放電発光デバイス、発光装置および発光デバイス製造方法
【課題】耐熱性および耐圧性に優れ、かつ低コストで生産可能な高出力の放電発光デバイスを提供する。
【解決手段】放電により発光する放電発光デバイスであって、絶縁性ダイヤモンドからなり、内部に放電室２０が形成された外囲器と、放電室２０に封止された放電用物質２２と、放電用物質２２に電圧を印加すべく設けられた、導電性ダイヤモンドからなる電極対３１，３２とを備えた。
【解決手段】放電により発光する放電発光デバイスであって、絶縁性ダイヤモンドからなり、内部に放電室２０が形成された外囲器と、放電室２０に封止された放電用物質２２と、放電用物質２２に電圧を印加すべく設けられた、導電性ダイヤモンドからなる電極対３１，３２とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電により発光する放電発光デバイス、発光装置および発光デバイス製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、気体プラズマを用いた発光デバイスである放電灯が知られている。このような放電灯としては、水銀灯、高圧水銀灯などがあり、天井灯用熱陰極蛍光灯をはじめ様々な用途に用いられている。その高い発光効率・発光出力から、照明ランプ市場においては放電灯がほぼ半分を占めるに至っている。中でも、高気圧のガスを放電させ、高電流で駆動し、高密度のプラズマを発生させ発光させるいわゆるＨＩＤ（Ｈｉｇｈ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）と呼ばれる放電灯の進展が近年著しい（たとえば、「非特許文献１」参照）。
【０００３】
このＨＩＤ型の光源デバイスの応用としては、プロジェクターや車のヘッドライト用ショートアークランプがあげられる。これらの用途においては、強い出力とともに単焦点であることが求められており、光源のサイズの低減が求められている。このため、上記アーク放電をさせるための電極間の距離は年々低減しており、１ｍｍ程度までになっている。
【０００４】
このような短ギャップの電極間に数十から数百Ｗの電力を印加するため、内部には高気圧の水銀やメタルハライドなどが封入される。このため、ランプのベッセルには、高い内圧に耐える強度が必要である。
【０００５】
このような高圧に耐えるベッセルとして、石英などが用いられてきた。しかし、高温・高気圧で活性なガスを内包した条件では、内壁への活性種の取り込まれなどにより劣化が生じる問題があった。これを改善する方法として、最近は石英ガラスに変わって各種の透光性セラミックスが用いられている。
【０００６】
【非特許文献１】Ｅ．Ｆｉｓｈｅｒ：Ｐｒｏｃ．ＬＳ−８ ｐ．１１５（２００４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これらは活性種に対する安定性に優れ、より耐熱性が高いことから、現在幅広く用いられつつある。しかし、依然として内部電極との界面での浸食や圧力漏れなどの問題がある。さらに、当該セラミックスベッセルは高度な焼結プロセスにより製造されており、電極の組み込み実装工程と併せて発光装置のコストを押し上げる要因となっている。さらに、前述のごとく、電極間ギャップの低減に伴い、電極間の電位降下が小さくなり、同じパワーを入れるためにより低電圧・大電流の電源制御が必要になりつつある。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、安定性に優れかつ高出力の放電発光デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、放電発光デバイスであって、絶縁性ダイヤモンドからなり、内部に放電室が形成された外囲器と、前記放電室に封止された放電用物質と、前記放電用物質に電圧を印加すべく設けられた、導電性ダイヤモンドからなる電極対とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の他の形態は、放電発光デバイスであって、内部に複数の放電室が配列された、透光性の外囲器と、前記複数の放電室のそれぞれに封止された放電用物質と、前記複数の放電室それぞれに対し電圧を印加する複数の電極対とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の他の形態は、放電発光デバイスであって、互いに対向する第１低導電性層と第２低導電性層とを備え、当該第１及び第２低導電性層の間に複数の放電室が配列された、透光性の外囲器と、前記複数の放電室のそれぞれに封止された放電用物質と、前記第１低導電性層および第２低導電性層のうち少なくとも一方の領域において、前記複数の放電室のうち２つの放電室を直列に接続する位置に積層された、前記第１低導電性層および前記第２低導電性層よりも高い導電性を示す高導電性層を備えた、前記複数の放電室それぞれに対し電圧を印加する複数の電極対とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の他の形態は、発光装置であって、絶縁性ダイヤモンドからなり、内部に放電室が形成された外囲器と、前記放電室に封止された放電用物質と、前記放電用物質に電圧を印加すべく設けられた、導電性ダイヤモンドからなる電極対とを有する放電発光デバイスと、前記放電発光デバイスを内部に備えた封止容器とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の他の形態は、発光デバイス製造方法であって、絶縁性層の第１の主面と第２の主面を貫通する複数の貫通孔を形成する貫通孔形成ステップと、前記複数の貫通孔に犠牲層を注入する注入ステップと、前記犠牲層が形成された前記絶縁性層の第１の主面および第２の主面それぞれに電極形成層を形成する電極形成層形成ステップと、前記電極形成層形成ステップにおいて前記第１の主面および前記第２の主面それぞれに形成された前記電極形成層のうち、前記犠牲層に対応する領域に少なくとも１つの開口部を形成する開口部形成ステップと、前記開口部を介して前記犠牲層を除去する犠牲層除去ステップと、前記犠牲層が除去された後、前記電極形成層上に導電性層を形成することにより前記開口部を封止し、当該導電性層を電極とする放電室を形成する放電室形成ステップと、前記放電室形成ステップにおいて放電室が形成された後、当該放電室単位に層構造を切断することにより発光デバイスを得る切断ステップとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明にかかる放電発光デバイスは、外囲器が絶縁性ダイヤモンドからなり、内部に放電室が形成され、放電室に放電用物質が封止され、電極対が放電用物質に電圧を印加すべく設けられ、導電性ダイヤモンドからなる。このように、外囲器がダイヤモンドで構成されているので高圧放電に耐えることができるという効果を奏する。すなわち、安全性に優れ、かつ高出力の発光を行うことができるという効果を奏する。
【００１５】
また、本発明にかかる他の形態の放電発光デバイスは、透光性の外囲器の内部に複数の放電室が配列され、放電用物質が、複数の放電室のそれぞれに封止され、複数の電極対が、複数の放電室それぞれに対し電圧を印加する。このように、複数の放電室を一体に備えているので、高出力の発光を行うことができるという効果を奏する。
【００１６】
また、本発明にかかる他の形態の放電発光デバイスは、透光性の外囲器が、互いに対向する第１低導電性層と第２低導電性層とを備え、複数の放電室が当該第１及び第２低導電性層の間に配列され、放電用物質が、複数の放電室のそれぞれに封止され、複数の電極対が、第１低導電性層および第２低導電性層のうち少なくとも一方の領域において、複数の放電室のうち２つの放電室を直列に接続する位置に積層された、第１低導電性層および第２低導電性層よりも高い導電性を示す高導電性層を備えた複数の放電室それぞれに対し電圧を印加するので、高出力の発光を行うことができるという効果を奏する。
【００１７】
また、本発明にかかる発光装置は、封止容器が、外囲器が絶縁性ダイヤモンドからなり、内部に放電室が形成され、放電室に放電用物質が封止され、電極対が放電用物質に電圧を印加すべく設けられ、導電性ダイヤモンドからなる放電発光デバイスを内部に備えているので、高圧放電に耐えることができるという効果を奏する。すなわち、安全性に優れ、かつ高出力の発光を行うことができるという効果を奏する。
【００１８】
また、本発明にかかる発光デバイス製造方法においては、貫通孔形成ステップにおいて、絶縁性層の第１の主面と第２の主面を貫通する複数の貫通孔を形成し、注入ステップにおいて、複数の貫通孔に犠牲層を注入し、電極形成層形成ステップにおいて、犠牲層が形成された絶縁性層の第１の主面および第２の主面それぞれに電極形成層を形成し、開口部形成ステップにおいて、電極形成層形成ステップにおいて第１の主面および前記第２の主面それぞれに形成された電極形成層のうち、犠牲層に対応する領域に少なくとも１つの開口部を形成し、犠牲層除去ステップにおいて、開口部を介して犠牲層を除去し、放電室形成ステップにおいて、犠牲層が除去された後、電極形成層上に導電性層を形成することにより開口部を封止し、当該導電性層を電極とする放電室を形成し、切断ステップにおいて、放電室形成ステップにおいて放電室が形成された後、当該放電室単位に層構造を切断することにより発光デバイスを得るので、同一の絶縁性層において複数の放電室および電極対を同時に形成することができ、生産コストを低減することができるという効果を奏する。また、品質の均一性を確保することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明にかかる放電発光デバイス、発光装置および発光デバイス製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１にかかる高圧放電発光デバイス１の外観を示す図である。図２は、高圧放電発光デバイス１の断面図である。高圧放電発光デバイス１は、絶縁性ダイヤ基板１０と、絶縁性ダイヤ基板１０に設けられた放電室２０と、電極対としての第１主面側導電性ダイヤ層３１および第２主面側導電性ダイヤ層３２とを備えている。第１主面側導電性ダイヤ層３１は、絶縁性ダイヤ基板１０の第１主面１０ａに積層されている。また、第２主面側導電性ダイヤ層３２は、絶縁性ダイヤ基板１０の第２主面１０ｂに積層されている。
【００２１】
放電室２０には、放電用物質２２が封入されている。放電用物質２２としては、水銀または金属化合物が好ましい。金属化合物としては、金属ハロゲン化物が特に好ましい。さらに、金属ハロゲン化物としては、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）が特に好ましい。
【００２２】
絶縁性ダイヤ基板１０は、多結晶のダイヤモンドで形成されている。また、第１主面側導電性ダイヤ層３１および第２主面側導電性ダイヤ層３２は、半導体不純物がドープされたダイヤモンド結晶である。ここで、半導体不純物としては、リン（Ｐ）、窒素などが好ましい。また、ドーピング濃度は、１×１０19以上、１×１０21未満が好ましい。
【００２３】
本実施の形態にかかる絶縁性ダイヤ基板１０の高さ（ｈ）は１ｍｍ、放電室２０の半径（ｒ）は３００μｍである。また、第１主面側導電性ダイヤ層３１の厚（ｔ）さは、放電室２０に対する耐圧性の観点から、１０μｍ以上が好ましい。
【００２４】
なお、第１主面側導電性ダイヤ層３１が受ける一様分布加重は以下の式により算出される。
【数１０】
ここで、ｐは圧力、σmaxは、最大応力である。なお，最大応力は周辺上に生じる。
【００２５】
放電室２０内の圧力を
【数１１】
とする。ダイヤモンドの降伏強度を２０ＧＰａとすると、最大逆アスペクト比は（式２）により算出される。
【数２０】
【００２６】
ここで、２００ａｔｍは、放電室２０にＨｇを封入した場合における上限圧力である。また、ダイヤモンドの降伏強度は５３ＧＰａであるが、第１主面側導電性ダイヤ層３１のダイヤモンドには不純物が含まれている。ダイヤモンド結晶の強度は不純物濃度により変化することがわかっている。したがって、ここでは、高濃度（１００ｐｐｍオーダー）の窒素含むダイヤモンドを想定し、第１主面側導電性ダイヤ層３１の降伏強度を２０ＧＰａと見積もった。
【００２７】
第１主面側導電性ダイヤ層３１の半径（ｒ）が３００μｍである場合、第１主面側導電性ダイヤ層３１の厚さ（ｔ）は、（式２）より以下のように算出される。
【数３０】
すなわち、厚さ（ｔ）は、８．２μｍよりも十分に大きい値となるのが好ましい。
【００２８】
また例えば、厚さｈ＝５μｍの場合には、
【数４０】
より、半径（ｒ）は、１８２．５μｍよりも十分に小さな値となるのが好ましい。
【００２９】
なお、放電室２０にＨｇなどを充填した超高圧の条件下においては、上記の２倍の４００ａｔｍまで耐え得るように設計するのが好ましい。すなわち、（式５）の関係を満たすよう半径（ｒ）および厚さ（ｔ）を設計する。
【数５０】
したがって、厚み５μｍの場合には、半径（ｒ）は、１２９μｍとするのが好ましい。
【００３０】
以上のように、第１主面側導電性ダイヤ層３１の半径（ｒ）および厚み（ｔ）は、放電室２０の内圧に基づいて、（式１）より定まるｒ／ｔの関係を満たすように設計するのが好ましい。
【００３１】
以上のように、本実施の形態にかかる高圧放電発光デバイス１は、絶縁性ダイヤ基板１０で形成されているので、放電室２０の高圧に耐えることができる。
【００３２】
表１に、アルミナとＣＶＤダイヤの熱伝導率等の値を示す。
【表１】
【００３３】
このように、ダイヤモンドは、熱伝導率が高いので、放電室内の温度の均一性を向上させることができる。また、温度管理を容易に行うことができる。
【００３４】
また、ダイヤモンドは、比強度が高いので、必要な層厚を小さくすることができる。これにより、外部への光取り出しの損失を抑制することができる。また、発光輝度を向上させ、かつ安定性を向上させることができる。
【００３５】
さらに、層厚を小さくした場合には、熱容量を低減することができる。また、熱応答性が向上するので、放電開始からの温度上昇時間を短縮することができる。
【００３６】
熱応答性を評価する指標として時定数がある。時定数は、（式６）により算出される。
時定数＝物体から周辺への熱抵抗×熱容量 ・・・（式６）
熱容量は、（式７）により算出される。
熱容量＝体積×比熱×比重量 ・・・（式７）
表１より、ダイヤモンドとアルミナの強度比は１０：３である。そこで、放電室壁の厚みを１：３と見積もる。すなわち、体積比を１：３と見積もる。また、比熱比は、０．５１／０．８より約０．６４となり、比重量比は、３．６／３．５２より約１．０となる。したがって、熱容量比は、約０．２となる。
すなわち、物体から周辺への熱抵抗を同一とした場合には、ダイヤモンドの時定数はアルミナの１／５となる。このように、ダイヤモンドにすることにより熱応答性が向上する。
【００３７】
さらに、電極対として、導電性ダイヤモンドからなる第１主面側導電性ダイヤ層３１および第２主面側導電性ダイヤ層３２が設けられている。このように、絶縁壁部分と同じ材料を用いることにより、材料間の熱膨張係数の違いや化学的な安定性の違いに起因した界面での浸食やリークを抑えることができる。
【００３８】
次に、図３〜図８を参照しつつ高圧放電発光デバイス１の製造方法について説明する。基板として、多結晶透光性ダイヤ基板１０を用いる。基板の厚さは、１ｍｍとした。なお、ダイヤモンド成長は、メタンと水素とを原料とし、マイクロプラズマＣＶＤを用いた。
【００３９】
なお、他の例としては、直流プラズマＣＶＤや燃焼炎プラズマＣＶＤ、ホットフィラメントＣＶＤなど各種の方式を用いることができる。
【００４０】
まず、多結晶透光性ダイヤ基板１０に対して放電室２０となる孔を開ける。孔の寸法は半径３００μｍとした。孔開け加工は、ＹＡＧレーザなどのレーザにより行うのが好ましい。さらに、基板を回転させつつレーザを照射するのが好ましい。また、他の例としては、ドライエッチングにより行ってもよい。
【００４１】
図３は、孔を空けた後の多結晶透光性ダイヤ基板１０を示す図である。このように多結晶透光性ダイヤ基板１０に対し複数の孔２０Ａ，２０Ｂ・・・を形成する。これらの各孔２０Ａ，２０Ｂ・・・がそれぞれ放電室２０Ａ，２０Ｂ・・・となる。すなわち、同一の多結晶透明性ダイヤ基板１０から複数の高圧放電発光デバイス１を同時に製造する。そして、後に絶縁性ダイヤ基板１０を分割することにより複数の高圧放電発光デバイス１を得る。
【００４２】
全ての孔２０Ａ，２０Ｂ・・・を形成した後、全ての孔２０Ａ，２０Ｂ・・・に対し犠牲層２１を充填する。ここで、犠牲層としては、金属などが好ましい。本実施の形態においては、Ｍｏを片面または両面から蒸着する。そして、絶縁性ダイヤ基板１０からはみ出した余分な部分をエッチング・研磨などにより除去する。図４は、多結晶透光性ダイヤ基板１０に形成された複数の孔２０Ａ，２０Ｂ・・・のうちの１つを示す断面図である。孔２０には、犠牲層２１が充填されている。
【００４３】
次に、多結晶透光性ダイヤ基板１０の両面にＣＶＤにより、導電性ダイヤ層を形成する。具体的には、犠牲層２１の第１主面２１ａおよび第２主面２１ｂにそれぞれ第１主面側導電性ダイヤ層３１および第２主面側導電性ダイヤ層３２を形成する。図５は、第１主面側導電性ダイヤ層３１ａおよび第２主面側導電性ダイヤ層３２が形成された後の多結晶透光性ダイヤ基板１０の一部を示す断面図である。
【００４４】
導電性を付与するためには、半導体不純物をドーピングするが、特にリン、窒素などのｎ型不純物をドーピングすることが望ましい。ドーピング濃度は１×１０19以上が好ましい。さらに１×１０21未満の範囲が好ましい。
【００４５】
導電性ダイヤモンド層の厚さは最終的に積層する層と合わせて内部の圧力に耐えられる十分な厚みを確保する。前述のように、１０μｍとするのが好ましい。
【００４６】
第１主面側導電性ダイヤ層３１ａおよび第２主面側導電性ダイヤ層３２を形成し犠牲層２１の第１主面２１ａおよび第２主面２１ｂを封じた後、第１主面側導電性ダイヤ層３１ａのうち第１主面２１ａに面する部分のうち少なくとも一カ所に開口部３３を形成する。開口部３３の形成方法としては、エッチングなどが好ましい。図６は、開口部３３が形成された後の状態を示す断面図である。
【００４７】
次に、開口部３３を介して、内部の犠牲層２１をエッチングすることにより、放電室２０の内部を空洞にする。なお、放電室２０の内部を十分にエッチングする観点からは、第１主面側導電性ダイヤ層３１ａまたは第２主面側導電性ダイヤ層３２に複数の孔を開けてエッチング液の流通をよくすることが好ましい。開口部３３は犠牲層２１に面する位置に形成されればよく、その位置および大きさは特に限定されるものではない。例えば、第２主面側導電性ダイヤ層３２に形成されてもよい。また、第１主面側導電性ダイヤ層３１ａに２つ形成されてもよい。また、第１主面側導電性ダイヤ層３１および第２主面側導電性ダイヤ層３２にそれぞれ１つずつ形成されてもよい。
【００４８】
次に、金属化合物や水銀を含有させたペレットを開口部３３より内部に入れた後、再び開口部３３を封じる。具体的には、開口部３３が形成された第１主面側導電性ダイヤ層３１ａ上にさらに第１主面側導電性ダイヤ層３１ｂを形成する。図７は、第１主面側導電性ダイヤ層３１ｂが形成された後の状態を示す断面図である。本実施の形態においては、第１主面側導電性ダイヤ層３１ａおよび第２主面側導電性ダイヤ層３２をＣＶＤにより形成している。同様に、ＣＶＤにより第１主面側導電性ダイヤ層３１ｂを形成することにより、開口部３３を封じる。このＣＶＤの工程において、Ａｒ、Ｘｅなどの希ガスをベースにして、高気圧で成膜を行うことにより、封止後の放電室２０の内部のベースガスを同時に封入してもよい。
【００４９】
なお、本実施の形態においては、第１主面側導電性ダイヤ層３１ｂをさらに積層することにより開口部３３を封止したが、他の例としては、より低い温度で形成が可能な各種の材料を用いてもよい。
【００５０】
以上の工程により、単一基板１０上に複数の高圧放電発光デバイス１が形成される。図８は、高圧放電発光デバイス１が形成された単一基板１０を示す図である。必要に応じて、高圧放電発光デバイス１が形成された単一基板１０の上下の電極面、すなわち第１主面側導電性ダイヤ層３１および第２主面側導電性ダイヤ層３２に研磨などの追加工を施し、平坦化や一定の微細構造表面に仕上げてもよい。さらにウェハ上の単一基板１０をレーザ加工等により分割ライン１１０Ａ〜１１０Ｃ，１２０Ａ〜１２０Ｃに沿って分割し、必要に応じて端面のエッチング・研磨・洗浄などを行う。以上の工程により、図１および図２に示した高圧放電発光デバイス１が得られる。
【００５１】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、上記実施の形態に多様な変更または改良を加えることができる。
【００５２】
第１の変更例としては、本実施の形態において説明した製造方法は、ダイヤ以外の物質からなる発光デバイスの製造に適用してもよい。例えば、透光性セラミックスからなる発光デバイスの製造に適用してもよい。
【００５３】
また、第２の変更例としては、高圧放電発光デバイス１は円柱形であってもよい。すなわち、製造の最終工程において、絶縁性ダイヤ基板１０を円柱形に切り出す。このように、絶縁性ダイヤ基板１０の外形は本実施の形態に限定されるものではない。
【００５４】
（実施の形態２）
図９は、実施の形態２にかかる高圧放電発光デバイス１の外観を示す図である。図１０は、実施の形態２にかかる高圧放電発光デバイス１の断面図である。実施の形態２にかかる高圧放電発光デバイス１においては、開口部３３の近傍にのみ電極としての第１主面側導電性ダイヤ層３５が形成されている。
【００５５】
実施の形態２にかかる高圧放電発光デバイス１においては、絶縁性ダイヤ基板１０の第１主面１０ａ上にさらに第１主面側絶縁性ダイヤ層１３が形成されている。第１主面側導電性ダイヤ層１３は、絶縁性ダイヤ基板１０と同様絶縁性ダイヤモンドにより形成されている。第１主面側絶縁性ダイヤ層１３には、第１主面側開口部３４が形成されている。第１主面側導電性ダイヤ層３５は、第１主面側開口部３４に対応する位置に形成され、第１主面側開口部３４を塞いでいる。
【００５６】
次に、実施の形態２にかかる高圧放電発光デバイス１の製造方法について説明する。実施の形態２にかかる高圧放電発光デバイス１においては、孔加工・犠牲層充填の後、多結晶透光性ダイヤ基板１０の第１主面１０ａに第１主面側絶縁性ダイヤ層１３を形成する。また、多結晶透光性ダイヤ基板１０の第２主面１０ｂには、第２主面側導電性ダイヤ層３２を形成する。図１１は、第１主面側絶縁性ダイヤ層１３が形成された後の状態を示す断面図である。
【００５７】
次に、第１主面側絶縁性ダイヤ層１３に第１主面側開口部３４を形成し、犠牲層２１をエッチングにより除去する。その後、第１主面側絶縁性ダイヤ層１３の主面１３ａ上に第１主面側導電性ダイヤ層３５を形成する。これにより、第１主面側開口部３４を塞ぐ。図１２は、第１主面側導電性ダイヤ層３５が形成された後の状態を示す断面図である。さらに、第１主面側開口部３４の上部を残して、第１主面側導電性ダイヤ層３５をエッチングする。
【００５８】
導電性ダイヤモンドは、不純物がドーピングされたダイヤモンドであるため絶縁性ダイヤモンドに比べて透明度が低い。したがって、外部への光取り出し損失を抑制する観点からは、導電性ダイヤモンドの領域を小さくすることが望ましい。そこで、本実施の形態においては、上述のように、導電性ダイヤ層を第１主面側開口部３４の上部のみに形成することとした。これにより、外部への光取り出しの損失を抑制することができる。
【００５９】
なお、実施の形態２にかかる高圧放電発光デバイス１のこれ以外の構成および製造方法は、実施の形態１にかかる高圧放電発光デバイス１の構成および製造方法と同様である。
【００６０】
（実施の形態３）
図１３は、実施の形態３にかかる高圧放電発光デバイス１の外観を示す図である。図１４は、実施の形態３にかかる高圧放電発光デバイス１の断面図である。実施の形態３にかかる高圧放電発光デバイス１においては、絶縁性ダイヤ基板１０の第１主面１０ａ上に第１主面側絶縁性ダイヤ層１３が形成されている。第１主面側絶縁性ダイヤ層１３には第１主面側開口部３４が形成されている。第１主面側開口部３４には、第１主面側導電性ダイヤ層３５が形成され、第１主面側開口部３４は塞がれている。
【００６１】
一方、絶縁性ダイヤ基板１０の第２主面１０ｂ上に第２主面側絶縁ダイヤ層１４が形成されている。第２主面側絶縁性ダイヤ層１４には、第２主面側開口部３６が形成されている。第２主面側開口部３６には、第２主面側導電性ダイヤ層３７が形成され、第２主面側開口部３６は塞がれている。
【００６２】
このように、実施の形態３にかかる高圧放電発光デバイス１は、絶縁性ダイヤ基板１０の両面において導電性ダイヤモンドの領域を小さくしている。これにより、外部への光取り出しの損失をさらに抑制することができる。
【００６３】
次に、実施の形態３にかかる高圧放電発光デバイス１の製造方法について説明する。本実施の形態にかかる高圧放電発光デバイス１においては、絶縁性ダイヤ基板１０に孔加工を施し、犠牲層２１を充填したのち、絶縁性ダイヤ基板１０の第１主面１０ａおよび第２主面１０ｂにそれぞれ第１主面側開口部３４および第２主面側開口部３６を形成する。
【００６４】
次に、第１主面側開口部３４および第２主面側開口部３６から犠牲層２１を取り除くとともに、高気圧ガスプラズマを形成する金属化合物、または水銀（Ｈｇ）などを含有するペレットを放電室２０に入れる。
【００６５】
次に、第１主面側絶縁性ダイヤ層１３および第２主面側絶縁性ダイヤ層１４上にそれぞれ第１主面側導電性ダイヤ層３５および第２主面側導電性ダイヤ層３７を形成する。これにより、放電室２０を封止する。図１５は、第１主面側導電性ダイヤ層３５および第２主面側導電性ダイヤ層３７が形成された後の状態を示す断面図である。
【００６６】
次に、第１主面側導電性ダイヤ層３５および第２主面側導電性ダイヤ層３７をパターニングし、第１主面側導電性ダイヤ層３５および第２主面側導電性ダイヤ層３７を封止するために必要な領域のみを残置させる。図１６は、第１主面側導電性ダイヤ層３５および第２主面側導電性ダイヤ層３７が形成された後の状態を示す外観図である。この後、多結晶透光性ダイヤ基板１０を放電室２０単位で分割することにより、複数の高圧放電発光デバイス１が形成される。
【００６７】
第１主面側導電性ダイヤ層３５および第２主面側導電性ダイヤ層３７は、放電室２０に面し、電極を兼ねることはもちろんであるが、導電性の領域すなわち透明度の低い領域を最小限に留めることにより、外部への光取り出しの損失を最小限にすることができる。
【００６８】
また、内部の放電電極としても、大きな内径の圧力容器を絶縁性ダイヤ基板およびダイヤ層で形成した上で、必要なセンター領域にのみ高密度プラズマ形成に必要な導電性電極領域を形成することにより、プラズマの収束性と側壁との相互作用の低減を図ることができる。
【００６９】
なお、実施の形態３にかかる高圧放電発光デバイス１のこれ以外の構成および製造方法は、他の実施の形態にかかる高圧放電発光デバイス１の構成および製造方法と同様である。
【００７０】
（実施の形態４）
図１７は、実施の形態４にかかる高圧放電発光デバイス１の断面図である。実施の形態４にかかる高圧放電発光デバイス１における第１主面側導電性ダイヤ層４１は、放電室２０に突出した第１主面側凸部４２を有している。同様に、第２主面側導電性ダイヤ層４３は、放電室２０の突出した第２主面側凸部４４を有している。このように、導電性ダイヤ層を放電室２０の内部に突起状に形成することにより、放電室２０の内径や高さなどのサイズによらず、第１主面側導電性ダイヤ層４１および第１主面側凸部４２の高さにより放電ポイントを制御することができる。
【００７１】
次に、実施の形態４にかかる高圧放電発光デバイス１の製造方法について説明する。実施の形態４にかかる高圧放電発光デバイス１においては、犠牲層２１を充填した後、犠牲層２１を絶縁性ダイヤ基板１０の表面から一部内部に入り込むまで犠牲層２１を加工する。図１８は、犠牲層加工後の状態を示す断面図である。犠牲層加工工程において、図１８に示すように第１主面側凹部２３Ａおよび第２主面側凹部２３Ｂが形成される。
【００７２】
次に、第１主面側凹部２３Ａおよび第１主面１０ａ上に第１主面側導電性ダイヤ層４１ａを形成する。同様に、第２主面側凹部２３Ｂおよび第２主面１０ｂ上に第２主面側導電性ダイヤ層４３３２ａを形成する。図１９は、第１主面側導電性ダイヤ層４１ａおよび第２主面側導電性ダイヤ層４３ａが形成された後の状態を示す断面図である。
【００７３】
次に、第１主面側導電性ダイヤ層４１ａに第１主面側開口部４５を形成する。なお、第１主面側開口部４５は、第１主面側凹部２３Ａの上部以外の領域に形成する。同様に、第２導電性ダイヤ層４３ａに第２主面側開口部４６を形成する。図２０は、第１主面側開口部４５および第２主面側開口部４６が形成された後の状態を示す断面図である。
【００７４】
次に、犠牲層２１をエッチングにより除去する。その後、第１主面側開口部４５および第１主面側導電性ダイヤ層４１ａの上部にさらに第１主面側導電性ダイヤ層４１ｂを形成する。同様に、第２主面側開口部４６および第２主面側導電性ダイヤ層４３ａ上にさらに第２導電性ダイヤ層４３ｂを形成する。図２１は、第１主面側導電性ダイヤ層４１ｂおよび第２主面側導電性ダイヤ層４３ｂが形成された後の状態を示す断面図である。以上により図１７を参照しつつ説明した実施の形態４にかかる高圧放電発光デバイス１が形成される。
【００７５】
なお、実施の形態４にかかる高圧放電発光デバイス１のこれ以外の構成および製造方法は、他の実施の形態にかかる高圧放電発光デバイス１の構成および製造方法と同様である。
【００７６】
（実施の形態５）
図２２は、実施の形態５にかかる高圧放電発光デバイス１の断面図である。実施の形態５にかかる高圧放電発光デバイス１は、絶縁性ダイヤ基板１０の外側にさらに、保護層５０を備えている。保護層５０は、電極となる領域を残し、絶縁性ダイヤ基板１０、第１主面側導電性ダイヤ層３１および第２主面側伝導性ダイヤ層３２を覆っている。保護層５０は、窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）で形成されている。なお、他の例としては、保護層５０は、炭化シリコン（ＳｉＣ）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などであってもよい。このように、保護層５０は、高温において耐酸化性を有する材料で形成されることが望ましい。
【００７７】
保護層５０を備えることにより、絶縁性ダイヤ基板１０の酸化を防止することができる。したがって、高圧放電発光デバイス１の劣化を防止することができる。また、保護層５０を備えることにより断熱することができる。
【００７８】
なお、実施の形態５にかかる高圧放電発光デバイス１のこれ以外の構成および製造方法は、他の実施の形態にかかる高圧放電発光デバイス１の構成および製造方法と同様である。
【００７９】
（実施の形態６）
図２３は、実施の形態６にかかる高圧放電発光デバイス１の外観を示す図である。図２４は、実施の形態６にかかる高圧放電発光デバイス１の断面図である。実施の形態６にかかる高圧放電発光デバイス１は、２つの放電室２０Ａ，２０Ｂを備えている。第１主面１０ａ上には第１主面側絶縁性ダイヤ層１３が形成されている。そして、第１主面側絶縁性ダイヤ層１３にはさらに、放電室２０Ａに対応する位置に第１主面側開口部３４Ａが形成されている。また、放電室２０Ｂに対応する位置に第１主面側開口部３４Ｂが形成されている。一方、第２主面１０ｂ上には第２主面側絶縁性ダイヤ層１４が形成されている。第２主面側絶縁性ダイヤ層１４にはさらに放電室２０Ａに対応する位置に第２主面側開口部３６Ａが形成されている。また、放電室２０Ｂに対応する位置に第２主面側開口部３６Ｂが形成されている。
【００８０】
第１主面側絶縁性ダイヤ層１３の上部にはさらに第１主面側導電性ダイヤ層６０が形成されている。第１主面側導電性ダイヤ層６０は、第１主面側開口部３４Ａおよび第１主面側開口部３４Ｂを塞ぐべく設けられている。また、第１主面側開口部３４Ａの領域から第１主面側開口部３４Ｂの領域まで一体に形成されている。
【００８１】
第２主面側絶縁性ダイヤ層１４の上部にはさらに第２主面側導電性ダイヤ層６１Ａ，６１Ｂが形成されている。第２主面側導電性ダイヤ層６１Ａは第２主面側開口部３６Ａを塞ぐべく形成されている。また、第２主面側導電性ダイヤ層６１Ｂは、第２主面側開口部３６Ｂを塞ぐべく形成されている。第２主面側導電性ダイヤ層６１Ａおよび第２主面側導電性ダイヤ層６１Ｂは、第２主面側開口部３６Ａの領域と第２主面側開口部３６Ｂの領域の間において離間して設けられている。
【００８２】
以上の構成により、第２主面側開口部３６Ａおよび第２主面側開口部３６Ｂに対応する位置にそれぞれ電極を設けた場合には、電流は放電室２０Ａから第１主面側導電性ダイヤ層６０を介して、放電室２０Ｂに設けられた電極に導かれる。
【００８３】
このように、１チップ中に複数の放電室２０を形成することにより、各放電室２０が短ギャップとなっても、放電室２０Ａと放電室２０Ｂとが直列接続され、複数の放電室全体に入力される印加電圧を高く保つことができる。さらに、印加電圧を高く保つことにより高電流を供給することなく高パワー、すなわち高光量を確保することができる。
【００８４】
さらに、図２３および図２４に示すように、２つの放電室２０Ａと２０Ｂは、各放電室の電極対が、第１主面側導電性ダイヤ層および第２主面側導電性ダイヤ層として同一平面上に形成されるように配列されている。すなわち、絶縁性ダイヤ基板１０に並列に配置されている。したがって、単光源として機能することができる。
【００８５】
また、各放電室２０に封入する化合物の組成を互いに異なるものとしてもよい。異なる発光の混合により調光を行うことができる。
【００８６】
次に、実施の形態６にかかる高圧放電発光デバイス１の製造方法について説明する。図２５は、犠牲層２１をエッチングし、第１主面側導電性ダイヤ層６０および第２主面側導電性ダイヤ層６１を形成した後の状態を示す断面図である。ここまでの工程は、実施の形態３にかかる高圧放電発光デバイス１の製造工程と同様である。
【００８７】
その後、第１主面側導電性ダイヤ層６０および第２主面側導電性ダイヤ層６１をパターニングする。これにより、第１主面側導電性ダイヤ層６０は、第１主面側開口部３４Ａと第１主面側開口部３４Ｂの間に一体の配線層として第１主面側導電性ダイヤ層６０を残す。一方、第２主面側導電性ダイヤ層６１は、第２主面側開口部３６Ａと第２主面側開口部３６Ｂの間を離間して第２主面側導電性ダイヤ層６１Ａおよび第２主面側導電性ダイヤ層６１Ｂとして残す。最後に、２つの放電室を毎に多結晶透光性ダイヤ基板１０を切り出す。以上により、２つの放電室を備えた高圧放電発光デバイス１を得ることができる。
【００８８】
なお、実施の形態６にかかる高圧放電発光デバイス１のこれ以外の構成および製造方法は、他の実施の形態にかかる高圧放電発光デバイス１の構成および製造方法と同様である。
【００８９】
図２６は、実施の形態６の第１の変更例にかかる高圧放電発光デバイス１の外観を示す図である。第１の変更例にかかる高圧放電発光デバイス１は、４つの放電室２０Ａ〜２０Ｄを備えている。４つの放電室２０Ａ〜２０Ｄは、直列に接続されている。具体的には、放電室２０Ａと放電室２０Ｂは、第１主面側導電性ダイヤ層６２Ａにより接続されている。また、放電室２０Ｂと放電室２０Ｃは、第２主面側導電性ダイヤ層６３Ｂにより接続されている。また、放電室２０Ｃと放電室２０Ｄは、第１主面側導電性ダイヤ層６２Ｂで接続されている。
【００９０】
このように、放電室２０の数を増やすことにより高圧放電発光デバイス１全体のトータルパワーを大きくすることができる。また、この場合にも、複数の放電室２０は並列に配置されているので、単光源として機能することができる。
【００９１】
なお、このように放電室２０を複数備えていればよく、その数は実施の形態に限定されるものではない。また、複数の放電室２０は、導電性ダイヤ層を介して直列に接続されていればよく、複数の放電室２０の配列は特に限定されるものではない。ただし、単光源として機能する観点からは並列性を保つ配列とするのが好ましい。
【００９２】
また、第２の変更例としては、本実施の形態においては、絶縁性ダイヤ基板１０および導電性ダイヤ層により構成される高圧放電発光デバイス１について説明したが、基板内に複数の放電室を備えることにより、発光出力を向上させる観点からは、基板および電極対を構成する物質はこれに限定されるものではなく、例えば透光性セラミックス基板の高圧放電発光デバイスとしてもよい。
【００９３】
（実施の形態７）
図２７は、実施の形態７にかかる高圧放電発光デバイス１の外観図である。図２８は、実施の形態７にかかる高圧放電発光デバイス１の断面図である。実施の形態７にかかる高圧放電発光デバイス１は、３つの放電室２０Ａ〜２０Ｃを備えている。また、金属配線層７０Ａ，７０Ｂ，７１Ａ，７１Ｂを備えている。
【００９４】
より具体的には、高圧放電発光デバイス１においては、絶縁性ダイヤ基板１０の第１主面１０ａには、第１主面側導電性ダイヤ層６４が形成されている。同様に、絶縁性ダイヤ基板１０の第２主面１０ｂには、第２主面側導電性ダイヤ層６５が形成されている。これらは、各放電室２０Ａ〜２０Ｃの電極面として設けられている。
【００９５】
第１主面側導電性ダイヤ層６４の上面には、第１主面側金属配線層７０Ａ，７０Ｂがさらに形成されている。同様に、第２主面側導電性ダイヤ層６５の上面には、第２主面側金属配線層７１Ａ，７１Ｂがさらに形成されている。第１主面側金属配線層７０Ａ，７０Ｂおよび第２主面側金属配線層７１Ａ，７１Ｂは、いずれも金属で形成された低抵抗配線である。
【００９６】
なお、本実施の形態にかかる第１主面側導電性ダイヤ層６４および第２主面側導電性ダイヤ層６５は、特許請求の範囲に記載の第１導電性層に対応する。また、本実施の形態にかかる第１主面側金属配線層７０Ａ，７０Ｂおよび第２主面側金属配線層７１Ａ，７１Ｂは、特許請求の範囲に記載の第２導電性層に対応する。
【００９７】
第１主面側金属配線層７０Ａ，７０Ｂおよび第２主面側金属配線層７１Ａ，７１Ｂは、それぞれ放電室２０Ａ〜２０Ｃを直列に接続すべくパターニングされている。具体的には、第１主面側金属配線層７０Ａは、放電室２０Ａおよび放電室２０Ｂを直列に接続すべく放電室２０Ａに対応する領域から放電室２０Ｂに対応する領域まで一体に形成されている。一方で、直列の一端となる放電室２０Ａの第２主面１０ｂ側に配置された第２主面側金属配線層７１Ａは、放電室２０Ａに対応する領域に形成され、放電室２０Ｂに対応する領域とは離間している。
【００９８】
また、第２主面側金属配線層７１Ｂは、放電室２０Ｂおよび放電室２０Ｃを直列に接続すべく放電室２０Ｂに対応する領域から放電室２０Ｃに対応する領域まで一体に形成されている。一方で、直列の一端となる放電室２０Ｃの第１主面１０ａ側に配置された第１主面側金属配線層７０Ｂは、放電室２０Ｃに対応する領域に形成され、放電室２０Ｂに対応する領域とは離間している、すなわち、第１主面側金属配線層７０Ｂは、第１主面側金属配線層７０Ａとは離間して形成されている。
【００９９】
以上の構成の高圧放電発光デバイス１を放電させる場合について説明する。図２９は、高圧放電発光デバイス１の起動初期の状態を説明するための図である。高圧放電発光デバイス１を起動した場合、起動初期には、低温であるため放電室２０Ａ〜２０Ｃは、絶縁性を示し、抵抗値も非常に高い。したがって、印加した電圧は、第１主面側導電性ダイヤ層６４を介して各放電室２０Ａ〜２０Ｃに一様にかかる。これにより、各放電室２０Ａ〜２０Ｃにおいて放電が並行して生じる。
【０１００】
図３０は、放電開始後の状態を説明するための図である。放電開始後は電圧が下がる。そして、さらに電流が投入されるとグロー放電モードから異常グロー状態を経て、アーク放電モードへと移行し始める。これにより、放電室２０Ａ〜２０Ｃそれぞれの内部抵抗は急激に下がる。そして、印加電圧は、放電室２０を経由した直列回路に優先的に流れるようになる。
【０１０１】
最終的に放電室２０Ａ〜２０Ｃのすべての内部抵抗が下がると、放電室２０Ａ〜２０Ｃは、第１主面側金属配線層７０Ａ，７０Ｂおよび第２主面側金属配線層７１Ａ，７１Ｂを配線とし、高圧放電発光デバイス１内で集積駆動される。
【０１０２】
このとき直列の効果により、短ギャップであるにも関わらず、直列段数分だけ放電電圧がシリーズに足し合わされることになる。したがって、放電電圧の維持に寄与することができる。また、単純に直列動作させる場合には起動時の放電開始電圧の増大が問題となるが、本実施の形態では、放電開始時には全放電室に並列に電圧がかかるため、放電開始にかかる時間も短縮することができる。
【０１０３】
放電開始前には放電セル内は絶縁性を示すため大きな抵抗を有している。したがって、導電性ダイヤ層６４，６５に対して印加された電圧は並列した放電室２０Ａ〜２０Ｃに一様にかかる。
【０１０４】
しかし、いったん放電が始まると放電室２０Ａ〜２０Ｃ内の抵抗は急激に減少する。このため、例えば第１主面側金属配線層７０Ｂに印加された電圧による電流は放電室２０Ｃを介してダイヤ層６５に流れる。
【０１０５】
第１主面側金属配線層７０Ｂから第２主面側金属配線層７１Ａに向かう電流は、抵抗最小の経路を通って流れる。この経路は、導電性ダイヤ層６４，６５を通じた第１主面側金属配線層７０Ｂから第１主面側金属配線層７０Ａ直下の導電性ダイヤ層６４までの抵抗（これを並列接続セル間抵抗Ｒｐとする）と、第１主面側金属配線層７０Ｂから放電室２０Ｃを介して第２主面側金属配線層７１Ｂに達し、この金属電極を通じて放電室２０Ｂに達し、放電室２０Ｂの放電を介して導電性ダイヤ層６４に達する抵抗（これを直列接続セル間抵抗Ｒｓとする）との大小関係により定まる。すなわち、並列接続セル間抵抗Ｒｐよりも直列接続セル間抵抗Ｒsの方が低い場合には、直列接続モードにおける電流経路を電流が流れる。
【０１０６】
この電流経路を実現するためには、上述のように放電時にＲｐ＞Ｒｓとなることが条件である。ここで、Ｒｐは式（６）で示される。
Ｒｐ＝Ｒｃ＋Ｒｌ ・・・（６）
Ｒｃは、電極と導電性ダイヤ層との接触抵抗を示す。Ｒｌは、導電性ダイヤ層の並列する放電室間のシート抵抗を示す。
【０１０７】
また、Ｒｓは式（７）で示される。
Ｒｓ＝Ｒｃ×３＋Ｒｄ×３＋Ｒｈ×２＋Ｒｍ ・・・（７）
ここで、Ｒｄは、電極直下から放電室までの厚み方向の導電性ダイヤ層の抵抗を示す。Ｒｈは、放電室内の抵抗を示す。Ｒｍは、電極層の並列する放電室間のシート抵抗を示す。また、「Ｒｄ×３」としたのは、導電性ダイヤ層６５側における折り返し回数分を加味したものである。
【０１０８】
ここで、Ｒｓのうち、ＲｈとＲｍは他に比べて相対的に小さいとする、式（８）が成り立つ。
Ｒｓ≒３Ｒｃ＋３Ｒｄ ・・・（８）
よって、Ｒｐ＞Ｒｓは、式（６）および式（８）より式（９）のように示される。
Ｒｃ＋Ｒｌ＞３Ｒｃ＋３Ｒｄ ・・・（９）
式（９）より式（１０）の関係が得られる。
Ｒｌ＞２Ｒｃ＋３Ｒｄ ・・・（１０）
【０１０９】
ここで、導電性ダイヤ層の抵抗率をρとすれば、式（１１）および式（１２）が成り立つ。
Ｒｌ≒ρ×ｌ／（ｗ×ｄ） ・・・（１１）
【０１１０】
ここで、ｌは、セル間の距離を示す。ｗは、ダイヤ層の実効配線幅を示す。ｄは、ダイヤ層の厚みを示す。
Ｒｄ≒ρ×ｄ／ｓ ・・・（１２）
ここで、ｓは、ダイヤ層の実効配線面積を示す。
【０１１１】
ＲｃはＲｄに比べて相対的に小さく、式（１０）より式（１３）が得られる。
Ｒｌ＞３Ｒｄ ・・・（１３）
これに式（１１）および式（１２）を代入すると、式（１４）が得られる。
ｌ／（ｗ×ｄ）＞３（ｄ／ｓ） ・・・（１４）
さらに、式（１５）が得られる。
１＞３（ｄ／ｓ）×（ｗ×ｄ）＝３ｗ×ｄ2／ｓ ・・・（１５）
以上より、式（１５）の関係が成り立つことが条件となる。
【０１１２】
なお、放電開始直後からダイヤ層は温度が上昇する。これに伴い、ρは変化する。しかし、相殺されるため、上記の関係には影響しない。したがって、上記の条件を満たす設計とすることにより、抵抗率に依存せずに動作モードを設計することができる。
【０１１３】
添加不純物としては、ボロン（Ｂ）が常温から導電性が得られることから望ましい。また、他の例としては、温度が上がれば、導電性を示すことから、窒素（Ｎ）やリン（Ｐ）であってもよい。いずれの場合もドーパントの濃度としては、１×１０18〜１×１０21ｃｍ-3の範囲が望ましい。
【０１１４】
なお、実施の形態７にかかる高圧放電発光デバイス１のこれ以外の構成および製造方法は、他の実施の形態にかかる高圧放電発光デバイス１の構成および製造方法と同様である。
【０１１５】
第１の変更例としては、本実施の形態においては、導電性ダイヤ層と金属配線層の積層構造としたが、伝導率の異なる２つの物質による積層構造であればよく、各層を構成する物質は実施の形態に限定されるものではない。
【０１１６】
（実施の形態８）
図３１は、実施の形態８にかかる発光装置２の外観を示す図である。実施の形態８にかかる発光装置２は、実施の形態１に示す高圧放電発光デバイス１を実装している。高圧放電発光デバイス１の電極は外部リード４Ａ，４Ｂに接続している。高圧放電発光デバイス１は真空に保持されている。すなわち、封止容器３の内部は真空に保持されている。そして、封止容器３の内部に高圧放電発光デバイス１が保持されている。さらに、高圧放電発光デバイス１は、封止容器３に封入されている。なお、封止容器３の封止方法については、既存のＨＩＤランプの実装方法を適用することができる。なお、他の実施の形態にかかる高圧放電発光デバイス１を実装してもよい。すなわち、例えば実施の形態６にかかる高圧放電発光デバイス１のように複数の放電室２０を備えた高圧放電発光デバイス１を実装してもよい。
【０１１７】
また、他の例としては、封止容器３に希ガス等の不活性ガスを封入し、大気圧よりも減圧に保ってもよい。このように、不活性ガスを封入しつつ減圧に保つことにより放電室のダイヤフラムにかかる外圧を低減することができる。また、封止容器３が内圧により破裂するのを防止することができる。
【０１１８】
（実施の形態９）
図３２は、実施の形態９にかかる発光装置２の外観を示す図である。実施の形態９にかかる発光装置２は、実施の形態１に示す高圧放電発光デバイス１を実装している。発光装置２は、透明ガラス窓５と反射ミラー６と、反射ミラー６および高圧放電発光デバイス１を支持するステム７とを備えており、透明ガラス窓５から効率的に光を照射することができる。なお、同様に他の実施の形態にかかる高圧放電発光デバイス１を実装してもよい。
【０１１９】
（実施の形態１０）
図３３は、実施の形態１０にかかる発光装置２の外観を示す図である。実施の形態１０にかかる発光装置２は、高圧放電発光デバイス１の放電方向が透明ガラス窓５の面内方向と平行になるように実装している。なお、同様に他の実施の形態にかかる高圧放電発光デバイス１を実装してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】実施の形態１にかかる高圧放電発光デバイス１の外観を示す図である。
【図２】実施の形態１にかかる高圧放電発光デバイス１の断面図である。
【図３】孔を空けた後の多結晶透光性ダイヤ基板１０を示す図である。
【図４】多結晶透光性ダイヤ基板１０に形成された複数の孔２０Ａ，２０Ｂ・・・のうちの１つを示す断面図である。
【図５】第１主面側導電性ダイヤ層３１ａおよび第２主面側導電性ダイヤ層３２が形成された後の多結晶透光性ダイヤ基板１０の一部を示す断面図である。
【図６】開口部３３が形成された後の状態を示す断面図である。
【図７】第１主面側導電性ダイヤ層３１ｂが形成された後の状態を示す断面図である。
【図８】高圧放電発光デバイス１が形成された単一基板１０を示す図である。
【図９】実施の形態２にかかる高圧放電発光デバイス１の外観を示す図である。
【図１０】実施の形態２にかかる高圧放電発光デバイス１の断面図である。
【図１１】第１主面側絶縁性ダイヤ層１３が形成された後の状態を示す断面図である。
【図１２】第１主面側導電性ダイヤ層３５が形成された後の状態を示す断面図である。
【図１３】実施の形態３にかかる高圧放電発光デバイス１の外観を示す図である。
【図１４】実施の形態３にかかる高圧放電発光デバイス１の断面図である。
【図１５】第１主面側導電性ダイヤ層３５および第２主面側導電性ダイヤ層３７が形成された後の状態を示す断面図である。
【図１６】第１主面側導電性ダイヤ層３５および第２主面側導電性ダイヤ層３７が形成された後の状態を示す外観図である。
【図１７】実施の形態４にかかる高圧放電発光デバイス１の断面図である。
【図１８】犠牲層加工後の状態を示す断面図である。
【図１９】第１主面側導電性ダイヤ層４１ａおよび第２導電性ダイヤ層４３ａが形成された後の状態を示す断面図である。
【図２０】第１主面側開口部４５および第２主面側開口部４６が形成された後の状態を示す断面図である。
【図２１】第１主面側導電性ダイヤ層４１ｂおよび第２主面側導電性ダイヤ層４３ｂが形成された後の状態を示す断面図である。
【図２２】実施の形態５にかかる高圧放電発光デバイス１の断面図である。
【図２３】実施の形態６にかかる高圧放電発光デバイス１の外観を示す図である。
【図２４】実施の形態６にかかる高圧放電発光デバイス１の断面図である。
【図２５】犠牲層２１をエッチングし、第１主面側導電性ダイヤ層６０および第２主面側導電性ダイヤ層６１を形成した後の状態を示す断面図である。
【図２６】実施の形態６の第１の変更例にかかる高圧放電発光デバイス１の外観を示す図である。
【図２７】実施の形態７にかかる高圧放電発光デバイス１の外観図である。
【図２８】実施の形態７にかかる高圧放電発光デバイス１の断面図である。
【図２９】高圧放電発光デバイス１の起動初期の状態を説明するための図である。
【図３０】放電開始後の状態を説明するための図である。
【図３１】実施の形態８にかかる発光装置２の外観を示す図である。
【図３２】実施の形態９にかかる発光装置２の外観を示す図である。
【図３３】実施の形態１０にかかる発光装置２の外観を示す図である。
【符号の説明】
【０１２１】
１ 高圧放電発光デバイス
２ 発光装置
３ 外囲器
４Ａ，４Ｂ 外部リード
５ 透明ガラス窓
６ 反射ミラー
７ ステム
１０ 絶縁性ダイヤ基板
１３ 第１主面側絶縁性ダイヤ層
１４ 第２主面側絶縁性ダイヤ層
２０ 放電室
２１ 犠牲層
２２ 放電用物質
２３Ａ 第１主面側凹部
２３Ｂ 第２主面側凹部
３１ 第１主面側導電性ダイヤ層
３２ 第２主面側伝導性ダイヤ層
３３ 開口部
３４ 第１主面側開口部
３５ 第１主面側導電性ダイヤ層
３６ 第２主面側開口部
３７ 第２主面側導電性ダイヤ層
４１ 第１主面側導電性ダイヤ層
４２ 第１主面側凸部
４３ 第２主面側導電性ダイヤ層
４４ 第２主面側凸部
４５ 第１主面側開口部
４６ 第２主面側開口部
５０ 保護層
６０，６２，６４ 第１主面側導電性ダイヤ層
６１，６３，６５ 第２主面側導電性ダイヤ層
７０Ａ，７０Ｂ 第１主面側金属配線層
７１Ａ，７１Ｂ 第２主面側金属配線層
１１０Ａ〜Ｃ，１２０Ａ〜Ｃ 分割ライン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電により発光する放電発光デバイス、発光装置および発光デバイス製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、気体プラズマを用いた発光デバイスである放電灯が知られている。このような放電灯としては、水銀灯、高圧水銀灯などがあり、天井灯用熱陰極蛍光灯をはじめ様々な用途に用いられている。その高い発光効率・発光出力から、照明ランプ市場においては放電灯がほぼ半分を占めるに至っている。中でも、高気圧のガスを放電させ、高電流で駆動し、高密度のプラズマを発生させ発光させるいわゆるＨＩＤ（Ｈｉｇｈ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）と呼ばれる放電灯の進展が近年著しい（たとえば、「非特許文献１」参照）。
【０００３】
このＨＩＤ型の光源デバイスの応用としては、プロジェクターや車のヘッドライト用ショートアークランプがあげられる。これらの用途においては、強い出力とともに単焦点であることが求められており、光源のサイズの低減が求められている。このため、上記アーク放電をさせるための電極間の距離は年々低減しており、１ｍｍ程度までになっている。
【０００４】
このような短ギャップの電極間に数十から数百Ｗの電力を印加するため、内部には高気圧の水銀やメタルハライドなどが封入される。このため、ランプのベッセルには、高い内圧に耐える強度が必要である。
【０００５】
このような高圧に耐えるベッセルとして、石英などが用いられてきた。しかし、高温・高気圧で活性なガスを内包した条件では、内壁への活性種の取り込まれなどにより劣化が生じる問題があった。これを改善する方法として、最近は石英ガラスに変わって各種の透光性セラミックスが用いられている。
【０００６】
【非特許文献１】Ｅ．Ｆｉｓｈｅｒ：Ｐｒｏｃ．ＬＳ−８ ｐ．１１５（２００４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これらは活性種に対する安定性に優れ、より耐熱性が高いことから、現在幅広く用いられつつある。しかし、依然として内部電極との界面での浸食や圧力漏れなどの問題がある。さらに、当該セラミックスベッセルは高度な焼結プロセスにより製造されており、電極の組み込み実装工程と併せて発光装置のコストを押し上げる要因となっている。さらに、前述のごとく、電極間ギャップの低減に伴い、電極間の電位降下が小さくなり、同じパワーを入れるためにより低電圧・大電流の電源制御が必要になりつつある。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、安定性に優れかつ高出力の放電発光デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、放電発光デバイスであって、絶縁性ダイヤモンドからなり、内部に放電室が形成された外囲器と、前記放電室に封止された放電用物質と、前記放電用物質に電圧を印加すべく設けられた、導電性ダイヤモンドからなる電極対とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の他の形態は、放電発光デバイスであって、内部に複数の放電室が配列された、透光性の外囲器と、前記複数の放電室のそれぞれに封止された放電用物質と、前記複数の放電室それぞれに対し電圧を印加する複数の電極対とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の他の形態は、放電発光デバイスであって、互いに対向する第１低導電性層と第２低導電性層とを備え、当該第１及び第２低導電性層の間に複数の放電室が配列された、透光性の外囲器と、前記複数の放電室のそれぞれに封止された放電用物質と、前記第１低導電性層および第２低導電性層のうち少なくとも一方の領域において、前記複数の放電室のうち２つの放電室を直列に接続する位置に積層された、前記第１低導電性層および前記第２低導電性層よりも高い導電性を示す高導電性層を備えた、前記複数の放電室それぞれに対し電圧を印加する複数の電極対とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の他の形態は、発光装置であって、絶縁性ダイヤモンドからなり、内部に放電室が形成された外囲器と、前記放電室に封止された放電用物質と、前記放電用物質に電圧を印加すべく設けられた、導電性ダイヤモンドからなる電極対とを有する放電発光デバイスと、前記放電発光デバイスを内部に備えた封止容器とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の他の形態は、発光デバイス製造方法であって、絶縁性層の第１の主面と第２の主面を貫通する複数の貫通孔を形成する貫通孔形成ステップと、前記複数の貫通孔に犠牲層を注入する注入ステップと、前記犠牲層が形成された前記絶縁性層の第１の主面および第２の主面それぞれに電極形成層を形成する電極形成層形成ステップと、前記電極形成層形成ステップにおいて前記第１の主面および前記第２の主面それぞれに形成された前記電極形成層のうち、前記犠牲層に対応する領域に少なくとも１つの開口部を形成する開口部形成ステップと、前記開口部を介して前記犠牲層を除去する犠牲層除去ステップと、前記犠牲層が除去された後、前記電極形成層上に導電性層を形成することにより前記開口部を封止し、当該導電性層を電極とする放電室を形成する放電室形成ステップと、前記放電室形成ステップにおいて放電室が形成された後、当該放電室単位に層構造を切断することにより発光デバイスを得る切断ステップとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明にかかる放電発光デバイスは、外囲器が絶縁性ダイヤモンドからなり、内部に放電室が形成され、放電室に放電用物質が封止され、電極対が放電用物質に電圧を印加すべく設けられ、導電性ダイヤモンドからなる。このように、外囲器がダイヤモンドで構成されているので高圧放電に耐えることができるという効果を奏する。すなわち、安全性に優れ、かつ高出力の発光を行うことができるという効果を奏する。
【００１５】
また、本発明にかかる他の形態の放電発光デバイスは、透光性の外囲器の内部に複数の放電室が配列され、放電用物質が、複数の放電室のそれぞれに封止され、複数の電極対が、複数の放電室それぞれに対し電圧を印加する。このように、複数の放電室を一体に備えているので、高出力の発光を行うことができるという効果を奏する。
【００１６】
また、本発明にかかる他の形態の放電発光デバイスは、透光性の外囲器が、互いに対向する第１低導電性層と第２低導電性層とを備え、複数の放電室が当該第１及び第２低導電性層の間に配列され、放電用物質が、複数の放電室のそれぞれに封止され、複数の電極対が、第１低導電性層および第２低導電性層のうち少なくとも一方の領域において、複数の放電室のうち２つの放電室を直列に接続する位置に積層された、第１低導電性層および第２低導電性層よりも高い導電性を示す高導電性層を備えた複数の放電室それぞれに対し電圧を印加するので、高出力の発光を行うことができるという効果を奏する。
【００１７】
また、本発明にかかる発光装置は、封止容器が、外囲器が絶縁性ダイヤモンドからなり、内部に放電室が形成され、放電室に放電用物質が封止され、電極対が放電用物質に電圧を印加すべく設けられ、導電性ダイヤモンドからなる放電発光デバイスを内部に備えているので、高圧放電に耐えることができるという効果を奏する。すなわち、安全性に優れ、かつ高出力の発光を行うことができるという効果を奏する。
【００１８】
また、本発明にかかる発光デバイス製造方法においては、貫通孔形成ステップにおいて、絶縁性層の第１の主面と第２の主面を貫通する複数の貫通孔を形成し、注入ステップにおいて、複数の貫通孔に犠牲層を注入し、電極形成層形成ステップにおいて、犠牲層が形成された絶縁性層の第１の主面および第２の主面それぞれに電極形成層を形成し、開口部形成ステップにおいて、電極形成層形成ステップにおいて第１の主面および前記第２の主面それぞれに形成された電極形成層のうち、犠牲層に対応する領域に少なくとも１つの開口部を形成し、犠牲層除去ステップにおいて、開口部を介して犠牲層を除去し、放電室形成ステップにおいて、犠牲層が除去された後、電極形成層上に導電性層を形成することにより開口部を封止し、当該導電性層を電極とする放電室を形成し、切断ステップにおいて、放電室形成ステップにおいて放電室が形成された後、当該放電室単位に層構造を切断することにより発光デバイスを得るので、同一の絶縁性層において複数の放電室および電極対を同時に形成することができ、生産コストを低減することができるという効果を奏する。また、品質の均一性を確保することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明にかかる放電発光デバイス、発光装置および発光デバイス製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１にかかる高圧放電発光デバイス１の外観を示す図である。図２は、高圧放電発光デバイス１の断面図である。高圧放電発光デバイス１は、絶縁性ダイヤ基板１０と、絶縁性ダイヤ基板１０に設けられた放電室２０と、電極対としての第１主面側導電性ダイヤ層３１および第２主面側導電性ダイヤ層３２とを備えている。第１主面側導電性ダイヤ層３１は、絶縁性ダイヤ基板１０の第１主面１０ａに積層されている。また、第２主面側導電性ダイヤ層３２は、絶縁性ダイヤ基板１０の第２主面１０ｂに積層されている。
【００２１】
放電室２０には、放電用物質２２が封入されている。放電用物質２２としては、水銀または金属化合物が好ましい。金属化合物としては、金属ハロゲン化物が特に好ましい。さらに、金属ハロゲン化物としては、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）が特に好ましい。
【００２２】
絶縁性ダイヤ基板１０は、多結晶のダイヤモンドで形成されている。また、第１主面側導電性ダイヤ層３１および第２主面側導電性ダイヤ層３２は、半導体不純物がドープされたダイヤモンド結晶である。ここで、半導体不純物としては、リン（Ｐ）、窒素などが好ましい。また、ドーピング濃度は、１×１０19以上、１×１０21未満が好ましい。
【００２３】
本実施の形態にかかる絶縁性ダイヤ基板１０の高さ（ｈ）は１ｍｍ、放電室２０の半径（ｒ）は３００μｍである。また、第１主面側導電性ダイヤ層３１の厚（ｔ）さは、放電室２０に対する耐圧性の観点から、１０μｍ以上が好ましい。
【００２４】
なお、第１主面側導電性ダイヤ層３１が受ける一様分布加重は以下の式により算出される。
【数１０】
ここで、ｐは圧力、σmaxは、最大応力である。なお，最大応力は周辺上に生じる。
【００２５】
放電室２０内の圧力を
【数１１】
とする。ダイヤモンドの降伏強度を２０ＧＰａとすると、最大逆アスペクト比は（式２）により算出される。
【数２０】
【００２６】
ここで、２００ａｔｍは、放電室２０にＨｇを封入した場合における上限圧力である。また、ダイヤモンドの降伏強度は５３ＧＰａであるが、第１主面側導電性ダイヤ層３１のダイヤモンドには不純物が含まれている。ダイヤモンド結晶の強度は不純物濃度により変化することがわかっている。したがって、ここでは、高濃度（１００ｐｐｍオーダー）の窒素含むダイヤモンドを想定し、第１主面側導電性ダイヤ層３１の降伏強度を２０ＧＰａと見積もった。
【００２７】
第１主面側導電性ダイヤ層３１の半径（ｒ）が３００μｍである場合、第１主面側導電性ダイヤ層３１の厚さ（ｔ）は、（式２）より以下のように算出される。
【数３０】
すなわち、厚さ（ｔ）は、８．２μｍよりも十分に大きい値となるのが好ましい。
【００２８】
また例えば、厚さｈ＝５μｍの場合には、
【数４０】
より、半径（ｒ）は、１８２．５μｍよりも十分に小さな値となるのが好ましい。
【００２９】
なお、放電室２０にＨｇなどを充填した超高圧の条件下においては、上記の２倍の４００ａｔｍまで耐え得るように設計するのが好ましい。すなわち、（式５）の関係を満たすよう半径（ｒ）および厚さ（ｔ）を設計する。
【数５０】
したがって、厚み５μｍの場合には、半径（ｒ）は、１２９μｍとするのが好ましい。
【００３０】
以上のように、第１主面側導電性ダイヤ層３１の半径（ｒ）および厚み（ｔ）は、放電室２０の内圧に基づいて、（式１）より定まるｒ／ｔの関係を満たすように設計するのが好ましい。
【００３１】
以上のように、本実施の形態にかかる高圧放電発光デバイス１は、絶縁性ダイヤ基板１０で形成されているので、放電室２０の高圧に耐えることができる。
【００３２】
表１に、アルミナとＣＶＤダイヤの熱伝導率等の値を示す。
【表１】
【００３３】
このように、ダイヤモンドは、熱伝導率が高いので、放電室内の温度の均一性を向上させることができる。また、温度管理を容易に行うことができる。
【００３４】
また、ダイヤモンドは、比強度が高いので、必要な層厚を小さくすることができる。これにより、外部への光取り出しの損失を抑制することができる。また、発光輝度を向上させ、かつ安定性を向上させることができる。
【００３５】
さらに、層厚を小さくした場合には、熱容量を低減することができる。また、熱応答性が向上するので、放電開始からの温度上昇時間を短縮することができる。
【００３６】
熱応答性を評価する指標として時定数がある。時定数は、（式６）により算出される。
時定数＝物体から周辺への熱抵抗×熱容量 ・・・（式６）
熱容量は、（式７）により算出される。
熱容量＝体積×比熱×比重量 ・・・（式７）
表１より、ダイヤモンドとアルミナの強度比は１０：３である。そこで、放電室壁の厚みを１：３と見積もる。すなわち、体積比を１：３と見積もる。また、比熱比は、０．５１／０．８より約０．６４となり、比重量比は、３．６／３．５２より約１．０となる。したがって、熱容量比は、約０．２となる。
すなわち、物体から周辺への熱抵抗を同一とした場合には、ダイヤモンドの時定数はアルミナの１／５となる。このように、ダイヤモンドにすることにより熱応答性が向上する。
【００３７】
さらに、電極対として、導電性ダイヤモンドからなる第１主面側導電性ダイヤ層３１および第２主面側導電性ダイヤ層３２が設けられている。このように、絶縁壁部分と同じ材料を用いることにより、材料間の熱膨張係数の違いや化学的な安定性の違いに起因した界面での浸食やリークを抑えることができる。
【００３８】
次に、図３〜図８を参照しつつ高圧放電発光デバイス１の製造方法について説明する。基板として、多結晶透光性ダイヤ基板１０を用いる。基板の厚さは、１ｍｍとした。なお、ダイヤモンド成長は、メタンと水素とを原料とし、マイクロプラズマＣＶＤを用いた。
【００３９】
なお、他の例としては、直流プラズマＣＶＤや燃焼炎プラズマＣＶＤ、ホットフィラメントＣＶＤなど各種の方式を用いることができる。
【００４０】
まず、多結晶透光性ダイヤ基板１０に対して放電室２０となる孔を開ける。孔の寸法は半径３００μｍとした。孔開け加工は、ＹＡＧレーザなどのレーザにより行うのが好ましい。さらに、基板を回転させつつレーザを照射するのが好ましい。また、他の例としては、ドライエッチングにより行ってもよい。
【００４１】
図３は、孔を空けた後の多結晶透光性ダイヤ基板１０を示す図である。このように多結晶透光性ダイヤ基板１０に対し複数の孔２０Ａ，２０Ｂ・・・を形成する。これらの各孔２０Ａ，２０Ｂ・・・がそれぞれ放電室２０Ａ，２０Ｂ・・・となる。すなわち、同一の多結晶透明性ダイヤ基板１０から複数の高圧放電発光デバイス１を同時に製造する。そして、後に絶縁性ダイヤ基板１０を分割することにより複数の高圧放電発光デバイス１を得る。
【００４２】
全ての孔２０Ａ，２０Ｂ・・・を形成した後、全ての孔２０Ａ，２０Ｂ・・・に対し犠牲層２１を充填する。ここで、犠牲層としては、金属などが好ましい。本実施の形態においては、Ｍｏを片面または両面から蒸着する。そして、絶縁性ダイヤ基板１０からはみ出した余分な部分をエッチング・研磨などにより除去する。図４は、多結晶透光性ダイヤ基板１０に形成された複数の孔２０Ａ，２０Ｂ・・・のうちの１つを示す断面図である。孔２０には、犠牲層２１が充填されている。
【００４３】
次に、多結晶透光性ダイヤ基板１０の両面にＣＶＤにより、導電性ダイヤ層を形成する。具体的には、犠牲層２１の第１主面２１ａおよび第２主面２１ｂにそれぞれ第１主面側導電性ダイヤ層３１および第２主面側導電性ダイヤ層３２を形成する。図５は、第１主面側導電性ダイヤ層３１ａおよび第２主面側導電性ダイヤ層３２が形成された後の多結晶透光性ダイヤ基板１０の一部を示す断面図である。
【００４４】
導電性を付与するためには、半導体不純物をドーピングするが、特にリン、窒素などのｎ型不純物をドーピングすることが望ましい。ドーピング濃度は１×１０19以上が好ましい。さらに１×１０21未満の範囲が好ましい。
【００４５】
導電性ダイヤモンド層の厚さは最終的に積層する層と合わせて内部の圧力に耐えられる十分な厚みを確保する。前述のように、１０μｍとするのが好ましい。
【００４６】
第１主面側導電性ダイヤ層３１ａおよび第２主面側導電性ダイヤ層３２を形成し犠牲層２１の第１主面２１ａおよび第２主面２１ｂを封じた後、第１主面側導電性ダイヤ層３１ａのうち第１主面２１ａに面する部分のうち少なくとも一カ所に開口部３３を形成する。開口部３３の形成方法としては、エッチングなどが好ましい。図６は、開口部３３が形成された後の状態を示す断面図である。
【００４７】
次に、開口部３３を介して、内部の犠牲層２１をエッチングすることにより、放電室２０の内部を空洞にする。なお、放電室２０の内部を十分にエッチングする観点からは、第１主面側導電性ダイヤ層３１ａまたは第２主面側導電性ダイヤ層３２に複数の孔を開けてエッチング液の流通をよくすることが好ましい。開口部３３は犠牲層２１に面する位置に形成されればよく、その位置および大きさは特に限定されるものではない。例えば、第２主面側導電性ダイヤ層３２に形成されてもよい。また、第１主面側導電性ダイヤ層３１ａに２つ形成されてもよい。また、第１主面側導電性ダイヤ層３１および第２主面側導電性ダイヤ層３２にそれぞれ１つずつ形成されてもよい。
【００４８】
次に、金属化合物や水銀を含有させたペレットを開口部３３より内部に入れた後、再び開口部３３を封じる。具体的には、開口部３３が形成された第１主面側導電性ダイヤ層３１ａ上にさらに第１主面側導電性ダイヤ層３１ｂを形成する。図７は、第１主面側導電性ダイヤ層３１ｂが形成された後の状態を示す断面図である。本実施の形態においては、第１主面側導電性ダイヤ層３１ａおよび第２主面側導電性ダイヤ層３２をＣＶＤにより形成している。同様に、ＣＶＤにより第１主面側導電性ダイヤ層３１ｂを形成することにより、開口部３３を封じる。このＣＶＤの工程において、Ａｒ、Ｘｅなどの希ガスをベースにして、高気圧で成膜を行うことにより、封止後の放電室２０の内部のベースガスを同時に封入してもよい。
【００４９】
なお、本実施の形態においては、第１主面側導電性ダイヤ層３１ｂをさらに積層することにより開口部３３を封止したが、他の例としては、より低い温度で形成が可能な各種の材料を用いてもよい。
【００５０】
以上の工程により、単一基板１０上に複数の高圧放電発光デバイス１が形成される。図８は、高圧放電発光デバイス１が形成された単一基板１０を示す図である。必要に応じて、高圧放電発光デバイス１が形成された単一基板１０の上下の電極面、すなわち第１主面側導電性ダイヤ層３１および第２主面側導電性ダイヤ層３２に研磨などの追加工を施し、平坦化や一定の微細構造表面に仕上げてもよい。さらにウェハ上の単一基板１０をレーザ加工等により分割ライン１１０Ａ〜１１０Ｃ，１２０Ａ〜１２０Ｃに沿って分割し、必要に応じて端面のエッチング・研磨・洗浄などを行う。以上の工程により、図１および図２に示した高圧放電発光デバイス１が得られる。
【００５１】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、上記実施の形態に多様な変更または改良を加えることができる。
【００５２】
第１の変更例としては、本実施の形態において説明した製造方法は、ダイヤ以外の物質からなる発光デバイスの製造に適用してもよい。例えば、透光性セラミックスからなる発光デバイスの製造に適用してもよい。
【００５３】
また、第２の変更例としては、高圧放電発光デバイス１は円柱形であってもよい。すなわち、製造の最終工程において、絶縁性ダイヤ基板１０を円柱形に切り出す。このように、絶縁性ダイヤ基板１０の外形は本実施の形態に限定されるものではない。
【００５４】
（実施の形態２）
図９は、実施の形態２にかかる高圧放電発光デバイス１の外観を示す図である。図１０は、実施の形態２にかかる高圧放電発光デバイス１の断面図である。実施の形態２にかかる高圧放電発光デバイス１においては、開口部３３の近傍にのみ電極としての第１主面側導電性ダイヤ層３５が形成されている。
【００５５】
実施の形態２にかかる高圧放電発光デバイス１においては、絶縁性ダイヤ基板１０の第１主面１０ａ上にさらに第１主面側絶縁性ダイヤ層１３が形成されている。第１主面側導電性ダイヤ層１３は、絶縁性ダイヤ基板１０と同様絶縁性ダイヤモンドにより形成されている。第１主面側絶縁性ダイヤ層１３には、第１主面側開口部３４が形成されている。第１主面側導電性ダイヤ層３５は、第１主面側開口部３４に対応する位置に形成され、第１主面側開口部３４を塞いでいる。
【００５６】
次に、実施の形態２にかかる高圧放電発光デバイス１の製造方法について説明する。実施の形態２にかかる高圧放電発光デバイス１においては、孔加工・犠牲層充填の後、多結晶透光性ダイヤ基板１０の第１主面１０ａに第１主面側絶縁性ダイヤ層１３を形成する。また、多結晶透光性ダイヤ基板１０の第２主面１０ｂには、第２主面側導電性ダイヤ層３２を形成する。図１１は、第１主面側絶縁性ダイヤ層１３が形成された後の状態を示す断面図である。
【００５７】
次に、第１主面側絶縁性ダイヤ層１３に第１主面側開口部３４を形成し、犠牲層２１をエッチングにより除去する。その後、第１主面側絶縁性ダイヤ層１３の主面１３ａ上に第１主面側導電性ダイヤ層３５を形成する。これにより、第１主面側開口部３４を塞ぐ。図１２は、第１主面側導電性ダイヤ層３５が形成された後の状態を示す断面図である。さらに、第１主面側開口部３４の上部を残して、第１主面側導電性ダイヤ層３５をエッチングする。
【００５８】
導電性ダイヤモンドは、不純物がドーピングされたダイヤモンドであるため絶縁性ダイヤモンドに比べて透明度が低い。したがって、外部への光取り出し損失を抑制する観点からは、導電性ダイヤモンドの領域を小さくすることが望ましい。そこで、本実施の形態においては、上述のように、導電性ダイヤ層を第１主面側開口部３４の上部のみに形成することとした。これにより、外部への光取り出しの損失を抑制することができる。
【００５９】
なお、実施の形態２にかかる高圧放電発光デバイス１のこれ以外の構成および製造方法は、実施の形態１にかかる高圧放電発光デバイス１の構成および製造方法と同様である。
【００６０】
（実施の形態３）
図１３は、実施の形態３にかかる高圧放電発光デバイス１の外観を示す図である。図１４は、実施の形態３にかかる高圧放電発光デバイス１の断面図である。実施の形態３にかかる高圧放電発光デバイス１においては、絶縁性ダイヤ基板１０の第１主面１０ａ上に第１主面側絶縁性ダイヤ層１３が形成されている。第１主面側絶縁性ダイヤ層１３には第１主面側開口部３４が形成されている。第１主面側開口部３４には、第１主面側導電性ダイヤ層３５が形成され、第１主面側開口部３４は塞がれている。
【００６１】
一方、絶縁性ダイヤ基板１０の第２主面１０ｂ上に第２主面側絶縁ダイヤ層１４が形成されている。第２主面側絶縁性ダイヤ層１４には、第２主面側開口部３６が形成されている。第２主面側開口部３６には、第２主面側導電性ダイヤ層３７が形成され、第２主面側開口部３６は塞がれている。
【００６２】
このように、実施の形態３にかかる高圧放電発光デバイス１は、絶縁性ダイヤ基板１０の両面において導電性ダイヤモンドの領域を小さくしている。これにより、外部への光取り出しの損失をさらに抑制することができる。
【００６３】
次に、実施の形態３にかかる高圧放電発光デバイス１の製造方法について説明する。本実施の形態にかかる高圧放電発光デバイス１においては、絶縁性ダイヤ基板１０に孔加工を施し、犠牲層２１を充填したのち、絶縁性ダイヤ基板１０の第１主面１０ａおよび第２主面１０ｂにそれぞれ第１主面側開口部３４および第２主面側開口部３６を形成する。
【００６４】
次に、第１主面側開口部３４および第２主面側開口部３６から犠牲層２１を取り除くとともに、高気圧ガスプラズマを形成する金属化合物、または水銀（Ｈｇ）などを含有するペレットを放電室２０に入れる。
【００６５】
次に、第１主面側絶縁性ダイヤ層１３および第２主面側絶縁性ダイヤ層１４上にそれぞれ第１主面側導電性ダイヤ層３５および第２主面側導電性ダイヤ層３７を形成する。これにより、放電室２０を封止する。図１５は、第１主面側導電性ダイヤ層３５および第２主面側導電性ダイヤ層３７が形成された後の状態を示す断面図である。
【００６６】
次に、第１主面側導電性ダイヤ層３５および第２主面側導電性ダイヤ層３７をパターニングし、第１主面側導電性ダイヤ層３５および第２主面側導電性ダイヤ層３７を封止するために必要な領域のみを残置させる。図１６は、第１主面側導電性ダイヤ層３５および第２主面側導電性ダイヤ層３７が形成された後の状態を示す外観図である。この後、多結晶透光性ダイヤ基板１０を放電室２０単位で分割することにより、複数の高圧放電発光デバイス１が形成される。
【００６７】
第１主面側導電性ダイヤ層３５および第２主面側導電性ダイヤ層３７は、放電室２０に面し、電極を兼ねることはもちろんであるが、導電性の領域すなわち透明度の低い領域を最小限に留めることにより、外部への光取り出しの損失を最小限にすることができる。
【００６８】
また、内部の放電電極としても、大きな内径の圧力容器を絶縁性ダイヤ基板およびダイヤ層で形成した上で、必要なセンター領域にのみ高密度プラズマ形成に必要な導電性電極領域を形成することにより、プラズマの収束性と側壁との相互作用の低減を図ることができる。
【００６９】
なお、実施の形態３にかかる高圧放電発光デバイス１のこれ以外の構成および製造方法は、他の実施の形態にかかる高圧放電発光デバイス１の構成および製造方法と同様である。
【００７０】
（実施の形態４）
図１７は、実施の形態４にかかる高圧放電発光デバイス１の断面図である。実施の形態４にかかる高圧放電発光デバイス１における第１主面側導電性ダイヤ層４１は、放電室２０に突出した第１主面側凸部４２を有している。同様に、第２主面側導電性ダイヤ層４３は、放電室２０の突出した第２主面側凸部４４を有している。このように、導電性ダイヤ層を放電室２０の内部に突起状に形成することにより、放電室２０の内径や高さなどのサイズによらず、第１主面側導電性ダイヤ層４１および第１主面側凸部４２の高さにより放電ポイントを制御することができる。
【００７１】
次に、実施の形態４にかかる高圧放電発光デバイス１の製造方法について説明する。実施の形態４にかかる高圧放電発光デバイス１においては、犠牲層２１を充填した後、犠牲層２１を絶縁性ダイヤ基板１０の表面から一部内部に入り込むまで犠牲層２１を加工する。図１８は、犠牲層加工後の状態を示す断面図である。犠牲層加工工程において、図１８に示すように第１主面側凹部２３Ａおよび第２主面側凹部２３Ｂが形成される。
【００７２】
次に、第１主面側凹部２３Ａおよび第１主面１０ａ上に第１主面側導電性ダイヤ層４１ａを形成する。同様に、第２主面側凹部２３Ｂおよび第２主面１０ｂ上に第２主面側導電性ダイヤ層４３３２ａを形成する。図１９は、第１主面側導電性ダイヤ層４１ａおよび第２主面側導電性ダイヤ層４３ａが形成された後の状態を示す断面図である。
【００７３】
次に、第１主面側導電性ダイヤ層４１ａに第１主面側開口部４５を形成する。なお、第１主面側開口部４５は、第１主面側凹部２３Ａの上部以外の領域に形成する。同様に、第２導電性ダイヤ層４３ａに第２主面側開口部４６を形成する。図２０は、第１主面側開口部４５および第２主面側開口部４６が形成された後の状態を示す断面図である。
【００７４】
次に、犠牲層２１をエッチングにより除去する。その後、第１主面側開口部４５および第１主面側導電性ダイヤ層４１ａの上部にさらに第１主面側導電性ダイヤ層４１ｂを形成する。同様に、第２主面側開口部４６および第２主面側導電性ダイヤ層４３ａ上にさらに第２導電性ダイヤ層４３ｂを形成する。図２１は、第１主面側導電性ダイヤ層４１ｂおよび第２主面側導電性ダイヤ層４３ｂが形成された後の状態を示す断面図である。以上により図１７を参照しつつ説明した実施の形態４にかかる高圧放電発光デバイス１が形成される。
【００７５】
なお、実施の形態４にかかる高圧放電発光デバイス１のこれ以外の構成および製造方法は、他の実施の形態にかかる高圧放電発光デバイス１の構成および製造方法と同様である。
【００７６】
（実施の形態５）
図２２は、実施の形態５にかかる高圧放電発光デバイス１の断面図である。実施の形態５にかかる高圧放電発光デバイス１は、絶縁性ダイヤ基板１０の外側にさらに、保護層５０を備えている。保護層５０は、電極となる領域を残し、絶縁性ダイヤ基板１０、第１主面側導電性ダイヤ層３１および第２主面側伝導性ダイヤ層３２を覆っている。保護層５０は、窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）で形成されている。なお、他の例としては、保護層５０は、炭化シリコン（ＳｉＣ）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などであってもよい。このように、保護層５０は、高温において耐酸化性を有する材料で形成されることが望ましい。
【００７７】
保護層５０を備えることにより、絶縁性ダイヤ基板１０の酸化を防止することができる。したがって、高圧放電発光デバイス１の劣化を防止することができる。また、保護層５０を備えることにより断熱することができる。
【００７８】
なお、実施の形態５にかかる高圧放電発光デバイス１のこれ以外の構成および製造方法は、他の実施の形態にかかる高圧放電発光デバイス１の構成および製造方法と同様である。
【００７９】
（実施の形態６）
図２３は、実施の形態６にかかる高圧放電発光デバイス１の外観を示す図である。図２４は、実施の形態６にかかる高圧放電発光デバイス１の断面図である。実施の形態６にかかる高圧放電発光デバイス１は、２つの放電室２０Ａ，２０Ｂを備えている。第１主面１０ａ上には第１主面側絶縁性ダイヤ層１３が形成されている。そして、第１主面側絶縁性ダイヤ層１３にはさらに、放電室２０Ａに対応する位置に第１主面側開口部３４Ａが形成されている。また、放電室２０Ｂに対応する位置に第１主面側開口部３４Ｂが形成されている。一方、第２主面１０ｂ上には第２主面側絶縁性ダイヤ層１４が形成されている。第２主面側絶縁性ダイヤ層１４にはさらに放電室２０Ａに対応する位置に第２主面側開口部３６Ａが形成されている。また、放電室２０Ｂに対応する位置に第２主面側開口部３６Ｂが形成されている。
【００８０】
第１主面側絶縁性ダイヤ層１３の上部にはさらに第１主面側導電性ダイヤ層６０が形成されている。第１主面側導電性ダイヤ層６０は、第１主面側開口部３４Ａおよび第１主面側開口部３４Ｂを塞ぐべく設けられている。また、第１主面側開口部３４Ａの領域から第１主面側開口部３４Ｂの領域まで一体に形成されている。
【００８１】
第２主面側絶縁性ダイヤ層１４の上部にはさらに第２主面側導電性ダイヤ層６１Ａ，６１Ｂが形成されている。第２主面側導電性ダイヤ層６１Ａは第２主面側開口部３６Ａを塞ぐべく形成されている。また、第２主面側導電性ダイヤ層６１Ｂは、第２主面側開口部３６Ｂを塞ぐべく形成されている。第２主面側導電性ダイヤ層６１Ａおよび第２主面側導電性ダイヤ層６１Ｂは、第２主面側開口部３６Ａの領域と第２主面側開口部３６Ｂの領域の間において離間して設けられている。
【００８２】
以上の構成により、第２主面側開口部３６Ａおよび第２主面側開口部３６Ｂに対応する位置にそれぞれ電極を設けた場合には、電流は放電室２０Ａから第１主面側導電性ダイヤ層６０を介して、放電室２０Ｂに設けられた電極に導かれる。
【００８３】
このように、１チップ中に複数の放電室２０を形成することにより、各放電室２０が短ギャップとなっても、放電室２０Ａと放電室２０Ｂとが直列接続され、複数の放電室全体に入力される印加電圧を高く保つことができる。さらに、印加電圧を高く保つことにより高電流を供給することなく高パワー、すなわち高光量を確保することができる。
【００８４】
さらに、図２３および図２４に示すように、２つの放電室２０Ａと２０Ｂは、各放電室の電極対が、第１主面側導電性ダイヤ層および第２主面側導電性ダイヤ層として同一平面上に形成されるように配列されている。すなわち、絶縁性ダイヤ基板１０に並列に配置されている。したがって、単光源として機能することができる。
【００８５】
また、各放電室２０に封入する化合物の組成を互いに異なるものとしてもよい。異なる発光の混合により調光を行うことができる。
【００８６】
次に、実施の形態６にかかる高圧放電発光デバイス１の製造方法について説明する。図２５は、犠牲層２１をエッチングし、第１主面側導電性ダイヤ層６０および第２主面側導電性ダイヤ層６１を形成した後の状態を示す断面図である。ここまでの工程は、実施の形態３にかかる高圧放電発光デバイス１の製造工程と同様である。
【００８７】
その後、第１主面側導電性ダイヤ層６０および第２主面側導電性ダイヤ層６１をパターニングする。これにより、第１主面側導電性ダイヤ層６０は、第１主面側開口部３４Ａと第１主面側開口部３４Ｂの間に一体の配線層として第１主面側導電性ダイヤ層６０を残す。一方、第２主面側導電性ダイヤ層６１は、第２主面側開口部３６Ａと第２主面側開口部３６Ｂの間を離間して第２主面側導電性ダイヤ層６１Ａおよび第２主面側導電性ダイヤ層６１Ｂとして残す。最後に、２つの放電室を毎に多結晶透光性ダイヤ基板１０を切り出す。以上により、２つの放電室を備えた高圧放電発光デバイス１を得ることができる。
【００８８】
なお、実施の形態６にかかる高圧放電発光デバイス１のこれ以外の構成および製造方法は、他の実施の形態にかかる高圧放電発光デバイス１の構成および製造方法と同様である。
【００８９】
図２６は、実施の形態６の第１の変更例にかかる高圧放電発光デバイス１の外観を示す図である。第１の変更例にかかる高圧放電発光デバイス１は、４つの放電室２０Ａ〜２０Ｄを備えている。４つの放電室２０Ａ〜２０Ｄは、直列に接続されている。具体的には、放電室２０Ａと放電室２０Ｂは、第１主面側導電性ダイヤ層６２Ａにより接続されている。また、放電室２０Ｂと放電室２０Ｃは、第２主面側導電性ダイヤ層６３Ｂにより接続されている。また、放電室２０Ｃと放電室２０Ｄは、第１主面側導電性ダイヤ層６２Ｂで接続されている。
【００９０】
このように、放電室２０の数を増やすことにより高圧放電発光デバイス１全体のトータルパワーを大きくすることができる。また、この場合にも、複数の放電室２０は並列に配置されているので、単光源として機能することができる。
【００９１】
なお、このように放電室２０を複数備えていればよく、その数は実施の形態に限定されるものではない。また、複数の放電室２０は、導電性ダイヤ層を介して直列に接続されていればよく、複数の放電室２０の配列は特に限定されるものではない。ただし、単光源として機能する観点からは並列性を保つ配列とするのが好ましい。
【００９２】
また、第２の変更例としては、本実施の形態においては、絶縁性ダイヤ基板１０および導電性ダイヤ層により構成される高圧放電発光デバイス１について説明したが、基板内に複数の放電室を備えることにより、発光出力を向上させる観点からは、基板および電極対を構成する物質はこれに限定されるものではなく、例えば透光性セラミックス基板の高圧放電発光デバイスとしてもよい。
【００９３】
（実施の形態７）
図２７は、実施の形態７にかかる高圧放電発光デバイス１の外観図である。図２８は、実施の形態７にかかる高圧放電発光デバイス１の断面図である。実施の形態７にかかる高圧放電発光デバイス１は、３つの放電室２０Ａ〜２０Ｃを備えている。また、金属配線層７０Ａ，７０Ｂ，７１Ａ，７１Ｂを備えている。
【００９４】
より具体的には、高圧放電発光デバイス１においては、絶縁性ダイヤ基板１０の第１主面１０ａには、第１主面側導電性ダイヤ層６４が形成されている。同様に、絶縁性ダイヤ基板１０の第２主面１０ｂには、第２主面側導電性ダイヤ層６５が形成されている。これらは、各放電室２０Ａ〜２０Ｃの電極面として設けられている。
【００９５】
第１主面側導電性ダイヤ層６４の上面には、第１主面側金属配線層７０Ａ，７０Ｂがさらに形成されている。同様に、第２主面側導電性ダイヤ層６５の上面には、第２主面側金属配線層７１Ａ，７１Ｂがさらに形成されている。第１主面側金属配線層７０Ａ，７０Ｂおよび第２主面側金属配線層７１Ａ，７１Ｂは、いずれも金属で形成された低抵抗配線である。
【００９６】
なお、本実施の形態にかかる第１主面側導電性ダイヤ層６４および第２主面側導電性ダイヤ層６５は、特許請求の範囲に記載の第１導電性層に対応する。また、本実施の形態にかかる第１主面側金属配線層７０Ａ，７０Ｂおよび第２主面側金属配線層７１Ａ，７１Ｂは、特許請求の範囲に記載の第２導電性層に対応する。
【００９７】
第１主面側金属配線層７０Ａ，７０Ｂおよび第２主面側金属配線層７１Ａ，７１Ｂは、それぞれ放電室２０Ａ〜２０Ｃを直列に接続すべくパターニングされている。具体的には、第１主面側金属配線層７０Ａは、放電室２０Ａおよび放電室２０Ｂを直列に接続すべく放電室２０Ａに対応する領域から放電室２０Ｂに対応する領域まで一体に形成されている。一方で、直列の一端となる放電室２０Ａの第２主面１０ｂ側に配置された第２主面側金属配線層７１Ａは、放電室２０Ａに対応する領域に形成され、放電室２０Ｂに対応する領域とは離間している。
【００９８】
また、第２主面側金属配線層７１Ｂは、放電室２０Ｂおよび放電室２０Ｃを直列に接続すべく放電室２０Ｂに対応する領域から放電室２０Ｃに対応する領域まで一体に形成されている。一方で、直列の一端となる放電室２０Ｃの第１主面１０ａ側に配置された第１主面側金属配線層７０Ｂは、放電室２０Ｃに対応する領域に形成され、放電室２０Ｂに対応する領域とは離間している、すなわち、第１主面側金属配線層７０Ｂは、第１主面側金属配線層７０Ａとは離間して形成されている。
【００９９】
以上の構成の高圧放電発光デバイス１を放電させる場合について説明する。図２９は、高圧放電発光デバイス１の起動初期の状態を説明するための図である。高圧放電発光デバイス１を起動した場合、起動初期には、低温であるため放電室２０Ａ〜２０Ｃは、絶縁性を示し、抵抗値も非常に高い。したがって、印加した電圧は、第１主面側導電性ダイヤ層６４を介して各放電室２０Ａ〜２０Ｃに一様にかかる。これにより、各放電室２０Ａ〜２０Ｃにおいて放電が並行して生じる。
【０１００】
図３０は、放電開始後の状態を説明するための図である。放電開始後は電圧が下がる。そして、さらに電流が投入されるとグロー放電モードから異常グロー状態を経て、アーク放電モードへと移行し始める。これにより、放電室２０Ａ〜２０Ｃそれぞれの内部抵抗は急激に下がる。そして、印加電圧は、放電室２０を経由した直列回路に優先的に流れるようになる。
【０１０１】
最終的に放電室２０Ａ〜２０Ｃのすべての内部抵抗が下がると、放電室２０Ａ〜２０Ｃは、第１主面側金属配線層７０Ａ，７０Ｂおよび第２主面側金属配線層７１Ａ，７１Ｂを配線とし、高圧放電発光デバイス１内で集積駆動される。
【０１０２】
このとき直列の効果により、短ギャップであるにも関わらず、直列段数分だけ放電電圧がシリーズに足し合わされることになる。したがって、放電電圧の維持に寄与することができる。また、単純に直列動作させる場合には起動時の放電開始電圧の増大が問題となるが、本実施の形態では、放電開始時には全放電室に並列に電圧がかかるため、放電開始にかかる時間も短縮することができる。
【０１０３】
放電開始前には放電セル内は絶縁性を示すため大きな抵抗を有している。したがって、導電性ダイヤ層６４，６５に対して印加された電圧は並列した放電室２０Ａ〜２０Ｃに一様にかかる。
【０１０４】
しかし、いったん放電が始まると放電室２０Ａ〜２０Ｃ内の抵抗は急激に減少する。このため、例えば第１主面側金属配線層７０Ｂに印加された電圧による電流は放電室２０Ｃを介してダイヤ層６５に流れる。
【０１０５】
第１主面側金属配線層７０Ｂから第２主面側金属配線層７１Ａに向かう電流は、抵抗最小の経路を通って流れる。この経路は、導電性ダイヤ層６４，６５を通じた第１主面側金属配線層７０Ｂから第１主面側金属配線層７０Ａ直下の導電性ダイヤ層６４までの抵抗（これを並列接続セル間抵抗Ｒｐとする）と、第１主面側金属配線層７０Ｂから放電室２０Ｃを介して第２主面側金属配線層７１Ｂに達し、この金属電極を通じて放電室２０Ｂに達し、放電室２０Ｂの放電を介して導電性ダイヤ層６４に達する抵抗（これを直列接続セル間抵抗Ｒｓとする）との大小関係により定まる。すなわち、並列接続セル間抵抗Ｒｐよりも直列接続セル間抵抗Ｒsの方が低い場合には、直列接続モードにおける電流経路を電流が流れる。
【０１０６】
この電流経路を実現するためには、上述のように放電時にＲｐ＞Ｒｓとなることが条件である。ここで、Ｒｐは式（６）で示される。
Ｒｐ＝Ｒｃ＋Ｒｌ ・・・（６）
Ｒｃは、電極と導電性ダイヤ層との接触抵抗を示す。Ｒｌは、導電性ダイヤ層の並列する放電室間のシート抵抗を示す。
【０１０７】
また、Ｒｓは式（７）で示される。
Ｒｓ＝Ｒｃ×３＋Ｒｄ×３＋Ｒｈ×２＋Ｒｍ ・・・（７）
ここで、Ｒｄは、電極直下から放電室までの厚み方向の導電性ダイヤ層の抵抗を示す。Ｒｈは、放電室内の抵抗を示す。Ｒｍは、電極層の並列する放電室間のシート抵抗を示す。また、「Ｒｄ×３」としたのは、導電性ダイヤ層６５側における折り返し回数分を加味したものである。
【０１０８】
ここで、Ｒｓのうち、ＲｈとＲｍは他に比べて相対的に小さいとする、式（８）が成り立つ。
Ｒｓ≒３Ｒｃ＋３Ｒｄ ・・・（８）
よって、Ｒｐ＞Ｒｓは、式（６）および式（８）より式（９）のように示される。
Ｒｃ＋Ｒｌ＞３Ｒｃ＋３Ｒｄ ・・・（９）
式（９）より式（１０）の関係が得られる。
Ｒｌ＞２Ｒｃ＋３Ｒｄ ・・・（１０）
【０１０９】
ここで、導電性ダイヤ層の抵抗率をρとすれば、式（１１）および式（１２）が成り立つ。
Ｒｌ≒ρ×ｌ／（ｗ×ｄ） ・・・（１１）
【０１１０】
ここで、ｌは、セル間の距離を示す。ｗは、ダイヤ層の実効配線幅を示す。ｄは、ダイヤ層の厚みを示す。
Ｒｄ≒ρ×ｄ／ｓ ・・・（１２）
ここで、ｓは、ダイヤ層の実効配線面積を示す。
【０１１１】
ＲｃはＲｄに比べて相対的に小さく、式（１０）より式（１３）が得られる。
Ｒｌ＞３Ｒｄ ・・・（１３）
これに式（１１）および式（１２）を代入すると、式（１４）が得られる。
ｌ／（ｗ×ｄ）＞３（ｄ／ｓ） ・・・（１４）
さらに、式（１５）が得られる。
１＞３（ｄ／ｓ）×（ｗ×ｄ）＝３ｗ×ｄ2／ｓ ・・・（１５）
以上より、式（１５）の関係が成り立つことが条件となる。
【０１１２】
なお、放電開始直後からダイヤ層は温度が上昇する。これに伴い、ρは変化する。しかし、相殺されるため、上記の関係には影響しない。したがって、上記の条件を満たす設計とすることにより、抵抗率に依存せずに動作モードを設計することができる。
【０１１３】
添加不純物としては、ボロン（Ｂ）が常温から導電性が得られることから望ましい。また、他の例としては、温度が上がれば、導電性を示すことから、窒素（Ｎ）やリン（Ｐ）であってもよい。いずれの場合もドーパントの濃度としては、１×１０18〜１×１０21ｃｍ-3の範囲が望ましい。
【０１１４】
なお、実施の形態７にかかる高圧放電発光デバイス１のこれ以外の構成および製造方法は、他の実施の形態にかかる高圧放電発光デバイス１の構成および製造方法と同様である。
【０１１５】
第１の変更例としては、本実施の形態においては、導電性ダイヤ層と金属配線層の積層構造としたが、伝導率の異なる２つの物質による積層構造であればよく、各層を構成する物質は実施の形態に限定されるものではない。
【０１１６】
（実施の形態８）
図３１は、実施の形態８にかかる発光装置２の外観を示す図である。実施の形態８にかかる発光装置２は、実施の形態１に示す高圧放電発光デバイス１を実装している。高圧放電発光デバイス１の電極は外部リード４Ａ，４Ｂに接続している。高圧放電発光デバイス１は真空に保持されている。すなわち、封止容器３の内部は真空に保持されている。そして、封止容器３の内部に高圧放電発光デバイス１が保持されている。さらに、高圧放電発光デバイス１は、封止容器３に封入されている。なお、封止容器３の封止方法については、既存のＨＩＤランプの実装方法を適用することができる。なお、他の実施の形態にかかる高圧放電発光デバイス１を実装してもよい。すなわち、例えば実施の形態６にかかる高圧放電発光デバイス１のように複数の放電室２０を備えた高圧放電発光デバイス１を実装してもよい。
【０１１７】
また、他の例としては、封止容器３に希ガス等の不活性ガスを封入し、大気圧よりも減圧に保ってもよい。このように、不活性ガスを封入しつつ減圧に保つことにより放電室のダイヤフラムにかかる外圧を低減することができる。また、封止容器３が内圧により破裂するのを防止することができる。
【０１１８】
（実施の形態９）
図３２は、実施の形態９にかかる発光装置２の外観を示す図である。実施の形態９にかかる発光装置２は、実施の形態１に示す高圧放電発光デバイス１を実装している。発光装置２は、透明ガラス窓５と反射ミラー６と、反射ミラー６および高圧放電発光デバイス１を支持するステム７とを備えており、透明ガラス窓５から効率的に光を照射することができる。なお、同様に他の実施の形態にかかる高圧放電発光デバイス１を実装してもよい。
【０１１９】
（実施の形態１０）
図３３は、実施の形態１０にかかる発光装置２の外観を示す図である。実施の形態１０にかかる発光装置２は、高圧放電発光デバイス１の放電方向が透明ガラス窓５の面内方向と平行になるように実装している。なお、同様に他の実施の形態にかかる高圧放電発光デバイス１を実装してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】実施の形態１にかかる高圧放電発光デバイス１の外観を示す図である。
【図２】実施の形態１にかかる高圧放電発光デバイス１の断面図である。
【図３】孔を空けた後の多結晶透光性ダイヤ基板１０を示す図である。
【図４】多結晶透光性ダイヤ基板１０に形成された複数の孔２０Ａ，２０Ｂ・・・のうちの１つを示す断面図である。
【図５】第１主面側導電性ダイヤ層３１ａおよび第２主面側導電性ダイヤ層３２が形成された後の多結晶透光性ダイヤ基板１０の一部を示す断面図である。
【図６】開口部３３が形成された後の状態を示す断面図である。
【図７】第１主面側導電性ダイヤ層３１ｂが形成された後の状態を示す断面図である。
【図８】高圧放電発光デバイス１が形成された単一基板１０を示す図である。
【図９】実施の形態２にかかる高圧放電発光デバイス１の外観を示す図である。
【図１０】実施の形態２にかかる高圧放電発光デバイス１の断面図である。
【図１１】第１主面側絶縁性ダイヤ層１３が形成された後の状態を示す断面図である。
【図１２】第１主面側導電性ダイヤ層３５が形成された後の状態を示す断面図である。
【図１３】実施の形態３にかかる高圧放電発光デバイス１の外観を示す図である。
【図１４】実施の形態３にかかる高圧放電発光デバイス１の断面図である。
【図１５】第１主面側導電性ダイヤ層３５および第２主面側導電性ダイヤ層３７が形成された後の状態を示す断面図である。
【図１６】第１主面側導電性ダイヤ層３５および第２主面側導電性ダイヤ層３７が形成された後の状態を示す外観図である。
【図１７】実施の形態４にかかる高圧放電発光デバイス１の断面図である。
【図１８】犠牲層加工後の状態を示す断面図である。
【図１９】第１主面側導電性ダイヤ層４１ａおよび第２導電性ダイヤ層４３ａが形成された後の状態を示す断面図である。
【図２０】第１主面側開口部４５および第２主面側開口部４６が形成された後の状態を示す断面図である。
【図２１】第１主面側導電性ダイヤ層４１ｂおよび第２主面側導電性ダイヤ層４３ｂが形成された後の状態を示す断面図である。
【図２２】実施の形態５にかかる高圧放電発光デバイス１の断面図である。
【図２３】実施の形態６にかかる高圧放電発光デバイス１の外観を示す図である。
【図２４】実施の形態６にかかる高圧放電発光デバイス１の断面図である。
【図２５】犠牲層２１をエッチングし、第１主面側導電性ダイヤ層６０および第２主面側導電性ダイヤ層６１を形成した後の状態を示す断面図である。
【図２６】実施の形態６の第１の変更例にかかる高圧放電発光デバイス１の外観を示す図である。
【図２７】実施の形態７にかかる高圧放電発光デバイス１の外観図である。
【図２８】実施の形態７にかかる高圧放電発光デバイス１の断面図である。
【図２９】高圧放電発光デバイス１の起動初期の状態を説明するための図である。
【図３０】放電開始後の状態を説明するための図である。
【図３１】実施の形態８にかかる発光装置２の外観を示す図である。
【図３２】実施の形態９にかかる発光装置２の外観を示す図である。
【図３３】実施の形態１０にかかる発光装置２の外観を示す図である。
【符号の説明】
【０１２１】
１ 高圧放電発光デバイス
２ 発光装置
３ 外囲器
４Ａ，４Ｂ 外部リード
５ 透明ガラス窓
６ 反射ミラー
７ ステム
１０ 絶縁性ダイヤ基板
１３ 第１主面側絶縁性ダイヤ層
１４ 第２主面側絶縁性ダイヤ層
２０ 放電室
２１ 犠牲層
２２ 放電用物質
２３Ａ 第１主面側凹部
２３Ｂ 第２主面側凹部
３１ 第１主面側導電性ダイヤ層
３２ 第２主面側伝導性ダイヤ層
３３ 開口部
３４ 第１主面側開口部
３５ 第１主面側導電性ダイヤ層
３６ 第２主面側開口部
３７ 第２主面側導電性ダイヤ層
４１ 第１主面側導電性ダイヤ層
４２ 第１主面側凸部
４３ 第２主面側導電性ダイヤ層
４４ 第２主面側凸部
４５ 第１主面側開口部
４６ 第２主面側開口部
５０ 保護層
６０，６２，６４ 第１主面側導電性ダイヤ層
６１，６３，６５ 第２主面側導電性ダイヤ層
７０Ａ，７０Ｂ 第１主面側金属配線層
７１Ａ，７１Ｂ 第２主面側金属配線層
１１０Ａ〜Ｃ，１２０Ａ〜Ｃ 分割ライン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性ダイヤモンドからなり、内部に放電室が形成された外囲器と、
前記放電室に封止された放電用物質と、
前記放電用物質に電圧を印加すべく設けられた、導電性ダイヤモンドからなる電極対と
を備えたことを特徴とする放電発光デバイス。
【請求項２】
前記導電性ダイヤモンドは、不純物をドープしたダイヤモンドであることを特徴とする請求項１に記載の放電発光デバイス。
【請求項３】
前記不純物は、リン、窒素、ボロンおよび硫黄のうちいずれか一の元素であることを特徴とする請求項２に記載の放電発光デバイス。
【請求項４】
前記放電用物質は、金属ハライド、水銀、硫黄、亜鉛およびこれらの化合物のうちいずれか一の物質であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の放電発光デバイス。
【請求項５】
前記電極対は、前記放電室の内側に凸状に形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の放電発光デバイス。
【請求項６】
内部に複数の放電室が配列された、透光性の外囲器と、
前記複数の放電室のそれぞれに封止された放電用物質と、
前記複数の放電室それぞれに対し電圧を印加する複数の電極対と
を備えたことを特徴とする放電発光デバイス。
【請求項７】
前記複数の放電室は、直列に接続されていることを特徴とする請求項６に記載の放電発光デバイス。
【請求項８】
互いに対向する第１低導電性層と第２低導電性層とを備え、当該第１及び第２低導電性層の間に複数の放電室が配列された、透光性の外囲器と、
前記複数の放電室のそれぞれに封止された放電用物質と、
前記第１低導電性層および第２低導電性層のうち少なくとも一方の領域において、前記複数の放電室のうち２つの放電室を直列に接続する位置に積層された、前記第１低導電性層および前記第２低導電性層よりも高い導電性を示す高導電性層を備えた、前記複数の放電室それぞれに対し電圧を印加する複数の電極対と
を備えたことを特徴とする放電発光デバイス。
【請求項９】
前記複数の放電室は、電流が流れる方向に略垂直な方向に並列に配置されていることを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載の放電発光デバイス。
【請求項１０】
前記外囲器は、絶縁性ダイヤモンドからなることを特徴とする請求項６から９のいずれか一項に記載の放電発光デバイス。
【請求項１１】
前記電極対は、導電性ダイヤモンドからなることを特徴とする請求項６から１０のいずれか一項に記載の放電発光デバイス。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の放電発光デバイスと、
前記放電発光デバイスを内部に備えた封止容器と
を備えたことを特徴とする発光装置。
【請求項１３】
絶縁性層の第１の主面と第２の主面を貫通する複数の貫通孔を形成する貫通孔形成ステップと、
前記複数の貫通孔に犠牲層を注入する注入ステップと、
前記犠牲層が形成された前記絶縁性層の第１の主面および第２の主面それぞれに電極形成層を形成する電極形成層形成ステップと、
前記電極形成層形成ステップにおいて前記第１の主面および前記第２の主面それぞれに形成された前記電極形成層のうち、前記犠牲層に対応する領域に少なくとも１つの開口部を形成する開口部形成ステップと、
前記開口部を介して前記犠牲層を除去する犠牲層除去ステップと、
前記犠牲層が除去された後、前記電極形成層上に導電性層を形成することにより前記開口部を封止し、当該導電性層を電極とする放電室を形成する放電室形成ステップと、
前記放電室形成ステップにおいて放電室が形成された後、当該放電室単位に層構造を切断することにより発光デバイスを得る切断ステップと
を有することを特徴とする発光デバイス製造方法。
【請求項１４】
前記電極形成層は、導電性物質からなることを特徴とする請求項１３に記載の発光デバイス製造方法。
【請求項１５】
前記導電性物質は、導電性ダイヤモンドであることを特徴とする請求項１４に記載の発光デバイス製造方法。
【請求項１６】
前記電極形成層は、絶縁性物質からなることを特徴とする請求項１３に記載の発光デバイス製造方法。
【請求項１７】
前記絶縁性物質は、絶縁性ダイヤモンドであることを特徴とする請求項１６に記載の発光デバイス製造方法。
【請求項１８】
前記導電性層は、導電性ダイヤモンドであることを特徴とする請求項１３から１７のいずれか一項に記載の発光デバイス製造方法。
【請求項１９】
前記放電室形成ステップにおいて前記開口部が封止された後、前記電極形成層のうち前記開口部に対応する領域以外の領域に積層された前記導電性層を除去する導電性層除去ステップをさらに有し、
前記切断ステップにおいては、前記導電性層除去ステップにおいて前記導電性層が除去された後、前記放電室単位に前記層構造を切断することを特徴とする請求項１６から１８のいずれか一項に記載の発光デバイス製造方法。
【請求項１】
絶縁性ダイヤモンドからなり、内部に放電室が形成された外囲器と、
前記放電室に封止された放電用物質と、
前記放電用物質に電圧を印加すべく設けられた、導電性ダイヤモンドからなる電極対と
を備えたことを特徴とする放電発光デバイス。
【請求項２】
前記導電性ダイヤモンドは、不純物をドープしたダイヤモンドであることを特徴とする請求項１に記載の放電発光デバイス。
【請求項３】
前記不純物は、リン、窒素、ボロンおよび硫黄のうちいずれか一の元素であることを特徴とする請求項２に記載の放電発光デバイス。
【請求項４】
前記放電用物質は、金属ハライド、水銀、硫黄、亜鉛およびこれらの化合物のうちいずれか一の物質であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の放電発光デバイス。
【請求項５】
前記電極対は、前記放電室の内側に凸状に形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の放電発光デバイス。
【請求項６】
内部に複数の放電室が配列された、透光性の外囲器と、
前記複数の放電室のそれぞれに封止された放電用物質と、
前記複数の放電室それぞれに対し電圧を印加する複数の電極対と
を備えたことを特徴とする放電発光デバイス。
【請求項７】
前記複数の放電室は、直列に接続されていることを特徴とする請求項６に記載の放電発光デバイス。
【請求項８】
互いに対向する第１低導電性層と第２低導電性層とを備え、当該第１及び第２低導電性層の間に複数の放電室が配列された、透光性の外囲器と、
前記複数の放電室のそれぞれに封止された放電用物質と、
前記第１低導電性層および第２低導電性層のうち少なくとも一方の領域において、前記複数の放電室のうち２つの放電室を直列に接続する位置に積層された、前記第１低導電性層および前記第２低導電性層よりも高い導電性を示す高導電性層を備えた、前記複数の放電室それぞれに対し電圧を印加する複数の電極対と
を備えたことを特徴とする放電発光デバイス。
【請求項９】
前記複数の放電室は、電流が流れる方向に略垂直な方向に並列に配置されていることを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載の放電発光デバイス。
【請求項１０】
前記外囲器は、絶縁性ダイヤモンドからなることを特徴とする請求項６から９のいずれか一項に記載の放電発光デバイス。
【請求項１１】
前記電極対は、導電性ダイヤモンドからなることを特徴とする請求項６から１０のいずれか一項に記載の放電発光デバイス。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の放電発光デバイスと、
前記放電発光デバイスを内部に備えた封止容器と
を備えたことを特徴とする発光装置。
【請求項１３】
絶縁性層の第１の主面と第２の主面を貫通する複数の貫通孔を形成する貫通孔形成ステップと、
前記複数の貫通孔に犠牲層を注入する注入ステップと、
前記犠牲層が形成された前記絶縁性層の第１の主面および第２の主面それぞれに電極形成層を形成する電極形成層形成ステップと、
前記電極形成層形成ステップにおいて前記第１の主面および前記第２の主面それぞれに形成された前記電極形成層のうち、前記犠牲層に対応する領域に少なくとも１つの開口部を形成する開口部形成ステップと、
前記開口部を介して前記犠牲層を除去する犠牲層除去ステップと、
前記犠牲層が除去された後、前記電極形成層上に導電性層を形成することにより前記開口部を封止し、当該導電性層を電極とする放電室を形成する放電室形成ステップと、
前記放電室形成ステップにおいて放電室が形成された後、当該放電室単位に層構造を切断することにより発光デバイスを得る切断ステップと
を有することを特徴とする発光デバイス製造方法。
【請求項１４】
前記電極形成層は、導電性物質からなることを特徴とする請求項１３に記載の発光デバイス製造方法。
【請求項１５】
前記導電性物質は、導電性ダイヤモンドであることを特徴とする請求項１４に記載の発光デバイス製造方法。
【請求項１６】
前記電極形成層は、絶縁性物質からなることを特徴とする請求項１３に記載の発光デバイス製造方法。
【請求項１７】
前記絶縁性物質は、絶縁性ダイヤモンドであることを特徴とする請求項１６に記載の発光デバイス製造方法。
【請求項１８】
前記導電性層は、導電性ダイヤモンドであることを特徴とする請求項１３から１７のいずれか一項に記載の発光デバイス製造方法。
【請求項１９】
前記放電室形成ステップにおいて前記開口部が封止された後、前記電極形成層のうち前記開口部に対応する領域以外の領域に積層された前記導電性層を除去する導電性層除去ステップをさらに有し、
前記切断ステップにおいては、前記導電性層除去ステップにおいて前記導電性層が除去された後、前記放電室単位に前記層構造を切断することを特徴とする請求項１６から１８のいずれか一項に記載の発光デバイス製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【公開番号】特開２００６−２７８２９０（Ｐ２００６−２７８２９０Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１０００３８（Ｐ２００５−１０００３８）
【出願日】平成１７年３月３０日（２００５．３．３０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月３０日（２００５．３．３０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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