TW202246463A - 發光元件，光檢測模組，發光元件的製造方法，及掃描型電子顯微鏡 - Google Patents

發光元件，光檢測模組，發光元件的製造方法，及掃描型電子顯微鏡 Download PDF

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Abstract

提供一種能夠減低串擾，且可擴展用途之發光元件，光檢測模組，發光元件的製造方法，及運用其之掃描型電子顯微鏡。發光元件(1)，具備：對於螢光具有透明性之光纖板基板(2)；及由具有量子井結構的氮化物半導體層所成之發光層(3)。此發光元件(1)中，光纖板基板(2)與發光層(3)被直接接合。

Description

發光元件，光檢測模組，發光元件的製造方法，及掃描型電子顯微鏡
本揭示有關發光元件，光檢測模組，發光元件的製造方法，及掃描型電子顯微鏡。
就習知之發光元件而言，例如有專利文獻1記載之發光體。此習知之發光體，為將入射的電子變換成螢光之發光體。發光體，具備：對於螢光透明之基板；與氮化物半導體層，形成於基板的一方面，具有藉由電子的入射而產生螢光之量子井結構及緩衝層。在氮化物半導體層上，設有藉由帶隙能量比該氮化物半導體層的構成材料還大的材料而構成之覆蓋(cap)層。 先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本特許第4365255號公報
發明所欲解決之問題
習知之發光元件中，當將氮化物半導體層藉由結晶成長而構成的情形下，主要會運用藍寶石基板或GaN基板(例如參照上述專利文獻1)。該些基板為單晶。因此，來自發光層的光的一部分入射至基板及緩衝層之後到被取出至大氣或真空中為止的期間，該光的一部分會以基板及緩衝層作為導波路而擴散，而有擴散的成分可能成為串擾的因素這樣的待解問題。
此外，習知之發光元件中，當藉由與多通道的光檢測器或影像感測器之組合來建構多通道的光檢測模組或成像單元時，必須做透鏡耦合。因此，會有檢測模組或成像單元的小型化困難，容易受到用途的限制這樣的待解問題。此外，透鏡耦合中，一直以來要求改善將來自發光層的光傳遞至光檢測模組或成像單元之效率。
本揭示為了解決上述待解問題而創作，目的在於提供一種能夠減低串擾，且可擴展用途之發光元件，光檢測模組，發光元件的製造方法，及運用其之掃描型電子顯微鏡。 解決問題之技術手段
本揭示的一面向之發光元件，具備：對於螢光具有透明性之光纖板基板；及由具有量子井結構的氮化物半導體層所成之發光層；光纖板基板與發光層被直接接合。
此發光元件中，光纖板基板與發光層被直接接合。此發光元件中，不同於在藍寶石基板上隔著緩衝層設置發光層之習知的構成，能夠避免入射至發光元件的光的一部分以藍寶石基板及緩衝層作為導波路而擴散，因此可謀求串擾的減低。藉由運用光纖板基板來取代藍寶石基板，可提高在發光層產生的螢光的收集效率。此外，能夠避免當建構光檢測模組時必須做透鏡耦合，而可擴展用途。
亦可以是，光纖板基板與發光層，藉由熱壓接而被接合。藉此，能夠不使用接著劑而將光纖板基板與發光層良好地直接接合。
亦可以是，光纖板基板與發光層，藉由常溫接合而被接合。藉此，能夠不使用接著劑而將光纖板基板與發光層良好地直接接合。此外，若為常溫接合，也會抑制熱所造成的應力在光纖板基板產生。
亦可以是，發光層的構成元素，擴散至光纖板基板內。在此情形下，藉由發光層的構成元素往光纖板基板內之擴散，能夠充分提高光纖板基板與發光層之接合強度。
亦可以是，發光層，具有GaN層與InGaN層被交互層積而成之層積構造。在此情形下，發光層中，於發光層能夠效率良好地使螢光產生。此外，層積構造係被直接接合於光纖板基板，因此能夠將產生的螢光效率良好地取出至光纖板基板側。
亦可以是，發光層中，在和光纖板基板與發光層之接合面相反側的面設有金屬層。藉此，能夠防止電子等入射至發光層時的帶電。此外，藉由光在金屬層的反射，能夠將產生的螢光效率良好地取出至光纖板基板側。
亦可以是，於光纖板基板與發光層之接合面，在光纖板基板及發光層的至少一方設有中間層，其對於螢光之折射率成為光纖板基板與發光層之間的折射率。在此情形下，藉由在中間層的折射率的調整，於光纖板基板與發光層之接合面，能夠使中間層作用成為反射防止膜等的機能性的層。
亦可以是，中間層，藉由SiN層、Ta 3O 5層、HfO 2層或它們的組合而構成。藉此，能夠使中間層作用成為反射防止膜。此外，亦容易設計含有其他的高折射率材料之多層膜設計。
本揭示的一面向之光檢測模組，具備上述發光元件、及相對於發光元件配置於光纖板基板側之光檢測器。
構成此光檢測模組的發光元件中，光纖板基板與發光層被直接接合。因此，不同於在藍寶石基板上隔著緩衝層設置發光層之習知的構成，能夠避免入射至發光元件的光的一部分以藍寶石基板及緩衝層作為導波路而擴散，因此可謀求串擾的減低。藉由運用光纖板基板來取代藍寶石基板，可提高在發光層產生的螢光的收集效率。此外，能夠避免當建構光檢測模組時必須做透鏡耦合，而可擴展用途。
亦可以是，光檢測器，藉由固態檢測元件或電子管元件而構成。藉此，能夠使光檢測模組應對多樣的用途。
本揭示的一面向之發光元件的製造方法，具備：發光層形成工程，令緩衝層、與由具有量子井結構的氮化物半導體層所成之發光層在輔助基板上結晶成長；及接合工程，將對於螢光具有透明性之光纖板基板與輔助基板上的發光層直接接合而形成接合體；及除去工程，從接合體除去輔助基板及緩衝層。
按照此發光元件的製造方法，能夠簡便地得到光纖板基板與發光層被直接接合而成之發光元件。得到的發光元件中，不同於在藍寶石基板上隔著緩衝層設置發光層之習知的構成，能夠避免入射至發光元件的光的一部分以藍寶石基板及緩衝層作為導波路而擴散，因此可謀求串擾的減低。藉由運用光纖板基板來取代藍寶石基板，可提高在發光層產生的螢光的收集效率。此外，能夠避免當建構光檢測模組時必須做透鏡耦合，而可擴展用途。
亦可以是，發光層具有GaN層與InGaN層被交互層積而成之層積構造，緩衝層藉由GaN層而構成。藉此，能夠在輔助基板上使發光層良好地結晶成長。得到的發光元件中，於發光層能夠效率良好地使螢光產生。此外，層積構造係被直接接合於光纖板基板，因此能夠將產生的螢光效率良好地取出至光纖板基板側。
亦可以是，於除去工程之後具備：金屬層形成工程，在發光層當中的和光纖板基板與發光層之接合面相反側的面形成金屬層。藉此，於得到的發光元件中，能夠防止電子等入射至發光層時的帶電。此外，藉由光在金屬層的反射，能夠將產生的螢光效率良好地取出至光纖板基板側。
亦可以是，於發光層形成工程與接合工程之間具備：中間層形成工程，在光纖板基板及發光層的至少一方形成中間層，其對於螢光之折射率成為光纖板基板與發光層之間的折射率。在此情形下，藉由在中間層的折射率的調整，於光纖板基板與發光層之接合面，能夠使中間層作用成為反射防止膜等的機能性的層。
亦可以是，中間層，藉由SiN層、Ta 3O 5層、HfO 2層或它們的組合而構成。藉此，能夠使中間層作用成為反射防止膜。此外，亦容易設計含有其他的高折射率材料之多層膜設計。
本揭示的一面向之掃描型電子顯微鏡，具備：電子線源，朝向試料射出一次電子線；及上述發光元件，藉由因一次電子線的照射而在試料產生的二次電子線之入射而使螢光產生；及檢測光學系統，檢測在發光元件產生的螢光。
構成此掃描型電子顯微鏡的發光元件中，光纖板基板與發光層被直接接合。因此，不同於在藍寶石基板上隔著緩衝層設置發光層之習知的構成，能夠避免入射至發光元件的光的一部分以藍寶石基板及緩衝層作為導波路而擴散，因此可謀求串擾的減低。藉由運用光纖板基板來取代藍寶石基板，可提高在發光層產生的螢光的收集效率。 發明之功效
按照本揭示，能夠減低串擾，且可擴展用途。
以下參照圖面，詳細說明本揭示的一面向之發光元件，光檢測模組，發光元件的製造方法，及掃描型電子顯微鏡的良好的實施形態。 [發光元件的構成例]
圖1為發光元件的一實施形態示意模型截面圖。發光元件1，為藉由電子等的入射而使螢光產生之元件。如圖1所示，發光元件1構成為具備光纖板(Fiber Optic Plate)基板2、發光層3、金屬層4。
光纖板基板2，為具有將從入射面2a入射的光傳遞至射出面2b的機能之基板。光纖板基板2，對於在發光層3產生的光(螢光)具有透明性。光纖板基板2，例如構成為包含複數個纖核玻璃、及被覆該纖核玻璃之纖殼玻璃、及配置於複數個纖核玻璃間之吸光體玻璃。纖核玻璃和纖殼玻璃一體化。纖核玻璃呈纖維狀，從光纖板基板2的入射面2a延伸直到射出面2b。纖核玻璃的直徑例如為0.001~0.05mm程度。纖核玻璃的截面形狀例如為圓形狀。
纖核玻璃，可含有形成玻璃的網目之網目形成氧化物、與網目形成氧化物熔融而對玻璃的性質造成影響之網目修飾氧化物、具有網目形成氧化物及網目修飾氧化物的中間的性質之中間氧化物。作為網目形成氧化物，可舉出B 2O 3、SiO 2、ZrO 2等。作為網目修飾氧化物，可舉出WO 3、Gd 2O 3、La 2O 3、Nb 2O 5等。作為中間氧化物，可舉出TiO 2、ZrO 2、ZnO等。
纖殼玻璃，配置成使纖核玻璃埋沒，其被覆纖核玻璃的各者的外周部。纖殼玻璃，從光纖板基板2的入射面2a延伸直到射出面2b。纖殼玻璃，如同纖核玻璃般，可含有形成玻璃的網目之網目形成氧化物、與網目形成氧化物熔融而對玻璃的性質造成影響之網目修飾氧化物、具有網目形成氧化物及網目修飾氧化物的中間的性質之中間氧化物。纖殼玻璃的折射率，比纖核玻璃的折射率還小。
吸光體玻璃呈比纖核玻璃還細的纖維狀，從光纖板基板2的入射面2a延伸直到射出面2b。吸光體玻璃具有吸收從纖核玻璃及纖殼玻璃洩漏的光(迷光)之性質。吸光體玻璃亦可由玻璃組成物構成。玻璃組成物以SiO 2為主成分，亦可含有Fe 2O 3等。
發光層3，為由具有量子井結構的氮化物半導體層所成之層。發光層3，具有面向光纖板基板2側之一方面3a、與位於該一方面3a的相反側之另一方面3b。此處所謂量子井結構，除一般的量子井結構外，還包含量子線構造、量子點構造。此外，所謂氮化物半導體，為包含Ga、In、Al的至少一者作為III族元素，而主要包含N作為V族元素之化合物。
本實施形態中，發光層3如圖2所示，具有GaN層6與InGaN層7被交互層積而成之層積構造。發光層3，不具有作為緩衝層的In xGa 1-xN(0≦x≦1)層或GaN層，其構成量子井結構的最外層之GaN層6係構成一方面3a及另一方面3b。若電子等入射至發光層3，則量子井結構中會形成電子及正孔的成對，該電子及正孔的成對於量子井結構內再結合的過程中會產生螢光。在發光層3產生的螢光的至少一部分，入射至光纖板基板2的入射面2a，被導光至纖核玻璃而從射出面2b射出。
金屬層4，為具有防止電子等入射至發光層3時的帶電的機能之層。此外，金屬層4，具有反射在發光層3產生的螢光，而將該螢光效率良好地傳遞至光纖板基板2側之機能。金屬層4，設於和光纖板基板2與發光層3之接合面R相反側的面，亦即發光層3的另一方面3b。金屬層4，例如藉由Al等的金屬的蒸鍍，而以比發光層3的厚度還充分小的厚度遍布發光層3的另一方面3b的全體設置。
發光元件1中，上述的光纖板基板2與發光層3被直接接合，形成接合面R。本實施形態中，光纖板基板2的入射面2a與發光層3的一方面3a，並無介著接著劑等而是藉由熱壓接或常溫接合被接合。圖3(a)及圖3(b)為藉由熱壓接而被接合的光纖板基板與發光層之接合面鄰近的放大照片。圖3(a)係藉由掃描型穿透電子顯微鏡分析光纖板基板的纖核玻璃與發光層之接合面鄰近，圖3(b)係藉由掃描型穿透電子顯微鏡分析光纖板基板的纖殼玻璃與發光層之接合面鄰近。由圖3(a)及圖3(b)所示結果能夠確認，光纖板基板的纖核玻璃及纖殼玻璃的任一者皆藉由熱壓接而與發光層一體化，並無介著接著劑等而被強固地接合。
發光元件1中，成為藉由將光纖板基板2的入射面2a與發光層3的一方面3a熱壓接，而發光層3的構成元素擴散至光纖板基板2內之狀態。亦可成為光纖板基板2的構成元素擴散至發光層3內之狀態。圖4(a)為光纖板基板的纖核玻璃與發光層之接合面鄰近的成分分析結果。此外，圖4(b)為光纖板基板的纖殼玻璃與發光層之接合面鄰近的成分分析結果。該些圖中，橫軸示意距離，縱軸示意強度。距離50nm附近相當於光纖板基板的纖核玻璃與發光層之接合面，比此還左側為發光層，右側為光纖板基板。試料的加工，運用了聚焦離子束法。作為成分分析裝置，運用日本電子股份有限公司製的原子解析力分析電子顯微鏡(製品名：JEM-ARM200F DUAL-X)，將加速電壓設為200kV。
由圖4(a)所示結果可知，發光層3中含有的Ga擴散至光纖板基板2的纖核玻璃內。此外，亦可知光纖板基板2的纖核玻璃中含有的La擴散至發光層3內。由圖4(b)所示結果可知，發光層3中含有的In或Ga擴散至光纖板基板2的纖殼玻璃內。此外，亦可知光纖板基板2的纖殼玻璃中含有的Si擴散至發光層3內。藉由發光層3的構成元素往光纖板基板2內之擴散，或光纖板基板2的構成元素往發光層3內之擴散，光纖板基板2與發光層3之接合強度會充分提高。 [發光元件的製造例]
圖5為發光元件的製造工程的一例示意流程圖。如同圖所示，發光元件1的製造工程，構成為包含發光層形成工程(步驟S01)、接合工程(步驟S02)、除去工程(步驟S03)、金屬層形成工程(步驟S04)。
發光層形成工程，如圖6(a)所示，為使緩衝層12與由具有量子井結構的氮化物半導體層所成之發光層3在輔助基板11上結晶成長之工程。緩衝層12及發光層3的形成，例如能夠運用有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)法。此處，輔助基板11為藍寶石基板13。將藍寶石基板13導入MOCVD裝置的成長室，於氫環境下進行熱處理，進行表面的清淨化。接著，將基板溫度昇溫至1075℃程度而在藍寶石基板13上形成GaN所造成之緩衝層12。緩衝層12形成後，將基板溫度降溫至800℃程度，使GaN層6與InGaN層7交互成長而得到發光層3。
接合工程，為將光纖板基板2與輔助基板11上的發光層3直接接合而形成接合體K之工程。此處，如圖6(b)所示，使輔助基板11上的發光層3的一方面3a和光纖板基板2的入射面2a相向，將發光層3的一方面3a與光纖板基板2的入射面2a熱壓接。熱壓接的條件例如為溫度100℃~800℃，壓力2kg/cm 2~40kg/cm 2。得到的接合體K中，發光層3的構成元素擴散至光纖板基板2內，光纖板基板2的構成元素擴散至發光層3內，藉此實現光纖板基板2與發光層3的強固的接合。
除去工程，為從接合體K除去輔助基板11及緩衝層12之工程。輔助基板11亦即藍寶石基板13之除去，例如能夠適用雷射掀離法(laser lift-off)。在此情形下，如圖7(a)所示，例如將脈波振盪的高密度UV雷射光朝向藍寶石基板13照射，使其到達至GaN所造成之緩衝層12。藉此，在緩衝層12的界面附近GaN會被分解成Ga與N，能夠將藍寶石基板13從緩衝層12剝離。
藍寶石基板13剝離後，如圖7(b)所示，藉由蝕刻除去緩衝層12。GaN所造成之緩衝層12化學性質穩定，因此依確保蝕刻速度的觀點而言，較佳為用乾蝕刻。作為乾蝕刻的手法，例如可舉出反應性離子蝕刻(RIE)、反應性離子束蝕刻(RIBE)、化學輔助離子束蝕刻(CAIBE)、電子迴旋共振蝕刻(ECRE)等。另，如同緩衝層12的除去般，亦可藉由蝕刻來實施藍寶石基板13的除去。藍寶石及GaN化學性質穩定，為硬度非常硬的物質，但亦可藉由磨削及研磨而加工。是故，作為除去藍寶石基板13及GaN所造成之緩衝層12的手法，亦可採用藉由磨削及研磨之加工。
金屬層形成工程，為在發光層3的另一方面3b形成金屬層4之工程。此處，如圖8所示，在發光層3的另一方面3b蒸鍍Al而形成金屬層4。藉此，可得到圖1所示之發光元件1。 [作用效果]
如以上說明般，發光元件1中，光纖板基板2與發光層3被直接接合。此發光元件1中，不同於在藍寶石基板13上隔著緩衝層設置發光層3之習知的構成，能夠避免入射至發光元件1的光的一部分以藍寶石基板及緩衝層作為導波路而擴散，因此可謀求串擾的減低。藉由運用光纖板基板2來取代藍寶石基板，可提高在發光層3產生的螢光的收集效率。此外，能夠避免當建構光檢測模組時必須做透鏡耦合，而可擴展用途。
發光元件1中，光纖板基板2與發光層3藉由熱壓接而被接合。藉此，能夠不使用接著劑而將光纖板基板2與發光層3良好地直接接合。此外，發光元件1中，發光層3的構成元素擴散至光纖板基板2內，光纖板基板2的構成元素擴散至發光層3內。藉由這樣的構成元素的擴散，能夠充分提高光纖板基板2與發光層3之接合強度。
發光元件1中，發光層3具有GaN層6與InGaN層7被交互層積而成之層積構造。藉由具有這樣的層積構造，發光層3中能夠效率良好地使螢光產生。此外，層積構造係被直接接合於光纖板基板2，因此能夠將產生的螢光效率良好地取出至光纖板基板2側。發光元件1中，在發光層3的另一方面3b設有金屬層4。藉由此金屬層4，能夠防止電子等入射至發光層3時的帶電。此外，藉由光在金屬層4的反射，能夠將產生的螢光效率良好地取出至光纖板基板2側。
圖9(a)為比較例當中的螢光的點形狀示意圖，圖9(b)為實施例當中的螢光的點形狀示意圖。此外，圖10為實施例及比較例當中的螢光的亮度分布示意圖。實施例中，如同圖1所示發光元件1般，運用將光纖板基板與發光層直接接合而成之樣本，比較例中則運用在藍寶石基板上隔著InGan緩衝層及GaN層設置發光層而成之樣本。
比較例之樣本中，如圖9(a)及圖10所示，穿透藍寶石基板而被取出至外部的螢光的半峰全寬為約50μm。相對於此，實施例之樣本中，如圖9(b)及圖10所示，從光纖板基板被取出至外部的螢光的半峰全寬為約42μm。是故，能夠確認實施例中，在發光層產生的螢光的擴散變小，發揮串擾的抑制效果。 [發光元件的應用例]
上述的發光元件1，例如能夠在光纖板基板2側配置光檢測器22，藉此建構各種的光檢測模組21。光檢測器22，藉由固態檢測元件或電子管元件而構成。作為固態檢測元件，可舉出CCD或CMOS等的影像感測器、光電二極體陣列、雪崩光電二極體陣列、蓋革(Geiger)模式下動作的雪崩光電二極體陣列、影像增強器(Image Intensifier)等。作為電子管元件，可舉出光電倍增管、條紋(streak)管等。
依充分活用發光元件1的性能之觀點而言，光檢測器22亦可為可將多數個光同時做位置檢測之多通道型的檢測器，又亦可為具有時間解析性能之檢測器。作為可做位置檢測及時間解析雙方之檢測器，例如可舉出多陽極光電倍增管、條紋相機(streak camera)、閘控ICCD (Intensified CCD；增強型CCD)相機、閘控ICMOS (Intensified CMOS；增強型CMOS)相機等。
圖11(a)所示光檢測模組21A中，在發光元件1的後段側配置有光檢測器22。光檢測器22具備光纖板23作為輸入窗。光檢測模組21A被配置於真空腔室或真空管這類的真空容器M內。光檢測模組21A例如可適用於掃描型電子顯微鏡的檢測光學系統。於真空容器M內，在發光元件1的前段側亦可配置微通道板(未圖示)。在此情形下，能夠藉由微通道板將帶電粒子變換成電子且倍增，因此可取得微小的帶電粒子的影像及時間特性。
圖11(b)所示光檢測模組21B中，在發光元件1的後段側配置有光檢測器22。光檢測器22具備光纖板23作為輸入窗。光檢測模組21B中，在真空腔室或真空管這類的真空容器M內配置有發光元件1，在真空容器M的外部配置有光檢測器22。在發光元件1與光檢測器22之間，更配置有光纖板24。光纖板24，與發光元件1及光檢測器22的光纖板23光學地耦合，並且作為真空容器M的窗材而構成為保持真空容器M的真空氣密。光檢測模組21B，例如可在飛行時間質譜(TOF-MS)裝置中取代習知的攝像裝置而適用。如同圖11(a)的情形般，於真空容器M內，在發光元件1的前段側亦可配置微通道板(未圖示)。
圖11(c)所示光檢測模組21C中，在發光元件1的後段側配置有光檢測器22。光檢測器22具備光纖板23作為輸入窗。光檢測模組21C例如配置於大氣中。光檢測模組21C，例如以光檢測器22作為條紋管，在發光元件1的前段側組合X射線源或針孔透鏡等，藉此便能適用於X射線條紋相機。發光元件1，針對其他的放射線亦可發光，能夠實施放射線的時間解析觀察。
圖12為掃描型電子顯微鏡的構成例示意模型圖。同圖所示掃描型電子顯微鏡31，為多射束型的掃描型電子顯微鏡，構成為包含可射出複數個一次電子線e1之電子線源32、及上述的發光元件1、及檢測光學系統33。電子線源32、試料S、發光元件1，被配置於真空腔室34內。檢測光學系統33，藉由作為真空腔室34的窗材而保持真空腔室34的真空氣密之光纖板35、及光檢測器36而構成。光檢測器36為具備光纖板37作為輸入窗之多通道型的檢測器，配置於大氣中。
電子線源32朝向試料S射出複數個一次電子線e1。複數個一次電子線e1，透過光束分離器38而在從射出軸改變了軌道的狀態下照射至試料S。試料S配置於平台39上，該平台39可朝相對於複數個一次電子線e1的入射軸正交之面方向移動。一旦從電子線源32射出的複數個一次電子線e1照射至試料S，則從試料S的表面會放出複數個二次電子線e2。從試料S的表面放出的複數個二次電子線e2，透過光束分離器38而朝和複數個一次電子線e1的射出軸相反側改變軌道，入射至發光元件1。發光元件1中，產生和入射的二次電子線e2相應之螢光。在發光元件1產生的螢光，被導光至光纖板37而在大氣中被導光，入射至光檢測器36。光檢測器36中，輸出和接收的螢光相應之檢測訊號。將在試料S的表面的一次電子線e1的位置與光檢測器36發出的檢測訊號建立同步，藉此便能得到試料S的像。 [變形例]
本揭示不限於上述實施形態。上述實施形態中，雖示例了熱壓接作為實現光纖板基板2與發光層3之直接接合的手段，但光纖板基板2與發光層3亦可藉由常溫接合而被直接接合。常溫接合中，係研磨光纖板基板2的入射面2a及發光層3的一方面3a，而使研磨面彼此抵接。即使藉由這樣的常溫接合，仍能夠不使用接著劑而將光纖板基板2與發光層3良好地直接接合。此外，若為常溫接合，也會抑制熱所造成的應力在光纖板基板2產生。另，當進行常溫接合的情形下，作為輔助基板11較佳是運用GaN基板。藉由運用GaN基板作為輔助基板11，可較為抑制基板的翹曲，謀求常溫接合的良率的提升。
如圖13所示，亦可以是，於光纖板基板2與發光層3之接合面R，在光纖板基板2及發光層3的至少一方設有中間層41，其對於螢光之折射率成為光纖板基板2與發光層3之間的折射率。中間層41，為例如藉由SiN層、Ta 3O 5層、HfO 2層或它們的組合而構成之層。在此情形下，藉由在中間層41的折射率的調整，於光纖板基板2與發光層3之接合面R，能夠使中間層41作用成為反射防止膜等的機能性的層。此外，亦容易設計含有其他的高折射率材料之多層膜設計。
中間層41亦可以是光纖板基板2的構成要素，亦可以是發光層3的構成要素，亦可以是光纖板基板2及發光層3雙方的構成要素。當中間層41是光纖板基板2的構成要素的情形下，光纖板基板2的入射面2a係藉由中間層41而構成。當中間層41是發光層3的構成要素的情形下，光纖板基板2的一方面3a係藉由中間層41而構成。圖13例子中，示意中間層41作為發光層3的構成要素。
圖14為形成中間層的情形下之發光元件的製造工程的一例示意流程圖。如同圖所示，在此情形下的發光元件1的製造工程，於發光層形成工程與接合工程之間具備中間層形成工程(步驟S05)。中間層形成工程，為在光纖板基板2及發光層3的至少一方形成中間層41之工程。圖15例子中，於中間層形成工程在發光層3側形成中間層41，其後將由中間層41所成之發光層3的一方面3a與光纖板基板2的入射面2a熱壓接。於中間層形成工程，亦可將中間層41形成於光纖板基板2側。當中間層41由複數層所成之情形下，亦可將一部分的層形成於發光層3側，將其餘的層形成於光纖板基板2側。
1:發光元件 2:光纖板基板 3:發光層 4:金屬層 6:GaN層(氮化物半導體層) 7:InGaN層(氮化物半導體層) 11:輔助基板 12:緩衝層 13:藍寶石基板(輔助基板) 21(21A~21C):光檢測模組 22:光檢測器 31:掃描型電子顯微鏡 32:電子線源 e1:一次電子線 e2:二次電子線 33:檢測光學系統 41:中間層 R:接合面
[圖1]發光元件的一實施形態示意模型截面圖。 [圖2]發光層的構成示意模型截面圖。 [圖3](a)為光纖板基板的纖核玻璃與發光層之接合面鄰近的放大照片，(b)為光纖板基板的纖殼玻璃與發光層之接合面鄰近的放大照片。 [圖4](a)為光纖板基板的纖核玻璃與發光層之接合面鄰近的成分分析結果，(b)為光纖板基板的纖殼玻璃與發光層之接合面鄰近的成分分析結果。 [圖5]發光元件的製造工程的一例示意流程圖。 [圖6](a)為發光層形成工程示意模型截面圖，(b)為接合工程示意模型截面圖。 [圖7](a)及(b)為除去工程示意模型截面圖。 [圖8]金屬層形成工程示意模型截面圖。 [圖9](a)為比較例當中的螢光的點形狀示意圖，(b)為實施例當中的螢光的點形狀示意圖。 [圖10]實施例及比較例當中的螢光的亮度分布示意圖。 [圖11](a)~(c)為運用了發光元件的光檢測模組的構成例示意模型圖。 [圖12]掃描型電子顯微鏡的構成例示意模型圖。 [圖13]發光元件的變形例示意模型截面圖。 [圖14]變形例之發光元件的製造工程的一例示意流程圖。 [圖15]中間層形成工程示意模型截面圖。
1:發光元件
2:光纖板基板
2a:入射面
2b:射出面
3:發光層
3a:一方面
3b:另一方面
4:金屬層
R:接合面

Claims (16)

  1. 一種發光元件，具備： 對於螢光具有透明性之光纖板基板；及 由具有量子井結構的氮化物半導體層所成之發光層； 前述光纖板基板與前述發光層被直接接合。
  2. 如請求項1記載之發光元件，其中，前述光纖板基板與前述發光層，藉由熱壓接而被接合。
  3. 如請求項1記載之發光元件，其中，前述光纖板基板與前述發光層，藉由常溫接合而被接合。
  4. 如請求項1或2記載之發光元件，其中，前述發光層的構成元素，擴散至前述光纖板基板內。
  5. 如請求項1~4中任一項記載之發光元件，其中，前述發光層，具有GaN層與InGaN層被交互層積而成之層積構造。
  6. 如請求項1~5中任一項記載之發光元件，其中，前述發光層中，在和前述光纖板基板與前述發光層之接合面相反側的面設有金屬層。
  7. 如請求項1~6中任一項記載之發光元件，其中，於前述光纖板基板與前述發光層之接合面，在前述光纖板基板及前述發光層的至少一方設有中間層，其對於前述螢光之折射率成為前述光纖板基板與前述發光層之間的折射率。
  8. 如請求項7記載之發光元件，其中，前述中間層，藉由SiN層、Ta 3O 5層、HfO 2層或它們的組合而構成。
  9. 一種光檢測模組，具備： 如請求項1~8中任一項記載之發光元件；及 光檢測器，相對於前述發光元件配置於前述光纖板基板側。
  10. 如請求項9記載之光檢測模組，其中，前述光檢測器，藉由固態檢測元件或電子管元件而構成。
  11. 一種發光元件的製造方法，具備： 發光層形成工程，使緩衝層與由具有量子井結構的氮化物半導體層所成之發光層在輔助基板上結晶成長； 接合工程，將對於螢光具有透明性之光纖板基板與前述輔助基板上的前述發光層直接接合而形成接合體；及 除去工程，從前述接合體除去前述輔助基板及前述緩衝層。
  12. 如請求項11記載之發光元件的製造方法，其中，前述發光層，具有GaN層與InGaN層被交互層積而成之層積構造， 前述緩衝層，藉由GaN層而構成。
  13. 如請求項11或12記載之發光元件的製造方法，其中，於前述除去工程之後具備：金屬層形成工程，在前述發光層當中的和前述光纖板基板與前述發光層之接合面相反側的面形成金屬層。
  14. 如請求項11~13中任一項記載之發光元件的製造方法，其中，於前述發光層形成工程與前述接合工程之間具備：中間層形成工程，在前述光纖板基板及前述發光層的至少一方形成中間層，其對於前述螢光之折射率成為前述光纖板基板與前述發光層之間的折射率。
  15. 如請求項14記載之發光元件的製造方法，其中，前述中間層，藉由SiN層、Ta 3O 5層、HfO 2層或它們的組合而構成。
  16. 一種掃描型電子顯微鏡，具備： 電子線源，朝向試料射出一次電子線； 如請求項1~8中任一項記載之發光元件，藉由因前述一次電子線的照射而在前述試料產生的二次電子線之入射而使螢光產生；及 檢測光學系統，檢測在前述發光元件產生的前述螢光。
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