以下、本発明の実施形態の一例を、図面を� ��照しながら詳細に説明していく。
 図1に本発明に係る深紫外光源デバイスの構 造模式図を示す。本発明に係る深紫外光源デ バイスは、Si基板1及び基板上に低温成長させ たSiドープ窒化アルミニウム(AlN)薄膜2と、石� ��ガラス基板3及び窒化アルミニウムをホスト 材料としてガドリニウム(Gd)を添加した紫外� �光体薄膜4とスペーサ5と電圧回路6とを少な� �とも含む構成からなる。

 ここで、Si基板上に低温成長させたSiドー プAlN薄膜2はエミッタを形成する。また、Si基 板1とSiドープAIN薄膜2はカソード(陰極)10を形� ��し、石英ガラス基板3と紫外蛍光体薄膜4は� �ノード(陽極)11を形成し、スペーサ5を挟んで 対向する。カソード10とアノード11間の空隙� �高真空雰囲気に保持されている。

 なお、カソード10とアノード11の間にグリ ッドを挿入して、放出電流を制御することも 可能である。実際に実用化を考えた場合、カ ソード10とアノード11の間にグリッドを挿入� �る3極方式を採用することが好ましい。

(紫外蛍光体薄膜の作製方法)
 次に、本発明に係る深紫外光源デバイスの� ��外蛍光体薄膜4の作製方法について説明する 。図2は、紫外蛍光体薄膜4の作製にもちいた� ��応性RFマグネトロンスパッタリング装置の� �造模式図を示している。

 以下、図2のスパッタリング装置を参照して 紫外蛍光体薄膜の作製方法について説明する 。
 紫外蛍光体薄膜の作製に用いた反応性RFマ� �ネトロンスパッタリング装置30は、装置内の 真空チャンバー上部にヒータ32を有し、真空� ��ャンバー下部に高周波電源32(図示しない)を 有し、真空チャンバー右部に反応ガス33を導� ��できる流入口があり、真空チャンバー左部� ��流出口に液体窒素トラップ20を備え、スパ� �タリング装置内の真空チャンバー内部の残� �ガス中の水成分を積極的に除去し、真空ポ� �プ39(図示しない)によって反応ガスを流出さ� ��る構造である。

 先ず、反応性RFマグネトロンスパッタリン� �装置30の上部に基板として深紫外域で透明な 石英ガラス基板34を収め、石英ガラス基板34� �対向して下部にAl/Gdターゲット35を載置する� ��Al/Gdターゲット35は、図2の右下に示すよう� �、Alターゲット36の上に1.5mm角のGdチップ37を� ��定個数載置する。ターゲットはAlとGdの組成 を制御した合金ターゲットでも良い。そして 、ヒータ31を制御して、例えば、石英ガラス� ��板34の温度を300℃に保持し、チャンバー内� �40mTorrでN ₂ とArガスの反応ガス33を流して、スパッタ電� �1.8kV,RFパワー150Wでスパッタリングを行なう� �
 かかるスパッタリングを行うことで、石英� ��ラス基板34上にガドリニウムが添加されたAl N薄膜が形成される。図3には、石英ガラス基� ��上に形成されたAlN薄膜のX線回折スペクトル を示している。図3に示されるように、X線回� ��スペクトルは(0001)配向した結晶特性を有し� ��いる。上述したように石英ガラス基板は300� ��に保持されスパッタリングが行われている� ��で、300℃の低温でも高品質結晶膜を作製で� ��たことになる。結晶のAlNは約200nmまで透明� �結晶であるため、Gd ³⁺ イオンからの発光をロス無く取り出すにはAlN 薄膜を結晶化することが望ましい。しかし、 室温も含めてより低い基板で作製した膜はア モルファス結晶特性を示すことになるが、Gd ³⁺ イオンの発光ピーク波長約315nm付近では透明� ��を有するため、これを用いることもできる� ��

 Gdドープ量はAl上のGdチップ37の個数を変え� �ことにより制御することとしている。Al/Gdタ ーゲット35の部分である陰極と高周波電源32(� ��示しない)の間にはマッチングボックスが設 けてあり、コンデンサとコイルからなる整合 回路によってインピーダンスのマッチングを とり高周波電力が有効に装置内に注入される ようになっている。また、Alターゲット36とSi 基板34の間にシャッターを配設して、該シャ� ��ターの開閉によりGdドープAlN薄膜の膜圧を� �御している。
 反応ガス33は真空ポンプ39(図示しない)によ� ��て、入った方向の対角の方向に出て行くよ� ��に設計されており、スパッタが起こるチャ� ��バー中央部に供給されるようになっている� ��また、マグネット40近傍には水冷管41が設け られており、スパッタによりターゲットが加 熱され、溶解することを防止している。チャ ンバー本体にも水冷管42を設けており、プラ� ��マによるチャンバーの温度上昇によるプラ� ��マ状態の変化を防いでいる。

(深紫外光源デバイスの発光スペクトル測定)
 深紫外光源デバイスの発光スペクトル測定� ��、フィールドエミッターとしてSiドープの� �化アルミニウムを用い、電子引き出し電極� �設け、グリッド電極で引き出した電子を石� �ガラス基板上に形成されたガドリニウム添� �窒化アルミニウム(AlN:Gd)薄膜に照射すること で行った。図4に、発光スペクトル測定に用� �た深紫外光源デバイスの構成図を示す。

 ここで、ガドリニウム添加窒化アルミニウ� ��(AlN:Gd)薄膜は、RFマグネトロンスパッタリン グ法によって、石英ガラス基板上に300nm成長� ��せたものである。また、フィールドエミッ� ��ーとグリッドとの間の距離は200μm、グリッ� ��とガドリニウム添加窒化アルミニウム(AlN:Gd )薄膜間は500μmとしている。なお、フィール� �エミッション電流値は5×10 ^-5 アンペアである。

 図5-1と図5-2に、本測定結果の発光スペクト� ��を示す。図5-1は、ガドリニウム金属箔1枚を アルミニウムターゲット上に置いた状態でRF� ��グネトロンスパッタリング法によって作製� ��たガドリニウム添加窒化アルミニウム(AlN:Gd )薄膜を用いたものの発光スペクトルである� �また図5-2は、ガドリニウム金属箔3枚をアル� ��ニウムターゲット上に置いた状態でRFマグ� �トロンスパッタリング法によって作製した� �ドリニウム添加窒化アルミニウム(AlN:Gd)薄膜 を用いたものの発光スペクトルである。図5-1 と図5-2に示されるように、310nm近傍にGd ³⁺ の内核ff遷移に起因する急峻な発光ピークが� ��認できていて、単色性に優れた特性を示し� ��いる。
 また、図5-1と図5-2の比較によれば、添加す� ��ガドリニウム量が増加することにより、ガ� ��リニウム添加窒化アルミニウム薄膜の発光� ��度のピーク値が大きくなることが確認でき� ��。

 図6は、本発明の紫外蛍光体薄膜であるガ ドリニウム添加窒化アルミニウムの膜の写真 を示している。紙に紫色で描いた文字の上に 、ガドリニウム添加窒化アルミニウムの膜を 載せている。ガドリニウム添加窒化アルミニ ウムの膜は透明であり、光の干渉色が確認で きていることから基板表面に平坦で均一に成 膜されていることを示している。また、結晶 粒界による可視光領域における不透明化もま ったく確認されず、文字が透けて確認できて いる。