JP3835830B2 - 短波長発光素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はダイヤモンドにより形成された短波長発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アンドープのダイヤモンドは電気的絶縁体であり、そのバンドギャップは約５．５ｅＶと比較的大きい。ダイヤモンドを人工的に形成する方法として、ＣＶＤ（気相成長）法によりダイヤモンド薄膜を形成する方法が知られている（特公昭５９−２７７５４号）。
【０００３】
また、ダイヤモンド中にＢ（ボロン）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を形成する方法も知られている（特開昭５９−１３７３９６号）。
【０００４】
更に、単結晶ダイヤモンド基板上にダイヤモンドを気相合成すると単結晶ダイヤモンド薄膜を得ることができることも公知である（ダイヤモンドに関する研究，無機材質研究所研究報告書第３９号，科学技術庁，１９８４，ｐｐ．３９−４３及び特開平２−２３３５９０号）。
【０００５】
更にまた、シリコン基板上にダイヤモンドの（１００）又は（１１１）の結晶面を配向させて成長したダイヤモンド薄膜の形成方法も知られている（M.Rosler, et al. ;2nd International Conference on the Applications of Diamond Films and Related Materials, Ed.M.Yoshikawa, et al., MYU, Tokyo, 1993, pp.691-696.）。
【０００６】
そして、これらの方法により形成されたダイヤモンド膜を使用した発光素子が従来公知である。例えば、半導体ダイヤモンドを使用したＭＳ（金属／半導体ダイヤモンド）型、ＭＩＳ（金属／アンドープ絶縁性ダイヤモンド／半導体ダイヤモンド）型又はＥＬ（エレクトロルミネッセンス）型の発光素子（以下、第１の従来例という）がある。
【０００７】
図１０に、ＭＩＳ型の発光素子を示す（特開平１−１０２８９３号）。この発光素子はｐ型の半導体ダイヤモンド層５１とこの半導体ダイヤモンド層５１上に形成されたアンドープダイヤモンド層５３とにより構成されている。そして、半導体ダイヤモンド層５１の下面側には第１電極５２が形成されており、アンドープダイヤモンド層５３の上には第２電極５４が形成されている。
【０００８】
このように構成された発光素子において、第１電極に正、第２電極に負の電圧を印加すると、電子がアンドープダイヤモンド層５３を介して半導体ダイヤモンド層５１に注入され、ホールと再結合することにより発光する。
【０００９】
また、発光層にダイヤモンド膜を使用し、その形成条件（不純物及び欠陥の種類）を変化させることにより、赤、青又は緑の発光を得る発光素子（以下、第２の従来例という）もある（特開平３−１２２０９３号）。
【００１０】
更に、導電性基板上にｐ型又はｎ型の半導体ダイヤモンドからなる発光層を形成し、更にこの発光層上にアンドープダイヤモンド層及び電極を順次形成した発光素子（以下、第３の従来例という）もある（特開平３−２２２３７６号）。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第１の従来例における発光素子の発光バンド強度のピークは約４５０ｎｍであり、第２の従来例における発光素子の発光バンド強度のピークは約３５０乃至７５０ｎｍである。また、第３の従来例における発光色は緑白色である。このような波長領域では既にＳｉＣ及びＧａＮを使用した高輝度の発光素子が市販されており、ダイヤモンドを使用する優位性はない。
【００１２】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、３００ｎｍ以下の波長の光を発生する短波長発光素子を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る短波長発光素子は、第１ダイヤモンド層と、この第１ダイヤモンド層に積層され前記第１ダイヤモンド層より高抵抗の第２ダイヤモンド層と、前記第１及び第２ダイヤモンド層に夫々接する第１及び第２電極とを有し、前記第１及び第２ダイヤモンド層は、いずれも室温におけるカソードルミネッセンススペクトルにおいて、２３５ｎｍ又は２３８ｎｍの励起子の再結合発光が観測されたダイヤモンドにより構成されており、前記第１及び第２電極間に電圧を印加して得られる発光スペクトルは２３８ｎｍ又は２３５ｎｍの波長に発光強度のピークを有することを特徴とする。
【００１７】
なお、前記ダイヤモンド層は、室温におけるカソードルミネッセンススペクトルにおいて、励起子の再結合発光が観測されるダイヤモンドにより構成されていることが好ましい。
【００１８】
【作用】
ダイヤモンドはバンドギャップが５．５ｅＶであり、他の半導体材料に比して大きいことが特徴であり、再結合発光により、原理的には他の半導体材料では発生することができない３００ｎｍ以下の短波長の発光が可能である。しかし、このようにバンドギャップに近いエネルギを有する発光は発光強度が結晶の品質の高さに依存し、従来のダイヤモンド膜を使用した発光素子においては、ダイヤモンド膜の結晶の品質が低く、結晶内部の格子欠陥密度が高いため、電子が非発光過程によりエネルギを放出してしまい、３００ｎｍ以下の短波長光の発光が得られていない。本発明は、ダイヤモンド層の結晶品質を向上させることにより、電極間に高電圧を印加すると、十分な強度の短波長光が得られることに着目し、これを発光素子に適用したものである。
【００１９】
本発明に係る短波長発光素子においては、例えば、発光層としてｐ型又はｎ型の半導体ダイヤモンドを使用する。以下、Ｂ等のｐ型不純物を導入した半導体ダイヤモンドを第１及び第２ダイヤモンド層として使用した場合について説明する。
【００２０】
先ず、第１電極に正、第２電極に負の順方向の電圧を印加する。この場合に、第２ダイヤモンド層は高抵抗であるため、この第２ダイヤモンド層に強電界を印加することができる。これにより、例えばトンネリング等の機構を経て、電子が第２電極から第１ダイヤモンド層へ注入されて発光する。
【００２１】
前記第１及び第２ダイヤモンド層として、例えばカソードルミネッセンススペクトルにおいて、励起子の再結合発光が観測されるような結晶品質が優れたダイヤモンド層を使用することにより、従来よりも短波長の３００ｎｍ以下に発光強度のピークを有する発光スペクトルが得られる。
【００２２】
請求項２のように、室温におけるカソードルミネッセンススペクトルにおいて、励起子の再結合発光を観測することにより結晶品質の高さを評価することができる。以下に、その理由を説明する。一般的に、結晶中で励起子が再結合発光する場合において、その再結合発光の有無及びその強度は、等温で比較した場合、結晶格子の完全性の高さを反映し、また、その発光のピーク強度は温度が高くなるほど低下する。これは、ダイヤモンド結晶においても同様であり、その励起子の再結合発光はカソードルミネッセンススペクトルにより測定できる。励起子の再結合発光が観測できる場合は、そのダイヤモンド層は結晶性が高く、十分に高品質であるといえる。
【００２３】
カソードルミネッセンスの測定は、例えば、電子顕微鏡に集光ミラー、合成石英製窓、分光器及び光電子増倍管を組み込んだ装置を使用して実施することができる。即ち、電子顕微鏡の電子線を、例えば、加速電圧が５ｋＶ、電流が３×１０-8Ａで照射したときにダイヤモンドが放出する光を分光することにより、発光ピークの有無を確認することができる。なお、発光ピークの波長は、その起源（例えば、自由励起子の再結合を介して発光するか、又は中性アクセプタ束縛励起子の再結合を介して発光するか等）に応じて一定の値となる。
【００２４】
高品質なダイヤモンド層の場合、結晶内部の格子欠陥密度が低く、電子が非発光過程によりエネルギを失うことが少ないため、バンドギャップのエネルギに近い３００ｎｍ以下の短波長の発光が得られる。即ち、第１ダイヤモンド層に注入された電子は伝導帯から荷電子帯へ遷移し、ホールと再結合する。このとき、電子が失うエネルギはバンドギャップとほぼ同一のエネルギであり、波長が約２００ｎｍの光となって放出される。また、電子がバンド端近傍の準位を介して再結合する場合においても、波長が約２００ｎｍの光を放出する。例えば、自由励起子の準位を介して再結合する場合は、波長が２３５ｎｍの光を放出し、Ｂのような不純物に関する中性アクセプタ束縛励起子の準位を介する場合には波長が２３８ｎｍの光を放出する。
【００２５】
なお、ダイヤモンド結晶、気相合成ダイヤモンド膜及び高配向性ダイヤモンド膜を基板とし、この基板上にダイヤモンド層を形成することにより、高品質のダイヤモンド層を得ることができる。特に、高配向性ダイヤモンド上に形成したダイヤモンド層は品質が極めて優れている。高配向性ダイヤモンド膜とは、気相合成によって非ダイヤモンド基板上に形成されたダイヤモンド薄膜において、結晶面方位が規則的に配列したものをいう。また、前記ダイヤモンド層は、Ｓｉ等の非ダイヤモンド基板上に形成した後、前記基板を除去したものであってもよい。
【００２６】
本発明においては、第１ダイヤモンド層が発光層となるため、この第１ダイヤモンド層はＢ等の不純物が導入された半導体ダイヤモンドにより構成されていることが必要である。一方、第２ダイヤモンド層は、アンドープダイヤモンド又は半導体ダイヤモンドのいずれであってもよい。
【００２７】
また、第１ダイヤモンド層の所定の領域上に第２ダイヤモンド層が形成されており、第１ダイヤモンド層の前記所定の領域以外の領域上に第１電極が選択的に形成された構造とすることにより、第１ダイヤモンド層の下面側に電極がないため、発生した光を第１ダイヤモンド層の下面側から効率よく放出させることができる。
【００２８】
更に、ダイヤモンド層中の不純物濃度を厚さ方向に連続的に変化させ、高濃度不純物領域（低抵抗領域）と低濃度不純物領域（高抵抗領域）とを設けても、上述の短波長発光素子と同様に、３００ｎｍ以下の波長領域に発光強度のピークを有する発光を得ることができる。
【００２９】
更にまた、ダイヤモンドの厚さ方向に高濃度不純物領域と低濃度不純物領域とが交互に複数組設けられている場合は、所謂レーザ発光を得ることができる。この場合も、発光スペクトルは３００ｎｍ以下の波長領域に発光強度のピークを有する。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本発明の第１の実施例に係る短波長発光素子を示す断面図である。本実施例に係る短波長発光素子１は、低抵抗のｐ型半導体ダイヤモンドからなる第１ダイヤモンド層３と、この第１ダイヤモンド層３上に形成された高抵抗のダイヤモンドからなる第２ダイヤモンド層４とにより構成されている。そして、第１ダイヤモンド層３の下面側には金属製の第１電極２が形成されており、第２ダイヤモンド層４上の所定領域には第２電極５が形成されている。
【００３１】
なお、第１及び第２ダイヤモンド層は、室温におけるカソードルミネッセンススペクトルにおいて、励起子の再結合発光が観測できる高品質なダイヤモンドにより構成されている。
【００３２】
次に、このように構成された短波長発光素子１の動作について説明する。短波長発光素子１の第１電極２に正、第２電極５に負の電圧を印加する。本実施例においては、第２ダイヤモンド層４が高抵抗ダイヤモンドにより形成されているため、高電界を印加でき、電子を高エネルギに加速することができる。図２にこの場合のエネルギーバンド構造を示す。第２電極６は第２ダイヤモンド層８に接しており、第２電極６のフェルミレベル７は電圧が印加されているために上昇し、その結果、第２ダイヤモンド層８の荷電子帯レベル９及び伝導帯レベル１０は第２電極６側が高くなって傾斜している。
【００３３】
また、第２ダイヤモンド層８は第１ダイヤモンド層１１と接しており、第１ダイヤモンド層１１の荷電子帯レベル１２及び伝導帯レベル１３は夫々荷電子帯レベル９及び伝導帯レベル１０に接続している。
【００３４】
第２電極６中のフェルミレベル７にある電子はトンネリング等の機構を経て第２ダイヤモンド層８を通過して第１ダイヤモンド層１１へ注入される。
【００３５】
この場合に、第１ダイヤモンド層１１は高品質なダイヤモンド膜であるため、電子が非発光過程でエネルギを失うことが殆どない。従って、伝導帯１３の電子は第１ダイヤモンド層の荷電子帯に存在する正孔と再結合し、このとき、バンドギャップにほぼ等しいエネルギの光を放出する。即ち、３００ｎｍ以下の波長の光を放出する。
【００３６】
なお、ダイヤモンド層は、ダイヤモンド結晶、気相合成ダイヤモンド又は高配向性ダイヤモンド基板上に形成することにより、高品質なものを得ることができる。また、ダイヤモンド層をシリコン及び金属等の非ダイヤモンド基板上に形成する場合は、ダイヤモンドの合成条件を最適化し、結晶欠陥及び粒界の密度を低減する必要がある。
【００３７】
また、本発明においては電極材料としては、一般的な導電材料を使用することができるが、特に透明電極が必要な場合は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、ＳｎＯ2 、ＺｎＯ、ＳｎＯ2 −Ｓｂ又はＣｄ2 ＳｎＯ4 等により電極を形成すればよい。第２電極を透明電極とすることにより、この透明電極を介して短波長発光素子１の上方へ光を放出させることができる。
【００３８】
図３（ａ）は本発明の第２の実施例に係る短波長発光素子を示す断面図、図３（ｂ）は横軸にＢ濃度をとり、縦軸に半導体ダイヤモンド層表面からの深さをとって、本実施例に係る短波長発光素子１５のダイヤモンド層中のＢ濃度を示すグラフ図である。ダイヤモンド層１６は例えば、ダイヤモンド基板（図示せず）上に形成されており、Ｂドープされたｐ型半導体である高品質なダイヤモンド膜からなる。このダイヤモンド層１６上の所定領域に第１電極１８及び第２電極１９が形成されている。ダイヤモンド層１６は、図３（ｂ）に示すように、上面側のＢ濃度が低く、下面側でＢ濃度が高くなっている。また、このダイヤモンド層１６は、室温におけるカソードルミネッセンススペクトルにおいて、励起子の再結合発光が観測できる高品質なダイヤモンドにより形成されている。
【００３９】
この短波長発光素子１５において、第１電極１８と第２電極１９との間に所定の電圧を印加する。この場合に、ダイヤモンド層１６の上面側はＢ濃度が低いため高抵抗であり、高電界を印加することができる。このように、第１及び第２電極１８，１９間に高電圧を印加することにより、第２電極１９からダイヤモンド層１６の上面側（高抵抗側）から下面側（低抵抗側）にトンネリング等により電子が注入され、この電子が正孔と再結合することにより、３００ｎｍ以下の波長の光が放出される。
【００４０】
本実施例においては、第１電極１８及び第２電極１９がダイヤモンド層１６の上に形成されているので、短波長発光素子１５の下面側から光が放出される。
【００４１】
なお、ダイヤモンド層１６はダイヤモンド基板上に形成するか又は非ダイヤモンド基板上に形成した後、前記基板から分離して使用してもよい。
【００４２】
図４は（ａ）本発明の第３の実施例に係る短波長発光素子を示す断面図、図４（ｂ）は横軸にＢ濃度をとり、縦軸にダイヤモンド層表面からの深さをとって、本実施例の短波長発光素子２０のダイヤモンド層中のＢ濃度分布を示すグラフ図である。ダイヤモンド層２２は、その厚さ方向でＢ濃度が連続的に変化している。即ち、上面側のＢ濃度が低く、下面側ほどＢ濃度が高くなっている。このダイヤモンド層２２も、室温におけるカソードルミネッセンススペクトルにおいて、励起子の再結合発光が観測できる高品質なダイヤモンドにより構成されている。このダイヤモンド層２２の下面側には第１電極２１が形成されており、上面側には第２電極２４が形成されている。
【００４３】
この短波長発光素子２０においても、第２の実施例と同様に、３００ｎｍ以下の波長領域に発光強度のピークを有する発光スペクトルを得ることができる。
【００４４】
この短波長発光素子２０は、ダイヤモンド層２２の下面側及び上面側に夫々電極２１，２４が設けられているため、光が側方に放出される。
【００４５】
図５（ａ）は本発明の第４の実施例に係る短波長発光素子を示す断面図、図５（ｂ）は横軸にＢ濃度をとり、縦軸にダイヤモンド層１６表面からの深さをとって、Ｂ濃度分布を示すグラフ図である。
【００４６】
この短波長発光素子２５は第２の実施例とほぼ同様の構造であり、ダイヤモンド層１６は室温におけるカソードルミネッセンススペクトルにおいて、励起子の再結合発光が観測される高品質なダイヤモンドにより形成されている。この、ダイヤモンド層１６にはＢが高濃度にドープされたＢドープ領域（高濃度不純物領域）とＢがドープされていないアンドープ領域（低濃度不純物領域）とが交互に設けられている。
【００４７】
この短波長発光素子２５の第１電極１８及び第２電極１９に所定の電圧を印加すると、各アンドープ領域を介してＢドープ層に電子が注入され、電子がホールと再結合し、３００ｎｍ以下の波長の光を発生する。本実施例においては、レーザ発光を得ることができる。また、この場合は発光素子２５の側方に向けて光が出力される。
【００４８】
図６（ａ）は本発明の第５の実施例に係る短波長発光素子を示す断面図、図６（ｂ）は横軸にＢ濃度をとり、縦軸に第２ダイヤモンド層３３表面からの深さをとって、第１及び第２ダイヤモンド層３２，３３中のＢ濃度分布を示すグラフ図である。第１ダイヤモンド層３２は室温におけるカソードルミネッセンススペクトルにおいて、励起子の再結合発光が観測される高品質なダイヤモンドにより形成されている。また、この第１ダイヤモンド層３２には、図６（ｂ）に示すように、高濃度にＢがドープされたＢドープ領域とアンドープ領域とが交互に設けられている。このダイヤモンド層３２上には、同じく、高品質なダイヤモンドからなるアンドープの第２ダイヤモンド層３３が形成されている。また、ダイヤモンド層３２の下面側には第１電極３１が形成されており、ダイヤモンド層３３の上面側の所定領域には第２電極３４が形成されている。
【００４９】
本実施例においても、第４の実施例と同様に、３００ｎｍ以下の短波長領域に発光強度のピークを有するレーザ光を得ることができる。
【００５０】
図７は本発明の第６の実施例に係る短波長発光素子を示す断面図である。この短波長発光素子３８において、Ｂドープされた第１ダイヤモンド層３９は、例えばＳｉ等の非ダイヤモンド基板（図示せず）上に形成した後、非ダイヤモンド基板から分離したダイヤモンド膜である。この第１ダイヤモンド層３９上の中央の所定領域には高抵抗の第２ダイヤモンド層４０がパターン形成されている。この第２ダイヤモンド層４０上には第２電極４１が形成されている。また、第１ダイヤモンド層３９の縁部上には、第１電極４２が形成されている。なお、第１及び第２ダイヤモンド層３９，４０は、いずれも、室温におけるカソードルミネッセンススペクトルにおいて、励起子の再結合発光が観測される高品質なダイヤモンドにより構成されている。
【００５１】
本実施例においても、第１の実施例と同様に、３００ｎｍ以下の波長領域に発光強度のピークを有する光がダイヤモンド層３９の下面側から出力される。
【００５２】
図８は、本発明の第７の実施例に係る短波長発光素子を示す断面図である。第１ダイヤモンド層４５にはＢがドープされており、この第１ダイヤモンド層４５上にはアンドープの第２ダイヤモンド層４６が形成されている。これらのダイヤモンド層４５，４６は、いずれも室温におけるカソードルミネッセンススペクトルにおいて、励起子の再結合発光が観測される高品質なダイヤモンドにより構成されている。そして、第１ダイヤモンド層４５の下面側には第１電極４４が形成されており、第２ダイヤモンド層４６上には第２ダイヤモンド層４６とほぼ同一の大きさで第２電極４７が形成されている。
【００５３】
本実施例においても、第１ダイヤモンド層４５と第１電極４４との接合面に平行な方向に３００ｎｍ以下の波長領域に発光強度のピークを有する光が出力される。
【００５４】
次に、本発明に係る短波長発光素子を実際に製造し、発光スペクトルを調べた結果について説明する。単結晶ダイヤモンド膜を基板として使用し、マイクロ波ＣＶＤ法により、この基板上にｐ型半導体ダイヤモンド層（ｐ層）を形成した。このｐ層の形成条件を下記に示す。
【００５５】
ｐ層形成条件
基板；単結晶ダイヤモンド
反応ガス；ＣＨ4ガス：０．５％，Ｂ2Ｈ6ガス：５ｐｐｍ，Ｈ2ガスの混合ガス基板温度；８００℃
ガス圧力；３５Ｔｏｒｒ
合成時間；１４時間
膜厚；３μｍ
なお、ｐ層の不純物濃度を２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）により測定した。その結果、不純物濃度は１０19ｃｍ-3であった。また、室温におけるカソードルミネッセンススペクトルを調べ、励起子の再結合発光を観測することにより、ｐ層が高品質であることを確認した。
【００５６】
次いで、マイクロ波ＣＶＤ法を使用して、ｐ層上に直径が７００μｍのアンドープダイヤモンド層（ｉ層）を選択的に形成した。このｉ層の形成条件を下記に示す。
【００５７】
ｉ層形成条件
反応ガス；ＣＨ4ガス：０．５％，Ｈ2ガスの混合ガス
基板温度；８００℃
ガス圧力；３５Ｔｏｒｒ
合成時間；２時間
膜厚；０．５μｍ
なお、室温におけるカソードルミネッセンススペクトルを調べ、励起子の再結合発光を観測することにより、ｉ層が高品質であることを確認した。
【００５８】
次に、ｉ層表面をフォトレジスト膜によりマスクをパターン形成した後、Ｂを選択的にイオン注入した。そして、フォトレジスト膜を除去した後、真空中において９００℃で１時間の熱処理を実施した。
【００５９】
その後、フォトリソグラフィー技術によりｉ層上に直径が５００μｍのＡｕ電極を形成し、ｐ層上にＴｉ／Ａｕの２層電極を形成した。
【００６０】
このようにして製造した短波長発光素子において、Ｔｉ／Ａｕ電極に対しＡｕ電極に−８０Ｖの電圧を印加して単結晶ダイヤモンド基板の下から発光スペクトル測定した。この発光スペクトルを図９に示す。図９は横軸に波長をとり、縦軸に発光強度をとったグラフ図である。この図９に示すように、ダイヤモンドのバンド間遷移に対応して波長約２３８ｎｍにピークを有するスペクトルが得られた。
【００６１】
なお、本発明に係る短波長発光素子は、集積化することにより、１次元、２次元又は３次元のアレー又はディスプレイを構成することができる。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、ダイヤモンド層が室温におけるカソードルミネッセンススペクトルにおいて、励起子の再結合発光が観測される高品質のダイヤモンドにより構成されており、電子が非発光過程によりエネルギを失うことが殆どないので、３００ｎｍ以下の波長領域に発光強度のピークを有する短波長の発光が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る短波長発光素子及びその発光方向を示す断面図である。
【図２】本発明におけるバンド構造を示す模式図である。
【図３】本発明の第２の実施例に係る短波長発光素子を示す断面図である。
【図４】本発明の第３の実施例に係る短波長発光素子を示す断面図である。
【図５】本発明の第４の実施例に係る短波長発光素子を示す断面図である。
【図６】本発明の第５の実施例に係る短波長発光素子を示す断面図である。
【図７】本発明の第６の実施例に係る短波長発光素子及びその発光方向を示す断面図である。
【図８】本発明の第５の実施例に係る短波長発光素子及びその発光方向を示す断面図である。
【図９】本発明の第７の実施例に係る短波長発光素子の発光スペクトルを示すグラフ図である。
【図１０】従来の発光素子を示す断面図である。
【符号の説明】
１，１５，２０，２５，３０，３８，４３；短波長発光素子
２，１８，２１，３１，４２，４４，５２；第１電極
３，１１，３２，３９，４５，５１；第１ダイヤモンド層
４，８，２３，３３，４０，４６，５３；第２ダイヤモンド層
５，６，１９，２４，３４，４１，４７，５４；第２電極
７；フェルミレベル
９，１２；荷電子帯レベル
１０，１３；伝導帯レベル
１６，２２；ダイヤモンド層
【産業上の利用分野】
本発明はダイヤモンドにより形成された短波長発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アンドープのダイヤモンドは電気的絶縁体であり、そのバンドギャップは約５．５ｅＶと比較的大きい。ダイヤモンドを人工的に形成する方法として、ＣＶＤ（気相成長）法によりダイヤモンド薄膜を形成する方法が知られている（特公昭５９−２７７５４号）。
【０００３】
また、ダイヤモンド中にＢ（ボロン）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を形成する方法も知られている（特開昭５９−１３７３９６号）。
【０００４】
更に、単結晶ダイヤモンド基板上にダイヤモンドを気相合成すると単結晶ダイヤモンド薄膜を得ることができることも公知である（ダイヤモンドに関する研究，無機材質研究所研究報告書第３９号，科学技術庁，１９８４，ｐｐ．３９−４３及び特開平２−２３３５９０号）。
【０００５】
更にまた、シリコン基板上にダイヤモンドの（１００）又は（１１１）の結晶面を配向させて成長したダイヤモンド薄膜の形成方法も知られている（M.Rosler, et al. ;2nd International Conference on the Applications of Diamond Films and Related Materials, Ed.M.Yoshikawa, et al., MYU, Tokyo, 1993, pp.691-696.）。
【０００６】
そして、これらの方法により形成されたダイヤモンド膜を使用した発光素子が従来公知である。例えば、半導体ダイヤモンドを使用したＭＳ（金属／半導体ダイヤモンド）型、ＭＩＳ（金属／アンドープ絶縁性ダイヤモンド／半導体ダイヤモンド）型又はＥＬ（エレクトロルミネッセンス）型の発光素子（以下、第１の従来例という）がある。
【０００７】
図１０に、ＭＩＳ型の発光素子を示す（特開平１−１０２８９３号）。この発光素子はｐ型の半導体ダイヤモンド層５１とこの半導体ダイヤモンド層５１上に形成されたアンドープダイヤモンド層５３とにより構成されている。そして、半導体ダイヤモンド層５１の下面側には第１電極５２が形成されており、アンドープダイヤモンド層５３の上には第２電極５４が形成されている。
【０００８】
このように構成された発光素子において、第１電極に正、第２電極に負の電圧を印加すると、電子がアンドープダイヤモンド層５３を介して半導体ダイヤモンド層５１に注入され、ホールと再結合することにより発光する。
【０００９】
また、発光層にダイヤモンド膜を使用し、その形成条件（不純物及び欠陥の種類）を変化させることにより、赤、青又は緑の発光を得る発光素子（以下、第２の従来例という）もある（特開平３−１２２０９３号）。
【００１０】
更に、導電性基板上にｐ型又はｎ型の半導体ダイヤモンドからなる発光層を形成し、更にこの発光層上にアンドープダイヤモンド層及び電極を順次形成した発光素子（以下、第３の従来例という）もある（特開平３−２２２３７６号）。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第１の従来例における発光素子の発光バンド強度のピークは約４５０ｎｍであり、第２の従来例における発光素子の発光バンド強度のピークは約３５０乃至７５０ｎｍである。また、第３の従来例における発光色は緑白色である。このような波長領域では既にＳｉＣ及びＧａＮを使用した高輝度の発光素子が市販されており、ダイヤモンドを使用する優位性はない。
【００１２】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、３００ｎｍ以下の波長の光を発生する短波長発光素子を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る短波長発光素子は、第１ダイヤモンド層と、この第１ダイヤモンド層に積層され前記第１ダイヤモンド層より高抵抗の第２ダイヤモンド層と、前記第１及び第２ダイヤモンド層に夫々接する第１及び第２電極とを有し、前記第１及び第２ダイヤモンド層は、いずれも室温におけるカソードルミネッセンススペクトルにおいて、２３５ｎｍ又は２３８ｎｍの励起子の再結合発光が観測されたダイヤモンドにより構成されており、前記第１及び第２電極間に電圧を印加して得られる発光スペクトルは２３８ｎｍ又は２３５ｎｍの波長に発光強度のピークを有することを特徴とする。
【００１７】
なお、前記ダイヤモンド層は、室温におけるカソードルミネッセンススペクトルにおいて、励起子の再結合発光が観測されるダイヤモンドにより構成されていることが好ましい。
【００１８】
【作用】
ダイヤモンドはバンドギャップが５．５ｅＶであり、他の半導体材料に比して大きいことが特徴であり、再結合発光により、原理的には他の半導体材料では発生することができない３００ｎｍ以下の短波長の発光が可能である。しかし、このようにバンドギャップに近いエネルギを有する発光は発光強度が結晶の品質の高さに依存し、従来のダイヤモンド膜を使用した発光素子においては、ダイヤモンド膜の結晶の品質が低く、結晶内部の格子欠陥密度が高いため、電子が非発光過程によりエネルギを放出してしまい、３００ｎｍ以下の短波長光の発光が得られていない。本発明は、ダイヤモンド層の結晶品質を向上させることにより、電極間に高電圧を印加すると、十分な強度の短波長光が得られることに着目し、これを発光素子に適用したものである。
【００１９】
本発明に係る短波長発光素子においては、例えば、発光層としてｐ型又はｎ型の半導体ダイヤモンドを使用する。以下、Ｂ等のｐ型不純物を導入した半導体ダイヤモンドを第１及び第２ダイヤモンド層として使用した場合について説明する。
【００２０】
先ず、第１電極に正、第２電極に負の順方向の電圧を印加する。この場合に、第２ダイヤモンド層は高抵抗であるため、この第２ダイヤモンド層に強電界を印加することができる。これにより、例えばトンネリング等の機構を経て、電子が第２電極から第１ダイヤモンド層へ注入されて発光する。
【００２１】
前記第１及び第２ダイヤモンド層として、例えばカソードルミネッセンススペクトルにおいて、励起子の再結合発光が観測されるような結晶品質が優れたダイヤモンド層を使用することにより、従来よりも短波長の３００ｎｍ以下に発光強度のピークを有する発光スペクトルが得られる。
【００２２】
請求項２のように、室温におけるカソードルミネッセンススペクトルにおいて、励起子の再結合発光を観測することにより結晶品質の高さを評価することができる。以下に、その理由を説明する。一般的に、結晶中で励起子が再結合発光する場合において、その再結合発光の有無及びその強度は、等温で比較した場合、結晶格子の完全性の高さを反映し、また、その発光のピーク強度は温度が高くなるほど低下する。これは、ダイヤモンド結晶においても同様であり、その励起子の再結合発光はカソードルミネッセンススペクトルにより測定できる。励起子の再結合発光が観測できる場合は、そのダイヤモンド層は結晶性が高く、十分に高品質であるといえる。
【００２３】
カソードルミネッセンスの測定は、例えば、電子顕微鏡に集光ミラー、合成石英製窓、分光器及び光電子増倍管を組み込んだ装置を使用して実施することができる。即ち、電子顕微鏡の電子線を、例えば、加速電圧が５ｋＶ、電流が３×１０-8Ａで照射したときにダイヤモンドが放出する光を分光することにより、発光ピークの有無を確認することができる。なお、発光ピークの波長は、その起源（例えば、自由励起子の再結合を介して発光するか、又は中性アクセプタ束縛励起子の再結合を介して発光するか等）に応じて一定の値となる。
【００２４】
高品質なダイヤモンド層の場合、結晶内部の格子欠陥密度が低く、電子が非発光過程によりエネルギを失うことが少ないため、バンドギャップのエネルギに近い３００ｎｍ以下の短波長の発光が得られる。即ち、第１ダイヤモンド層に注入された電子は伝導帯から荷電子帯へ遷移し、ホールと再結合する。このとき、電子が失うエネルギはバンドギャップとほぼ同一のエネルギであり、波長が約２００ｎｍの光となって放出される。また、電子がバンド端近傍の準位を介して再結合する場合においても、波長が約２００ｎｍの光を放出する。例えば、自由励起子の準位を介して再結合する場合は、波長が２３５ｎｍの光を放出し、Ｂのような不純物に関する中性アクセプタ束縛励起子の準位を介する場合には波長が２３８ｎｍの光を放出する。
【００２５】
なお、ダイヤモンド結晶、気相合成ダイヤモンド膜及び高配向性ダイヤモンド膜を基板とし、この基板上にダイヤモンド層を形成することにより、高品質のダイヤモンド層を得ることができる。特に、高配向性ダイヤモンド上に形成したダイヤモンド層は品質が極めて優れている。高配向性ダイヤモンド膜とは、気相合成によって非ダイヤモンド基板上に形成されたダイヤモンド薄膜において、結晶面方位が規則的に配列したものをいう。また、前記ダイヤモンド層は、Ｓｉ等の非ダイヤモンド基板上に形成した後、前記基板を除去したものであってもよい。
【００２６】
本発明においては、第１ダイヤモンド層が発光層となるため、この第１ダイヤモンド層はＢ等の不純物が導入された半導体ダイヤモンドにより構成されていることが必要である。一方、第２ダイヤモンド層は、アンドープダイヤモンド又は半導体ダイヤモンドのいずれであってもよい。
【００２７】
また、第１ダイヤモンド層の所定の領域上に第２ダイヤモンド層が形成されており、第１ダイヤモンド層の前記所定の領域以外の領域上に第１電極が選択的に形成された構造とすることにより、第１ダイヤモンド層の下面側に電極がないため、発生した光を第１ダイヤモンド層の下面側から効率よく放出させることができる。
【００２８】
更に、ダイヤモンド層中の不純物濃度を厚さ方向に連続的に変化させ、高濃度不純物領域（低抵抗領域）と低濃度不純物領域（高抵抗領域）とを設けても、上述の短波長発光素子と同様に、３００ｎｍ以下の波長領域に発光強度のピークを有する発光を得ることができる。
【００２９】
更にまた、ダイヤモンドの厚さ方向に高濃度不純物領域と低濃度不純物領域とが交互に複数組設けられている場合は、所謂レーザ発光を得ることができる。この場合も、発光スペクトルは３００ｎｍ以下の波長領域に発光強度のピークを有する。
【００３０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本発明の第１の実施例に係る短波長発光素子を示す断面図である。本実施例に係る短波長発光素子１は、低抵抗のｐ型半導体ダイヤモンドからなる第１ダイヤモンド層３と、この第１ダイヤモンド層３上に形成された高抵抗のダイヤモンドからなる第２ダイヤモンド層４とにより構成されている。そして、第１ダイヤモンド層３の下面側には金属製の第１電極２が形成されており、第２ダイヤモンド層４上の所定領域には第２電極５が形成されている。
【００３１】
なお、第１及び第２ダイヤモンド層は、室温におけるカソードルミネッセンススペクトルにおいて、励起子の再結合発光が観測できる高品質なダイヤモンドにより構成されている。
【００３２】
次に、このように構成された短波長発光素子１の動作について説明する。短波長発光素子１の第１電極２に正、第２電極５に負の電圧を印加する。本実施例においては、第２ダイヤモンド層４が高抵抗ダイヤモンドにより形成されているため、高電界を印加でき、電子を高エネルギに加速することができる。図２にこの場合のエネルギーバンド構造を示す。第２電極６は第２ダイヤモンド層８に接しており、第２電極６のフェルミレベル７は電圧が印加されているために上昇し、その結果、第２ダイヤモンド層８の荷電子帯レベル９及び伝導帯レベル１０は第２電極６側が高くなって傾斜している。
【００３３】
また、第２ダイヤモンド層８は第１ダイヤモンド層１１と接しており、第１ダイヤモンド層１１の荷電子帯レベル１２及び伝導帯レベル１３は夫々荷電子帯レベル９及び伝導帯レベル１０に接続している。
【００３４】
第２電極６中のフェルミレベル７にある電子はトンネリング等の機構を経て第２ダイヤモンド層８を通過して第１ダイヤモンド層１１へ注入される。
【００３５】
この場合に、第１ダイヤモンド層１１は高品質なダイヤモンド膜であるため、電子が非発光過程でエネルギを失うことが殆どない。従って、伝導帯１３の電子は第１ダイヤモンド層の荷電子帯に存在する正孔と再結合し、このとき、バンドギャップにほぼ等しいエネルギの光を放出する。即ち、３００ｎｍ以下の波長の光を放出する。
【００３６】
なお、ダイヤモンド層は、ダイヤモンド結晶、気相合成ダイヤモンド又は高配向性ダイヤモンド基板上に形成することにより、高品質なものを得ることができる。また、ダイヤモンド層をシリコン及び金属等の非ダイヤモンド基板上に形成する場合は、ダイヤモンドの合成条件を最適化し、結晶欠陥及び粒界の密度を低減する必要がある。
【００３７】
また、本発明においては電極材料としては、一般的な導電材料を使用することができるが、特に透明電極が必要な場合は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、ＳｎＯ2 、ＺｎＯ、ＳｎＯ2 −Ｓｂ又はＣｄ2 ＳｎＯ4 等により電極を形成すればよい。第２電極を透明電極とすることにより、この透明電極を介して短波長発光素子１の上方へ光を放出させることができる。
【００３８】
図３（ａ）は本発明の第２の実施例に係る短波長発光素子を示す断面図、図３（ｂ）は横軸にＢ濃度をとり、縦軸に半導体ダイヤモンド層表面からの深さをとって、本実施例に係る短波長発光素子１５のダイヤモンド層中のＢ濃度を示すグラフ図である。ダイヤモンド層１６は例えば、ダイヤモンド基板（図示せず）上に形成されており、Ｂドープされたｐ型半導体である高品質なダイヤモンド膜からなる。このダイヤモンド層１６上の所定領域に第１電極１８及び第２電極１９が形成されている。ダイヤモンド層１６は、図３（ｂ）に示すように、上面側のＢ濃度が低く、下面側でＢ濃度が高くなっている。また、このダイヤモンド層１６は、室温におけるカソードルミネッセンススペクトルにおいて、励起子の再結合発光が観測できる高品質なダイヤモンドにより形成されている。
【００３９】
この短波長発光素子１５において、第１電極１８と第２電極１９との間に所定の電圧を印加する。この場合に、ダイヤモンド層１６の上面側はＢ濃度が低いため高抵抗であり、高電界を印加することができる。このように、第１及び第２電極１８，１９間に高電圧を印加することにより、第２電極１９からダイヤモンド層１６の上面側（高抵抗側）から下面側（低抵抗側）にトンネリング等により電子が注入され、この電子が正孔と再結合することにより、３００ｎｍ以下の波長の光が放出される。
【００４０】
本実施例においては、第１電極１８及び第２電極１９がダイヤモンド層１６の上に形成されているので、短波長発光素子１５の下面側から光が放出される。
【００４１】
なお、ダイヤモンド層１６はダイヤモンド基板上に形成するか又は非ダイヤモンド基板上に形成した後、前記基板から分離して使用してもよい。
【００４２】
図４は（ａ）本発明の第３の実施例に係る短波長発光素子を示す断面図、図４（ｂ）は横軸にＢ濃度をとり、縦軸にダイヤモンド層表面からの深さをとって、本実施例の短波長発光素子２０のダイヤモンド層中のＢ濃度分布を示すグラフ図である。ダイヤモンド層２２は、その厚さ方向でＢ濃度が連続的に変化している。即ち、上面側のＢ濃度が低く、下面側ほどＢ濃度が高くなっている。このダイヤモンド層２２も、室温におけるカソードルミネッセンススペクトルにおいて、励起子の再結合発光が観測できる高品質なダイヤモンドにより構成されている。このダイヤモンド層２２の下面側には第１電極２１が形成されており、上面側には第２電極２４が形成されている。
【００４３】
この短波長発光素子２０においても、第２の実施例と同様に、３００ｎｍ以下の波長領域に発光強度のピークを有する発光スペクトルを得ることができる。
【００４４】
この短波長発光素子２０は、ダイヤモンド層２２の下面側及び上面側に夫々電極２１，２４が設けられているため、光が側方に放出される。
【００４５】
図５（ａ）は本発明の第４の実施例に係る短波長発光素子を示す断面図、図５（ｂ）は横軸にＢ濃度をとり、縦軸にダイヤモンド層１６表面からの深さをとって、Ｂ濃度分布を示すグラフ図である。
【００４６】
この短波長発光素子２５は第２の実施例とほぼ同様の構造であり、ダイヤモンド層１６は室温におけるカソードルミネッセンススペクトルにおいて、励起子の再結合発光が観測される高品質なダイヤモンドにより形成されている。この、ダイヤモンド層１６にはＢが高濃度にドープされたＢドープ領域（高濃度不純物領域）とＢがドープされていないアンドープ領域（低濃度不純物領域）とが交互に設けられている。
【００４７】
この短波長発光素子２５の第１電極１８及び第２電極１９に所定の電圧を印加すると、各アンドープ領域を介してＢドープ層に電子が注入され、電子がホールと再結合し、３００ｎｍ以下の波長の光を発生する。本実施例においては、レーザ発光を得ることができる。また、この場合は発光素子２５の側方に向けて光が出力される。
【００４８】
図６（ａ）は本発明の第５の実施例に係る短波長発光素子を示す断面図、図６（ｂ）は横軸にＢ濃度をとり、縦軸に第２ダイヤモンド層３３表面からの深さをとって、第１及び第２ダイヤモンド層３２，３３中のＢ濃度分布を示すグラフ図である。第１ダイヤモンド層３２は室温におけるカソードルミネッセンススペクトルにおいて、励起子の再結合発光が観測される高品質なダイヤモンドにより形成されている。また、この第１ダイヤモンド層３２には、図６（ｂ）に示すように、高濃度にＢがドープされたＢドープ領域とアンドープ領域とが交互に設けられている。このダイヤモンド層３２上には、同じく、高品質なダイヤモンドからなるアンドープの第２ダイヤモンド層３３が形成されている。また、ダイヤモンド層３２の下面側には第１電極３１が形成されており、ダイヤモンド層３３の上面側の所定領域には第２電極３４が形成されている。
【００４９】
本実施例においても、第４の実施例と同様に、３００ｎｍ以下の短波長領域に発光強度のピークを有するレーザ光を得ることができる。
【００５０】
図７は本発明の第６の実施例に係る短波長発光素子を示す断面図である。この短波長発光素子３８において、Ｂドープされた第１ダイヤモンド層３９は、例えばＳｉ等の非ダイヤモンド基板（図示せず）上に形成した後、非ダイヤモンド基板から分離したダイヤモンド膜である。この第１ダイヤモンド層３９上の中央の所定領域には高抵抗の第２ダイヤモンド層４０がパターン形成されている。この第２ダイヤモンド層４０上には第２電極４１が形成されている。また、第１ダイヤモンド層３９の縁部上には、第１電極４２が形成されている。なお、第１及び第２ダイヤモンド層３９，４０は、いずれも、室温におけるカソードルミネッセンススペクトルにおいて、励起子の再結合発光が観測される高品質なダイヤモンドにより構成されている。
【００５１】
本実施例においても、第１の実施例と同様に、３００ｎｍ以下の波長領域に発光強度のピークを有する光がダイヤモンド層３９の下面側から出力される。
【００５２】
図８は、本発明の第７の実施例に係る短波長発光素子を示す断面図である。第１ダイヤモンド層４５にはＢがドープされており、この第１ダイヤモンド層４５上にはアンドープの第２ダイヤモンド層４６が形成されている。これらのダイヤモンド層４５，４６は、いずれも室温におけるカソードルミネッセンススペクトルにおいて、励起子の再結合発光が観測される高品質なダイヤモンドにより構成されている。そして、第１ダイヤモンド層４５の下面側には第１電極４４が形成されており、第２ダイヤモンド層４６上には第２ダイヤモンド層４６とほぼ同一の大きさで第２電極４７が形成されている。
【００５３】
本実施例においても、第１ダイヤモンド層４５と第１電極４４との接合面に平行な方向に３００ｎｍ以下の波長領域に発光強度のピークを有する光が出力される。
【００５４】
次に、本発明に係る短波長発光素子を実際に製造し、発光スペクトルを調べた結果について説明する。単結晶ダイヤモンド膜を基板として使用し、マイクロ波ＣＶＤ法により、この基板上にｐ型半導体ダイヤモンド層（ｐ層）を形成した。このｐ層の形成条件を下記に示す。
【００５５】
ｐ層形成条件
基板；単結晶ダイヤモンド
反応ガス；ＣＨ4ガス：０．５％，Ｂ2Ｈ6ガス：５ｐｐｍ，Ｈ2ガスの混合ガス基板温度；８００℃
ガス圧力；３５Ｔｏｒｒ
合成時間；１４時間
膜厚；３μｍ
なお、ｐ層の不純物濃度を２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）により測定した。その結果、不純物濃度は１０19ｃｍ-3であった。また、室温におけるカソードルミネッセンススペクトルを調べ、励起子の再結合発光を観測することにより、ｐ層が高品質であることを確認した。
【００５６】
次いで、マイクロ波ＣＶＤ法を使用して、ｐ層上に直径が７００μｍのアンドープダイヤモンド層（ｉ層）を選択的に形成した。このｉ層の形成条件を下記に示す。
【００５７】
ｉ層形成条件
反応ガス；ＣＨ4ガス：０．５％，Ｈ2ガスの混合ガス
基板温度；８００℃
ガス圧力；３５Ｔｏｒｒ
合成時間；２時間
膜厚；０．５μｍ
なお、室温におけるカソードルミネッセンススペクトルを調べ、励起子の再結合発光を観測することにより、ｉ層が高品質であることを確認した。
【００５８】
次に、ｉ層表面をフォトレジスト膜によりマスクをパターン形成した後、Ｂを選択的にイオン注入した。そして、フォトレジスト膜を除去した後、真空中において９００℃で１時間の熱処理を実施した。
【００５９】
その後、フォトリソグラフィー技術によりｉ層上に直径が５００μｍのＡｕ電極を形成し、ｐ層上にＴｉ／Ａｕの２層電極を形成した。
【００６０】
このようにして製造した短波長発光素子において、Ｔｉ／Ａｕ電極に対しＡｕ電極に−８０Ｖの電圧を印加して単結晶ダイヤモンド基板の下から発光スペクトル測定した。この発光スペクトルを図９に示す。図９は横軸に波長をとり、縦軸に発光強度をとったグラフ図である。この図９に示すように、ダイヤモンドのバンド間遷移に対応して波長約２３８ｎｍにピークを有するスペクトルが得られた。
【００６１】
なお、本発明に係る短波長発光素子は、集積化することにより、１次元、２次元又は３次元のアレー又はディスプレイを構成することができる。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、ダイヤモンド層が室温におけるカソードルミネッセンススペクトルにおいて、励起子の再結合発光が観測される高品質のダイヤモンドにより構成されており、電子が非発光過程によりエネルギを失うことが殆どないので、３００ｎｍ以下の波長領域に発光強度のピークを有する短波長の発光が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る短波長発光素子及びその発光方向を示す断面図である。
【図２】本発明におけるバンド構造を示す模式図である。
【図３】本発明の第２の実施例に係る短波長発光素子を示す断面図である。
【図４】本発明の第３の実施例に係る短波長発光素子を示す断面図である。
【図５】本発明の第４の実施例に係る短波長発光素子を示す断面図である。
【図６】本発明の第５の実施例に係る短波長発光素子を示す断面図である。
【図７】本発明の第６の実施例に係る短波長発光素子及びその発光方向を示す断面図である。
【図８】本発明の第５の実施例に係る短波長発光素子及びその発光方向を示す断面図である。
【図９】本発明の第７の実施例に係る短波長発光素子の発光スペクトルを示すグラフ図である。
【図１０】従来の発光素子を示す断面図である。
【符号の説明】
１，１５，２０，２５，３０，３８，４３；短波長発光素子
２，１８，２１，３１，４２，４４，５２；第１電極
３，１１，３２，３９，４５，５１；第１ダイヤモンド層
４，８，２３，３３，４０，４６，５３；第２ダイヤモンド層
５，６，１９，２４，３４，４１，４７，５４；第２電極
７；フェルミレベル
９，１２；荷電子帯レベル
１０，１３；伝導帯レベル
１６，２２；ダイヤモンド層
Claims (6)
- 第１ダイヤモンド層と、この第１ダイヤモンド層に積層され前記第１ダイヤモンド層より高抵抗の第２ダイヤモンド層と、前記第１及び第２ダイヤモンド層に夫々接する第１及び第２電極とを有し、前記第１及び第２ダイヤモンド層は、いずれも室温におけるカソードルミネッセンススペクトルにおいて、２３５ｎｍ又は２３８ｎｍの励起子の再結合発光が観測されたダイヤモンドにより構成されており、前記第１及び第２電極間に電圧を印加して得られる発光スペクトルは２３８ｎｍ又は２３５ｎｍの波長に発光強度のピークを有することを特徴とする短波長発光素子。
- 前記第１ダイヤモンド層は半導体ダイヤモンドにより構成され、前記第２ダイヤモンド層はアンドープダイヤモンドにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載の短波長発光素子。
- 前記第１及び第２ダイヤモンド層はいずれも半導体ダイヤモンドにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載の短波長発光素子。
- 前記第１及び第２ダイヤモンド層のいずれか一方は、ダイヤモンド結晶、気相合成ダイヤモンド膜及び高配向性ダイヤモンド膜からなる群から選択された部材上に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の短波長発光素子。
- 前記第１及び第２ダイヤモンド層は、非ダイヤモンド基板上に積層して形成され、前記非ダイヤモンド基板から分離されたものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の短波長発光素子。
- 前記第２ダイヤモンド層は前記第１ダイヤモンド層の所定の領域上に積層され、前記第１電極は前記第１ダイヤモンド層の前記所定の領域以外の領域上に選択的に形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の短波長発光素子。
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