JP2548352B2 - 発光素子およびその製造方法 - Google Patents
発光素子およびその製造方法Info
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/0955—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using pumping by high energy particles
- H01S3/0959—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using pumping by high energy particles by an electron beam
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、オプトエクレトロニクス分野において利用
価値の高い半導体レーザー等の発光素子の励起方法に新
しい原理に基づく方法を導入し、さらに構造を最適化す
ることによって、従来の赤外赤色レーザーダイオードと
同様な方法の青色レーザー素子を提供可能とするもので
ある。
価値の高い半導体レーザー等の発光素子の励起方法に新
しい原理に基づく方法を導入し、さらに構造を最適化す
ることによって、従来の赤外赤色レーザーダイオードと
同様な方法の青色レーザー素子を提供可能とするもので
ある。
従来の技術 青色レーザー光は情報処理や計測など短波長のレーザ
ー光が望まれる分野できわめて需要が大きく、早期開発
が強く期待されているものである。しかし、青色レーザ
ー光を放出可能な材料はバンドギャップの大きな一部の
結晶系に限られており、それらを用いて従来の電流注入
法によるレーザーダイオードを得るには、まだ結晶成長
技術が不十分である。まだ、長波長レーザーの高調波を
利用して青色レーザー光を得ている例もあるが、出力が
小さく、構造上集積化には適さない。本発明は、上記の
ような従来技術の困難を除き、新しい原理・構造に基づ
く高性能青色レーザー素子を供するもので、産業上の利
用価値はきわめて高い。
ー光が望まれる分野できわめて需要が大きく、早期開発
が強く期待されているものである。しかし、青色レーザ
ー光を放出可能な材料はバンドギャップの大きな一部の
結晶系に限られており、それらを用いて従来の電流注入
法によるレーザーダイオードを得るには、まだ結晶成長
技術が不十分である。まだ、長波長レーザーの高調波を
利用して青色レーザー光を得ている例もあるが、出力が
小さく、構造上集積化には適さない。本発明は、上記の
ような従来技術の困難を除き、新しい原理・構造に基づ
く高性能青色レーザー素子を供するもので、産業上の利
用価値はきわめて高い。
レーザー装置の励起方向は種々知られ、実用化されて
いる。固体レーザーや液体レーザーでは強力なフラッシ
ュランプや補助のレーザー素子の光を照射し反転分布を
形成すること（オプティカル・ポンピング）が行われて
いる。ガスレーザーでは、高電圧の印加でプラズマ状態
を作り出し、プラズマ中での原子、イオン，電子相互の
衝突でガスを励起する方法が取られている。半導体レー
ザーではｐ−ｎ接合に電流を注入して反転分布を形成す
る例がほとんど全てである。まれに、ｐ−ｎ接合がうま
く形成されなかった場合などに、半導体レーザーでもオ
プティカル・ポンピングや電子ビーム励起が試みられた
例はある。
いる。固体レーザーや液体レーザーでは強力なフラッシ
ュランプや補助のレーザー素子の光を照射し反転分布を
形成すること（オプティカル・ポンピング）が行われて
いる。ガスレーザーでは、高電圧の印加でプラズマ状態
を作り出し、プラズマ中での原子、イオン，電子相互の
衝突でガスを励起する方法が取られている。半導体レー
ザーではｐ−ｎ接合に電流を注入して反転分布を形成す
る例がほとんど全てである。まれに、ｐ−ｎ接合がうま
く形成されなかった場合などに、半導体レーザーでもオ
プティカル・ポンピングや電子ビーム励起が試みられた
例はある。
発明が解決しようとする課題 従来の電子ビーム励起の方法は、通常の熱陰極から放
出された電子を適当なエネルギー（100eV〜10keV）に加
速して活性層に照射するという方法であって、素子の寸
法が大きくなること、熱陰極の熱が活性層の温度を上げ
るという悪影響を与えること、などを避けることはでき
ない。すなわち、従来試みられた半導体レーザーのオプ
ティカル・ポンピングや電子ビーム励起の方法は、あく
までも活性層となる半導体結晶の物性を評価するための
手段としての方法であって、有用な素子として実用的に
動作させるための方法ではなかった。
出された電子を適当なエネルギー（100eV〜10keV）に加
速して活性層に照射するという方法であって、素子の寸
法が大きくなること、熱陰極の熱が活性層の温度を上げ
るという悪影響を与えること、などを避けることはでき
ない。すなわち、従来試みられた半導体レーザーのオプ
ティカル・ポンピングや電子ビーム励起の方法は、あく
までも活性層となる半導体結晶の物性を評価するための
手段としての方法であって、有用な素子として実用的に
動作させるための方法ではなかった。
上記のように、従来の半導体レーザーはほとんど全て
が、ｐ型およびｎ型のクラッド層を設け、その間に活性
層を狭む構造となっている。この構造は電流注入で励起
が効率的に行われる優れた構造であるが、あくまでも、
品質の高いｐ型やｎ型の結晶が容易に得られるという前
提がなければ採用できない。GaAs系やInP系の結晶では
この前提が満足されており、赤外や赤色の波長領域で有
用なレーザーダイオードが実用になっている。一方、青
色波長領域に該当するバンドギャップを持つSiC系,ZnSe
系などの結晶では、その結晶成長に本質的な困難がつき
まとい、10年以上に及び開発努力にもかかわらず、自由
な導伝性制御はできていないのが現状であって、今後の
見通しも決して明るいとはいえない。従って、従来の構
造の延長を考える限り、青色の半導体レーザー素子等の
実現性はきわめて小さいといわざるを得ない。また、他
の固体レーザーやガスレーザーで従来用いられて来た励
起方法では、原理的にその寸法を通常の半導体レーザー
なみの寸法に小型化することは不可能である。
が、ｐ型およびｎ型のクラッド層を設け、その間に活性
層を狭む構造となっている。この構造は電流注入で励起
が効率的に行われる優れた構造であるが、あくまでも、
品質の高いｐ型やｎ型の結晶が容易に得られるという前
提がなければ採用できない。GaAs系やInP系の結晶では
この前提が満足されており、赤外や赤色の波長領域で有
用なレーザーダイオードが実用になっている。一方、青
色波長領域に該当するバンドギャップを持つSiC系,ZnSe
系などの結晶では、その結晶成長に本質的な困難がつき
まとい、10年以上に及び開発努力にもかかわらず、自由
な導伝性制御はできていないのが現状であって、今後の
見通しも決して明るいとはいえない。従って、従来の構
造の延長を考える限り、青色の半導体レーザー素子等の
実現性はきわめて小さいといわざるを得ない。また、他
の固体レーザーやガスレーザーで従来用いられて来た励
起方法では、原理的にその寸法を通常の半導体レーザー
なみの寸法に小型化することは不可能である。
μｍサイズの空間を真空封じするというような例は過
去にはなかった。昔の真空管のサイウは桁違いに大きか
ったし、金属などの精練の過程でμｍサイズのボイドが
できたことがあったかも知れないが、それは人間が意図
して作ったものではなかった。しかし、主としてSiテク
ノロジーの要請から進展して来た昨今の微細加工の技術
を持ってすれば、過去には夢でしかなかったことが現実
にできる時代になっている。
去にはなかった。昔の真空管のサイウは桁違いに大きか
ったし、金属などの精練の過程でμｍサイズのボイドが
できたことがあったかも知れないが、それは人間が意図
して作ったものではなかった。しかし、主としてSiテク
ノロジーの要請から進展して来た昨今の微細加工の技術
を持ってすれば、過去には夢でしかなかったことが現実
にできる時代になっている。
青色光を出すレーザーは、Arなどのガスレーザー，固
体レーザー，エキシマーレーザー，色素レーザーなどが
ある。いずれも市販されて測定用や成膜補助用に利用さ
れているが、これらのレーザーでは原理的に小型化をは
かることは困難である。これは、発光源となる原子・分
子が空間的にまばらにしか存在していないので、レーザ
ー発振に至るしきい発光強度を得るためには相当量の体
積（発光源の総数）を必要とするためである。また、励
起方法にも問題がある。プラズマ状態を生成するために
は、数十keVというような高電圧を印加しなければなら
ないが、そのような電圧に耐える電極間隔は当然広いも
のとなり、小型化とは相いれない。このようなガスレー
ザーなどとは全く原理を異にするものとして、２次高調
波発生器（SHG）があり、通常の半導体レーザーとそれ
ほど変らぬサイズを持つ青色レーザー光源として注目さ
れている。SHGは、リシウナイオベート（LiNbO3）など
の非線形特性を利用し、赤外光を出す通常の半導体レー
ザーの出力を倍周波数の高調波に交換して取出すもので
ある。SHGは青色光源として有望ではあるが、半導体レ
ーザーとくらべてやや大型にならざるを得ないこと、チ
ェレンコフ放射を使うタイプのものでは出力光が入射光
と導波路を含む面に対してある角度を持って得て来るた
めに、他の素子との集積化には不便であること、高調波
への変換効率が小さいために出力が小さいこと、などが
欠点として挙げられる。
体レーザー，エキシマーレーザー，色素レーザーなどが
ある。いずれも市販されて測定用や成膜補助用に利用さ
れているが、これらのレーザーでは原理的に小型化をは
かることは困難である。これは、発光源となる原子・分
子が空間的にまばらにしか存在していないので、レーザ
ー発振に至るしきい発光強度を得るためには相当量の体
積（発光源の総数）を必要とするためである。また、励
起方法にも問題がある。プラズマ状態を生成するために
は、数十keVというような高電圧を印加しなければなら
ないが、そのような電圧に耐える電極間隔は当然広いも
のとなり、小型化とは相いれない。このようなガスレー
ザーなどとは全く原理を異にするものとして、２次高調
波発生器（SHG）があり、通常の半導体レーザーとそれ
ほど変らぬサイズを持つ青色レーザー光源として注目さ
れている。SHGは、リシウナイオベート（LiNbO3）など
の非線形特性を利用し、赤外光を出す通常の半導体レー
ザーの出力を倍周波数の高調波に交換して取出すもので
ある。SHGは青色光源として有望ではあるが、半導体レ
ーザーとくらべてやや大型にならざるを得ないこと、チ
ェレンコフ放射を使うタイプのものでは出力光が入射光
と導波路を含む面に対してある角度を持って得て来るた
めに、他の素子との集積化には不便であること、高調波
への変換効率が小さいために出力が小さいこと、などが
欠点として挙げられる。
本発明では、電子ビーム励起法といえ普遍的な励起手
段を、小型でかつ熱による悪影響を取除いた形で適用で
きるようにし、ｐ−ｎ接合を形成することが困難な結晶
にもこの励起法を適用することによってレーザー発振を
起こさせることを目的とする。特に、従来結晶成長技術
の不備のために、レーザーへの応用は困難と考えられて
いたII−VI族化合物半導体に本発明の電子ビーム励起法
を適用して青色レーザー素子等を得ることを可能とし、
併せて、本発明を実現するための重要な手段として、μ
ｍサイズの微笑空間の真空封じの方法を提供することを
目的となる。
段を、小型でかつ熱による悪影響を取除いた形で適用で
きるようにし、ｐ−ｎ接合を形成することが困難な結晶
にもこの励起法を適用することによってレーザー発振を
起こさせることを目的とする。特に、従来結晶成長技術
の不備のために、レーザーへの応用は困難と考えられて
いたII−VI族化合物半導体に本発明の電子ビーム励起法
を適用して青色レーザー素子等を得ることを可能とし、
併せて、本発明を実現するための重要な手段として、μ
ｍサイズの微笑空間の真空封じの方法を提供することを
目的となる。
課題を解決するための手段 発光素子の励起のために電子ビーム励起法を用いる
が、通常の熱陰極を用いる方法では熱による悪影響があ
るので冷陰極である電界放射形電子源を用いる。さら
に、素子寸法の小型化のために、発光素子の活性層とた
とえばマルティ・ティップ電界放射形電子源を対向させ
た配置を採用する。以上は従来にない新しい原理に基づ
く発光素子の励起方法である。
が、通常の熱陰極を用いる方法では熱による悪影響があ
るので冷陰極である電界放射形電子源を用いる。さら
に、素子寸法の小型化のために、発光素子の活性層とた
とえばマルティ・ティップ電界放射形電子源を対向させ
た配置を採用する。以上は従来にない新しい原理に基づ
く発光素子の励起方法である。
上述の構造を実現するために、たとえば低融点金属粒
を利用してμｍサイズの微笑空間の真空封じを行う。
を利用してμｍサイズの微笑空間の真空封じを行う。
以上の励起方法，構造，製造法の全てを総合し、か
つ、発光活性層としてZnSeなどのII−VI族化合物半導体
を選択して新しい高性能青色レーザー素子を得る。
つ、発光活性層としてZnSeなどのII−VI族化合物半導体
を選択して新しい高性能青色レーザー素子を得る。
また、本発明は、発光素子を実現するに際しては、μ
ｍ〜数百μｍのサイズを持つ空間を真空封じするという
従来にない微笑空間真空封じの技術が必要となる。これ
を実現するための、複数個の部品をインジウム粒などの
低融点金属を介して組み立て、その後内部の気体を金属
間の間隙を通して排気し、さらにその後、同真空中で昇
温して金属を溶解し封着することを特徴とする方法を用
いる。
ｍ〜数百μｍのサイズを持つ空間を真空封じするという
従来にない微笑空間真空封じの技術が必要となる。これ
を実現するための、複数個の部品をインジウム粒などの
低融点金属を介して組み立て、その後内部の気体を金属
間の間隙を通して排気し、さらにその後、同真空中で昇
温して金属を溶解し封着することを特徴とする方法を用
いる。
作用 本発明は、小型でかつ熱源とならない発光活性層の励
起方法を提供し、従来では困難であった種々の発光素子
の実現を可能とする。ｐ−ｎ接合ができないために絶望
視されていたII−VI族化合物半導体を用いた青色レーザ
ー素子はその一例である。同様にｐ−ｎ接合の形成が困
難なCdTeなどのナローギャップ半導体を用いた遠赤外発
光素子やダイアモンドなどのワイドギャップ半導体を用
いた紫外発光素子なども本発明によって実現可能とな
る。このように、本発明は実現可能な発光素子の波長領
域を著しく拡大し、その上に、素子寸法は従来の半導体
レーザーなみに抑えて集積化にも適合できるようにする
ものである。
起方法を提供し、従来では困難であった種々の発光素子
の実現を可能とする。ｐ−ｎ接合ができないために絶望
視されていたII−VI族化合物半導体を用いた青色レーザ
ー素子はその一例である。同様にｐ−ｎ接合の形成が困
難なCdTeなどのナローギャップ半導体を用いた遠赤外発
光素子やダイアモンドなどのワイドギャップ半導体を用
いた紫外発光素子なども本発明によって実現可能とな
る。このように、本発明は実現可能な発光素子の波長領
域を著しく拡大し、その上に、素子寸法は従来の半導体
レーザーなみに抑えて集積化にも適合できるようにする
ものである。
実 施 例 以下、図面によって本発明の実施例を説明する。
第１図は対向して配置した発光活性層とマルティ・テ
ィップ電界放射電子源の概略図である。１はｐ型または
ｎ型高ドープのGaOs基板である。２はｎ型ZnS（厚さ
１μｍ）でクラッド層である。３はｎ型ZnSe（厚さ0.
1μｍ）で活性層である。層２および３は有機金属気相
エピタキシー法（MOVPE）や分子線エピタキシー法（MB
E）などの通常の結晶成長手段によってGaAs基板１上に
エピタキシャル成長させたものである。ここで、ZnSやZ
nSeなどのII−VI族化合物半導体ではｎ型結晶は容易に
得られるがｐ型結晶うは得られないということに注意さ
れたい。これがｐ−ｎ接合の形成を困難にしていること
の理由である。４および５はSiO2などの絶縁膜で厚さは
膜4,5合わせて10μｍとする。絶縁膜４は周上のみを
残して、内部はフォトリソグラフィーなどの技術でくり
抜いて空間８としてある。
ィップ電界放射電子源の概略図である。１はｐ型または
ｎ型高ドープのGaOs基板である。２はｎ型ZnS（厚さ
１μｍ）でクラッド層である。３はｎ型ZnSe（厚さ0.
1μｍ）で活性層である。層２および３は有機金属気相
エピタキシー法（MOVPE）や分子線エピタキシー法（MB
E）などの通常の結晶成長手段によってGaAs基板１上に
エピタキシャル成長させたものである。ここで、ZnSやZ
nSeなどのII−VI族化合物半導体ではｎ型結晶は容易に
得られるがｐ型結晶うは得られないということに注意さ
れたい。これがｐ−ｎ接合の形成を困難にしていること
の理由である。４および５はSiO2などの絶縁膜で厚さは
膜4,5合わせて10μｍとする。絶縁膜４は周上のみを
残して、内部はフォトリソグラフィーなどの技術でくり
抜いて空間８としてある。
第２図は上記1,2,3,4の部分の斜視図を示す。７は導
電性の基板でｐ型またはｎ型のSi基板でも金属基板でも
良い。６は基板７の表面に加工された電界放射ティップ
で第３図の平面図，断面図、第４図の斜視図のように基
板７の表面上に配列されている。９はモリブデンなどの
金属電極薄膜である。ティップ６の電界放射特性などは
たとえば文献（C.A.スピント（Spindnt）他：アプリケ
ーションズ オブ サーフュイス サイエンス（Applic
ations of Surface Science） 16 （1983）pp268−27
6）に記載されている。この構造の製法は、Si結晶の異
方性エッチングを利用する方法やMo薄膜のコーン状堆積
を利用する方法あるいは放電加工の方法などが考えられ
る。
電性の基板でｐ型またはｎ型のSi基板でも金属基板でも
良い。６は基板７の表面に加工された電界放射ティップ
で第３図の平面図，断面図、第４図の斜視図のように基
板７の表面上に配列されている。９はモリブデンなどの
金属電極薄膜である。ティップ６の電界放射特性などは
たとえば文献（C.A.スピント（Spindnt）他：アプリケ
ーションズ オブ サーフュイス サイエンス（Applic
ations of Surface Science） 16 （1983）pp268−27
6）に記載されている。この構造の製法は、Si結晶の異
方性エッチングを利用する方法やMo薄膜のコーン状堆積
を利用する方法あるいは放電加工の方法などが考えられ
る。
一例として選択スパッタリング法によるマルティ・テ
ィップの作製法を示す。第６図において、Si基板７に通
常の手法を用いてSi酸化膜５を形成し第３図の平面図の
ようなパターニングを行う。その後、Siにくらべてスパ
ッタ収量がずっと小さい金属，たとえばモリブデン９を
堆積させる。この際、モリブデンはSiO2上には全面に、
Si上には円形の中心に直径100Å程度のドットとして堆
積させる。ドットの堆積法は収束イオンビームによる直
接描画でもよいし、あるいは最初Si上にも全面に堆積さ
せ、その後微細加工技術によって中心のドットのみを残
して他をエッチングで除く方法でもよい。ドット形成後
基板表面に垂直な方向からアルゴンイオンビームなどで
スパッタリングを行うと、Siが選択的にスパッタされSi
ティップ６が形成される。なお、SiO25上に残ったMo薄
膜は本発明の発光素子の変調電極として利用される。Si
ティップの先端に残るMoは何らの悪影響を及ぼさない。
むしろ、ティップ先端の保護膜としての効果がある。
ィップの作製法を示す。第６図において、Si基板７に通
常の手法を用いてSi酸化膜５を形成し第３図の平面図の
ようなパターニングを行う。その後、Siにくらべてスパ
ッタ収量がずっと小さい金属，たとえばモリブデン９を
堆積させる。この際、モリブデンはSiO2上には全面に、
Si上には円形の中心に直径100Å程度のドットとして堆
積させる。ドットの堆積法は収束イオンビームによる直
接描画でもよいし、あるいは最初Si上にも全面に堆積さ
せ、その後微細加工技術によって中心のドットのみを残
して他をエッチングで除く方法でもよい。ドット形成後
基板表面に垂直な方向からアルゴンイオンビームなどで
スパッタリングを行うと、Siが選択的にスパッタされSi
ティップ６が形成される。なお、SiO25上に残ったMo薄
膜は本発明の発光素子の変調電極として利用される。Si
ティップの先端に残るMoは何らの悪影響を及ぼさない。
むしろ、ティップ先端の保護膜としての効果がある。
第１図の８は微小真空空間であるが、この空間８を形
成するための真空封じの方法は第５図に概略が示されて
いる。すなわち、第２図と第４図の構造を対向させて配
置し、絶縁膜４と金属薄膜９の間に、たとえば直径〜１
μｍのIn粒10を図のように適当な間隔をおいてならべ
る。全体を真空排気槽の中に入れて長時間ポンプで排気
すると、絶縁膜４のくり抜き部分８の中の空気はIn粒間
の間隙を遠して除かれる。十分排気した後外部から熱を
加えて全体の温度を300℃程度に上げると、In粒は溶け
て絶縁膜４と金属薄膜９が密着し真空封じが完成する。
なお、第５図では便宜上In粒10を用いる場合を示した
が、直径１μｍの粒を取扱うのは容易ではない。そこ
で、粒を用いる代りに絶縁膜４上にIn膜を蒸着する方法
をとってもよい。絶縁膜４の温度を適当に保ってInを蒸
着すると、In膜は島状成長し、結果はIn粒を用いた場合
と同様になる。
成するための真空封じの方法は第５図に概略が示されて
いる。すなわち、第２図と第４図の構造を対向させて配
置し、絶縁膜４と金属薄膜９の間に、たとえば直径〜１
μｍのIn粒10を図のように適当な間隔をおいてならべ
る。全体を真空排気槽の中に入れて長時間ポンプで排気
すると、絶縁膜４のくり抜き部分８の中の空気はIn粒間
の間隙を遠して除かれる。十分排気した後外部から熱を
加えて全体の温度を300℃程度に上げると、In粒は溶け
て絶縁膜４と金属薄膜９が密着し真空封じが完成する。
なお、第５図では便宜上In粒10を用いる場合を示した
が、直径１μｍの粒を取扱うのは容易ではない。そこ
で、粒を用いる代りに絶縁膜４上にIn膜を蒸着する方法
をとってもよい。絶縁膜４の温度を適当に保ってInを蒸
着すると、In膜は島状成長し、結果はIn粒を用いた場合
と同様になる。
さて、第１図において、真空封じの後、基板1,7巻に
バイアス（数Ｖ〜数百Ｖ）を印加すると、ティップ６先
端の電界強度は、ティップ先端の曲率半径が小さければ
小さいほど、きわめて強いものとなり、電界放射で電子
が放出される。電子は真空空間８中を加速されながら走
り活性槽３の表面に到達する。電子のエネルギーは数eV
〜数百eVなのでZnSeのハンドギャップ（〜2.6eV）を越
えて価電子帯の電子を電動帯に励起するには十分であ
る。このエネルギー領域の電子ビームでは、固体中の浸
入深さが不十分なので、厚さ0.1μｍにおよぶ活性層
３全体を電子ビームで直接励起することはできないが、
表面近くで励起された伝導電子は拡散して〜１μｍ程度
は拡がるので、結局は活性層３全体に渡って反転分布を
形成することが可能となる。かくして、活性層３の両端
面をへき開面などにして共振器を形成しておけばレーザ
ー発振が得られる。
バイアス（数Ｖ〜数百Ｖ）を印加すると、ティップ６先
端の電界強度は、ティップ先端の曲率半径が小さければ
小さいほど、きわめて強いものとなり、電界放射で電子
が放出される。電子は真空空間８中を加速されながら走
り活性槽３の表面に到達する。電子のエネルギーは数eV
〜数百eVなのでZnSeのハンドギャップ（〜2.6eV）を越
えて価電子帯の電子を電動帯に励起するには十分であ
る。このエネルギー領域の電子ビームでは、固体中の浸
入深さが不十分なので、厚さ0.1μｍにおよぶ活性層
３全体を電子ビームで直接励起することはできないが、
表面近くで励起された伝導電子は拡散して〜１μｍ程度
は拡がるので、結局は活性層３全体に渡って反転分布を
形成することが可能となる。かくして、活性層３の両端
面をへき開面などにして共振器を形成しておけばレーザ
ー発振が得られる。
本実施例のように、本発明の発光素子ではｐ−ｎ接合
が不要である点が特徴である。基板がｐ型であるとかｎ
型であるとかも関係がなくただどちらでも導伝性があれ
ば良い。活性層が絶縁性でも電界は透過するのでかまわ
ない。このようにフレッキシビリティに富むので、本発
明を応用すれば他にも多くの重要な発光素子が実現され
る。たとえば、活性層としてCdTeなどのナローギャップ
半導体を用いれば遠赤外の発光素子が得られるし、ダイ
ヤモンド,SiCなどのワィドギャップ半導体（絶縁体）を
用いれば紫外光の発光素子が得られる。YAGなど従来か
ら知られている材料に適用することももちろん可能であ
って、この場合には素子のサイズを著しく小型化する上
で本発明は大きな効果を持つ。
が不要である点が特徴である。基板がｐ型であるとかｎ
型であるとかも関係がなくただどちらでも導伝性があれ
ば良い。活性層が絶縁性でも電界は透過するのでかまわ
ない。このようにフレッキシビリティに富むので、本発
明を応用すれば他にも多くの重要な発光素子が実現され
る。たとえば、活性層としてCdTeなどのナローギャップ
半導体を用いれば遠赤外の発光素子が得られるし、ダイ
ヤモンド,SiCなどのワィドギャップ半導体（絶縁体）を
用いれば紫外光の発光素子が得られる。YAGなど従来か
ら知られている材料に適用することももちろん可能であ
って、この場合には素子のサイズを著しく小型化する上
で本発明は大きな効果を持つ。
発明の効果 本発明によれば、従来結晶成長技術の未熟のために導
伝型の制御ができず、従ってｐ−ｎ接合を用いた電柱注
入型のレーザー構造が実現できなかったZnSeなどのII−
VI族化合物半導体やダイヤモンドなどを活性層とした発
光素子が容易に実現できる。これらの実現は、発光素子
の波長領域を青や紫外領域に広げるものであって、本発
明のきわめて大きな効果のひとつである。さらに本発明
では、熱を発しないマルティ・ティップ電界放射型電子
源から放射された電子ビームを活性層の励起溶に使用し
ているために、素子の小型化が実現でき、集積化に適す
るという効果がある。さらに、本発明で提供されている
微小空間の真空封じの方法は、上記発光素子の実現のた
めに重要な手段となるばかりでなく、他の分野、たとえ
ばエレクトロニクス（バキュームマイクロエレクトロニ
クス）など、においても基本的な技術になり得る。
伝型の制御ができず、従ってｐ−ｎ接合を用いた電柱注
入型のレーザー構造が実現できなかったZnSeなどのII−
VI族化合物半導体やダイヤモンドなどを活性層とした発
光素子が容易に実現できる。これらの実現は、発光素子
の波長領域を青や紫外領域に広げるものであって、本発
明のきわめて大きな効果のひとつである。さらに本発明
では、熱を発しないマルティ・ティップ電界放射型電子
源から放射された電子ビームを活性層の励起溶に使用し
ているために、素子の小型化が実現でき、集積化に適す
るという効果がある。さらに、本発明で提供されている
微小空間の真空封じの方法は、上記発光素子の実現のた
めに重要な手段となるばかりでなく、他の分野、たとえ
ばエレクトロニクス（バキュームマイクロエレクトロニ
クス）など、においても基本的な技術になり得る。
第１図は本発明の一実施例の電界放射型電子ビームによ
る発光素子活性層の励起方法と活性層とマルティ・ティ
ップ電界放射型電子源を対向させて配置する発光素子の
構造の断面図、第２図は微小空間を真空封じするための
絶縁膜構造の一例の斜視図、第３図（ａ），（ｂ）はマ
ルティ・ティップ電界放射型電子源の一例の平面図，断
面図、第４図は同電子源の斜視図、第５図はIn粒を用い
て微小空間を真空封じするための一方法の概略図、第６
図（ａ），（ｂ），（ｃ）はマルティ・ティップの一形
成法の概略工程断面図である。 １……GaAs基板、２……ZnSクラット層、３……ZnSe活
性層、４……SiO2膜、５……SiO2膜、６……ティップ、
７……Si基板、８……真空空間、９……Mo電極薄膜、10
……In粒。
る発光素子活性層の励起方法と活性層とマルティ・ティ
ップ電界放射型電子源を対向させて配置する発光素子の
構造の断面図、第２図は微小空間を真空封じするための
絶縁膜構造の一例の斜視図、第３図（ａ），（ｂ）はマ
ルティ・ティップ電界放射型電子源の一例の平面図，断
面図、第４図は同電子源の斜視図、第５図はIn粒を用い
て微小空間を真空封じするための一方法の概略図、第６
図（ａ），（ｂ），（ｃ）はマルティ・ティップの一形
成法の概略工程断面図である。 １……GaAs基板、２……ZnSクラット層、３……ZnSe活
性層、４……SiO2膜、５……SiO2膜、６……ティップ、
７……Si基板、８……真空空間、９……Mo電極薄膜、10
……In粒。
Claims (5)
- 【請求項１】活性層と、電子を放射する電界放射ティッ
プと、 前記活性層に電気的に接続された第１の電極と、 前記電界放射ティップに電気的に接続された第２の電極
とを備え、 前記電界放射ティップと前記活性層とは対向して配置さ
れるとともに、それらの間には真空空間が形成されてお
り、 前記第１の電極と前記第２の電極とに電圧を印加するこ
とで、前記電界放射チップからの電子ビームが、前記真
空空間中を通って前記活性層に照射され、前記活性層を
励起することにより光を放射することを特徴とする発光
素子。 - 【請求項２】活性層と、電界放射ティップとは、絶縁層
介して配置されていることを特徴とする請求項１に記載
の発光素子。 - 【請求項３】活性層としてII−VI族化合物半導体を用い
ることを特徴とする請求項１または２に記載の発光素
子。 - 【請求項４】電界放射ティップが複数形成されているこ
とを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子。 - 【請求項５】活性層が形成された第１の基板と電界放射
形電子源の形成された第２の基板とを対向させ、前記両
基板に低融点金属を介在させ、前記両基板の間隔を排気
し、真空中で昇温して前記金属を溶融して前記両基板を
封止することを特徴とする発光素子の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP820489A JP2548352B2 (ja) | 1989-01-17 | 1989-01-17 | 発光素子およびその製造方法 |
| EP90300408A EP0379325B1 (en) | 1989-01-17 | 1990-01-15 | Light emitting device |
| DE69020367T DE69020367T2 (de) | 1989-01-17 | 1990-01-15 | Licht ausstrahlende Vorrichtung. |
| KR1019900000481A KR930010732B1 (ko) | 1989-01-17 | 1990-01-16 | 발광소자 |
| US07/692,787 US5119386A (en) | 1989-01-17 | 1991-04-29 | Light emitting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP820489A JP2548352B2 (ja) | 1989-01-17 | 1989-01-17 | 発光素子およびその製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02188980A JPH02188980A (ja) | 1990-07-25 |
| JP2548352B2 true JP2548352B2 (ja) | 1996-10-30 |
Family
ID=11686724
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP820489A Expired - Lifetime JP2548352B2 (ja) | 1989-01-17 | 1989-01-17 | 発光素子およびその製造方法 |
Country Status (5)
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| EP (1) | EP0379325B1 (ja) |
| JP (1) | JP2548352B2 (ja) |
| KR (1) | KR930010732B1 (ja) |
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| US5543684A (en) * | 1992-03-16 | 1996-08-06 | Microelectronics And Computer Technology Corporation | Flat panel display based on diamond thin films |
| US5675216A (en) | 1992-03-16 | 1997-10-07 | Microelectronics And Computer Technololgy Corp. | Amorphic diamond film flat field emission cathode |
| US5600200A (en) | 1992-03-16 | 1997-02-04 | Microelectronics And Computer Technology Corporation | Wire-mesh cathode |
| US5763997A (en) | 1992-03-16 | 1998-06-09 | Si Diamond Technology, Inc. | Field emission display device |
| US5449970A (en) | 1992-03-16 | 1995-09-12 | Microelectronics And Computer Technology Corporation | Diode structure flat panel display |
| FR2690005B1 (fr) * | 1992-04-10 | 1994-05-20 | Commissariat A Energie Atomique | Canon a electrons compact comportant une source d'electrons a micropointes et laser a semi-conducteur utilisant ce canon pour le pompage electronique. |
| WO1994015369A1 (en) * | 1992-12-22 | 1994-07-07 | Research Corporation Technologies, Inc. | Group ii-vi compound semiconductor light emitting devices and an ohmic contact therefor |
| WO1995012835A1 (en) | 1993-11-04 | 1995-05-11 | Microelectronics And Computer Technology Corporation | Methods for fabricating flat panel display systems and components |
| US6204834B1 (en) | 1994-08-17 | 2001-03-20 | Si Diamond Technology, Inc. | System and method for achieving uniform screen brightness within a matrix display |
| US5531880A (en) * | 1994-09-13 | 1996-07-02 | Microelectronics And Computer Technology Corporation | Method for producing thin, uniform powder phosphor for display screens |
| US6296740B1 (en) | 1995-04-24 | 2001-10-02 | Si Diamond Technology, Inc. | Pretreatment process for a surface texturing process |
| US5628659A (en) * | 1995-04-24 | 1997-05-13 | Microelectronics And Computer Corporation | Method of making a field emission electron source with random micro-tip structures |
| DE19531455A1 (de) * | 1995-08-26 | 1997-02-27 | Gms Ges Fuer Mes Und Systemtec | Strahlungsgepumpter Festkörper-Farbstofflaser |
| EP2579295B1 (en) | 2010-06-03 | 2014-09-10 | Kyoto University | Ultraviolet irradiation device |
| WO2011161775A1 (ja) * | 2010-06-23 | 2011-12-29 | 株式会社日立製作所 | 電子線励起型発光装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3890503A (en) * | 1968-11-29 | 1975-06-17 | Hewlett Packard Co | Stimulated emission light source pumped by electron beam of field emission initiated vacuum arc |
| JPS4862392A (ja) * | 1971-12-06 | 1973-08-31 | ||
| US3803510A (en) * | 1972-09-27 | 1974-04-09 | Rca Corp | Electron-beam pumped laser with extended life |
| JPS5199464A (ja) * | 1975-02-28 | 1976-09-02 | Hitachi Ltd | |
| FR2432213A1 (fr) * | 1978-07-25 | 1980-02-22 | Labo Electronique Physique | Procede pour souder un objet en sulfure de zinc fritte a un objet en verre, ceramique ou metal, produit obtenu et utilisation dudit produit |
| NL8300631A (nl) * | 1983-02-21 | 1984-09-17 | Philips Nv | Inrichting voor het opwekken van coherente straling. |
| NL8400632A (nl) * | 1984-02-29 | 1985-09-16 | Philips Nv | Inrichting voor het opwekken van elektromagnetische straling. |
| DE3586582T2 (de) * | 1984-12-04 | 1993-04-01 | Philips Nv | Durch elektronen gepumpter halbleiterlaser und vorrichtung. |
-
1989
- 1989-01-17 JP JP820489A patent/JP2548352B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-01-15 EP EP90300408A patent/EP0379325B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1990-01-15 DE DE69020367T patent/DE69020367T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-01-16 KR KR1019900000481A patent/KR930010732B1/ko not_active IP Right Cessation
-
1991
- 1991-04-29 US US07/692,787 patent/US5119386A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0379325A3 (en) | 1991-03-20 |
| KR900012393A (ko) | 1990-08-04 |
| KR930010732B1 (ko) | 1993-11-08 |
| DE69020367D1 (de) | 1995-08-03 |
| DE69020367T2 (de) | 1996-02-29 |
| JPH02188980A (ja) | 1990-07-25 |
| EP0379325B1 (en) | 1995-06-28 |
| US5119386A (en) | 1992-06-02 |
| EP0379325A2 (en) | 1990-07-25 |
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