JP2008229701A - Manufacturing method of material having micro rugged surface and electric field radiation type display - Google Patents

Manufacturing method of material having micro rugged surface and electric field radiation type display Download PDF

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Toshiaki Kiyono
俊明 清野
Yuko Arai
裕子 新井
Yoichiro Nakanishi
洋一郎 中西
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric field emission type display whose optical characteristic is improved by forming a micro rugged shape on the surface of a thin film semiconductor used as a fluorescent substance. <P>SOLUTION: The surface of a semiconductor thin film 10 as a workpiece is irradiated with a laser beam 30, and the surface layer of the workpiece is fused and solidified, so that a micro rugged shape 10b is formed on the surface of the workpiece. As a result, photolithography or the like used in the micro fabrication of a semiconductor is not needed at all. Without using all the complicated coating operation and etching operation of a mask and a resist, a micro rugged structure can be directly formed on the surface of the workpiece such as a thin film semiconductor. In the case where an optical material is used as the workpiece, a micro rugged shape such as a width ≤1.5 μm for example can be formed on the surface, the confinement effect of light is weakened, and an effect of improving efficiency of taking out light can be obtained. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は、被加工材の表面に微細凹凸形状を付与する微細表面凹凸形状材の製造方法および該微細表面凹凸形状を有する蛍光体を用いた電解放射型ディスプレイに関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a fine surface uneven shape material that imparts a fine uneven shape to the surface of a work material, and an electrolytic emission display using a phosphor having the fine surface uneven shape.

フルカラーを含むカラーの電界放射型ディスプレイ(フィールドエミッションディスプレイ(以下「FED」という。))において、陽極に蛍光体が使用されている。このFEDの蛍光体層には、一般に粉末の蛍光体が用いられてきた。
従来の蛍光面の製造方法においては、赤・青・緑発光を示す粉末蛍光体をそれぞれ感光性スラリー法によって所定の位置に配置する。粉末蛍光体には、蛍光体の合成や活性化のための熱処理をすでに行ったものを使用する。そのため、透明基板上に蛍光体層を形成すれば蛍光面は完成し、電子線により蛍光体を励起すると発光が得られる。
In a color field emission display (a field emission display (hereinafter referred to as “FED”)) including a full color, a phosphor is used for an anode. In general, a powder phosphor has been used for the phosphor layer of the FED.
In the conventional method for manufacturing a phosphor screen, powder phosphors exhibiting red, blue, and green light emission are respectively arranged at predetermined positions by a photosensitive slurry method. As the powder phosphor, one that has already been heat-treated for the synthesis and activation of the phosphor is used. Therefore, if a phosphor layer is formed on a transparent substrate, the phosphor screen is completed, and light emission is obtained when the phosphor is excited by an electron beam.

従来のFEDにおいては、蛍光体が電子線の衝突によって劣化する問題(劣化問題)、蛍光体の分解に伴うガス放出や表面に吸着している分子の離脱によるガス放出があり、ガスは陽極上で正に帯電し、放出されると陰極へ加速して飛んでいき、陰極の構造物を破壊するという問題(アウトガス問題)、表面の電気伝導性の悪さから帯電して発光輝度が落ちるという問題(チャージアップ問題)がある。これらの問題は、従来、粉末の蛍光体層の表面上にアルミニウムからなる保護層を設けることで解決している。
しかし、低電圧型のFEDでは加速された電子が深くまで進入できないため、アルミニウムからなる保護層を使用することができないことに加えて、上記の問題(劣化問題、アウトガス問題、チャージアップ問題など)を克服する必要がある。
以上の問題を解決するために、粉末の蛍光体に代えて、蛍光体を薄膜とした薄膜蛍光体を使用することが検討されている。
In the conventional FED, there is a problem that the phosphor is deteriorated by the collision of the electron beam (deterioration problem), gas emission due to decomposition of the phosphor, and gas emission due to separation of molecules adsorbed on the surface. When charged and discharged, it accelerates to the cathode and flies to the cathode, destroying the cathode structure (outgas problem), charging due to poor electrical conductivity on the surface, and lowering the emission luminance (Charge-up problem). Conventionally, these problems are solved by providing a protective layer made of aluminum on the surface of the powder phosphor layer.
However, in the low-voltage FED, accelerated electrons cannot penetrate deeply, so that a protective layer made of aluminum cannot be used. In addition, the above problems (deterioration problem, outgas problem, charge-up problem, etc.) It is necessary to overcome.
In order to solve the above problems, it has been studied to use a thin film phosphor having a phosphor as a thin film instead of a powder phosphor.

しかしながら、薄膜蛍光体は成膜条件によって、非常に平坦性の高い薄膜として基板上に形成されることが多く、板状の構造となっている。薄膜蛍光体で生じた発光は、基板面垂直方向に対する光の入射角が臨界角を超えると全反射を起こして蛍光体の面内方向へ反射するため、基板面方向へ出てこない。これに加えて、蛍光体自体の屈折率の高さゆえに、臨界角が小さく、取り出せる光はさらに減少する。このため、発光の大部分が薄膜蛍光体の面内方向へ反射して閉じ込められ基板面方向へうまく光を取り出すことが出来ず、光の取り出し効率が非常に悪い。   However, the thin film phosphor is often formed on the substrate as a thin film having extremely high flatness depending on the film forming conditions, and has a plate-like structure. The light emitted from the thin film phosphor does not come out in the direction of the substrate surface because when the incident angle of light with respect to the direction perpendicular to the substrate surface exceeds the critical angle, the light is totally reflected and reflected in the in-plane direction of the phosphor. In addition, because of the high refractive index of the phosphor itself, the critical angle is small and the light that can be extracted is further reduced. For this reason, most of the emitted light is reflected and confined in the in-plane direction of the thin film phosphor, and light cannot be extracted well in the direction of the substrate surface, and the light extraction efficiency is very poor.

上記の問題を解決するために、従来技術としてフォトニック結晶の構造を発光体や光の取り出し面に作製することで、光の取り出し効率を向上させる技術がある。こうした技術では、フォトリソグラフィーなどの半導体加工技術を用いて、表面に精度よく周期的な構造を作製する。とりわけ、精度良く構造を作製するためには電子線露光を用いる必要がある。このようにして作製された構造はフォトニック結晶と呼ばれ構造の大きさと、周期の関係によって決まる、任意の波長の光だけを表面から取り出すことや、反射成分を制御して効率よく光を取り出すことが可能となる。   In order to solve the above problems, as a conventional technique, there is a technique for improving the light extraction efficiency by forming a photonic crystal structure on a light emitter or a light extraction surface. In such a technique, a periodic structure is accurately produced on the surface by using a semiconductor processing technique such as photolithography. In particular, it is necessary to use electron beam exposure to produce a structure with high accuracy. The structure produced in this way is called a photonic crystal, and it is possible to extract only light of an arbitrary wavelength from the surface, which is determined by the relationship between the size and period of the structure, and efficiently extract light by controlling the reflection component. It becomes possible.

フォトニック結晶の構造を作製する技術の一つに、自己組織化を利用して精度良く周期的な構造を作製する方法がある(非特許文献1)。この方法によれば、フォトニック結晶の構造を作製したい物質の表面にSOG(Spin On Glass:エッチング耐性の高い有機系シリカのスピンコート剤)層を形成し、その表面にポリマー(熱を加えると相分離して自己組織的に一定間隔をあけて一定の大きさに凝集するポリマー)を塗布し、加熱して自己組織化を行う。その後、自己組織化した組織を残してポリマーを除去するためにプラズマエッチングを行い、残った組織のパターンを下地のSOG層に転写するために、RIE(RIE:Reactive Ion Etching)を行い、最後に加工したい表面のエッチングのために誘導結合型プラズマ(ICP:Inductive Coupled Plasma)エッチングとアルゴンスパッタリングを行うことで、直径100nmで長さ400nmの柱状構造を150nm間隔で作製している。こうして作製したナノ凹凸構造によって、光の入射角度が臨界角以内では無反射で光の取り出しが可能となり、臨界角以上の今まで取り出せなかった光は回折効果によって取出しが可能となることが報告されている。   One technique for producing a photonic crystal structure is a method of producing a periodic structure with high accuracy using self-organization (Non-Patent Document 1). According to this method, an SOG (Spin On Glass) layer is formed on the surface of a material for which a photonic crystal structure is desired to be formed, and a polymer (when heat is applied) is formed on the surface. A polymer that is phase-separated and agglomerates to a certain size at a certain interval in a self-organizing manner is applied and heated to perform self-organization. Thereafter, plasma etching is performed to remove the polymer while leaving the self-organized tissue, and RIE (RIE: Reactive Ion Etching) is performed to transfer the remaining tissue pattern to the underlying SOG layer. By performing inductively coupled plasma (ICP) etching and argon sputtering for etching the surface to be processed, columnar structures having a diameter of 100 nm and a length of 400 nm are formed at intervals of 150 nm. It has been reported that the nano-concave structure produced in this way allows light to be extracted without reflection when the incident angle of light is within a critical angle, and light that has not been extracted so far above the critical angle can be extracted by the diffraction effect. ing.

さらに、同様の構造を作製するための技術として特許文献1では、フォトニック結晶の構造を作製したい物質の表面に、同様の特性を有するポリマーを塗布したあと加熱して自己組織化を行い、自己組織化で生じた微小な凹凸構造か、自己組織化で相分離した一方のポリマーを除去して凹凸構造を作成する。その上にエッチング耐性の高いマスクとなる材料層を形成して、エッチングを行うと、エッチング耐性の高い材料層が薄くて下地にポリマー層が多く残っている部分は先にエッチングされて、フォトニック結晶の構造を作製したい物質がエッチングされる。また、エッチング耐性の高い材料が厚くて下地のポリマー層が薄い部分は、エッチングの際に残存して、フォトニック結晶の構造を作製したい物質をマスクキングするため、アスペクト比の高い構造を作製することができる。
”東芝レビューVol.60 No.10”、2005年、p32−35 特開2003−155365号公報
Further, as a technique for producing a similar structure, Patent Document 1 discloses that self-organization is performed by applying a polymer having the same characteristics to the surface of a substance for which a photonic crystal structure is desired to be produced, and then heating to self-organize. A fine concavo-convex structure generated by organization or one polymer phase-separated by self-assembly is removed to create a concavo-convex structure. When a material layer serving as a mask having high etching resistance is formed thereon and etching is performed, the portion where the material layer having high etching resistance is thin and a large amount of the polymer layer remains is etched first, and the photonic The material for which the crystal structure is to be fabricated is etched. In addition, a portion with a thick etching resistant material and a thin underlying polymer layer remains during etching to mask a substance for which a photonic crystal structure is to be formed. be able to.
“Toshiba Review Vol.60 No.10”, 2005, p32-35 JP 2003-155365 A

しかし、上記のようにフォトニック結晶の構造を発光体や光の取り出し面に作製することで光の取り出し効率を向上させる方法では、精度良く周期的な構造を作製する必要があるために、非常にコストがかかり、歩留まりが悪いといわざるを得ない。それに加えて、半導体プロセス用の精密加工技術が必要となるため、大面積にわたって構造を安価に作成することはできない。   However, the method of improving the light extraction efficiency by producing the photonic crystal structure on the light emitter or the light extraction surface as described above requires the preparation of a periodic structure with high accuracy. Is costly and the yield is unavoidable. In addition, since a precision processing technique for a semiconductor process is required, a structure cannot be produced at a low cost over a large area.

また、フォトニック結晶の構造を作製しながらも自己組織化を利用して精度良く周期的な構造を作製する方法では、上記の方法ほど精密な構造を作りこまなくとも、十分に光の取り出し効率を向上可能であるものの、各種マスクやレジストの塗布、エッチング作業が必要となり、大面積にわたって構造を安価に作製することは困難であり、実用的とはいえない。   In addition, the method of producing a periodic structure with high accuracy using self-organization while producing the structure of a photonic crystal can achieve sufficient light extraction efficiency without creating a precise structure as described above. However, it is difficult to fabricate a structure over a large area at low cost because it is necessary to apply various masks and resists and perform an etching operation, which is not practical.

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、薄膜半導体などの被加工材表面にレーザ光を照射することによって、大面積にわたって直接微細な構造を作製することができる微細表面凹凸形状材の製造方法および当該薄膜半導体をアノードの薄膜蛍光体として使用した電界放射型ディスプレイ(フィールドエミッションディスプレイ)を提供することを目的としている。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and a fine surface capable of directly producing a fine structure over a large area by irradiating the surface of a workpiece such as a thin film semiconductor with laser light. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing an uneven material and a field emission display (field emission display) using the thin film semiconductor as an anode thin film phosphor.

すなわち、本発明の微細表面凹凸形状材の製造方法のうち、請求項1記載の発明は、被加工材の表面にレーザ光を照射し、該被加工材の表面層を溶融、凝固させることで該被加工材の表面に微細凹凸形状を形成することを特徴とする。   That is, among the manufacturing methods of the fine surface uneven shape material of the present invention, the invention according to claim 1 irradiates the surface of the workpiece with laser light, and melts and solidifies the surface layer of the workpiece. A fine uneven shape is formed on the surface of the workpiece.

請求項2記載の微細表面凹凸形状材の製造方法の発明は、請求項1記載の発明において、前記微細凹凸形状が、レーザ光の波長以下のサイズからなることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for producing a fine surface concavo-convex shape material, wherein the fine concavo-convex shape has a size equal to or smaller than a wavelength of laser light.

請求項3記載の微細表面凹凸形状材の製造方法の発明は、請求項1または2に記載の発明において、前記微細凹凸形状は、半球形状、円柱形状またはかまぼこ形状の1種または2種以上の微細凸形状が並んだものであることを特徴とする。   The invention of the method for producing a fine surface uneven shape material according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2, wherein the fine uneven shape is one or more of a hemispherical shape, a cylindrical shape or a kamaboko shape. It is characterized in that fine convex shapes are arranged.

請求項4記載の微細表面凹凸形状材の製造方法の発明は、請求項3記載の発明において、前記かまぼこ形状は、幅よりも長さが大きくなっていることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for producing a fine surface irregular shape material according to the third aspect, wherein the kamaboko shape has a length larger than a width.

請求項5記載の微細表面凹凸形状材の製造方法の発明は、請求項3または4に記載の発明において、前記微細凸形状は、幅が1.5μm以下であることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for producing a fine surface irregular shape material according to the third or fourth aspect, wherein the fine convex shape has a width of 1.5 μm or less.

請求項6記載の微細表面凹凸形状材の製造方法の発明は、請求項1〜5のいずれかに記載の発明において、前記レーザ光が紫外線領域の波長を有するものであることを特徴とする。   An invention of a method for producing a fine surface irregular shape material according to claim 6 is characterized in that, in the invention according to any one of claims 1 to 5, the laser beam has a wavelength in an ultraviolet region.

請求項7記載の微細表面凹凸形状材の製造方法の発明は、請求項1〜6のいずれかに記載の発明において、前記被加工材が、レーザ光の照射によって結晶化されることを特徴とする。   Invention of the fine surface uneven | corrugated shaped material of Claim 7 is the invention in any one of Claims 1-6, The said to-be-processed material is crystallized by irradiation of a laser beam, It is characterized by the above-mentioned. To do.

請求項8記載の微細表面凹凸形状材の製造方法の発明は、請求項1〜7のいずれかに記載の発明において、被加工材が薄膜半導体であることを特徴とする。   An invention for a method for producing a fine surface irregular shape material according to an eighth aspect is characterized in that, in the invention according to any one of the first to seventh aspects, the workpiece is a thin film semiconductor.

請求項9記載の微細表面凹凸形状材の製造方法の発明は、請求項1〜8のいずれかに記載の発明において、前記被加工材が蛍光体または発光体であることを特徴とする。   An invention of a method for producing a fine surface irregular shape material according to claim 9 is characterized in that, in the invention according to any one of claims 1 to 8, the workpiece is a phosphor or a light emitter.

また、請求項10記載の電界放射型ディスプレイの発明は、請求項9により製造された蛍光体を、微細表面凹凸形状を電解放射側にしてアノード側に配置したことを特徴とする。   The invention of the field emission display according to claim 10 is characterized in that the phosphor manufactured according to claim 9 is arranged on the anode side with the fine surface irregularities on the electrolytic emission side.

すなわち、本発明によれば、被加工材の表面層がレーザ光の照射により溶融し、その下方の固相との接触において液相が表面張力によって液滴として散在し、また、これが適度に集合し、微細な凸形状となって凝固することで表面に微細な凹凸形状を形成する。また、レーザ光の照射により液相が固相全体を覆う場合、固相表面に微細な凹凸形状が形成されることで、液相の表面の凝固速度が影響を受けて表面に微細な凹凸形状が形成される。   That is, according to the present invention, the surface layer of the workpiece is melted by laser light irradiation, and the liquid phase is scattered as droplets due to surface tension in contact with the solid phase below the workpiece, and this is gathered appropriately. Then, a fine uneven shape is formed on the surface by solidifying into a fine convex shape. Also, when the liquid phase covers the entire solid phase by laser light irradiation, a fine uneven shape is formed on the solid surface, so that the solidification speed on the surface of the liquid phase is affected and the fine uneven shape on the surface Is formed.

なお、本発明では、微細形状を作製する被加工材の物性(各波長の光に対する吸光度、表面のぬれ性、蒸気圧など)やレーザ照射条件(レーザ波長、エネルギー密度、レーザパルス幅、発振周波数、レーザショット数)を調整することで微細形状の形や大きさ、分布密度を制御することができる。以下、各種条件と作製される形状の関係について説明する。   In the present invention, physical properties (absorbance with respect to light of each wavelength, surface wettability, vapor pressure, etc.) and laser irradiation conditions (laser wavelength, energy density, laser pulse width, oscillation frequency) By adjusting the number of laser shots, the shape and size of the fine shape and the distribution density can be controlled. Hereinafter, the relationship between various conditions and the shape to be produced will be described.

まず、本発明では被加工材の表面のみを溶融して融液を生じさせることが重要であるため、レーザ照射による加熱領域を表面に集中させる必要がある。これに大きく影響する条件として、照射するレーザ光の波長と、その波長に対する被加工材の吸光度がある。吸光度が大きい場合は、被加工材の表面で強くレーザ光を吸収してレーザ光の進入長が短くなるため、被加工材表面のみを加熱・溶融させることが容易であり形状を制御しやすい。このような条件では、半球状組織・円柱状組織・かまぼこ形状組織、粗面形状組織などの微細凹凸形状の制御が可能である。また、吸光度が若干小さい場合は、被加工材表面の方がレーザ光の吸収量が多いものの、レーザ光の進入長が長くなるため、被加工材の表面のみでなく被加工材深くを加熱することとなる。そうすると、被加工材表面のみを溶融させることが困難となり、結果として溶融深さが深く、融液の量が多くなって、半球状組織・円柱形状組織の制御が難しく、かまぼこ形状組織・粗面形状組織が現れやすくなる。さらに吸光度が小さい場合では、被加工材全体を加熱する傾向が強くなるか、被加工材でのレーザ光吸収が小さくなるため、前者の場合では被加工材全体が溶融したり、後者の場合では被加工材の温度が上昇せずに溶融が起きないこととなり、微細凹凸形状が作製できない。   First, in the present invention, it is important to melt only the surface of the workpiece to generate a melt, and therefore it is necessary to concentrate the heating region by laser irradiation on the surface. Conditions that greatly affect this include the wavelength of the laser beam to be irradiated and the absorbance of the workpiece to that wavelength. When the absorbance is large, the laser beam is strongly absorbed on the surface of the workpiece, and the laser beam penetration length is shortened. Therefore, it is easy to heat and melt only the workpiece surface and to easily control the shape. Under such conditions, it is possible to control fine irregularities such as a hemispherical structure, a columnar structure, a kamaboko-shaped structure, and a rough surface-shaped structure. If the absorbance is slightly lower, the surface of the workpiece has a larger amount of laser light absorption, but the laser beam penetration length becomes longer, so that not only the surface of the workpiece but also the workpiece is heated deeply. It will be. Then, it becomes difficult to melt only the workpiece surface, resulting in a deep melting depth and a large amount of melt, making it difficult to control the hemispherical structure / cylindrical structure, and the kamaboko-shaped structure / rough surface. Shape structure is likely to appear. Further, when the absorbance is small, the tendency to heat the entire workpiece becomes strong, or the laser beam absorption by the workpiece is reduced, so in the former case, the entire workpiece is melted, or in the latter case Since the temperature of the workpiece does not increase and melting does not occur, a fine uneven shape cannot be produced.

さらに、被加工材に求められる物性に関して説明する。本発明では、表面に生じた融液が表面のぬれ性の悪さによって表面に広がらないことが重要であるため、生じた融液に対するぬれ性の悪さが望ましい条件である。これは、ぬれ性の悪さによって、表面に生じている融液同士が一定の大きさを保ちつつ、互いにくっつかないためである。ぬれ性の悪さ以外に蒸気圧が高いことも望ましい条件である。   Further, physical properties required for the workpiece will be described. In the present invention, since it is important that the melt generated on the surface does not spread on the surface due to the poor wettability of the surface, the poor wettability with respect to the generated melt is a desirable condition. This is because the melts generated on the surfaces do not stick to each other while maintaining a certain size due to poor wettability. In addition to poor wettability, a high vapor pressure is also a desirable condition.

なお、比較的蒸気圧の高いものとして、酸素、硫黄、セレン、テルル、窒素、リン、砒素などを含む化合物が挙げられる。具体的には、2元系化合物として、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、MgO、MgS、MgSe、MgTe、CaO、CaS、CaSe、CaTe、SrO、SrS、SrSe、SrTe、BaO、BaS、BaSe、BaTe、AlN、AlP、AlS、GaN、GaP、GaAs、InN、InP、InAs、Y、Y、La、Laなどが挙げられる。また、3元系化合物としては、MgAl、MgAl、MgAlSe、MgGa、MgGa、MgGaSe、MgIn、MgIn、MgInSe、CaAl、CaAl、CaAlSe、CaGa、CaGa、CaGaSe、CaIn、CaIn、CaInSe、SrAl、SrAl、SrAlSe、SrGa、SrGa、SrGaSe、SrIn、SrIn、SrInSe、BaAl、BaAl、BaAlSe、BaGa、BaGa、BaGaSe、BaIn、BaIn、BaInSe、YS、LaSなどが挙げられる。
これらの材料は、それぞれの材料を一定の分量で混合した組成としてもよい。例えば、GaAl1−xAs、Sr(GaIn1−xなどとしてもよい(但し、0<x<1)。また、これらの材料に各種の添加元素を加えることもできる。例えば遷移金属(Mn、Cu、Al、Ag、Au)や希土類金属(Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb)が使用可能である。これらの添加元素は、材料中で発光中心として機能し、各種の方法で励起したときに蛍光体としての発光を生ずる。また、光の取り出し効率を改善するために微細凹凸形状を作製することが特に有効な蛍光体として、SrGa:Eu、SrGa:Ce、BaAl:Euなどを挙げることができる。
但し、本発明の被加工材が上記例に限定されるものではない。
Note that compounds having a relatively high vapor pressure include compounds containing oxygen, sulfur, selenium, tellurium, nitrogen, phosphorus, arsenic, and the like. Specifically, as binary compounds, ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, MgO, MgS, MgSe, MgTe, CaO, CaS, CaSe, CaTe, SrO, SrS, SrSe, SrTe, BaO, BaS, BaSe, BaTe , AlN, AlP, AlS, GaN, GaP, GaAs, InN, InP, InAs, Y 2 O 3 , Y 2 S 3 , La 2 O 3 , La 2 S 3 and the like. Further, as the ternary compound, MgAl 2 O 4 , MgAl 2 S 4 , MgAl 2 Se 4 , MgGa 2 O 4 , MgGa 2 S 4 , MgGa 2 Se 4 , MgIn 2 O 4 , MgIn 2 S 4 , MgIn 2 Se 4 , CaAl 2 O 4 , CaAl 2 S 4 , CaAl 2 Se 4 , CaGa 2 O 4 , CaGa 2 S 4 , CaGa 2 Se 4 , CaIn 2 O 4 , CaIn 2 S 4 , CaIn 2 Se 4 , SrAl 2 O 4, SrAl 2 S 4 , SrAl 2 Se 4, SrGa 2 O 4, SrGa 2 S 4, SrGa 2 Se 4, SrIn 2 O 4, SrIn 2 S 4, SrIn 2 Se 4, BaAl 2 O 4, BaAl 2 S 4, BaAl 2 Se 4 , BaGa 2 O 4, BaGa 2 S 4, BaGa 2 Se 4, aIn 2 O 4, BaIn 2 S 4, BaIn 2 Se 4, Y 2 O 2 S, such as La 2 O 2 S and the like.
These materials may have a composition in which each material is mixed in a predetermined amount. For example, Ga x Al 1-x As, Sr (Ga x In 1-x ) 2 S 4, etc. may be used (where 0 <x <1). Various additive elements can also be added to these materials. For example, transition metals (Mn, Cu, Al, Ag, Au) and rare earth metals (Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb) can be used. These additive elements function as emission centers in the material, and emit light as phosphors when excited by various methods. In addition, examples of phosphors that are particularly effective for producing a fine uneven shape in order to improve light extraction efficiency include SrGa 2 S 4 : Eu, SrGa 2 S 4 : Ce, BaAl 2 S 4 : Eu, and the like. Can do.
However, the workpiece of the present invention is not limited to the above example.

次に、レーザの照射条件と微細凹凸形状との関係を説明する。レーザ照射条件では、上記のような微細凹凸形状が成長するような温度条件を作る必要がある。その上で、制御すべき条件にレーザ照射時のエネルギー密度(単位:mJ/cm)がある。大まかには、被加工材表面で融液を生じるようなエネルギー密度より大きくなるにつれて、作製される微細凹凸形状の種類が順次、半球状組織→円柱形状組織→かまぼこ形状組織→粗面形状組織が現れる傾向となる。そして、それぞれの構造においても、エネルギー密度が高くなると生じる融液の量が増えるため、構造の大きさが変化する。すなわち、エネルギー密度が高くなるに連れて、半球状組織における半球の直径が大きく、円柱形状組織における円柱の直径が大きく、かまぼこ形状組織におけるかまぼこの高さが高くなる傾向がある。また、同様にエネルギー密度が高くなると、表面蒸発による蒸気の発生量が増加して上昇気流が強くなるため、構造の間隔や高さが変化する。すなわち、エネルギー密度が高くなるに連れて、半球状組織における半球の間隔がやや広く・円柱形状組織における間隔がやや広く・円柱の高さが高くなる・かまぼこ形状組織のかまぼこの間に隙間が開く傾向がある。かまぼこ形状組織は、融液の量が少ないうちはかまぼこの間に隙間を生じるが、融液の量が増えると隙間は徐々に閉じていき、かまぼこの高さは低くなり、やがて隣のかまぼこと融合して平坦化する。 Next, the relationship between the laser irradiation conditions and the fine uneven shape will be described. Under the laser irradiation conditions, it is necessary to create a temperature condition such that the fine uneven shape as described above grows. In addition, the energy density (unit: mJ / cm 2 ) at the time of laser irradiation is a condition to be controlled. Roughly, as the energy density becomes larger than the melt density on the surface of the workpiece, the types of fine irregularities produced are sequentially hemispherical structure → cylindrical structure → kamaboko structure → rough surface structure. It tends to appear. And also in each structure, since the quantity of the melt which arises when an energy density becomes high, the magnitude | size of a structure changes. That is, as the energy density increases, the diameter of the hemisphere in the hemispherical structure increases, the diameter of the cylinder in the cylindrical structure increases, and the height of the kamaboko in the cylindrical structure tends to increase. Similarly, when the energy density increases, the amount of steam generated by surface evaporation increases and the ascending current becomes stronger, so that the interval and height of the structure change. In other words, as the energy density increases, the hemispherical spacing in the hemispherical structure is slightly wider, the spacing in the cylindrical tissue is slightly wider, the height of the cylindrical body is increased, and a gap is opened between the tops of the cylindrical structure. Tend. The kamaboko-shaped structure creates a gap between the kamaboko when the amount of melt is small, but the gap gradually closes as the amount of melt increases, the height of the kamaboko decreases, and eventually the kamaboko next Merge and flatten.

また、制御すべき条件にレーザ照射時のパワー密度がある。パワー密度(単位:W/cm)は照射されるエネルギー密度(単位:mJ/cm)をレーザパルスの時間幅の半値幅(単位:s)で割ったもので、レーザパルスが薄膜に照射された瞬間の薄膜表面温度の上昇速さや到達温度と関係する。従って、パワー密度がある程度高くないと薄膜表面で融液を生じさせるほどの温度上昇が見込めないため、発生する融液の量に違いが出てくる。これはエネルギー密度が同一でも、レーザパルス時間の半値幅が変われば、出来る微細構造が異なることを示している。すなわち、同一エネルギー密度でパワー密度が大きい場合には、微細構造の種類が順次「半球状組織・円柱形状組織・かまぼこ形状組織・粗面形状組織」の方向へシフトする。また同一エネルギー密度でパワー密度が小さい場合には、微細構造の種類は先の場合と逆にシフトする。 The condition to be controlled is the power density at the time of laser irradiation. The power density (unit: W / cm 2 ) is obtained by dividing the irradiated energy density (unit: mJ / cm 2 ) by the half width (unit: s) of the time width of the laser pulse, and the laser pulse irradiates the thin film. This is related to the rising speed and the reaching temperature of the surface temperature of the thin film. Therefore, if the power density is not high to some extent, a temperature rise enough to generate a melt on the surface of the thin film cannot be expected, so that the amount of the generated melt varies. This indicates that even if the energy density is the same, if the half width of the laser pulse time is changed, the fine structure that can be produced is different. That is, when the power density is large at the same energy density, the types of microstructures are sequentially shifted in the direction of “semispherical structure / cylindrical structure / kamaboko structure / rough structure”. In addition, when the power density is small with the same energy density, the type of the fine structure is shifted in the opposite direction.

次に、照射するレーザパルスの発振周波数に関して説明する。微細構造の成長には、融液の存在と、加熱による表面蒸発からなる気流が重要である。そのため、発振周波数が低い場合は表面の加熱効果が小さくなり、温度が上昇しないため適していない。また、同様に微細構造の成長は、加熱によって表面の最表面のみ溶融し、その下の部分は溶融せずに固相状態を保つ必要がある。従って、加熱はパルス的に行うことで、表面の加熱と冷却を行うことができる。発振周波数が高すぎる場合は表面温度が上昇したままとなり、融液を生じるときは表面が全面溶融して融液に覆われることとなる。また、微細構造の製造に利用できる発振周波数の間では、周波数が低い場合は、「半球状組織・円柱形状組織」の制御に向いており、周波数が高い場合は「かまぼこ形状組織・粗面形状組織」の制御に向いている。   Next, the oscillation frequency of the laser pulse to be irradiated will be described. For the growth of the fine structure, the presence of the melt and the air flow consisting of surface evaporation by heating are important. For this reason, when the oscillation frequency is low, the heating effect on the surface is reduced and the temperature does not rise, which is not suitable. Similarly, in the growth of the fine structure, only the outermost surface of the surface is melted by heating, and the lower portion thereof needs to be maintained in a solid state without being melted. Therefore, heating and cooling of the surface can be performed by heating in a pulse manner. When the oscillation frequency is too high, the surface temperature remains elevated, and when the melt is generated, the entire surface is melted and covered with the melt. Also, among the oscillation frequencies that can be used for the production of fine structures, when the frequency is low, it is suitable for controlling the “hemispherical structure / cylindrical structure”, and when the frequency is high, the “kamaboko-shaped structure / rough shape” Suitable for organization control.

また、レーザ光の波長も微細凹凸形状の形成に影響する。すなわち、レーザ光の波長が長い程、被加工材の深部にまで加熱影響が現れる。したがって、本発明では、被加工材の表面層に限って加熱することが望ましいため、波長の短い、すなわち、紫外線領域の波長を有するレーザ光を用いるのが望ましい。   In addition, the wavelength of the laser light also affects the formation of the fine uneven shape. That is, as the wavelength of the laser beam is longer, the heating effect appears in the deep part of the workpiece. Therefore, in the present invention, since it is desirable to heat only the surface layer of the workpiece, it is desirable to use laser light having a short wavelength, that is, a wavelength in the ultraviolet region.

上記のエネルギー密度、パワー密度などは、上記したようにレーザ光が照射される被加工材の特性や、レーザ光の波長と被加工材に対する光の進入長によっても条件が異なってくる。例えば、SiやGeなどの半導体や、化合物半導体などを被加工材の対象にした場合、照射する波長のレーザ光が物質に吸収されて、10%まで減衰するような厚みをL(nm)とし、レーザパルスの半値幅をT(ns)とすると、レーザ光としては、例えばエネルギー密度L×0.001〜1mJ/cm、パワー密度L÷T×1〜1000kW/cm、照射パルス周波数20〜1000Hzとして、該レーザ光を被加工材表面に照射させることができる。
この際には、照射パルス周波数を20〜600Hz程度として、概ね、L×0.001〜0.4mJ/cmのエネルギー密度、L÷T×1〜400kW/cmのパワー密度によって、被加工材の表面に半球状の微細凹凸形状組織を形成でき、照射パルス周波数を20〜600Hz程度として、L×0.01〜0.6mJ/cmのエネルギー密度、L÷T×10〜600kW/cmのパワー密度によって、被加工材の表面に円柱状微細凹凸組織を形成でき、照射パルス周波数を50〜1000Hz程度として、L×0.1〜0.8mJ/cmのエネルギー密度、L÷T×100〜800kW/cmのパワー密度によって、被加工材の表面にかまぼこ形状微細凹凸組織を形成でき、照射パルス周波数を50〜1000Hz程度として、L×0.2〜1mJ/cmのエネルギー密度、L÷T×200〜1000kW/cmのパワー密度によって、被加工材の表面に粗面状微細凹凸組織を形成できる。
The above-described energy density, power density, and the like vary depending on the characteristics of the workpiece to which the laser beam is irradiated as described above and the wavelength of the laser beam and the light penetration length with respect to the workpiece. For example, when a semiconductor such as Si or Ge, a compound semiconductor, or the like is used as a workpiece, the thickness at which the laser beam with the wavelength to be irradiated is absorbed by the material and attenuates to 10% is defined as L (nm). Assuming that the half width of the laser pulse is T (ns), as the laser light, for example, energy density L × 0.001 to 1 mJ / cm 2 , power density L ÷ T × 1 to 1000 kW / cm 2 , irradiation pulse frequency 20 The surface of the workpiece can be irradiated with the laser beam at ˜1000 Hz.
At this time, the irradiation pulse frequency as about 20~600Hz, generally, the energy density of the L × 0.001~0.4mJ / cm 2, the power density of the L ÷ T × 1~400kW / cm 2 , the workpiece A hemispherical fine concavo-convex structure can be formed on the surface of the material, the irradiation pulse frequency is about 20 to 600 Hz, the energy density of L × 0.01 to 0.6 mJ / cm 2 , L ÷ T × 10 to 600 kW / cm With the power density of 2, a cylindrical fine concavo-convex structure can be formed on the surface of the workpiece, the irradiation pulse frequency is about 50 to 1000 Hz, the energy density of L × 0.1 to 0.8 mJ / cm 2 , L ÷ T the power density of × 100~800kW / cm 2, the surface of the workpiece can be formed semicylindrical shape fine concave-convex structure, the illumination pulse frequency as about 50~1000Hz, Energy density of × 0.2~1mJ / cm 2, the power density of the L ÷ T × 200~1000kW / cm 2 , to form a rough surface fine irregular structure on the surface of the workpiece.

なお、それぞれの形状の遷移域では、エネルギー密度などの違いによって形状が徐々に変化する形態となるため、それぞれのエネルギー密度などの範囲は一部で重複する。上記エネルギー密度の範囲内においては、該密度を調整することで、各微細凹凸形状の幅や間隔を調整することができる。
また、その際に照射パルス周波数を変化させることによって、被加工材に与えられるエネルギー総量が変わるので、微細粗面形状を制御することができる。すなわち、照射パルス周波数を低くすると、上記したエネルギー密度が低くなるとの同様の傾向を示し、照射パルス周波数を高くすると、上記したエネルギー密度が高くなるとの同様の傾向を示す。
In addition, in the transition area | region of each shape, since it becomes a form where a shape changes gradually with differences in energy density etc., ranges, such as each energy density, overlap in part. Within the range of the energy density, by adjusting the density, the width and interval of each fine uneven shape can be adjusted.
Further, by changing the irradiation pulse frequency at that time, the total amount of energy given to the workpiece is changed, so that the fine rough surface shape can be controlled. That is, when the irradiation pulse frequency is lowered, the same tendency as the above-described energy density is reduced, and when the irradiation pulse frequency is increased, the same tendency as that of the above-described energy density is exhibited.

また、本発明は、被加工材の表面に微細な凹凸形状を形成できるものであればよく、該被加工材としては、種々の用途のものを対象にすることができる。好適には薄膜半導体を対象にすることができ、さらに好適には、該微細凹凸形状が光学特性に好影響を与える蛍光体や発光体を対象にすることができ、該蛍光体を用いた電界放射型ディスプレイを提供することができる。   Moreover, the present invention only needs to be able to form a fine uneven shape on the surface of the workpiece, and the workpiece can be used for various purposes. Preferably, the target can be a thin film semiconductor, and more preferably, a phosphor or a light emitter whose fine unevenness has a positive effect on optical characteristics can be targeted. An electric field using the phosphor An emissive display can be provided.

すなわち、本発明によれば、被加工材の表面にレーザ光を照射し、該被加工材の表面層を溶融、凝固させることで該被加工材の表面に微細凹凸形状を形成するので、レーザ光の照射によって、直接被加工材の表面に、例えばレーザ光の波長以下のサイズとなるような微細凹凸形状を形成した薄膜半導体などの材料を製造することができる。
この結果、半導体の微細加工で使用しているフォトリソグラフィーなどは一切不要であり、煩雑なマスクやレジストの塗布、エッチング作業を一切使用せずに、薄膜半導体などの被加工材の表面に直接微細な凹凸構造を作製することができるという、工業的に大変優れた効果を有する。
That is, according to the present invention, the surface of the workpiece is irradiated with laser light, and the surface layer of the workpiece is melted and solidified to form a fine uneven shape on the surface of the workpiece. By irradiating light, a material such as a thin film semiconductor in which a fine concavo-convex shape having a size equal to or smaller than the wavelength of the laser beam, for example, is directly formed on the surface of the workpiece.
As a result, photolithography used in semiconductor microfabrication is not required at all, and the surface of a workpiece such as a thin-film semiconductor can be directly microfabricated without using any complicated mask or resist coating or etching operations. It has an industrially excellent effect that a rough structure can be produced.

また、被加工材として光学材料を用いる場合には、表面に例えば幅1.5μm以下というような微細凹凸形状を形成することができるので、光の閉じ込め効果を弱くし、光の取り出し効率を向上させるという効果を有する。また、取り出したい光の波長にあわせて、微細凹凸形状の幅や構造の周期などを選んで作製することで、任意波長の光取り出し効率を高くできるという効果がある。   Also, when an optical material is used as the work material, a fine uneven shape with a width of, for example, 1.5 μm or less can be formed on the surface, so that the light confinement effect is weakened and the light extraction efficiency is improved. Has the effect of Moreover, there is an effect that the light extraction efficiency of an arbitrary wavelength can be increased by selecting the width of the fine concavo-convex shape and the period of the structure according to the wavelength of the light to be extracted.

また、レーザ光として紫外線領域の波長を持つレーザ光を使用すれば、薄膜半導体の表面付近を効率よく加熱することができるので、一定の厚みで表面付近を溶融状態とすることで、効率よく微細凹凸形状の構造を作製することが出来るという効果がある。また、大出力の紫外線エキシマレーザを用いると、大きなビーム形状に整形しても高出力を得ることが容易であるため、大面積を高速に処理可能であるという利点を持っている。   In addition, if laser light having a wavelength in the ultraviolet region is used as the laser light, the vicinity of the surface of the thin film semiconductor can be heated efficiently. There is an effect that an uneven structure can be produced. In addition, the use of a high-power ultraviolet excimer laser has an advantage that a large area can be processed at a high speed because it is easy to obtain a high output even if it is shaped into a large beam shape.

また、本発明では、表面の微細凹凸形状の作製と同時に、半導体などの被加工材をレーザ光の照射によって結晶化(再結晶化も含む)することができる。溶融した被加工材は冷却されて結晶化し、下地で溶融しなかった被加工材は溶融直前まで加熱されたことで結晶性が向上する。したがって、薄膜半導体などの被加工材の特性を向上させることができ、例えば蛍光体や発光体では、上記作用によってより強い発光を得ることができるという複合効果を有しており、これらを一つのプロセスで同時に処理可能であるという利点がある。   In addition, in the present invention, a workpiece such as a semiconductor can be crystallized (including recrystallization) by irradiating a laser beam simultaneously with the production of the fine uneven shape on the surface. The melted workpiece is cooled and crystallized, and the workpiece that has not melted at the base is heated until just before melting, thereby improving the crystallinity. Therefore, it is possible to improve the characteristics of a workpiece such as a thin film semiconductor. For example, phosphors and light emitters have a combined effect that stronger light emission can be obtained by the above-described action. There is an advantage that it can be processed simultaneously in the process.

さらに、上記被加工材として薄膜半導体を対象にし、これを電界放射型ディスプレイのアノードの薄膜蛍光体として使用することで、低速電子線で薄膜蛍光体を励起した際に、薄膜蛍光体内部で発生した発光を、効率よく基板面から取り出すことが可能となる。そのため、本発明の薄膜半導体を採用することで、低電圧駆動でも発光輝度が高く、低消費電力なFEDとして製造することが出来るという産業上大変優れた効果がある。
また、所望により凹凸形状組織を有する薄膜蛍光体の表面に、金属を主成分とする帯電防止膜を設けることで、微細凹凸形状を作製した面から取り出される光を反射させて、ディスプレイの蛍光面側となる反対側へ取り出す光をさらに増加させるようにしてもよい。
Furthermore, when the thin film semiconductor is used as the workpiece and is used as the thin film phosphor of the anode of a field emission display, it is generated inside the thin film phosphor when the thin film phosphor is excited by a low-energy electron beam. The emitted light can be efficiently extracted from the substrate surface. Therefore, by adopting the thin film semiconductor of the present invention, there is an industrially excellent effect that it can be manufactured as an FED with high emission luminance and low power consumption even when driven at a low voltage.
In addition, if necessary, an antistatic film mainly composed of metal is provided on the surface of the thin film phosphor having a textured structure, so that the light extracted from the surface on which the textured surface is formed is reflected, and the phosphor screen of the display You may make it increase further the light taken out to the opposite side used as the side.

(実施形態1−1)
以下に、本発明の一実施形態を図1〜図3に基づいて説明する。
図1(a)は、微細凹凸形状の構造を作製する前の被加工材としての薄膜半導体10を示すものである。このとき、薄膜半導体10は公知の手法により基板20上に成膜されており、薄膜半導体10は結晶性を有していてもいなくても、以下の処理で同様に微細凹凸形状の構造を作成することができる。
(Embodiment 1-1)
Below, one Embodiment of this invention is described based on FIGS. 1-3.
FIG. 1A shows a thin film semiconductor 10 as a workpiece before producing a fine uneven structure. At this time, the thin film semiconductor 10 is formed on the substrate 20 by a known method, and the thin film semiconductor 10 forms a structure with fine irregularities in the same manner as described below, regardless of whether it has crystallinity. can do.

上記薄膜半導体10には、例えばエネルギー密度L×0.001〜0.4mJ/cm、パワー密度L÷T×1〜400kW/cm、照射パルス周波数を20〜600Hzでレーザ光30を照射する。レーザの照射前に、薄膜半導体10をヒータやランプ、別の加熱手段で予備加熱を行っても良い。レーザ照射中の状況を図1(b)に示す。レーザの照射により、薄膜半導体10の表面でレーザ光30の吸収による熱が発生し、表面付近に融解した半導体10aが生じる。使用するレーザ光として、紫外線のレーザを使用することで、薄膜半導体10のさらに表面付近でエネルギー吸収が起こるため、より早く融解状態の半導体10aが生じる利点がある。このとき、固相である融解していない薄膜半導体10の上にある融解した半導体10aは、固体上のぬれ性の悪さによって薄膜半導体10の上に散在し、自身の表面張力によって凝集して融液の集まりを作る。 The aforementioned thin film semiconductor 10, is irradiated for example energy density L × 0.001~0.4mJ / cm 2, power density L ÷ T × 1~400kW / cm 2 , the laser beam 30 irradiation pulse frequency 20~600Hz . Prior to laser irradiation, the thin film semiconductor 10 may be preheated with a heater, a lamp, or another heating means. The situation during laser irradiation is shown in FIG. Due to the laser irradiation, heat is generated by the absorption of the laser beam 30 on the surface of the thin film semiconductor 10, and a molten semiconductor 10a is generated near the surface. By using an ultraviolet laser as a laser beam to be used, energy absorption occurs in the vicinity of the surface of the thin film semiconductor 10, so that there is an advantage that the molten semiconductor 10 a is generated earlier. At this time, the molten semiconductor 10a on the unmelted thin film semiconductor 10 which is a solid phase is scattered on the thin film semiconductor 10 due to poor wettability on the solid, and is agglomerated and melted by its own surface tension. Make a collection of liquids.

さらに、レーザ照射中の状況の変化を図1(c)に示す。薄膜半導体1上で散在していた融液の集まりである融解した半導体10aは、表面から蒸発した成分の気流で揺れ動き、互いに合体して次第に大きさを増すとともに、それぞれが自己組織的に均等な大きさと距離を保って成長する。そうして、固体上に自己組織的に半球形状を形成する。   Furthermore, the change in the situation during laser irradiation is shown in FIG. The melted semiconductor 10a, which is a collection of melts scattered on the thin film semiconductor 1, is swung by the air current of the components evaporated from the surface, coalesces with each other and gradually increases in size, and each is self-organized and uniform. Grow while maintaining size and distance. Thus, a hemispherical shape is formed on the solid in a self-organizing manner.

レーザ照射後の状態変化を図1(d)に示す。薄膜半導体10の表面上は、融解直前の温度まで加熱されたために結晶性が向上した部分と、融液が自己組織的に半球形状の微細凹凸形状を形成して、その後に冷却されて再結晶化した部分からなっている。そのため表面付近では、微細凹凸形状10bの形成と結晶性の向上や再結晶化などのアニール効果が同時に行われる。   The state change after laser irradiation is shown in FIG. The surface of the thin film semiconductor 10 is heated to the temperature just before melting, and the crystallinity is improved, and the melt forms a hemispherical fine irregular shape in a self-organized manner, and then cooled and recrystallized. It consists of a part that has become. Therefore, in the vicinity of the surface, formation of the fine uneven shape 10b and annealing effects such as improvement of crystallinity and recrystallization are performed simultaneously.

結晶性が向上した部分や再結晶化が行われた部分では、半導体としての特性が向上し、蛍光体などでは発光特性が向上する。そのため、より強い半導体や蛍光体からの発光を得ることができる。また、レーザを照射する時間やエネルギー密度、融解させる薄膜半導体の量や薄膜半導体の物性によって、任意の大きさの半球形状組織を、任意の間隔を保って作成することができる。半球形状の構造を作製することで、薄膜半導体の内部で発生した発光を内部に閉じ込める効果が弱くなり、薄膜半導体内部からの光の取り出し効率を向上することができる。また、レーザを照射する時間や上記エネルギー密度、照射パルス周波数などを調整することで、半球形状の構造の大きさと間隔を制御して、薄膜半導体の表面をフォトニック結晶の構造とすることで、薄膜半導体の内部から、より強い発光を取り出すことができる。
これらの一連のプロセスによって、フォトリソグラフィーやマスク・レジスト・エッチングを一切使用することなく、大面積処理が可能なラインビーム形状に整形したレーザでスキャンを行うことによって、半球形状組織を有する薄膜半導体を大面積にわたって作成することができる。
In a portion where crystallinity is improved or a portion where recrystallization is performed, characteristics as a semiconductor are improved, and in a phosphor or the like, light emission characteristics are improved. Therefore, stronger light emission from a semiconductor or phosphor can be obtained. In addition, a hemispherical structure having an arbitrary size can be formed at an arbitrary interval depending on the irradiation time and energy density of the laser, the amount of thin film semiconductor to be melted, and the physical properties of the thin film semiconductor. By producing a hemispherical structure, the effect of confining the light emission generated inside the thin film semiconductor is weakened, and the light extraction efficiency from the inside of the thin film semiconductor can be improved. In addition, by adjusting the laser irradiation time, the energy density, the irradiation pulse frequency, etc., the size and interval of the hemispherical structure is controlled, and the surface of the thin film semiconductor is made a photonic crystal structure. Stronger light emission can be extracted from the inside of the thin film semiconductor.
Through this series of processes, a thin film semiconductor having a hemispherical structure can be obtained by scanning with a laser shaped into a line beam shape capable of large area processing without using any photolithography, mask, resist, or etching. Can be created over large areas.

図2は、上記製造方法によって得られた、表面に半球形状の微細凹凸形状10bを有する薄膜半導体10を示すものである。該薄膜半導体10を電界放射型ディスプレイ(フィールドエミッションディスプレイ)の薄膜蛍光体100として用いる形態について説明する。
薄膜半導体の材料としては、通常のSiやGeなどの半導体材料やバンドギャップの大きないわゆるワイドバンドギャップ化合物半導体などを使用することができ、2元化合物や3元化合物に発光中心元素を添加して作製した薄膜蛍光体を使用することもできる。このとき、基板としては薄膜半導体を成膜する際に使用する各種基板や、ガラス基板、透明電極付きガラス基板など、任意のものを使用することが出来る。
FIG. 2 shows a thin film semiconductor 10 having a hemispherical fine unevenness 10b on the surface obtained by the above manufacturing method. An embodiment in which the thin film semiconductor 10 is used as a thin film phosphor 100 of a field emission display (field emission display) will be described.
As a material for the thin film semiconductor, a normal semiconductor material such as Si or Ge or a so-called wide band gap compound semiconductor having a large band gap can be used, and a luminescent center element is added to a binary compound or a ternary compound. The produced thin film phosphor can also be used. At this time, as the substrate, any substrate such as various substrates used when forming a thin film semiconductor, a glass substrate, a glass substrate with a transparent electrode, and the like can be used.

図3は、電界放射型ディスプレイの薄膜蛍光体100を備える陽極パネルを示すものであり、陽極パネルは、透明基板21及び透明電極22を有し、前記薄膜半導体10からなる薄膜蛍光体100を有する。該薄膜蛍光体100は、図3に示すようにブラックマトリクス23によって区画した構造としても良い。また、この図では、薄膜蛍光体100の上側に帯電防止膜24が設けられているが、電子線の加速電圧が数kV以下と低い場合には、該帯電防止膜24を省略することができる。薄膜蛍光体100は、図示を省略した陰極の所定のものからの電子線を図3示で陽極パネルの上側より照射されることにより、薄膜蛍光体100が適宜に電子線励起されて発光するので、これを透明電極22及び透明基板21を透して視認することができる。   FIG. 3 shows an anode panel including a thin film phosphor 100 of a field emission display. The anode panel includes a transparent substrate 21 and a transparent electrode 22 and includes the thin film phosphor 100 made of the thin film semiconductor 10. . The thin film phosphor 100 may have a structure partitioned by a black matrix 23 as shown in FIG. In this figure, the antistatic film 24 is provided on the upper side of the thin film phosphor 100. However, when the acceleration voltage of the electron beam is as low as several kV or less, the antistatic film 24 can be omitted. . Since the thin-film phosphor 100 emits an electron beam from a predetermined cathode, not shown, from the upper side of the anode panel in FIG. 3, the thin-film phosphor 100 is appropriately excited by the electron beam and emits light. This can be seen through the transparent electrode 22 and the transparent substrate 21.

(実施形態1−2)
以下、第1−2の実施の形態に係る薄膜半導体の製造方法について説明する。
図4(a)は、半球形状の構造を作製する前の薄膜半導体11の構造である。このとき、薄膜半導体11は公知の手法により基板20上に成膜されており、図示するように薄膜半導体11の内部には薄膜の組織を有している。薄膜内部の組織には、図示するように密な部分と疎な部分が出来ており、それぞれの部分では密度や熱伝導率が若干異なる。このような組織の薄膜は、成膜条件を適当に選ぶことで、公知の成膜方法によって製造することができる。
(Embodiment 1-2)
Hereinafter, the manufacturing method of the thin film semiconductor according to the first to second embodiments will be described.
FIG. 4A shows the structure of the thin film semiconductor 11 before a hemispherical structure is formed. At this time, the thin film semiconductor 11 is formed on the substrate 20 by a known method, and the thin film semiconductor 11 has a thin film structure as shown in the drawing. In the structure inside the thin film, a dense portion and a sparse portion are formed as shown in the figure, and the density and thermal conductivity are slightly different in each portion. A thin film having such a structure can be manufactured by a known film forming method by appropriately selecting the film forming conditions.

上記薄膜半導体11に強度分布が均等なレーザ光30を照射する。レーザの照射前に、薄膜半導体をヒータやランプ、別の加熱手段で予備加熱を行っても良い。レーザ照射中の状況を図4(b)に示す。レーザ光30の照射により、薄膜半導体11の表面でレーザ光30の吸収による熱が発生し、表面付近に融解した半導体11aが生じる。薄膜半導体11の中に存在する半導体の組織の密な部分では図示した方向へ熱が伝わりやすく、半導体組織の疎な部分では熱が比較的こもりやすいため、先に融解を生じる。固相である融解していない薄膜半導体11の上にある融解した半導体11aは、固体上のぬれ性の悪さによって薄膜半導体11の上に散在し、若干温度が低い半導体組織の密な部分の上に集まりやすく、自身の表面張力によって凝集して融液の集まりを作る。   The thin film semiconductor 11 is irradiated with a laser beam 30 having a uniform intensity distribution. Prior to laser irradiation, the thin film semiconductor may be preheated with a heater, a lamp, or another heating means. The situation during laser irradiation is shown in FIG. By irradiation with the laser beam 30, heat is generated by the absorption of the laser beam 30 on the surface of the thin film semiconductor 11, and a molten semiconductor 11a is generated near the surface. In the dense part of the semiconductor structure existing in the thin film semiconductor 11, heat is easily transmitted in the direction shown in the figure, and in the sparse part of the semiconductor structure, heat is relatively likely to be stored, so that melting occurs first. The molten semiconductor 11a on the unmelted thin film semiconductor 11 which is a solid phase is scattered on the thin film semiconductor 11 due to poor wettability on the solid, and on a dense portion of the semiconductor structure whose temperature is slightly lower. It collects easily by its own surface tension and forms a collection of melts.

さらに、レーザ照射中の状況を図4(c)に示す。薄膜半導体11上で散在していた融液の集まりである融解した半導体11aは、表面から蒸発した成分の気流で揺れ動き、半導体組織の密な部分の上に集まっている融液と合体して次第に大きさを増すとともに、それぞれが自己組織的に均等な大きさと距離を保って成長する。そうして、固体上に自己組織的に半球形状を形成する。   Furthermore, the situation during laser irradiation is shown in FIG. The melted semiconductor 11a, which is a collection of melts scattered on the thin film semiconductor 11, is swayed by the air current of the component evaporated from the surface, and gradually merges with the melt gathered on the dense portion of the semiconductor structure. As the size increases, each grows with self-organizing equal size and distance. Thus, a hemispherical shape is formed on the solid in a self-organizing manner.

レーザ照射後の状態を図4(d)に示す。薄膜半導体11の表面上は、融解直前の温度まで加熱されたために結晶性が向上した部分と、融液が自己組織的に半球形状の微細凹凸形状11bを形成して、その後に冷却されて再結晶化した部分からなっている。そのため表面付近では、微細凹凸形状の形成と結晶性の向上や再結晶化などのアニール効果が同時に行われる。
結晶性が向上した部分や再結晶化が行われた部分では、半導体としての特性が向上し、蛍光体などでは発光特性が向上する。そのため、より強い半導体や蛍光体からの発光を得ることができる。
The state after laser irradiation is shown in FIG. On the surface of the thin film semiconductor 11, a portion having improved crystallinity because of being heated to a temperature just before melting, and the melt forms a hemispherical fine uneven shape 11 b in a self-organized manner, and then cooled and re-cooled. It consists of crystallized parts. Therefore, in the vicinity of the surface, formation of fine irregularities and an annealing effect such as improvement of crystallinity and recrystallization are simultaneously performed.
In a portion where crystallinity is improved or a portion where recrystallization is performed, characteristics as a semiconductor are improved, and in a phosphor or the like, light emission characteristics are improved. Therefore, stronger light emission from a semiconductor or phosphor can be obtained.

(実施形態2−1)
上記実施形態1−1〜2では、被加工材である薄膜半導体の表面に半球状の微細凹凸形状を形成する場合について説明をした。以下では、微細凹凸形状として円柱状の微細凹凸形状を形成する方法について図5、6に基づいて説明する。
(Embodiment 2-1)
In Embodiments 1-1 and 2 described above, the case of forming a hemispherical fine uneven shape on the surface of a thin film semiconductor that is a workpiece has been described. Below, the method of forming a cylindrical fine uneven | corrugated shape as a fine uneven | corrugated shape is demonstrated based on FIG.

図5(a)は、微細凹凸形状の構造を作製する前の被加工材としての薄膜半導体12を示すものである。このとき、薄膜半導体1は公知の手法により基板2上に成膜されており、薄膜半導体1は結晶性を有していてもいなくても、以下の処理で同様に微細凹凸形状の構造を作成することができる。   FIG. 5A shows a thin film semiconductor 12 as a workpiece before producing a fine uneven structure. At this time, the thin film semiconductor 1 is formed on the substrate 2 by a well-known method, and the thin film semiconductor 1 forms a fine concavo-convex shape in the same manner by the following process, whether or not it has crystallinity. can do.

すなわち、上記薄膜半導体1に、例えばエネルギー密度L×0.01〜0.6mJ/cm、パワー密度L÷T×10〜600kW/cm2、照射パルス周波数を20〜600Hzでレーザ光30を照射する。レーザの照射前に、薄膜半導体12をヒータやランプ、別の加熱手段で予備加熱を行っても良い。レーザ照射中の状況を図5(b)に示す。レーザ光30の照射により、薄膜半導体12の表面でレーザ光30の吸収による熱が発生し、表面付近に融解した半導体12aが生じる。使用するレーザ光として、紫外線のレーザを使用することで、薄膜半導体12のさらに表面付近でエネルギー吸収が起こるため、より早く融解状態の半導体12が生じる利点がある。このとき、固相である融解していない薄膜半導体12の上にある融解した半導体12aは、固体上のぬれ性の悪さによって薄膜半導体12の上に散在し、自身の表面張力によって凝集して融液の集まりを作る。
さらに、融解した半導体12aは、表面から蒸発した成分の気流で揺れ動き、互いに合体して次第に大きさを増すとともに、それぞれが自己組織的に均等な大きさと距離を保って成長する。
That is, the thin film semiconductor 1, for example, the energy density L × 0.01~0.6mJ / cm 2, power density L ÷ T × 10~600kW / cm 2 , the laser beam 30 irradiation pulse frequency 20~600Hz irradiation To do. Prior to laser irradiation, the thin film semiconductor 12 may be preheated with a heater, a lamp, or another heating means. The situation during laser irradiation is shown in FIG. The irradiation with the laser beam 30 generates heat due to the absorption of the laser beam 30 on the surface of the thin film semiconductor 12, and a molten semiconductor 12 a is generated near the surface. By using an ultraviolet laser as a laser beam to be used, energy absorption occurs in the vicinity of the surface of the thin film semiconductor 12, so that there is an advantage that the molten semiconductor 12 is generated earlier. At this time, the melted semiconductor 12a on the unmelted thin film semiconductor 12 that is a solid phase is scattered on the thin film semiconductor 12 due to poor wettability on the solid, and is agglomerated and melted by its own surface tension. Make a collection of liquids.
Further, the melted semiconductor 12a is shaken by the air current of the component evaporated from the surface, and unites with each other to gradually increase in size, and grows while maintaining a uniform size and distance from each other.

さらに、レーザ照射中の状況を図5(c)に示す。自己組織的に成長した融解した半導体12aは、表面から融解した半導体12aの供給を受けるとともに、図示するように表面から蒸発した成分が作る激しい上昇気流に吹き上げられて上方へ向かって容積を増やし、上昇気流の吹き上げによる上方成長と上方に伸びた融液部分が下方につぶれようとする力の釣り合いが取れる範囲で上方へ成長する。そうして、固体上に自己組織的に円柱形状を形成する。   Furthermore, the situation during laser irradiation is shown in FIG. The melted semiconductor 12a grown in a self-organized manner is supplied with the melted semiconductor 12a from the surface, and is blown up by a violent ascending current created by a component evaporated from the surface as shown in the figure to increase the volume upward. It grows upward within a range where the balance between the upward growth by blowing up the upward air flow and the force of the upwardly extending melt portion to be crushed downward can be balanced. Thus, a cylindrical shape is formed in a self-organized manner on the solid.

レーザ照射後の状態を図5(d)に示す。薄膜半導体12の表面上は、融解直前の温度まで加熱されたために結晶性が向上した部分と、融液が自己組織的に円柱形状の微細凹凸形状12bを形成して、その後に冷却されて再結晶化した部分からなっている。そのため表面付近では、微細凹凸形状の形成と結晶性の向上や再結晶化などのアニール効果が同時に行われる。
結晶性が向上した部分や再結晶化が行われた部分では、半導体としての特性が向上し、蛍光体などでは発光特性が向上する。そのため、より強い半導体や蛍光体からの発光を得ることができる。また、レーザを照射する時間やエネルギー密度、融解させる薄膜半導体の量や薄膜半導体の物性によって、任意の大きさの円柱形状組織を、任意の間隔を保って作成することができる。円柱形状の構造を作製することで、薄膜半導体の内部で発生した発光を内部に閉じ込める効果が弱くなり、薄膜半導体内部からの光の取り出し効率を向上することが出来た。また、円柱形状の構造の大きさと間隔を制御して、薄膜半導体の表面をフォトニック結晶の構造とすることで、薄膜半導体の内部から、より強い発光を取り出すことができる。
The state after laser irradiation is shown in FIG. On the surface of the thin film semiconductor 12, a portion where the crystallinity has been improved due to being heated to a temperature just before melting, and the melt forms a cylindrical concavo-convex shape 12 b in a self-organized manner, and is then cooled and reused. It consists of crystallized parts. Therefore, in the vicinity of the surface, formation of fine irregularities and an annealing effect such as improvement of crystallinity and recrystallization are simultaneously performed.
In a portion where crystallinity is improved or a portion where recrystallization is performed, characteristics as a semiconductor are improved, and in a phosphor or the like, light emission characteristics are improved. Therefore, stronger light emission from a semiconductor or phosphor can be obtained. In addition, a columnar structure having an arbitrary size can be formed at an arbitrary interval depending on the irradiation time and energy density of the laser, the amount of thin film semiconductor to be melted, and the physical properties of the thin film semiconductor. By producing a cylindrical structure, the effect of confining the light emitted inside the thin film semiconductor was weakened, and the light extraction efficiency from the inside of the thin film semiconductor could be improved. Further, by controlling the size and interval of the columnar structure and making the surface of the thin film semiconductor have a photonic crystal structure, stronger light emission can be extracted from the inside of the thin film semiconductor.

図6は、上記製造方法によって得られた、表面に半球形状の微細凹凸形状12bを有する薄膜半導体12を示すものである。該薄膜半導体12を電界放射型ディスプレイ(フィールドエミッションディスプレイ)の薄膜蛍光体として用いることができ、薄膜半導体の材料としては、上記説明と同様である。   FIG. 6 shows a thin film semiconductor 12 having a hemispherical fine irregular shape 12b on the surface obtained by the above manufacturing method. The thin film semiconductor 12 can be used as a thin film phosphor of a field emission display (field emission display), and the material of the thin film semiconductor is the same as described above.

図7は、電界放射型ディスプレイの薄膜蛍光体を備える陽極パネルを示すものであり、前記薄膜半導体12からなる薄膜蛍光体120を有する。薄膜蛍光体120は、図示を省略した陰極の所定のものからの電子線を図7示で陽極パネルの上側より照射されることにより、薄膜蛍光体120が適宜に電子線励起されて発光し、良好な光の取り出し効率によって透明電極22及び透明基板21を透して視認することができる。なお、上記実施形態と同様の構造については同一の符号を付して、説明を省略または簡略化する。   FIG. 7 shows an anode panel provided with a thin film phosphor of a field emission display, and has a thin film phosphor 120 made of the thin film semiconductor 12. The thin film phosphor 120 emits an electron beam from a predetermined cathode, not shown, from the upper side of the anode panel in FIG. The transparent electrode 22 and the transparent substrate 21 can be seen through with good light extraction efficiency. In addition, about the structure similar to the said embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted or simplified.

(実施形態2−2)
また、円柱形状の微細凹凸形状は、上記実施形態と同様に、薄膜内部の組織に、密な部分と疎な部分を有し、それぞれの部分では密度や熱伝導率が若干異なる薄膜半導体を対象に形成することができる。レーザ照射後の薄膜半導体の表面には、上記密な部分と疎な部分の分布に影響を受けて円柱状の微細凹凸形状が得られ、また、内層は、融解直前の温度まで加熱されたために結晶性が向上した部分と、融液が自己組織的に半球形状の構造を形成して、その後に冷却されて再結晶化した部分からなっている。そのため表面付近では、微細凹凸形状の形成と結晶性の向上や再結晶化などのアニール効果が同時に行われる。結晶性が向上した部分や再結晶化が行われた部分では、半導体としての特性が向上し、蛍光体などでは発光特性が向上する。
(Embodiment 2-2)
In addition, as in the above-described embodiment, the cylindrical concavo-convex shape has a dense part and a sparse part in the structure inside the thin film, and the density and thermal conductivity are slightly different in each part. Can be formed. The surface of the thin film semiconductor after the laser irradiation is affected by the distribution of the dense and sparse portions, and a cylindrical fine uneven shape is obtained. Also, the inner layer is heated to the temperature just before melting. It consists of a portion where the crystallinity is improved and a portion where the melt forms a hemispherical structure in a self-organized manner and is then cooled and recrystallized. Therefore, in the vicinity of the surface, formation of fine irregularities and an annealing effect such as improvement of crystallinity and recrystallization are simultaneously performed. In a portion where crystallinity is improved or a portion where recrystallization is performed, characteristics as a semiconductor are improved, and in a phosphor or the like, light emission characteristics are improved.

(実施形態3−1)
上記実施形態2−1〜2では、被加工材である薄膜半導体の表面に円柱状の微細凹凸形状を形成する場合について説明をした。以下では、微細凹凸形状としてかまぼこ形状(縦断面半球状)の微細凹凸形状を形成する方法について図8、9に基づいて説明する。
(Embodiment 3-1)
In Embodiments 2-1 and 2 described above, the case of forming a cylindrical fine concavo-convex shape on the surface of a thin film semiconductor that is a workpiece has been described. Below, the method of forming the fine uneven | corrugated shape of the kamaboko shape (longitudinal cross-sectional hemisphere) as a fine uneven | corrugated shape is demonstrated based on FIG.

図8(a)は、微細凹凸形状の構造を作製する前の被加工材としての薄膜半導体13を示すものである。このとき、薄膜半導体13は公知の手法により基板20上に成膜されており、薄膜半導体13は結晶性を有していてもいなくても、以下の処理で同様に微細凹凸形状の構造を作成することができる。   FIG. 8A shows a thin film semiconductor 13 as a workpiece before producing a fine uneven structure. At this time, the thin film semiconductor 13 is formed on the substrate 20 by a known method, and the thin film semiconductor 13 forms a fine uneven structure in the same manner by the following processing, whether or not it has crystallinity. can do.

すなわち、上記薄膜半導体1に、例えばエネルギー密度L×0.1〜0.8mJ/cm、パワー密度L÷T×100〜800kW/cm、照射パルス周波数を50〜1000Hzで、空間的に強度分布を有するレーザ光31を照射する。レーザの照射前に、薄膜半導体13をヒータやランプ、別の加熱手段で予備加熱を行っても良い。レーザ照射中の状況を図8(b)に示す。空間的に強度分布を有するレーザ光31には、図示左側から右側に向かってレーザの強度が弱くなっている分布を持たせたものを使用する。このレーザ光31の照射により、薄膜半導体13の表面でレーザ光31の吸収による熱が発生し、表面付近に融解した半導体13aが生じる。使用するレーザ光として、紫外線のレーザを使用することで、薄膜半導体13のさらに表面付近でエネルギー吸収が起こるため、より早く融解状態の半導体13aが生じる利点がある。このとき、固相である融解していない薄膜半導体13の上にある融解した半導体13aは、固体上のぬれ性の悪さによって薄膜半導体13の上に散在し、自身の表面張力によって凝集して融液の集まりを作る。さらに、融解した半導体13aは、表面から蒸発した成分の気流で揺れ動き、互いに合体して次第に大きさを増すとともに、それぞれが自己組織的に均等な大きさと距離を保って成長する。 That is, the thin film semiconductor 1 is spatially intensified, for example, with an energy density L × 0.1 to 0.8 mJ / cm 2 , power density L ÷ T × 100 to 800 kW / cm 2 , and an irradiation pulse frequency of 50 to 1000 Hz. A laser beam 31 having a distribution is irradiated. Prior to the laser irradiation, the thin film semiconductor 13 may be preheated by a heater, a lamp, or another heating means. The situation during laser irradiation is shown in FIG. As the laser beam 31 having a spatial intensity distribution, a laser beam having a distribution in which the laser intensity decreases from the left side to the right side in the figure is used. The irradiation with the laser beam 31 generates heat due to the absorption of the laser beam 31 on the surface of the thin film semiconductor 13, and a molten semiconductor 13 a is generated near the surface. By using an ultraviolet laser as a laser beam to be used, energy absorption occurs near the surface of the thin film semiconductor 13, so that there is an advantage that the molten semiconductor 13 a is generated earlier. At this time, the melted semiconductor 13a on the unmelted thin film semiconductor 13 which is a solid phase is scattered on the thin film semiconductor 13 due to poor wettability on the solid, and agglomerated and melted by its own surface tension. Make a collection of liquids. Further, the melted semiconductor 13a sways by the air current of the component evaporated from the surface, coalesces with each other and gradually increases in size, and grows while maintaining a uniform size and distance from each other.

レーザ照射中の状況を図8(c)に示す。自己組織的に直線的に成長した融解した半導体13aは、表面から融解した半導体13の供給を受けるとともに、図示するように表面から蒸発した成分が作る激しい上昇気流に吹き上げられて上方へ向かって容積を増やし、上昇気流の吹き上げによる上方成長と、下方に伸びた融液部分が下方に潰れようとする力の釣り合いがとれる範囲で上方へ成長する。   The situation during laser irradiation is shown in FIG. The melted semiconductor 13a that has grown linearly in a self-organized manner is supplied with the melted semiconductor 13 from the surface, and is blown up by a violent ascending current created by a component evaporated from the surface as shown in the figure. , And grow upward in a range that balances the upward growth by blowing up the upward air flow and the force that the melted portion that extends downward is crushed downward.

さらにレーザ照射中の状況を図8(d)に示す。融解した半導体13aの上方へ成長した組織は、自己組織的に均等に並んでいるため、倒れて合体した方向へ順次上方に成長した組織が倒れることで、直線的に融解した半導体13aの組織が形成される。同時に、空間的に強度分布のあるレーザ光31によって、薄膜半導体13の表面では、継続して熱が発生しているため、融解した半導体13aは、上記の直線的に融解した半導体の組織へ吸収されて徐々に容量を増していくが、直線的に並んだ組織同士の間からは、蒸発成分による上昇気流が吹き上げているため、直線的に融解した組織はその形状を保って存在する。   Furthermore, the situation during laser irradiation is shown in FIG. Since the structures grown above the melted semiconductor 13a are evenly arranged in a self-organized manner, the structure of the semiconductor 13a that has melted linearly is collapsed when the tissues that have grown up sequentially in the direction of collapse and coalescence fall down. It is formed. At the same time, since the heat is continuously generated on the surface of the thin film semiconductor 13 by the laser beam 31 having a spatially distributed intensity, the melted semiconductor 13a is absorbed by the linearly melted semiconductor structure. The capacity is gradually increased, but since the ascending airflow due to the evaporation component is blowing up between the linearly aligned tissues, the linearly melted structure exists while maintaining its shape.

直線的に融解した組織は、図8(e)に示すように、レーザ光の照射が終わると、上昇気流が弱くなるために次第に下の方向に向かってつぶれていくが、薄膜半導体表面の濡れ性の悪さや融液の表面張力によってその形状を維持したまま冷えていき、隣の組織と融合することなく固化していく。そうして、固体上に自己組織的に断面半球状で長尺なかまぼこ形状を形成する。ただし、直線的に融解した半導体の組織の容量が大きくなりすぎ、組織の間で吹き上がっている上昇気流による形状の維持が不可能となった場所では、隣同士の組織と融合し、直線的に融解した半導体の組織の形状を保つことが出来ず、薄膜半導体13の表面は融解した半導体で多い尽くされて平坦化することとなる。   As shown in FIG. 8E, the linearly melted structure gradually collapses in the downward direction because the ascending airflow is weakened after the irradiation of the laser beam, but the thin film semiconductor surface is wetted. It cools while maintaining its shape due to its poor nature and the surface tension of the melt, and solidifies without fusing with the adjacent tissue. Thus, a long and semi-spherical shape is formed on the solid in a self-organizing manner. However, in a place where the capacity of the semiconductor structure melted linearly becomes too large and the shape cannot be maintained due to the rising airflow blowing between the structures, it fuses with the adjacent structures and is linear. Therefore, the shape of the structure of the melted semiconductor cannot be maintained, and the surface of the thin-film semiconductor 13 is completely consumed by the melted semiconductor and flattened.

レーザ照射後の状態を図8(f)に示す。薄膜半導体10の表面上は、融解直前の温度まで加熱されたために結晶性が向上した部分と、融液が自己組織的にかまぼこ形状の微細凹凸形状13bを形成して、その後に冷却されて再結晶化した部分からなっている。そのため表面付近では、微細凹凸形状の形成と結晶性の向上や再結晶化などのアニール効果が同時に行われる。
結晶性が向上した部分や再結晶化が行われた部分では、半導体としての特性が向上し、蛍光体などでは発光特性が向上する。また、レーザを照射する時間やエネルギー密度、融解させる薄膜半導体の量や薄膜半導体の物性によって、任意の大きさのかまぼこ形状組織を、任意の間隔を保って作成することができる。かまぼこ形状の構造を作製することで、薄膜半導体の内部で発生した発光を内部に閉じ込める効果が弱くなり、薄膜半導体内部からの光の取り出し効率を向上することができる。また、かまぼこ形状の構造の大きさと間隔を制御して、薄膜半導体の表面をフォトニック結晶の構造とすることで、薄膜半導体の内部から、より強い発光を取り出すことができる。
FIG. 8F shows the state after laser irradiation. On the surface of the thin film semiconductor 10, a portion having improved crystallinity due to being heated to a temperature just before melting and a fine irregular shape 13 b having a kamaboko shape in a self-organized manner are formed, and then cooled and re-cooled. It consists of crystallized parts. Therefore, in the vicinity of the surface, formation of fine irregularities and an annealing effect such as improvement of crystallinity and recrystallization are simultaneously performed.
In a portion where crystallinity is improved or a portion where recrystallization is performed, characteristics as a semiconductor are improved, and in a phosphor or the like, light emission characteristics are improved. Further, depending on the laser irradiation time and energy density, the amount of thin-film semiconductor to be melted, and the physical properties of the thin-film semiconductor, a kamaboko-shaped structure having an arbitrary size can be created at an arbitrary interval. By manufacturing the kamaboko-shaped structure, the effect of confining the light emitted inside the thin film semiconductor is weakened, and the light extraction efficiency from the inside of the thin film semiconductor can be improved. Further, by controlling the size and interval of the kamaboko-shaped structure so that the surface of the thin film semiconductor has a photonic crystal structure, stronger light emission can be extracted from the inside of the thin film semiconductor.

図9は、上記製造方法によって得られた、表面にかまぼこ形状の微細凹凸形状13bを有する薄膜半導体13を示すものである。該薄膜半導体13を電界放射型ディスプレイ(フィールドエミッションディスプレイ)の薄膜蛍光体として用いることができ、薄膜半導体の材料としては、上記説明と同様である。
図10は、電界放射型ディスプレイの薄膜蛍光体を備える陽極パネルを示すものであり、前記薄膜半導体13からなる薄膜蛍光体130を有する。薄膜蛍光体130は、図示を省略した陰極の所定のものからの電子線を図10示で陽極パネルの上側より照射されることにより、薄膜蛍光体130が適宜に電子線励起されて発光し、良好な光の取り出し効率によって透明電極22及び透明基板21を透して視認することができる。なお、上記実施形態と同様の構造については同一の符号を付して、説明を省略または簡略化している。
FIG. 9 shows a thin film semiconductor 13 having a kamaboko-shaped fine uneven shape 13b on the surface obtained by the above-described manufacturing method. The thin film semiconductor 13 can be used as a thin film phosphor of a field emission display (field emission display), and the material of the thin film semiconductor is the same as described above.
FIG. 10 shows an anode panel provided with a thin film phosphor of a field emission display, and has a thin film phosphor 130 made of the thin film semiconductor 13. The thin film phosphor 130 emits an electron beam from a predetermined cathode, not shown, from the upper side of the anode panel shown in FIG. The transparent electrode 22 and the transparent substrate 21 can be seen through with good light extraction efficiency. In addition, about the structure similar to the said embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted or simplified.

(実施形態3−2)
また、かまぼこ形状の微細凹凸形状は、上記実施形態と同様に、薄膜内部の組織に、密な部分と疎な部分を有し、それぞれの部分では密度や熱伝導率が若干異なる薄膜半導体14を対象に形成することができる。該薄膜半導体14を図11(a)に示す。
Embodiment 3-2
The kamaboko-shaped fine uneven shape has a dense portion and a sparse portion in the structure inside the thin film, as in the above embodiment, and the thin film semiconductor 14 having a slightly different density and thermal conductivity in each portion. Can be formed on the subject. The thin film semiconductor 14 is shown in FIG.

上記薄膜半導体14に、強度分布が均等なレーザ光30を照射すると、図11(b)に示すように、薄膜半導体14の中に存在する半導体の組織の密な部分では熱が内層へと熱が伝わりやすく、半導体組織の疎な部分では熱が比較的こもりやすいため、先に融解を生じる。このとき、固相である融解していない薄膜半導体14の上にある融解した半導体14aは、固体上のぬれ性の悪さによって薄膜半導体14の上に散在し、若干温度が低い半導体組織の密な部分の上に集まりやすく、自身の表面張力によって凝集して融液の集まりを作る。さらに、融解した半導体14aは、表面から蒸発した成分の気流で揺れ動き、互いに合体して次第に大きさを増すとともに、それぞれが自己組織的に均等な大きさと距離を保って成長する。薄膜半導体14内部にある組織が直線的な構造を有している場合、その上に集まる融液も直線的に自己組織的に成長する。   When the thin film semiconductor 14 is irradiated with the laser beam 30 having a uniform intensity distribution, as shown in FIG. 11B, heat is transferred to the inner layer in a dense portion of the semiconductor structure existing in the thin film semiconductor 14. It is easy to transmit, and heat tends to stay in the sparse part of the semiconductor structure, so melting occurs first. At this time, the molten semiconductor 14a on the unmelted thin film semiconductor 14 which is a solid phase is scattered on the thin film semiconductor 14 due to poor wettability on the solid, and the semiconductor structure having a slightly lower temperature is dense. It is easy to gather on the part, and it aggregates by its own surface tension to form a melt. Further, the melted semiconductor 14a is shaken by the air current of the component evaporated from the surface, and unites with each other to gradually increase in size, and grows while maintaining a uniform size and distance from each other. When the structure inside the thin film semiconductor 14 has a linear structure, the melt collected on the thin film semiconductor grows linearly in a self-organized manner.

自己組織的に直線的に成長した、融解した半導体14aは、図11(c)に示すように、表面から融解した半導体の供給を受けるとともに、図示するように表面から蒸発した成分が作る激しい上昇気流に吹き上げられて上方に向かって容積を増やしていくが、直線的に並んだ組織同士の間からは、蒸発成分による上昇気流が吹き上げているため、直線的に融解した組織はその形状を保って存在する。   As shown in FIG. 11 (c), the melted semiconductor 14a grown linearly in a self-organized manner is supplied with the melted semiconductor from the surface, and as shown in FIG. The volume is increased upward as it is blown up by the air flow, but the rising air flow from the evaporating component is blowing up between the linearly aligned tissues, so that the linearly melted structure maintains its shape. Exist.

直線的に融解した組織は、レーザ光の照射が終わると、図11(d)に示すように、上昇気流が弱くなるために次第に下の方向に向かってつぶれていくが、薄膜半導体表面の濡れ性の悪さや融液の表面張力によってその形状を維持したまま冷えていき、隣の組織と融合することなく固化していく。そうして、固体上に自己組織的に断面半球状のかまぼこ形状の微細凹凸形状14bを形成する。   As shown in FIG. 11 (d), the linearly melted structure gradually collapses in the downward direction because the rising airflow is weakened as shown in FIG. 11 (d). It cools while maintaining its shape due to its poor nature and the surface tension of the melt, and solidifies without fusing with the adjacent tissue. In this way, a fine concave-convex shape 14b having a semispherical cross-sectional hemispherical shape is formed on the solid.

(実施形態4−1)
次に、被加工材である薄膜半導体の表面に粗面形状の微細凹凸形状を形成する場合について説明を図12、13に基づいて説明する。
図12(a)は、微細凹凸形状の構造を作製する前の被加工材としての薄膜半導体15を示すものである。このとき、薄膜半導体15は公知の手法により基板20上に成膜されており、薄膜半導体15は結晶性を有していてもいなくても、以下の処理で同様に微細凹凸形状の構造を作成することができる。
(Embodiment 4-1)
Next, a description will be given of the case of forming a rough concavo-convex shape on the surface of a thin film semiconductor, which is a workpiece, with reference to FIGS.
FIG. 12 (a) shows a thin film semiconductor 15 as a workpiece before producing a fine uneven structure. At this time, the thin film semiconductor 15 is formed on the substrate 20 by a known method, and the thin film semiconductor 15 forms a fine concavo-convex shape in the same manner by the following process, whether or not it has crystallinity. can do.

すなわち、上記薄膜半導体15に、例えばエネルギー密度L×0.2〜1mJ/cm、パワー密度L÷T×200〜1000kW/cm、照射パルス周波数50〜1000Hzで、レーザ光30を照射する。レーザの照射前に、薄膜半導体15をヒータやランプ、別の加熱手段で予備加熱を行っても良い。レーザ照射中の状況を図12(b)に示す。レーザ光30の照射により、薄膜半導体15の表面でレーザ光30の吸収による熱が発生し、表面付近に融解した半導体15aが生じる。使用するレーザ光として、紫外線のレーザを使用することで、薄膜半導体15のさらに表面付近でエネルギー吸収が起こるため、より早く融解状態の半導体15aが生じる利点がある。このとき、固相である融解していない薄膜半導体15の上にある融解した半導体15aは、固体上のぬれ性の悪さによって薄膜半導体15の上に散在し、自身の表面張力によって凝集して融液の集まりを作る。さらに、融解した半導体15aは、表面から蒸発した成分の気流で揺れ動き、互いに合体して次第に大きさを増すとともに、それぞれが自己組織的に均等な大きさと距離を保って成長する。 That is, the thin film semiconductor 15 is irradiated with the laser beam 30 at, for example, energy density L × 0.2 to 1 mJ / cm 2 , power density L ÷ T × 200 to 1000 kW / cm 2 , and irradiation pulse frequency 50 to 1000 Hz. Prior to the laser irradiation, the thin film semiconductor 15 may be preheated with a heater, a lamp, or another heating means. The situation during laser irradiation is shown in FIG. The irradiation with the laser beam 30 generates heat due to the absorption of the laser beam 30 on the surface of the thin film semiconductor 15, and a molten semiconductor 15a is generated near the surface. By using an ultraviolet laser as a laser beam to be used, energy absorption occurs in the vicinity of the surface of the thin film semiconductor 15, so that there is an advantage that the molten semiconductor 15 a is generated earlier. At this time, the melted semiconductor 15a on the unmelted thin film semiconductor 15 which is a solid phase is scattered on the thin film semiconductor 15 due to poor wettability on the solid, and agglomerated and melted by its own surface tension. Make a collection of liquids. Further, the melted semiconductor 15a is shaken by the air current of the component evaporated from the surface, unites with each other and gradually increases in size, and grows while maintaining a uniform size and distance from each other.

さらにレーザ照射中の状況を図12(c)に示す。自己組織的に直線的に成長した融解した半導体15aの融液の下では、レーザ光の影響が小さくなるため、図示するように、融解した半導体15aの影響で溶け残った部分が形成されるとともに、表面から融解した半導体15aの供給を受けて融液の量を増していく。融液の量が増すにつれて、遂には融液の集まり同士が融合し、融解した半導体15aによって融解していない薄膜半導体15の表面を覆い尽くす。そうして融解していない薄膜半導体15の表面上には自己組織的に粗面形状の微細凹凸形状が形成される。   Furthermore, the situation during laser irradiation is shown in FIG. Under the melt of the melted semiconductor 15a that grows linearly in a self-organized manner, the influence of the laser light is reduced, and as shown in FIG. In response to the supply of the melted semiconductor 15a from the surface, the amount of the melt is increased. As the amount of the melt increases, the melts finally merge and the melted semiconductor 15a covers the surface of the unmelted thin film semiconductor 15. In this way, a rough uneven surface having a rough surface shape is formed on the surface of the unmelted thin film semiconductor 15.

レーザ照射後の状態を図12(d)に示す。薄膜半導体10の表面上は、融解直前の温度まで加熱されたために結晶性が向上した部分と、融液が自己組織的に複雑な粗面形状の微細凹凸形状を形成して、その後に冷却されて凝固(または再結晶化)した部分からなっている。そのため表面付近では、粗面形状の微細凹凸形状15bの形成と結晶性の向上や再結晶化などのアニール効果が同時に行われる。
結晶性が向上した部分や再結晶化が行われた部分では、半導体としての特性が向上し、蛍光体などでは発光特性が向上する。そのため、より強い半導体や蛍光体からの発光を得ることが出来る。また、レーザを照射する時間やエネルギー密度、融解させる薄膜半導体の量や薄膜半導体の物性によって、大きさの異なる粗面形状組織を作成することができる。
The state after laser irradiation is shown in FIG. On the surface of the thin film semiconductor 10, a portion having improved crystallinity because of being heated to a temperature just before melting, and a fine uneven shape having a rough surface shape in which the melt is complex in a self-organizing manner, and then cooled. It consists of a solidified (or recrystallized) part. Therefore, in the vicinity of the surface, the formation of the rough uneven shape 15b having a rough surface shape and an annealing effect such as improvement of crystallinity and recrystallization are performed simultaneously.
In a portion where crystallinity is improved or a portion where recrystallization is performed, characteristics as a semiconductor are improved, and in a phosphor or the like, light emission characteristics are improved. Therefore, stronger light emission from a semiconductor or phosphor can be obtained. Further, rough structures having different sizes can be created depending on the irradiation time and energy density of the laser, the amount of thin film semiconductor to be melted, and the physical properties of the thin film semiconductor.

図13は、上記製造方法によって得られた、表面に粗面形状の微細凹凸形状15bを有する薄膜半導体15を示すものである。該薄膜半導体15も電界放射型ディスプレイ(フィールドエミッションディスプレイ)の薄膜蛍光体として用いることができ、薄膜半導体の材料としては、上記説明と同様である。
図14は、電界放射型ディスプレイの薄膜蛍光体を備える陽極パネルを示すものであり、前記薄膜半導体15からなる薄膜蛍光体150を有する。薄膜蛍光体150は、図示を省略した陰極の所定のものからの電子線を図14示で陽極パネルの上側より照射されることにより、薄膜蛍光体150が適宜に電子線励起されて発光し、良好な光の取り出し効率によって透明電極22及び透明基板21を透して視認することができる。なお、上記実施形態と同様の構造については同一の符号を付して、説明を省略または簡略化している。
FIG. 13 shows a thin film semiconductor 15 obtained by the above manufacturing method and having a rough concavo-convex shape 15b on the surface. The thin film semiconductor 15 can also be used as a thin film phosphor of a field emission display (field emission display), and the material of the thin film semiconductor is the same as described above.
FIG. 14 shows an anode panel provided with a thin film phosphor of a field emission display, and has a thin film phosphor 150 made of the thin film semiconductor 15. The thin film phosphor 150 emits an electron beam from a predetermined cathode, not shown, from the upper side of the anode panel shown in FIG. The transparent electrode 22 and the transparent substrate 21 can be seen through with good light extraction efficiency. In addition, about the structure similar to the said embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted or simplified.

(実施形態4−2)
また、かまぼこ形状の微細凹凸形状は、上記実施形態と同様に、薄膜内部の組織に、密な部分と疎な部分を有し、それぞれの部分では密度や熱伝導率が若干異なる薄膜半導体を対象に形成することができる。
レーザ照射中の薄膜半導体の表面では、薄膜半導体の中に存在する半導体の組織の密な部分では、熱が伝わりやすく、半導体組織の疎な部分では、熱が比較的こもりやすいため、先に融解が生じる。このとき固相である融解していない薄膜半導体の上にある融解した半導体は、個体上の濡れ性の悪さによって薄膜半導体の上に散在し、若干温度が低い半導体組織の密な部分に集まりやすく、自身の表面張力によって凝集して融液の集まりを作る。さらに融解した半導体は、表面から蒸発した成分の気流で揺れ動き、互いに合体して次第に大きさを増すとともに、それぞれが自己組織的に均等な大きさと距離を保って成長する。
(Embodiment 4-2)
In addition, the kamaboko-shaped fine uneven shape has a dense portion and a sparse portion in the structure inside the thin film, as in the above embodiment, and is intended for thin film semiconductors in which the density and thermal conductivity are slightly different in each portion. Can be formed.
On the surface of a thin film semiconductor during laser irradiation, heat is easily transmitted in a dense part of the semiconductor structure existing in the thin film semiconductor, and heat is relatively confined in a sparse part of the semiconductor structure. Occurs. At this time, the melted semiconductor on the unmelted thin film semiconductor that is a solid phase is scattered on the thin film semiconductor due to poor wettability on the solid body, and tends to gather in a dense part of the semiconductor structure at a slightly lower temperature. , It aggregates by its own surface tension and creates a collection of melts. Further, the melted semiconductors sway in the air stream of the components evaporated from the surface, merge with each other and gradually increase in size, and each grows while maintaining a uniform size and distance from each other.

自己組織的に直線的に成長した融解した半導体の融液の下ではレーザ光の影響が小さくなるために、融解した半導体の影響で溶け残った部分が形成されるとともに、表面から融解した半導体の供給を受けて融液の量を増していく。融液の量が増すにつれて、ついには融液の集まり同士が融合し、融解した半導体によって融解していない薄膜半導体の表面を覆いつくす。そうして、融解していない薄膜半導体の表面上には自己組織的に粗面形状の構造が形成される。   Since the influence of the laser light is reduced under the melt of the molten semiconductor that grows linearly in a self-organized manner, a part that remains undissolved by the influence of the molten semiconductor is formed, and the melted semiconductor from the surface Receive the supply to increase the amount of melt. As the amount of the melt increases, the melts finally merge and cover the surface of the thin film semiconductor that is not melted by the melted semiconductor. Thus, a rough surface structure is formed on the surface of the unmelted thin film semiconductor in a self-organizing manner.

レーザ照射を止めた直後の状況は、レーザ照射による熱の供給を絶ったため、融解した半導体や薄膜半導体の温度が次第に低下する。特に、自己組織的に粗面形状の構造が形成された薄膜半導体の凸部分は、半導体の組織が密であるために、熱の移動が早いために温度の低下が速く進行する。そのため、薄膜半導体の表面内では、下地の熱伝導特性差と凹凸構造の影響で局所的な温度勾配を生じているため、温度の低い凸部分から凝固が始まる。このとき、半導体の材料によっては結晶化も同時に進行する。融解した半導体の凝固は、結晶組織の成長方向すなわち薄膜半導体の凸部分や表面から融解した半導体に方向へ向かって、下地の凹凸形状構造と温度勾配の影響を色濃く受けて自己組織的に進んでいく。そして、融解した半導体はすべて凝固し、表面に複雑な凹凸形状の構造を形作る。   In the situation immediately after the laser irradiation is stopped, the temperature of the melted semiconductor or thin film semiconductor gradually decreases because the supply of heat by the laser irradiation is cut off. In particular, a convex portion of a thin film semiconductor in which a rough-surfaced structure is formed in a self-organized manner has a dense semiconductor structure, so that the temperature is rapidly lowered due to the rapid movement of heat. Therefore, in the surface of the thin film semiconductor, a local temperature gradient is generated due to the influence of the difference in thermal conductivity characteristics of the base and the uneven structure, so that solidification starts from the convex portion having a low temperature. At this time, crystallization also proceeds simultaneously depending on the semiconductor material. The solidification of the molten semiconductor proceeds in a self-organized manner in the direction of the growth of the crystal structure, that is, from the convex part of the thin film semiconductor to the melted semiconductor, influenced by the underlying uneven structure and temperature gradient. Go. And all the melted semiconductors solidify and form a complex uneven structure on the surface.

以下、上記第1〜第4の実施形態に係る薄膜半導体として薄膜蛍光体SrGa:Euを製造した。なお、薄膜蛍光体(SrGa:Eu)は公知の手法により基板上に成膜した。成膜された時点で薄膜蛍光体は結晶性を有していてもいなくても、目的の蛍光体である化合物半導体であっても原料である物質(SrSとGaS又はGa、添加物のEuを含む)の混合物でも、後の処理で同様に化合物半導体からなる半球形状の構造を作成することができた。 Hereinafter, a thin film phosphor SrGa 2 S 4 : Eu was manufactured as the thin film semiconductor according to the first to fourth embodiments. The thin film phosphor (SrGa 2 S 4 : Eu) was formed on the substrate by a known method. Even if the thin film phosphor does not have crystallinity at the time of film formation, it is a material (SrS and GaS or Ga 2 S 3 , additive, even if it is a compound semiconductor that is the target phosphor) In the same way, a hemispherical structure made of a compound semiconductor could be produced in the subsequent treatment.

上記薄膜蛍光体に、上記実施形態で説明したようにKrFエキシマレーザ光を照射する。レーザの照射前に、薄膜蛍光体をヒータやランプ、別の加熱手段で予備加熱を行っても良い。レーザの照射により、薄膜蛍光体(SrGa:Eu)の表面でKrFレーザ光の吸収による熱が発生し、表面付近に融解した蛍光体(SrGa:Eu)が生じる。使用するレーザ光としては、任意の波長のレーザ光を使用することができるが、波長351nmのXeFエキシマレーザや波長309nmのXeClエキシマレーザなどを使用することができる。ただし、使用するレーザ光の波長によって、レーザ光が物質内に侵入する深さが異なるために、レーザ照射時に融解する融液の量がそれぞれ異なる。したがって、レーザの種類を選択することで、任意の大きさの微細凹凸形状を、任意の間隔を保って作成することができる。 The thin film phosphor is irradiated with KrF excimer laser light as described in the above embodiment. Prior to laser irradiation, the thin film phosphor may be preheated with a heater, a lamp, or another heating means. The laser irradiation generates heat due to the absorption of the KrF laser light on the surface of the thin film phosphor (SrGa 2 S 4 : Eu), and a molten phosphor (SrGa 2 S 4 : Eu) is generated near the surface. As a laser beam to be used, a laser beam having an arbitrary wavelength can be used, and an XeF excimer laser having a wavelength of 351 nm, an XeCl excimer laser having a wavelength of 309 nm, or the like can be used. However, since the depth at which the laser light penetrates into the substance differs depending on the wavelength of the laser light to be used, the amount of the melt that melts at the time of laser irradiation differs. Therefore, by selecting the type of laser, it is possible to create a fine concavo-convex shape having an arbitrary size while maintaining an arbitrary interval.

以下、第1〜第4の実施の形態で説明した場合と同様の機構によって微細凹凸形状を作製した。   In the following, fine uneven shapes were produced by the same mechanism as described in the first to fourth embodiments.

(実施例1)
レーザ光の波長を248nm、エネルギー密度を10mJ/cm、パワー密度0.5MW/cm(パルス半値幅20ns)、パルス周波数100Hz、パルス照射数30000ショットの条件によって均等な強度分布を有するレーザ光を上記薄膜蛍光体に照射した。この際には、蛍光体の基板を500℃に加熱し、アルゴンと10%の硫化水素雰囲気中で上記レーザ照射を行った。
その結果、本実施例によって200nm程度の大きさの半球形状組織を、間隔を保って作成することができた。半球形状の構造を作製することで、薄膜蛍光体の内部で発生した発光を内部に閉じ込める効果が弱くなり、薄膜蛍光体内部からの光の取り出し効率を向上することができた。また、半球形状の構造の大きさと間隔を制御して、薄膜蛍光体の表面をフォトニック結晶の構造とすることで、薄膜蛍光体の内部から、より強い発光を取り出すことができた。
Example 1
Laser light having a uniform intensity distribution according to the conditions of a laser beam wavelength of 248 nm, an energy density of 10 mJ / cm 2 , a power density of 0.5 MW / cm 2 (pulse half width 20 ns), a pulse frequency of 100 Hz, and a pulse irradiation number of 30000 shots. Was irradiated to the thin film phosphor. At this time, the phosphor substrate was heated to 500 ° C., and the laser irradiation was performed in an atmosphere of argon and 10% hydrogen sulfide.
As a result, a hemispherical structure having a size of about 200 nm could be created with a gap in accordance with this example. By producing a hemispherical structure, the effect of confining the light emitted inside the thin film phosphor was weakened, and the light extraction efficiency from the inside of the thin film phosphor could be improved. In addition, by controlling the size and interval of the hemispherical structure and making the surface of the thin film phosphor a photonic crystal structure, it was possible to extract stronger light emission from the inside of the thin film phosphor.

また、図15は、上記で得られた蛍光体の表面を示す、走査型電子顕微鏡(SEM)で得られた図面代用の写真である。該写真に見られるように、蛍光体の表面には、半球形状の微細凹凸形状が形成されていることが分かる。   FIG. 15 is a drawing-substituting photograph obtained with a scanning electron microscope (SEM) showing the surface of the phosphor obtained above. As seen in the photograph, it can be seen that a hemispherical fine irregular shape is formed on the surface of the phosphor.

(実施例2)
次に、レーザ光の波長を248nm、エネルギー密度を15mJ/cm、パワー密度0.75MW/cm(パルス半値幅20ns)、パルス周波数100Hz、パルス照射数30000ショットの条件によって均等な強度分布を有するレーザ光を上記薄膜蛍光体に照射した。この際には、蛍光体の基板を500℃に加熱し、アルゴンと10%の硫化水素雰囲気中で上記レーザ照射を行った。
その結果、本実施例によって直径200nm程度、高さ500nm程度の円柱形状組織を、間隔を保って作成することができた。円柱形状の微細凹凸形状を作製することで、薄膜蛍光体内部からの光の取り出し効率を向上することができた。また、半球形状の構造の大きさと間隔を制御して、薄膜蛍光体の表面をフォトニック結晶の構造とすることで、薄膜蛍光体の内部から、より強い発光を取り出すことができた。
(Example 2)
Next, a uniform intensity distribution is obtained according to the conditions of the laser beam wavelength of 248 nm, the energy density of 15 mJ / cm 2 , the power density of 0.75 MW / cm 2 (pulse half width 20 ns), the pulse frequency of 100 Hz, and the pulse irradiation number of 30000 shots. The thin film phosphor was irradiated with a laser beam. At this time, the phosphor substrate was heated to 500 ° C., and the laser irradiation was performed in an atmosphere of argon and 10% hydrogen sulfide.
As a result, a columnar structure having a diameter of about 200 nm and a height of about 500 nm could be created at a certain interval according to this example. By producing a cylindrical concavo-convex shape, the light extraction efficiency from the inside of the thin film phosphor could be improved. In addition, by controlling the size and interval of the hemispherical structure and making the surface of the thin film phosphor a photonic crystal structure, it was possible to extract stronger light emission from the inside of the thin film phosphor.

また、図16は、上記で得られた蛍光体の表面を示す、走査型電子顕微鏡(SEM)で得られた図面代用の写真である。該写真に見られるように、蛍光体の表面には、円柱形状の微細凹凸形状が形成されていることが分かる。   FIG. 16 is a drawing-substituting photograph obtained with a scanning electron microscope (SEM) showing the surface of the phosphor obtained above. As can be seen in the photograph, it can be seen that a cylindrical concavo-convex shape is formed on the surface of the phosphor.

(実施例3)
次に、レーザ光の波長を248nm、エネルギー密度を20mJ/cm、パワー密度1MW/cm(パルス半値幅20ns)、パルス周波数100Hz、パルス照射数30000ショットの条件とし、傾斜した強度変化をもつレーザ光を上記薄膜蛍光体に照射した。この際には、蛍光体の基板を500℃に加熱し、アルゴンと10%の硫化水素雰囲気中で上記レーザ照射を行った。
本実施例によって幅100nm程度の直線的なかまぼこ形状を間隔を保って作成することができた。かまぼこ形状の微細凹凸形状を作製することで、薄膜蛍光体内部からの光の取り出し効率を向上することができた。また、かまぼこ形状の構造の大きさと間隔を制御して、薄膜蛍光体の表面をフォトニック結晶の構造とすることで、薄膜蛍光体の内部から、より強い発光を取り出すことができた。
Example 3
Next, the laser beam wavelength is 248 nm, the energy density is 20 mJ / cm 2 , the power density is 1 MW / cm 2 (pulse half width 20 ns), the pulse frequency is 100 Hz, and the pulse irradiation number is 30000 shots, and there is an inclined intensity change. The thin film phosphor was irradiated with laser light. At this time, the phosphor substrate was heated to 500 ° C., and the laser irradiation was performed in an atmosphere of argon and 10% hydrogen sulfide.
According to the present embodiment, a straight kamaboko shape having a width of about 100 nm could be created with a gap. It was possible to improve the light extraction efficiency from the inside of the thin film phosphor by producing a kamaboko-shaped fine uneven shape. In addition, by controlling the size and interval of the kamaboko-shaped structure and making the surface of the thin film phosphor a photonic crystal structure, it was possible to extract stronger light emission from the inside of the thin film phosphor.

図17は、上記で得られた蛍光体の表面を示す、走査型電子顕微鏡(SEM)で得られた図面代用の写真である。該写真に見られるように、蛍光体の表面には、かまぼこ形状の微細凹凸形状が形成されていることが分かる。   FIG. 17 is a drawing-substituting photograph obtained with a scanning electron microscope (SEM) showing the surface of the phosphor obtained above. As seen in the photograph, it can be seen that the surface of the phosphor has a kamaboko-shaped fine irregular shape.

(実施例4)
次に、レーザ光の波長を248nm、エネルギー密度を40mJ/cm、パワー密度2MW/cm(パルス半値幅20ns)、照射パルス周波数100Hz、パルス照射数30000ショットの条件とし、傾斜した強度変化をもつレーザ光を上記薄膜蛍光体に照射した。
この際には、蛍光体の基板を500℃に加熱し、アルゴンと10%の硫化水素雰囲気中で上記レーザ照射を行った。
本実施例によって粗面形状の微細凹凸形状を作成することができた。粗面形状の微細凹凸形状を作製することで、薄膜蛍光体内部からの光の取り出し効率を向上することができた。また、粗面形状の大きさと間隔を制御して、薄膜蛍光体の表面をフォトニック結晶の構造とすることで、薄膜蛍光体の内部から、より強い発光を取り出すことができた。
Example 4
Next, with the conditions of the laser beam wavelength of 248 nm, the energy density of 40 mJ / cm 2 , the power density of 2 MW / cm 2 (pulse half width 20 ns), the irradiation pulse frequency of 100 Hz, and the number of pulse irradiations of 30000 shots, the inclined intensity change The thin film phosphor was irradiated with a laser beam having the same.
At this time, the phosphor substrate was heated to 500 ° C., and the laser irradiation was performed in an atmosphere of argon and 10% hydrogen sulfide.
According to this example, a fine uneven shape having a rough surface shape could be created. It was possible to improve the light extraction efficiency from the inside of the thin film phosphor by producing a rough uneven surface with a rough surface. Further, by controlling the size and interval of the rough surface shape and making the surface of the thin film phosphor have a photonic crystal structure, it was possible to extract stronger light emission from the inside of the thin film phosphor.

上記各実施例においては、薄膜蛍光体として、原料である物質(SrSとGaS又はGa、添加物のEuを含む)の集合体を用いた場合においても、原料を融解させた融液が凝固した部分で、薄膜蛍光体(SrGa:Eu)からなる微細凹凸形状を作成することができた。また、融解してない原料からなる薄膜半導体の部分では、融解直前の温度まで加熱されるために、原料である物質(SrSとGaS又はGa、添加物のEuを含む)から化合物半導体である蛍光体(SrGa:Eu)を合成することができた。したがって、表面付近では、微細凹凸形状の形成と化合物半導体の合成と結晶性の向上や再結晶化などのアニール効果を同時におこなうことができた。 In each of the above embodiments, even when an aggregate of materials (including SrS and GaS or Ga 2 S 3 and additive Eu) is used as the thin film phosphor, a melt obtained by melting the material In the solidified portion, a fine uneven shape made of a thin film phosphor (SrGa 2 S 4 : Eu) could be created. In addition, since the thin film semiconductor portion made of a raw material that is not melted is heated to a temperature just before melting, the compound semiconductor from the raw material (including SrS and GaS or Ga 2 S 3 and additive Eu) It was possible to synthesize a phosphor (SrGa 2 S 4 : Eu). Therefore, in the vicinity of the surface, formation of fine irregularities, synthesis of a compound semiconductor, and annealing effects such as improvement of crystallinity and recrystallization could be performed simultaneously.

このように、薄膜半導体が3種類以上の元素からなる化合物半導体である場合においても、同様に半球形状組織を有する薄膜半導体を形成することができた。また、別の薄膜半導体として、AB:L(A=Mg,Ca,Sr,Ba,B=Al,Ga,In C=O,S,Se,Te L:希土類金属元素または遷移金属元素など)である一連の化合物半導体においても同様の効果があった。 Thus, even when the thin film semiconductor is a compound semiconductor composed of three or more elements, a thin film semiconductor having a hemispherical structure could be formed in the same manner. As another thin film semiconductor, AB 2 C 4 : L (A = Mg, Ca, Sr, Ba, B = Al, Ga, In C═O, S, Se, Te L: rare earth metal element or transition metal element The same effect was also obtained in a series of compound semiconductors.

以上、上記実施形態および実施例に基づいて本発明の説明を行ったが、本発明は、上記実施形態および実施例の内容に限定をされるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りは適宜の変更が可能である。   The present invention has been described based on the above embodiments and examples. However, the present invention is not limited to the contents of the above embodiments and examples, and does not depart from the scope of the present invention. Appropriate changes are possible.

本発明の一実施形態の製造過程を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the manufacture process of one Embodiment of this invention. 同じく、上記製造過程で得られ、表面に微細凹凸形状を有する薄膜半導体を示す図である。Similarly, it is a figure which shows the thin film semiconductor obtained in the said manufacture process and having the fine uneven | corrugated shape on the surface. 同じく、上記で得られた薄膜半導体を蛍光体として用いた電界効果型ディスプレイの一部構造を示す図である。Similarly, it is a figure which shows the partial structure of the field effect type display which used the thin film semiconductor obtained above as fluorescent substance. 本発明の他の実施形態の製造過程を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the manufacture process of other embodiment of this invention. 本発明のさらに他の実施形態の製造過程を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the manufacture process of further another embodiment of this invention. 同じく、上記製造過程で得られ、表面に微細凹凸形状を有する薄膜半導体を示す図である。Similarly, it is a figure which shows the thin film semiconductor obtained in the said manufacture process and having the fine uneven | corrugated shape on the surface. 同じく、上記で得られた薄膜半導体を蛍光体として用いた電界効果型ディスプレイの一部構造を示す図である。Similarly, it is a figure which shows the partial structure of the field effect type display which used the thin film semiconductor obtained above as fluorescent substance. 本発明のさらに他の実施形態の製造過程を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the manufacture process of further another embodiment of this invention. 同じく、上記製造過程で得られ、表面に微細凹凸形状を有する薄膜半導体を示す図である。Similarly, it is a figure which shows the thin film semiconductor obtained in the said manufacture process and having the fine uneven | corrugated shape on the surface. 同じく、上記で得られた薄膜半導体を蛍光体として用いた電界効果型ディスプレイの一部構造を示す図である。Similarly, it is a figure which shows the partial structure of the field effect type display which used the thin film semiconductor obtained above as fluorescent substance. 本発明のさらに他の実施形態の製造過程を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the manufacture process of further another embodiment of this invention. 本発明のさらに他の実施形態の製造過程を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the manufacture process of further another embodiment of this invention. 同じく、上記製造過程で得られ、表面に微細凹凸形状を有する薄膜半導体を示す図である。Similarly, it is a figure which shows the thin film semiconductor obtained in the said manufacture process and having the fine uneven | corrugated shape on the surface. 同じく、上記で得られた薄膜半導体を蛍光体として用いた電界効果型ディスプレイの一部構造を示す図である。Similarly, it is a figure which shows the partial structure of the field effect type display which used the thin film semiconductor obtained above as fluorescent substance. 本発明の実施例により得られた薄膜半導体の表面形状を示す図面代用写真である。It is a drawing substitute photograph which shows the surface shape of the thin film semiconductor obtained by the Example of this invention. 同じく、他の実施例により得られた薄膜半導体の表面形状を示す図面代用写真である。Similarly, it is the drawing substitute photograph which shows the surface shape of the thin film semiconductor obtained by the other Example. 同じく、他の実施例により得られた薄膜半導体の表面形状を示す図面代用写真である。Similarly, it is the drawing substitute photograph which shows the surface shape of the thin film semiconductor obtained by the other Example.

符号の説明Explanation of symbols

10、11、12、13、14、15 薄膜半導体
10a、11a、12a、13a、14a、15a 融解した半導体
10b、11b、12b、13b、14b、15b 微細凹凸形状
20 基板
30 レーザ光
31 レーザ光
100、110、120、130、140、150 薄膜蛍光体
10, 11, 12, 13, 14, 15 Thin film semiconductor
10a, 11a, 12a, 13a, 14a, 15a Melted semiconductor 10b, 11b, 12b, 13b, 14b, 15b Fine uneven shape
20 Substrate 30 Laser light 31 Laser light 100, 110, 120, 130, 140, 150 Thin film phosphor

Claims (10)

被加工材の表面にレーザ光を照射し、該被加工材の表面層を溶融、凝固させることで該被加工材の表面に微細凹凸形状を形成することを特徴とする微細表面凹凸形状材の製造方法。   The surface of the workpiece is irradiated with a laser beam, and the surface layer of the workpiece is melted and solidified to form a micro uneven shape on the surface of the workpiece. Production method. 前記微細凹凸形状が、レーザ光の波長以下のサイズからなることを特徴とする請求項1記載の微細表面凹凸形状材の製造方法。   The method for producing a fine surface uneven shape material according to claim 1, wherein the fine uneven shape has a size equal to or smaller than a wavelength of laser light. 前記微細凹凸形状は、半球形状、円柱形状またはかまぼこ形状の1種または2種以上の微細凸形状が並んだものであることを特徴とする請求項1または2に記載の微細表面凹凸形状材の製造方法。   The fine uneven surface material according to claim 1 or 2, wherein the fine uneven shape is one or more kinds of hemispherical shape, cylindrical shape, or kamaboko shape arranged side by side. Production method. 前記かまぼこ形状は、幅よりも長さが大きくなっていることを特徴とする請求項3記載の微細表面凹凸形状材の製造方法。   4. The method of manufacturing a fine surface uneven shape material according to claim 3, wherein the kamaboko shape has a length larger than a width. 前記微細凸形状は、幅が1.5μm以下であることを特徴とする請求項3または4に記載の微細表面凹凸形状の製造方法。   5. The method for producing a fine surface uneven shape according to claim 3, wherein the fine convex shape has a width of 1.5 [mu] m or less. 前記レーザ光が紫外線領域の波長を有するものであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の微細表面凹凸形状材の製造方法。   6. The method for producing a fine surface irregular shape material according to claim 1, wherein the laser beam has a wavelength in an ultraviolet region. 前記被加工材が、レーザ光の照射によって結晶化されることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の微細表面凹凸形状材の製造方法。   The method for producing a fine surface uneven shape material according to claim 1, wherein the workpiece is crystallized by laser light irradiation. 被加工材が薄膜半導体であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の微細表面凹凸形状材の製造方法。   8. The method for producing a fine surface uneven shape material according to claim 1, wherein the workpiece is a thin film semiconductor. 前記被加工材が蛍光体または発光体であることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の微細表面凹凸形状材の製造方法。   The method for producing a fine surface uneven shape material according to any one of claims 1 to 8, wherein the workpiece is a phosphor or a light emitter. 請求項9により製造された蛍光体を、微細表面凹凸形状を電解放射側にしてアノード側に配置したことを特徴とする電界放射型ディスプレイ。   10. A field emission display comprising the phosphor manufactured according to claim 9 arranged on the anode side with a fine surface irregularity shape on the electrolytic emission side.
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