JPH03122093A - 発光素子 - 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〕 本発明は、カラー表示あるいは情報伝達を目的とした発
光素子に関する。

〔従来の技術〕

現在、各種の機器やデイスプレィ等における表示に用い
られている素子としては、ＣＲＴ表示、ＥＬ表示、プラ
ズマデイスプレィ、液晶表示、ＬＥＤ表示等が挙げられ
る。

ＣＲＴ表示は高輝度、鮮明であるためカラー表示の主流
となっている。しかし、軽量・薄型化に限界があり、携
帯用、壁掛は用製品には向かない。

液晶は軽量、薄型の表示素子としていちはやく実用化さ
れているが、自らが発光するものでないため、輝度に劣
ることや、観る方向に死角があることが問題となってい
る。

これに対して、固体の発光素子には、軽量で薄型、高輝
度の表示を期待できるものがある。その代表として、Ｅ
　Ｌ素子やＬＥＤが挙げられる。

特に、ＬＥＤは発光効率及び発光輝度か高く、駆動電圧
が低く、軽量である点で、非常に優れている。また、Ｌ
ＥＤはＧａＡｊ！Ａｓ、　ＧａＡ１！Ｐ　、　ＧａＰ等
の材料により、赤色や緑色の発光が実現されており、青
色の発光らＧａＮ　、　Ｓｉ　Ｃ、Ｚｎ５ｅによって実
現されるに至っている。これらの材料は気相法や液相法
によるものが多く、薄膜大面積発光というより、単体で
パイロットランプなどの表示やアレイとして応用されて
いる。

Ｅ　Ｌ素子は母材にＺｎＳを用い、Ｃｕ、　ＣＩ、Ｔｂ
Ｉｒ３、Ｓ［ＩＩＦ＋を賦活剤として、青、緑、赤の発
光を実現している。その製法は真空蒸着やスパックリン
グ法により、大面積の平面発光が可能で、画素数の多い
７１−リックス形情報表示パネル等に適している。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の従来技術の中では、画素数の多いマトリックス形
の平面表示に適したものとしてはＥＬ素子を挙げること
ができるが、このＥＬ素子にはカラー表示に必要な三原
色が必ずしも満足な特性で揃っていない。また、駆動電
圧が高い、発光輝度が不足していること、信頼性、安定
性が充分でないこと等の理由によって、カラーデイスプ
レィとして実用されるには至っていない。

従来のＬＥＤは、前記のように発光効率、発光輝度、駆
動電圧、軽量性等において優れているが、大面積の発光
面には向いていないため、カラーデイスプレィのような
表示パネルを構成する場合、画素をそれぞれ異なった方
法で成膜する必要があり、困難である。

本発明はこのような現状に鑑み、カラーデイスプレィ等
に大面積の発光面を実現できて、しかも発光効率、発光
輝度、駆動電圧、軽量性の而も充分に満足できる新規な
構成の発光素子を提供することを目的とするものである
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は赤・青・緑の三原色の発光要素から構成され、
前記各発光要素の中の発光層がすべてダイヤモンドから
なる発光素子により、上記目的を達成するものである。

ダイヤモンドは、その中に含有する不純物や欠陥の種類
によって、赤、青又は緑の三原色で発光する発光素子と
することがでる。その発光色はダイヤモンドの形成条件
によって制御でき、例えばダイヤモンド中の不純物がボ
ロンの場合は緑、０！を添加して欠陥を導入するように
基材を調整すれば赤、また水を添加して欠陥の導入を抑
制すれば青とすることができる。特に従来困難であった
赤色の発光は酸素原子の添加により容易となることを本
発明者等は見出した。

本発明者らはダイヤモンドのこのような特性を発光素子
として利用することを考えつき、検討の結果、優れた発
光素子を製造でき、ダイヤモンドの放熱性が大きいこと
、熱伝導率が大きいこと、電気的に導体とすることがで
きること等の特性により、本発明の発光素子が非常に優
れていることを確認できた。さらに気相合成によれば、
ダイヤモンドの薄膜化、大面積化が可能で、軽量化にも
適している。

本発明の具体的構成を以下、図面で説明する。

本発明の発光要素すなわち単一発光素子の構成は第１図
の（ａｌ、ｉｂｌ、ｆｃｌ、（ｄｌの断面図に示す、い
ずれの構造であってもよい。

第１図ｔａ＋に示すものは基板３上にダイヤモンド膜（
発光層）２を形成し、その上に金属的電極１を形成した
構造の発光素子である。

同図ｆｂｌは基板３上に透明低抵抗膜４を形成し、その
上に（ａｌのものと同様にダイヤモンド膜２、さらに金
属的電極１を形成した構造の発光素子を示す。

同図ｉｃｌは上記ｆｂｌの構造のものにおいてダイヤモ
ンド膜２と金属的電極ｌの間に絶縁性膜（絶縁層）５を
設けた構造の発光素子を示す。

同図［ｃｊ＋は基板３上に低抵抗膜４を形成し、その上
にダイヤモンド発光層２を形成し、該ダイヤモンド発光
層の上にｎ型またはｐ型の半導体６を形成し、半導体　
の上にさらに金属的電極１を形成した構造の発光素子を
示す。

本発明において、上記金属的電極１とは、金属的な電気
特性を有する電極であって、例えば単元素金属、少なく
とも２種以上の金属元素からなる合金、高濃度にドーピ
ングされた半導体または透明電極等であってよい。

本発明のダイヤモンド発光層２は単結晶であっても、多
結晶であってもよい。また、それぞれがｎ型であっても
、ｐ型であっても、さらにはノンドープであってもよい
。

本発明において基板３は、単結晶ダイヤモンドであって
も、Ｓｉ等の半導体あるいはその他の金属基板、または
絶縁製基板であってもよい。

本発明において低抵抗層４は、例えばＩｎ−８ｎＯｚ（
ＩＴＯ）、導電性ＺｎＯ、例えば高濃度にボロンを１・
−ブした低抵抗ダイヤモンド膜等の透明膜、または金属
であってもよい。

本発明において絶縁性膜５としては、例えばＭＮ、Ａ１
．Ｑ、、５ｉｓＮｔ　、５ｉｆｔＳＢ　Ｎ等のいずれを
用いてもよい。

第２図（ａｌ及び（ｂｌに三原色よりなる発光素子とし
ての構成を有する本発明の具体例を示す。

第２図ｔｉｌｌｌでは三原色の発光層単位（２２ａ：青
色発光層、２２ｂ：赤色発光層、２２ｃ：緑色発光層）
が平面に並列に構成されて発光素子を形成している。ま
た、同図ｔｂｌは積層型に構成された例である。また、
第２図ｔａｌ又は（ｂｌのように素子を構成するときの
各発光層単位２２ａ　、２２ｂ　、　２３ｃは、第１図
のｆａｌないしｆａｌの何れの構成のものでもよい。さ
らにまた、発光層２２ａ　、２２ｂ　、　２３ｃのそれ
ぞれが入れ替わっていてもよい。第２図（ａｌ及び（ｂ
ｌにおいて、２１は金属的電極、２２はダイヤモンド発
光層、２３は基板、２４は透明導電性膜、２５は絶縁層
、２７は金属配線、２８は絶縁層を表す。

〔作用〕

ダイヤモンドはバンドギャップが５゜５ｅＶと大きいた
め、真性領域に相当する温度領域は、ダイヤモンドが熱
的に安定な１４００°Ｃ以下には存在しない。また、ダ
イヤモンドは化学的にも非常に安定である。よってダイ
ヤモンドで作製したデバイスは高温での動作が可能とな
り、耐環境性の優れたものとなる。

また、ダイヤモンドの熱伝導率は２０（Ｗ／ｃｍ・Ｋ）
とＳｉの２０倍以上であり、放熱性にも優れている。従
って、ダイヤモン！・を発光素子に応用する際に、熱的
な配慮が軽減される。

そして、三原色の発光層をすべてダイヤモンドで形成で
きることは、各発光層を作りこむ際のプロセスだけでな
く、製造装置が簡略化され、製品コストの低減につなが
る。

さらに、各発光素子において駆動電圧を同一とすること
ができ、それぞれ素子を同等に扱える為、簡便な駆動電
圧系にすることができる。

また、発光をキャリア注入型で行なうことができるため
、交流型ＥＬ素子にくらべ、駆動電圧を低くすることが
できる。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を示し、本発明をより詳細に説明
するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

実施例１ 第３図に示す構造の本発明の発光素子を以下の手順で作
製した。単結晶ダイヤモンド基板３３上に低抵抗層３ｆ
としてボロンを高濃度にドープしたダイヤモンド層を約
０．５ｐ厚さに形成し、その上に発光層３２としてダイ
ヤモンド膜をマイクロ波プラズマＣＶＤ法によって０．
５〜１．０ｐ厚さに形成した。それぞれの発光層はＳｉ
　Ｏｔのマスクを用いて、赤色発光層３２ａ、緑色発光
層３２ｂ、青色発光層３２ｃにそれぞれ対応する好適な
条件で別々に成長を行い、部分毎に形成した。電極３１
はスパッタリングによって約０．２／７Ｉ１１厚のタン
グステンで形成した。

３１’はチタン電極である。タングステン電極３１に負
のバイアスを４０Ｖ印加すると、タングステン電極側が
発光する。また、電極を蒸着によるアルミニウムで形成
した場合においても同様の発光を得た。それぞれのダイ
ヤモンド発光層３２（３２ａ、　３２ｂ　、３２ｃ　）
からのスペクトルを第４図に示す。第４図において横軸
は波長（ｎｍ）を縦軸は強度（任意単位）を示す。

実施例２ 第５図に示す構造の本発明の発光素子を作製した。単結
晶ダイヤモンド基板５３上にダイヤモンド発光層５２（
５２ａ：赤色発光層、５２ｂ：緑色発光層、５２Ｃ：青
色発光層）を０５〜１．０７７Ｉ１１厚にエピタキシア
ル成長させ、タングステン電ｔｆｉ６１をスパッタリン
グによって約０．２７７Ｉ１１厚に、又はアルミニウム
電極６１′を約０３声形成した。いずれの場合も実施例
１と同様なバイアス条件で発光が確認できた。それぞれ
のダイヤモンド発光層からのスペクトルは第４図とほぼ
同様のものが得られた。

実施例３ 第６図に示す構造の本発明の発光素子を作製した。ダイ
ヤモンド単結晶基板６３の上に、ボロンを高濃度にドー
プした低抵抗ダイヤモンド膜６４を形成し、この上に発
光層６２（６２ａ：赤色発光層、６２ｂ・緑色発光層、
６２ｃ：青色発光層）としてのダイヤモンド膜を形成し
、さらにＳｉ　Ｏｔを絶縁層６５としてイオンブレーテ
ィング法によって５００人厚に形成し、その上にタング
ステン電極６１又はチタン電極６１′をスパッタリング
法によって形成した。得られた発光素子は実施例１．２
と同様に発光が確認された。それぞれのダイヤモンド発
光層からのスペク１−ルは第４図とほぼ同様のものが得
られた。

〔発明の効果〕

本発明の発光素子は高輝度、大面積が可能で、カラーデ
イスプレィを構成でき、更に耐熱性、耐環境性にも優れ
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第６図は本発明の実施態様を説明する図であ
り、第１図［ａｌないしくｄｉは本発明に係るダイヤモ
ンド発光単位の具体例の断面図、第２図（ａｌ及びｔｂ
＋は本発明の発光素子の具体例を説明する斜視図、第３
図は実施例１で作製した本発明の発光素子の斜視図、第
４図は実施例１で得られる発光素子の発光スペクトル図
、第５図及び第６図はいずれも実施例２及び３で得られ
る本発明の発光素子を示す斜視図である。 図中、１．２１は金属的電極、３１．５１．６１はタン
グステン電極、３１’　、　５１°２６１′　はＴｉ又
はアルミニウム電極、２　、２２．３２．５２．６２は
ダイヤモンド発光層、３゜２３、３３．５３．６３は基
板、４．２４．３４は透明導電性膜（低抵抗層）　、５
．２５．６５は絶縁層、６は金属配線、７は絶縁層を表
す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）赤・青・緑の三原色の発光要素から構成され、前
   記各発光要素の中の発光層がすべてダイヤモンドからな
   る発光素子。