JP3196644B2

JP3196644B2 - 光電子材料の製造方法、並びにその光電子材料を用いた応用素子及び応用装置

Info

Publication number: JP3196644B2
Application number: JP15784096A
Authority: JP
Inventors: 岳人吉田; 由佳山田; 茂武山; 勝彦武藤
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-06-26
Filing date: 1996-06-19
Publication date: 2001-08-06
Anticipated expiration: 2016-06-19
Also published as: JPH09275075A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光電子材料の製造
方法並びにその光電子材料を用いた発光素子及び表示素
子並びに携帯用表示装置に関し、特に、無尽埋蔵量かつ
環境汚染フリーな材料から形成される粒径の制御された
半導体超微粒子を中核として構成され、さらに、自発光
性、高速応答性、細密画素性、低消費電力、高耐環境性
及びアセンブリーレス工程において優れた特徴を有する
光電子材料の製造方法、並びにその光電子材料を用いた
発光素子、表示素子及び携帯用表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】１９９０年における多孔質珪素（Ｓｉ）
の室温可視発光の確認（例えば、”アプライドフィジ
ックスレターズ”（Ｌ．Ｔ．Ｃａｎｈａｍ，Ａｐｐｌ
ｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓＶｏｌ．５
７，Ｎｏ．１０，１０４６（１９９０））等に開示され
ている。）から、間接遷移型半導体であるため発光素子
とは無縁と考えられてきたＳｉを母材とした室温可視発
光特性の研究が盛んとなってきた。

【０００３】これらの報告の大多数は、多孔質形状のＳ
ｉに関するものであるから、まず、第１の従来例とし
て、この発光性多孔質Ｓｉについて説明する。

【０００４】この発光性多孔質Ｓｉは、基本的に、単結
晶Ｓｉ基板表面を弗化水素を主体とした溶液中における
陽極化成により形成されるものであり、これまでに、８
００ｎｍ（赤）から４２５ｎｍ（青）の領域における幾
つかの波長のフォトルミネッセンスが確認されている。

【０００５】また、電流注入励起による発光（エレクト
ロルミネッセンス）の試みも為されるようになってき
た。

【０００６】この技術については、例えば特開平５−２
０６５１４号公報に記載されているが、図１８を用いて
具体的に説明する。

【０００７】まず、面方位（１００）、ｐ−型導電性の
Ｓｉ単結晶基板１４１の表面に対し、エタノールで希釈
された弗化水素溶液中で陽極化成することにより多孔質
Ｓｉ層１４２を形成する。

【０００８】次に、プラズマＣＶＤ法により、ｎ−型導
電性の微結晶炭化珪素（ＳｉＣ）薄膜１４３を堆積す
る。

【０００９】最後に、上部に半透明電極である酸化イン
ジウム−錫（ＩＴＯ）薄膜１４４を、下部に金属電極１
４５を配し、オーミックコンタクトを形成して完成す
る。

【００１０】多孔質Ｓｉ領域１４２は、ｎ−型ＳｉＣ薄
膜１４３とｐ−型Ｓｉ基板１４１により構成されるｐ−
ｎ接合領域に存在するので、ｎ−型領域から電子を、ｐ
−型領域から正孔を注入し、多孔質Ｓｉ領域１４２内部
でこれらを再結合させることで発光が可能となるもので
ある。

【００１１】これら多孔質Ｓｉのエレクトロルミネッセ
ンスにおいて特徴的な性質として以下のことが挙げられ
る。（１）エレクトロルミネッセンスとフォトルミネッ
センスの発光スペクトルが、強度において差があるにし
ても、ほぼ同様の形状をしていること。（２）実使用状
態と想定される注入電流密度の領域では、エレクトロル
ミネッセンス発光の強度が注入電流に比例すること。但
し、注入電流密度がこれより低い領域では、エレクトロ
ルミネッセンス発光の強度が注入電流の２乗に比例する
ことを報告する例もある。

【００１２】（１）はエレクトロルミネッセンスとフォ
トルミネッセンスの発光が、概ね同じ発光準位を介した
キャリア（励起された電子−正孔対）の再結合により発
生することを示唆し、（２）はエレクトロルミネッセン
スに不可欠なキャリアの生成が主に、ｐ−ｎ接合付近に
おける少数キャリアの注入により行われていることを示
している。

【００１３】間接遷移型半導体であるＳｉの発光機構に
ついては、多孔質形状のうちナノメートル（ｎｍ）オー
ダーの３次元的微細構造領域において、光遷移の波数選
択則の緩和が生じ、電子−正孔対の輻射再結合過程が可
能になるとする説と、Ｓｉの多員環酸化物（シロキセ
ン）が多孔質Ｓｉの表面に形成され、このシロキセン／
Ｓｉの界面において輻射再結合過程に寄与する新たなエ
ネルギー準位形成されるとする説がある。

【００１４】しかし、どちらにしても、光励起過程に関
しては量子閉じ込め効果によるエネルギーバンド構造変
化（ギャップ幅の増大現象）が発生していることは確実
のようである。

【００１５】この分野に関する総括的解説は、例え
ば、”ポーラスシリコン”（Ｚ．Ｃ．Ｆｅｎｇａｎｄ
Ｒ．Ｔｓｕ編著、”ＰｏｒｏｕｓＳｉｌｉｃｏ
ｎ”、ＷｏｒｌｄＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ、（１９９
４））に開示されている。

【００１６】ついで、第２の従来例として、化合物半導
体を用いた発光素子について説明をする。

【００１７】化合物半導体による発光・表示素子は、一
般に、ｐ−ｎ接合は形成しにくいが可視領域発光が容易
なＩＩ−ＶＩ族を主体としたものと、ｐ−ｎ接合の形成
が容易であるが可視領域（特に青色）発光に難のあるＩ
ＩＩ−Ｖ族を主体としたものの２種類に大別される。

【００１８】前者のＩＩ−ＶＩ族半導体を誘電体中に分
散させ、これを直流電流注入により励起する方式が、例
えば、”プロシーデイングスオブインステイテユー
トフォアエレクトリックアンドエレクトロニクス
エンジニアズ”（Ａ．Ｖｅｃｈｔ，Ｐｒｏｃ．ＩＥＥ
ＥＶｏｌ．６１，９０２（１９７３））に記載されて
いる。

【００１９】この技術内容について、図１９を用いて説
明する。まず、硫化亜鉛（ＺｎＳ）にマンガン（Ｍｎ）
を賦活することにより蛍光体としてから粉末化する。

【００２０】次に、この粉末の表面を銅（Ｃｕ）で被覆
したもの（符号１５１で示す）を誘電体１５２中に分散
させ、これを透明電極１５３を介してガラス基板１５４
上に塗布する。

【００２１】そして、上部には金属電極１５５を接続す
る。更に、高電界を印加するフォーミング処理により、
誘電体１５２の透明電極１５３側にフォーミング蛍光体
層１５６が形成され、この素子は直流電流励起による可
視（黄橙色）発光が可能になる。

【００２２】後者のＩＩＩ−Ｖ族半導体については、結
晶性が良好なためｐ−ｎ接合が形成し易い。

【００２３】そのためｐ−ｎ接合を形成し、ダイオード
として順方向電圧を印加すれば、少数キャリアとしてｐ
−型領域にドリフトした電子とｐ−型領域多数キャリア
である正孔の輻射再結合が、ｐ−ｎ接合面近傍で効率的
におこるので発光が可能となる。

【００２４】これが所謂ＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔ
ｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）の原理である。

【００２５】さらに第３の従来例として、現在のカラー
表示素子の主流である液晶を用いたカラー表示素子につ
いて記す。

【００２６】図２０に典型的な、透過型アクテイブマト
リックス駆動法によるカラー液晶表示素子（ＬＣＤ）の
断面概念図を示す。

【００２７】この系列の素子においては、基本的に、バ
ックライトユニット１６１、カラーフィルター１６２、
液晶１６３、駆動用薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１６４
の主要素により構成されている。

【００２８】ここで、３原色（ＲＧＢ）に対応して作製
されたカラーフィルター１６２の集合体が一つの画素を
構成している。

【００２９】このような構成において、まず、３波長冷
陰極蛍光灯と乱反射板を基本に構成されるバックライト
ユニット１６１から、カラーフィルター１６２側に３波
長光を照射し、カラーフィルター１６２を透過させる。

【００３０】そして、駆動用ＴＦＴ１６４の動作により
各カラーフィルター１６２の領域に対応する液晶部１６
３に印加する電圧値が調整され、液晶１６３が電界強度
に対応してＴＮ（ツイステッドネマテイツク）モード
の動作を示すことにより、明状態と暗状態が実現でき、
結果的に各カラーフィルター１６２を透過したバックラ
イトに対する光シャッター効果を呈する。

【００３１】したがって、各カラーフィルター単位、各
画素単位で、液晶１６３の光シャッター効果により、そ
の透過光量を調整することで、様々の色、コントラスト
（強度）の表示が行える。

【００３２】また、このようにバックライトユニットを
有するＬＣＤの他に、最近になって、バックライトを必
要としないため低消費電力な、反射型ＬＣＤも開発され
実用化され始めてきている。

【００３３】さらに、第４の従来例として、このような
ＬＣＤの開発とあいまって、特に、小型で携帯性に優
れ、次世代のディスプレイとして注目されている、ヘッ
ドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）について記す。

【００３４】ＨＭＤとは、目の前に配置した２つの表示
装置により両目に対してそれぞれ別々の画像を与え、小
さな機器で大画面表示装置を見ているかのように表示を
行うものであり、これにより、自分がその世界にいるよ
うな感じになる「バーチャルリアリテイ（仮想現実）」
や「疑似３Ｄ」等における立体表示が可能となる。

【００３５】従来のＨＭＤとしては、特開平５−１３０
５３２号公報、特開平７−４９４６４号公報等に記載さ
れたものが知られているが、図２１に従来のＨＭＤの構
造断面図を代表的に示す。

【００３６】図２１（ａ）は、ＬＣＤを用いたシースル
ー型のＨＭＤの構造を示しており、ＬＣＤ１７１、ハー
フミラー１７２、接眼光学系１７３から構成されてい
る。

【００３７】ＬＣＤ１７１からの画像は、ハーフミラー
１７２に反射されて接眼光学系１７３に導かれ、装着者
の眼１７４で結像される。また、ハーフミラー１７２を
透過してきた外界からの光も装着者の眼１７４に届くた
め、シースルー機能をも有する。

【００３８】また、図２１（ｂ）は、小型陰極線管（以
下、ＣＲＴと略す）を用いたＨＭＤの構造を示してお
り、ＣＲＴ１７５、接眼光学系１７３から構成されてい
る。ＣＲＴ１７５からの画像は、接眼光学系１７３によ
り装着者の眼１７４で結像される。

【００３９】このようなＨＭＤでは、表示装置の画像表
示面と眼との距離が近いため、小型な光学系を用いて広
い視野角を得ることができる。

【００４０】特に、表示装置として薄型かつ軽量という
特徴を有するＬＣＤを用いた場合には、小型かつ軽量な
ＨＭＤを構成することができる。

【００４１】一方、携帯用表示装置の他の応用例とし
て、電子辞書がある。これも、従来の紙の辞書の小型・
軽量化を図ったもので、表示装置としてはＬＣＤが用い
られている。

【００４２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第１の
従来技術では、溶液中の陽極化成により、単結晶Si基板
の表面に多孔質状の層を形成するため、多孔質層におけ
る微結晶の結晶性は良好であるものの、微結晶の形状と
大きさを制御することが難しい。

【００４３】特に、粒径５ｎｍ以下の球状微結晶を効率
的に生成することが困難である。Ｓｉ系ＩＶ族材料にお
ける可視発光のメカニズムが量子サイズ効果（波数選択
則の緩和、量子閉じ込め効果によるバンド構造変化等）
であるとすると、やはり粒径がｎｍレベルで制御された
球形微粒子の生成が不可欠となるが、この点から判断す
ると、最適な作製技術とはいえない。

【００４４】また、この第１の従来例の方法では、ＩＶ
族材料による発光材料の作製を想定した場合、Ｓｉ単体
による構成は容易であるが、Ｓｉとゲルマニウム（Ｇ
ｅ）あるいは炭素（Ｃ）との混晶による構成をしようと
した際に実現が困難となる。

【００４５】さらに、これら多孔質Ｓｉによる発光素子
を規則的に配列した上、独立に動作させることにより表
示素子の機能を発揮しようと意図した際に困難が生じ
る。即ち、上記の多孔質ＳｉはＳｉ基板に直接作り込む
ため、各素子間の電気的独立性（絶縁性）を保つことが
不可能である。

【００４６】次に、第２の従来例では、直接遷移型半導
体であるＩＩ−ＶＩ族材料により構成されているため、
発光効率は高い。

【００４７】しかしながら、ＩＩ−ＶＩ族発光材料には
カドミウム（Ｃｄ）、ストロンチウム（Ｓｒ）が含まれ
る。

【００４８】良く知られているように、前者は有害物質
であり、後者は埋蔵量が極めて少なく精製コストが高い
材料である。

【００４９】また、賦活材料として、マンガン（Ｍ
ｎ）、テルビウム（Ｔｂ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユー
ロピウム（Ｅｕ）等を使用する。

【００５０】これらの元素についてもやはり埋蔵量の限
界あるいは精製コストが懸念されるところである。

【００５１】さらに、ＩＩ−ＶＩ族半導体と上記賦活材
料においては、半導体製造プロセス技術としての微細加
工技術がいまだ成熟していないため、ミクロン（μｍ）
以下の微細パターンを形成することは困難である。

【００５２】つまり、半導体材料を主体として自発光性
素子が構成されるものの、電子素子の代表であるＳｉ−
ＬＳＩのプロセス・デバイス技術との整合性が悪く、実
質的にＳｉ−ＬＳＩと一体化された素子の作製は不可能
といえる。

【００５３】そして、さらに、本質的課題として、発光
波長を調整するためには、材料種を変更（つまり新たに
探索）し、製法を全般にわたり再構築しなければならな
いという課題がある。このような点に関しては、上記課
題は概ねＩＩＩ−Ｖ族半導体材料についてもあてはま
る。

【００５４】そして、第３の従来例では、基本的にバッ
クライト光量の極く一部（通常５％以下）をカラーフィ
ルターを透過させ表示光とするため、消費電力の割に輝
度が低いという欠点をもつ。表示光エネルギーの全消費
電力に対する割合（外部エネルギー効率）は、標準的に
０．２％以下であり、これは非自発光素子のもつ本質的
課題である。

【００５５】また、素子動作上の問題として、アクテイ
ブマトリックス駆動法を用いても、液晶の応答速度が４
０ｍｓレベル以上であり、高速応答性に問題がある。

【００５６】さらに、構成要素を大別すると、バックラ
イトユニット、カラーフィルター、液晶及び駆動用ＴＦ
Ｔの３種から成り立つため、表示素子の製造にはアセン
ブリ工程が避けえない。

【００５７】このことは、製造コスト上の課題と、完成
した表示素子の衝撃・温度・湿度等に対する耐環境能力
の限界を示すものである。

【００５８】最近、開発段階から実用段階に移行しつつ
ある反射型液晶表示素子においては、バックライトを必
要としないため、極めて低い消費電力にて動作が可能と
なっているが、反面暗い使用環境では視認が不可能とな
る本質的短所を有している。

【００５９】以上の結果、第４の従来例でも、ＬＣＤを
用いているＨＭＤでは、解像度が低いという欠点を持
つ。

【００６０】例えば、現状のＨＭＤで用いられているＬ
ＣＤは、１インチ程度のもので１０万画素程度である
が、ＨＭＤの装着者に充分な臨場感を与えるためには、
１００万画素以上が望まれている。

【００６１】ＬＣＤを用いた現状の電子辞書の場合も、
従来の紙の辞書の１行程度づつしか表示できないため、
非常に見にくく、効率が悪いものとなっている。

【００６２】そこで、例えば、航空機のシミュレータ等
に用いる、高速応答性と信頼性が要求されるＨＭＤで
は、表示装置としてＣＲＴが用いられている。

【００６３】しかし、表示装置としてＣＲＴを用いた場
合には、比較的安価に高い解像度と信頼性が得られる
が、立体視に必要な広画角に対応するためにはサイズが
大きくなり、寸法的にも重量的にも頭部に搭載して使用
されるＨＭＤには適していない。

【００６４】また、他の携帯用表示装置としても小型
化、薄型化を制限する。本発明は上記の課題に鑑みなさ
れたものであって、無尽埋蔵量かつ環境汚染フリーな材
料から成り、さらに、自発光、高速応答、低消費電力、
細密画素、Ｓｉ−ＬＳＩ技術整合性、耐環境性、アセン
ブリーレス性を特徴とする光電子材料の製造方法並びに
その光電子材料を用いた発光素子及び表示素子並びに携
帯用表示装置を提供することを目的とする。

【００６５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の光電子材料の製造方法は、まず、希ガス雰
囲気中にてレーザーアブレーション工程を施すものであ
る。

【００６６】これにより、基板上にｎｍオーダーで粒径
が制御された超微粒子堆積物が形成でき、その平均粒径
制御や混晶の組成比制御等をも行い得て、発光特性を高
自由度に調整可能とする。

【００６７】さらに、アブレーションとスパッタを用い
た同時堆積により、基板上には超微粒子が分散した誘電
体薄膜をも形成し得る。

【００６８】そして、さらに超微粒子に熱処理をし超微
粒子を被覆する酸化膜を形成していてもよく、この場
合、非酸化雰囲気の熱処理と酸化雰囲気の熱処理を組み
合せて施し、超微粒子の結晶性回復と同時に表面酸化膜
の形成を行ってもよい。

【００６９】また、本発明の発光素子及び表示素子は、
以上の製造方法により作製された光電子材料を発光材料
として用いて、電子を超微粒子に注入し、超微粒子中に
おける衝突イオン化により電子−正孔対を励起し、それ
らの輻射再結合過程における発光現象を呈するものであ
る。

【００７０】これにより、発光光子エネルギーが混晶超
微粒子の量子サイズ効果により調整され得る発光素子や
モノクロームやカラーの表示素子を得ることができる。

【００７１】さらに、本発明の携帯用表示装置は、上記
の表示素子を中核として構成されたものである。

【００７２】これにより、小型・軽量化に適し、低消費
電力、高解像度を有する携帯用表示装置が得られ、ヘッ
ドマウントディスプレイや電子辞書として好適に適用さ
れ得る。

【００７３】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１記載の発明は、
第１のターゲット材を低圧希ガス雰囲気の真空反応室の
内部に配置する第１のターゲット材配置工程と、前記真
空反応室の内部に基板を配置する基板配置工程と、前記
第１のターゲット材配置工程で配置された第１のターゲ
ット材にレーザー光を照射して前記第１のターゲット材
の脱離・射出を生じるアブレーション工程と、前記アブ
レーション工程で得られた脱離・射出された物質を空中
会合させる空中会合工程と、前記空中会合工程で得られ
た超微粒子を基板上に補集して前記超微粒子を含む光電
子材料を得る工程とを有する光電子材料の製造方法であ
って、さらに、第２のターゲット材を前記第１のターゲ
ット材が配置される真空反応室内に配置する第２のター
ゲット材配置工程を有し、前記アブレーション工程に起
因して得られた超微粒子が基板上に補集されるのと実質
的に同時に前記第２のターゲット材をスパッタしてスパ
ッタ生成物質を前記基板上に補集して、前記第２のター
ゲット材から構成される物質中に前記超微粒子が分散さ
れた光電子材料を得る光電子材料の製造方法である。

【００７４】上記の構成によって、希ガス雰囲気中にて
レーザーアブレーション工程を施すことにより、基板上
にｎｍオーダーで粒径が制御された超微粒子堆積物が確
実に形成されるとともに、アブレーションとスパッタを
用いた同時堆積により、基板上に超微粒子が分散した誘
電体薄膜を形成する。

【００７５】ここで、請求項２記載のように、低圧希ガ
スの導入圧力を変化させる工程を有し、前記超微粒子の
平均粒径を制御してもよい。

【００７６】

【００７７】

【００７８】以上において、請求項３記載のように、第
１のターゲット材が、半導体、金属及び誘電体の内の少
なくとも１種を含み、特に、請求項４記載のように、Ｉ
Ｖ族半導体を含むものであってもよい。

【００７９】そして、請求項６記載のように、第１のタ
ーゲット材が複数種のＩＶ族半導体の混合体を含むもの
でもよく、請求項７記載のように、この混合体がシリコ
ンとゲルマニウムの混合体であり、さらに、請求項８記
載のように、混晶状態にあってもよい。

【００８０】この構成により、混晶超微粒子を用いるこ
とにより、混晶組成比が補助的パラメータとして発光特
性の調整に利用され得る。

【００８１】さらに、このように混晶化することによ
り、超微粒子化した際の波数選択則の緩和が生じ易くな
る、つまり輻射再結合が起き易くなる。

【００８２】ここで、請求項９記載のように、混合体
が、出発原料粉末を複数種類機械的に混合する混合工程
と、前記混合された粉末体をホットプレス法により成型
する成型工程により形成されることが好適である。

【００８３】あるいは、請求項５記載のように、第１の
ターゲット材をＩＩ−ＶＩ族半導体やＩＩＩ−Ｖ族半導
体とすれば、基本的にレーザーアブレーション法は、タ
ーゲット元素の融点や蒸気圧への依存性が少ないプロセ
スなので、結果として化学量論組成の保たれたこれらの
半導体超微粒子を製造することが可能である。

【００８４】さらに、請求項１０記載のように、基板上
に補集された超微粒子が形成する半導体層に対して、ｎ
−型導電性不純物とｐ−型導電性不純物を導入する工程
を有してもよく、半導体中にｐ−ｎ接合が形成される。

【００８５】この場合、請求項１１に記載のように、半
導体層に対して導入されるｎ−型導電性不純物とｐ−型
導電性不純物は、互いの拡散深さを異ならせて導入され
てもよく、所望の位置にｐ−ｎ接合を形成できる。

【００８６】一方、請求項１２記載のように、第２のタ
ーゲット材は、誘電体であることが好適である。

【００８７】また、請求項１３記載のように、さらに、
基板上の光電子材料の表面を酸化する工程を有していて
もよい。

【００８８】この構成により、結晶欠陥あるいは不純物
の混入した表面層を除去し、結晶性と純度を向上する。

【００８９】ここで、請求項１４記載のように、酸化工
程では、空中会合工程で得られた超微粒子を酸素含有の
雰囲気ガス中にて加熱処理することにより、前記超微粒
子の表面を熱酸化膜で被覆することが好適である。

【００９０】そして、請求項１５記載のように、さら
に、被覆する熱酸化膜の形成時よりも高い温度の非酸化
性雰囲気での熱処理を、前記熱酸化膜の形成時よりも以
前に実施する工程を有することが好適であり、超微粒子
の結晶性をより完全なものに回復し得る。

【００９１】さらに、本発明の請求項１６に記載の発明
は、以上の光電子材料の製造方法により形成された薄膜
状の光電子材料層と、前記光電子材料層の上下に設けら
れた１対の電極とを有し、前記１対の電極により電子を
注入して超微粒子の表面に衝突させて電子−正孔対を励
起させ、前記電子−正孔対の輻射再結合過程により発光
現象を呈する発光素子である。

【００９２】ここで、請求項１７記載のように、超微粒
子の粒径を調整することにより発光光子エネルギーが制
御される構成としてもよいし、請求項１８記載のよう
に、超微粒子の表面に接触する誘電膜の構造を調整する
ことにより発光光子エネルギーが制御される構成として
もよい。

【００９３】また、請求項１９記載のように、１対の電
極が透明あるいは半透明な電極であり、良好な外部光の
透過性を有することもできる。

【００９４】また、請求項２０記載のように、電子が第
２のターゲット材から形成された誘電体の存在する領域
を介し超微粒子の表面に到達する構成としてもよい。

【００９５】また、請求項２１から２３に記載のよう
に、光電子材料層の超微粒子は半導体から形成され、前
記光電子材料層に薄膜状の金属電極が接触する構成で、
光電子材料層と金属電極とは、ショットキー接合型の接
触をなし、薄膜状の金属電極は、アルミニウム、白金、
金、銀、タングステン、モリブデン、タンタルのいずれ
かを含む構成であってもよく、発光素子を高い再現性の
もとに実現させ得るものである。

【００９６】ここで、請求項２４記載のように、さら
に、一方の電極を設けた半導体基板と、前記半導体基板
の前記一方の電極の反対側に設けられ一部に前記半導体
基板が露出する開口部が形成された絶縁体層とを有し、
光電子材料層は前記開口部を被覆する状態で形成された
前記開口部を活性領域とする構成で、請求項２５記載の
ように、超微粒子の内部または表面近傍における電子−
正孔対の輻射再結合過程は増倍現象による構成とするこ
とが好適であり、請求項２６記載のように、発光強度
は、発光素子への注入電流に比例する以上に増大する特
性を有する。

【００９７】このような、増倍現象を利用することは、
当初の電子注入に消費される電力と、衝突イオン化時の
限られた量子効率を、極めて有効に利用し得るものであ
り、発光強度のダイナッミクレンジを大きくすることに
極めて有効である。

【００９８】そして、請求項２７記載のように、光電子
材料層にｐ−ｎ接合が形成されている構成とすれば、単
にショットキー接合型の接触を有する場合には、確か
に、発光素子を実現する上で最も簡易的な構成になる
が、これに対してより電力効率の高い構成となる。

【００９９】そして、請求項２８記載のように、このよ
うな発光素子から単位画素に対応した素子を形成し、前
記単位画素の各々が平面的に規則的に配列され、前記単
位画素の発光素子への励起電流の変化により、前記単位
画素の各々における発光強度を調整するモノクローム表
示素子を形成したり、請求項２９記載のように、このよ
うな発光素子が、前記発光素子の超微粒子の平均粒径が
異なること等に起因して３原色の内の１色を発光し、互
いに異なる各１色を発光する前記発光素子から３原色の
全てを発光可能なように単位画素の対応した素子を形成
し、前記単位画素の各々が平面上に規則的に配列され、
前記単位画素を構成する前記発光素子への励起電流の変
化により、前記単位画素の各々の発光強度と色彩を調整
するカラー表示素子を形成してもよい。

【０１００】さらに、本発明の請求項３０に記載の発明
は、このような表示素子を有する携帯用表示装置であ
る。

【０１０１】そして、請求項３１記載のように、単位画
素の１方向の長さが１０〜１００μｍ程度とすることに
より、きわめて良好な高解像度を得ることができる。

【０１０２】ついで、請求項３２記載に記載のように、
このような表示素子を有する携帯用表示装置は、前記表
示装置を装着者の頭部に固定するための固定部材と、前
記表示装置に表示された情報を前記装着者の左右の目に
結像させるための光学系とを備えるヘッドマウントディ
スプレイであってもよい。

【０１０３】この構成により、表示装置が小型かつ高精
細であることから、接眼光学系も小型になり、ヘッドマ
ウントディスプレイ本体の小型・軽量化が図れ、広画角
かつ高解像度も実現できる。

【０１０４】また、請求項３３記載のように、光学系
は、更に、外界の情報をも装着者の左右の目に結像する
ヘッドマウントディスプレイであってもよく、好適には
請求項３４記載のように、請求項１９記載の透過性を有
する発光素子が、透過性部材に配列されて透過性を有
し、外界の光を光学系に入射する構成が採り得る。

【０１０５】この構成では、透過性を有することから、
ハーフミラー等を必要としないコンパクトなシースルー
型のヘッドマウントディスプレイを実現できる。

【０１０６】さらに、請求項３５に記載のように、請求
項２８や２９に記載された表示素子が、装着者の外部へ
の視線方向よりも異なった視線方向に配置されていても
よく、装着者が頭自体を動かすのではなく、視線を上下
等に動かすことにより、簡便に外部が観察できる。

【０１０７】また、請求項３６に記載のように、請求項
２８または２９記載の表示素子により情報を表示する電
子辞書であってもよい。

【０１０８】この構成では、表示装置が小型かつ高精細
であることから、従来の紙の辞書と同レベルの高解像度
を有する小型・軽量な辞書が実現できる。

【０１０９】（実施の形態１）以下、主に本発明の光電
子材料の製造方法を、実施の形態１として、図１から図
４を用いて詳細に説明する。

【０１１０】図１は、光電子材料の１例であるＩＶ族超
微粒子の製造方法を示す工程図であり、１１はシリコン
（Ｓｉ）の粉体、１２はゲルマニウム（Ｇｅ）の粉体で
あり、どちらも粒径は１．０〜２．０μｍ程度であり、
純度は６Ｎ以上である。そして、１４はホットプレス装
置、１５はＳｉ−Ｇｅ混合ターゲットである。

【０１１１】まず、図１（ａ）に示すように、Ｓｉ粉体
１１とＧｅ粉体１２を、機械的に均一分散するように混
合し、Ｓｉ−Ｇｅ混合粉体１３を作製する。

【０１１２】ここで、混合比は、後に詳述するように発
光波長の制御のために、任意に設定できるが、発光効率
を優先して、モル比でＳｉ：Ｇｅ＝０．２：０．８とし
た。

【０１１３】次に図１（ｂ）に示すように、Ｓｉ−Ｇｅ
混合粉体１３を圧縮成型するために、ホットプレス装置
１４内に封入し、加熱と圧縮を同時に行う。

【０１１４】この際の加熱温度は、一般に、共晶点
（Ｋ）を基準に０．８倍程度が適当であるが、本実施の
形態においては約７００℃とした。

【０１１５】また、加圧の程度については、１５から２
０ＭＰａの範囲とし、圧縮成型の際の雰囲気は、希ガス
（アルゴンガス）としたが、真空ホットプレス法を適用
すれば、最終的に、より稠密性の高い成型体を得ること
ができる。

【０１１６】あるいは、希ガスを用いたホットプレス法
と同程度の稠密性の成型体を得るのであれば、より低温
低圧の圧縮にて実現できるものである。

【０１１７】そして、図１（ｃ）に示すように、ホット
プレス装置１４から成型されたＳｉ−Ｇｅ混合ターゲッ
ト１５を取り出す。

【０１１８】この様にして成型されたＳｉ−Ｇｅ混合タ
ーゲットは、μｍレベルでＳｉとＧｅが一様に分散して
おり、密度は理想値の９９％以上に達する。

【０１１９】次に、図２において、図１の製造方法で得
たＳｉ−Ｇｅ混合ターゲットに対して、レーザーアブレ
ーション法を施すことにより、ｎｍオーダーで粒径が制
御されたＩＶ族（Ｓｉ−Ｇｅ）混晶超微粒子を作製する
ための装置概念図を示す。

【０１２０】なお、レーザーアブレーション法とは高い
エネルギー密度（パルスエネルギー：１．０Ｊ／ｃｍ²
程度かそれ以上とする。）のレーザー光をターゲット材
に照射し、被照射ターゲット材表面の溶融・脱離を起こ
すものである。

【０１２１】ここで、１．０Ｊ／ｃｍ²程度のパルスエ
ネルギー密度における脱離物質は、主にイオン及び中性
粒子である原子・分子・クラスター（数個から数十個程
度の原子から構成される。）である。

【０１２２】また、運動エネルギーは、イオンで数十ｅ
Ｖ、中性粒子の場合は数ｅＶであることが知られている
が、この際の運動エネルギーの分布は、温度に換算する
と数万℃以上に相当するので、極端な非熱平衡状態が現
出しているといえる。

【０１２３】さて、基本的な装置構成は、アルゴン−フ
ッ素（ＡｒＦ）エキシマレーザー光源２２からのレーザ
ー光（波長：１９３ｎｍ）が、スリット２３、集光レン
ズ２４、ミラー２５、導入窓２６から構成された光学系
を経由して、真空反応室２１に導入され、真空反応室２
１内部に配置されたＳｉ−Ｇｅ混合ターゲット２８の表
面に集光照射されるものである。

【０１２４】この際、照射エネルギー条件は、パルスエ
ネルギー密度：１．０〜３．０Ｊ／ｃｍ²、繰り返し周
波数：１０Ｈｚとした。

【０１２５】さらに、Ｓｉ−Ｇｅ混合ターゲット２８は
自転機構を有するターゲットホルダー２７の上に配置さ
れている。

【０１２６】そして、Ｓｉ−Ｇｅ混合ターゲット２８表
面の法線方向に７〜１０ｍｍの距離で、かつこのターゲ
ット表面に平行に堆積基板２９が配されており、Ｓｉ−
Ｇｅ混合ターゲット２８の照射表面からの脱離物質が、
ここに補集・堆積される。

【０１２７】つまり、本実施の形態の照射条件では、脱
離物質は主に原子・分子・クラスターであるので、高真
空中でのレーザーアブレーション堆積では、超微粒子を
含む薄膜が形成されることとなる。

【０１２８】より具体的には、予め真空反応室２１を、
ターボ分子ポンプを主体とした高真空排気系３２によ
り、１×１０^-6Ｐａまで排気した後、この高真空排気系
３２を閉鎖する。

【０１２９】次に、希ガス導入ライン３０を通してヘリ
ウムガス（Ｈｅ）を導入し、マスフローコントローラー
３１による流量制御とドライロータリーポンプあるいは
高圧用ターボ分子ポンプを主体とした差動排気系３３に
よる差動排気により、一定圧力の希ガス（Ｈｅ）雰囲気
を実現する。

【０１３０】ここで、Ｈｅガスの雰囲気の制御圧力範囲
は、１．０〜２０．０Ｔｏｒｒである。

【０１３１】このような数ＴｏｒｒのＨｅガス雰囲気に
て、上記の照射条件のレーザーアブレーション堆積を行
うと、脱離物質の運動エネルギーは雰囲気ガス原子に散
逸するため、空中での会合と成長が促進され、堆積基板
２９に到達・補集した時点では、粒径数ｎｍから数十ｎ
ｍの超微粒子に成長していることになる。

【０１３２】従来、バルクに対する１０００℃台の溶融
熱処理では、高品質なＳｉ−Ｇｅ混晶を形成することは
困難を伴うものであったのに対して、本実施の形態によ
れば、Ｓｉ−Ｇｅ混合ターゲット２８の表面上で数万℃
の超高温に相当する非熱平衡状態を現出できるので、理
想的なＳｉ−Ｇｅ混晶を形成できたものである。

【０１３３】また、Ｓｉ−Ｇｅ混合ターゲット２８は、
ＳｉとＧｅがμｍレベルで均一に分散しており、照射レ
ーザースポットの面積は数ｍｍ2の大きさであること
と、温度換算では数万℃相当の超高温状態であるため、
つまり、ＳｉとＧｅの融点、蒸発温度の差が無視できる
ため、１パルス毎の脱離物質の組成は、充分にＳｉ−Ｇ
ｅ混合ターゲット２８自体の組成（モル比：０．２：
０．８）に一致したものとなる。

【０１３４】なお、もちろん、粒径がｎｍオーダでそろ
った超微粒子の堆積物を基板上に形成することは、混合
ターゲットではなくとも、ＳｉやＧｅのような単一材料
のIV属材料のターゲットを用いることもでき、もちろん
これらの混合ターゲットとしてもよい。

【０１３５】次に、本実施の形態における、Ｓｉ−Ｇｅ
混晶超微粒子の平均粒径制御法について説明する。

【０１３６】本実施の形態における平均粒径制御は、基
本的に、真空反応室２１内の希ガス（Ｈｅガス）雰囲気
の圧力を、マスフローコントローラー３１による流量制
御とドライロータリーポンプを主体とした差動排気系３
３のコンダクタンス調整により、定圧的に変化させるこ
とで実現する。

【０１３７】図３に、導入Ｈｅガス圧力と堆積基板２９
に付着したＳｉ−Ｇｅ混晶超微粒子の平均粒径の関係を
表す特性曲線を示す。

【０１３８】これによると、Ｈｅガス圧が２．０Ｔｏｒ
ｒから１０．０Ｔｏｒｒの範囲では、Ｈｅガス圧の上昇
に伴い、超微粒子の粒径が単調に増加していることが理
解できる。

【０１３９】さらに、定量的には、Ｈｅガス圧（ｐ）の
１／３乗に比例して、粒径が増大していることもわか
る。

【０１４０】この依存性は、Ｈｅガス雰囲気を慣性抵抗
媒質と見立てて、脱離（射出）粒子の運動エネルギーの
この媒質への散逸現象により説明される。

【０１４１】なお、もちろん、このような粒径制御は、
混合材料のターゲットでなくとも、ＳｉやＧｅのような
単一材料のターゲットにも用いることもできる。

【０１４２】それでは、可視光域で発光波長を調整する
には、Ｓｉ−Ｇｅ混晶超微粒子の粒径をどの範囲で制御
すればよいかについて説明する。

【０１４３】図４は、Ｓｉ単体、Ｇｅ単体、Ｓｉ−Ｇｅ
混晶の球状超微粒子からの吸収端発光エネルギーを、有
効質量近似の成立する領域の量子閉じ込め効果を原理と
して、理論的に算出したものである。

【０１４４】この図によれば、３原色（ＲＧＢ）発光を
するためには、Ｓｉ単体では２．８ｎｍから４．０ｎｍ
の範囲、Ｇｅ単体では３．６ｎｍから５．０ｎｍの範囲
において粒径を制御することにより達成できることがわ
かる。

【０１４５】よって、Ｓｉ−Ｇｅ混晶超微粒子において
は、組成比により、Ｓｉ単体とＧｅ単体の特性曲線の中
間的な特性曲線を現出することになる。

【０１４６】本実施の形態において代表的に用いている
モル組成比Ｓｉ_0.2Ｇｅ_0.8のＳｉ−Ｇｅ混晶超微粒子に
おいては、図４に示される粒径−吸収端発光エネルギー
の特性曲線を呈するものである。

【０１４７】以上まとめれば、本実施の形態では、ま
ず、希ガス雰囲気中にてレーザーアブレーション工程を
施すことにより、基板上にｎｍオーダーで粒径が制御さ
れた超微粒子堆積物が確実に形成されることとなる。

【０１４８】次に、真空反応室内の希ガス雰囲気の圧力
を、定圧変化させることにより、平均粒径制御を行うこ
とができる。

【０１４９】そして、特に混晶超微粒子を用いているこ
とにより、粒径を吸収端発光エネルギー調整の主なパラ
メータとしているものの、混晶組成比が補助的パラメー
タとして有効に利用可能である。

【０１５０】さらに、このように混晶化することによる
バンド構造変化が吸収端エネルギー値のみならず、エネ
ルギー（Ｅ）−波数（ｋ）空間での形状として変化する
ことにより、超微粒子化した際の波数選択則の緩和が生
じ易くなる、つまり輻射再結合が起き易くなる効果をも
有する。

【０１５１】というのは、Ｓｉ単体では伝導帯の底がＥ
−ｋ空間におけるＸ点付近にあり、一方Ｇｅ単体ではこ
の伝導帯の底がＬ点近傍にあるが、Ｓｉ−Ｇｅ混晶化す
ることにより、伝導帯の底（エネルギー極小点）が先の
Ｘ点からＬ点の中間に形成されることになり、特に組成
比がＳｉ_0.2Ｇｅ_0.8の場合には、伝導帯エネルギー極小
点がΓ点（価電子帯エネルギー極大点）に付近に形成さ
れると考えられるからである。

【０１５２】また、光電子材料としては、他の種類や組
成比の単体または混晶を用いることももちろん可能であ
る。例えば、直接遷移型半導体であるガリウム−ヒ素
（ＧａＡｓ）等のIII−Ｖ族化合物や、硫化カドミニウ
ム（ＣｄＳ）等のＩＩ−ＶＩ族化合物を用いてもよい。

【０１５３】（実施の形態２）以下、主に本発明の光電
子材料の他の製造方法について、実施の形態２として、
図５と図６を用いて説明する。

【０１５４】本実施の形態においては、主にＩＶ族超微
粒子が分散した誘電体薄膜からなる光電子材料の製造方
法について説明する。

【０１５５】前述した本発明の実施の形態１において
は、ＩＶ族超微粒子の製造方法について説明したが、こ
れを直接堆積基板に付着・堆積した場合は、結局は、超
微粒子からなる多孔質形状の薄膜を形成してしまう傾向
がある。

【０１５６】この多孔質形状については、電極を接続し
て素子化することを想定すると、より最適化されたもの
が求められる場合もあり、また、球状超微粒子元来の量
子サイズ効果を引き出し、発光に関する新機能を発現す
るためにも、より最適な形状等が求められる場合もあ
る。

【０１５７】このために、本実施の形態では、ＩＶ族混
晶超微粒子と誘電体材料の堆積を同時に同一基板上に対
して行い、誘電体薄膜中にＩＶ族混晶超微粒子を分散さ
せる工程を有するもので、希ガス（Ａｒ）雰囲気中にお
いて、レーザーアブレーションによるＩＶ族混晶超微粒
子の付着堆積と、スパッタ法による誘電体薄膜の堆積
を、同時に同一基板上に実施するものである。

【０１５８】具体的に、図５と図６において、本実施の
形態における装置概念図を示す。図５は、本実施の形態
で用いるアブレーション−スパッタハイブリッドカソー
ド５１の構成を示す。

【０１５９】図５において、中心部にはレーザーアブレ
ーション用で円盤状のＩＶ族（Ｓｉ−Ｇｅ）混合ターゲ
ット５２を配し、これを取り巻く同心円状にスパッタ用
の誘電体（ＳｉＯ2）ターゲット５３を配している。

【０１６０】なお、ＩＶ族（Ｓｉ−Ｇｅ）混合ターゲッ
ト５２は、本発明の実施の形態１において用いたものと
同様のものである。

【０１６１】ついで、誘電体ターゲット５３の底面は、
ＲＦ電源（１３．５６ＭＨｚ、１．０ｋＷ）５４に接
続され、さらに、誘電体ターゲット５３付近のプラズマ
密度の向上とスパッタレートの増大を企図して、誘電体
ターゲット５３の下部には、永久磁石を配列したマグネ
トロン構造５７をも有している。

【０１６２】なお、レーザーアブレーション用ＩＶ族混
合ターゲット５２表面や、他の不必要箇所がスパッタさ
れることによるクロスコンタミネーションを防ぐため、
アノードリング５５が適切な形状に配置されている。

【０１６３】また、ＩＶ族混合ターゲット５２や誘電体
ターゲット５３の底面は、過熱を防ぐため水冷される
が、バッキングプレート５６はこの冷却効率を良くする
ため銅製として設けられている。

【０１６４】次に、図６は、ハイブリッドカソード５１
を中心として、Ｓｉ−ＧｅのＩＶ族混合ターゲット５２
のレーザーアブレーションと誘電体ターゲット５３のス
パッタを同時に行うことにより、誘電体薄膜中にＩＶ族
混晶超微粒子が分散した光電子材料薄膜を形成するため
の複合堆積装置の概念図を示す。

【０１６５】図６において、まず全金属製の真空反応室
６０は、ターボ分子ポンプを主体とする高真空排気系６
１により、到達真空１．０×１０^-7Ｐａまで排気する。

【０１６６】そして、高真空排気系６１をバルブにより
閉鎖した後、マスフローコントローラ６２を経由して、
希ガス導入ライン６３より、ＡｒあるいはＨｅガスの導
入を行う。

【０１６７】ここで、ドライロータリーポンプもしくは
高圧用ターボ分子ポンプを主体とした差動排気系６４の
動作と連動することにより、真空反応室６０内の希ガス
圧力を、１０．０ｍＴｏｒｒから１０．０Ｔｏｒｒの範
囲の一圧力値に設定する。

【０１６８】そして、この状態で、ハイブリッドカソー
ド５１の中心部に配置されたＳｉ−Ｇｅターゲット５２
の表面に対して、光導入窓６５を通して、エキシマレー
ザー光源６６からのＡｒＦエキシマレーザー光を照射す
る。

【０１６９】すると、Ｓｉ−Ｇｅターゲット５２表面で
は、レーザーアブレーション現象が発生し、Ｓｉ及びＧ
ｅのイオンあるいは中性粒子（原子、クラスター）が脱
離し、当初はイオンで５０ｅＶ、中性粒子で５ｅＶのオ
ーダーの運動エネルギーで、主にターゲット法線方向に
射出して行く。

【０１７０】そして、脱離物質の運動エネルギーは、雰
囲気ガス原子に散逸するため、空中での会合と成長が促
進されるため、Ｓｉ−Ｇｅターゲット５２中心の鉛直上
方にある堆積基板６７に到達・補集した時点では、粒径
数ｎｍの超微粒子に成長している。

【０１７１】この希ガス雰囲気中のレーザーアブレーシ
ョン工程に関しては、図２において説明したものと基本
的に同様である。

【０１７２】そして、上記希ガス雰囲気中でハイブリッ
ドカソード５１のＳｉＯ₂ターゲット５３領域に高周波
電力を印加することにより、ＳｉＯ₂のスパッタ堆積を
同時に行う。

【０１７３】以上のアブレーション（Ｓｉ−Ｇｅ）とス
パッタ（ＳｉＯ₂）の同時堆積により、堆積基板６７上
にはＳｉ−Ｇｅ（ＩＶ族）混晶超微粒子が分散したＳｉ
Ｏ₂（誘電体）薄膜を形成することが可能となる。

【０１７４】堆積終了後、一旦、真空反応室６０を高真
空排気した後、酸素導入ライン６８より酸素ガスを導入
することにより、酸素雰囲気を形成する。

【０１７５】そして、堆積基板６７の背面に設置された
ハロゲンランプ７０ａと均一化反射鏡７０ｂからなる輻
射加熱装置７０からの赤外光（インコヒーレント光）を
堆積基板６７に照射することにより、堆積基板６７上の
Ｓｉ−Ｇｅ混晶超微粒子が分散したＳｉＯ₂薄膜を加熱
する。

【０１７６】この際、基板ホルダー６９には、石英等の
透明材質を用いている。この加熱処理は、酸素雰囲気中
であるため、温度を６００から９００℃の範囲に設定す
れば、ＩＶ族混晶超微粒子の表面を酸化できる。

【０１７７】堆積直後のＩＶ族混晶超微粒子表面には、
高エネルギー粒子や輻射による損傷による結晶欠陥ある
いは不純物の混入があるが、この酸素雰囲気による表面
酸化工程によりこれら好ましくない表面層を除去し、結
晶性と純度の優れたＩＶ族混晶超微粒子を形成すること
ができた。

【０１７８】ここで、空中飛行中の超微粒子の表面は活
性であるため、この時点で酸素分子に接触して表面酸化
が促進されている。

【０１７９】また、この酸素ガス混入によっては、堆積
ＳｉＯ₂薄膜の酸素組成は減少されず化学量論的組成が
保たれている。

【０１８０】なお、酸素を混入割合は、１．０％のオー
ダーでＡｒガスに対して混入することが好適である。

【０１８１】以上のように、本実施の形態においては、
Ｓｉ−Ｇｅ混晶超微粒子が分散したＳｉＯ₂薄膜を得る
ことができるため、多孔質形状を排することができ、電
極を接続して素子化するに簡便で、量子サイズ効果をも
効果的に引き出し得る超微粒子を含む薄膜を作製するこ
とができた。

【０１８２】なお、雰囲気希ガスとしてＡｒを用いる場
合とＨｅを用いる場合との差は、堆積時で同等の超微粒
子平均粒径を得るためには、Ａｒの場合はＨｅを基準と
すると０．１から０．２倍の圧力に設定する必要がある
という点にあり、実際には、従来のスパッタ堆積法との
整合性を考えて、Ａｒにて０．０１から０．１Ｔｏｒｒ
程度の範囲に設定することが好適である。

【０１８３】さらに、同時堆積時における酸素ガス雰囲
気下での加熱による表面酸化工程により好ましくない表
面層を除去し、結晶性と純度の優れたＩＶ族混晶超微粒
子を形成することができた。

【０１８４】また、半導体材料としては、実施の形態１
と同様に、他の種類や組成比の単体または混晶を用いる
ことももちろん可能であるし、誘電体材料としては、他
の材料、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）等を用い
ることも可能である。

【０１８５】とういのは、Ａｌ₂Ｏ₃を用いると、酸化ア
ルミニウムの化学量論的組成からのずれが、ＳｉＯ₂の
場合に比較して、混在するＩＶ族半導体超微粒子に与え
る悪影響（主に過剰な酸素がＩＶ族半導体を酸化してし
まうことを意味する。）が少ないからである。

【０１８６】（実施の形態３）以下、主に本発明の発光
素子の構成を、実施の形態３として、図７を用いて説明
する。

【０１８７】図７に、本実施の形態における発光素子の
断面構造を示す。図７において、基板の１例としてＳｉ
単結晶基板７１の表面に、やはり１例として示す下部電
極である膜厚５０ｎｍの珪化タングステン層７２が形成
されている。

【０１８８】この珪化タングステン層７２の上層に、ｎ
ｍオーダーの粒径が制御されたＩＶ族半導体超微粒子、
モル比＝０．２：０．８のＳｉＧｅ混晶（Ｓｉ_0.2Ｇｅ
_0.8）７３が分散した誘電体層（ＳｉＯ₂）７４が、膜厚
５０ｎｍで形成されている。

【０１８９】ここで、このＩＶ族半導体超微粒子７３が
分散された誘電体層７４は、実施の形態２の作製方法と
同様の方法で得たものである。

【０１９０】そして、半導体超微粒子７３が分散された
誘電体層７４の上には、上部透明電極の１例として示す
可視光透過率９０％以上の酸化インジウム−錫（ＩＴ
Ｏ）層７５が、膜厚１５０ｎｍで被着されている。

【０１９１】なお、このＩＴＯの組成は、約Ｉｎ₂Ｏ₃−
（１０ｍｏｌ％）ＳｎＯ₂とした。

【０１９２】また、珪化タングステン層７２は、下部電
極としての低抵抗性部および半導体超微粒子において発
生した光の前方への反射率を確保する反射層として機能
するが、さらに低抵抗性を優先する場合には、珪化チタ
ンニウムを用いることもできるし、電極としての低抵抗
性も光の前方反射率もさほど必要とされない場合には、
Ｓｉ基板７１の表面をｎ−型高濃度拡散層とし、これを
下部電極とすることも製造コスト面から見れば有効な構
成である。

【０１９３】また、誘電体材料としては、酸化アルミニ
ウム（Ａｌ₂Ｏ₃）等を用いることも可能である。

【０１９４】さらに、珪化タングステン層７２と半導体
超微粒子分散誘電体層７４の中間に、（金属電極／酸化
物）界面の電気的障壁高さを低減するために、膜厚２０
ｎｍ程度の薄いマグネシウム（Ｍｇ）膜を配置してもよ
く、電子の酸化膜中（ここでは半導体超微粒子分散誘電
体層７４）へのトンネリングによるキャリアの注入を、
より効率的に実現するために有効でもある。

【０１９５】なお、下部電極として透明あるいは半透明
薄膜を用いることにより、透過性を有する発光素子が得
られるが、この場合、上部電極より可視光透過率の低い
材料を用いることが望ましい。

【０１９６】次に、以上のような構成を有する発光素子
における、発光の動作について説明する。

【０１９７】まず、下部電極の珪化タングステン層７２
を接地し、上部透明電極であるＩＴＯ膜７５に不図示の
正の電源電圧から１２．０Ｖを印加する。

【０１９８】このとき、半導体超微粒子分散誘電体層７
４のＳｉＯ₂部分には平均的に、１０⁶Ｖ／ｃｍ程度の強
度の電界が印加される。

【０１９９】一般に、ＳｉＯ₂膜の絶縁耐圧は、１０⁷Ｖ
／ｃｍ程度であり、その１０％のレベルの電界強度で
は、トンネリングによるキャリア電子の注入と電気伝導
が発生している。

【０２００】そして、ＳｉＯ₂膜中における電子は、電
界により加速され運動エネルギーが増加するが、音響フ
ォノンとの相互作用により運動エネルギーが散逸し出す
ため、この運動エネルギーの上昇は、ある値で飽和して
安定する傾向を持つ。

【０２０１】なお、１０⁶Ｖ／ｃｍ台の電界強度におけ
る電子の加速と速度飽和に要する走行距離は、約１０ｎ
ｍであり、各電界強度におけるＳｉＯ₂膜中における電
子の平均運動エネルギーは、概略、２．０×１０⁶Ｖ／
ｃｍで２．０ｅＶ、５．０×１０⁶Ｖ／ｃｍで３．０ｅ
Ｖ、８．０×１０⁶Ｖ／ｃｍで４．０ｅＶ程度となり、
速度飽和の後の運動エネルギーの分布は、電界強度が高
くなるにつれて広くなる傾向を持ち、特に高エネルギー
側に裾を引くような傾向を有する。

【０２０２】次に、半導体超微粒子分散誘電体層７４の
ＳｉＯ₂膜中をこのように走行する電子が、ＩＶ族半導
体超微粒子７３の表面に衝突した場合の現象について説
明する。

【０２０３】ＩＶ族半導体超微粒子として、Ｓｉ、Ｇｅ
もしくはＳｉ−Ｇｅ混晶を想定すると、バンドギャップ
エネルギー（Ｅｇ）は、最大でＳｉでの１．１０ｅＶで
あるが、さらに１０⁶Ｖ／ｃｍ台の電界強度において、
１０ｎｍ以上の走行距離にて加速された電子は、上述の
ように２．０ｅＶ以上の運動エネルギーを有しているの
で、Ｓｉ表面において、衝突イオン化による電子−正孔
対を励起することは充分可能である。

【０２０４】具体的には、この過程の量子効率γ”（電
子−正孔対発生数／衝突電子数）は、電子の平均運動エ
ネルギーＥav＝２．０ｅＶでは０．１程度であるが、Ｅ
の上昇とともに急激に増大し、Ｅav＝４．０ｅＶでγ”
＝１．０、Ｅav＝８．０ｅＶでγ”＝２．０に到達す
る。

【０２０５】このように励起された電子−正孔対は、再
結合の過程で、バンドギャップＥｇに応じた発光を現出
し、本実施の形態における発光素子の動作が確認され
た。

【０２０６】元来、ＩＶ族半導体は間接遷移型なので、
バンド間遷移においてはフォノンの介在が不可欠であ
り、必然的に再結合過程では熱の発生が多く、輻射再結
合をする確率は極めて少ないが、本実施の形態のよう
に、形状を粒径が数ｎｍオーダーの超微粒子にすると、
バンド間遷移における波数選択則の緩和、振動子強度の
増大、さらにＳｉ−Ｇｅ混晶の際には伝導帯エネルギー
極小点のΓ点付近への移動等の効果が生じることによ
り、電子−正孔対の輻射再結合過程の発生確率が増大
し、強い発光を呈することが可能となったものである。

【０２０７】ここで、発光波長（発光フォトンエネルギ
ー）の制御は、本発明の実施の形態１（図４参照）に示
した、量子閉じ込め効果によるバンドギャップＥｇの増
大現象を利用すればよい。

【０２０８】具体的には、ＩＶ族半導体超微粒子７３の
粒径を調整することにより、必要とする発光波長を得る
ことが可能となる。

【０２０９】また、Ｓｉ−Ｇｅ混晶では、組成比による
バンドギャップＥｇの変化を利用することも可能であ
る。

【０２１０】よって、本実施の形態の電子注入−衝突イ
オン化による励起においても、図４で示したと同様に、
３原色（ＲＧＢ）発光をするためには、Ｓｉ単体では
２．８ｎｍから４．０ｎｍの範囲、Ｇｅ単体では３．６
ｎｍから５．０ｎｍの範囲において粒径を制御すること
により達成できることとなる。

【０２１１】なお、内部量子効率γ’（放出フォトン数
／電子−正孔対数）は約０．５％となるから、Ｅ＝４．
０ｅＶ、γ”＝１．０付近で使用することを標準的な素
子動作条件とすれば、外部量子効率γ＝γ’・γ”が
０．５％程度確保される。

【０２１２】また、半導体超微粒子分散誘電体層７４の
誘電体層としてＳｉＯ₂（バンドギャップエネルギー：
約９ｅＶ）を想定してきたが、１２．０Ｖ程度の印加電
圧では得られる電流密度に制限があるので、注入電子密
度すなわち発光強度を優先させたい場合には、ＩＴＯ膜
等の導電性透明材質に置き換えることも有効である。

【０２１３】（実施の形態４）以下、本発明の発光素子
の他の構成を、実施の形態４として、図８から図１１を
用いて詳細に説明する。

【０２１４】本実施の形態においては、ＩＶ族半導体の
内でも、代表的に表面が自身の熱酸化膜にて被覆された
Ｓｉ単体の超微粒子の集合体から構成された光電子材料
層を発光（活性）領域としたエレクトロルミネッセンス
発光素子について説明するものである。

【０２１５】図８は、本実施の形態における発光素子の
断面構造を示す。図８において、８１は基板である。こ
の基板８１は、面方位（１００）、導電性がホウ素ドー
プのｐ−型、比抵抗が１０Ω・ｃｍであるｐ−型Ｓｉ基
板を１例として用いた。

【０２１６】このｐ−型Ｓｉ基板８１の上部表面には、
１例としてのＳｉＯ₂酸化膜である分離絶縁膜８２が厚
さ１００ｎｍで形成されている。この分離絶縁膜８２に
は、発光素子の発光（活性）領域たるべき箇所に、直径
１から２ｍｍ程度の開口部８２ａが形成され、基板８１
の表面が露出した形状になっている。

【０２１７】そして、少なくとも開口部８２ａを被覆す
るように、Ｓｉ超微粒子８３の集合体が光電子材料層８
４として堆積されている。ここで、Ｓｉ超微粒子８３
は、形状がほぼ球形であり、結晶性はバルクＳｉと同一
の結晶構造を有し、かつ導電性は低濃度にホウ素がド−
プされたｐ−型であって、粒径は３から１０ｎｍ程度に
調整されている。ここで、光電子材料層８４のＳｉ超微
粒子８３は、その表面が不図示の厚さ１から５ｎｍのＳ
ｉＯ₂膜により被覆されている。また、光電子材料層８
４と基板８１は、ともにｐ−型であるので、これらの界
面には、電気的障壁は形成されていない。

【０２１８】さらに、光電子材料層８４の上部表面に
は、１例として厚さ１０ｎｍで材質が白金（Ｐｔ）の半
透明電極８５が接触し、光電子材料層８４と電気的には
いわゆるショットキー接合を形成している。

【０２１９】また、基板８１の下部表面には、１例とし
てＰｔ製の裏面電極８６が設けられ、基板８１と電気的
にはオーミック接触を形成している。

【０２２０】なお、電極８５と８５は、Ｐｔ以外にも、
アルミニウム、金、銀、タングステン、モリブデン、タ
ンタル等のいずれかを主体に形成することも可能であ
る。

【０２２１】そして、半透明電極８５と裏面電極８６
は、必要に応じ導電性ペースト８７等を介して、ワイヤ
リード線等により電源に接続されている。

【０２２２】ここで、半透明電極８５側における電源接
続位置である導電性ペースト８７の位置は、発光（活
性）領域を避けて配置することが好適である。

【０２２３】次に、以上の構成において、エレクトロル
ミネッセンス発光素子としての動作特性について説明す
る。

【０２２４】まず、本実施形態のエレクトロルミネッセ
ンス発光素子としての動作は、裏面電極８６側に対し
て、半透明電極８５側に、負の直流バイアスを印加す
る。これは、本実施形態の発光素子が順方向バイアスで
動作することを意味する。

【０２２５】このような条件により本実施形態の発光素
子を動作させた場合において、図９は、発光素子の電流
−電圧特性曲線図を示す。

【０２２６】図９（a）は、縦軸（電流）・横軸（電
圧）ともにリニアスケール表示とし、横軸の印加電圧に
ついては、図８における半透明電極８５と光電子材料層
３の界面に形成されるショットキー接合における順方向
電位をグラフ上の正方向としている。

【０２２７】この図９（a）によると、半透明電極８５
と光電子材料層８４の界面のショットキー接合による強
い整流特性が示されている。また、順方向電圧印加時の
高電流側での外挿から推定される発光素子全体としての
外部直列抵抗は、４００Ω程度である。

【０２２８】次に、図９（ｂ）は、縦軸（電流）のみ対
数スケール表示とし、横軸（電圧）はショットキー接合
における順方向電位をグラフ上の正方向としてリニアス
ケール表示したものである。

【０２２９】この図の特性曲線の傾きからは、ショット
キー接合の理想因子ｎ値を求めることができるが、本実
施形態の発光素子のｎ値は印加電圧依存性を持ってお
り、０．２Ｖ以下では１．８、これより高い領域では１
５程度まで増加していることがわかる。一般に１を大き
く越えて高いｎ値は、界面準位密度が高く、かつこれら
が帯電していることを意味する。つまり、この点から
も、本実施形態の発明のエレクトロルミネッセンス発光
素子が発光するのは、半透明電極８５とS光電子材料層
８４の界面に形成されるショットキー接合に対し、順方
向電圧を印加した際であり、逆方向電圧印加時には発光
しないと考えられる。

【０２３０】図１０に、本実施の形態のエレクトロルミ
ネッセンス発光素子の発光強度−電流特性曲線図を示
す。

【０２３１】ここでは、縦軸（発光強度）・横軸（電
流）ともに対数スケール表示を用いている。

【０２３２】図１０によれば、順方向の電流密度が３０
ｍＡ／ｃｍ²（この際の順方向電圧は約７．０Ｖ）の時
に発光がはじまり、その後、順方向電流の増加に従い、
発光強度は単調に増大してゆくことがわかる。

【０２３３】つまり、発光強度をＩ_ELと、順方向電流ｊ
とは、以下の関係式で表わせることになる。

【０２３４】

【数１】

【０２３５】このように発光強度が順方向電流の３．５
乗に比例するとういことは、発光強度の順方向電流に対
する依存性がきわめて急峻であるということであり、こ
れまでの微結晶Ｓｉを活性層とする発光素子には、全く
観察されなかった新規な結果である。

【０２３６】例えば、多孔質Ｓｉ層を活性領域としたエ
レクトロルミネッセンス発光素子においては、従来の技
術で述べたように、基本的に発光強度は、順方向電流に
比例し増大するに過ぎないものであった。

【０２３７】このような結果を呈する本実施の形態にお
ける発光素子の動作原理は以下のごとく説明されると考
える。

【０２３８】まず、順方向印加電圧により加速された電
子（ホットエレクトロン）は、発光素子上部の半透明電
極８５から、ショットキー接合している光電子材料層８
４に注入され、さらにその中のＳｉ超微粒子８３を被覆
している表面酸化膜中に、トンネリング現象により注入
される。

【０２３９】次に、注入された電子は、Ｓｉ超微粒子８
３本体にまで到達すると、衝突イオン化により電子−正
孔対を励起（生成）する。この励起過程における量子効
率は、注入電子のエネルギーが４．０ｅＶのとき約１．
０に到達し、さらにエネルギーの上昇に伴い上昇してい
く。

【０２４０】ついで、一旦、注入された電子や励起され
た電子−正孔対は、Ｓｉ超微粒子８３に被覆されたＳｉ
Ｏ₂膜との界面によりＳｉ超微粒子８３内に閉じこめら
れ、印加電圧中でＳｉ超微粒子８３内において電子−正
孔対を生成していき、つまり、いわば増倍（ｍｕｔｉｐ
ｌｉｃａｔｉｏｎ）現象を呈し、さらに多数の励起電子
−正孔対を生成していくことになる。

【０２４１】そして、このように増倍的に生成され続け
る励起電子−正孔対に対応した輻射再結合中心を介した
再結合現象により、発光強度の順方向電流に対する依存
性がきわめて急峻である発光現象を呈することになるわ
けである。

【０２４２】さらにつけ加えると、本実施の形態では、
対象となるＳｉ超微粒子８３が粒径ｎｍレベルの球形を
しているため、Ｓｉ／ＳｉＯ₂界面により超微粒子８３
内に閉じこめられた電子や励起電子−正孔対が移動する
平均自由行程が短く、より効果的に衝突イオン化による
励起電子−正孔対を生成し得ているとも考えられる。

【０２４３】一方、従来の技術における第１の従来例で
説明した多孔質Ｓｉを活性層とするエレクトロルミネッ
センス発光素子では、基本的に接合（ｐ−ｎ）における
少数キャリアの注入により励起電子−正孔対を生成して
いるものに過ぎず、励起電子−正孔対の数は注入電流に
比例し、結果として発光強度も注入電流に比例すること
になるわけである。

【０２４４】また、この従来例では、多孔質Ｓｉがｎｍ
レベルの微細な構造を有しているものの、実際には多孔
質Ｓｉが線状の形状をしているため、多孔質Ｓｉ中をキ
ャリアがドリフトする際の平均自由行程が比較的長いこ
とも、励起電子−正孔対の発生効率に悪影響していると
も考えられる。

【０２４５】次に、図１１に、本実施の形態のエレクト
ロルミネッセンス発光素子のフォトルミネッセンス（Ｐ
Ｌ）及びエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）双方のスペ
クトル（発光強度−光子エネルギー特性曲線図）を示
す。

【０２４６】ここで、ＰＬの励起手法は、光子エネルギ
ー２．５４ｅＶ、パワー１０ｍＷのアルゴンイオン（Ａ
ｒ⁺）レーザーを用い、活性層となる光電子材料層に直
接レーザ光を照射した。

【０２４７】また、ＥＬの励起条件は、順方向電圧３０
Ｖ、順方向電流２８ｍＡ、発光活性領域は円形（３．１
×１０^-2ｃｍ²）とした。

【０２４８】図１１によれば、ＰＬでは、２．２ｅＶ
（緑色）を中心に、半値幅０．４ｅＶ程度の幅を持つ発
光スペクトルとなっている。

【０２４９】これに対し、ＥＬでは、中心フォトンエネ
ルギーが１．７ｅＶ（赤色）と低エネルギー側にあり、
半値幅はよりブロードな発光スペクトルとなっている。

【０２５０】以上のように、ＰＬとＥＬの発光スペクト
ルが一致しない理由は次のように考えられる。

【０２５１】即ち、ＥＬ過程における衝突イオン化とそ
の増倍による励起電子−正孔対の生成では、注入される
電子が、Ｓｉのバンドギャップ（１．１ｅＶ）よりはる
かに高いエネルギーを持っているために（図１１の励起
条件では印加電圧３０Ｖである。）、伝導帯中でもより
高エネルギー側への遷移（いわゆるハイヤーインターバ
ンド遷移）が可能となる。故に、最小バンド幅における
輻射再結合のみならず、より高いエネルギー差をもった
輻射再結合も発生するようになり、結果として発光スペ
クトルの幅がより幅広くなってしまうと考えられる。

【０２５２】対して、ＰＬでは、注入される光子エネル
ギーが２．５４eＶと相対的に低いため、ハイヤーイン
ターバンド遷移が発生する割合は低く、発光スペクトル
の幅はＥＬよりも狭くなると考えられるのである。

【０２５３】さらに、ＥＬでは、注入電子による衝突イ
オン化が、Ｓｉ／ＳｉＯ₂界面の極く近傍のＳｉ超微粒
子８３本体で発生する。そのため、この励起過程は界面
状態に極めて敏感であるが、界面には帯電した界面準位
が多数しているため、バルクと同様な電子−正孔対の励
起は期待できず、特に高エネルギー側の励起効率が低下
していると考えられる。

【０２５４】対して、ＰＬでは、エネルギー２．５４e
Ｖの励起光を照射した際の吸収係数の大きさから、Ｓｉ
超微粒子８３全体にわたってほぼ同一の強度の励起光が
貫くと考えられ、各々のＳｉ超微粒子８３の中心部も含
んだほぼ全体で、バルク的に電子−正孔対が励起される
と見積られ、高エネルギー側の励起効率が低下しないと
考えられるのである。

【０２５５】さて、本発実施の形態のエレクトロルミネ
ッセンス発光素子の活性発光体として機能する光電子材
料層８４の製造方法及び発光素子自体の製造方法の概略
を説明する。

【０２５６】本実施の光電子材料は、実施の形態１にお
いて図２を用いて説明した減圧希ガス雰囲気中でのレー
ザーアブレーション法により形成するものである。

【０２５７】但し、実施の形態１ではターゲット材料し
ては、Ｓｉ−Ｇｅ混合体を中心に述べたが、本実施の形
態では、低濃度ホウ素ドープのｐ−型Ｓｉ単結晶をター
ゲットとして用いることにより、形成される超微粒子８
３も純粋な低濃度ｐ−型Ｓｉ単結晶となる点が異なって
いる。

【０２５８】ここで、具体的な作製条件としては、照射
パルスエネルギー密度１．０Ｊ／ｃｍ²、導入Ｈｅガス
圧２．５Ｔｏｒｒ、堆積時間１０分間とし、この他の条
件は実施の形態１にて図２を用いて説明したものと同一
である。

【０２５９】この作製条件では、平均粒径１２ｎｍのＳ
ｉ単結晶の超微粒子８３が、これらの集合体として、厚
さ８００ｎｍ程度堆積され、光電子材料層が形成される
ことになる。

【０２６０】そして、この堆積時に、基板として、前述
したｐ−型Ｓｉ基板８１であって、上部表面にＳｉＯ₂
の分離絶縁膜８２が所定の開口部８２ａを有し厚さ１０
０ｎｍで形成されたものを用いれば、この分離絶縁膜の
開口部を被覆するように光電子材料層８４が形成される
のである。なお、実施の形態２で得た誘電体中に分散さ
れた形態の光電子材料ももちろん適用可能である。

【０２６１】ここで、堆積された光電子材料層８４を構
成する各々のＳｉ超微粒子８３の表面に、被覆酸化膜を
形成するため、電気炉を用いて、酸素含有の雰囲気ガス
中にて８００℃、１０分間の加熱処理を行った。

【０２６２】これにより、Ｓｉ超微粒子８３の表面は、
厚さ１から５ｎｍの熱酸化膜であるＳｉＯ₂で被覆され
ることとなる。なお、酸素含有の雰囲気ガスとは、具体
的には１気圧の窒素ガスに流量比で１％の酸素を含有し
たものである。

【０２６３】ところで、Ｓｉ超微粒子８３の表面には、
一種の結晶欠陥に基づく表面準位が高い密度で存在して
いる場合がある。

【０２６４】これを充分に回復した上で、厚さ１から５
ｎｍの表面熱酸化膜を形成するためには、単一の８００
℃、１０分の酸化性雰囲気熱処理よりも、次に述べる多
段階（マルチステップ）の熱処理の方が効果的である。

【０２６５】即ち、酸素含有の雰囲気ガス中にて加熱処
理すことにより、Ｓｉ超微粒子８３の表面を熱酸化膜で
被覆するに際し、予めより高い温度の非酸化性雰囲気熱
処理を以前に実施しておくマルチステップ熱処理シーケ
ンスである。

【０２６６】具体的には、まず、減圧希ガス雰囲気中で
のレーザーアブレーション法により、光電子材料層８４
の堆積が完了したｐ−型Ｓｉ基板８１に対し、非酸化性
雰囲気中で高温の熱処理を行いＳｉ超微粒子８３の結晶
欠陥と、これに伴う界面準位を回復する（９００から１
１００℃、２０分、１気圧純窒素雰囲気による。）。

【０２６７】次に、必要に応じて、微量の残留酸素もし
くは水蒸気により形成された熱酸化膜を、弗酸（ＨＦ）
水溶液により除去する。

【０２６８】そしてその後に、酸化性雰囲気中で前段の
非酸化性雰囲気熱処理よりは低温の酸化熱処理を行い、
Ｓｉ超微粒子８３の表面に、厚さ１から５ｎｍの熱酸化
膜を形成する（６００から１０５０℃、１０分以内、１
気圧純酸素雰囲気もしくは１気圧純水蒸気雰囲気によ
る。）。

【０２６９】以上のマルチステップ熱処理シーケンス
は、高温を必要とする結晶欠陥回復と、Ｓｉ超微粒子８
３の大部分が酸化されることを避けるための比較的低温
の必要性がある薄い表面熱酸化膜の形成を巧みに両立さ
せたものである。

【０２７０】ここで、以上の構成において、Ｓｉ超微粒
子８３の集合体層８４の上側半分を高濃度のｎ−型に変
更し、Ｓｉ超微粒子８３の集合体層８４の下層側半分及
び基板８１の全体を低濃度ｐ−型にしておくと、Ｓｉ超
微粒子８３の集合体層８４と金属半透明電極８５の接触
は、オーミック性となり、Ｓｉ超微粒子８３の集合体層
８４の中央にはｐ−ｎ接合が形成される。但し、ｎ−型
に対応した不純物の拡散深さは元々のＰ−型に対応した
不純物の拡散深さより短ければ、層８４中にｐ−ｎ接合
が形成され得る。

【０２７１】この構成において、順方向電圧（半透明電
極８５側が、基板８１側に対して負）を印加すると、光
電子材料層８４の内部で、電子が高濃度ｎ−型領域から
低濃度ｐ−型領域へ、正孔が低濃度ｐ−型領域から高濃
度ｎ−型領域へと、少数キャリアが相互に注入されるこ
ととなる。

【０２７２】このｐ−ｎ接合は、ショットキー接合を介
して電子（ｐ−型Ｓｉに対する少数キャリア）のみの注
入を行う構成よりも、電子−正孔対の生成が効率的に実
現できる効果を有する。

【０２７３】そして、減圧希ガス雰囲気中でのレーザー
アブレーション法により、ｐ−型Ｓｉ基板８１に対し、
光電子材料層８４の堆積が完了した時点で、砒素（Ａｓ
）をイオン注入法により導入することにより得た。こ
の際のイオン注入条件は、加速エネルギー１００ｋe
Ｖ、ドーズ量５×１０¹⁵ｃｍ^-2とした。

【０２７４】次に、本実施形態のエレクトロルミネッセ
ンス発光素子において、可視光域で発光波長（光子エネ
ルギー）を制御する方法について説明する。

【０２７５】まず、第１の方法としては、実施の形態１
において説明したＳｉ超微粒子８３本体の粒径（サイ
ズ）を調整し、この際生じる量子閉じ込め効果により、
バンドギャップ幅とこれに伴う吸収端発光エネルギーを
直接可変するものである。

【０２７６】図４にも示したように、Ｓｉ単体超微粒子
８３では、直径４．０ｎｍで赤色、３．２ｎｍで緑色が
発光できる。

【０２７７】しかし青色については、図４からは、直径
２．８ｎｍが対応することになるが、実際には直径２ｎ
ｍ台でのサイズ制御はかなり困難である上に、前述した
ごとく衝突イオン化による電子−正孔対の励起は、高エ
ネルギー側になるほど効率が低下してしまう。

【０２７８】さらに、直径２ｎｍ台の超微粒子８３の表
面原子割合は７０％近くに達し、当然表面欠陥とこれに
伴う界面準位の影響は無視できないものになる。

【０２７９】故に、Ｓｉ単体超微粒子８３において量子
閉じ込め効果による青色発生は実現が容易ではないとも
いえる。

【０２８０】しかし、Ｓｉ単体超微粒子８３を活性発光
層として青色を発生させるためには、Ｓｉ超微粒子８３
と表面酸化膜の界面における表面酸化膜の分子配列を再
構成し、青色のフォトンエネルギーに対応する局在発光
中心を形成することが有効である。

【０２８１】より具体的には、Ｓｉ超微粒子８３の最表
面を、例えば鎖状シロキセン構造とすることにより、青
色の発光が可能となる。

【０２８２】また、化合物半導体の場合には、化合物半
導体の超微粒子が酸化できる場合にはその酸化膜の、酸
化できない場合には別種の誘電膜の分子配列を再構成す
る等により、発光光子エネルギーが制御できる。

【０２８３】（実施の形態５）以下、本発明のモノクロ
ーム表示素子の構成を、実施の形態５として、図１２を
用いて説明する。

【０２８４】図１２に、本実施の形態におけるモノクロ
ーム表示素子の１画素分（単位画素分）の断面構造、そ
の等価回路及び画素の配列回路を示す。

【０２８５】図１２（ａ）において、モノクローム表示
素子の１画素分の素子９１は、実施の形態３と同様な発
光素子を用いたものである。なお、もちろん実施の形態
４で説明した発光素子を用いてもよい。

【０２８６】ここで、上部電極９５は、可視光透過率９
０％以上のＩＴＯ薄膜を使用し、下部電極９６として
は、前方への発光エネルギー反射促進のためと低抵抗率
の実現のため、珪化タングステン薄膜を用いた。なお、
実施の形態４の発光素子では、上部電極９５には半透明
電極８５が対応し、下部電極９６には裏面電極８６が対
応する。

【０２８７】また、等価回路としては、図１２（ｂ）で
示すように、容量と抵抗が並列接続されたものと考えて
よい。

【０２８８】そして、ＩＶ族半導体超微粒子としては、
組成比Ｓｉ：Ｇｅ＝０．２：０．８のＳｉ−Ｇｅ混晶を
用い、平均粒径を４．２ｎｍに設定した。なお、実施の
形態４の発光素子においては、その光電子材料を用いる
ことになる。

【０２８９】この際の吸収端発光エネルギーは、２．２
７ｅＶであり（図４参照）、鮮やかな緑色を呈した。

【０２９０】そして、図１２（ｃ）に示されるような、
上記１画素を格子状に規則正しくマトリックス状に配列
して構成されるモノクローム表示パネルを作製した。

【０２９１】ここで、本実施の形態では、基本的駆動方
式として、共通電極群分割と、時間分割で駆動するマル
チプレックス駆動方式を採用し、さらに、各画素には能
動素子を接続させない、単純マトリックス駆動方式を採
用した。

【０２９２】このような構成のＸ−Ｙマトリックス型表
示パネルにおいて、走査（Ｙ）電極の片側に付加された
接地端子への導通ゲートを順次走査的にオンしてゆき、
他方の信号（Ｘ）電極には、表示パターンに対応しかつ
設定されたコントラストに対応する選択・非選択電圧を
同時に印加して動作させた。

【０２９３】本実施の形態における表示用画素は、非メ
モリー性なので、走査（Ｙ）電極側の走査を繰り返し、
累積応答効果により全画面が構成されることになる。

【０２９４】以上により、本実施の形態では、特に１イ
ンチ以下の小型の表示素子に最適な各画素のレスポンス
が非常に速い（1 μ秒オーダー）鮮やかな緑色で発光す
るモノクローム表示パネルを実現することができた。

【０２９５】なお、さらに画質の向上を必要とする場合
には、各画素にドライバー用ＭＯＳトランジスタを付加
したアクテイブマトリックス駆動法が有効であることは
もちろんである。

【０２９６】（実施の形態６）以下、本発明のカラー表
示素子の構成を、実施の形態６として、図１３を用いて
説明する。

【０２９７】図１３に、本実施の形態におけるカラー表
示素子の１画素（単位画素）の構造の概念図を示す。

【０２９８】本実施の形態のカラー表示素子の１画素に
相当する素子は、基本的に、実施の形態３あるいは実施
の形態４と同様の構成を有する発光素子の３種類を１組
として構成されており、幾何学的形状としては、ストラ
イプ配列とした。

【０２９９】なお、上部透明電極１０５としては、可視
光透過率９０％以上のＩＴＯ薄膜を使用い、下部電極１
０６としては、前方への発光エネルギー反射促進のため
と低抵抗率の実現のため、珪化タングステン薄膜を用い
た。なお、実施の形態４の発光素子を用いた場合には、
対応関係は実施の形態５で説明したものと同様である。

【０３００】本実施の形態では、１種類の発光素子が３
原色のうちの１色を発光し、ＩＶ族半導体超微粒子の平
均粒径が異なる発光素子同士が３種類集合することによ
り、１画素１０１内で３原色すべての発光を行うことと
した。

【０３０１】この３種類の発光素子を、それぞれ、赤色
発光素子１０１Ｒ、緑色発光素子１０１Ｇ、青色発光素
子１０１Ｂとする。

【０３０２】ここで、発光の中心的役割を担うＩＶ族半
導体超微粒子としては、前述の実施の形態と同様に、組
成比Ｓｉ：Ｇｅ＝０．２：０．８のＳｉ−Ｇｅ混晶を用
いた。なお、実施の形態４の発光素子をを用いる場合に
は、その光電子材料を用いる。

【０３０３】また、１画素を構成する３種発光素子の各
々の平均粒径と発光光子エネルギーは、赤色発光素子９
３は４．８ｎｍ、１．７７ｅＶ、緑色発光素子９４は
４．２ｎｍ、２．２７ｅＶ、青色発光素子９５は３．６
ｎｍ、２．８４ｅＶに設定した（図４参照）。

【０３０４】そして、これら３種発光素子の集合により
構成されるカラー表示画素１０１は、平面上にマトリッ
クス状に配列し、各画素を構成する各発光素子の励起電
流の変化により、各画素の発光強度と色彩を調整した。

【０３０５】その結果、３種の発光素子から発せられる
３原色の加法混色によって、カラー表示をすることが可
能となった。

【０３０６】さらに、１つのカラー表示画素１０１の大
きさが１０〜１００μｍ程度と、従来のカラー表示画素
に比べて非常に微細な画素を実現することができる。

【０３０７】なお、以上の各実施の形態においては、Ｉ
Ｖ族等の半導体材料やＳｉＯ₂等の誘電体について説明
したが、他の金属、半導体または誘電体についても、そ
の用途に応じ単独でまたは組み合わせて適宜使用可能で
あることはもちろんである。

【０３０８】また、実施の形態５や実施の形態６におけ
る光電子材料層は、実施の形態３や実施の形態４で得ら
れたもので説明したが、実施の形態１で得られた光電子
材料を有する等他の超微粒子を含む光電子材料層を用い
た発光素子を使用してももちろんよい。

【０３０９】（実施の形態７）以下、本発明の携帯用表
示装置の原理的な構成を、実施の形態７として、図１４
を用いて説明する。

【０３１０】図１４は、表示装置の主構造概念図を示し
ており、表示面１１１、ロウデコーダ１１２、コラムデ
コーダ１１３から構成されている。

【０３１１】表示面１１１は、図１３に示した３種発光
素子の集合により構成されるカラー表示画素１０１を平
面上にマトリックス状に配列させたものであり、ロウデ
コーダ１１２およびコラムデコーダ１１３からの信号に
応じて、各画素を構成する各発光素子の励起電流を変化
させることにより、各画素の発光強度と色彩を調整す
る。

【０３１２】なお、モノクロ表示の場合は、発光強度の
みの調整となる。このようなカラー表示素子は、微細画
素からなる自発光素子を用いていることから、低消費電
力、高解像度が可能となる。

【０３１３】例えば、従来のＨＭＤに用いられている１
インチ程度の表示装置を想定すると、カラー表示で１０
０万画素以上が実現できる。

【０３１４】さらに、以上の構成をＳｉ基板上へ形成
し、高密度集積化を図ることにより、厚さ１ｍｍ程度の
薄型化が可能であるだけでなく、この表示装置の製造に
おいては、アセンブリフリーかつ既存ＬＳＩ技術との整
合性もとることができ、好適に携帯用表示装置として用
いることができる。

【０３１５】（実施の形態８）以下、本発明の携帯用表
示装置のより具体的な応用装置であるＨＭＤ（ヘッドマ
ウントディスプレイ）について、実施の形態８として、
図１５と図１６を用いて説明する。

【０３１６】図１５（ａ）は、ＨＭＤの構造断面図を示
しており、筐（きょう）体１２１と、筐体１２１内に内
蔵される右眼および左眼用の表示装置１２２および接眼
光学系１２３と、筐体１２１を頭部に装着するベルト部
１２４から構成されている。

【０３１７】そして、表示装置１２２からの右眼および
左眼用画像は、接眼光学系１２３により装着者のそれぞ
れの眼に結像される。

【０３１８】また、図１５（ｂ）は、シースルー型のＨ
ＭＤの構造断面図を示しており、１２５は二つのハーフ
ミラーであり、他は図１５（ａ）と同じ構成である。

【０３１９】ここで、表示装置１２２からの右眼および
左眼用画像は、ハーフミラー１２５に反射されて接眼光
学系１２３に導かれ、装着者のそれぞれの眼で結像され
る。

【０３２０】そして、ハーフミラー１２５を透過してき
た外界からの光も装着者の眼に届くため、シースルー機
能を有する。

【０３２１】いずれの場合にも、表示装置１２２として
図１４の表示装置を用いることにより、小型・軽量化が
図れるだけでなく、従来のＬＣＤを用いたＨＭＤに比べ
て十倍以上の解像度を有するＨＭＤが可能となる。

【０３２２】さらに、航空機のシミュレータ等に用い
る、高速応答性と信頼性が要求されるＨＭＤへも適用で
きる。

【０３２３】そして、実施の形態３や実施の形態４にお
ける発光素子において、下部電極として透明あるいは半
透明薄膜を用いれば透過性を有する発光素子が得られる
が、この透過性を有する発光素子を用い、上記の構成を
ガラス等の透過性材料の上に形成することにより、シー
スルー型表示装置を実現できる。

【０３２４】これを用いれば、ハーフミラー等を必要と
せず、シースルー型ＨＭＤのさらなる小型・軽量化を図
ることができることになる。

【０３２５】次に、図１６は、図１２（ａ）あるいは
（ｂ）の構造を有する眼鏡型ＨＭＤを装着した時の外観
図を示す。軽量・小型化により、眼鏡のように気軽に携
帯でき、長時間の使用も可能となる。

【０３２６】なお、以上の説明では、左右別々の画像を
映すことにより立体表示を可能とするＨＭＤの例で説明
したが、その他に、通常のテレビやビデオ等の画像を見
るための、１つの表示装置のみを用いるＨＭＤについて
も同様に実施可能である。

【０３２７】（実施の形態９）以下、本発明の携帯用表
示装置のより具体的な応用装置であるＨＭＤの他の構成
について、実施の形態９として、図１７を用いて説明す
る。

【０３２８】図１７は、本発明のＨＭＤの他の構造横断
面図を示しており、筐体１３１と、筐体１３１内に内蔵
される、図１４に示した表示装置１３２および接眼光学
系１３３と、筐体１３１を頭部に装着するベルト部１３
４から構成されている。

【０３２９】ここで、筐体１３１内の下部に内蔵された
表示装置１３２からの画像は、接眼光学系１３３により
装着者の眼１３５に結像される。

【０３３０】よって、以上の構成により、装着者が外部
を観察するために視線を正面あるいは上に向けていると
きは外界が見え、視線を下に向けたとき、表示装置から
の高精細画像を見ることができる。

【０３３１】したがって、装着者は、視線を動かすだけ
で頭を動かすことなく、外界と表示装置からの高精細画
像を別々にあるいは同時に見ることができる。

【０３３２】例えば、医療分野においては、手術中に、
表示装置から被術者の状態を表す画像等を送ることによ
り、頭を動かすこと無く情報を得ることができ、作業効
率および精度がきわめて高まることになる。

【０３３３】なお、この効果は、微細部品の検査等にお
いても同様である。また、本実施の形態では、表示装置
が筐体の下部に内蔵されていたが、作業対象の方向によ
っては、表示装置が筐体の上部や横に内蔵されていても
よく、作用は全く同様である。

【０３３４】さらに、電子辞書において、表示装置とし
て図１４の表示装置を用いることにより、小型・軽量化
が図れるだけでなく、従来のＬＣＤを用いた電子辞書に
比べて十倍以上の解像度を有する電子辞書が可能とな
る。

【０３３５】これにより、現状の電子辞書の大きさで、
数行から成る１語分の説明を一度に表示でき、紙の辞書
と同程度の見やすさを実現できる。

【０３３６】なお、以上の説明では、本発明の携帯用表
示装置を用いた応用例としてＨＭＤ及び電子辞書を示し
たが、携帯用テレビ電話、携帯端末等、多くの携帯用機
器にも応用できることはいうまでもない。

【０３３７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、まず、
希ガス雰囲気中にてレーザーアブレーション工程を施す
ことにより、基板上にｎｍオーダーで粒径が制御された
超微粒子堆積物が確実に形成され、その平均粒径制御や
混晶の組成比制御をも行い得て、発光特性を高自由度に
調整可能とする。

【０３３８】そして、アブレーションとスパッタを用い
た同時堆積により、基板上には超微粒子が分散した誘電
体薄膜をも形成し得る。

【０３３９】また、以上のような効果を呈する製造方法
により作製された光電子材料を発光材料として用いて電
子注入することにより、電子−正孔対の輻射再結合過程
における発光現象を呈し、さらに発光光子エネルギーが
混晶超微粒子の量子サイズ効果により調整され得る発光
素子やモノクロームやカラーの表示素子を得ることがで
きる。

【０３４０】さらに、以上のような表示素子を用いるこ
とにより、小型・軽量化に適し、低消費電力かつ高解像
度を有する携帯用表示装置を提供することができる。

【０３４１】よって、本発明によれば、無尽埋蔵量かつ
環境汚染フリーな材料からなり、さらに自発光、高速応
答、低消費電力、細密画素、高耐環境性、アセンブリー
レス性の特徴を有する光電子材料、発光素子及び表示素
子並びに携帯用表示装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における混合ターゲット
を形成する工程説明図

【図２】同超微粒子を作製する装置概念図

【図３】同希ガス圧力−超微粒子平均粒径の関係を示す
特性図

【図４】同超微粒子粒径−吸収端発光エネルギーの関係
を示す特性図

【図５】本発明の実施の形態２におけるハイブリッドカ
ソード装置の構造図

【図６】同光電子材料を製造するための複合堆積装置の
構造図

【図７】本発明の実施の形態３における発光素子の断面
構造図

【図８】本発明の実施の形態４における発光素子の断面
構造図

【図９】同発光素子の電流−電圧特性曲線図

【図１０】同発光素子の発光強度−電流特性曲線図

【図１１】同発光素子のＰＬ及びＥＬの発光強度−光子
エネルギー特性曲線図

【図１２】本発明の実施の形態５におけるモノクローム
表示素子の構造図

【図１３】本発明の実施の形態６におけるカラー表示素
子の構造図

【図１４】本発明の実施の形態７による携帯用表示装置
の主構造概念図

【図１５】本発明の実施の形態８によるＨＭＤの構造断
面図

【図１６】同眼鏡型ＨＭＤを装着した時の外観図

【図１７】本発明の実施の形態９によるＨＭＤの構造断
面図

【図１８】従来の発光素子の断面構造図

【図１９】同発光素子の断面構造図

【図２０】同表示素子の断面構造図

【図２１】同ＨＭＤの構造断面図

【符号の説明】

１１Ｓｉ粉体１２Ｇｅ粉体１３Ｓｉ−Ｇｅ混合粉体１４ホットプレス装置１５Ｓｉ−Ｇｅ混合ターゲット２１真空反応室２２エキシマレーザー光源２３スリット２４集光レンズ２５ミラー２６光導入窓２７ターゲットホルダー２８Ｓｉ−Ｇｅ混合ターゲット２９堆積基板３０希ガス導入ライン３１マスフローコントローラ３２高真空排気系３３差動排気系５１アブレーション／スパッタハイブリッドカソード５２Ｓｉ−Ｇｅターゲット５３ＳｉＯ2ターゲット５４ＲＦ電源５５アノードリング５６バッキングプレート５７マグネトロン６０真空反応室６１高真空排気系６２マスフローコントローラ６３希ガス導入ライン６４差動排気系６５光導入窓６６エキシマレーザー光源６７堆積基板６８酸素導入ライン６９基板ホルダー７０輻射加熱装置７０ａハロゲンランプ７０ｂ反射鏡７１Ｓｉ単結晶基板７２珪化タングステン層７３ＩＶ族半導体超微粒子７４半導体超微粒子分散誘電体層７５酸化インジウム−錫層８１ｐ−型シリコン基板８２分離絶縁酸化膜８３超微粒子８４光電子材料層８５半透明電極８６裏面電極８７導電性ペースト９１１画素の素子９４光電子材料層９５上部透明電極９６下部電極１０１カラー表示画素１０５上部透明電極１０６下部電極１１１表示面１１２ロウデコーダ１１３コラムデコーダ１２１筐体１２２表示装置１２３接眼光学系１２４ベルト部１２５ハーフミラー１３１筐体１３２表示装置１３３接眼光学系１３４ベルト部１３５装着者の眼１４１ｐ−型Ｓｉ単結晶基板１４２多孔質Ｓｉ層１４３ｎ−型微結晶ＳｉＣ薄膜１４４ＩＴＯ薄膜１４５金属電極１５１ＺｎＳ：Ｍｎ（Ｃｕ）粉体１５２誘電体１５３透明電極１５４ガラス基板１５５金属電極１５６フォーミング蛍光体層１６１バックライトユニット１６２カラーフィルター１６３液晶１６４駆動用ＴＦＴ１７１ＬＣＤ１７２ハーフミラー１７３接眼光学系１７４装着者の眼１７５ＣＲＴ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者武藤勝彦神奈川県伊勢原市下谷1148番18号 (56)参考文献特開平４−231460（ＪＰ，Ａ) 特開平３−18013（ＪＰ，Ａ) 特開平６−292826（ＪＰ，Ａ) 特開平７−331422（ＪＰ，Ａ) 特開平７−68161（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/203,21/363 C23C 14/00 - 14/58

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第１のターゲット材を低圧希ガス雰囲気
の真空反応室の内部に配置する第１のターゲット材配置
工程と、前記真空反応室の内部に基板を配置する基板配
置工程と、前記第１のターゲット材配置工程で配置され
た第１のターゲット材にレーザー光を照射して前記第１
のターゲット材の脱離・射出を生じるアブレーション工
程と、前記アブレーション工程で得られた脱離・射出さ
れた物質を空中会合させる空中会合工程と、前記空中会
合工程で得られた超微粒子を基板上に補集して前記超微
粒子を含む光電子材料を得る工程とを有する光電子材料
の製造方法であって、さらに、第２のターゲット材を前
記第１のターゲット材が配置される真空反応室内に配置
する第２のターゲット材配置工程を有し、前記アブレー
ション工程に起因して得られた超微粒子が基板上に補集
されるのと実質的に同時に前記第２のターゲット材をス
パッタしてスパッタ生成物質を前記基板上に補集して、
前記第２のターゲット材から構成される物質中に前記超
微粒子が分散された光電子材料を得る光電子材料の製造
方法。
【請求項２】さらに、低圧希ガスの導入圧力を変化さ
せる工程を有し、前記超微粒子の平均粒径を制御する請
求項１記載の光電子材料の製造方法。
【請求項３】第１のターゲット材が、半導体、金属及
び誘電体の内の少なくとも１種を含む請求項１または２
記載の光電子材料の製造方法。
【請求項４】第１のターゲット材が、ＩＶ族半導体を
含む請求項３項記載の光電子材料の製造方法。
【請求項５】第１のターゲット材が、ＩＩＩ−Ｖ族半
導体またはＩＩ−ＶＩ族半導体を含む請求項３記載の光
電子材料の製造方法。
【請求項６】第１のターゲット材が、複数のＩＶ族半
導体を含む混合体である請求項４項記載の光電子材料の
製造方法。
【請求項７】混合体が、シリコンとゲルマニウムの混
合体である請求項６記載の光電子材料の製造方法。
【請求項８】混合体が、混晶状態にある請求項７記載
の光電子材料の製造方法。
【請求項９】混合体が、出発原料粉末を複数種類機械
的に混合する混合工程と、前記混合された粉末体をホッ
トプレス法により成型する成型工程により形成された請
求項６から８のいずれかに記載の光電子材料の製造方
法。
【請求項１０】基板上に補集された超微粒子が形成す
る半導体層に対して、ｎ−型導電性不純物とｐ−型導電
性不純物を導入する工程を有する請求項４または５記載
の光電子材料の製造方法。
【請求項１１】半導体層に対して導入されるｎ−型導
電性不純物とｐ−型導電性不純物は、互いの拡散深さを
異ならせて導入される請求項１０記載の光電子材料の製
造方法。
【請求項１２】第２のターゲット材は、誘電体である
請求項１から１１のいずれかに記載の光電子材料の製造
方法。
【請求項１３】さらに、基板上の光電子材料の表面を
酸化する酸化工程を有する請求項１から１２のいずれか
に記載の光電子材料の製造方法。
【請求項１４】酸化工程では、空中会合工程で得られ
た超微粒子を酸素含有の雰囲気ガス中にて加熱処理する
ことにより、前記超微粒子の表面を熱酸化膜で被覆する
請求項１３記載の光電子材料の製造方法。
【請求項１５】さらに、被覆する熱酸化膜の形成時よ
りも高い温度の非酸化性雰囲気での熱処理を、前記熱酸
化膜の形成時よりも以前に実施する工程を有する請求項
１４記載の光電子材料の製造方法。
【請求項１６】請求項１から１５のいずれかに記載の
光電子材料の製造方法により形成された光電子材料を含
む光電子材料層と、前記光電子材料層の上下に設けられ
た１対の電極とを有し、前記１対の電極により電子を注
入して前記光電子材料の超微粒子の表面に衝突させて電
子−正孔対を励起させ、前記電子−正孔対の輻射再結合
過程により発光現象を呈する発光素子。
【請求項１７】超微粒子の粒径を調整することにより
発光光子エネルギーが制御される請求項１６記載の発光
素子。
【請求項１８】超微粒子の表面に接触する誘電膜の構
造を調整することにより発光光子エネルギーが制御され
る請求項１６記載の発光素子。
【請求項１９】１対の電極が、透明あるいは半透明な
電極である請求項１６から１８のいずれかに記載の発光
素子。
【請求項２０】電子が第２のターゲット材から形成さ
れた誘電体の存在する領域を介し超微粒子の表面に到達
する請求項１６から１９のいずれかに記載の発光素子。
【請求項２１】光電子材料層の超微粒子は半導体から
形成され、前記光電子材料層に薄膜状の金属電極が接触
する請求項１６から２０のいずれかに記載の発光素子。
【請求項２２】光電子材料層と金属電極とは、ショッ
トキー接合型の接触をなしている請求項２１記載の発光
素子。
【請求項２３】薄膜状の金属電極は、アルミニウム、
白金、金、銀、タングステン、モリブデン、タンタルの
いずれかを含む請求項２１または２２記載の発光素子。
【請求項２４】さらに、一方の電極を設けた半導体基
板と、前記半導体基板の前記一方の電極の反対側に設け
られ一部に前記半導体基板が露出する開口部が形成され
た絶縁体層とを有し、光電子材料層は前記開口部を被覆
する状態で形成され前記開口部を活性領域とする請求項
２１から２３のいずれかに記載の発光素子。
【請求項２５】超微粒子の内部または表面近傍におけ
る電子−正孔対の輻射再結合過程は増倍現象による請求
項２１から２４のいずれかに記載の発光素子。
【請求項２６】発光強度は、発光素子への注入電流に
比例する以上に増大する請求項２５記載の発光素子。
【請求項２７】光電子材料層にｐ−ｎ接合が形成され
ている請求項２６記載の発光素子。
【請求項２８】請求項１６から２７のいずれかに記載
の発光素子から単位画素に対応した素子を形成し、前記
単位画素の各々が平面的に規則的に配列され、前記単位
画素の発光素子への励起電流の変化により、前記単位画
素の各々における発光強度を調整するモノクローム表示
素子。
【請求項２９】請求項１６から２７のいずれかに記載
の発光素子が、３原色の内の１色を発光し、互いに異な
る各１色を発光する前記発光素子から３原色の全てを発
光可能なように単位画素の対応した素子を形成し、前記
単位画素の各々が平面上に規則的に配列され、前記単位
画素を構成する前記発光素子への励起電流の変化によ
り、前記単位画素の各々の発光強度と色彩を調整するカ
ラー表示素子。
【請求項３０】請求項２８または２９記載の表示素子
を有する携帯用表示装置。
【請求項３１】表示素子の単位画素の１方向の長さが
１０〜１００μｍ程度である請求項３０記載の携帯用表
示装置。
【請求項３２】請求項２８または２９記載の表示素子
と、前記表示装置を装着者の頭部に固定するための固定
部材と、前記表示装置に表示された情報を前記装着者の
左右の目に結像させるための光学系とを備えるヘッドマ
ウントディスプレイである請求項３０または３１記載の
携帯用表示装置。
【請求項３３】光学系は、更に、外界の情報をも装着
者の左右の目に結像する請求項３２記載の携帯用表示装
置。
【請求項３４】請求項１９記載の発光素子が、透過性
部材に配列されて透過性を有し、外界の光を光学系に入
射する請求項３３記載の携帯用表示装置。
【請求項３５】表示素子が、装着者の外部への視線方
向よりも異なった視線方向に配置される請求項３３また
は３４記載の携帯用表示装置。
【請求項３６】請求項２８または２９記載の表示素子
により情報を表示する電子辞書である請求項３０または
３１記載の携帯用表示装置。