JPH03145773A - Light emitting element - Google Patents
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Abstract
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、情報伝達あるいはセンサ用光源
に用いられる発光ダイオードやＥＬ素子などの発光素子
の構造に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to the structure of a light emitting element such as a light emitting diode or an EL element used as a light source for color display, information transmission, or a sensor.
［従来の技術］
現在、通信などの情報伝達用、回転数検出センサ用ある
いは光記録メモリ用などの光源として発光ダイオード（
ＬＥＤ）か広く用いられている。[Prior Art] Currently, light emitting diodes (
LED) is widely used.
発光ダイオードは、軽量、小型であり、かつ高輝度、長
寿命を有するなど優れた特徴を備えている。Light emitting diodes have excellent features such as being lightweight, small, high brightness, and long life.
長距離通信においては、たとえば発光ダイオードとして
、その発光層にＧａＡｓ（ガリウム・砒素）を用いたも
のが使用されている。In long-distance communications, for example, light-emitting diodes whose light-emitting layer is made of GaAs (gallium arsenide) are used.
また、表示用に用いられる素子としては、ＣＲＴ表示、
ＥＬ表示、プラズマデイスプレィ、液晶表示、ＬＥＤ表
示などが挙げられる。このうち、ＣＲＴ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、携帯用あるいは壁掛は用製品
には向かない。In addition, elements used for display include CRT display,
Examples include EL display, plasma display, liquid crystal display, and LED display. Among these, CRT has become the mainstream for color display because of its high brightness and clarity. However, there are limits to how lightweight and thin the product can be, making it unsuitable for portable or wall-mounted products.
液晶は、軽量・薄型の表示素子として−早く実用化され
ているが、自らが発光するものでないので、輝度に劣る
ことや、見る方向に死角があることなどが問題となって
いる。Liquid crystals have been put into practical use as lightweight and thin display elements, but because they do not emit light themselves, they have problems such as poor brightness and blind spots in the viewing direction.
これに対し、固体発光素子は、軽量かつ薄型で高輝度の
表示素子を形成することが期待できる。In contrast, solid-state light emitting devices can be expected to form lightweight, thin, and high-brightness display devices.
その代表例として、発光ダイオードやＥＬ素子が挙げら
れる。特に、発光ダイオードは発光効率、発光輝度、駆
動電圧および軽量性の点で優れた特性を有している。発
光ダイオードは、ＧａＡＱＡｓＳＧａＡｉＰ、ＧａＰな
との材料を発光層として使用し、赤色や緑色の発光が実
現されている。Typical examples include light emitting diodes and EL elements. In particular, light emitting diodes have excellent characteristics in terms of luminous efficiency, luminance, driving voltage, and light weight. Light-emitting diodes use materials such as GaAQAsSGaAiP and GaP as a light-emitting layer, and are capable of emitting red or green light.
また、青色の発光もＧａＮ５ＳｉＣ，Ｚｎ５ｅなどの材
料を使用すること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り形成されるものが
多く、薄膜大面積発光というよりもむしろ中休でパイロ
ットランプなどの表示やアレイとして応用されている。Furthermore, blue light emission has also been realized by using materials such as GaN5SiC and Zn5e. These materials are often formed by a gas phase method or a liquid phase method, and are used for displays such as pilot lamps or arrays, rather than for thin-film, large-area light emitting.
また、ＥＬ素子は、母材にＺｎＳを用い、Ｃｕ。Moreover, the EL element uses ZnS as a base material and is made of Cu.
ＣＱ、ＴｂＦ３ 、ＳｍＦ３を付活材として、青色、緑
色、赤色の発光を実現させている。このＥＬ素子は、駆
動電圧が高いことや、輝度や安定性や信頼性の面で不安
があるものの、真空蒸着やスパッタリングにより容易に
形成され、大面積の平面発光が可能であり、画素数の多
いマトリクス型情報表示パネルなどに適している。Using CQ, TbF3, and SmF3 as activators, blue, green, and red light emission is achieved. Although this EL element requires a high driving voltage and there are concerns about its brightness, stability, and reliability, it is easily formed by vacuum evaporation or sputtering, is capable of planar light emission over a large area, and has a large number of pixels. Suitable for many matrix-type information display panels.
［発明が解決しようとする課題］
ところが、従来の発光ダイオードやＥＬ素子などの発光
素子は、高温度下で動作させると、発光強度が低下し、
また寿命も著しく低減することになり、特に１００℃以
上での使用に耐え得るものが存在しなかった。ところが
、たとえばカーエレクトロニクスの方舟なとでは高温度
下で確実に動作する発光素子の実現が要望されていた。[Problems to be Solved by the Invention] However, when conventional light emitting elements such as light emitting diodes and EL elements are operated at high temperatures, the light emission intensity decreases.
In addition, the service life was significantly reduced, and there was no product that could withstand use at temperatures above 100°C. However, for example, in the ark of car electronics, there was a demand for light-emitting elements that could operate reliably at high temperatures.
したがって、本発明は上記のような問題点を解消するた
めになされたもので、高温度下で確実に動作し得る発光
素子を提供することを目的とする。Therefore, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a light emitting element that can operate reliably at high temperatures.
［課題を解決するだめの手段］
この発明による発光素子は、ダイヤモンドからなる発光
層と、この発光層に接続され、所定の電圧が印加される
１対の電極層とを備えている。[Means for Solving the Problems] A light emitting device according to the present invention includes a light emitting layer made of diamond and a pair of electrode layers connected to the light emitting layer and to which a predetermined voltage is applied.
［作用］
発光層に用いられるダイヤモンドは、バンドギャップが
５．５ｅＶと大きいため、たとえば１０００℃以下の温
度範囲では真性領域に達することがない。したがって、
安定した発光動作を維持し得る。また、化学的にも安定
し、優れた耐環境性を有している。さらに、ダイヤモン
ドの熱伝導率は２０（Ｗ／ｃｍ−Ｋ）であり、シリコン
（Ｓｔ）の２０倍以上であり、放熱性にも優れる。した
がって、ダイヤモンドを用いた発光素子では、放熱に対
する特別な配慮を軽減し得る。[Function] Since diamond used in the light emitting layer has a large band gap of 5.5 eV, it does not reach the intrinsic region in a temperature range of 1000° C. or lower, for example. therefore,
Stable light emitting operation can be maintained. It is also chemically stable and has excellent environmental resistance. Further, the thermal conductivity of diamond is 20 (W/cm-K), which is more than 20 times that of silicon (St), and has excellent heat dissipation. Therefore, in a light emitting element using diamond, special consideration for heat radiation can be reduced.
［実施例コ 以下、本発明の一実施例を図を用いて説明する。[Example code] An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第１図は、この発明の第１の実施例による発光素子の構
造を模式的に示す断面斜視図である。発光素子は、単結
晶ダイヤモンドからなる基板１の表面上にダイヤモンド
を０．５〜１６０μｍ厚さにエピタキシャル成長させ、
所定の形状にパターニングしてダイヤモンド発光層２を
形成している。FIG. 1 is a cross-sectional perspective view schematically showing the structure of a light emitting device according to a first embodiment of the present invention. The light emitting element is made by epitaxially growing diamond to a thickness of 0.5 to 160 μm on the surface of a substrate 1 made of single crystal diamond.
The diamond light emitting layer 2 is formed by patterning into a predetermined shape.
ダイヤモンド発光層２の表面上には第１の電極３が形成
されている。第１の電極はスパッタリングにより約０．
２μｍ厚さに形成されたタングステン電極あるいは約０
．３μｍ厚さに形成されたアルミニウム電極が用いられ
る。さらに、ダイヤモンド発光層２の表面上の他の位置
にはチタン（Ｔｉ）からなる第２電極４が形成されてい
る。また、本例では、基板１の表面上にはダイヤモンド
発光層２を備える３つの発光領域１０が形成されている
。各々の発光領域１０は赤、青、緑の３原色を発光させ
るために形成されている。ダイヤモンド発光層２の発光
色の制御は、たとえば緑色発光の場、うには単結晶ある
いは多結晶のダイヤモンド層の内部にボロン（Ｂ）を添
加することにより行なわれる。また、赤色あるいは青色
の場合には同じくダイヤモンド層に酸素原子を添加し、
ダイヤモンド層の形成条件を変化させることにより制御
される。このダイヤモンド発光層２の発光色はその結晶
層の内部に生じる結晶欠陥の種類に起因する。A first electrode 3 is formed on the surface of the diamond light emitting layer 2 . The first electrode is formed by sputtering to approximately 0.
A tungsten electrode formed to a thickness of 2 μm or approx.
．． An aluminum electrode formed to a thickness of 3 μm is used. Furthermore, a second electrode 4 made of titanium (Ti) is formed at another position on the surface of the diamond light emitting layer 2. Further, in this example, three light emitting regions 10 each including a diamond light emitting layer 2 are formed on the surface of the substrate 1. Each light emitting region 10 is formed to emit light in three primary colors: red, blue, and green. The emission color of the diamond luminescent layer 2 is controlled by adding boron (B), for example, to the green luminescent field or inside the single crystal or polycrystalline diamond layer. In addition, in the case of red or blue, oxygen atoms are added to the diamond layer,
It is controlled by changing the formation conditions of the diamond layer. The luminescent color of this diamond luminescent layer 2 is due to the type of crystal defects that occur inside the crystal layer.
また、このダイヤモンド発光層２には、導電性を付与す
る意味で適当な不純物（Ｐ、Ａｓ、Ｓｅ。In addition, suitable impurities (P, As, Se, etc.) are added to the diamond light emitting layer 2 in order to impart conductivity.
Ｂ、Ａα）が添加される。B, Aα) are added.
このような構造の発光素子において、第１電極３に負の
バイアスを４０Ｖ印加すると、室温あるいは２００℃の
温度条件において発光が確認された。In the light emitting element having such a structure, when a negative bias of 40 V was applied to the first electrode 3, light emission was confirmed at room temperature or at a temperature of 200°C.
次に、第２の実施例について第２図を用いで説明する。Next, a second embodiment will be explained using FIG. 2.
単結晶ダイヤモンド基板１の表面上にボロンが高濃度に
ドープされた０、５Ｉｚｍ厚さのボロン高濃度ダイヤモ
ンド層５が形成されている。A boron-rich diamond layer 5 doped with boron at a high concentration and having a thickness of 0.5 Izm is formed on the surface of a single-crystal diamond substrate 1.
さらにその表面上に、３箇所にパターニングされたダイ
ヤモンド発光層２が形成されている。ダイヤモンド発光
層２はマイクロ波プラズマＣＶＤ法によって０．５〜１
．０μｍ厚さに形成される。Further, on the surface thereof, a patterned diamond light emitting layer 2 is formed at three locations. The diamond luminescent layer 2 is formed by the microwave plasma CVD method to
．． It is formed to have a thickness of 0 μm.
ダイヤモンド発光層２の表面上にタングステンあるいは
アルミニウムからなる第１電極３が形成される。タング
ステン電極の場合にはスパッタリングによって約０．２
μｍ厚さに形成される。また、ボロン高濃度ダイヤモン
ド層５の表面上の他の位置にはチタン等からなる第２電
極４が形成されている。A first electrode 3 made of tungsten or aluminum is formed on the surface of the diamond light emitting layer 2. In the case of tungsten electrodes, approximately 0.2
It is formed to a thickness of μm. Further, a second electrode 4 made of titanium or the like is formed at another position on the surface of the high boron concentration diamond layer 5.
動作において、第１電極（タングステン電極）１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。次に、２００℃において、全く同じ条件で発光
が確認された。また、第１電極として蒸着により形成さ
れるアルミニウムを用いた場合においても同様の条件で
発光を確認した。In operation, when a negative bias of 40 V is applied to the first electrode (tungsten electrode) 1, the tungsten electrode side emits light. Next, light emission was confirmed at 200° C. under exactly the same conditions. Furthermore, light emission was confirmed under similar conditions when aluminum formed by vapor deposition was used as the first electrode.
温度２００℃で測定した３つのダイヤモンド発光層から
のスペクトルを第４図に示す。The spectra from the three diamond emissive layers measured at a temperature of 200° C. are shown in FIG.
さらに、第３の実施例について第３図を用いて説明する
。ダイヤモンド単結晶基板１の表面上にボロンを高濃度
にドープした低抵抗のダイヤモンド層５を形成し、この
表面にダイヤモンド発光層２を形成する。さらに、ダイ
ヤモンド発光層２の表面上に５ｉ０２からなる絶縁層６
を５００人厚さにイオンブレーティング法によって形成
する。Furthermore, a third embodiment will be explained using FIG. 3. A low-resistance diamond layer 5 doped with boron at a high concentration is formed on the surface of a diamond single crystal substrate 1, and a diamond light-emitting layer 2 is formed on this surface. Furthermore, an insulating layer 6 made of 5i02 is provided on the surface of the diamond luminescent layer 2.
was formed to a thickness of 500 mm using the ion blating method.
さらに、絶縁層６の表面上に第１電極となるタングステ
ン電極３をスパッタリング法により形成する。また、ボ
ロン高濃度ダイヤモンド層５の表面上にはチタンからな
る第２電極４が形成される。Furthermore, a tungsten electrode 3 serving as a first electrode is formed on the surface of the insulating layer 6 by a sputtering method. Furthermore, a second electrode 4 made of titanium is formed on the surface of the boron-rich diamond layer 5.
この例においても、上記第１および第２の実施例と同様
な条件下で発光が確認された。In this example as well, light emission was confirmed under the same conditions as in the first and second examples.
さらに、第４の実施例について第３図を借用して説明す
る。この例ではダイヤモンド発光層２と第１電極３との
間に半導体層７か形成されている。Furthermore, a fourth embodiment will be explained with reference to FIG. In this example, a semiconductor layer 7 is formed between the diamond light emitting layer 2 and the first electrode 3.
この半導体層７はｐ型あるいはｐ型のいずれでもよく、
またダイヤモンド、ＢＮ、ｓｉｃ、ｓｔ。This semiconductor layer 7 may be either p-type or p-type,
Also Diamond, BN, SIC, ST.
Ｇｅ、ＧａＡｓなどのいずれの祠料を用いても構わない
。また、この半導体層７の構造か単結晶あるいは多結晶
さらに非晶質であっても構わない。Any abrasive material such as Ge or GaAs may be used. Moreover, the structure of this semiconductor layer 7 may be single crystal, polycrystal, or amorphous.
なお、上記実施例においては基板１としてｌｉｔ結晶ダ
イヤモンド基板を用いた例について説明したが、たとえ
ばシリコン半導体あるいは金属基板さらには５ｉ０２、
Ａα２０３などの絶縁性基板であっても構わない。In the above embodiment, a lit crystal diamond substrate was used as the substrate 1, but for example, a silicon semiconductor or metal substrate, 5i02,
An insulating substrate such as Aα203 may also be used.
また、上記第２ないし第４の実施例に示す低抵抗の透明
導電性膜５は、たとえば低抵抗の透明膜（Ｉ Ｔｏ、導
電性Ｚｎ０）でもよく、また金属層であっても構わない
。Furthermore, the low resistance transparent conductive film 5 shown in the second to fourth embodiments may be, for example, a low resistance transparent film (I 2 To, conductive Zn 0 ) or a metal layer.
さらに、第３の実施例で示される絶縁性膜６はたとえば
Ａ鉦ＮＳＡ旦２０３ 、Ｓ Ｌ３ Ｎ４ 、Ｓ １０２
、ＢＮ、ダイヤモンドなどを用いても構わない。Further, the insulating film 6 shown in the third embodiment is, for example, A-shaped NSA 203, S L3 N4, S 102.
, BN, diamond, etc. may also be used.
［発明の効果］
このように、本発明による発光素子は、発光層としてダ
イヤモンドを使用し、ダイヤモンドの安定した高温動作
特性により耐環境性に優れ、高輝度、大面積発光か可能
な発光素子を実現することができる。[Effects of the Invention] As described above, the light emitting device according to the present invention uses diamond as the light emitting layer, has excellent environmental resistance due to the stable high temperature operation characteristics of diamond, and is capable of emitting light with high brightness and a large area. It can be realized.
第１図は、この発明の第１の実施例による発光の断面斜
視図である。第２図は、同じ（この発明の第２の実施例
による発光素子の断面斜視図てあり
る。第３図は、この発明の第３および第４の実施例を示
す発光素子の断面斜視図である。第４図Ｇよ、この発明
による発光素子の高温度下（２００℃）における発光光
線のスペクトル図である。
図において、１は基板、２はダイヤモンド発光層、３は
第１電極、４は第２電極、５は透明導電性膜（ボロン高
濃度ダイヤモンド層）、６は絶縁層、７は半導体層を示
している。なお、図中同一符号は同一または相当部分を
示す。
０
渠１図
第２日
／Ｑ
に ！、Ｋｆｚ、
５ニ ボリン高訪フイ〜１三ント層
２：
７パモ、ンドＩＣデ已４４
６：
絶時腺
３：
＄１市種
ｌ′７＝
キ４Ａ令ｊ
４：第２電伸
萬３図
１υ
８４図
００
００
００
ラメラ、−一シミ （η１へうFIG. 1 is a cross-sectional perspective view of light emission according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional perspective view of a light-emitting device according to a second embodiment of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional perspective view of a light-emitting device according to a third and fourth embodiment of the present invention. FIG. 4G is a spectrum diagram of the emitted light beam under high temperature (200° C.) of the light emitting device according to the present invention. In the figure, 1 is the substrate, 2 is the diamond light emitting layer, 3 is the first electrode, Reference numeral 4 indicates a second electrode, 5 a transparent conductive film (high boron concentration diamond layer), 6 an insulating layer, and 7 a semiconductor layer. In addition, the same reference numerals in the drawings indicate the same or corresponding parts. 0 Drain 1 Figure 2nd day/Q !, Kfz, 5 Ni Bolin Gao Hui ~ 1 Santo layer 2: 7 Pamo, Ndo IC de 已 44 6: Absolute gland 3: $1 city type l'7 = Ki 4A Rei j 4: 2nd Denshuman 3 Figure 1 υ 84 Figure 00 00 00 Lamella, -1 stain (η1
Claims (1)
電極層とを備えた、発光素子。[Claims] A light-emitting element comprising: a light-emitting layer made of diamond; and a pair of electrode layers connected to the light-emitting layer and to which a predetermined voltage is applied.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1285728A JPH03145773A (en) | 1989-10-31 | 1989-10-31 | Light emitting element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1285728A JPH03145773A (en) | 1989-10-31 | 1989-10-31 | Light emitting element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03145773A true JPH03145773A (en) | 1991-06-20 |
Family
ID=17695271
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1285728A Pending JPH03145773A (en) | 1989-10-31 | 1989-10-31 | Light emitting element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03145773A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03222376A (en) * | 1990-01-26 | 1991-10-01 | Kobe Steel Ltd | Diamond semiconductor light emitting element |
| JP2006222391A (en) * | 2005-02-14 | 2006-08-24 | Kobe Steel Ltd | Diamond ultraviolet light emitting element |
-
1989
- 1989-10-31 JP JP1285728A patent/JPH03145773A/en active Pending
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