JPH065364A - 端面発光型ｅｌ素子 - Google Patents
端面発光型ｅｌ素子Info
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- JPH065364A JPH065364A JP4158381A JP15838192A JPH065364A JP H065364 A JPH065364 A JP H065364A JP 4158381 A JP4158381 A JP 4158381A JP 15838192 A JP15838192 A JP 15838192A JP H065364 A JPH065364 A JP H065364A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 端面発光型ＥＬ素子の光強度を向上させる。
【構成】 端面発光型ＥＬ素子１１の活性層１２を膜厚
方向の両側より中央ほど屈折率が高い薄膜層で形成し、
この活性層１２内に発生して膜厚中央から外方に向かう
光を中央に集光させる。
方向の両側より中央ほど屈折率が高い薄膜層で形成し、
この活性層１２内に発生して膜厚中央から外方に向かう
光を中央に集光させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電子写真装置のライン
ヘッドの発光素子などに利用される端面発光型ＥＬ素子
に関するものである。
ヘッドの発光素子などに利用される端面発光型ＥＬ素子
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在、電子写真装置のラインヘッドに利
用される発光素子として、例えば、ＥＬ(Electro Lumin
escence)素子が存するが、これは不足しがちな発光輝度
の改善が要望されている。そこで、薄膜層の表面が発光
する従来のＥＬに比較して100倍ほどの発光輝度を示す
端面発光型ＥＬが開発された。これは、活性元素を含む
硫化亜鉛等からなる薄膜状の活性層を誘電体層で囲んで
光導波路を形成したもので、活性層の端面から極扁平な
光が照射されるようになっており、その輝度の高さから
プリンタヘッドなどへの利用が期待されている。
用される発光素子として、例えば、ＥＬ(Electro Lumin
escence)素子が存するが、これは不足しがちな発光輝度
の改善が要望されている。そこで、薄膜層の表面が発光
する従来のＥＬに比較して100倍ほどの発光輝度を示す
端面発光型ＥＬが開発された。これは、活性元素を含む
硫化亜鉛等からなる薄膜状の活性層を誘電体層で囲んで
光導波路を形成したもので、活性層の端面から極扁平な
光が照射されるようになっており、その輝度の高さから
プリンタヘッドなどへの利用が期待されている。
【０００３】そこで、この端面発光型ＥＬ素子の従来例
を図５及び図６に基づいて説明する。まず、従来の端面
発光型ＥＬ素子１は、図５に例示するように、光導波路
２を形成する薄膜状の活性層３を上下から誘電体層４，
５で囲み、これら誘電体層４，５の上下面に電極層６，
７を形成した構造となっている。より具体的には、前記
活性層３は、Ｍｎ等の発光中心物質を約0.5(wｔ％）ほ
ど混合したＺｎＳ等の蛍光体物質のＥＢ(Electron Bea
m）蒸着法やスパッタリング法で成膜され、前記誘電体
層４，５は、Ｙ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 、Ｔa2Ｏ5 、Ａl2Ｏ3
等のＥＢ蒸着法やスパッタリング法で成膜され、前記電
極層６，７は、ＡｌやＩＴＯ(Indium-TinOxide)のスパ
ッタリング法等で透明電極として成膜される。そこで、
図６に例示するように、多数の端面発光型ＥＬ素子１を
ガラス基板８上に連設することで、電子写真装置のライ
ンヘッド９を形成することが可能である。
を図５及び図６に基づいて説明する。まず、従来の端面
発光型ＥＬ素子１は、図５に例示するように、光導波路
２を形成する薄膜状の活性層３を上下から誘電体層４，
５で囲み、これら誘電体層４，５の上下面に電極層６，
７を形成した構造となっている。より具体的には、前記
活性層３は、Ｍｎ等の発光中心物質を約0.5(wｔ％）ほ
ど混合したＺｎＳ等の蛍光体物質のＥＢ(Electron Bea
m）蒸着法やスパッタリング法で成膜され、前記誘電体
層４，５は、Ｙ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 、Ｔa2Ｏ5 、Ａl2Ｏ3
等のＥＢ蒸着法やスパッタリング法で成膜され、前記電
極層６，７は、ＡｌやＩＴＯ(Indium-TinOxide)のスパ
ッタリング法等で透明電極として成膜される。そこで、
図６に例示するように、多数の端面発光型ＥＬ素子１を
ガラス基板８上に連設することで、電子写真装置のライ
ンヘッド９を形成することが可能である。
【０００４】このような構成において、この端面発光型
ＥＬ素子１は、交流電源１０で電極層６，７間に交流電
圧を印加すると、ＺｎＳ:Ｍｎからなる活性層３内で誘
起された電子が高電界中で加速されてホットエレクトロ
ンとなり、これが衝突することでＭｎ原子の外殻電子が
励起される。そして、このＭｎ原子の外殻電子が基底状
態に復帰する際に発光が生じることで、この端面発光型
ＥＬ素子１の活性層３の端面から極扁平な光が出射され
ることになる。この時、端面発光型ＥＬ素子１内では、
図５に例示したように、活性層３内に発生した光が屈折
率が異なる誘電体層４，５との境界で全反射を繰返して
順次伝播されると考えられており、このようにして活性
層３の端面から出射される出射光の光強度は、薄膜層の
表面が発光する従来のＥＬ素子の100 倍ほどになる。
ＥＬ素子１は、交流電源１０で電極層６，７間に交流電
圧を印加すると、ＺｎＳ:Ｍｎからなる活性層３内で誘
起された電子が高電界中で加速されてホットエレクトロ
ンとなり、これが衝突することでＭｎ原子の外殻電子が
励起される。そして、このＭｎ原子の外殻電子が基底状
態に復帰する際に発光が生じることで、この端面発光型
ＥＬ素子１の活性層３の端面から極扁平な光が出射され
ることになる。この時、端面発光型ＥＬ素子１内では、
図５に例示したように、活性層３内に発生した光が屈折
率が異なる誘電体層４，５との境界で全反射を繰返して
順次伝播されると考えられており、このようにして活性
層３の端面から出射される出射光の光強度は、薄膜層の
表面が発光する従来のＥＬ素子の100 倍ほどになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述のような端面発光
型ＥＬ素子１は、アレイ状に連設するなどして個々に発
光させることで、ラインヘッド９などに利用することが
できる。
型ＥＬ素子１は、アレイ状に連設するなどして個々に発
光させることで、ラインヘッド９などに利用することが
できる。
【０００６】しかし、実際には活性層３内に発生した光
は一部が誘電体層４，５との境界面を透過して各層４〜
７の端面や電極層６，７の表面などから外部に放射され
るため、この端面発光型ＥＬ素子１でラインヘッド９を
形成した場合、その活性層３の端面から出射されて画像
形成に利用される光の強度が低下している。そこで、こ
の端面発光型ＥＬ素子１の光強度を向上させるため、交
流電源１０の駆動電力を250(Ｖ）の高電圧で５(KHz）の
高周波などとしているが、これでは電子写真装置の小型
軽量化や省電力化が阻害されることになる。さらに、こ
のように駆動電力を増加して端面発光型ＥＬ素子１の出
射光の光強度を確保すると、その活性層３の端面以外か
ら放射される光がノイズとなって電子写真装置の印刷品
質が阻害されるので好ましくない。
は一部が誘電体層４，５との境界面を透過して各層４〜
７の端面や電極層６，７の表面などから外部に放射され
るため、この端面発光型ＥＬ素子１でラインヘッド９を
形成した場合、その活性層３の端面から出射されて画像
形成に利用される光の強度が低下している。そこで、こ
の端面発光型ＥＬ素子１の光強度を向上させるため、交
流電源１０の駆動電力を250(Ｖ）の高電圧で５(KHz）の
高周波などとしているが、これでは電子写真装置の小型
軽量化や省電力化が阻害されることになる。さらに、こ
のように駆動電力を増加して端面発光型ＥＬ素子１の出
射光の光強度を確保すると、その活性層３の端面以外か
ら放射される光がノイズとなって電子写真装置の印刷品
質が阻害されるので好ましくない。
【０００７】ここで、端面発光型ＥＬ素子１は活性層３
の内部で発生した光を長手方向に伝播して端面から出射
する構造となっているので、その長さを延長することで
光強度を向上させることが考えられる。しかし、実際に
は端面発光型ＥＬ素子１の活性層３を形成する硫化亜鉛
等の光減衰率は5 〜50(cm~1)程度であるため、このよう
な活性層３内で発生した光の強度は数mmの伝播で十分の
一ほどに減衰することになる。従って、端面発光型ＥＬ
素子１は、その長さを延長しても光強度の増分は微小で
上限が決まっている。
の内部で発生した光を長手方向に伝播して端面から出射
する構造となっているので、その長さを延長することで
光強度を向上させることが考えられる。しかし、実際に
は端面発光型ＥＬ素子１の活性層３を形成する硫化亜鉛
等の光減衰率は5 〜50(cm~1)程度であるため、このよう
な活性層３内で発生した光の強度は数mmの伝播で十分の
一ほどに減衰することになる。従って、端面発光型ＥＬ
素子１は、その長さを延長しても光強度の増分は微小で
上限が決まっている。
【０００８】本発明は、出射光が高強度な端面発光型Ｅ
Ｌ素子を得るものである。
Ｌ素子を得るものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】薄膜状の活性層を囲む誘
電体層の外面に相対向する電極層を形成した端面発光型
ＥＬ素子において、膜厚方向の両側より中央ほど屈折率
が高い薄膜層で前記活性層を形成した。
電体層の外面に相対向する電極層を形成した端面発光型
ＥＬ素子において、膜厚方向の両側より中央ほど屈折率
が高い薄膜層で前記活性層を形成した。
【００１０】
【作用】活性層内に発生した光は膜厚方向の中央から両
側に向かう過程で屈折率分布に従って中央に偏向される
ので、活性層の端面から出射される光の強度を向上させ
ると共に端面以外から放射される光ノイズを低減するこ
とができる。
側に向かう過程で屈折率分布に従って中央に偏向される
ので、活性層の端面から出射される光の強度を向上させ
ると共に端面以外から放射される光ノイズを低減するこ
とができる。
【００１１】
【実施例】本発明の実施例を図１ないし図４に基づいて
説明する。まず、この端面発光型ＥＬ素子１１では、図
１及び図２に例示するように、光導波路を形成する薄膜
状の活性層１２を二重構造の誘電体層１３〜１６で上下
から囲み、これらの誘電体層１３〜１６の上下面に電極
層１７，１８を形成した構造となっている。そして、本
実施例の端面発光型ＥＬ素子１１では、屈折率が順次異
なる多数の薄膜層を積層して前記活性層１２を形成する
ことで、この活性層１２の屈折率は等価的に膜厚方向の
両側より中央ほど高くなっている。
説明する。まず、この端面発光型ＥＬ素子１１では、図
１及び図２に例示するように、光導波路を形成する薄膜
状の活性層１２を二重構造の誘電体層１３〜１６で上下
から囲み、これらの誘電体層１３〜１６の上下面に電極
層１７，１８を形成した構造となっている。そして、本
実施例の端面発光型ＥＬ素子１１では、屈折率が順次異
なる多数の薄膜層を積層して前記活性層１２を形成する
ことで、この活性層１２の屈折率は等価的に膜厚方向の
両側より中央ほど高くなっている。
【００１２】そこで、このような屈折率分布の活性層１
２を有する端面発光型ＥＬ素子１１の製作方法の具体例
を以下に詳述する。まず、ガラス基板１９上に蒸着等で
成膜した膜厚2000（Å）のアルミニウム膜を主走査方向
で幅100(μm)程度にエッチング等でパターニングして個
別電極となる下部の電極層１８を形成し、この上に下部
の第一の誘電体層１６となる膜厚500(Å）のＳｉＯ2 と
下部の第二の誘電体層１４となる膜厚2500（Å）のＴa2
Ｏ5 とをＲＦ(Radio−Frequency)スパッタリング等で順
次成膜する。そして、このようにして形成された誘電体
層１４上に屈折率が膜厚方向で順次異なる活性層１２を
成膜する方法としては、例えば、ホットウォールエピタ
キシ法やプラズマ制御型スパッタリング法等がある。
２を有する端面発光型ＥＬ素子１１の製作方法の具体例
を以下に詳述する。まず、ガラス基板１９上に蒸着等で
成膜した膜厚2000（Å）のアルミニウム膜を主走査方向
で幅100(μm)程度にエッチング等でパターニングして個
別電極となる下部の電極層１８を形成し、この上に下部
の第一の誘電体層１６となる膜厚500(Å）のＳｉＯ2 と
下部の第二の誘電体層１４となる膜厚2500（Å）のＴa2
Ｏ5 とをＲＦ(Radio−Frequency)スパッタリング等で順
次成膜する。そして、このようにして形成された誘電体
層１４上に屈折率が膜厚方向で順次異なる活性層１２を
成膜する方法としては、例えば、ホットウォールエピタ
キシ法やプラズマ制御型スパッタリング法等がある。
【００１３】そこで、ここではホットウォールエピタキ
シ法を実施する成膜装置２０を図３に基づいて説明す
る。まず、この成膜装置２０では、真空ポンプ（図示せ
ず）が排気管２１で連結されたベルジャ２２の内部底面
に断熱用の三本のステンレス管２３〜２５が順次立設さ
れており、これらのステンレス管２３〜２５の内部の上
半部にはタングステンヒータ２６〜２８を介して石英ガ
ラス製の坩堝２９〜３１が配置されている。そして、こ
れらの坩堝２９〜３１の上部開口と順次対向する位置に
は基板ホルダ３２が移動自在に設けられており、この基
板ホルダ３２は、赤外線ヒータ３３を内蔵したハウジン
グ３４の底部に前記ガラス基板１９がセットされる開口
３５を形成した構造となっている。
シ法を実施する成膜装置２０を図３に基づいて説明す
る。まず、この成膜装置２０では、真空ポンプ（図示せ
ず）が排気管２１で連結されたベルジャ２２の内部底面
に断熱用の三本のステンレス管２３〜２５が順次立設さ
れており、これらのステンレス管２３〜２５の内部の上
半部にはタングステンヒータ２６〜２８を介して石英ガ
ラス製の坩堝２９〜３１が配置されている。そして、こ
れらの坩堝２９〜３１の上部開口と順次対向する位置に
は基板ホルダ３２が移動自在に設けられており、この基
板ホルダ３２は、赤外線ヒータ３３を内蔵したハウジン
グ３４の底部に前記ガラス基板１９がセットされる開口
３５を形成した構造となっている。
【００１４】そこで、このような成膜装置２０を利用し
て端面発光型ＥＬ素子１１の活性層１２をホットウォー
ルエピタキシ法で成膜する場合は、まず、前述のように
して下部の電極層１８と誘電体層１６，１４とを順次形
成したガラス基板１９を基板ホルダ３２の開口３５内に
セットし、例えば、坩堝２９〜３１内に蛍光体物質であ
るＺｎＳとＺｎＴｅと発光中心物質であるＭｎとの細片
３６〜３８を各々投入する。そこで、真空ポンプを駆動
してベルジャ２２内を5.0 ×10~6(Torr)程度に真空引き
し、タングステンヒータ２６〜２８を駆動して坩堝２９
〜３１内のＺｎＳとＺｎＴｅとＭｎとの細片３６〜３８
を昇華させる。そこで、赤外線ヒータ３３で加熱したガ
ラス基板１９を基板ホルダ３２で所定の坩堝２９〜３１
上に配置すると、その坩堝２９〜３１内の細片３６〜３
８の薄膜層がガラス基板１９の誘電体層１４上に毎秒1.
0(Å）程度の速度で成膜されることになる。そこで、こ
こでは各坩堝２９〜３１上にガラス基板１９を配置する
時間を制御することで、ＭｎとＺｎＳとＺｎＴｅとが所
定割合で混合された多数の薄膜層を積層して等価的に膜
厚方向で屈折率が順次異なる活性層１２を形成する。
て端面発光型ＥＬ素子１１の活性層１２をホットウォー
ルエピタキシ法で成膜する場合は、まず、前述のように
して下部の電極層１８と誘電体層１６，１４とを順次形
成したガラス基板１９を基板ホルダ３２の開口３５内に
セットし、例えば、坩堝２９〜３１内に蛍光体物質であ
るＺｎＳとＺｎＴｅと発光中心物質であるＭｎとの細片
３６〜３８を各々投入する。そこで、真空ポンプを駆動
してベルジャ２２内を5.0 ×10~6(Torr)程度に真空引き
し、タングステンヒータ２６〜２８を駆動して坩堝２９
〜３１内のＺｎＳとＺｎＴｅとＭｎとの細片３６〜３８
を昇華させる。そこで、赤外線ヒータ３３で加熱したガ
ラス基板１９を基板ホルダ３２で所定の坩堝２９〜３１
上に配置すると、その坩堝２９〜３１内の細片３６〜３
８の薄膜層がガラス基板１９の誘電体層１４上に毎秒1.
0(Å）程度の速度で成膜されることになる。そこで、こ
こでは各坩堝２９〜３１上にガラス基板１９を配置する
時間を制御することで、ＭｎとＺｎＳとＺｎＴｅとが所
定割合で混合された多数の薄膜層を積層して等価的に膜
厚方向で屈折率が順次異なる活性層１２を形成する。
【００１５】つまり、成膜開始時はＺｎＳを10（Å）に
成膜してからＭｎを0.5(Å）に成膜することを100 回繰
返し、以下は順次、ＺｎＳの10（Å）の成膜、Ｍｎの0.
5(Å）の成膜、これを100 回、ＺｎＴｅの10（Å）の成
膜、Ｍｎの0.5(Å）の成膜、これを20回、ＺｎＳの10
（Å）の成膜、Ｍｎの0.5(Å）の成膜、これを60回、Ｚ
ｎＴｅの10（Å）の成膜、Ｍｎの0.5(Å）の成膜、これ
を40回、ＺｎＳの10（Å）の成膜、Ｍｎの0.5(Å）の成
膜、これを40回、ＺｎＴｅの10（Å）の成膜、Ｍｎの0.
5(Å）の成膜、これを60回、ＺｎＳの10（Å）の成膜、
Ｍｎの0.5(Å）の成膜、これを20回、ＺｎＴｅの10
（Å）の成膜、Ｍｎの0.5(Å）の成膜、これを80回、Ｚ
ｎＴｅの10（Å）の成膜、Ｍｎの0.5(Å）の成膜、これ
を100 回繰返す。このようにすることで活性層１２の下
半部が形成されるので、以下は繰返しの順番を逆転させ
て成膜を行なうことで活性層１２の形成が完了する。そ
して、このようにして形成された活性層１２は、膜厚方
向の中央ではＺｎＴｅの密度が高く両側ではＺｎＳの密
度が高いので、等価的に膜厚方向の両側より中央ほど屈
折率が高くなる。
成膜してからＭｎを0.5(Å）に成膜することを100 回繰
返し、以下は順次、ＺｎＳの10（Å）の成膜、Ｍｎの0.
5(Å）の成膜、これを100 回、ＺｎＴｅの10（Å）の成
膜、Ｍｎの0.5(Å）の成膜、これを20回、ＺｎＳの10
（Å）の成膜、Ｍｎの0.5(Å）の成膜、これを60回、Ｚ
ｎＴｅの10（Å）の成膜、Ｍｎの0.5(Å）の成膜、これ
を40回、ＺｎＳの10（Å）の成膜、Ｍｎの0.5(Å）の成
膜、これを40回、ＺｎＴｅの10（Å）の成膜、Ｍｎの0.
5(Å）の成膜、これを60回、ＺｎＳの10（Å）の成膜、
Ｍｎの0.5(Å）の成膜、これを20回、ＺｎＴｅの10
（Å）の成膜、Ｍｎの0.5(Å）の成膜、これを80回、Ｚ
ｎＴｅの10（Å）の成膜、Ｍｎの0.5(Å）の成膜、これ
を100 回繰返す。このようにすることで活性層１２の下
半部が形成されるので、以下は繰返しの順番を逆転させ
て成膜を行なうことで活性層１２の形成が完了する。そ
して、このようにして形成された活性層１２は、膜厚方
向の中央ではＺｎＴｅの密度が高く両側ではＺｎＳの密
度が高いので、等価的に膜厚方向の両側より中央ほど屈
折率が高くなる。
【００１６】そして、上述のようにしてホットウォール
エピタキシ法による活性層１２の成膜が完了すると成膜
装置２０からガラス基板１９を取外し、このガラス基板
１９上に膜厚2500（Å）のＴa2Ｏ5 と膜厚500(Å）のＳ
iＯ2 とをＲＦスパッタリング等で順次成膜して上部の
誘電体層１３，１５を形成し、この上に蒸着等で成膜し
た膜厚2000（Å）のアルミニウム膜を光軸方向で幅0.5
〜5.0(mm）程度にエッチング等でパターニングして共通
電極となる上部の電極層１７を形成する。そこで、ここ
では電極層１７の端部の位置で各薄膜層と共にガラス基
板１９を切断することで端面発光型ＥＬ素子１１の発光
端面を形成するものとした。
エピタキシ法による活性層１２の成膜が完了すると成膜
装置２０からガラス基板１９を取外し、このガラス基板
１９上に膜厚2500（Å）のＴa2Ｏ5 と膜厚500(Å）のＳ
iＯ2 とをＲＦスパッタリング等で順次成膜して上部の
誘電体層１３，１５を形成し、この上に蒸着等で成膜し
た膜厚2000（Å）のアルミニウム膜を光軸方向で幅0.5
〜5.0(mm）程度にエッチング等でパターニングして共通
電極となる上部の電極層１７を形成する。そこで、ここ
では電極層１７の端部の位置で各薄膜層と共にガラス基
板１９を切断することで端面発光型ＥＬ素子１１の発光
端面を形成するものとした。
【００１７】このような構成において、この端面発光型
ＥＬ素子１１は、交流電源で電極層１７，１８間に交流
電圧を印加すると、ＺｎＳ：ＭｎとＺｎＴｅ：Ｍｎとか
らなる活性層１２内で誘起された電子が高電界中で加速
されてホットエレクトロンとなり、これが衝突すること
でＭｎ原子の外殻電子が励起される。そして、このＭｎ
原子の外殻電子が基底状態に復帰する際に発光が生じる
ことで、この端面発光型ＥＬ素子１１の活性層１２の端
面から極扁平な光が出射されることになる。この時、端
面発光型ＥＬ素子１１内では、活性層１２の屈折率が膜
厚方向の両側より中央ほど高いので、図１に例示したよ
うに、この活性層１２内に発生した光は膜厚方向の中央
から両側に向かう過程で中央に向かって屈折されること
になる。つまり、この端面発光型ＥＬ素子１１では、従
来は活性層１２から誘電体層１３，１４との境界面を透
過して外部に放射されていた光成分も活性層１２の端面
に向かって集光されるので、この端面の出射光の光強度
が向上すると共に端面以外から放射される光ノイズが低
減されることになる。従って、このような端面発光型Ｅ
Ｌ素子１１を連設して電子写真装置のラインヘッド（図
示せず）を形成することで、交流電源（図示せず）の小
型軽量化や省電力化を実現することができると共に、光
ノイズの低減による印刷品質の向上にも寄与することが
できる。
ＥＬ素子１１は、交流電源で電極層１７，１８間に交流
電圧を印加すると、ＺｎＳ：ＭｎとＺｎＴｅ：Ｍｎとか
らなる活性層１２内で誘起された電子が高電界中で加速
されてホットエレクトロンとなり、これが衝突すること
でＭｎ原子の外殻電子が励起される。そして、このＭｎ
原子の外殻電子が基底状態に復帰する際に発光が生じる
ことで、この端面発光型ＥＬ素子１１の活性層１２の端
面から極扁平な光が出射されることになる。この時、端
面発光型ＥＬ素子１１内では、活性層１２の屈折率が膜
厚方向の両側より中央ほど高いので、図１に例示したよ
うに、この活性層１２内に発生した光は膜厚方向の中央
から両側に向かう過程で中央に向かって屈折されること
になる。つまり、この端面発光型ＥＬ素子１１では、従
来は活性層１２から誘電体層１３，１４との境界面を透
過して外部に放射されていた光成分も活性層１２の端面
に向かって集光されるので、この端面の出射光の光強度
が向上すると共に端面以外から放射される光ノイズが低
減されることになる。従って、このような端面発光型Ｅ
Ｌ素子１１を連設して電子写真装置のラインヘッド（図
示せず）を形成することで、交流電源（図示せず）の小
型軽量化や省電力化を実現することができると共に、光
ノイズの低減による印刷品質の向上にも寄与することが
できる。
【００１８】なお、本出願人は上述のような端面発光型
ＥＬ素子１１の活性層１２の特性を評価するために試作
品を製作して発光強度を測定したところ、上部の電極層
１７の長さと共に発光強度が変化することが確認され
た。
ＥＬ素子１１の活性層１２の特性を評価するために試作
品を製作して発光強度を測定したところ、上部の電極層
１７の長さと共に発光強度が変化することが確認され
た。
【００１９】また、本実施例の端面発光型ＥＬ素子１１
では、活性層１２の蛍光体物質としてＺｎＳとＺｎＴｅ
との二種類を利用することを例示したが、このような蛍
光体物質としては周期表の２−６属の化合物半導体が利
用可能であり、例えば、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、
ＣｄＴｅ、ＳｒＳなども実施可能である。そこで、本実
施例の端面発光型ＥＬ素子１１では、屈折率が大きく異
なるＺｎＳとＺｎＴｅとを活性層１２の材料として選択
することで、その膜厚方向の中央と両側との屈折率を大
きく変化させるようにした。なお、このような半導体の
屈折率は物性値である誘電率から求めることができ、格
子振動数が高周波の場合の誘電率をεとすると、屈折率
ｎは、n2＝εとなる。そして、ＺｎＳとＺｎＴｅとの誘
電率は5.07と8.26なので、その屈折率は2.25と2.87とな
る。
では、活性層１２の蛍光体物質としてＺｎＳとＺｎＴｅ
との二種類を利用することを例示したが、このような蛍
光体物質としては周期表の２−６属の化合物半導体が利
用可能であり、例えば、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、
ＣｄＴｅ、ＳｒＳなども実施可能である。そこで、本実
施例の端面発光型ＥＬ素子１１では、屈折率が大きく異
なるＺｎＳとＺｎＴｅとを活性層１２の材料として選択
することで、その膜厚方向の中央と両側との屈折率を大
きく変化させるようにした。なお、このような半導体の
屈折率は物性値である誘電率から求めることができ、格
子振動数が高周波の場合の誘電率をεとすると、屈折率
ｎは、n2＝εとなる。そして、ＺｎＳとＺｎＴｅとの誘
電率は5.07と8.26なので、その屈折率は2.25と2.87とな
る。
【００２０】また、端面発光型ＥＬ素子１１では、活性
層１２に添加する発光中心物質の材料によって出射光の
波長が決定されるので、ここでは発光中心物質をＭｎと
して585(nm）がピークの出射光を生成するものとした。
例えば、このような発光中心物質をＴｂＦ3 とすること
で出射光のピークは540 〜550(nm）となり、ＳｍＦ3で
は650(nm）となる。ここで、端面発光型ＥＬ素子１１で
は、その蛍光体物質のエネルギギャップＥｇと出射光の
波長λとの間に、 Ｅｇ＝(1239.8)／λ （λ：nm Ｅｇ：ｅＶ） の関係があるため、発光中心物質の発光エネルギよりも
大きなエネルギギャップが蛍光体物質に必要である。そ
こで、本実施例の端面発光型ＥＬ素子１１では、活性層
１２の蛍光体物質として、屈折率が約2.3でエネルギギ
ャップが約3.4(ｅＶ）のＺｎＳと、屈折率が約2.8でエ
ネルギギャップが2.26(eＶ）のＺｎＴｅとを採用し、発
光中心物質としては発光エネルギが2.1 のＭｎを採用す
ることで、上記条件を満足するようにした。
層１２に添加する発光中心物質の材料によって出射光の
波長が決定されるので、ここでは発光中心物質をＭｎと
して585(nm）がピークの出射光を生成するものとした。
例えば、このような発光中心物質をＴｂＦ3 とすること
で出射光のピークは540 〜550(nm）となり、ＳｍＦ3で
は650(nm）となる。ここで、端面発光型ＥＬ素子１１で
は、その蛍光体物質のエネルギギャップＥｇと出射光の
波長λとの間に、 Ｅｇ＝(1239.8)／λ （λ：nm Ｅｇ：ｅＶ） の関係があるため、発光中心物質の発光エネルギよりも
大きなエネルギギャップが蛍光体物質に必要である。そ
こで、本実施例の端面発光型ＥＬ素子１１では、活性層
１２の蛍光体物質として、屈折率が約2.3でエネルギギ
ャップが約3.4(ｅＶ）のＺｎＳと、屈折率が約2.8でエ
ネルギギャップが2.26(eＶ）のＺｎＴｅとを採用し、発
光中心物質としては発光エネルギが2.1 のＭｎを採用す
ることで、上記条件を満足するようにした。
【００２１】さらに、ここでは屈折率が膜厚方向で順次
異なる活性層１２を成膜する他の方法として、マグネト
ロンスパッタリング法の一変種であるプラズマ制御型ス
パッタリング法を図４に基づいて説明する。まず、この
プラズマ制御型スパッタリング法の成膜装置３９では、
真空ポンプ（図示せず）が排気管４０で連結された真空
槽４１の底部に円環状の電磁コイル４２を内蔵した円筒
状の磁性ヨーク４３が装着されており、この磁性ヨーク
４３の盤面上の前記真空槽４１内には、円盤状と円環状
のＺｎＴｅとＺｎＳとのターゲット４４，４５が同軸上
に配置されるようになっている。そして、これらのター
ゲット４４，４５に上方から対向する位置には、下部の
電極層１８や誘電体層１４，１６が成膜されたガラス基
板１９が配置されるようになっており、このガラス基板
１９と前記ターゲット４４，４５との空隙を包囲する位
置に円環状の電磁コイル４６が設けられている。なお、
ここでは活性層１２の蛍光体物質は同軸上に配置したタ
ーゲット４４，４５として用意されるので、その発光中
心物質Ｍｎは所定量の細片４７としてターゲット４４，
４５上に載置することになる。
異なる活性層１２を成膜する他の方法として、マグネト
ロンスパッタリング法の一変種であるプラズマ制御型ス
パッタリング法を図４に基づいて説明する。まず、この
プラズマ制御型スパッタリング法の成膜装置３９では、
真空ポンプ（図示せず）が排気管４０で連結された真空
槽４１の底部に円環状の電磁コイル４２を内蔵した円筒
状の磁性ヨーク４３が装着されており、この磁性ヨーク
４３の盤面上の前記真空槽４１内には、円盤状と円環状
のＺｎＴｅとＺｎＳとのターゲット４４，４５が同軸上
に配置されるようになっている。そして、これらのター
ゲット４４，４５に上方から対向する位置には、下部の
電極層１８や誘電体層１４，１６が成膜されたガラス基
板１９が配置されるようになっており、このガラス基板
１９と前記ターゲット４４，４５との空隙を包囲する位
置に円環状の電磁コイル４６が設けられている。なお、
ここでは活性層１２の蛍光体物質は同軸上に配置したタ
ーゲット４４，４５として用意されるので、その発光中
心物質Ｍｎは所定量の細片４７としてターゲット４４，
４５上に載置することになる。
【００２２】そこで、このような成膜装置３９を利用し
て端面発光型ＥＬ素子１１の活性層１２をプラズマ制御
型スパッタリング法で成膜する場合、まず、真空ポンプ
を駆動して真空槽４１内を5.0 ×10~6(Torr)程度に真空
引きし、ここに5.0 ×10~3(Torr)程度までアルゴンガス
を導入する。そして、電磁コイル４２，４６の各々を所
定電圧で駆動することでアルゴンイオンの移動方向を調
整してターゲット４４，４５の所定位置に衝突させ、こ
れらのターゲット４４，４５や細片４７からＺｎＳ：Ｍ
ｎやＺｎＴｅ：Ｍｎのイオンを放出させる。そこで、こ
こでは各電磁コイル４２，４６の駆動電力の電圧を時分
割制御することで、ＺｎＳ：ＭｎとＺｎＴｅ：Ｍｎとが
所定割合で混合された多数の薄膜層を積層して等価的に
膜厚方向で屈折率が順次異なる活性層１２を形成する。
て端面発光型ＥＬ素子１１の活性層１２をプラズマ制御
型スパッタリング法で成膜する場合、まず、真空ポンプ
を駆動して真空槽４１内を5.0 ×10~6(Torr)程度に真空
引きし、ここに5.0 ×10~3(Torr)程度までアルゴンガス
を導入する。そして、電磁コイル４２，４６の各々を所
定電圧で駆動することでアルゴンイオンの移動方向を調
整してターゲット４４，４５の所定位置に衝突させ、こ
れらのターゲット４４，４５や細片４７からＺｎＳ：Ｍ
ｎやＺｎＴｅ：Ｍｎのイオンを放出させる。そこで、こ
こでは各電磁コイル４２，４６の駆動電力の電圧を時分
割制御することで、ＺｎＳ：ＭｎとＺｎＴｅ：Ｍｎとが
所定割合で混合された多数の薄膜層を積層して等価的に
膜厚方向で屈折率が順次異なる活性層１２を形成する。
【００２３】つまり、成膜開始時はプラズマ状態のアル
ゴンイオンをターゲット４５の外周部に誘導してＺｎ
Ｓ：Ｍｎを成膜し、このアルゴンイオンの誘導位置を順
次ターゲット４４の中央部に向かって移動させること
で、ＺｎＳ：ＭｎとＺｎＴｅ：Ｍｎとの混合物や、Ｚｎ
Ｔｅ：Ｍｎを順次成膜する。このようにすることで活性
層１２の下半部が形成されるので、以下は順番を逆転さ
せて成膜を行なうことで活性層１２の形成が完了する。
そして、このようにして形成された活性層１２は、膜厚
方向の中央ではＺｎＴｅの密度が高く両側ではＺｎＳの
密度が高いので、等価的に膜厚方向の両側より中央ほど
屈折率が高くなる。
ゴンイオンをターゲット４５の外周部に誘導してＺｎ
Ｓ：Ｍｎを成膜し、このアルゴンイオンの誘導位置を順
次ターゲット４４の中央部に向かって移動させること
で、ＺｎＳ：ＭｎとＺｎＴｅ：Ｍｎとの混合物や、Ｚｎ
Ｔｅ：Ｍｎを順次成膜する。このようにすることで活性
層１２の下半部が形成されるので、以下は順番を逆転さ
せて成膜を行なうことで活性層１２の形成が完了する。
そして、このようにして形成された活性層１２は、膜厚
方向の中央ではＺｎＴｅの密度が高く両側ではＺｎＳの
密度が高いので、等価的に膜厚方向の両側より中央ほど
屈折率が高くなる。
【００２４】なお、本実施例ではホットウォールエピタ
キシ法とプラズマ制御型スパッタリング法とを利用する
ことで、屈折率が異なる薄膜層を順次積層して膜厚方向
の両側より中央ほど屈折率が高い活性層１２を形成する
ことを例示したが、例えば、グレーテッドインデックス
型の光ファイバのように、予め形成した活性層１２に外
周部から屈折率可変物質を熱拡散させることも実施可能
である。この場合、例えば、屈折率可変物質である硫黄
薄膜を誘電体層１４上に成膜してから活性層１２を形成
し、この上に硫黄薄膜を成膜した後に全体を加熱して活
性層１２に外部から硫黄を拡散させるようなことにな
る。しかし、これでは硫黄は誘電体層１４にも熱拡散さ
れることになり、その拡散量の制御が困難なので活性層
１２の屈折率分布の管理が困難である。さらに、一般的
なエレクトロンビーム蒸着やスパッタリング法で屈折率
が異なる薄膜層を順次積層して膜厚方向の両側より中央
ほど屈折率が高い活性層１２を形成することも実施可能
である。しかし、この場合は屈折率が異なる薄膜層毎に
蒸着材料やターゲットを用意する必要があるので、その
製作工程が増大して生産性が低下することになる。そこ
で、本実施例では、上述のような課題を生じることなく
膜厚方向の両側より中央ほど屈折率が高い活性層１２を
形成する方法として、ホットウォールエピタキシ法とプ
ラズマ制御型スパッタリング法とを例示した。
キシ法とプラズマ制御型スパッタリング法とを利用する
ことで、屈折率が異なる薄膜層を順次積層して膜厚方向
の両側より中央ほど屈折率が高い活性層１２を形成する
ことを例示したが、例えば、グレーテッドインデックス
型の光ファイバのように、予め形成した活性層１２に外
周部から屈折率可変物質を熱拡散させることも実施可能
である。この場合、例えば、屈折率可変物質である硫黄
薄膜を誘電体層１４上に成膜してから活性層１２を形成
し、この上に硫黄薄膜を成膜した後に全体を加熱して活
性層１２に外部から硫黄を拡散させるようなことにな
る。しかし、これでは硫黄は誘電体層１４にも熱拡散さ
れることになり、その拡散量の制御が困難なので活性層
１２の屈折率分布の管理が困難である。さらに、一般的
なエレクトロンビーム蒸着やスパッタリング法で屈折率
が異なる薄膜層を順次積層して膜厚方向の両側より中央
ほど屈折率が高い活性層１２を形成することも実施可能
である。しかし、この場合は屈折率が異なる薄膜層毎に
蒸着材料やターゲットを用意する必要があるので、その
製作工程が増大して生産性が低下することになる。そこ
で、本実施例では、上述のような課題を生じることなく
膜厚方向の両側より中央ほど屈折率が高い活性層１２を
形成する方法として、ホットウォールエピタキシ法とプ
ラズマ制御型スパッタリング法とを例示した。
【００２５】
【発明の効果】本発明は上述のように、薄膜状の活性層
を囲む誘電体層の外面に相対向する電極層を形成した端
面発光型ＥＬ素子において、膜厚方向の両側より中央ほ
ど屈折率が高い薄膜層で前記活性層を形成したことによ
り、この活性層内に発生した光は膜厚方向の中央から両
側に向かう過程で屈折率分布に従って中央に偏向される
ので、活性層の端面から出射される光の強度を向上させ
ると共に端面以外から放射される光ノイズを低減するこ
とができる等の効果を有するものである。
を囲む誘電体層の外面に相対向する電極層を形成した端
面発光型ＥＬ素子において、膜厚方向の両側より中央ほ
ど屈折率が高い薄膜層で前記活性層を形成したことによ
り、この活性層内に発生した光は膜厚方向の中央から両
側に向かう過程で屈折率分布に従って中央に偏向される
ので、活性層の端面から出射される光の強度を向上させ
ると共に端面以外から放射される光ノイズを低減するこ
とができる等の効果を有するものである。
【図１】本発明の実施例を示す縦断側面図である。
【図２】正面図である。
【図３】ホットウォールエピタキシ法の成膜装置を示す
縦断正面図である。
縦断正面図である。
【図４】プラズマ制御型スパッタリング法の成膜装置を
示す縦断正面図である。
示す縦断正面図である。
【図５】従来例を示す縦断側面図である。
【図６】斜視図である。
１１ 端面発光型ＥＬ素子 １２ 活性層 １３〜１６ 誘電体層 １７，１８ 電極層
Claims (1)
- 【請求項１】 薄膜状の活性層を囲む誘電体層の外面に
相対向する電極層を形成した端面発光型ＥＬ素子におい
て、膜厚方向の両側より中央ほど屈折率が高い薄膜層で
前記活性層を形成したことを特徴とする端面発光型ＥＬ
素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4158381A JP2823990B2 (ja) | 1992-06-18 | 1992-06-18 | 端面発光型ｅｌ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4158381A JP2823990B2 (ja) | 1992-06-18 | 1992-06-18 | 端面発光型ｅｌ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH065364A true JPH065364A (ja) | 1994-01-14 |
| JP2823990B2 JP2823990B2 (ja) | 1998-11-11 |
Family
ID=15670473
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4158381A Expired - Lifetime JP2823990B2 (ja) | 1992-06-18 | 1992-06-18 | 端面発光型ｅｌ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2823990B2 (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03133095A (ja) * | 1989-10-18 | 1991-06-06 | Tokyo Electric Co Ltd | 端面発光型ｅｌ素子 |
| JPH03205783A (ja) * | 1989-10-13 | 1991-09-09 | Ricoh Co Ltd | 端面発光型ｅｌ素子 |
| JPH04237993A (ja) * | 1991-01-18 | 1992-08-26 | Idemitsu Kosan Co Ltd | 有機エレクトロルミネッセンス素子及びその製造方法 |
-
1992
- 1992-06-18 JP JP4158381A patent/JP2823990B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03205783A (ja) * | 1989-10-13 | 1991-09-09 | Ricoh Co Ltd | 端面発光型ｅｌ素子 |
| JPH03133095A (ja) * | 1989-10-18 | 1991-06-06 | Tokyo Electric Co Ltd | 端面発光型ｅｌ素子 |
| JPH04237993A (ja) * | 1991-01-18 | 1992-08-26 | Idemitsu Kosan Co Ltd | 有機エレクトロルミネッセンス素子及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2823990B2 (ja) | 1998-11-11 |
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