JP6345413B2 - 深紫外発光素子 - Google Patents

Description

本発明は、深紫外発光素子に関し、特に、発光効率が高い深紫外発光素子に関する。

深紫外光源は、照明、殺菌、医療、浄水、計測等の様々な分野で使用されている。深紫外光は主に約２００〜約３５０ｎｍの波長の光を意味し、場合によってはそれ以下の１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下の波長の光も含む。深紫外光の発生手段としては、水銀ランプ、半導体発光素子（半導体ＬＥＤ）、エキシマランプなどが知られている。

一方、半導体ＬＥＤとしては、窒化物系深紫外発光素子が知られている（下記特許文献１参照）。特許文献１に開示された横型構造の素子では、電流がｎ型ＡｌＧａＮ層中を横方向に流れなければならないため、素子抵抗が高くなって発熱量が増大し、キャリアの注入効率への悪影響が生じる欠点がある。従って、高出力動作に適さない。また、チップサイズを大型化することができない。

この欠点を改善するための素子として、縦型構造の窒化物系深紫外発光素子が知られている（下記特許文献２、３参照）。特許文献２、３に開示された縦型構造によって、素子抵抗を小さくすることができるので、駆動効率を高め、発熱を抑えることができ、高出力動作が可能となる。

特開平１１−３０７８１１号公報 特開２００６−２７８５５４号公報 特表２００６−１０４０６３号公報

従来の深紫外光発生手段のうち、水銀ランプは環境に悪い水銀を使用している問題がある。また、水銀ランプは発生可能な波長が限定されており、寿命が短く、高電圧が必要であり使いにくい問題がある。

エキシマランプは、ランプ寿命が短く、大型の装置になるので、特殊な用途に限定される問題がある。

窒化物系深紫外発光素子は、小型であり、水銀ランプに代わるものとして期待されているが、特許文献１に開示された窒化物系深紫外発光素子は発光効率が低く、大出力化に対応できない問題がある。特許文献２、３に開示された窒化物系深紫外発光素子は小型化可能であるが、深紫外領域では、発光効率が低く大出力化が難しい。すなわち、多層構造が必要であり、ドーピングが必要でその準位が深いため担体濃度を上げることが出来ない。又、特に波長が短くなると電極の接触抵抗を下げることが難しい。これらのことにより、外部量子効率を上げることが難しく製造工程が複雑である。

本発明は、上記の問題を解決し、発光効率が高い深紫外発光素子を提供することを目的とする。

本発明の目的は、以下の手段によって達成される。

即ち、本発明の第１の深紫外発光素子は、基準電極と、前記基準電極と対向するように配置された放電用電極と、前記放電用電極を挟んで前記基準電極の反対側に配置された発光層と、前記基準電極および前記放電用電極を収容する空間に充填されたガスと、前記放電用電極に前記基準電極の電位よりも高い電圧が印加された場合に前記ガスによって発生するプラズマから、電子又は正イオンを引き出す引き出し手段とを備え、前記引き出し手段によって引き出された電子又は正イオンが前記発光層に衝突することにより、前記発光層が深紫外光を発することを特徴としている。

また、本発明の第２の深紫外発光素子は、前記発光層は、ＭｇＯ、ＺｎＭｇＯ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＭｇＦ_２、ＢＮ、ＢＡｌＮ、ＣａＦ_２、ダイアモンド、サファイアから選択される少なくとも１つの材料、または前記材料の超格子で形成されていることを特徴としている。

また、本発明の第３の深紫外発光素子は、前記発光層は、ＡｌＧａＮの超格子で形成されていることを特徴としている。

また、本発明の第４の深紫外発光素子は、前記発光層は、ＭｇＯで形成されていることを特徴としている。

また、本発明の第５の深紫外発光素子は、前記材料または前記超格子に不純物が添加されていることを特徴としている。

また、本発明の第６の深紫外発光素子は、前記基準電極を挟んで前記放電用電極の反対側に配置された二次電子放出材料層をさらに備え、前記引き出し手段が電子を引き出した場合に、前記基準電極側に引き出された正イオンが前記二次電子放出材料層に衝突することにより、前記二次電子放出材料層が電子を発生することを特徴としている。

また、本発明の第７の深紫外発光素子は、前記二次電子放出材料層は、ＭｇＯまたはＢＮであることを特徴としている。

また、本発明の第８の深紫外発光素子は、前記発光層の表面に、金属微粒子からなる層が形成されていることを特徴としている。

また、本発明の第９の深紫外発光素子は、前記ガスが、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｈｅ、Ａｒ、Ｈ_２、Ｄ_２、Ｎ_２、ＸｅＣｌ及びＡｒＦからなる群の中から選択される少なくとも１種類のガス、またはその混合ガスであることを特徴としている。

また、本発明の第１０の深紫外発光素子は、前記引き出し手段は、前記放電用電極と前記発光層との間に配置された引っ張り用電極を含むことを特徴としている。

また、本発明の第１１の深紫外発光素子は、前記引き出し手段は、前記発光層を挟んで前記放電用電極の反対側に配置された加速電極を含むことを特徴としている。

また、本発明の第１２の深紫外発光素子は、前記加速電極は、前記深紫外発光素子の外部に露出していることを特徴としている。

また、本発明の第１３の深紫外発光素子は、前記放電用電極、前記引っ張り用電極および前記加速電極の順にパルス電圧が順次印加されることを特徴としている。

また、本発明の第１４の深紫外発光素子は、前記引っ張り用電極および前記加速電極に印加される各パルス電圧は、その直前のパルス電圧の印加終了から所定の時間経過後に印加が開始されることを特徴としている。

また、本発明の第１５の深紫外発光素子は、前記パルス電圧の少なくともいずれかは、その波形に複数の山を有することを特徴としている。

本発明に係る深紫外発光素子は、プラズマから電子または正イオンを引き出して発光層に衝突させることにより、深紫外光を発光する。そのため、従来よりも発光効率が高い発光素子を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る深紫外発光素子の概略構成を示す断面図である。 基準電極および放電用電極の配置の一例を示す斜視図である。 パルス出力部から出力されるパルス電圧の一例を示す波形図である。 放電用電極にパルス電圧が印加されたときの、深紫外発光素子の動作状態を示す図である。 引っ張り用電極にパルス電圧が印加されたときの、深紫外発光素子の動作状態を示す図である。 加速電極にパルス電圧が印加されたときの、深紫外発光素子の動作状態を示す図である。 パルス出力部から出力されるパルス電圧の他の例を示す波形図である。 パルス出力部から出力されるパルス電圧のさらに他の例を示す波形図である。 本発明の他の実施形態に係る深紫外発光素子の概略構成を示す断面図である。 発光層を形成する材料としてＡｌＧａＮの超格子を用いた深紫外発光素子の発光スペクトルを示すグラフである。 発光層を形成する材料としてＭｇＯを用いた深紫外発光素子の発光スペクトルを示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る深紫外発光素子（以下、単に発光素子とも記す）１の概略構成を示す断面図である。発光素子１は、基準電極２と、放電用電極３と、発光層４と、引っ張り用電極５と、加速電極６と、二次電子放出材料層７と、下部透明基板８と、パルス出力部９とを備えている。

発光層４と二次電子放出材料層７とは対向配置されており、それらの間に空間１０が形成されている。空間１０は、外部から密閉されており、その高さ、すなわち発光層４と二次電子放出材料層７との距離は、例えば０．１５〜５ｍｍである。空間１０には、プラズマを発生させるためのガス、例えば、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｈｅ、Ａｒ、Ｈ_２、Ｄ_２、Ｎ_２、ＸｅＣｌ及びＡｒＦからなる群の中から選択される少なくとも１種類のガス、またはその混合ガスが充填されている。空間１０に充填されるガスの圧力は、例えば１×１０^１〜１×１０^６Ｐａである。なお、空間１０は、ガスを連続供給（フロータイプ）できる開放空間であってもよい。

また、空間１０内には、基準電極２、放電用電極３および引っ張り用電極５が収容されている。基準電極２、放電用電極３および引っ張り用電極５は、Ｆｅ、Ｎｉ、ステンレス、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、あるいはこれらの合金で形成されている。

基準電極２は、空間１０の下部に設けられた３つの電極から構成されている。本実施形態では、基準電極２は接地されているが、基準電極２の電位は特に制限されない。

放電用電極３は、基準電極２と対向するように配置された６つの電極からなる。放電用電極３には、パルス出力部９からパルス電圧Ｐ１が所定のタイミングで印加される。パルス電圧Ｐ１は基準電極２の電位よりもプラスあるいはマイナスに高く、後述するように、パルス電圧Ｐ１の印加によって、基準電極２と放電用電極３との間に、変動する電磁場が形成され、空間１０内に充填されているガスが電磁場よってプラズマを発生する。

引っ張り用電極５および加速電極６は、特許請求の範囲に記載の「引き出し手段」に対応するものである。引っ張り用電極５は、放電用電極３と発光層４との間に配置された６つの電極からなる。引っ張り用電極５には、パルス出力部９からパルス電圧Ｐ２が印加される。加速電極６は、発光層４を挟んで放電用電極３の反対側に配置されており、発光素子１の外部に露出している。加速電極６には、パルス出力部９からパルス電圧Ｐ３が印加される。後述するように、パルス出力部９から、放電用電極３、引っ張り用電極５および加速電極６の順にパルス電圧が順次印加される。これにより、引っ張り用電極５および加速電極６は、プラズマから電子又は正イオン（本実施形態では電子）を引き出して、発光層４に衝突させる。

基準電極２、引っ張り用電極５および加速電極６は、図１の手前から奥方向に直線状に延びている。図２は、深紫外発光素子を携帯端末機器に内蔵した場合における、基準電極２および放電用電極３の配置の一例を示す斜視図である。図２では、携帯端末機器の筐体内部に形成された空間１０の上部および下部に、それぞれ基準電極２および放電用電極３が収容されている。

再び図１を参照する。発光層４は、加速電極６の空間１０側の面上に配置されており、電子または正イオンが衝突することにより励起されて発光する材料で形成されている。発光層４を形成する材料は、例えば、ＭｇＯ、ＺｎＭｇＯ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＭｇＦ_２、ＢＮ、ＢＡｌＮ、ＣａＦ_２、ダイアモンド、サファイアから選択される少なくとも１つの材料、または前記材料の超格子が挙げられるが、ＡｌＧａＮの超格子、ＢＡｌＮまたはＭｇＯが特に好ましい。さらに、上記の材料または超格子に不純物が添加されていてもよい。発光層４の厚さは、例えば１０〜２０ｎｍである。

二次電子放出材料層７は、基準電極２を挟んで放電用電極３の反対側に配置されており、ＭｇＯからなる微粒子で形成されている。なお、当該微粒子としてＢＮを用いてもよい。

二次電子放出材料層７の空間１０と反対側の面には、下部透明基板８が配置されている。下部透明基板８は、深紫外光に対して透過性を有しており、例えば石英、ＣａＦ_２あるいは単結晶のサファイア基板である。

次に、発光素子１による深紫外光の発光動作について説明する。

図３は、パルス出力部９から出力されるパルス電圧Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の波形を示している。パルス電圧Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は、放電用電極３、引っ張り用電極５および加速電極６に順次印加される。具体的には、時間Ｔ１〜Ｔ２において、パルス電圧Ｐ１が出力され、時間Ｔ３〜Ｔ４において、パルス電圧Ｐ２が出力され、時間Ｔ５〜Ｔ６において、パルス電圧Ｐ３が出力され、以後このサイクルが所定の周期で繰り返される。前記サイクルの周波数、すなわち、各パルス電圧Ｐ１〜Ｐ３の周波数は、例えば５０Ｈｚ〜１００ＭＨｚである。また、パルス電圧Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は、例えば１００〜５０００Ｖであるが、少なくともパルス電圧Ｐ２，Ｐ３はパルス電圧Ｐ１よりも高く設定される。また、パルス電圧Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３のパルス幅は、例えば１０〜５０μｓである。

図４〜図６はそれぞれ、時間Ｔ１〜Ｔ２、Ｔ３〜Ｔ４、Ｔ５〜Ｔ６における発光素子１の動作状態を示している。図４および図５では、便宜上、パルス電圧が印加された電極を白色で示している。

図４に示すように、時間Ｔ１〜Ｔ２では、放電用電極３にパルス電圧Ｐ１が印加される。これにより、基準電極２と放電用電極３との間に、変動する電磁場が形成され、空間１０内に充填されているガスが電磁場よってプラズマを発生する。このとき、プラズマには電子と正イオンとが等量含まれており、電荷中性状態となっている。

続いて、図５に示すように、時間Ｔ３〜Ｔ４では、引っ張り用電極５にパルス電圧Ｐ２が印加される。これにより、プラズマ中の電子の一部が発光層４側に引っ張られる。これに伴い、プラズマ中のイオンの一部が基準電極２側に引き出される。

続いて、図６に示すように、時間Ｔ５〜Ｔ６では、加速電極６にパルス電圧Ｐ３が印加される。これにより、引っ張り用電極５によって引っ張られた電子が加速されて、発光層４に衝突する。これにより、発光層４が励起されて深紫外光を発生し、深紫外光は、二次電子放出材料層７および下部透明基板８を通って外部に放射される。なお、二次電子放出材料層７は、ＭｇＯまたはＢＮで形成されているため光透過性が非常に高い。

また、プラズマは、一部の電子が引っ張り出されることにより電荷中性状態が部分的に崩れる。これに対し、基準電極２側に引き出されたイオンが二次電子放出材料層７に衝突することにより、二次電子放出材料層７が電子（二次電子）を発生するため、プラズマの電荷状態を安定させることができる。

以上のように、本実施形態に係る発光素子１は、プラズマから電子を引き出して発光層４に衝突させることにより、深紫外光を発光する。そのため、従来よりも発光効率が高い発光素子を提供することができる。特に、発光層４を形成する材料をＡｌＧａＮの超格子とすることにより、非常に高い発光効率を実現することができる。

また、加速電極６によって、プラズマから引き出された電子をさらに加速することができるため、発光強度をより大きくすることができる。さらに、加速電極６は発光素子１の外部に露出しているため、空気または液体によって冷却可能である。そのため、加速電極６に高電圧を印加することができる。よって、電子の加速度をさらに大きくして、さらに容易に高出力化を図ることができる。

また、発光層４の表面にナノサイズの金属微粒子からなる層を形成することが好ましい。このような構成では、プラズモン効果によって金属微粒子の形成部分の電荷が多くなるため、発光強度をさらに大きくすることができる。さらに、パルス電圧Ｐ１〜Ｐ３の周波数を変化させて、発光層４への電子の衝突頻度を変えることによって、発光素子１の発光強度を制御することができる。

また、図３に示すように、引っ張り用電極５および加速電極６に印加される各パルス電圧Ｐ２，Ｐ３は、その直前のパルス電圧の印加終了から所定の時間経過後に印加が開始される。すなわち、時間Ｔ２と時間Ｔ３との間、および時間Ｔ５と時間Ｔ６との間に、例えば２．５〜５μｍの待機時間を設けている。パルス電圧Ｐ１，Ｐ２の印加終了時では、プラズマの電位が保持されているため、電子の周囲に正イオンがまとわりついている。そのため、直前のパルス電圧の印加終了と同時に次のパルス電圧を印加しても、電子を発光層４側に効率的に引き出すことができない。そこで、本実施形態では、上記の待機時間を設けて、電子が正イオンの影響を受けなくなったタイミングで、次の電圧パルスを印加している。これにより、電子をプラズマから効率的に引き出すことができる。

以上のように、発光素子１では、高い発光効率を実現できるとともに、発光強度を容易に変化させることができる。特に、発光層４を形成する材料をＭｇＯとすることにより、従来の深紫外発光素子では出力できない２１０ｎｍ未満の波長（約１７０ｎｍ）の深紫外光を出力することができる。

さらに、発光層４を形成する材料を適宜選択することにより、深紫外光の波長を任意の波長に制御することができる。また、発光層４を形成する材料を超格子とすること、前記材料または前記超格子に不純物を添加すること、あるいは、超格子の格子間隔を変えることによっても、深紫外光の波長を変えることができる。

また、プラズマの発生、電子の引き出し・加速の効率を高めるため、図７に示すように、パルス電圧Ｐ１〜Ｐ３は、その波形に複数の山を有してもよい。電子は電圧の立ち上がり時に加速されるため、一度のパルス電圧の印加によって、多段階に電子を加速することができる。よって、発光効率をさらに高めることができる。なお、各波形に含まれる山の数は特に限定されない。また、パルス電圧Ｐ１〜Ｐ３の少なくともいずれかの波形を複数の山を有する波形としてもよい。

なお、上述の発光素子１では、プラズマから電子を発光層４側に引き出していたが、イオンを発光層４側に引き出してもよい。この場合、図８に示すように、引っ張り用電極５および加速電極６に負のパルス電圧Ｐ２，Ｐ３を印加する。これにより、プラズマからイオンが引き出されて発光層４に衝突することにより、深紫外光が発生する。イオンは電子よりも質量が大きいため、電子を発光層４に衝突させる場合に比べ、深紫外光の強度がより大きくなる。そのため、プラズマを発生させるためのガスとして、質量の大きいガスを用いることにより、発光強度を大きくすることができる。ただし、イオンの質量が大きすぎると、発光層４が損傷しやすくなるため、発光寿命を重視する場合は、プラズマを発生させるためのガスとして、Ｈｅ、Ｈ_２、Ｄ_２といった質量の小さいガスを用いることが好ましい。

続いて、本発明の他の実施形態について説明する。

図９は、本発明の他の実施形態に係る深紫外発光素子（以下、単に発光素子とも記す）１’ の概略構成を示す断面図である。発光素子１’は、基準電極２と、放電用電極３と、発光層４と、第１の引っ張り用電極５ａおよび第２の引っ張り用電極５ｂからなる引っ張り用電極５と、二次電子放出材料層７と、下部透明基板８と、パルス出力部９と、上部透明基板１１とを備えている。図９では、図１に示す発光素子１におけるものと同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。すなわち、発光素子１’は、図１に示す発光素子１において、加速電極６の代わりに上部透明基板１１を備え、引っ張り用電極５として、第１の引っ張り用電極５ａおよび第２の引っ張り用電極５ｂの２列の電極を備えた構成である。上部透明基板１１は、下部透明基板８と同様、単結晶のサファイア基板である。

第１の引っ張り用電極５ａおよび第２の引っ張り用電極５ｂには、パルス出力部９からパルス電圧Ｐ２，Ｐ３がそれぞれ印加される。パルス電圧Ｐ１〜Ｐ３の波形は、図３に示すものと同一であり、放電用電極３、第１の引っ張り用電極５ａおよび第２の引っ張り用電極５ｂに、パルス電圧Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が順次印加される。

発光素子１’では、発光層４がＭｇＯで形成されている。上部透明基板１１は、下部透明基板８と同様、単結晶のサファイア基板である。

発光素子１’の発光動作は、図１に示す発光素子１と略同様である。すなわち、放電用電極３にパルス電圧Ｐ１が印加されることにより、空間１０にプラズマが発生する。続いて、第１の引っ張り用電極５ａにパルス電圧Ｐ２が印加されることにより、プラズマ中の電子の一部が発光層４側に引っ張られ、その後、第２の引っ張り用電極５ｂにパルス電圧Ｐ３が印加されることにより、電子が加速されて、発光層４に衝突する。これにより、発光層４が励起されて深紫外光を発生する。深紫外光は、二次電子放出材料層７および下部透明基板８を通って図面下方向に放射されるとともに、上部透明基板１１を通って図面上方向にも放射される。

このように、発光素子１’は、加速電極を備えていないことにより、双方向に深紫外光を照射可能となっている。また、発光素子１’は、２列の引っ張り用電極５を備えているため、電子を十分に加速させて発光層４に衝突させることができる。なお、引っ張り用電極５の列数は特に限定されず、３列以上であってもよい。

また、図１に示す発光素子１において、加速電極６に十分に高電圧を印加可能であれば、引っ張り用電極５を省略してもよい。同様に、引っ張り用電極５十分に高電圧を印加可能であれば、加速電極６を省略してもよい。すなわち、特許請求の範囲に記載の「引き出し手段」を、引っ張り用電極５および加速電極６のいずれか一方のみで構成してもよい。

また、本実施形態では、放電用電極３、引っ張り用電極５および加速電極６にパルス電圧を印加していたが、プラズマから電子または正イオンを引き出して発光層に衝突させることが可能であれば、パルス電圧に限定されない。例えば、放電用電極３、引っ張り用電極５および加速電極６に、交流電圧または直流電圧を印加してもよい。

また、発光素子１、１’は、任意の大きさに形成されてもよく、曲面状に形成されてもよい。例えば、下部透明基板８や上部透明基板１１の表面が曲面状に形成されていてもよい。また、下部透明基板８および上部透明基板１１を形成する材料は、サファイアに限らず、深紫外光に対して透過性が高い材料であればよく、例えば、ＡｌＮあるいは石英でもよい。

本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、実施形態に開示された技術的事項を適宜組み合わせて得られる形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
実施例１では、図１に示す発光素子１において、発光層４を形成する材料として、ＡｌＧａＮの超格子を用いた。そして、引っ張り用電極５および加速電極６に正のパルス電圧（７００Ｖ）を印加して、電子によって発光層４を励起発光させた場合、引っ張り用電極５および加速電極６に負のパルス電圧（−７００Ｖ）を印加して、正イオンによって発光層４を励起発光させた場合、並びに、引っ張り用電極５および加速電極６に電圧を印加せずに、プラズマのみによって発光層４を発光させた場合の、発光スペクトルを測定した。プラズマを発生させるために、放電用電極３には５００Ｖのパルス電圧を印加した。また、プラズマを発生させるガスとして、Ｎｅを用いた。

測定された発光スペクトルを図１０に示す。実線は、電子によって発光層４を励起発光させた場合の発光スペクトルであり、破線は、正イオンによって発光層４を励起発光させた場合の発光スペクトルであり、一点鎖線は、プラズマのみによって発光層４を励起発光させた場合の発光スペクトルである。

図１０に示す発光スペクトルから、電子およびイオンを加速して発光層４を励起させた場合、電子およびイオンを加速しない場合に比べ、非常に強い深紫外光を出力していることが分かる。特に、従来の深紫外発光素子では効率よく発光させることが困難であった２５０ｎｍ未満の波長領域においても、高い出力を得ることができた。

（実施例２）
実施例２では、図１に示す発光素子１において、発光層４を形成する材料として、ＭｇＯを用いた。そして、引っ張り用電極５および加速電極６に正のパルス電圧（７００Ｖ）を印加して、電子によって発光層４を励起発光させ、発光スペクトルを測定した。プラズマを発生させるために、放電用電極３には５００Ｖのパルス電圧を印加した。また、プラズマを発生させるガスとして、Ｎｅを用いた。

測定された発光スペクトルを図１１に示す。この発光スペクトルから、２５０ｎｍ未満の波長領域においても、高い出力を得られるだけでなく、従来の深紫外発光素子では発光させることが不可能であった２１０ｎｍ未満の波長領域においても、十分な出力を得られることが分かる。

本発明に係る深紫外発光素子は、高効率に深紫外光を出力可能であるため、様々な用途に利用することができる。特に２５０ｎｍ未満の波長の深紫外光を面状に発光可能であるため、水銀ランプに代わる殺菌用照明として好適である。さらに、発光材料としてＭｇＯを用いることにより、２１０ｎｍ未満の波長の深紫外光も高効率に出力可能であるため、難分解性物質の分解、オゾンセンシング、生体の紫外光反応などに関する基礎研究、応用研究を容易に実施できる。

１ 深紫外発光素子
１’ 深紫外発光素子
２ 基準電極
３ 放電用電極
４ 発光層
５ 引っ張り用電極（引き出し手段）
５ａ 引っ張り用電極（引き出し手段）
５ｂ 引っ張り用電極（引き出し手段）
６ 加速電極（引き出し手段）
７ 二次電子放出材料層
８ 下部透明基板
９ パルス出力部
１０ 空間
１１ 上部透明基板
Ｐ１ パルス電圧
Ｐ２ パルス電圧
Ｐ３ パルス電圧

Claims (13)

1. 基準電極と、
   前記基準電極と対向するように配置された放電用電極と、
   前記放電用電極を挟んで前記基準電極の反対側に配置された発光層と、
   前記基準電極および前記放電用電極を収容する空間に充填されたガスと、
   前記放電用電極に前記基準電極の電位よりも高い電圧が印加された場合に前記ガスによって発生するプラズマから、電子又は正イオンを引き出す引き出し手段とを備え、
   前記引き出し手段は、前記放電用電極と前記発光層との間に配置された引っ張り用電極と、前記発光層を挟んで前記放電用電極の反対側に配置された加速電極とを含み、
   前記放電用電極、前記引っ張り用電極および前記加速電極の順にパルス電圧が順次印加され、
   前記引き出し手段によって引き出された電子又は正イオンが前記発光層に衝突することにより、前記発光層が深紫外光を発することを特徴とする深紫外発光素子。
2. 前記放電用電極へのパルス電圧の印加終了後に、前記引っ張り用電極へのパルス電圧の印加が開始され、前記引っ張り用電極へのパルス電圧の印加終了後に、前記加速電極へのパルス電圧の印加が開始されることを特徴とする請求項１に記載の深紫外発光素子。
3. 前記発光層は、ＭｇＯ、ＺｎＭｇＯ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＭｇＦ_２、ＢＮ、ＢＡｌＮ、ＣａＦ_２、ダイアモンド、サファイアから選択される少なくとも１つの材料、または前記材料の超格子で形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の深紫外発光素子。
4. 前記発光層は、ＡｌＧａＮの超格子で形成されていることを特徴とする請求項３に記載の深紫外発光素子。
5. 前記発光層は、ＭｇＯで形成されていることを特徴とする請求項３に記載の深紫外発光素子。
6. 前記材料または前記超格子に不純物が添加されていることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の深紫外発光素子。
7. 前記基準電極を挟んで前記放電用電極の反対側に配置された二次電子放出材料層をさらに備え、
   前記引き出し手段が電子を引き出した場合に、前記基準電極側に引き出された正イオンが前記二次電子放出材料層に衝突することにより、前記二次電子放出材料層が電子を発生することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の深紫外発光素子。
8. 前記二次電子放出材料層は、ＭｇＯまたはＢＮであることを特徴とする請求項７に記載の深紫外発光素子。
9. 前記発光層の表面に、金属微粒子からなる層が形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の深紫外発光素子。
10. 前記ガスが、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｈｅ、Ａｒ、Ｈ_２、Ｄ_２、Ｎ_２、ＸｅＣｌ及びＡｒＦからなる群の中から選択される少なくとも１種類のガス、またはその混合ガスであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の深紫外発光素子。
11. 前記加速電極は、前記深紫外発光素子の外部に露出していることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の深紫外発光素子。
12. 前記引っ張り用電極および前記加速電極に印加される各パルス電圧は、その直前のパルス電圧の印加終了から所定の時間経過後に印加が開始されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の深紫外発光素子。
13. 前記パルス電圧の少なくともいずれかは、その波形に複数の山を有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の深紫外発光素子。

Images