JPH01102893A

JPH01102893A - 発光デバイス

Info

Publication number: JPH01102893A
Application number: JP62258385A
Authority: JP
Inventors: Akio Hiraki; 昭夫平木; Hiroshi Kawarada; 洋川原田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-10-15
Filing date: 1987-10-15
Publication date: 1989-04-20

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、発光層にダイヤモンド薄膜を用い、特に、青
色等を色相よく安定して発光できるようにした発光デバ
イスに関する。

［従来の技術］発光デバイスは、近年、各種分野において種々の用途に
用いられており、なかでもカラー発光を行なう発光デバ
イスの用途は広く、その重要性は益々増している。

カラー発光を行なう発光デバイスには何種類かの発光素
子があるが、その代表的なものとしてエレクトロルミネ
センス（ＥＬ）と発光ダイオード（ＬＥＤ）がある。

このうち、エレクトロルミネセンスは、ｚＩ％Ｓ（硫化
亜鉛）やＣａｂ（硫化カドミウム）などの蛍光物質中に
、発光に寄与する発光中心を形成するＣｕ＋ＡＭ＋　Ｍ
ｎや稀土類元素のフッ化物などを添加して作った素子、
あるい蛍光物質を薄膜化し、この薄膜の両面を絶縁層お
よび電極て挟んで作った素子に、直接または間接的に電
界を加えて発光させるものである。

また、発光ダイオードは、ワイドギャップ半導体、例え
ばＧ、Ａ、　（ガリウムひ素）て作られたｐ−ｎ接合に
電極を直接設け、順方向電流を流してキャリアの注入を
行ない発光させるものである。

［解決すべき問題点］上述した従来の発光デバイスのうち、エレクトロルミネ
センスにおいては、ｉｓ形゛成技術によりカラー薄膜エ
レクトロルミネセンスか開発されている。そして、発光
色も、発光層（蛍光物質）にＣ，Ｓ　、　Ｓ、Ｓのアル
カリ土類硫化物を用いることにより種々の色を得ること
ができるようになった。

特に、従来、十分な輝度を得られなかった青色も、Ｓ１
ＳにＣ，（セリウム）等の発光中心を添加することによ
って高輝度の青色を得られるようになった。

しかしながら１発光中心にｃｏを用いた場合には、発光
層からの影響を受けやすく、発光波長かシフトとして安
定性に欠けるといった問題があった。また、この場合の
青色は、緑色、赤色等に比べ色相か余りよくなく、色相
を改善した素子の開発が必要とされていた。

一方、発光タイオードにあっては、使用されているワイ
ドギャップ半導体（Ｅ、＝　２．５〜３．５゜Ｖ）中に
結晶欠陥（転位および積層欠陥）および点欠陥（空孔）
が多いため、バント端もしくは浅い不純物レベルを介し
た青色の発光か室温てなかなぁ）得られず、非発光性に
なってしまうか、あるいは可視光としても赤色か黄色に
近い色しか得られないという問題があった。

本発明は上記の問題点にかんがみてなされたもので、発
光層をダイヤモンド薄膜にょ′って形成することにより
、ダイヤモンドの伝導帯に励起された電子がドナー（Ｎ
等）準位に捕捉され、それかアクセプター（Ｂ、ＡＩ等
）準位に捕捉されたホールと再結合する過程で紫色、青
色、青緑色を発光させ（Ｄ−Ａベア発光）、これにより
青色等の短波長可視光を得られるようにした発光デバイ
スの提供を目的とする。

［問題点の解決手段］本発明の発光デバイスは、上記目的を達成するため、発
光層にダイヤモンド薄膜を用いた構成としである。すな
わち、発光デバイスがエレクトロルミネセンスの場合は
、ダイヤモンド薄膜からなる発光層を絶縁層で挟み、か
つこれら絶縁層の外側に電極を設けた構成としである。

また、発光デバイスが発光ダイオードの場合には、発光
層を、ダイヤモンド薄膜からなるｐｌ！１２半導体もし
くは、ダイヤモンド＊ｇからなるｐ型半導体とノンドー
プ絶縁層とで形成した構成としである。

［実施例］以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図および第２図はエレクトロルミネセンスの実施例
を示す、第１図に示す第一実施例は、基板と基板側電極
を透明としたもの、第２図に示す第二実施例は、基板の
反対側電極を透明としたものである。

第１図に示す第一実施例において、１は透明基板であり
、一般的にはガラスあるいはサファイア等を用いる。こ
の透明基板ｌとしては、可視領域での透明度がよく、か
つ表面平滑性に優れたものを用いることか好ましい、２
は透明電極であり、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　０
ｘｉｄｅ）等を使用する。３は絶縁層であり、Ｙ＊０３
（酸化イツトリウム）、　Ｓ−，０ユ（酸化サマリウム
）、　ＴａＪ６　（酸化タンタル）等の絶縁材料を用い
る。エレクトロルミネセンスを発光させる場合には、外
部からかなり大きな値の交流またはパルス電圧を印加す
る。このため、素子の破壊を防ぐため透明で耐電圧の高
い絶縁材料を使用する必要かある。

４は絶縁層３に挟まれた発光層で、ダイヤモンド薄膜を
用いている。このダイヤモンド薄膜は、直径１．のダイ
ヤモンド粒を多数集めた多結晶膜によって形成しである
０発光中心としては、Ｃ，、。

Ｃｕなどを用いる。

ダイヤモンド６１Ｍを形成する方法には、化学気相析出
法（ＣＶＯ法）、熱フイラメント法、イオン化蒸着法、
イオンビーム蒸着法、スパッタ法、化学輸送法など種々
の方法がある。これらのうち、ＣＶＤ法が工業化に適し
ており、一般的に採用されている。

特に、広い面積にわたって良質のダイヤモンド薄膜を合
成できる方法として、炭素源ガスと水素ガスとの混合ガ
スにマイクロ波を照射し、プラズマを形成させることに
より活性化された該混合ガスを、基材に接触させてダイ
ヤモンドを析出させるにあたり、マイクロ波を該基材に
対して複数の方向から導入するマイクロ波プラズマ法、
また、発散磁界において生しるマイクロ波吸収帯域に、
広範囲にわたって高密度安定化プラズマを発生せしめ、
基材上にダイヤモンドを気相成長させる電子サイクロト
ロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ）法（特願昭６２−７０９３
４号）などがある。

５は金属電極からなる背面電極であり、ダイヤモ・ンド
薄膜４を挟む絶縁層３の表側（基板と反対側）に設けで
ある。この背面電極の材料としてはＡＩ、　Ａｕ、　Ｔ
ｒなどが使用される。

上述した第一実施例のエレクトロルミネセンスは、透明
基板ｌの上に透明電極２を形成し、さらに絶縁Ｒ３，ダ
イヤモンド薄膜４．絶縁層３．および金属電極５を順次
形成していくことによって製造する。

このように構成された実施例のエレクトロルミネセンス
は、電極２．５を介して交流電圧等がダイヤモンドＳ膜
４に印加されると、強い電界により加速され大きなエネ
ルギーをもった電子か発光中心の電子を衝突・電離させ
、電子を伝導体に励起する。このとき発光中心は正イオ
ンになる。

一方、このようにして生成された電子は正電極側に走っ
て行くが、印加電圧の極性変化により逆方向に進行し、
再びイオン化した発光中心と出合い再結合する。この再
結合の際に放出されるエネルギーが短波長可視光（青色
）となって発光する。

第２図に示す第二実施例のエレクトロルミネセンスは、
基板１上に形成する電極２を金属電極とし、電極５を透
明電極としたほかは、第一実施例と同じ構成であり（基
板ｌは、透明とする必要はない）、発光原理も同じであ
る。

上記エレクトロルミネセンスの動作条件は、交流電圧を
印加する場合は電圧５０〜３００Ｖ、周波数５０〜Ｉ　
Ｋ１．で、直流電圧を印加する場合は電圧５〜３０Ｖと
する。

第３図はＭＳ型発光ダイオードの実施例を示す、第３図
に示す実施例において、１１は金属電極で、第一実施例
と同じように材料とてはＡＩ。

Ａｕ、　Ｔ、などを用いる。１２は基板であり、材料と
してはプラスチックあるいはガラスなどを用いる。１３
はｐｍ半導体としてのダイヤモンド薄膜であり、不純物
として■属の元素、例えばＢや、Ａ１を僅かに添加しで
ある。この発光層を形成するダイヤモンド薄膜１３も、
プラズマＣＶＤ法におけるマイクロ波プラズマ法あるい
は電子サイクロトロン共鳴プラズマ法などによって形成
する。

１５は金属電極であり、前述した金属電極１１と同様の
ものを用いる。

このような構成からなる発光ダイオードは、ＭＳ接合に
順方向電流を流し、キャリアを注入することによって行
なう、すなわち、金属１５側の電子がｐ型半導体１３側
へ注入されてトナー準位まで落ち（ドナーに捕捉され）
、アクセプタ準位に捕捉されているホールと再結合を行
ない、その際に発光する。ダイヤモンドはワイドギャッ
プ半導体（Ｅｇ＝　５．５゜■）であり、室温での発光
はバンドギャップ中のドナー準位とアクセプタ準位を介
したものと考えられる。バンドギャップ中には短波長の
可視光（２，５，ｖ〜３．０ｅＶ）を生じさせる電子遷
移があるので、これによって容易に青色発光を得ること
ができる。

第４図はＭＩＳ型発光発光ダイオード施例を示す、この
ＭＩＳ型発光発光タイオードダイヤモンド薄膜からなる
ｐ型半導体１３と、金属電極１５との間に、ダイヤモン
ド薄膜からなり不純物を添加していないノンドープ絶縁
層を胤成し、高抵抗層を設けた構成としである。この発
光ダイオードも、ＭＩＳ接合に型方向電流を流し、金属
１５側の電子を絶縁層１４を介してＰ型半導体１３側へ
注入することにより、上述したＭＳ型発光ダイオードと
同様の原理で青色等を発光させることができる。

上記ＭＩＳ型発光発光ダイオードる分光特性の典型例を
第５図に示す、これによれば、波ｌ　４００〜５００　
ｎｓの範囲でピークとなり、青色等を発光することがで
きる。

［発明の効果］以上のように本発明によれば、従来非常に困難とされて
いた高輝度で色相のよい青色を発光するデバイスを、安
価なダイヤモンド薄膜によって容易に得ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明発光デバイスにおけるエ
レクトロルミネセンスの実施例を示す要部断面図、第３
図は同じ＜ＭＳ型発光ダイオードの実施例を示す要部断
面図、第４図は同じ＜ＭＩＳ型発光発光ダイオード施例
を示す要部断面図。第５図は第４図に示す発光ダイオードの分光特性図を示
す。ｌ：基板　　　　２，５：電極３：絶縁層　　　　　４：ダイヤモンド薄膜１１．１５
：金属電極　１２：基板１３．１４：ダイヤモンド薄膜

Claims

【特許請求の範囲】

（１）発光層にダイヤモンド薄膜を用いたことを特徴と
する発光デバイス。
（２）ダイヤモンド薄膜からなる発光層を絶縁層で挟み
、かつこれら絶縁層の外側に電極を設けたことを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の発光デバイス。
（３）発光層を、ダイヤモンド薄膜からなるｐ型半導体
で形成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の発光デバイス。
（４）発光層を、ダイヤモンド薄膜からなるｐ型半導体
とノンドープ絶縁層とで形成したことを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の発光デバイス。