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発光素子及びその製造方法 新技術説明会

国内特許コード P150012490
掲載日 2015年10月28日
出願番号 特願2014-500969
登録番号 特許第6004404号
出願日 平成25年2月25日(2013.2.25)
登録日 平成28年9月16日(2016.9.16)
国際出願番号 JP2013054702
国際公開番号 WO2013125719
国際出願日 平成25年2月25日(2013.2.25)
国際公開日 平成25年8月29日(2013.8.29)
優先権データ
  • 特願2012-037567 (2012.2.23) JP
発明者
  • 藤田 恭久
出願人
  • 国立大学法人島根大学
発明の名称 発光素子及びその製造方法 新技術説明会
発明の概要 ZnOを用いて大面積の発光素子を安価に得る。
透明な基板(11)の上にZnO系透明導電膜(導電層)(12)が形成され、その上にn型ZnO系薄膜(n型層)(13)が順次形成されている。このn型ZnO系薄膜(13)の上に、p型層となる微粒子層(14)が形成されている。n側電極(15)とp側電極(16)間に図示されるように通電が行われることによって主に微粒子層(14)が発光してこの発光素子(10)は発光する。微粒子層(14)は、複数の種類の微粒子が焼結されて構成される。ここで、複数の種類の微粒子とは、主成分となる材料が異なる、あるいは製造条件が異なる微粒子に対応する。このうちの少なくとも1種類はZnO微粒子である。
従来技術、競合技術の概要


従来より広く使用されている蛍光灯を置換する発光素子として、より低消費電力でありより長寿命であるLED(半導体のpn接合を利用した発光ダイオード)を用いたものが使用されている。また、LEDよりも大面積で面発光をする有機EL(エレクトロルミネッセンス)素子も知られている。



一般に、このような発光素子による発光は単色あるいは準単色であり、その波長は発光素子を構成する材料で決定される。例えば、この波長は、LEDの場合にはLEDを構成する半導体の禁制帯幅で決まり、有機EL素子においても、EL素子を構成する材料の励起子発光の波長が発光波長となる。このため、所望の波長の発光を得るためには、何らかの工夫が必要となる。また、単色でない光(白色)を得ることも容易ではなく、例えば白色LEDにおいては、青色(単色)を発するLED素子と、この光を吸収して黄色の発光をする蛍光体とが同時に用いられ、LED素子が発する青色光と蛍光体が発する黄色光が混合された疑似白色光を発する。



このような発光素子に対しては、これをより低コストで製造できることが要求されており、特に大面積の面発光素子において、この点は重要となる。しかしながら、例えばLED素子は非常に高強度であるが、その材料は非常に高価な上に、大面積化が極めて困難である。これに対して、EL素子はLED素子よりは大面積化が容易であるが、更なる低コスト化が必要とされている。



酸化亜鉛(ZnO)は、発光素子材料として知られるものの中では特に安価で、大面積化も可能であり、かつ人体に対する毒性も低いために有望な材料である。しかしながら、その禁制帯幅は波長370nmの紫外線に対応するために、発光をこれよりも長波長とする(可視光とする)ための構成が提案されている。例えば、特許文献1には、ZnOを混晶ZnSe1-xやZnS1-xとし、混晶比xを制御することによって禁制帯幅を変えることによって赤色や緑色の発光をさせる、あるいはこれらを混在させた構成が記載されている。



また、希土類(Eu)やアルカリ金属(Li)を不純物としてドープしたZnOの焼結体からの蛍光波長が赤色となることを利用することが特許文献2に記載されている。



この構造、製造方法によれば、安価なZnOを用いて可視光域の発光をする発光素子を得ることができる。

産業上の利用分野


本発明は、酸化亜鉛を用いた発光素子及びその製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
基板上に、酸化亜鉛(ZnO)が含まれるn型層と、ZnOが含まれるp型層とが積層構造中に形成された構成を具備する発光素子であって、
前記n型層、前記p型層、又は前記n型層と前記p型層の間に挿入された層として、複数の種類の微粒子が混合されて焼結された微粒子層を具備し、前記複数の種類の微粒子には、少なくとも平均粒径が10~500nmの範囲でありZnOを主成分とし発光のピーク波長がそれぞれ異なる複数の種類のZnO微粒子が含まれることを特徴とする発光素子。

【請求項2】
基板上に、酸化亜鉛(ZnO)が含まれるn型層と、ZnOが含まれるp型層とが積層構造中に形成された構成を具備する発光素子であって、
前記n型層、前記p型層、又は前記n型層と前記p型層の間に挿入された層として、複数の種類の微粒子が混合されて焼結された微粒子層を具備し、前記複数の種類の微粒子には、少なくとも平均粒径が10~500nmの範囲でありZnOを主成分とするZnO微粒子と、窒化ガリウム(GaN)又は酸化錫(SnO)を主成分とする微粒子とが含まれることを特徴とする発光素子。

【請求項3】
前記微粒子層は前記n型層及び/又は前記p型層であることを特徴とする請求項1又は2に記載の発光素子。

【請求項4】
前記微粒子層は、前記n型層と前記p型層の間に挿入されたことを特徴とする請求項1又は2に記載の発光素子。

【請求項5】
前記微粒子層は前記p型層であり、前記ZnO微粒子は窒素ドープされたp型ZnO微粒子であることを特徴とする請求項1又は2に記載の発光素子。

【請求項6】
前記微粒子層は、前記複数の種類の微粒子がバインダーと共に焼結されて構成されたことを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の発光素子。

【請求項7】
前記基板上に、導電層を介して、前記n型層と前記p型層とが形成されたことを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の発光素子。

【請求項8】
前記基板及び前記導電層は前記微粒子層が発する光に対して透明であることを特徴とする請求項7に記載の発光素子。

【請求項9】
基板上に、酸化亜鉛(ZnO)が含まれるn型層と、ZnOが含まれるp型層とが積層構造中に形成された構成を具備する発光素子の製造方法であって、
前記n型層を形成する工程、前記p型層を形成する工程、又は前記n型層と前記p型層の間に挿入された層を形成する工程として、平均粒径が10~500nmの範囲でありZnOを主成分とし発光のピーク波長がそれぞれ異なる複数の種類のZnO微粒子が少なくとも含まれる複数の種類の微粒子が溶媒に混合された塗布液を塗布した後に焼成して前記微粒子が焼結された微粒子層を形成する微粒子層形成工程を具備することを特徴とする発光素子の製造方法。

【請求項10】
基板上に、酸化亜鉛(ZnO)が含まれるn型層と、ZnOが含まれるp型層とが積層構造中に形成された構成を具備する発光素子の製造方法であって、
前記n型層を形成する工程、前記p型層を形成する工程、又は前記n型層と前記p型層の間に挿入された層を形成する工程として
平均粒径が10~500nmの範囲でありZnOを主成分とするZnO微粒子と、窒化ガリウム(GaN)又は酸化錫(SnO)を主成分とする微粒子とが少なくとも含まれる複数の種類の微粒子が溶媒に混合された塗布液を塗布した後に焼成して前記微粒子が焼結された微粒子層を形成する微粒子層形成工程を具備することを特徴とする発光素子の製造方法。

【請求項11】
前記微粒子層は前記n型層及び/又は前記p型層であり、前記微粒子層形成工程によって前記n型層及び/又は前記p型層を形成することを特徴とする請求項9又は10に記載の発光素子の製造方法。

【請求項12】
前記微粒子層形成工程によって、前記微粒子層を前記n型層と前記p型層の間に形成することを特徴とする請求項9又は10に記載の発光素子の製造方法。

【請求項13】
前記微粒子層は前記p型層であり、前記ZnO微粒子は窒素ドープされたp型ZnO微粒子であることを特徴とする請求項9又は10に記載の発光素子の製造方法。

【請求項14】
減圧酸素雰囲気とされたチャンバー内において亜鉛材料をアーク放電によって蒸発させた状態から粒子化させることによって、前記p型ZnO微粒子を製造することを特徴とする請求項13に記載の発光素子の製造方法。

【請求項15】
前記基板上に、導電層及び前記n型層とをスパッタリング法によって順次形成する下地工程を具備し、
当該下地工程の後に、前記微粒子層形成工程によって前記p型層を前記n型層の上に形成することを特徴とする請求項13又は14に記載の発光素子の製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
  • 5F141AA11
  • 5F141AA42
  • 5F141CA02
  • 5F141CA03
  • 5F141CA12
  • 5F141CA22
  • 5F141CA24
  • 5F141CA25
  • 5F141CA40
  • 5F141CA41
  • 5F141CA46
  • 5F141CA49
  • 5F141CA57
  • 5F141CA64
  • 5F141CA67
  • 5F141CA73
  • 5F141CA74
  • 5F141CA83
  • 5F141CA88
  • 5F141CA92
  • 5F141CA98
  • 5F141CB11
  • 5F241AA11
  • 5F241AA42
  • 5F241CA02
  • 5F241CA03
  • 5F241CA12
  • 5F241CA22
  • 5F241CA24
  • 5F241CA25
  • 5F241CA40
  • 5F241CA41
  • 5F241CA46
  • 5F241CA49
  • 5F241CA57
  • 5F241CA64
  • 5F241CA67
  • 5F241CA73
  • 5F241CA74
  • 5F241CA83
  • 5F241CA88
  • 5F241CA92
  • 5F241CA98
  • 5F241CB11
画像

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出願権利状態 登録
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