JPH05218589A - 電子ビーム励起半導体発光素子 - Google Patents
電子ビーム励起半導体発光素子Info
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- JPH05218589A JPH05218589A JP2291492A JP2291492A JPH05218589A JP H05218589 A JPH05218589 A JP H05218589A JP 2291492 A JP2291492 A JP 2291492A JP 2291492 A JP2291492 A JP 2291492A JP H05218589 A JPH05218589 A JP H05218589A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 発光用の半導体に近接配置したり、あるいは
集積化することが可能になり、結果的に装置構成を格段
に小型化、軽量化でき、種々のデバイスへの応用が期待
される電子ビーム励起半導体発光素子を実現する。 【構成】 Ｓｉ基板１００とタングステン電極１０３の
間に直流電源１０７より電圧を印加する。この時、Ｓｉ
基板１００は冷陰極となり、タングステン電極１０３は
陽極となる。両電極１００、１０３の間の電界はＳｉ基
板１００に形成された円錐状の突起１０１に集中する。
このため、突起１０１には高電界が生じ、該突起１０１
から半導体共振器１１０に向けて電子ビーム１０８が放
出される。放出された電子ビーム１０８は高電界により
加速されて、半導体共振器１１０のＡｇ電極１０５に照
射される。続いて、ＺｎＳｅバルク結晶１０４の内部に
進入した電子ビーム１０８は、電子一正孔対を生成し、
再結合光を半導体共振器１１０内部で共振させて、外部
に向けてレーザ光１０９を放射する。
集積化することが可能になり、結果的に装置構成を格段
に小型化、軽量化でき、種々のデバイスへの応用が期待
される電子ビーム励起半導体発光素子を実現する。 【構成】 Ｓｉ基板１００とタングステン電極１０３の
間に直流電源１０７より電圧を印加する。この時、Ｓｉ
基板１００は冷陰極となり、タングステン電極１０３は
陽極となる。両電極１００、１０３の間の電界はＳｉ基
板１００に形成された円錐状の突起１０１に集中する。
このため、突起１０１には高電界が生じ、該突起１０１
から半導体共振器１１０に向けて電子ビーム１０８が放
出される。放出された電子ビーム１０８は高電界により
加速されて、半導体共振器１１０のＡｇ電極１０５に照
射される。続いて、ＺｎＳｅバルク結晶１０４の内部に
進入した電子ビーム１０８は、電子一正孔対を生成し、
再結合光を半導体共振器１１０内部で共振させて、外部
に向けてレーザ光１０９を放射する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、緑色から青色、更には
紫外線領域にいたる短波長のレーザ光を発生することが
できる電子ビーム励起半導体発光素子に関する。
紫外線領域にいたる短波長のレーザ光を発生することが
できる電子ビーム励起半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ディスクの光源として、最近では半導
体レーザが多用される傾向にある。この種の光ディスク
においては、記録密度の向上を図るために、レーザ光の
短波長化が要望されている。
体レーザが多用される傾向にある。この種の光ディスク
においては、記録密度の向上を図るために、レーザ光の
短波長化が要望されている。
【０００３】これまでに、実用化されているレーザ光の
波長は、ＡｌＧａＡｓ系の赤外領域７８０ｎｍから、Ｉ
ｎＧａＡｌＰ系の赤色領域６７０ｎｍまで短波長化が進
んでいる。しかし、ＩｎＧａＡｌＰ系レーザにおいて
は、波長６００ｎｍが限界であり、それより短波長の緑
色から青色領域のレーザを実現することが非常に困難で
ある。
波長は、ＡｌＧａＡｓ系の赤外領域７８０ｎｍから、Ｉ
ｎＧａＡｌＰ系の赤色領域６７０ｎｍまで短波長化が進
んでいる。しかし、ＩｎＧａＡｌＰ系レーザにおいて
は、波長６００ｎｍが限界であり、それより短波長の緑
色から青色領域のレーザを実現することが非常に困難で
ある。
【０００４】ＡｌＧａＡｓ系およびＩｎＧａＡｌＰ系は
III−Ｖ族半導体であるが、それよりエネルギーギャッ
プの大きなII−VI族半導体はそのような短波長領域のレ
ーザの材料に適している。しかしながら、II−VI族半導
体ではレーザ光の伝導度を制御する上で不十分であり、
特にレーザ発振を可能とするｐ型半導体はまだ得られて
いない。
III−Ｖ族半導体であるが、それよりエネルギーギャッ
プの大きなII−VI族半導体はそのような短波長領域のレ
ーザの材料に適している。しかしながら、II−VI族半導
体ではレーザ光の伝導度を制御する上で不十分であり、
特にレーザ発振を可能とするｐ型半導体はまだ得られて
いない。
【０００５】そこで、最近ではｐｎ接合による電流注入
以外の方法が種々検討されてきており、その中の１つの
方法として電子ビーム励起法がある。以下に図９に従い
従来の電子ビーム励起法を説明する。
以外の方法が種々検討されてきており、その中の１つの
方法として電子ビーム励起法がある。以下に図９に従い
従来の電子ビーム励起法を説明する。
【０００６】高反射率膜１０、１１を上下両面に有する
II−VI族半導体のバルク結晶１２に電子ビーム１３を照
射する。この電子ビーム１３は従来のフィラメント加熱
方式により照射される。すなわち、フィラメント１５を
加熱し、これにより陰極１６から熱電子を放出して電子
ビーム１３を発生し、続いて該電子ビーム１３を陽極１
７で加速し、レンズ１８を介してバルク結晶１２に照射
する。電子ビーム１３は、バルク結晶１２の内部で電子
一正孔対を生成して、再結合光を高反射率膜１０、１１
およびバルク結晶１２で形成される共振器内部で共振す
ることによりレーザ光１４を放射する。
II−VI族半導体のバルク結晶１２に電子ビーム１３を照
射する。この電子ビーム１３は従来のフィラメント加熱
方式により照射される。すなわち、フィラメント１５を
加熱し、これにより陰極１６から熱電子を放出して電子
ビーム１３を発生し、続いて該電子ビーム１３を陽極１
７で加速し、レンズ１８を介してバルク結晶１２に照射
する。電子ビーム１３は、バルク結晶１２の内部で電子
一正孔対を生成して、再結合光を高反射率膜１０、１１
およびバルク結晶１２で形成される共振器内部で共振す
ることによりレーザ光１４を放射する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
電子ビーム励起法による半導体発光素子では、フィラメ
ント加熱方式で電子ビーム１３を発生させる構成をとる
ため、比較的大型の電子ビーム照射装置が必要になる。
このため、該電子ビーム照射装置を発光用の半導体（バ
ルク結晶１２）と近接して配置したり、あるいは集積化
するには不適であり、装置構成全体の小型化を図る上で
のネックになっていた。
電子ビーム励起法による半導体発光素子では、フィラメ
ント加熱方式で電子ビーム１３を発生させる構成をとる
ため、比較的大型の電子ビーム照射装置が必要になる。
このため、該電子ビーム照射装置を発光用の半導体（バ
ルク結晶１２）と近接して配置したり、あるいは集積化
するには不適であり、装置構成全体の小型化を図る上で
のネックになっていた。
【０００８】一方、近年の半導体微細加工技術の進歩に
伴い、真空マイクロエレクトロニクスと呼ばれる技術が
注目されている。これは半導体上にミクロメータサイズ
の微小な真空管を形成する技術であり、高速素子への応
用が研究されている。この技術を用いて半導体から電子
を取り出すためには、半導体基板に微小な円錐状の突起
を設け、この突起の先端に高電界を集中させる電界放出
エミッタ構造がとられる。
伴い、真空マイクロエレクトロニクスと呼ばれる技術が
注目されている。これは半導体上にミクロメータサイズ
の微小な真空管を形成する技術であり、高速素子への応
用が研究されている。この技術を用いて半導体から電子
を取り出すためには、半導体基板に微小な円錐状の突起
を設け、この突起の先端に高電界を集中させる電界放出
エミッタ構造がとられる。
【０００９】本発明はこのような現状下に鑑みてなされ
たものであり、発光用の半導体に近接配置したり、ある
いは集積化することが可能になり、結果的に装置構成を
格段に小型化、軽量化でき、種々のデバイスへの応用が
期待される電子ビーム励起半導体発光素子を提供するこ
とを目的とする。
たものであり、発光用の半導体に近接配置したり、ある
いは集積化することが可能になり、結果的に装置構成を
格段に小型化、軽量化でき、種々のデバイスへの応用が
期待される電子ビーム励起半導体発光素子を提供するこ
とを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の電子ビーム励起
半導体発光素子は、半導体基板上に形成された冷陰極の
エミッタを有する微小電子ビーム照射装置を、発光用の
半導体に近接して配置してなり、そのことにより上記目
的が達成される。
半導体発光素子は、半導体基板上に形成された冷陰極の
エミッタを有する微小電子ビーム照射装置を、発光用の
半導体に近接して配置してなり、そのことにより上記目
的が達成される。
【００１１】好ましくは、前記冷陰極の電界放出エミッ
タを複数アレイ状に設ける。
タを複数アレイ状に設ける。
【００１２】また、好ましくは、前記発光用の半導体が
半導体共振器を形成し、該半導体共振器を前記半導体基
板に近接配置する。
半導体共振器を形成し、該半導体共振器を前記半導体基
板に近接配置する。
【００１３】また、好ましくは、前記電界放出エミッタ
から放出される電子ビームの出射方向と、前記半導体共
振器から出射されるレーザ光の出射方向が平行になるよ
うにする。
から放出される電子ビームの出射方向と、前記半導体共
振器から出射されるレーザ光の出射方向が平行になるよ
うにする。
【００１４】また、好ましくは、前記電界放出エミッタ
から放出される電子ビームの出射方向と、前記半導体共
振器から出射されるレーザ光の出射方向が垂直になるよ
うにする。
から放出される電子ビームの出射方向と、前記半導体共
振器から出射されるレーザ光の出射方向が垂直になるよ
うにする。
【００１５】また、本発明の電子ビーム励起半導体発光
素子は、冷陰極のエミッタを有する微小電子ビーム照射
装置と、発光用の半導体を同一の半導体基板上に形成し
てなり、そのことにより上記目的が達成される。
素子は、冷陰極のエミッタを有する微小電子ビーム照射
装置と、発光用の半導体を同一の半導体基板上に形成し
てなり、そのことにより上記目的が達成される。
【００１６】
【作用】冷陰極のエミッタ（エミッタ構造）を有する微
小電子ビーム照射装置は、上記の真空マイクロエレクト
ロニクス技術を用いて作製できる。このような微小電子
ビーム照射装置はその微小性により、発光用の半導体と
近接配置したり、あるいは該発光用の半導体に集積化す
ることが可能になる。
小電子ビーム照射装置は、上記の真空マイクロエレクト
ロニクス技術を用いて作製できる。このような微小電子
ビーム照射装置はその微小性により、発光用の半導体と
近接配置したり、あるいは該発光用の半導体に集積化す
ることが可能になる。
【００１７】
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。
【００１８】（実施例１）図１および図２は本発明電子
ビーム励起半導体発光素子の実施例１を示す。Ｓｉ基板
１００上の中央部には円錐状の突起１０１が形成されて
いる。この突起１０１は、円形のレジストマスクを用い
て、ＫＯＨエッチングにより異方性エッチングを行って
形成される。
ビーム励起半導体発光素子の実施例１を示す。Ｓｉ基板
１００上の中央部には円錐状の突起１０１が形成されて
いる。この突起１０１は、円形のレジストマスクを用い
て、ＫＯＨエッチングにより異方性エッチングを行って
形成される。
【００１９】続いて、レジストマスクを残して、Ｓｉ基
板１００上にＳｉＯ絶縁膜１０２およびタングステン電
極１０３を順次形成し、その後、レジストマスクをリフ
トオフする。
板１００上にＳｉＯ絶縁膜１０２およびタングステン電
極１０３を順次形成し、その後、レジストマスクをリフ
トオフする。
【００２０】このようにして作製されたＳｉ基板１００
には、半導体共振器１１０が近接して平行に配置され
る。該半導体共振器１１０は、II−VI族半導体のＺｎＳ
ｅバルク結晶１０４の表裏両面を鏡面研磨し、一方の面
にＡｇ電極１０５を形成し、他方の面に誘電体薄膜１０
６を形成して作製される。なお、半導体共振器１１０は
Ａｇ電極１０５が形成された面をＳｉ基板１００に対向
して配置されている。
には、半導体共振器１１０が近接して平行に配置され
る。該半導体共振器１１０は、II−VI族半導体のＺｎＳ
ｅバルク結晶１０４の表裏両面を鏡面研磨し、一方の面
にＡｇ電極１０５を形成し、他方の面に誘電体薄膜１０
６を形成して作製される。なお、半導体共振器１１０は
Ａｇ電極１０５が形成された面をＳｉ基板１００に対向
して配置されている。
【００２１】以上の配置形態により形成される本実施例
１の電子ビーム励起半導体発光素子は、ガラスで密封さ
れ、かつ１０ー4Ｐａ以下の真空度に保持される。以下に
本実施例１の電子ビーム励起半導体発光素子の動作を説
明する。
１の電子ビーム励起半導体発光素子は、ガラスで密封さ
れ、かつ１０ー4Ｐａ以下の真空度に保持される。以下に
本実施例１の電子ビーム励起半導体発光素子の動作を説
明する。
【００２２】Ｓｉ基板１００とタングステン電極１０３
の間に直流電源１０７より電圧を印加する。この時、Ｓ
ｉ基板１００は冷陰極となり、タングステン電極１０３
は陽極となる。両電極１００、１０３の間の電界はＳｉ
基板１００に形成された円錐状の突起１０１に集中す
る。このため、突起１０１には高電界が生じ、該突起１
０１から半導体共振器１１０に向けて電子ビーム１０８
が放出される。すなわち、上記構成のＳｉ基板１００に
おいては、突起１０１が電子ビーム発生用の電界放出エ
ミッタとなる。
の間に直流電源１０７より電圧を印加する。この時、Ｓ
ｉ基板１００は冷陰極となり、タングステン電極１０３
は陽極となる。両電極１００、１０３の間の電界はＳｉ
基板１００に形成された円錐状の突起１０１に集中す
る。このため、突起１０１には高電界が生じ、該突起１
０１から半導体共振器１１０に向けて電子ビーム１０８
が放出される。すなわち、上記構成のＳｉ基板１００に
おいては、突起１０１が電子ビーム発生用の電界放出エ
ミッタとなる。
【００２３】放出された電子ビーム１０８は高電界によ
り加速されて、半導体共振器１１０のＡｇ電極１０５に
照射される。続いて、ＺｎＳｅバルク結晶１０４の内部
に進入した電子ビーム１０８は、電子一正孔対を生成
し、再結合光を半導体共振器１１０内部で共振させて、
外部に向けてレーザ光１０９を放射する。このレーザ光
１０９は波長４７５ｎｍの青色レーザ光である。
り加速されて、半導体共振器１１０のＡｇ電極１０５に
照射される。続いて、ＺｎＳｅバルク結晶１０４の内部
に進入した電子ビーム１０８は、電子一正孔対を生成
し、再結合光を半導体共振器１１０内部で共振させて、
外部に向けてレーザ光１０９を放射する。このレーザ光
１０９は波長４７５ｎｍの青色レーザ光である。
【００２４】なお、上記構成において、直流電源１０７
からの印加電圧は１００Ｖ、照射電子ビームの電流密度
は２０Ａ／ｃｍ2とした。
からの印加電圧は１００Ｖ、照射電子ビームの電流密度
は２０Ａ／ｃｍ2とした。
【００２５】（実施例２）図３は本発明電子ビーム励起
半導体発光素子の実施例２を示す。本実施例２において
も、実施例１と同様に、同じ方法でＳｉ基板２００上に
円錐状の突起２０１、ＳｉＯ絶縁膜２０２およびタング
ステン電極２０３を形成する。但し、本実施例２におい
て、突起２０１は複数（図示例では４個）アレイ状に形
成されている。
半導体発光素子の実施例２を示す。本実施例２において
も、実施例１と同様に、同じ方法でＳｉ基板２００上に
円錐状の突起２０１、ＳｉＯ絶縁膜２０２およびタング
ステン電極２０３を形成する。但し、本実施例２におい
て、突起２０１は複数（図示例では４個）アレイ状に形
成されている。
【００２６】一方、本実施例２の半導体共振器２１０は
以下のようにして作製される。まず、ＧａＡｓ基板２０
４上に、ＭＯＣＶＤ(Metal Organic Chemical Vapor De
position)法によりＺｎＳＳｅクラッド層２０５、Ｚｎ
Ｓｅ／ＺｎＳＳｅの多重量子井戸からなる活性層２０
６、ＺｎＳＳｅクラッド層２０７を順次成長させる。
以下のようにして作製される。まず、ＧａＡｓ基板２０
４上に、ＭＯＣＶＤ(Metal Organic Chemical Vapor De
position)法によりＺｎＳＳｅクラッド層２０５、Ｚｎ
Ｓｅ／ＺｎＳＳｅの多重量子井戸からなる活性層２０
６、ＺｎＳＳｅクラッド層２０７を順次成長させる。
【００２７】続いて、円形のレジストマスク及びＳｉＯ
2のマスクでカバーして、ＧａＡｓ基板２０４の表面ま
でエッチングを行い、メサ状の成長層を残す。続いて、
レジストマスクを除去した後、ＳｉＯ2をマスクとし
て、ＭＯＣＶＤ法で選択的にメサ状の成長層の回りをＺ
ｎＳＳｅ層２０８で埋め込み成長させる。続いて、マス
クとして用いたＳｉＯ2を除去した後、成長層表面にＡ
ｇ電極２０９を形成する。
2のマスクでカバーして、ＧａＡｓ基板２０４の表面ま
でエッチングを行い、メサ状の成長層を残す。続いて、
レジストマスクを除去した後、ＳｉＯ2をマスクとし
て、ＭＯＣＶＤ法で選択的にメサ状の成長層の回りをＺ
ｎＳＳｅ層２０８で埋め込み成長させる。続いて、マス
クとして用いたＳｉＯ2を除去した後、成長層表面にＡ
ｇ電極２０９を形成する。
【００２８】一方、ＧａＡｓ基板２０４側には、活性層
２０６からの光出射用の円形の溝２１７を成長層表面ま
でエッチングにより形成する。また、溝２１７の成長層
表面には誘電体薄膜２１１を設ける。
２０６からの光出射用の円形の溝２１７を成長層表面ま
でエッチングにより形成する。また、溝２１７の成長層
表面には誘電体薄膜２１１を設ける。
【００２９】以上のようにして、本実施例２において
は、半導体共振器２１０を、Ｓｉ基板２００に対向配置
されるＧａＡｓ基板２０４上の上記突起２０１と対応す
る部分に複数（図示例では４個）アレイ状に形成する。
すなわち、本実施例２においては、Ｓｉ基板２００とＧ
ａＡｓ基板２０４は、Ｓｉ基板２００に設けた円錐状の
突起２０１、２０１…がＧａＡｓ基板２０４に設けた半
導体共振器２１０、２１０…にそれぞれ正対するよう
に、近接して平行に配置されている。以下に本実施例２
の電子ビーム励起半導体発光素子の動作を説明する。
は、半導体共振器２１０を、Ｓｉ基板２００に対向配置
されるＧａＡｓ基板２０４上の上記突起２０１と対応す
る部分に複数（図示例では４個）アレイ状に形成する。
すなわち、本実施例２においては、Ｓｉ基板２００とＧ
ａＡｓ基板２０４は、Ｓｉ基板２００に設けた円錐状の
突起２０１、２０１…がＧａＡｓ基板２０４に設けた半
導体共振器２１０、２１０…にそれぞれ正対するよう
に、近接して平行に配置されている。以下に本実施例２
の電子ビーム励起半導体発光素子の動作を説明する。
【００３０】上記実施例１同様に、Ｓｉ基板２００とタ
ングステン電極２０３との間に直流電源２１２より動作
電圧を印加する。このとき、Ｓｉ基板２００は冷陰極と
なり、各突起２０１、２０１…が電界放出用のエミッタ
となって電子ビーム２１３を半導体共振器２１０側に向
けて照射する。該電子ビーム２１３は直流電源２１４よ
り印加される加速電圧により加速され、ＧａＡｓ基板２
０４に形成したＺｎＳｅ／ＺｎＳＳｅからなる活性層２
０６を有する半導体共振器２１０内部に進入してレーザ
光２１５を外部に向けて放射する。
ングステン電極２０３との間に直流電源２１２より動作
電圧を印加する。このとき、Ｓｉ基板２００は冷陰極と
なり、各突起２０１、２０１…が電界放出用のエミッタ
となって電子ビーム２１３を半導体共振器２１０側に向
けて照射する。該電子ビーム２１３は直流電源２１４よ
り印加される加速電圧により加速され、ＧａＡｓ基板２
０４に形成したＺｎＳｅ／ＺｎＳＳｅからなる活性層２
０６を有する半導体共振器２１０内部に進入してレーザ
光２１５を外部に向けて放射する。
【００３１】本実施例２による場合は、半導体共振器２
１０が同一基板上に複数形成されているので、複数のレ
ーザ光２１５が得られる利点がある。
１０が同一基板上に複数形成されているので、複数のレ
ーザ光２１５が得られる利点がある。
【００３２】なお、上記実施例１および実施例２では、
電子ビームの出射方向とレーザ光の出射方向とが平行に
なる電子ビーム励起半導体発光素子に本発明を適用する
場合について説明したが、以下に示すように、本発明
は、電子ビームの出射方向とレーザ光の出射方向とが垂
直になる電子ビーム励起半導体発光素子についても同様
に適用できる。
電子ビームの出射方向とレーザ光の出射方向とが平行に
なる電子ビーム励起半導体発光素子に本発明を適用する
場合について説明したが、以下に示すように、本発明
は、電子ビームの出射方向とレーザ光の出射方向とが垂
直になる電子ビーム励起半導体発光素子についても同様
に適用できる。
【００３３】（実施例３）図４は本発明電子ビーム励起
半導体発光素子の実施例３を示し、この電子ビーム励起
半導体発光素子は、電子ビームの出射方向とレーザ光の
出射方向とが垂直になっている。以下にその構成を説明
する。
半導体発光素子の実施例３を示し、この電子ビーム励起
半導体発光素子は、電子ビームの出射方向とレーザ光の
出射方向とが垂直になっている。以下にその構成を説明
する。
【００３４】Ｓｉ基板３００上には上記と同様の方法に
より、複数の円錐状の突起３０１が幅方向中央部におい
てライン状に形成されている。また、同様にＳｉ基板１
００上にはＳｉＯ絶縁膜３０２およびタングステン電極
３０３が形成されている。
より、複数の円錐状の突起３０１が幅方向中央部におい
てライン状に形成されている。また、同様にＳｉ基板１
００上にはＳｉＯ絶縁膜３０２およびタングステン電極
３０３が形成されている。
【００３５】一方、本実施例３の半導体共振器３１０
は、矩形板状をなすＧａＮバルク結晶３０４の長手方向
両端面を鏡面研磨し、この両端面および表裏両面に以下
のものを形成して作製される。すなわち、長手方向一端
面に相当する出射側の面に低反射率膜３０５が形成さ
れ、他端面に高反射率膜３０６が形成される。また、上
記のＳｉ基板３００に対向配置され、電子ビーム３１３
が照射される下面にはＡｇ電極３０７が形成され、上面
には高反射率膜３０８が形成されている。以下に本実施
例３の電子ビーム励起半導体発光素子の動作を説明す
る。
は、矩形板状をなすＧａＮバルク結晶３０４の長手方向
両端面を鏡面研磨し、この両端面および表裏両面に以下
のものを形成して作製される。すなわち、長手方向一端
面に相当する出射側の面に低反射率膜３０５が形成さ
れ、他端面に高反射率膜３０６が形成される。また、上
記のＳｉ基板３００に対向配置され、電子ビーム３１３
が照射される下面にはＡｇ電極３０７が形成され、上面
には高反射率膜３０８が形成されている。以下に本実施
例３の電子ビーム励起半導体発光素子の動作を説明す
る。
【００３６】上記各実施例同様に、Ｓｉ基板３００とタ
ングステン電極３０３との間に直流電源３０９より動作
電圧を印加する。このとき、Ｓｉ基板３００は冷陰極と
なり、各突起３０１、３０１…が電界放出用のエミッタ
となって電子ビーム３１３を半導体共振器３１０側に向
けて照射する。続いて、該電子ビーム３１３はＧａＮ結
晶３０４の内部に進入してレーザ光３１１を出射面より
外部に向けて放射する。このように、本実施例３の電子
ビーム励起半導体発光素子は、電子ビーム３１３の出射
方向とレーザ光３１１の出射方向とが垂直になってい
る。なお、このレーザ光３１１は波長３３０ｎｍの紫外
線である。
ングステン電極３０３との間に直流電源３０９より動作
電圧を印加する。このとき、Ｓｉ基板３００は冷陰極と
なり、各突起３０１、３０１…が電界放出用のエミッタ
となって電子ビーム３１３を半導体共振器３１０側に向
けて照射する。続いて、該電子ビーム３１３はＧａＮ結
晶３０４の内部に進入してレーザ光３１１を出射面より
外部に向けて放射する。このように、本実施例３の電子
ビーム励起半導体発光素子は、電子ビーム３１３の出射
方向とレーザ光３１１の出射方向とが垂直になってい
る。なお、このレーザ光３１１は波長３３０ｎｍの紫外
線である。
【００３７】（実施例４）図５は本発明電子ビーム励起
半導体発光素子の実施例４を示す。本実施例４の電子ビ
ーム励起半導体発光素子は、上記実施例３の電子ビーム
励起半導体発光素子と同様に、電子ビームの出射方向と
レーザ光の出射方向とが垂直になっている。以下にその
構成を説明する。
半導体発光素子の実施例４を示す。本実施例４の電子ビ
ーム励起半導体発光素子は、上記実施例３の電子ビーム
励起半導体発光素子と同様に、電子ビームの出射方向と
レーザ光の出射方向とが垂直になっている。以下にその
構成を説明する。
【００３８】Ｓｉ基板４００上に上記実施例３同様の方
法により、同様の円錐状の突起４０１をライン状に形成
する。また、同様にＳｉＯ2絶縁膜４０２およびタング
ステン電極４０３を形成する。但し、本実施例４におい
ては、実施例３に比べて突起４０１間の間隔を広く設定
してある。
法により、同様の円錐状の突起４０１をライン状に形成
する。また、同様にＳｉＯ2絶縁膜４０２およびタング
ステン電極４０３を形成する。但し、本実施例４におい
ては、実施例３に比べて突起４０１間の間隔を広く設定
してある。
【００３９】一方、半導体共振器４１０は、ＧａＰ基板
４０４にＭＯＭＢＥ(Metal OrganicMolecular Beam Epi
taxy)法により、ＺｎＳＳｅクラッド層４０５およびＺ
ｎＳｅ／ＺｎＳＳｅの多重量子井戸からなる活性層４０
６、クラッド層４０７を成長させ、上記実施例２同様に
して埋め込み層４０８を形成して作製される。尚、半導
体共振器４１０の長手方向両端面には、反射膜４０９、
４１６がそれぞれ形成されている。以下に本実施例４の
電子ビーム励起半導体発光素子の動作を説明する。
４０４にＭＯＭＢＥ(Metal OrganicMolecular Beam Epi
taxy)法により、ＺｎＳＳｅクラッド層４０５およびＺ
ｎＳｅ／ＺｎＳＳｅの多重量子井戸からなる活性層４０
６、クラッド層４０７を成長させ、上記実施例２同様に
して埋め込み層４０８を形成して作製される。尚、半導
体共振器４１０の長手方向両端面には、反射膜４０９、
４１６がそれぞれ形成されている。以下に本実施例４の
電子ビーム励起半導体発光素子の動作を説明する。
【００４０】Ｓｉ基板４００とタングステン電極４０３
との間に直流電源４１２より動作電圧を印加する。この
時、上記同様に各円形の突起４０１、４０１…が電界放
出用のエミッタとなって電子ビーム４１３を半導体共振
器４１０に向けて照射する。この時、電子ビーム４１３
は直流電源４１４より印加される加速電圧により加速さ
れ、半導体共振器４１０のＺｎＳｅ／ＺｎＳＳｅからな
る活性層４０６のストライプに進入してレーザ光４１５
を放射する。
との間に直流電源４１２より動作電圧を印加する。この
時、上記同様に各円形の突起４０１、４０１…が電界放
出用のエミッタとなって電子ビーム４１３を半導体共振
器４１０に向けて照射する。この時、電子ビーム４１３
は直流電源４１４より印加される加速電圧により加速さ
れ、半導体共振器４１０のＺｎＳｅ／ＺｎＳＳｅからな
る活性層４０６のストライプに進入してレーザ光４１５
を放射する。
【００４１】図６は、縦軸に活性層４０６内の利得を、
横軸に半導体共振器４１０の方向をとって、実施例４の
電子ビーム励起半導体発光素子における発振利得を示し
ている。図６から明かなように、電子ビーム４１３によ
り発生する電子一正孔対に起因する発振利得は、半導体
共振器４１０の方向に周期的に変化している。これは、
電子ビーム４１３を発生させる突起４１０の間隔をある
一定の距離を設けて設定したためである。このような構
成において、利得分布の周期を活性層４内のレーザ光４
１５の波長の１／２の整数倍に設定すると、分布帰還型
レーザを実現できる。
横軸に半導体共振器４１０の方向をとって、実施例４の
電子ビーム励起半導体発光素子における発振利得を示し
ている。図６から明かなように、電子ビーム４１３によ
り発生する電子一正孔対に起因する発振利得は、半導体
共振器４１０の方向に周期的に変化している。これは、
電子ビーム４１３を発生させる突起４１０の間隔をある
一定の距離を設けて設定したためである。このような構
成において、利得分布の周期を活性層４内のレーザ光４
１５の波長の１／２の整数倍に設定すると、分布帰還型
レーザを実現できる。
【００４２】（実施例５）図７は本発明電子ビーム励起
半導体発光素子の実施例５を示す。本実施例５の電子ビ
ーム励起半導体発光素子は、電子ビーム照射装置と半導
体共振器５１０とを同一の基板５００上に形成する構成
をとる。以下にその構成を説明する。
半導体発光素子の実施例５を示す。本実施例５の電子ビ
ーム励起半導体発光素子は、電子ビーム照射装置と半導
体共振器５１０とを同一の基板５００上に形成する構成
をとる。以下にその構成を説明する。
【００４３】まず、ＭＯＣＶＤ法により、ＧａＡｓ基板
５００上にＺｎＳＳｅクラッド層５０１、ＺｎＳｅ／Ｚ
ｎＳＳｅの多重量子井戸からなる活性層５０２およびＺ
ａＳＳｅクラッド層５０３を順次成長させる。続いて、
成長層をリッジ型ストライプ５０４を残して、ＧａＡｓ
基板５００までエッチングにより除去する。
５００上にＺｎＳＳｅクラッド層５０１、ＺｎＳｅ／Ｚ
ｎＳＳｅの多重量子井戸からなる活性層５０２およびＺ
ａＳＳｅクラッド層５０３を順次成長させる。続いて、
成長層をリッジ型ストライプ５０４を残して、ＧａＡｓ
基板５００までエッチングにより除去する。
【００４４】その後、リッジストライプ５０４をレジス
トマスクで覆って、ＳｉＯ絶縁膜およびタングステン膜
を蒸着し、続いて、エッチングによりＳｉＯ絶縁膜の不
要部分を除去してＳｉＯ絶縁膜５０５及び５０６を形成
する。更に、エッチングにより、タングステン膜の不要
部分を除去し、該タングステン膜を一定周期で横一列に
配置したくさび列に加工したタングステン電極５０７を
形成する。また、該タングステン電極５０７に対向する
タングステン電極（ストライプ電極）５０８をＳｉＯ絶
縁膜５０６上に形成する。以上のようにして本実施例５
の電子ビーム励起半導体発光素子が作製される。
トマスクで覆って、ＳｉＯ絶縁膜およびタングステン膜
を蒸着し、続いて、エッチングによりＳｉＯ絶縁膜の不
要部分を除去してＳｉＯ絶縁膜５０５及び５０６を形成
する。更に、エッチングにより、タングステン膜の不要
部分を除去し、該タングステン膜を一定周期で横一列に
配置したくさび列に加工したタングステン電極５０７を
形成する。また、該タングステン電極５０７に対向する
タングステン電極（ストライプ電極）５０８をＳｉＯ絶
縁膜５０６上に形成する。以上のようにして本実施例５
の電子ビーム励起半導体発光素子が作製される。
【００４５】本実施例５においては、くさび型電極５０
７とストライプ電極５０８の間に直流電源５０９より電
圧を印加する。この時、くさび型電極５０７は冷陰極と
なり、くさびの先端が電界放出用のエミッタとなって、
電子ビーム５１３をリッジ型ストライプ５０４の側面に
照射する。この照射により、リッジストライプ５０４の
一端面、すなわち電子ビーム５１３の出射方向と垂直な
方向からレーザ光５１１が外部に向けて放射される。
７とストライプ電極５０８の間に直流電源５０９より電
圧を印加する。この時、くさび型電極５０７は冷陰極と
なり、くさびの先端が電界放出用のエミッタとなって、
電子ビーム５１３をリッジ型ストライプ５０４の側面に
照射する。この照射により、リッジストライプ５０４の
一端面、すなわち電子ビーム５１３の出射方向と垂直な
方向からレーザ光５１１が外部に向けて放射される。
【００４６】（実施例６）図８は本発明電子ビーム励起
半導体発光素子の実施例６を示す。この実施例６は、上
記実施例１〜実施例５とは異なり、本発明を発光ダイオ
ードに適用した実施例を示す。以下にその構成を説明す
る。
半導体発光素子の実施例６を示す。この実施例６は、上
記実施例１〜実施例５とは異なり、本発明を発光ダイオ
ードに適用した実施例を示す。以下にその構成を説明す
る。
【００４７】Ｓｉ基板６００上には、上記各実施例同様
の方法によってＳｉＯ絶縁膜６０１が形成され、また円
錐状の微小突起６０２がアレイ状に複数設けられてい
る。
の方法によってＳｉＯ絶縁膜６０１が形成され、また円
錐状の微小突起６０２がアレイ状に複数設けられてい
る。
【００４８】一方、半導体共振器６１０は、ＺｎＳｅバ
ルク結晶６０３の表裏両面を鏡面研磨し、Ｓｉ基板６０
０との対向面に相当する電子ビーム照射側の面に高反射
率膜６０４を形成し、他方の光出射側の面に反射率１％
以下の超低反射率膜６０５を形成して作製される。
ルク結晶６０３の表裏両面を鏡面研磨し、Ｓｉ基板６０
０との対向面に相当する電子ビーム照射側の面に高反射
率膜６０４を形成し、他方の光出射側の面に反射率１％
以下の超低反射率膜６０５を形成して作製される。
【００４９】このような構成において、直流電源６０６
よりＳｉ基板６００とＺｎＳｅバルク結晶６０３との間
に電圧を印加すると、アレイ状に配置した複数の突起６
０２、６０２…が電界放出用のエミッタとなり、電子ビ
ーム６０７がＺｎＳｅバルク結晶６０３に照射され、最
終的に青色の発光６０８が得られる。すなわち、上記の
構成により発光ダイオードが実現される。
よりＳｉ基板６００とＺｎＳｅバルク結晶６０３との間
に電圧を印加すると、アレイ状に配置した複数の突起６
０２、６０２…が電界放出用のエミッタとなり、電子ビ
ーム６０７がＺｎＳｅバルク結晶６０３に照射され、最
終的に青色の発光６０８が得られる。すなわち、上記の
構成により発光ダイオードが実現される。
【００５０】以下に上記した電子ビーム励起半導体発光
素子の応用例を説明する。緑色から青色のレーザは高記
録密度の光ディスク及び高感度化による高速レーザプリ
ンタに応用できる。また、紫外線レーザは微細加工を行
うホトリソグラフィ装置に応用できる。更には、青色の
発光用にＺｎＳｅ、緑色の発光用にＣｄＳ、赤色の発光
用にＣｄＳｅを用い、且つ各々を独立に微小電子ビーム
照射装置で電子ビームを発光用半導体に照射する構成に
よれば、フルカラーのディスプレイを実現できる。
素子の応用例を説明する。緑色から青色のレーザは高記
録密度の光ディスク及び高感度化による高速レーザプリ
ンタに応用できる。また、紫外線レーザは微細加工を行
うホトリソグラフィ装置に応用できる。更には、青色の
発光用にＺｎＳｅ、緑色の発光用にＣｄＳ、赤色の発光
用にＣｄＳｅを用い、且つ各々を独立に微小電子ビーム
照射装置で電子ビームを発光用半導体に照射する構成に
よれば、フルカラーのディスプレイを実現できる。
【００５１】また、上記各実施例では、電子ビームの冷
陰極エミッタとして、微小突起とその近傍に配置した電
極による電界放射エミッタを用いたが、それ以外にｐｎ
接合におけるアバランシェ降伏時のホットエレクトロン
をエミッタにすることも可能である。
陰極エミッタとして、微小突起とその近傍に配置した電
極による電界放射エミッタを用いたが、それ以外にｐｎ
接合におけるアバランシェ降伏時のホットエレクトロン
をエミッタにすることも可能である。
【００５２】更に、上記各実施例では、発光用の半導体
として、ＺｎＳｅ／ＺｎＳＳｅのII−VI族半導体、Ｇａ
ＮのIII−V族半導体について示したが、それら以外の直
接遷移型の半導体にはすべて適用可能である。例えば、
上記以外にＣｄＺｎＳ等のII−VI族、ＣｕＡｌＳＳｅ、
ＣｕＧａＳＳｅ等のカルコパイライト系の半導体を用い
ることができる。
として、ＺｎＳｅ／ＺｎＳＳｅのII−VI族半導体、Ｇａ
ＮのIII−V族半導体について示したが、それら以外の直
接遷移型の半導体にはすべて適用可能である。例えば、
上記以外にＣｄＺｎＳ等のII−VI族、ＣｕＡｌＳＳｅ、
ＣｕＧａＳＳｅ等のカルコパイライト系の半導体を用い
ることができる。
【００５３】
【発明の効果】本発明電子ビーム励起半導体発光素子
は、電子ビーム照射発光素子として、真空マイクロエレ
クトロニクス技術により形成された微小な電子ビーム照
射源を用いるので、装置構成の小型化が図れる。更に
は、該電子ビーム照射源を微小化できることにより、発
光素子との集積化も可能となる。従って、装置構成の一
層の小型化、軽量化が可能になる。
は、電子ビーム照射発光素子として、真空マイクロエレ
クトロニクス技術により形成された微小な電子ビーム照
射源を用いるので、装置構成の小型化が図れる。更に
は、該電子ビーム照射源を微小化できることにより、発
光素子との集積化も可能となる。従って、装置構成の一
層の小型化、軽量化が可能になる。
【００５４】また、本発明電子ビーム励起半導体発光素
子は、電子ビーム励起を用いるため、伝導度の制御の困
難な半導体にも適用可能であり、緑色から青色、さらに
紫外線領域までの発光が得られので、種々の応用が期待
される。
子は、電子ビーム励起を用いるため、伝導度の制御の困
難な半導体にも適用可能であり、緑色から青色、さらに
紫外線領域までの発光が得られので、種々の応用が期待
される。
【００５５】また、特に請求項２記載の電子ビーム励起
半導体発光素子によれば、複数のレーザ光を発生させる
ことができる。
半導体発光素子によれば、複数のレーザ光を発生させる
ことができる。
【図１】本発明電子ビーム励起半導体発光素子の実施例
１を示す斜視図。
１を示す斜視図。
【図２】図１の断面図。
【図３】本発明電子ビーム励起半導体発光素子の実施例
２を示す斜視図。
２を示す斜視図。
【図４】本発明電子ビーム励起半導体発光素子の実施例
３を示す斜視図。
３を示す斜視図。
【図５】本発明電子ビーム励起半導体発光素子の実施例
４を示す斜視図。
４を示す斜視図。
【図６】縦軸に活性層内の利得を、横軸に半導体共振器
の方向をとって、実施例４の電子ビーム励起半導体発光
素子における発振利得を示すグラフ。
の方向をとって、実施例４の電子ビーム励起半導体発光
素子における発振利得を示すグラフ。
【図７】本発明電子ビーム励起半導体発光素子の実施例
５を示す斜視図。
５を示す斜視図。
【図８】本発明電子ビーム励起半導体発光素子の実施例
６を示す斜視図。
６を示す斜視図。
【図９】電子ビーム励起半導体発光素子子の一従来例を
示す模式図。
示す模式図。
１００、２００、３００、４００、６００ Ｓｉ基板 １０１、２０１、３０１、４０１、６０１ 円錐状の
突起 １０４、６０３ ＺｎＳｅバルク結晶 １０８、２１３、３１３、４１３、５１３、６０７ 電
子ビーム １０９、２１５、３１１、４１５、５１１ レーザ光 １１０、２１０、３１０、４１０、６１０ 半導体共振
器 ２０６、４０６、５０２ ＺｎＳｅ／ＺｎＳＳｅの多重
量子井戸からなる活性層 ３０４ ＧａＮバルク結晶
突起 １０４、６０３ ＺｎＳｅバルク結晶 １０８、２１３、３１３、４１３、５１３、６０７ 電
子ビーム １０９、２１５、３１１、４１５、５１１ レーザ光 １１０、２１０、３１０、４１０、６１０ 半導体共振
器 ２０６、４０６、５０２ ＺｎＳｅ／ＺｎＳＳｅの多重
量子井戸からなる活性層 ３０４ ＧａＮバルク結晶
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｓ 3/0959 (72)発明者 渡辺 昌規 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 佐々木 和明 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 竹岡 忠士 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 近藤 正樹 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内
Claims (6)
- 【請求項１】半導体基板上に形成された冷陰極の電界放
出エミッタを有する微小電子ビーム照射装置を、発光用
の半導体に近接して配置した電子ビーム励起半導体発光
素子。 - 【請求項２】前記冷陰極の電界放出エミッタが複数アレ
イ状に設けられている請求項１記載の電子ビーム励起半
導体発光素子。 - 【請求項３】前記発光用の半導体が半導体共振器を形成
し、該半導体共振器が前記半導体基板に近接配置された
請求項１記載の電子ビーム励起半導体発光素子。 - 【請求項４】前記電界放出エミッタから放出される電子
ビームの出射方向と、前記半導体共振器から出射される
レーザ光の出射方向が平行である請求項３記載の電子ビ
ーム励起半導体発光素子。 - 【請求項５】前記電界放出エミッタから放出される電子
ビームの出射方向と、前記半導体共振器から出射される
レーザ光の出射方向が垂直である請求項３記載の電子ビ
ーム励起半導体発光素子。 - 【請求項６】冷陰極の電界放出エミッタを有する微小電
子ビーム照射装置と、発光用の半導体を同一の半導体基
板上に形成した電子ビーム励起半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2291492A JPH05218589A (ja) | 1992-02-07 | 1992-02-07 | 電子ビーム励起半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2291492A JPH05218589A (ja) | 1992-02-07 | 1992-02-07 | 電子ビーム励起半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05218589A true JPH05218589A (ja) | 1993-08-27 |
Family
ID=12095913
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2291492A Pending JPH05218589A (ja) | 1992-02-07 | 1992-02-07 | 電子ビーム励起半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05218589A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009206031A (ja) * | 2008-02-29 | 2009-09-10 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | ディスプレイ装置 |
| WO2011152331A1 (ja) * | 2010-06-03 | 2011-12-08 | 国立大学法人京都大学 | 紫外線照射装置 |
| 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 |
| WO2014007098A1 (ja) * | 2012-07-02 | 2014-01-09 | スタンレー電気株式会社 | 電子線励起による深紫外レーザ光源 |
| CN112595703A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-04-02 | 黄善杰 | 电子束激发半导体发光性能测试平台和激发参数优化方法 |
| CN112748093A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-05-04 | 中国科学院云南天文台 | 一种激子分子产生率的测量平台和测量方法 |
-
1992
- 1992-02-07 JP JP2291492A patent/JPH05218589A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009206031A (ja) * | 2008-02-29 | 2009-09-10 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | ディスプレイ装置 |
| WO2011152331A1 (ja) * | 2010-06-03 | 2011-12-08 | 国立大学法人京都大学 | 紫外線照射装置 |
| JP5192097B2 (ja) * | 2010-06-03 | 2013-05-08 | 国立大学法人京都大学 | 紫外線照射装置 |
| US8686401B2 (en) | 2010-06-03 | 2014-04-01 | Kyoto University | Ultraviolet irradiation apparatus |
| 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 |
| JP5383912B2 (ja) * | 2010-06-23 | 2014-01-08 | 株式会社日立製作所 | 電子線励起型発光装置 |
| WO2014007098A1 (ja) * | 2012-07-02 | 2014-01-09 | スタンレー電気株式会社 | 電子線励起による深紫外レーザ光源 |
| JP2014011377A (ja) * | 2012-07-02 | 2014-01-20 | Stanley Electric Co Ltd | 深紫外レーザ光源 |
| CN112595703A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-04-02 | 黄善杰 | 电子束激发半导体发光性能测试平台和激发参数优化方法 |
| CN112748093A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-05-04 | 中国科学院云南天文台 | 一种激子分子产生率的测量平台和测量方法 |
| CN112748093B (zh) * | 2020-12-24 | 2023-03-24 | 中国科学院云南天文台 | 一种激子分子产生率的测量平台和测量方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19981008 |