[发明专利]紫外线照射装置

说明书

技术领域

本发明涉及例如具备利用了表面等离子体(surface plasmon)的半导体多层膜元件的紫外线照射装置。

背景技术

近年来，小型的紫外线光源的用途逐渐扩展，还开发出例如向UV硬化型喷墨打印机的应用这样的新技术。

作为紫外线光源，已知有例如使用了氮化镓(GaN)类化合物半导体的紫外线发光二极管(LED)，并已知有通过改变构成活性层的包含铝(Al)的GaN类化合物半导体中的Al的组成比，能够调整这样的紫外线LED中的例如380nm以下的紫外线波长区域中的发光。

但是，在紫外线LED中，需要由于半导体结晶中的缺陷所致的非辐射迁移、活性化能量高的例如Mg等p型杂质的存在而不得不成为低载流子浓度的p型层，由于活性层中的载流子溢出、电阻损失，外部量子效率变低，而无法实用。

近年来，作为用于改善LED的发光效率的1个手法，例如，新提出了利用表面等离子体电磁声子这样的能量状态(例如参照非专利文献1)，使例如在具有量子阱构造的活性层中产生的激发子(激子)的能量移动到由银构成的金属层与活性层的界面中的表面等离子体，通过由此生成的表面等离子体电磁声子的高的状态密度，能够抑制半导体结晶中的缺陷所致的非辐射迁移，能够提高内部量子效率(表面等离子体效应)。

进而另外，作为用于得到表面等离子体效应的技术，例如提出了在发光层上形成的半导体层上设置相对该半导体层的欧姆接触良好的第一电极层、并且在该第一电极层上设置第二电极层，该第二电极层作为具有由包含等离子体频率比该第一电极层高的金属的凹凸形状构成的周期性的构造的等离子体发生层而发挥功能(参照专利文献1)、或者如图11所示在半导体发光元件40中周期性地形成由包括活性层43的半导体多层膜和p电极47构成的多个柱状体、并且在各柱状体的周围埋入由金属构成的等离子体发生层48(参照专利文献2)等。在图11中，符号41是透明衬底、42是n型接触层、44是溢出抑制层、45是p型接触层、49是n电极。

专利文献1：日本专利第4130163号公报

专利文献2：日本特开2007-214260号公报

非专利文献1：月刊显示器2009年2月号单行本第10页～第16页

发明内容

然而，已知在利用表面等离子体的LED中，在紫外线波长区域的发光增强中，作为构成等离子体发生层的金属，优选使用铝，但在由铝构成等离子体发生层的情况下，无法针对主要用作p型电极层构成材料的例如氮化物半导体、氧化锌等进行良好的欧姆接触。

另外，为了从活性层(发光层)中生成的激发子向表面等离子体高效地进行能量移动，需要使活性层(发光层)以及等离子体发生层这两者的距离接近，但在专利文献1记载的技术中，存在在发光层与等离子体发生层之间需要p型电极层的构造上，发光层与等离子体发生层的距离例如是数百nm以上，不仅难以提高利用了表面等离子体的发光效率，而且由于在发光层与等离子体频率高的第二金属层(等离子体发生层)之间存在第一电极层，所以难以使表面等离子体电磁声子充分激发这样的问题。

另一方面，在专利文献2记载的技术中，为了使半导体发光元件成为得到表面等离子体效应的结构，必须形成特殊的电极构造，所以存在需要复杂的制造工序这样的问题。

本发明是基于以上那样的事情而完成的，其目的在于提供一种紫外线照射装置，能够通过没有利用pn结的简便的构造，高效地利用表面等离子体电磁声子，高效率地放射特定波长的紫外线。

本发明提供一种紫外线照射装置，其特征在于：

在具有紫外线透过窗的真空密封的容器内，配设至少1个以上的半导体多层膜元件、和对该半导体多层膜元件照射电子束的电子束放射源而成，

该半导体多层膜元件具备活性层和金属膜，所述活性层具有基于In_xAl_yGa_1-x-yN的单一量子阱构造或者多重量子阱构造，所述金属膜由在该活性层的上表面形成的铝或者铝合金的金属粒子构成并具有该金属粒子所构成的纳米构造，其中0≤x＜1、0＜y≤1、x+y≤1，

通过对所述半导体多层膜元件照射来自所述电子束放射源的电子束，经由所述紫外线透过窗向外部放射紫外线。

在本发明的紫外线照射装置中，其特征在于：

构成所述金属膜的金属粒子具有下述式1所示的范围的粒径，

[式1]