[go: up one dir, main page]

JP2017054654A - Deep ultraviolet light-emitting element - Google Patents

Deep ultraviolet light-emitting element Download PDF

Info

Publication number
JP2017054654A
JP2017054654A JP2015177098A JP2015177098A JP2017054654A JP 2017054654 A JP2017054654 A JP 2017054654A JP 2015177098 A JP2015177098 A JP 2015177098A JP 2015177098 A JP2015177098 A JP 2015177098A JP 2017054654 A JP2017054654 A JP 2017054654A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
layer
ultraviolet light
deep ultraviolet
light emitting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2015177098A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6774592B2 (en
Inventor
範子 黒瀬
Noriko Kurose
範子 黒瀬
青柳 克信
Katsunobu Aoyanagi
克信 青柳
真也 織田
Shinya Oda
真也 織田
俊実 人羅
Toshimi Hitora
俊実 人羅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Flosfia Inc
Original Assignee
Flosfia Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Flosfia Inc filed Critical Flosfia Inc
Priority to JP2015177098A priority Critical patent/JP6774592B2/en
Publication of JP2017054654A publication Critical patent/JP2017054654A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6774592B2 publication Critical patent/JP6774592B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a deep ultraviolet light-emitting element excellent in practicality, enabling favorable deep ultraviolet emission, and specifically enabling favorable deep ultraviolet emission at sufficient emission intensity.SOLUTION: In a deep ultraviolet light-emitting element including at least a first electrode 102, a second electrode 103 and a luminous layer 104 that emits ultraviolet light, the luminous layer contains an oxide containing at least gallium and has a quantum well structure in which a first layer and a second layer containing a material different from that of the first layer as a main component are laminated at least alternately by each layer.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、深紫外発光素子に関し、より具体的には、280nm以下の波長の光を発光する深紫外発光素子に関する。   The present invention relates to a deep ultraviolet light emitting element, and more specifically to a deep ultraviolet light emitting element that emits light having a wavelength of 280 nm or less.

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。   Deep ultraviolet light sources are used in various fields such as lighting, sterilization, medical treatment, water purification, and measurement. Deep ultraviolet light mainly means light having a wavelength of about 200 to about 350 nm, and in some cases, includes light having a wavelength of 100 nm to 200 nm. As means for generating deep ultraviolet light, mercury lamps, semiconductor light emitting devices (semiconductor LEDs), excimer lamps, and the like are known.

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。   On the other hand, nitride-based deep ultraviolet light-emitting elements are known as semiconductor LEDs (see Patent Document 1 below). In the lateral structure element disclosed in Patent Document 1, since the current must flow in the n-type AlGaN layer in the lateral direction, the element resistance is increased, the amount of heat generation is increased, and the carrier injection efficiency is adversely affected. There are disadvantages that arise. Therefore, it is not suitable for high output operation. Further, the chip size cannot be increased.

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。   As a device for improving this defect, a nitride-based deep ultraviolet light emitting device having a vertical structure is known (see Patent Documents 2 and 3 below). With the vertical structure disclosed in Patent Documents 2 and 3, the element resistance can be reduced, so that driving efficiency can be increased, heat generation can be suppressed, and high output operation is possible.

しかしながら、これら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った。そして、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った。
また、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った。
However, among these conventional deep ultraviolet light generating means, the mercury lamp has a problem of using mercury which is bad for the environment. Further, the mercury lamp has a problem that the wavelength that can be generated is limited, the lifetime is short, a high voltage is required, and it is difficult to use.
In addition, the excimer lamp has a problem that it is limited to a special application because it has a short lamp life and becomes a large-sized device.

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った。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といった問題があった。特に、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という問題があった。また、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く、外部量子効率を上げることが困難であり、製造工程が複雑になるといった問題があった。   Nitride-based deep ultraviolet light-emitting elements are small in size and are expected to replace mercury lamps, but the nitride-based deep ultraviolet light-emitting elements disclosed in Patent Document 1 have low luminous efficiency and are compatible with high output. There was a problem that could not be done. Although the nitride-based deep ultraviolet light-emitting elements disclosed in Patent Documents 2 and 3 can be reduced in size, there is a problem that in the deep ultraviolet region, the light emission efficiency is low and it is difficult to increase the output. In particular, there is a problem that a multi-layer structure is necessary, doping is necessary, and the level is deep, so that the carrier concentration cannot be increased. In particular, when the wavelength is shortened, it is difficult to reduce the contact resistance of the electrode, it is difficult to increase the external quantum efficiency, and the manufacturing process is complicated.

上記問題に対し、近年においては、マイクロプラズマ励起深紫外発光素子(以下、「MIPE」ともいう)が検討されている(下記特許文献4参照)。MIPEは、電流注入型半導体発光素子では発光できない波長領域でも大面積で強い発光が実現でき、特に、280nm以下の波長領域で任意に波長を選べる光源はMIPEを除いては困難であり、最近注目されている。しかしながら、特許文献4記載のMIPEは、特に発光強度が満足のいくものではなく、そのため、加速電極が必要であり、また、加速電極を備えていても発光強度がまだ十分とは言い難く、まだまだ実用化には多くの課題をかかえていた。   In recent years, a microplasma-excited deep ultraviolet light-emitting element (hereinafter also referred to as “MIPE”) has been studied for the above problem (see Patent Document 4 below). MIPE can realize strong light emission in a large area even in a wavelength region that cannot be emitted by a current injection type semiconductor light emitting device. In particular, a light source that can arbitrarily select a wavelength in a wavelength region of 280 nm or less is difficult except for MIPE. Has been. However, the MIPE described in Patent Document 4 is not particularly satisfactory in light emission intensity, and therefore, an acceleration electrode is necessary, and even if an acceleration electrode is provided, it is difficult to say that the light emission intensity is still sufficient. There were many issues in practical use.

以上の通り、従来の深紫外発光素子ではまだまだ満足のいくものはなく、そのため、実用性に優れ、良好な深紫外発光を可能とする新規且つ有用な深紫外発光素子が待ち望まれていた。   As described above, none of the conventional deep ultraviolet light-emitting elements are satisfactory, and therefore, a new and useful deep ultraviolet light-emitting element that is excellent in practical use and enables good deep ultraviolet light emission has been awaited.

特開平11−307811号公報JP-A-11-307811 特開2006−278554号公報JP 2006-278554 A 特表2006−104063号公報JP-T-2006-104063 特開2015−103340号公報JP2015-103340A

本発明は、実用性に優れ、良好な深紫外発光を可能とする新規且つ有用な深紫外発光素子を提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a new and useful deep ultraviolet light emitting device that is excellent in practicality and enables good deep ultraviolet light emission.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、前記発光層に、ガリウムを少なくとも含有する酸化物を用いて深紫外発光素子を作製すると、驚くべきことに、得られた深紫外発光素子が、実用性に優れ、良好な深紫外光を発することができることを見出した。また、このような深紫外発光素子が、280nm以下の深紫外光を発光すること、十分な発光強度を有すること、発光効率に優れていること等を種々知見し、上記した従来の問題を一挙に解決できるものであることを見出した。
また、本発明者らは、上記知見を得た後、さらに検討を重ねて、本発明を完成させるに至った。
As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have surprisingly found that when a deep ultraviolet light emitting device is produced using an oxide containing at least gallium in the light emitting layer, the obtained deep ultraviolet light is obtained. It has been found that the light-emitting element has excellent practicality and can emit good deep ultraviolet light. In addition, the inventors have variously discovered that such deep ultraviolet light emitting elements emit deep ultraviolet light of 280 nm or less, have sufficient light emission intensity, and excellent light emission efficiency. It was found that it can be solved.
Moreover, after obtaining the said knowledge, the present inventors repeated investigation further, and came to complete this invention.

すなわち、本発明は、以下の発明に関する。
[1] 第1の電極、第2の電極および発光層を少なくとも有しており、前記発光層が深紫外光を発光する深紫外発光素子において、前記発光層が、ガリウムを少なくとも含有する酸化物を含むことを特徴とする深紫外発光素子。
[2] 前記発光層は、第1の層と、第1の層とは異なる材料を主成分とする第2の層とが、少なくとも1層ずつ交互に積層されている量子井戸構造を有する前記[1]記載の深紫外発光素子。
[3] 第1の層および第2の層の主成分が、それぞれガリウムを少なくとも含有する酸化物である前記[2]記載の深紫外発光素子。
[4] 第1の層および第2の層の主成分のいずれかが、アルミニウムを少なくとも含有する酸化物である前記[2]または[3]に記載の深紫外発光素子。
[5] 第1の層および第2の層の主成分が、それぞれコランダム構造を有する酸化物である前記[2]〜[4]のいずれかに記載の深紫外発光素子。
[6] 第1の電極が基準電極であり、第2の電極が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、前記基準電極および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、電子また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ように構成されている前記[1]〜[5]のいずれか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前記[6]記載の深紫外発光素子。
[8] 前記ガスが、Ne、Xe、He、Ar、H、D、N、XeClおよびArFからなる群から選ばれる少なくとも1種類のガスまたはその混合ガスである前記[6]または[7]に記載の深紫外発光素子。
[9] 前記引き出し手段が、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前記[6]〜[8]のいずれかに記載の深紫外発光素子。
[10] 前記引き出し手段が、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前記[6]〜[9]のいずれかに記載の深紫外発光素子。
[11] 前記加速電極が、前記深紫外発光素子の外部に露出している前記[10]記載の深紫外発光素子。
[12] 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前記[10]または[11]に記載の深紫外発光素子。
[13] 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が、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前記[12]記載の深紫外発光素子。
That is, the present invention relates to the following inventions.
[1] A deep ultraviolet light emitting device having at least a first electrode, a second electrode, and a light emitting layer, wherein the light emitting layer emits deep ultraviolet light, wherein the light emitting layer contains at least gallium oxide A deep ultraviolet light emitting element comprising:
[2] The light emitting layer has a quantum well structure in which a first layer and a second layer containing a material different from the first layer as a main component are alternately stacked at least one layer at a time. [1] The deep ultraviolet light-emitting device according to [1].
[3] The deep ultraviolet light-emitting device according to [2], wherein the main components of the first layer and the second layer are oxides each containing at least gallium.
[4] The deep ultraviolet light-emitting element according to the above [2] or [3], wherein any one of the main components of the first layer and the second layer is an oxide containing at least aluminum.
[5] The deep ultraviolet light-emitting device according to any one of [2] to [4], wherein the main components of the first layer and the second layer are oxides each having a corundum structure.
[6] The first electrode is a reference electrode, and the second electrode is disposed on the opposite side of the reference electrode with the discharge electrode disposed so as to face the reference electrode. From the plasma generated by the gas when a voltage higher than the potential of the reference electrode and the reference electrode is applied, and the gas filled in the space accommodating the reference electrode and the discharge electrode. The light emitting layer is configured to emit deep ultraviolet light when the electrons or positive ions extracted by the extracting means collide with the light emitting layer. The deep ultraviolet light-emitting device according to any one of [1] to [5].
[7] A secondary electron emission material layer disposed on the opposite side of the discharge electrode with the reference electrode interposed therebetween, and when the extraction unit extracts electrons, the positive electrode extracted to the reference electrode side is further provided. The deep ultraviolet light-emitting device according to [6], wherein the secondary electron emission material layer generates electrons when ions collide with the secondary electron emission material layer.
[8] The above [6] or [6], wherein the gas is at least one gas selected from the group consisting of Ne, Xe, He, Ar, H 2 , D 2 , N 2 , XeCl and ArF, or a mixed gas thereof. 7]. A deep ultraviolet light emitting device according to item 7].
[9] The deep ultraviolet light-emitting element according to any one of [6] to [8], wherein the extraction unit includes a pulling electrode disposed between the discharge electrode and the light-emitting layer.
[10] The deep ultraviolet light-emitting element according to any one of [6] to [9], wherein the extraction unit includes an acceleration electrode disposed on the opposite side of the discharge electrode with the light-emitting layer interposed therebetween.
[11] The deep ultraviolet light-emitting device according to [10], wherein the acceleration electrode is exposed to the outside of the deep ultraviolet light-emitting device.
[12] The deep ultraviolet light-emitting element according to [10] or [11], wherein a pulse voltage is sequentially applied in the order of the discharge electrode, the pulling electrode, and the acceleration electrode.
[13] The deep ultraviolet light-emitting element according to [12], wherein each pulse voltage applied to the pulling electrode and the acceleration electrode starts to be applied after a predetermined time has elapsed since the last application of the pulse voltage.

本発明の深紫外発光素子は、実用性に優れ、良好な深紫外発光を可能とし、特に発光強度において良好な深紫外発光を可能とするものである。   The deep ultraviolet light-emitting device of the present invention is excellent in practicality and enables good deep ultraviolet light emission, and particularly enables good deep ultraviolet light emission in light emission intensity.

本発明の実施態様の一つである深紫外発光素子の概略構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically schematic structure of the deep ultraviolet light emitting element which is one of the embodiments of this invention. 本発明の実施態様の一つである深紫外発光素子の概略構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically schematic structure of the deep ultraviolet light emitting element which is one of the embodiments of this invention. 実施例において用いた成膜装置(ミストCVD)の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the film-forming apparatus (mist CVD) used in the Example. 実施例の深紫外発光素子の発光スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the emission spectrum of the deep ultraviolet light emitting element of an Example.

本発明の深紫外発光素子は、第1の電極、第2の電極および発光層を少なくとも有している。前記発光層は、ガリウムを少なくとも含有する酸化物を含んでいれば特に限定されない。本発明においては、前記発光層が、第1の層と、第1の層とは異なる材料を主成分とする第2の層とが、少なくとも1層ずつ交互に積層されている量子井戸構造を有するのが好ましい。また、第1の層および第2の層の主成分のいずれかが、ガリウムを少なくとも含有する酸化物であるのが好ましく、第1の層および第2の層の主成分がそれぞれガリウムを少なくとも含有する酸化物であるのがより好ましい。第1の層および第2の層の主成分のいずれかが、アルミニウムを少なくとも含有する酸化物(例えば、α―Al、α−(AlGa1−x(但し、1>X>0)、α−(AlZ1GaZ2InZ3(但し、1>Z1,Z2,Z3>0およびZ1+Z2+Z3=1)等)であるのも好ましく、それぞれコランダム構造を有する酸化物であるのも好ましい。なお、アルミニウムを少なくとも含有する酸化物は、アルミニウムとガリウムとの含有比(原子比)が、1:0.1〜1:10が好ましく、1:0.5〜1:5であるのがより好ましく、1:0.8〜1:2であるのが最も好ましい。また、前記酸化物は、結晶であるのが好ましく、前記結晶は単結晶であっても多結晶であってもよい。また、前記酸化物は、半導体であるのも好ましい。好ましい酸化物としては、より具体的には例えば、α−Ga、α−(AlGa1−x(但し、1>X>0)、α−(InGa1−Y(但し、1>Y>0)、α−(AlZ1GaZ2InZ3(但し、1>Z1,Z2,Z3>0およびZ1+Z2+Z3=1)などが挙げられる。このような好ましい材料を用いることで、発光強度をより良好なものとすることができる。ここで、「主成分」とは、例えば前記酸化物がα−Gaである場合、前記層の金属元素中のガリウムの原子比が0.5以上の割合でα−Gaが含まれていればそれでよい。本発明においては、前記層中の金属元素中のガリウムの原子比が0.7以上であることが好ましく、0.8以上であるのがより好ましい。 The deep ultraviolet light emitting device of the present invention has at least a first electrode, a second electrode, and a light emitting layer. The light emitting layer is not particularly limited as long as it contains an oxide containing at least gallium. In the present invention, the light-emitting layer has a quantum well structure in which a first layer and a second layer mainly composed of a material different from the first layer are alternately stacked. It is preferable to have. Moreover, it is preferable that one of the main components of the first layer and the second layer is an oxide containing at least gallium, and the main components of the first layer and the second layer each contain at least gallium. More preferably, it is an oxide. Any of the main components of the first layer and the second layer is an oxide containing at least aluminum (for example, α-Al 2 O 3 , α- (Al x Ga 1-x ) 2 O 3 (provided that 1>X> 0), α- (Al Z1 Ga Z2 in Z3) 2 O 3 ( where, 1> Z1, Z2, Z3 > is the also preferably 0, and Z1 + Z2 + Z3 = 1), etc.), each having a corundum structure An oxide is also preferable. The oxide containing at least aluminum preferably has an aluminum / gallium content ratio (atomic ratio) of 1: 0.1 to 1:10, more preferably 1: 0.5 to 1: 5. A ratio of 1: 0.8 to 1: 2 is most preferable. The oxide is preferably a crystal, and the crystal may be a single crystal or a polycrystal. The oxide is preferably a semiconductor. More preferable examples of the oxide include α-Ga 2 O 3 , α- (Al x Ga 1-x ) 2 O 3 (where 1>X> 0), α- (In Y Ga 1 -Y) 2 O 3 (where, 1>Y> 0), α- (Al Z1 Ga Z2 In Z3) 2 O 3 ( where, 1> Z1, Z2, Z3 > 0 and Z1 + Z2 + Z3 = 1), and the like . By using such a preferable material, the emission intensity can be further improved. Here, "main component", e.g., the case where the oxide is α-Ga 2 O 3, gallium atomic ratio α-Ga 2 O 3 at a ratio of more than 0.5 in the metal elements of the layer If it is included, that's fine. In the present invention, the atomic ratio of gallium in the metal element in the layer is preferably 0.7 or more, and more preferably 0.8 or more.

前記発光層は、例えばミストCVD法等の手段により形成可能である。以下、本発明において好ましい発光層の形成手段として、基体上にミストを用いて、前記量子井戸構造を形成する手段等を説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。なお、量子井戸構造以外の単層構造や多層構造も同様の手段で形成することができる。   The light emitting layer can be formed by means such as a mist CVD method. Hereinafter, as a preferable light emitting layer forming means in the present invention, means for forming the quantum well structure using mist on a substrate will be described, but the present invention is not limited to these. A single layer structure or a multilayer structure other than the quantum well structure can be formed by the same means.

原料溶液を霧化または液滴化して生成されるミストまたは液滴を、キャリアガスでもって基体まで搬送し、ついで該基体上で該ミストまたは該液滴を反応させてガリウムを含む酸化物やコランダム構造を有する酸化物などを形成することができる。また、原料溶液を、第1の層の原料溶液および第2の層の原料溶液として、交互に使用することで、第1の層と第2の層とが交互に積層されている量子井戸構造を形成することができる。   Mist or droplets generated by atomizing or dropletizing the raw material solution are transported to the substrate with a carrier gas, and then the mist or droplets are reacted on the substrate to cause oxide or corundum containing gallium. An oxide having a structure or the like can be formed. Further, the quantum well structure in which the first layer and the second layer are alternately stacked by using the raw material solution alternately as the first layer raw material solution and the second layer raw material solution. Can be formed.

(原料溶液)
原料溶液は、霧化または液滴化が可能な材料を含んでいれば特に限定されず、無機材料であっても、有機材料であってもよいが、本発明においては、金属または金属化合物であるのが好ましく、ガリウム、鉄、インジウム、アルミニウム、バナジウム、チタン、クロム、ロジウム、ニッケル、コバルト、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、シリコン、イットリウム、ストロンチウムおよびバリウムから選ばれる1種または2種以上の金属を含むのがより好ましい。
(Raw material solution)
The raw material solution is not particularly limited as long as it contains a material that can be atomized or formed into droplets, and may be an inorganic material or an organic material. Preferably, there is one or more metals selected from gallium, iron, indium, aluminum, vanadium, titanium, chromium, rhodium, nickel, cobalt, zinc, magnesium, calcium, silicon, yttrium, strontium and barium. More preferably.

本発明においては、前記原料溶液として、前記金属を錯体または塩の形態で有機溶媒または水に溶解または分散させたものを好適に用いることができる。錯体の形態としては、例えば、アセチルアセトナート錯体、カルボニル錯体、アンミン錯体、ヒドリド錯体などが挙げられる。塩の形態としては、例えば、有機金属塩(例えば金属酢酸塩、金属シュウ酸塩、金属クエン酸塩等)、硫化金属塩、硝化金属塩、リン酸化金属塩、ハロゲン化金属塩(例えば塩化金属塩、臭化金属塩、ヨウ化金属塩等)などが挙げられる。   In the present invention, as the raw material solution, a solution in which the metal is dissolved or dispersed in an organic solvent or water in the form of a complex or a salt can be suitably used. Examples of complex forms include acetylacetonate complexes, carbonyl complexes, ammine complexes, hydride complexes, and the like. Examples of the salt form include organic metal salts (for example, metal acetates, metal oxalates, metal citrates, etc.), sulfide metal salts, nitrate metal salts, phosphorylated metal salts, metal halide salts (for example, metal chlorides). Salt, metal bromide salt, metal iodide salt, etc.).

また、前記原料溶液には、ハロゲン化水素酸や酸化剤等の添加剤を混合してもよい。前記ハロゲン化水素酸としては、例えば、臭化水素酸、塩酸、ヨウ化水素酸などが挙げられるが、中でも、臭化水素酸またはヨウ化水素酸が好ましい。前記酸化剤としては、例えば、過酸化水素(H)、過酸化ナトリウム(Na)、過酸化バリウム(BaO)、過酸化ベンゾイル(CCO)等の過酸化物、次亜塩素酸(HClO)、過塩素酸、硝酸、オゾン水、過酢酸やニトロベンゼン等の有機過酸化物などが挙げられる。 Moreover, you may mix additives, such as a hydrohalic acid and an oxidizing agent, with the said raw material solution. Examples of the hydrohalic acid include hydrobromic acid, hydrochloric acid, hydroiodic acid, etc. Among them, hydrobromic acid or hydroiodic acid is preferable. Examples of the oxidizing agent include hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), sodium peroxide (Na 2 O 2 ), barium peroxide (BaO 2 ), and benzoyl peroxide (C 6 H 5 CO) 2 O 2. Peroxides, hypochlorous acid (HClO), perchloric acid, nitric acid, ozone water, organic peroxides such as peracetic acid and nitrobenzene.

前記原料溶液には、ドーパントが含まれていてもよい。前記ドーパントは、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されない。前記ドーパントとしては、例えば、スズ、ゲルマニウム、ケイ素、チタン、ジルコニウム、バナジウムまたはニオブ等のn型ドーパント、またはp型ドーパントなどが挙げられる。ドーパントの濃度は、通常、約1×1016/cm〜1×1022/cmであってもよいし、また、ドーパントの濃度を例えば約1×1017/cm以下の低濃度にしてもよい。また、さらに、本発明によれば、ドーパントを約1×1020/cm以上の高濃度で含有させてもよい。 The raw material solution may contain a dopant. The dopant is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired. Examples of the dopant include n-type dopants such as tin, germanium, silicon, titanium, zirconium, vanadium or niobium, or p-type dopants. The concentration of the dopant may usually be about 1 × 10 16 / cm 3 to 1 × 10 22 / cm 3 , and the concentration of the dopant is set to a low concentration of about 1 × 10 17 / cm 3 or less, for example. May be. Furthermore, according to the present invention, the dopant may be contained at a high concentration of about 1 × 10 20 / cm 3 or more.

(基体)
前記基体は、前記膜を支持できるものであれば特に限定されない。前記基体の材料も、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、公知の基体であってよく、有機化合物であってもよいし、無機化合物であってもよい。前記基体の形状としては、どのような形状のものであってもよく、あらゆる形状に対して有効であり、例えば、平板や円板等の板状、繊維状、棒状、円柱状、角柱状、筒状、螺旋状、球状、リング状などが挙げられるが、本発明においては、基板が好ましい。基板の厚さは、本発明においては特に限定されない。
(Substrate)
The substrate is not particularly limited as long as it can support the film. The material of the substrate is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired, and may be a known substrate, an organic compound, or an inorganic compound. The shape of the substrate may be any shape and is effective for all shapes, for example, a plate shape such as a flat plate or a disk, a fiber shape, a rod shape, a columnar shape, a prismatic shape, A cylindrical shape, a spiral shape, a spherical shape, a ring shape and the like can be mentioned. In the present invention, a substrate is preferable. The thickness of the substrate is not particularly limited in the present invention.

前記基板は、板状であって、前記結晶膜の支持体となるものであれば特に限定されない。絶縁体基板であってもよいし、半導体基板であってもよいし、導電性基板であってもよいが、前記基板が、絶縁体基板であるのが好ましく、また、表面に金属膜を有する基板であるのも好ましい。前記基板としては、例えば、コランダム構造を有する基板材料を主成分として含む下地基板、またはβ−ガリア構造を有する基板材料を主成分として含む下地基板、六方晶構造を有する基板材料を主成分として含む下地基板などが挙げられる。ここで、「主成分」とは、前記特定の結晶構造を有する基板材料が、原子比で、基板材料の全成分に対し、好ましくは50%以上、より好ましくは70%以上、更に好ましくは90%以上含まれることを意味し、100%であってもよいことを意味する。   The substrate is not particularly limited as long as it is plate-shaped and serves as a support for the crystal film. The substrate may be an insulator substrate, a semiconductor substrate, or a conductive substrate, but the substrate is preferably an insulator substrate, and has a metal film on the surface. A substrate is also preferred. Examples of the substrate include a base substrate containing a substrate material having a corundum structure as a main component, a base substrate containing a substrate material having a β-gallia structure as a main component, and a substrate material having a hexagonal crystal structure as a main component. Examples thereof include a base substrate. Here, the “main component” means that the substrate material having the specific crystal structure is preferably 50% or more, more preferably 70% or more, and still more preferably 90% by atomic ratio with respect to all components of the substrate material. % Or more, meaning that it may be 100%.

基板材料は、本発明の目的を阻害しない限り、特に限定されず、公知のものであってよい。前記のコランダム構造を有する基板材料としては、例えば、前記のコランダム構造を有する材料として例示したものと同じものなどが挙げられるが、本発明においては、α−Alまたはα−Gaが好ましい。そして、コランダム構造を有する基板材料を主成分とする下地基板としては、サファイア基板(好ましくはc面サファイア基板)や、α型酸化ガリウム基板などが好適な例として挙げられる。β−ガリア構造を有する基板材料を主成分とする下地基板としては、例えばβ−Ga基板、又はGaとAlとを含みAlが0wt%より多くかつ60wt%以下である混晶体基板などが挙げられる。また、六方晶構造を有する基板材料を主成分とする下地基板としては、例えば、SiC基板、ZnO基板、GaN基板などが挙げられる。なお、六方晶構造を有する基板材料を主成分とする下地基板上には、直接または別の層(例:緩衝層)を介して、各層を積層してもよい。 The substrate material is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired, and may be a known material. Examples of the substrate material having the corundum structure include the same materials as those exemplified as the material having the corundum structure. In the present invention, α-Al 2 O 3 or α-Ga 2 O is used. 3 is preferred. As a base substrate mainly composed of a substrate material having a corundum structure, a sapphire substrate (preferably a c-plane sapphire substrate), an α-type gallium oxide substrate, or the like is given as a suitable example. As a base substrate mainly composed of a substrate material having a β-gallia structure, for example, a β-Ga 2 O 3 substrate, or a Ga 2 O 3 and Al 2 O 3 containing Al 2 O 3 content of more than 0 wt% Examples thereof include a mixed crystal substrate of 60 wt% or less. In addition, examples of the base substrate whose main component is a substrate material having a hexagonal crystal structure include a SiC substrate, a ZnO substrate, and a GaN substrate. Note that each layer may be stacked directly or via another layer (for example, a buffer layer) on a base substrate whose main component is a substrate material having a hexagonal crystal structure.

本発明においては、前記基体が、コランダム構造を有する基板材料を主成分とする下地基板であるのが好ましく、サファイア基板またはα型酸化ガリウム基板であるのがより好ましく、c面サファイア基板であるのが最も好ましい。   In the present invention, the substrate is preferably a base substrate mainly composed of a substrate material having a corundum structure, more preferably a sapphire substrate or an α-type gallium oxide substrate, and a c-plane sapphire substrate. Is most preferred.

(積層方法)
前記積層方法としては、特に限定されないが、好適には、前記原料溶液を霧化または液滴化し(霧化・液滴化工程)、生成されるミストまたは液滴をキャリアガスによって前記基体に供給し(ミスト・液滴供給工程)、供給されたミストまたは液滴を反応させて、前記基体上に成膜する(成膜工程)。
(Lamination method)
The lamination method is not particularly limited, but preferably the raw material solution is atomized or dropletized (atomization / droplet forming step), and the generated mist or droplet is supplied to the substrate by a carrier gas. Then, the supplied mist or liquid droplets are reacted to form a film on the substrate (film formation process).

前記霧化・液滴化工程は、原料溶液を調整し、前記原料溶液を霧化または液滴化してミストを発生させる。前記金属の配合割合は、特に限定されないが、原料溶液全体に対して、0.0001mol/L〜20mol/Lが好ましい。霧化または液滴化手段は、前記原料溶液を霧化または液滴化できさえすれば特に限定されず、公知の霧化手段または液滴化手段であってよいが、本発明においては、超音波を用いる霧化手段または液滴化手段であるのが好ましい。前記ミストまたは前記液滴は、初速度がゼロで、空中に浮遊するものが好ましく、例えば、スプレーのように吹き付けるのではなく、空間に浮かびガスとして搬送することが可能なミストであるのがより好ましい。液滴サイズは、特に限定されず、数mm程度の液滴であってもよいが、好ましくは50μm以下であり、より好ましくは1〜10μmである。   In the atomization / droplet forming step, a raw material solution is prepared, and the raw material solution is atomized or formed into droplets to generate mist. The blending ratio of the metal is not particularly limited, but is preferably 0.0001 mol / L to 20 mol / L with respect to the entire raw material solution. The atomization or droplet formation means is not particularly limited as long as the raw material solution can be atomized or dropletized, and may be a known atomization means or droplet formation means. An atomizing means or a droplet forming means using sound waves is preferable. The mist or the droplet preferably has a zero initial velocity and floats in the air.For example, the mist or the droplet is more preferably a mist that floats in a space and can be transported as a gas instead of being sprayed like a spray. preferable. The droplet size is not particularly limited and may be a droplet of about several mm, but is preferably 50 μm or less, and more preferably 1 to 10 μm.

前記ミスト・液滴供給工程では、前記キャリアガスによって前記ミストまたは前記液滴を基体へ供給する。キャリアガスの種類としては、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、例えば、酸素、オゾン、窒素やアルゴン等の不活性ガス、または水素ガスやフォーミングガス等の還元ガスなどが好適な例として挙げられる。また、キャリアガスの種類は1種類であってよいが、2種類以上であってもよく、キャリアガス濃度を変化させた希釈ガス(例えば10倍希釈ガス等)などを、第2のキャリアガスとしてさらに用いてもよい。また、キャリアガスの供給箇所も1箇所だけでなく、2箇所以上あってもよい。キャリアガスの流量は、特に限定されないが、反応炉内での線速(より具体的には、反応炉は高温になっており、環境に依存して変化してしまうため、室温を仮定して換算される線速)で、0.1m/s〜100m/sが好ましく、1m/s〜10m/sがより好ましい。   In the mist / droplet supplying step, the mist or the droplet is supplied to the substrate by the carrier gas. The type of the carrier gas is not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired. For example, an inert gas such as oxygen, ozone, nitrogen or argon, or a reducing gas such as hydrogen gas or forming gas is preferable. As mentioned. Further, the type of carrier gas may be one type, but may be two or more types, and a diluent gas (for example, a 10-fold diluted gas) whose carrier gas concentration is changed is used as the second carrier gas. Further, it may be used. Further, the supply location of the carrier gas is not limited to one location but may be two or more locations. The flow rate of the carrier gas is not particularly limited, but the linear velocity in the reactor (more specifically, the reactor is at a high temperature and changes depending on the environment. 0.1 m / s to 100 m / s is preferable, and 1 m / s to 10 m / s is more preferable.

成膜工程では、前記ミストまたは前記液滴を反応させて、前記基体表面の一部または全部に成膜する。前記反応は、前記ミストまたは前記液滴から膜が形成される反応であれば特に限定されないが、本発明においては、熱反応が好ましい。前記熱反応は、熱でもって前記ミストまたは前記液滴が反応すればそれでよく、反応条件等も本発明の目的を阻害しない限り特に限定されない。本工程においては、前記熱反応を、通常、溶媒の蒸発温度以上の温度で行うが、高すぎない温度以下が好ましい。また、熱反応は、本発明の目的を阻害しない限り、真空下、非酸素雰囲気下、還元ガス雰囲気下および酸素雰囲気下のいずれの雰囲気下で行われてもよく、また、大気圧下、加圧下および減圧下のいずれの条件下で行われてもよいが、本発明においては、大気圧下で行われるのが蒸発温度の計算が簡単になる等の点で好ましい。なお、真空の場合には、蒸発温度を下げることができる。また、膜厚は成膜時間を調整することにより、設定することができる。本発明においては、量子井戸における第1の層および第2の層の厚さが、それぞれ100nm以下であるのが好ましく、20nm以下であるのがより好ましく、1〜10nmであるのが最も好ましい。   In the film forming step, the mist or the droplet is reacted to form a film on a part or all of the substrate surface. The reaction is not particularly limited as long as it is a reaction in which a film is formed from the mist or the droplet, but in the present invention, a thermal reaction is preferable. The thermal reaction may be performed as long as the mist or the droplet reacts with heat, and the reaction conditions are not particularly limited as long as the object of the present invention is not impaired. In this step, the thermal reaction is usually performed at a temperature not lower than the evaporation temperature of the solvent, but is preferably not higher than the temperature. Further, the thermal reaction may be performed in any atmosphere of a vacuum, a non-oxygen atmosphere, a reducing gas atmosphere, and an oxygen atmosphere as long as the object of the present invention is not impaired. Although the reaction may be performed under reduced pressure or reduced pressure, in the present invention, the reaction is preferably performed under atmospheric pressure from the viewpoint of simplifying the calculation of the evaporation temperature. In the case of a vacuum, the evaporation temperature can be lowered. The film thickness can be set by adjusting the film formation time. In the present invention, the thicknesses of the first layer and the second layer in the quantum well are each preferably 100 nm or less, more preferably 20 nm or less, and most preferably 1 to 10 nm.

第1の電極および第2の電極は、それぞれ同一または異なる電極材料で構成されていてもよく、前記電極材料としては、例えば、Al、Mo、Co、Zr、Sn、Nb、Fe、Cr、Ta、Ti、Au、Pt、V、Mn、Ni、Cu、Hf、W、Ir、Zn、In、Pd、NdもしくはAg等の金属またはこれらの合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫(ITO)、酸化亜鉛インジウム(IZO)等の金属酸化物導電膜、ポリアニリン、ポリチオフェン又はポリピロ−ルなどの有機導電性化合物、またはこれらの混合物などが挙げられる。電極の形成は、例えば、真空蒸着法またはスパッタリング法などの公知の手段により行うことができる。   The first electrode and the second electrode may be composed of the same or different electrode materials, and examples of the electrode material include Al, Mo, Co, Zr, Sn, Nb, Fe, Cr, and Ta. , Ti, Au, Pt, V, Mn, Ni, Cu, Hf, W, Ir, Zn, In, Pd, Nd or Ag, or alloys thereof, tin oxide, zinc oxide, indium oxide, indium tin oxide Examples thereof include metal oxide conductive films such as (ITO) and zinc indium oxide (IZO), organic conductive compounds such as polyaniline, polythiophene, and polypyrrole, and mixtures thereof. The electrode can be formed by a known means such as a vacuum deposition method or a sputtering method.

本発明においては、前記深紫外発光素子が、第1の電極が基準電極であり、第2の電極が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、前記基準電極および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、電子また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ように構成されているのが好ましい。   In the present invention, the deep ultraviolet light emitting element includes a discharge electrode arranged such that the first electrode is a reference electrode and the second electrode is opposed to the reference electrode, and the discharge electrode is sandwiched between the discharge electrode and the discharge electrode. A light emitting layer disposed on the opposite side of the reference electrode, a gas filled in a space accommodating the reference electrode and the discharge electrode, and a voltage higher than the potential of the reference electrode and the reference electrode were applied. In some cases, a drawing means for drawing out electrons or positive ions from the plasma generated by the gas is provided, and the light emitting layer becomes deep ultraviolet light when the electrons or positive ions drawn out by the drawing means collide with the light emitting layer. It is preferable that it is comprised so that it may emit.

以下、本発明の好ましい実施態様を、図面を用いて説明するが、本発明はこれら図面等に限定されるものではない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to these drawings and the like.

図1は、本発明の好ましい実施態様の一つである深紫外発光素子(以下、単に「発光素子」ともいう)101の概略構成を示す断面図である。発光素子101は、基準電極102と、放電用電極103と、発光層104と、引っ張り用電極105と、加速電極106と、二次電子放出材料層107と、下部透明基板108と、パルス出力部109とを備えている。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a deep ultraviolet light emitting element (hereinafter also simply referred to as “light emitting element”) 101 which is one of the preferred embodiments of the present invention. The light emitting element 101 includes a reference electrode 102, a discharge electrode 103, a light emitting layer 104, a pulling electrode 105, an acceleration electrode 106, a secondary electron emission material layer 107, a lower transparent substrate 108, a pulse output unit. 109.

発光層104と二次電子放出材料層107とは対向配置されており、それらの間に空間110が形成されている。空間110は、外部から密閉されており、その高さ、すなわち発光層104と二次電子放出材料層107との距離は、例えば0.15〜5mmである。空間110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、D、N、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110に充填されるガスの圧力は、例えば1×10〜1×10Paである。なお、空間110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。 The light emitting layer 104 and the secondary electron emission material layer 107 are arranged to face each other, and a space 110 is formed between them. The space 110 is sealed from the outside, and the height thereof, that is, the distance between the light emitting layer 104 and the secondary electron emission material layer 107 is, for example, 0.15 to 5 mm. In the space 110, the gas for generating plasma, for example, at least one gas selected Ne, Xe, the He, Ar, from the group consisting of H 2, D 2, N 2 , XeCl and ArF, Or the mixed gas is filled. The pressure of the gas filled in the space 110 is, for example, 1 × 10 1 to 1 × 10 6 Pa. The space 110 may be an open space where gas can be continuously supplied (flow type).

また、空間110内には、基準電極102、放電用電極103および引っ張り用電極105が収容されている。基準電極102、放電用電極103および引っ張り用電極105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。   In the space 110, the reference electrode 102, the discharge electrode 103, and the pulling electrode 105 are accommodated. The reference electrode 102, the discharge electrode 103, and the pulling electrode 105 are made of Fe, Ni, stainless steel, Ti, Mo, Cu, Au, Ag, Cr, or an alloy thereof.

基準電極102は、空間110の下部に設けられた3つの電極から構成されている。本実施態様では、基準電極102は接地されているが、基準電極102の電位は特に制限されない。   The reference electrode 102 is composed of three electrodes provided in the lower part of the space 110. In this embodiment, the reference electrode 102 is grounded, but the potential of the reference electrode 102 is not particularly limited.

放電用電極103は、基準電極102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103には、パルス出力部109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102の電位よりもプラスあるいはマイナスに高く、パルス電圧P1の印加によって、基準電極102と放電用電極103との間に、変動する電磁場が形成され、空間110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。   The discharge electrode 103 is composed of six electrodes arranged to face the reference electrode 102. A pulse voltage P1 is applied to the discharge electrode 103 from the pulse output unit 109 at a predetermined timing. The pulse voltage P1 is higher or lower than the potential of the reference electrode 102. By applying the pulse voltage P1, a fluctuating electromagnetic field is formed between the reference electrode 102 and the discharge electrode 103 and is filled in the space 110. The generated gas generates plasma by the electromagnetic field.

引っ張り用電極105および加速電極106は、前記「引き出し手段」に対応するものである。引っ張り用電極105は、放電用電極103と発光層104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105には、パルス出力部109からパルス電圧P2が印加される。加速電極106は、発光層104を挟んで放電用電極103の反対側に配置されており、発光素子101の外部に露出している。加速電極106には、パルス出力部109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109から、放電用電極103、引っ張り用電極105および加速電極106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105および加速電極106は、プラズマから電子又は正イオン(本実施態様では電子)を引き出して、発光層104に衝突させる。   The pulling electrode 105 and the accelerating electrode 106 correspond to the “drawing means”. The pulling electrode 105 includes six electrodes disposed between the discharge electrode 103 and the light emitting layer 104. A pulse voltage P <b> 2 is applied from the pulse output unit 109 to the pulling electrode 105. The acceleration electrode 106 is disposed on the opposite side of the discharge electrode 103 with the light emitting layer 104 interposed therebetween, and is exposed to the outside of the light emitting element 101. A pulse voltage P <b> 3 is applied from the pulse output unit 109 to the acceleration electrode 106. As will be described later, a pulse voltage is sequentially applied from the pulse output unit 109 in the order of the discharge electrode 103, the pulling electrode 105, and the acceleration electrode 106. Thus, the pulling electrode 105 and the acceleration electrode 106 draw electrons or positive ions (electrons in this embodiment) from the plasma and collide with the light emitting layer 104.

基準電極2、引っ張り用電極105および加速電極106は、図1の手前から奥方向に直線状に延びている。発光層104は、加速電極106の空間110側の面上に配置されている。二次電子放出材料層107は、基準電極102を挟んで放電用電極103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107の空間110と反対側の面には、下部透明基板108が配置されている。下部透明基板108は、深紫外光に対して透過性を有しており、例えば石英、CaFあるいは単結晶のサファイア基板である。 The reference electrode 2, the pulling electrode 105, and the acceleration electrode 106 extend linearly from the front of FIG. The light emitting layer 104 is disposed on the surface of the acceleration electrode 106 on the space 110 side. The secondary electron emission material layer 107 is disposed on the opposite side of the discharge electrode 103 with the reference electrode 102 interposed therebetween, and is formed of fine particles made of MgO. Note that BN may be used as the fine particles. A lower transparent substrate 108 is disposed on the surface of the secondary electron emission material layer 107 opposite to the space 110. The lower transparent substrate 108 is transparent to deep ultraviolet light, and is, for example, quartz, CaF 2 or a single crystal sapphire substrate.

次に、発光素子101による深紫外光の発光動作について説明する。
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、任意の時間T1〜T2において、パルス電圧P1が出力され、任意の時間T3〜T4において、パルス電圧P2が出力され、任意の時間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。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110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、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104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102側に引き出される。続いて、時間T5〜T6では、加速電極106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105によって引っ張られた電子が加速されて、発光層104に衝突する。これにより、発光層104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107および下部透明基板108を通って外部に放射される。なお、二次電子放出材料層107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102側に引き出されたイオンが二次電子放出材料層107に衝突することにより、二次電子放出材料層107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。
Next, the light emission operation of deep ultraviolet light by the light emitting element 101 will be described.
The pulse voltages P1, P2, P3 are sequentially applied to the discharge electrode 3, the pulling electrode 5, and the acceleration electrode 6. Specifically, the pulse voltage P1 is output at any time T1 to T2, the pulse voltage P2 is output at any time T3 to T4, the pulse voltage P3 is output at any time T5 to T6, Thereafter, this cycle is repeated at a predetermined cycle. The frequency of the cycle, that is, the frequency of each pulse voltage P1 to P3 is, for example, 50 Hz to 100 MHz. The pulse voltages P1, P2, and P3 are, for example, 100 to 5000 V, but at least the pulse voltages P2 and P3 are set higher than the pulse voltage P1. The pulse width of the pulse voltages P1, P2, P3 is, for example, 10 to 50 μs. From time T1 to T2, the pulse voltage P1 is applied to the discharge electrode 3. Thereby, a fluctuating electromagnetic field is formed between the reference electrode 2 and the discharge electrode 3, and the gas filled in the space 110 generates plasma by the electromagnetic field. At this time, the plasma contains equal amounts of electrons and positive ions, and is in a charge neutral state. Subsequently, at time T <b> 3 to T <b> 4, the pulse voltage P <b> 2 is applied to the pulling electrode 5. Thereby, some of the electrons in the plasma are pulled to the light emitting layer 104 side. Along with this, some of the ions in the plasma are extracted to the reference electrode 102 side. Subsequently, at time T <b> 5 to T <b> 6, the pulse voltage P <b> 3 is applied to the acceleration electrode 106. Thereby, the electrons pulled by the pulling electrode 105 are accelerated and collide with the light emitting layer 104. Thereby, the light emitting layer 104 is excited to generate deep ultraviolet light, and the deep ultraviolet light is emitted to the outside through the secondary electron emission material layer 107 and the lower transparent substrate 108. Note that since the secondary electron emission material layer 107 is made of MgO or BN, the light transmittance is very high. In addition, the neutral state of the charge of the plasma partially collapses due to some electrons being pulled out. On the other hand, the ions extracted toward the reference electrode 102 collide with the secondary electron emission material layer 107, and the secondary electron emission material layer 107 generates electrons (secondary electrons). Can be stabilized.

以上のように、発光素子101は、プラズマから電子を引き出して発光層104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。   As described above, the light-emitting element 101 emits deep ultraviolet light by extracting electrons from plasma and causing the electrons to collide with the light-emitting layer 104. Therefore, a light-emitting element with higher light emission efficiency than the conventional one can be provided.

また、加速電極106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106は発光素子101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106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。   Further, since the electrons extracted from the plasma can be further accelerated by the acceleration electrode 106, the emission intensity can be increased. Furthermore, since the acceleration electrode 106 is exposed to the outside of the light emitting element 101, it can be cooled by air or liquid. Therefore, a high voltage can be applied to the acceleration electrode 106. Therefore, the acceleration of electrons can be further increased and higher output can be achieved more easily.

また、発光層104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104への電子の衝突頻度を変えることによって、発光素子101の発光強度を制御することができる。   In addition, it is preferable to form a layer made of nano-sized metal fine particles on the surface of the light emitting layer 104. In such a configuration, the electric charge at the portion where the metal fine particles are formed increases due to the plasmon effect, so that the emission intensity can be further increased. Furthermore, the light emission intensity of the light emitting element 101 can be controlled by changing the frequency of the pulse voltages P <b> 1 to P <b> 3 to change the collision frequency of electrons with the light emitting layer 104.

また、引っ張り用電極105および加速電極106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104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。   The pulse voltages P2 and P3 applied to the pulling electrode 105 and the accelerating electrode 106 are applied after a predetermined time has elapsed from the end of applying the pulse voltage immediately before. That is, a waiting time of, for example, 2.5 to 5 μm is provided between the time T2 and the time T3 and between the time T5 and the time T6. At the end of application of the pulse voltages P1 and P2, since the plasma potential is maintained, positive ions are gathered around the electrons. Therefore, even if the next pulse voltage is applied simultaneously with the end of the application of the immediately preceding pulse voltage, electrons cannot be efficiently extracted to the light emitting layer 104 side. Therefore, in this embodiment, the next voltage pulse is applied at the timing when the standby time is provided and the electrons are no longer affected by the positive ions. Thereby, electrons can be efficiently extracted from the plasma.

以上のように、発光素子101では、高い発光効率を実現できるとともに、発光強度をより良好なものとすることができる。従来の深紫外発光素子では十分に出力できない210nm未満の波長(約170nm)の良好な深紫外光を十分に出力することができる。   As described above, the light-emitting element 101 can achieve high light emission efficiency and can have better light emission intensity. Good deep ultraviolet light having a wavelength of less than 210 nm (about 170 nm) that cannot be sufficiently output by a conventional deep ultraviolet light emitting element can be sufficiently output.

さらに、発光層104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104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。   Furthermore, the wavelength of the deep ultraviolet light can be controlled to an arbitrary wavelength by appropriately selecting a material for forming the light emitting layer 104. The wavelength of deep ultraviolet light can also be changed by making the material forming the light emitting layer 104 a superlattice, adding impurities to the material or the superlattice, or changing the lattice spacing of the superlattice. Can do.

なお、上述の発光素子1では、プラズマから電子を発光層104側に引き出していたが、イオンを発光層104側に引き出してもよい。この場合、引っ張り用電極105および加速電極106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104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104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104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、Dといった質量の小さいガスを用いることが好ましい。 In the light emitting element 1 described above, electrons are extracted from the plasma to the light emitting layer 104 side, but ions may be extracted to the light emitting layer 104 side. In this case, negative pulse voltages P 2 and P 3 are applied to the pulling electrode 105 and the acceleration electrode 106. Thereby, ions are extracted from the plasma and collide with the light emitting layer 104, thereby generating deep ultraviolet light. Since ions have a larger mass than electrons, the intensity of deep ultraviolet light is greater than when electrons collide with the light emitting layer 104. Therefore, the emission intensity can be increased by using a gas having a large mass as a gas for generating plasma. However, if the mass of ions is too large, the light emitting layer 104 is likely to be damaged. Therefore, when emphasizing the light emission lifetime, gases having a small mass such as He, H 2 , and D 2 are used as gases for generating plasma. It is preferable to use it.

また、本発明の他の好ましい実施態様である深紫外発光素子101の概略構造図を図2に示す。発光素子101は、基準電極102と、放電用電極103と、発光層104と、引っ張り用電極105と、二次電子放出材料層107と、下部透明基板108と、パルス出力部109と、上部透明基板111とを備えている。図2では、図1に示す発光素子101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101は、図1に示す発光素子1において、加速電極106の代わりに上部透明基板111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などであってよい。本実施態様では、放電用電極103、引っ張り用電極5に、パルス電圧P1,P2が順次印加されるように構成されている。   Moreover, the schematic structural drawing of the deep ultraviolet light emitting element 101 which is another preferable embodiment of this invention is shown in FIG. The light emitting element 101 includes a reference electrode 102, a discharge electrode 103, a light emitting layer 104, a tensile electrode 105, a secondary electron emission material layer 107, a lower transparent substrate 108, a pulse output unit 109, and an upper transparent element. And a substrate 111. 2, the same members as those in the light emitting element 101 shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. That is, the light emitting element 101 has a configuration in which the upper transparent substrate 111 is provided instead of the acceleration electrode 106 in the light emitting element 1 shown in FIG. Similar to the lower transparent substrate 8, the upper transparent substrate 11 may be a single crystal sapphire substrate or the like. In this embodiment, the pulse voltages P1 and P2 are sequentially applied to the discharge electrode 103 and the pulling electrode 5.

発光素子101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103にパルス電圧P1が印加されることにより、空間110にプラズマが発生する。続いて、引っ張り用電極5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104側に引っ張られ、発光層104に衝突する。これにより、発光層104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107および下部透明基板108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111を通って図面上方向にも放射される。   The light emitting operation of the light emitting element 101 is substantially the same as that of the light emitting element 1 shown in FIG. That is, when the pulse voltage P <b> 1 is applied to the discharge electrode 103, plasma is generated in the space 110. Subsequently, when the pulse voltage P <b> 2 is applied to the pulling electrode 5, some of the electrons in the plasma are pulled toward the light emitting layer 104 and collide with the light emitting layer 104. As a result, the light emitting layer 104 is excited to generate deep ultraviolet light. Deep ultraviolet light is emitted downward in the drawing through the secondary electron emission material layer 107 and the lower transparent substrate 108, and also emitted upward in the drawing through the upper transparent substrate 111.

このように、発光素子101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101は、2列以上の引っ張り用電極105を備えて、電子を十分に加速させて発光層104に衝突させてもよい。   Thus, since the light emitting element 101 does not include the acceleration electrode, it is possible to irradiate deep ultraviolet light in both directions. In addition, the light emitting element 101 may include two or more rows of pulling electrodes 105 so that electrons are sufficiently accelerated to collide with the light emitting layer 104.

また、図1に示す発光素子101において、加速電極106に十分に高電圧を印加可能であれば、引っ張り用電極105を省略してもよい。同様に、引っ張り用電極105十分に高電圧を印加可能であれば、加速電極106を省略してもよい。すなわち、前記「引き出し手段」を、引っ張り用電極105および加速電極106のいずれか一方のみで構成してもよい。   In the light-emitting element 101 illustrated in FIG. 1, the pulling electrode 105 may be omitted as long as a sufficiently high voltage can be applied to the acceleration electrode 106. Similarly, the acceleration electrode 106 may be omitted if a sufficiently high voltage can be applied to the pulling electrode 105. In other words, the “drawing means” may be constituted by only one of the pulling electrode 105 and the accelerating electrode 106.

また、前記実施態様では、放電用電極103、引っ張り用電極105および所望により加速電極106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103、引っ張り用電極105および加速電極106に、交流電圧または直流電圧を印加してもよい。   In the above embodiment, a pulse voltage is applied to the discharge electrode 103, the pulling electrode 105, and the acceleration electrode 106 as desired. However, electrons or positive ions can be extracted from the plasma and collide with the light emitting layer. If there is, it is not limited to the pulse voltage. For example, an AC voltage or a DC voltage may be applied to the discharge electrode 103, the pulling electrode 105, and the acceleration electrode 106.

また、発光素子101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。   The light emitting element 101 may be formed in an arbitrary size or may be formed in a curved surface shape. For example, the surfaces of the lower transparent substrate 8 and the upper transparent substrate 11 may be formed in a curved surface shape. The material forming the lower transparent substrate 8 and the upper transparent substrate 11 is not limited to sapphire, but may be any material that has high transparency to deep ultraviolet light. For example, AlN or quartz may be used.

本発明の深紫外発光素子は、280nm以下の波長の深紫外光を発することができ、エネルギーが非常に高いため、種々の分野、例えば、プールや温泉などの殺菌、3Dプリンター造形材料の硬化、難分解性物質の分解、オゾンセンシング、医療用殺菌、紫外線治療などに用いることができる。   Since the deep ultraviolet light emitting device of the present invention can emit deep ultraviolet light having a wavelength of 280 nm or less and has very high energy, various fields such as sterilization of pools and hot springs, curing of 3D printer modeling materials, It can be used for decomposition of persistent substances, ozone sensing, medical sterilization, ultraviolet ray treatment, and the like.

以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited thereto.

(実施例1)
1.成膜装置
図3を用いて、本実施例で用いたミストCVD装置(1)を説明する。ミストCVD装置(1)は、キャリアガスを供給するキャリアガス源(2a、12a)と、キャリアガス源(2a、12a)から送り出されるキャリアガスの流量を調節するための流量調節弁(3a、13a)と、原料溶液(4a、14a)が収容されるミスト発生源(4、14)と、水(5a、15a)が入れられている容器(5、15)と、容器(5、15)の底面に取り付けられた超音波振動子(6、16)と、成膜室(7)と、ミスト発生源(4、14)から基板(10)付近までをつなぐ供給管(9、19)と、成膜室(7)内に設置されたホットプレート(8)とを少なくとも備えている。なお、ホットプレート(8)上には、基板(10)が設置されている。また、原料溶液(4a、14a)は、2種類あり、それぞれ、キャリアガス源(2a、12a)、キャリアガス(希釈)源(2b、12b)、流量調節弁(3a、3b、13a、13b)、ミスト発生源(4、14)、容器(5、15)、超音波振動子(6、16)、供給管(9、19)が備え付けられている。
Example 1
1. Film Forming Apparatus The mist CVD apparatus (1) used in this example will be described with reference to FIG. The mist CVD apparatus (1) includes a carrier gas source (2a, 12a) for supplying a carrier gas, and a flow rate adjusting valve (3a, 13a) for adjusting the flow rate of the carrier gas sent from the carrier gas source (2a, 12a). ), A mist generating source (4, 14) in which the raw solution (4a, 14a) is stored, a container (5, 15) containing water (5a, 15a), and a container (5, 15) An ultrasonic transducer (6, 16) attached to the bottom surface, a film formation chamber (7), a supply pipe (9, 19) connecting the mist generation source (4, 14) to the vicinity of the substrate (10), And at least a hot plate (8) installed in the film forming chamber (7). A substrate (10) is placed on the hot plate (8). In addition, there are two types of raw material solutions (4a, 14a), and carrier gas sources (2a, 12a), carrier gas (dilution) sources (2b, 12b), flow control valves (3a, 3b, 13a, 13b), respectively. , A mist generation source (4, 14), a container (5, 15), an ultrasonic transducer (6, 16), and a supply pipe (9, 19).

2.原料溶液の作製
2−1.第1の原料溶液の作製
臭化ガリウムを水に混合し、0.005M臭化ガリウム水溶液を調整し、この際、臭化水素酸を体積比で10%含有させ、これを第1の原料溶液とした。
2−2.第2の原料溶液の作製
ガリウムアセチルアセトナート(Gaac)と、アルミニウムアセチルアセトナート(Alac)とを、Gaac0.07MおよびAlac0.02Mとなるように水に混合し、この際、臭化水素酸を体積比で2%含有させ、これを第2の原料溶液とした。
2. 2. Preparation of raw material solution 2-1. Preparation of first raw material solution Mixing gallium bromide with water to prepare a 0.005M gallium bromide aqueous solution. At this time, hydrobromic acid is contained in a volume ratio of 10%. It was.
2-2. Preparation of Second Raw Material Solution Gallium acetylacetonate (Gaac) and aluminum acetylacetonate (Alac) are mixed with water so that Gaac 0.07M and Alac 0.02M are obtained. 2% by volume was used as a second raw material solution.

3.成膜準備
上記2.で得られた第1の原料溶液(4a)を第1のミスト発生源(4)内に収容した。また、上記2.で得られた第2の原料溶液(14a)を第2のミスト発生源(14)内に収容した。次に、基板(10)として、2インチのc面サファイア基板をホットプレート(8)上に設置し、ホットプレート(8)を作動させて温度を600℃にまで昇温させた。次に、流量調節弁(3a、13a)を開いて、キャリアガス源であるキャリアガス供給手段(2a、12a)からキャリアガスを成膜室(7)内に供給し、成膜室(7)の雰囲気をキャリアガスで十分に置換した後、キャリアガスの流量を5L/分に調節した。なお、キャリアガスとして酸素を用いた。
3. Preparation of film formation The first raw material solution (4a) obtained in (1) was accommodated in the first mist generation source (4). In addition, the above 2. The second raw material solution (14a) obtained in (1) was accommodated in the second mist generation source (14). Next, a 2-inch c-plane sapphire substrate was placed on the hot plate (8) as the substrate (10), and the hot plate (8) was operated to raise the temperature to 600 ° C. Next, the flow control valves (3a, 13a) are opened, and carrier gas is supplied from the carrier gas supply means (2a, 12a), which is a carrier gas source, into the film formation chamber (7). After sufficiently substituting the atmosphere with a carrier gas, the flow rate of the carrier gas was adjusted to 5 L / min. Note that oxygen was used as a carrier gas.

4.発光層(量子井戸構造)の形成
次に、超音波振動子(6、16)を2.4MHzで振動させ、その振動を、水(5a、15a)を通じて原料溶液(4a、14a)に伝播させることによって、原料溶液(4a、14a)を霧化させてミスト(4b、14b)を生成させた。このミスト(4b、14b)が、キャリアガスによって、供給管(9、19)内を通って、成膜室(7)内に導入され、大気圧下、600℃にて、成膜室(7)内でミストが熱反応して、基板(10)上に膜が形成された。なお、成膜時間については、第1の原料溶液を用いて20秒間成膜を行った後、10秒間成膜処理を停止し(ただし、ガス流量は0.5LPMとし)、ついで、第2の原料溶液を用いて80秒間成膜を行った後、10秒間成膜処理を停止し(ただし、ガス流量は0.5LPMとし)、この一連の処理を繰り返した。そして、第1の原料溶液からなる第1の層と、第2の原料溶液からなる第2の層とを交互に積層し、第1の層および第2の層を1対として、計17対の超格子構造を得た。なお、超格子構造はXRDで確認した。第2の層のアルミニウムとガリウムとの含有比(原子比)が、1:1であった。また、膜厚は、第1の層が1nmであり、第2の層が6nmであった。
4). Formation of light emitting layer (quantum well structure) Next, the ultrasonic vibrator (6, 16) is vibrated at 2.4 MHz, and the vibration is propagated to the raw material solution (4a, 14a) through water (5a, 15a). By this, the raw material solution (4a, 14a) was atomized and the mist (4b, 14b) was produced | generated. The mist (4b, 14b) is introduced into the film forming chamber (7) by the carrier gas through the supply pipe (9, 19), and is formed at 600 ° C. under atmospheric pressure at the film forming chamber (7). ) Caused a thermal reaction to form a film on the substrate (10). Regarding the film formation time, after forming the film for 20 seconds using the first raw material solution, the film formation process was stopped for 10 seconds (however, the gas flow rate was 0.5 LPM), and then the second After film formation was performed for 80 seconds using the raw material solution, the film formation process was stopped for 10 seconds (however, the gas flow rate was 0.5 LPM), and this series of processes was repeated. Then, the first layer made of the first raw material solution and the second layer made of the second raw material solution are alternately laminated, and the first layer and the second layer are made into one pair, for a total of 17 pairs. A superlattice structure was obtained. The superlattice structure was confirmed by XRD. The content ratio (atomic ratio) of aluminum and gallium in the second layer was 1: 1. The film thickness was 1 nm for the first layer and 6 nm for the second layer.

5.評価
得られた超格子構造を発光層として用いて、図2に示す発光素子101を作製した。下部透明基板108として上部透明基板111と同様にサファイア基板を用いた。そして、引っ張り電極105に正のパルス電圧(700V)を印加して、電子によって発光層104を励起発光させた場合の発光スペクトルを測定した。なお、プラズマを発生させるために、放電用電極103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。
5). Evaluation Using the obtained superlattice structure as a light emitting layer, a light emitting device 101 shown in FIG. 2 was manufactured. A sapphire substrate was used as the lower transparent substrate 108 in the same manner as the upper transparent substrate 111. Then, a positive pulse voltage (700 V) was applied to the tension electrode 105, and an emission spectrum was measured when the light emitting layer 104 was excited and emitted by electrons. Note that a pulse voltage of 500 V was applied to the discharge electrode 103 in order to generate plasma. Further, Ne was used as a gas for generating plasma.

測定された発光スペクトルを図4に示す。この発光スペクトルから、280nm以下の波長領域において、従来の深紫外発光素子に比べ、非常に優れた発光強度であることがわかる。   The measured emission spectrum is shown in FIG. From this emission spectrum, it can be seen that the emission intensity is very excellent in the wavelength region of 280 nm or less as compared with the conventional deep ultraviolet light emitting device.

本発明の深紫外光発光素子は、発光強度が十分にあり、さらに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。例えば、プールや温泉などの殺菌、3Dプリンター造形材料の硬化、難分解性物質の分解、オゾンセンシング、医療用殺菌、紫外線治療などに用いることができる。   The deep ultraviolet light emitting device of the present invention has sufficient light emission intensity and can output deep ultraviolet light with high efficiency, and thus can be used for various applications. For example, it can be used for sterilization of pools and hot springs, curing of 3D printer modeling materials, decomposition of hardly decomposable substances, ozone sensing, medical sterilization, ultraviolet ray treatment, and the like.

1 ミストCVD装置
2a (第1の)キャリアガス源
3a (第1の)流量調節弁
4 (第1の)ミスト発生源
4a (第1の)原料溶液
4b (第1の)ミスト
5 (第1の)容器
5a (第1の)水
6 (第1の)超音波振動子
7 成膜室
8 ホットプレート
9 (第1の)供給管
10 基板
12a (第2の)キャリアガス源
13a (第2の)流量調節弁
14 (第2の)ミスト発生源
14a (第2の)原料溶液
14b (第2の)ミスト
15 (第2の)容器
15a (第2の)水
16 (第2の)超音波振動子
19 (第2の)供給管

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mist CVD apparatus 2a (First) Carrier gas source 3a (First) Flow control valve 4 (First) Mist generation source 4a (First) Raw material solution 4b (First) Mist 5 (First 5) (First) Water 6 (First) Ultrasonic vibrator 7 Deposition chamber 8 Hot plate 9 (First) Supply tube 10 Substrate 12a (Second) Carrier gas source 13a (Second) (Second) mist generating source 14a (second) raw material solution 14b (second) mist 15 (second) container 15a (second) water 16 (second) Sonic transducer 19 (second) supply pipe

Claims (13)

第1の電極、第2の電極および発光層を少なくとも有しており、前記発光層が深紫外光を発光する深紫外発光素子において、前記発光層が、ガリウムを少なくとも含有する酸化物を含むことを特徴とする深紫外発光素子。   In a deep ultraviolet light-emitting element having at least a first electrode, a second electrode, and a light emitting layer, wherein the light emitting layer emits deep ultraviolet light, the light emitting layer includes an oxide containing at least gallium. A deep ultraviolet light emitting device characterized by 前記発光層は、第1の層と、第1の層とは異なる材料を主成分とする第2の層とが、少なくとも1層ずつ交互に積層されている量子井戸構造を有する請求項1記載の深紫外発光素子。   2. The light emitting layer has a quantum well structure in which a first layer and a second layer containing a material different from the first layer as a main component are alternately stacked at least one layer. Deep ultraviolet light emitting device. 第1の層および第2の層の主成分が、それぞれガリウムを少なくとも含有する酸化物である請求項2記載の深紫外発光素子。   The deep ultraviolet light-emitting device according to claim 2, wherein the main components of the first layer and the second layer are oxides each containing at least gallium. 第1の層および第2の層の主成分のいずれかが、アルミニウムを少なくとも含有する酸化物である請求項2または3に記載の深紫外発光素子。   4. The deep ultraviolet light-emitting element according to claim 2, wherein one of main components of the first layer and the second layer is an oxide containing at least aluminum. 第1の層および第2の層の主成分が、それぞれコランダム構造を有する酸化物である請求項2〜4のいずれかに記載の深紫外発光素子。   The deep ultraviolet light-emitting device according to any one of claims 2 to 4, wherein the main components of the first layer and the second layer are oxides each having a corundum structure. 第1の電極が基準電極であり、第2の電極が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、前記基準電極および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、電子また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ように構成されている請求項1〜5のいずれかに記載の深紫外発光素子。   A discharge electrode disposed such that the first electrode is a reference electrode and a second electrode is opposed to the reference electrode; and a light emitting layer disposed on the opposite side of the reference electrode with the discharge electrode interposed therebetween An electron or a gas filled in a space accommodating the reference electrode and the discharge electrode, and a plasma generated by the gas when a voltage higher than the potential of the reference electrode and the reference electrode is applied. The light emitting layer is configured to emit deep ultraviolet light when electrons or positive ions extracted by the extracting means collide with the light emitting layer. 6. The deep ultraviolet light-emitting device according to any one of 5 above. 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請求項6記載の深紫外発光素子。   A secondary electron emission material layer disposed on the opposite side of the discharge electrode with the reference electrode interposed therebetween, and when the extraction means extracts electrons, positive ions extracted toward the reference electrode are The deep ultraviolet light-emitting device according to claim 6, wherein the secondary electron emission material layer generates electrons by colliding with the secondary electron emission material layer. 前記ガスが、Ne、Xe、He、Ar、H、D、N、XeClおよびArFからなる群から選ばれる少なくとも1種類のガスまたはその混合ガスである請求項6または7に記載の深紫外発光素子。 8. The depth according to claim 6, wherein the gas is at least one gas selected from the group consisting of Ne, Xe, He, Ar, H 2 , D 2 , N 2 , XeCl, and ArF, or a mixed gas thereof. Ultraviolet light emitting element. 前記引き出し手段が、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請求項6〜8のいずれかに記載の深紫外発光素子。   The deep ultraviolet light emitting element according to any one of claims 6 to 8, wherein the extraction means includes a pulling electrode disposed between the discharge electrode and the light emitting layer. 前記引き出し手段が、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請求項6〜9のいずれかに記載の深紫外発光素子。   The deep ultraviolet light-emitting device according to any one of claims 6 to 9, wherein the lead-out means includes an acceleration electrode disposed on the opposite side of the discharge electrode with the light-emitting layer interposed therebetween. 前記加速電極が、前記深紫外発光素子の外部に露出している請求項10記載の深紫外発光素子。   The deep ultraviolet light emitting element according to claim 10, wherein the acceleration electrode is exposed to the outside of the deep ultraviolet light emitting element. 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請求項10または11に記載の深紫外発光素子。   The deep ultraviolet light-emitting element according to claim 10 or 11, wherein a pulse voltage is sequentially applied in the order of the discharge electrode, the pulling electrode, and the acceleration electrode. 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が、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請求項12記載の深紫外発光素子。

The deep ultraviolet light emitting element according to claim 12, wherein each pulse voltage applied to the pulling electrode and the accelerating electrode is started to be applied after a predetermined time has elapsed from the end of the application of the immediately preceding pulse voltage.

JP2015177098A 2015-09-08 2015-09-08 Deep ultraviolet light emitting element Active JP6774592B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015177098A JP6774592B2 (en) 2015-09-08 2015-09-08 Deep ultraviolet light emitting element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015177098A JP6774592B2 (en) 2015-09-08 2015-09-08 Deep ultraviolet light emitting element

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017054654A true JP2017054654A (en) 2017-03-16
JP6774592B2 JP6774592B2 (en) 2020-10-28

Family

ID=58321014

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015177098A Active JP6774592B2 (en) 2015-09-08 2015-09-08 Deep ultraviolet light emitting element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6774592B2 (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017052855A (en) * 2015-09-08 2017-03-16 株式会社Flosfia Deep ultraviolet light generation target, deep ultraviolet light source and deep ultraviolet emission element
CN109056066A (en) * 2018-09-05 2018-12-21 南京大学 A kind of system of ultrasonic wave added mist phase transport chemical vapor deposition growing gallium oxide
JP2019033142A (en) * 2017-08-04 2019-02-28 高知県公立大学法人 Deep ultraviolet light emitting element and manufacturing method of the same
CN112771651A (en) * 2018-09-27 2021-05-07 信越化学工业株式会社 Laminate, semiconductor device, and method for manufacturing laminate
WO2022059188A1 (en) * 2020-09-18 2022-03-24 株式会社Kokusai Electric Substrate processing device, plasma light emission device, method for manufacturing semiconductor device, and program
JP2022089583A (en) * 2020-12-04 2022-06-16 株式会社デンソー Wafer processing equipment and wafer processing method
CN116024550A (en) * 2023-03-06 2023-04-28 青禾晶元(天津)半导体材料有限公司 A device system and method for growing an oxide film by fog chemical vapor deposition
CN116334582A (en) * 2023-05-26 2023-06-27 北京青禾晶元半导体科技有限责任公司 Preparation system and method of multisource atomization vapor deposition gallium oxide film

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS636082A (en) * 1986-06-26 1988-01-12 Futaba Corp Electron beam-excited phosphor
JP2008303119A (en) * 2007-06-08 2008-12-18 Nippon Light Metal Co Ltd High-functional Ga2O3 single crystal film and manufacturing method thereof
JP2009013028A (en) * 2007-07-06 2009-01-22 Nippon Light Metal Co Ltd Aluminum oxide-gallium oxide solid solution and method for producing the same
JP2014234337A (en) * 2013-06-04 2014-12-15 株式会社Flosfia Production method for oxide crystal thin film
JP2015103340A (en) * 2013-11-22 2015-06-04 学校法人立命館 Deep ultraviolet light-emitting element
JP2016051825A (en) * 2014-08-29 2016-04-11 高知県公立大学法人 Quantum well structure and semiconductor device
JP2016155963A (en) * 2015-02-25 2016-09-01 株式会社Flosfia Ultraviolet ray luminescent material and method for producing the same
JP2016155714A (en) * 2015-02-25 2016-09-01 国立研究開発法人物質・材料研究機構 α-Ga2O3 SINGLE CRYSTAL, PRODUCTION METHOD OF α-Ga2O3, AND SEMICONDUCTOR DEVICE USING THE SAME
JP2017052855A (en) * 2015-09-08 2017-03-16 株式会社Flosfia Deep ultraviolet light generation target, deep ultraviolet light source and deep ultraviolet emission element

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS636082A (en) * 1986-06-26 1988-01-12 Futaba Corp Electron beam-excited phosphor
JP2008303119A (en) * 2007-06-08 2008-12-18 Nippon Light Metal Co Ltd High-functional Ga2O3 single crystal film and manufacturing method thereof
JP2009013028A (en) * 2007-07-06 2009-01-22 Nippon Light Metal Co Ltd Aluminum oxide-gallium oxide solid solution and method for producing the same
JP2014234337A (en) * 2013-06-04 2014-12-15 株式会社Flosfia Production method for oxide crystal thin film
JP2015103340A (en) * 2013-11-22 2015-06-04 学校法人立命館 Deep ultraviolet light-emitting element
JP2016051825A (en) * 2014-08-29 2016-04-11 高知県公立大学法人 Quantum well structure and semiconductor device
JP2016155963A (en) * 2015-02-25 2016-09-01 株式会社Flosfia Ultraviolet ray luminescent material and method for producing the same
JP2016155714A (en) * 2015-02-25 2016-09-01 国立研究開発法人物質・材料研究機構 α-Ga2O3 SINGLE CRYSTAL, PRODUCTION METHOD OF α-Ga2O3, AND SEMICONDUCTOR DEVICE USING THE SAME
JP2017052855A (en) * 2015-09-08 2017-03-16 株式会社Flosfia Deep ultraviolet light generation target, deep ultraviolet light source and deep ultraviolet emission element

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH, vol. 401, JPN6018052275, 2014, pages 670 - 672, ISSN: 0004090899 *

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017052855A (en) * 2015-09-08 2017-03-16 株式会社Flosfia Deep ultraviolet light generation target, deep ultraviolet light source and deep ultraviolet emission element
JP7082390B2 (en) 2017-08-04 2022-06-08 高知県公立大学法人 Deep ultraviolet light emitting device and its manufacturing method
JP2019033142A (en) * 2017-08-04 2019-02-28 高知県公立大学法人 Deep ultraviolet light emitting element and manufacturing method of the same
CN109056066A (en) * 2018-09-05 2018-12-21 南京大学 A kind of system of ultrasonic wave added mist phase transport chemical vapor deposition growing gallium oxide
JP7220257B2 (en) 2018-09-27 2023-02-09 信越化学工業株式会社 Laminate, semiconductor device, mist CVD apparatus, and film forming method
JP2021168406A (en) * 2018-09-27 2021-10-21 信越化学工業株式会社 Laminates, semiconductor devices and mist CVD devices
CN112771651A (en) * 2018-09-27 2021-05-07 信越化学工业株式会社 Laminate, semiconductor device, and method for manufacturing laminate
US11984481B2 (en) 2018-09-27 2024-05-14 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Laminate, semiconductor device, and method for manufacturing laminate
US12154952B2 (en) 2018-09-27 2024-11-26 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Laminate, semiconductor device, and method for manufacturing laminate
US11990521B2 (en) 2018-09-27 2024-05-21 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Laminate, semiconductor device, and method for manufacturing laminate
WO2022059188A1 (en) * 2020-09-18 2022-03-24 株式会社Kokusai Electric Substrate processing device, plasma light emission device, method for manufacturing semiconductor device, and program
JPWO2022059188A1 (en) * 2020-09-18 2022-03-24
CN116114051A (en) * 2020-09-18 2023-05-12 株式会社国际电气 Substrate processing device, plasma light emitting device, manufacturing method and program of semiconductor device
JP7454691B2 (en) 2020-09-18 2024-03-22 株式会社Kokusai Electric Manufacturing method and program for substrate processing equipment, plasma light emitting equipment, and semiconductor devices
JP2022089583A (en) * 2020-12-04 2022-06-16 株式会社デンソー Wafer processing equipment and wafer processing method
JP7514478B2 (en) 2020-12-04 2024-07-11 株式会社デンソー Wafer processing apparatus and wafer processing method
CN116024550A (en) * 2023-03-06 2023-04-28 青禾晶元(天津)半导体材料有限公司 A device system and method for growing an oxide film by fog chemical vapor deposition
CN116334582A (en) * 2023-05-26 2023-06-27 北京青禾晶元半导体科技有限责任公司 Preparation system and method of multisource atomization vapor deposition gallium oxide film

Also Published As

Publication number Publication date
JP6774592B2 (en) 2020-10-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6774592B2 (en) Deep ultraviolet light emitting element
JP6680434B2 (en) Peeling method, crystalline semiconductor film and semiconductor device
JP7498903B2 (en) Semiconductor Device
TWI667792B (en) Semiconductor device
JP6701472B2 (en) Crystalline oxide semiconductor film and semiconductor device
JP6945121B2 (en) Crystalline semiconductor membranes and semiconductor devices
WO2020013262A1 (en) Semiconductor device and semiconductor system including semiconductor device
JP6620328B2 (en) Deep ultraviolet light generation target, deep ultraviolet light source and deep ultraviolet light emitting device
JP2017118090A (en) Laminate structure and semiconductor device
WO2020013260A1 (en) Semiconductor device and semiconductor system including semiconductor device
WO2020013259A1 (en) Semiconductor device and semiconductor system including semiconductor device
WO2020013261A1 (en) Laminate structure, semiconductor device including laminate structure, and semiconductor system
JP2021009880A (en) Etching processing method and etching processing device
JP6345413B2 (en) Deep ultraviolet light emitting device
JP2020113570A (en) Oxide semiconductor film, laminate, and method for manufacturing oxide semiconductor film
JP6932904B2 (en) Semiconductor device
JP6533982B2 (en) Quantum well structure, laminated structure and semiconductor device
JP2017204642A (en) Deep uv light-emitting device and method for manufacturing the same
JP6980183B2 (en) Crystalline oxide semiconductor film, semiconductor device
JP5565793B2 (en) Deep ultraviolet light emitting device and manufacturing method thereof
JP2016157879A (en) Crystalline oxide semiconductor film and semiconductor device
JP7511833B2 (en) Semiconductor element, semiconductor device, and semiconductor system
JP7515138B2 (en) Semiconductor element, semiconductor device, and semiconductor system
JP7539630B2 (en) Semiconductor device and semiconductor system
JP7595255B2 (en) Current-carrying mechanism and current-carrying method

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180907

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190708

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190806

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191004

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200401

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200525

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200804

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200826

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6774592

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250