JP2003347580A - ダイヤモンド紫外線発光素子 - Google Patents
ダイヤモンド紫外線発光素子Info
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- JP2003347580A JP2003347580A JP2002153802A JP2002153802A JP2003347580A JP 2003347580 A JP2003347580 A JP 2003347580A JP 2002153802 A JP2002153802 A JP 2002153802A JP 2002153802 A JP2002153802 A JP 2002153802A JP 2003347580 A JP2003347580 A JP 2003347580A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 ＦＥ発光のピーク強度がｂａｎｄ−Ａ発光ピ
ーク強度よりも高い電流注入励起紫外線発光素子を、高
品質の高圧合成単結晶ダイヤモンドと気相合成単結晶ダ
イヤモンドを用いて提供する。 【解決手段】 高温高圧法によって得たホウ素を添加し
た高品質高圧合成ダイヤモンドｐ型結晶からなる高品質
基板１０と、高品質基板表面に気相合成によってエピタ
キシャル成長させたホウ素添加ｐ型ダイヤモンドによる
中間層２０と、中間層２０上に気相合成によってエピタ
キシャル成長させた硫黄添加ｎ型ダイヤモンドによる最
上層３０と、高品質基板１０および最上層３０の表面に
チタンを成膜して設けた密着層４１Ａ，４１Ｋおよび密
着層４１の上に設けた金層４２Ａ，４２Ｋとからなる電
極４０Ａ，４０Ｋとを備えたダイヤモンド紫外線発光素
子１。
ーク強度よりも高い電流注入励起紫外線発光素子を、高
品質の高圧合成単結晶ダイヤモンドと気相合成単結晶ダ
イヤモンドを用いて提供する。 【解決手段】 高温高圧法によって得たホウ素を添加し
た高品質高圧合成ダイヤモンドｐ型結晶からなる高品質
基板１０と、高品質基板表面に気相合成によってエピタ
キシャル成長させたホウ素添加ｐ型ダイヤモンドによる
中間層２０と、中間層２０上に気相合成によってエピタ
キシャル成長させた硫黄添加ｎ型ダイヤモンドによる最
上層３０と、高品質基板１０および最上層３０の表面に
チタンを成膜して設けた密着層４１Ａ，４１Ｋおよび密
着層４１の上に設けた金層４２Ａ，４２Ｋとからなる電
極４０Ａ，４０Ｋとを備えたダイヤモンド紫外線発光素
子１。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光情報記録／読み
出し処理、フォトリソグラフィ、光加工、蛍光体励起光
源、殺菌灯等の分野で用いることが可能な紫外線を発す
る、高圧合成および気相合成ダイヤモンドを用いた紫外
線発光素子に関する。
出し処理、フォトリソグラフィ、光加工、蛍光体励起光
源、殺菌灯等の分野で用いることが可能な紫外線を発す
る、高圧合成および気相合成ダイヤモンドを用いた紫外
線発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のダイヤモンド紫外線発光素子とし
ては、例えば特開平４−２４０７８４号公報、特開平７
−３０７４８７号公報、国際公開ＷＯ０１／０４９６６
号公報、“Ｓｃｉｅｎｃｅ”第２９巻、５５２３号、１
７８５頁に掲載の「Ultraviolet Emission from a
Diamond ｐｎ Junction」（以下，文献1と呼ぶ）、特
開平１１−１２６９２２号公報等が挙げられる。
ては、例えば特開平４−２４０７８４号公報、特開平７
−３０７４８７号公報、国際公開ＷＯ０１／０４９６６
号公報、“Ｓｃｉｅｎｃｅ”第２９巻、５５２３号、１
７８５頁に掲載の「Ultraviolet Emission from a
Diamond ｐｎ Junction」（以下，文献1と呼ぶ）、特
開平１１−１２６９２２号公報等が挙げられる。
【０００３】特開平４−２４０７８４号公報には，単結
晶ダイヤモンド基板上にホウ素添加ｐ型ダイヤモンド半
導体層を設け、その上に無添加ダイヤモンド絶縁層を形
成し、さらにその上にリン添加ｎ型ダイヤモンド半導体
層を設けたｐｉｎ構造紫外線発光素子、およびｐ型単結
晶基板上にホウ素およびリンを同時に添加したダイヤモ
ンド膜を設け、さらにその上にリン添加ダイヤモンド膜
を設けた紫外線発光素子が開示されている。前者ではホ
ウ素の不純物バンド発光による２６０ｎｍに紫外線のピ
ークがあり、後者は４００ｎｍ付近にｂａｎｄ−Ａ発光
がある。重水素ランプやエキシマランプなどの紫外光源
と比べ、これらは電流注入という簡便な手段で発光する
という利点があるものの、不純物や欠陥起因の発光は効
率や強度が低く実用的ではない。
晶ダイヤモンド基板上にホウ素添加ｐ型ダイヤモンド半
導体層を設け、その上に無添加ダイヤモンド絶縁層を形
成し、さらにその上にリン添加ｎ型ダイヤモンド半導体
層を設けたｐｉｎ構造紫外線発光素子、およびｐ型単結
晶基板上にホウ素およびリンを同時に添加したダイヤモ
ンド膜を設け、さらにその上にリン添加ダイヤモンド膜
を設けた紫外線発光素子が開示されている。前者ではホ
ウ素の不純物バンド発光による２６０ｎｍに紫外線のピ
ークがあり、後者は４００ｎｍ付近にｂａｎｄ−Ａ発光
がある。重水素ランプやエキシマランプなどの紫外光源
と比べ、これらは電流注入という簡便な手段で発光する
という利点があるものの、不純物や欠陥起因の発光は効
率や強度が低く実用的ではない。
【０００４】また、特開平７−３０７４８７号公報で
は，ホウ素等の不純物を添加した低抵抗のｐ型半導体ダ
イヤモンド層と無添加ダイヤモンドまたは半導体ダイヤ
モンドからなる低抵抗のダイヤモンド層とからなる紫外
線発光素子が開示されているが、不純物であるホウ素へ
の束縛励起子再結合発光が支配的であるため、やはり実
用的ではない。
は，ホウ素等の不純物を添加した低抵抗のｐ型半導体ダ
イヤモンド層と無添加ダイヤモンドまたは半導体ダイヤ
モンドからなる低抵抗のダイヤモンド層とからなる紫外
線発光素子が開示されているが、不純物であるホウ素へ
の束縛励起子再結合発光が支配的であるため、やはり実
用的ではない。
【０００５】国際公開ＷＯ０１／０４９６６号公報には
ホウ素を添加したｐ型伝導の高圧合成単結晶ダイヤモン
ド基板上にリンまたは硫黄を添加したｎ型伝導の気相合
成単結晶ダイヤモンドを設けたｐｎ接合型ダイヤモンド
紫外線発光素子の形成方法が開示されている。この方法
により素子を作製すると、３００ｎｍ以下の波長域では
２３５ｎｍ付近にピークを持つＦＥ発光が支配的とな
る。ＦＥ発光は材料固有の発光であるため、不純物・欠
陥起因の発光帯を用いるダイヤモンド紫外線発光素子に
比べると高い紫外線発光効率を得ることができる。した
がって，特開平４−２４０７８４号公報や特開平７−３
０７４８７号公報などに開示されている素子に比べると
実用的と言うことができる。
ホウ素を添加したｐ型伝導の高圧合成単結晶ダイヤモン
ド基板上にリンまたは硫黄を添加したｎ型伝導の気相合
成単結晶ダイヤモンドを設けたｐｎ接合型ダイヤモンド
紫外線発光素子の形成方法が開示されている。この方法
により素子を作製すると、３００ｎｍ以下の波長域では
２３５ｎｍ付近にピークを持つＦＥ発光が支配的とな
る。ＦＥ発光は材料固有の発光であるため、不純物・欠
陥起因の発光帯を用いるダイヤモンド紫外線発光素子に
比べると高い紫外線発光効率を得ることができる。した
がって，特開平４−２４０７８４号公報や特開平７−３
０７４８７号公報などに開示されている素子に比べると
実用的と言うことができる。
【０００６】しかし、国際公開ＷＯ０１／０４９６６号
公報に公開されている方法によって作製した素子では、
発光スペクトルにはＦＥ発光よりもピーク強度の高いｂ
ａｎｄ−Ａ発光が観測された。ｂａｎｄ−Ａ発光が存在
すると注入エネルギーがそこで消費され、紫外線発光の
効率・強度を低下させることになるので、紫外線発光素
子としては望ましいことではない。
公報に公開されている方法によって作製した素子では、
発光スペクトルにはＦＥ発光よりもピーク強度の高いｂ
ａｎｄ−Ａ発光が観測された。ｂａｎｄ−Ａ発光が存在
すると注入エネルギーがそこで消費され、紫外線発光の
効率・強度を低下させることになるので、紫外線発光素
子としては望ましいことではない。
【０００７】文献1においては、ホウ素を添加したｐ型
伝導の高圧合成単結晶ダイヤモンド(１１１)基板上にホ
ウ素を添加したｐ型伝導の気相合成ダイヤモンド薄膜を
エピタキシャル成長させ、さらにその上にリンを添加し
たｎ型伝導の気相合成ダイヤモンド薄膜をエピタキシャ
ル成長させた、ｐｎ接合型ダイヤモンド紫外線発光素子
の形成方法およびその発光特性が記載されている。薄膜
形成の詳細は、“Ｄｉａｍｏｎｄ ａｎｄ Ｒｅｌａｔ
ｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ”第９巻９３８頁の「Phosph
orus‐doped Chemical vapor deposition of diam
ond」（以下、文献２と呼ぶ）に述べられているが、該
素子には一般にＩｂと呼ばれる結晶が基板として用いら
れている。Ｉｂ結晶は、ドーパント以外の不純物濃度が
高く、基板と気相合成ダイヤモンドでｐｎ接合を形成し
たとしてもＦＥ発光はまったく得られないか非常に弱
い。このためＩｂ結晶は、紫外線発光素子用の基板とし
て望ましいものではないが、該素子ではｐ型伝導の気相
合成ダイヤモンドを２μｍと非常に厚く設けることによ
り基板の影響を排除し、気相合成ダイヤモンド薄膜のみ
でｐｎ接合を形成することにより比較的高い効率でＦＥ
発光を得ている。しかし、気相合成ダイヤモンドは高品
質の高圧合成単結晶ダイヤモンドに比べると欠陥密度が
高いため、依然としてＦＥ発光に比ベピーク強度比で６
倍以上の強度のｂａｎｄ−Ａ発光が観測されており、十
分な紫外線発光効率・強度を得ることはできていない。
伝導の高圧合成単結晶ダイヤモンド(１１１)基板上にホ
ウ素を添加したｐ型伝導の気相合成ダイヤモンド薄膜を
エピタキシャル成長させ、さらにその上にリンを添加し
たｎ型伝導の気相合成ダイヤモンド薄膜をエピタキシャ
ル成長させた、ｐｎ接合型ダイヤモンド紫外線発光素子
の形成方法およびその発光特性が記載されている。薄膜
形成の詳細は、“Ｄｉａｍｏｎｄ ａｎｄ Ｒｅｌａｔ
ｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ”第９巻９３８頁の「Phosph
orus‐doped Chemical vapor deposition of diam
ond」（以下、文献２と呼ぶ）に述べられているが、該
素子には一般にＩｂと呼ばれる結晶が基板として用いら
れている。Ｉｂ結晶は、ドーパント以外の不純物濃度が
高く、基板と気相合成ダイヤモンドでｐｎ接合を形成し
たとしてもＦＥ発光はまったく得られないか非常に弱
い。このためＩｂ結晶は、紫外線発光素子用の基板とし
て望ましいものではないが、該素子ではｐ型伝導の気相
合成ダイヤモンドを２μｍと非常に厚く設けることによ
り基板の影響を排除し、気相合成ダイヤモンド薄膜のみ
でｐｎ接合を形成することにより比較的高い効率でＦＥ
発光を得ている。しかし、気相合成ダイヤモンドは高品
質の高圧合成単結晶ダイヤモンドに比べると欠陥密度が
高いため、依然としてＦＥ発光に比ベピーク強度比で６
倍以上の強度のｂａｎｄ−Ａ発光が観測されており、十
分な紫外線発光効率・強度を得ることはできていない。
【０００８】特開平１１−１２６９２２号公報にはダイ
ヤモンドｐ型半導体膜と、リンを添加したダイヤモンド
ｎ型半導体に電極を設けた発光素子が開示されている。
該素子ではダイヤモンド単結晶基板を用いずに、電極上
に直接ダイヤモンドｐ型半導体膜を成膜し、引き続きダ
イヤモンドｎ型半導体膜を成膜した後、該ｎ型半導体膜
上に電極を設けることにより発光素子を形成している。
この公報には該素子の発光特性が開示されているが、Ｆ
Ｅ発光はノイズレベルと同等程度と極めて低く、またピ
ーク強度比でＦＥ発光の１０倍程度のｂａｎｄ−Ａ発光
が観測されている。これらの原因としては、文献1の素
子同様、ダイヤモンド膜のみでｐｎ接合を形成し発光素
子としていることに加え、ダイヤモンド単結晶基板を用
いて成膜を行わないことから膜の欠陥密度が高いことが
挙げられる。このため該素子において紫外線発光素子と
して実用的な出力特性は得られていない。
ヤモンドｐ型半導体膜と、リンを添加したダイヤモンド
ｎ型半導体に電極を設けた発光素子が開示されている。
該素子ではダイヤモンド単結晶基板を用いずに、電極上
に直接ダイヤモンドｐ型半導体膜を成膜し、引き続きダ
イヤモンドｎ型半導体膜を成膜した後、該ｎ型半導体膜
上に電極を設けることにより発光素子を形成している。
この公報には該素子の発光特性が開示されているが、Ｆ
Ｅ発光はノイズレベルと同等程度と極めて低く、またピ
ーク強度比でＦＥ発光の１０倍程度のｂａｎｄ−Ａ発光
が観測されている。これらの原因としては、文献1の素
子同様、ダイヤモンド膜のみでｐｎ接合を形成し発光素
子としていることに加え、ダイヤモンド単結晶基板を用
いて成膜を行わないことから膜の欠陥密度が高いことが
挙げられる。このため該素子において紫外線発光素子と
して実用的な出力特性は得られていない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、これま
でのダイヤモンド紫外線発光素子では、発光効率の高い
ＦＥ発光を用いた素子においてもよりピーク強度の高い
ｂａｎｄ−Ａ発光が存在していた。ｂａｎｄ−Ａ発光
は、３００ｎｍ〜７００ｎｍ付近に見られる非常に広い
波長帯に渡る発光であり、これがＦＥ発光の発光効率、
発光強度を低下させる要因となっていた。
でのダイヤモンド紫外線発光素子では、発光効率の高い
ＦＥ発光を用いた素子においてもよりピーク強度の高い
ｂａｎｄ−Ａ発光が存在していた。ｂａｎｄ−Ａ発光
は、３００ｎｍ〜７００ｎｍ付近に見られる非常に広い
波長帯に渡る発光であり、これがＦＥ発光の発光効率、
発光強度を低下させる要因となっていた。
【００１０】例えば、国際公開ＷＯ０１／０４９６６号
公報に開示の方法を用い、ホウ素を添加した高品質のｐ
型高圧合成単結晶ダイヤモンド基板上に硫黄を添加した
ｎ型気相合成ダイヤモンドを設けてｐｎ接合型の素子を
作製した場合、ｂａｎｄ−Ａ発光が不可避であった。ま
た、文献1においては薄膜のみで良質なｐｎ接合を形成
しているが、高品質の高圧合成単結晶ダイヤモンドに比
べると薄膜自体の結晶性が低いため、やはりｂａｎｄ−
Ａ発光が不可避であった。
公報に開示の方法を用い、ホウ素を添加した高品質のｐ
型高圧合成単結晶ダイヤモンド基板上に硫黄を添加した
ｎ型気相合成ダイヤモンドを設けてｐｎ接合型の素子を
作製した場合、ｂａｎｄ−Ａ発光が不可避であった。ま
た、文献1においては薄膜のみで良質なｐｎ接合を形成
しているが、高品質の高圧合成単結晶ダイヤモンドに比
べると薄膜自体の結晶性が低いため、やはりｂａｎｄ−
Ａ発光が不可避であった。
【００１１】上記問題に鑑み、本発明の目的は、ダイヤ
モンド固有の波長の短いＦＥ発光のピーク強度がｂａｎ
ｄ−Ａ発光ピーク強度よりも高い電流注入励起紫外線発
光素子を、高品質の高圧合成単結晶ダイヤモンドと気相
合成ダイヤモンドを用いて提供することにある。
モンド固有の波長の短いＦＥ発光のピーク強度がｂａｎ
ｄ−Ａ発光ピーク強度よりも高い電流注入励起紫外線発
光素子を、高品質の高圧合成単結晶ダイヤモンドと気相
合成ダイヤモンドを用いて提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、ＦＥ発光（自由励起子再結合による発
光）のピーク強度がｂａｎｄ−Ａ発光（欠陥起因の発
光）のピーク強度よりも高いことを特徴とする、電流注
入により発光するダイヤモンド紫外線発光素子とした。
に、本発明は、ＦＥ発光（自由励起子再結合による発
光）のピーク強度がｂａｎｄ−Ａ発光（欠陥起因の発
光）のピーク強度よりも高いことを特徴とする、電流注
入により発光するダイヤモンド紫外線発光素子とした。
【００１３】本発明は、ＦＥ発光のピーク強度がｂａｎ
ｄ−Ａ発光のピーク強度よりも高い上記ダイヤモンド紫
外線発光素子を、高品質基板(窒素濃度が１０ｐｐｍ以
下であり、窒素よりも高濃度のドーパントを含む半導性
の高圧合成単結晶ダイヤモンド基板)と、該高品質基板
上に形成された高品質基板と同じ伝導型を中間層と、該
中間層上に形成された高品質基板および中間層と異なる
伝導型をもつ最上層と、高品質基板に設けられた電極
と、最上層に設けられた電極とで構成した。
ｄ−Ａ発光のピーク強度よりも高い上記ダイヤモンド紫
外線発光素子を、高品質基板(窒素濃度が１０ｐｐｍ以
下であり、窒素よりも高濃度のドーパントを含む半導性
の高圧合成単結晶ダイヤモンド基板)と、該高品質基板
上に形成された高品質基板と同じ伝導型を中間層と、該
中間層上に形成された高品質基板および中間層と異なる
伝導型をもつ最上層と、高品質基板に設けられた電極
と、最上層に設けられた電極とで構成した。
【００１４】本発明は、上記中間層を有するダイヤモン
ド紫外線発光素子において、中間層および最上層をエピ
タキシャル成長した単結晶薄膜とした。
ド紫外線発光素子において、中間層および最上層をエピ
タキシャル成長した単結晶薄膜とした。
【００１５】本発明は、上記いずれかの中間層を有する
ダイヤモンド紫外線発光素子において、中間層の厚さ
を、中間層を形成する高品質基板表面のＲａ以上１μｍ
以下とした。
ダイヤモンド紫外線発光素子において、中間層の厚さ
を、中間層を形成する高品質基板表面のＲａ以上１μｍ
以下とした。
【００１６】本発明は、上記いずれかの中間層を有する
ダイヤモンド紫外線発光素子において、単位面積当たり
の抵抗を１０−３Ω・ｍ２以下とした。
ダイヤモンド紫外線発光素子において、単位面積当たり
の抵抗を１０−３Ω・ｍ２以下とした。
【００１７】本発明は、上記いずれかの中間層を有する
ダイヤモンド紫外線発光素子において、高品質基板およ
び中間層はホウ素をドーパントとするｐ型半導体とし、
最上層はリン、硫黄、リチウムの少なくとも1元素をド
ーパントとするｎ型半導体とした。
ダイヤモンド紫外線発光素子において、高品質基板およ
び中間層はホウ素をドーパントとするｐ型半導体とし、
最上層はリン、硫黄、リチウムの少なくとも1元素をド
ーパントとするｎ型半導体とした。
【００１８】本発明は、上記いずれかの中間層を有する
ダイヤモンド紫外線発光素子において、高品質基板およ
び中間層はリン、硫黄、リチウムの少なくとも1元素を
ドーパントとするｎ型半導体とし、最上層はホウ素をド
ーパントとするｐ型半導体とした。
ダイヤモンド紫外線発光素子において、高品質基板およ
び中間層はリン、硫黄、リチウムの少なくとも1元素を
ドーパントとするｎ型半導体とし、最上層はホウ素をド
ーパントとするｐ型半導体とした。
【００１９】
【発明の実施の形態】発明の実施の形態にかかる、高品
質基板および中間層ならびに最上層からなるダイヤモン
ド紫外線発光素子の原理を、図１を用いて、その具体的
な構造を、図２を用いて詳細に説明する。図２（Ａ）は
高品質基板上に多数設けたダイヤモンド紫外線発光素子
の構成を模式的に示す上面図であり、図２（Ｂ）は図２
（Ａ）におけるＡ‐Ａ線での断面図である。図２（Ｃ）
は図２（Ｂ）の破線部を拡大し、ダイヤモンド紫外線発
光素子の1つを取り出した概念図である。
質基板および中間層ならびに最上層からなるダイヤモン
ド紫外線発光素子の原理を、図１を用いて、その具体的
な構造を、図２を用いて詳細に説明する。図２（Ａ）は
高品質基板上に多数設けたダイヤモンド紫外線発光素子
の構成を模式的に示す上面図であり、図２（Ｂ）は図２
（Ａ）におけるＡ‐Ａ線での断面図である。図２（Ｃ）
は図２（Ｂ）の破線部を拡大し、ダイヤモンド紫外線発
光素子の1つを取り出した概念図である。
【００２０】図１に示すように、本発明にかかるダイヤ
モンド紫外線発光素子１は、高品質基板１０と、高品質
基板１０の一方の表面に形成した中間層２０と、高品質
基板１０と異なる伝導型を有する最上層３０を積層して
構成され、高品質基板１０の他の表面に電極４０Ａを、
最上層３０の上に他方の電極４０Ｋを設けて構成され
る。電極４０Ａ‐４０Ｋ間には、電源５から電圧が印加
される。
モンド紫外線発光素子１は、高品質基板１０と、高品質
基板１０の一方の表面に形成した中間層２０と、高品質
基板１０と異なる伝導型を有する最上層３０を積層して
構成され、高品質基板１０の他の表面に電極４０Ａを、
最上層３０の上に他方の電極４０Ｋを設けて構成され
る。電極４０Ａ‐４０Ｋ間には、電源５から電圧が印加
される。
【００２１】図２に示すように、本実施例では、高温高
圧法によって得たホウ素を添加した高品質高圧合成ダイ
ヤモンドｐ型結晶からなる(１００)高品質基板１０と、
高品質基板１０表面に気相合成によってエピタキシャル
成長させたホウ素添加ｐ型ダイヤモンドによる中間層２
０と、中間層２０上に気相合成によってエピタキシャル
成長させた硫黄添加ｎ型ダイヤモンドによる最上層３０
と、高品質基板１０および最上層３０の表面にチタンを
成膜して設けた密着層４１Ａ，４１Ｋおよびこの密着層
の上に設けた金層４２Ａ，４２Ｋとからなる電極４０
Ａ，４０Ｋと、電極４０Ａ，４０Ｋに接続されたアルミ
ニウムワイヤ（図示を省略）とからダイヤモンド紫外線
発光素子１を作製した。
圧法によって得たホウ素を添加した高品質高圧合成ダイ
ヤモンドｐ型結晶からなる(１００)高品質基板１０と、
高品質基板１０表面に気相合成によってエピタキシャル
成長させたホウ素添加ｐ型ダイヤモンドによる中間層２
０と、中間層２０上に気相合成によってエピタキシャル
成長させた硫黄添加ｎ型ダイヤモンドによる最上層３０
と、高品質基板１０および最上層３０の表面にチタンを
成膜して設けた密着層４１Ａ，４１Ｋおよびこの密着層
の上に設けた金層４２Ａ，４２Ｋとからなる電極４０
Ａ，４０Ｋと、電極４０Ａ，４０Ｋに接続されたアルミ
ニウムワイヤ（図示を省略）とからダイヤモンド紫外線
発光素子１を作製した。
【００２２】ホウ素添加高品質高圧ダイヤモンドｐ型結
晶からなる高品質基板１０は、高温高圧法によって作製
される。高温高圧法とはいわゆる温度差法であり、ダイ
ヤモンドが安定に存在することのできる高温・高圧雰囲
気で融剤金属に溶解させた炭素原料をダイヤモンド微結
晶上に析出させ、単結晶を成長させるダイヤモンド製造
方法である。
晶からなる高品質基板１０は、高温高圧法によって作製
される。高温高圧法とはいわゆる温度差法であり、ダイ
ヤモンドが安定に存在することのできる高温・高圧雰囲
気で融剤金属に溶解させた炭素原料をダイヤモンド微結
晶上に析出させ、単結晶を成長させるダイヤモンド製造
方法である。
【００２３】温度差法を用いたダイヤモンド製造法は、
例えば特開平４−１０８６３２号公報、特開平５−２０
０２７１号公報等に開示されている。
例えば特開平４−１０８６３２号公報、特開平５−２０
０２７１号公報等に開示されている。
【００２４】この発明のダイヤモンド紫外線発光素子１
の高品質基板１０に用いるホウ素添加高品質高圧合成ダ
イヤモンドｐ型結晶の作製方法は、例えば、国際公開Ｗ
Ｏ０１／０４９６６号公報に開示されている。本発明の
ダイヤモンド紫外線発光素子においては、窒素濃度１０
ｐｐｍ以下の高品質な結晶を用いることが必要である。
成長条件は以下の通りである。
の高品質基板１０に用いるホウ素添加高品質高圧合成ダ
イヤモンドｐ型結晶の作製方法は、例えば、国際公開Ｗ
Ｏ０１／０４９６６号公報に開示されている。本発明の
ダイヤモンド紫外線発光素子においては、窒素濃度１０
ｐｐｍ以下の高品質な結晶を用いることが必要である。
成長条件は以下の通りである。
【００２５】［成長条件］
炭素原料：熱分解炭素；ドーパントとしてホウ素を１０
００ｐｐｍ添加 融剤金属：鉄−コバルト合金 窒素除去剤：アルミニウム、チタン、ジルコニウム 成長温度：１４５０℃ 合成圧力：６．３ＧＰａ 成最時間：８０時間
００ｐｐｍ添加 融剤金属：鉄−コバルト合金 窒素除去剤：アルミニウム、チタン、ジルコニウム 成長温度：１４５０℃ 合成圧力：６．３ＧＰａ 成最時間：８０時間
【００２６】上記条件で成長方向が［１００］方向とな
るように種結晶を配置し、高品質な単結晶ダイヤモンド
を合成した。得られた結晶は、赤外吸収分光法で測定し
た結果、ホウ素濃度２〜８ｐｐｍ（場所に依存）、窒素
濃度は０．１ｐｐｍ以下と判断された。この結晶を、ス
カイフ盤を用いダイヤモンド微粒子で研磨し鏡面に仕上
げ、(ｌ００)表面を有する高品質基板とした。原子間力
顕微鏡を用いて高品質基板の表面粗さを測定した所、Ｒ
ａ（基板表面の算術平均粗さ）は２±１ｎｍであった。
この高品質基板１０の表面に、ホウ素を添加したｐ型ダ
イヤモンドによる中間層２０をマイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ装置（ＭＷ−ＣＶＤ）を用い気相合成法によりエピタ
キシャル成長させた。成長条件は以下の通りである。
るように種結晶を配置し、高品質な単結晶ダイヤモンド
を合成した。得られた結晶は、赤外吸収分光法で測定し
た結果、ホウ素濃度２〜８ｐｐｍ（場所に依存）、窒素
濃度は０．１ｐｐｍ以下と判断された。この結晶を、ス
カイフ盤を用いダイヤモンド微粒子で研磨し鏡面に仕上
げ、(ｌ００)表面を有する高品質基板とした。原子間力
顕微鏡を用いて高品質基板の表面粗さを測定した所、Ｒ
ａ（基板表面の算術平均粗さ）は２±１ｎｍであった。
この高品質基板１０の表面に、ホウ素を添加したｐ型ダ
イヤモンドによる中間層２０をマイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ装置（ＭＷ−ＣＶＤ）を用い気相合成法によりエピタ
キシャル成長させた。成長条件は以下の通りである。
【００２７】［成長条件］
合成前処理：高品質基板１０をクロム混酸により１時間
煮沸し、塩酸：過酸化水素水：水＝１：１：４溶液に２
時間浸漬し、アセトン中で１０分間超音波洗浄した後、
１０分間水素プラズマ処理 ＭＷ出力：７５０Ｗ 原料ガス：水素、メタン、トリメチルホウ素 ガス濃度：メタン；０．０５％、ホウ素；５０ｐｐｍ
（ホウ素／炭素原子比） 温度：８７５℃ 合成圧力：４０Ｔｏｒｒ 合成時間：６６時間 膜厚：０．８μｍ 合成後処理：１０分間水素プラズマ処理、水素中で冷却
煮沸し、塩酸：過酸化水素水：水＝１：１：４溶液に２
時間浸漬し、アセトン中で１０分間超音波洗浄した後、
１０分間水素プラズマ処理 ＭＷ出力：７５０Ｗ 原料ガス：水素、メタン、トリメチルホウ素 ガス濃度：メタン；０．０５％、ホウ素；５０ｐｐｍ
（ホウ素／炭素原子比） 温度：８７５℃ 合成圧力：４０Ｔｏｒｒ 合成時間：６６時間 膜厚：０．８μｍ 合成後処理：１０分間水素プラズマ処理、水素中で冷却
【００２８】本発明では、このようにして形成された中
間層２０により高品質基板１０の凹凸を緩和し、ｐｎ接
合界面を改善する。中間層２０自体は主要な発光層とし
て用いないため、文献1に示されているほど厚くする必
要はない。むしろ中間層を厚くすると中間層による発光
への寄与が増大し高品質基板による発光への寄与が小さ
くなるため、ｂａｎｄ−Ａ発光が強くなりＦＥ発光が弱
くなるため好ましくない。膜厚は高品質基板のＲａ以上
１μｍ以下で良好な結果が得られ、この範囲外ではｂａ
ｎｄ−Ａ発光の増大が観測された。
間層２０により高品質基板１０の凹凸を緩和し、ｐｎ接
合界面を改善する。中間層２０自体は主要な発光層とし
て用いないため、文献1に示されているほど厚くする必
要はない。むしろ中間層を厚くすると中間層による発光
への寄与が増大し高品質基板による発光への寄与が小さ
くなるため、ｂａｎｄ−Ａ発光が強くなりＦＥ発光が弱
くなるため好ましくない。膜厚は高品質基板のＲａ以上
１μｍ以下で良好な結果が得られ、この範囲外ではｂａ
ｎｄ−Ａ発光の増大が観測された。
【００２９】次に、上記中間層２０の表面に、ＭＷ−Ｃ
ＶＤ装置を用いて最上層３０となるｎ型ダイヤモンドを
気相合成によりエピタキシャル成長させた。硫黄添加ｎ
型ダイヤモンドを気相合成によりエピタキシャル成長さ
せる方法は、例えば国際公開ＷＯ０１／０４９６６号公
報に開示されている。本実施の形態では以下の成長条件
により成長を行った。
ＶＤ装置を用いて最上層３０となるｎ型ダイヤモンドを
気相合成によりエピタキシャル成長させた。硫黄添加ｎ
型ダイヤモンドを気相合成によりエピタキシャル成長さ
せる方法は、例えば国際公開ＷＯ０１／０４９６６号公
報に開示されている。本実施の形態では以下の成長条件
により成長を行った。
【００３０】［成長条件］
合成前処理：中間層２０を成膜した高品質基板１０をク
ロム混酸により１時間煮沸し、塩酸：過酸化水素水：水
＝１：１：４溶液に２時間浸漬し、アセトン中で１０分
間超音波洗浄 ＭＷ出力：４００Ｗ 原料ガス：水素、メタン、硫化水素 ガス濃度：ＣＨ４／Ｈ２；２．０％、Ｈ２Ｓ／ＣＨ４；
２．５％、総流量２００ｃｃ／ｍｉｎ、 温度：８８０℃ 合成庄カ：４０Ｔｏｒｒ 合成時間：９０分 膜厚：１．３μｍ 合成後処理：１０分間水素プラズマ処理、水素中で冷却
ロム混酸により１時間煮沸し、塩酸：過酸化水素水：水
＝１：１：４溶液に２時間浸漬し、アセトン中で１０分
間超音波洗浄 ＭＷ出力：４００Ｗ 原料ガス：水素、メタン、硫化水素 ガス濃度：ＣＨ４／Ｈ２；２．０％、Ｈ２Ｓ／ＣＨ４；
２．５％、総流量２００ｃｃ／ｍｉｎ、 温度：８８０℃ 合成庄カ：４０Ｔｏｒｒ 合成時間：９０分 膜厚：１．３μｍ 合成後処理：１０分間水素プラズマ処理、水素中で冷却
【００３１】続けてフォトリソグラフィと反応性イオン
エッチングにより中間層２０、最上層３０を所定の形状
に加工する。反応性イオンエッチングの条件は以下の通
りである。
エッチングにより中間層２０、最上層３０を所定の形状
に加工する。反応性イオンエッチングの条件は以下の通
りである。
【００３２】［エッチング条件］
ＲＦ出力：３００Ｗ
ガス：ＳＦ６；２０ｃｃ／ｍｉｎ、Ｏ２；４ｃｃ／ｍｉ
ｎ 圧力：０．１５Ｔｏｒｒ エッチングレート：９０ｎｍ／ｍｉｎ
ｎ 圧力：０．１５Ｔｏｒｒ エッチングレート：９０ｎｍ／ｍｉｎ
【００３３】次に、密着層４１であるチタンをスパッタ
リングにより成膜した。成膜条件は例えば国際公開ＷＯ
０１／０４９６６号公報に開示されている。続けて、該
チタン膜上に金を同じくスパッタリングにより成膜し
た。成膜条件は以下の通りである。
リングにより成膜した。成膜条件は例えば国際公開ＷＯ
０１／０４９６６号公報に開示されている。続けて、該
チタン膜上に金を同じくスパッタリングにより成膜し
た。成膜条件は以下の通りである。
【００３４】［チタン成膜条件］
ターゲット：チタン
ガス流量：アルゴン；３０ｃｃ／ｍｉｎ
圧力：０．１Ｔｏｒｒ
基板温度：２００℃
パワー：１ＫＷ
時間：５分
膜厚：１００ｎｍ
【００３５】［金成膜条件］
ターゲット：金
ガス流量：アルゴン；３０ｃｃ／ｍｉｎ
圧力：０．１Ｔｏｒｒ
基板温度：２００℃
パワー：１ＫＷ
時間：１０分
膜厚：６００ｎｍ
【００３６】以上の様にして成膜した金／チタン薄膜に
対し、ダイヤモンドとチタンとの密着力を高め良好なオ
ーミック接触をとるために窒素雰囲気中６００℃で２時
間アニール処理を行った。次に、フォトリソグラフィお
よびウェットエッチングにより金／チタン薄膜を所定の
形状に加工し、電極４０を形成した。金のエッチングに
はよう化水素溶液を、チタンのエッチングにはバッファ
ードふっ酸溶液をそれぞれ用いた。最後に、電極４０に
アルミニウムワイヤを接続して素子を形成した。
対し、ダイヤモンドとチタンとの密着力を高め良好なオ
ーミック接触をとるために窒素雰囲気中６００℃で２時
間アニール処理を行った。次に、フォトリソグラフィお
よびウェットエッチングにより金／チタン薄膜を所定の
形状に加工し、電極４０を形成した。金のエッチングに
はよう化水素溶液を、チタンのエッチングにはバッファ
ードふっ酸溶液をそれぞれ用いた。最後に、電極４０に
アルミニウムワイヤを接続して素子を形成した。
【００３７】以上の様にして作製したダイヤモンド紫外
線発光素子１の、単位面積当たりの抵抗（電極間の発光
時の電気抵抗値に電流経路のｐｎ接合部での断面積を乗
じた値）は１０−５Ω・ｍ２であった。この素子を実施
例１と呼ぶ。
線発光素子１の、単位面積当たりの抵抗（電極間の発光
時の電気抵抗値に電流経路のｐｎ接合部での断面積を乗
じた値）は１０−５Ω・ｍ２であった。この素子を実施
例１と呼ぶ。
【００３８】実施例２および３では、窒素濃度がそれぞ
れ１ｐｐｍ、１０ｐｐｍの高品質基板を用い、その他は
実施例１と同様の方法で素子の作製を行った。比較対象
１では、高品質基板の代わりに窒素濃度が５０ｐｐｍの
基板を用い、その他は実施例１と同様の方法で素子の作
製を行った。
れ１ｐｐｍ、１０ｐｐｍの高品質基板を用い、その他は
実施例１と同様の方法で素子の作製を行った。比較対象
１では、高品質基板の代わりに窒素濃度が５０ｐｐｍの
基板を用い、その他は実施例１と同様の方法で素子の作
製を行った。
【００３９】実施例４、５および６では、中間層をそれ
ぞれ１μｍ、０．１μｍ、０．００２μｍ(高品質基板
のＲａに等しい)とし、その他は実施例１と同様の方法
で素子の作製を行った。比較対象２および３では、中間
層の厚さをそれぞれ２μｍ、０．００１μｍ(高品質基
板のＲａ／２に等しい)とし、その他は実施例１と同様
の方法で素子の作製を行った。
ぞれ１μｍ、０．１μｍ、０．００２μｍ(高品質基板
のＲａに等しい)とし、その他は実施例１と同様の方法
で素子の作製を行った。比較対象２および３では、中間
層の厚さをそれぞれ２μｍ、０．００１μｍ(高品質基
板のＲａ／２に等しい)とし、その他は実施例１と同様
の方法で素子の作製を行った。
【００４０】実施例７、８および比較対象４では、中間
層のホウ素濃度を調整することにより単位面積当たりの
抵抗を変化させ、その他は実施例１と同様の方法で素子
の作製を行った。作製した素子の単位面積当たりの抵抗
はそれぞれ１０−４Ω・ｍ２、１０−３Ω・ｍ２、１０
−２Ω・ｍ２であった。
層のホウ素濃度を調整することにより単位面積当たりの
抵抗を変化させ、その他は実施例１と同様の方法で素子
の作製を行った。作製した素子の単位面積当たりの抵抗
はそれぞれ１０−４Ω・ｍ２、１０−３Ω・ｍ２、１０
−２Ω・ｍ２であった。
【００４１】また、本発明による素子との比較のため、
国際公開ＷＯ０１／０４９６６号公報に開示の方法によ
り素子を形成し、これを比較対象５とした。
国際公開ＷＯ０１／０４９６６号公報に開示の方法によ
り素子を形成し、これを比較対象５とした。
【００４２】以上のようにして得たダイヤモンド紫外線
発光素子１の、電流注入による発光スペクトルを、図３
を用いて説明する。図３は、両電極間に５０ｍＡの電流
を流した時の発光を測定したもので、横軸は波長（ｎ
ｍ）、縦軸は発光強度（任意目盛）である。実線は実施
例１の発光スペクトルを、破線は比較対象５の発光スペ
クトルを示している。なお、ここでいうピーク強度と
は、検出器（分光器および検出素子）の感度の波長分散
を補正した値である。
発光素子１の、電流注入による発光スペクトルを、図３
を用いて説明する。図３は、両電極間に５０ｍＡの電流
を流した時の発光を測定したもので、横軸は波長（ｎ
ｍ）、縦軸は発光強度（任意目盛）である。実線は実施
例１の発光スペクトルを、破線は比較対象５の発光スペ
クトルを示している。なお、ここでいうピーク強度と
は、検出器（分光器および検出素子）の感度の波長分散
を補正した値である。
【００４３】図３から明らかなように、従来方法により
形成した比較対象５では３６０ｎｍ付近のｂａｎｄ−Ａ
発光が最もピーク強度が高いのに対し、本発明による実
施例１では２３５ｎｍ付近のＦＥ発光が最もピーク強度
が高かった。すなわち、本発明によればｂａｎｄ−Ａ発
光を抑制し、高い効率でＦＥ発光するダイヤモンド紫外
線発光素子を得ることができる。
形成した比較対象５では３６０ｎｍ付近のｂａｎｄ−Ａ
発光が最もピーク強度が高いのに対し、本発明による実
施例１では２３５ｎｍ付近のＦＥ発光が最もピーク強度
が高かった。すなわち、本発明によればｂａｎｄ−Ａ発
光を抑制し、高い効率でＦＥ発光するダイヤモンド紫外
線発光素子を得ることができる。
【００４４】本発明にかかるダイヤモンド紫外線発光素
子１において、基板の窒素濃度が発光スペクトルに与え
る影響について比較検討した結果を、表1を用いて説明
する。実施例1〜３、および比較対象１における基板の
窒素濃度とＦＥ発光ピーク強度／ｂａｎｄ−Ａ発光ピー
ク強度の比との関係を示したものが表1である。
子１において、基板の窒素濃度が発光スペクトルに与え
る影響について比較検討した結果を、表1を用いて説明
する。実施例1〜３、および比較対象１における基板の
窒素濃度とＦＥ発光ピーク強度／ｂａｎｄ−Ａ発光ピー
ク強度の比との関係を示したものが表1である。
【００４５】
【表１】
【００４６】表1から明らかなように、基板の窒素濃度
が１０ｐｐｍ以下の時にはＦＥ発光ピーク強度／ｂａｎ
ｄ−Ａ発光ピーク強度の比は１．２以上が得られるが、
窒素濃度が５０ｐｐｍの基板ではＦＥ発光ピーク強度／
ｂａｎｄ−Ａ発光ピーク強度の比は０．３と非常に低く
なった。この結果から、本発明の効果を得るためには基
板の窒素濃度は少なくとも１０ｐｐｍ以下である必要が
あると判断することができる。
が１０ｐｐｍ以下の時にはＦＥ発光ピーク強度／ｂａｎ
ｄ−Ａ発光ピーク強度の比は１．２以上が得られるが、
窒素濃度が５０ｐｐｍの基板ではＦＥ発光ピーク強度／
ｂａｎｄ−Ａ発光ピーク強度の比は０．３と非常に低く
なった。この結果から、本発明の効果を得るためには基
板の窒素濃度は少なくとも１０ｐｐｍ以下である必要が
あると判断することができる。
【００４７】本発明にかかるダイヤモンド紫外線発光素
子において、中間層２０の厚さがＦＥ発光ピーク強度／
ｂａｎｄ−Ａ発光ピーク強度の比に与える影響について
比較検討した結果を、表２を用いて説明する。実施例
１、４〜６、および比較対象２、３における中間層２０
の厚さとＦＥ発光ピーク強度／ｂａｎｄ−Ａ発光ピーク
強度との関係を示したものが表２である。なおこの際に
用いた基板のＲａは２ｎｍ±１ｎｍであった。
子において、中間層２０の厚さがＦＥ発光ピーク強度／
ｂａｎｄ−Ａ発光ピーク強度の比に与える影響について
比較検討した結果を、表２を用いて説明する。実施例
１、４〜６、および比較対象２、３における中間層２０
の厚さとＦＥ発光ピーク強度／ｂａｎｄ−Ａ発光ピーク
強度との関係を示したものが表２である。なおこの際に
用いた基板のＲａは２ｎｍ±１ｎｍであった。
【００４８】
【表２】
【００４９】表２から明らかなように、試みた１μｍま
での厚さの中間層ではＦＥ発光ピーク強度がｂａｎｄ−
Ａ発光ピーク強度を上回ったが、厚さをＲａ／２にした
場合と２μｍにした場合にはＦＥ発光ピーク強度の方が
ｂａｎｄ−Ａ発光ピーク強度より低かった。この結果か
ら、本発明の効果を得るためには中間層の厚さは基板の
Ｒａ以上１μｍ以下である必要があると判断できる。
での厚さの中間層ではＦＥ発光ピーク強度がｂａｎｄ−
Ａ発光ピーク強度を上回ったが、厚さをＲａ／２にした
場合と２μｍにした場合にはＦＥ発光ピーク強度の方が
ｂａｎｄ−Ａ発光ピーク強度より低かった。この結果か
ら、本発明の効果を得るためには中間層の厚さは基板の
Ｒａ以上１μｍ以下である必要があると判断できる。
【００５０】次に、素子の単位面積あたりの抵抗と、Ｆ
Ｅ発光／ｂａｎｄ−Ａ発光のピーク強度比に与える関係
について比較検討した結果を、表３を用いて説明する。
実施例１、７、８、および比較対象４における単位面積
あたりの抵抗とＦＥピーク強度／ｂａｎｄ−Ａ発光ピー
ク強度との関係を示したものが表３である。
Ｅ発光／ｂａｎｄ−Ａ発光のピーク強度比に与える関係
について比較検討した結果を、表３を用いて説明する。
実施例１、７、８、および比較対象４における単位面積
あたりの抵抗とＦＥピーク強度／ｂａｎｄ−Ａ発光ピー
ク強度との関係を示したものが表３である。
【００５１】ＦＥ発光効率は一般に温度の上昇とともに
低下するが、一方ｂａｎｄ−Ａ発光はＦＥ発光に比べ温
度変化は小さいため、ＦＥ発光／ｂａｎｄ−Ａ発光のピ
ーク強度比は、温度上昇とともに低下することになる。
素子の単位面積あたりの抵抗が大きい素子と小さい素子
を比べた場合、同じ電流を流しても単位面積あたりの大
きな素子の方がジュール発熱によって素子温度が上昇す
るためＦＥ発光／ｂａｎｄ−Ａ発光のピーク強度比が低
下するので、素子の単位面積あたりの抵抗は低い方が望
ましい。
低下するが、一方ｂａｎｄ−Ａ発光はＦＥ発光に比べ温
度変化は小さいため、ＦＥ発光／ｂａｎｄ−Ａ発光のピ
ーク強度比は、温度上昇とともに低下することになる。
素子の単位面積あたりの抵抗が大きい素子と小さい素子
を比べた場合、同じ電流を流しても単位面積あたりの大
きな素子の方がジュール発熱によって素子温度が上昇す
るためＦＥ発光／ｂａｎｄ−Ａ発光のピーク強度比が低
下するので、素子の単位面積あたりの抵抗は低い方が望
ましい。
【００５２】
【表３】
【００５３】表３から明らかなように、単位面積あたり
の抵抗が１０−３Ω・ｍ２以下の場合にＦＥ発光／ｂａ
ｎｄ−Ａ発光のピーク強度比が1以上となっている。こ
の結果から、本発明の効果を得るためには単位面積あた
りの抵抗は１０−３Ω・ｍ２以下である必要のあること
が分かる。
の抵抗が１０−３Ω・ｍ２以下の場合にＦＥ発光／ｂａ
ｎｄ−Ａ発光のピーク強度比が1以上となっている。こ
の結果から、本発明の効果を得るためには単位面積あた
りの抵抗は１０−３Ω・ｍ２以下である必要のあること
が分かる。
【００５４】本発明の実施の形態では高品質基板として
ホウ素添加のｐ型結晶を用いたが、添加するドーパント
は必ずしもホウ素である必要はない。またｐ型結晶の代
わりにリンや硫黄、リチウムを添加したｎ型結晶を用い
ることもできる。高品質基板としてｎ型結晶を用いた場
合には中間層としてｎ型の結晶を、最上層としてｐ型の
結晶を用いなくてはならない。また、高品質基板のドー
パントと中間層のドーパントが同一である必要もなく、
複数のドーパントを組み合わせて用いることも可能であ
る。
ホウ素添加のｐ型結晶を用いたが、添加するドーパント
は必ずしもホウ素である必要はない。またｐ型結晶の代
わりにリンや硫黄、リチウムを添加したｎ型結晶を用い
ることもできる。高品質基板としてｎ型結晶を用いた場
合には中間層としてｎ型の結晶を、最上層としてｐ型の
結晶を用いなくてはならない。また、高品質基板のドー
パントと中間層のドーパントが同一である必要もなく、
複数のドーパントを組み合わせて用いることも可能であ
る。
【００５５】以上のように、本発明によればｂａｎｄ−
Ａ発光ピーク強度と同等以上のＦＥ発光ピーク強度を持
った、電流注入によるダイヤモンド紫外線発光素子を提
供することができる。
Ａ発光ピーク強度と同等以上のＦＥ発光ピーク強度を持
った、電流注入によるダイヤモンド紫外線発光素子を提
供することができる。
【００５６】
【発明の効果】上記説明のように、本発明にかかるダイ
ヤモンド紫外線発光素子は、欠陥起因の不要な発光を効
果的に抑制し、自由励起子再結合による紫外線の発光強
度を高めることができる。
ヤモンド紫外線発光素子は、欠陥起因の不要な発光を効
果的に抑制し、自由励起子再結合による紫外線の発光強
度を高めることができる。
【図１】 本発明にかかるダイヤモンド紫外線発光素子
の原理を示す原理図。
の原理を示す原理図。
【図２】 本発明にかかるダイヤモンド紫外線発光素子
の実施例での構成を示す概念図。
の実施例での構成を示す概念図。
【図３】 本発明にかかるダイヤモンド紫外線発光素子
および従来の技術によるダイヤモンド紫外線発光素子の
電流注入による発光スペクトルの特性図。
および従来の技術によるダイヤモンド紫外線発光素子の
電流注入による発光スペクトルの特性図。
１ ダイヤモンド紫外線発光素子
５ 電源
１０ ダイヤモンド高品質基板
２０ 中間層
３０ 最上層
４０ 電極
４１ 密着層
４２ 金層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 石倉 威文
東京都港区海岸一丁目５番20号 東京瓦斯
株式会社内
(72)発明者 中村 和郎
東京都港区海岸一丁目５番20号 東京瓦斯
株式会社内
(72)発明者 井出 卓宏
東京都港区海岸一丁目５番20号 東京瓦斯
株式会社内
(72)発明者 岡島 裕一郎
東京都港区海岸一丁目５番20号 東京瓦斯
株式会社内
Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BA03 DB01 EB01 ED06
EF01 TC12 TC19 TK02
5F041 AA04 AA11 CA02 CA12 CA22
CA23 CA33 CA55 CA56 CA57
CA58 CA64 CA67 CA74 CA82
CA98 FF16
5F045 AA09 AB07 AC08 AC19 AD12
AE23 BB12 BB16 CA09 DA53
Claims (7)
- 【請求項１】 自由励起子再結合による発光（以下、Ｆ
Ｅ発光と呼ぶ）のピーク強度が欠陥起因の発光（以下、
ｂａｎｄ−Ａ発光と呼ぶ）のピーク強度よりも高いこと
を特徴とする、電流注入により発光するダイヤモンド紫
外線発光素子。 - 【請求項２】 窒素濃度が１０ｐｐｍ以下であり、窒素
よりも高濃度のドーパントを含む半導性の高圧合成単結
晶ダイヤモンド基板（以下、高品質基板と呼ぶ）と、該
高品質基板上に形成された高品質基板と同じ伝導型をも
つ気相合成ダイヤモンド薄膜（以下、中間層と呼ぶ）
と、該中間層上に形成された高品質基板および中間層と
異なる伝導型をもつ気相合成ダイヤモンド薄膜（以下、
最上層と呼ぶ）と、上記高品質基板に設けられた電極
と、上記最上層に設けられた電極とで構成される請求項
１に記載のダイヤモンド紫外線発光素子。 - 【請求項３】 上記中間層および最上層はエピタキシャ
ル成長した単結晶薄膜であることを特徴とする請求項２
に記載のダイヤモンド紫外線発光素子。 - 【請求項４】 上記中間層の厚さが、該中間層を形成す
る高品質基板表面の算術平均粗さ（以下、Ｒａと呼ぶ）
以上１μｍ以下であることを特徴とする請求項２または
請求項３に記載のダイヤモンド紫外線発光素子。 - 【請求項５】 上記電極間の発光時の電気抵抗値に電流
経路のｐｎ接合部での断面積を乗じた値（以下、単位面
積あたりの抵抗と呼ぶ）が１０−３Ω・ｍ２以下である
ことを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１
項に記載のダイヤモンド紫外線発光素子。 - 【請求項６】 上記高品質基板および上記中間層はホウ
素をドーパントとするｐ型半導体であり、上記最上層は
リン、硫黄、リチウムの少なくとも１元素をドーパント
とするｎ型半導体であることを特徴とする請求項２ない
し請求項５のいずれか１項に記載のダイヤモンド紫外線
発光素子。 - 【請求項７】 上記高品質基板および上記中間層は、リ
ン、硫黄、リチウムの少なくとも１元素をドーパントと
するｎ型半導体であり、上記最上層はホウ素をドーパン
トとするｐ型半導体であることを特徴とする請求項２な
いし請求項５のいずれか１項に記載のダイヤモンド紫外
線発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002153802A JP2003347580A (ja) | 2002-05-28 | 2002-05-28 | ダイヤモンド紫外線発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002153802A JP2003347580A (ja) | 2002-05-28 | 2002-05-28 | ダイヤモンド紫外線発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003347580A true JP2003347580A (ja) | 2003-12-05 |
Family
ID=29770750
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002153802A Pending JP2003347580A (ja) | 2002-05-28 | 2002-05-28 | ダイヤモンド紫外線発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003347580A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006137401A1 (ja) * | 2005-06-20 | 2006-12-28 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | ダイヤモンド半導体素子およびその製造方法 |
| WO2008102646A1 (ja) * | 2007-02-21 | 2008-08-28 | Showa Denko K.K. | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子の製造方法及びｉｉｉ族窒化物半導体発光素子並びにランプ |
| JP2010516600A (ja) * | 2007-01-22 | 2010-05-20 | エレメント シックス リミテッド | 高一様性のホウ素ドープト単結晶ダイヤモンド材料 |
| GB2582942A (en) * | 2019-04-09 | 2020-10-14 | Element Six Uk Ltd | Boron doped synthetic diamond material |
-
2002
- 2002-05-28 JP JP2002153802A patent/JP2003347580A/ja active Pending
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8328936B2 (en) | 2005-06-20 | 2012-12-11 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Producing a diamond semiconductor by implanting dopant using ion implantation |
| US8221548B2 (en) | 2005-06-20 | 2012-07-17 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Diamond semiconductor element and process for producing the same |
| KR100913401B1 (ko) * | 2005-06-20 | 2009-08-21 | 니폰 덴신 덴와 가부시끼가이샤 | 다이아몬드 반도체소자 및 이의 제조방법 |
| US8486816B2 (en) | 2005-06-20 | 2013-07-16 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Diamond semiconductor element and process for producing the same |
| WO2006137401A1 (ja) * | 2005-06-20 | 2006-12-28 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | ダイヤモンド半導体素子およびその製造方法 |
| US8487319B2 (en) | 2005-06-20 | 2013-07-16 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Diamond semiconductor element and process for producing the same |
| US7973339B2 (en) | 2005-06-20 | 2011-07-05 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Diamond semiconductor element and process for producing the same |
| US8242511B2 (en) | 2005-06-20 | 2012-08-14 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Field effect transistor using diamond and process for producing the same |
| US8362492B2 (en) | 2007-01-22 | 2013-01-29 | Diamond Microwave Devices Limited | Electronic field effect devices and methods for their manufacture |
| JP2010516600A (ja) * | 2007-01-22 | 2010-05-20 | エレメント シックス リミテッド | 高一様性のホウ素ドープト単結晶ダイヤモンド材料 |
| US8648354B2 (en) | 2007-01-22 | 2014-02-11 | Diamond Microwave Devices Limited | Electronic field effect devices and methods for their manufacture |
| US9034200B2 (en) | 2007-01-22 | 2015-05-19 | Element Six Limited Technologies Limited | Plasma etching of diamond surfaces |
| US10011491B2 (en) | 2007-01-22 | 2018-07-03 | Element Six Technologies Limited | Plasma etching of diamond surfaces |
| WO2008102646A1 (ja) * | 2007-02-21 | 2008-08-28 | Showa Denko K.K. | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子の製造方法及びｉｉｉ族窒化物半導体発光素子並びにランプ |
| US8198179B2 (en) | 2007-02-21 | 2012-06-12 | Showa Denko K.K. | Method for producing group III nitride semiconductor light-emitting device |
| GB2582942A (en) * | 2019-04-09 | 2020-10-14 | Element Six Uk Ltd | Boron doped synthetic diamond material |
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