JP4592439B2

JP4592439B2 - ダイヤモンド紫外線発光素子

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Publication number: JP4592439B2
Application number: JP2005036635A
Authority: JP
Inventors: 宏司小橋; 嘉宏横田; 信之川上; 武史橘; 和志林
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2005-02-14
Filing date: 2005-02-14
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2025-02-14
Also published as: JP2006222391A

Description

本発明は、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、バンドギャップが約５．４ｅＶと広く、短波長領域での発光が可能である。このような理由から、近時、ダイヤモンドを発光材料とした発光素子の開発が進められている（例えば、特許文献１乃至３参照）。

図８は特許文献１に記載のダイヤモンド発光素子の構造を示す断面図である。図８に示すように、特許文献１に記載のダイヤモンド発光素子１００は、金属電極１０１上に導電性基板１０２が配置されており、これらはオーミック接合されている。また、導電性基板１０２上には、ホウ素（Ｂ）ドープダイヤモンド層１０３及びアンドープダイヤモンド層１０４がこの順に積層されており、アンドープダイヤモンド層１０４上には金属電極１０５が形成されている。そして、金属電極１０１及び１０５に外部電源１０６を接続し、この外部電源１０６により金属電極１０１と金属電極１０５との間に電圧を印加することにより、Ｂドープダイヤモンド層１０３のホールと金属電極１０５の電子とがアンドープダイヤモンド層１０４の欠陥準位を介して結合し、発光する。このような構成のダイヤモンド発光素子１００では、４００乃至５００ｎｍを中心とする可視光の発光が得られる。

また、特許文献２には、結晶粒が配向したダイヤモンド膜を使用した発光素子が提案されている。図９は特許文献２に記載のダイヤモンド発光素子の構造を示す断面図である。図９に示すように、特許文献２に記載のダイヤモンド発光素子１１０は、基板１１１上に絶縁性ダイヤモンド層としてアンドープダイヤモンド層１１２が形成されており、このアンドープダイヤモンド層１１２上に更に半導体ダイヤモンド層としてＢドープダイヤモンド層１１３が形成されている。また、このＢドープダイヤモンド層１１３の表面には、低抵抗ダイヤモンド層としてＢドープダイヤモンド層１１３よりも高濃度にＢがドープされた高濃度Ｂドープダイヤモンド層１１４が円環状に形成されており、この高濃度Ｂドープダイヤモンド層１１４上には、円環状の金属電極１１５が形成されている。更に、Ｂドープダイヤモンド層１１３の表面における高濃度Ｂドープダイヤモンド層１１４により囲まれた領域上には、絶縁性ダイヤモンド層としてアンドープダイヤモンド層１１６が円形状に形成されており、このアンドープダイヤモンド層１１６上に円形の金属電極１１７が形成されている。そして、この金属電極１１７と金属電極１１５との間に外部電極１１８が接続されている。

図１０は特許文献３に記載のダイヤモンド半導体発光素子の構造を示す断面図である。図１０に示すように、特許文献３に記載の発光素子１２０は、導電性基板１２１上にＢドープダイヤモンド層１２２とアンドープダイヤモンド層１２３とがこの順に積層されている。また、アンドープダイヤモンド層１２３上には金属電極１２４が形成されており、導電性基板１２１の表面におけるＢドープダイヤモンド層１２２が形成されていない領域上には金属電極１２５が形成されている。この発光素子１２０では、緑白色の発光が生じる。

特開平７−２８３４３４号公報特許３１５０４８８号公報特許２７９８４２２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。特許文献１乃至３に記載の従来の発光素子の発光領域は、主に可視光領域であり、また電力損失が大きいため、紫外線の発光輝度が低いという問題点がある。このように、従来の発光素子は紫外線発光素子としては実用に適さない。その一方で、紫外線を発光する固体素子に対する工業的ニーズは強く、実用的な輝度で紫外線を発光するダイヤモンド発光素子が求められている。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、高輝度で紫外線を発光するダイヤモンド紫外線発光素子を提供することを目的とする。

本発明に係るダイヤモンド紫外線発光素子は、ホウ素がドープされたホウ素ドープダイヤモンド層と、このホウ素ドープダイヤモンド層上に形成され前記ホウ素ドープダイヤモンド層から遠ざかるに従いホウ素濃度が減少する傾斜ホウ素ドープダイヤモンド層と、この傾斜ホウ素ドープダイヤモンド層上に形成された絶縁性の六方晶窒化ホウ素層と、前記ホウ素ドープダイヤモンド層、前記傾斜ホウ素ドープダイヤモンド層及び前記六方晶窒化ホウ素層の積層体に給電する手段と、を有することを特徴とする。

本発明においては、給電手段とホウ素ドープダイヤモンド層との間に設けられる絶縁層を、ホウ素ドープダイヤモンドよりもバンドギャップが大きい六方晶窒化ホウ素により形成しているため、絶縁層をホウ素ドープダイヤモンドとバンドギャップが同一のアンドープダイヤモンドにより形成している従来の発光素子に比べて、発光に寄与しない正孔が給電手段に到達し難くなる。これにより、正孔電流による電力損失が低減されると共に、ホウ素ドープダイヤモンド層に高電圧を印加して、発光に寄与する電子を増加させることができるため、紫外線発光輝度を向上させることができる。

前記給電手段は、前記六方晶窒化ホウ素層上に形成された電極を有していてもよい。また、前記給電手段は、導電性基板を有していてもよく、その場合、前記ホウ素ドープダイヤモンド層を前記導電性基板上に形成することができる。

このダイヤモンド紫外線発光素子において、前記傾斜ホウ素ドープダイヤモンド層の厚さは、０．０１乃至５μｍとすることが好ましい。これにより、六方晶窒化ホウ素層を形成する際に、ホウ素ドープダイヤモンド層上に存在又は残留しているホウ素原子が六方晶窒化ホウ素層に混入して六方晶窒化ホウ素層が導電性となることを防止できる。

また、前記ホウ素ドープダイヤモンド層の厚さは、例えば０．１乃至１００μｍであり、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、例えば１０^１９／ｃｍ^３以上である。更に、前記六方晶窒化ホウ素層の厚さは、例えば０．０１乃至５μｍである。これにより、紫外線発光輝度をより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と給電手段との間に設けられる絶縁層を、ダイヤモンドよりもバンドギャップが大きい六方晶窒化ホウ素により形成しているため、給電手段への正孔の移動を抑制して、正孔電流による電力損失を低減することができると共に、印加電界を増大することにより電子注入量を増加させて、紫外線発光輝度を向上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。先ず、本発明の第１の参考例に係る紫外線発光素子について説明する。図１は本参考例の紫外線発光素子の構造を示す断面図である。図１に示すように、本参考例の紫外線発光素子１０は、抵抗値が例えば１×１０^−２Ω・ｃｍ以下である低抵抗導電性基板１上に、紫外線発生層であるＢドープダイヤモンド層２が形成されており、このＢドープダイヤモンド層２上には絶縁層として六方晶窒化ホウ素層３が形成されている。そして、この六方晶窒化ホウ素層３上に、Ａｌ（アルミニウム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）、Ｐｔ（白金）及びＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウム錫）等からなる電極４が形成されている。この紫外線発光素子１０においては、低抵抗導電性基板１及び電極４が給電手段となる。

本参考例の紫外線発光素子１０においては、Ｂドープダイヤモンド層２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ドープダイヤモンド層２のＢドーピング濃度が１０^１９／ｃｍ^３未満の場合、紫外線発光が発生しないか、又は、発生しても強度が小さくなることがある。また、Ｂドープダイヤモンド層２の厚さに関しては原理的な制限はないが、その厚さが０．１μｍ未満の場合、紫外線発光輝度が小さくなることがあり、その厚さが１００μｍを超えると、発熱による電力損失が顕著になることがある。このため、Ｂドープダイヤモンド層２の厚さは０．１乃至１００μｍであることが望ましい。このようなＢドープダイヤモンド層２は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）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、本参考例の紫外線発光素子１０における六方晶窒化ホウ素層３の厚さは、０．０１乃至５μｍとすることが好ましい。後述するように、ホウ素ドープダイヤモンド層２と電極４との間に設けられる絶縁層を、ダイヤモンドよりもバンドギャップが大きい六方晶窒化ホウ素により形成することによって、電極４への正孔の移動を抑制することができるが、この六方晶窒化ホウ素層３の厚さが０．０１μｍ未満になると、正孔が電極に到達しないようにバリアする効果が低減することがある。一方、六方晶窒化ホウ素層３の厚さが５μｍを超えると抵抗値が高くなりすぎて、発光が生じなくなることがある。このような六方晶窒化ホウ素層３は、例えばプラズマＣＶＤ法、イオンプレーティング法、反応性スパッタ法及びレーザアブレーション法等の各種蒸着法により形成することができる。

次に、本参考例の紫外線発光素子１０の動作について説明する。図２は参考例の紫外線発光素子１０における発光機構を模式的に示す図である。図２に示すように、本参考例の紫外線発光素子１０においては、外部電源（図示せず）により、電極４に負の電圧が印加されると共に、導電性基板１に正の電圧が印加される。これにより、電極４で電子５が生成し、この電子５が六方晶窒化ホウ素層３を通過して、Ｂドープダイヤモンド層２の伝導帯に注入される。一方、導電性基板１では正孔６が生成し、多量の正孔６がＢドープダイヤモンド層２へ注入される。そして、この正孔６と伝導帯に注入された電子５とが再結合し、紫外線７が発生する。

本参考例の紫外線発光素子１０においては、Ｂドープダイヤモンド層２と電極４との間に、絶縁層として六方晶窒化ホウ素層３を形成している。六方晶窒化ホウ素は、バンドギャップが約６ｅＶであり、ダイヤモンドのバンドギャップ（約５．５ｅＶ）よりも大きいため、正孔６が電極４に到達するためには、六方晶窒化ホウ素層３のポテンシャル・バリアを超えなければならない。このため、正孔６が電極４に到達し難くなり、発光に寄与する正孔６が増加して、発光効率が向上する。また、正孔６により生じる電流が小さくなるため、従来の発光素子よりも高電界を印加することができる。これにより、六方晶窒化ホウ素層３のポテンシャル・バリアを超えて、即ち、六方晶窒化ホウ素層３を通過する電子５の数を増加させることができる。その結果、従来のダイヤモンド発光素子に比べて、発光に寄与する電子５及び正孔６の数を増加することができるため、紫外線発光輝度を向上させることができる。更にまた、六方晶窒化ホウ素は、ダイヤモンドに対して熱力学的に安定であるため、Ｂドープダイヤモンド層２上に容易に絶縁層である六方晶窒化ホウ素積層３を形成することができる。

一方、従来のダイヤモンド発光素子のように、電極とＢドープダイヤモンド層との間の絶縁層を、Ｂドープダイヤモンド層とバンドギャップが略同等のアンドープダイヤモンドにより形成すると、導電性基板で生成した正孔が、容易にアンドープダイヤモンド層を通過し、その大部分が発光に寄与せずに電極に到達するため、発光効率が低下する。また、正孔電流が増加するため、Ｂドープダイヤモンド層で発熱が生じ、素子が加熱される。

次に、本発明の第２の参考例に係る紫外線発光素子について説明する。図３は本参考例の紫外線発光素子の構造を示す断面図である。なお、図３においては、図１に示す紫外線発光素子の構成要素と同じものには同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。図３に示すように、本参考例の紫外線発光素子２０は、低抵抗導電性基板１上に、紫外線発生層であるＢドープダイヤモンド層２が形成されており、このＢドープダイヤモンド層２上にはアンドープダイヤモンド層２１が形成されている。そして、このアンドープダイヤモンド層２１上に、絶縁層として六方晶窒化ホウ素層３が形成されており、この六方晶窒化ホウ素層３上に電極４が形成されている。この紫外線発光素子２０においても、前述の第１の参考例の紫外線発光素子１０と同様に、低抵抗導電性基板１及び電極４が給電手段となる。

前述の第１の参考例の紫外線発光素子１０のように、Ｂドープダイヤモンド層２上に直接六方晶窒化ホウ素層３を形成すると、Ｂドープダイヤモンド層２と六方晶窒化ホウ素層３との界面に生じる界面準位が、六方晶窒化ホウ素層３の電気的絶縁性を劣化させる虞がある。そこで、本参考例の紫外線発光素子２０においては、Ｂドープダイヤモンド層２と六方晶窒化ホウ素層３との間に、アンドープダイヤモンド層２１を形成している。これにより、Ｂ原子の六方晶窒化ホウ素層３への混入を防止することができるため、六方晶窒化ホウ素層３の絶縁性を確保することができる。このアンドープダイヤモンド層２１の厚さは、０．０１乃至５μｍであることが望ましい。アンドープダイヤモンド層２１の厚さが０．０１μｍ未満の場合、正孔が電極４に到達しないようにバリアする効果が低減することがあり、また、ダイヤモンド層２１の厚さが５μｍを超えると、抵抗値が高くなりすぎて、紫外線発光が生じないことがある。

このアンドープダイヤモンド層２１は、Ｂドープダイヤモンド層２と同様に、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。

次に、本参考例の紫外線発光素子２０の動作について説明する。図４は本参考例の紫外線発光素子２０における発光機構を模式的に示す図である。図４に示すように、本参考例の紫外線発光素子２０においては、外部電源（図示せず）により、電極４に負の電圧が印加されると共に、導電性基板１に正の電圧が印加される。これにより、電極４で電子５が生成し、この電子５が六方晶窒化ホウ素層３及びアンドープダイヤモンド層２１を通過して、Ｂドープダイヤモンド層２の伝導帯に注入される。一方、導電性基板１では正孔６が生成し、多量の正孔６がＢドープダイヤモンド層２へ注入される。そして、この正孔６と伝導帯に注入された電子５とが再結合し、紫外線７が発生する。

本参考例の紫外線発光素子２０においては、Ｂドープダイヤモンド層２と電極４との間に形成される絶縁層を、ダイヤモンドよりもバンドギャップが大きい六方晶窒化ホウ素により形成しているため、発光に寄与しない正孔６が電極４に到達し難くなり、電力損失を抑制することができる。また、正孔６により生じる電流が小さくなるため、高電界を印加して、六方晶窒化ホウ素層３を通過する電子５の数を増加させることができる。その結果、従来のダイヤモンド発光素子に比べて、発光に寄与する電子５の数が増加するため、紫外線発光輝度を向上させることができる。また、Ｂドープダイヤモンド層２と六方晶窒化ホウ素層３との間に、アンドープダイヤモンド層２１を形成しているため、界面準位の影響を抑制でき、六方晶窒化ホウ素層３の絶縁性を確保することができる。

次に、本発明の実施形態に係る紫外線発光素子について説明する。図５は本実施形態の紫外線発光素子の構造を示す断面図である。なお、図５においては、図３に示す紫外線発光素子２０の構成要素と同じものには同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。図５に示すように、本実施形態の紫外線発光素子３０においては、Ｂドープダイヤモンド層２と六方晶窒化ホウ素層３との間に、Ｂドープダイヤモンド層２から遠ざかるに従い、即ち、六方晶窒化ホウ素層３に近付くに従い、その厚さ方向にＢドーピング濃度が減少する傾斜Ｂドープダイヤモンド層３１が形成されている。この傾斜ホウ素ドープダイヤモンド層３１におけるＢドーピング濃度の最大値、即ち、Ｂドープダイヤモンド層２と接触する面におけるＢドーピング濃度の最大値は、Ｂドープダイヤモンド層２のＢドーピング濃度と同じである。そして、傾斜ホウ素ドープダイヤモンド層３１の六方晶窒化ホウ素層３と接触する面は、Ｂドープダイヤモンド層２よりもＢドーピング濃度が低いか又はＢがドーピングされていない。これにより、本実施形態の紫外線発光素子３０は、前述の第２の参考例の紫外線発光素子２０と同様に、界面準位の影響を抑制することができ、六方晶窒化ホウ素層３の絶縁性を確保することができる。

また、傾斜Ｂドープダイヤモンド層３１の厚さは、前述の第２の参考例の紫外線発光素子２０におけるアンドープダイヤモンド層２１と同様に、０．０１乃至５μｍであることが望ましい。傾斜Ｂドープダイヤモンド層３１の厚さが０．０１μｍ未満の場合、正孔が電極に到達しないようにバリアする効果が低減することがあり、また、傾斜Ｂドープダイヤモンド層３１の厚さが５μｍを超えると、抵抗値が高くなりすぎて、紫外線発光が生じないことがある。更に、傾斜Ｂドープダイヤモンド層３１も、Ｂドープダイヤモンド層２と同様に、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。なお、本実施形態の紫外線発光素子３０における上記以外の構成は前述の第２の参考例の紫外線発光素子２０と同様である。

次に、本実施形態の紫外線発光素子３０の動作について説明する。図６は本実施形態の紫外線発光素子３０における発光機構を模式的に示す図である。図６に示すように、本実施形態の紫外線発光素子３０においては、外部電源（図示せず）により、電極４に負の電圧が印加されると共に、導電性基板１に正の電圧が印加される。これにより、電極４で電子５が生成し、この電子５が六方晶窒化ホウ素層３及び傾斜Ｂドープダイヤモンド層３１を通過して、Ｂドープダイヤモンド層２の伝導帯に注入される。一方、導電性基板１では正孔６が生成し、多量の正孔６がＢドープダイヤモンド層２へ注入される。そして、この正孔６と伝導帯に注入された電子５とが再結合し、紫外線７が発生する。

本実施形態の紫外線発光素子３０においては、Ｂドープダイヤモンド層２と六方晶窒化ホウ素層３との間に傾斜Ｂドープダイヤモンド層３１を形成しているため、前述の第２の参考例の紫外線発光素子２０のように、Ｂドープダイヤモンド層２と六方晶窒化ホウ素層３との間にアンドープダイヤモンド層２１を形成した場合に比べて、Ｂドープダイヤモンド層２と六方晶窒化ホウ素層３との界面近傍における正孔濃度を調節することができ、発光輝度を最適化することができる。なお、本実施形態の紫外線発光素子３０における上記以外の効果は前述の第２の参考例の紫外線発光素子２０と同様である。

なお、本実施形態の紫外線発光素子においては、導電性基板上にＢドープダイヤモンド層を形成し、六方晶窒化ホウ素層上に電極を形成しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、導電性基板上に六方晶窒化ホウ素層及びＢドープダイヤモンド層をこの順に形成し、Ｂドープダイヤモンド層上に電極を形成してもよい。このような構造の紫外線発光素子の場合は、導電性基板に負の電圧を印加し、電極に正の電圧を印加する。

以下、本発明の実施例の効果について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。先ず、本発明の参考例１として、図１に示す紫外線発光素子１０を作製した。具体的には、導電性基板１としてｐ形の低抵抗シリコン基板を使用し、この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２を形成した。その際、原料ガスには、０．５体積％のメタン（ＣＨ_４）と９９．５体積％の水素（Ｈ_２）との混合ガスに、ドーピングガスとしてジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）を添加したものを使用し、原料ガス中の炭素（Ｃ）に対するホウ素（Ｂ）の原子数比（以下、Ｂ／Ｃという）は、３３００ｐｐｍとした。また、基板温度は８００℃、ガス圧は５３００Ｐａ、合成時間は３０時間とした。これにより、厚さが２μｍで、Ｂドーピング濃度が３．３×１０^２０／ｃｍ^３のＢドープダイヤモンド層２が得られた。

その後、Ｂドープダイヤモンド層２上にスパッタ法により、基板温度を４００℃とし、窒素雰囲気中で、厚さが０．１μｍの六方晶窒化ホウ素層３を形成した。そして、六方晶窒化ホウ素層３上に、電子ビーム蒸着法により、Ａｌ電極を形成して参考例１の紫外線発光素子を得た。

次に、本発明の参考例２として、図３に示す紫外線発光素子２０を作製した。具体的には、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、導電性基板１上に厚さが２μｍのＢドープダイヤモンド層２を形成した後、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２上に、厚さが０．１μｍのアンドープダイヤモンド層２１を形成した。その際の成膜条件は、原料ガスには、０．５体積％のＣＨ_４と９９．５体積％のＨ_２との混合ガスを使用し、基板温度は８００℃、ガス圧は５３００Ｐａ、合成時間は３０時間とした。そして、このアンドープダイヤモンド層２１上に、前述の参考例１と同様の方法及び条件で、厚さが０．１μｍの六方晶窒化ホウ素層３を形成した後、Ｐｔ電極を形成して参考例２の紫外線発光素子を得た。

次に、本発明の実施例１として、図５に示す紫外線発光素子３０を作製した。具体的には、前述の参考例１の紫外線発光素子と同様の方法及び条件で、導電性基板１上に厚さが２μｍのＢドープダイヤモンド層２を形成した。その後、引き続き、マイクロ波プラズマＣＶＤ法により、原料ガス中のＢ濃度を一定の割合で減少させつつダイヤモンドを合成して、原料ガス中のＢ／Ｃが０になった後で合成を終了した。これにより、Ｂドープダイヤモンド層２上に、厚さが０．１μｍで、Ｂドープダイヤモンド層２との界面部分におけるＢドーピング濃度が３．３×１０^２０／ｃｍ^３であり、表面部分のＢドーピング濃度が０である傾斜Ｂドープダイヤモンド層３１を形成した。そして、傾斜Ｂドープダイヤモンド層３１上に、前述の参考例１と同様の方法及び条件で、厚さが０．１μｍの六方晶窒化ホウ素層３を形成した後、Ａｕ電極を形成して実施例１の紫外線発光素子を得た。

次に、本発明の比較例として、従来の構造の発光素子を作製した。具体的には、前述の参考例１の紫外線発光素子と同様の方法及び条件で、導電性基板上に厚さが２μｍのＢドープダイヤモンド層を形成した後、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上に、厚さが０．１μｍのアンドープダイヤモンド層を形成した。その際の成膜条件は、原料ガスには、０．５体積％のＣＨ_４と９９．５体積％のＨ_２との混合ガスを使用し、基板温度は８００℃、ガス圧は５３００Ｐａ、合成時間は１時間とした。

このようにして作製した参考例１、参考例２、実施例１及び比較例１の紫外線発光素子について、発光強度及び電流値を測定した。その結果を下記表１に示す。なお、下記表１に示す発光強度は、比較例１の紫外線発光素子の発光強度を１としたときの相対値である。また、図７は横軸に波長をとり、縦軸に発光強度をとって、参考例２の紫外線発光素子の発光スペクトルを示す図である。

上記表１に示すように、参考例１、参考例２、及び実施例１の紫外線発光素子は、従来の素子構造の比較例１の紫外線発光素子に比べて、１８０乃至２５０倍の発光強度が得られ、更に、消費電力（＝電圧×電流）は、比較例１の紫外線発光素子の５０乃至６０％に低減していた。また、図７に示すように、参考例２の紫外線発光素子では、２２０乃至２４０ｎｍに強い紫外線発光が見られた。

本発明のダイヤモンド紫外線発光素子は、殺菌、樹脂等の表面処理及び発光デバイス等に好適である。

本発明の第１の参考例に係る紫外線発光素子の構造を示す断面図である。本発明の第１の参考例に係る紫外線発光素子の発光機構を模式的に示す図である。本発明の第２の参考例に係る紫外線発光素子の構造を示す断面図である。本発明の第２の参考例に係る紫外線発光素子の発光機構を模式的に示す図である。本発明の実施形態に係る紫外線発光素子の構造を示す断面図である。本発明の実施形態に係る紫外線発光素子の発光機構を模式的に示す図である。横軸に波長をとり、縦軸に発光強度をとって、参考例２の紫外線発光素子の発光スペクトルを示す図である。特許文献１に記載の従来の発光素子の構造を示す断面図である。特許文献２に記載の従来の発光素子の構造を示す断面図である。特許文献３に記載の従来の発光素子の構造を示す断面図である。

符号の説明

１、１０２、１２１；導電性基板
２、１０３、１１３、１２２；Ｂドープダイヤモンド層
３；六方晶窒化ホウ素層
４、１０１、１０５、１１５、１１７、１２４、１２５；電極
５；電子
６；正孔
７；紫外線
２１、１０４、１１２、１１６、１２３；アンドープダイヤモンド層
３１；傾斜Ｂドープダイヤモンド層
１０、２０、３０；紫外線発光素子
１０６；電源
１１１；基板
１１４、１１８；高濃度Ｂドープダイヤモンド層

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、このホウ素ドープダイヤモンド層上に形成され前記ホウ素ドープダイヤモンド層から遠ざかるに従いホウ素濃度が減少する傾斜ホウ素ドープダイヤモンド層と、この傾斜ホウ素ドープダイヤモンド層上に形成された絶縁性の六方晶窒化ホウ素層と、前記ホウ素ドープダイヤモンド層、前記傾斜ホウ素ドープダイヤモンド層及び前記六方晶窒化ホウ素層の積層体に給電する手段と、を有することを特徴とするダイヤモンド紫外線発光素子。
前記給電手段は、前記六方晶窒化ホウ素層上に形成された電極を有することを特徴とする請求項１に記載のダイヤモンド紫外線発光素子。
前記給電手段は導電性基板を有し、前記ホウ素ドープダイヤモンド層は前記導電性基板上に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のダイヤモンド紫外線発光素子。
前記傾斜ホウ素ドープダイヤモンド層の厚さは、０．０１乃至５μｍであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のダイヤモンド紫外線発光素子。
前記ホウ素ドープダイヤモンド層の厚さは、０．１乃至１００μｍであることを特徴とする請求項１乃至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。
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項に記載のダイヤモンド紫外線発光素子。
前記六方晶窒化ホウ素層の厚さは、０．０１乃至５μｍであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のダイヤモンド紫外線発光素子。