JPH08255924A - 輝度変調型ダイヤモンド発光素子 - Google Patents
輝度変調型ダイヤモンド発光素子Info
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- JPH08255924A JPH08255924A JP5775595A JP5775595A JPH08255924A JP H08255924 A JPH08255924 A JP H08255924A JP 5775595 A JP5775595 A JP 5775595A JP 5775595 A JP5775595 A JP 5775595A JP H08255924 A JPH08255924 A JP H08255924A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 発光効率が高く高い発光輝度が得られ、高速
の輝度変調が可能であるダイヤモンド発光素子を提供す
る。 【構成】 発光層としてのダイヤモンド層１と、このダ
イヤモンド層１の表面に接触する第１及び第２電極４、
５と、この第１及び第２電極間の電流制御用の第３電極
８とを有する。この第３電極８の電位を調整して発光の
輝度変調を行う。この第１及び第２電極４、５がダイヤ
モンド発光層１の同一表面に設けられ、電流制御用の第
３電極３が第１及び第２電極４、５と同一側の表面に形
成されている。
の輝度変調が可能であるダイヤモンド発光素子を提供す
る。 【構成】 発光層としてのダイヤモンド層１と、このダ
イヤモンド層１の表面に接触する第１及び第２電極４、
５と、この第１及び第２電極間の電流制御用の第３電極
８とを有する。この第３電極８の電位を調整して発光の
輝度変調を行う。この第１及び第２電極４、５がダイヤ
モンド発光層１の同一表面に設けられ、電流制御用の第
３電極３が第１及び第２電極４、５と同一側の表面に形
成されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ディスプレイ及び光通
信素子などに利用できるダイヤモンド発光素子、特に３
端子を有して輝度変調が可能なダイヤモンド発光素子に
関する。
信素子などに利用できるダイヤモンド発光素子、特に３
端子を有して輝度変調が可能なダイヤモンド発光素子に
関する。
【０００２】
【従来の技術】ダイヤモンドは耐熱性が優れ、バンドギ
ャッブが大きく（５．５ｅＶ）、アンドーブのダイヤモ
ンドは絶縁体であるが、不純物ドーピングにより半導体
化できる。また、ダイヤモンドは絶縁破壊電圧及び飽和
ドリフト速度が大きく、誘電率が小さいという優れた電
気的特性を有する。このような特徴により、ダイヤモン
ドは高温・高周波・高電界用の電子デバイス材料として
期待されている。また、バンドギャッブが大きいことを
利用して紫外線等の短波長領域に対応する光センサ及び
発光素子への応用が促進され、また熱伝導率が大きく、
比熱が小さいことを利用して放熱基板材料への適用が促
進され、物質中で最も硬いという特性を生かして表面弾
性波素子への応用が促進され、高い光透過性及び屈折率
を利用してＸ線窓及び光学材料への応用が促進されてい
る。更に、ダイヤモンドは工具の耐摩耗部にも使用され
ている。
ャッブが大きく（５．５ｅＶ）、アンドーブのダイヤモ
ンドは絶縁体であるが、不純物ドーピングにより半導体
化できる。また、ダイヤモンドは絶縁破壊電圧及び飽和
ドリフト速度が大きく、誘電率が小さいという優れた電
気的特性を有する。このような特徴により、ダイヤモン
ドは高温・高周波・高電界用の電子デバイス材料として
期待されている。また、バンドギャッブが大きいことを
利用して紫外線等の短波長領域に対応する光センサ及び
発光素子への応用が促進され、また熱伝導率が大きく、
比熱が小さいことを利用して放熱基板材料への適用が促
進され、物質中で最も硬いという特性を生かして表面弾
性波素子への応用が促進され、高い光透過性及び屈折率
を利用してＸ線窓及び光学材料への応用が促進されてい
る。更に、ダイヤモンドは工具の耐摩耗部にも使用され
ている。
【０００３】而して、ダイヤモンドを使用した発光素子
については、従来、以下に示すものが提案されている。 （１）従来技術１：特開平３−２８１５９４号公報 図１０（ａ）に示すように、発光中心を形成するために
Ｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｉｎ等の不純物
元素がドーピングされたダイヤモンド発光層２０を一対
の電極２１、２２で挟み、この電極２１、２２に直流電
圧又は交流電圧を印加することにより、ダイヤモンド発
光層２０から白緑色の発光が生じる（エレクトロルミネ
ッセンス（ＥＬ））。
については、従来、以下に示すものが提案されている。 （１）従来技術１：特開平３−２８１５９４号公報 図１０（ａ）に示すように、発光中心を形成するために
Ｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｇａ、Ｉｎ等の不純物
元素がドーピングされたダイヤモンド発光層２０を一対
の電極２１、２２で挟み、この電極２１、２２に直流電
圧又は交流電圧を印加することにより、ダイヤモンド発
光層２０から白緑色の発光が生じる（エレクトロルミネ
ッセンス（ＥＬ））。
【０００４】図１０（ｂ），（ｃ）に示すように、ダイ
ヤモンド発光層２０と一方の電極２１又は双方の電極２
１、２２との間に、夫々絶縁性の誘電体層２３又は誘電
体層２３、２４が挿入されている場合もある。 （２）従来技術２：特開平１−１０２８９３号公報 発光素子は、図１１（ａ）に示すＥＬ素子構造、図１１
（ｂ）に示す金属電極／半導体ダイヤモンド（ＭＳ）構
造、及び図１１（ｃ）に示す金属電極／アンドーブ絶縁
性ダイヤモンド／半導体ダイヤモンド（ＭＩＳ）構造が
ある。
ヤモンド発光層２０と一方の電極２１又は双方の電極２
１、２２との間に、夫々絶縁性の誘電体層２３又は誘電
体層２３、２４が挿入されている場合もある。 （２）従来技術２：特開平１−１０２８９３号公報 発光素子は、図１１（ａ）に示すＥＬ素子構造、図１１
（ｂ）に示す金属電極／半導体ダイヤモンド（ＭＳ）構
造、及び図１１（ｃ）に示す金属電極／アンドーブ絶縁
性ダイヤモンド／半導体ダイヤモンド（ＭＩＳ）構造が
ある。
【０００５】即ち、ＥＬ素子構造は、図１１（ａ）に示
すように、金属電極３１と透明電極３２との間に、絶縁
層３３が配置され、この絶縁層３３内に半導体ダイヤモ
ンド発光層３０が埋め込まれた構造を有する。このＥＬ
素子構造においては、金属電極３１と半導体ダイヤモン
ド発光層３０との間に電流を流すことにより半導体ダイ
ヤモンド層３０から発光が生じる（キャリア注入型）。
半導体ダイヤモンド発光層３０にはアクセプ夕であるＡ
ｌ又はＢがドーピングされており、ダイヤモンドの伝導
帯に注入された電子が、バンドギャップ中のドナ−準位
とアクセプタ準位を経由して価電子帯の正孔と再結合す
る際に発光が生じる。
すように、金属電極３１と透明電極３２との間に、絶縁
層３３が配置され、この絶縁層３３内に半導体ダイヤモ
ンド発光層３０が埋め込まれた構造を有する。このＥＬ
素子構造においては、金属電極３１と半導体ダイヤモン
ド発光層３０との間に電流を流すことにより半導体ダイ
ヤモンド層３０から発光が生じる（キャリア注入型）。
半導体ダイヤモンド発光層３０にはアクセプ夕であるＡ
ｌ又はＢがドーピングされており、ダイヤモンドの伝導
帯に注入された電子が、バンドギャップ中のドナ−準位
とアクセプタ準位を経由して価電子帯の正孔と再結合す
る際に発光が生じる。
【０００６】一方、図１１（ｂ）に示すＭＳ構造におい
ては、ｐ型半導体ダイヤモンド発光層３４を基板３５上
に形成し、発光層３４の表面及び基板３５の裏面に夫々
金属電極３６、３７を形成している。
ては、ｐ型半導体ダイヤモンド発光層３４を基板３５上
に形成し、発光層３４の表面及び基板３５の裏面に夫々
金属電極３６、３７を形成している。
【０００７】また、図１１（ｃ）に示すＭＩＳ構造にお
いては、ｐ型半導体ダイヤモンド発光層３４の上にアン
ドープの絶縁性ダイヤモンド層３８を形成し、この絶縁
性ダイヤモンド層３８の上に金属電極３６が形成されて
いる。
いては、ｐ型半導体ダイヤモンド発光層３４の上にアン
ドープの絶縁性ダイヤモンド層３８を形成し、この絶縁
性ダイヤモンド層３８の上に金属電極３６が形成されて
いる。
【０００８】これらのＭＳ構造及びＭＩＳ構造の発光素
子では、順方向電流（金属電極３６に負電圧を印加）に
より発光する。 （３）従来技術３：特開平３−１２２０９３号公報 図１２（ａ）〜（ｃ）に示すように、発光素子は電極３
６とダイヤモンド発光層３４とが接合した構造、又は電
極３６とダイヤモンド発光層３４との間に絶縁膜又は半
導体膜３８が挿入された構造を有する。ダイヤモンド発
光層３４は基板３５上に形成され、又は低抵抗層３９を
介して基板３５上に形成されている。
子では、順方向電流（金属電極３６に負電圧を印加）に
より発光する。 （３）従来技術３：特開平３−１２２０９３号公報 図１２（ａ）〜（ｃ）に示すように、発光素子は電極３
６とダイヤモンド発光層３４とが接合した構造、又は電
極３６とダイヤモンド発光層３４との間に絶縁膜又は半
導体膜３８が挿入された構造を有する。ダイヤモンド発
光層３４は基板３５上に形成され、又は低抵抗層３９を
介して基板３５上に形成されている。
【０００９】この発光素子においては、ダイヤモンド発
光層３４にＢをドーピングすれば緑色の発光が生じる。
ダイヤモンド膜の気相合成において、原料ガス中に酸素
を添加してダイヤモンド膜中に欠陥を導入すれば赤色の
発光が生じる。また、逆にダイヤモンド膜の気相合成に
おいて、原料ガス中に水を添加して欠陥の導入を抑制す
れば青色の発光が生じる。 （４）従来技術４：特開平３−２２２３７６号公報 図１３に示すように、導電性基板４０上に、半導体ダイ
ヤモンド発光層３４、アンドープダイヤモンド層３８及
び金属電極３６からなるＭＩＳ構造を形成し、導電性基
板４０と金属電極３６との間に順方向電圧を印加するこ
とにより、ダイヤモンド層３４から発光が生じる。ダイ
ヤモンドはｐ型でもｎ型でもよい。発光は電子と正孔が
半導体ダイヤモンド発光層３４中の欠陥準位を介した再
結合により生じる。 （５）従来技術５：B.Burchard et. al:Diamond and Re
lated Materials,Vol.3,p.947(1994) 図１４（ａ）に示すように、アンドープのダイヤモンド
層（ｉ層）１の表面に、Ｂが高濃度にドープされたダイ
ヤモンド層（ｐ+層）２、３が形成されており、ｐ+層
２、３に接触して夫々第１電極４、５が形成されて、ｐ
+ｉｐ型の発光素子が構成されている。一方、図１４
（ｂ）に示すＭｉｐ型の発光素子においては、ｐ+層３
が存在せず、第２電極５はアンドープ半導体基板１上に
形成されている。このように、発光素子は、ｐ+ｉｐ+型
に積層または配列した構造、又は電極の一方が金属であ
るＭｉｐ+型を有する。このように構成された発光素子
においては、ｐ+層２、３からｉ層１へ高エネルギーの
正孔が注入されてｉ層に電子−正孔対が生じ、これらが
再結合する際に、ｉ層１の発光領域６から青、緑、オレ
ンジ色の発光が生じる。輝度は室温で０．ｌｃｄ（カン
デラ）である。
光層３４にＢをドーピングすれば緑色の発光が生じる。
ダイヤモンド膜の気相合成において、原料ガス中に酸素
を添加してダイヤモンド膜中に欠陥を導入すれば赤色の
発光が生じる。また、逆にダイヤモンド膜の気相合成に
おいて、原料ガス中に水を添加して欠陥の導入を抑制す
れば青色の発光が生じる。 （４）従来技術４：特開平３−２２２３７６号公報 図１３に示すように、導電性基板４０上に、半導体ダイ
ヤモンド発光層３４、アンドープダイヤモンド層３８及
び金属電極３６からなるＭＩＳ構造を形成し、導電性基
板４０と金属電極３６との間に順方向電圧を印加するこ
とにより、ダイヤモンド層３４から発光が生じる。ダイ
ヤモンドはｐ型でもｎ型でもよい。発光は電子と正孔が
半導体ダイヤモンド発光層３４中の欠陥準位を介した再
結合により生じる。 （５）従来技術５：B.Burchard et. al:Diamond and Re
lated Materials,Vol.3,p.947(1994) 図１４（ａ）に示すように、アンドープのダイヤモンド
層（ｉ層）１の表面に、Ｂが高濃度にドープされたダイ
ヤモンド層（ｐ+層）２、３が形成されており、ｐ+層
２、３に接触して夫々第１電極４、５が形成されて、ｐ
+ｉｐ型の発光素子が構成されている。一方、図１４
（ｂ）に示すＭｉｐ型の発光素子においては、ｐ+層３
が存在せず、第２電極５はアンドープ半導体基板１上に
形成されている。このように、発光素子は、ｐ+ｉｐ+型
に積層または配列した構造、又は電極の一方が金属であ
るＭｉｐ+型を有する。このように構成された発光素子
においては、ｐ+層２、３からｉ層１へ高エネルギーの
正孔が注入されてｉ層に電子−正孔対が生じ、これらが
再結合する際に、ｉ層１の発光領域６から青、緑、オレ
ンジ色の発光が生じる。輝度は室温で０．ｌｃｄ（カン
デラ）である。
【００１０】このｐ+ｉｐ+型の発光素子の場合、その発
光機構は次のように考えられている。ダイヤモンド中に
ダイヤモンドのバンドギャップ（約５．５ｅＶ）以上の
高エネルギーをもった正孔が注入されると、正孔がダイ
ヤモンドの構成元素である炭素原子と衝突して電子を価
電子帯から伝導帯に励起し、この結果、ダイヤモンド中
に電子−正孔対を生じさせる。発光はこの電子−正孔対
が再結合してエネルギーを失う際に起きる。ｐ+層は電
力損失なしにｉ層へ正孔を注入するという特徴がある。
光機構は次のように考えられている。ダイヤモンド中に
ダイヤモンドのバンドギャップ（約５．５ｅＶ）以上の
高エネルギーをもった正孔が注入されると、正孔がダイ
ヤモンドの構成元素である炭素原子と衝突して電子を価
電子帯から伝導帯に励起し、この結果、ダイヤモンド中
に電子−正孔対を生じさせる。発光はこの電子−正孔対
が再結合してエネルギーを失う際に起きる。ｐ+層は電
力損失なしにｉ層へ正孔を注入するという特徴がある。
【００１１】ｐ+ｉｐ+型の発光素子の発光強度を増大す
るには、高エネルギーの正孔を高密度にダイヤモンド中
に注入すればよい。また発光強度の変調には、注入され
る正孔のエネルギーを変えるか、正孔の密度を変えるこ
とが必要である。
るには、高エネルギーの正孔を高密度にダイヤモンド中
に注入すればよい。また発光強度の変調には、注入され
る正孔のエネルギーを変えるか、正孔の密度を変えるこ
とが必要である。
【００１２】ＭＩＳ型の発光素子の場合は、金属電極か
らダイヤモンド中に高エネルギーをもった電子が注入さ
れ、この電子が価電子帯の正孔と再結合するときに発光
が生じる。
らダイヤモンド中に高エネルギーをもった電子が注入さ
れ、この電子が価電子帯の正孔と再結合するときに発光
が生じる。
【００１３】上記（１）〜（５）の従来の発光素子は、
いずれも２端子を有する。発光輝度を変えるには２端子
間の電圧を上げて電流量を増加させる。即ち、注入きれ
るキャリアのエネルギーと濃度を同時に変えることによ
り、発光輝度を変える。
いずれも２端子を有する。発光輝度を変えるには２端子
間の電圧を上げて電流量を増加させる。即ち、注入きれ
るキャリアのエネルギーと濃度を同時に変えることによ
り、発光輝度を変える。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の従来技術１、２のＥＬ素子は発光効率が低く、駆動電
圧が高い（〜３００Ｖ）という問題点がある。また、従
来技術２〜５のＭＳ、ＭＩＳ及びｐ+ｉｐ+構造を有する
発光素子では、従来技術１、２のＥＬ素子に比較する
と、駆動電圧が低い（１０〜４０Ｖ）が、発光強度は最
高でも０．ｌｃｄ程度にしか得られず、実用強度（約ｌ
ｃｄ）にはほど遠いという問題点がある。
の従来技術１、２のＥＬ素子は発光効率が低く、駆動電
圧が高い（〜３００Ｖ）という問題点がある。また、従
来技術２〜５のＭＳ、ＭＩＳ及びｐ+ｉｐ+構造を有する
発光素子では、従来技術１、２のＥＬ素子に比較する
と、駆動電圧が低い（１０〜４０Ｖ）が、発光強度は最
高でも０．ｌｃｄ程度にしか得られず、実用強度（約ｌ
ｃｄ）にはほど遠いという問題点がある。
【００１５】また、従来技術１〜５のいずれも発光強度
は２端子間に印加される電圧によって決まる。しかしな
がら、このような２端子素子では、レンジの広い半階調
を得るために発光強度を大きく変調するには、２端子間
の電圧を大きく変えることが必要となり、制御回路に耐
電圧性が要求され、回路製作のコストが高くなるという
問題が生じる。
は２端子間に印加される電圧によって決まる。しかしな
がら、このような２端子素子では、レンジの広い半階調
を得るために発光強度を大きく変調するには、２端子間
の電圧を大きく変えることが必要となり、制御回路に耐
電圧性が要求され、回路製作のコストが高くなるという
問題が生じる。
【００１６】また、発光素子を通信用に用いる場合、２
端子間の電圧を高速（ｋＨｚ〜ＧＨｚ）でオン・オフす
る必要があり、更に高耐圧で複雑な制御回路が要求され
ることになり、コストの上昇を招く。
端子間の電圧を高速（ｋＨｚ〜ＧＨｚ）でオン・オフす
る必要があり、更に高耐圧で複雑な制御回路が要求され
ることになり、コストの上昇を招く。
【００１７】而して、ダイヤモンド発光素子から十分な
発光輝度が得られ、かつ高速の輝度変調が可能になれ
ば、ダイヤモンド発光素子の用途は大きく拡大し、従来
不可能であると考えられていた利用が可能になり、新し
い産業分野を創造することができる。例えば、ダイヤモ
ンドの大きなバンドギャップを生かせば、波長約０．２
〜０．３μｍの紫外線を発光する固体素子及び紫外レー
ザが可能である。このような素子は高輝度のディスプレ
ー、大容量・高速光通信、及び医療等の分野に利用が可
能であり、飛躍的な進歩をもたらすことが期待される。
従って、十分に高い発光輝度が得られ、高速の輝度変調
が可能なダイヤモンド発光素子を提供することを目的と
する。
発光輝度が得られ、かつ高速の輝度変調が可能になれ
ば、ダイヤモンド発光素子の用途は大きく拡大し、従来
不可能であると考えられていた利用が可能になり、新し
い産業分野を創造することができる。例えば、ダイヤモ
ンドの大きなバンドギャップを生かせば、波長約０．２
〜０．３μｍの紫外線を発光する固体素子及び紫外レー
ザが可能である。このような素子は高輝度のディスプレ
ー、大容量・高速光通信、及び医療等の分野に利用が可
能であり、飛躍的な進歩をもたらすことが期待される。
従って、十分に高い発光輝度が得られ、高速の輝度変調
が可能なダイヤモンド発光素子を提供することを目的と
する。
【００１８】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、発光効率が高く高い発光輝度が得られ、高
速の輝度変調が可能であるダイヤモンド発光素子を提供
することを目的とする。
のであって、発光効率が高く高い発光輝度が得られ、高
速の輝度変調が可能であるダイヤモンド発光素子を提供
することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明に係るダイヤモン
ド発光素子は、発光層としてのダイヤモンド層と、この
ダイヤモンド層の表面に接触する第１及び第２電極と、
この第１及び第２電極間の電流制御用の第３電極とを有
し、この第３電極の電位を調整して発光の輝度変調を可
能にしたことを特徴とする。
ド発光素子は、発光層としてのダイヤモンド層と、この
ダイヤモンド層の表面に接触する第１及び第２電極と、
この第１及び第２電極間の電流制御用の第３電極とを有
し、この第３電極の電位を調整して発光の輝度変調を可
能にしたことを特徴とする。
【００２０】
【作用】本発明においては、ダイヤモンドの発光素子の
第１電極から正孔を注入して空間制限電流を流すか、ま
たはこれに加えさらに第２電極から電子を注入すること
により第１、第２電極間に大電流を流すことが可能であ
る。そして、電流制御用の第３電極を設けることによ
り、２電極の場合よりも、同一の電圧で約２０倍の電流
引き出しが可能である。
第１電極から正孔を注入して空間制限電流を流すか、ま
たはこれに加えさらに第２電極から電子を注入すること
により第１、第２電極間に大電流を流すことが可能であ
る。そして、電流制御用の第３電極を設けることによ
り、２電極の場合よりも、同一の電圧で約２０倍の電流
引き出しが可能である。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の実施例について、添付の図面
を参照して具体的に説明する。図１は本発明の実施例に
係る半導体発光素子を示す図である。アンドープのｉ型
ダイヤモンド発光層１（ｉ層）の表面にボロン（Ｂ）が
高濃度にドープされた低抵抗ダイヤモンド層２、３（ｐ
+層）が適長間隔をおいて形成されている。そして、こ
の低抵抗ダイヤモンド層２、３に接触するように、ダイ
ヤモンド発光層１の上に、夫々第１電極４、５が形成さ
れている。
を参照して具体的に説明する。図１は本発明の実施例に
係る半導体発光素子を示す図である。アンドープのｉ型
ダイヤモンド発光層１（ｉ層）の表面にボロン（Ｂ）が
高濃度にドープされた低抵抗ダイヤモンド層２、３（ｐ
+層）が適長間隔をおいて形成されている。そして、こ
の低抵抗ダイヤモンド層２、３に接触するように、ダイ
ヤモンド発光層１の上に、夫々第１電極４、５が形成さ
れている。
【００２２】そして、第１電極４及び第２電極５の相互
間のダイヤモンド層１の上には、絶縁膜７を介して、第
３電極８が形成されている。この第３電極８は第１電極
４と第２電極５との間に流れる電流を制御するためのも
のである。絶縁膜７としては、例えば電気絶縁性に優れ
た酸化シリコン層である。
間のダイヤモンド層１の上には、絶縁膜７を介して、第
３電極８が形成されている。この第３電極８は第１電極
４と第２電極５との間に流れる電流を制御するためのも
のである。絶縁膜７としては、例えば電気絶縁性に優れ
た酸化シリコン層である。
【００２３】このように構成された半導体ダイヤモンド
発光素子においては、第１電極４と低抵抗ダイヤモンド
層２が第１主電極部となり、第２電極５と低抵抗ダイヤ
モンド層３が第２主電極部となる。そして、第１主電極
部に対して第２主電極部に負の電圧を印加することによ
り、低抵抗ダイヤモンド層２から高抵抗のｉ層ダイヤモ
ンド層１中に正孔による空間制限電流が流れ、大電流が
得られる。これにより、第３電極８の直下のダイヤモン
ド発光層１にお領域６から発光が得られる。この低抵抗
ダイヤモンド層２からダイヤモンド発光層１に流れる電
流量は、第３電極８に種々の電圧を印加することによっ
て制御することができ、これにより発光輝度を変えるこ
とができる。
発光素子においては、第１電極４と低抵抗ダイヤモンド
層２が第１主電極部となり、第２電極５と低抵抗ダイヤ
モンド層３が第２主電極部となる。そして、第１主電極
部に対して第２主電極部に負の電圧を印加することによ
り、低抵抗ダイヤモンド層２から高抵抗のｉ層ダイヤモ
ンド層１中に正孔による空間制限電流が流れ、大電流が
得られる。これにより、第３電極８の直下のダイヤモン
ド発光層１にお領域６から発光が得られる。この低抵抗
ダイヤモンド層２からダイヤモンド発光層１に流れる電
流量は、第３電極８に種々の電圧を印加することによっ
て制御することができ、これにより発光輝度を変えるこ
とができる。
【００２４】次に、半導体デバイスシミュレータ用い
て、図１に示す素子構造の電流−電圧特性を解析した。
シミュレーションを実施したダイヤモンド輝度変調素子
のパラメータは以下の通りである。
て、図１に示す素子構造の電流−電圧特性を解析した。
シミュレーションを実施したダイヤモンド輝度変調素子
のパラメータは以下の通りである。
【００２５】
【表１】 次に、シミュレーションに用いたダイヤモンドの物性値
を示す。
を示す。
【００２６】
【表２】
【００２７】図２には第３電極部に印加する電圧を変え
た場合に、第１電極４から第２電極５に流れる電流量を
第１電極４と第２電極５に印加した電圧の関数としてプ
ロットした。Ｖｇ＝０Ｖの線は第３電極８に電圧を印加
しない場合の結果である。図２に示すように、第３電極
８に負電圧（Ｖｇ＝−２０Ｖ）を印加した場合には第１
電極４から第２電極５に流れる電流量（ドレイン電流）
が約２０倍に増大することが分かる。
た場合に、第１電極４から第２電極５に流れる電流量を
第１電極４と第２電極５に印加した電圧の関数としてプ
ロットした。Ｖｇ＝０Ｖの線は第３電極８に電圧を印加
しない場合の結果である。図２に示すように、第３電極
８に負電圧（Ｖｇ＝−２０Ｖ）を印加した場合には第１
電極４から第２電極５に流れる電流量（ドレイン電流）
が約２０倍に増大することが分かる。
【００２８】このような急激な電流増大の機構は図３に
示すシミュレーションによって理解できる。第１電極部
（例えば、ア−ス電位とする）と第２電極部（例えば、
負電位とする）に電位差をもうけることにより、第１電
極部より第２電極部に向かって正孔が注入される。
示すシミュレーションによって理解できる。第１電極部
（例えば、ア−ス電位とする）と第２電極部（例えば、
負電位とする）に電位差をもうけることにより、第１電
極部より第２電極部に向かって正孔が注入される。
【００２９】図５に示すように、第３電極８に正電圧を
印加すると、第３電極８に隣接するダイヤモンド層には
正の電界がかかり、正孔に対するポテンシャルは高くな
る。但し、図３〜５中の等高線数値は、キャリア濃度分
布の１０xｃｍ-3のｘ値を示す。
印加すると、第３電極８に隣接するダイヤモンド層には
正の電界がかかり、正孔に対するポテンシャルは高くな
る。但し、図３〜５中の等高線数値は、キャリア濃度分
布の１０xｃｍ-3のｘ値を示す。
【００３０】また、電圧を印加しない場合（アース電
位：図４）でも、ビルトイン・ポテンシャルにより、第
３電極８に隣接するダイヤモンド層には正の電界がかか
り、正孔に対するポテンシャルは高くなる。このポテン
シャルにより正孔が通過できる経路が細くなり、第１電
極部と第２電極部を流れる電流は小さくなる（図４参
照）。
位：図４）でも、ビルトイン・ポテンシャルにより、第
３電極８に隣接するダイヤモンド層には正の電界がかか
り、正孔に対するポテンシャルは高くなる。このポテン
シャルにより正孔が通過できる経路が細くなり、第１電
極部と第２電極部を流れる電流は小さくなる（図４参
照）。
【００３１】しかしながら、図３に示すように、第３電
極８に負電圧を印加すると、正孔が引き寄せられ、その
密度が図４に示すアース電位の場合に比べて一挙に約２
０倍に増大することが分かる。
極８に負電圧を印加すると、正孔が引き寄せられ、その
密度が図４に示すアース電位の場合に比べて一挙に約２
０倍に増大することが分かる。
【００３２】即ち、第１及び第２主電極部間の電圧が一
定であっても、第３電極部に印加する電圧を変えれば正
孔密度が大きく連続的に変化し、従って、発光強度も連
続的に変化する。換言すれば、第３電極８の電圧を変え
ることにより、発光素子の半階調制御が可能である。
定であっても、第３電極部に印加する電圧を変えれば正
孔密度が大きく連続的に変化し、従って、発光強度も連
続的に変化する。換言すれば、第３電極８の電圧を変え
ることにより、発光素子の半階調制御が可能である。
【００３３】第３電極部にパルス状の電圧を印加すれ
ば、それに発光強度が追随するのでデジタル的な発光が
可能である。また、パルス状の電圧を１ｋＨｚ〜１ＧＨ
ｚにすれば光通信用の光電変換素子が実現できる。更
に、半階調制御にも応用することができる。
ば、それに発光強度が追随するのでデジタル的な発光が
可能である。また、パルス状の電圧を１ｋＨｚ〜１ＧＨ
ｚにすれば光通信用の光電変換素子が実現できる。更
に、半階調制御にも応用することができる。
【００３４】更に、第１及び第２電極間の電圧及び第３
電極の電圧を最大にすれば、第３電極部がない場合に比
べて発光強度が大幅に増加するする。即ち、電圧一定で
の電流制御とともに、電流・電圧両制御も可能でなる。
電極の電圧を最大にすれば、第３電極部がない場合に比
べて発光強度が大幅に増加するする。即ち、電圧一定で
の電流制御とともに、電流・電圧両制御も可能でなる。
【００３５】図１に示す場合、第１及び第２電極部及び
第３電極部がダイヤモンド発光層の同一表面に設けられ
た場合、発光はその面又は反対側の表面又は側面から放
出されることは明らかである。第３電極部はダイヤモン
ド内部に埋め込まれていてもよい。
第３電極部がダイヤモンド発光層の同一表面に設けられ
た場合、発光はその面又は反対側の表面又は側面から放
出されることは明らかである。第３電極部はダイヤモン
ド内部に埋め込まれていてもよい。
【００３６】図６に示すように、ダイヤモンド発光層１
に対し、第３電極９を第１電極４及び第２電極５とは反
対側の表面に設けることもできる。この場合、発光は第
１、２電極４、５のギャップ又は側面から生じる。
に対し、第３電極９を第１電極４及び第２電極５とは反
対側の表面に設けることもできる。この場合、発光は第
１、２電極４、５のギャップ又は側面から生じる。
【００３７】また、図７に示すように、ダイヤモンド発
光層１に対し第１電極４と同じ側に第３電極８を設け、
第２電極１０のみを反対側の表面に設けることもでき
る。なお、この図７に示す発光素子においては、発光領
域６はダイヤモンド層１内の内部にある。
光層１に対し第１電極４と同じ側に第３電極８を設け、
第２電極１０のみを反対側の表面に設けることもでき
る。なお、この図７に示す発光素子においては、発光領
域６はダイヤモンド層１内の内部にある。
【００３８】更に、図８に示すように、ダイヤモンド発
光層１に対し第１電極４のみを表面に設け、第２電極１
０及び第３電極９を第１電極４の反対側の表面に設ける
こともできる。電極の配置及び電極間距離は第３電極の
電圧及び発光素子モジュールの構造により、最適値を選
べばよい。
光層１に対し第１電極４のみを表面に設け、第２電極１
０及び第３電極９を第１電極４の反対側の表面に設ける
こともできる。電極の配置及び電極間距離は第３電極の
電圧及び発光素子モジュールの構造により、最適値を選
べばよい。
【００３９】電流制御用の第３電極８、９は、電圧を印
加するものであるが、電流リークがないことが望まし
い。このため、ダイヤモンド層１に対してショットキバ
リアの高い電極を用いることができる。また、Ａｌ等に
代表きれる金属又は多結晶シリコン等に代表される非金
属の電極材料を用い、それを適当な電気的絶縁層を介し
てダイヤモンド発光層１上に形成することができる。薄
膜電極の代わりに、接触面積が小さい電極を設けること
も可能である。
加するものであるが、電流リークがないことが望まし
い。このため、ダイヤモンド層１に対してショットキバ
リアの高い電極を用いることができる。また、Ａｌ等に
代表きれる金属又は多結晶シリコン等に代表される非金
属の電極材料を用い、それを適当な電気的絶縁層を介し
てダイヤモンド発光層１上に形成することができる。薄
膜電極の代わりに、接触面積が小さい電極を設けること
も可能である。
【００４０】電流リークを防ぐには、第３電極の電気的
絶縁層がバンドギャップが５ｅＶ以上の電気絶縁体とす
ることが望ましい。このような材料としては酸化シリコ
ン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウ
ム又は酸化ジルコニウム等がある。電気絶縁層がチタン
酸バリウム及びフッ化カルシウム等の強誘電体である場
合には、ダイヤモンド層に強い電界を印加できるので、
発光強度の増大が可能になる。また、前記電気絶縁体と
強誘電体とを積層することにより、両者の特徴を利用す
ることも可能である。
絶縁層がバンドギャップが５ｅＶ以上の電気絶縁体とす
ることが望ましい。このような材料としては酸化シリコ
ン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウ
ム又は酸化ジルコニウム等がある。電気絶縁層がチタン
酸バリウム及びフッ化カルシウム等の強誘電体である場
合には、ダイヤモンド層に強い電界を印加できるので、
発光強度の増大が可能になる。また、前記電気絶縁体と
強誘電体とを積層することにより、両者の特徴を利用す
ることも可能である。
【００４１】第１電極部の構造として、先ず発光層であ
るダイヤモンド層にボロン（Ｂ）が高濃度にドーピング
された低抵抗のダイヤモンド層を形成し、更に金属又は
非金属の電極を積層した構造を採用することにより、第
１電極からダイヤモンド発光層への正孔注入効率は大幅
に増大する。
るダイヤモンド層にボロン（Ｂ）が高濃度にドーピング
された低抵抗のダイヤモンド層を形成し、更に金属又は
非金属の電極を積層した構造を採用することにより、第
１電極からダイヤモンド発光層への正孔注入効率は大幅
に増大する。
【００４２】低抵抗のダイヤモンド層はボロン（Ｂ）の
イオン注入、又は原料ガスに例えばジボラン（Ｂ2Ｈ6）
を含むダイヤモンドの気相合成によって形成できる。低
抵抗のダイヤモンド層のパターンを作る必要がある場合
には、通常の微細加工技術、エッチング技術及び選択成
長技術を適用すればよい。
イオン注入、又は原料ガスに例えばジボラン（Ｂ2Ｈ6）
を含むダイヤモンドの気相合成によって形成できる。低
抵抗のダイヤモンド層のパターンを作る必要がある場合
には、通常の微細加工技術、エッチング技術及び選択成
長技術を適用すればよい。
【００４３】第２電極部の構造としては、上述の第１電
極と同様の構造が可能である。この場合は、低抵抗ダイ
ヤモンド層３を有しているので、第２電極５とダイヤモ
ンド発光層１との電気的接触抵抗を小さくできるという
利点がある。これは、第１電極４と、第２電極５との間
に交流電圧を印加する場合に望ましい構造である。
極と同様の構造が可能である。この場合は、低抵抗ダイ
ヤモンド層３を有しているので、第２電極５とダイヤモ
ンド発光層１との電気的接触抵抗を小さくできるという
利点がある。これは、第１電極４と、第２電極５との間
に交流電圧を印加する場合に望ましい構造である。
【００４４】第２電極部として、低抵抗ダイヤモンド層
３を形成せず、金属電極５のみを使用してもよい。この
場合には、第２電極部からダイヤモンド発光層１に電子
が注入され、第１電極４から注入された正孔との再結合
を促進するので、さらに輝度が向上する。
３を形成せず、金属電極５のみを使用してもよい。この
場合には、第２電極部からダイヤモンド発光層１に電子
が注入され、第１電極４から注入された正孔との再結合
を促進するので、さらに輝度が向上する。
【００４５】上述のごとく、発光輝度を高めるには、高
エネルギーの正孔を高濃度に注入する必要がある。この
ためには、第１、第２電極４、５間に強い電界をかけて
空間制限電流を流せばよい。このためには、ダイヤモン
ド発光層の不純物及び結晶欠陥を低減し、１０4Ω・ｃ
ｍ以上の高抵抗とすることが必要である。高輝度の発光
に必要なエネルギーをもった正孔を注入するには、第
１、第２電極間に１０4Ｖ／ｃｍ以上の電界をかけるこ
とが望ましい。そこで、例えば、第１、第２電極間距離
が１μｍの場合には、第１、第２電極間に１Ｖ以上の電
圧を印加すれぱよい。即ち、第１、第２電極間に印加で
きる電圧が決まれば、第１、第２電極間距離も決まる。
エネルギーの正孔を高濃度に注入する必要がある。この
ためには、第１、第２電極４、５間に強い電界をかけて
空間制限電流を流せばよい。このためには、ダイヤモン
ド発光層の不純物及び結晶欠陥を低減し、１０4Ω・ｃ
ｍ以上の高抵抗とすることが必要である。高輝度の発光
に必要なエネルギーをもった正孔を注入するには、第
１、第２電極間に１０4Ｖ／ｃｍ以上の電界をかけるこ
とが望ましい。そこで、例えば、第１、第２電極間距離
が１μｍの場合には、第１、第２電極間に１Ｖ以上の電
圧を印加すれぱよい。即ち、第１、第２電極間に印加で
きる電圧が決まれば、第１、第２電極間距離も決まる。
【００４６】本願発明者等は、発光強度をさらに増大す
るためにはダイヤモンド発光層が粒径０．５μｍ以下の
ダイヤモンド結晶集合体、又は直径が０．５μｍ以下の
柱状に成長したダイヤモンド結晶の集合体とすればよい
ことを見出した。このようなダイヤモンド層の形態制御
はダイヤモンドの気相合成において適当な合成条件（成
分ガス濃度、ガス圧力、ガス流量、基板温度、基板位
置、合成手順等）を選択することにより可能である。発
光強度が増大する原因は未だ十分には判明していない
が、第１及び第２電極部より注入された高エネルギーの
電子及び正孔が粒界を通過する時に、粒界部の構造の乱
れた炭素原子と強く衝突して、高密度の電子・正孔対を
発生するためであろうと考えられる。
るためにはダイヤモンド発光層が粒径０．５μｍ以下の
ダイヤモンド結晶集合体、又は直径が０．５μｍ以下の
柱状に成長したダイヤモンド結晶の集合体とすればよい
ことを見出した。このようなダイヤモンド層の形態制御
はダイヤモンドの気相合成において適当な合成条件（成
分ガス濃度、ガス圧力、ガス流量、基板温度、基板位
置、合成手順等）を選択することにより可能である。発
光強度が増大する原因は未だ十分には判明していない
が、第１及び第２電極部より注入された高エネルギーの
電子及び正孔が粒界を通過する時に、粒界部の構造の乱
れた炭素原子と強く衝突して、高密度の電子・正孔対を
発生するためであろうと考えられる。
【００４７】図９には発光強度と粒径の関係を示した。
粒径が０．５μｍの場合を境に発光強度が大きく変化し
ていることが分かる。
粒径が０．５μｍの場合を境に発光強度が大きく変化し
ていることが分かる。
【００４８】ダイヤモンド発光層がアンドーブである場
合には、波長が０．２〜０．４ミクロンの紫外発光が可
能である。可視光を発光させる場合には、ダイヤモンド
発光層に発光中心としてＬｉ，Ｂｅ，０，Ｆ，Ｐ，Ｓ
ｉ，Ｎ，Ａｓ又はＡｌ等の不純物をドーピングすること
により、その発光色を赤〜青まで制御できる。これを利
用すればフルカラーの発光素子を作製することも可能で
ある。
合には、波長が０．２〜０．４ミクロンの紫外発光が可
能である。可視光を発光させる場合には、ダイヤモンド
発光層に発光中心としてＬｉ，Ｂｅ，０，Ｆ，Ｐ，Ｓ
ｉ，Ｎ，Ａｓ又はＡｌ等の不純物をドーピングすること
により、その発光色を赤〜青まで制御できる。これを利
用すればフルカラーの発光素子を作製することも可能で
ある。
【００４９】上述のダイヤモンドは天然又は人工のバル
ク・ダィヤモンドであっても、気相合成によって形成さ
れた薄膜状の多結晶ダイヤモンド層、高配向性ダイヤモ
ンド層、又はへテロエピタキシャル若しくはホモエピタ
キシャルのダイヤモンド膜であってもよい。特に、薄膜
を形成する基板は、シリコン等の非ダイヤモンド材料、
バルク・ダイヤモンド、気相合成ダイヤモンド等いずれ
でもよい。
ク・ダィヤモンドであっても、気相合成によって形成さ
れた薄膜状の多結晶ダイヤモンド層、高配向性ダイヤモ
ンド層、又はへテロエピタキシャル若しくはホモエピタ
キシャルのダイヤモンド膜であってもよい。特に、薄膜
を形成する基板は、シリコン等の非ダイヤモンド材料、
バルク・ダイヤモンド、気相合成ダイヤモンド等いずれ
でもよい。
【００５０】以上の説明では、個別発光素子について述
べたが、上記の発光素子をマトリックス状に配列すれば
平面ディスプレーが可能になる。また、光導波路等との
組み合わせにより、光通信用モジュールが得られる。 （実施例１）次に、本発明の実施例に係る発光素子を製
造し、その特性を比較例と比較した結果について説明す
る。本実施例では、図１のように第１〜３電極４、５、
８をダイヤモンド層１に対し全て同じ側の表面に形成す
る。微細加工には通常のフォトリソグラフィー技術を用
いた。
べたが、上記の発光素子をマトリックス状に配列すれば
平面ディスプレーが可能になる。また、光導波路等との
組み合わせにより、光通信用モジュールが得られる。 （実施例１）次に、本発明の実施例に係る発光素子を製
造し、その特性を比較例と比較した結果について説明す
る。本実施例では、図１のように第１〜３電極４、５、
８をダイヤモンド層１に対し全て同じ側の表面に形成す
る。微細加工には通常のフォトリソグラフィー技術を用
いた。
【００５１】マイクロ波ＣＶＤ法を用いて、通常の単結
晶ダイヤモンドに膜厚２ミクロンのアンド−プのダイヤ
モンド膜を積層した。次いで、スパッタリングにより第
３電極部の位置にＳｉＯ2膜を形成した。膜の幅は３ミ
クロンとした。スパッタリング条件は、高周波出力１０
０Ｗ、Ａｒ流量２０ｓｃｃｍ、反応室ガス圧２０ｍＴｏ
ｒｒ、スパッ夕時間は５分間であった。このとき、Ｓｉ
Ｏ2の膜厚は５００Åであった。
晶ダイヤモンドに膜厚２ミクロンのアンド−プのダイヤ
モンド膜を積層した。次いで、スパッタリングにより第
３電極部の位置にＳｉＯ2膜を形成した。膜の幅は３ミ
クロンとした。スパッタリング条件は、高周波出力１０
０Ｗ、Ａｒ流量２０ｓｃｃｍ、反応室ガス圧２０ｍＴｏ
ｒｒ、スパッ夕時間は５分間であった。このとき、Ｓｉ
Ｏ2の膜厚は５００Åであった。
【００５２】次いで、フォトレジスト膜により第３電極
部をマスクし、この試料にボロン（Ｂ）をイオン注入
し、ダイヤモンド表面に約１０20ｃｍ-3のボロンを含む
ｐ+層を形成した。この後、真空中、９００℃にてアニ
ーリングを１時間行った後、クロム酸洗浄及び王水洗浄
を行った。
部をマスクし、この試料にボロン（Ｂ）をイオン注入
し、ダイヤモンド表面に約１０20ｃｍ-3のボロンを含む
ｐ+層を形成した。この後、真空中、９００℃にてアニ
ーリングを１時間行った後、クロム酸洗浄及び王水洗浄
を行った。
【００５３】次に、第１及び第２電極部にＴｉとＡｕ
を、各膜厚が５００Å、１０００Åになるまでスパッタ
リングにより蒸着した。これにより、第１、第２電極が
形成された。最後にフォトリソグラフィー枝術を用い
て、第３電極として膜厚２０００Åの金電極を形成し
た。
を、各膜厚が５００Å、１０００Åになるまでスパッタ
リングにより蒸着した。これにより、第１、第２電極が
形成された。最後にフォトリソグラフィー枝術を用い
て、第３電極として膜厚２０００Åの金電極を形成し
た。
【００５４】この素子をリードフレームに固定し、金線
を第１〜第３電極にボンディングし、電極側の反対側の
表面以外をエポキシ樹脂で固め、素子を完成した。発光
は電極の反対側から取り出すことができる。
を第１〜第３電極にボンディングし、電極側の反対側の
表面以外をエポキシ樹脂で固め、素子を完成した。発光
は電極の反対側から取り出すことができる。
【００５５】第１電極をアース、第３電極をフローティ
ングとし、第２電極に電圧５０Ｖを印加すると、ダイヤ
モンド内部から発光が生じた。第１及び第２電極はその
ままで、第３電極に正の電圧を印加していくと、電圧の
上昇に従い、発光強度が増大する現象が観測された。 （実施例２）Ｓｉ（１００）ウエハを基板とし、マイク
ロ波プラズマＣＶＤ法にて高配向ダイヤモンド薄膜を厚
さ約２０μｍに成膜した。第１、第２電極部を形成する
領域にボロンをイオン注入し、ダイヤモンド表面に約１
０20ｃｍ-3のボロンを含むｐ+層を形成した。次に、真
空中、９００℃にてアニーリングを１時間行った。
ングとし、第２電極に電圧５０Ｖを印加すると、ダイヤ
モンド内部から発光が生じた。第１及び第２電極はその
ままで、第３電極に正の電圧を印加していくと、電圧の
上昇に従い、発光強度が増大する現象が観測された。 （実施例２）Ｓｉ（１００）ウエハを基板とし、マイク
ロ波プラズマＣＶＤ法にて高配向ダイヤモンド薄膜を厚
さ約２０μｍに成膜した。第１、第２電極部を形成する
領域にボロンをイオン注入し、ダイヤモンド表面に約１
０20ｃｍ-3のボロンを含むｐ+層を形成した。次に、真
空中、９００℃にてアニーリングを１時間行った。
【００５６】次いで、バンデグラフ加速器にて２ＭｅＶ
電子線照射射を照射量１０l8ｃｍ-2で行い、点欠陥を導
入した。この試料はクロム酸・硫酸混合液中で２０分煮
沸し、王水中で１０分間煮沸して、表面洗浄を行った。
ｐ+領域で挟まれた部分のカソードルミネッセンス・ス
ペクトルを測定すると、波長３８９ｎｍ付近にピークを
持つ発光が観測された。この発光センタは、ＣＶＤ法で
合成されたダイヤモンド薄膜に約６００ｋｅＶ以上の同
エネルギー電子線を照射した場合に一般的に形成される
ものである。
電子線照射射を照射量１０l8ｃｍ-2で行い、点欠陥を導
入した。この試料はクロム酸・硫酸混合液中で２０分煮
沸し、王水中で１０分間煮沸して、表面洗浄を行った。
ｐ+領域で挟まれた部分のカソードルミネッセンス・ス
ペクトルを測定すると、波長３８９ｎｍ付近にピークを
持つ発光が観測された。この発光センタは、ＣＶＤ法で
合成されたダイヤモンド薄膜に約６００ｋｅＶ以上の同
エネルギー電子線を照射した場合に一般的に形成される
ものである。
【００５７】次に、第３電極部の領域に誘電体であるＳ
ｒＴｉＯ3をスパッタリングにより成膜した。その後、
実施例１と同様にして第１〜３電極を形成した。第３電
極はＳｒＴｉＯ3上に形成し、第１及び第２電極は、第
３電極を挟み、かつイオン注人箇所に隣接するように形
成した。この素子をリードフレームに固定し、金線を第
１〜第３電極にボンディングし、電極側の反対側の表面
以外をエポキシ樹脂で固め、素子を完成した。発光は電
極の反対側から取り出すことができる。
ｒＴｉＯ3をスパッタリングにより成膜した。その後、
実施例１と同様にして第１〜３電極を形成した。第３電
極はＳｒＴｉＯ3上に形成し、第１及び第２電極は、第
３電極を挟み、かつイオン注人箇所に隣接するように形
成した。この素子をリードフレームに固定し、金線を第
１〜第３電極にボンディングし、電極側の反対側の表面
以外をエポキシ樹脂で固め、素子を完成した。発光は電
極の反対側から取り出すことができる。
【００５８】第１電極をアース、第３電極をフローティ
ングとし、第２電極に電圧５０Ｖを印加すると、ダイヤ
モンド内部から３８９ｎｍ付近にピークをもつ発光が生
じた。第１及び第２電極はそのままで、第３電極に正の
電圧を印加していくと、電圧の上昇に従い、発光強度が
増大する現象が観測された。
ングとし、第２電極に電圧５０Ｖを印加すると、ダイヤ
モンド内部から３８９ｎｍ付近にピークをもつ発光が生
じた。第１及び第２電極はそのままで、第３電極に正の
電圧を印加していくと、電圧の上昇に従い、発光強度が
増大する現象が観測された。
【００５９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電流制御用の第３の電極を設けたので、発光効率が高
く、高い発光輝度が得られると共に、高速の輝度変調が
可能である。従って、本発明のダイヤモンド発光素子は
その利用価値及び技術的価値が極めて高い。
電流制御用の第３の電極を設けたので、発光効率が高
く、高い発光輝度が得られると共に、高速の輝度変調が
可能である。従って、本発明のダイヤモンド発光素子は
その利用価値及び技術的価値が極めて高い。
【図１】本発明の実施例に係る半導体発光素子を示す断
面図である。
面図である。
【図２】同実施例の電流及び電圧特性と、第３電極の電
位との関係を示すグラフ図である。
位との関係を示すグラフ図である。
【図３】図１に示す素子のＶｇ＝−２０Ｖのときのキャ
リア濃度分布を示す模式図である。
リア濃度分布を示す模式図である。
【図４】図１に示す素子のＶｇ＝０Ｖのときのキャリア
濃度分布を示す模式図である。
濃度分布を示す模式図である。
【図５】図１に示す素子のＶｇ＝２０Ｖのときのキャリ
ア濃度分布を示す模式図である。
ア濃度分布を示す模式図である。
【図６】本発明の他の実施例を示す断面図である。
【図７】本発明の更に他の実施例を示す断面図である。
【図８】本発明の更に他の実施例を示す断面図である。
【図９】発光層のダイヤモンドの粒径と発光強度との関
係を示すグラフ図である。
係を示すグラフ図である。
【図１０】従来技術１の構成を示す断面図である。
【図１１】従来技術２の構成を示す断面図である。
【図１２】従来技術３の構成を示す断面図である。
【図１３】従来技術４の構成を示す断面図である。
【図１４】従来技術５の構成を示す断面図である。
１：半導体発光層 ２、３：低抵抗ダイヤモンド層 ４：第１電極 ５、１０：第２電極 ６：発光領域 ７：絶縁膜 ８、９：第３電極
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成７年５月１７日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【請求項６】 前記第３電極部の前記絶縁層は、バンド
ギャップが５ｅＶ以上の電気絶縁体若しくは電気絶縁性
の強誘電体又はこれらの積層体であることを特徴とする
請求項５に記載の輝度変調型ダイヤモンド発光素子。
ギャップが５ｅＶ以上の電気絶縁体若しくは電気絶縁性
の強誘電体又はこれらの積層体であることを特徴とする
請求項５に記載の輝度変調型ダイヤモンド発光素子。
【請求項７】 前記電気絶縁体は酸化シリコン、窒化シ
リコン、酸化アルミニウム、 窒化アルミニウム及び酸
化ジルコニウムからなる群から選択されたものであり、
前記強誘電体はチタン酸バリウム及びフッ化カルシウム
からなる群から選択されたものであることを特徴とする
請求項６に記載の輝度変調型ダイヤモンド発光素子。
リコン、酸化アルミニウム、 窒化アルミニウム及び酸
化ジルコニウムからなる群から選択されたものであり、
前記強誘電体はチタン酸バリウム及びフッ化カルシウム
からなる群から選択されたものであることを特徴とする
請求項６に記載の輝度変調型ダイヤモンド発光素子。
【請求項８】 前記ダイヤモンド発光層の表面に、ボロ
ンをドーピングした低抵抗ダイヤモンド層が形成されて
おり、前記第１及び／又は第２電極部は前記低抵抗ダイ
ヤモンド層に接触していることを特徴とする請求項１乃
至７のいずれか１項に記載の輝度変調型ダイヤモンド発
光素子。
ンをドーピングした低抵抗ダイヤモンド層が形成されて
おり、前記第１及び／又は第２電極部は前記低抵抗ダイ
ヤモンド層に接触していることを特徴とする請求項１乃
至７のいずれか１項に記載の輝度変調型ダイヤモンド発
光素子。
【請求項９】 前記ダイヤモンド発光層は１０4Ω・ｃ
ｍ以上の電気抵抗を有する高抵抗ダイヤモンド層である
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載
の輝度変調型ダイヤモンド発光素子。
ｍ以上の電気抵抗を有する高抵抗ダイヤモンド層である
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載
の輝度変調型ダイヤモンド発光素子。
【請求項１０】 前記ダイヤモンド発光層は、粒径が
０．５μｍ以下の粒状結晶の集合体であることを特徴と
する請求項１乃至９に記載の輝度変調型ダイヤモンド発
光素子。
０．５μｍ以下の粒状結晶の集合体であることを特徴と
する請求項１乃至９に記載の輝度変調型ダイヤモンド発
光素子。
【請求項１１】 前記ダイヤモンド発光層は直径が０．
５０μｍ以下の柱状結晶の集合体であることを特徴とす
る請求項１乃至９に記載の輝度変調型ダイヤモンド発光
素子。
５０μｍ以下の柱状結晶の集合体であることを特徴とす
る請求項１乃至９に記載の輝度変調型ダイヤモンド発光
素子。
【請求項１２】 前記ダイヤモンド発光層には、Ｌｉ，
Ｂｅ，０，Ｆ，Ｐ，Ｓｉ，Ｎ，Ａｓ及びＡｌからなる群
から選択された少なくとも１種の不純物がドーピングさ
れていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか
１項に記載の輝度変調型ダイヤモンド発光素子。
Ｂｅ，０，Ｆ，Ｐ，Ｓｉ，Ｎ，Ａｓ及びＡｌからなる群
から選択された少なくとも１種の不純物がドーピングさ
れていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか
１項に記載の輝度変調型ダイヤモンド発光素子。
Claims (11)
- 【請求項１】 発光層としてのダイヤモンド層と、この
ダイヤモンド層の表面に接触する第１及び第２電極と、
この第１及び第２電極間の電流制御用の第３電極とを有
し、この第３電極の電位を調整して発光の輝度変調を可
能にしたことを特徴とする輝度変調型ダイヤモンド発光
素子。 - 【請求項２】 前記第１及び第２主電極部が前記ダイヤ
モンド発光層の同一表面に設けられ、電流制御用の第３
電極部が第１及び第２電極部とは同一側の表面に形成さ
れていることを特徴とする請求項１に記載の輝度変調型
ダイヤモンド発光素子。 - 【請求項３】 前記第１及び第２主電極部が前記ダイヤ
モンド発光層の同一表面に設けられ、電流制御用の第３
電極部が第１及び第２電極部とは反対側の表面に形成さ
れていることを特徴とする請求項１に記載の輝度変調型
ダイヤモンド発光素子。 - 【請求項４】 前記第１及び第２電極部は、前記ダイヤ
モンド発光層の相反する表面に接触していることを特徴
とする請求項１に記載の輝度変調型ダイヤモンド発光素
子。 - 【請求項５】 電流制御用の第３電極部が、絶縁層を介
して前記ダイヤモンド発光層上に設けられていることを
特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の輝度
変調型ダイヤモンド発光素子。 【請求項５】 前記第３電極の前記絶縁層は、バンドギ
ャップが５ｅＶ以上の電気絶縁体若しくは電気絶縁性の
強誘電体又はこれらの積層体であることを特徴とする請
求項５に記載の輝度変調型ダイヤモンド発光素子。 - 【請求項６】 前記電気的絶縁体は酸化シリコン、窒化
シリコン、酸化アルミニウム、 窒化アルミニウム及び
酸化ジルコニウムからなる群から選択されたものであ
り、前記強誘電体はチタン酸バリウム及びフッ化カルシ
ウムからなる群から選択されたものであることを特徴と
する請求項に記載の輝度変調型ダイヤモンド発光素子。 - 【請求項７】 前記ダイヤモンド発光層の表面に、ボロ
ンをドーピングした低抵抗ダイヤモンド層が形成されて
おり、前記第１及び／又は第２電極は前記低抵抗ダイヤ
モンド層に接触していることを特徴とする請求項１乃至
６のいずれか１項に記載の輝度変調型ダイヤモンド発光
素子。 - 【請求項８】 前記ダイヤモンド発光層は１０4Ω・ｃ
ｍ以上の電気抵抗を有する高抵抗ダイヤモンド層である
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載
の輝度変調型ダイヤモンド発光素子。 - 【請求項９】 前記ダイヤモンド発光層は、粒径が０．
５μｍ以下の粒状結晶の集合体であることを特徴とする
請求項１乃至８に記載の輝度変調型ダイヤモンド発光素
子。 - 【請求項１０】 前記ダイヤモンド発光層は直径が０．
５０μｍ以下の柱状結晶の集合体であることを特徴とす
る請求項１乃至８に記載の輝度変調型ダイヤモンド発光
素子。 - 【請求項１１】 前記ダイヤモンド発光層には、Ｌｉ，
Ｂｅ，０，Ｆ，Ｐ，Ｓｉ，Ｎ，Ａｓ及びＡｌからなる群
から選択された少なくとも１種の不純物がドーピングさ
れていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか
１項に記載の輝度変調型ダイヤモンド発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05775595A JP3514542B2 (ja) | 1995-03-16 | 1995-03-16 | 輝度変調型ダイヤモンド発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05775595A JP3514542B2 (ja) | 1995-03-16 | 1995-03-16 | 輝度変調型ダイヤモンド発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08255924A true JPH08255924A (ja) | 1996-10-01 |
| JP3514542B2 JP3514542B2 (ja) | 2004-03-31 |
Family
ID=13064706
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05775595A Expired - Fee Related JP3514542B2 (ja) | 1995-03-16 | 1995-03-16 | 輝度変調型ダイヤモンド発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3514542B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10144474A (ja) * | 1996-11-15 | 1998-05-29 | Kobe Steel Ltd | ダイヤモンド膜を有する発光素子及び平面パネルディスプレイ |
| JPWO2003071608A1 (ja) * | 2002-02-19 | 2005-06-16 | Hoya株式会社 | 電界効果トランジスタ型発光素子 |
| JP2011113986A (ja) * | 2009-11-24 | 2011-06-09 | National Institute For Materials Science | 単結晶ダイヤモンド上にｐｚｔ薄膜を形成する方法、ｐｚｔ薄膜が形成された単結晶ダイヤモンド、及びｐｚｔ薄膜が形成された単結晶ダイヤモンドを使用したキャパシタ |
-
1995
- 1995-03-16 JP JP05775595A patent/JP3514542B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10144474A (ja) * | 1996-11-15 | 1998-05-29 | Kobe Steel Ltd | ダイヤモンド膜を有する発光素子及び平面パネルディスプレイ |
| JPWO2003071608A1 (ja) * | 2002-02-19 | 2005-06-16 | Hoya株式会社 | 電界効果トランジスタ型発光素子 |
| US7897976B2 (en) | 2002-02-19 | 2011-03-01 | Hoya Corporation | Light-emitting device of field-effect transistor type |
| JP4784959B2 (ja) * | 2002-02-19 | 2011-10-05 | Ｈｏｙａ株式会社 | 電界効果トランジスタ型発光素子 |
| JP2011113986A (ja) * | 2009-11-24 | 2011-06-09 | National Institute For Materials Science | 単結晶ダイヤモンド上にｐｚｔ薄膜を形成する方法、ｐｚｔ薄膜が形成された単結晶ダイヤモンド、及びｐｚｔ薄膜が形成された単結晶ダイヤモンドを使用したキャパシタ |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3514542B2 (ja) | 2004-03-31 |
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