WO2021144913A1 - 発光素子 - Google Patents

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上田　吉裕
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シャープ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a light emitting device.
  • Patent Document 1 discloses an organic electroluminescence device in which a cathode, an organic light emitting layer, an inorganic thin film layer, and an anode are laminated.
  • a switching element such as a thin film transistor (TFT) is used. That is, it can be said that by combining the light emitting unit and the TFT, it functions as one light emitting element. Further, as a method of connecting the TFT and the light emitting unit, for example, it is conceivable to stack and connect the two. However, depending on the combination of the type of TFT, the configuration of the light emitting portion, the stacking order of the TFT and the light emitting portion, etc., the driving voltage of the light emitting element may increase and good luminous efficiency may not be obtained. Therefore, one embodiment of the present invention is to provide a light emitting element capable of obtaining good light emitting efficiency.
  • TFT thin film transistor
  • the light emitting device is electrically connected to a thin film transistor having a channel layer made of a first n-type semiconductor and a drain of the thin film transistor, and is connected to a cathode made of a second n-type semiconductor and the cathode. It includes an opposing anode and a light emitting layer provided between the cathode and the anode.
  • One embodiment of the present invention can provide a light emitting element capable of obtaining good luminous efficiency.
  • FIG. 1 It is sectional drawing which shows typically an example of the laminated structure of the light emitting element which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a table which shows an example of the characteristic of an n-type semiconductor material. It is a flowchart which shows the manufacturing process of the light emitting element which concerns on Embodiment 1. It is sectional drawing which shows typically an example of the laminated structure of the light emitting element which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a laminated structure of light emitting elements 1 according to the present embodiment.
  • the light emitting element 1 includes, for example, a thin film transistor (TFT) 10 provided on a substrate 2 and a light emitting unit 20.
  • the light emitting unit 20 is controlled by the TFT 10 which is a switching element and emits light.
  • TFT 10 thin film transistor
  • a display device can be configured by forming a plurality of these pixels side by side.
  • the TFT 10 has, for example, a gate electrode 11, a gate insulating layer 12, a channel layer 13, a source electrode 14, and a drain electrode 15.
  • the gate electrode 11 is formed on the substrate 2.
  • An insulating layer may be provided between the substrate 2 and the gate electrode 11.
  • the gate electrode 11 is formed of, for example, a metal material such as copper or titanium.
  • the gate insulating layer 12 is formed on the gate electrode 11.
  • the gate insulating layer 12 insulates the gate electrode 11.
  • the gate insulating layer 12 is formed of, for example, a transparent insulating material such as silicon nitride or silicon oxide.
  • the channel layer 13 is formed on the gate electrode 11 and the gate insulating layer 12.
  • the TFT 10 in this embodiment is a so-called n-channel TFT. Therefore, the channel layer 13 is composed of an n-type semiconductor (hereinafter, the n-type semiconductor in the channel layer 13 may be referred to as a second n-type semiconductor). Examples of materials that can be used as this n-type semiconductor include IGZO (indium gallium / zinc oxide), IZO (indium / zinc oxide), GZO (gallium-added zinc oxide), AZO (aluminum-added zinc oxide), ZnO, and the like. In 2 O 3 , Ga 2 O 3 and the like can be mentioned. Further, the portion of the channel layer 13 connected to the source electrode 14 and the portion connected to the drain electrode 15 are p-type semiconductors, for example, by doping with impurities.
  • the source electrode 14 and the drain electrode 15 are formed on the channel layer 13 and are connected to the channel layer 13, respectively.
  • the source electrode 14 and the drain electrode 15 are formed of, for example, a metal material such as copper or titanium.
  • the flattening layer 16, the reflective layer 31, and the reflective layer insulating layer 32 are laminated in this order on the TFT 10.
  • the light emitting portion 20 is formed on the flattening layer 16, the reflective layer 31, and the reflective layer insulating layer 32. Further, the TFT 10 and the light emitting unit 20 are electrically connected to each other.
  • the flattening layer 16 insulates, for example, the channel layer 13, the source electrode 14, and the drain electrode 15.
  • an insulating material such as an acrylic resin or a polyimide resin is used.
  • the reflective layer 31 reflects the light emitted from the light emitting unit 20.
  • the reflective layer 31 is formed of, for example, a metal material such as Al (aluminum), Mg (magnesium), Ag (silver), Cu (copper), and Au (gold).
  • Al and Mg are preferable because they have high reflectance in the visible light region, and the film thickness of the reflective layer 31 is preferably 10 nm or more and 1 ⁇ m or less.
  • the reflective layer 31 may be formed, for example, in a region other than the region where the TFT 10 is formed, a region where the light emitting portion 20 is formed, or the like. It can be said that the reflective layer 31 in the present embodiment is provided on the side of the cathode 21 opposite to the light emitting layer 22 side.
  • the reflective layer insulating layer 32 has light transmission and insulates the reflective layer 31.
  • an insulating material such as an acrylic resin or a polyimide resin is used.
  • the light emitting unit 20 in the present embodiment has, for example, a light emitting layer 22 sandwiched between the cathode 21 and the anode 24. Further, a hole transport layer 23 is provided between the anode 24 and the light emitting layer 22.
  • the cathode 21 supplies electrons to the light emitting layer 22.
  • the cathode 21 in the present embodiment is composed of, for example, an n-type semiconductor (hereinafter, the n-type semiconductor in the cathode 21 may be referred to as a second n-type semiconductor).
  • the cathode 21 preferably has light transmission property. Examples of materials that can be used as this n-type semiconductor include IGZO (indium gallium / zinc oxide), IZO (indium / zinc oxide), GZO (gallium-added zinc oxide), AZO (aluminum-added zinc oxide), ZnO, and the like. Oxide semiconductors such as In 2 O 3 and Ga 2 O 3 can be mentioned.
  • the cathode 21 is electrically connected to the drain electrode 15. Further, the cathode 21 is preferably directly connected to the drain electrode 15. Since the cathode 21 in the present embodiment is formed of an n-type semiconductor and is directly connected to the light emitting layer 22, electrons are transported to the electron injection layer and the light emitting layer 22 that promote the injection of electrons into the so-called light emitting layer 22. It also functions as an electronic transport layer. Therefore, it is not necessary to provide an electron injection layer, an electron transport layer, or the like in addition to the cathode 21, and the number of bonding interfaces that can be a barrier for electron injection between the cathode 21 and the electron injection layer is reduced, and the light emitting element 1 is driven. The voltage can be lowered and good luminous efficiency can be obtained. Furthermore, it can be formed by using the same equipment as the channel layer 13 in the TFT 10, the manufacturing process can be simplified, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the carrier concentration in the first n-type semiconductor is preferably higher than the carrier concentration in the second n-type semiconductor (cathode 21).
  • the carrier concentration in the first n-type semiconductor and the carrier concentration in the second n-type semiconductor can be adjusted by changing the concentration of impurities, for example, when the channel layer 13 and the cathode 21 are formed by a sputtering method.
  • the carrier concentration in the channel layer 13 is preferably 10 17 cm -3 or less. This makes it easier to adjust the carrier concentration at the cathode 21.
  • the carrier concentration at the cathode 21 is preferably 10 18 cm -3 or more, and the resistivity at the cathode 21 is preferably 10 -4 ⁇ ⁇ cm or less.
  • the energy at the upper end of the valence band (VBM) of the first n-type semiconductor is smaller than the energy at the upper end of the valence band of the second n-type semiconductor.
  • the absolute value of the difference between the energy at the lower end of the conduction band (CBM) in the 1n-type semiconductor and the energy at the lower end of the conduction band in the 2n-type semiconductor is preferably 0.5 eV or less.
  • energy, VBM (top of the valence band) of CBM (conduction band minimum) The relationship between the energy, Eg (band gap energy), Ef (Fermi level), n (electron density), ⁇ (electron mobility), ⁇ (resistance), and carrier concentration control factors is shown.
  • the light emitting device 1 of the present embodiment can be configured by combining these materials as a first n-type semiconductor and a second n-type semiconductor and performing various treatments to adjust each value.
  • the light emitting layer 22 emits light by electrons supplied from the cathode 21 and holes supplied from the anode 24. That is, the light emitting layer 22 is provided between the cathode 21 and the anode 24.
  • the light emitting layer 22 contains, for example, a light emitting material. Examples of the light emitting material include organic light emitting materials, quantum dots such as semiconductor nanoparticles, and the like.
  • the CBM of the cathode 21 is deeper than the CBM of the light emitting layer 22.
  • the difference between the CBM of the light emitting layer 22 and the CBM of the cathode 21 is preferably 1.5 eV or less.
  • the Fermi level of the cathode 21 is preferably shallower than the Fermi level of the light emitting layer 22, and the difference is preferably large. As a result, the efficiency of transporting electrons from the cathode 21 to the light emitting layer 22 can be improved.
  • the VBM of the cathode 21 is preferably deeper than the VBM of the light emitting layer 22.
  • the difference between the VBM of the cathode 21 and the VBM of the light emitting layer is preferably 1 eV or more.
  • the anode 24 supplies holes to the light emitting layer 22. Further, the anode 24 is provided so as to face the cathode 21.
  • the anode 24 is made of, for example, a conductive material having conductivity.
  • the anode 24 is preferably transparent. Specific examples of the transparent conductive material include ITO (indium tin oxide), IZO (indium zinc oxide), SnO 2 (tin oxide), and FTO (fluorine-doped tin oxide).
  • the hole transport layer 23 transports holes from the anode 24 to the light emitting layer 22.
  • the hole transport layer 23 is preferably transparent. Specific examples of the material used for the hole transport layer 23, for example, NiO, Cr 2 O 3, MgO, LaNiO 3, MoO 3, WO 3 , and the like. Further, the hole transport layer 23 may also serve as a hole injection layer that promotes the injection of holes from the anode 24 into the light emitting layer 22.
  • the cathode 21, the light emitting layer 22, and the hole transport layer 23 in the present embodiment are formed in a predetermined pattern separated in an island shape, for example, in the bank 25.
  • the bank 25 for example, an insulating material such as an acrylic resin or a polyimide resin is used.
  • the anode 24 is, for example, a common electrode formed on the entire surface.
  • the drain of the TFT 10 having the channel layer 13 made of the first n-type semiconductor and the cathode 21 made of the second n-type semiconductor are electrically connected.
  • the cathode 21 is made of a second n-type semiconductor, it has both a function as an electron transport layer for transporting electrons to the light emitting layer 22 and a function as a cathode. Therefore, as compared with the case where the electron transport layer is separately provided, the number of joint surfaces between each layer from the TFT 10 to the light emitting layer 22 can be reduced, and the electron transport barrier at the joint surface can be reduced. Good luminous efficiency can be obtained.
  • the light emitting element 1 of the present embodiment is exemplified as a so-called top emission type light emitting element in which the light from the light emitting layer 22 is reflected by the reflecting layer 31 and displayed toward the anode side.
  • the light emitting element 1 is not limited to the above configuration, and for example, the reflective layer 31 and the reflective layer insulating layer 32 may be omitted, or the reflective layer 31 and the reflective layer insulating layer 32 may be provided. It may be a so-called bottom emission type light emitting element formed of a light-reflecting material on the anode 24 without being provided.
  • the TFT 10 is formed on the substrate 2 (S1).
  • the method for forming the TFT 10 is not particularly limited, and for example, the TFT 10 can be manufactured by a conventional method.
  • a flattening layer 16 is formed on the TFT 10 so that the surface becomes flat (S2).
  • the flattening layer 16 can be formed, for example, by applying a solution in which an insulating material such as polyimide is dissolved on the TFT 10 and baking it.
  • a reflective layer 31 is formed on the flattening layer 16 (S3).
  • the reflective layer 31 can be formed by, for example, a method such as thin film deposition. Further, before forming the reflective layer 31, for example, a first mask covering a portion of the flattening layer 16 corresponding to the drain electrode 15 is formed. Then, by removing the first mask by lift-off or the like, the reflective layer of the portion corresponding to the first mask is removed.
  • a reflective layer insulating layer 32 is formed on the reflective layer 31 (S4).
  • the reflective layer insulating layer 32 can be formed, for example, by the same method as the flattening layer 16. More specifically, for example, a second mask is formed in which the portion corresponding to the drain electrode 15 on the reflective layer insulating layer 32 opens. The opening of the second mask also corresponds to the portion from which the reflective layer has been removed. Then, the reflective layer insulating layer 32 and the flattening layer 16 at the opening of the second mask are removed by ashing through the second mask to form a contact hole portion where the drain electrode 15 is exposed. After that, the second mask is removed. The contact hole portion is formed so that the reflective layer 31 is not exposed. That is, the reflective layer 31 is isolated and insulated from other layers by the flattening layer 16 and the reflective layer insulating layer 32.
  • a cathode 21 is formed on the reflective layer insulating layer 32 (S5).
  • the cathode 21 is formed by, for example, a sputtering method.
  • the cathode 21 is, for example, patterned into a predetermined shape. More specifically, a third mask is formed on the reflective layer insulating layer 32 that does not form a cathode, and a layer of a material that forms the cathode 21 is formed. Then, at the same time as removing the third mask, the portion corresponding to the third mask is removed to form the cathode 21 having a predetermined shape.
  • the cathode 21 and the drain electrode 15 are electrically connected via the contact hole portion. Further, the cathode 21 and the channel layer 13 are also electrically connected via the drain electrode 15.
  • a bank 25 is formed on the cathode 21 (S6).
  • the bank 25 can be formed, for example, by the same method as the flattening layer 16. More specifically, for example, an insulating material is applied onto the cathode 21 and baked to form a layer made of the insulating material. Then, a fourth mask is formed on the layer made of the insulating material so that the portion corresponding to the cathode 21 opens. Then, ashing is performed through the fourth mask to form a bank 25 having an opening in which the cathode 21 is exposed. After that, the fourth mask is removed.
  • a light emitting layer 22 is formed on the cathode 21 exposed at the opening of the bank 25 (S7). That is, the light emitting layer 22 patterned in a predetermined shape matching the opening of the bank 25 is formed.
  • the light emitting layer 22 can be formed by various methods such as vapor deposition of a light emitting material via a mask and coating by inkjet on the opening of the bank 25.
  • the hole transport layer 24 is formed on the light emitting layer 22 formed at the opening of the bank 25 (S8). That is, the hole transport layer 24 patterned in a predetermined shape matching the opening of the bank 25 is formed.
  • the hole transport layer 24 can be formed by various methods such as vapor deposition of a light emitting material via a mask and application by inkjet to the opening of the bank 25.
  • An anode 24 is formed on the bank 25 and the hole transport layer 24 (S9).
  • the anode 24 can be formed, for example, by a sputtering method.
  • the anode 24 may be formed on the entire surface of the substrate 2 on the hole transport layer 24, for example.
  • a sealing layer may be formed to seal the light emitting element 1.
  • the light emitting element 1 according to the present embodiment can be manufactured.
  • the bank 25, the light emitting layer 22, and the like are formed after the cathode 21 is formed.
  • the cathode 21 is formed of, for example, an oxide semiconductor material, it is resistant to the environment at the time of forming the bank 25, the light emitting layer 22, and the like. Therefore, it is possible to suppress deterioration of luminous efficiency when the light emitting element 1 is used.
  • the cathode when a metal material such as Mg or Al is used for the cathode, it may be deteriorated by oxidation or the like in the environment at the time of forming the bank 25, the light emitting layer 22 or the like, and the light emitting element 1 In this case, the luminous efficiency may be deteriorated.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing an example of the laminated structure of the light emitting element 1 according to the present embodiment.
  • the light emitting element 1 of the present embodiment does not form the drain electrode 15 in the light emitting element of the first embodiment. That is, the cathode 21 is directly formed on the channel layer 13. As a result, the process of forming the drain electrode 15 and the like can be reduced, the manufacturing can be performed with higher efficiency, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the drain electrode 15 was formed, there were two joint surfaces, a joint surface between the channel layer 13 and the drain electrode 15, and a joint surface between the drain electrode 15 and the cathode 21, but the cathode 21 was directly connected to the channel layer 13. When formed, only one junction surface between the channel layer 13 and the cathode 21 can be formed, and the electron transport barrier is reduced, so that the electron transport from the channel layer 13 to the cathode 21 is made more efficient. be able to.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and is substantially the same as the configuration shown in the above-described embodiment, has the same effect and effect, or can achieve the same object. May be replaced with.

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Abstract

良好な発光効率が得られる発光素子を提供する。発光素子は、第１ｎ型半導体からなるチャネル層を有する薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタのドレインに電気的に接続され、第２ｎ型半導体からなる陰極と、前記陰極に対向する陽極と、前記陰極と前記陽極との間に設けられた発光層と、を備える。

Description

発光素子
　本発明は、発光素子に関する。
　例えば、特許文献１には、陰極、有機発光層、無機薄膜層、陽極が積層された有機エレクトロルミネッセンス素子が開示されている。
特開２０００－２３５８９３号公報
　引用文献１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子（発光部）を駆動させるには、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等のスイッチング素子が用いられる。つまり、発光部とＴＦＴとを組み合わせることにより、１つの発光素子として機能するということができる。また、ＴＦＴと発光部とを接続する方法としては、例えば、両者を積層して接続することが考えられる。しかしながら、ＴＦＴの種類、発光部の構成、ＴＦＴと発光部との積層順等の組み合わせによっては、発光素子の駆動電圧が上昇し、良好な発光効率が得られない場合がある。そこで、本発明の一形態は、良好な発光効率が得られる発光素子を提供することにある。
　本発明の一形態の発光素子は、発光素子は、第１ｎ型半導体からなるチャネル層を有する薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタのドレインに電気的に接続され、第２ｎ型半導体からなる陰極と、前記陰極に対向する陽極と、前記陰極と前記陽極との間に設けられた発光層と、を備える。
　本発明の一形態は、良好な発光効率が得られる発光素子を提供することができる。
実施形態１に係る発光素子の積層構造の一例を模式的に示す断面図である。 ｎ型半導体材料の特性の一例を示す表である。 実施形態１に係る発光素子の製造工程を示すフローチャートである。 実施形態２に係る発光素子の積層構造の一例を模式的に示す断面図である。
　〔実施形態１〕
　以下に、本開示の実施の一形態について説明する。図１は、本実施形態に係る発光素子１の積層構造の一例を模式的に示す断面図である。
　図１に示すように、発光素子１は、例えば、基板２上に設けられた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１０と、発光部２０とを備える。発光部２０は、スイッチング素子であるＴＦＴ１０により制御され、発光する。図１では、１つの画素について説明するが、例えば、この画素を複数並べて形成することにより、表示装置を構成することができる。
　ＴＦＴ１０は、例えば、ゲート電極１１と、ゲート絶縁層１２と、チャネル層１３と、ソース電極１４と、ドレイン電極１５と、を有する。
　ゲート電極１１は、基板２上に形成されている。基板２とゲート電極１１との間に絶縁層を設けてもよい。ゲート電極１１は、例えば、銅やチタン等の金属材料から形成される。
　ゲート絶縁層１２は、ゲート電極１１上に形成されている。ゲート絶縁層１２は、ゲート電極１１を絶縁する。ゲート絶縁層１２は、例えば、シリコン窒化物やシリコン酸化物等の透明な絶縁材料から形成される。
　チャネル層１３は、ゲート電極１１およびゲート絶縁層１２上に形成されている。本実施形態におけるＴＦＴ１０は、いわゆるｎチャネル型ＴＦＴである。そのため、チャネル層１３は、ｎ型半導体（以下、チャネル層１３におけるｎ型半導体を第２ｎ型半導体と称することがある）からなる。このｎ型半導体となり得る材料としては、例えば、ＩＧＺＯ（インジウム・ガリウム・亜鉛酸化物）、ＩＺＯ（インジウム・亜鉛酸化物）、ＧＺＯ（ガリウム添加酸化亜鉛）、ＡＺＯ（アルミニウム添加酸化亜鉛）、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３等が挙げられる。また、チャネル層１３におけるソース電極１４に接続されている部分およびドレイン電極１５に接続されている部分は、例えば、不純物をドーピングするなどしてｐ型半導体となっている。
　ソース電極１４およびドレイン電極１５は、チャネル層１３上に形成され、それぞれ、チャネル層１３と接続されている。ソース電極１４およびドレイン電極１５は、例えば、銅やチタン等の金属材料から形成される。
　ＴＦＴ１０上には、例えば、平坦化層１６、反射層３１、反射層絶縁層３２がこの順に積層されている。そして、発光部２０は、これら平坦化層１６、反射層３１、反射層絶縁層３２上に形成されている。また、ＴＦＴ１０と、発光部２０とは、電気的に接続されている。
　平坦化層１６は、例えば、チャネル層１３、ソース電極１４、ドレイン電極１５を絶縁する。平坦化層１６には、例えば、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂等の絶縁材料が用いられる。
　反射層３１は、発光部２０から照射された光を反射する。反射層３１は、例えば、Ａｌ（アルミニウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）等の金属材料から形成される。反射層３１で反射された光により、発光素子１の発光効率を向上させることができる。中でも、Ａｌ、Ｍｇは、可視光領域で高い反射率を持ち好ましい、この反射層３１の膜厚は、１０ｎｍ以上、１μｍ以下であることが好ましい。また、反射層３１は、例えば、ＴＦＴ１０が形成されている領域以外の領域、発光部２０が形成されている領域等に形成すればよい。なお、本実施形態における反射層３１は、陰極２１における発光層２２側とは反対側に設けられているということができる。
　反射層絶縁層３２は、光透過性を有し、反射層３１を絶縁する。反射層絶縁層３２には、例えば、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂等の絶縁材料が用いられる。
　図１に示すように、本実施形態における発光部２０は、例えば、陰極２１と、陽極２４との間に挟まれた発光層２２を有する。また、陽極２４と発光層２２との間には、正孔輸送層２３が設けられている。
　陰極２１は、発光層２２に電子を供給する。さらに、本実施形態における陰極２１は、例えば、ｎ型半導体（以下、陰極２１における、ｎ型半導体を第２ｎ型半導体と称することがある）からなる。また、陰極２１は、光透過性を有することが好ましい。このｎ型半導体となり得る材料としては、例えば、ＩＧＺＯ（インジウム・ガリウム・亜鉛酸化物）、ＩＺＯ（インジウム・亜鉛酸化物）、ＧＺＯ（ガリウム添加酸化亜鉛）、ＡＺＯ（アルミニウム添加酸化亜鉛）、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３等の酸化物半導体が挙げられる。さらに、陰極２１は、ドレイン電極１５と電気的に接続されている。さらに、陰極２１は、ドレイン電極１５と直接接続されていることが好ましい。本実施形態における陰極２１は、ｎ型半導体で形成され、発光層２２と直接接続されているため、いわゆる発光層２２への電子の注入を促進する電子注入層、発光層２２に電子を輸送する電子輸送層の機能も兼ねる。そのため、陰極２１に加えて、電子注入層および電子輸送層等を設ける必要はなく、陰極２１と電子注入層との間等の電子注入の障壁となり得る接合界面が少なくなり、発光素子１の駆動電圧を下げ、良好な発光効率を得ることができる。さらにまた、上記ＴＦＴ１０におけるチャネル層１３と同様の設備を使用して形成することができ、製造工程を簡略化することができ、製造コストを低減することができる。
　また、第１ｎ型半導体（チャネル層１３）におけるキャリア濃度は、第２ｎ型半導体（陰極２１）におけるキャリア濃度よりも大きいことが好ましい。これにより、チャネル層１３から陰極２１への電子の輸送効率を向上させることができる。第１ｎ型半導体におけるキャリア濃度と、第２ｎ型半導体におけるキャリア濃度とは、例えば、チャネル層１３および陰極２１をスパッタ法で形成する場合、不純物の濃度を変化させることにより調整することができる。さらに、チャネル層１３におけるキャリア濃度は、１０１７ｃｍ－３以下であることが好ましい。これにより、陰極２１におけるキャリア濃度をより調整しやすくすることができる。さらにまた、陰極２１におけるキャリア濃度は、１０１８ｃｍ－３以上であることが好ましく、陰極２１における抵抗率は１０－４Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。これにより、特に６０インチサイズの表示装置で４Ｋ解像度とした場合に想定されるＴＦＴ１０から発光素子１への配線サイズを考慮しても十分な電子輸送を得ることができる。
　さらに、第１ｎ型半導体の価電子帯上端（ＶＢＭ）のエネルギーは、第２ｎ型半導体の価電子帯上端のエネルギーよりも小さいことが好ましい。これにより、チャネル層１３から陰極２１への電子の輸送効率を向上させることができる。
　さらにまた、第１ｎ型半導体における伝導帯下端（ＣＢＭ）のエネルギーと、前記第２ｎ型半導体における伝導帯下端のエネルギーとの差の絶対値が、０．５ｅＶ以下であることが好ましい。これにより、チャネル層１３から陰極２１への電子の輸送効率を向上させることができる。
　ここで、一例として、図２に、ＩＺＯ、ＧＺＯ、ＡＺＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、Ｇａ２０３、ＩＧＺＯの各材料における、ＣＢＭ（伝導帯下端）のエネルギー、ＶＢＭ（価電子帯上端）のエネルギー、Ｅｇ（バンドギャップエネルギー）、Ｅｆ（フェルミ準位）、ｎ（電子密度）、μ（電子移動度）、ρ（抵抗率）、およびキャリア濃度制御のファクターの関係を示す。これらの材料を、第１ｎ型半導体、第２ｎ型半導体として組みあわせ、種々の処理を施して各値を調整することにより、本実施形態の発光素子１を構成することができる。
　発光層２２は、陰極２１から供給される電子と、陽極２４から供給される正孔とにより発光する。つまり、発光層２２は、陰極２１と陽極２４との間に設けられている。発光層２２は、例えば、発光材料を含む。発光材料としては、例えば、有機発光材料、半導体ナノ粒子等である量子ドット等が挙げられる。
　また、陰極２１から発光層２２に電子を注入するためには、発光層２２のＣＢＭよりも、陰極２１のＣＢＭの方が深いことが好ましい。さらに、発光層２２のＣＢＭと陰極２１のＣＢＭとの差は、１．５ｅＶ以下であることが好ましい。さらにまた、陰極２１のフェルミ準位は、発光層２２のフェルミ準位よりも浅いことが好ましく、その差が大きいことが好ましい。これにより、陰極２１から発光層２２への電子の輸送効率を向上させることができる。
　さらに、後述の正孔輸送層２３から注入された正孔を発光層２２に閉じ込めるために、陰極２１のＶＢＭは、発光層２２のＶＢＭよりも深いことが好ましい。この陰極２１のＶＢＭと発光層のＶＢＭとの差は、１ｅＶ以上であることが好ましい。これにより、発光層２２において、正孔と電子とを効率よく再結合させ、発光効率を向上させることができる。
　陽極２４は、発光層２２に正孔を供給する。また、陽極２４は、陰極２１と対向するように設けられている。陽極２４は、例えば、導電性を有する導電性材料からなる。そして、陽極２４は、透明であることが好ましい。透明な導電性材料としては、具体的には、例えば、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）、ＳｎＯ２（酸化スズ）、ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化スズ）等が挙げられる。
　正孔輸送層２３は、陽極２４からの正孔を発光層２２に輸送する。そして、正孔輸送層２３は、透明であることが好ましい。正孔輸送層２３に使用される材料の具体例としては、例えば、ＮｉＯ、Ｃｒ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＬａＮｉＯ３、ＭｏＯ３、ＷＯ３等が挙げられる。また、正孔輸送層２３は、陽極２４から発光層２２への正孔の注入を促進する正孔注入層を兼ねていてもよい。
　なお、本実施形態における陰極２１、発光層２２、正孔輸送層２３は、バンク２５で例えば島状に分離された所定のパターンで形成されている。上記バンク２５には、例えば、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂等の絶縁材料が用いられる。一方、陽極２４は、例えば、全面に形成した共通電極となっている。
　本実施形態の発光素子１によれば、第１ｎ型半導体からなるチャネル層１３を有するＴＦＴ１０のドレインと、第２ｎ型半導体からなる陰極２１と、が電気的に接続されている。陰極２１は、第２ｎ型半導体からなるため、発光層２２に電子を輸送する電子輸送層としての機能と、陰極としての機能とを兼ねる。そのため、電子輸送層を別途設けた場合と比べて、ＴＦＴ１０から発光層２２までに至る各層間の接合面の数を減らし、接合面における電子の輸送障壁を減らすことができるため、発光素子１における良好な発光効率を得ることができる。
　なお、本実施形態の発光素子１は、発光層２２からの光を反射層３１で反射し、陽極側に向かって表示を行ういわゆるトップエミッション型の発光素子として例示した。しかしながら、発光素子１は、上記の構成に限定されるものではなく、例えば、反射層３１および反射層絶縁層３２を省略した構成であってもよいし、反射層３１および反射層絶縁層３２を設けず、陽極２４に光反射性材料で形成した、いわゆるボトムエミッション型の発光素子であってもよい。
　次に、本実施形態に係る発光素子１の製造方法の一例について、図１および図３を参照して説明する。
　まず、基板２上にＴＦＴ１０を形成する（Ｓ１）。ＴＦＴ１０の形成方法は特に限定されることはなく、例えば、従来の方法により製造することができる。
　ＴＦＴ１０上に、表面が平坦になるように、平坦化層１６を形成する（Ｓ２）。平坦化層１６は、例えば、ＴＦＴ１０上に、ポリイミド等の絶縁材料を溶解した溶液を塗布して、ベークすることにより形成することができる。
　平坦化層１６上に、反射層３１を形成する（Ｓ３）。反射層３１は、例えば、蒸着等の方法により形成することができる。さらに、反射層３１を形成する前には、例えば、平坦化層１６上のドレイン電極１５に対応する部分を覆う第１マスクを形成する。そして、リフトオフ等により第１マスクを除去することにより、第１マスクに対応する部分の反射層を除去する。
　反射層３１上に、反射層絶縁層３２を形成する（Ｓ４）。反射層絶縁層３２は、例えば、平坦化層１６と同様の方法により形成することができる。より具体的には、例えば、反射層絶縁層３２上のドレイン電極１５に対応する部分が開口する第２マスクを形成する。この第２マスクの開口部は、上記反射層が除去された部分にも対応する。そして、第２マスクを介してアッシングにより、第２マスクの開口部の反射層絶縁層３２および平坦化層１６が除去し、ドレイン電極１５が露出するコンタクトホール部を形成する。その後、第２マスクを除去する。なお、コンタクトホール部は、反射層３１が露出しないように形成する。つまり、反射層３１は、平坦化層１６および反射層絶縁層３２により他の層と隔離され、絶縁される。
　反射層絶縁層３２上に、陰極２１を形成する（Ｓ５）。陰極２１は、例えば、スパッタ法により形成する。陰極２１は、例えば、所定の形状にパターニングされる。より具体的には、反射層絶縁層３２上の陰極を形成しない部分を覆う第３マスクを形成し、陰極２１を形成する材料の層を形成する。そして、第３マスクを除去すると同時に第３マスクに対応する部分を除去することにより、所定の形状の陰極２１を形成する。これにより、上記コンタクトホール部を介して、陰極２１とドレイン電極１５とが電気的に接続される。さらに、ドレイン電極１５を介して、陰極２１とチャネル層１３とも電気的に接続される。
　陰極２１上に、バンク２５を形成する（Ｓ６）。バンク２５は、例えば、上記平坦化層１６と同様の方法により形成することができる。より具体的には、例えば、陰極２１上に、絶縁材料を塗布し、ベークすることにより、絶縁材料からなる層を形成する。そして、絶縁材料からなる層上に、陰極２１に対応する部分が開口する第４マスクを形成する。そして、第４マスクを介してアッシングにより、陰極２１が露出する開口部を有するバンク２５を形成する。その後、第４マスクを除去する。
　バンク２５の開口部にて露出する陰極２１上に、発光層２２を形成する（Ｓ７）。つまり、バンク２５の開口部に合わせた所定の形状にパターニングされた発光層２２を形成する。発光層２２は、例えば、マスクを介した発光材料の蒸着、バンク２５の開口部へのインクジェットによる塗布等、種々の方法にて形成することができる。
　バンク２５の開口部に形成された発光層２２上に、正孔輸送層２４を形成する（Ｓ８）。つまり、バンク２５の開口部に合わせた所定の形状にパターニングされた正孔輸送層２４を形成する。正孔輸送層２４は、例えば、マスクを介した発光材料の蒸着、バンク２５の開口部へのインクジェットによる塗布等、種々の方法にて形成することができる。
　バンク２５および正孔輸送層２４に陽極２４を形成する（Ｓ９）。陽極２４は、例えば、スパッタ法により形成することができる。なお、陽極２４は、例えば、正孔輸送層２４上に、基板２の全面に形成してもよい。
　さらに、上記陽極２４を形成した後に、封止層を形成し、発光素子１を封止してもよい。
　これにより、本実施形態に係る発光素子１を製造することができる。上記の方法によれば、陰極２１を形成した後に、バンク２５、発光層２２等が形成される。本実施形態では、陰極２１は、例えば、酸化物半導体材料から形成されているため、バンク２５、発光層２２等の形成時の環境に耐性を有する。そのため、発光素子１とした場合における、発光効率の劣化等を抑制することができる。これに対して、例えば、陰極にＭｇ、Ａｌ等の金属材料を使用した場合には、バンク２５、発光層２２等の形成時の環境で、酸化等により劣化する可能性があり、発光素子１とした場合に発光効率の劣化等が生じ得る。
　〔実施形態２〕
　以下に、本開示の実施の別の形態について説明する。図４は、本実施形態に係る発光素子１の積層構造の一例を模式的に示す断面図である。
　本実施形態の発光素子１は、実施形態１の発光素子において、ドレイン電極１５を形成していないものである。つまり、チャネル層１３上に陰極２１を直接形成している。これにより、ドレイン電極１５の形成する工程等を削減し、より高効率に製造でき、製造コストを低減することができる。ドレイン電極１５を形成した際にはチャネル層１３とドレイン電極１５との接合面、およびドレイン電極１５と陰極２１との接合面の２つの接合面が存在したが、陰極２１をチャネル層１３に直接形成した場合には、チャネル層１３と陰極２１との接合面の１つの接合面のみにすることができ、電子の輸送障壁が減るため、チャネル層１３から陰極２１への電子輸送を効率化することができる。
　本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、上記実施の形態で示した構成と実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えてもよい。

Claims (9)

  1. 　第１ｎ型半導体からなるチャネル層を有する薄膜トランジスタと、
    　前記薄膜トランジスタのドレインに電気的に接続され、第２ｎ型半導体からなる陰極と、
    　前記陰極に対向する陽極と、
    　前記陰極と前記陽極との間に設けられた発光層と、
    を備える発光素子。
  2. 　前記第１ｎ型半導体におけるキャリア濃度が、前記第２ｎ型半導体におけるキャリア濃度よりも大きい、請求項１に記載の発光素子。
  3. 　前記第１ｎ型半導体の価電子帯上端のエネルギーが、前記第２ｎ型半導体の価電子帯上端のエネルギーよりも小さい、請求項１または２に記載の発光素子。
  4. 　前記第１ｎ型半導体における伝導帯下端のエネルギーと、前記第２ｎ型半導体における伝導帯下端のエネルギーとの差の絶対値が、０．５ｅＶ以下である、請求項１から３のいずれか１項に記載の発光素子。
  5. 　前記ドレインと前記陰極とが、直接接続されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の発光素子。
  6. 　前記陰極と前記発光層とが、直接接続されている、  請求項１から５のいずれか１項に記載の発光素子。
  7. 　前記第１ｎ型半導体は、ＩＧＺＯ、ＩＺＯ、ＧＺＯ、ＡＺＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、及びＧａ２Ｏ３から選択される少なくとも１種を含む請求項１から６のいずれか１項に記載の発光素子。
  8. 　前記第２ｎ型半導体は、ＩＧＺＯ、ＩＺＯ、ＧＺＯ，ＡＺＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、及びＧａ２Ｏ３から選択される少なくとも１種を含む請求項１から７のいずれか１項に記載の発光素子。
  9. 　前記陰極における前記発光層側とは反対側に設けられ、前記発光層から照射される光を反射する反射層を備える、請求項１から８のいずれか１項に記載の発光素子。
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