JPH0217631A - 発光素子用ダイヤモンド結晶チップ - Google Patents

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〕 この発明は、発光素子として用いるダイヤモンド結晶チ
ップに関するものである。

〔技術的背景〕

近年、屋外表示やオーディオ等の民生用機器の表示器等
に、エレクトロルミネッセンスデバイスを用いた発光装
置が多く使用されている。

このような発光装置には、装飾性や多様な表示機能を得
るために、赤色や緑色、黄色、青色などの多種類の発光
色が求められる０発光半導体結晶の発光色は、その材料
の禁制帯幅　（Ｅｇ）で決まり、発光波長をλ（ｎｍ）
とすると、λ≧ｈｃ／Ｅｇ＝１２４０／Ｅｇ　（ｅＶ）
なる関係がある。

ここで、ｈはブランク定数、Ｃは光速であり、可視光は
、７００ｎｍの赤から４００ｎｍの紫までであるから、
Ｅｇに換算すれば１．７ｅＶから３．１ｅＶに相当する
。

従来、赤色や緑色の発光については、ＧａＰやＧａＡＳ
ｌ−ｘＰｘ等の多くの半導体チップが知られており、こ
れらのチップを用いることにより、強くて明確な発光を
得ることができ、現在では大量に生産されている。

これに対して青色光を得るためには、２．６ｅＶ以上の
禁制帯幅をもつ発光材料が必要である。この青色発光材
料としては、現在、■−ｖ族化合物半導体のＧａＮ、■
族化合物半導体のＳｉＣ等が検討されている。しかし、
ＳｉＣは、−ａ的なウルツ拡形結晶構造をもつもので、
Ｅｇが室温で約３ｅＶであり、青色までの発光が可能で
あるが、実用に供せられているのは黄色発光素子だけで
あり、発光効率も非常に低い０．ＧａＮも、Ｅｇが室温
で３．７ｅＶもあって、紫外線発光まで得られる可能性
のある材料であるが、結晶成長がむずかしく、まだｐｎ
接合をうるまでには達していない状態であり、実用に供
するためには、不純物のコントロールされた良質の結晶
が必要である。しかし、現在の結晶成長技術は、未だそ
の域に達していないのが実状である。

これらの発光材料に共通する理由は、化合物であるが故
の結晶欠陥によるデバイス特性の不安定性である。これ
らの欠陥は禁制帯中心部に深い準位をもち、長波長の発
光に寄与するなどして、青色発光の重大な阻害要因とな
る。別の見方をすれば、青色発光の材料として禁制帯幅
に余裕がないといえる。

〔発明の課題〕

ダイヤモンドは、元素半導体であり、禁制帯幅は５．５
ｅＶと格段に大きく、青色発光にとって余裕がある。し
かも、不純物制ｉｎにより１０−”ｎｅｗまで抵抗を下
げられる。ダイヤモンドのこれらの諸性質は、共有結合
性による構造安定性も含め、他の広禁制帯幅をもつ半導
体よりも安定した青色光の発光材料となることを示して
いる。

一方、ダイヤモンドは、炭素原子の共有結合であって一
般に優秀な電気の絶縁体であるが、結晶内部にボロンが
介在している場合、ｐ型持性を示すようになり、電気を
通す導電体となる。このようなｐ型持性を有するダイヤ
モンドは、気相合成、或いは高圧合成のダイヤモンドに
ボロンを不純物として混入して人工的に形成することが
できる。

また、天然ダイヤモンドとしても存在が認められており
、Ｉｂ型ダイヤモンドとして分類されている。また、こ
のＩｂ型ダイヤモンドは、Ｉｂ型やＩｂ型のダイヤモン
ドにボロンイオンを高速照射し、イオン注入により上記
ダイヤモンドを改質して形成することもできる。

以上のことより、発光ダイオードやエレクトロミネッセ
ンスデバイス等の半導体結晶チップに代えてダイヤモン
ド結晶を発光素子として用いることにより、安定した青
色光の発光装置を形成できる可能性がある。

このような考えに基づき、本発明者等は、すでに特願昭
６３−１０９３３８３号、特願昭６３−１０９３３８５
号において、ダイヤモンド結晶を発光素子として用いた
発光装置を提案している。

第１図は、その発光装置の一例を示している。

この発光装置は、上述したＩｂ型ダイヤモンドの結晶チ
ップ１の下面に、タングステンから成る金属電極２をシ
シットキー接合により接合し、結晶チップ１の上面に、
Ｔｉからなる金属電極３をオーミック接合により結合し
ており、その各電極板２．３に順方向に加電圧回路４を
接続して形成している。

上記構造の発光装置では、シッットキー接合に順方向に
電圧を加えると、結晶チシプ１と金属電極２の界面部分
が青色に発光するのが観察できる。

この発光は、ダイヤモンドの光透過性のため、結晶チッ
プ１の全周囲で見ることができる。これは、金属電極２
からダイヤモンドに電子が注入され、少数キャリアと呼
ばれる電子の一部が多数キャリア（正孔）と再結合する
ことにより発光すると考えられる。

ところで、上記のごとき発光装置は、使用するダイヤモ
ンド結晶により、その発光強度や、発光色が異なる。す
なわち、同じＩｂ型のダイヤモンド結晶であっても、発
光輝度が高いものと低いものがあり、また、発光色も濃
い青色から、緑色に近い青色のものまでばらつきがある
。

ダイヤモンドの発光は、結晶格子の中に含まれる不純物
や格子欠陥、及び格子欠陥と不純物との結合したものが
発光中心となり、その存在により大きく左右される考え
られる。このため、上記のような発光強度や発光色のば
らつきは、ダイヤモンド結晶中に存在する発光中心のば
らつきによるものと思われる。

ところが、従来は、結晶内部の不純物や格子欠陥等と、
それらが発光に与える効果との正確な結び付きが解明さ
れておらず、使用するダイヤモンド結晶が予め持ってい
る特性がそのまま発光デバイスの光特性とならざるを得
ない状態にある。

また、青色のような短波長は、視覚器に入る刺激、いわ
ゆる視覚的強度が緑色や黄色等に比べて弱く、印象の強
い青色光を得るには、他の色の発光に比べて強い発光強
度が必要とされる。すなわち、赤色や緑と同程度の明る
さを得るためには、青色光の発光チップは、相当強い発
光強度を備えなければならない、ところが、従来の天然
や人造ダイヤモンド結晶の発光強度は、全体に弱くて不
十分なものしか得られず、時に強い発光強度を備えるも
のも存在するが、これを安定して選択することができな
い実状にある。このことは、ダイヤモンド結晶チップを
発光素子とした発光デバイスを商品化する上で大きな障
害になっている。

〔発明の目的〕

この発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、発光
素子として用いるダイヤモンド結晶チップにおいて、発
光色が青色で、しかも強く発光する結晶チップを提供し
ようとするものである。

〔目的を達成するための手段〕

上記の目的を達成するためのこの発明のダイヤモンド結
晶チップは、結晶中に、ボロンを１ｐｐｍ以上含有し、
かつ、窒素含有量が１０ｐｐｍ以下であることを要件と
するものである。

以下、その内容を詳述する。

本発明者等は、ダイヤモンドの結晶中に含まれる不純物
や格子欠陥と発光との関連についてさらなる研究を進め
、青色発光及び発光強度に関係する発光バンドや発光中
心の同定を行なった。その具体的な方法は、ダイヤモン
ド結晶に電子線を照射し、その時の発光現象から得られ
る発光スペクトル（カソードルミネッセンススペクトル
二基下ＣＬスペクトルとする）を出し、このＣＬスペク
トルから結晶中の発光中心（不純物、格子欠陥）及びバ
ンド構造の情報を得た。また、カソードルミネッセンス
像に顕微鏡による結晶面の光学像を対応させることによ
り、発光領域の比較を行なった。

ＣＬ測測定は、走査型電子顕微鏡（ＪＳＮ−８４０型）
を使用した。このシステムには、集光ミラー、分光器、
２．０−３．５ｅＶのフォトン・エネルギーに適した光
電子増倍管が組み込んであり、走査電子線の加速電圧は
５−２０ｋＶ、電流は５ＸＩＯ−”　−ＩＸＩＯ−”Ａ
の範囲で行なった。

ところで、従来よりダイヤモンド結晶のカッ−・ドルミ
ネッセンスにおいては、可視領域で数多くの発光バンド
、発光中心が報告されている。この中で、発光強度の高
いものは、青色および緑色領域に存在し、この領域で代
表的なものとして、バンドＡ、Ｈ３センター、Ｎ３セン
ター、及び転位からの発光が知られている。

バンドへの発光は、ダイヤモンドの全てのタイプ（Ｉａ
、Ｉｂ、Ｉ［ａ、ｌ１ｂ）で共通して観測され、ピーク
は、２．２−３．　Ｏｅ　Ｖに存在する。この発光機構
はドナーとアクセプターのペア（Ｄ−Ａペア）間での再
結合過程により説明される。この場合、発光のエネルギ
ーＥ（ｒ）は、 Ｅ（ｙ）＝Ｅｇ　　（Ｅａ＋Ｅｄ）＋ｅ”／（４ｚεｒ
）（１）であり、ここにＥｇはダイヤモンドの禁制帯幅
、Ｅａはアクセプター準位、Ｅｄはドナー準位、εは誘
電定数、ＴはＤ−Ａパフ間の距離である。Ｅａにボロン
（Ｂ）の０．３７ｅＶ、Ｅｄに窒素（Ｎ）の４ｅＶを代
入すると、Ｅ　（（Ｘ））は、１．１　ｅ　Ｖ程度であ
る。しかし、ダイヤモンドは誘電率が小さいためクーロ
ン・ポテンシャルの項が大きく、その値は１．５ｅＶ以
上になると考えられる。

Ｎ３センターによる発光は、ダイヤモンドで最も研究さ
れてきた発光の一つである。これは、２゜４６ｅＶにゼ
ロ・フォノン線が存在し、発光スペクトルは２．３ｅＶ
にピークを持ち、黄緑色に発光する。このタイプの発光
では伝導帯まで電子が励起する必要がないため、適当な
光源によりフォトルミネッセンス（ＰＬ）を観測してい
る例もある。

その発光センターは、Ｎ原子−空孔−Ｎ原子（Ｎ−Ｖ−
Ｎ）で構成されると解釈される。

Ｎ３センターは、Ｎ３センターと似たタイプの発光をし
、２．９９ｅＶにゼロ・フォノン線が存在し、発光スペ
クトルは２．８ｅＶ付近にピークをもつ、このセンター
は、炭素（Ｃ）原子と四面体結合する４個の原子のうち
３個がＮ原子となる構造で説明され、含有Ｎが非常に多
いダイヤモンドで観測される。

転位からの発光は、ＣＬでのみ観測され、スペクトルは
２．４ｅＶから少なくとも３．１ｅＶにわたり、ピーク
は２．８ｅＶ付近に存在する。この発光の原因について
は、転位周辺の格子歪による禁制帯幅のｎａｒｒｏｗｉ
ｎｇ　、転位芯が作る局在した電子状態、転位周辺に集
った近接したドナーアクセプタベアなどが考えられてい
る。

本発明者等は、上記の発光バンドや発光中心の知識に基
づき、天然ダイヤモンド、高圧合成ダイヤモンド、気相
合成ダイヤモンドについてＣＬＮ定を行ない、その各ダ
イヤモンドにおける青色発光と上記の発光バンドや発光
中心との関連を調べた。以下、その検討内容を説明する
。

（検討内容の説明） （ｉ）　　天然ダイヤモンドと高圧合成ダイヤモンド第
２図（ａ）は、天然ダイヤモンドＩａ型からのＣＬスペ
クトルである。このスペクトルは、２．９　ｅ■に明ら
かなピークが存在し、また２、３ｅＶにも小さなピーク
が存在する、２．９ｅＶのピークは、バンドＡによるも
のである。２．３ｅＶのピークはバンドＡあるいは１１
３センターによるものと考えられる。

第２図（ｂ）は、天然ダイヤモンドのＩｌａ型のＣＬス
ペクトルである。このスペクトルは、２．９ｅＶにのみ
ピークが存在し、バンドＡによるもの、或いは転位によ
るものとも考えられる。第２図（Ｃ）は、高圧合成ダイ
ヤモンドの１ｂ型のＣＬスペクトルである。この場合は
、２．９−３．　Ｏｅ　Ｖに小さなピークが存在し、２
．３ｅＶに大きなピークが存在する。２．３ｅ■という
緑色領域のピークは高圧合成ダイヤモンドのバンドＡに
特長的なものである。

一方、高エネルギー側の小さなピークもバンドＡによる
ものと考えられる。

以上のように天然および高圧合成法によるダイヤモンド
のＣＬスペクトルは、天然では青色領域に大きなピーク
が存在し、高圧合成では逆に緑色領域に大きなピークが
存在する。この天然と高圧合成での発光ピークの違いは
、天然でのＤ−Ａベアが高圧合成にくらべて非常に接近
していることで説明することができる。すなわち、結晶
成長およびその環境から、高圧合成では、成長速度が早
いためドナーとアクセプターが散逸したままであり、天
然では、成長速度が遅いか、高温に保持されていた時間
が非常に永かったため、極性の異なる両不純物が近づく
ことが可能であったと考えられる。

また、第３図は、高圧合成ダイヤモンドＩｂ型結晶の発
光状態を模式的に示したものである。この結晶粒子は（
１００）及び（１１１）面から構成されている０発光に
ついては、（１００）面から、強く発光しており、（１
１１１面からはほとんど発光していない、（１００１面
は緑色発光が支配的であるが、部分的には青色発光して
いる。

また、（１１０）面（第３図の上部の（１００）面と中
央の（１００）面とが交わる狭い領域）は青色発光して
いる。これらは図３（Ｃ）のＣＬスペクトルに存在する
２個のピークに対応する。上記のようにこのタイプのダ
イヤモンドでは、（１１１）セクターは発光せず、（１
００１セクターは緑色発光し、（１１０１セクターは青
色発光しており、紫外線吸収により（１１１１、＋１０
０）、（１１０）とＮ濃度が低くなる結果が得られてい
る。このことから、高圧合成ダイヤモンドでは、Ｎ濃度
がＣＬスペクトルのピーク位置に大きな影響を与えるこ
とがわかる。

（ｉｉ　）　　気相合成ダイヤモンド 気相合成ダイヤモンドの結晶は、有磁場マイクロ波プラ
ズマ化学気相堆積法、及びマイクロ波プラズマ、Ｃｖ法
により薄膜状に形成した。この気相合成ダイヤモンド薄
膜の作製条件は、基板は５ｉ（１００）、反応ガスはＨ
２で希釈されたＣＨ４、ＣＨ４の濃度は０．３−０．５
％、基板温度は８５〇−９００“Ｃ１膜厚は１−３　ｆ
ｉＩｌである。

第４図（ａ）とら）にその典型的な２つのタイプの発光
スペクトルを示す。第４図（ａ）の発光スペクトルは、
１．９ｅＶから３．２ｅＶにわたるもので、半値幅は約
０．５５ｅＶである０発光ピークは、２．４５ｅＶに位
置しており、緑色の発光領域にある。

第４図ら）に示すスペクトルは、２．ＯｅＶから３゜５
ｅＶにわたり、２．８ｅＶのピークと２．３ｅＶ付近の
小さなピークからなっている。肉眼での発光の観察では
、青色から青紫色に見える。

上記のＣＬスペクトル（第４図（ａ）およびω））のピ
ークの０．３５ｅＶもの違いは、前述の天然あるいは高
圧合成ダイヤモンドのバンドＡの発光ピークの違いと同
じ要因に基づ（ものと考えられる。この場合、要因とし
て２つの可能性が考えられる。

その第１は、Ｎの濃度であり、第２は、Ｄ−Ａノペア間
の距離である。前者は、高圧合成法ダイヤモンドの結果
に基づいている。この高圧合成ダイヤモンドでは、上述
したように緑色発光が支配的であるが、（１１０１セク
ターは青色発光しており、ここでは濃度が他のセクター
と比べ非常に低いことが紫外線吸収により明らかにされ
ている。

一方、Ｄ−Ａバフ間の距離は、天然ダイヤモンドの結果
に基づいている。この場合、バンドＡの発光は、Ｎの濃
度とは無関係に青色であり、これは近接したＤ−Ａベア
が非常に多いことで説明される。

本発明等は、プラズマＣＶＤ法でのダイヤモンド形成過
程において上記の２つの可能性を検討した。Ｄ−Ａペア
の距離に影響を与える実験パラメータには、基板温度、
堆積速度、マイクロ波の入力電力や気圧に影響されるプ
ラズマ密度等がある。

しかし、これらのパラメータと発光ピークの違いとの相
関関係は認められなかった。

一方、Ｎの濃度については、先ず、堆積中のＮの混入の
可能性について考えると、Ｎの混入源は、絶縁材料とし
て使用したＢＮの反応管内部の残留するＮ以外には考え
られない。このことから、ＢＮを使用していない反応管
で堆積を実施すると、ＣＬスペクトルは第４図（ｂ）に
示したちの同じものが得られ、青色発光が観察された。

したがってプラズマＣＶＤ法によるダイヤモンド薄膜の
高エネルギー側（青色領域）の発光原因は、Ｎ濃度が低
いことによると考えられる。この点においても、高圧合
成ダイヤモンドのＣＬの実験結果と偵でいる。

（ｉｉｉ　）　　他の不純物 他の不純物、例えばアルミニウム（ＡＩ）とシリコン（
Ｓｉ　）が、発光に与える影響も考えられる。

これらの不純物の混入源は、実験に使用した絶縁材料と
基板が考えられ、ダイヤモンド薄膜中の濃度は、０．０
１−０．１原子％である。しかし、これらの濃度と発光
ピークの違いとの相関性は認められない。すなわち、Ａ
１原子は、ダイヤモンド中でアクセプターになる可能性
は極めて薄く、Ｓｉ原子も、ダイヤモンド中で電気的に
活性ではない。

Ｓｉｎ、では原色のＣＬが観察されているが、観測され
たＳｉ原子が仮に全てＳｉｎ、となって存在したとして
も、その量は図７Ｑ））に示した青色発光に寄与するに
は少なすぎる。

これにより、ダイヤモンド中で電気的に活性な不純物は
、アクセプターとしてのＢと深いドナーとしてのＮに限
定することができる。これらの不純物は少量であっても
、他の不純物よりもバンドＡの発光に深い影響を与える
と考えられる。

（ｉｖ）　　発光強度についての考案 図７（ａ）および（ｂ）に示したＣＬスペクトルは、同
じ電流密度にて観察したものであり、これらの試料から
の発光は電流密度を増大させると、発光ピ一りが高エネ
ルギー側に移動することが確認できる。これはＤ−Ａペ
ア型の発光の特長を示すものである。したがって、両者
の発光スペクトルとも、バンドＡに属すると考えられる
。

このバンドＡの発光強度については、第９頁の（１）式
から得られ、そしてこの式から発光強度を上げる要素を
導き出すことができる。すなわち、（１）式において、
Ｅｇ、Ｅａ、Ｅｄは一定値であるため、発光エネルギー
Ｅ（γ）を大きくするためには、クーロン・ポテンシャ
ルの項（ｅ’　／　（４πεγ））の値を大きくする必
要がある。このクーロンポテンシャルの項を大きくする
には、Ｄ−Ａパフ間の距Ｍ（ｒ）を小さくすればよく、
この（ｒ）は、結晶中にアクセプターとしてのボロンを
多く含有させることにより小さくできる。すなわち、ボ
ロンが増加すると、ドナーとしての窒素と結びついてＤ
−Ａペアの数が増大、このベア数の増大に伴なってＤ−
Ａバフ間の距＃（Ｔ）が小さくなる。

上述の検討により、以下のことが結論される。

青色の発光は、結晶中に含まれるＮ濃度により大きな影
響を受け、Ｎｅ１度が少ないほど、スペクトルのピーク
位置は高周波数側に移動し、青色になる。また、発光強
度は、結晶中のＢの含有量に大きな影響を受け、Ｂの含
有量が大きくなると、Ｄ−Ａペア間の距離が小さくなり
、発光強度が増大する。上記の結論を検証するため、結
晶サンプルを作成し、実験を行った。

〔実験例〕

結晶中の窒素の含有量を減らすには、製造過程において
ダイヤモンド結晶と窒素との接触を無くすことにある０
例えば、マイクロ波プラズマＣ■Ｄ等の気相合成法にあ
っては、絶縁材料としてＢＮ等の窒素を含む材料を使用
せず、また、反応内部の真空度を上げて、管内の窒素を
取除くことにより、窒素含有量の少ないダイヤモンド結
晶を形成することができる。

さらに、反応ガス内のｏｗｌを多くすることにより、窒
素と酸素との反応により脱窒素が行われ、生成されたダ
イヤモンド結晶内の窒素量を減らすことができる。通常
、反応ガスは、ＣＨ，とＨｚの混合ガスであるが、この
ＣＨ，に、−酸化炭素（Ｃｏ）やアルコール（ＣｚＨｓ
ＯＨ）、アセトン（（ＣＨ３）オＣＯ等を添加してＣＶ
Ｄ反応を行なうと、添加物に含まれる０□と窒素が反応
して結び付き、結晶内への窒素の含有を防止する。

第５図（ａ）（ｂ）のサンプルは、それぞれ上記のよう
な脱窒素処理をしたプラズマＣＶＤ法により形成された
ダイヤモンド結晶薄膜のＣＬスペクトルをとったもので
、第５図（ａ）のサンプルは、ＣＨａ３％とＨｚ９７％
の混合ガスにより、第５図（ｂ）のサンプルは、上記の
ＣＨａに代えて５％のＣＯをＨ７に混合したものである
。なお、両者共結晶中にボロンを２００ｐｐｍ含んでい
る。図から明らかなように、ＣＯを混合した第５図（ｂ
）のサンプルは、第５図（ａ）のサンプルに比べて、ス
ペクトルのピーク位置が短波長に移り、発光色は、青色
に移行している。また、発光強度も第５図（ｂ）のサン
プルの方が若干大きくなっている。

上記Ｎ濃度の影響は、第２図（ａ）と第２図（ｂ）の天
然ダイヤモンドにおけるＩａ型のＩＩａ型のＣＬスペク
トルを比較しても明らかに解る。すなわち、Ｉａ型のダ
イヤモンドは、結晶内に不純物窒素を多分に含むが、Ｉ
ｌａ型のダイヤモンドは、不純物窒素をほとんど含んで
おらず、両者のスペクトルを比較すると、Ｉｌａ型のス
ペクトル波形はＥａ型に比べて尖鋭なものになり、その
発光は強い青色を呈する。

ボロンの含有量は、前述したように、気相合成、或いは
高圧合成時に、材料にボロンを不純物として混合するこ
とにより変化させることができる。

また、ダイヤモンド結晶にボロンイオンを高速照射して
注入することにより含有量を調節することができる。テ
ストは、プラズマＣＶＤにより形成したダイヤモンド結
晶ｆｍ膜において、ボロン含有量が５０ｐｐｍ以下のも
の、２００ｐｐｍのもの、１１０００ｐｐのものを作成
し、そのＣＬスペクトルを比較した、結果を第６図（ａ
）■）（Ｃ）に示す、なお、３者共、結晶内の窒素含有
量はＯｐｐｍであス 図から明らかなように、ボロンを２００ｐｐｍ含んだも
のは、５０ｐｐｍ以下のものに比べて発光強度著しく増
大している。一方、第６図（ｂ）と（Ｃ）から、ボロン
を１１０００ｐｐを含んだものは、２ＱＯｐＰｍ含んだ
ものに比べて発光強度が低下している。この理由は、ボ
ロン含有量が増大すると、Ｄ−Ａベアが増大して発光強
度が上がるが、ボロン量の増大と共に電気抵抗値が下が
り、ある一定値以上に電気抵抗値が下がると、半導体と
しての特性が低下し、発光強度も低下すると考えられる
。

これにより、高レベル発光強度を得るためのボロン含有
量には、一定の範囲があることが示唆される。この最良
なボロン含有量について、本発明者等は、各種実験の結
果、５０〜５００ｐｐｍの範囲を推選する。

ところで、上記の結晶チップの発光は、チップに照射す
る電流密度を増大させると、発光ピークが高エネルギー
側に移動すると共に、密度に比例して発光強度が増大す
る。この電流密度を各種変化させた場合のＣＬスペクト
ルの変化を、第７図（ａ）（ｂ）　（Ｃ）に示す。サン
プルの結晶チップは、脱窒素処理したダイヤモンド薄膜
で、結晶中に２００ｐｐｍのボロンを含有したものを使
用した。第７図（ａ）は、１０ｍＸ１０／７１１４角形
で１０（ｌｐｍ”の薄膜結晶に５Ｘ１０−”Ａの電流を
加えたもので、電流密度は５Ｘ１０−目Ａ　／　４　”
である。第７図（ｂ）は（ａ）のサンプルの照射面のう
ち１１５の部分に同じ電流を加えたもので、電流密度は
（ａ）に比べて５倍になる。この（ｂ）のＣＬスペクト
ルでは、スペクトルの強さは（ａ）に比べて小さくなっ
ているが、これは照射面積が小さいために全体の発光強
度が小さくなっているためで、単位面積当りの強度は著
しく増大している。また、第７図（Ｃ）は、照射面積を
１／１００に絞り、（ａ）に比べて１００倍の電流密度
（５Ｘ１０−Ｉ＊Ａ／μ２）を加えたものであり、単位
面積当りの強度が増大していると共に、発光ピークの位
置が高エネルギー側に移動しており、また、スペクトル
の形状も極めて尖鋭な形状になっている。この（Ｃ）の
サンプルの発光は、（ａ）や０））に比べて青色が濃く
、かつ強い発光強度を示す。

なお、この発明に係るダイヤモンド結晶チップは、第１
図に示すｐ−ｎ接合の発光ダイオードの他に、電界直接
励起を利用したエレクトロミネッセンスデバイスにも適
用することができる。その発光デバイスの代表的な構造
を第８図と第９図に示す、すなわち、第８図のものは、
ダイヤモンド結晶チップ１０の両側を絶縁体１１．１２
ではさみ、その絶縁体１１．１２にそれぞれ透明電極１
３と金属電極１４を接合したもので、第９図のものは、
絶縁体１１を、電極１３が接合した半導体結晶の発光チ
ップ１０と金属電極１４とではさんで形成したものであ
る。なお、図中１５は、ガラス基板である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明は、ダイヤモンドが持つ
青色発光性に基づいて、ダイヤモンドを半導体デンバイ
スに応用した場合に、安定した青色発光と、強い発光強
度を備えた結晶チップを提供するものであり、従来はと
んど存在していなかった青色光の発光装置を実現する。

そして、このような発光装置は、ダイヤモンドの光物性
を自然体で利用することになるため、デバイス特性の信
顛性およびデバイスの量産性において極めて有利になる
利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はダイヤモンド結晶チップを用いた発光デバイス
の構造図、第２図（ａ）（ｂ）　（Ｃ）は天然ダイヤモ
ンド及び高圧合成ダイヤモンドのＣＬスペクトル図、第
３図は高圧合成ダイヤモンドの発光状態の模式図、第４
図（ａ）　（ｂ）は気相合成ダイヤモンドのＣＬスペク
トル図、第５図（ａ）（ｂ）は結晶中のＮ含有量を変化
させた場合のＣＬスペクトルを比較して示す図、第６図
（ａ）（ｂ）（Ｃ）は結晶中のＢ含有量を変化させた場
合のＣＬスペクトルを比較して示す図、第７図は電流密
度を変化させた場合のＣＬスペクトルを比較して示す図
、第８図と第９図はそれぞれ他の発光デバイスの構造を
示す図である。 １．１０・・・・・・ダイヤモンド結晶チップ。 ■。 ２゜ 手続補正書彷創 昭和６３年１０月　８日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）結晶中に、ボロンを１ｐｐｍ以上含有し、窒素含
   有量が１０ｐｐｍ以下である発光素子用ダイヤモンド結
   晶チップ。