KR101288673B1 - 자외선 조사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소형이고, 높은 효율로 자외선을 방사할 수 있는 자외선 조사장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 자외선 조사장치는, 내부가 부압의 상태로 밀폐된, 자외선 투과창을 갖는 용기 내에, 반도체 다층막 소자 및 이 반도체 다층막 소자에 전자선을 조사하는 전자선 방사원을 구비하며, 또한, 반도체 다층막 소자는, In_xAl_yGa_{l -x-y}N(0≤x<1，0<y≤1，x＋y≤1)으로 되는 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물 구조를 갖는 활성층을 구비하고, 전자선 방사원으로부터의 전자선이 반도체 다층막 소자에 있어서의 활성층에 조사됨으로써, 자외선이 반도체 다층막 소자로부터 자외선 투과창을 매개로 외부로 방사되며, 또한, 전자선의 가속전압을 V(㎸)로 하고, 상기 활성층의 두께를 t(㎚)로 했을 때, 하기 식 (1)을 만족하는 것을 특징으로 한다.

Description

자외선 조사장치{Ultraviolet irradiation device}

본 발명은, 반도체 다층막 소자에 전자선을 조사함으로써 자외선이 방사되는 자외선 조사장치에 관한 것이다.

최근, 소형의 자외선 광원의 용도는 계속 확대되고 있어, 예를 들면 UV 경화형 잉크젯 프린터로의 적용 등의 새로운 기술도 개발되고 있다.

소형의 자외선 광원으로서는, 예를 들면, 질화갈륨(GaN)계 화합물 반도체를 사용한 자외선 발광다이오드(LED)가 알려져 있다. 이러한 자외선 LED에 있어서는, 활성층을 구성하는 알루미늄(Al)을 포함하는 GaN계 화합물 반도체에 있어서의 Al의 조성비를 변화시킴으로써, 예를 들면 380 ㎚ 이하의 자외선 영역에 있어서의 발광파장을 조정할 수 있다.

그러나, 이러한 자외선 LED는, 반도체 결정 중의 결함에 의한 비복사 전이나, 예를 들면 Mg 등의 p형 불순물의 활성화 에너지가 높기 때문에 저캐리어 농도가 될 수 밖에 없는 p형 반도체층이 필요해지는 구성상, 활성층에 있어서의 캐리어의 오버 플로우나 저항 손실이 생김으로써, 외부 양자 효율이 낮아지기 때문에, 자외선 광원으로서 실용상 문제가 있다.

또한, 반도체 소자를 이용한 자외선 광원으로서는, 전자선 방사원으로부터 반도체 다층막 소자에 전자선을 방사함으로써, 당해 반도체 다층막 소자를 발광시키는 것이 알려져 있다(특허문헌 1 참조).

이러한 자외선 광원에 의하면, LED에 있어서 필수 요소인 p형 반도체층을 형성하는 것이 불필요하기 때문에, 그 품질의 영향을 받는 일이 없어, 안정한 자외선을 방사하는 것이 가능한 자외선 광원을 얻을 수 있다.

그러나, 상기의 자외선 광원에 있어서는, 이하와 같은 문제가 있다.

반도체 다층막 소자를 높은 효율로 발광시키기 위해서는, 예를 들면 수 십 ㎸ 이상의 가속전압에 의해 가속된 전자선을 반도체 다층막 소자에 조사하는 것이 필요하고, 이것에 의해, 반도체 다층막 소자로부터 X선이 발생하기 쉽다. 그 때문에, 자외선 광원으로서는, X선을 차폐하는 구조가 필요해지기 때문에, 소형의 자외선 광원을 얻는 것이 곤란하다.

일본국 특허 제3667188호 공보

본 발명은, 이상과 같은 사정을 토대로 이루어진 것으로서, 그 목적은, 소형이고, 또한, 높은 효율로 자외선을 방사할 수 있는 자외선 조사장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 자외선 조사장치는, 내부가 부압의 상태로 밀폐된, 자외선 투과창을 갖는 용기 내에, 반도체 다층막 소자 및 이 반도체 다층막 소자에 전자선을 조사하는 전자선 방사원을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 자외선 조사장치에 있어서는, 상기 반도체 다층막 소자는, In_xAl_yGa_l-x-yN(0≤x<1，0<y≤1，x＋y≤1)으로 되는 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물 구조를 갖는 활성층을 구비하고,

상기 전자선 방사원으로부터의 전자선이 상기 반도체 다층막 소자에 있어서의 활성층에 조사됨으로써, 자외선이 당해 반도체 다층막 소자로부터 상기 자외선 투과창을 매개로 외부로 방사되는 것인 것이 바람직하다.

또한, 상기 전자선의 가속전압을 V(㎸)로 하고, 상기 활성층의 두께를 t(㎚)로 했을 때, 하기 식 (1)을 만족하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 전자선의 가속전압이 20 ㎸ 이하인 것이 바람직하다.

본 발명의 자외선 조사장치에 의하면, 반도체 다층막 소자에 있어서의 활성층의 두께가, 전자선의 가속전압과의 관계에서 특정 범위에 있기 때문에, 자외선을 높은 효율로 방사할 수 있고, 또한, 전자선의 가속전압이 낮더라도, 높은 효율이 얻어지기 때문에, 장치의 소형화를 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명의 자외선 조사장치의 일례에 있어서의 구성의 개략을 나타내는 설명용 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 자외선 조사장치에 있어서의 반도체 다층막 소자의 구성을 나타내는 설명용 단면도이다.
도 3은 반도체 다층막 소자에 있어서의 활성층의 구성을 나타내는 설명용 단면도이다.
도 4는 자외선 조사장치 C의 전자선의 가속전압과 발광효율의 관계를 나타내는 발광효율 곡선도이다.
도 5는 자외선 조사장치 A~자외선 조사장치 E의 전자선의 가속전압과 발광효율의 관계를 나타내는 발광효율 곡선도이다.
도 6은 도 5에 나타내는 곡선 a~곡선 e에 있어서의 점 P₁ 및 점 P₂의 전자선의 가속전압과, 활성층의 두께의 관계를 나타내는 곡선도이다.
도 7은 자외선 조사장치 C, 자외선 조사장치 F 및 자외선 조사장치 G의 전자선의 가속전압과 발광효율의 관계를 나타내는 발광효율 곡선도이다.
도 8은 본 발명의 자외선 조사장치의 다른 예에 있어서의 구성의 개략을 나타내는 설명도로서, (A)는 단면도, (B)는 전자선 방사원측으로부터 본 평면도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 자외선 조사장치의 일례에 있어서의 구성의 개략을 나타내는 설명용 단면도, 도 2는 도 1에 나타내는 자외선 조사장치에 있어서의 반도체 다층막 소자의 구성을 나타내는 설명용 단면도이다.

이 자외선 조사장치(10)는, 내부가 부압의 상태로 밀폐된 외형이 직육면체형상인 용기(이하, 「진공용기」라고 한다.)(11)를 가지며, 이 진공용기(11)는, 일면(도 1에 있어서 하면)에 개구를 갖는 용기 하우징(12)과, 이 용기 하우징(12)의 개구에 배치되어 당해 용기 하우징(12)에 밀봉된, 자외선을 내부에서 외부로 투과하는 자외선 투과창(13)에 의해 구성되어 있다.

진공용기(11) 내에는, 자외선 투과창(13)의 내면 상에 반도체 다층막 소자(20)가 배설(配設)되는 동시에, 반도체 다층막 소자(20)에 대향한 위치에는, 당해 반도체 다층막 소자(20)에 전자선을 조사하는 전자선 방사원(15)이 배설되어 있고, 전자선 방사원(15) 및 반도체 다층막 소자(20)는, 진공용기(11)의 내부에서 외부로 인출된 도전선(도시 생략)을 매개로, 진공용기(11)의 외부에 설치된, 가속전압을 인가하기 위한 전자 가속수단(도시 생략)에 전기적으로 접속되어 있다.

진공용기(11)에 있어서의 용기 하우징(12)을 구성하는 재료로서는, 석영유리 등의 유리 등을 사용할 수 있다.

또한, 진공용기(11)에 있어서의 자외선 투과창(13)을 구성하는 재료로서는, 석영유리 등을 사용할 수 있다.

진공용기(11)의 내부의 압력은, 예를 들면 10^-4~10^-6 ㎩이다.

전자선 방사원(15)으로서는, 예를 들면 원뿔형상의 몰리브덴 팁의 주위에 전자 인출용 게이트 전극이 근접하여 배치된 구조의 스핀트형 에미터 등을 사용할 수 있다.

반도체 다층막 소자(20)는, 예를 들면 사파이어로 되는 기판(21)과, 이 기판(21)의 일면 상에 형성된 예를 들면 AlN으로 되는 버퍼층(22)과, 이 버퍼층(22)의 일면 상에 형성된, 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물 구조를 갖는 활성층(25)에 의해 구성되어 있다.

이 예에 있어서의 반도체 다층막 소자(20)는, 활성층(25)이 전자선 방사원(15)에 대향한 상태에서, 기판(21)이 자외선 투과창(13)의 내면에 예를 들면 UV 경화성 수지에 의해 접착 고정되어 배치되어 있고, 따라서, 전자선 방사원(15)으로부터의 전자선이, 활성층(25)측으로부터 조사되는 구성으로 되어 있다.

기판(21)의 두께는, 예를 들면 10~1,000 ㎛이고, 버퍼층(22)의 두께는, 예를 들면 100~1,000 ㎚이다.

또한, 전자선 방사원(15)과 반도체 다층막 소자(20)에 있어서의 활성층(25)의 이간 거리는, 예를 들면 5~120 ㎜이다.

도 3은, 활성층의 일례에 있어서의 구성을 나타내는 설명용 단면도이다. 이 활성층(25)은, 각각 In_xAl_yGa_{l -x-y}N(0≤x<1，0<y≤1，x＋y≤1)으로 되는 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물 구조로, 단일 또는 복수의 양자우물층(26)과 단일 또는 복수의 장벽층(27)이, 버퍼층(22) 상에 이 순으로 번갈아 적층되어 구성되어 있다.

양자우물층(26)의 각각의 두께는, 예를 들면 0.5~50 ㎚이다. 또한, 장벽층(27)은 그의 금제대(forbidden band) 폭이 양자우물층(26)의 그것보다도 커지도록 조성이 선택되고, 일례로서는, AlN을 사용하면 되고, 각각의 두께는 양자우물층(26)의 우물 폭보다 크게 설정되어, 구체적으로는, 예를 들면 1~100 ㎚이다.

활성층(25)을 구성하는 양자우물층(26)의 주기는, 양자우물층(26), 장벽층(27) 및 활성층(25) 전체의 두께나, 사용되는 전자선의 가속전압 등을 고려하여 적절히 설정되지만, 통상, 1~100이다.

상기의 반도체 다층막 소자(20)는, 예를 들면 MOCVD법(유기 금속 기상 성장법)에 의해 형성할 수 있다. 구체적으로는, 수소 및 질소로 되는 캐리어 가스와, 트리메틸알루미늄 및 암모니아로 되는 원료 가스를 사용하여, 사파이어로 되는 기판(21)의 (0001)면 상에 기상 성장시킴으로써, 소요 두께를 갖는 AlN으로 되는 버퍼층(22)을 형성한 후, 수소 가스 및 질소 가스로 되는 캐리어 가스와, 트리메틸알루미늄, 트리메틸갈륨, 트리메틸인듐 및 암모니아로 되는 원료 가스를 사용하여, 버퍼층(22) 상에 기상 성장시킴으로써, 소요 두께를 갖는 In_xAl_yGa_{l -x-y}N(0≤x<1，0<y≤1，x＋y≤1)으로 되는 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물 구조를 갖는 활성층(25)을 형성하여, 그로 인해, 반도체 다층막 소자(20)를 형성할 수 있다.

상기의 버퍼층(22), 양자우물층(26) 및 장벽층(27)의 각 형성공정에 있어서, 처리온도, 처리압력 및 각 층의 성장속도 등의 조건은, 형성 대상 버퍼층(22), 양자우물층(26) 및 장벽층(27)의 조성이나 두께 등에 따라서 적절히 설정할 수 있다.

또한, 반도체 다층막의 형성방법은, MOCVD법에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 MBE법(분자선 에피택시법) 등도 사용할 수 있다.

이러한 자외선 조사장치(10)에 있어서는, 전자선 방사원(15)으로부터 방출된 전자는, 전자선 방사원(15)과 반도체 다층막 소자(20) 사이에 인가된 가속전압에 의해 가속되면서, 전자선으로서 반도체 다층막 소자(20)에 있어서의 활성층(25)에 조사되고, 이것에 의해, 자외선이 반도체 다층막 소자(20)로부터 자외선 투과창(13)을 매개로 외부로 방사된다.

그리고, 본 발명의 자외선 조사장치(10)에 있어서는, 전자선 방사원(15)으로부터 방사되는 전자선의 가속전압을 V(㎸)로 하고, 활성층(25)의 두께를 t(㎚)로 했을 때, 하기 식 (1)을 만족하는 것이다.

전자선의 가속전압과 활성층(25)의 두께의 관계에 있어서, 활성층(25)의 두께가 지나치게 작은(가속전압이 지나치게 큰) 경우에는, 전자선의 일부가 활성층(25)을 통과해버리기 때문에, 활성층(25)에 있어서 전자 정공쌍의 생성에 기여하지 않는 전자가 증대하여, 그 결과, 높은 효율로 자외선을 조사하는 것이 곤란해진다. 한편, 활성층(25)의 두께가 지나치게 큰(가속전압이 지나치게 작은) 경우에는, 활성층(25)에 있어서의 전자선이 조사되는 표면측의 층부분에 있어서, 전자선의 에너지가 손실되기 때문에, 활성층(25)에 있어서의 이면측의 층부분에 있어서 전자 정공쌍이 생성되지 않아, 그 결과, 높은 효율로 자외선을 조사하는 것이 곤란해진다.

또한, 전자선의 가속전압은, 20 ㎸ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5~13 ㎸이다. 전자선의 가속전압이 20 ㎸를 초과하는 경우에는, 반도체 다층막 소자(20)로부터 X선이 발생하기 쉽기 때문에, X선을 차폐하는 구조가 필요해지고, 따라서, 장치의 소형화를 도모하는 것이 곤란해지며, 또한, 전자선의 에너지에 의해, 반도체 다층막 소자(20)의 열손상이 생기기 때문에, 바람직하지 못하다.

상기 식 (1)은, 실험에 의해 도출된 것이다. 이하, 상기 식 (1)을 도출하기 위해서 행했던 실험예에 대해서 설명한다.

<실험예 1>

[버퍼층의 형성]

CVD장치의 처리로 내에, 사파이어로 되는 기판(21)을 배치하고, 노내 압력을 10 ㎪, 노내 온도를 1,080℃로 설정하여, 처리로 내에 캐리어 가스로서 질소 가스 및 수소 가스를 흘리면서, 원료 가스로서 트리메틸알루미늄 및 암모니아를 처리로 내에 공급하고, 기판(21)의 (0001)면에 기상 성장시킴으로써, 두께가 600 ㎚인 AlN 단결정으로 되는 버퍼층(22)을 형성하였다.

[활성층의 형성]

이어서, 노내 압력을 10 ㎪, 노내 온도를 1,080℃로 설정하고, 캐리어 가스로서 질소 가스 및 수소 가스를 흘리면서, 원료 가스로서 트리메틸알루미늄, 트리메틸갈륨 및 암모니아를 처리로 내에 공급하여, 두께가 1 ㎚인 Al_0.69Ga_0.21N으로 되는 양자우물층(26)을 형성하고, 그 후, 원료 가스로서 트리메틸알루미늄 및 암모니아를 처리로 내에 공급하여, 두께가 15 ㎚인 AlN으로 되는 장벽층(27)을 형성하였다. 이러한 양자우물층(26) 및 장벽층(27)을 형성하는 조작을 합계 8회 반복함으로써, 두께가 128 ㎚(8주기의 양자우물 구조)인 활성층(25)을 형성하고, 그로 인해, 반도체 다층막 소자(20)를 형성하였다.

[자외선 조사장치의 제조]

몰리브덴 팁을 갖는 스핀트형 에미터로 되는 전자선 방사원(15)을, 외형의 치수가 40 ㎜×25 ㎜×25 ㎜이고, 일면에 7 ㎜×5 ㎜의 개구를 갖는, 두께가 4 ㎜인 유리로 되는 용기 하우징(12)의 바닥면에 배치하였다. 한편, 반도체 다층막 소자(20)를, 치수가 7 ㎜×5 ㎜×4 ㎜인 판형상의 석영유리로 되는 자외선 투과창(13)의 일면에, 당해 반도체 다층막 소자(20)의 기판(21)이 당해 자외선 투과창(13)에 접하도록 배치하고, UV 경화 수지에 의해 접착 고정하였다. 그리고, 자외선 투과창(13)을, 반도체 다층막 소자(20)가 전자선 방사원(15)에 대향하도록, 용기 하우징(12)의 개구에 배치하고, 내부의 압력이 1×10^-6 ㎩가 되도록 배기하는 동시에, 용기 하우징(12)에 자외선 투과창(13)을 밀봉함으로써, 진공용기(11)를 구성하고, 그로 인해, 자외선 조사장치를 제조하였다.

여기서, 전자선 방사원(15)과 반도체 다층막 소자(20)에 있어서의 활성층(25)의 이간 거리는 30 ㎜이다.

또한, 활성층의 형성공정에 있어서, 양자우물층(26) 및 장벽층(27)을 형성하는 조작을, 각각 1회, 6회, 10회 및 15회 행한 것 이외는, 상기와 동일하게 하여, 각각 두께가 16 ㎚(양자우물층의 주기가 1), 96 ㎚(양자우물층의 주기가 6), 160 ㎚(양자우물층의 주기가 10), 및 240 ㎚(양자우물층의 주기가 15)인 활성층(25)을 갖는 반도체 다층막 소자(20)를 구비한 자외선 조사장치를 제조하였다.

이하, 활성층(25)의 두께가 16 ㎚인 자외선 조사장치를 「자외선 조사장치 A」, 활성층(25)의 두께가 96 ㎚인 자외선 조사장치를 「자외선 조사장치 B」, 활성층(25)의 두께가 128 ㎚인 자외선 조사장치를 「자외선 조사장치 C」, 활성층(25)의 두께가 160 ㎚인 자외선 조사장치를 「자외선 조사장치 D」, 활성층(25)의 두께가 240 ㎚인 자외선 조사장치를 「자외선 조사장치 E」로 한다.

그리고, 자외선 조사장치 A~자외선 조사장치 E를 작동시킨 바, 모두 240 ㎚의 피크 파장을 갖는 자외선을 조사하는 것인 것이 확인되었다.

[시험]

자외선 조사장치 A~자외선 조사장치 E에 대해서, 전자선의 가속전압을 0~20 ㎸의 범위에서 단계적으로 변경하여 작동시켜, 방사되는 자외선의 출력을 자외선 영역의 빛에 감도를 갖는 포토다이오드에 의해 측정하여, 발광효율을 구하였다. 여기서, 본 발명에 있어서의 발광효율은, 반도체 다층막 소자에 입사된 전자선 파워에 대한, 포토다이오드로 측정한 출사광 파워의 비율에 의해 구해지는 것이다.

도 4는, 자외선 조사장치 C의 전자선의 가속전압과 발광효율의 관계를 나타내는 발광효율 곡선도이다. 이 도 4에 있어서, 가로축은 전자선의 가속전압(㎸), 세로축은 발광효율(%)을 나타낸다. 이 도 4의 결과로부터, 이하의 사실이 이해된다.

자외선 조사장치 C에 있어서는, 전자선의 가속전압이 0 ㎸부터 약 5 ㎸가 될 때까지의 사이에서는, 전자선의 가속전압이 상승함에 따라서 발광효율이 완만하게 증가하고, 전자선의 가속전압이 약 5 ㎸부터 약 8 ㎸가 될 때까지의 사이에서는, 전자선의 가속전압이 상승함에 따라서 발광효율이 급격하게 증가하는, 즉 발광효율의 증가율이 높아진다. 그리고, 전자선의 가속전압이 약 8 ㎸에 있어서 발광효율이 피크에 도달하고, 전자선의 가속전압이 약 8 ㎸부터 약 10 ㎸가 될 때까지의 사이에서는, 전자선의 가속전압이 상승함에 따라서 발광효율이 감소하며, 전자선의 가속전압이 약 10 ㎸ 이상에서는, 전자선의 가속전압이 상승함에 따라서 발광효율이 완만하게 감소하는, 즉 발광효율의 저하율이, 약 8 ㎸부터 약 10 ㎸에 비하면 낮아진다.

이와 같이, 자외선 조사장치 C의 발광효율 곡선에는, 전자선의 가속전압을 상승시켰을 때에, 발광효율의 상승률이 높아지는 점 P₁ 및 발광효율의 저하율이 낮아지는 점 P₂가 존재한다.

도 5는, 자외선 조사장치 A~자외선 조사장치 E의 전자선의 가속전압과 발광효율의 관계를 나타내는 발광효율 곡선도이다. 이 도 5에 있어서, 가로축은 전자선의 가속전압(㎸), 세로축은 발광효율의 피크값을 1로 하는 발광효율의 상대값을 나타내고, 곡선 a는 자외선 조사장치 A의 발광효율 곡선, 곡선 b는 자외선 조사장치 B의 발광효율 곡선, 곡선 c는 자외선 조사장치 C의 발광효율 곡선, 곡선 d는 자외선 조사장치 D의 발광효율 곡선, 곡선 e는 자외선 조사장치 E의 발광효율 곡선이다.

도 5의 결과로부터, 자외선 조사장치 A~자외선 조사장치 E 중 어느 것에 있어서도, 각각의 발광효율 곡선을 나타내는 곡선 a~곡선 e에는, 전자선의 가속전압을 상승시켰을 때에, 발광효율의 상승률이 높아지는 점 P₁ 및 발광효율의 저하율이 낮아지는 점 P₂가 존재하는 것이 이해된다. 즉, 전자선의 가속전압이 상승함에 따라서 발광효율이 완만하게 증가하고, 점 P₁을 초과하면, 가속전압이 상승함에 따라서 발광효율이 급격하게 증가하여 피크에 도달하고, 피크를 초과하면, 전자선의 가속전압이 상승함에 따라서 발광효율이 감소하며, 점 P₂를 초과하면, 전자선의 가속전압이 상승함에 따라서 발광효율이 완만하게 감소한다. 또한, 곡선 a~곡선 e의 각각에 있어서, 점 P₁은 접선의 기울기가 0.15(㎸^-1)가 되는 점이고, 점 P₂는 접선의 기울기가 －0.1(㎸^-1)이 되는 점이다.

그리고, 곡선 a~곡선 e에 있어서 각 점 P₁의 가속전압의 값부터 각 점 P₂의 가속전압의 값까지가, 당해 자외선 조사장치에 있어서 높은 효율로 자외선을 방사할 수 있는 가속전압의 범위라고 생각된다.

도 6은, 도 5에 나타내는 곡선 a~곡선 e에 있어서의 점 P₁ 및 점 P₂의 전자선의 가속전압과, 활성층의 두께의 관계를 나타내는 곡선도이다. 도 6에 있어서, 가로축은 전자선의 가속전압(㎸), 세로축은 활성층의 두께(㎚)를 나타내고, 곡선 p1은 점 P₁의 플롯점을 통과하는 근사 곡선, 곡선 p2는 점 P₂의 플롯점을 통과하는 근사 곡선이다.　그리고, 전자선의 가속전압을 V로 하고, 활성층의 두께를 t로 하여, 곡선 p1의 함수 t＝F₁(V)을 해석한 바, t＝10.6×V^{1 .54}이고, 한편, 곡선 p2의 함수 t＝F₂(V)를 해석한 바, t＝4.18×V^{1 .50}으로, 따라서, t(활성층의 두께)가, 4.18×V^{1 .50} 이상이고, 또한, 10.6×V^{1 .54} 이하, 즉 4.18×V^1.50≤t≤10.6×V^{1 .54}를 만족하면, 높은 효율로 자외선을 방사할 수 있는 것이 이해된다.

이와 같이하여 실험적으로 상기 식 (1)이 도출된다.

<실험예 2>

실험예 1의 활성층의 형성공정에 있어서, 노내 온도, 트리메틸알루미늄의 유량 및 트리메틸갈륨의 유량을 변경함으로써, 두께가 1 ㎚인 Al_{0 .10}Ga_{0 .90}N으로 되는 양자우물층(26)을 형성하고, 두께가 128 ㎚(양자우물층의 주기가 8)인 활성층(25)을 형성한 것 이외는, 자외선 조사장치 C와 동일한 구성의 자외선 조사장치를 제조하였다. 이하, 이 자외선 조사장치를 「자외선 조사장치 F」로 한다.

또한, 실험예 1의 활성층의 형성공정에 있어서, 노내 온도, 트리메틸알루미늄의 유량 및 트리메틸갈륨의 유량을 변경함으로써, 두께가 1 ㎚인 Al_0.90Ga_0.10N으로 되는 양자우물층(26)을 형성하고, 두께가 128 ㎚(양자우물층의 주기가 8)인 활성층(25)을 형성한 것 이외는, 자외선 조사장치 C와 동일한 구성의 자외선 조사장치를 제조하였다. 이하, 이 자외선 조사장치를 「자외선 조사장치 G」로 한다.

자외선 조사장치 F를 작동시킨 바, 370 ㎚의 피크 파장을 갖는 자외선을 조사하는 것인 것이 확인되고, 자외선 조사장치 G를 작동시킨 바, 215 ㎚의 피크 파장을 갖는 자외선을 조사하는 것인 것이 확인되었다.

자외선 조사장치 F 및 자외선 조사장치 G에 대해서, 전자선의 가속전압을 0~20 ㎸의 범위에서 단계적으로 변경하여 작동시켜, 방사되는 자외선의 출력을 자외선 영역의 빛에 감도를 갖는 포토다이오드에 의해 측정하여, 발광효율을 구하였다.

도 7은, 자외선 조사장치 C, 자외선 조사장치 F 및 자외선 조사장치 G의 전자선의 가속전압과 발광효율의 관계를 나타내는 발광효율 곡선도이다. 이 도 7에 있어서, 가로축은 전자선의 가속전압(㎸), 세로축은, 전자선의 가속전압이 8 ㎸일 때의 발광효율의 값을 1로 하는 발광효율의 상대값을 나타내고, 곡선 c는 자외선 조사장치 C의 발광효율 곡선, 곡선 f는 자외선 조사장치 F의 발광효율 곡선, 곡선 g는 자외선 조사장치 G의 발광효율 곡선이다.

도 7의 결과로부터, 자외선 조사장치 C와는 양자우물층(26)의 조성이 상이한 자외선 조사장치 F 및 자외선 조사장치 G 중 어느 것에 있어서도, 자외선 조사장치 C와 동일한 발광효율 곡선이 얻어지는 것이 이해되고, 따라서, 양자우물층(26)의 조성에 상관없이, 상기 식 (1)을 만족함으로써, 높은 발광효율이 얻어지는 것이 이해된다.

이상과 같이, 본 발명의 자외선 조사장치에 의하면, 반도체 다층막 소자(20)에 있어서의 활성층(25)의 두께가, 전자선의 가속전압과의 관계에서 특정 범위에 있기 때문에, 자외선을 높은 효율로 방사할 수 있고, 또한, 전자선의 가속전압이 낮더라도, 높은 효율이 얻어지기 때문에, 장치의 소형화를 도모할 수 있다.

본 발명의 자외선 조사장치에 있어서는, 진공용기 내에, 복수의 반도체 다층막 소자가 배설되어 있어도 되고, 이러한 구성에 있어서는, 복수의 반도체 다층막 소자가 서로 발광 파장이 상이한 것이어도 된다.

예를 들면, 도 1에 나타내는 구성의 자외선 조사장치에 있어서, 발광 파장이 250 ㎚인 반도체 다층막 소자 및 발광 파장이 310 ㎚인 반도체 다층막 소자 2개의 반도체 다층막 소자를 늘어서도록 배치하고, 각 반도체 다층막 소자의 활성층에 공통의 전자선 방사원으로부터 전자선이 조사됨으로써, 파장이 250 ㎚ 및 파장이 310 ㎚인 2개의 피크 파장을 갖는 자외선을 조사하는 자외선 조사장치가 얻어진다.

또한, 도 8(A) 및 (B)에 나타내는 바와 같이, 발광 파장이 서로 상이한 예를 들면 24개의 반도체 다층막 소자(20)를 가로 세로로 늘어서도록 배치하고, 모든 반도체 다층막 소자(20)에 공통의 전자선 방사원(15)으로부터 전자선이 조사됨으로써, 복수의 피크 파장(λ1, λ2, λ3, …)을 갖는 자외선을 조사하는 자외선 조사장치(10)가 얻어진다.

10　자외선 조사장치
11　진공용기
12　용기 하우징
13　자외선 투과창
15　전자선 방사원
20　반도체 다층막 소자
21　기판
22　버퍼층
25　활성층
26　양자우물층
27　장벽층

Claims (4)

1. 내부가 부압의 상태로 밀폐된, 자외선 투과창을 갖는 용기 내에, 반도체 다층막 소자 및 이 반도체 다층막 소자에 전자선을 조사하는 전자선 방사원을 구비하며,
   상기 반도체 다층막 소자는, In_xAl_yGa_l-x-yN(0≤x<1，0<y≤1，x＋y≤1)으로 되는 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물 구조를 갖는 활성층을 구비하고,
   상기 전자선 방사원으로부터의 전자선이 상기 반도체 다층막 소자에 있어서의 활성층에 조사됨으로써, 자외선이 당해 반도체 다층막 소자로부터 상기 자외선 투과창을 매개로 외부에 방사되며,
   상기 전자선의 가속전압을 V(㎸)로 하고, 상기 활성층의 두께를 t(㎚)로 했을 때, 하기 식 (1)을 만족하는 것을 특징으로 하는 자외선 조사장치.
   

   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 전자선의 가속전압이 20 ㎸ 이하인 것을 특징으로 하는 자외선 조사장치.

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