電界発光素子、及び電界発光素子の製造方法
【課題】ナノ構造を有する電極とそれを覆う蛍光体層との間に隙間および空洞（エアーポケット）が形成されず、強度を増加させる。
【解決手段】本発明の電界発光素子は、下部電極２０２と上部電極２１２とからなる一対の電極を有し、下部電極２０２と上部電極２１２との間に蛍光体を含む蛍光体層２０６が設けられた電界発光素子であって、下部電極２０２は、ナノメートルオーダーの微小突起２０４が下部電極２０２表面に複数設けられたナノ構造を有し、蛍光体層２０６は、その底面２１０及び上面２０８が微小突起２０４の輪郭に沿った凹凸面になるように形成されているので、ナノ構造を有する下部電極２０４と蛍光体層２０６との間に、隙間または空洞部分（エアーポケット）が形成されにくくなる。
【解決手段】本発明の電界発光素子は、下部電極２０２と上部電極２１２とからなる一対の電極を有し、下部電極２０２と上部電極２１２との間に蛍光体を含む蛍光体層２０６が設けられた電界発光素子であって、下部電極２０２は、ナノメートルオーダーの微小突起２０４が下部電極２０２表面に複数設けられたナノ構造を有し、蛍光体層２０６は、その底面２１０及び上面２０８が微小突起２０４の輪郭に沿った凹凸面になるように形成されているので、ナノ構造を有する下部電極２０４と蛍光体層２０６との間に、隙間または空洞部分（エアーポケット）が形成されにくくなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界発光素子、及び電界発光素子の製造方法に関するものであり、より詳しくは、集積回路（ＩＣ）に適した電界発光素子、及び電界発光素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体材料のバンドギャップが直接遷移型あるいは間接遷移型であるかに関わらず、半導体素子（デバイス：device）から発光させることが可能である。高電界の逆バイアスｐｎ接合により、ホットキャリア群が生成される。このホットキャリアは、遊離光量子と再結合する。シリコン素子においては、発光効率が悪い事が知られており、光量子のエネルギーが約２ｅＶであるものがほとんどである。電気エネルギーを可視光エネルギーへ変換することは、電界発光（ＥＬ）と呼ばれている。室温で、少ない電気信号で動作可能な効率的な電界発光素子が製造されてきている。しかしながら、これらの素子は、シリコンと相性が悪い材料（例えば、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＧａＮ、及びＧａＰといったＩＩＩ−Ｖ族の材料）の上に加工される。これら材料のうち１つの基板上に設けられた電界発光素子は、使用される特定の材料に応じて、可視領域を含む狭波長帯域の光を効率的に出射することが可能である。さらに、ＺｎＳｅといったＩＩ−ＶＩ族の材料が使用されている。また、ＺｎＳやＺｎＯといった他のＩＩ−ＶＩ族の材料は、交流バイアス(ac bias)条件下で電界発光を示すことが知られている。これらの素子は、発光素子として利用するために、シリコン上に堆積可能である。ただし、これは特定（従来とは異なる）のＣＭＯＳ工程が実行される場合に限られる。発光装置の他の分類としては、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤｓ）、ナノ結晶性シリコン（ｎｃ−Ｓｉ）、及び重合体ＬＥＤが挙げられる。
【０００３】
従来、シリコンは、そのエネルギーバンドギャップが間接型であるため、光電子工学的な用途には向かないと考えられてきた。実際に、バルクシリコンは、きわめて効率が悪い発光体である。この問題を解決するために、さまざまな方法がなされてきた。この中で、ナノ構造中の量子閉じ込め、及び結晶性シリコンへの希土類ドーピングがきわめて多くの注目を浴びている。
【０００４】
光学素子（発光素子及び光検出素子）が必要とされる用途において、シリコンと相性が良く、直流電圧(dc voltage)により出力可能な、簡易でかつ効率的な発光素子が要望されている。電界発光素子のための有効なシリコン基板は、従来の金属処理と比較して、より迅速でありかつ信頼性がある、信号結合手段を可能にする。大型のシステムオンチップ型(system-on-chip)の装置のチップ内配線(intra-chip connection)においては、光学手段による信号の経路設定(routing)が要望されている。チップ間通信(inter-chip communication)においては、導波路、または離間したシリコン部材間の光学的な結合により、チップ間の電気的接続がない状態での実装が可能になる。小型ディスプレイにおいては、可視光の小さな点光源を生成する方法により、簡単でかつ安価なディスプレイが形成可能になる。
【０００５】
図１は、薄膜半導体Ｓｉ系蛍光体電界発光素子（solid-state Si phosphor EL device）（従来技術）の部分断面図である。現在、光内部結合(optical interconnect)といった多くの用途のために、シリコンと相性がよい電界発光素子が探し求められている。交流（ＡＣ）電界発光素子は、基板１と、任意の下部電極２と、上部誘電層５と下部誘電層３との間に挟まれた蛍光体層４と、上部透明電極６とから構成される。そのような素子には、典型的に、下部電極２から電子を上記蛍光体層に注入するために、高い動作電界が必要である。電子は、この電界によって加速され、発光中心で放射減衰するまでエネルギーを得る。図示されているように、この素子においてすべての層は平面である。
【０００６】
ナノワイヤ、ナノロッド、およびナノ粒子といったナノ構造を有する材料は、２〜３例を挙げると、ナノケミカルおよびナノバイオセンサー、ナノＬＥＤ、ナノトランジスタ、ナノレーザーといった用途で使用される可能性がある。Ｓｉ、Ｇｅ、他の半導体元素、ＺｎＯ、および他の２成分半導体（binary semiconductor）といった材料が、ナノ構造化されてきた。ナノワイヤ形成のための主な方法の１つとしては、触媒を使用して気相からナノワイヤを成長させるＶＬＳ（vapor-liquid-solid）成長法がある。また、他の方法も使用されてきた。
【０００７】
光ルミネセンス(ＰＬ)の発生を促進させるために、ナノ構造を有する電極が使用されており、シリコンと相性がよい蛍光材料において電界強度をより高くしてきた。例えば、本願として同じ譲受人に譲受された、先願発明（米国出願番号１１／０６１，９４６；２００５年２月１７日出願：本願の出願前の確認時点で未公開；代理人整理番号ＳＬＡ８９１）である、「ナノ電極を有するシリコン蛍光電界発光素子」において、スウらは、酸化インジウムからなるナノメートルオーダーの微小突起を使用して作製された電界発光素子を提案している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記先願発明には、ナノ構造を有する電極とその上を覆う蛍光体層との間に隙間及び空洞（エアーポケット）が形成されるという課題が残されている。
【０００９】
すなわち、ＥＬナノ構造の開発が継続することにより、光ルミネセンス(ＰＬ)強度がさらに改善されると望ましい。しかしながら、ナノ構造特有の高い表面積により、微小突起表面を等方的に被覆する(conformally covering)際に問題が起きてしまう。また同様に、この等方性(conformality)の問題により、ナノ構造を有する電極とそれを覆う蛍光体層との間に隙間および空洞（エアーポケット）が形成されてしまうおそれがある。
【００１０】
ナノ構造の形成により、シリコンと相性がよい蛍光電界発光素子の強度が増加すると、好都合である。
【００１１】
また、電界発光素子のシリコン蛍光体層が、ナノ電極の形状と一致するような輪郭になっていれば、好都合である。
【００１２】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ナノ構造を有する電極とそれを覆う蛍光体層との間に隙間および空洞（エアーポケット）が形成されず、強度を増加させることが可能な電界発光素子、及び電界発光素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る電界発光素子は、上記課題を解決するために、下部電極と上部電極とからなる一対の電極を有し、下部電極と上部電極との間に蛍光体を含む蛍光体層が設けられた電界発光素子であって、上記下部電極は、ナノメートルオーダーの微小突起が下部電極表面に複数設けられたナノ構造を有し、上記蛍光体層は、その底面及び上面が上記微小突起の輪郭に沿った凹凸面になるように形成されていることを特徴としている。
【００１４】
上記の構成によれば、下部電極は、ナノメートルオーダーの微小突起が下部電極表面に複数設けられたナノ構造を有し、蛍光体層は、その底面及び上面が上記微小突起の輪郭に沿った凹凸面になるように形成されているので、ナノ構造を有する下部電極と蛍光体層との間に、隙間または空洞部分（エアーポケット）が形成されにくくなる。その結果、上記の構成によれば、電界発光素子の強度が増加し、光ルミネセンス(ＰＬ)強度が向上する。
【００１５】
本発明に係る電界発光素子では、上記上部電極は、その底面が上記微小突起の輪郭に沿った凹凸面になるように形成されていることが好ましい。
【００１６】
これにより、蛍光体層の上面における凹凸面と上部電極の底面における凹凸面との両方が、微小突起の輪郭に沿ったものになる。その結果、上記の構成によれば、上部電極と蛍光体層との間に、隙間または空洞部分（エアーポケット）が形成されにくくなり、電界発光素子の強度がさらに増加する。
【００１７】
本発明に係る電界発光素子では、下部電極と蛍光体層との間に、誘電体材料からなる下部誘電体層が形成されており、上記下部誘電体層は、その底面及び上面が上記微小突起の輪郭に沿った凹凸面になるように形成されていることが好ましい。
【００１８】
上記の構成によれば、下部電極と蛍光体との間の距離（誘電体層の厚さ）がいたるところで均一となるため、下部電極から蛍光体に注入されるキャリアを蛍光体全体に均一化することができる。このため、蛍光体全体から均一な発光を得ることができ、最も効率よく光を得ることができる。
【００１９】
また、上記下部誘電体層が、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、２成分金属酸化物、３成分金属酸化物、および金属ケイ酸塩を含む集団から選択された材料からなっていることが好ましい。
【００２０】
本発明に係る電界発光素子では、蛍光体層と上部電極との間に、誘電体からなる上部誘電体層が形成されており、上記上部誘電体層は、その底面が上記微小突起の輪郭に沿った凹凸面になるように形成されていることが好ましい。
【００２１】
上記の構成によれば、誘電体層と蛍光体との間に空隙が生じることがないため、部分的に電界の強弱が生じることにより発生するデバイスの劣化の問題を回避することができ、デバイスの信頼性を向上させることができる。
【００２２】
また、上記上部誘電体層が、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、２成分金属酸化物、３成分金属酸化物、および金属ケイ酸塩を含む集団から選択された材料からなっていることが好ましい。
【００２３】
本発明に係る電界発光素子の製造方法は、上記の課題を解決するために、下部電極と上部電極とからなる一対の電極を有し、下部電極と上部電極との間に蛍光体を含む蛍光体層が設けられた電界発光素子の製造方法であって、ナノメートルオーダーの微小突起が複数設けられたナノ構造を有する下部電極を形成する下部電極形成工程と、底面及び上面が上記微小突起の輪郭に沿った凹凸面になるように蛍光体層を形成する蛍光体層形成工程とを含むことを特徴としている。
【００２４】
上記の構成によれば、蛍光体層形成工程にて、底面及び上面が上記微小突起の輪郭に沿った凹凸面になるように蛍光体層を形成するので、ナノ構造を有する下部電極と蛍光体層との間に、隙間または空洞部分（エアーポケット）が形成されにくくなる。その結果、上記の構成によれば、強度が増加し、かつ光ルミネセンス(ＰＬ)強度が向上した電界発光素子を製造することが可能になる。
【００２５】
本発明に係る電界発光素子の製造方法では、底面及び上面が上記微小突起の輪郭に沿った凹凸面になるように上部電極を形成する上部電極形成工程を含むことが好ましい。
【００２６】
これにより、蛍光体層の上面における凹凸面と上部電極の底面における凹凸面との両方が、微小突起の輪郭に沿ったものになる。その結果、上記の構成によれば、上部電極と蛍光体層との間に、隙間または空洞部分（エアーポケット）が形成されにくくなり、強度がさらに増加した電界発光素子を製造することが可能になる。
【００２７】
また、上記蛍光体層形成工程では、原子層堆積（ＡＬＤ）により蛍光体層を形成することが好ましい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る電界発光素子は、以上のように、上記下部電極は、ナノメートルオーダーの微小突起が下部電極表面に複数設けられたナノ構造を有し、上記蛍光体層は、その底面及び上面が上記微小突起の輪郭に沿った凹凸面になるように形成されている構成である。
【００２９】
また、本発明に係る電界発光素子の製造方法は、以上のように、ナノメートルオーダーの微小突起が複数設けられたナノ構造を有する下部電極を形成する下部電極形成工程と、底面及び上面が上記微小突起の輪郭に沿った凹凸面になるように蛍光体層を形成する蛍光体層形成工程とを含む構成である。
【００３０】
それゆえ、ナノ構造を有する下部電極と蛍光体層との間に、隙間または空洞部分（エアーポケット）が形成されにくくなる。その結果、電界発光素子の強度がさらに増加し、光ルミネセンス(ＰＬ)強度が向上するという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明は、集積回路（ＩＣ）作製に関するものであり、より具体的には、微小突起の輪郭に沿って形成された蛍光体層を有し、ナノ電極（微小突起を有する電極）を使用して作製された電界発光（ＥＬ）素子に関するものである。上述した方法および微小突起の輪郭になった蛍光体層を有する電界発光素子の詳細について、図２ないし図１２に基づいて説明すると以下の通りである。
【００３２】
図２は、微小突起の輪郭に沿って形成された蛍光体層を有する電界発光（ＥＬ）素子の詳細な部分断面図である。電界発光素子２００は、微小突起２０４を有する下部電極（ＢＥ）２０２を備えている。蛍光体層２０６は、下部電極２０２を覆うように形成されており、凹凸形状の(irregularly-shaped)上面２０８と凹凸形状の底面２１０とを有している。上部電極２１２は、蛍光体層２０６を覆うように形成されている。
【００３３】
基板２１３は、下部電極２０２の下に配されており、シリコン、シリコン酸化物、窒化ケイ素、ガラス、石英、またはプラスチックといった材料からなっている。構成の一例としては、基板２１３、下部電極２０２、および微小突起２０４が透明材料である一方、上部電極２１２が不透明材料である構成が挙げられる。また、別の構成の一例としては、上部電極２１２が透明材料である一方、下部電極２０２および基板２１３が不透明材料である構成が挙げられる。さらに別の構成の一例としては、基板２１３、下部電極２０２、および上部電極２１２が全て透明材料である構成が挙げられる。
【００３４】
ここでいう「微小突起」とは、「ナノメートルオーダーの微小突起」のことを意味するものであり、一般的には「ｎａｎｏｔｉｐ」として知られている。また、「ナノメートルオーダー」とは、ナノメートル単位で表すことが可能な寸法であり、具体的には、１ナノメートルから５００ナノメートルまでの範囲にある寸法のことをいう。そして、この微小突起は、ある特定の物理的性質、形状、または寸法に限定されるものではない。微小突起は、ナノロッド、ナノチューブ、またはナノワイヤとして知られているものであってもよい。また、ここでは示さないが、微小突起は、中空構造を形成していてもよい。さらに、ここでは示さないが、微小突起は、複数のチップ端から形成されていてもよい。
【００３５】
蛍光体層２０６は、ＺｎＯ、ＺｎＳ：Ｍｎ、シリコンが豊富に含まれた（シリコンリッチの）シリコン酸化物(silicon-rich silicon oxide)（ＳＲＯまたはＳＲＳＯ）、ドープＺｎＯ、ドープＺｎＳ：Ｍｎ、またはドープＳＲＯといった材料からなっていてもよい。上部電極２１２は、インジウムすず酸化物（ＩＴＯ）、アルミニウム（Ａｌ）ドープ酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ａｌ）、ワイドバンドギャップの導電性酸化物といった透明材料からなる、あるいは、伝導性金属の透明薄膜であってもよい。上部電極が不透明である場合、上部電極として他の従来の材料を使用してもよいが、典型的には、伝導性の金属である。
【００３６】
図３は、図２の素子における、いくつかの微小突起を詳細に示した部分断面図である。下部電極の微小突起２０４は、突起基底幅(tip base size)３００を有している。突起基底幅３００は、約５０ナノメーター以下である。また、下部電極の微小突起２０４は、チップ高さ３０２を有している。この突起高さ３０２は、５ｎｍから５００ｎｍまでの範囲内である。
【００３７】
構成の一例としては、微小突起２０４は、インジウムすず酸化物（ＩＴＯ）からなっている。本発明では、ＩＴＯからなる微小突起が使用されているが、微小突起は他の遷移金属の導電性酸化物からなっていてもよい。下部電極２０２及び微小突起２０４は、アルミニウム（Ａｌ）ドープ酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ａｌ）といった他の透明材料であってもよい。他の一例としては、下部電極２０２及び微小突起２０４は、金属といった不透明材料、またはイリジウム酸化物（ＩｒＯｘ）といった金属の導電性酸化物からなっていてもよい。
【００３８】
再び図２に示すように、下部電極２０２は、上面２１４を有し、この上面２１４が微小突起の輪郭になっていることがわかる。蛍光体層の上面２０８は、下部電極の上面２１４における微小突起の輪郭と、ほぼ一致するような輪郭を有する。同様に、蛍光体層の底面２１０もまた、下部電極の上面２１４における微小突起の輪郭とほぼ一致するような輪郭を有する。蛍光体層の上面２０８及び底面２１０は、表面凹凸を有する。そして、この表面凹凸が５から５００ナノメートル（ｎｍ）までの範囲内となっている。この範囲は、表面凹凸は表面の平坦性のばらつきによるものである。したがって、得られる等方一致性(conformality)によっては、上記表面凹凸は、上記微小突起の高さと同じになっていてもよい（図３参照）。図示されたいくつかの一例においては、下部電極における微小突起の輪郭に沿って形成された上面の細部は、その上を覆う各層へ行くに従い失われていてもよい。それゆえ、シリコン蛍光体層の上面２０８は、底面２１０と比較して、微小突起の細部の輪郭に沿った形状になっていなくてもよい。それゆえ、上面２０８は、底面２１０よりも、表面凹凸が少なくなっている。
【００３９】
各面における輪郭の細部の消失は、異なる物質層間の緊張および異方蒸着特性（anisotropic deposition characteristics）によるものである。このような理由により、上記シリコン蛍光体層の表面の輪郭は、上記微小突起の輪郭とほぼ一致しているといえる。図示されているように、上部電極２１２は、底面２１６を有し、この底面２１６が蛍光体層の上面２０８の輪郭とほぼ一致する輪郭となっている。
【００４０】
図４は、図２の電界発光素子の変形例を示す部分断面図である。図４の構成では、下部電極２０２と蛍光体層２０６との間に、（微小突起の）輪郭に沿って形成された下部誘電体層４００が形成されている。下部誘電体層４００は、上面４０２および底面４０４を有している。上面４０２と底面４０４とはともに、下部電極の上面２１４における微小突起の輪郭に沿った形状とほぼ一致する輪郭になっている。下部誘電体層４００は、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、２成分金属酸化物、３成分金属酸化物、または金属ケイ酸塩といった材料からなっていてもよい。
【００４１】
別の一例においては、上部電極２１２と蛍光体層２０６との間に、上部誘電体層４０６が形成されている。上部誘電体層４０６は、底面４０８を有し、この底面４０８が蛍光体層の上面２０８の輪郭とほぼ一致する輪郭になっている。また、上部誘電体層４０６は、平坦な上面４１０を有する。上部誘電体層４０６は、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、２成分金属酸化物、３成分金属酸化物、または金属ケイ酸塩といった材料からなっていてもよい。
【００４２】
以下、本発明の電界発光素子の機能について説明する。
【００４３】
図５、及び図７ないし図１１は、本発明の電界発光素子を完成させる工程を示した図である。上述したように、交流（ＡＣ）型電界発光素子では、基板、ナノ構造を有する下部電極、下部誘電体層、蛍光体層、上部誘電体層、透明上部電極が、底部から上部へ向かってこの順に形成されていてもよい。上記基板５００は、シリコンウエハまたはガラスウエハであってもよい。シリコン基板が形成されている場合、標準的なＲＣＡ洗浄といった適切な表面洗浄処理が施され、その後、ＨＦ（フッ酸）工程が行われる。そして、ＩＴＯといったナノ構造を有する導電性の下部電極５０２が堆積される（下部電極形成工程）。図示されているように、ＩＴＯ膜（下部電極）５０２の表面は、結晶性三角ＩＴＯ（crystalline triangular ITO）ナノロッド（微小突起）で覆われている。
【００４４】
図６は、ナノロッドの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。このＳＥＭ画像から、ナノロッドの長さが約０．５マイクロメータ（μｍ）であり、ある端の部分では基部の幅が約０．１μｍであることがわかる。他の異なる寸法のナノロッドが使用されていてもよい。また、導電性の下部電極は、必ずしもＩＴＯである必要はなく、図示したものと類似した好適なナノ構造を有する表面に形成可能な材料であればよい。また、ナノワイヤ、微小突起、またはナノロッド形成可能な任意の堆積技術を使用することもできる。
【００４５】
図７は、図５の電界発光素子において、下部誘電体層の材料を堆積した後の状態を示す図である。（ナノ構造を有する導電性の下部電極５０２を堆積した下部電極形成工程後の）次の工程では、下部誘電体層５０４が堆積される。下部誘電体層５０４としてＨｆＯ２を堆積する場合、原子層堆積（ＡＬＤ）といった等方性製膜技術（conformal technique）により下部誘電体層５０４を堆積する。また、下部誘電体層としてＳｉＯ２、他の高誘電率誘電体といった材料を使用することが可能である。さらに、他の等方性堆積技術（conformal deposition technique）を使用することが可能である。
【００４６】
図８は、図７の電界発光素子において、蛍光体層を堆積した後の状態を示す図である。（下部誘電体層を堆積した後の）次の工程では、ＡＬＤといった等方性製膜技術により、蛍光体層５０６が堆積される（蛍光体層形成工程）。図に示した例では、蛍光体層の材料としてＺｎＯを使用している。しかしながら、原理上、蛍光体層の材料として、ＺｎＳ：Ｍｎのような他の任意の最新式で好適な材料を使用してもよい。また、任意の好適な等方性堆積技術を使用してもよい。必要に応じて、適切なアニールを施し、蛍光体層の発光特性を活性化または改善させてもよい。蛍光体層が下部電極の微小突起の輪郭に沿って形成されている場合、隙間または空洞部分（エアーポケット）が形成されにくくなり、ＰＬ強度が増すという点で有利である。
【００４７】
図９は、図８の電界発光素子において、上部誘電体層を堆積した後の状態を示す図である。（蛍光体層を堆積した蛍光体層形成工程後の）次の工程では、上部誘電層５０８が堆積される。上部誘電層の材料として、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮといった誘電体、または２成分金属酸化物、３成分金属酸化物といった高誘電率誘電体を使用することが可能である。例えば、これらの材料をスピンオンし、下面の凹凸形状(rough topography)を平坦にしてもよい。
【００４８】
図１０は、図９の電界発光素子において、上部電極を堆積した後の状態を示す図である。最後に、電界発光素子との電気接点を完成させるために、上部電極５１０を堆積する（上部電極形成工程）。この上部電極は、上面が平坦であり、ナノ構造の表面を有するものではない。（この例では）この上部電極は、導電性であり、かつ透明であり、光を通すようになっている。示された例では、平坦、導電性で、かつ透明な膜をもたらすように特定されたプロセス・パラメータで、マグネトロンＤＣスパッタリングによって、ＩＴＯが堆積されている。原理上は、任意の最新式の方法で、任意の透明で導電性の最新式の好適な電極を堆積可能である。
【００４９】
図１１は、図１０の電界発光素子における、完成後の状態を示す図である。適切なバイアスまたは波形が印加されると、電界発光素子は、電界が高められたナノロッドの先端近傍の蛍光体領域で優先的に発光する。
【００５０】
別の形態においては、下部誘電体層を省略することにより、直流（ＤＣ）型電界発光素子が形成される。さらに別の変形例としては、下部誘電体層を使用するが、上部誘電体層を省略するような構成が挙げられる。さらに別の変形例としては、下部誘電体層及び上部誘電体層を使用しない構成（図２参照）が挙げられる。
【００５１】
さらに別の一例としては、上述のＳＯＧ膜に代わりに上部誘電体層として、等方性誘電体膜（例えば、ＡＬＤにより形成されたＨｆＯ２、ＨｆＳｉＯＮ等、またはその他の誘電体膜）を使用する点を除き、図１１に図示された全構造と同様のものが用いられた構成が挙げられる。上記構造全てが使用されている。さらに、等方性が低い膜形成技術（less conformal technique）の代わりに、等方性であり、かつ導電性の透明電極層（例えばＡＬＤにより形成されたＺｎＯ：Ａｌ）を使用してもよい。この構成によって、蛍光膜の区画を大きく超えた発光が可能になる。
【００５２】
図１２は、微小突起の輪郭に沿って形成された蛍光体層を有する電界発光素子の製造方法を示すフローチャートである。なお、当該方法は、明瞭に示すために、番号が振られた工程の順番として示しているが、特に明示されていないかぎり、これらの番号から順番が推断されるものではない。いくつかの工程は、飛ばされたり、平行して行われたり、または、順番を厳密に維持するという条件を満たさずに行われても良いことを理解されたい。この方法のいくつかの詳細は、上記図１〜図１１の説明内容から理解される。上記方法は、工程１２０から開始される。
【００５３】
工程１２０１では、シリコンといった材料、またはガラス、石英、もしくはプラスチックといった透明材料から基板を形成する。工程１２０２では、透明または不透明な材料から、微小突起を有する下部電極を形成する。工程１２０４では、下部電極を覆うように蛍光体層を形成する。なお、この蛍光体層の上面及び底面は凹凸形状になっている。また、この面の輪郭は、５ｎｍから５００ｎｍまでの範囲内の表面凹凸を有する。一例として、工程１２０４では、突起基底幅が約１００ｎｍ以下であり、チップ高さが５ｎｍから５００ｎｍまでの範囲内である微小突起を形成する。工程１２０６では、上記蛍光体層を覆うように、上部電極を形成する。
【００５４】
典型的に、工程１２０２では、下部電極において微小突起の輪郭となる上面を形成する。その後、工程１２０４では、上記下部電極の上面の輪郭とほぼ一致する輪郭になるように、蛍光体層の上面及び底面を形成する。一形態においては、工程１２０６では、蛍光体層上面の輪郭とほぼ一致する輪郭になった底面を有する上部電極を形成する。
【００５５】
工程１２０４にて形成された蛍光体層は、ＺｎＯ、ＺｎＳ：Ｍｎ、ＳＲＯ、ドープＺｎＯ、ドープＺｎＳ、またはドープＳＲＯといった材料であってもよい。工程１２０６にて形成された上部電極は、インジウムすず酸化物（ＩＴＯ）、アルミニウム（Ａｌ）ドープ酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ａｌ）、ワイドバンドギャップの導電性酸化物といった透明材料からなる、あるいは、伝導性金属の透明薄膜であってもよい。上部電極が不透明である場合、典型的には、上部電極は伝導性の金属からなる。
【００５６】
工程１２０２における、微小突起を有する下部電極は、ＩＴＯ、ＺｎＯ：Ａｌといった透明材料、または伝導性金属酸化物（例えばＩｒＯｘ）、金属といった不透明材料からなっていてもよい。
【００５７】
一変形例においては、工程１２０３では、下部電極と蛍光体層との間に、微小突起の輪郭に沿った下部誘電体層を形成する。この下部誘電体層の上面及び底面は、微小突起の輪郭とほぼ一致する輪郭となっている。下部誘電体層は、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、他の２成分金属酸化物または３成分金属酸化物、もしくは金属ケイ酸塩といった材料からなっていてもよい。下部誘電体層は、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相成長（ＣＶＤ）、回転塗布法、または、スパッタ堆積といった堆積処理により形成されていてもよい。
【００５８】
さらに別の変形例においては、工程１２０５ａにて、上部電極と蛍光体層との間に、上部誘電体層を形成する。この上部誘電体層の底面は、蛍光体層の上面の輪郭とほぼ一致する輪郭となっている。さらに、工程１２０５ｂでは、上部誘電体層の上面を平坦化する。上部誘電体層は、ＳｉＯ２、ＳｉＯ２、２成分金属酸化物、３成分金属酸化物、または金属ケイ酸塩といった材料からなっていてもよい。一形態においては、上記上部電極を、スピン塗布（ＳＯＧ）処理を使用して形成することが可能である。
【００５９】
以上のように、本発明の電界発光素子は、下部電極２０２と上部電極２１２とからなる一対の電極を有し、下部電極２０２と上部電極２１２との間に蛍光体を含む蛍光体層２０６が設けられた電界発光素子であって、下部電極２０２は、ナノメートルオーダーの微小突起２０４が下部電極２０２表面に複数設けられたナノ構造を有し、蛍光体層２０６は、その底面２１０及び上面２０８が微小突起２０４の輪郭に沿った凹凸面になるように形成されていることを特徴としている。
【００６０】
これにより、ナノ構造を有する下部電極２０４と蛍光体層２０６との間に、隙間または空洞部分（エアーポケット）が形成されにくくなる。その結果、電界発光素子の強度が増加し、光ルミネセンス(ＰＬ)強度が向上する。
【００６１】
また、上部電極２１２は、その底面２１６が微小突起２０４の輪郭に沿った凹凸面になるように形成されていることが好ましい。
【００６２】
また、本発明の電界発光素子では、例えば図４に示されるように、下部電極２０２と蛍光体層２０６との間に、誘電体材料からなる下部誘電体層４００が形成されており、下部誘電体層４００は、その底面４０２及び上面４０４が微小突起２０４の輪郭に沿った凹凸面になるように形成されていることが好ましい。
【００６３】
さらに、蛍光体層２０６と上部電極２１２との間に、誘電体からなる上部誘電体層４０６が形成されており、上部誘電体層４０６は、その底面４０８が微小突起２０４の輪郭に沿った凹凸面になるように形成されていることが好ましい。
【００６４】
また、本発明に係る電界発光素子の製造方法は、下部電極と上部電極とからなる一対の電極を有し、下部電極と上部電極との間に蛍光体を含む蛍光体層が設けられた電界発光素子の製造方法であって、ナノメートルオーダーの微小突起が複数設けられたナノ構造を有する下部電極を形成する下部電極形成工程と、底面及び上面が上記微小突起の輪郭に沿った凹凸面になるように蛍光体層を形成する蛍光体層形成工程（工程１２０４）とを含むことを特徴としている。
【００６５】
本発明に係る電界発光素子の製造方法では、底面及び上面が上記微小突起の輪郭に沿った凹凸面になるように上部電極を形成する上部電極形成工程（工程１２０６）を含むことが好ましい。
【００６６】
電界発光素子のためのナノ構造ナノロッド材料でできた下部電極の用途をここで述べる。このような素子のための電極としてＩＴＯが長い間使用されてきたが、それは平面的であるという典型的な特徴を持っている。周囲の電界が増加すると、鋭利形状の伝導体内で面電荷密度が増進されることはよく知られている。最近、ナノチューブやナノワイヤのような鋭利形状ナノ構造物質は効果的な電界放出素子であることが示されている。
【００６７】
上記ナノ構造ＩＴＯ電極は、ナノロッドで覆われている。これらは、このような素子の蛍光体層への電子の電界放出を促進させるはたらきをする、棒状の、鋭いチップを有するナノ構造である。この電極によって、このような電界発光素子の作業電圧およびルミネセンス閾値が低減可能となる。また、上記電極の上に重なる前記蛍光物質は、上記ナノロッドの形状とほぼ一致する輪郭を描いている。
【００６８】
以上のように、本発明は、微小突起の輪郭に沿って形成された蛍光体層を備えた電界発光素子及びその製造方法である。この製造方法は、微小突起を有する下部電極を形成する工程、下部電極を覆うように、上面と底面との形が不ぞろいな蛍光体層を形成する工程、および該蛍光体層を覆うように上部電極を形成する工程が含まれる。上述したように、上記下部電極の上面は、微小突起の輪郭を有する。したがって、上記蛍光体層の不ぞろいな上面及び底面は、上記下部電極上面の微小突起の輪郭とほぼ一致する輪郭を有する。一形態において、上記上部電極は、上記蛍光体層上面の輪郭とほぼ一致する輪郭になった底面を有する。
【００６９】
上記蛍光体層は、ＺｎＯ、ＺｎＳ：Ｍｎ、シリコン過剰酸化物（ＳＲＯ）、ドープＺｎＯ、ドープＺｎＳ、またはドープＳＲＯのような物質であり得る。上記下部電極は、ＩＴＯまたはＺｎＯ：Ａｌのような透明素材であり得る。上記上部電極が透明である場合、上記下部電極は、酸化イリジウム（ＩｒＯｘ）のような伝導性の金属の酸化物もしくは金属のような不透明な物質であり得る。
【００７０】
別の形態においては、下部電極と蛍光体層との間に、微小突起の輪郭に沿って形成された下部誘電体層を形成する。下部誘電体層の上面及び底面は、微小突起の輪郭とほぼ一致する輪郭となっている。下部誘電体層の材料としては、２〜３例を挙げると、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、またはＳｉＯ２といった材料であってもよい。同様に、上部誘電体層もまた、蛍光体層上面の輪郭とほぼ一致する輪郭を有する底面を有し、上部電極と蛍光体層との間に形成されている。一形態においては、上記上部誘電体層は、平坦化された上面を有する。つまり、上記上部電極底面が平坦なのである。
【００７１】
なお、本発明は、以下のように、言い換えることができる。
【００７２】
すなわち、本発明の電界発光素子の製造方法は、微小突起の輪郭を有する蛍光体層を有するエレクトロルミネセンス（ＥＬ）素子を製造する方法であって、微小突起を有する下部電極を形成する工程と、上記下部電極を覆うように、凹凸形状の上面及び底面を有する蛍光体層を形成する工程と、上記蛍光体層を覆うように上部電極を形成する工程とを含む製造方法であるといえる。
【００７３】
また、本発明の製造方法では、上記下部電極を形成する工程が、微小突起の輪郭を有する下部電極上面を形成する工程を含み、凹凸形状の上面及び底面を有する蛍光体層を形成する工程が、上記下部電極の上面の微小突起の輪郭とほぼ一致する輪郭を有する上面と底面とを形成する工程を含むことが好ましいといえる。
【００７４】
また、本発明の製造方法では、上記上部電極を形成する工程が、上記蛍光体層上面の上記輪郭とほぼ一致する輪郭を有する底面を有する上部電極を形成する工程を含むことが好ましいといえる。
【００７５】
また、本発明の製造方法では、微小突起を有する上記下部電極を形成する工程が、基部のサイズが約１００ナノメートルまたはそれ以下である微小突起を形成する工程を含むことが好ましいといえる。
【００７６】
また、本発明の製造方法では、微小突起を有する上記下部電極を形成する工程が、基部の高さが約５〜５００ｎｍである微小突起を形成する工程を含むことが好ましいといえる。
【００７７】
また、微小突起を有する上記下部電極を形成する工程では、インジウムすず酸化物（ＩＴＯ）およびＺｎＯ：Ａｌのグループから選択された透明素材から、ならびに、酸化インジウム（ＩｒＯｘ）、他の導電性金属の酸化物、および金属のグループから選択された不透明な物質から下部電極と微小突起とを形成することが好ましいといえる。
【００７８】
また、この製造方法では、上記下部電極と前記蛍光体層との間に、微小突起の輪郭に沿って形成された下部誘電体層を形成し、その下部誘電体層が上記微小突起の輪郭とほぼ一致する輪郭を有する上面と底面とを有するようにする工程をさらに含むことが好ましいといえる。
【００７９】
上記下部誘電体層を形成する工程では、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、２成分金属酸化物、３成分金属酸化物、および金属ケイ酸塩を含む集団から選択された材料から上記下部誘電体層を形成することが好ましいといえる。
【００８０】
上記下部誘電体層を形成する工程では、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相成長（ＣＶＤ）、回転塗布法、およびスパッタ堆積を含む集団から選択された堆積処理を使用して上記下部誘電体層を形成することが好ましいといえる。
【００８１】
また、本発明の製造方法では、前記上部電極と該蛍光体層との間に上部誘電体層を形成し、この上部誘電体層の底面が蛍光体層の上面の輪郭とほぼ一致する輪郭となるようにする工程をさらに含むことが好ましいといえる。
【００８２】
上記上部誘電体層を形成する工程は、上部誘電体層の上面を形成する工程を含み、この工程が上記上部誘電体層上面を平坦にする工程をさらに含むことが好ましいといえる。
請求項１０に記載の方法。
【００８３】
上記上部誘電体層を形成する工程では、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、２成分金属酸化物、３成分金属酸化物、および金属ケイ酸塩を含む集団から選択された材料から上記上部誘電体層を形成することが好ましいといえる。
【００８４】
上記上部誘電体層を形成する工程では、スピン塗布（ＳＯＧ）工程を使用して上記上部誘電体層を形成することが好ましいといえる。
【００８５】
本発明の製造方法では、シリコン、ガラス、石英、およびプラスチックを含む集団から選択された材料から、基板を前記下部電極の下に形成する工程をさらに含むことが好ましいといえる。
【００８６】
本発明の製造方法では、上記基板を形成する工程が、透明材料から基板を形成する工程を含み、かつ、微小突起を有する上記下部電極を形成する工程が、透明材料から下部電極と微小突起とを形成する工程を含むことが好ましいといえる。
【００８７】
前記蛍光体層を形成する工程にて、ＺｎＯ、ＺｎＳ：Ｍｎ、シリコンリッチの酸化物（ＳＲＯ）、ドープＺｎＯ、ドープＺｎＳ、およびドープＳＲＯを含む集団から選択された材料から上記蛍光体層を形成することが好ましいといえる。
【００８８】
前記上部電極を形成する工程にて、ＩＴＯ、ＺｎＯ：Ａｌ、ワイドバンドギャップの導電性酸化物、および、伝導性金属透明薄膜を含む集団から選択された透明材料、または、不透明伝導性金属から上記上部電極を形成することが好ましいといえる。
【００８９】
輪郭を有する上記蛍光体層上面および底面を形成する工程が、輪郭面（contour surface）の表面に５〜５００ｎｍの凹凸を持たせる工程を含むことが好ましいといえる。
【００９０】
本発明の電界発光素子は、微小突起の輪郭に沿って形成された蛍光体層を有する電界発光（ＥＬ）素子であって、微小突起を有する下部電極と、上記下部電極の上に重なり、形が不ぞろいな上面と底面とを有する蛍光体層と、上記蛍光体層の上に重なる上部電極とを備えた電界発光（ＥＬ）素子であるといえる。
【００９１】
本発明の電界発光素子においては、上記下部電極が微小突起の輪郭を有する上面を有し、かつ、上記蛍光体層が上記下部電極上面の微小突起の輪郭とほぼ一致する輪郭を有する上面と底面とを有することが好ましいといえる。
【００９２】
本発明の電界発光素子においては、上記上部電極が上記蛍光体層上面の上記輪郭とほぼ一致する輪郭を有する底面を有することが好ましいといえる。
【００９３】
本発明の電界発光素子においては、上記下部電極の微小突起の基部のサイズが約１００ナノメートル以下であることが好ましいといえる。
【００９４】
本発明の電界発光素子においては、上記下部電極の微小突起の高さが５〜５００ｎｍであることが好ましいといえる。
【００９５】
本発明の電界発光素子においては、上記下部電極および微小突起が、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、Ａｌドープ酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ａｌ）の集団から選択された透明材料、または、酸化イリジウム（ＩｒＯｘ）、他の伝導性金属酸化物、および金属を含む集団から選択された不透明材料からなることが好ましいといえる。
【００９６】
本発明の電界発光素子においては、上記下部電極と前記蛍光体層との間に、微小突起の輪郭に沿って形成された下部誘電体層を備え、上記下部誘電体層の上面及び底面が、上記微小突起の輪郭とほぼ一致する輪郭となっていることが好ましいといえる。
【００９７】
上記下部誘電体層が、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、２成分金属酸化物、３成分金属酸化物、および金属ケイ酸塩を含む集団から選択された材料からなっていることが好ましいといえる。
【００９８】
本発明の電界発光素子においては、前記上部電極と上記蛍光体層との間に、上部誘電体層を備え、この上部誘電体層の底面が、蛍光体層上面の輪郭とほぼ一致する輪郭となっていることが好ましいといえる。
【００９９】
さらに、上記上部誘電体層の上面が平坦であることが好ましいといえる。
【０１００】
上記上部誘電体層が、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、２成分金属酸化物、３成分金属酸化物、および金属ケイ酸塩を含む集団から選択された材料からなることが好ましいといえる。
【０１０１】
本発明の電界発光素子においては、前記下部電極の下に基板が配され、この基板が、シリコン、ガラス、石英、およびプラスチックを含む集団から選択された材料からなっていることが好ましいといえる。
【０１０２】
また、上記基板が透明材料であり、かつ、微小突起を有する上記下部電極が透明材料であることが好ましいといえる。
【０１０３】
前記蛍光体層が、ＺｎＯ、ＺｎＳ：Ｍｎ、シリコン過剰酸化物（ＳＲＯ）、ドープＺｎＯ、ドープＺｎＳ：Ｍｎ、およびドープＳＲＯを含む集団から選択された材料からなっていることが好ましいといえる。
【０１０４】
前記上部電極が、ＩＴＯ、ＺｎＯ：Ａｌ、ワイドバンドギャップの導電性酸化物、および、伝導性金属透明薄膜を含む集団から選択された透明材料、または不透明な伝導性金属からなっていることが好ましいといえる。
【０１０５】
上記蛍光体層の上面及び底面が、５〜５００ｎｍの表面凹凸になっていることが好ましいといえる。
【０１０６】
本発明においては、ナノ電極およびその輪郭に沿って形成された蛍光体層を備えた電界発光素子、その製造方法が提供されている。本発明の説明を補助するために、特定の材料および製造方法の詳細が例として示されているが、本発明は、あくまでもこれらの例に限定されるものではなく、他の変形および形態が当業者によってなされるであろう。
【０１０７】
本発明は上述した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る。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を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。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明は、集積回路に関連する半導体産業に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】薄膜半導体Ｓｉ系蛍光体電界発光素子（従来技術）の部分断面図である。
【図２】微小突起の輪郭に沿って形成された蛍光体層を有する電界発光（ＥＬ）素子の詳細な部分断面図である。
【図３】図２の素子における、いくつかの微小突起を詳細に示した部分断面図である。
【図４】図２の電界発光素子の変形例を示す部分断面図である。
【図５】下部電極形成工程後の電界発光素子を示した図である。
【図６】ナノロッドの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。
【図７】図５の電界発光素子において、下部誘電体層の材料を堆積した後の状態を示す図である。
【図８】図７の電界発光素子において、蛍光体層を堆積した後の状態を示す図である。
【図９】図８の電界発光素子において、上部誘電体層を堆積した後の状態を示す図である。
【図１０】図９の電界発光素子において、上部電極を堆積した後の状態を示す図である。
【図１１】本発明の電界発光素子の完成させる工程を示した図である。
【図１２】微小突起の輪郭に沿って形成された蛍光体層を有する電界発光素子の製造方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１１０】
２０２ 下部電極
２０４ 微小突起
２０６ 蛍光体層
２０８ 上面（蛍光体層の上面）
２１０ 底面（蛍光体層の底面）
２１２ 上部電極
４００ 下部誘電体層
４０２ 底面（下部誘電体層の底面）
４０４ 上面（下部誘電体層の上面）
４０６ 上部誘電体層
４０８ 底面（上部誘電体層の底面）
１２０４ 工程（蛍光体層形成工程）
１２０６ 工程（上部電極形成工程）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界発光素子、及び電界発光素子の製造方法に関するものであり、より詳しくは、集積回路（ＩＣ）に適した電界発光素子、及び電界発光素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体材料のバンドギャップが直接遷移型あるいは間接遷移型であるかに関わらず、半導体素子（デバイス：device）から発光させることが可能である。高電界の逆バイアスｐｎ接合により、ホットキャリア群が生成される。このホットキャリアは、遊離光量子と再結合する。シリコン素子においては、発光効率が悪い事が知られており、光量子のエネルギーが約２ｅＶであるものがほとんどである。電気エネルギーを可視光エネルギーへ変換することは、電界発光（ＥＬ）と呼ばれている。室温で、少ない電気信号で動作可能な効率的な電界発光素子が製造されてきている。しかしながら、これらの素子は、シリコンと相性が悪い材料（例えば、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＧａＮ、及びＧａＰといったＩＩＩ−Ｖ族の材料）の上に加工される。これら材料のうち１つの基板上に設けられた電界発光素子は、使用される特定の材料に応じて、可視領域を含む狭波長帯域の光を効率的に出射することが可能である。さらに、ＺｎＳｅといったＩＩ−ＶＩ族の材料が使用されている。また、ＺｎＳやＺｎＯといった他のＩＩ−ＶＩ族の材料は、交流バイアス(ac bias)条件下で電界発光を示すことが知られている。これらの素子は、発光素子として利用するために、シリコン上に堆積可能である。ただし、これは特定（従来とは異なる）のＣＭＯＳ工程が実行される場合に限られる。発光装置の他の分類としては、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤｓ）、ナノ結晶性シリコン（ｎｃ−Ｓｉ）、及び重合体ＬＥＤが挙げられる。
【０００３】
従来、シリコンは、そのエネルギーバンドギャップが間接型であるため、光電子工学的な用途には向かないと考えられてきた。実際に、バルクシリコンは、きわめて効率が悪い発光体である。この問題を解決するために、さまざまな方法がなされてきた。この中で、ナノ構造中の量子閉じ込め、及び結晶性シリコンへの希土類ドーピングがきわめて多くの注目を浴びている。
【０００４】
光学素子（発光素子及び光検出素子）が必要とされる用途において、シリコンと相性が良く、直流電圧(dc voltage)により出力可能な、簡易でかつ効率的な発光素子が要望されている。電界発光素子のための有効なシリコン基板は、従来の金属処理と比較して、より迅速でありかつ信頼性がある、信号結合手段を可能にする。大型のシステムオンチップ型(system-on-chip)の装置のチップ内配線(intra-chip connection)においては、光学手段による信号の経路設定(routing)が要望されている。チップ間通信(inter-chip communication)においては、導波路、または離間したシリコン部材間の光学的な結合により、チップ間の電気的接続がない状態での実装が可能になる。小型ディスプレイにおいては、可視光の小さな点光源を生成する方法により、簡単でかつ安価なディスプレイが形成可能になる。
【０００５】
図１は、薄膜半導体Ｓｉ系蛍光体電界発光素子（solid-state Si phosphor EL device）（従来技術）の部分断面図である。現在、光内部結合(optical interconnect)といった多くの用途のために、シリコンと相性がよい電界発光素子が探し求められている。交流（ＡＣ）電界発光素子は、基板１と、任意の下部電極２と、上部誘電層５と下部誘電層３との間に挟まれた蛍光体層４と、上部透明電極６とから構成される。そのような素子には、典型的に、下部電極２から電子を上記蛍光体層に注入するために、高い動作電界が必要である。電子は、この電界によって加速され、発光中心で放射減衰するまでエネルギーを得る。図示されているように、この素子においてすべての層は平面である。
【０００６】
ナノワイヤ、ナノロッド、およびナノ粒子といったナノ構造を有する材料は、２〜３例を挙げると、ナノケミカルおよびナノバイオセンサー、ナノＬＥＤ、ナノトランジスタ、ナノレーザーといった用途で使用される可能性がある。Ｓｉ、Ｇｅ、他の半導体元素、ＺｎＯ、および他の２成分半導体（binary semiconductor）といった材料が、ナノ構造化されてきた。ナノワイヤ形成のための主な方法の１つとしては、触媒を使用して気相からナノワイヤを成長させるＶＬＳ（vapor-liquid-solid）成長法がある。また、他の方法も使用されてきた。
【０００７】
光ルミネセンス(ＰＬ)の発生を促進させるために、ナノ構造を有する電極が使用されており、シリコンと相性がよい蛍光材料において電界強度をより高くしてきた。例えば、本願として同じ譲受人に譲受された、先願発明（米国出願番号１１／０６１，９４６；２００５年２月１７日出願：本願の出願前の確認時点で未公開；代理人整理番号ＳＬＡ８９１）である、「ナノ電極を有するシリコン蛍光電界発光素子」において、スウらは、酸化インジウムからなるナノメートルオーダーの微小突起を使用して作製された電界発光素子を提案している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記先願発明には、ナノ構造を有する電極とその上を覆う蛍光体層との間に隙間及び空洞（エアーポケット）が形成されるという課題が残されている。
【０００９】
すなわち、ＥＬナノ構造の開発が継続することにより、光ルミネセンス(ＰＬ)強度がさらに改善されると望ましい。しかしながら、ナノ構造特有の高い表面積により、微小突起表面を等方的に被覆する(conformally covering)際に問題が起きてしまう。また同様に、この等方性(conformality)の問題により、ナノ構造を有する電極とそれを覆う蛍光体層との間に隙間および空洞（エアーポケット）が形成されてしまうおそれがある。
【００１０】
ナノ構造の形成により、シリコンと相性がよい蛍光電界発光素子の強度が増加すると、好都合である。
【００１１】
また、電界発光素子のシリコン蛍光体層が、ナノ電極の形状と一致するような輪郭になっていれば、好都合である。
【００１２】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ナノ構造を有する電極とそれを覆う蛍光体層との間に隙間および空洞（エアーポケット）が形成されず、強度を増加させることが可能な電界発光素子、及び電界発光素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る電界発光素子は、上記課題を解決するために、下部電極と上部電極とからなる一対の電極を有し、下部電極と上部電極との間に蛍光体を含む蛍光体層が設けられた電界発光素子であって、上記下部電極は、ナノメートルオーダーの微小突起が下部電極表面に複数設けられたナノ構造を有し、上記蛍光体層は、その底面及び上面が上記微小突起の輪郭に沿った凹凸面になるように形成されていることを特徴としている。
【００１４】
上記の構成によれば、下部電極は、ナノメートルオーダーの微小突起が下部電極表面に複数設けられたナノ構造を有し、蛍光体層は、その底面及び上面が上記微小突起の輪郭に沿った凹凸面になるように形成されているので、ナノ構造を有する下部電極と蛍光体層との間に、隙間または空洞部分（エアーポケット）が形成されにくくなる。その結果、上記の構成によれば、電界発光素子の強度が増加し、光ルミネセンス(ＰＬ)強度が向上する。
【００１５】
本発明に係る電界発光素子では、上記上部電極は、その底面が上記微小突起の輪郭に沿った凹凸面になるように形成されていることが好ましい。
【００１６】
これにより、蛍光体層の上面における凹凸面と上部電極の底面における凹凸面との両方が、微小突起の輪郭に沿ったものになる。その結果、上記の構成によれば、上部電極と蛍光体層との間に、隙間または空洞部分（エアーポケット）が形成されにくくなり、電界発光素子の強度がさらに増加する。
【００１７】
本発明に係る電界発光素子では、下部電極と蛍光体層との間に、誘電体材料からなる下部誘電体層が形成されており、上記下部誘電体層は、その底面及び上面が上記微小突起の輪郭に沿った凹凸面になるように形成されていることが好ましい。
【００１８】
上記の構成によれば、下部電極と蛍光体との間の距離（誘電体層の厚さ）がいたるところで均一となるため、下部電極から蛍光体に注入されるキャリアを蛍光体全体に均一化することができる。このため、蛍光体全体から均一な発光を得ることができ、最も効率よく光を得ることができる。
【００１９】
また、上記下部誘電体層が、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、２成分金属酸化物、３成分金属酸化物、および金属ケイ酸塩を含む集団から選択された材料からなっていることが好ましい。
【００２０】
本発明に係る電界発光素子では、蛍光体層と上部電極との間に、誘電体からなる上部誘電体層が形成されており、上記上部誘電体層は、その底面が上記微小突起の輪郭に沿った凹凸面になるように形成されていることが好ましい。
【００２１】
上記の構成によれば、誘電体層と蛍光体との間に空隙が生じることがないため、部分的に電界の強弱が生じることにより発生するデバイスの劣化の問題を回避することができ、デバイスの信頼性を向上させることができる。
【００２２】
また、上記上部誘電体層が、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、２成分金属酸化物、３成分金属酸化物、および金属ケイ酸塩を含む集団から選択された材料からなっていることが好ましい。
【００２３】
本発明に係る電界発光素子の製造方法は、上記の課題を解決するために、下部電極と上部電極とからなる一対の電極を有し、下部電極と上部電極との間に蛍光体を含む蛍光体層が設けられた電界発光素子の製造方法であって、ナノメートルオーダーの微小突起が複数設けられたナノ構造を有する下部電極を形成する下部電極形成工程と、底面及び上面が上記微小突起の輪郭に沿った凹凸面になるように蛍光体層を形成する蛍光体層形成工程とを含むことを特徴としている。
【００２４】
上記の構成によれば、蛍光体層形成工程にて、底面及び上面が上記微小突起の輪郭に沿った凹凸面になるように蛍光体層を形成するので、ナノ構造を有する下部電極と蛍光体層との間に、隙間または空洞部分（エアーポケット）が形成されにくくなる。その結果、上記の構成によれば、強度が増加し、かつ光ルミネセンス(ＰＬ)強度が向上した電界発光素子を製造することが可能になる。
【００２５】
本発明に係る電界発光素子の製造方法では、底面及び上面が上記微小突起の輪郭に沿った凹凸面になるように上部電極を形成する上部電極形成工程を含むことが好ましい。
【００２６】
これにより、蛍光体層の上面における凹凸面と上部電極の底面における凹凸面との両方が、微小突起の輪郭に沿ったものになる。その結果、上記の構成によれば、上部電極と蛍光体層との間に、隙間または空洞部分（エアーポケット）が形成されにくくなり、強度がさらに増加した電界発光素子を製造することが可能になる。
【００２７】
また、上記蛍光体層形成工程では、原子層堆積（ＡＬＤ）により蛍光体層を形成することが好ましい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る電界発光素子は、以上のように、上記下部電極は、ナノメートルオーダーの微小突起が下部電極表面に複数設けられたナノ構造を有し、上記蛍光体層は、その底面及び上面が上記微小突起の輪郭に沿った凹凸面になるように形成されている構成である。
【００２９】
また、本発明に係る電界発光素子の製造方法は、以上のように、ナノメートルオーダーの微小突起が複数設けられたナノ構造を有する下部電極を形成する下部電極形成工程と、底面及び上面が上記微小突起の輪郭に沿った凹凸面になるように蛍光体層を形成する蛍光体層形成工程とを含む構成である。
【００３０】
それゆえ、ナノ構造を有する下部電極と蛍光体層との間に、隙間または空洞部分（エアーポケット）が形成されにくくなる。その結果、電界発光素子の強度がさらに増加し、光ルミネセンス(ＰＬ)強度が向上するという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明は、集積回路（ＩＣ）作製に関するものであり、より具体的には、微小突起の輪郭に沿って形成された蛍光体層を有し、ナノ電極（微小突起を有する電極）を使用して作製された電界発光（ＥＬ）素子に関するものである。上述した方法および微小突起の輪郭になった蛍光体層を有する電界発光素子の詳細について、図２ないし図１２に基づいて説明すると以下の通りである。
【００３２】
図２は、微小突起の輪郭に沿って形成された蛍光体層を有する電界発光（ＥＬ）素子の詳細な部分断面図である。電界発光素子２００は、微小突起２０４を有する下部電極（ＢＥ）２０２を備えている。蛍光体層２０６は、下部電極２０２を覆うように形成されており、凹凸形状の(irregularly-shaped)上面２０８と凹凸形状の底面２１０とを有している。上部電極２１２は、蛍光体層２０６を覆うように形成されている。
【００３３】
基板２１３は、下部電極２０２の下に配されており、シリコン、シリコン酸化物、窒化ケイ素、ガラス、石英、またはプラスチックといった材料からなっている。構成の一例としては、基板２１３、下部電極２０２、および微小突起２０４が透明材料である一方、上部電極２１２が不透明材料である構成が挙げられる。また、別の構成の一例としては、上部電極２１２が透明材料である一方、下部電極２０２および基板２１３が不透明材料である構成が挙げられる。さらに別の構成の一例としては、基板２１３、下部電極２０２、および上部電極２１２が全て透明材料である構成が挙げられる。
【００３４】
ここでいう「微小突起」とは、「ナノメートルオーダーの微小突起」のことを意味するものであり、一般的には「ｎａｎｏｔｉｐ」として知られている。また、「ナノメートルオーダー」とは、ナノメートル単位で表すことが可能な寸法であり、具体的には、１ナノメートルから５００ナノメートルまでの範囲にある寸法のことをいう。そして、この微小突起は、ある特定の物理的性質、形状、または寸法に限定されるものではない。微小突起は、ナノロッド、ナノチューブ、またはナノワイヤとして知られているものであってもよい。また、ここでは示さないが、微小突起は、中空構造を形成していてもよい。さらに、ここでは示さないが、微小突起は、複数のチップ端から形成されていてもよい。
【００３５】
蛍光体層２０６は、ＺｎＯ、ＺｎＳ：Ｍｎ、シリコンが豊富に含まれた（シリコンリッチの）シリコン酸化物(silicon-rich silicon oxide)（ＳＲＯまたはＳＲＳＯ）、ドープＺｎＯ、ドープＺｎＳ：Ｍｎ、またはドープＳＲＯといった材料からなっていてもよい。上部電極２１２は、インジウムすず酸化物（ＩＴＯ）、アルミニウム（Ａｌ）ドープ酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ａｌ）、ワイドバンドギャップの導電性酸化物といった透明材料からなる、あるいは、伝導性金属の透明薄膜であってもよい。上部電極が不透明である場合、上部電極として他の従来の材料を使用してもよいが、典型的には、伝導性の金属である。
【００３６】
図３は、図２の素子における、いくつかの微小突起を詳細に示した部分断面図である。下部電極の微小突起２０４は、突起基底幅(tip base size)３００を有している。突起基底幅３００は、約５０ナノメーター以下である。また、下部電極の微小突起２０４は、チップ高さ３０２を有している。この突起高さ３０２は、５ｎｍから５００ｎｍまでの範囲内である。
【００３７】
構成の一例としては、微小突起２０４は、インジウムすず酸化物（ＩＴＯ）からなっている。本発明では、ＩＴＯからなる微小突起が使用されているが、微小突起は他の遷移金属の導電性酸化物からなっていてもよい。下部電極２０２及び微小突起２０４は、アルミニウム（Ａｌ）ドープ酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ａｌ）といった他の透明材料であってもよい。他の一例としては、下部電極２０２及び微小突起２０４は、金属といった不透明材料、またはイリジウム酸化物（ＩｒＯｘ）といった金属の導電性酸化物からなっていてもよい。
【００３８】
再び図２に示すように、下部電極２０２は、上面２１４を有し、この上面２１４が微小突起の輪郭になっていることがわかる。蛍光体層の上面２０８は、下部電極の上面２１４における微小突起の輪郭と、ほぼ一致するような輪郭を有する。同様に、蛍光体層の底面２１０もまた、下部電極の上面２１４における微小突起の輪郭とほぼ一致するような輪郭を有する。蛍光体層の上面２０８及び底面２１０は、表面凹凸を有する。そして、この表面凹凸が５から５００ナノメートル（ｎｍ）までの範囲内となっている。この範囲は、表面凹凸は表面の平坦性のばらつきによるものである。したがって、得られる等方一致性(conformality)によっては、上記表面凹凸は、上記微小突起の高さと同じになっていてもよい（図３参照）。図示されたいくつかの一例においては、下部電極における微小突起の輪郭に沿って形成された上面の細部は、その上を覆う各層へ行くに従い失われていてもよい。それゆえ、シリコン蛍光体層の上面２０８は、底面２１０と比較して、微小突起の細部の輪郭に沿った形状になっていなくてもよい。それゆえ、上面２０８は、底面２１０よりも、表面凹凸が少なくなっている。
【００３９】
各面における輪郭の細部の消失は、異なる物質層間の緊張および異方蒸着特性（anisotropic deposition characteristics）によるものである。このような理由により、上記シリコン蛍光体層の表面の輪郭は、上記微小突起の輪郭とほぼ一致しているといえる。図示されているように、上部電極２１２は、底面２１６を有し、この底面２１６が蛍光体層の上面２０８の輪郭とほぼ一致する輪郭となっている。
【００４０】
図４は、図２の電界発光素子の変形例を示す部分断面図である。図４の構成では、下部電極２０２と蛍光体層２０６との間に、（微小突起の）輪郭に沿って形成された下部誘電体層４００が形成されている。下部誘電体層４００は、上面４０２および底面４０４を有している。上面４０２と底面４０４とはともに、下部電極の上面２１４における微小突起の輪郭に沿った形状とほぼ一致する輪郭になっている。下部誘電体層４００は、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、２成分金属酸化物、３成分金属酸化物、または金属ケイ酸塩といった材料からなっていてもよい。
【００４１】
別の一例においては、上部電極２１２と蛍光体層２０６との間に、上部誘電体層４０６が形成されている。上部誘電体層４０６は、底面４０８を有し、この底面４０８が蛍光体層の上面２０８の輪郭とほぼ一致する輪郭になっている。また、上部誘電体層４０６は、平坦な上面４１０を有する。上部誘電体層４０６は、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、２成分金属酸化物、３成分金属酸化物、または金属ケイ酸塩といった材料からなっていてもよい。
【００４２】
以下、本発明の電界発光素子の機能について説明する。
【００４３】
図５、及び図７ないし図１１は、本発明の電界発光素子を完成させる工程を示した図である。上述したように、交流（ＡＣ）型電界発光素子では、基板、ナノ構造を有する下部電極、下部誘電体層、蛍光体層、上部誘電体層、透明上部電極が、底部から上部へ向かってこの順に形成されていてもよい。上記基板５００は、シリコンウエハまたはガラスウエハであってもよい。シリコン基板が形成されている場合、標準的なＲＣＡ洗浄といった適切な表面洗浄処理が施され、その後、ＨＦ（フッ酸）工程が行われる。そして、ＩＴＯといったナノ構造を有する導電性の下部電極５０２が堆積される（下部電極形成工程）。図示されているように、ＩＴＯ膜（下部電極）５０２の表面は、結晶性三角ＩＴＯ（crystalline triangular ITO）ナノロッド（微小突起）で覆われている。
【００４４】
図６は、ナノロッドの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。このＳＥＭ画像から、ナノロッドの長さが約０．５マイクロメータ（μｍ）であり、ある端の部分では基部の幅が約０．１μｍであることがわかる。他の異なる寸法のナノロッドが使用されていてもよい。また、導電性の下部電極は、必ずしもＩＴＯである必要はなく、図示したものと類似した好適なナノ構造を有する表面に形成可能な材料であればよい。また、ナノワイヤ、微小突起、またはナノロッド形成可能な任意の堆積技術を使用することもできる。
【００４５】
図７は、図５の電界発光素子において、下部誘電体層の材料を堆積した後の状態を示す図である。（ナノ構造を有する導電性の下部電極５０２を堆積した下部電極形成工程後の）次の工程では、下部誘電体層５０４が堆積される。下部誘電体層５０４としてＨｆＯ２を堆積する場合、原子層堆積（ＡＬＤ）といった等方性製膜技術（conformal technique）により下部誘電体層５０４を堆積する。また、下部誘電体層としてＳｉＯ２、他の高誘電率誘電体といった材料を使用することが可能である。さらに、他の等方性堆積技術（conformal deposition technique）を使用することが可能である。
【００４６】
図８は、図７の電界発光素子において、蛍光体層を堆積した後の状態を示す図である。（下部誘電体層を堆積した後の）次の工程では、ＡＬＤといった等方性製膜技術により、蛍光体層５０６が堆積される（蛍光体層形成工程）。図に示した例では、蛍光体層の材料としてＺｎＯを使用している。しかしながら、原理上、蛍光体層の材料として、ＺｎＳ：Ｍｎのような他の任意の最新式で好適な材料を使用してもよい。また、任意の好適な等方性堆積技術を使用してもよい。必要に応じて、適切なアニールを施し、蛍光体層の発光特性を活性化または改善させてもよい。蛍光体層が下部電極の微小突起の輪郭に沿って形成されている場合、隙間または空洞部分（エアーポケット）が形成されにくくなり、ＰＬ強度が増すという点で有利である。
【００４７】
図９は、図８の電界発光素子において、上部誘電体層を堆積した後の状態を示す図である。（蛍光体層を堆積した蛍光体層形成工程後の）次の工程では、上部誘電層５０８が堆積される。上部誘電層の材料として、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮといった誘電体、または２成分金属酸化物、３成分金属酸化物といった高誘電率誘電体を使用することが可能である。例えば、これらの材料をスピンオンし、下面の凹凸形状(rough topography)を平坦にしてもよい。
【００４８】
図１０は、図９の電界発光素子において、上部電極を堆積した後の状態を示す図である。最後に、電界発光素子との電気接点を完成させるために、上部電極５１０を堆積する（上部電極形成工程）。この上部電極は、上面が平坦であり、ナノ構造の表面を有するものではない。（この例では）この上部電極は、導電性であり、かつ透明であり、光を通すようになっている。示された例では、平坦、導電性で、かつ透明な膜をもたらすように特定されたプロセス・パラメータで、マグネトロンＤＣスパッタリングによって、ＩＴＯが堆積されている。原理上は、任意の最新式の方法で、任意の透明で導電性の最新式の好適な電極を堆積可能である。
【００４９】
図１１は、図１０の電界発光素子における、完成後の状態を示す図である。適切なバイアスまたは波形が印加されると、電界発光素子は、電界が高められたナノロッドの先端近傍の蛍光体領域で優先的に発光する。
【００５０】
別の形態においては、下部誘電体層を省略することにより、直流（ＤＣ）型電界発光素子が形成される。さらに別の変形例としては、下部誘電体層を使用するが、上部誘電体層を省略するような構成が挙げられる。さらに別の変形例としては、下部誘電体層及び上部誘電体層を使用しない構成（図２参照）が挙げられる。
【００５１】
さらに別の一例としては、上述のＳＯＧ膜に代わりに上部誘電体層として、等方性誘電体膜（例えば、ＡＬＤにより形成されたＨｆＯ２、ＨｆＳｉＯＮ等、またはその他の誘電体膜）を使用する点を除き、図１１に図示された全構造と同様のものが用いられた構成が挙げられる。上記構造全てが使用されている。さらに、等方性が低い膜形成技術（less conformal technique）の代わりに、等方性であり、かつ導電性の透明電極層（例えばＡＬＤにより形成されたＺｎＯ：Ａｌ）を使用してもよい。この構成によって、蛍光膜の区画を大きく超えた発光が可能になる。
【００５２】
図１２は、微小突起の輪郭に沿って形成された蛍光体層を有する電界発光素子の製造方法を示すフローチャートである。なお、当該方法は、明瞭に示すために、番号が振られた工程の順番として示しているが、特に明示されていないかぎり、これらの番号から順番が推断されるものではない。いくつかの工程は、飛ばされたり、平行して行われたり、または、順番を厳密に維持するという条件を満たさずに行われても良いことを理解されたい。この方法のいくつかの詳細は、上記図１〜図１１の説明内容から理解される。上記方法は、工程１２０から開始される。
【００５３】
工程１２０１では、シリコンといった材料、またはガラス、石英、もしくはプラスチックといった透明材料から基板を形成する。工程１２０２では、透明または不透明な材料から、微小突起を有する下部電極を形成する。工程１２０４では、下部電極を覆うように蛍光体層を形成する。なお、この蛍光体層の上面及び底面は凹凸形状になっている。また、この面の輪郭は、５ｎｍから５００ｎｍまでの範囲内の表面凹凸を有する。一例として、工程１２０４では、突起基底幅が約１００ｎｍ以下であり、チップ高さが５ｎｍから５００ｎｍまでの範囲内である微小突起を形成する。工程１２０６では、上記蛍光体層を覆うように、上部電極を形成する。
【００５４】
典型的に、工程１２０２では、下部電極において微小突起の輪郭となる上面を形成する。その後、工程１２０４では、上記下部電極の上面の輪郭とほぼ一致する輪郭になるように、蛍光体層の上面及び底面を形成する。一形態においては、工程１２０６では、蛍光体層上面の輪郭とほぼ一致する輪郭になった底面を有する上部電極を形成する。
【００５５】
工程１２０４にて形成された蛍光体層は、ＺｎＯ、ＺｎＳ：Ｍｎ、ＳＲＯ、ドープＺｎＯ、ドープＺｎＳ、またはドープＳＲＯといった材料であってもよい。工程１２０６にて形成された上部電極は、インジウムすず酸化物（ＩＴＯ）、アルミニウム（Ａｌ）ドープ酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ａｌ）、ワイドバンドギャップの導電性酸化物といった透明材料からなる、あるいは、伝導性金属の透明薄膜であってもよい。上部電極が不透明である場合、典型的には、上部電極は伝導性の金属からなる。
【００５６】
工程１２０２における、微小突起を有する下部電極は、ＩＴＯ、ＺｎＯ：Ａｌといった透明材料、または伝導性金属酸化物（例えばＩｒＯｘ）、金属といった不透明材料からなっていてもよい。
【００５７】
一変形例においては、工程１２０３では、下部電極と蛍光体層との間に、微小突起の輪郭に沿った下部誘電体層を形成する。この下部誘電体層の上面及び底面は、微小突起の輪郭とほぼ一致する輪郭となっている。下部誘電体層は、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、他の２成分金属酸化物または３成分金属酸化物、もしくは金属ケイ酸塩といった材料からなっていてもよい。下部誘電体層は、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相成長（ＣＶＤ）、回転塗布法、または、スパッタ堆積といった堆積処理により形成されていてもよい。
【００５８】
さらに別の変形例においては、工程１２０５ａにて、上部電極と蛍光体層との間に、上部誘電体層を形成する。この上部誘電体層の底面は、蛍光体層の上面の輪郭とほぼ一致する輪郭となっている。さらに、工程１２０５ｂでは、上部誘電体層の上面を平坦化する。上部誘電体層は、ＳｉＯ２、ＳｉＯ２、２成分金属酸化物、３成分金属酸化物、または金属ケイ酸塩といった材料からなっていてもよい。一形態においては、上記上部電極を、スピン塗布（ＳＯＧ）処理を使用して形成することが可能である。
【００５９】
以上のように、本発明の電界発光素子は、下部電極２０２と上部電極２１２とからなる一対の電極を有し、下部電極２０２と上部電極２１２との間に蛍光体を含む蛍光体層２０６が設けられた電界発光素子であって、下部電極２０２は、ナノメートルオーダーの微小突起２０４が下部電極２０２表面に複数設けられたナノ構造を有し、蛍光体層２０６は、その底面２１０及び上面２０８が微小突起２０４の輪郭に沿った凹凸面になるように形成されていることを特徴としている。
【００６０】
これにより、ナノ構造を有する下部電極２０４と蛍光体層２０６との間に、隙間または空洞部分（エアーポケット）が形成されにくくなる。その結果、電界発光素子の強度が増加し、光ルミネセンス(ＰＬ)強度が向上する。
【００６１】
また、上部電極２１２は、その底面２１６が微小突起２０４の輪郭に沿った凹凸面になるように形成されていることが好ましい。
【００６２】
また、本発明の電界発光素子では、例えば図４に示されるように、下部電極２０２と蛍光体層２０６との間に、誘電体材料からなる下部誘電体層４００が形成されており、下部誘電体層４００は、その底面４０２及び上面４０４が微小突起２０４の輪郭に沿った凹凸面になるように形成されていることが好ましい。
【００６３】
さらに、蛍光体層２０６と上部電極２１２との間に、誘電体からなる上部誘電体層４０６が形成されており、上部誘電体層４０６は、その底面４０８が微小突起２０４の輪郭に沿った凹凸面になるように形成されていることが好ましい。
【００６４】
また、本発明に係る電界発光素子の製造方法は、下部電極と上部電極とからなる一対の電極を有し、下部電極と上部電極との間に蛍光体を含む蛍光体層が設けられた電界発光素子の製造方法であって、ナノメートルオーダーの微小突起が複数設けられたナノ構造を有する下部電極を形成する下部電極形成工程と、底面及び上面が上記微小突起の輪郭に沿った凹凸面になるように蛍光体層を形成する蛍光体層形成工程（工程１２０４）とを含むことを特徴としている。
【００６５】
本発明に係る電界発光素子の製造方法では、底面及び上面が上記微小突起の輪郭に沿った凹凸面になるように上部電極を形成する上部電極形成工程（工程１２０６）を含むことが好ましい。
【００６６】
電界発光素子のためのナノ構造ナノロッド材料でできた下部電極の用途をここで述べる。このような素子のための電極としてＩＴＯが長い間使用されてきたが、それは平面的であるという典型的な特徴を持っている。周囲の電界が増加すると、鋭利形状の伝導体内で面電荷密度が増進されることはよく知られている。最近、ナノチューブやナノワイヤのような鋭利形状ナノ構造物質は効果的な電界放出素子であることが示されている。
【００６７】
上記ナノ構造ＩＴＯ電極は、ナノロッドで覆われている。これらは、このような素子の蛍光体層への電子の電界放出を促進させるはたらきをする、棒状の、鋭いチップを有するナノ構造である。この電極によって、このような電界発光素子の作業電圧およびルミネセンス閾値が低減可能となる。また、上記電極の上に重なる前記蛍光物質は、上記ナノロッドの形状とほぼ一致する輪郭を描いている。
【００６８】
以上のように、本発明は、微小突起の輪郭に沿って形成された蛍光体層を備えた電界発光素子及びその製造方法である。この製造方法は、微小突起を有する下部電極を形成する工程、下部電極を覆うように、上面と底面との形が不ぞろいな蛍光体層を形成する工程、および該蛍光体層を覆うように上部電極を形成する工程が含まれる。上述したように、上記下部電極の上面は、微小突起の輪郭を有する。したがって、上記蛍光体層の不ぞろいな上面及び底面は、上記下部電極上面の微小突起の輪郭とほぼ一致する輪郭を有する。一形態において、上記上部電極は、上記蛍光体層上面の輪郭とほぼ一致する輪郭になった底面を有する。
【００６９】
上記蛍光体層は、ＺｎＯ、ＺｎＳ：Ｍｎ、シリコン過剰酸化物（ＳＲＯ）、ドープＺｎＯ、ドープＺｎＳ、またはドープＳＲＯのような物質であり得る。上記下部電極は、ＩＴＯまたはＺｎＯ：Ａｌのような透明素材であり得る。上記上部電極が透明である場合、上記下部電極は、酸化イリジウム（ＩｒＯｘ）のような伝導性の金属の酸化物もしくは金属のような不透明な物質であり得る。
【００７０】
別の形態においては、下部電極と蛍光体層との間に、微小突起の輪郭に沿って形成された下部誘電体層を形成する。下部誘電体層の上面及び底面は、微小突起の輪郭とほぼ一致する輪郭となっている。下部誘電体層の材料としては、２〜３例を挙げると、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、またはＳｉＯ２といった材料であってもよい。同様に、上部誘電体層もまた、蛍光体層上面の輪郭とほぼ一致する輪郭を有する底面を有し、上部電極と蛍光体層との間に形成されている。一形態においては、上記上部誘電体層は、平坦化された上面を有する。つまり、上記上部電極底面が平坦なのである。
【００７１】
なお、本発明は、以下のように、言い換えることができる。
【００７２】
すなわち、本発明の電界発光素子の製造方法は、微小突起の輪郭を有する蛍光体層を有するエレクトロルミネセンス（ＥＬ）素子を製造する方法であって、微小突起を有する下部電極を形成する工程と、上記下部電極を覆うように、凹凸形状の上面及び底面を有する蛍光体層を形成する工程と、上記蛍光体層を覆うように上部電極を形成する工程とを含む製造方法であるといえる。
【００７３】
また、本発明の製造方法では、上記下部電極を形成する工程が、微小突起の輪郭を有する下部電極上面を形成する工程を含み、凹凸形状の上面及び底面を有する蛍光体層を形成する工程が、上記下部電極の上面の微小突起の輪郭とほぼ一致する輪郭を有する上面と底面とを形成する工程を含むことが好ましいといえる。
【００７４】
また、本発明の製造方法では、上記上部電極を形成する工程が、上記蛍光体層上面の上記輪郭とほぼ一致する輪郭を有する底面を有する上部電極を形成する工程を含むことが好ましいといえる。
【００７５】
また、本発明の製造方法では、微小突起を有する上記下部電極を形成する工程が、基部のサイズが約１００ナノメートルまたはそれ以下である微小突起を形成する工程を含むことが好ましいといえる。
【００７６】
また、本発明の製造方法では、微小突起を有する上記下部電極を形成する工程が、基部の高さが約５〜５００ｎｍである微小突起を形成する工程を含むことが好ましいといえる。
【００７７】
また、微小突起を有する上記下部電極を形成する工程では、インジウムすず酸化物（ＩＴＯ）およびＺｎＯ：Ａｌのグループから選択された透明素材から、ならびに、酸化インジウム（ＩｒＯｘ）、他の導電性金属の酸化物、および金属のグループから選択された不透明な物質から下部電極と微小突起とを形成することが好ましいといえる。
【００７８】
また、この製造方法では、上記下部電極と前記蛍光体層との間に、微小突起の輪郭に沿って形成された下部誘電体層を形成し、その下部誘電体層が上記微小突起の輪郭とほぼ一致する輪郭を有する上面と底面とを有するようにする工程をさらに含むことが好ましいといえる。
【００７９】
上記下部誘電体層を形成する工程では、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、２成分金属酸化物、３成分金属酸化物、および金属ケイ酸塩を含む集団から選択された材料から上記下部誘電体層を形成することが好ましいといえる。
【００８０】
上記下部誘電体層を形成する工程では、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相成長（ＣＶＤ）、回転塗布法、およびスパッタ堆積を含む集団から選択された堆積処理を使用して上記下部誘電体層を形成することが好ましいといえる。
【００８１】
また、本発明の製造方法では、前記上部電極と該蛍光体層との間に上部誘電体層を形成し、この上部誘電体層の底面が蛍光体層の上面の輪郭とほぼ一致する輪郭となるようにする工程をさらに含むことが好ましいといえる。
【００８２】
上記上部誘電体層を形成する工程は、上部誘電体層の上面を形成する工程を含み、この工程が上記上部誘電体層上面を平坦にする工程をさらに含むことが好ましいといえる。
請求項１０に記載の方法。
【００８３】
上記上部誘電体層を形成する工程では、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、２成分金属酸化物、３成分金属酸化物、および金属ケイ酸塩を含む集団から選択された材料から上記上部誘電体層を形成することが好ましいといえる。
【００８４】
上記上部誘電体層を形成する工程では、スピン塗布（ＳＯＧ）工程を使用して上記上部誘電体層を形成することが好ましいといえる。
【００８５】
本発明の製造方法では、シリコン、ガラス、石英、およびプラスチックを含む集団から選択された材料から、基板を前記下部電極の下に形成する工程をさらに含むことが好ましいといえる。
【００８６】
本発明の製造方法では、上記基板を形成する工程が、透明材料から基板を形成する工程を含み、かつ、微小突起を有する上記下部電極を形成する工程が、透明材料から下部電極と微小突起とを形成する工程を含むことが好ましいといえる。
【００８７】
前記蛍光体層を形成する工程にて、ＺｎＯ、ＺｎＳ：Ｍｎ、シリコンリッチの酸化物（ＳＲＯ）、ドープＺｎＯ、ドープＺｎＳ、およびドープＳＲＯを含む集団から選択された材料から上記蛍光体層を形成することが好ましいといえる。
【００８８】
前記上部電極を形成する工程にて、ＩＴＯ、ＺｎＯ：Ａｌ、ワイドバンドギャップの導電性酸化物、および、伝導性金属透明薄膜を含む集団から選択された透明材料、または、不透明伝導性金属から上記上部電極を形成することが好ましいといえる。
【００８９】
輪郭を有する上記蛍光体層上面および底面を形成する工程が、輪郭面（contour surface）の表面に５〜５００ｎｍの凹凸を持たせる工程を含むことが好ましいといえる。
【００９０】
本発明の電界発光素子は、微小突起の輪郭に沿って形成された蛍光体層を有する電界発光（ＥＬ）素子であって、微小突起を有する下部電極と、上記下部電極の上に重なり、形が不ぞろいな上面と底面とを有する蛍光体層と、上記蛍光体層の上に重なる上部電極とを備えた電界発光（ＥＬ）素子であるといえる。
【００９１】
本発明の電界発光素子においては、上記下部電極が微小突起の輪郭を有する上面を有し、かつ、上記蛍光体層が上記下部電極上面の微小突起の輪郭とほぼ一致する輪郭を有する上面と底面とを有することが好ましいといえる。
【００９２】
本発明の電界発光素子においては、上記上部電極が上記蛍光体層上面の上記輪郭とほぼ一致する輪郭を有する底面を有することが好ましいといえる。
【００９３】
本発明の電界発光素子においては、上記下部電極の微小突起の基部のサイズが約１００ナノメートル以下であることが好ましいといえる。
【００９４】
本発明の電界発光素子においては、上記下部電極の微小突起の高さが５〜５００ｎｍであることが好ましいといえる。
【００９５】
本発明の電界発光素子においては、上記下部電極および微小突起が、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、Ａｌドープ酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ａｌ）の集団から選択された透明材料、または、酸化イリジウム（ＩｒＯｘ）、他の伝導性金属酸化物、および金属を含む集団から選択された不透明材料からなることが好ましいといえる。
【００９６】
本発明の電界発光素子においては、上記下部電極と前記蛍光体層との間に、微小突起の輪郭に沿って形成された下部誘電体層を備え、上記下部誘電体層の上面及び底面が、上記微小突起の輪郭とほぼ一致する輪郭となっていることが好ましいといえる。
【００９７】
上記下部誘電体層が、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、２成分金属酸化物、３成分金属酸化物、および金属ケイ酸塩を含む集団から選択された材料からなっていることが好ましいといえる。
【００９８】
本発明の電界発光素子においては、前記上部電極と上記蛍光体層との間に、上部誘電体層を備え、この上部誘電体層の底面が、蛍光体層上面の輪郭とほぼ一致する輪郭となっていることが好ましいといえる。
【００９９】
さらに、上記上部誘電体層の上面が平坦であることが好ましいといえる。
【０１００】
上記上部誘電体層が、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、２成分金属酸化物、３成分金属酸化物、および金属ケイ酸塩を含む集団から選択された材料からなることが好ましいといえる。
【０１０１】
本発明の電界発光素子においては、前記下部電極の下に基板が配され、この基板が、シリコン、ガラス、石英、およびプラスチックを含む集団から選択された材料からなっていることが好ましいといえる。
【０１０２】
また、上記基板が透明材料であり、かつ、微小突起を有する上記下部電極が透明材料であることが好ましいといえる。
【０１０３】
前記蛍光体層が、ＺｎＯ、ＺｎＳ：Ｍｎ、シリコン過剰酸化物（ＳＲＯ）、ドープＺｎＯ、ドープＺｎＳ：Ｍｎ、およびドープＳＲＯを含む集団から選択された材料からなっていることが好ましいといえる。
【０１０４】
前記上部電極が、ＩＴＯ、ＺｎＯ：Ａｌ、ワイドバンドギャップの導電性酸化物、および、伝導性金属透明薄膜を含む集団から選択された透明材料、または不透明な伝導性金属からなっていることが好ましいといえる。
【０１０５】
上記蛍光体層の上面及び底面が、５〜５００ｎｍの表面凹凸になっていることが好ましいといえる。
【０１０６】
本発明においては、ナノ電極およびその輪郭に沿って形成された蛍光体層を備えた電界発光素子、その製造方法が提供されている。本発明の説明を補助するために、特定の材料および製造方法の詳細が例として示されているが、本発明は、あくまでもこれらの例に限定されるものではなく、他の変形および形態が当業者によってなされるであろう。
【０１０７】
本発明は上述した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る。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を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。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明は、集積回路に関連する半導体産業に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】薄膜半導体Ｓｉ系蛍光体電界発光素子（従来技術）の部分断面図である。
【図２】微小突起の輪郭に沿って形成された蛍光体層を有する電界発光（ＥＬ）素子の詳細な部分断面図である。
【図３】図２の素子における、いくつかの微小突起を詳細に示した部分断面図である。
【図４】図２の電界発光素子の変形例を示す部分断面図である。
【図５】下部電極形成工程後の電界発光素子を示した図である。
【図６】ナノロッドの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。
【図７】図５の電界発光素子において、下部誘電体層の材料を堆積した後の状態を示す図である。
【図８】図７の電界発光素子において、蛍光体層を堆積した後の状態を示す図である。
【図９】図８の電界発光素子において、上部誘電体層を堆積した後の状態を示す図である。
【図１０】図９の電界発光素子において、上部電極を堆積した後の状態を示す図である。
【図１１】本発明の電界発光素子の完成させる工程を示した図である。
【図１２】微小突起の輪郭に沿って形成された蛍光体層を有する電界発光素子の製造方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１１０】
２０２ 下部電極
２０４ 微小突起
２０６ 蛍光体層
２０８ 上面（蛍光体層の上面）
２１０ 底面（蛍光体層の底面）
２１２ 上部電極
４００ 下部誘電体層
４０２ 底面（下部誘電体層の底面）
４０４ 上面（下部誘電体層の上面）
４０６ 上部誘電体層
４０８ 底面（上部誘電体層の底面）
１２０４ 工程（蛍光体層形成工程）
１２０６ 工程（上部電極形成工程）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部電極と上部電極とからなる一対の電極を有し、下部電極と上部電極との間に蛍光体を含む蛍光体層が設けられた電界発光素子であって、
上記下部電極は、ナノメートルオーダーの微小突起が下部電極表面に複数設けられたナノ構造を有し、
上記蛍光体層は、その底面及び上面が上記微小突起の輪郭に沿った凹凸面になるように形成されていることを特徴とする電界発光素子。
【請求項２】
上記上部電極は、その底面が上記微小突起の輪郭に沿った凹凸面になるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電界発光素子。
【請求項３】
下部電極と蛍光体層との間に、誘電体材料からなる下部誘電体層が形成されており、
上記下部誘電体層は、その底面及び上面が上記微小突起の輪郭に沿った凹凸面になるように形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電界発光素子。
【請求項４】
上記下部誘電体層が、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、２成分金属酸化物、３成分金属酸化物、および金属ケイ酸塩を含む集団から選択された材料からなっていることを特徴とする請求項３に記載の電界発光素子。
【請求項５】
蛍光体層と上部電極との間に、誘電体からなる上部誘電体層が形成されており、
上記上部誘電体層は、その底面が上記微小突起の輪郭に沿った凹凸面になるように形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の電界発光素子。
【請求項６】
上記上部誘電体層が、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、２成分金属酸化物、３成分金属酸化物、および金属ケイ酸塩を含む集団から選択された材料からなっていることを特徴とする請求項５に記載の電界発光素子。
【請求項７】
下部電極と上部電極とからなる一対の電極を有し、下部電極と上部電極との間に蛍光体を含む蛍光体層が設けられた電界発光素子の製造方法であって、
ナノメートルオーダーの微小突起が複数設けられたナノ構造を有する下部電極を形成する下部電極形成工程と、
底面及び上面が上記微小突起の輪郭に沿った凹凸面になるように蛍光体層を形成する蛍光体層形成工程とを含むことを特徴とする電界発光素子の製造方法。
【請求項８】
底面及び上面が上記微小突起の輪郭に沿った凹凸面になるように上部電極を形成する上部電極形成工程を含むことを特徴とする請求項７に記載の電界発光素子の製造方法。
【請求項９】
上記蛍光体層形成工程では、原子層堆積（ＡＬＤ）により蛍光体層を形成することを特徴とする請求項７または８に記載の電界発光素子の製造方法。
【請求項１】
下部電極と上部電極とからなる一対の電極を有し、下部電極と上部電極との間に蛍光体を含む蛍光体層が設けられた電界発光素子であって、
上記下部電極は、ナノメートルオーダーの微小突起が下部電極表面に複数設けられたナノ構造を有し、
上記蛍光体層は、その底面及び上面が上記微小突起の輪郭に沿った凹凸面になるように形成されていることを特徴とする電界発光素子。
【請求項２】
上記上部電極は、その底面が上記微小突起の輪郭に沿った凹凸面になるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電界発光素子。
【請求項３】
下部電極と蛍光体層との間に、誘電体材料からなる下部誘電体層が形成されており、
上記下部誘電体層は、その底面及び上面が上記微小突起の輪郭に沿った凹凸面になるように形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電界発光素子。
【請求項４】
上記下部誘電体層が、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、２成分金属酸化物、３成分金属酸化物、および金属ケイ酸塩を含む集団から選択された材料からなっていることを特徴とする請求項３に記載の電界発光素子。
【請求項５】
蛍光体層と上部電極との間に、誘電体からなる上部誘電体層が形成されており、
上記上部誘電体層は、その底面が上記微小突起の輪郭に沿った凹凸面になるように形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の電界発光素子。
【請求項６】
上記上部誘電体層が、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、２成分金属酸化物、３成分金属酸化物、および金属ケイ酸塩を含む集団から選択された材料からなっていることを特徴とする請求項５に記載の電界発光素子。
【請求項７】
下部電極と上部電極とからなる一対の電極を有し、下部電極と上部電極との間に蛍光体を含む蛍光体層が設けられた電界発光素子の製造方法であって、
ナノメートルオーダーの微小突起が複数設けられたナノ構造を有する下部電極を形成する下部電極形成工程と、
底面及び上面が上記微小突起の輪郭に沿った凹凸面になるように蛍光体層を形成する蛍光体層形成工程とを含むことを特徴とする電界発光素子の製造方法。
【請求項８】
底面及び上面が上記微小突起の輪郭に沿った凹凸面になるように上部電極を形成する上部電極形成工程を含むことを特徴とする請求項７に記載の電界発光素子の製造方法。
【請求項９】
上記蛍光体層形成工程では、原子層堆積（ＡＬＤ）により蛍光体層を形成することを特徴とする請求項７または８に記載の電界発光素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−２４４９９８（Ｐ２００６−２４４９９８Ａ）
【公開日】平成１８年９月１４日（２００６．９．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−４５８４７（Ｐ２００６−４５８４７）
【出願日】平成１８年２月２２日（２００６．２．２２）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月１４日（２００６．９．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月２２日（２００６．２．２２）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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