ethylene glycol, diethylene glycol, 2-methoxyethanol, 2-ethoxyethanol Alternatively, dihydric alcohols and derivatives thereof represented by triethylene glycol, trihydric or higher polyhydric alcohols represented by glycerin, and aromatic compounds such as phenol and cresol are exemplified. May be used as a mixture, or at least one of these may be used as a mixture with another organic compound.

【0035】微粒子11を分散させる溶液の量は任意に
設定することができるが、これにより塗布溶液を塗布す
る場合の塗布膜厚が制御されるので留意する必要があ
る。微粒子11の分散方法は、攪拌、ボールミル、サン
ドミル、超音波分散などの慣用的な分散手段でよく、こ
れらの分散手段によって容易に均一な塗布溶液が得られ
る。
The amount of the solution in which the fine particles 11 are dispersed can be set arbitrarily, but it should be noted that this controls the thickness of the coating when the coating solution is applied. The dispersion method of the fine particles 11 may be a conventional dispersion means such as stirring, a ball mill, a sand mill, and ultrasonic dispersion, and a uniform coating solution can be easily obtained by these dispersion means.

【0036】次いで、この塗布溶液を適宜な図示しない
基板の上に塗布し、自然乾燥あるいはオーブン等の加熱
乾燥を行い塗布層を形成する。その際、基板には、例え
ば、ガラス基板,セラミックス基板,サファイア基板,
窒化ホウ素(BN)基板,窒化アルミニウム基板,窒化
ガリウム基板,窒化アルミニウム・ガリウム基板,窒化
インジウム・ガリウム基板,炭化ケイ素(SiC)基
板,シリコン(Si)基板あるいは金属基板、またはポ
リカーボネート樹脂,ポリエチレンテレフタレート樹
脂,ポリエステル樹脂,エポキシ樹脂,アクリル樹脂あ
るいはABS(Acrylonitrile−Buta
diene−Styrene copolymer)樹
脂などよりなる樹脂基板を用いることができる。
Next, this coating solution is applied on an appropriate substrate (not shown), and dried naturally or dried by heating in an oven to form a coating layer. At this time, the substrate includes, for example, a glass substrate, a ceramic substrate, a sapphire substrate,
Boron nitride (BN) substrate, aluminum nitride substrate, gallium nitride substrate, aluminum / gallium nitride substrate, indium / gallium nitride substrate, silicon carbide (SiC) substrate, silicon (Si) substrate or metal substrate, or polycarbonate resin, polyethylene terephthalate resin , Polyester resin, epoxy resin, acrylic resin or ABS (Acrylonitrile-Buta)
A resin substrate made of, for example, a diene-styrene copolymer resin can be used.

【0037】塗布溶液の塗布方法は任意で良く、スピン
コート法,ディップコート法,スプレーコート法,ロー
ルコート法,メニスカスコート法,バーコート法,カー
テンフローコート法、ビードコート法など種々適用する
ことができる。なお、この塗布および乾燥は、塗布層が
所定の厚さとなるまで繰り返し行う。
The method of applying the coating solution may be arbitrary, and various methods such as spin coating, dip coating, spray coating, roll coating, meniscus coating, bar coating, curtain flow coating, and bead coating may be used. Can be. The application and the drying are repeated until the coating layer has a predetermined thickness.

【0038】続いて、この塗布層を加熱により焼結す
る。これにより、塗布層における微粒子間の固相焼結が
促進され、微粒子間の粒界エネルギー障壁が緩和される
と共に、緻密化により機械的強度が増大する。すなわ
ち、図1に示した微粒子焼結体10が得られる。その
際、例えば、電気焼成炉などの焼成炉を用いて加熱する
ようにしてもよく、レーザービームなどのエネルギービ
ームを照射することにより加熱するようにしてもよい。
Subsequently, the coating layer is sintered by heating. Thereby, solid-phase sintering between the fine particles in the coating layer is promoted, the grain boundary energy barrier between the fine particles is relaxed, and the mechanical strength is increased by densification. That is, the fine particle sintered body 10 shown in FIG. 1 is obtained. At that time, for example, heating may be performed using a firing furnace such as an electric firing furnace, or heating may be performed by irradiating an energy beam such as a laser beam.

【0039】例えば、焼成炉を用いて酸化亜鉛などの酸
化物よりなる微結晶を含む微粒子11を焼結する場合に
は、酸素(O)の含有比が60mol%以上、好まし
くは90mol%以上のガス雰囲気中において、600
℃程度の温度で加熱することが好ましい。酸素の含有比
を60mol%以上、より好ましくは90mol%以上
とするのは、酸素含有比が低いと加熱時に微結晶の表面
から酸素が脱離し、酸素欠損が多くなってしまうからで
ある。なお、窒化物よりなる微結晶を含む微粒子11を
焼結する場合には、酸素の代わりに窒素(N)をガス
雰囲気中に導入する。
For example, when sintering the fine particles 11 containing microcrystals of an oxide such as zinc oxide using a firing furnace, the content ratio of oxygen (O 2 ) is 60 mol% or more, preferably 90 mol% or more. In a gas atmosphere of 600
It is preferable to heat at a temperature of about ° C. The content ratio of oxygen is set to 60 mol% or more, more preferably 90 mol% or more, because when the oxygen content ratio is low, oxygen is desorbed from the surface of the microcrystal at the time of heating and oxygen deficiency increases. When sintering the fine particles 11 containing microcrystals made of nitride, nitrogen (N 2 ) is introduced into the gas atmosphere instead of oxygen.

【0040】また、例えば、レーザービームを照射して
酸化物よりなる微結晶を含む微粒子11を焼結する場合
には、酸素の含有比が60mol%以上、好ましくは9
0mol%以上のガス雰囲気中において、エキシマレー
ザビームを150mJ/cm程度のエネルギー密度で
照射することが好ましい。酸素の含有比をこのようにす
るのは焼成炉を用いる場合と同様であり、窒化物よりな
る微結晶を含む微粒子11を焼成する場合には、酸素の
代わりに窒素を導入すればよい。また、エキシマレーザ
ービームとしては、例えば、XeCl(波長308n
m),XeF(波長351nm),XeBr(波長28
2nm),KrF(波長248nm),KrCl(波長
222nm)あるいはArF(波長193nm),F
(波長157nm)などを用いて発振させた紫外領域の
波長を有するものを用いることができる。
For example, when sintering the fine particles 11 containing microcrystals made of oxide by irradiating a laser beam, the oxygen content ratio is 60 mol% or more, preferably 9 mol% or more.
In a gas atmosphere of 0 mol% or more, it is preferable to irradiate an excimer laser beam with an energy density of about 150 mJ / cm 2 . Making the oxygen content ratio in this way is the same as in the case of using a firing furnace. When firing fine particles 11 containing microcrystals of nitride, nitrogen may be introduced instead of oxygen. As the excimer laser beam, for example, XeCl (wavelength 308 n)
m), XeF (wavelength 351 nm), XeBr (wavelength 28
2 nm), KrF (wavelength 248 nm), KrCl (wavelength 222 nm) or ArF (wavelength 193 nm), F 2
(Wavelength: 157 nm) or the like having a wavelength in the ultraviolet region oscillated by using a wavelength of 157 nm or the like.

【0041】この微粒子焼結体10は、次のように作用
する。
The fine particle sintered body 10 operates as follows.

【0042】この微粒子焼結体10では、電流が注入さ
れると、禁制帯遷移またはドナーアクセプター準位間遷
移に起因する電子−正孔再結合により発光が起こる。こ
こでは、微粒子11が焼結領域11aにより接合されて
いるので、微粒子間のキャリア輸送性が確保され、低電
圧で良好な発光が得られる。
In the fine particle sintered body 10, when a current is injected, light emission occurs due to electron-hole recombination caused by a band gap transition or a transition between donor-acceptor levels. Here, since the fine particles 11 are joined by the sintering region 11a, carrier transportability between the fine particles is ensured, and good light emission can be obtained at a low voltage.

【0043】このようにこの微粒子焼結体10によれ
ば、微粒子11を焼結し、微粒子11が焼結領域11a
により接合されるようにしたので、微粒子間の粒界エネ
ルギー障壁を小さくすることができ、微粒子間のキャリ
ア輸送性を確保することができる。よって、低電圧で容
易に良好な発光を得ることができる。また、焼結領域1
1aにより接合されているので、高い機械的強度も得る
ことができる。
As described above, according to the fine particle sintered body 10, the fine particles 11 are sintered, and the fine particles 11
Thus, the grain boundary energy barrier between the fine particles can be reduced, and the carrier transportability between the fine particles can be ensured. Therefore, good light emission can be easily obtained at a low voltage. In addition, the sintering region 1
1a, high mechanical strength can be obtained.

【0044】このような微粒子焼結体10は、次のよう
にして本実施の形態に係る発光素子に用いられる。
Such a fine particle sintered body 10 is used for the light emitting device according to the present embodiment as follows.

【0045】(第1の発光素子)図3は、本実施の形態
に係る第1の発光素子である発光ダイオード(ligh
t emitting diode;LED)の概略構
成を表すものである。なお、(A)は電極側から見た平
面構造であり、(B)は(A)のI−I線に沿った断面
構造である。この発光ダイオードは、基板21の上に、
第1導電型層であるホール輸送層22と、上述した微粒
子焼結体10よりなる半導体発光層23とが隣接してこ
の順に積層された構造を有している。基板21には、例
えば、微粒子焼結体10の製造方法において説明した各
種基板を用いることができる。
(First Light-Emitting Element) FIG. 3 shows a light-emitting diode (light) as a first light-emitting element according to this embodiment.
This represents a schematic configuration of an emitting diode (LED). (A) is a planar structure viewed from the electrode side, and (B) is a cross-sectional structure along the II line of (A). This light emitting diode is mounted on a substrate 21
It has a structure in which the hole transport layer 22 as the first conductivity type layer and the semiconductor light emitting layer 23 made of the above-described sintered fine particles 10 are stacked adjacently in this order. As the substrate 21, for example, the various substrates described in the method for manufacturing the fine particle sintered body 10 can be used.

【0046】ホール輸送層22は、例えば、積層方向の
厚さ(以下、単に厚さという)が約0.1μm〜10μ
mであり、マグネシウム(Mg)などのp型不純物を添
加した3B族元素の窒化物により構成されている。ホー
ル輸送層22のキャリア濃度は、例えば、1.0×10
16cm−3〜 1.0×1020cm−3程度となっ
ている。なお、ホール輸送層22は、単結晶体,多結晶
体,非晶質体,微粒子体あるいはこれらの複合体などど
のような形態を有していてもよい。
The hole transport layer 22 has, for example, a thickness in the stacking direction (hereinafter simply referred to as a thickness) of about 0.1 μm to 10 μm.
m, and is made of a nitride of a Group 3B element to which a p-type impurity such as magnesium (Mg) is added. The carrier concentration of the hole transport layer 22 is, for example, 1.0 × 10
It is about 16 cm −3 to 1.0 × 10 20 cm −3 . Note that the hole transport layer 22 may have any form such as a single crystal, a polycrystal, an amorphous, a fine particle, or a composite thereof.

【0047】また、ホール輸送層22は、半導体発光層
23よりも大きな禁制帯幅エネルギーを有していること
が好ましい。これにより、ホール輸送層22を半導体発
光層23に対するキャリア閉じ込めおよびクラッド層と
して機能させることができるからである。また、ホール
輸送層22の吸収端波長よりも半導体発光層23から放
出される光の波長の方が長くなり、半導体発光層23か
ら放出される光はホール輸送層22の中を減衰すること
なく透過するので、基板21の側から光を取り出すこと
ができ、光取り出し効率を増大させることができるから
である。
The hole transport layer 22 preferably has a larger bandgap energy than the semiconductor light emitting layer 23. This is because the hole transport layer 22 can function as a carrier confinement for the semiconductor light emitting layer 23 and as a cladding layer. In addition, the wavelength of light emitted from the semiconductor light emitting layer 23 is longer than the absorption edge wavelength of the hole transport layer 22, and the light emitted from the semiconductor light emitting layer 23 is not attenuated in the hole transport layer 22. This is because light is transmitted, so that light can be extracted from the side of the substrate 21 and light extraction efficiency can be increased.

【0048】例えば、後述するように半導体発光層23
が酸化亜鉛,酸化チタンあるいは酸化鉄よりなる微結晶
を含むように構成する場合には、ホール輸送層22を窒
化ホウ素,窒化アルミニウム,窒化ガリウム,窒化アル
ミニウム・ガリウム混晶などにより構成することが好ま
しい。ちなみに、それらの禁制帯幅エネルギーは、酸化
亜鉛が3.2eV、酸化チタンが3.0eV、酸化鉄
(Fe)が3.1eV、窒化ホウ素が6.2e
V、窒化アルミニウムが6.1eV、窒化ガリウムが
3.4eVであり、混晶の場合にはその組成に応じて変
化する。
For example, as described later, the semiconductor light emitting layer 23
When the hole transport layer 22 is constituted to contain microcrystals of zinc oxide, titanium oxide or iron oxide, it is preferable that the hole transport layer 22 is composed of boron nitride, aluminum nitride, gallium nitride, aluminum nitride-gallium mixed crystal, or the like. . Incidentally, their bandgap energies are 3.2 eV for zinc oxide, 3.0 eV for titanium oxide, 3.1 eV for iron oxide (Fe 2 O 3 ), and 6.2 e for boron nitride.
V, aluminum nitride is 6.1 eV, and gallium nitride is 3.4 eV. In the case of a mixed crystal, it changes according to the composition.

【0049】半導体発光層23は、例えば、厚さが約
0.5μm〜10μmであり、酸化物よりなる微結晶を
含む微粒子焼結体10により構成されている。この酸化
物としては、例えば、上述したように、亜鉛,チタンお
よび鉄からなる群のうちの少なくとも1種を含むものが
挙げられる。なお、この微粒子焼結体10は例えば酸素
欠損によるキャリアを有しており、それによりこの半導
体発光層23は第2導電型層である電子輸送層となって
いる。
The semiconductor light emitting layer 23 has a thickness of, for example, about 0.5 μm to 10 μm, and is made of the fine particle sintered body 10 containing microcrystals made of oxide. As the oxide, for example, as described above, an oxide containing at least one member from the group consisting of zinc, titanium, and iron can be used. The fine particle sintered body 10 has, for example, carriers due to oxygen deficiency, whereby the semiconductor light emitting layer 23 is an electron transport layer which is a second conductivity type layer.

【0050】また、ホール輸送層22の上には第1の電
極であるp側電極24が形成され、半導体発光層23の
上には第2の電極であるn側電極25が形成されてい
る。p側電極24はホール輸送層22およびホール輸送
層22を介して半導体発光層23とそれぞれ電気的に接
続されており、例えばホール輸送層22の側からニッケ
ル(Ni)層,白金(Pt)層および金(Au)層を順
次積層して合金化した構造を有している。n側電極25
は半導体発光層23と電気的に接続されており、例えば
金層を蒸着して合金化した構造を有している。なお、n
側電極25は、半導体発光層23のほぼ全面に対して形
成されることが好ましい。半導体発光層23とn側電極
25との接触面積が大きくなり、半導体発光層23のほ
ぼ全面より発光を得ることができるからである。
On the hole transport layer 22, a p-side electrode 24 as a first electrode is formed, and on the semiconductor light emitting layer 23, an n-side electrode 25 as a second electrode is formed. . The p-side electrode 24 is electrically connected to the semiconductor light emitting layer 23 via the hole transport layer 22 and the hole transport layer 22, for example, a nickel (Ni) layer and a platinum (Pt) layer from the hole transport layer 22 side. And a gold (Au) layer sequentially laminated and alloyed. n-side electrode 25
Is electrically connected to the semiconductor light emitting layer 23 and has, for example, a structure in which a gold layer is deposited and alloyed. Note that n
The side electrode 25 is preferably formed on almost the entire surface of the semiconductor light emitting layer 23. This is because the contact area between the semiconductor light emitting layer 23 and the n-side electrode 25 increases, and light emission can be obtained from almost the entire surface of the semiconductor light emitting layer 23.

【0051】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。
The light emitting diode having such a configuration can be manufactured as follows.

【0052】まず、洗浄した基板21の上に、例えば、
MOCVD法,MBE法,PLD(Pulsed La
ser Deposition;パルスレーザー成膜)
法,スパッタリング法あるいはCVD(Chemica
l Vapor Deposition)法などを用い
てホール輸送層22を形成する。
First, on the cleaned substrate 21, for example,
MOCVD, MBE, PLD (Pulsed La
ser Deposition; pulse laser deposition)
Method, sputtering method or CVD (Chemica
The hole transport layer 22 is formed by using an I Vapor Deposition method or the like.

【0053】次いで、ホール輸送層22の上に、半導体
発光層23を上述した方法により形成する。続いて、半
導体発光層23の上に、例えばp側電極24の形成位置
に対応してストライプ状の図示しないレジストパターン
を形成し、このレジストパターンをマスクとして、例え
ば反応性イオンエッチング(RIE;Reactive
Ion Etching)法により半導体発光層23
を選択的に除去し、ホール輸送層22を露出させる。
Next, the semiconductor light emitting layer 23 is formed on the hole transport layer 22 by the above-described method. Subsequently, a stripe-shaped resist pattern (not shown) is formed on the semiconductor light emitting layer 23, for example, corresponding to the formation position of the p-side electrode 24, and using this resist pattern as a mask, for example, reactive ion etching (RIE; Reactive)
Ion Etching) semiconductor light emitting layer 23
Is selectively removed to expose the hole transport layer 22.

【0054】ホール輸送層22を露出させたのち、図示
しないレジストパターンを除去し、半導体発光層23の
上に例えば金層を蒸着してn側電極25を形成すると共
に、露出させたホール輸送層22の上に例えばニッケル
層,白金層および金層を順次蒸着してp側電極24を形
成する。そののち、加熱処理を行いp側電極24および
n側電極25を合金化する。これにより、図3(A),
(B)に示した発光ダイオードが得られる。
After exposing the hole transport layer 22, the resist pattern (not shown) is removed, and for example, a gold layer is deposited on the semiconductor light emitting layer 23 to form the n-side electrode 25, and the exposed hole transport layer 22 is formed. For example, a p-side electrode 24 is formed by sequentially depositing a nickel layer, a platinum layer, and a gold layer on the metal layer 22. After that, a heat treatment is performed to alloy the p-side electrode 24 and the n-side electrode 25. As a result, FIG.
The light emitting diode shown in (B) is obtained.

【0055】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。
The light emitting diode manufactured as described above operates as follows.

【0056】この発光ダイオードは、直流電流により動
作し、p側電極24とn側電極25との間に所定の電圧
が印加されると半導体発光層23に電流が注入され、半
導体発光層23とホール輸送層22との界面近傍におい
て電子−正孔再結合により発光が起こる。ここでは、半
導体発光層23に含まれる微結晶を酸化物により構成し
ているので、紫外光または可視光が放出される。また、
半導体発光層23を微粒子焼結体10により構成してい
るので、半導体発光層23におけるキャリア輸送性が確
保され、低電圧で良好な発光が得られる。
The light emitting diode operates by a direct current, and when a predetermined voltage is applied between the p-side electrode 24 and the n-side electrode 25, a current is injected into the semiconductor light emitting layer 23 and the semiconductor light emitting layer 23 Light emission occurs due to electron-hole recombination near the interface with the hole transport layer 22. Here, since the microcrystals included in the semiconductor light emitting layer 23 are composed of an oxide, ultraviolet light or visible light is emitted. Also,
Since the semiconductor light emitting layer 23 is composed of the fine particle sintered body 10, carrier transportability in the semiconductor light emitting layer 23 is secured, and good light emission can be obtained at a low voltage.

【0057】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られる。
The light emitting diode is used as a light source such as a lighting, a display or a germicidal lamp.

【0058】このようにこの発光ダイオードによれば、
微粒子焼結体10よりなる半導体発光層23を備えるよ
うにしたので、半導体発光層23におけるキャリア輸送
性を確保することができ、低電圧の直流電流で容易に動
作させることができる。よって、複雑で高価な駆動回路
を必要とせず、携帯電話などの屋外で使用する電気製品
の表示素子として使用することができる。
As described above, according to this light emitting diode,
Since the semiconductor light emitting layer 23 made of the fine particle sintered body 10 is provided, carrier transportability in the semiconductor light emitting layer 23 can be secured, and the semiconductor light emitting layer 23 can be easily operated with a low voltage DC current. Therefore, a complicated and expensive drive circuit is not required, and the device can be used as a display element of an electric product used outdoors such as a mobile phone.

【0059】また、任意の基板21の上に形成すること
ができ、MOCVD法などのエピタキシャル成長法によ
り形成する場合に比べて耐熱性に優れた基板を用いなく
てもよい。よって、基板21の材質を任意に選択するこ
とができ、基板21の面積を大きくできると共に、製造
コストを低減することができる。従って、大面積ディス
プレイ、大面積照明器具などの大型表示素子を実現する
ことが可能となる。
Further, it can be formed on an arbitrary substrate 21, and it is not necessary to use a substrate having excellent heat resistance as compared with the case where it is formed by an epitaxial growth method such as MOCVD. Therefore, the material of the substrate 21 can be arbitrarily selected, the area of the substrate 21 can be increased, and the manufacturing cost can be reduced. Therefore, a large-sized display element such as a large-area display and a large-area lighting fixture can be realized.

【0060】更に、半導体発光層23を形成する際に、
結晶系および格子定数を精密に制御する必要がなく、容
易に製造することができる。
Further, when forming the semiconductor light emitting layer 23,
There is no need to precisely control the crystal system and lattice constant, and it can be easily manufactured.

【0061】加えて、この発光ダイオードによれば、酸
化亜鉛などの酸化物により微結晶を構成するようにした
ので、室温において容易に紫外発光させることができ
る。よって、蛍光体励起光源として用いることにより、
ディスプレイ、照明器具などへ応用することができる。
例えば、蛍光体の発色に基づく画像表示素子において、
CRT(Cathode Ray Tube)の電子銃
やFED(FieldEmission Displa
y)の冷陰極に代わる励起エネルギー源として用いるこ
とにより、大型平面ディスプレイを実現することができ
る。
In addition, according to this light emitting diode, since microcrystals are formed by an oxide such as zinc oxide, ultraviolet light can be easily emitted at room temperature. Therefore, by using it as a phosphor excitation light source,
It can be applied to displays, lighting equipment and the like.
For example, in an image display device based on the coloring of a phosphor,
CRT (Cathode Ray Tube) electron gun and FED (Field Emission Display)
By using it as an excitation energy source instead of the cold cathode in y), a large flat display can be realized.

【0062】(第2の発光素子)図4は本実施の形態に
係る第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。なお、(A)は電極側から見た平
面構造であり、(B)は(A)のII−II線に沿った
断面構造である。この発光ダイオードは、半導体発光層
23とn側電極25との間に第2導電型層である電子輸
送層36が設けられ、電子輸送層36を介してn側電極
25が半導体発光層23と電気的に接続されたことを除
き、第1の発光素子と同様の構成を有している。よっ
て、ここでは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。
(Second Light-Emitting Element) FIG. 4 conceptually shows the structure of a light-emitting diode as a second light-emitting element according to the present embodiment. (A) is a planar structure viewed from the electrode side, and (B) is a cross-sectional structure along the line II-II in (A). In this light-emitting diode, an electron transport layer 36 as a second conductivity type layer is provided between the semiconductor light-emitting layer 23 and the n-side electrode 25, and the n-side electrode 25 is connected to the semiconductor light-emitting layer 23 via the electron transport layer 36. Except for being electrically connected, it has the same configuration as the first light emitting element. Therefore, here, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0063】電子輸送層36は、例えば、厚さが約0.
5μm〜10μmであり、ケイ素(Si)などのn型不
純物を添加した3B族元素の窒化物により構成されてい
る。電子輸送層36のキャリア濃度は、例えば、1.0
×1017cm−3〜1.0×1020cm−3程度と
なっている。なお、この電子輸送層36は、ホール輸送
層22と同様に、単結晶体,多結晶体,非晶質体,微粒
子体あるいはこれらの複合体などどのような形態を有し
ていてもよく、半導体発光層23よりも大きな禁制帯幅
エネルギーを有していることが好ましい。
The electron transporting layer 36 has, for example, a thickness of about 0.3 mm.
5 μm to 10 μm, and is made of a nitride of a Group 3B element to which an n-type impurity such as silicon (Si) is added. The carrier concentration of the electron transport layer 36 is, for example, 1.0
It is about × 10 17 cm −3 to 1.0 × 10 20 cm −3 . Note that, like the hole transport layer 22, the electron transport layer 36 may have any form such as a single crystal, a polycrystal, an amorphous, a fine particle, or a composite thereof. It is preferable to have a larger bandgap energy than the semiconductor light emitting layer 23.

【0064】なお、半導体発光層23は、第1の発光素
子では電子輸送層となっていたが、本発光素子では電子
輸送層である必要はない。また、n側電極25は、電子
輸送層36の全面に必ずしも形成されている必要はな
い。
Note that the semiconductor light emitting layer 23 is an electron transport layer in the first light emitting element, but need not be an electron transport layer in the present light emitting element. Further, the n-side electrode 25 does not necessarily need to be formed on the entire surface of the electron transport layer 36.

【0065】この発光素子は、第1の発光素子と同様に
して製造することができる。なお、電子輸送層36は、
ホール輸送層22と同様にして形成することができる。
また、この発光素子は、半導体発光層23のほぼ全体に
おいて発光が起こることを除き、第1の発光素子と同様
に作用する。更に、この発光素子は、第1の発光素子と
同様にして用いられ、同様の効果を得ることができる。
This light emitting element can be manufactured in the same manner as the first light emitting element. Note that the electron transport layer 36 is
It can be formed in the same manner as the hole transport layer 22.
This light emitting element operates in the same manner as the first light emitting element except that light emission occurs in almost the entire semiconductor light emitting layer 23. Further, this light emitting element is used in the same manner as the first light emitting element, and the same effect can be obtained.

【0066】[0066]

【実施例】更に、本発明の具体的な実施例について図面
を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例では、
上記実施の形態において用いた図3を参照し、同一の符
号を付して説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Further, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following example,
With reference to FIG. 3 used in the above embodiment, the description will be given with the same reference numerals.

【0067】(実施例1)まず、縦20mm、横20m
mおよび高さ1mmの寸法の表面に結晶格子c面を露出
させたサファイアよりなる基板21を用意し、中性洗剤
で洗浄したのち、水洗し、さらに有機溶剤を用いて超音
波洗浄を行った。
(Embodiment 1) First, length 20 mm, width 20 m
A substrate 21 made of sapphire having a crystal lattice c-plane exposed on the surface having a dimension of m and a height of 1 mm was prepared, washed with a neutral detergent, washed with water, and further ultrasonically washed with an organic solvent. .

【0068】次いで、洗浄した基板21をMOCVD装
置内に搬送し、常圧において2dm/minの流量で
水素ガス(H)を装置内に供給しながら、基板21を
基板温度1050℃で気相エッチングし、基板の表面粗
度を増加させた。
Next, the cleaned substrate 21 is transported into the MOCVD apparatus, and the substrate 21 is vaporized at a substrate temperature of 1050 ° C. while supplying hydrogen gas (H 2 ) at a flow rate of 2 dm 3 / min. Phase etching increased the surface roughness of the substrate.

【0069】続いて、基板21の温度を1000℃にし
たのち、基板温度を保持しつつ、水素ガスを20dm
/min、アンモニアガス(NH)を10dm/m
in、トリメチルガリウムを1.8×10−4mol/
minおよび水素ガスにより2.2ppmに希釈された
ジメチルマグネシウムガスを200cm/minの速
さで装置内にそれぞれ30分間供給し、基板21の上
に、厚さ5.0μm、キャリア濃度7.8×1019
−3の単結晶p型窒化ガリウムよりなるホール輸送層
22を形成した。
Subsequently, after the temperature of the substrate 21 is set to 1000 ° C., hydrogen gas is supplied at 20 dm 3 while maintaining the substrate temperature.
/ Min, ammonia gas (NH 3 ) is 10 dm 3 / m
in, trimethylgallium at 1.8 × 10 −4 mol /
Dimethylmagnesium gas diluted to 2.2 ppm with hydrogen gas and hydrogen gas was supplied into the apparatus at a rate of 200 cm 3 / min for 30 minutes each, and a thickness of 5.0 μm and a carrier concentration of 7.8 were formed on the substrate 21. × 10 19 c
A hole transport layer 22 of m- 3 single crystal p-type gallium nitride was formed.

【0070】また、気相法で作製された酸化亜鉛の微結
晶粉末(シーアイ化成(株)製;平均粒径31nm)を
エタノール中に10質量%の濃度で超音波分散させ、塗
布溶液を作製した。そののち、この塗布溶液をホール輸
送層22の上にスピンコーティング法により回転数10
00rpmで塗布し、自然乾燥させた。この塗布工程を
合計で5回繰り返して塗布層を形成したのち、電気焼成
炉を用い、濃度100%の酸素ガス雰囲気中において6
00℃の温度で1時間加熱し、塗布層を焼結して酸化亜
鉛よりなる厚さ2.5μmの半導体発光層23を形成し
た。
Further, a zinc oxide microcrystal powder (manufactured by C-I Kasei Co., Ltd .; average particle diameter: 31 nm) produced by a gas phase method is ultrasonically dispersed in ethanol at a concentration of 10% by mass to prepare a coating solution. did. Thereafter, the coating solution was applied onto the hole transport layer 22 by spin coating at a rotational speed of 10 μm.
It was applied at 00 rpm and allowed to air dry. This coating process is repeated 5 times in total to form a coating layer, and then the coating is performed in an oxygen gas atmosphere at a concentration of 100% using an electric firing furnace.
The coating layer was heated at a temperature of 00 ° C. for 1 hour to sinter, thereby forming a semiconductor light emitting layer 23 of zinc oxide having a thickness of 2.5 μm.

【0071】半導体発光層23を形成したのち、この半
導体発光層23の上に、p側電極24の形成位置に対応
してストライプ状のレジストパターンを形成した。な
お、レジストには東京応化工業(株)製のi線露光用ポ
ジ型レジストを用いた。そののち、このレジストパター
ンをマスクとして、反応性イオンエッチング法により半
導体発光層23を選択的に除去し、ホール輸送層22の
一部を露出させた。
After the formation of the semiconductor light emitting layer 23, a stripe-shaped resist pattern was formed on the semiconductor light emitting layer 23 corresponding to the position where the p-side electrode 24 was formed. The resist used was a positive resist for i-line exposure manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. Thereafter, using this resist pattern as a mask, the semiconductor light emitting layer 23 was selectively removed by a reactive ion etching method to expose a part of the hole transport layer 22.

【0072】ホール輸送層22の一部を露出させたの
ち、レジストパターンを除去し、半導体発光層23のほ
ぼ全面上に厚さ500nmの金層を電子線蒸着し、n側
電極25を形成した。また、露出させたホール輸送層2
2の上に厚さ10nmのニッケル層,厚さ100nmの
白金層および厚さ500nmの金層を順に電子線蒸着
し、p側電極24を形成した。そののち、濃度100%
の窒素ガス雰囲気中において600℃の温度で20分間
加熱処理を行い、p側電極24およびn側電極25を合
金化した。これにより、図3に示したような発光素子を
作製した。
After exposing a part of the hole transport layer 22, the resist pattern was removed, and a 500 nm-thick gold layer was electron-beam evaporated on almost the entire surface of the semiconductor light emitting layer 23 to form an n-side electrode 25. . The exposed hole transport layer 2
A nickel layer having a thickness of 10 nm, a platinum layer having a thickness of 100 nm, and a gold layer having a thickness of 500 nm were successively subjected to electron beam evaporation on the substrate 2 to form a p-side electrode 24. After that, 100% concentration
The heat treatment was performed at a temperature of 600 ° C. for 20 minutes in the nitrogen gas atmosphere described above to alloy the p-side electrode 24 and the n-side electrode 25. Thus, a light emitting device as shown in FIG. 3 was manufactured.

【0073】このようにして得られた発光素子につい
て、ホール輸送層22および半導体発光層23の室温フ
ォトルミネッセンス(PL;Photolumines
cence)測定による発光特性評価を行った。室温フ
ォトルミネッセンス測定においては、励起光源としてH
e−Cdレーザー(波長325nm,出力25mW)を
用いて強励起し、分光光度計(Jobin−Yvon社
製、HR−320)でスペクトル解析を行った。図5に
得られたPL発光スペクトルを示す。図5において縦軸
は発光強度を表し、横軸は波長(単位;nm)を表して
いる。
With respect to the light-emitting device thus obtained, room-temperature photoluminescence (PL) of the hole transport layer 22 and the semiconductor light-emitting layer 23 was measured.
(e.g., Cence) measurement. In room temperature photoluminescence measurement, H is used as the excitation light source.
Strong excitation was performed using an e-Cd laser (wavelength: 325 nm, output: 25 mW), and spectrum analysis was performed using a spectrophotometer (HR-320, manufactured by Jobin-Yvon). FIG. 5 shows the obtained PL emission spectrum. In FIG. 5, the vertical axis represents the light emission intensity, and the horizontal axis represents the wavelength (unit: nm).

【0074】図5から分かるように、半導体発光層23
については、直接遷移発光と考えられる波長380nm
のPL発光強度のピークが認められた。すなわち、この
半導体発光層23は発光材料特性を有していることが確
認された。また、半導体発光層23には、波長500n
m〜600nmの範囲で酸素欠損に基づくと考えられる
PL発光強度のピークも認められた。一方、ホール輸送
層22についてはPL発光強度のピークが認められず、
発光材料特性を有してないことが分かった。
As can be seen from FIG. 5, the semiconductor light emitting layer 23
Is about 380 nm, which is considered to be direct transition light emission.
The peak of PL emission intensity was observed. That is, it was confirmed that the semiconductor light emitting layer 23 had light emitting material characteristics. The semiconductor light emitting layer 23 has a wavelength of 500 n.
In the range of m to 600 nm, a peak of PL emission intensity considered to be due to oxygen deficiency was also observed. On the other hand, for the hole transport layer 22, no PL emission intensity peak was observed,
It turned out that it did not have the light emitting material characteristic.

【0075】また、本実施例に対する比較例として、基
板21の上にホール輸送層22を介して塗布層を形成し
たのち焼結する前に、この塗布層について本実施例の半
導体発光層23と同様にして発光特性評価を行った。図
6に、得られた塗布層のPL発光スペクトルを半導体発
光層23のPL発光スペクトルと共に示す。図6の縦軸
および横軸は図5と同様である。
As a comparative example with respect to the present embodiment, after forming a coating layer on the substrate 21 via the hole transport layer 22 and before sintering, the coating layer is compared with the semiconductor light emitting layer 23 of the present embodiment. Emission characteristics were evaluated in the same manner. FIG. 6 shows the PL emission spectrum of the obtained coating layer together with the PL emission spectrum of the semiconductor light emitting layer 23. The vertical and horizontal axes in FIG. 6 are the same as in FIG.

【0076】図6から分かるように、塗布層について
も、半導体発光層23と同様に、直接遷移発光と考えら
れる波長380nmのピークおよび酸素欠損に基づくと
考えられる波長500nm〜600nmのピークがそれ
ぞれ認められた。但し、直接遷移発光と考えられる波長
380nmのPL発光強度は半導体発光層23よりも塗
布層の方が強く、酸素欠損に基づくと考えられる波長5
00nm〜600nmのPL発光強度は半導体発光層2
3よりも塗布層の方が弱かった。すなわち、塗布層は酸
素欠損が少なく、半導体発光層23は酸素欠損が多くな
っていることが分かった。よって、半導体発光層23
は、焼結により酸素欠損が増大し、それにより電子輸送
性が増大するものと推察される。
As can be seen from FIG. 6, as in the case of the semiconductor light emitting layer 23, a peak at a wavelength of 380 nm, which is considered to be direct transition light emission, and a peak at a wavelength of 500 to 600 nm, which is thought to be based on oxygen deficiency, are also observed in the coating layer. Was done. However, the PL emission intensity at a wavelength of 380 nm, which is considered to be direct transition emission, is stronger in the coating layer than in the semiconductor light emitting layer 23, and the wavelength 5 is considered to be based on oxygen deficiency.
The PL light emission intensity of 00 nm to 600 nm
The coating layer was weaker than No. 3. That is, it was found that the coating layer had few oxygen vacancies and the semiconductor light emitting layer 23 had many oxygen vacancies. Therefore, the semiconductor light emitting layer 23
It is presumed that sintering increases oxygen vacancies, thereby increasing electron transportability.

【0077】更に、半導体発光層23について、発光素
子とは別にサファイアよりなる基板の上に単層膜構造の
試料を作製し、ホール(Hall)効果測定装置(日本
バイオラッドラボラトリーズ社製HL−5500C)に
より電気特性評価を行った。その結果、この半導体発光
層23は比抵抗が8.2×10Ωcmであり、電子輸
送性を有することが分かった。なお、この試料を焼結す
る前の塗布層についても四端子四探針法抵抗率計(三菱
化学(株)製Loresta−GP)により電気特性評
価を行ったところ、比抵抗は測定限界値の1×10Ω
cm以上であり、電子輸送性を有しないことが分かっ
た。すなわち、半導体発光層23は、焼結により電子輸
送性(比抵抗0.001Ωcm〜10000Ωcm程
度)が発現することが分かった。
Further, for the semiconductor light emitting layer 23, a sample having a single layer structure was prepared on a substrate made of sapphire separately from the light emitting element, and a Hall effect measuring device (HL-5500C manufactured by Japan Bio-Rad Laboratories Co., Ltd.) was used. ) To evaluate the electrical characteristics. As a result, it was found that the semiconductor light emitting layer 23 had a specific resistance of 8.2 × 10 3 Ωcm and had an electron transporting property. The electrical characteristics of the coating layer before sintering the sample were also evaluated by a four-terminal four-probe resistance meter (Loresta-GP, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation). 1 × 10 7 Ω
cm or more, indicating no electron transportability. That is, it was found that the semiconductor light emitting layer 23 exhibited electron transportability (specific resistance of about 0.001 Ωcm to 10000 Ωcm) by sintering.

【0078】加えて、半導体発光層23について、エッ
クス線回折測定(XRD;X−ray Diffrac
tion)および断面TEM(Transmissio
nElectron Microscope)により結
晶状態の観察を行った。その結果、この半導体発光層2
3は、微結晶が焼結により接合された構造を有してお
り、その結晶粒径はTEM写真より平均40nm程度で
あることが分かった。
In addition, the semiconductor light emitting layer 23 was subjected to X-ray diffraction measurement (XRD; X-ray Diffrac).
Tion) and cross-sectional TEM (Transmission)
The crystal state was observed by nElectron Microscope). As a result, the semiconductor light emitting layer 2
No. 3 has a structure in which microcrystals were joined by sintering, and the crystal grain size was found to be about 40 nm on average from a TEM photograph.

【0079】更にまた、得られた発光素子について、電
流−電圧特性(I−V特性)の評価を行った。図7にそ
の結果を示す。図7において縦軸は電流(単位;mA)
を表し、横軸は印加電圧(単位;V)を表している。な
お、印加電圧の極性(図中の+と−の符号)は、発光素
子のp側電極24に正電位、n側電極25に負電位とな
るように印加する場合を正(+符号)とした。
Furthermore, the current-voltage characteristics (IV characteristics) of the obtained light emitting device were evaluated. FIG. 7 shows the result. In FIG. 7, the vertical axis represents current (unit: mA).
, And the horizontal axis represents the applied voltage (unit: V). Note that the polarity of the applied voltage (+ and-signs in the figure) is positive (+ sign) when the voltage is applied so as to have a positive potential on the p-side electrode 24 and a negative potential on the n-side electrode 25 of the light emitting element. did.

【0080】図7から分かるように、この発光素子で
は、良好な整流作用のダイオード特性が認められた。す
なわち、この発光素子は、ホール輸送層22と半導体発
光層23とによりpn接合が形成されていることが確認
された。
As can be seen from FIG. 7, in this light emitting device, a diode characteristic of a good rectifying action was recognized. That is, it was confirmed that in this light emitting element, a pn junction was formed by the hole transport layer 22 and the semiconductor light emitting layer 23.

【0081】加えてまた、上述の電流−電圧特性評価と
同時に、室温EL(Electroluminesce
nce)測定による発光特性評価を行った。室温EL測
定においては、発光素子の基板21の裏面(半導体発光
層23が形成されていない側の面)に直径5mmのコリ
メーターレンズを密着させ、このコリメーターレンズに
内径1mmの光ファイバーケーブルを接続し、分光光度
計(Ocean Optics,Inc.社製S200
0)でスペクトル解析を行った。図8に得られたEL発
光スペクトルを示す。図8において縦軸は発光強度を表
し、横軸は波長(単位;nm)を表している。EL測定
時の印加電圧は、順方向電圧(極性;+符号)で10V
とした。
In addition, simultaneously with the evaluation of the current-voltage characteristics described above, a room temperature EL (Electroluminescence)
(nce) measurement. In the room temperature EL measurement, a collimator lens having a diameter of 5 mm is adhered to the back surface of the substrate 21 of the light emitting element (the surface on which the semiconductor light emitting layer 23 is not formed), and an optical fiber cable having an inner diameter of 1 mm is connected to the collimator lens. And a spectrophotometer (S200 manufactured by Ocean Optics, Inc.)
The spectrum was analyzed in 0). FIG. 8 shows the obtained EL emission spectrum. In FIG. 8, the vertical axis represents light emission intensity, and the horizontal axis represents wavelength (unit: nm). The applied voltage at the time of EL measurement is 10 V in forward voltage (polarity; + sign)
And

【0082】図8から分かるように、この発光素子で
は、半導体発光層23における酸化亜鉛微結晶の直接遷
移に起因すると考えられる波長400nmのEL発光の
ピークが認められた。すなわち、この発光素子は、直流
電流により動作し、室温において直接遷移に起因する紫
外光を放出する発光特性を有することが確認された。
As can be seen from FIG. 8, in this light emitting device, a peak of EL emission at a wavelength of 400 nm, which is considered to be caused by direct transition of zinc oxide microcrystals in the semiconductor light emitting layer 23, was observed. That is, it was confirmed that this light-emitting element operates by a direct current and has a light-emitting characteristic of emitting ultraviolet light due to a direct transition at room temperature.

【0083】(実施例2)まず、縦20mm、横20m
mおよび高さ1mmの寸法の合成石英よりなる基板21
を用意し、中性洗剤で洗浄したのち、水洗し、さらに有
機溶剤を用いて超音波洗浄を行った。
(Embodiment 2) First, length 20 mm, width 20 m
Substrate 21 made of synthetic quartz having dimensions of m and 1 mm in height
Was prepared, washed with a neutral detergent, washed with water, and further ultrasonically washed with an organic solvent.

【0084】次いで、この基板21の上に、PLD装置
を用いて厚さ1.1μm、キャリア濃度3.5×10
16cm−3の多結晶p型窒化アルミニウムよりなるホ
ール輸送層22を形成した。PLD装置には、ラムダフ
ィジック社製のArFエキシマレーザー成膜装置(レー
ザー波長;193nm)を用いた。
Next, on this substrate 21, a thickness of 1.1 μm and a carrier concentration of 3.5 × 10
A hole transport layer 22 of 16 cm −3 of polycrystalline p-type aluminum nitride was formed. An ArF excimer laser film forming device (laser wavelength: 193 nm) manufactured by Lambda Physics was used as the PLD device.

【0085】図9はそのPLD装置の概略構成を表すも
のである。このPLD装置は、ガス供給管41およびガ
ス排気管42がそれぞれ接続されたステンレスよりなる
真空チャンバー43を備えている。真空チャンバー43
の内部には、基板21を載置する基板ホルダー44と、
ターゲット45を取り付けるターゲット取り付け板46
とが、互いに対向するようにそれぞれ配設されている。
なお、図9では、ターゲット取り付け板46が1つ配設
されている場合について示しているが、ターゲット取り
付け板46が複数配設される場合もある。ターゲット4
5には、真空チャンバー43の外部に配設された図示し
ないパルスレーザー装置により、レーザー入射口47を
通してパルスレーザーLを照射することができるように
なっている。また、真空チャンバー43の内部には、ヒ
ーターなどの図示しない加熱手段が設けられており、こ
れにより基板21を加熱できるようになっている。
FIG. 9 shows a schematic configuration of the PLD device. This PLD device includes a vacuum chamber 43 made of stainless steel to which a gas supply pipe 41 and a gas exhaust pipe 42 are respectively connected. Vacuum chamber 43
A substrate holder 44 on which the substrate 21 is placed;
Target mounting plate 46 for mounting the target 45
Are disposed so as to face each other.
Although FIG. 9 shows a case where one target mounting plate 46 is provided, a plurality of target mounting plates 46 may be provided. Target 4
5 can be irradiated with a pulse laser L through a laser entrance 47 by a pulse laser device (not shown) provided outside the vacuum chamber 43. Further, a heating unit (not shown) such as a heater is provided inside the vacuum chamber 43 so that the substrate 21 can be heated.

【0086】ここでは、このようなPLD装置を用い、
具体的には次のような操作を行った。まず、洗浄した基
板21を基板ホルダー44に載置すると共に、アルミニ
ウム・マグネシウム合金(AlMg合金)よりなるター
ゲット45をターゲット取り付け板46に取り付けた。
なお、ターゲット45には、住友金属鉱山(株)製の組
成がアルミニウム99質量%マグネシウム1質量%、純
度が99.9質量%以上のものを用いた。
Here, using such a PLD device,
Specifically, the following operation was performed. First, the cleaned substrate 21 was placed on a substrate holder 44, and a target 45 made of an aluminum-magnesium alloy (AlMg alloy) was mounted on a target mounting plate 46.
The target 45 used had a composition of 99% by weight of aluminum, 1% by weight of magnesium, and a purity of 99.9% by weight or more, manufactured by Sumitomo Metal Mining Co., Ltd.

【0087】次いで、ガス排気管42から真空チャンバ
ー43内のガスを排気し、真空チャンバー43内を2.
7×10−5Pa程度の減圧雰囲気とした。続いて、図
示しないヒーターにより基板21を500℃に加熱し、
基板温度を保持しつつ、ガス供給管41を介して真空チ
ャンバー43内に濃度100%の窒素ガスを6.7Pa
程度の圧力に達するまで供給した。そののち、ターゲッ
ト45にパルスレーザーを200mJ/cmのエネル
ギー密度で照射し、反応性レーザーアブレーションDに
よりホール輸送層22を形成した。
Next, the gas in the vacuum chamber 43 is evacuated from the gas exhaust pipe 42, and 2.
The pressure was reduced to about 7 × 10 −5 Pa. Subsequently, the substrate 21 is heated to 500 ° C. by a heater (not shown),
While maintaining the substrate temperature, 6.7 Pa of nitrogen gas having a concentration of 100% was introduced into the vacuum chamber 43 through the gas supply pipe 41.
The pressure was supplied until a moderate pressure was reached. Thereafter, the target 45 was irradiated with a pulse laser at an energy density of 200 mJ / cm 2 , and the hole transport layer 22 was formed by reactive laser ablation D.

【0088】このようにしてホール輸送層22を形成し
たのち、第1の実施例と同様にして、酸化亜鉛よりなる
厚さ2.4μmの半導体発光層23を形成した。そのの
ち、第1の実施例と同様にして、p側電極24およびn
側電極25をそれぞれ形成すると共に、加熱による合金
化を行い、図3に示したような発光素子を作製した。但
し、p側電極24の形成においてはニッケル層の厚さを
50nmとした。また、合金化の熱処理時間は60分間
とした。
After the hole transport layer 22 was formed in this manner, a 2.4 μm thick semiconductor light emitting layer 23 made of zinc oxide was formed in the same manner as in the first embodiment. Thereafter, as in the first embodiment, the p-side electrode 24 and the n-side electrode
Each of the side electrodes 25 was formed, and alloying was performed by heating to produce a light emitting device as shown in FIG. However, in forming the p-side electrode 24, the thickness of the nickel layer was set to 50 nm. The heat treatment time for alloying was set to 60 minutes.

【0089】得られた発光素子について、実施例1と同
様にして、ホール輸送層22および半導体発光層23の
発光特性評価、半導体発光層23の結晶状態の観察、素
子の電流−電圧特性評価および素子の発光特性評価をそ
れぞれ行ったところ、いずれも実施例1と同様の結果が
得られた。すなわち、ホール輸送層22を単結晶により
構成しても、多結晶により構成しても、その形態に関係
なく高い特性を得られることが確認された。
For the obtained light emitting device, evaluation of the light emitting characteristics of the hole transport layer 22 and the semiconductor light emitting layer 23, observation of the crystal state of the semiconductor light emitting layer 23, evaluation of the current-voltage characteristics of the device, and When the light emission characteristics of the device were evaluated, the same results as in Example 1 were obtained. That is, it was confirmed that high characteristics can be obtained regardless of the form, whether the hole transport layer 22 is made of single crystal or polycrystal.

【0090】(実施例3)半導体発光層23を形成する
際に、電気焼成炉に代えてArFエキシマレーザー装置
(ラムダフィジック社製、レーザー波長;193nm)
を用い、60mJ/cmのエネルギー密度でレーザー
を照射することにより塗布層を加熱し焼結したことを除
き、他は実施例1と同様にして発光素子を作製した。
Example 3 When forming the semiconductor light emitting layer 23, an ArF excimer laser apparatus (manufactured by Lambda Physics, laser wavelength: 193 nm) was used instead of the electric firing furnace.
A light emitting device was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the coating layer was heated and sintered by irradiating a laser beam at an energy density of 60 mJ / cm 2 .

【0091】得られた発光素子について、実施例1と同
様にして、ホール輸送層22および半導体発光層23の
発光特性評価、半導体発光層23の電気特性評価、半導
体発光層23の結晶状態の観察、素子の電流−電圧特性
評価および素子の発光特性評価をそれぞれ行ったとこ
ろ、いずれも実施例1と同様の結果が得られた。すなわ
ち、レーザーアニールによっても、電気焼成炉により加
熱した場合と同様の半導体発光層23を得られることが
確認された。
For the obtained light emitting device, evaluation of the light emitting characteristics of the hole transport layer 22 and the semiconductor light emitting layer 23, evaluation of the electric characteristics of the semiconductor light emitting layer 23, and observation of the crystal state of the semiconductor light emitting layer 23 were performed in the same manner as in Example 1. When the current-voltage characteristics of the device and the light emission characteristics of the device were evaluated, the same results as in Example 1 were obtained. That is, it was confirmed that the same semiconductor light emitting layer 23 as that obtained by heating in an electric firing furnace was obtained by laser annealing.

【0092】(実施例4,5)酸化亜鉛の微結晶粉末に
代えて、実施例4では酸化チタンの微結晶粉末(シーア
イ化成(株)製;平均粒径30nm)を用い、実施例5
では酸化鉄(Fe)の微結晶粉末(シーアイ化成
(株)製;平均粒径21nm)を用いて半導体発光層2
3を形成したことを除き、他は実施例1と同様にして発
光素子をそれぞれ作製した。
(Examples 4 and 5) In Example 4, microcrystalline powder of titanium oxide (manufactured by C-I Kasei Corporation; average particle size: 30 nm) was used instead of microcrystalline powder of zinc oxide.
In the semiconductor light emitting layer 2, fine crystal powder of iron oxide (Fe 2 O 3 ) (manufactured by C-I Kasei Co., Ltd .; average particle diameter: 21 nm) is used.
Light emitting devices were manufactured in the same manner as in Example 1 except that No. 3 was formed.

【0093】得られた実施例4,5の発光素子につい
て、実施例1と同様にして、ホール輸送層22および半
導体発光層23の発光特性評価、半導体発光層23の電
気特性評価、半導体発光層23の結晶状態の観察、素子
の電流−電圧特性評価および素子の発光特性評価をそれ
ぞれ行ったところ、いずれも実施例1と同様の結果が得
られた。なお、実施例4,5の半導体発光層23につい
ては、PL発光強度のピークが可視光波長においてそれ
ぞれ認められた。また、これら半導体発光層23の比抵
抗は、実施例4が9.1×10Ωcmであり、実施例
5が9.8×10Ωcmであった。ちなみに、それら
を焼結する前の塗布層の比抵抗は、共に測定限界値の1
×10Ωcm以上であった。すなわち、半導体発光層
23を他の酸化物によっても構成できることが確認され
た。
With respect to the obtained light emitting devices of Examples 4 and 5, evaluation of the light emitting characteristics of the hole transport layer 22 and the semiconductor light emitting layer 23, evaluation of the electric characteristics of the semiconductor light emitting layer 23, and evaluation of the semiconductor light emitting layer were performed in the same manner as in Example 1. Observation of the crystal state of 23, evaluation of the current-voltage characteristics of the device, and evaluation of the light emission characteristics of the device were performed. As a result, the same results as in Example 1 were obtained. In the semiconductor light emitting layers 23 of Examples 4 and 5, the peak of the PL light emission intensity was observed at the visible light wavelength. The specific resistance of the semiconductor light emitting layer 23 was 9.1 × 10 3 Ωcm in Example 4, and 9.8 × 10 3 Ωcm in Example 5. By the way, the specific resistance of the coating layer before sintering them is one of the measurement limit values.
× 10 7 Ωcm or more. That is, it was confirmed that the semiconductor light emitting layer 23 can be constituted by other oxides.

【0094】以上、実施の形態および実施例を挙げて本
発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施
例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例
えば、上記実施の形態では、微粒子焼結体10における
微結晶を酸化物または窒化物により構成する場合につい
て説明したが、他の半導体材料により構成することもで
きる。例えば、亜鉛,マグネシウム(Mg),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2族元素と、酸素(O),セレン(Se),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6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
よびインジウムからなる群より選ばれた少なくとも1種
の3族元素と、窒素(N),リン(P),ヒ素(A
s),アンチモン(Sb)およびビスマス(Bi)から
なる群より選ばれた少なくとも1種の5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。
Although the present invention has been described with reference to the embodiments and examples, the present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and can be variously modified. For example, in the above embodiment, the case has been described where the microcrystals in the fine particle sintered body 10 are made of an oxide or a nitride, but they may be made of another semiconductor material. For example, at least one selected from the group consisting of zinc, magnesium (Mg), cadmium (Cd), manganese (Mn), mercury (Hg), and beryllium (Be).
Other II-VI compounds containing a Group 2 element of the species and at least one Group 6 element selected from the group consisting of oxygen (O), selenium (Se), sulfur (S) and tellurium (Te) A semiconductor or at least one group III element selected from the group consisting of boron, aluminum, gallium and indium, and nitrogen (N), phosphorus (P), arsenic (A
s), antimony (Sb) and bismuth (Bi), and may be made of another group III-V compound semiconductor containing at least one group V element selected from the group consisting of:

【0095】また、上記実施の形態および上記実施例で
は、酸化物よりなる微結晶を含む微粒子焼結体10によ
り半導体発光層23を構成する場合について説明した
が、窒化物よりなる微結晶を含む微粒子焼結体により構
成するようにしてもよく、上述した他の半導体材料より
なる微結晶を含む微粒子焼結体により構成するようにし
てもよい。
Further, in the above-described embodiment and the above-described embodiment, the case where the semiconductor light emitting layer 23 is constituted by the fine particle sintered body 10 containing the fine crystal made of oxide is described. It may be constituted by a fine particle sintered body, or may be constituted by a fine particle sintered body containing microcrystals made of other semiconductor materials described above.

【0096】更に、上記実施の形態では、ホール輸送層
22および電子輸送層36をそれぞれ構成する材料につ
いて具体的な例を挙げて説明したが、他の材料によりそ
れらを構成するようにしてもよい。なお、ホール輸送層
22および電子輸送層36を構成する材料としては、無
機材料に限らず有機材料を用いることもできる。
Further, in the above-described embodiment, specific examples of materials constituting the hole transport layer 22 and the electron transport layer 36 have been described. However, they may be composed of other materials. . In addition, the material which comprises the hole transport layer 22 and the electron transport layer 36 is not limited to an inorganic material, but may be an organic material.

【0097】加えて、上記実施の形態では、基板21に
ホール輸送層22および半導体発光層23を順次積層す
る場合、または基板21にホール輸送層22,半導体発
光層23および電子輸送層36を順次積層する場合につ
いて説明したが、基板に半導体発光層およびホール輸送
層を順次積層するようにしてもよく、基板に電子輸送
層,半導体発光層およびホール輸送層を順次積層するよ
うにしてもよい。
In addition, in the above embodiment, when the hole transport layer 22 and the semiconductor light emitting layer 23 are sequentially laminated on the substrate 21 or the hole transport layer 22, the semiconductor light emitting layer 23 and the electron transport layer 36 are sequentially laminated on the substrate 21. Although the case of stacking has been described, a semiconductor light emitting layer and a hole transport layer may be sequentially stacked on a substrate, or an electron transport layer, a semiconductor light emitting layer, and a hole transport layer may be sequentially stacked on a substrate.

【0098】更にまた、上記実施の形態では、第1導電
型層をホール輸送層とし、第2導電型層を電子輸送層と
したが、第1導電型層を電子輸送層とし、第2導電型層
をホール輸送層としてもよい。
Furthermore, in the above embodiment, the first conductivity type layer is a hole transport layer and the second conductivity type layer is an electron transport layer. However, the first conductivity type layer is an electron transport layer, and the second conductivity type layer is an electron transport layer. The mold layer may be a hole transport layer.

【0099】加えてまた、上記実施の形態では、発光素
子の一例として具体的な発光ダイオードを挙げて説明し
たが、本発明は他の構成を有する発光ダイオードについ
ても広く適用することができる。例えば、ホール輸送層
または電子輸送層を複数の層よりなる積層構造としても
よい。また例えば、微粒子焼結体10よりなる半導体発
光層に第1の電極と第2の電極を設けるようにしてもよ
い。更にまた、本発明は、レーザーダイオードなどの他
の発光素子についても適用することができる。すなわ
ち、本発明は、微粒子焼結体10よりなる半導体発光層
を備えた発光素子について広く適用することができる。
In addition, in the above embodiment, a specific light emitting diode is described as an example of the light emitting element. However, the present invention can be widely applied to light emitting diodes having other configurations. For example, the hole transport layer or the electron transport layer may have a stacked structure including a plurality of layers. Further, for example, a first electrode and a second electrode may be provided on the semiconductor light emitting layer made of the fine particle sintered body 10. Furthermore, the present invention can be applied to other light emitting elements such as a laser diode. That is, the present invention can be widely applied to a light emitting device having a semiconductor light emitting layer made of the fine particle sintered body 10.

【0100】[0100]

【発明の効果】以上説明したように請求項1ないし請求
項24のいずれか1に記載の発光素子によれば、半導体
の微結晶を含む微粒子が焼結領域により接合された微粒
子焼結体よりなる半導体発光層を備えるようにしたの
で、また請求項25ないし請求項49のいずれか1に記
載の発光素子の製造方法によれば、半導体の微結晶を含
む微粒子を焼結した微粒子焼結体により半導体発光層を
形成するようにしたので、半導体発光層におけるキャリ
ア輸送性を確保することができ、低電圧の直流電流で容
易に動作させることができる。よって、複雑で高価な駆
動回路を必要とせず、携帯電話などの屋外で使用する電
気製品の表示素子として使用することができるという効
果を奏する。
As described above, according to the light emitting device according to any one of the first to twenty-fourth aspects, the fine particle containing semiconductor microcrystals is formed by a fine particle sintered body joined by a sintered region. According to the method for manufacturing a light emitting device according to any one of claims 25 to 49, since the semiconductor light emitting layer is provided, a fine particle sintered body obtained by sintering fine particles containing semiconductor microcrystals. As a result, the semiconductor light emitting layer is formed, so that the carrier transporting property in the semiconductor light emitting layer can be ensured, and the semiconductor light emitting layer can be easily operated with a low voltage DC current. Therefore, there is an effect that the display device can be used as a display element of an electric product used outdoors such as a mobile phone without requiring a complicated and expensive drive circuit.

【0101】また、任意の基板の上に形成することがで
き、MOCVD法などのエピタキシャル成長法により形
成する場合に比べて耐熱性に優れた基板を用いなくても
よい。よって、基板の材質を任意に選択することがで
き、基板の面積を大きくできると共に、製造コストを低
減することができるという効果も奏する。更に、半導体
発光層の形成において結晶系および格子定数を精密に制
御する必要がなく、容易に製造することができるという
効果も奏する。
Further, the substrate can be formed on an arbitrary substrate, and it is not necessary to use a substrate having excellent heat resistance as compared with the case where the substrate is formed by an epitaxial growth method such as MOCVD. Therefore, the material of the substrate can be arbitrarily selected, and the area of the substrate can be increased, and the production cost can be reduced. Further, there is an effect that it is not necessary to precisely control the crystal system and the lattice constant in forming the semiconductor light emitting layer, and the semiconductor light emitting layer can be easily manufactured.

【0102】特に、請求項5,請求項17,請求項27
または請求項39のいずれか1に記載の発光素子によれ
ば、微結晶を酸化亜鉛により構成するようにしたので、
室温において容易に紫外発光させることができる。よっ
て、蛍光体励起光源として用いることにより、ディスプ
レイ、照明器具などへ応用することができるという効果
を奏する。例えば、蛍光体の発色に基づく画像表示素子
において、CRTの電子銃やFEDの冷陰極に代わる励
起エネルギー源として用いることにより、大型平面ディ
スプレイを実現することができる。
In particular, claim 5, claim 17, and claim 27
Alternatively, according to the light emitting device of any one of claims 39, since the microcrystal is made of zinc oxide,
Ultraviolet light can be easily emitted at room temperature. Therefore, when used as a phosphor excitation light source, there is an effect that it can be applied to a display, a lighting fixture, and the like. For example, a large-sized flat display can be realized by using an image display element based on the coloring of a phosphor as an excitation energy source in place of an electron gun of a CRT or a cold cathode of an FED.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態に係る発光素子に用いる微
粒子焼結体の構成を表す概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a configuration of a fine particle sintered body used for a light emitting device according to an embodiment of the present invention.

【図2】焼結する前の微粒子集合体を表す概念図であ
る。
FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a fine particle aggregate before sintering.

【図3】(A)は本発明の実施の形態に係る第1の発光
素子の一構成例を表す平面図であり、(B)は(A)の
I−I線に沿った断面図である。
FIG. 3A is a plan view illustrating a configuration example of a first light-emitting element according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line II of FIG. is there.

【図4】(A)は本発明の実施の形態に係る第2の発光
素子の一構成例を表す平面図であり、(B)は(A)の
II−II線に沿った断面図である。
FIG. 4A is a plan view illustrating a configuration example of a second light-emitting element according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line II-II of FIG. is there.

【図5】本発明の実施例1に係る半導体発光層およびホ
ール輸送層のPL発光スペクトルである。
FIG. 5 is a PL emission spectrum of the semiconductor light emitting layer and the hole transport layer according to Example 1 of the present invention.

【図6】本発明の実施例1に係る半導体発光層および比
較例に係る塗布層のPL発光スペクトルである。
FIG. 6 shows PL emission spectra of a semiconductor light emitting layer according to Example 1 of the present invention and a coating layer according to a comparative example.

【図7】本発明の実施例1に係る発光素子の電流−電圧
特性(I−V特性)を表す特性図である。
FIG. 7 is a characteristic diagram illustrating current-voltage characteristics (IV characteristics) of the light emitting device according to Example 1 of the present invention.

【図8】本発明の実施例1に係る発光素子のEL発光ス
ペクトルである。
FIG. 8 is an EL emission spectrum of the light emitting device according to Example 1 of the present invention.

【図9】本発明の実施例2においてホール輸送層を形成
する際に用いるパルスレーザー成膜装置の概略構成を表
す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a pulse laser film forming apparatus used when forming a hole transport layer in Example 2 of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…微粒子焼結体、11…微粒子、11a…焼結領
域、21…基板、22…ホール輸送層(第1導電型
層)、23…半導体発光層、24…p側電極(第1の電
極)、25…n側電極(第2の電極)、36…電子輸送
層(第2導電型層)、41…ガス供給管、42…ガス排
気管、43…真空チャンバー、44…基板ホルダー、4
5…ターゲット、46…ターゲット取り付け板、47…
レーザー入射口、L…パルスレーザー、D…アブレーシ
ョン。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fine particle sintered body, 11 ... Fine particle, 11a ... Sintered area, 21 ... Substrate, 22 ... Hole transport layer (1st conductivity type layer), 23 ... Semiconductor light emitting layer, 24 ... p side electrode (1st electrode) ), 25 ... n-side electrode (second electrode), 36 ... electron transport layer (second conductivity type layer), 41 ... gas supply pipe, 42 ... gas exhaust pipe, 43 ... vacuum chamber, 44 ... substrate holder, 4
5 target, 46 target mounting plate, 47 target
Laser entrance, L: pulsed laser, D: ablation.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小島 繁 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) 5F041 AA31 CA04 CA05 CA34 CA40 CA41 CA46 CA57 CA65 CA73 CA77 CA83 5F073 AA75 CA22 CA24 CB19 CB22 DA05 DA17 DA35 EA29  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Shigeru Kojima 6-35 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Sony Corporation F-term (reference) 5F041 AA31 CA04 CA05 CA34 CA40 CA41 CA46 CA57 CA65 CA73 CA77 CA83 5F073 AA75 CA22 CA24 CB19 CB22 DA05 DA17 DA35 EA29

Claims (49)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ホール輸送層と、 このホール輸送層の一面側に形成され、半導体の微結晶
を含む微粒子が焼結領域により接合された微粒子焼結体
よりなる半導体発光層と、 前記ホール輸送層に対して電気的に接続された第1の電
極と、 前記半導体発光層に対して電気的に接続された第2の電
極とを備えたことを特徴とする発光素子。
A hole transporting layer; a semiconductor light emitting layer formed on one surface side of the hole transporting layer, the semiconductor light emitting layer comprising a fine particle sintered body in which fine particles containing semiconductor microcrystals are joined by a sintering region; A light-emitting element comprising: a first electrode electrically connected to a layer; and a second electrode electrically connected to the semiconductor light-emitting layer.
【請求項2】 前記半導体発光層は電子輸送機能を有す
ることを特徴とする請求項1記載の発光素子。
2. The light emitting device according to claim 1, wherein the semiconductor light emitting layer has an electron transport function.
【請求項3】 前記微粒子焼結体における微結晶の結晶
粒径は、100nm以下であることを特徴とする請求項
1記載の発光素子。
3. The light emitting device according to claim 1, wherein the crystal grain size of the microcrystal in the fine particle sintered body is 100 nm or less.
【請求項4】 前記微粒子焼結体における微結晶は、亜
鉛(Zn),チタン(Ti)および鉄(Fe)からなる
群のうちの少なくとも1種を含む酸化物、または3B族
元素の窒化物により構成されたことを特徴とする請求項
1記載の発光素子。
4. The microcrystal in the fine particle sintered body is an oxide containing at least one of a group consisting of zinc (Zn), titanium (Ti) and iron (Fe), or a nitride of a 3B group element. The light emitting device according to claim 1, wherein the light emitting device comprises:
【請求項5】 前記微粒子焼結体における微結晶は、酸
化亜鉛(ZnO)により構成されたことを特徴とする請
求項1記載の発光素子。
5. The light emitting device according to claim 1, wherein the microcrystals in the fine particle sintered body are made of zinc oxide (ZnO).
【請求項6】 前記ホール輸送層は、前記半導体発光層
よりも大きい禁制帯幅エネルギーを有することを特徴と
する請求項1記載の発光素子。
6. The light emitting device according to claim 1, wherein the hole transport layer has a larger bandgap energy than the semiconductor light emitting layer.
【請求項7】 前記ホール輸送層は、アクセプター不純
物を含む3B族元素の窒化物により構成されたことを特
徴とする請求項1記載の発光素子。
7. The light emitting device according to claim 1, wherein the hole transport layer is made of a nitride of a group 3B element containing an acceptor impurity.
【請求項8】 前記3B族元素の窒化物は、窒化ホウ素
(BN),窒化アルミニウム(AlN),窒化ガリウム
(GaN)および窒化アルミニウム・ガリウム混晶(A
lGaN)からなる群のうちの少なくとも1種であるこ
とを特徴とする請求項7記載の発光素子。
8. The nitride of a Group 3B element includes boron nitride (BN), aluminum nitride (AlN), gallium nitride (GaN), and aluminum-gallium nitride mixed crystal (A).
The light-emitting device according to claim 7, wherein the light-emitting device is at least one member of the group consisting of 1GaN).
【請求項9】 前記アクセプター不純物はマグネシウム
(Mg)であることを特徴とする請求項7記載の発光素
子。
9. The light emitting device according to claim 7, wherein said acceptor impurity is magnesium (Mg).
【請求項10】 前記ホール輸送層は、単結晶体、多結
晶体、非晶質体、微粒子体あるいはこれらの複合体によ
り構成されたことを特徴とする請求項1記載の発光素
子。
10. The light emitting device according to claim 1, wherein the hole transport layer is formed of a single crystal, a polycrystal, an amorphous material, a fine particle, or a composite thereof.
【請求項11】 前記第1の電極および前記第2の電極
は、少なくとも金(Au)を含むことを特徴とする請求
項1記載の発光素子。
11. The light emitting device according to claim 1, wherein the first electrode and the second electrode contain at least gold (Au).
【請求項12】 前記第1の電極は、ニッケル層,白金
層および金層を積層した構造を有することを特徴とする
請求項1記載の発光素子。
12. The light emitting device according to claim 1, wherein the first electrode has a structure in which a nickel layer, a platinum layer, and a gold layer are stacked.
【請求項13】 前記第1の電極および前記第2の電極
は、合金化されたものであることを特徴とする請求項1
記載の発光素子。
13. The method according to claim 1, wherein the first electrode and the second electrode are alloyed.
The light-emitting element according to any one of the preceding claims.
【請求項14】 ホール輸送層と、 電子輸送層と、 これらホール輸送層と電子輸送層との間に形成され、半
導体の微結晶を含む微粒子が焼結領域により接合された
微粒子焼結体よりなる半導体発光層と、 前記ホール輸送層に対して電気的に接続された第1の電
極と、 前記電子輸送層に対して電気的に接続された第2の電極
とを備えたことを特徴とする発光素子。
14. A fine particle sintered body formed between the hole transport layer, the electron transport layer, and the hole transport layer and the electron transport layer, wherein the fine particles containing semiconductor microcrystals are joined by a sintered region. A semiconductor light emitting layer, a first electrode electrically connected to the hole transport layer, and a second electrode electrically connected to the electron transport layer. Light emitting element.
【請求項15】 前記微粒子焼結体における微結晶の結
晶粒径は、100nm以下であることを特徴とする請求
項14記載の発光素子。
15. The light emitting device according to claim 14, wherein a crystal grain size of the microcrystal in the fine particle sintered body is 100 nm or less.
【請求項16】 前記微粒子焼結体における微結晶は、
亜鉛(Zn),チタン(Ti)および鉄(Fe)からな
る群のうちの少なくとも1種を含む酸化物、または3B
族元素の窒化物により構成されたことを特徴とする請求
項14記載の発光素子。
16. The microcrystal in the fine particle sintered body,
Oxide containing at least one member of the group consisting of zinc (Zn), titanium (Ti) and iron (Fe), or 3B
The light emitting device according to claim 14, wherein the light emitting device is made of a nitride of a group III element.
【請求項17】 前記微粒子焼結体における微結晶は、
酸化亜鉛(ZnO)により構成されたことを特徴とする
請求項14記載の発光素子。
17. The microcrystal in the fine particle sintered body,
The light emitting device according to claim 14, wherein the light emitting device is made of zinc oxide (ZnO).
【請求項18】 前記ホール輸送層および前記電子輸送
層は、前記半導体発光層よりも大きい禁制帯幅エネルギ
ーを有することを特徴とする請求項14記載の発光素
子。
18. The light emitting device according to claim 14, wherein the hole transport layer and the electron transport layer have a larger bandgap energy than the semiconductor light emitting layer.
【請求項19】 前記ホール輸送層は、アクセプター不
純物を含む3B族元素の窒化物により構成されたことを
特徴とする請求項14記載の発光素子。
19. The light emitting device according to claim 14, wherein the hole transport layer is made of a nitride of a group 3B element containing an acceptor impurity.
【請求項20】 前記アクセプター不純物はマグネシウ
ム(Mg)であることを特徴とする請求項19記載の発
光素子。
20. The light emitting device according to claim 19, wherein the acceptor impurity is magnesium (Mg).
【請求項21】 前記電子輸送層は、ドナー不純物を含
む3B族元素の窒化物により構成されたことを特徴とす
る請求項14記載の発光素子。
21. The light emitting device according to claim 14, wherein the electron transport layer is made of a nitride of a Group 3B element containing a donor impurity.
【請求項22】 前記ドナー不純物はシリコン(Si)
であることを特徴とする請求項21記載の発光素子。
22. The donor impurity is silicon (Si).
22. The light emitting device according to claim 21, wherein
【請求項23】 前記ホール輸送層および前記電子輸送
層は、単結晶体、多結晶体、非晶質体、微粒子体あるい
はこれらの複合体により構成されたことを特徴とする請
求項14記載の発光素子。
23. The method according to claim 14, wherein the hole transport layer and the electron transport layer are formed of a single crystal, a polycrystal, an amorphous material, a fine particle, or a composite thereof. Light emitting element.
【請求項24】 半導体の微結晶を含む微粒子が焼結領
域により接合された微粒子焼結体よりなる半導体発光層
と、 この半導体発光層とそれぞれ電気的に接続された第1の
電極および第2の電極とを備えたことを特徴とする発光
素子。
24. A semiconductor light emitting layer comprising a fine particle sintered body in which fine particles containing semiconductor microcrystals are joined by a sintered region, a first electrode and a second electrode electrically connected to the semiconductor light emitting layer, respectively. A light emitting device comprising:
【請求項25】 基板の上にホール輸送層を形成する工
程と、 このホール輸送層の上に、半導体の微結晶を含む微粒子
を焼結した微粒子焼結体により半導体発光層を形成する
工程とを含むことを特徴とする発光素子の製造方法。
25. A step of forming a hole transport layer on a substrate, and a step of forming a semiconductor light emitting layer on the hole transport layer by a fine particle sintered body obtained by sintering fine particles containing semiconductor microcrystals. A method for manufacturing a light emitting device, comprising:
【請求項26】 前記微結晶を亜鉛(Zn),チタン
(Ti)および鉄(Fe)からなる群のうちの少なくと
も1種を含む酸化物、または3B族元素の窒化物により
形成することを特徴とする請求項25記載の発光素子の
製造方法。
26. The microcrystal is formed of an oxide containing at least one selected from the group consisting of zinc (Zn), titanium (Ti) and iron (Fe), or a nitride of a Group 3B element. The method for manufacturing a light emitting device according to claim 25, wherein
【請求項27】 前記微結晶を酸化亜鉛(ZnO)によ
り形成することを特徴とする請求項25記載の発光素子
の製造方法。
27. The method according to claim 25, wherein the microcrystal is formed of zinc oxide (ZnO).
【請求項28】 加熱処理またはエネルギービームを照
射することにより前記微粒子を焼結することを特徴とす
る請求項25記載の発光素子の製造方法。
28. The method according to claim 25, wherein the fine particles are sintered by heat treatment or irradiation with an energy beam.
【請求項29】 エキシマレーザビームを照射すること
により前記微粒子を焼結することを特徴とする請求項2
8記載の発光素子の製造方法。
29. The fine particles are sintered by irradiating an excimer laser beam.
9. The method for manufacturing a light emitting device according to item 8.
【請求項30】 XeCl,XeF,XeBr,Kr
F,KrCl,ArFまたはF2を用いて発振させたエ
キシマレーザビームを照射することにより前記微粒子を
焼結することを特徴とする請求項29記載の発光素子の
製造方法。
30. XeCl, XeF, XeBr, Kr
F, KrCl, method of manufacturing the light emitting device according to claim 29, wherein the sintering the fine particles by irradiating the excimer laser beam oscillated by using an ArF or F 2.
【請求項31】 酸素含有雰囲気中または窒素含有雰囲
気中において前記微粒子を焼結することを特徴とする請
求項25記載の発光素子の製造方法。
31. The method according to claim 25, wherein the fine particles are sintered in an oxygen-containing atmosphere or a nitrogen-containing atmosphere.
【請求項32】 酸素または窒素の含有比が60mol
%以上のガス雰囲気中において前記微粒子を焼結するこ
とを特徴とする請求項25記載の発光素子の製造方法。
32. The content ratio of oxygen or nitrogen is 60 mol.
The method for manufacturing a light emitting device according to claim 25, wherein the fine particles are sintered in a gas atmosphere of not less than%.
【請求項33】 前記ホール輸送層の上に、前記微粒子
を溶液に分散させた塗布溶液を塗布したのち、乾燥さ
せ、焼結することを特徴とする請求項25記載の発光素
子の製造方法。
33. The method for manufacturing a light emitting device according to claim 25, wherein a coating solution in which the fine particles are dispersed in a solution is applied on the hole transport layer, and then dried and sintered.
【請求項34】 前記溶液として1以上の水酸基を有す
る有機化合物を少なくとも1種含む有機溶媒を用いるこ
とを特徴とする請求項33記載の発光素子の製造方法。
34. The method according to claim 33, wherein an organic solvent containing at least one organic compound having at least one hydroxyl group is used as the solution.
【請求項35】 前記有機化合物はアルコールおよびそ
の誘導体,フェノールおよびクレゾールから選ばれたも
のであることを特徴とする請求項34記載の発光素子の
製造方法。
35. The method according to claim 34, wherein the organic compound is selected from alcohols and derivatives thereof, phenol and cresol.
【請求項36】 スピンコート法、ディップコート法、
スプレーコート法、ロールコート法、メニスカスコート
法、バーコート法、カーテンフローコート法あるいはビ
ードコート法を用いて前記塗布溶液を塗布することを特
徴とする請求項33記載の発光素子の製造方法。
36. A spin coating method, a dip coating method,
The method for manufacturing a light emitting device according to claim 33, wherein the coating solution is applied using a spray coating method, a roll coating method, a meniscus coating method, a bar coating method, a curtain flow coating method, or a bead coating method.
【請求項37】 基板の上にホール輸送層を形成する工
程と、 このホール輸送層の上に、半導体の微結晶を含む微粒子
を焼結した微粒子焼結体により半導体発光層を形成する
工程と、 この半導体発光層の上に、電子輸送層を形成する工程と
を含むことを特徴とする発光素子の製造方法。
37. A step of forming a hole transport layer on a substrate, and a step of forming a semiconductor light emitting layer on the hole transport layer by a fine particle sintered body obtained by sintering fine particles containing semiconductor microcrystals. Forming an electron transport layer on the semiconductor light emitting layer.
【請求項38】 前記微結晶を亜鉛(Zn),チタン
(Ti)および鉄(Fe)からなる群のうちの少なくと
も1種を含む酸化物、または3B族元素の窒化物により
形成することを特徴とする請求項37記載の発光素子の
製造方法。
38. The microcrystal is formed of an oxide containing at least one selected from the group consisting of zinc (Zn), titanium (Ti) and iron (Fe), or a nitride of a Group 3B element. The method for manufacturing a light emitting device according to claim 37, wherein
【請求項39】 前記微結晶を酸化亜鉛(ZnO)によ
り形成することを特徴とする請求項37記載の発光素子
の製造方法。
39. The method according to claim 37, wherein the microcrystal is formed of zinc oxide (ZnO).
【請求項40】 加熱処理またはエネルギービームを照
射することにより前記微粒子を焼結することを特徴とす
る請求項37記載の発光素子の製造方法。
40. The method according to claim 37, wherein the fine particles are sintered by heat treatment or irradiation with an energy beam.
【請求項41】 エキシマレーザビームを照射すること
により前記微粒子を焼結することを特徴とする請求項4
0記載の発光素子の製造方法。
41. The fine particles are sintered by irradiating an excimer laser beam.
0. A method for manufacturing a light-emitting element according to item 0.
【請求項42】 XeCl,XeF,XeBr,Kr
F,KrCl,ArFまたはFを用いて発振させたエ
キシマレーザビームを照射することにより前記微粒子を
焼結することを特徴とする請求項41記載の発光素子の
製造方法。
42. XeCl, XeF, XeBr, Kr
F, KrCl, method of manufacturing the light emitting device according to claim 41, wherein the sintering the fine particles by irradiating the excimer laser beam oscillated by using an ArF or F 2.
【請求項43】 酸素含有雰囲気中または窒素含有雰囲
気中において前記微粒子を焼結することを特徴とする請
求項37記載の発光素子の製造方法。
43. The method according to claim 37, wherein the fine particles are sintered in an oxygen-containing atmosphere or a nitrogen-containing atmosphere.
【請求項44】 酸素または窒素の含有比が60mol
%以上のガス雰囲気中において前記微粒子を焼結するこ
とを特徴とする請求項37記載の発光素子の製造方法。
44. The content ratio of oxygen or nitrogen is 60 mol.
The method for manufacturing a light emitting device according to claim 37, wherein the fine particles are sintered in a gas atmosphere of not less than%.
【請求項45】 前記ホール輸送層の上に、前記微粒子
を溶液に分散させた塗布溶液を塗布したのち、乾燥さ
せ、焼結することを特徴とする請求項37記載の発光素
子の製造方法。
45. The method for manufacturing a light emitting device according to claim 37, wherein a coating solution in which the fine particles are dispersed in a solution is applied on the hole transport layer, and then dried and sintered.
【請求項46】 前記溶液として1以上の水酸基を有す
る有機化合物を少なくとも1種含む有機溶媒を用いるこ
とを特徴とする請求項45記載の発光素子の製造方法。
46. The method according to claim 45, wherein an organic solvent containing at least one organic compound having at least one hydroxyl group is used as the solution.
【請求項47】 前記有機化合物はアルコールおよびそ
の誘導体,フェノールおよびクレゾールから選ばれたも
のであることを特徴とする請求項46記載の発光素子の
製造方法。
47. The method according to claim 46, wherein the organic compound is selected from alcohols and derivatives thereof, phenol and cresol.
【請求項48】 スピンコート法、ディップコート法、
スプレーコート法、ロールコート法、メニスカスコート
法、バーコート法、カーテンフローコート法あるいはビ
ードコート法を用いて前記塗布溶液を塗布することを特
徴とする請求項45記載の発光素子の製造方法。
48. A spin coating method, a dip coating method,
46. The method according to claim 45, wherein the coating solution is applied using a spray coating method, a roll coating method, a meniscus coating method, a bar coating method, a curtain flow coating method, or a bead coating method.
【請求項49】 基板の上に、半導体の微結晶を含む微
粒子を焼結した微粒子焼結体により半導体発光層を形成
する工程を含むことを特徴とする発光素子の製造方法。
49. A method for manufacturing a light-emitting device, comprising the step of forming a semiconductor light-emitting layer on a substrate using a fine particle sintered body obtained by sintering fine particles containing semiconductor microcrystals.
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