JP2001007385A

JP2001007385A - 紫外線発光デバイス及びその製造方法

Info

Publication number: JP2001007385A
Application number: JP17472399A
Authority: JP
Inventors: Hisahiro Ando; 寿浩安藤; Yoichiro Sato; 洋一郎佐藤; Mika Gamo; 美香蒲生
Original assignee: National Institute for Research in Inorganic Material; Japan Science and Technology Corp
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute for Materials Science
Priority date: 1999-06-21
Filing date: 1999-06-21
Publication date: 2001-01-12
Anticipated expiration: 2019-06-21
Also published as: JP3590883B2

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体ｐｎ接合から紫外線が発光可能な紫外
線発光デバイス及びその製造方法を提供する。【解決手段】ホウ素ドープした高圧合成ダイヤモンド
又は天然のＩＩｂ型ダイヤモンドから形成されたｐ型ダ
イヤモンド半導体結晶２上に、例えばプラズマＣＶＤ法
によってドナー原子となるイオウをドープしたｎ型ダイ
ヤモンド半導体結晶層４を成長させてｐｎ接合６を形成
し、このｐｎ接合から順方向電圧を印加することにより
紫外線が発光する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は紫外線の発光、紫
外線の照射及び紫外線による消去等に利用し、特にダイ
ヤモンドのｐｎ接合により、紫外線を発光する紫外線発
光デバイス及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ダイヤモンド半導体は５．５ｅＶという
広いバンドギャップを持つ極めて特殊な半導体結晶であ
り、このバンドギャップが広いことから、シリコンデバ
イスにみられるような熱による半導体特性の変化が少な
いため、かなりの高温で動作するデバイス作製が可能で
ある。

【０００３】ｐ型ダイヤモンド半導体に関しては非常に
高品質なダイヤモンド半導体薄膜が得られている。その
代表的な特性である正孔移動度は１５００ｃｍ²Ｖ^-1ｓ
^-1程度のものが再現性よく得られており、高速、大電流
デバイスの作製に十分なものである。

【０００４】これに対してｎ型ダイヤモンド半導体に関
しては、従来、適当なドナー原子が見いだされていない
ことから良質のｎ型のダイヤモンド半導体を得るのが困
難であり、したがって、その応用に限界があり、特にｐ
ｎ接合を用いた実用デバイスは現在に至るまでまで作製
できなかった。

【０００５】最近、このダイヤモンド半導体の応用に関
する最大の解決課題となっていたｎ型ダイヤモンド半導
体の合成が本発明者らにより提案された（特願平１１−
１２４６８２号）。この提案では、マイクロ波プラズマ
ＣＶＤにおいてイオウ化合物、代表的には硫化水素を添
加することによってダイヤモンド半導体結晶中にイオウ
原子をドナーとして導入すことにより、良質なｎ型ダイ
ヤモンド半導体が得られている。その代表的な特性であ
る電子移動度は約６００ｃｍ²Ｖ^-1ｓ^-1であり、活性化
エネルギー（不純物レベル）は０．３８ｅＶ程度であ
る。現在のところｐ型ダイヤモンド半導体のものには及
ばないが、それでも十分にデバイスに適応することが期
待できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、未だ良
好なｐｎ接合を形成したダイヤモンド半導体デバイスは
得られておらず、またダイヤモンド半導体のｐｎ接合を
利用した半導体発光デバイスもない。一方、半導体発光
デバイスとしては紫外から赤外域までの広い波長範囲に
渡って発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」と記す）、半
導体レーザ（以下、「ＬＤ」と記す）を製作する努力が
続けられているが、紫外線を発光する半導体発光デバイ
スは未だない。

【０００７】そこで、この発明は半導体のｐｎ接合から
紫外線が発光可能な紫外線発光デバイス及びその製造方
法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明のうち請求項１記載の発明の紫外線発光デ
バイスは、紫外線領域に対応するバンドギャップエネル
ギーを有する半導体結晶であって、アクセプター原子を
有するｐ型半導体結晶とドナー原子を有するｎ型半導体
結晶とで形成したｐｎ接合を備え、ｐｎ接合に順方向電
圧を印加することにより紫外線を発光する構成とした。
請求項２記載の発明は、上記構成に加え、半導体結晶が
ダイヤモンドであり、ｐ型半導体結晶がｐ型ダイヤモン
ド半導体結晶であり、ｎ型半導体結晶がドナー原子とし
てイオウをドープしたｎ型ダイヤモンド半導体結晶であ
ることを特徴とする。請求項３記載の発明は、ｐ型半導
体結晶がホウ素をアクセプター原子としてドープしたｐ
型ダイヤモンド半導体結晶であることを特徴とする。

【０００９】請求項４記載の発明は上記構成に加え、ｐ
型ダイヤモンド半導体結晶がホウ素をドープした高圧合
成ダイヤモンドであることを特徴とする。請求項５記載
の発明は、ｐ型ダイヤモンド半導体結晶が天然のＩＩｂ
型ダイヤモンドであることを特徴とする。請求項６記載
の発明は、ｐ型ダイヤモンド半導体結晶とｐ型ダイヤモ
ンド半導体結晶とを絶縁体ダイヤモンド基板に積層した
構造を有することを特徴とする。請求項７記載の発明
は、ドナー原子濃度が１０¹³／ｃｍ³〜１０²¹／ｃｍ³
の範囲であることを特徴とする。また、請求項８記載の
発明は、ｐｎ接合が原子オーダーの急峻さで接合した構
造であることを特徴とする。

【００１０】このような構成により、本発明の紫外線発
光デバイスでは良質かつ急峻なｐｎ接合を有し、順方向
電圧の印加により紫外線が発光する。

【００１１】さらに、請求項９記載の発明のダイヤモン
ド半導体デバイス製造方法は、原料ガスの活性化に基づ
き薄膜が成長する気相合成法において、ｐ型ダイヤモン
ド半導体結晶層を形成する第１工程と、ドナー原子がイ
オウであるｎ型ダイヤモンド半導体結晶層を形成する第
２工程とを備え、原子オーダーの急峻さでｐｎ接合した
構造を形成することを特徴とする。請求項１０記載の発
明は、上記構成に加え、第１工程において、ｐ型ダイヤ
モンド半導体結晶のドーパントがホウ素であって、ホウ
素とｐ型ダイヤモンド半導体結晶の構成原子のソースと
なる炭化水素の炭素との比が２０〜２００００ｐｐｍで
あることを特徴とする。また請求項１１記載の発明は、
第２工程において、イオウとダイヤモンド半導体結晶の
構成原子のソースとなる炭化水素の炭素との比が１００
０〜１００００ｐｐｍであることを特徴とするものであ
る。さらに、請求項１２記載の発明は、気相合成法にお
いて、原料ガスの活性化に電気、熱及び光のうち少なく
とも一種類を使用したことを特徴としている。

【００１２】このような構成により、本発明の紫外線発
光デバイスの製造方法では、良質かつ急峻なｐｎ接合を
有する紫外線発光デバイスの製造ができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図８に基づきこの発
明による好適な実施の形態を説明する。ダイヤモンドの
バンドギャップは５．５ｅＶ（２２５ｎｍ）であり、紫
外線領域のエネルギー幅である。さらに図１及び図２に
示すように、ドナー原子としてイオウをドープしたｎ型
ダイヤモンド半導体のカソードルミネッセンス及びフォ
トルミネッセンスから、５．２２ｅＶ（２３７．７ｎ
ｍ）に発光ピークを有していることが分かる。また良質
のｐ型ダイヤモンド半導体においても同様の発光ピーク
を有することが分かる。したがって紫外線発光材料とし
てダイヤモンド半導体が最適である。

【００１４】図３（ａ）〜（ｃ）はこの発明に係るダイ
ヤモンド半導体のｐｎ接合を利用して紫外線を発光する
紫外線発光デバイスの概略断面図である。なお、図中、
矢印はｐｎ接合からの紫外線発光を示す。図３（ａ）を
参照すると、この発明の紫外線発光デバイス１０は、ホ
ウ素をドープした高圧合成ダイヤモンド又は天然のＩＩ
ｂ型ダイヤモンドから形成されたｐ型ダイヤモンド半導
体結晶２上に、例えばプラズマＣＶＤ法によってドナー
原子となるイオウをドープしたｎ型ダイヤモンド半導体
結晶層４を成長させてｐｎ接合６を形成したものであ
る。

【００１５】ホウ素ドープした高圧合成ダイヤモンド
は、例えば５０ｋｂａｒ、１５００℃以上の超高圧高温
法により作製可能であり、また天然に産出するＩＩｂ型
と呼ばれるダイヤモンド結晶はホウ素を含みｐ型のダイ
ヤモンド半導体である。

【００１６】図３（ｂ）に示す紫外線発光デバイス２０
は、通常の合成ダイヤモンド又は天然ダイヤモンドから
形成した絶縁体ダイヤモンド基板３上に、例えばプラズ
マＣＶＤ法で形成されたホウ素ドープしたｐ型ダイヤモ
ンド半導体結晶層５と、この上に例えばプラズマＣＶＤ
法によってイオウドープしたｎ型ダイヤモンド半導体結
晶層７を成長させて、ｐｎ接合８を形成したものであ
る。図３（ｃ）に示す紫外線発光デバイス３０は図３
（ｂ）に示した紫外線発光デバイス２０の導電型を逆に
して形成されたものである。

【００１７】ｐ型ダイヤモンド半導体結晶層５は厚さが
１μｍ程度であるが、１ｎｍ程度以上であればよい。ま
たドープされたホウ素濃度は１０¹³ｃｍ^-3以上であれば
よく、上限は１０²¹ｃｍ^-3程度である。ホウ素ドープし
た高圧合成ダイヤモンド又は天然のＩＩｂ型ダイヤモン
ドで形成されたｐ型ダイヤモンド半導体結晶では、厚さ
が５００μｍ程度であるが、形成可能な厚さでもよい。
また、ホウ素濃度はｐ型ダイヤモンド半導体を呈すれば
よく、１０¹³ｃｍ^-3以上であればよい。

【００１８】また、ｎ型ダイヤモンド半導体結晶層４，
７は厚さが１μｍ程度であるが、１ｎｍ程度以上であれ
ばよい。またドナーとしてドープされたイオウ濃度は１
０¹³ｃｍ^-3以上であり、上限は１０²¹ｃｍ^-3程度であ
る。

【００１９】図３（ａ）〜（ｃ）中、１１，１３，２
１，２３，３１，３３は電極を示す。これらの電極はダ
イヤモンド上にチタン（Ｔｉ）を蒸着し、そのチタンの
酸化防止のため、さらにその上に金（Ａｕ）を蒸着し電
極としたものである。なお、図３（ｂ）、（ｃ）の電極
２３，３３は絶縁体ダイヤモンド基板の裏面側（露出
側）に形成されていてもよい。

【００２０】次に、この発明の紫外線発光デバイスの特
性について説明する。図４は図３（ｂ）で示したダイヤ
モンド半導体デバイスにおける不純物の深さ方向の分析
結果を示す図である。紫外線発光デバイス２０を二次イ
オン質量分析法（以下、「ＳＩＭＳ」と称する。）で分
析し、その深さ方向プロファイルは、第一層の表面から
イオウドープしたｎ型ダイヤモンド半導体結晶層７と、
第二層のホウ素ドープしたｐ型ダイヤモンド半導体結晶
層５と、図中矢印で示した範囲の絶縁体ダイヤモンド基
板３とが図４に示されている。なお、図４中、ａ、ｂで
示したプロファイルはバックグラウンドである。

【００２１】ダイヤモンドの場合、その結晶中を異種原
子、例えばホウ素（Ｂ）、イオウ（Ｓ）などが極めて拡
散しにくいという特徴を有しており、これがｐｎ接合の
形成には有利に働き、図４に示すように、界面の不純物
濃度の変化が極めて急峻である。すなわち、ｐ型ダイヤ
モンド半導体結晶層とｎ型ダイヤモンド半導体結晶層と
が原子オーダーで切り替わってｐｎ接合が形成されてい
る。したがって本発明の紫外線発光デバイスで形成され
たｐｎ接合は、非常に良質かつ原子オーダーで急峻であ
る。

【００２２】図５はこの発明に係るダイヤモンド半導体
ｐｎ接合に順方向に電流を流したときの発光スペクトル
を示す図である。室温で紫外線領域の２３７ｎｍ（５．
２３ｅＶ）に強い発光を示し、同時に可視領域にもブロ
ードな発光が生じているが、その強度は２３７ｎｍのピ
ークよりかなり弱い。したがって、ダイヤモンド半導体
のｐｎ接合界面から紫外線が発光する。

【００２３】なお、この発明の紫外線発光デバイスは順
方向には電流が流れるが、逆方向には電流が流れない良
好な整流特性を有している。また４００℃、５００℃と
いう高温においても良好な整流特性を有する。

【００２４】次に、この発明の紫外線発光デバイスの製
造方法について説明する。この発明の紫外線発光デバイ
スは気相合成法により製造可能である。気相合成法とし
ては、原料ガスを活性化する方法に応じ、電気、熱及び
光エネルギーの少なくともいずれかを利用すればよい
が、本実施形態では電気エネルギー及び熱エネルギーを
利用したマイクロ波プラズマＣＶＤ法による例を示す。
なお、イオウドープｎ型ダイヤモンド半導体は、本発明
者らによる特願平１１−１２４６８２号に開示した製造
方法により製造する。

【００２５】図６はこの実施形態で使用したマイクロ波
プラズマＣＶＤ装置の概略構成図である。図６に示すよ
うに、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置４０は、例えば
２．４５ＧＨｚのマイクロ波発生装置４１と、アイソレ
ータ及びパワーモニター４３と、チューナー４５とを有
し、マイクロ波が照射される反応管４７と、この反応管
４７を真空排気する真空ポンプ（図示しない）と、反応
管４７に原料ガスである混合ガス又はパージ用ガスを切
り換えて供給するガス供給ライン４９と、複数の光学窓
５１，５１と、反応管内に設けられた基板ホルダー５３
と、この基板ホルダー５３上に設置された絶縁体ダイヤ
モンド基板５５を加熱又は冷却する温度制御システム５
７とを備え、基板上にガスが供給されてマイクロ波プラ
ズマ５９が発生するようになっている。なお、基板温度
は光高温計でモニターしている。

【００２６】次に、ｎ型ダイヤモンド半導体結晶の成長
条件の一例を図７に示す。図７を参照すると、本実施形
態ではアルカン、アルケン等の揮発性炭化水素／イオウ
化合物／水素の混合ガスを原料ガスとして使用する。炭
化水素はダイヤモンドの構成元素である炭素のソースと
して、イオウ化合物はドナー原子のソースとして、また
水素はキャリアガスとして使用している。

【００２７】イオウ化合物としては、例えば硫化水素
（Ｈ₂Ｓ）、二硫化炭素（ＣＳ₂）等の無機イオウ化合
物、低級アルキルメルカプタン等の有機イオウ化合物が
挙げられるが、硫化水素が最も好ましい。したがって、
混合ガスとしては、メタン／硫化水素／水素を使用する
のが好ましい。

【００２８】混合ガス中の揮発性炭化水素の濃度は０．
１％〜５％、好ましくは０．５％〜３．０％で使用する
のがよい。混合ガス中のイオウ化合物の濃度は１ｐｐｍ
〜２０００ｐｐｍ、好ましくは５ｐｐｍ〜２００ｐｐｍ
で使用するのがよい。

【００２９】本実施形態ではメタン濃度１％、硫化水素
１０〜１００ｐｐｍである。硫化水素の濃度が増加する
とキャリア濃度が増加するが、この範囲では移動度は硫
化水素の添加量が５０ｐｐｍで最大となるところから５
０ｐｐｍが最も好ましい。

【００３０】全ガス流量は装置の規模、例えば反応管部
の体積、供給ガス流量及び排気量等によるが、本実施形
態では２００ｍｌ／ｍｉｎである。ガス流量は各ガス種
に対応したマスフローコントローラで制御するが、硫化
水素の添加量は、例えば１００ｐｐｍ硫化水素／水素の
混合ガスボンベを用い、キャリア水素で希釈してマスフ
ローコントローラで流量制御して所定の添加量の割合に
制御している。

【００３１】本実施形態では１００ｐｐｍ硫化水素／水
素の混合ガスボンベを使用する。硫化水素濃度を５０ｐ
ｐｍに設定しているので、全流量が２００ｍｌ／ｍｉｎ
の場合、キャリア水素ガスを１００ｍｌ／ｍｉｎとして
１００ｐｐｍ硫化水素／水素の混合ガスボンベから１０
０ｍｌ／ｍｉｎを流すと全体で硫化水素濃度が５０ｐｐ
ｍに設定できる。

【００３２】マイクロ波プラズマＣＶＤでは気圧がだい
たい３０〜６０Ｔｏｒｒ内であり、本実施形態では４０
Ｔｏｒｒとした。マイクロ波放電では比較的高い圧力で
グロー放電を維持する。ダイヤモンドを析出する基板の
温度は７００℃〜１１００℃とするが、本実施形態では
８３０℃である。また絶縁体ダイヤモンド基板の（１０
０）面にダイヤモンド半導体層をホモエピタキシャル成
長させるが、（１００）面に限らず、例えば（１１１）
面や（１１０）面でもよい。

【００３３】次に、ｐ型ダイヤモンド半導体結晶の成長
条件の一例を図８に示す。図８を参照して、本実施形態
では混合ガスとしてＣＨ₄／Ｂ₂Ｈ₆／Ｈ₂を使用する
のが好ましい。ホウ素化合物のジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）は
アクセプター原子のソースとして使用している。混合ガ
ス中のＣＨ₄は１．０％、Ｂ₂Ｈ₆は０．１〜１００ｐ
ｐｍ、Ｂ／Ｃ比は２０〜２００００ｐｐｍである。

【００３４】本実施形態では１００ｐｐｍジボラン（Ｂ
₂Ｈ₆）／水素の混合ガスボンベを使用し、反応管に導
入するジボラン濃度を５０ｐｐｍに設定する。全ガス流
量は２００〜５００ｍｌ／ｍｉｎであるが、本実施形態
ではｎ型ダイヤモンド半導体のプロセスと連続させるた
め、全ガス流量を２００ｍｌ／ｍｉｎにしている。

【００３５】成長圧力は４０〜５０Ｔｏｒｒであるが、
ｎ型ダイヤモンド半導体のプロセスと連続させるため同
じ圧力の４０Ｔｏｒｒに設定する。基板温度は７００℃
〜９５０℃であるが、ｎ型ダイヤモンド半導体のプロセ
スと連続させるため同じ温度の８３０℃である。

【００３６】次に、図３（ｂ）に示した構造の紫外線発
光デバイスの製造方法について説明する。先ず、基板ホ
ルダーに表面を洗浄処理した（１００）絶縁体ダイヤモ
ンド基板を設置して、ガス供給ラインから水素パージを
数回繰り返し真空容器内の窒素や酸素を除去後、基板ホ
ルダーを加熱しつつ基板表面温度が８３０℃となるよう
に制御するとともに４０Ｔｏｒｒに圧力制御する。な
お、基板表面温度は例えば光高温計で測定する。

【００３７】次に、４０Ｔｏｒｒの圧力制御の下にマイ
クロ波放電させるとともに、ガス供給ラインでパージ用
水素ガスと混合ガスとを切り換えて、反応管にメタン１
％／ジボラン５０ｐｐｍ／水素の混合ガス２００ｍｌ／
ｍｉｎを導入すると、基板上方にプラズマが発生し、こ
のプラズマ流が絶縁体ダイヤモンド基板に供給され、ｐ
型ダイヤモンド半導体結晶層がエピタキシャル成長す
る。

【００３８】所定膜厚になったらガス供給ラインを切り
換えて、反応管にメタン１％／硫化水素５０ｐｐｍ／水
素の混合ガス２００ｍｌ／ｍｉｎを導入し、発生したプ
ラズマ流が、成長したｐ型ダイヤモンド半導体層上に供
給され、ｎ型ダイヤモンド半導体層がエピタキシャル成
長する。

【００３９】所定膜厚になったら、ガス供給ラインを水
素パージに切り換えるとともに、マイクロ波放電を停止
し、基板加熱を停止又は冷却する。最後に室温に戻った
ら、常圧復帰した反応管の基板ホルダーから、絶縁体ダ
イヤモンド基板上にｐ型ダイヤモンド半導体結晶層とｎ
型ダイヤモンド半導体結晶層とが積層した紫外線発光デ
バイスを取り出し、電極を蒸着する。

【００４０】このようにして製造した紫外線発光デバイ
スでは、高品質のｐ型ダイヤモンド半導体と最適なドナ
ーとなるイオウをドープした高品質のｎ型ダイヤモンド
半導体とでｐｎ接合を形成しているので、良質なｐｎ接
合デバイスができ、順電流を流すとｐｎ接合界面から紫
外線が発光する。したがって、ｐｎ接合界面から紫外線
が発光する非常に良好な紫外線発光デバイスを作製する
ことができる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の紫外線
発光デバイスでは、良質かつ急峻なｐｎ接合を有し、順
方向電圧の印加によりｐｎ接合から紫外線が発光すると
いう効果を有する。また、この発明の紫外線発光デバイ
ス製造方法では、良質かつ急峻なｐｎ接合を有する紫外
線発光デバイスの製造ができるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るイオウドープによるｎ型ダイヤ
モンド半導体のカソードルミネッセンスのスペクトルを
示す図である。温度は１１２Ｋ、試料はイオウドープ
（１００）ダイヤモンド、ホール移動度が５８０ｃｍ²
Ｖ^-1ｓ^-1のものである。なお、励起エネルギーは２５ｋ
Ｖである。

【図２】この発明に係るイオウドープによるｎ型ダイヤ
モンド半導体のフォトルミネッセンスのスペクトルを示
す図であり、（ａ）は硫化水素５０ｐｐｍ添加、（ｂ）
は硫化水素１００ｐｐｍ添加したｎ型ダイヤモンド半導
体のスペクトルを示す。なお、温度は７７Ｋ、励起レー
ザは２１１．３ｎｍである。

【図３】この発明に係るｐｎ接合を形成した紫外線発光
デバイスの概略断面図であり、（ａ）はｐ型ダイヤモン
ド半導体結晶上にｎ型ダイヤモンド半導体結晶層を成長
させて形成した紫外線発光デバイス、（ｂ）は絶縁体ダ
イヤモンド基板上にｐ型ダイヤモンド半導体結晶層とｎ
型ダイヤモンド半導体結晶層とを積層させて形成した紫
外線発光デバイス、（ｃ）は（ｂ）と逆導電型に形成し
た紫外線発光デバイスを示す図である。

【図４】図３（ｂ）で示した紫外線発光デバイスにおけ
る不純物の深さ方向分析結果を示す図である。

【図５】この発明に係るダイヤモンド半導体ｐｎ接合に
順方向に電流を流したときの発光スペクトルを示す図で
ある。

【図６】本実施形態で使用したマイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ装置の概略構成図である。

【図７】本発明に係るｎ型ダイヤモンド半導体結晶の成
長条件の一例を示す図である。

【図８】本発明に係るｐ型ダイヤモンド半導体結晶の成
長条件の一例を示す図である。

【符号の説明】

２ｐ型ダイヤモンド半導体結晶４，７ｎ型ダイヤモンド半導体結晶層６，８，１２ｐｎ接合５ｐ型ダイヤモンド半導体結晶層１０，２０，３０紫外線発光デバイス１１，１３，２１，２３，３１，３３電極４０マイクロ波プラズマＣＶＤ装置４１マイクロ波発生装置４５チューナー４７反応管４９ガス供給ライン５１光学窓５３基板ホルダー５５絶縁体ダイヤモンド基板５７温度制御システム５９マイクロ波プラズマ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤洋一郎茨城県つくば市並木１−１無機材質研究所内 (72)発明者蒲生美香茨城県つくば市二の宮１−25−13 ルネス柳橋302 Ｆターム(参考） 4G077 AA03 AB02 BA03 DB16 EB01 EB04 ED06 EF04 EH05 HA01 HA06 5F041 AA11 CA02 CA14 CA33 CA49 CA57 CA64 CA82 CA92 5F045 AA09 AB07 AC19 AD12 AE23 BB05 BB16 CA09 DA60 DA63 DP04 EB02 EB09 EC03 EH03 EH18 5F073 CA24 CB04 CB17 CB22 DA04 EA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】紫外線領域に対応するバンドギャップエ
ネルギーを有する半導体結晶であって、アクセプター原
子を有するｐ型半導体結晶とドナー原子を有するｎ型半
導体結晶とで形成したｐｎ接合を備え、上記ｐｎ接合に順方向電圧を印加することにより紫外線
を発光する、紫外線発光デバイス。
【請求項２】前記半導体結晶がダイヤモンドであり、
前記ｐ型半導体結晶がｐ型ダイヤモンド半導体結晶であ
り、前記ｎ型半導体結晶がドナー原子としてイオウをド
ープしたｎ型ダイヤモンド半導体結晶であることを特徴
とする、請求項１に記載の紫外線発光デバイス。
【請求項３】前記ｐ型半導体結晶がホウ素をアクセプ
ター原子としてドープしたｐ型ダイヤモンド半導体結晶
であることを特徴とする、請求項２に記載の紫外線発光
デバイス。
【請求項４】前記ｐ型ダイヤモンド半導体結晶がホウ
素をドープした高圧合成ダイヤモンドであることを特徴
とする、請求項２に記載の紫外線発光デバイス。
【請求項５】前記ｐ型ダイヤモンド半導体結晶が天然
のＩＩｂ型ダイヤモンドであることを特徴とする、請求
項２に記載の紫外線発光デバイス。
【請求項６】前記ｐ型ダイヤモンド半導体結晶と前記
ｐ型ダイヤモンド半導体結晶とを絶縁体ダイヤモンド基
板に積層した構造を有することを特徴とする請求項２に
記載の紫外線発光デバイス。
【請求項７】前記ドナー原子濃度が１０¹³／ｃｍ³〜
１０²¹／ｃｍ³の範囲であることを特徴とする、請求項
１〜６のいずれかに記載の紫外線発光デバイス。
【請求項８】前記ｐｎ接合が原子オーダーの急峻さで
接合した構造であることを特徴とする、請求項１〜７の
いずれかに記載の紫外線発光デバイス。
【請求項９】原料ガスの活性化に基づき薄膜が成長す
る気相合成法であって、ｐ型ダイヤモンド半導体結晶層を形成する第１工程と、
ドナー原子がイオウであるｎ型ダイヤモンド半導体結晶
層を形成する第２工程とを備え、原子オーダーの急峻さ
でｐｎ接合した構造を形成することを特徴とする、紫外
線発光デバイス製造方法。
【請求項１０】前記第１工程において、ｐ型ダイヤモ
ンド半導体結晶のドーパントがホウ素であって、このホ
ウ素とｐ型ダイヤモンド半導体結晶の構成原子のソース
となる炭化水素の炭素との比が２０〜２００００ｐｐｍ
であることを特徴とする、請求項９に記載の紫外線発光
デバイス製造方法。
【請求項１１】前記第２工程において、前記イオウと
ダイヤモンド半導体結晶の構成原子のソースとなる炭化
水素の炭素との比が１０００〜１００００ｐｐｍである
ことを特徴とする、請求項９に記載の紫外線発光デバイ
ス製造方法。
【請求項１２】前記気相合成法において、前記原料ガ
スの活性化に電気、熱及び光のうち少なくとも一種類を
使用したことを特徴とする、請求項９に記載の紫外線発
光デバイス製造方法。