JP2007053289A

JP2007053289A - 紫外線発光素子

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Publication number: JP2007053289A
Application number: JP2005238418A
Authority: JP
Inventors: Koji Kobashi; 宏司小橋; Yoshihiro Yokota; 嘉宏横田; Nobuyuki Kawakami; 信之川上; Kazuyuki Hayashi; 和志林; Takeshi Tachibana; 武史橘
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2005-08-19
Filing date: 2005-08-19
Publication date: 2007-03-01

Abstract

【課題】発光効率が高く、高輝度で発光する紫外線発光素子を提供する。
【解決手段】ホウ素が高濃度でドープされたダイヤモンドからなるホウ素ドープダイヤモンド層１の一方の面上に、長軸が一方向に配向した複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ層２を形成する。そして、このカーボンナノチューブ層２上に電極３を形成すると共に、ホウ素ドープダイヤモンド層１の他方の面上の一部に電極４を形成して紫外線発光素子１０とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光計測、殺菌、医療及び情報処理等の分野で使用される紫外線発光素子に関し、特に、発光材料にダイヤモンドを使用したダイヤモンド紫外線発光素子に関する。

ダイヤモンドは、耐熱性が優れ、バンドギャップが５．５ｅＶと大きく、硬い物質である。また、ダイヤモンドは、通常は絶縁体であるが、不純物をドーピングすることにより半導体化することができる。更に、ダイヤモンドは、絶縁破壊電圧及び飽和ドリフト速度が大きく、誘電率が小さく、耐熱性が高く、熱伝導率が大きいといった高出力高周波デバイスに好適な電気的特性を持っている。このため、これらの特性を利用して、ダイヤモンドを、トランジスター、紫外線センサ、発光素子、放熱拡散基板、表面弾性波素子、マイクロ波・Ｘ線窓、及び光学部品等への応用するための検討がなされている。

一方、基板上にダイヤモンド薄膜を形成する技術としては、例えば、化学気相蒸着（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）法がある。また、従来、ＣＶＤ法でダイヤモンド薄膜を形成する際に、ホウ素（Ｂ）等の不純物をドーピングすることにより、ｐ型半導体ダイヤモンド膜を合成できることが知られており、このＢドープダイヤモンド膜上に、絶縁膜又はアンドープダイヤモンド膜と、金属膜とをこの順に積層したＭＩＳ（Metal/Insulator/Semiconductor）型の紫外線発光素子が提案されている（例えば、特許文献１乃至４参照）。

図３は特許文献１に記載の短波長発光素子を示す断面図である。図３に示すように、特許文献１に記載の短波長発光素子１００は、発光層であるＢドープダイヤモンド層１０１の一方の面上に絶縁層であるアンドープダイヤモンド層１０２が形成されており、このアンドープダイヤモンド層１０２上及びＢドープダイヤモンド層１０１の他方の面上に、夫々電極１０４及び電極１０３が形成されている。この短波長発光素子１００は、例えば、外部電源等によって、電極１０３に正の電位を印加すると共に電極１０４に負の電位を印加することにより、電極１０４の電子がアンドープダイヤモンド層１０２を通過して、Ｂドープダイヤモンド層１０１の電導帯に注入される。そして、この電導帯に注入された電子が、Ｂドープダイヤモンド層１０１の価電子帯に存在する正孔と再結合することにより、光が放出される。なお、特許文献１には、この短波長発光素子１００により、波長約２３８ｎｍにピークをもつ発光スペクトルが得られることが開示されている。

また、特許文献２には、室温におけるカソードルミネッセンスを測定したとき、３００ｎｍ未満の波長領域に存在する発光バンドの積分強度ＣＬ_１と、３００乃至８００ｎｍの波長領域に存在する発光バンドの積分強度ＣＬ_２との積分強度比（ＣＬ_１／ＣＬ_２）が１／２０以上であるダイヤモンド膜を利用したＭＩＳ型整流ダイオードが開示されている。更に、特許文献３には、図３に示す短波長発光素子１００と同様の構造で、アンドープダイヤモンド層１０２の代わりに、誘電率が３０以上である誘電体又は高誘電体からなる誘電体層を設けた紫外線発光素子が提案されている。更にまた、特許文献４には、Ｂドープ高圧ダイヤモンド結晶層の一方の面に絶縁性ダイヤモンド層を介してタングステンからなる第１の電極を形成すると共に、他方の面にタングステンからなる第２の電極を形成した構造で、自由励起子再結合発光（２３５ｎｍ）が支配的である紫外線発光素子が提案されている。

また、従来、前述のＭＩＳ型以外にも、種々の構造の紫外線発光素子が提案されている（例えば、特許文献５乃至９参照。）。例えば、特許文献５及び６には、平面型の紫外線発光素子が開示されている。図４は特許文献５に記載の紫外線発光素子を示す断面図である。図４に示すように、特許文献５に記載の紫外線発光素子１１０は、多結晶ダイヤモンドからなり、絶縁性のダイヤモンド結晶層１１１の表面に、水素終端処理により電気導電性を付与した表面伝導層１１２が形成されている。そして、この表面伝導層１１２上に、クロム膜１１５ａと金膜１１６ａとの積層膜からなる電極１１３、及びクロム膜１１５ｂと金膜１１６ｂとの積層膜からなる電極１１４が形成されている。この紫外線発光素子１１０は、電極１１３と電極１１４との間に高電圧を印加すると、ダイヤモンド結晶層１１１中に強制的にキャリア（電子及び正孔）が注入されて、自由励起子再結合発光により波長２３５ｎｍの紫外線発光が生じる。

また、特許文献６には、Ｂドープダイヤモンドからなるｐ型半導体ダイヤモンド基板上に、チタン膜と金膜とがこの順に積層された第１の電極を形成すると共に、ｐ型半導体ダイヤモンド基板上に、Ｂドープダイヤモンドからなるｐ型半導体ダイヤモンド層とＳドープダイヤモンドからなるｎ型半導体ダイヤモンド層とからなる積層膜を介して、チタン膜と金膜とがこの順に積層された第２の電極を形成した紫外線発光素子が開示されている。

更に、特許文献７には、ダイヤモンド基板上に形成された第１のダイヤモンド層上に、第１の電極と、発光層として機能する第２のダイヤモンド層とを形成し、この第２のダイヤモンド層上に第３のダイヤモンド層を介して第２の電極を形成したｐｉｎ型の紫外線発光素子が開示されている。更にまた、特許文献８及び９には、ｐ型半導体ダイヤモンド層とｎ型半導体ダイヤモンド層とを接触させた構造の紫外線発光素子が開示されている。

特開平７−３０７４８７号公報特開平１０−８１５９１号公報特開２００１−９４１４４号公報特開２０００−３４９３３０号公報特開２０００−３４０８３７号公報特開２００３−３４７５８０号公報特開２００３−５１６０９号公報特開２００１−７３８５号公報特開２００１−２７４４５５号公報

しかしながら、前述の従来の技術には以下に示す問題点がある。即ち、特許文献１乃至３に記載の紫外線発光素子は、図３に示すように、紫外線が主にアンドープダイヤモンド層１０２側に放出されるため、アンドープダイヤモンド層１０２上に設けられた電極１０４によって、紫外線が吸収及び／又は散乱され、外部発光強度が著しく低下するという問題点がある。なお、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide；酸化インジウムスズ）等の一般的な透明電極用材料は、これらの素子からの発光される波長が２３８ｎｍの紫外線を吸収してしまうため、使用することはできない。

また、特許文献１乃至３に記載の紫外線発光素子には、電極１０４からＢドープダイヤモンド層１０１への電子注入効率が極めて低く、その結果、素子の発光強度が極めて小さいという問題点もある。更に、特許文献１乃至３に記載の紫外線発光素子には、電極１０３から多数の正孔がＢドープダイヤモンド層１０１に注入され、この正孔がアンドープダイヤモンド層１０２を通過して、電極１０４に到達するため、この電流による電力損失が大きいと共に、素子が抵抗加熱されて高温になるという問題点もある。

一方、特許文献４に記載の紫外線発光素子は、紫外線は主に素子の両端部側に放出されるため、電極による吸収及び散乱による発光強度の低下の影響は少ないが、ダイヤモンド結晶中の電子を高密度励起する必要があるため、素子に高電圧を印加しなければならないという問題点がある。同様に、特許文献５及び６に記載の紫外線発光素子も、ダイヤモンド結晶層１１１に電子及び正孔を注入するために、電極１１３と電極１１４との間に高電圧を印加しなければならない。特に、特許文献５に記載の紫外線発光素子は、高輝度を得るためにはより高電圧を印加する必要があるが、そうすると、表面伝導層１１２に沿って高電流が流れ、ダイヤモンド結晶層１１１の表面が炭化し、電極１１３と電極１１４とが短絡するという問題点がある。

また、レーザ素子構造の特許文献７に記載の紫外線発光素子においても、ダイヤモンド層中の電子の高密度励起が容易ではなく、素子に高電圧を印加しなければならないという問題点がある。更に、特許文献８及び９に記載の紫外線発光素子は、ｐ型半導体ダイヤモンド層とｎ型半導体ダイヤモンド層とを接触させたものであるが、導電率が高いｎ型半導体ダイヤモンドは未だ合成されていないため、素子の抵抗が高く、また素子に高電圧を印加しなければならないという問題点がある。

上述の如く、前述の引用例１乃至９に記載の紫外線発光素子は、いずれも電極から電子を注入し、電子・正孔対の再結合により発光を生じさせるものであるため、高い発光強度を得るためには、素子に高電圧を印加しなければならず、発光効率が悪いという問題点がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、発光効率が高く、高輝度で発光する紫外線発光素子を提供することを目的とする。

本発明に係る紫外線発光素子は、ホウ素がドープされたホウ素ドープダイヤモンド層と、前記ホウ素ドープダイヤモンド層の一方の面上に形成され長軸が一方向に配向した複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ層と、前記カーボンナノチューブ層及び前記ホウ素ドープダイヤモンド層の他方の面に夫々接触する第１及び第２の電極と、を有することを特徴とする。

本発明においては、ホウ素ドープダイヤモンド層上に、電子がバリスティック伝導するカーボンナノチューブ層を形成しているため、このカーボンナノチューブ層からホウ素ドープダイヤモンド層に電子が高速で注入されるため、紫外線出射面全体に電極を形成する必要がなくなり、電極による発光紫外線の吸収及び散乱を防止することができる。また、正孔は、カーボンナノチューブ層を伝導しにくいため、電極間に発光に寄与しない電流が流れることがなく、投入電極に対する発光輝度が高く、高効率で紫外線を発光することができる。その結果、高輝度な紫外線を効率よく発光させることができる。

前記ホウ素ドープダイヤモンド層と前記カーボンナノチューブ層との間に、アンドープダイヤモンド又は前記ホウ素ドープダイヤモンド層よりも低濃度にホウ素がドープされた低ドープダイヤモンドからなる中間層が形成されていてもよい。その場合、前記中間層の厚さは、例えば０．０５乃至２μｍとすることができる。これにより、カーボンナノチューブ層から注入された電子が中間層において更に加速されるため、紫外線発光強度を増大することができる。

又は、前記ホウ素ドープダイヤモンド層と前記カーボンナノチューブ層との間に、絶縁層を形成してもよい。その場合、前記絶縁層の厚さは、例えば１０ｎｍ乃至０．５μｍとすることができる。これにより、絶縁層において電子を加速することができると共に、ホウ素ドープダイヤモンド層からカーボンナノチューブ層への正孔の移動を阻止することができるため、発光に寄与しない電流を更に抑制することができ、発光効率を向上させることができる。

また、この紫外線発光素子は、前記ホウ素ドープダイヤモンド層におけるホウ素のドーピング濃度を１０^１９／ｃｍ^３以上としてもよい。これにより、紫外線発光強度を向上させることができる。

本発明によれば、ホウ素ドープダイヤモンド層上に、電子がバリスティック伝導するカーボンナノチューブ層を形成しているため、このカーボンナノチューブ層からホウ素ドープダイヤモンド層に電子を高速で注入することができ、高輝度な紫外線を効率よく発光させることができる。

以下、本発明の実施の形態に係る紫外線発光素子について、添付の図面を参照して具体的に説明する。上記の課題を解決するためには、ダイヤモンド中での発光機構をより効率的な方式に変更することが有効である。そこで、本発明者等は、ダイヤモンド中に高エネルギーのキャリア（電子又は正孔）を注入し、このエネルギー衝突によりダイヤモンド中で電子・正孔対を高密度に発生させ、これらが再結合することにより紫外線発光を生じさせる機構について検討を行った。そして、この機構を実現するため、その内部を電子がバリスティック（ballistic：弾道的）伝導するカーボン・ナノチューブ（carbon nano tube；ＣＮＴ）を、ダイヤモンド表面に、例えばブラシ状に配向させて形成し、このＣＮＴ中に高速で電子を伝導させて、ダイヤモンドに電子注入を行うことを考案した。

先ず、本発明の第１の実施形態に係る紫外線発光素子について説明する。図１は本実施形態の紫外線発光素子を示す断面図である。図１に示すように、本実施形態の紫外線発光素子１０は、高濃度にホウ素（Ｂ）がドープされたダイヤモンドからなるＢドープダイヤモンド層１の一方の面上に、長軸が一方向に配向した複数のＣＮＴからなるＣＮＴ層２が形成されている。また、ＣＮＴ層２の表面上には電極３が形成されており、Ｂドープダイヤモンド層１の他方の面上には例えばその周縁部に沿って電極４が形成されている。これら電極３及び電極４は、例えば、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）又はこれらの積層膜により形成することができる。

本実施形態の紫外線発光素子１０においては、Ｂドープダイヤモンド層１におけるＢドーピング濃度が１０^１９／ｃｍ^３以上であることが望ましい。Ｂドーピング濃度が１０^１９／ｃｍ^３未満の場合、バンドＡと呼ばれるダイヤモンドの結晶欠陥に由来する発光の強度が増加し、紫外線発光輝度が低下することがある。また、Ｂドーピングダイヤモンド層１の厚さは、原理的な制限はないが、例えば０．０５乃至１０μｍである。Ｂドーピングダイヤモンド層１の厚さが０．０５μｍ未満の場合、紫外線発光強度が低下することがあり、また、その厚さが１０μｍを超えると製造コストが高くなる。このようなＢドープダイヤモンド層１は、ＣＶＤ法により合成された多結晶ダイヤモンド、高配向性ダイヤモンド、ヘテロエピタキシャルダイヤモンド、微結晶ダイヤモンド及び超微結晶ダイヤモンド等により形成することができる。

また、本実施形態の紫外線発光素子１０におけるＣＮＴ層２の厚さは、０．１乃至５０μｍとすることが望ましい。ＣＮＴ層２の厚さが０．１μｍ未満の場合、バリスティック伝導の効果が得られないことがあり、その厚さが５０μｍを超えるとＣＮＴ層２の電気抵抗が高くなりすぎることがある。また、ＣＮＴ層２は、ＣＮＴの軸がＢドープダイヤモンド層１の表面に対して垂直方向に配向していることが好ましい。これにより、効率的に電子をダイヤモンドに注入することができる。このようなＣＮＴ層２は、例えば、プラズマＣＶＤ法及び熱ＣＶＤ法等により形成することができる。

次に、本実施形態の紫外線発光素子１０の動作について説明する。この紫外線発光素子１０は、電極３と電極４との間に負の電圧を印加することにより、電極３からＣＮＴ層２に電子が注入される。このＣＮＴ層２内に注入された電子は、電界によってＣＮＴ層２内をバリスティック伝導し、Ｂドープダイヤモンド層１に高速で注入される。そして、Ｂドープダイヤモンド層１において、電子とダイヤモンドを構成する炭素原子（Ｃ）とが衝突し、これにより多数の電子が価電子帯から電導帯に励起する。この励起された電子は、価電子帯の正孔と再結合し、その際、波長が約２４８ｎｍで、エネルギーが約５ｅＶの紫外線を発光する。

なお、電極３と電極４との間に印加される電圧は、直流電圧及び交流電圧のどちらでもよい。例えば、これらの電極間に交流電圧を印加する場合には、電極４の電位が電極３の電位よりも高い場合に発光が生じる。また、電極３に負のパルス電位を印加すると、紫外線のパルス発光が生じる。

本実施形態の紫外線発光素子１０においては、電子がバリスティック伝導するＣＮＴ層２からＢドープダイヤモンド層１に電子が高速で注入されるため、電子がＢドープダイヤモンド層１に注入されたところで最も強い紫外線発光が生じる。このため、電極４は、Ｂドープダイヤモンド層１の他方の面上の一部に形成されていればよく、図３に示す従来の短波長発光素子１００のように、紫外線出射面全体に電極を形成する必要がない。その結果、電極による発光紫外線の吸収及び散乱がなく、高強度の紫外線発光が得られる。また、Ｂドープダイヤモンド層１の他方の面上に形成された電極４からＢドープダイヤモンド層１に正孔が注入されるが、正孔はＣＮＴ層２を伝導しにくいため、前述した従来の紫外線発光素子のように、電極間に発光に寄与しない電流が流れることがない。これにより、投入電極に対する発光輝度が高くなり、高効率で紫外線を発光することができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る紫外線発光素子について説明する。図２は本実施形態の紫外線発光素子を示す断面図である。なお、図２においては、図１に示す第１の実施形態の紫外線発光素子１０の構成要素と同じものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。図２に示すように、本実施形態の紫外線発光素子２０は、Ｂドープダイヤモンド層１とＣＮＴ層２との間に中間層５が形成されている。即ち、この紫外線発光素子２０は、高濃度にＢがドープされたダイヤモンドからなるＢドープダイヤモンド層１の一方の面上に、中間層５が形成され、この中間層５上に長軸が一方向に配向したＣＮＴからなるＣＮＴ層２が形成されている。そして、ＣＮＴ層２の表面上には電極３が形成され、Ｂドープダイヤモンド層１の他方の面上には例えばその周縁部に沿って電極４が形成されている。

本実施形態の紫外線発光素子２０における中間層５は、Ｂがドープされていないアンドープダイヤモンド又はＢドーピング濃度が１０^１８／ｃｍ^３以下の低ドープダイヤモンドにより形成することができる。この中間層５の厚さは、０．０５乃至２μｍであることが好ましい。中間層５の厚さが０．０５μｍ未満の場合、略抵抗なく電流（電子・正孔）が通過してしまい、発光に寄与しない電流が流れ、素子が加熱されることがある。一方、中間層５の厚さが２μｍを超えると、素子の内部抵抗が高くなりすぎて、発光効率が低下することがある。このような中間層５は、例えばマイクロ波ＣＶＤ法等により形成することができる。

本実施形態の紫外線発光素子２０においては、中間層５に高い電界が印加されるため、ＣＮＴ層２から注入された電子が中間層５において更に加速される。その結果、紫外線発光強度を増大することができる。なお、本実施形態の紫外線発光素子２０における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１の実施形態の紫外線発光素子と同様である。

次に、本発明の第２の実施形態の変形例の紫外線発光素子について説明する。前述の第２の実施形態の紫外線発光素子においては、Ｂドープダイヤモンド層１とＣＮＴ層２との間に、アンドープダイヤモンド又は低ドープダイヤモンドからなる中間層５を形成しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、中間層５の代わりに、電気的絶縁層を形成してもよい。具体的には、本変形例の紫外線発光素子は、高濃度にＢがドープされたダイヤモンドからなるＢドープダイヤモンド層の一方の面上に、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化ホウ素（ＢＮ）又は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等からなる絶縁層が形成されており、この絶縁層上に長軸が一方向に配向したＣＮＴからなるＣＮＴ層が形成されている。そして、Ｂドープダイヤモンド層の他方の面上の一部及びＣＮＴ層の表面上に夫々電極が形成されている。

本変形例の紫外線発光素子における絶縁層の厚さは、１０ｎｍ乃至０．５μｍとすることが望ましい。絶縁層の厚さが１０ｎｍ未満の場合、略抵抗なく電流（電子・正孔）が通過してしまい、発光に寄与しない電流が流れ、素子が加熱されることがある。一方、絶縁層の厚さが０．５μｍを超えると、素子の内部抵抗が高くなりすぎて、発光効率が低下することがある。このような絶縁層は、例えば蒸着法等により形成することができる。

本変形例の紫外線発光素子においては、前述の第２の実施形態の紫外線発光素子における中間層の代わりに絶縁層を形成しているため、この絶縁層に第２の実施形態の紫外線発光素子における中間層よりも更に高い電界が印加され、電子がより加速されると共にＢドープダイヤモンド層からＣＮＴ層への正孔の移動が阻止される。その結果、発光に寄与しない電流を更に抑制することができるため、発光効率を向上させることができる。なお、本変形例の紫外線発光素子における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第２の実施形態の紫外線発光素子と同様である。

以下、本発明の実施例として、紫外線発光素子を実際に製造し、その発光特性を調べた結果について説明する。先ず、本発明の実施例１として、図１に示す紫外線発光素子を作製した。具体的には、縦１ｃｍ、横１ｃｍのｐ型低抵抗シリコン基板上に、マイクロ波プラズマＣＶＤ法により、Ｂドープダイヤモンド層１を形成した。その際、原料ガスには、メタン（ＣＨ_４）及びジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）を、ＣＨ_４濃度が０．３体積％、原料ガス中のＢ原子濃度とＣ原子濃度との比（以下、Ｂ／Ｃという）が４０００ｐｐｍになるように、水素で希釈したものを使用した。また、マイクロ波投入電力及び基板の位置を調節し、基板温度が８００乃至８９０℃になるようにした。このような条件で、ダイヤモンドを、１５時間気相合成を実施し、膜厚が約３μｍの高濃度Ｂドープダイヤモンド膜（Ｂドープダイヤモンド層１）を形成した。なお、高濃度Ｂドープダイヤモンド膜におけるＢドーピング濃度は約１０^２０／ｃｍ^３であった。

次に、スパッタリング蒸着により、高濃度Ｂドープダイヤモンド膜（Ｂドープダイヤモンド層１）上に、鉄（Ｆｅ）の１乃至２原子層を蒸着し、水素ガス中で５００℃、２０分間維持した。その後、マイクロ波プラズマＣＶＤ法により、ＣＨ_４濃度が８体積％になるように水素で希釈したガスを原料ガスとし、基板温度を６００℃にして、１０分間気相合成し、高濃度Ｂドープダイヤモンド膜（Ｂドープダイヤモンド層１）上に、長さが１０μｍで、その長軸が高濃度Ｂドープダイヤモンド膜に対して略垂直に配向したブラシ状のＣＮＴからなるＣＮＴ層２を形成した。このとき、高濃度Ｂドープダイヤモンド膜上に蒸着したＦｅは、その５０％以上がＣＮＴの先端に存在していた。即ち、５０％以上のＣＮＴは高濃度Ｂドープダイヤモンド膜（Ｂドープダイヤモンド層１）と直接接触していた。

次に、ＣＮＴ層２上に銀（Ａｇ）を２００ｎｍ蒸着して電極３を形成した。その後、資水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液でシリコン基板の一部をエッチング除去し、高濃度Ｂドープダイヤモンド膜（Ｂドープダイヤモンド層１）の他方の面を露出させた。そして、シリコン基板の高濃度Ｂドープダイヤモンド膜（Ｂドープダイヤモンド層１）の他方の面上に残した部分を電極４とした。

次に、上述の方法で作製した実施例１の紫外線発光素子について、電極３に−４０Ｖを印加すると共に電極４を接地したところ、波長が２４８ｎｍの紫外線発光が観察された。

次に、本発明の実施例２として、前述の実施例１の紫外線発光素子と同様の方法で、図２に示す紫外線発光素子を作製した。その際、高濃度Ｂドープダイヤモンド膜（Ｂドープダイヤモンド層１）を形成した後、引き続きその表面に中間層５として膜厚が０．２μｍのアンドープダイヤモンド膜を積層し、このアンドープダイヤモンド膜上にブラシ状のＣＮＴを成長させた。そして、この方法で作製した実施例２の紫外線発光素子について、前述の実施例１の紫外線発光素子と同様の方法及び条件で紫外線発光輝度を測定したところ、実施例１の紫外線発光素子の２．３倍の発光輝度が得られた。

次に、本発明の実施例３として、前述の実施例１の紫外線発光素子と同様の方法で、前述の第２の実施形態の変形例と同様の構造の紫外線発光素子を作製した。その際、高濃度Ｂドープダイヤモンド膜（Ｂドープダイヤモンド層１）の表面に、蒸着法により絶縁層として膜厚が２０ｎｍのｈ−ＢＮ膜を形成し、このｈ−ＢＮ膜上にブラシ状のＣＮＴを成長させた。そして、この方法で作製した実施例３の紫外線発光素子について、前述の実施例１の紫外線発光素子と同様の方法及び条件で紫外線発光輝度を測定したところ、実施例１の紫外線発光素子の１．８倍の発光輝度が得られた。

本発明の第１の実施形態の紫外線発光素子を示す断面図である。本発明の第２の実施形態の紫外線発光素子を示す断面図である。特許文献１に記載の短波長発光素子を示す断面図である。特許文献５に記載の紫外線発光素子を示す断面図である。

符号の説明

１、１０１；Ｂドープダイヤモンド層
２；ＣＮＴ層
３、４、１０３、１０４、１１３、１１４；電極
５；中間層
１０、２０、１１０；紫外線発光素子
１００；短波長発光素子
１０２；アンドープダイヤモンド層
１１１；ダイヤモンド結晶層
１１２；表面伝導層
１１５ａ、１１５ｂ；クロム膜
１１６ａ、１１６ｂ；金膜

Claims

ホウ素がドープされたホウ素ドープダイヤモンド層と、前記ホウ素ドープダイヤモンド層の一方の面上に形成され長軸が一方向に配向した複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ層と、前記カーボンナノチューブ層及び前記ホウ素ドープダイヤモンド層の他方の面に夫々接触する第１及び第２の電極と、を有することを特徴とする紫外線発光素子。
前記ホウ素ドープダイヤモンド層と前記カーボンナノチューブ層との間に、アンドープダイヤモンド又は前記ホウ素ドープダイヤモンド層よりも低濃度にホウ素がドープされた低ドープダイヤモンドからなる中間層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の紫外線発光素子。
前記中間層の厚さは、０．０５乃至２μｍであることを特徴とする請求項２に記載の紫外線発光素子。
前記ホウ素ドープダイヤモンド層と前記カーボンナノチューブ層との間に、絶縁層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の紫外線発光素子。
前記絶縁層の厚さは、１０ｎｍ乃至０．５μｍであることを特徴とする請求項４に記載の紫外線発光素子。
前記ホウ素ドープダイヤモンド層におけるホウ素のドーピング濃度は、１０^１９／ｃｍ^３以上であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の紫外線発光素子。