量子点分散发光元件及其制造方法技术

不用外延生长方法而得到具有实用的发光特性的发光元件。本发明专利技术的量子点分散发光元件具有基板（１１）、电子注入用电极（１２）、空穴注入用电极（１４）和配置成与上述两电极接触的无机发光层（１３）；其是如下所述构成的：上述无机发光层（１３）含有双极性无机半导体材料和作为发光中心而分散于上述双极性无机半导体材料中的纳米晶体（１５），并且在与上述电子注入用电极层或空穴注入用电极层的界面上与这些电极层不具有外延关系；从而该量子点分散发光元件能够发光。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及量子点分散发光元件、其制造方法、照明装置和显示装置，特别是涉及将纳米晶体分散于双极性(ambipolar)半导体中来制造的量子点分散发光元件。
技术介绍
通常，使用pn结作为基本结构来制造发光二极管。即，使用掺杂物来制造控制成p型的半导体和控制成n型的半导体的2个半导体，使用将这两种半导体结合的结构。近年来，对于以pn结为基本结构的发光二极管，将量子点分散于pn结界面或pin结中的i层中，以实现更高的发光效率，近年来这种尝试得到了发展。例如，专利文献1提出并公开了在硅中分散有锗的量子点的发光二极管。该发光元件如图3所示，在硅中分散有锗的量子点的发光二极管的例子中，将第1外延层32层积于N+硅层31上，在其表面上形成量子点35后，覆上第2外延层33，进一步层积P+外延层，从而制成量子点分散发光二极管。保持外延关系，在衬底层31上形成各层。该发光元件是通过使量子点分散于作为间接半导体的硅中来提高发光效率的。此外，专利文献2提出了如下方法在n层上形成i层，将离子束照射于i层上来形成细孔，在细孔中填充禁带宽度较窄的半导体，然后，层积p层，从而制造pin型发光二极管。进一步，专利文献3还提出了如下方法向III-V化合物半导体表面供给与该III-V化合物半导体的V族元素不同的V族元素，在III-V化合物半导体的V族元素和所供给的V族元素之间产生置换，通过基于晶格常数不一致而产生的变形，形成量子点结构体。但是，该方法中也使用外延生长方法。专利文献1日本专利2559999号专利文献2美国专利6554808B2专利文献3日本特开2002-198512号公报
技术实现思路
以往，在上述pn型或pin型发光二极管中，由于pn结为基本结构，在p型和n型的两极上，仅能使用能够控制极性的半导体材料，而两极不能使用不能够控制的半导体。例如，对于ZnS半导体，可以控制n型，但未有控制p型的成功例子，现实中难以制造pn结。利用现有的技术时，对于量子点分散发光二极管，由于使量子点分散于pn结界面或pin结构的i层中，所以使用不能控制两极的半导体材料时，不能制造量子点分散发光二极管。此外，即使使用能够控制两极的半导体时，若不在单晶基板上使半导体外延生长，则不能制造具有实用的发光强度的发光二极管。即，例如，只有使GaN在蓝宝石基板上异质外延生长，或使ZnSe在ZnSe单晶基板上同质外延生长时，才可以得到实用的发光强度，在玻璃基板等非晶体质的基板上制造的实用的发光二极管是不存在的。如此，以往使无机发光层外延生长是得到发光强度的条件，不利用外延生长方法则不能得到具有实用的发光特性的发光元件。但是，外延生长条件，对基板材料方面有限制，此外，对能够在基板上利用外延生长方法来进行成膜的材料方面也有限制，难以得到能够供实用的发光元件。本专利技术是鉴于上述问题而提出的，本专利技术的目的在于，提供不利用外延生长方法而得到具有实用发光特性的发光元件。因此，本专利技术的量子点分散发光元件的特征在于，其具有基板、电子注入用电极、空穴注入用电极和配置成与上述两电极相接触的无机发光层；其采取了如下的结构所述无机发光层含有双极性无机半导体材料和作为发光中心而分散于上述双极性无机半导体材料中的纳米晶体，并且在与上述电子注入用电极层和/或空穴注入用电极层的界面上与这些电极层不具有外延关系。本专利技术着眼于，将双极性无机半导体材料作为发光层，使该发光层内含有大小、密度、分散状态等经选择的作为发光中心的纳米晶体，同时，选择空穴注入用电极和电子注入用电极，据此可以不进行外延生长而得到发光效率较高的半导体装置。“外延生长”指的是，在单晶基板或单晶膜上，通过蒸发沉积法-溅射方法等使膜生长而形成单晶状的薄膜。此外“具有外延关系”指的是在单晶膜上使单晶上的薄膜产生了外延生长时的单晶膜、两晶轴之间的关系。在该半导体装置中，若相对于电子注入用电极的电势，对空穴注入用电极施加正电势，则从电子注入用电极将电子注入无机发光层中，从空穴注入用电极将空穴注入无机发光层中。无机发光层中的电子和空穴都流入纳米晶体中，在纳米晶体内相互再结合，发出与纳米晶体内的再结合能级之间的能量差相对应的波长的光。其中，作为发光源的电子和空穴都通过电子注入用电极和空穴注入用电子从外部注入发光层中，不需pn结。可以通过控制构成发光中心的纳米晶体(量子点)的材料和粒径来在从紫外到红外的范围任意地选择从本专利技术的发光元件(发光二极管)发出的光的发光波长。因此，可以单色性较好地发出从紫外到红外的较宽的范围的波长的光。通过该结构，由于成为上述无机发光层含有在与上述电子注入用电极层或空穴注入用电极层的界面上与这些电极层不具有外延关系而形成的双极性无机半导体材料的结构，因此可以不选择基板而容易地形成，可以形成发光强度较高的发光元件。从而构成二极型发光元件即含有发光二极管的半导体发光元件；所述二极型发光元件具有电子注入用电极、空穴注入用电极和发光层；所述发光层配置成与两电极相接触，具有含有双极性无机半导体材料的结构且含有成为发光中心的纳米晶体；所述双极性无机半导体材料同时具有电子输送性和空穴输送性。因此，本专利技术的半导体发光元件，也可以使用玻璃材料、树脂材料等作为基板，对于发光层，如果具有多晶相优选具有无定形相、使纳米晶体以最佳状态分散于发光层中、两种载流子在发光层内具有迁移度、并调制夹着发光层的两电极的载子密度以便能够将两种载流子注入发光层内，由此在构成发光中心的纳米晶体内产生空穴和电子的再结合，从而可以实现效率较好的发光。此外，本专利技术的量子点分散发光元件中，上述双极性无机半导体材料是无定形半导体相。由于无定形相中不存在晶界且不存在晶体缺陷，所以不在晶界或缺陷中产生两种载流子的非发光再结合。因此，可以效率较好地将两种载流子导入纳米晶体中。此外，由于无定形相在化学组成方面上、结构方面上是均一、各向同性的，且制成薄膜时，易得到表面平坦性，所以可以形成特性稳定的量子点分散发光元件。此外，本专利技术的量子点分散发光元件包括上述双极性无机半导体材料是多晶半导体相的量子点分散发光元件。通过该结构，由于迁移度较高，带端的局部能级导致的无辐射跃迁少，所以可以实现效率更好的发光。此外，多晶半导体层的情况下，通过使晶界整齐排列，可以得到更好的发光效率。此外，本专利技术的量子点分散发光元件包括上述双极性无机半导体材料是单晶半导体相的量子点分散发光元件。单晶的情况下，由于没有晶界，没有阻碍载流子的移动的东西，可以效率较好地发光。此外，本专利技术的量子点分散发光元件包括上述双极性半导体材料是由ZnS类半导体构成的量子点分散发光元件。通过该结构，可以进行可见光的发光，可以进行低温处理。此外ZnS类半导体是低成本、低环境负荷材料，可以制造以约3V驱动的发光元件。此外，具有即使不形成单晶也能得到大于等于所规定值的载流子的迁移度的效果。此外，本专利技术的量子点分散发光元件包括上述双极性无机半导体材料由ZnpM1-pSxSeyTe1-x-y(0≤x、y、x+y≤1，0＜p≤1，M碱土类金属、Cd)构成的量子点分散发光元件。通过该结构，即使不形成单晶也可以得到大于等于所规定的值的载流子迁移度，可以进行可见光的发光，具有可以制造以约3V驱动的元件的效果。此外，本专利技术的量子点分散发光元件本文档来自技高网...

【技术保护点】
量子点分散发光元件，其具有基板、电子注入用电极、空穴注入用电极和配置成与所述两电极相接触的无机发光层；其是如下所述来构成的：所述无机发光层含有双极性无机半导体材料和作为发光中心而分散于所述双极性无机半导体材料中的纳米晶体，并且在与所述电子注入用电极和／或空穴注入用电极的界面上与这些电极不具有外延关系。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2004-1-23 016095/20041.量子点分散发光元件，其具有基板、电子注入用电极、空穴注入用电极和配置成与所述两电极相接触的无机发光层；其是如下所述来构成的所述无机发光层含有双极性无机半导体材料和作为发光中心而分散于所述双极性无机半导体材料中的纳米晶体，并且在与所述电子注入用电极和/或空穴注入用电极的界面上与这些电极不具有外延关系。2.如权利要求1所述量子点分散发光元件，其中，所述双极性无机半导体材料是无定形半导体相。3.如权利要求1所述量子点分散发光元件，其中，所述双极性无机半导体材料是多晶半导体相。4.如权利要求1～3任意一项所述量子点分散发光元件，其中，所述无机发光层是ZnS类半导体相。5.如权利要求4所述量子点分散发光元件，其中，所述无机发光层是由ZnpM1-pSxSeyTe1-x-y构成的，ZnpM1-pSxSeyTe1-x-y中，0≤x、y、x+y≤1，0＜p≤1，M碱土类金属、Cd。6.如权利要求4或5所述量子点分散发光元件，其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：折田政宽，川副博司，小林哲，柳田裕昭，新见盛广，谷由纪，初田美砂纪，
申请(专利权)人：HOYA株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]