微制造金钢石元件制造技术

一种微制造金钢石元件，其中至少有一个横断面为四边形包括金钢石的柱体形成在基片上，且　　　　其中，在柱体的横断面中，长边长度和短边的长度满足下列公式（１）和（２）表示的关系表达式：　　　　Ｃ↓［１］＝２ａ＊＊＊…（１）　　　　ｎλ≈Ｃ↓［１］…（２）　　　　Ｃ↓［１］：柱体内部生成的光在经该柱体侧面反射时，环绕某一特定环路，一圈的距离［ｎｍ］；　　　　ｎ：一个任意正整数；　　　　λ：金钢石的发射峰值波长［ｎｍ］；　　　　ａ：长边的长度［ｎｍ］，以及　　　　ｋ：短边长度与长边长度之比。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及发光器件及其它中使用的微制造金钢石(diamond)元件，以及制造微制造金钢石(diamond)元件的方法。
技术介绍
传统发光器件中使用的微制造金钢石元件为在任意形状的金钢石柱体中带有PN结的金钢石元件，如“新金钢石(New Diamond)”(日本新金钢石论谈)2001年第4期第17卷中的第10页及后续各页中所描(文献2)。下列其它文献也披露了与本专利技术相关的技术。日本专利申请公开第2002-075171号。“新金钢石”(日本新金钢石论坛)2001年第4期第17卷中的第10页及后续页；[文献3]推广摘要(第47届春季会议)；日本应用物理社及相关社，第130a-YQ-3期(第377页)；[文献4]推广文摘(第46届春季会议)；日本应用物理社及相关社，第130p-M-12期(第415页)；[文献5]推广摘要(第62届秋季会议)；日本应用物理社及相关社，第313a-ZK-5期(第782页)。然而，传统发光器件中使用的微制造金钢石元件的发光效率不高。
技术实现思路
本专利技术是在充分研究上述问题的基础上实现的，本专利技术的目的在于提供一种其形状可提高发光效率的微制造金钢石元件。为了解决上述问题，根据本专利技术的微制造金钢石元件是这样一种微制造金钢石元件其中至少一个包含金钢石的横断面为四边形的柱体形成在基片上，且其中柱体的横断面中长边与短边的长度满足下述公式(1)和公式(2)表示的关系表达式C1=2a1+k2···(1)]]>nλ≈C1...(2). C1柱体内部生成的光经该棱柱体侧面反射时，环绕特定某一特定环道，一圈的距离为[nm]。n一个任意正整数；λ金钢石的发射峰值波长[nm]；a长边的长度[nm]，以及k短边长度与长边长度之比。为了解决上述问题，根据本专利技术的另一微制造金钢石元件是这样一种微制造金钢石元件其中至少一个包含金钢石的横断面实质为正六边形的柱体形成在基片上，并且其中柱体横断面中边的长度满足下述公式(3)和公式(4)表示的关系表达式C2=33b···(3);]]>nλ≈C2...(4)C2柱体内部生成的光在经该柱体侧面反射时，环绕某一特定环路，一圈的距离[nm]；n一任意正整数；λ金钢石的发射峰值波长[nm]；以及b边的长度[nm]。为了解决上述问题，根据本专利技术的另一微制造金钢石元件是这样一种微制造金钢石元件其中至少一个包含金钢石的横断面为圆形的柱体形成在基片上；并且其中当柱体横断面的半径长度为r[nm]时，经该棱柱体侧面反射时，柱体内部生成的光环绕的特定环路表示为一个正多边形，其中从中心到角的距离为r[nm]，正多边形的周长C3[nm]满足下述公式(5)和(6)表示的关系表达式 33r<C3<2πr···(5);]]>nλ≈C3...(6)n一任意正整数；以及λ金钢石的发射峰值波长[nm]。经柱体的多个侧面或一个侧面反射时，柱体内部生成的部分光在柱体内部环绕。当满足上述关系表达式时，沿环路一周的距离大致等于金钢石发射峰值波长某一整数倍(“发射峰值波长”的定义将在后续实施例的说明中描述)。因此，发射峰值波长的光(沿垂直于柱体纵向传播的光以及包括沿柱体纵向较少的传播分量的光)在柱体内部会发生谐振，而引到外部时不会发生衰减。因此，发光效率得到提高。本专利技术的微制造金钢石元件优选地是一种其中柱体的每个侧面均为由金钢石晶面构成的平面的微制造金钢石元件。本专利技术的微制造金钢石元件也优选地是一种其中金钢石晶体表面是一个(100)平面的微制造金钢石元件。当侧面为组成金钢石晶面的非常平坦的表面时，光在侧面均匀或规则地反射。因此，柱体内部生成的光易于形成驻波。当金钢石晶体表面为(100)表面时，形成的这些平面具有最佳平直度。本专利技术的微制造金钢石元件优选地是一种其中柱体的宽度w1由下述公式(7)表示的微制造金钢石元件w1=a1+k2···(7)]]>其中宽度w1不超过500nm。本专利技术的微制造金钢石元件也优选地是其中柱体的宽度w2由下述公式(8)表达的微制造金钢石元件w2＝2b...(8)其中宽度w2不超过500nm。本专利技术的微制造金钢石元件也优选地是其中柱体的直径不超过500nm的微制造金钢石元件。当柱体的宽度(直径)不超过500nm时，可有效约束载流子(电子或空穴)以提高再结合的概率，从而促进发光。表1给出了柱体宽度(尺寸)与阴极发光强度之间的关系。 注)给出的强度为相对于基片(强度设为1)的强度。本专利技术的微制造金钢石元件优选地是一种其中柱体的宽度w1由下述公式(7)表达的微制造金钢石元件w1=a1+k2···(7)]]>其中，柱体的高度与宽度w1之比不小于2。本专利技术的微制造金钢石元件也优选地是一种其中柱体的宽度w2由下述公式(8)表达的微制造金钢石元件w2＝2b...(8)其中，柱体的高度与宽度w2之比不小于2。本专利技术的微制造金钢石元件也优选地是一种其中柱体高度与柱体直径之比不小于2的微制造金钢石元件。当纵横比(纵横比定义为柱体高度与宽度或直径之比)不小于2时，载流子(电子或空穴)则不太可能移开而到基片一边，这样就可以提高再结合的概率而有利于发光。表2给出了纵横比与阴极发光强度之间的关系。〔表2〕 注)给出的强度为相对于基片(强度设为1)的强度。本专利技术的微制造金钢石元件也优选地是一种其中垂直于柱体纵向的横断面的面积与柱体的总外露面积之比不超过1/10的微制造金钢石元件。当垂直于柱体纵向的横断面的面积与柱体的总的外露面积之比不超过1/10时，载流子(电子或空穴)就不太可能移开而到达基片一侧，这样就可以提再高结合概率而有利于发光。表3给出了面积比与阴极发光强度之间的关系。 注给出的强度为相对于基片(强度设为1)的强度。本专利技术的微制造金钢石元件优选地是一种其中柱体等间隔地排列的微制造金钢石元件。上述设置有利于制造应用微制造金钢石元件的器件。特别地，当柱体设置的周期与引出的光波长匹配时，就可以应用发单色光的微制造金钢石元件，并可将其应用到激光器件中。本专利技术的微制造金钢石元件优选地是一种其中折射率小于金钢石折射率的光学透明膜形成在柱体侧面部分的微制造金钢石元件。在柱体多个侧面或一个侧面反复反射的光从光学透明薄被引出到外部。根据本专利技术的微制造金钢石元件的制造方法是一种制造微制造金钢石元件的方法，包括一道蚀刻工序将某种与金钢石基片邻近或接触的金属放置到反应室内；然后在反应室内对金钢石基片实施反应或活性离子蚀刻。该方法能够形成光刻无法形成的精细图案掩膜。根据本专利技术的微制造金钢石元件的另一制造方法优选地是一种制造微制造金钢石元件的方法，包括一道在金钢石基片(基片上带有某种排列状态的直径不超过500本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种微制造金钢石元件，其中至少有一个横断面为四边形包括金钢石的柱体形成在基片上，且其中，在柱体的横断面中，长边长度和短边的长度满足下列公式(1)和(2)表示的关系表达式C1=2a1+k2···(1)]]>nλ≈C1...(2)C1柱体内部生成的光在经该柱体侧面反射时，环绕某一特定环路，一圈的距离[nm]；n一个任意正整数；λ金钢石的发射峰值波长[nm]；a长边的长度[nm]，以及k短边长度与长边长度之比。2.一种微制造金钢石元件，其中至少有一个横断面大体为正六边形包含金钢石的柱体形成在基片上，且其中柱体横断面中边的长度满足下列公式(3)和(4)的表示的关系表达式C2=33b···(3)]]>nλ≈C2...(4)C2柱体内部生成的光在经该柱体侧面反射时，环绕某一特定环路，一圈的距离[nm]，n一个任意正整数；λ金钢石的发射峰值波长[nm]；以及b边的长度[nm]。3.一种微制造的金钢石元件，其中至少一个由金钢石构成的断面为圆形的柱体形成在基片上，且其中，当柱体的横断面半径长度为r[nm]而柱体内部生成的光经柱体的侧面反射时环绕的特定环路由一个正多边形表示时，其中中心到角的距离为r[nm]，正多边形的周长C3[nm]满足下述公式(5)和(6)表示的关系表达式33r<C3<2πr···(5)]]>nλ≈C3...(6)n任意正整数；以及λ金钢石的发射峰值波长[nm]。4.根据权利要求1所述的微制造金钢石元件，其中柱体的每个侧面均为平面，所述平面由金钢石晶面构成。5.根据权利要求4中所述的微制造金钢石元件，其中金钢石晶面为一种(100)面。6.根据权利要求1中所述的微制造金钢石元件，其中柱体的宽度w1由下述公式(7)表示；w1=a1+k2···(7)]]>其中，宽度w1不超过500nm。7.根据权利要求2中所述的微制造金钢石元件，其中柱体的宽度w2由下述公式(...

【专利技术属性】
技术研发人员：西林良树，安藤丰，今井贵浩，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，财团法人精细陶瓷中心，
类型：发明
国别省市：