JP2000191326A - 光源用材料 - Google Patents

光源用材料

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JP2000191326A
JP2000191326A JP10369793A JP36979398A JP2000191326A JP 2000191326 A JP2000191326 A JP 2000191326A JP 10369793 A JP10369793 A JP 10369793A JP 36979398 A JP36979398 A JP 36979398A JP 2000191326 A JP2000191326 A JP 2000191326A
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Genichi Otsu
元一 大津
Motonobu Korogi
元伸 興梠
Kinkei Ri
謹炯 李
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Kanagawa Academy of Science and Technology
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Kanagawa Academy of Science and Technology
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＬｉＮｂＯ3を用いた新規な光源用材料を提
供する。 【解決手段】 本発明に係る光源用材料は、ＬｉＮｂＯ
3薄膜からなり、電子線を照射することで青色帯域の光
を発する。この光源用材料は、アニール前には約５２０
ｎｍ付近の波長にピークを有する緑色帯域の光を発し、
アニール後には約４２０ｎｍ付近の波長にピークを有す
る青色帯域の光を発する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、カソードルミネセ
ンスにより発光し、例えばディスプレイ装置等に用いて
好適な光源用材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の光源用材料として代表的なもの
は、例えば発光ダイオード（light-emitting diode:LE
D）に用いられる半導体がある。この半導体を用いた発
光ダイオードにおいては、例えばIII−Ｖ族化合物半導
体やII−VI族化合物半導体等のＧａＡｓ系等のものが主
として用いられている。
【０００３】また、これらの半導体を用いた発光ダイオ
ードでは、主として通信用に用いられる赤外域の光を放
射するＧａＩｎＡｓＰ系、ＧａＡｓ系、ＡｌＧａＡｓ系
が用いられ、ランプやディスプレイ等に用いられる可視
域の光を放射するＧａＰ系、ＡｌＧａＡｓ系、ＧａＡｓ
Ｐ系等がある。更に、波長４７０ｎｍ以下の青色発光す
る発光ダイオードに用いられる光源用材料としては、Ｓ
ｉＣを用いたものが実用化されているが、量子効率が低
いという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ＬｉＮｂＯ
3は、優れた焦電特性、非線形光学特性、及び電気光学
特性を有し、光学分野への応用が期待されている。この
ＬｉＮｂＯ3を用いる一例としては、例えばチョクラル
スキー法（ＣＺ法）により３〜４インチ径の大型単結晶
として作成され、例えばバルクＳＨＧ（second harmoni
c generation）及び光導波路形ＳＨＧの研究開発に広く
用いられている。
【０００５】本発明は、上述したような実情に鑑みて提
案されたものであり、ＬｉＮｂＯ3を用いた新規な光源
用材料を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本願発明者は、鋭意研究
を重ねた結果、所定の条件に基づいてＬｉＮｂＯ3を作
成することで、カソードルミネセンスによる発光が生ず
ることを見いだした。すなわち本発明に係る光源用材料
は、このような知見に基づいてなされたものであり、Ｌ
ｉＮｂＯ3薄膜からなり、電子線を照射することで青色
帯域の光を発光することを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳細に説明する。
【０００８】本発明を適用したＬｉＮｂＯ3薄膜は、例
えばサファイア（α−Ａｌ2Ｏ3）基板上にパルスレーザ
エピタキシャル法により成膜されることで作成される。
このＬｉＮｂＯ3薄膜は、上記パルスレーザエピタキシ
ャル法により成膜されることで図１に示すように四角形
状の結晶となされ、斜方面体晶系（rhombohedral）又は
六方晶系（hexagonal）の結晶構造を有するサファイア
基板上にエピタキシャル成長されることで単結晶薄膜と
なされている。なお、この図１は、ＡＦＭ（atomic for
ce microscope）を用いてサファイア基板上に約４００
ｎｍの膜厚で成膜されたＬｉＮｂＯ3薄膜の表面状態を
示している。
【０００９】上記パルスレーザエピタキシャル法は、タ
ーゲット材料にレーザ光を照射することで成膜を行うレ
ーザアブレーションによる薄膜作成法であり、レーザ光
を固体原料の分解気化エネルギー源とする物理的気相蒸
着法の一つである。このパルスレーザエピタキシャル法
は、通常、レーザ光を真空装置内の固体原料（ターゲッ
ト）に照射し、アブレーション（剥離）を起こし、上記
ターゲットから放出される粒子を基板上に埋積すること
で薄膜を作成する。
【００１０】上記パルスレーザエピタキシャル法により
上記ＬｉＮｂＯ3薄膜を作成するときには、図２に示す
ような成膜装置１を用いることにより、ＬｉＮｂＯ3薄
膜を作成する。この成膜装置１は、ＲＨＥＥＤ（reflec
tion high energy electrondiffraction：反射高エネル
ギー電子線回折）を用いて構成されてなり、ＲＨＥＥＤ
を用いて試料の測定を行うためのRHEED電子銃２と、こ
の電子銃からの電子線を検出することで試料の表面特性
及び物性測定結果を観測するためのRHEED出力面３とを
備える。
【００１１】RHEED電子銃２は、作成された試料に対し
て電子ビームを照射できる位置に配され、円筒状の筐体
４に向かって電子ビームを照射する。また、RHEED出力
面３は、RHEED電子銃２から照射され試料から反射した
電子ビームが入射されるようになされている。このRHEE
D出力面３は、筐体４を介してRHEED電子銃２と対向する
位置に配されている。
【００１２】また、この成膜装置１は、ターゲット５に
光を照射する光源６と、光源６からの光を集光してター
ゲット５に照射させる光学レンズ７と、ターゲット５を
支持することで所定の位置に固定するターゲット支持機
構８と、基板９を支持することで所定の位置に固定する
とともに成膜時における基板温度の調整を行う基板支持
機構１０と、筐体４の内部を所定の真空度に保持する真
空生成機構１１とを備える。
【００１３】このような成膜装置１によりＬｉＮｂＯ3
薄膜を成膜するときには、ターゲット５としてＬｉＮｂ
Ｏ3単結晶を用い、光源６としてＫｒＦエキサイマレー
ザ（eximer laser）から出射したパルス幅が約２０〜３
０ｎｓのレーザ光を出射する。そして、レーザ光は、上
記光学レンズ７により集光され、１０［Ｊ／ｃｍ2］の
エネルギー密度とされターゲット５に照射することで固
体表面約１０ｎｍを蒸発、アブレートさせる。そして、
ターゲット５から放出される中性原子、分子、イオン等
の粒子は、約１０〜１００ｅＶとなされて蒸発し、プル
ームと称される発光柱を形成し、ターゲット５と対向し
て配設された基板９上に埋積する。
【００１４】ここで、一般に薄膜作成では、基板を結晶
化温度以上に加熱することにより結晶化を行うが、上述
の成膜装置１による成膜手法では、ターゲット５から放
出されるエネルギーが大きく、当該エネルギーが結晶化
に寄与するため、基板温度を比較的低く設定して結晶化
を行う。また、この成膜装置１による成膜手法では、光
源６として短パルスレーザを用い、ターゲット５の極表
面層のみを瞬時に剥離することができるため、ターゲッ
ト５内で生ずる元素の拡散を無視でき、ターゲットの組
成がそのまま蒸発種の組成に転写され、ターゲット５と
基板９に形成される薄膜との組成ずれを生じにくくする
ことができる。
【００１５】成膜装置１は、上述したように１００ｎｍ
オーダの膜厚を有するＬｉＮｂＯ3薄膜をサファイアか
らなる基板９上に成膜する。更に、この成膜装置１によ
りＬｉＮｂＯ3薄膜を成膜するときの条件としては、サ
ファイアからなる基板９の温度が３００℃以上、成膜雰
囲気を例えば酸素１０-4Ｔｏｒｒ以上として行う。
【００１６】つぎに、このように作成されたＬｉＮｂＯ
3薄膜の特性について説明する。このＬｉＮｂＯ3薄膜の
Ｘ線回折パターンを図３に示す。図３（ａ）は、（００
０１）配向したサファイア基板上に成膜したＬｉＮｂＯ
3薄膜についてのＸ線回折パターンを示す。また、図３
（ｂ）は、（１１２０）配向したサファイア基板上に成
膜したＬｉＮｂＯ3薄膜についてのＸ線回折パターンを
示す。
【００１７】図３（ａ）及び（ｂ）より、上述したよう
にサファイア基板上に作成することにより、サファイア
基板の配向方向に従ってＬｉＮｂＯ3薄膜が成長してい
ることが分かる。
【００１８】図４に、室温雰囲気中（３００Ｋ）におい
てＬｉＮｂＯ3薄膜に、電子ビームを照射したとき、Ｌ
ｉＮｂＯ3薄膜のカソードルミネセンススペクトルを示
す。この図４は、ｃ軸配向したＬｉＮｂＯ3薄膜につい
てのカソードルミネセンススペクトルを特性（ａ）とし
て示し、（０００１）配向したサファイア基板について
のカソードルミネセンススペクトルを特性（ｂ）として
示し、ａ軸配向したＬｉＮｂＯ3薄膜におけるカソード
ルミネセンススペクトルを特性（ｃ）として示し、所謂
ｚ−ｃｕｔを施したＬｉＮｂＯ3バルク単結晶について
のカソードルミネセンススペクトルを特性（ｄ）として
示している。
【００１９】この図４によれば、特性（ａ）より、ｃ軸
配向したＬｉＮｂＯ3薄膜についてのみ約２．２ｅＶ〜
２．４ｅＶにおいて高い発光強度を示していることが分
かる。また、特性（ｂ）より、このｃ軸配向したＬｉＮ
ｂＯ3薄膜の発光は、サファイア基板によるものではな
いことが分かる。すなわち、このｃ軸配向したＬｉＮｂ
Ｏ3薄膜は、カソードルミネセンスにより発光する。ま
た、このＬｉＮｂＯ3薄膜における発光は、特性（ｂ）
〜特性（ｄ）に示すＬｉＮｂＯ3バルク単結晶等が発光
していないことから、ｃ軸配向したＬｉＮｂＯ3薄膜に
ついてのみ高効率な発光がなされることが分かる。
【００２０】図５に、液体窒素雰囲気中（７７Ｋ）にお
いてＬｉＮｂＯ3薄膜及び上記ｚ−ｃｕｔを施したＬｉ
ＮｂＯ3バルク単結晶について電子ビームを照射したと
きのカソードルミネセンススペクトルを示す。
【００２１】図５によれば、特性（ａ）に示すようにｃ
軸配向したＬｉＮｂＯ3薄膜は、上述の図４中の特性
（ａ）と同様に約２．２ｅＶ〜２．４ｅＶにおいて高い
発光強度を示している。一方、図５中の特性（ｂ）に示
すようにｚ−ｃｕｔを施したＬｉＮｂＯ3バルク単結晶
は、ほとんど発光していないことが分かる。従って、Ｌ
ｉＮｂＯ3の発光は、薄膜として作成されることで生ず
る現象であることが分かる。また、ＬｉＮｂＯ3薄膜
は、図４に示すように室温雰囲気中（３００Ｋ）のみな
らず、液体窒素雰囲気中（７７Ｋ）においても光放射が
発生していることから、物体の温度によって起こるので
はなく，所謂カソードルミネセンス、電子線照射のみに
起因する光放射が発生していることが分かる。
【００２２】図６に、ＬｉＮｂＯ3薄膜を成膜するとき
の酸素雰囲気を変化させたときのＬｉＮｂＯ3薄膜の発
光強度（CL intensity[a.u.]）と発光したときの光の波
長［ｎｍ］との関係を示す。この図６において、特性
（ａ）に酸素雰囲気を４×１０-1［Ｔｏｒｒ］として成
膜したときのＬｉＮｂＯ3薄膜は、約５００ｎｍ付近に
発光強度のピークを有する。一方、特性（ｂ）に示す酸
素雰囲気を１×１０- 2［Ｔｏｒｒ］として成膜したとき
のＬｉＮｂＯ3薄膜及び特性（ｃ）に示す酸素雰囲気を
１×１０-4［Ｔｏｒｒ］として成膜したときのＬｉＮｂ
Ｏ3薄膜は、ピークを有しないことが分かる。
【００２３】図７に、上述の図６の特性（ａ）〜（ｃ）
で用いた酸素雰囲気を４×１０-1［Ｔｏｒｒ］として成
膜したときのＬｉＮｂＯ3薄膜についてのＸ線回折パタ
ーンを図７（ａ）として示し、酸素雰囲気を１×１０-2
［Ｔｏｒｒ］として成膜したときのＬｉＮｂＯ3薄膜及
び酸素雰囲気を１×１０-4［Ｔｏｒｒ］として成膜した
ときのＬｉＮｂＯ3薄膜についてのＸ線回折パターンを
それぞれ図７（ｂ）及び図７（ｃ）として示す。
【００２４】この図７によれば、酸素雰囲気を４×１０
-1［Ｔｏｒｒ］として成膜したときには図７（ａ）に示
すようにＬｉＮｂＯ3の組成を示す（００６）方向及び
（００１２）方向にピークが検出されていることが分か
る。このことから、酸素雰囲気が４×１０-1［Ｔｏｒ
ｒ］として成膜されたＬｉＮｂＯ3薄膜は、全体として
ＬｉＮｂＯ3から構成されていることが分かる。一方、
酸素雰囲気を１×１０−２［Ｔｏｒｒ］及び１×１０
−４［Ｔｏｒｒ］として成膜したときには図７（ｂ）及
び図７（ｃ）に示すように（００６）方向のピークは検
出されているが、（００１２）方向のピークからずれて
他の位置にピークを有し、（００１２）方向のピークは
検出されていないことが分かる。ＬｉＮｂＯ3薄膜は、
酸素雰囲気が４×１０-1［Ｔｏｒｒ］として成膜された
ときには酸素欠損がない状態で成膜され、酸素雰囲気を
１×１０-2［Ｔｏｒｒ］及び１×１０-4［Ｔｏｒｒ］と
して成膜したときには内部に酸素欠損が生ずる状態とな
り、ＬｉＮｂＯ3の組成が外れることが生ずる。
【００２５】したがって、図６中の特性（ａ）に示した
約５２０ｎｍ付近の波長でピークを有する発光は、酸素
欠損が少ないＬｉＮｂＯ3薄膜についてのみ生ずる現象
であり、酸素欠損が多いＬｉＮｂＯ3薄膜については発
光が生じないことが分かる。
【００２６】図８に、ＬｉＮｂＯ3薄膜を成膜するとき
に用いるターゲットの組成を変化させたときに作成され
るＬｉＮｂＯ3薄膜についてのＸ線回折パターンを示
す。図８において、（ａ）は単結晶のＬｉＮｂＯ3ター
ゲットを用いてＬｉＮｂＯ3薄膜を成膜したときのＸ線
回折パターンであり、（ｂ）はＬｉとＮｂとの比（［Ｌ
ｉ］／［Ｎｂ］）を１．２として焼結することで作製し
たターゲットを用いて成膜したときのＬｉＮｂＯ3薄膜
のＸ線回折パターンを示し、（ｃ）はＬｉとＮｂとの比
（［Ｌｉ］／［Ｎｂ］）を１．０として焼結することで
作製したターゲットを用いて成膜したときのＬｉＮｂＯ
3薄膜のＸ線回折パターンを示し、（ｄ）はＬｉとＮｂ
との比（［Ｌｉ］／［Ｎｂ］）を０．８として焼結する
ことで作製したターゲットを用いて成膜したときのＬｉ
ＮｂＯ3薄膜のＸ線回折パターンを示し、（ｅ）はＬｉ
とＮｂとの比（［Ｌｉ］／［Ｎｂ］）を１．５として焼
結することで作製したターゲットを用いて成膜したとき
のＬｉＮｂＯ3薄膜のＸ線回折パターンを示している。
【００２７】この図８によれば、（ａ）及び（ｂ）に示
すＬｉＮｂＯ3薄膜のＸ線回折パターンについては（０
０６）方向と（００１２）方向とにピークが検出され、
他の（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）に示すＸ線回折パターン
については、（００６）方向及び（００１２）方向の他
にＬｉＮｂ3Ｏ8の組成を示す（１２０４）方向にピーク
が検出されている。すなわち、図８（ｃ）、（ｄ）及び
（ｅ）に示すＸ線回折パターンが検出されたＬｉＮｂＯ
3薄膜は、ＬｉＮｂＯ3とＬｉＮｂ3Ｏ8とが混在して成膜
されていることになる。したがって、約５００ｎｍ付近
の波長でピークを有する光を発光するＬｉＮｂＯ3薄膜
を成膜するときには、ＬｉとＮｂとの比（［Ｌｉ］／
［Ｎｂ］）を１とした単結晶のターゲットを用いること
が望ましいことになる。
【００２８】図９に、上述の図８（ａ）〜（ｅ）にその
Ｘ線回折パターンを示すＬｉＮｂＯ3薄膜についての発
光強度（CL intensity[a.u.]）と発光したときの光の波
長［ｎｍ］との関係を示す。この図９において、図７
（ａ）にそのＸ線回折パターンを示す特性（ａ）のＬｉ
ＮｂＯ3薄膜は、約５２０ｎｍ付近の波長において発光
強度の強いピークを有する。一方、図７（ｂ）〜（ｅ）
にそのＸ線回折パターンを示す特性（ｂ）〜特性（ｅ）
のＬｉＮｂＯ3薄膜は、５２０ｎｍの波長において強い
ピークを有しないことが分かる。
【００２９】したがって、図９によれば、ＬｉＮｂＯ3
以外の組成物を含むＬｉＮｂＯ3薄膜は大きな発光強度
を示さず、ＬｉＮｂＯ3の組成が形成されていることを
示す（００６）方向及び（００１２）方向に大きなピー
クが検出されたＬｉＮｂＯ3薄膜は波長が約５２０ｎｍ
付近における発光強度が大きい光を発光することが分か
る。
【００３０】図１０に、上述の図７（ａ）に示すような
Ｘ線回折パターンが検出されたＬｉＮｂＯ3薄膜につい
て、酸素雰囲気中でアニールを施した後の発光強度（CL
intensity[a.u.]）と発光したときの光の波長［ｎｍ］
との関係を示す。この図１０は、特性（ａ）に約１００
０℃でアニールしたとき、特性（ｂ）に約９００℃でア
ニールしたとき、特性（ｃ）に約８００℃でアニールし
たとき、特性（ｄ）に約６００℃でアニールしたとき、
特性（ｅ）に約４００℃でアニールした後おいてのＬｉ
ＮｂＯ3薄膜の発光強度（CL intensity[a.u.]）と発光
したときの光の波長［ｎｍ］との関係を示す。
【００３１】この図１０によれば、特性（ｄ）及び特性
（ｅ）に示すように約４００℃及び約６００℃でアニー
ルした後のＬｉＮｂＯ3薄膜については発光強度のピー
クは検出されず、約６００℃以上、すなわち特性
（ｃ）、特性（ｂ）及び特性（ａ）に示すように約８０
０℃、約９００℃及び約１０００とアニールを行うとき
の温度を上昇させることで波長が約４２０ｎｍ付近の光
を発光する。すなわち、図９中の特性（ａ）に示すよう
に約５２０ｎｍ付近の波長の光を発光するＬｉＮｂＯ3
薄膜について、６００℃以上の酸素雰囲気中でアニール
を施すことにより、約４２０ｎｍ付近の波長の光を発光
するＬｉＮｂＯ3薄膜を作製することができる。
【００３２】図１１に、アニールを２回に亘って行った
後のＬｉＮｂＯ3薄膜の発光強度（CL intensity[a.
u.]）と発光したときの光の波長［ｎｍ］との関係を示
す。この図１１において、特性（ａ）は１回目のアニー
ルを約４００℃で行い２回目のアニールを約１０００℃
で行った後のＬｉＮｂＯ3薄膜についての発光強度（CL
intensity[a.u.]）と発光したときの光の波長［ｎｍ］
との関係を示し、特性（ｂ）は１回目のアニールを約６
００℃で行い２回目のアニールを約１０００℃で行った
後のＬｉＮｂＯ3薄膜についての発光強度（CL intensit
y[a.u.]）と発光したときの光の波長［ｎｍ］との関係
を示し、特性（ｃ）はＬｉＮｂＯ3薄膜についての発光
強度（CL intensity[a.u.]）と発光したときの光の波長
［ｎｍ］との関係を示す。
【００３３】この図１１に示す特性（ａ）〜特性（ｃ）
から明らかなように、アニールを２回に亘って行って
も、１回目のアニールが６００℃以下であれば発光強度
のピークが発生しないことが分かる。すなわち、この図
１１及び上述の図１０より、１回目のアニール時の温度
を約６００℃以上とすることにより、約４２０ｎｍ付近
で発光強度のピークを有する光を発光するＬｉＮｂＯ3
薄膜を作製することができる。
【００３４】上述したように、ＬｉＮｂＯ3薄膜は、ア
ニール前においては約５２０ｎｍ付近に発光強度のピー
クを有する緑色帯域の光を発光し、上述のように約６０
０℃以上でアニールを施すことにより、約４２０ｎｍ付
近に発光強度のピークを有する青色帯域の光を発光す
る。
【００３５】このようなＬｉＮｂＯ3薄膜は、例えばテ
レビ用ブラウン管における発光材料、ＬＥＤ（Light Em
itting Diode）として用いることができる。このような
用途に用いるとき、例えば図１２（ａ）〜（ｆ）に示す
ような構成となるように成膜する。
【００３６】すなわち、図１２（ａ）に示すように基板
上にｎ型ＬｉＮｂＯ3層、ｐ型ＬｉＮｂＯ3層を成膜し、
所定の材料をドープすることで形成したｎ型ＬｉＮｂＯ
3層及び所定の材料をドープすることで形成したｐ型Ｌ
ｉＮｂＯ3層上に電極を設けることで電気信号を供給
し、当該電気信号に応じてＬｉＮｂＯ3を発光させる。
【００３７】また、図１２（ｂ）に示すように基板上
に、ｎ型ＬｉＮｂＯ3層、ｐ型ＬｉＮｂＯ3層の順に成膜
し、電極をｐ型ＬｉＮｂＯ3層及び基板に設けたもので
あっても良い。
【００３８】更に、図１２（ｃ）に示すように、基板上
に、バッファ層、ｎ型ＬｉＮｂＯ3層、ｐ型ＬｉＮｂＯ3
層の順に成膜し、ｐ型ＬｉＮｂＯ3層及び基板に電極を
設けたものであっても良い。
【００３９】更にまた、図１２（ｄ）に示すように、基
板上に、ｎ型ＬｉＮｂＯ3層、ｐ型ＬｉＮｂＯ3層の順に
成膜し、基板を電極とし、他方の電極をｐ型ＬｉＮｂＯ
3層上に形成したものであっても良い。
【００４０】更にまた、図１２（ｅ）に示すように、基
板上に、バッファ層、ｎ型ＬｉＮｂＯ3層、ｐ型ＬｉＮ
ｂＯ3層の順に成膜し、ｐ型ＬｉＮｂＯ3層上に電極を設
け、バッファ層を他方の電極としたものであっても良
い。
【００４１】更にまた、図１２（ｆ）に示すように、基
板上に、バッファ層、ｎ型ＬｉＮｂＯ3層、ｐ型ＬｉＮ
ｂＯ3層の順に成膜し、ｐ型ＬｉＮｂＯ3層及びｎ型Ｌｉ
ＮｂＯ3層に電極を設けたものであっても良い。
【００４２】また、このようなＬｉＮｂＯ3薄膜は、例
えば図１３（ａ）〜（ｆ）に示すようにＭＩＳ（Metal-
Insulator-Semiconductor）構造ダイオードとしても用
いることができる。
【００４３】すなわち、図１３（ａ）に示すように基板
上にｎ型ＬｉＮｂＯ3層、ｉ型ＬｉＮｂＯ3層の順に成膜
し、ｉ型ＬｉＮｂＯ3層及びｎ型ＬｉＮｂＯ3層に設けた
ものであっても良い。
【００４４】また、図１３（ｂ）に示すように基板上
に、ｎ型ＬｉＮｂＯ3層、ｉ型ＬｉＮｂＯ3層の順に成膜
し、電極をｉ型ＬｉＮｂＯ3層及び基板に設けたもので
あっても良い。
【００４５】更に、図１３（ｃ）に示すように、基板上
に、バッファ層、ｎ型ＬｉＮｂＯ3層、ｉ型ＬｉＮｂＯ3
層の順に成膜し、ｉ型ＬｉＮｂＯ3層及び基板に電極を
設けたものであっても良い。
【００４６】更にまた、図１３（ｄ）に示すように、基
板上に、ｎ型ＬｉＮｂＯ3層、ｉ型ＬｉＮｂＯ3層の順に
成膜し、基板を電極とし、他方の電極をｉ型ＬｉＮｂＯ
3層上に形成したものであっても良い。
【００４７】更にまた、図１３（ｅ）に示すように、基
板上に、バッファ層、ｎ型ＬｉＮｂＯ3層、ｉ型ＬｉＮ
ｂＯ3層の順に成膜し、ｉ型ＬｉＮｂＯ3層上に電極を設
け、バッファ層を他方の電極としたものであっても良
い。
【００４８】更にまた、図１３（ｆ）に示すように、基
板上に、バッファ層、ｎ型ＬｉＮｂＯ3層、ｉ型ＬｉＮ
ｂＯ3層の順に成膜し、ｉ型ＬｉＮｂＯ3層及びｎ型Ｌｉ
ＮｂＯ3層に電極を設けたものであっても良い。
【００４９】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
る光源用材料は、ＬｉＮｂＯ3薄膜からなり、電子線を
照射することで青色帯域の光を発光する。したがって、
この光源用材料によれば、焦電特性、非線形光学特性及
び電気光学特性を有するＬｉＮｂＯ3を用いて新規な光
源用材料を提供することができる。
【００５０】また、本発明に係る光源用材料は、上述の
ように、ＬｉＮｂＯ3薄膜からなり、アニール前には緑
色帯域の光を電子線を照射することで発光し、アニール
後には青色帯域の光を電子線を照射することで発光させ
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したＬｉＮｂＯ3薄膜の表面状態
を示す図である。
【図２】本発明を適用したＬｉＮｂＯ3薄膜を成膜する
ための成膜装置を説明するための図である。
【図３】（ａ）は（０００１）配向のサファイア基板上
に成膜したＬｉＮｂＯ3薄膜についてのＸ線回折パター
ンを示す図であり、（ｂ）は（１１２０）配向のサファ
イア基板上に成膜したＬｉＮｂＯ3薄膜についてのＸ線
回折パターンを示す図である。
【図４】室温雰囲気中（３００Ｋ）における発光強度
（CL intensity[a.u.]）と発光したときの光電子エネル
ギー［ｅＶ］との関係を示す図であり、（ａ）はｃ軸配
向したＬｉＮｂＯ3薄膜についての特性を示し、（ｂ）
は（０００１）配向のサファイア基板についての特性を
示し、（ｃ）はａ軸配向したＬｉＮｂＯ3薄膜について
の特性を示し、（ｄ）はｚ−ｃｕｔを施したＬｉＮｂＯ
3バルク単結晶についての特性を示す。
【図５】液体窒素雰囲気中（７７Ｋ）における発光強度
（CL intensity[a.u.]）と発光したときの光電子エネル
ギー［ｅＶ］との関係を示す図であり、（ａ）はｃ軸配
向したＬｉＮｂＯ3薄膜についての特性を示し、（ｂ）
はｚ−ｃｕｔを施したＬｉＮｂＯ3バルク単結晶につい
ての特性を示す。
【図６】ＬｉＮｂＯ3薄膜を成膜するときの酸素雰囲気
を変化させたときのＬｉＮｂＯ3薄膜の発光強度（CL in
tensity[a.u.]）と発光したときの光の波長［ｎｍ］と
の関係を示す図であり、（ａ）は酸素雰囲気を４×１０
-1［Ｔｏｒｒ］として成膜したときのＬｉＮｂＯ3薄膜
の特性を示し、（ｂ）は酸素雰囲気を１×１０-2［Ｔｏ
ｒｒ］として成膜したときのＬｉＮｂＯ3薄膜の特性を
示し、（ｃ）は酸素雰囲気を１×１０-4［Ｔｏｒｒ］と
して成膜したときのＬｉＮｂＯ3薄膜の特性を示す。
【図７】（ａ）は酸素雰囲気を４×１０-1［Ｔｏｒｒ］
として成膜したときのＬｉＮｂＯ3薄膜についてのＸ線
回折パターンを示し、（ｂ）は酸素雰囲気を１×１０-2
［Ｔｏｒｒ］として成膜したときのＬｉＮｂＯ3薄膜の
Ｘ線回折パターンを示し、（ｃ）は酸素雰囲気を１×１
０-4［Ｔｏｒｒ］として成膜したときのＬｉＮｂＯ3薄
膜についてのＸ線回折パターンを示す図である。
【図８】ＬｉＮｂＯ3薄膜を成膜するときに用いるター
ゲットの組成を変化させたときに作成されるＬｉＮｂＯ
3薄膜についてのＸ線回折パターンを示す図であり、
（ａ）は単結晶のＬｉＮｂＯ3ターゲットを用いて成膜
したときのＬｉＮｂＯ3薄膜、（ｂ）はＬｉとＮｂとの
比が１．２のターゲットを用いて成膜したときのＬｉＮ
ｂＯ3薄膜、（ｃ）はＬｉとＮｂとの比が１．０のター
ゲットを用いて成膜したときのＬｉＮｂＯ3薄膜、
（ｄ）はＬｉとＮｂとの比が０．８のターゲットを用い
て成膜したときのＬｉＮｂＯ3薄膜、（ｅ）はＬｉとＮ
ｂとの比が１．５のターゲットを用いて成膜したときの
ＬｉＮｂＯ3薄膜のＸ線回折パターンを示す。
【図９】上記図７（ａ）〜（ｅ）にそのＸ線回折パター
ンを示すＬｉＮｂＯ3薄膜についての発光強度（CL inte
nsity[a.u.]）と発光したときの光の波長［ｎｍ］との
関係を示す図であり、（ａ）は単結晶のＬｉＮｂＯ3タ
ーゲットを用いて成膜したときのＬｉＮｂＯ3薄膜、
（ｂ）はＬｉとＮｂとの比が１．２のターゲットを用い
て成膜したときのＬｉＮｂＯ3薄膜、（ｃ）はＬｉとＮ
ｂとの比が１．０のターゲットを用いて成膜したときの
ＬｉＮｂＯ3薄膜、（ｄ）はＬｉとＮｂとの比が０．８
のターゲットを用いて成膜したときのＬｉＮｂＯ3薄
膜、（ｅ）はＬｉとＮｂとの比が１．５のターゲットを
用いて成膜したときのＬｉＮｂＯ3薄膜の発光強度（CL
intensity[a.u.]）と発光したときの光の波長［ｎｍ］
との関係を示す。
【図１０】上記図７（ａ）に示すようなＸ線回折パター
ンが検出されたＬｉＮｂＯ3薄膜について、酸素雰囲気
中でアニールを施した後の発光強度（CL intensity[a.
u.]）と発光したときの光の波長［ｎｍ］との関係を示
す図であり、（ａ）は約１０００℃でアニールした後お
いてのＬｉＮｂＯ3薄膜、（ｂ）は約９００℃でアニー
ルしたとき、（ｃ）は約８００℃でアニールした後おい
てのＬｉＮｂＯ3薄膜、（ｄ）は約６００℃でアニール
した後おいてのＬｉＮｂＯ3薄膜、（ｅ）は約６００℃
でアニールした後おいてのＬｉＮｂＯ3薄膜の特性を示
す。
【図１１】アニールを２回に亘って行った後のＬｉＮｂ
Ｏ3薄膜の発光強度（CL intensity[a.u.]）と発光した
ときの光の波長［ｎｍ］との関係を示す図であり、
（ａ）は１回目のアニールを約４００℃で行い２回目の
アニールを約１０００℃で行った後のＬｉＮｂＯ3薄
膜、（ｂ）は１回目のアニールを約６００℃で行い２回
目のアニールを約１０００℃で行った後のＬｉＮｂＯ3
薄膜、（ｃ）はアニールを行っていないＬｉＮｂＯ3薄
膜について示す。
【図１２】ＬｉＮｂＯ３薄膜を用いたｐ−ｎ接合発光ダ
イオードの構成を示す断面図であり、（ａ）〜（ｆ）は
ｐ−ｎ接合発光ダイオードの構成例を示す断面図であ
る。
【図１３】ＬｉＮｂＯ３薄膜を用いたＭＩＳ構造ダイオ
ードの構成を示す断面図であり、（ａ）〜（ｆ）はＭＩ
Ｓ構造ダイオードの構成例を示す断面図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ＬｉＮｂＯ3薄膜からなり、 電子線を照射することで青色帯域の光を発光することを
    特徴とする光源用材料。
  2. 【請求項２】 アニール前には緑色帯域の光を発光し、
    アニール後には青色帯域の光を発光することを特徴とす
    る請求項１記載の光源用材料。
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