WO2022153384A1

WO2022153384A1 - 発光素子

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Publication number: WO2022153384A1
Application number: PCT/JP2021/000800
Authority: WO
Inventors: 吉裕上田
Original assignee: シャープ株式会社
Priority date: 2021-01-13
Filing date: 2021-01-13
Publication date: 2022-07-21
Also published as: US20240057369A1; CN116711463A

Abstract

発光素子（１）は、カソード（６）と、カソード（６）に対向配置されたアノード（２）と、カソード（６）とアノード（２）との間に、発光層（４）と、カソード（６）と発光層（４）との間に、ＩＩＢ（１２）族元素とＩＶＢ（１４）族元素と窒素元素を含む化合物、または、前記ＩＶＢ（１４）族元素とＶＩＢ（１６）族元素とホウ素元素を含む化合物を含む電子輸送層（５）と、を備えている。

Description

発光素子

　本開示は、発光素子に関する。

　近年、例えば、表示装置や照明装置などの多様な分野で利用可能な発光素子として、ＱＬＥＤ（Quantum dot Light Emitting Diode：量子ドット発光ダイオード）または、ＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode：有機発光ダイオード）が高い注目を浴びている。

　しかし、従来のＱＬＥＤ及びＯＬＥＤでは、満足できる程の発光効率が得られないという問題があり、発光効率を改善するための研究が活発に行われている。

　特許文献１には、発光層がコアシェル型の量子ドットを含むＱＬＥＤであって、コアが金属窒化物で構成されたことについて記載されている。

日本国特開２０１８－１５４６６６公報

　しかしながら、特許文献１に記載のＱＬＥＤでは、発光層に含まれるコアシェル型の量子ドットのコア材料を金属窒化物で構成しているのみであるため、発光層に注入される正孔と電子のバランス、すなわち、キャリアバランスを改善できず、満足できる程の発光効率が得られないという問題がある。

　本開示の一態様は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、キャリアバランスを改善し、発光効率及び信頼性を向上させた発光素子を提供することを目的とする。

　本開示の発光素子は、前記の課題を解決するために、
　カソードと、
　前記カソードに対向配置されたアノードと、
　前記カソードと前記アノードとの間に、発光層と、
　前記カソードと前記発光層との間に、ＩＩＢ（１２）族元素とＩＶＢ（１４）族元素と窒素元素を含む化合物、または、前記ＩＶＢ（１４）族元素とＶＩＢ（１６）族元素とホウ素元素を含む化合物を含む電子輸送層と、を備えている。

　本開示の発光素子は、前記の課題を解決するために、
　カソードと、
　前記カソードに対向配置されたアノードと、
　前記カソードと前記アノードとの間に、量子ドットを含む発光層と、
　前記カソードと前記発光層との間に、前記発光層と接し、かつ、前記発光層の伝導帯の下端の真空準位との差の絶対値よりも伝導帯の下端の前記真空準位との差の絶対値が小さいｎ型の半導体である電子輸送層と、を備え、
　前記発光層は、前記電子輸送層と接する第１層と、前記第１層と接するとともに、前記電子輸送層から離れている第２層とで構成され、
　前記発光層の前記第２層のみが発光する。

　本開示の発光素子は、前記の課題を解決するために、
　カソードと、
　前記カソードに対向配置されたアノードと、
　前記カソードと前記アノードとの間に、発光層と、
　前記カソードと前記発光層との間に、電子輸送層と、を備え、
　前記電子輸送層は、そのイオン化ポテンシャルの値及びその電子親和力の値が前記発光層の電子親和力の値より小さく、かつ、バンドギャップを有する。

　本開示の一態様によれば、キャリアバランスを改善し、発光効率及び信頼性を向上させた発光素子を提供できる。

実施形態１の発光素子の概略的な構成を示す断面図である。実施形態１の発光素子に備えられた発光層と電子輸送層の概略バンド図である。実施形態１の発光素子に備えられた発光層と電子輸送層とを接合した場合の概略バンド図である。実施形態１の発光素子において、電子輸送層として用いることができる材料の一例を説明するための図である。実施形態１の発光素子において、電子輸送層として用いることができる材料の一例のバンドギャップとウルツ鉱格子定数との関係を示す図である。実施形態１の発光素子が備えることができる他の電子輸送層の概略バンド図である。実施形態１の発光素子の素子特性を説明するための図である。実施形態２の発光素子の概略的な構成を示す断面図である。実施形態３の発光素子を備えた表示装置の概略的な構成を示す図である。（ａ）は、図９に示す表示装置の赤色サブ画素に含まれる実施形態３の発光素子の概略的な構成を示す断面図であり、（ｂ）は、図９に示す表示装置の緑色サブ画素に含まれる実施形態３の発光素子の概略的な構成を示す断面図であり、（ｃ）は、図９に示す表示装置の青色サブ画素に含まれる実施形態３の発光素子の概略的な構成を示す断面図である。実施形態４の発光素子の概略的な構成を示す断面図である。実施形態４の発光素子に備えられた電子輸送層を説明するための図である。実施形態４の発光素子に備えられた電子輸送層を説明するための図である。（ａ）は、図９に示す表示装置の赤色サブ画素に含まれる実施形態４の発光素子の概略的な構成を示す断面図であり、（ｂ）は、図９に示す表示装置の緑色サブ画素に含まれる実施形態４の発光素子の概略的な構成を示す断面図であり、（ｃ）は、図９に示す表示装置の青色サブ画素に含まれる実施形態４の発光素子の概略的な構成を示す断面図である。実施形態５の発光素子の概略的な構成を示す断面図である。実施形態６の発光素子の概略的な構成を示す断面図である。（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、量子ドット層の伝導帯下端（ＣＢＭ）が発光層のＬＵＭＯより低い場合の量子ドット層及び発光層の概略バンド図であり、（ｄ）、（ｅ）及び（ｆ）は、量子ドット層の伝導帯下端（ＣＢＭ）が発光層のＬＵＭＯより高い場合の量子ドット層及び発光層の概略バンド図であり、（ｇ）、（ｈ）及び（ｉ）は、量子ドット層の伝導帯下端（ＣＢＭ）と発光層のＬＵＭＯとが同じである場合の量子ドット層及び発光層の概略バンド図である。発光素子において、キャリアが電子過多状態である場合に、正孔輸送層に生じる問題点を説明するための図である。（ａ）及び（ｂ）は、発光素子において、キャリアが電子過多状態である場合に、電子輸送層の浅い伝導帯下端が原因で生じる問題点を説明するための図である。電子輸送層として伝導帯下端（ＣＢＭ）が異なる２種類のＺｎＯを用いたそれぞれの場合のエレクトロンオンリデバイスにおける電圧と電流密度との関係を示す図である。電子輸送層として伝導帯下端（ＣＢＭ）が異なる２種類のＺｎＯを用いたそれぞれの場合のエレクトロンオンリデバイスにおける電圧と輝度との関係を示す図である。正孔輸送層として、ＮｉＯのみと、ＮｉＯと有機材料との組み合わせと、有機材料のみとを用いたそれぞれの場合のホールオンリデバイスにおける電圧と電流密度との関係を示す図である。正孔輸送層として、ＮｉＯのみと、ＮｉＯと有機材料との組み合わせと、有機材料のみとを用いたそれぞれの場合のホールオンリデバイスにおける電圧と輝度との関係を示す図である。（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、有機材料のみからなる正孔輸送層と、ＺｎＯからなる電子輸送層とを備えている発光素子の問題点を説明するための概略バンド図である。

　先ず、図１８から図２４に基づいて、発光素子において、電子輸送層としてＺｎＯを用いるとともに、正孔輸送層として、ＮｉＯのみと、ＮｉＯと有機材料との組み合わせと、有機材料のみとを用いた場合に、信頼性を確保した状態で、キャリアの電子過多状態（過剰電子状態）を改善できない理由について説明する。

　図１８は、発光素子において、キャリアが電子過多状態である場合に、正孔輸送層に生じる問題点を説明するための図である。

　図１８は、電子輸送層としてＺｎＯを備えた発光素子において、正孔輸送層及び正孔注入層の構成のみを変えた各発光素子の信頼性試験結果を示す。なお、この信頼性試験結果は、以下に示す加速条件下で得られた結果である。表示装置化（パネル化）した際の想定輝度に対して、約１０倍の光束負荷で加速しているとともに、駆動電流については、典型的なＴＦＴ駆動電流に対して、約２．５倍の電流負荷及び約６．２５倍の電力負荷で加速した。また、温度は２５℃で、湿度は６０％で測定を行った。

　図１８中のポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）：ポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）/ポリビニルカルバゾール（ＰＶＫ）は、正孔輸送層及び正孔注入層の構成として、有機材料のみを用いた場合の一例であり、正孔輸送層が有機材料であるＰＶＫで、正孔注入層が有機材料であるＰＥＤＯＴ：ＰＳＳで、それぞれ形成された発光素子である。図１８中のＮｉＯ/ＰＶＫは、正孔輸送層及び正孔注入層の構成として、有機材料と無機材料を用いた場合の一例であり、正孔輸送層が有機材料であるＰＶＫで、正孔注入層が無機材料であるＮｉＯで、それぞれ形成された発光素子である。図１８中のＮｉＯは、正孔輸送層及び正孔注入層の構成として、無機材料のみを用いた場合の一例であり、正孔輸送層及び正孔注入層が無機材料であるＮｉＯで形成された発光素子である。

　図１８に示すように、各発光素子の時間の経過による輝度の低下、すなわち、劣化速度は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ/ＰＶＫ、ＮｉＯ/ＰＶＫ及びＮｉＯの順に速い。この結果から、正孔輸送層及び正孔注入層として、有機材料の比率が高くなる程、発光素子の信頼性が悪くなることがわかる。これは、電子過多状態である発光層から、正孔輸送層及び正孔注入層への電子のオーバーフローが起こり、正孔輸送層及び正孔注入層として、無機材料と比較して、化学的な安定性が劣る有機材料が用いられた場合、過剰電子を受け取った有機材料の劣化が、無機材料と比較して著しいからと考えられる。

　図１９の（ａ）及び図１９の（ｂ）は、発光素子において、キャリアが電子過多状態である場合に、電子輸送層の浅い伝導帯下端が原因で生じる問題点を説明するための図である。

　図１９の（ａ）は、発光層の量子ドット（ＱＤ）と、電子輸送層として用いられる伝導帯下端（ＣＢＭ）が異なるＭｇＺｎＯ及びＺｎＯとの概略バンド図である。

　図１９の（ａ）に示すように、ＭｇＺｎＯの伝導帯下端（ＣＢＭ）は、ＺｎＯの伝導帯下端（ＣＢＭ）より浅いため、電子輸送層としてＭｇＺｎＯを用いた場合は、電子輸送層としてＺｎＯを用いた場合と比較して、発光層の量子ドット（ＱＤ）への電子の注入特性が向上するので、発光層においては、さらに電子過多状態（過剰電子状態）となる。

　図１９の（ｂ）は、正孔輸送層及び正孔注入層としてＮｉＯ/ＰＶＫを備えた発光素子において、電子輸送層の構成のみを変えた各発光素子の信頼性試験結果を示す。なお、この信頼性試験は、電流密度一定で行っている。なお、この信頼性試験結果は、以下に示す加速条件下で得られた結果である。表示装置化（パネル化）した際の想定輝度に対して、約１０倍の光束負荷で加速しているとともに、駆動電流については、典型的なＴＦＴ駆動電流に対して、約２．５倍の電流負荷及び約６．２５倍の電力負荷で加速した。また、温度は２５℃で、湿度は６０％で測定を行った。

　図１９の（ｂ）中のＭｇＺｎＯは、電子輸送層としてＭｇＺｎＯを用いた場合であり、図１９の（ｂ）中のＺｎＯ－１～ＺｎＯ－３は、電子輸送層としてＺｎＯを用いた場合であり、ＺｎＯ－１と、ＺｎＯ－２及びＺｎＯ－３とでは、異なる伝導帯下端（ＣＢＭ）を有するＺｎＯを用いた。

　図１９の（ｂ）に示すように、電子輸送層としてＭｇＺｎＯを用いた発光素子は、電子輸送層としてＺｎＯを用いた発光素子と比較して、初期の劣化速度も、長期の劣化速度も速いことがわかる。これは、上述したように、ＭｇＺｎＯの伝導帯下端（ＣＢＭ）は、ＺｎＯの伝導帯下端（ＣＢＭ）より浅く、電子輸送層としてＭｇＺｎＯを用いた場合は、電子輸送層としてＺｎＯを用いた場合と比較して、発光層の量子ドット（ＱＤ）への電子の注入特性が向上していることと関連していると考えられる。

　図２０は、電子輸送層として伝導帯下端（ＣＢＭ）が異なる２種類のＺｎＯを用いたそれぞれの場合の電子のみを流すエレクトロンオンリデバイス（Electron only device）における電圧と電流密度との関係を示す図である。なお、図２０中の縦ラインは、３Ｖを示すラインである。

　電子のみを流すエレクトロンオンリデバイス（Electron only device）は、発光層へのホールの注入を遮断した状態で、発光層への電子の注入のみを行うことができ、発光層への電子の注入状態の分析に好適に用いることができるデバイスである。電流は時間当たりの電荷の流れであり、エレクトロンオンリデバイスの電流密度から発光層への電子の注入状態を見積もることができる。

　図２１は、電子輸送層として伝導帯下端（ＣＢＭ）が異なる２種類のＺｎＯを用いたそれぞれの場合の電子のみを流すエレクトロンオンリデバイス（Electron only device）における電圧と輝度との関係を示す図である。

　図２１に示すエレクトロンオンリデバイスの電圧と輝度との関係から、図２０及び図２１の測定に用いたエレクトロンオンリデバイスは、６Ｖより大きい駆動電圧では発光するので、６Ｖ以下の駆動電圧でエレクトロンオンリデバイスとして動作することがわかる。

　図２２は、正孔輸送層として、ＮｉＯのみと、ＮｉＯと有機材料との組み合わせと、有機材料のみとを用いたそれぞれの場合の正孔のみを流すホールオンリデバイス（Hole only device）における電圧と電流密度との関係を示す図である。なお、図２２中の縦ラインは、３Ｖを示すラインである。

　正孔のみを流すホールオンリデバイス（Hole only device）は、発光層への電子の注入を遮断した状態で、発光層へのホールの注入のみを行うことができ、発光層への正孔の注入状態の分析に好適に用いることができるデバイスである。電流は時間当たりの電荷の流れであり、ホールオンリデバイスの電流密度から発光層へのホールの注入状態を見積もることができる。

　図２２中の一番上のラインは、正孔輸送層として、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ/ＰＶＫを用いたホールオンリデバイスで、上から２番目のラインは、正孔輸送層として、ＮｉＯ/Ａｌ_２Ｏ_３/オキシジフタル酸無水物（ＯＤＰＡ）を用いたホールオンリデバイスで、上から３番目のラインは、正孔輸送層として、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ/ポリ［（９，９－ジオクチルフルオレニル－２，７－ジイル）－ｃｏ－（４，４’－（Ｎ－（４－ｓｅｃ－ブチルフェニル））ジフェニルアミン）］（ＴＦＢ）を用いたホールオンリデバイスで、上から４番目のラインは、正孔輸送層として、ＮｉＯを用いたホールオンリデバイスで、上から５番目のラインは、正孔輸送層として、ＮｉＯ/Ａｌ_２Ｏ_３を用いたホールオンリデバイスで、上から６番目のラインは、正孔輸送層として、ＮｉＯ/ＰＶＫを用いたホールオンリデバイスで、一番下のラインは、正孔輸送層として、ＮｉＯ/ＴＦＢを用いたホールオンリデバイスである。

　図２２に示す各ホールオンリデバイスにおける電圧と電流密度との関係から、発光層への正孔注入特性は、有機材料のみからなる正孔輸送層が最も高く、有機材料と無機材料とからなる正孔輸送層が最も低い傾向にあることがわかる。

　図２３は、正孔輸送層として、ＮｉＯのみと、ＮｉＯと有機材料との組み合わせと、有機材料のみとを用いたそれぞれの場合の正孔のみを流すホールオンリデバイス（Hole only device）における電圧と輝度との関係を示す図である。

　図２３に示すホールオンリデバイスの電圧と輝度との関係から、図２２及び図２３の測定に用いたホールオンリデバイスは、１０Ｖより大きい駆動電圧では発光するので、１０Ｖ以下の駆動電圧でホールオンリデバイスとして動作することがわかる。

　ＱＬＥＤやＯＬＥＤの一般的な発光開始電圧である３Ｖ以下の動作条件では、図２０に示す電子電流密度が、図２２に示す正孔電流密度より、約１０倍程度大きいことから、ＱＬＥＤやＯＬＥＤは電子過多状態で動作していることがわかる。

　そこで、図２２に示す発光層への正孔注入特性から、有機材料のみからなる正孔輸送層を用いて、正孔注入特性を向上させ、このような電子過多状態を改善することも考えられる。しかしながら、有機材料のみからなる正孔輸送層を用いた場合においても、３Ｖ以下の動作条件での図２０に示す電子電流密度と、図２２に示す正孔電流密度とから、その程度は改善されるが、依然として、電子過多状態で動作していることがわかる。したがって、有機材料のみからなる正孔輸送層が過剰電子を受け取ることは避けられず、有機材料のみからなる正孔輸送層の劣化は著しいことから、信頼性を向上させた発光素子を実現することはできない。

　図２４の（ａ）、図２４の（ｂ）及び図２４の（ｃ）は、有機材料であるＴＦＢのみからなる正孔輸送層とＺｎＯからなる電子輸送層とを備えている発光素子の問題点を説明するための概略バンド図である。

　図２４の（ａ）は、接合前の概略バンド図であり、図２４の（ｂ）は、接合後の概略バンド図であり、図２４の（ｃ）は、電圧印加時の概略バンド図である。

　図２４の（ｃ）に示すように、発光素子の駆動時に、発光層の量子ドット（ＱＤ）は、電子過多状態で駆動される。したがって、発光層から正孔輸送層への過剰電子のオーバーフローは避けられず、発光層の量子ドット（ＱＤ）からの発光のみでなく、正孔輸送層（ＨＴＬ）からの発光も生じてしまい、発光効率の低下を招いてしまう。また、有機材料であるＴＦＢのみからなる正孔輸送層が過剰電子を受け取ることは避けられず、有機材料のみからなる正孔輸送層の劣化は著しいことから、信頼性を向上させた発光素子を実現することはできない。

　そこで、本発明の発明者らは、発光が生じる箇所への電子の注入を抑制するため、電子輸送層から発光層に至る経路に電子を閉じ込めるポテンシャルが深くなる領域を有する構成の発光素子を提案する。

　本発明の実施の形態について、図１から図１７に基づいて説明すれば、次の通りである。以下、説明の便宜上、特定の実施形態にて説明した構成と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付記し、その説明を省略する場合がある。

　〔実施形態１〕
　図１は、実施形態１の発光素子１の概略的な構成を示す断面図である。

　図１に示すように、発光素子１は、カソード６と、カソード６に対向配置されたアノード２と、カソード６とアノード２との間に、発光層４と、カソード６と発光層４との間に、電子輸送層５と、を備えている。なお、詳しくは後述するが、電子輸送層５は、ＩＩＢ（１２）族元素とＩＶＢ（１４）族元素と窒素元素を含む化合物、または、ＩＶＢ（１４）族元素とＶＩＢ（１６）族元素とホウ素元素を含む化合物を含む。本実施形態においては、電子輸送層５とカソード６との間に、電子注入層を備えていない場合を一例に挙げて説明するが、これに限定されることはなく、電子注入層をさらに備えていてもよく、その他介在する層を限定しない。また、本実施形態においては、アノード２と発光層４との間に、正孔輸送層３を備えている場合を一例に挙げて説明するが、これに限定されることはなく、アノード２と発光層４との間に、正孔輸送層３の代わりに正孔注入層を備えていてもよく、その他介在する層を限定せず、正孔輸送層３とともに、アノード２と正孔輸送層３との間にさらに正孔注入層を備えていてもよい。

　なお、１２族（現ＩＵＰＡＣ）＝ＩＩＢ族（旧ＩＵＰＡＣ）＝ＩＩＢ族（旧ＣＡＳ）であり、１４族（現ＩＵＰＡＣ）＝ＩＶＢ族（旧ＩＵＰＡＣ）＝ＩＶＡ族（旧ＣＡＳ）であり、１６族（現ＩＵＰＡＣ）＝ＶＩＢ族（旧ＩＵＰＡＣ）＝ＶＩＡ族（旧ＣＡＳ）である。ここでは、各属を旧ＩＵＰＡＣ（現ＩＵＰＡＣ）で表記する。

　本実施形態においては、発光素子１は、アノード２と、正孔輸送層３と、発光層４と、電子輸送層５と、カソード６とを、この順に形成した順積構造の積層膜を有する場合を一例に挙げて説明するが、これに限定されることはない。発光素子１は、例えば、カソード６と、電子輸送層５と、発光層４と、正孔輸送層３と、アノード２とを、この順に形成した逆積構造の積層膜を有していてもよい。

　発光素子１は、トップエミッション型であっても、ボトムエミッション型であってもよい。図１に示すように、発光素子１が順積構造の積層膜を有する場合には、アノード２よりカソード６が上層として配置されるので、トップエミッション型にするためには、アノード２は可視光を反射する電極材料で形成し、カソード６は可視光を透過する電極材料で形成すればよく、ボトムエミッション型にするためには、アノード２は可視光を透過する電極材料で形成し、カソード６は可視光を反射する電極材料で形成すればよい。一方、図示してないが、発光素子１が逆積構造の積層膜を有する場合には、カソード６よりアノード２が上層として配置されるので、トップエミッション型にするためには、カソード６は可視光を反射する電極材料で形成し、アノード２は可視光を透過する電極材料で形成すればよく、ボトムエミッション型にするためには、アノード２は可視光を反射する電極材料で形成し、カソード６は可視光を透過する電極材料で形成すればよい。

　可視光を反射する電極材料としては、可視光を反射でき、導電性を有するのであれば、特に限定されないが、例えば、Ａｌ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ａｇなどの金属材料または、前記金属材料の合金または、前記金属材料と透明金属酸化物（例えば、indium tin oxide、indium zinc oxide、indium gallium zinc oxideなど）との積層体または、前記合金と前記透明金属酸化物との積層体などを挙げることができる。

　一方、可視光を透過する電極材料としては、可視光を透過でき、導電性を有するのであれば、特に限定されないが、例えば、透明金属酸化物（例えば、indium tin oxide、indium zinc oxide、indium gallium zinc oxideなど）または、Ａｌ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ａｇなどの金属材料からなる薄膜などを挙げることができる。

　アノード２及びカソード６の成膜方法としては、一般的な電極の形成方法を用いることができ、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、ＥＢ蒸着法、イオンプレーティング法などの物理的蒸着（ＰＶＤ）法、あるいは、化学的蒸着（ＣＶＤ）法などを挙げることができる。また、アノード２及びカソード６のパターニング方法としては、所望のパターンに精度よく形成することができる方法であれば特に限定されるものではないが、具体的にはフォトリソグラフィー法やインクジェット法などを挙げることができる。

　図１に示す正孔輸送層３に用いられる材料としては、発光層４内への正孔の輸送を安定化させることができる正孔輸送性材料であれば特に限定されない。中でも、正孔輸送性材料は、正孔移動度が高いものであることが好ましい。さらに、正孔輸送性材料は、カソード６から移動してきた電子の突き抜けを防止することが可能なもの（電子ブロック性材料）であることが好ましい。これにより、発光層４内での正孔及び電子の再結合効率を高めることができるからである。

　正孔輸送層３は、無機物を含むことが好ましく、前記無機物は、例えば、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｌａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｌｅから選択される１種以上を含む酸化物であってもよい。このような金属酸化物は、有機材料に比べて高い化学的安定性を有するので、発光素子１の信頼性をさらに向上させることができる。このような金属酸化物からなる正孔輸送層は、酸素欠損により伝導電子が生じるため、例えば、スパッタ製膜の際に、供給ガスの酸素濃度を適宜制御しながら成膜することで、膜の酸素欠損密度を適宜制御することができる。さらに、前記無機物は、例えば、ＩＩ族-ＶＩ族化合物半導体または、ＩＩＩ族-Ｖ族化合物半導体であってもよい。このように、ＩＩ族-ＶＩ族化合物半導体または、ＩＩＩ族-Ｖ族化合物半導体を正孔輸送層３として用いることで、有機材料からなる正孔輸送層を用いた構成と比較すると、発光素子１の信頼性を向上できる。本実施形態においては、正孔輸送層３を、ＮｉＯで形成した場合を一例に挙げて説明するが、これに限定されることはなく、例えば、ＭｇＮｉＯなどの無機材料で形成してもよい。

　本実施形態においては、アノード２と発光層４との間に、ＮｉＯで形成された正孔輸送層３のみを備えている場合を一例に挙げて説明するが、これに限定されることはなく、アノード２と発光層４との間に、正孔輸送層及び正孔注入層の少なくとも一方を備え、前記正孔輸送層及び前記正孔注入層の少なくとも一方が、無機物を含む構成であってもよい。このような構成によれば、正孔輸送層及び正孔注入層の少なくとも一方が、無機物を含む構成であるので、発光素子１の信頼性を向上させることができる。

　発光素子１は、詳しくは後述するように、電子輸送層５から発光層４に至る経路に電子を閉じ込めるポテンシャルが深くなる領域を有する構成であるため、正孔輸送層３へオーバーフローする電子が非常に少ないので、正孔輸送層３が有機材料のみから構成されていても十分な信頼性を有する発光素子１を実現できる。正孔輸送層３を構成する有機材料としては、例えば、ポリビニルカルバゾール（ＰＶＫ）、または、ポリ［（９，９－ジオクチルフルオレニル－２，７－ジイル）－ｃｏ－（４，４’－（Ｎ－（４－ｓｅｃ－ブチルフェニル））ジフェニルアミン）］（ＴＦＢ）を挙げることができるが、これに限定されることはない。

　また、アノード２と正孔輸送層３との間に、図示していない正孔注入層を備えていてもよい。正孔注入層に用いられる材料としては、発光層４内への正孔の注入を安定化させることができる正孔注入性材料であれば特に限定されるものではない。正孔注入層としては、例えば、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳなどを用いることができる。

　さらに、正孔輸送層３と発光層４との間に、図示していないパッシベーション層を備えていてもよい。パッシベーション層としては、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３などを用いることができる。

　図１に示す発光素子１における発光層４は、量子ドット（ＱＤ）を含む。量子ドット（ＱＤ）は、最大幅が１ｎｍ以上１００ｎｍ以下のドットを意味する。量子ドットの形状は、上記最大幅を満たす範囲であればよく、特に制約されず、球形（断面円形）に限定されるものではない。例えば、断面多角形状、棒状、枝状、表面に凹凸を有していたり、またはそれらの組合せであってもよい。量子ドット（ＱＤ）を含む発光層４は、以下のようにすることで、例えば、赤色を発する発光層、緑色を発する発光層及び青色を発する発光層の何れかとすることができる。量子ドット（ＱＤ）を含む発光層４を備えた発光素子１が異なる色で発するようにするには、同一材料の異なる粒径のコアを用いて構成することができる。例えば、赤色を発する発光層には最も粒径の大きいコアを使用し、青色を発する発光層には最も粒径の小さいコアを使用し、緑色を発する発光層には、赤色を発する発光層に使用したコアの粒径と青色を発する発光層に使用したコアの粒径との間の粒径を有するコアを使用することができる。また、量子ドット（ＱＤ）を含む発光層４を備えた発光素子１が異なる色で発するようにするには、異なる材料のコアを用いて構成してもよい。

　発光層４に含まれる量子ドット（ＱＤ）は、可視光領域に発光ピーク波長を有するのであれば、その材料は特に限定されない。例えば、赤色領域、緑色領域及び青色領域の何れかに発光ピーク波長を有する半導体量子ドットであってもよく、ＺｎＳｅなどのＩＩ－ＶＩ化合物、ＩｎＰなどのＩＩＩ－Ｖ化合物、カルコゲナイド、ペロブスカイトなどのように、一般的に量子ドットに使用される材料を用いることができる。

　発光層４に含まれる量子ドット（ＱＤ）は、コア/シェル構造であることが好ましい。発光層４に含まれる量子ドット（ＱＤ）は、コアのみからなる構造であってもよいが、コア/シェル構造であることが好ましい。量子ドット（ＱＤ）がコアのみからなる構造であっても電子ｅを閉じ込めるポテンシャルが深くなる領域を作れるが、量子ドット（ＱＤ）がコアのみからなる構造である場合には、表面欠陥の不活性化が不十分であり、ポテンシャルが深くなる領域に閉じ込めた電子ｅが欠陥を介して失われることが考えられる。一方、量子ドット（ＱＤ）がコア/シェル構造である場合には、量子ドット（ＱＤ）の欠陥は十分に不活性化されており、非発光遷移で失われる電子ｅは極微量であるため、電子ｅの高い閉じ込め効果を有する。具体的には、後述するように、電子ｅを閉じ込めるポテンシャルが深くなる領域となる発光層４の第１層Ｒ１の電子ｅの閉じ込め効果を高くすることができる。コア／シェル構造とは、コアと、該コアの表面に設けられたシェルとを含む構造のことを意味する。好適には、量子ドットは、コアと、該コアの表面の少なくとも一部を覆うシェルとを有する。なお、シェルは、コア全体を被覆していることが特に望ましい。また、発光層４に含まれる量子ドット（ＱＤ）は、有機または無機リガンドを持つことが好ましい。量子ドット（ＱＤ）が、適切な有機または無機リガンドを持つことで、塗布溶媒への分散性を向上させることができる。量子ドット（ＱＤ）の粒径は、発光波長及び材料により異なるが、一般には、後述する量子閉じ込め効果が表れる程度の数ｎｍから数十ｎｍ程度であることが多い。

　図１に示す発光素子１における電子輸送層５は、量子ドット（ＱＤ）を含む発光層４のバンドを大きく曲げて、発光層４において電子を閉じ込めるポテンシャルが深くなる領域を作る。

　図２は、実施形態１の発光素子１に備えられた発光層４と電子輸送層５の概略バンド図である。なお、図２中のＥｆは、フェルミ準位である。

　図３は、実施形態１の発光素子１に備えられた発光層４と電子輸送層５とを接合した場合の概略バンド図である。

　本実施形態においては、図１に示すように、電子輸送層５は、発光層４と接している場合を一例に挙げて説明するが、これに限定されることはなく、後述する実施形態２のように、発光層４と電子輸送層５との間には、絶縁層が備えられていてもよい。量子ドット（ＱＤ）を含む発光層４が電子輸送層５と接している構成によれば、別の層を追加することなく、発光層４において電子を閉じ込めるポテンシャルが深くなる領域を作ることができる。

　本実施形態においては、図２に示すように、価電子帯上端が-５．３ｅＶであり、伝導帯下端が-３．０ｅＶである量子ドット（ＱＤ）と、伝導帯下端が-０．３ｅＶであり、価電子帯上端が-４．８ｅＶであり、バンドギャップＢｇが４．５ｅＶであるｎ型の半導体であるＺｎＳｉＮ_２を含む電子輸送層５とを用いた場合を一例に挙げて説明するが、これに限定されることはない。上述したように、量子ドット（ＱＤ）は、可視光領域に発光ピーク波長を有するのであれば、その材料は特に限定されない。電子輸送層５は、発光層４の量子ドット（ＱＤ）の伝導帯下端の真空準位との差の絶対値よりも伝導帯の下端の前記真空準位との差の絶対値が小さい材料であれば、特に限定されない。

　なお、概略バンド図の説明において、エネルギーの数字は、真空準位との差の絶対値に負を付けた数字を記載したものであり、またバンドの位置が深いまたは浅いと記載している場合は、それぞれ真空順位との差の絶対値（エネルギーの数字の絶対値）が大きいまたは小さいと言い換えることができる。さらに、真空準位と伝導帯の下端との差の絶対値は、電子親和力と言い換えることができ、また、真空準位と価電子帯の上端との差の絶対値は、イオン化ポテンシャルと言い換えることができる。

　図３に示すように、発光層４と電子輸送層５とが接合した場合、発光層４のバンドは、電子輸送層５の影響により、厚さ方向全体に大きく曲がる。これは、電子輸送層５の電子ｅの濃度が、発光層４の電子ｅ濃度より大きいためである。発光層４は、電子輸送層５と接する第１層Ｒ１と、第１層Ｒ１と接するとともに、電子輸送層５から離れている第２層Ｒ２とで構成される。電子輸送層５と接するとともに、電子を閉じ込めるポテンシャルが深くなる領域となる発光層４の第１層Ｒ１のバンドは、電子輸送層５から離れているとともに、発光する層である発光層４の第２層Ｒ２のバンドより大きく曲がっている。

　電子輸送層５から電子ｅを閉じ込めるポテンシャルが深くなる領域となる発光層４の第１層Ｒ１への電子ｅの注入は、電子ｅがポテンシャルが深くなる領域となる発光層４の第１層Ｒ１を満たした後は、ポテンシャルが深くなる領域となる発光層４の第１層Ｒ１を超えて発光層４の第２層Ｒ２に達した電子ｅの数が、電子輸送層５から発光層４の第１層Ｒ１に新たに注入される。すなわち、電子ｅがポテンシャルが深くなる領域となる発光層４の第１層Ｒ１を満たした後は、発光層４の第１層Ｒ１を出入する電子ｅの数は等しい。発光層４の第１層Ｒ１の電子密度は、１０^１５個／ｃｍ^３～１０^１６個／ｃｍ^３程度であり、電子ｅが発光層４の第１層Ｒ１からあふれるには、この電子密度の約１００倍以上の電子ｅの注入が必要であり、電子ｅを閉じ込めるポテンシャルが深くなる領域となる発光層４の第１層Ｒ１を備えた発光素子１においては、通常の駆動電圧で、発光する層である発光層４の第２層Ｒ２が電子過多となることはない。発光層４の第１層Ｒ１を超えて発光層４の第２層Ｒ２に達する電子ｅの数は、発光層４の第１層Ｒ１に閉じ込められている電子ｅの数の１/１０程度である。残りの電子ｅは、発光層４の第１層Ｒ１に留まる。なお、発光層４の第１層Ｒ１への電子ｅの注入は、薄いショットキー障壁によりトンネルによって行われる。

　電子ｅを閉じ込めるポテンシャルが深くなる領域となる発光層４の第１層Ｒ１は、発光性であっても、以下の理由から非発光化させる必要がない。図３に示すように、電子輸送層５と接するとともに、電子を閉じ込めるポテンシャルが深くなる領域となる発光層４の第１層Ｒ１のバンドは、大きく曲がっているので、アノード２から正孔輸送層３を介して、発光層４に注入された正孔ｈは、発光層４の第１層Ｒ１の価電子帯側に形成された高い障壁により、発光層４の第２層Ｒ２に閉じ込められる。以上のように、発光層４の第１層Ｒ１においては、キャリアとして、電子ｅのみが存在し、正孔ｈは存在しないので、電子ｅと正孔ｈとが再結合発光することはない。したがって、発光層４の第１層Ｒ１は、損失なく電子ｅを閉じ込めるポテンシャルが深くなる領域となる。

　発光層４の第２層Ｒ２には、アノード２から正孔輸送層３を介して、発光層４に注入された正孔ｈが閉じ込められているとともに、発光層４の第１層Ｒ１に閉じ込められている電子ｅの数の１/１０程度がオーバーフローして、供給される。したがって、発光層４の第２層Ｒ２においては、電子ｅと正孔ｈとが再結合発光する。よって、発光層４においては第２層Ｒ２のみが発光する。

　上述したように、ＱＬＥＤやＯＬＥＤの一般的な発光開始電圧である３Ｖ以下の動作条件では、電子電流密度（図２０参照）が、正孔電流密度（図２２参照）よりも、約１０倍程度大きいことから、電子ｅの数が正孔ｈの数より約１０倍多い電子過多状態で動作していることがわかる。

　本実施形態の発光素子１においては、カソード６と、カソード６に対向配置されたアノード２と、カソード６とアノード２との間に、発光層４と、カソード６と発光層４との間に、電子輸送層５と、を備えており、電子輸送層５は、ＩＩＢ（１２）族元素とＩＶＢ（１４）族元素と窒素元素を含む化合物、または、ＩＶＢ（１４）族元素とＶＩＢ（１６）族元素とホウ素元素を含む化合物を含む。上記構成によれば、電子輸送層５および発光層４が所望のバンド構造となるので、発光層４における電子ｅと正孔ｈのキャリアバランスが大きく改善され、発光効率を向上させた発光素子１を実現できる。また、発光層４におけるキャリアバランスが改善されることにより、正孔輸送層３側に流出する電子ｅの数は大きく減少するので、正孔輸送層３が有機材料で形成されていても劣化を抑制できる。さらに、正孔輸送層３を無機材料で形成すれば、より劣化を抑制できる。したがって、信頼性を向上させた発光素子１を実現できる。

　本実施形態の発光素子１は、カソード６と、カソード６に対向配置されたアノード２と、カソード６とアノード２との間に、量子ドット（ＱＤ）を含む発光層４と、カソード６と発光層４との間に、発光層４と接し、かつ、発光層４の伝導帯の下端の真空準位との差の絶対値よりも伝導帯の下端の前記真空準位との差の絶対値が小さいｎ型の半導体である電子輸送層５と、を備え、発光層４は、電子輸送層５と接する第１層Ｒ１と、第１層Ｒ１と接するとともに、電子輸送層５から離れている第２層Ｒ２とで構成され、発光層４の第２層Ｒ２のみが発光する。上記構成によれば、発光層４の第１層Ｒ１に閉じ込められている電子ｅの数の１/１０程度がオーバーフローして、発光層４の第２層Ｒ２に供給されるので、発光層４の第２層Ｒ２においては、電子ｅと正孔ｈのキャリアバランスが大きく改善され、発光効率を向上させた発光素子１を実現できる。また、このようにキャリアバランスが改善されることにより、正孔輸送層３側に流出する電子ｅの数は大きく減少するので、正孔輸送層３が有機材料で形成されていても劣化を抑制できる。さらに、正孔輸送層３を無機材料で形成すれば、より劣化を抑制できる。したがって、信頼性を向上させた発光素子１を実現できる。

　なお、発光層４の膜厚は、２０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下であることが好ましい。発光層４の膜厚を２０ｎｍ以上で形成することで、不均一発光を抑制でき、発光層４の膜厚を１００ｎｍ以下で形成することで、発光効率の低下を抑制できる。

　発光層４の第２層Ｒ２の厚さ（膜厚）は、発光層４の第１層Ｒ１の厚さと発光層４の第２層Ｒ２の厚さとを合わせた厚さである発光層４の厚さ４Ｔの半分以下であることが好ましい。量子ドット（ＱＤ）を含む発光層４の内、第２層Ｒ２の厚さは、約１０ｎｍ以上、約５０ｎｍ以下であることが好ましい。量子ドット（ＱＤ）を含む第２層Ｒ２の厚さは、量子ドット（ＱＤ）の粒径や塗布条件で厚さを制御できるが、５０ｎｍを超える厚さでは、注入された正孔ｈの拡散長より厚いため、発光効率が低下する場合がある。また、１０ｎｍより薄い厚さでは、第２層Ｒ２を発光素子１の全面に渡り均一な厚さで形成できず、不均一発光を生じる場合がある。

　本実施形態においては、発光層４の第１層Ｒ１及び発光層４の第２層Ｒ２が同一種類の量子ドット（ＱＤ）で構成されるので、発光層４を形成することで、第１層Ｒ１と第２層Ｒ２とを形成する場合を一例に挙げて説明するが、これに限定されることはない。例えば、発光層４の第１層Ｒ１と発光層４の第２層Ｒ２とは、それぞれ、異なる種類の量子ドット（ＱＤ）で構成されでもよく、この場合には、発光層４の第１層Ｒ１と発光層４の第２層Ｒ２とは、それぞれ別々の工程で所定の膜厚で形成される。なお、本実施形態のように、発光層４の第１層Ｒ１及び発光層４の第２層Ｒ２が同一種類の量子ドット（ＱＤ）で構成され、発光層４を形成することで、第１層Ｒ１と第２層Ｒ２とを形成する場合には、発光層４の全体の膜厚を制御することで、第２層Ｒ２の厚さを制御することができる。発光層４の第２層Ｒ２は発光する層であり、発光層４の第１層Ｒ１は非発光層であるので、発光層４の第１層Ｒ１及び発光層４の第２層Ｒ２が同一種類の量子ドット（ＱＤ）で構成された場合であっても、発光層４の第２層Ｒ２の厚さを測定することができる。

　図３に示すように、電子ｅを閉じ込めるポテンシャルが深くなる領域となる発光層４の第１層Ｒ１のバンドを曲げるためには、電子輸送層５は、できるだけ浅い伝導帯下端（ＣＢＭ）と高い自由電子密度とを有することが好ましい。電子輸送層５の伝導帯の下端の真空準位との差の絶対値は、０．３ｅＶより小さいことが好ましい。上記構成によれば、発光層４との接合で発光層４側に電子ｅを閉じ込めるポテンシャルが深くなる領域となる発光層４の第１層Ｒ１を形成できる。

　このような材料としては、例えば、ＩＩＢ（１２）族元素とＩＶＢ（１４）族元素と窒素元素を含む化合物を挙げることができる。電子輸送層５を形成する材料としては、例えば、ＩＩＢ（１２）族元素としてＺｎとＩＶＢ（１４）族元素と窒素元素を含む化合物と、ＩＩＢ（１２）族元素とＩＶＢ（１４）族元素としてＳｉ、Ｇｅ及びＳｎから選択される１つと窒素元素を含む化合物と、ＩＩＢ（１２）族元素とＩＶＢ（１４）族元素としてＳｉ、Ｇｅ及びＳｎから選択される２つ以上と窒素元素を含む化合物と、ＩＩＢ（１２）族元素としてＺｎとＩＶＢ（１４）族元素としてＳｉ、Ｇｅ及びＳｎから選択される１つと窒素元素を含む化合物と、ＩＩＢ（１２）族元素としてＺｎとＩＶＢ（１４）族元素としてＳｉ、Ｇｅ及びＳｎから選択される２つ以上と窒素元素を含む化合物とを好適に用いることができる。

　上述したような化合物を含む電子輸送層５を備えることで、電子輸送層５および発光層４が所望のバンド構造となる。

　図４は、実施形態１の発光素子１において、電子輸送層５として用いることができる材料の一例を説明するための図である。

　図５は、実施形態１の発光素子１において、電子輸送層５として用いることができる材料の一例のバンドギャップとウルツ鉱格子定数ａ_ｗとの関係を示す図である（出典：非特許文献［Bernard Gil：III-Nitride Semiconductors and Their Modern Devices (Series on Semiconductor Science and Technology),Oxford University Press, 2013.］）。

　図４には、ＩＩＢ（１２）族元素としてＺｎとＩＶＢ（１４）族元素と窒素元素を含む化合物の一例として、ＺｎＳｎＮ_２と、ＺｎＧｅＮ_２と、本実施形態において電子輸送層５として用いているＺｎＳｉＮ_２との概略バンド図が図示されている。

　ＩＩＢ（１２）族元素としてＺｎとＩＶＢ（１４）族元素と窒素元素を含む化合物の結晶は、六方晶型であり、ＧａＮなどの窒化物半導体のＩＩＩＢ（１３）族元素を交互にＺｎ（ＩＩＢ（１２）族）とＩＶＢ（１４）族で置き換えた構造である。ＩＩＢ（１２）族元素であるＺｎ及びＩＶＢ（１４）族元素の価電子の平均は３であり、結晶全体でみれば疑似的に窒化物と同じ構造となっている。この構造から、窒素由来の大きな電気陰性度による比較的深い価電子帯上端（ＶＢＭ）を有するとともに、ＩＶＢ（１４）族元素由来の浅い伝導帯下端（ＣＢＭ）を有する。特に、ＩＶＢ（１４）族元素由来の浅い伝導帯下端（ＣＢＭ）は、ＺｎＯなどの伝導帯下端（ＣＢＭ）と比較すると、非常に浅い。図４に示すように、ＺｎＳｎＮ_２の伝導帯下端（ＣＢＭ）は、-０．１８ｅＶであり、ＺｎＧｅＮ_２の伝導帯下端（ＣＢＭ）は、-０．２２ｅＶであり、ＺｎＳｉＮ_２の伝導帯下端（ＣＢＭ）は、-０．３ｅＶである。また、図示してないが、ＣｄＧｅＮ_２の伝導帯下端（ＣＢＭ）は、ＺｎＳｎＮ_２の伝導帯下端（ＣＢＭ）と同程度である。一方、図４に示すように、ＺｎＳｎＮ_２の価電子帯上端（ＶＢＭ）は、-１．８９ｅＶであり、ＺｎＧｅＮ_２の価電子帯上端（ＶＢＭ）は、-３．７ｅＶであり、ＺｎＳｉＮ_２の価電子帯上端（ＶＢＭ）は、-４．８ｅＶである。また、図示してないが、ＣｄＧｅＮ_２の価電子帯上端（ＶＢＭ）は、ＺｎＳｎＮ_２の価電子帯上端（ＶＢＭ）と同程度である。

　図５に示すように、ＩＩＢ（１２）族元素としてＺｎとＩＶＢ（１４）族元素としてＳｉ、Ｇｅ及びＳｎから選択される１つと窒素元素を含む化合物と、ＩＩＢ（１２）族元素としてＺｎとＩＶＢ（１４）族元素としてＳｉ、Ｇｅ及びＳｎから選択される２つ以上と窒素元素を含む化合物とは、半導体領域のバンドギャップを示す。これらの化合物は、アンドープ状態でｎ型伝導を示すことが知られており、そのキャリア密度は１０^１８個/ｃｍ^３を超え、常温で縮退に近い特性を示す特徴がある。

　このような特徴は、電子ｅを閉じ込めるポテンシャルが深くなる領域となる発光層４の第１層Ｒ１を作る上で、有することが好ましいことから、電子輸送層５は、ｎ型半導体であることが好ましい。また、電子輸送層５は、縮退半導体であることが好ましい。なお、縮退半導体とは、フェルミ準位が伝導帯内または価電子帯内にある半導体を意味する。電子輸送層５がｎ型半導体または、縮退半導体である場合には、カソード６のイオン化ポテンシャルと電子輸送層５のイオン化ポテンシャルとの差を拡大でき、両者の接合を薄いショットキー接合とすることができる。また、カソード６から、接触抵抗が小さいトンネル効果による電子の注入が可能となる。

　ＩＩＢ（１２）族元素としてＺｎとＩＶＢ（１４）族元素としてＳｉ、Ｇｅ及びＳｎから選択される１つと窒素元素を含む化合物と、ＩＩＢ（１２）族元素としてＺｎとＩＶＢ（１４）族元素としてＳｉ、Ｇｅ及びＳｎから選択される２つ以上と窒素元素を含む化合物とが、このようなキャリア密度、すなわち、高い自由電子密度を示す原因の一つとして、原子欠損により自由電子が生じていることが考えられる。典型的な場合は、窒素欠損が、例えば、１０^１７個/ｃｍ^３以上、１０^２０個/ｃｍ^３以下で生じていると考えられる。

　図４に示すように、発光層４に含まれる量子ドット（ＱＤ）の伝導帯下端（ＣＢＭ）と、電子輸送層５である、ＺｎＳｎＮ_２の伝導帯下端（ＣＢＭ）、ＺｎＧｅＮ_２の伝導帯下端（ＣＢＭ）または、ＺｎＳｉＮ_２の伝導帯下端（ＣＢＭ）との差は非常に大きい。このように伝導帯下端（ＣＢＭ）の差が大きい２層を接合した場合、伝導帯下端（ＣＢＭ）が浅くかつ縮退に近いフェルミ準位を持つ電子輸送層５から発光層４に含まれる量子ドット（ＱＤ）に電子が移動することで、伝導帯下端（ＣＢＭ）の差が大きい２層の接合体のフェルミ準位は、発光層４に含まれる量子ドット（ＱＤ）の真正に近いフェルミ準位と整合する。その結果、図３に示すように、伝導帯下端（ＣＢＭ）の差が大きい２層の接合体のバンドが大きく曲がり、自由キャリアを殆ど持たない量子ドット（ＱＤ）を含む発光層４の第１層Ｒ１にポテンシャルが深くなる領域を形成することができる。量子ドット（ＱＤ）を含む発光層４の第１層Ｒ１に形成されたこのポテンシャルが深くなる領域は、アノード２から注入された正孔ｈから見ると非常に高い障壁であるため、量子ドット（ＱＤ）を含む発光層４の第２層Ｒ２に正孔ｈを効率よく閉じ込めることができる。一方、縮退に近い電子輸送層５は、量子ドット（ＱＤ）を含む発光層４の第１層Ｒ１に近い側の限られた領域に高い障壁を形成するが、この障壁は非常に薄いため、電圧を印加した際、電子ｅは容易にトンネルすることができる。

　以上のように、量子ドット（ＱＤ）を含む発光層４と、電子輸送層５とを接合することで、電子輸送層５からの電子ｅの注入を阻害することなく、正孔輸送層３側から注入された正孔ｈに対しては、高い障壁を有する電子ｅを閉じ込めるポテンシャルが深くなる領域となる発光層４の第１層Ｒ１を形成することができる。

　以上のように、本実施形態においては、図５に示すＺｎＳｉＮ_２、ＺｎＧｅＮ_２、Ｚｎ_２ＧｅＳｎＮ_４、ＺｎＳｎＮ_２及びＣｄＧｅＮ_２などのように、電子輸送層５に含まれる化合物のＩＩＢ（１２）族元素とＩＶＢ（１４）族元素と窒素元素の比が、１：１：２である場合を一例に挙げて説明したが、これに限定されることはない。

　電子輸送層５に含まれる化合物は、化学式（１）であるＡ_ｘＤ_ｙＮ_ｚを満たせばよい。化学式（１）において、Ａは、ＩＩＢ（１２）族元素であり、Ｄは、ＩＶＢ（１４）族元素であり、Ｎは、前記窒素元素であり、ｘは、０．７５以上、１．２５以下の数値であり、ｙは、０．７５以上、１．２５以下の数値であり、ｚは、１．５以上、２．５以下の数値である。

　窒素元素の比の上限を２．５以下とした理由は、窒素元素の過剰状態（ｚ＞２．５）では、ＩＩＢ（１２）族元素の不足状態（ｘ＜０．７５）及びＩＶＢ（１４）族元素の不足状態（ｙ＜０．７５）となり、ＩＩＢ（１２）族元素の空孔及びＩＶＢ（１４）族元素の空孔が電子を補償して高抵抗化するとともに、フェルミ準位Ｅｆが真性に接近すると考えられるが、窒素元素の比の上限を２．５以下とすることでそういった問題の発生が抑制されると考えられるからである。

　一方、窒素元素の比の下限を１．５以上とした理由は、窒素元素の不足状態（ｚ＜１．５）では、ＩＩＢ（１２）族元素の過剰状態（ｘ＞１．２５）及びＩＶＢ（１４）族元素の過剰状態（ｙ＞１．２５）となり、ＩＩＢ（１２）族元素またはＩＶＢ（１４）族元素が析出すると考えられる。このように、ＩＩＢ（１２）族元素またはＩＶＢ（１４）族元素が析出した領域は、金属的な伝導となり、リークの発生または発光層４への電子ｅの注入が阻害されると考えられるが、窒素元素の比の下限を１．５以上とすることでそういった問題の発生が抑制されると考えられるからである。

　図６は、実施形態１の発光素子１が備えることができる他の電子輸送層の概略バンド図である。

　図６は、伝導帯下端が-０．１８ｅＶであり、価電子帯上端が-１．８９ｅＶであり、バンドギャップＢｇが１．７１ｅＶであるｎ型の半導体であるＺｎＳｎＮ_２を含む電子輸送層５を用いた場合の概略バンド図である。

　図６に示すように、電子輸送層５は、そのイオン化ポテンシャルＥｉの値（１．８９ｅＶ）及びその電子親和力ＥＡの値（０．１８）が発光層４に含まれる量子ドット（ＱＤ）の電子親和力ＥＡ’の値（３．０ｅＶ）より小さく、かつ、バンドギャップ（Ｂｇ＝１．７１ｅＶ）を有する。上記構成によれば、電子輸送層５および発光層４が所望のバンド構造となるので、発光層４における電子ｅと正孔ｈのキャリアバランスが大きく改善され、発光効率を向上させた発光素子を実現できる。また、発光層４におけるキャリアバランスが改善されることにより、正孔輸送層３側に流出する電子ｅの数は大きく減少するので、正孔輸送層３が有機材料で形成されていても劣化を抑制できる。さらに、正孔輸送層３を無機材料で形成すれば、より劣化を抑制できる。したがって、信頼性を向上させた発光素子を実現できる。

　電子輸送層５の電子親和力ＥＡの値は、１ｅＶ以下であることが好ましい。また、電子輸送層５のイオン化ポテンシャルＥｉの値は、２．５５ｅＶ以下であることが好ましい。このような電子輸送層５と、量子ドット（ＱＤ）を含む発光層４とを接合することで、電子輸送層５からの電子ｅの注入を阻害することなく、正孔輸送層３側から注入された正孔ｈに対しては、高い障壁を有する電子ｅを閉じ込めるポテンシャルが深くなる領域となる発光層４の第１層Ｒ１を形成することができる。

　以上では、電子輸送層５が、ＩＩＢ（１２）族元素とＩＶＢ（１４）族元素と窒素元素を含む化合物を含む場合を一例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、電子輸送層５は、ＩＶＢ（１４）族元素とＶＩＢ（１６）族元素とホウ素元素を含む化合物を含んでいてもよい。

　ＩＶＢ（１４）族元素とＶＩＢ（１６）族元素とホウ素元素を含む化合物は、最も高い電気陰性度と最も小さいイオン半径を持つＩＩＩＢ（１３）族元素であるホウ素を共通として、ＶＢ（１５）族元素を、ＩＶＢ（１４）族元素とＶＩＢ（１６）族元素で交互に置き換えた構造である。この構造から、ホウ素由来の大きな電気陰性度による比較的深い価電子帯上端（ＶＢＭ）を有するとともに、ＩＶＢ（１４）族元素由来の浅い伝導帯下端（ＣＢＭ）を有する。なお、ＶＩＢ（１６）族元素は、比較的小さいイオン半径を有するＳ、Ｓｅ及びＯから選択される１つ以上であることが好ましい。

　上述したような化合物を含む電子輸送層５を備えることで、電子輸送層５および発光層４が所望のバンド構造となるので、発光層４における電子ｅと正孔ｈのキャリアバランスが大きく改善され、発光効率を向上させた発光素子１を実現できる。また、発光層４におけるキャリアバランスが改善されることにより、正孔輸送層３側に流出する電子ｅの数は大きく減少するので、正孔輸送層３が有機材料で形成されていても劣化を抑制できる。さらに、正孔輸送層３を無機材料で形成すれば、より劣化を抑制できる。したがって、信頼性を向上させた発光素子１を実現できる。

　電子輸送層５に含まれる化合物のＩＶＢ（１４）族元素とＶＩＢ（１６）族元素とホウ素元素の比は、１：１：２であってもよいが、これに限定されることはない。

　なお、１３族（現ＩＵＰＡＣ）＝ＩＩＩＢ族（旧ＩＵＰＡＣ）＝ＩＩＩＡ族（旧ＣＡＳ）であり、１５族（現ＩＵＰＡＣ）＝ＶＢ族（旧ＩＵＰＡＣ）＝ＶＡ族（旧ＣＡＳ）である。

　電子輸送層５に含まれる化合物は、化学式（２）であるＤ_ｘＥ_ｙＢ_ｚを満たせばよい。化学式（２）において、Ｄは、ＩＶＢ（１４）族元素であり、Ｅは、ＶＩＢ（１６）族元素であり、Ｂは、ホウ素元素であり、ｘは、０．７５以上、１．２５以下の数値であり、ｙは、０．７５以上、１．２５以下の数値であり、ｚは、１．５以上、２．５以下の数値である。

　ホウ素元素の比の上限を２．５以下とした理由は、ホウ素元素の過剰状態（ｚ＞２．５）では、ＩＶＢ（１４）族元素の不足状態（ｘ＜０．７５）及びＶＩＢ（１６）族元素の不足状態（ｙ＜０．７５）となり、格子間に入るホウ素元素の増加により、金属または半金属的な電気伝導となり、リークの発生または発光層４への電子ｅの注入が阻害され、ＩＶＢ（１４）族元素の空孔及びＶＩＢ（１６）族元素の空孔が電子を補償して高抵抗化するとともに、フェルミ準位Ｅｆが真性に接近すると考えられるが、ホウ素元素の比の上限を２．５以下とすることでそういった問題の発生が抑制されると考えられるからである。

　一方、ホウ素元素の比の下限を１．５以上とした理由は、ホウ素元素の不足状態（ｚ＜１．５）では、ＩＶＢ（１４）族元素の過剰状態（ｘ＞１．２５）及びＶＩＢ（１６）族元素の過剰状態（ｙ＞１．２５）となり、ＩＶＢ（１４）族元素またはＶＩＢ（１６）族元素が析出すると考えられる。このように、ＩＶＢ（１４）族元素またはＶＩＢ（１６）族元素が析出した領域は、金属的な伝導となり、リークの発生または発光層４への電子ｅの注入が阻害されると考えられるが、ホウ素元素の比の下限を１．５以上とすることでそういった問題の発生が抑制されると考えられるからである。

　以上のようなＩＶＢ（１４）族元素とＶＩＢ（１６）族元素とホウ素元素を含む化合物を含む電子輸送層５と、量子ドット（ＱＤ）を含む発光層４とを接合することで、電子輸送層５からの電子ｅの注入を阻害することなく、正孔輸送層３側から注入された正孔ｈに対しては、高い障壁を有する電子ｅを閉じ込めるポテンシャルが深くなる領域となる発光層４の第１層Ｒ１を形成することができる。

　また、カソード６と電子輸送層５との間に、図示していない電子注入層を備えていてもよい。電子注入層に用いられる材料としては、発光層４内への電子の注入を安定化させることができる電子注入性材料であれば特に限定されるものではない。電子注入層としては、例えば、アルミニウム、ストロンチウム、カルシウム、リチウム、セシウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化ストロンチウム、酸化リチウム、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、フッ化ストロンチウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、フッ化セシウム、ポリメチルメタクリレートポリスチレンスルホン酸ナトリウムなどのようなアルカリ金属またはアルカリ土類金属、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の酸化物、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のフッ化物、アルカリ金属の有機錯体などを用いることができる。

　図示していない正孔注入層、正孔輸送層３、電子輸送層５及び図示していない電子注入層の形成方法としては、例えば、蒸着法、印刷法、インクジェット法、スピンコート法、キャスティング法、ディッピング法、バーコート法、ブレードコート法、ロールコート法、グラビアコート法、フレキソ印刷法、スプレーコート法、フォトリソグラフィー法、もしくは自己組織化法（交互吸着法、自己組織化単分子膜法）などを挙げることができるが、これに限定されない。中でも、蒸着法、スピンコート法、インクジェット法、もしくは、フォトリソグラフィー法を用いることが好ましい。

　量子ドット（ＱＤ）を含む発光層４の形成方法としては、例えば、量子ドット（ＱＤ）を溶媒に分散させたコロイド溶液を、例えば、スピン塗布して形成してもよく、インクジェット法により形成してもよい。また、量子ドット（ＱＤ）をレジストに分散させてフォトリソグラフィー法によりパターニングすることもできる。

　本実施形態の発光素子１は、カソード６と発光層４との間に、電子輸送層５を備えており、電子輸送層５は、ＩＩＢ（１２）族元素とＩＶＢ（１４）族元素と窒素元素を含む化合物、または、ＩＶＢ（１４）族元素とＶＩＢ（１６）族元素とホウ素元素を含む化合物を含む。前記化合物を含む電子輸送層５は、非常に浅い伝導帯下端と前記伝導帯下端に近いフェルミ準位とを有し、高い自由電子密度を有する。このような電子輸送層５を用いることで、電子輸送層５から発光層４に至る経路に電子ｅを閉じ込めるポテンシャルが深くなる領域となる発光層４の第１層Ｒ１を形成することができる。電子輸送層５から注入された電子ｅは、前記ポテンシャルが深くなる領域の非常に浅い伝導帯下端が形成する高い障壁により前記ポテンシャルが深くなる領域に蓄積され、高エネルギーを持つ一部の電子ｅのみが発光層４の第２層Ｒ２へとオーバーフローし注入されるので、前記ポテンシャルが深くなる領域から発光層４の第２層Ｒ２への電子ｅの注入を抑制できる。

　一方、アノード２側から発光層４の第２層Ｒ２へ注入された正孔ｈは、前記ポテンシャルが深くなる領域の価電子帯上端が形成する高い障壁により発光層４の第２層Ｒ２に閉じ込められる。

　以上のように、アノード２側から発光層４の第２層Ｒ２へ注入された正孔ｈを、発光層４の第２層Ｒ２に閉じ込めた状態で、電子輸送層５から発光層４の第１層Ｒ１に注入された電子ｅのうち、高エネルギーを持つ一部の電子ｅのみを発光層４の第２層Ｒ２へ注入することで、発光する発光層４の第２層Ｒ２において電子ｅと正孔ｈのキャリアバランスを改善することができ、高い発光効率を有する発光素子１を実現できる。

　なお、本実施形態においては、電子ｅを閉じ込めるポテンシャルが深くなる領域となる発光層４の第１層Ｒ１を、電子輸送層５と、電子輸送層５が有する伝導帯下端及びフェルミ準位とこれらの値が著しく異なる量子ドット（ＱＤ）を含む発光層４とを、直接接するように形成することで、形成したが、これに限定されることはない。

　図７は、実施形態１の発光素子１の素子特性を説明するための図である。

　図７において、実線は、発光素子１の素子特性を示しており、点線は、発光素子１の電子輸送層５の代わりに電子輸送層としてＺｎＯを備えた比較例の発光素子の素子特性を示している。電流（Ｉ）と、ＥＱＥ（外部量子効率）との関係から、発光素子１においては、比較例の発光素子と比較して、同一電流値におけるＥＱＥの値が高くなっているとともに、ピークＥＱＥがより低電流で実現されている。したがって、比較例の発光素子と比較して、発光素子１は高い発光効率を有する。また、電流（Ｉ）と、輝度（Ｌ）との関係から、発光素子１においては、比較例の発光素子と比較して、Ｉ－Ｌ発光開始電流を下げることと、Ｉ－Ｌ傾きの急峻化とを実現している。さらに、電流（Ｉ）と、電圧（Ｖ）との関係から、発光素子１においては、比較例の発光素子と比較して、Ｖ－Ｉ立ち上がり電圧を下げることと、Ｉ－Ｖ傾きの急峻化を抑えることで駆動電圧の低下とを実現している。

　〔実施形態２〕
　次に、図８に基づき、本発明の実施形態２について説明する。本実施形態の発光素子１’は、発光層４と電子輸送層５との間に、膜厚が５ｎｍ以下の絶縁層８が備えられ、電子輸送層５と絶縁層８とが接しているとともに、絶縁層８と発光層４とが接している点において、実施形態１で説明した発光素子１とは異なる。その他については実施形態１において説明したとおりである。説明の便宜上、実施形態１の図面に示した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付し、その説明を省略する。

　図８は、実施形態２の発光素子１’の概略的な構成を示す断面図である。

　図８に示すように、発光素子１’においては、発光層４と電子輸送層５との間に、膜厚が５ｎｍ以下の絶縁層８が挟まれており、電子輸送層５と絶縁層８とが接しているとともに、絶縁層８と発光層４とが接している。絶縁層８の膜厚は、電子ｅがトンネルできる程度の厚さでなければならず、本実施形態においては、Ａｌ_２Ｏ_３を膜厚５ｎｍとなるように形成したが、これに限定されることはない。発光層４と電子輸送層５との間に、絶縁層８を設けることで、絶縁層８と接する電子輸送層５の界面及び絶縁層８と接する発光層４の界面の欠陥を不活性化することができる。

　発光素子１’に備えられた、発光層４に含まれる量子ドット（ＱＤ）の伝導帯下端（ＣＢＭ）と、電子輸送層５の伝導帯下端（ＣＢＭ）との差は非常に大きい。このように伝導帯下端（ＣＢＭ）の差が大きい２層を膜厚が５ｎｍ以下の絶縁層８を間に挟むようにして接合した場合、伝導帯下端（ＣＢＭ）が浅くかつ縮退に近いフェルミ準位を持つ電子輸送層５からの電子ｅが絶縁層８をトンネルして、発光層４に含まれる量子ドット（ＱＤ）に移動する。したがって、発光層４と絶縁層８と電子輸送層５との接合体のフェルミ準位は、発光層４に含まれる量子ドット（ＱＤ）の真正に近いフェルミ準位と整合する。その結果、発光層４と絶縁層８と電子輸送層５との接合体のバンドが大きく曲がり、自由キャリアを殆ど持たない量子ドット（ＱＤ）を含む発光層４の絶縁層８と接する第１層（図示せず）にポテンシャルが深くなる領域を形成することができる。量子ドット（ＱＤ）を含む発光層４の第１層に形成されたこのポテンシャルが深くなる領域は、アノード２から注入された正孔ｈから見ると非常に高い障壁であるため、量子ドット（ＱＤ）を含む発光層４の正孔輸送層３と接する第２層（図示せず）に正孔ｈを効率よく閉じ込めることができる。一方、縮退に近い電子輸送層５は、絶縁層８に近い側の限られた領域に高い障壁を形成するが、この障壁は非常に薄いため、電圧を印加した際、電子ｅは容易にトンネルすることができる。

　以上のように、絶縁層８を間に挟むように、量子ドット（ＱＤ）を含む発光層４と、電子輸送層５とを接合することで、電子輸送層５からの電子ｅの注入を阻害することなく、正孔輸送層３側から注入された正孔ｈに対しては、高い障壁を有する電子ｅを閉じ込めるポテンシャルが深くなる領域となる発光層４の第１層を形成することができる。

　上記構成によれば、キャリアバランスを改善し、発光効率及び信頼性を向上させた発光素子１’を実現できる。

　〔実施形態３〕
　次に、図９及び図１０に基づき、本発明の実施形態３について説明する。本実施形態の発光素子１Ｒと、発光素子１Ｇと、発光素子１Ｂとは、それぞれ異なる発光層４Ｒ・４Ｇ・４Ｂを備えているが、同一材料からなる電子輸送層５を備えている。説明の便宜上、実施形態１及び２の図面に示した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付し、その説明を省略する。

　図９は、発光素子１Ｒと、発光素子１Ｇと、発光素子１Ｂとを備えた表示装置２０の概略的な構成を示す図である。

　図１０の（ａ）は、図９に示す表示装置２０の赤色サブ画素ＲＳＰに含まれる発光素子１Ｒの概略的な構成を示す断面図であり、図１０の（ｂ）は、図９に示す表示装置２０の緑色サブ画素ＧＳＰに含まれる発光素子１Ｇの概略的な構成を示す断面図であり、図１０の（ｃ）は、図９に示す表示装置２０の青色サブ画素ＢＳＰに含まれる発光素子１Ｂの概略的な構成を示す断面図である。

　図９に示すように、表示装置２０は、額縁領域ＮＤＡと、表示領域ＤＡとを含む。表示装置２０の表示領域ＤＡは、複数の画素ＰＩＸを含み、１画素ＰＩＸは、赤色サブ画素ＲＳＰと、緑色サブ画素ＧＳＰと、青色サブ画素ＢＳＰとを含む。本実施形態においては、１画素ＰＩＸが、赤色サブ画素ＲＳＰと、緑色サブ画素ＧＳＰと、青色サブ画素ＢＳＰとで構成される場合を一例に挙げて説明するが、これに限定されることはない。例えば、１画素ＰＩＸは、赤色サブ画素ＲＳＰ、緑色サブ画素ＧＳＰ及び青色サブ画素ＢＳＰの他に、さらに他の色のサブ画素を含んでもよい。

　表示装置２０の各赤色サブ画素ＲＳＰは、図１０の（ａ）に示す発光素子１Ｒを含み、表示装置２０の各緑色サブ画素ＧＳＰは、図１０の（ｂ）に示す発光素子１Ｇを含み、表示装置２０の各青色サブ画素ＢＳＰは、図１０の（ｃ）に示す発光素子１Ｂを含む。

　発光素子１Ｒが備えた発光層４Ｒに含まれる量子ドット（ＱＤ）と、発光素子１Ｇが備えた発光層４Ｇに含まれる量子ドット（ＱＤ）と、発光素子１Ｂが備えた発光層４Ｂに含まれる量子ドット（ＱＤ）とは、同一材料の異なる粒径のコアを用いて構成することができる。例えば、赤色を発する発光層４Ｒには最も粒径の大きいコアを使用し、青色を発する発光層４Ｂには最も粒径の小さいコアを使用し、緑色を発する発光層４Ｇには、赤色を発する発光層４Ｒに使用したコアの粒径と青色を発する発光層４Ｂに使用したコアの粒径との間の粒径を有するコアを使用することができる。

　また、発光素子１Ｒが備えた発光層４Ｒに含まれる量子ドット（ＱＤ）と、発光素子１Ｇが備えた発光層４Ｇに含まれる量子ドット（ＱＤ）と、発光素子１Ｂが備えた発光層４Ｂに含まれる量子ドット（ＱＤ）とは、それぞれ、異なる材料のコアを用いて構成してもよい。

　本実施形態においては、発光層４Ｒ、発光層４Ｇ及び発光層４Ｂのそれぞれが、コアとシェルを含み、かつ、可視光領域に発光ピーク波長を有する量子ドット（ＱＤ）を含む場合を一例に挙げて説明するが、これに限定されることはない。例えば、発光層４Ｒ、発光層４Ｇ及び発光層４Ｂのそれぞれが備える量子ドット（ＱＤ）は、可視光領域に発光ピーク波長を有するのであれば、コア/シェル構造でなくでもよく、コアのみからなる構造であってもよい。発光層４Ｒ、発光層４Ｇ及び発光層４Ｂのそれぞれにおいて、可視光領域に発光ピーク波長を有する量子ドット（ＱＤ）がコア/シェル構造である場合には、量子ドット（ＱＤ）の欠陥は十分に不活性化されており、非発光遷移で失われる電子ｅは極微量であるため、電子ｅの高い閉じ込め効果を有する。

　発光層４Ｒ、発光層４Ｇ及び発光層４Ｂのそれぞれのバンドギャップのエネルギーの大きさは、波長（λ）が可視光領域の波長である場合に、下記式Ａによって決定されるエネルギーの大きさである。

　Ｅ＝ｈｃ／λ　　（式Ａ）
　なお、下記式Ａにおいて、Ｅはエネルギー（ｅＶ）であり、λは波長（ｎｍ）であり、ｈはプランク定数であり、ｃは光速である。

　上記構成によれば、発光層４Ｒ、発光層４Ｇ及び発光層４Ｂのそれぞれは、可視光領域に発光波長を有するとともに、これに応じたバンドギャップを有する。

　本実施形態においては、図１０の（ａ）、図１０の（ｂ）及び図１０の（ｃ）に示すように、発光素子１Ｒ、発光素子１Ｇ及び発光素子１Ｂは、それぞれ、異なる発光ピーク波長を有する発光層４Ｒ、発光層４Ｇ及び発光層４Ｂを備えているが、同一材料からなる電子輸送層５を備えている。したがって、同一材料からなる電子輸送層５による、異なる発光ピーク波長を有する発光層４Ｒ、発光層４Ｇ及び発光層４Ｂからの光の吸収を抑制するためには、同一材料からなる電子輸送層５のバンドギャップのエネルギーの大きさは、波長（λ）が４５０ｎｍである場合に、上記式Ａによって決定されるエネルギーの大きさより大きいことが好ましい。すなわち、同一材料からなる電子輸送層５のバンドギャップのエネルギーの大きさは、最もエネルギーの大きい光である発光層４Ｂからの青色の光を吸収しないように設定されることが好ましい。上記構成によれば、同一材料からなる電子輸送層５による、異なる発光ピーク波長を有する発光層４Ｒ、発光層４Ｇ及び発光層４Ｂからの光の吸収を抑制できる。

　図１０の（ａ）、図１０の（ｂ）及び図１０の（ｃ）に示すように、発光素子１Ｒ、発光素子１Ｇ及び発光素子１Ｂは、それぞれ、同一材料からなる電子輸送層５を備えている。したがって、発光素子１Ｒと、発光素子１Ｇと、発光素子１Ｂとを備えた表示装置２０の製造工程においては、電子輸送層５を、発光素子１Ｒ・１Ｇ・１Ｂ毎に、別工程で形成する必要がなく、全ての発光素子１Ｒ・１Ｇ・１Ｂに対して、共通する工程で形成できるので、表示装置２０の製造工程数を減らすことができる。

　以上のように、本実施形態においては、発光素子１Ｒ、発光素子１Ｇ及び発光素子１Ｂが、それぞれ、同一材料からなる電子輸送層５を備えている場合を一例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、後述する実施形態５のように、各発光素子は、それぞれ異なる材料からなる電子輸送層５を備えていてもよい。

　〔実施形態４〕
　次に、図１１から図１３に基づき、本発明の実施形態４について説明する。本実施形態の発光素子１ａは、電子輸送層５ａに含まれるＩＶＢ（１４）族元素が、Ｓｉ、Ｇｅ及びＳｎから選択される２つ以上を含む点において、実施形態１から３で説明した発光素子とは異なる。その他については実施形態１から３において説明したとおりである。説明の便宜上、実施形態１から３の図面に示した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付し、その説明を省略する。

　図１１は、発光素子１ａの概略的な構成を示す断面図である。

　図１１に示すように、発光素子１ａは、発光層４とカソード６との間に、電子輸送層５ａを備えている。

　図１２及び図１３は、発光素子１ａに備えられた電子輸送層５ａを説明するための図である（出典：非特許文献［Bernard Gil：III-Nitride Semiconductors and Their Modern Devices (Series on Semiconductor Science and Technology),Oxford University Press, 2013.］）。

　図１２は、ＺｎＧｅ_１－ｘＳｎ_ｘＮ_２におけるＳｎの組成比（ｘ値）と、バンドギャップとの関係を示す図である。

　図１２に示すように、電子輸送層５ａが、例えば、ＩＩＢ（１２）族元素とＩＶＢ（１４）族元素と窒素元素を含む化合物を含み、かつ、前記ＩＶＢ（１４）族元素が、Ｇｅ及びＳｎを含む場合、前記化合物において、Ｓｎの比が高くなる程（Ｇｅの比が低くなる程）、バンドギャップは狭くなる。電子輸送層５ａは、Ｓｎの比が高くなる程（Ｇｅの比が低くなる程）、バンドギャップは狭くなるが、伝導帯下端（ＣＢＭ）は殆ど変化せず、自由電子密度も高いため、電子輸送層５ａを用いた場合、電子輸送層５ａから発光層４に至る経路に電子ｅを閉じ込めるポテンシャルが深くなる領域を形成できるという効果面では、実施形態１で既に説明した電子輸送層５を用いた場合とほぼ変わらない。

　図１３は、ＺｎＳｉ_ｘＧｅ_１－ｘＮ_２及びＺｎＳｉ_ｘＳｎ_１－ｘＮ_２にけるＳｉの組成比（ｘ値）と、バンドギャップとの関係を示す図である。なお、図１３には、ダイレクトギャップ（direct gap）及びインダイレクトギャップ（indirect gap）のそれぞれを示している。

　図１３に示すように、電子輸送層５ａが、例えば、ＩＩＢ（１２）族元素とＩＶＢ（１４）族元素と窒素元素を含む化合物を含み、かつ、前記ＩＶＢ（１４）族元素が、Ｓｉ及びＧｅを含む場合、または、Ｓｉ及びＳｎを含む場合、前記化合物において、Ｓｉの比が高くなる程、バンドギャップは広くなる。電子輸送層５ａは、Ｓｉの比が高くなる程、バンドギャップは広くなるが、伝導帯下端（ＣＢＭ）は殆ど変化せず、自由電子密度も高いため、電子輸送層５ａを用いた場合、電子輸送層５ａから発光層４に至る経路に電子ｅを閉じ込めるポテンシャルが深くなる領域を形成できるという効果面では、実施形態１で既に説明した電子輸送層５を用いた場合とほぼ変わらない。

　以上のように、電子輸送層５ａとして、ＩＶＢ（１４）族元素が混晶である化合物を用いることで、電子輸送層５ａのバンドギャップを比較的容易に制御することができる。

　本実施形態においては、電子輸送層５ａが、ＩＩＢ（１２）族元素とＩＶＢ（１４）族元素と窒素元素を含む化合物を含み、電子輸送層５ａに含まれるＩＶＢ（１４）族元素が、Ｓｉ、Ｇｅ及びＳｎから選択される２つ以上を含む場合を一例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、電子輸送層５ａは、ＩＶＢ（１４）族元素とＶＩＢ（１６）族元素とホウ素元素を含み、電子輸送層５ａに含まれるＶＩＢ（１６）族元素は、Ｓ、Ｓｅ及びＯから選択される２つ以上を含んでいてもよい。

　〔実施形態５〕
　次に、図９及び図１４に基づき、本発明の実施形態５について説明する。本実施形態の発光素子１Ｒ’と、発光素子１Ｇ’と、発光素子１Ｂ’とは、それぞれ異なる発光層４Ｒ・４Ｇ・４Ｂを備えているとともに、それぞれ異なる電子輸送層５Ｒ・５Ｇ・５Ｂを備えている点において、実施形態３で説明した発光素子１Ｒ・１Ｇ・１Ｂとは異なる。その他については実施形態３において説明したとおりである。説明の便宜上、実施形態３の図面に示した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付し、その説明を省略する。

　図１４の（ａ）は、図９に示す表示装置２０の赤色サブ画素ＲＳＰに含まれる発光素子１Ｒ’の概略的な構成を示す断面図であり、図１４の（ｂ）は、図９に示す表示装置２０の緑色サブ画素ＧＳＰに含まれる発光素子１Ｇ’の概略的な構成を示す断面図であり、図１４の（ｃ）は、図９に示す表示装置２０の青色サブ画素ＢＳＰに含まれる発光素子１Ｂ’の概略的な構成を示す断面図である。

　図１４の（ａ）に示す発光素子１Ｒ’は、赤色領域に発光ピーク波長を有する発光層４Ｒを備えており、電子輸送層５Ｒは、ＺｎＳｎＮ_２（例えば、バンドギャップが１．７１ｅＶ）を含む。

　図１４の（ｂ）に示す発光素子１Ｇ’は、緑色領域に発光ピーク波長を有する発光層４Ｇを備えており、電子輸送層５Ｇは、ＺｎＧｅＮ_２（例えば、バンドギャップが３．４８ｅＶ）を含む。

　図１４の（ｃ）に示す発光素子１Ｂ’は、青色領域に発光ピーク波長を有する発光層４Ｂを備えており、電子輸送層５Ｂは、ＺｎＳｉＮ_２（例えば、バンドギャップが４．５ｅＶ）を含む。

　本実施形態においては、電子輸送層５ＲがＺｎＳｎＮ_２で、電子輸送層５ＧがＺｎＧｅＮ_２で、電子輸送層５ＢがＺｎＳｉＮ_２で、それぞれ形成されている場合を一例に挙げて説明したが、これに限定されることはない。電子輸送層５Ｒ、電子輸送層５Ｇ及び電子輸送層５Ｂは、これらのバンドギャップのエネルギーの大きさが、波長（λ）が７６０ｎｍである場合に、上記式Ａによって決定されるエネルギーの大きさ（１．６３ｅＶ）より大きい材料の中で、適宜選択することができる。

　以上のように、発光素子１Ｒ’・１Ｇ’・１Ｂ’のそれぞれにおいては、発光層４Ｒ・４Ｇ・４Ｂの発光ピーク波長に最適な電子輸送層５Ｒ・５Ｇ・５Ｂを備えることで、電子輸送層５Ｒ・５Ｇ・５Ｂによる発光層４Ｒ・４Ｇ・４Ｂからの光の吸収をさらに抑制することができる。

　〔実施形態６〕
　次に、図１５に基づき、本発明の実施形態６について説明する。本実施形態の発光素子１ｂは、電子輸送層５’として、発光層４側から、第１電子輸送層５ｂと、第２電子輸送層５ｃと、第３電子輸送層５ｄとを、この順に含み、第３電子輸送層５ｄの電子親和力の値は、第２電子輸送層５ｃの電子親和力の値より小さく、第２電子輸送層５ｃの電子親和力の値は、第１電子輸送層５ｂの電子親和力の値より小さい点において、実施形態１から５で説明した発光素子とは異なる。その他については実施形態１から５において説明したとおりである。説明の便宜上、実施形態１から５の図面に示した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付し、その説明を省略する。

　図１５は、発光素子１ｂの概略的な構成を示す断面図である。

　図１５に示すように、発光素子１ｂは、電子輸送層５’として、発光層４側から、第１電子輸送層５ｂと、第２電子輸送層５ｃと、第３電子輸送層５ｄとを、この順に含み、第３電子輸送層５ｄの電子親和力の値は、第２電子輸送層５ｃの電子親和力の値より小さく、第２電子輸送層５ｃの電子親和力の値は、第１電子輸送層５ｂの電子親和力の値より小さい。

　本実施形態においては、第３電子輸送層５ｄをＺｎＳｎＮ_２（例えば、電子親和力＝０．１８ｅＶ）で、第２電子輸送層５ｃをＺｎＧｅＮ_２（例えば、電子親和力＝０．２２ｅＶ）で、第１電子輸送層５ｂをＺｎＳｉＮ_２（例えば、電子親和力＝０．３ｅＶ）で、それぞれ形成した場合を一例に挙げて説明するが、これに限定されることはない。

　発光素子１ｂによれば、カソード６から注入される電子に対する障壁が、第３電子輸送層５ｄ、第２電子輸送層５ｃ及び第１電子輸送層５ｂにおいて、階段状なっており、発光素子１ｂの駆動電圧を低減できる。

　本実施形態においては、電子輸送層５’として、第１電子輸送層５ｂと、第２電子輸送層５ｃと、第３電子輸送層５ｄとが、積層されている場合を一例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、電子輸送層５’は、発光層４側から、第１電子輸送層５ｂと、第２電子輸送層５ｃとを、この順に含み、第２電子輸送層５ｃの電子親和力の値は、第１電子輸送層５ｂの電子親和力の値より小さい構成であってもよい。このような構成の場合、例えば、第１電子輸送層５ｂをＺｎＳｉＮ_２で第２電子輸送層５ｃをＺｎＧｅＮ_２または、ＺｎＳｎＮ_２で、それぞれ形成してもよく、第１電子輸送層５ｂをＺｎＧｅＮ_２で第２電子輸送層５ｃをＺｎＳｎＮ_２で、それぞれ形成してもよい。

　〔実施形態７〕
　次に、図１６及び図１７に基づき、本発明の実施形態７について説明する。本実施形態の発光素子１ｃは、発光層４’として、量子ドット（ＱＤ）を含まない有機材料からなる発光層を備えているとともに、発光層４’と電子輸送層５との間に、量子ドット（ＱＤ）を含む量子ドット層７を備えている点において、実施形態１から６で説明した発光素子とは異なる。その他については実施形態１から６において説明したとおりである。説明の便宜上、実施形態１から６の図面に示した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付し、その説明を省略する。

　図１６は、発光素子１ｃの概略的な構成を示す断面図である。

　図１６に示すように、発光素子１ｃは、発光層４’として、量子ドット（ＱＤ）を含まない有機材料からなる発光層を備えているとともに、発光層４’と電子輸送層５との間に、量子ドット（ＱＤ）を含む量子ドット層７を備えている。電子輸送層５と量子ドット層７とは接しているとともに、量子ドット層７と発光層４’とも接している。

　なお、発光層４’の膜厚と量子ドット層７の膜厚とを合わせた膜厚は、２０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下であることが好ましい。発光層４’の膜厚と量子ドット層７の膜厚とを合わせた膜厚を２０ｎｍ以上で形成することで、不均一発光を抑制でき、発光層４’の膜厚と量子ドット層７の膜厚とを合わせた膜厚を１００ｎｍ以下で形成することで、発光効率の低下を抑制できる。

　図１７の（ａ）は、量子ドット層７及び発光層４’の非接合時の概略バンド図であり、図１７の（ｂ）は、量子ドット層７及び発光層４’の接合時の概略バンド図であり、図１７の（ｃ）は、量子ドット層７及び発光層４’の電圧印加時の概略バンド図である。

　図１７の（ｃ）に示すように、発光素子１ｃにおいては、量子ドット層７に、実施形態１で上述した電子ｅを閉じ込めるポテンシャルが深くなる領域が形成される。このように、電子ｅを閉じ込めるポテンシャルが深くなる領域を形成できる理由は、量子ドット層７の伝導帯下端（ＣＢＭ）が、発光層４’のＬＵＭＯより低く、発光層４’のＬＵＭＯは、電子輸送層５側から量子ドット層７に注入された電子ｅに対しては、高い障壁となるからである。

　また、量子ドット層７の価電子帯上端（ＶＢＭ）は、発光層４’のＨＯＭＯより低く、正孔輸送層３側から注入された発光層４’内の正孔ｈに対しては、量子ドット層７の価電子帯上端（ＶＢＭ）は高い障壁となるので、発光層４’内の正孔ｈを発光層４’内に閉じ込めることができる。

　なお、量子ドット層７と電子輸送層５とが接合した場合、量子ドット層７のバンドは、電子輸送層５の影響により、厚さ方向全体に大きく曲がる。これは、電子輸送層５の電子ｅの濃度が、量子ドット層７の電子ｅ濃度より大きいためである。伝導帯下端（ＣＢＭ）が浅くかつ縮退に近いフェルミ準位を持つ電子輸送層５は、量子ドット層７に近い側の限られた領域に高い障壁を形成するが、この障壁は非常に薄いため、電圧を印加した際、電子ｅは容易にトンネルすることができる。

　量子ドット層７に形成された電子ｅを閉じ込めるポテンシャルが深くなる領域においては、キャリアとして、電子ｅのみが存在し、正孔ｈは存在しないので、電子ｅと正孔ｈとが再結合発光することはない。したがって、量子ドット層７は、損失なく電子ｅを閉じ込めるポテンシャルが深くなる領域となる。

　発光層４’には、アノード２から正孔輸送層３を介して、発光層４’に注入された正孔ｈが閉じ込められているとともに、量子ドット層７に形成された電子ｅを閉じ込めるポテンシャルが深くなる領域に閉じ込められている電子ｅの数の１/１０程度がオーバーフローして、供給される。したがって、発光層４’においては、電子ｅと正孔ｈとが再結合発光する。

　以上のように、本実施形態の発光素子１ｃにおいては、量子ドット層７に形成された電子ｅを閉じ込めるポテンシャルが深くなる領域に閉じ込められている電子ｅの数の１/１０程度がオーバーフローして、発光層４’に供給されるので、発光層４’においては、電子ｅと正孔ｈのキャリアバランスが大きく改善され、発光効率を向上させた発光素子１ｃを実現できる。また、このようにキャリアバランスが改善されることにより、正孔輸送層３側に流出する電子ｅの数は大きく減少するので、正孔輸送層３が有機材料で形成されていても劣化を抑制できる。さらに、正孔輸送層３を無機材料で形成すれば、より劣化を抑制できる。したがって、信頼性を向上させた発光素子１ｃを実現できる。

　図１７の（ｄ）は、量子ドット層１０７及び発光層１０４の非接合時の概略バンド図であり、図１７の（ｅ）は、量子ドット層１０７及び発光層１０４の接合時の概略バンド図であり、図１７の（ｆ）は、量子ドット層１０７及び発光層１０４の電圧印加時の概略バンド図である。

　量子ドット層１０７の伝導帯下端（ＣＢＭ）が発光層１０４のＬＵＭＯより高く、量子ドット層１０７の価電子帯上端（ＶＢＭ）が発光層１０４のＨＯＭＯより高い場合には、図１７の（ｆ）に示すように、電子ｅを閉じ込めるポテンシャルが深くなる領域を形成できず、電子ｅと正孔ｈが発光層１０４の厚さ方向に空間分離して発光効率を向上できない可能性がある。

　図１７の（ｇ）は、量子ドット層１０７及び発光層１０４の非接合時の概略バンド図であり、図１７の（ｈ）は、量子ドット層１０７及び発光層１０４の接合時の概略バンド図であり、図１７の（ｉ）は、量子ドット層１０７及び発光層１０４の電圧印加時の概略バンド図である。

　量子ドット層１０７の伝導帯下端（ＣＢＭ）が発光層１０４のＬＵＭＯと同じ準位であり、量子ドット層１０７の価電子帯上端（ＶＢＭ）が発光層１０４のＨＯＭＯと同じ準位である場合には、図１７の（ｉ）に示すように、準位のシフトが生じず、電子ｅを閉じ込めるポテンシャルが深くなる領域を形成できないので、発光効率を向上できない可能性がある。

　以上のように、本実施形態においては、発光層４’が量子ドット（ＱＤ）を含まない有機材料からなる発光層である場合を一例に挙げて説明したが、発光層４’が第１量子ドット（ＱＤ）を含む場合でも、発光層４’とは別に、第２量子ドット（ＱＤ）を含む量子ドット層７を設けてもよい。この場合においては、量子ドット層７に含まれる第２量子ドット（ＱＤ）と、発光層４’含まれる第１量子ドット（ＱＤ）とは、同一種類の量子ドットであってもよく、異なる種類の量子ドットであってもよい。

　〔まとめ〕
　〔態様１〕
　カソードと、
　前記カソードに対向配置されたアノードと、
　前記カソードと前記アノードとの間に、発光層と、
　前記カソードと前記発光層との間に、ＩＩＢ（１２）族元素とＩＶＢ（１４）族元素と窒素元素を含む化合物、または、前記ＩＶＢ（１４）族元素とＶＩＢ（１６）族元素とホウ素元素を含む化合物を含む電子輸送層と、を備えている、発光素子。

　〔態様２〕
　前記電子輸送層は、前記ＩＩＢ（１２）族元素と前記ＩＶＢ（１４）族元素と前記窒素元素を含む前記化合物を含み、
　前記化合物は、化学式であるＡ_ｘＤ_ｙＮ_ｚを満たし、
　前記Ａは、前記ＩＩＢ（１２）族元素であり、
　前記Ｄは、前記ＩＶＢ（１４）族元素であり、
　前記Ｎは、前記窒素元素であり、
　前記ｘは、０．７５以上、１．２５以下の数値であり、
　前記ｙは、０．７５以上、１．２５以下の数値であり、
　前記ｚは、１．５以上、２．５以下の数値である、態様１に記載の発光素子。

　〔態様３〕
　前記電子輸送層は、前記ＩＩＢ（１２）族元素と前記ＩＶＢ（１４）族元素と前記窒素元素を含む前記化合物を含み、
　前記ＩＩＢ（１２）族元素は、Ｚｎである、態様１または２に記載の発光素子。

　〔態様４〕
　前記電子輸送層は、前記ＩＶＢ（１４）族元素と前記ＶＩＢ（１６）族元素と前記ホウ素元素を含む前記化合物を含み、
　前記化合物は、化学式であるＤ_ｘＥ_ｙＢ_ｚを満たし、
　前記Ｄは、前記ＩＶＢ（１４）族元素であり、
　前記Ｅは、前記ＶＩＢ（１６）族元素であり、
　前記Ｂは、前記ホウ素元素であり、
　前記ｘは、０．７５以上、１．２５以下の数値であり、
　前記ｙは、０．７５以上、１．２５以下の数値であり、
　前記ｚは、１．５以上、２．５以下の数値である、態様１に記載の発光素子。

　〔態様５〕
　前記電子輸送層は、前記ＩＶＢ（１４）族元素と前記ＶＩＢ（１６）族元素と前記ホウ素元素を含む前記化合物を含み、
　前記ＶＩＢ（１６）族元素は、Ｓ、Ｓｅ及びＯから選択される１つ以上である、態様１または４に記載の発光素子。

　〔態様６〕
　前記ＩＶＢ（１４）族元素は、Ｓｉ、Ｇｅ及びＳｎから選択される１つである、態様１から５の何れかに記載の発光素子。

　〔態様７〕
　前記ＩＶＢ（１４）族元素は、Ｓｉ、Ｇｅ及びＳｎから選択される２つ以上を含む、態様１から５の何れかに記載の発光素子。

　〔態様８〕
　前記電子輸送層は、ｎ型半導体である、態様１から７の何れかに記載の発光素子。

　〔態様９〕
　前記電子輸送層は、縮退半導体である、態様１から８の何れかに記載の発光素子。

　〔態様１０〕
　前記発光層は、第１量子ドットを含む、態様１から９の何れかに記載の発光素子。

　〔態様１１〕
　前記発光層は、第１量子ドットを含み、
　前記電子輸送層と、前記発光層とは、接している、態様１から９の何れかに記載の発光素子。

　〔態様１２〕
　前記発光層は、第１量子ドットを含み、
　前記電子輸送層と前記発光層との間には、膜厚が５ｎｍ以下の絶縁層が備えられ、
　前記電子輸送層と前記絶縁層とが接しているとともに、前記絶縁層と前記発光層とが接している、態様１から９の何れかに記載の発光素子。

　〔態様１３〕
　前記電子輸送層と前記発光層との間に、第２量子ドットを含む量子ドット層を備え、
　前記電子輸送層と前記量子ドット層とが接しているとともに、前記量子ドット層と前記発光層とが接している、態様１から１０の何れかに記載の発光素子。

　〔態様１４〕
　前記各量子ドットは、それぞれ、コアとシェルを含み、かつ、可視光領域に発光ピーク波長を有する、態様１０から１３の何れかに記載の発光素子。

　〔態様１５〕
　カソードと、
　前記カソードに対向配置されたアノードと、
　前記カソードと前記アノードとの間に、量子ドットを含む発光層と、
　前記カソードと前記発光層との間に、前記発光層と接し、かつ、前記発光層の伝導帯の下端の真空準位との差の絶対値よりも伝導帯の下端の前記真空準位との差の絶対値が小さいｎ型の半導体である電子輸送層と、を備え、
　前記発光層は、前記電子輸送層と接する第１層と、前記第１層と接するとともに、前記電子輸送層から離れている第２層とで構成され、
　前記発光層の前記第２層のみが発光する、発光素子。

　〔態様１６〕
　前記発光層の前記第２層の厚さは、前記発光層の厚さの半分以下である、態様１５に記載の発光素子。

　〔態様１７〕
　カソードと、
　前記カソードに対向配置されたアノードと、
　前記カソードと前記アノードとの間に、発光層と、
　前記カソードと前記発光層との間に、電子輸送層と、を備え、
　前記電子輸送層は、そのイオン化ポテンシャルの値及びその電子親和力の値が前記発光層の電子親和力の値より小さく、かつ、バンドギャップを有する、発光素子。

　〔態様１８〕
　前記電子輸送層の前記電子親和力の値は、１ｅＶ以下である、態様１７に記載の発光素子。

　〔態様１９〕
　前記電子輸送層の前記イオン化ポテンシャルの値は、２．５５ｅＶ以下である、態様１７または１８に記載の発光素子。

　〔態様２０〕
　前記発光層は、量子ドットを含み、
　前記量子ドットは、コアとシェルを含み、かつ、可視光領域に発光ピーク波長を有する、態様１５から１９の何れかに記載の発光素子。

　〔態様２１〕
　前記電子輸送層の前記バンドギャップのエネルギーの大きさは、波長（λ）が７６０ｎｍである場合に、下記式Ａ（下記式Ａにおいて、Ｅはエネルギー（ｅＶ）であり、λは波長（ｎｍ）であり、ｈはプランク定数であり、ｃは光速である）によって決定されるエネルギーの大きさより大きい、態様１７から２０の何れかに記載の発光素子。

　Ｅ＝ｈｃ／λ　　（式Ａ）
　〔態様２２〕
　前記電子輸送層の前記バンドギャップのエネルギーの大きさは、波長（λ）が４５０ｎｍである場合に、上記式Ａによって決定されるエネルギーの大きさより大きい、態様２１に記載の発光素子。

　〔態様２３〕
　前記発光層のバンドギャップのエネルギーの大きさは、波長（λ）が可視光領域の波長である場合に、下記式Ａ（下記式Ａにおいて、Ｅはエネルギー（ｅＶ）であり、λは波長（ｎｍ）であり、ｈはプランク定数であり、ｃは光速である）によって決定されるエネルギーの大きさである、態様１７から２２の何れかに記載の発光素子。

　Ｅ＝ｈｃ／λ　　（式Ａ）
　〔態様２４〕
　前記発光層の膜厚と前記量子ドット層の膜厚とを、合わせた膜厚は、２０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下である、態様１３に記載の発光素子。

　〔態様２５〕
　前記発光層の膜厚は、２０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下である、態様１０～１２、１５、１６、２０の何れかに記載の発光素子。

　〔態様２６〕
　前記電子輸送層の伝導帯の下端の真空準位との差の絶対値は、０．３ｅＶより小さい、態様１から２５の何れかに記載の発光素子。

　〔態様２７〕
　前記発光層は、赤色領域に発光ピーク波長を有し、
　前記電子輸送層は、ＺｎＳｎＮ_２を含む、態様１～３、１５～２３の何れかに記載の発光素子。

　〔態様２８〕
　前記発光層は、緑色領域に発光ピーク波長を有し、
　前記電子輸送層は、ＺｎＧｅＮ_２を含む、態様１～３、１５～２３の何れかに記載の発光素子。

　〔態様２９〕
　前記発光層は、青色領域に発光ピーク波長を有し、
　前記電子輸送層は、ＺｎＳｉＮ_２を含む、態様１～３、１５～２３の何れかに記載の発光素子。

　〔態様３０〕
　前記アノードと前記発光層との間に、正孔輸送層及び正孔注入層の少なくとも一方を備え、
　前記正孔輸送層及び前記正孔注入層の少なくとも一方は、無機物を含む、態様１から２９の何れかに記載の発光素子。

　〔態様３１〕
　前記アノードと前記発光層との間に、前記無機物を含む前記正孔輸送層を備え、
　前記無機物は、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｌａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｌｅから選択される１種以上を含む酸化物である、態様３０に記載の発光素子。

　〔態様３２〕
　前記アノードと前記発光層との間に、前記無機物を含む前記正孔輸送層を備え、
　前記無機物は、ＩＩ族-ＶＩ族化合物半導体または、ＩＩＩ族-Ｖ族化合物半導体である、態様３０に記載の発光素子。

　〔態様３３〕
　前記電子輸送層は、前記発光層側から、第１電子輸送層と、第２電子輸送層とを、この順に含み、
　前記第２電子輸送層の電子親和力の値は、前記第１電子輸送層の電子親和力の値より小さい、態様１から３２の何れかに記載の発光素子。

　〔付記事項〕
　本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

　本発明は、発光素子及び発光素子を備えた表示装置や照明装置などに利用することができる。

　１、１’、１ａ、１ｂ、１ｃ　発光素子
　１Ｒ、１Ｇ、１Ｂ、１Ｒ’、１Ｇ’、１Ｂ’　発光素子
　２　アノード
　３　正孔輸送層
　４、４Ｒ、４Ｇ、４Ｂ、４’　発光層
　５、５ａ、５Ｒ、５Ｇ、５Ｂ、５’　電子輸送層
　５ｂ　第１電子輸送層
　５ｃ　第２電子輸送層
　５ｄ　第３電子輸送層
　６　カソード
　７　量子ドット層
　８　絶縁層
　２０　表示装置
　ＰＩＸ　１画素
　ＲＳＰ　赤色サブ画素
　ＧＳＰ　緑色サブ画素
　ＢＳＰ　青色サブ画素
　ｈ　正孔
　ｅ　電子
　Ｒ１　発光層の第１層
　Ｒ２　発光層の第２層
　ＤＡ　表示領域
　ＮＤＡ　額縁領域
　ＥＡ、ＥＡ’　電子親和力
　Ｅｉ　イオン化ポテンシャル

Claims

　カソードと、
　前記カソードに対向配置されたアノードと、
　前記カソードと前記アノードとの間に、発光層と、
　前記カソードと前記発光層との間に、ＩＩＢ（１２）族元素とＩＶＢ（１４）族元素と窒素元素を含む化合物、または、前記ＩＶＢ（１４）族元素とＶＩＢ（１６）族元素とホウ素元素を含む化合物を含む電子輸送層と、を備えている、発光素子。
　前記電子輸送層は、前記ＩＩＢ（１２）族元素と前記ＩＶＢ（１４）族元素と前記窒素元素を含む前記化合物を含み、
　前記化合物は、化学式であるＡ_ｘＤ_ｙＮ_ｚを満たし、
　前記Ａは、前記ＩＩＢ（１２）族元素であり、
　前記Ｄは、前記ＩＶＢ（１４）族元素であり、
　前記Ｎは、前記窒素元素であり、
　前記ｘは、０．７５以上、１．２５以下の数値であり、
　前記ｙは、０．７５以上、１．２５以下の数値であり、
　前記ｚは、１．５以上、２．５以下の数値である、請求項１に記載の発光素子。
　前記電子輸送層は、前記ＩＩＢ（１２）族元素と前記ＩＶＢ（１４）族元素と前記窒素元素を含む前記化合物を含み、
　前記ＩＩＢ（１２）族元素は、Ｚｎである、請求項１または２に記載の発光素子。
　前記電子輸送層は、前記ＩＶＢ（１４）族元素と前記ＶＩＢ（１６）族元素と前記ホウ素元素を含む前記化合物を含み、
　前記化合物は、化学式であるＤ_ｘＥ_ｙＢ_ｚを満たし、
　前記Ｄは、前記ＩＶＢ（１４）族元素であり、
　前記Ｅは、前記ＶＩＢ（１６）族元素であり、
　前記Ｂは、前記ホウ素元素であり、
　前記ｘは、０．７５以上、１．２５以下の数値であり、
　前記ｙは、０．７５以上、１．２５以下の数値であり、
　前記ｚは、１．５以上、２．５以下の数値である、請求項１に記載の発光素子。
　前記電子輸送層は、前記ＩＶＢ（１４）族元素と前記ＶＩＢ（１６）族元素と前記ホウ素元素を含む前記化合物を含み、
　前記ＶＩＢ（１６）族元素は、Ｓ、Ｓｅ及びＯから選択される１つ以上である、請求項１または４に記載の発光素子。
　前記ＩＶＢ（１４）族元素は、Ｓｉ、Ｇｅ及びＳｎから選択される１つである、請求項１から５の何れか１項に記載の発光素子。
　前記ＩＶＢ（１４）族元素は、Ｓｉ、Ｇｅ及びＳｎから選択される２つ以上を含む、請求項１から５の何れか１項に記載の発光素子。
　前記電子輸送層は、ｎ型半導体である、請求項１から７の何れか１項に記載の発光素子。
　前記電子輸送層は、縮退半導体である、請求項１から８の何れか１項に記載の発光素子。
　前記発光層は、第１量子ドットを含む、請求項１から９の何れか１項に記載の発光素子。
　前記発光層は、第１量子ドットを含み、
　前記電子輸送層と、前記発光層とは、接している、請求項１から９の何れか１項に記載の発光素子。
　前記発光層は、第１量子ドットを含み、
　前記電子輸送層と前記発光層との間には、膜厚が５ｎｍ以下の絶縁層が備えられ、
　前記電子輸送層と前記絶縁層とが接しているとともに、前記絶縁層と前記発光層とが接している、請求項１から９の何れか１項に記載の発光素子。
　前記電子輸送層と前記発光層との間に、第２量子ドットを含む量子ドット層を備え、
　前記電子輸送層と前記量子ドット層とが接しているとともに、前記量子ドット層と前記発光層とが接している、請求項１から１０の何れか１項に記載の発光素子。
　前記各量子ドットは、それぞれ、コアとシェルを含み、かつ、可視光領域に発光ピーク波長を有する、請求項１０から１３の何れか１項に記載の発光素子。
　カソードと、
　前記カソードに対向配置されたアノードと、
　前記カソードと前記アノードとの間に、量子ドットを含む発光層と、
　前記カソードと前記発光層との間に、前記発光層と接し、かつ、前記発光層の伝導帯の下端の真空準位との差の絶対値よりも伝導帯の下端の前記真空準位との差の絶対値が小さいｎ型の半導体である電子輸送層と、を備え、
　前記発光層は、前記電子輸送層と接する第１層と、前記第１層と接するとともに、前記電子輸送層から離れている第２層とで構成され、
　前記発光層の前記第２層のみが発光する、発光素子。
　前記発光層の前記第２層の厚さは、前記発光層の厚さの半分以下である、請求項１５に記載の発光素子。
　カソードと、
　前記カソードに対向配置されたアノードと、
　前記カソードと前記アノードとの間に、発光層と、
　前記カソードと前記発光層との間に、電子輸送層と、を備え、
　前記電子輸送層は、そのイオン化ポテンシャルの値及びその電子親和力の値が前記発光層の電子親和力の値より小さく、かつ、バンドギャップを有する、発光素子。
　前記電子輸送層の前記電子親和力の値は、１ｅＶ以下である、請求項１７に記載の発光素子。
　前記電子輸送層の前記イオン化ポテンシャルの値は、２．５５ｅＶ以下である、請求項１７または１８に記載の発光素子。
　前記発光層は、量子ドットを含み、
　前記量子ドットは、コアとシェルを含み、かつ、可視光領域に発光ピーク波長を有する、請求項１５から１９の何れか１項に記載の発光素子。
　前記電子輸送層のバンドギャップのエネルギーの大きさは、波長（λ）が７６０ｎｍである場合に、下記式Ａ（下記式Ａにおいて、Ｅはエネルギー（ｅＶ）であり、λは波長（ｎｍ）であり、ｈはプランク定数であり、ｃは光速である）によって決定されるエネルギーの大きさより大きい、請求項１７から２０の何れか１項に記載の発光素子。
　Ｅ＝ｈｃ／λ　　（式Ａ）
　前記電子輸送層のバンドギャップのエネルギーの大きさは、波長（λ）が４５０ｎｍである場合に、上記式Ａによって決定されるエネルギーの大きさより大きい、請求項２１に記載の発光素子。
　前記発光層のバンドギャップのエネルギーの大きさは、波長（λ）が可視光領域の波長である場合に、下記式Ａ（下記式Ａにおいて、Ｅはエネルギー（ｅＶ）であり、λは波長（ｎｍ）であり、ｈはプランク定数であり、ｃは光速である）によって決定されるエネルギーの大きさである、請求項１７から２２の何れか１項に記載の発光素子。
　Ｅ＝ｈｃ／λ　　（式Ａ）
　前記発光層の膜厚と前記量子ドット層の膜厚とを、合わせた膜厚は、２０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下である、請求項１３に記載の発光素子。
　前記発光層の膜厚は、２０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下である、請求項１０～１２、１５、１６、２０の何れか１項に記載の発光素子。
　前記電子輸送層の伝導帯の下端の真空準位との差の絶対値は、０．３ｅＶより小さい、請求項１から２５の何れか１項に記載の発光素子。
　前記発光層は、赤色領域に発光ピーク波長を有し、
　前記電子輸送層は、ＺｎＳｎＮ_２を含む、請求項１～３、１５～２３の何れか１項に記載の発光素子。
　前記発光層は、緑色領域に発光ピーク波長を有し、
　前記電子輸送層は、ＺｎＧｅＮ_２を含む、請求項１～３、１５～２３の何れか１項に記載の発光素子。
　前記発光層は、青色領域に発光ピーク波長を有し、
　前記電子輸送層は、ＺｎＳｉＮ_２を含む、請求項１～３、１５～２３の何れか１項に記載の発光素子。
　前記アノードと前記発光層との間に、正孔輸送層及び正孔注入層の少なくとも一方を備え、
　前記正孔輸送層及び前記正孔注入層の少なくとも一方は、無機物を含む、請求項１から２９の何れか１項に記載の発光素子。
　前記アノードと前記発光層との間に、前記無機物を含む前記正孔輸送層を備え、
　前記無機物は、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｌａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｌｅから選択される１種以上を含む酸化物である、請求項３０に記載の発光素子。
　前記アノードと前記発光層との間に、前記無機物を含む前記正孔輸送層を備え、
　前記無機物は、ＩＩ族-ＶＩ族化合物半導体または、ＩＩＩ族-Ｖ族化合物半導体である、請求項３０に記載の発光素子。
　前記電子輸送層は、前記発光層側から、第１電子輸送層と、第２電子輸送層とを、この順に含み、
　前記第２電子輸送層の電子親和力の値は、前記第１電子輸送層の電子親和力の値より小さい、請求項１から３２の何れか１項に記載の発光素子。