JP2000340837A

JP2000340837A - ダイヤモンド紫外線発光素子

Info

Publication number: JP2000340837A
Application number: JP19523299A
Authority: JP
Inventors: Takefumi Ishikura; 威文石倉; Kenji Horiuchi; 賢治堀内; Satoshi Yamashita; 敏山下; Aki Kawamura; 亜紀河村; Kazuo Nakamura; 和郎中村; Kenichi Nakamura; 健一中村; Takahiro Ide; 卓宏井出
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 1999-03-19
Filing date: 1999-07-09
Publication date: 2000-12-08

Abstract

(57)【要約】【課題】小型で簡便な電流注入型ダイヤモンド紫外線
発光素子を提供する。【解決手段】高品質な気相合成ダイヤモンド１と、ダ
イヤモンドの表面に設けた表面伝導層２と、該表面伝導
層２の上に設けた電極４，５とからなり、電流注入によ
って発光する自由励起子再結合発光（２３５nm）が支配
的である気相合成ダイヤモンド結晶を用いた自由励起子
再結合発光ダイヤモンド紫外線発光素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光情報記録／読出
処理、フォトリソグラフイ、光加工、蛍光体励起光源等
の分野で用いることが可能な紫外線を発する、気相合成
ダイヤモンドを用いたダイヤモンド紫外線発光素子に関
する。

【０００２】

【従来の技術】紫外線は、波長が短いことからこれを用
いた微細加工が可能となり、例えば、光記録／読出処理
に用いて記録密度を上げる、半導体微細加工装置に用い
て実装密度を上げる等のさまざまな需要がある。

【０００３】この紫外線の光源としては、重水素ランプ
やエキシマ・レーザなどが挙げられる。しかし、重水素
ランプは紫外線発光が低効率で、低輝度である。また、
エキシマ・レーザは、ガスを用いているために、大型で
かつ水冷が必要で取り扱い不便であり、危険物質（ハロ
ゲン）を使用するものもある。このように、従来の紫外
光源には、いろいろ使用上の不便があった。

【０００４】また、ダイヤモンドも紫外線を発光する材
料として知られていた。このダイヤモンド紫外線発光素
子は、小型で高効率、高輝度であり、かつ安全性にも優
れている。

【０００５】従来のダイヤモンド発光素子としては、例
えば（１）特開平４−２４０７８４号公報、（２）特開
平７−３０７４８７号公報、（３）特開平８−３３０６
２４号公報等に記載されている。

【０００６】これらの従来のダイヤモンド発光素子は、
ダイヤモンドにホウ素をドープしている。これらの従来
のダイヤモンド発光素子の紫外線発光は、不純物または
格子欠陥に起因する紫外線発光が支配的であり、ダイヤ
モンド固有の波長の短い２３５ｎｍで発光する自由励起
子再結合発光は支配的ではなかった。さらに、これらの
刊行物には、自由励起子再結合発光についての説明があ
るが、これはダイヤモンドの特性を確認するために、外
部から電子線を照射して発光させるカソードルミネセン
ス（ＣＬ）法によって測定した結果を説明しているにす
ぎない。

【０００７】ダイヤモンド紫外線発光素子を考える場
合、こうした不純物・欠陥起因の発光は固有発光より波
長が長いために、短波長発光素子の機構としては不利で
ある。また、発光強度を向上させるためには、高密度の
欠陥もしくは高濃度の不純物を結晶に導入せねばなら
ず、この結果として結晶品質が低下して紫外線発光の強
度を低下させる。さらに、不純物・欠陥の導入で誘起さ
れた波長の異なる発光ピークが注入エネルギーの一部を
消費してしまい、有用な紫外線発光の効率も低下させ
る。こうした理由で、不純物・欠陥起因の発光は、電流
注入型発光素子の機構としては実用的でない。

【０００８】これに対し、自由励起子再結合発光は、各
材料における固有の発光であり、一般にその材料から得
られる発光の中で最も波長が短く、かつ状態密度も高い
ため、実用的な高輝度発光素子を実現する上で最も望ま
しい。ダイヤモンドにおいては、自由励起子再結合発光
に関連する固有のスペクトルがＣＬ法などの分析手法に
より調べられている。室温でのダイヤモンドの自由励起
子再結合発光のエネルギーは波長２２９ｎｍに相当する
が、実際には、２３５ｎｍ、２４２ｎｍ、２４９ｎｍ、
２５７ｎｍ付近に現われるフォノンサイドバンド群の発
光が主として観測される。一般的には、これらを全て含
めて「自由励起子再結合発光」と呼ばれるが、特に紫外
線発光素子として好適なのは、２３５ｎｍ付近のエネル
ギーを有する発光であり、ここではこの発光を「自由励
起子再結合発光」という。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、これま
でのダイヤモンド紫外線発光素子は、発光層を形成して
いる発光層ダイヤモンド結晶の品質が十分でなく、多く
の不純物や欠陥を含んでいた。このため、電流注入型発
光素子として構成した場合、実用上最も有利な自由励起
子再結合発光（波長２３５ｎｍなど）について、十分な
発光強度を得ることができなかった。

【００１０】本発明の目的は、ダイヤモンド固有の波長
の短い自由励起子再結合発光が支配的な電流注入励起発
光素子を、気相合成ダイヤモンドを用いて提供すること
にある。

【００１１】例えば、特開平７−３０７４８７号公報に
記載されている発光素子のスペクトルにおいては、ダイ
ヤモンド本来の発光である自由励起子再結合発光（２３
５ｎｍ）の強度が、不純物・欠陥起因の一例である束縛
励起子発光（２３８ｎｍ）の強度に対して明らかに小さ
く、数分の１以下となっている。これに対し、本発明の
ダイヤモンド発光素子の場合には、自由励起子再結合発
光が、不純物・欠陥起因の一例である束縛励起子の発光
強度に対して大きく、強度比において数倍以上であるこ
とを特徴としており、これを以って、自由励起子再結合
発光が支配的な紫外線発光と定義する。

【００１２】図１０を用いてこれを説明する。図１０
は、本発明にかかるダイヤモンド発光素子と、従来のダ
イヤモンド発光素子の紫外領域における電流注入による
発光状況を示す特性図である。実線は、本発明にかかる
ダイヤモンド発光素子の特性を、破線は従来のダイヤモ
ンド発光素子の特性を示している。図から明らかなよう
に、本発明にかかるダイヤモンド発光素子は、自由励起
子再結合発光による発光である２３５ｎｍに主ピークが
出現しており、不純物・欠陥起因の一例である束縛励起
子発光である２３８ｎｍの強度に比して極めて大きくな
っている。しかしながら、従来のダイヤモンド発光素子
は不純物・欠陥起因の一例である束縛励起子発光である
２３８ｎｍに主ピークを生じ、自由励起子再結合発光に
よる発光である２３５ｎｍでは強度が小さくなってい
る。すなわち、本発明では、自由励起子再結合発光が支
配的な紫外線発光を得ることができる。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、ダイヤモンド紫外線発光素子に
おいて、電流注入により励起して発光する自由励起子再
結合発光が支配的である素子とした。

【００１４】請求項２の発明は、請求項１のダイヤモン
ド紫外線発光素子において、電流注入発光において自由
励起子再結合発光が支配的であるとは、３００ｎｍ以下
の波長域において自由励起子再結合発光ピーク強度が他
の発光ピーク強度より少なくとも２倍以上大きいと定義
される。

【００１５】請求項３の発明は、請求項１または請求項
２のダイヤモンド紫外線発光素子において、上記気相合
成ダイヤモンド結晶中の窒素濃度を９０ｐｐｍ以下とし
た。

【００１６】請求項４の発明は、請求項１ないし請求項
３のいずれかのダイヤモンド紫外線発光素子において、
上記気相合成ダイヤモンド結晶の合成時におけるプラズ
マ中の窒素濃度が窒素原子数／炭素原子数比で２００ｐ
ｐｍ以下とした。

【００１７】請求項５の発明は、請求項１ないし請求項
４のいずれかのダイヤモンド紫外線発光素子において、
気相合成ダイヤモンド結晶を、単結晶とした。

【００１８】請求項６の発明は、請求項１ないし請求項
５のいずれかのダイヤモンド紫外線発光素子において、
気相合成ダイヤモンド結晶を、ホモエピタキシャル成長
させて得た気相合成ダイヤモンド結晶とした。

【００１９】請求項７の発明は、請求項１ないし請求項
４のいずれかのダイヤモンド紫外線発光素子において、
気相合成ダイヤモンド結晶を、多結晶とした。

【００２０】請求項８の発明は、請求項１ないし請求項
７のいずれかのダイヤモンド紫外線発光素子において、
上記気相合成ダイヤモンド結晶として、成長面側の結晶
を用いた。

【００２１】請求項９の発明は、請求項１ないし請求項
８のいずれかのダイヤモンド紫外線発光素子において、
気相合成ダイヤモンド結晶が、室温でのＣＬスペクトル
において、自由励起子再結合発光が得られるものであ
る。

【００２２】請求項１０の発明は、請求項１ないし請求
項９のいずれかのダイヤモンド紫外線発光素子におい
て、気相合成ダイヤモンド結晶が、−１９０℃でのＣＬ
スペクトルにおいて、自由励起子再結合発光の可視光発
光に対する強度比が０．２倍以上であることとした。

【００２３】請求項１１の発明は、請求項１ないし請求
項１０のいずれかのダイヤモンド紫外線発光素子におい
て、気相合成ダイヤモンド結晶の表面に導電層を形成
し、この導電層上に電極を形成した。

【００２４】請求項１２の発明は、請求項１ないし請求
項１１のいずれかのダイヤモンド紫外線発光素子におい
て、気相合成ダイヤモンド結晶の表面を水素終端して導
電層を形成しており、この水素終端層上に電極を形成し
た。

【００２５】請求項１３の発明は、請求項１ないし請求
項１２のいずれかのダイヤモンド紫外線発光素子におい
て、気相合成ダイヤモンド結晶に、ホウ素を添加して導
電性を付与した。

【００２６】請求項１４の発明は、請求項１ないし請求
項１３のいずれかのダイヤモンド紫外線発光素子におい
て、上記気相合成ダイヤモンド結晶中のホウ素濃度を６
０ｐｐｍ以下とした。

【００２７】請求項１５の発明は、請求項１ないし請求
項１４のいずれかのダイヤモンド紫外線発光素子におい
て、上記気相合成ダイヤモンド結晶の合成時におけるプ
ラズマ中へのホウ素の導入量をホウ素原子数／炭素原子
数比で１０００ｐｐｍ以下とした。

【００２８】請求項１６の発明は、請求項１ないし請求
項１５のいずれかのダイヤモンド紫外線発光素子におい
て、上記気相合成ダイヤモンド結晶中の実効アクセプタ
濃度を、赤外吸収分光法による定量で２０ｐｐｍ以下と
した。

【００２９】請求項１７の発明は、請求項１ないし請求
項１６のいずれかのダイヤモンド紫外線発光素子におい
て、上記気相合成ダイヤモンド結晶が、−１９０℃での
ＣＬスペクトルにおいて、自由励起子再結合発光がホウ
素束縛励起子再結合発光に対しピーク強度で０．１倍以
上であることを特徴とする。

【００３０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態にかかる気相
合成ダイヤモンド結晶を用いたダイヤモンド紫外線発光
素子の構造を、図１を用いて詳細に説明する。図１
（Ａ）は、ダイヤモンド結晶基板上に多数の電極を設け
た状態を模式的に示す平面図であり、図１（Ｂ）は、図
１（Ａ）のＢ−Ｂ線での断面を模式的に拡大して示す断
面図である。以下、この実施の形態を実施例１という。

【００３１】この自由励起子再結合発光紫外線発光素子
は、表面を水素終端したダイヤモンド多結晶膜を用いて
構成される。水素終端ダイヤモンド多結晶膜を用いたダ
イヤモンド紫外線発光素子１０は、ドーパント以外の不
純物や格子欠陥を微量にしか含まない気相合成によって
得た高品質のダイヤモンド結晶層１と、その表面を水素
終端処理して電気伝導性を付与した表面伝導層２と、該
水素終端層上に形成した第１の電極４と、第２の電極５
とから構成される。第１の電極４及び第２の電極５は、
ダイヤモンドとの接着性を良好とするために水素終端層
２上に設けたクロム（Ｃr）層３１と、この上に形成さ
れた金（Ａu）層３２とから構成される。

【００３２】水素終端ダイヤモンド多結晶膜を用いたダ
イヤモンド紫外線発光素子１０を構成するダイヤモンド
結晶層１は、モリブデン（Ｍo）基板上に誘導結合型高
周波熱プラズマ気相合成法（ＲＦ熱プラズマＣＶＤ法）
を用いて製造される。このダイヤモンド結晶層１は、無
添加気相合成結晶として構成され、不純物や格子欠陥を
微量にしか含まない高品質のダイヤモンド結晶を形成し
ている。

【００３３】このダイヤモンド厚膜は、下記の成長条件
で作製される。［成長条件］ＲＦ入力：４５ｋＷ圧力：２００Ｔorr ガス：Ａr；３１．８リットル／min，Ｈ₂；１１．２リ
ットル／min，ＣＨ₄；０．１７リットル／min ガス純度：Ａr；９９．９９９９％，Ｈ₂；９９．９９９
９９％，ＣＨ₄；９９．９９９９％成膜時間：３０時間基板温度：約９００℃ 基板：モリブデン（Ｍo）板、直径：５０ｍｍ、厚み：
５ｍｍ膜厚：１００μｍ成膜後、ダイヤモンド厚膜を生成させたＭo基板を酸を
用いて溶解して、ダイヤモンドの自立膜を得た。

【００３４】まず、ラマン散乱について説明する。試料
中に照射された光子が結晶内のフォノンと相互作用し、
このフォノンのエネルギー分だけ波長がずれた光子とし
て放出される現象をラマン散乱という。ラマン散乱分光
法とは、その放出光（散乱光）をスペクトル分解して測
定することにより、結晶内の格子欠陥、応力、不純物等
に関する情報を得る試料評価法である。

【００３５】ダイヤモンド結晶においては、固有のラマ
ン散乱のピークが１３３２［１／ｃｍ］ないし１３３３
［１／ｃｍ］に現れる。そのピークの半値全幅は、特に
格子欠陥密度と窒素密度に敏感であり、格子欠陥密度や
窒素などのドーパント以外の不純物濃度が低くなるほど
狭くなる。したがって、ラマン散乱分光法は、ダイヤモ
ンドの電流注入により励起された自由励起子再結合発光
を主たる発光として用いる紫外線発光素子の結晶評価に
有用である。

【００３６】試料に対して、Ａrレーザ励起（波長約５
１４．５ｎｍ）でラマン・スペクトルを測定するラマン
散乱分光法による観測の結果、ラマンシフト１３３２〜
１３３３［１／ｃｍ］付近でダイヤモンド固有散乱ピー
クの半値全幅は、膜の断面下部から上部へ行くに従って
狭くなり、膜の上部では固有ピークの半値全幅が約２．
０［１／ｃｍ］以下となった。すなわち基板に近い、膜
の裏面より成長面側のダイヤモンドの結晶性が優れてい
ることが判明した。ここでいうピーク値の半値全幅と
は、いわゆるＦＷＨＭ（Full Width at Half Maxium）
のことである。

【００３７】次に、ＣＬ測定について説明する。ＣＬ測
定とは、真空中に置いた試料に電子線を照射し、その時
に試料から放出される発光をスペクトルとして測定する
試料評価方法である。試料温度に応じて得られるスペク
トルは変化する。この評価方法において観測される自由
励起子再結合発光は、低濃度の格子欠陥や不純物の存在
によっても阻害されるため、その発光強度が高いほど、
ダイヤモンドの完全性が高いと言える。ＣＬ法による発
光スペクトルの測定によって得た評価によれば、ダイヤ
モンド本来の発光である自由励起子再結合による紫外線
発光はダイヤモンドの成長面側(表側)で強く生起し、不
純物や欠陥起因である可視領域における発光は基板に接
していた側(裏側)で強くなる。すなわち、多結晶ダイヤ
モンド結晶の成長面は欠陥が少なく高品質であり、基板
に接していた側は結晶性が格段に劣ることが判明した。

【００３８】前記ＲＦ熱プラズマＣＶＤ法で作製したダ
イヤモンド膜（多結晶ダイヤモンド結晶）１は、基板と
接していた側は平坦であるが、成長側は凹凸が激しいの
で、成長側をダイヤモンドペーストを用いて研磨して平
滑にする。両面が平坦にされたダイヤモンド膜１を、１
ｍｍ×２ｍｍ程度の板状に切り出す。

【００３９】この無添加の気相合成ダイヤモンド膜１
は、絶縁性であるので、電気伝導性を持たせるために、
マイクロ波プラズマ気相合成装置（ＭＷ−ＣＶＤ装置）
によって、水素プラズマ中で表面を水素終端処理する。
この処理によりダイヤモンド膜１の表面は、水素終端さ
れ導電性を呈する。

【００４０】気相合成ダイヤモンド膜の表面を水素終端
する方法は、例えば、特開平８−１３９１０９号公報に
示されている。ここで、水素終端とは、成長させたダイ
ヤモンド結晶の表面の炭素原子のダングリングボンドす
なわち余った結合手に水素原子が結合して終端した状態
をいう。例えば水素プラズマ中でダイヤモンド結晶を処
理することによって水素終端したダイヤモンド結晶を得
ることができる。

【００４１】表面水素終端処理は、下記の条件で行う。［表面水素終端処理条件］ＭＷ出力：６００Ｗ水素流量：５００ｍｌ／min 処理時間：１０分基板温度：９００℃ 冷却時間：３０分冷却中も水素ガスを流しつづけて、処理の完全性をより
高める。

【００４２】この水素終端したダイヤモンド結晶膜の水
素終端層上に電極を作製する。電極の作製手順を図２を
用いて説明する。モリブデン（Ｍo）基板上に気相合成
法によって成長させた後、基板上から剥離した高品質の
気相合成ダイヤモンド膜１の研磨面１１上を、上記処理
によって水素終端して水素終端層２を設ける（図２
（Ａ））。

【００４３】上記ダイヤモンド膜１を、クロム（Ｃr）
をターゲットとした直流スパッタリング装置中におい
て、基板温度２００℃、５００Ｖ、１Ａで２０秒間スパ
ッタリングを行い、水素終端層２上に厚さ５００ÅのＣ
r層３１を成膜する。引き続いて、金（Ａu）をターゲッ
トとして、基板温度２００℃を保持し、７００Ｖ、１Ａ
で５分間スパッタリングを行い、前記Ｃr層３１上に厚
さ２０００ÅのＡu層３２を成膜する（図２（Ｂ））。

【００４４】次に、Ａu層３２上に例えばスピンコーテ
ィングによりポジフォトレジスト層を形成した後、大気
中で８０℃の温度で３０分間乾燥後、マスクアライナー
を用いて不必要部分に紫外線を露光し、フォトレジスト
用現像液で露光部分を除去し、大気中で１３０℃の温度
で３０分間乾燥することで、レジストマスク６を形成す
る（図２（Ｃ））。この工程は、例えばフォトレジスト
粘度１００Ｃｐ、回転数３５００ｒｐｍ、１５秒間の場
合、紫外線露光量２００ｍＪ／ｃｍ²で行われた。

【００４５】このレジストマスク６を用いて、Ａu層３
２及びＣr層３１をエッチングして、第１の電極４と第
２の電極５を形成する（図２（Ｄ））。Ａu層３２のエ
ッチングはヨウ化アンモニウム水溶液を用いて処理し、
Ｃr層３１のエッチングは第二硝酸セリウムアンモニウ
ム水溶液を用いて処理する。

【００４６】その後、アセトンを用いてレジスト６を除
去して、図１に示した、水素終端ダイヤモンド多結晶膜
を用いたダイヤモンド紫外線発光素子１０を形成する。

【００４７】このようにして得た、水素終端ダイヤモン
ド多結晶膜を用いたダイヤモンド紫外線発光素子１０の
電流注入発光の測定結果を、図３を用いて説明する。図
３は、自由励起子再結合発光の状況を説明する自由励起
子再結合発光スペクトルの測定結果であり、横軸に波長
（ｎｍ）を、縦軸に発光強度（任意目盛）をとってい
る。

【００４８】試料は、ダイヤモンド膜合成時に成長面側
の結晶性が高くなるので、成長面側に電極を付加した。
測定は、室温において、隣接する電極４と電極５間に２
２０Ｖの直流電圧を印加し、１．０ｍＡの電流を流して
行われた。

【００４９】図３から明らかなように、２３５ｎｍ付近
にピークがあり、この波長は、電流注入によって生じる
自由励起子再結合発光による紫外線発光と判定できる。
波長３００ｎｍ以下の領域では、不純物や格子欠陥に起
因する発光ピークは確認可能な強度以下である。図３の
結果により、表面を水素終端したダイヤモンド多結晶膜
において、結晶性の高い試料では、電流注入により従来
では得られていなかった自由励起子再結合発光による紫
外線が支配的となった。従来は、不純物発光や欠陥起因
の紫外線発光が主体であったのに対して、この発明によ
れば自由励起子再結合発光が支配的な点で特徴的であ
る。

【００５０】次に、ダイヤモンド基板上にマイクロ波プ
ラズマ気相合成法（ＭＷ−ＣＶＤ法）でホモエピタキシ
ャル成長させて得た気相合成ダイヤモンド結晶である水
素終端ダイヤモンド単結晶膜を用いたダイヤモンド紫外
線発光素子について説明する。以下、これを実施例２と
いう。

【００５１】実施例２にかかる水素終端ダイヤモンド単
結晶膜を用いたダイヤモンド紫外線発光素子１００の構
造を、図４を用いて説明する。図４は、水素終端ダイヤ
モンド単結晶を用いたダイヤモンド紫外線発光素子１０
０の断面を模式的に一部拡大して示す断面図であり、平
面形状は、図１（Ａ）とほぼ同様なので省略する。

【００５２】水素終端ダイヤモンド単結晶を用いたダイ
ヤモンド紫外線発光素子１００は、高圧ダイヤモンド結
晶１２の表面に高品質のダイヤモンド単結晶膜１３をホ
モエピタキシャル成長によって作製し、ダイヤモンド単
結晶膜１３の表面を水素終端して電気伝導性を呈する水
素終端層２を設け、この上に図１に示した実施例１と同
様に、電極４および電極５を設けて構成される。電極
４，５はそれぞれクロム層３１と金層３２とから構成さ
れる。

【００５３】ホモエピタキシャル成長によるダイヤモン
ド結晶膜の成膜は、ＭＷ−ＣＶＤ装置を用いて以下の条
件で作製した。［成長条件］基板：１ｂ（１００）高圧ダイヤモンド結晶ＭＷ出力：５００Ｗガス：ＣＨ₄；０．２％ in Ｈ₂、流量５００ｍｌ／min ガス純度：ＣＨ₄；９９．９９９９％，Ｈ₂；９９．９９
９９９％温度：８７０℃ 合成圧力：４０Ｔorr 合成時間：６４．５時間合成終了後、水素のみで１０分間処理し、水素ガス中で
冷却した。

【００５４】この手法によって得たダイヤモンド結晶
は、基板がダイヤモンドであることから、成膜後も基板
から剥がすことができないので、以後のプロセスと測定
においても、ホモエピタキシャル膜は基板ごと用いてい
る。

【００５５】上記の工程によって得たダイヤモンド結晶
も無添加で絶縁性を有しているので、表面を以下の条件
で水素終端処理して電気伝導性を付与する。［表面水素終端処理条件］圧力：４０Ｔorr ＭＷ出力：６００Ｗ基板温度：９００℃ 処理時間：１０分冷却時間：３０分

【００５６】上記処理によって得た水素終端ダイヤモン
ド単結晶１３の水素終端層２上に、電極４及び電極５を
製造する。この工程は、図２に示した方法と同様であ
る。

【００５７】ＣＬ法によって得た上記ダイヤモンド単結
晶膜の品質の評価を図５を用いて説明する。図５は、横
軸に波長（ｎｍ：紫外領域〜可視光領域）を示し、縦軸
は真空中、−１９０℃で測定したＣＬの発光強度を任意
目盛で示している。

【００５８】図５から明らかなように、ホモエピタキシ
ャル成長させたダイヤモンド単結晶膜のＣＬによる結晶
評価では、自由励起子再結合発光が紫外領域に認めら
れ、可視光領域の格子欠陥に基づく発光はほとんど認め
られないことから、高い結晶性を有していることがわか
る。

【００５９】以下、水素終端ダイヤモンド単結晶膜を用
いたダイヤモンド紫外線発光素子１００の電流注入発光
特性を説明する。電流注入発光は、隣接する電極４及び
電極５間に２２０Ｖの直流電圧を印加し、５０μＡを流
して測定した。

【００６０】図６は、水素終端ダイヤモンド単結晶膜を
用いた自由励起子再結合発光の状況を説明する室温にお
ける電流注入（ＥＬ）による自由励起子再結合発光の紫
外領域におけるスペクトルであり、横軸に波長（ｎｍ）
を、縦軸に発光強度（任意目盛）をとっている。この図
から明らかなように、水素終端ＭＷ−ＣＶＤホモエピタ
キシャル成長ダイヤモンド単結晶膜を用いたダイヤモン
ド紫外線発光素子においても、２３５ｎｍ付近に明確な
ピークが存在し自由励起子再結合発光が得られている。
波長３００ｎｍ以下の領域では、不純物や格子欠陥に起
因する発光ピークは確認可能な強度以下である。

【００６１】図７は、図４に示した水素終端ＭＷ−ＣＶ
Ｄホモエピタキシャル成長ダイヤモンド単結晶膜を用い
たダイヤモンド紫外線発光素子１００の電圧−電流特性
である。

【００６２】この結果、水素終端ダイヤモンド単結晶膜
を用いたダイヤモンド紫外線発光素子１００において
も、室温で電流注入による自由励起子再結合発光が支配
的な紫外線発光素子を得ることができた。

【００６３】次に、高圧ダイヤモンド結晶基板上にＭＷ
−ＣＶＤ法でホウ素（Ｂ）を添加してホモエピタキシャ
ル成長させたホウ素添加ＭＷ−ＣＶＤホモエピタキシャ
ル成長ダイヤモンド結晶を用いてダイヤモンド紫外線発
光素子を構成した例を説明する。ダイヤモンドはホウ素
を添加するとｐ型半導体となり、電気伝導性を持つこと
が知られている。ただし、本発明においては、ホウ素添
加は結晶に電気伝導性を付与して電流注入型素子を構成
するために行うのであって、ホウ素起因の発光を得るた
めではない。以下、これを実施例３という。

【００６４】実施例３にかかるホウ素添加ダイヤモンド
単結晶膜を用いたダイヤモンド紫外線発光素子１１０の
構造を、図８を用いて説明する。図８は、ホウ素添加ダ
イヤモンド単結晶を用いたダイヤモンド紫外線発光素子
１１０の断面を模式的に一部拡大して示す断面図であ
り、平面形状は図１（Ａ）とほぼ同様なので省略する。

【００６５】ホウ素添加ダイヤモンド単結晶を用いたダ
イヤモンド紫外線発光素子１１０は、高圧ダイヤモンド
結晶１２の表面に高品質のホウ素添加ダイヤモンド単結
晶膜２１をホモエピタキシャル成長によって作製し、こ
のホウ素添加ダイヤモンド単結晶膜２１上に図１に示し
た実施例１と同様に、電極４および電極５を設けて構成
される。電極４，５はそれぞれクロム層３１と金層３２
とから構成される。

【００６６】ホモエピタキシャル成長によるホウ素添加
ダイヤモンド単結晶膜の成膜は、ＭＷ−ＣＶＤ装置を用
いて以下の条件で作製した。［成長条件］基板：１ｂ（１００）高圧ダイヤモンド結晶ＭＷ出力：６００Ｗガス：ＣＨ₄；０．１％ in Ｈ₂、ホウ素（Ｂ）：５０ｐ
ｐｍ（＝Ｂ／Ｃ）、流量５００ｍｌ／min ガス純度：ＣＨ₄；９９．９９９９％，Ｈ₂；９９．９９
９９９％温度：９００℃ 合成圧力：４０Ｔorr 合成時間：１３５時間処理：合成前；基板をエタノールで洗浄の後１０分間Ｈ
₂プラズマ処理合成後；１０分間Ｈ₂プラズマ処理、Ｈ₂中で冷却

【００６７】上記の条件で得たホウ素添加ダイヤモンド
単結晶膜を過水硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄＋Ｈ₂Ｏ₂）中で煮沸して
表面導電層を除去した後に、図２に示すプロセスと同様
にしてホウ素添加ＭＷ−ＣＶＤホモエピタキシャル成長
ダイヤモンド結晶膜を用いたダイヤモンド紫外線発光素
子を形成した。

【００６８】このようにして得た、ホウ素添加ダイヤモ
ンド単結晶膜を用いたダイヤモンド紫外線発光素子１１
０の電極４，５間に１５０Ｖの電圧を印加し、約１ｍＡ
の電流注入を行った。

【００６９】上記ホウ素添加ダイヤモンド単結晶膜を用
いたダイヤモンド紫外線発光素子の室温下での電流注入
スペクトルを図９を用いて説明する。図９に示したよう
に、この素子においても自由励起子再結合発光による２
３５ｎｍでのピークを有する紫外線発光を得ることがで
きた。波長３００ｎｍ以下の領域では、不純物や格子欠
陥に起因する発光ピークは確認可能な強度以下である。

【００７０】従来のホウ素添加ダイヤモンド結晶を用い
た紫外線発光素子は、ホウ素由来の束縛励起子発光によ
る紫外線発光が支配的であった。一方、上記実験の結
果、ホウ素添加ダイヤモンド単結晶膜を用いたダイヤモ
ンド紫外線発光素子は、電流注入によって自由励起子再
結合発光による紫外線発光が支配的であることを観測す
ることができた。すなわち、この実施の形態では、ホウ
素はダイヤモンド結晶膜に導電性を付与するために添加
されており、ダイヤモンド結晶は高結晶性であることか
ら、紫外線の発光は、ダイヤモンド本来の自由励起子再
結合発光として電流注入によって得ることができたもの
である。

【００７１】この実施例３では、ホウ素添加ダイヤモン
ド結晶膜としてダイヤモンド基板上に成長させたホウ素
添加ダイヤモンド単結晶膜を用いたが、シリコンや金属
など他の基板を用いることができるし、ホウ素添加ダイ
ヤモンド結晶膜は単結晶であっても多結晶であってもよ
い。

【００７２】以下、本発明にかかる気相成長ダイヤモン
ド結晶を用いたダイヤモンド紫外線発光素子のＣＬ法に
よる結晶評価の結果と、電流注入による自由励起子再結
合発光の有無を表１を用いて説明する。表１はＲＦ熱プ
ラズマＣＶＤ法およびＭＷ−ＣＶＤ法によって得た気相
成長ダイヤモンド結晶を用いたダイヤモンド紫外線発光
素子の発光特性を示す表である。

【００７３】ここで、試料の実施例４，５および比較実
施例１の発光素子は、実施例２と同様にＭＷ−ＣＶＤ法
により作製した。作製方法のなかで異なるのは、下記の
合成条件のみである。実施例４：メタン濃度；１．０％、ＭＷ出力；５００Ｗ実施例５：メタン濃度；０．３０％、ＭＷ出力；５００
Ｗ比較例１：メタン濃度；０．５０％、ＭＷ出力；４００
Ｗまた、比較例２，３は、実施例１と同様にＲＦ−ＣＶＤ
法により作製した。作製方法のなかで異なるのは、いず
れもダイヤモンド自立膜の基板側の面を用いていること
である。比較例２は研磨せずそのまま、比較例３は表面
を１０μｍほど研磨して用いた。

【００７４】

【表１】

【００７５】表１において、第２欄および第３欄はＣＬ
スペクトル測定による結晶性評価を示すもので、第２欄
は−１９０℃における自由励起子再結合発光のピーク強
度ＦＥと不純物・欠陥起因の可視発光のピーク強度ＶＢ
の比（ＦＥ／ＶＢ）を示し、第３欄は室温における自由
励起子再結合発光の検出の有無を示している。第４欄は
電流注入による自由励起子再結合発光の有無を示してい
る。

【００７６】表１から明らかなように、比較例１〜比較
例３では、−１９０℃でのＣＬ法による結晶評価によれ
ば、ＦＥ／ＶＢは、それぞれ、０．１６、０．０１、
０．０３となるが、室温でのＣＬ法による結晶評価で
は、自由励起子再結合発光はいずれも検出できなかっ
た。この場合、室温での電流注入では、自由励起子再結
合発光は得られなかった。

【００７７】一方、本発明によるダイヤモンド紫外線発
光素子（実施例１，２，４，５）では、−１９０℃での
ＣＬ法による結晶評価ではＦＥ／ＶＢは、それぞれ、
０．２、６．７、３４、１００以上であった。また、室
温でのＣＬ法による結晶評価では、自由励起子再結合発
光がいずれも明確に検出できた。この場合、室温での電
流注入では、自由励起子再結合発光が明確に得られた。
以上の結果により、ダイヤモンド紫外線発光素子を得る
ためには、−１９０℃でのＣＬスペクトルにおいて、自
由励起子再結合発光強度が可視発光強度に比して０．２
倍以上でなければならないことが理解される。また、室
温におけるＣＬスペクトルにおいて、自由励起子再結合
発光が観測されなければならないことが理解される。

【００７８】以下、気相合成ダイヤモンド結晶紫外線発
光素子の電流注入による自由励起子再結合発光の窒素量
依存性を説明する。上記ダイヤモンド紫外線発光素子の
気相合成ダイヤモンド結晶合成時における雰囲気中の炭
素原子量に対する窒素原子導入量と電流注入自由励起子
再結合発光の有無の関係を測定した結果を表２に示す。

【００７９】表２において、実施例２および比較例４，
５は、いずれも水素終端ＭＷ−ＣＶＤホモエピタキシャ
ル成長ダイヤモンド単結晶膜を用いている。作製方法の
なかで異なるのは、下記条件によるプラズマ雰囲気中へ
の窒素添加量のみである。実施例２：窒素原子数／炭素原子数比；１００ｐｐｍ以
下実施例６：窒素原子数／炭素原子数比；２００ｐｐｍ比較例４：窒素原子数／炭素原子数比；２０００ｐｐｍ比較例５：窒素原子数／炭素原子数比；２００００ｐｐ
ｍなお、実施例２では意図的な窒素添加を行っていない
が、合成に用いた水素およびメタンガス成分分析の結
果、および合成装置のリーク量から計算した窒素濃度を
記載した。

【００８０】

【表２】

【００８１】この測定結果から、気相合成ダイヤモンド
結晶の合成時における雰囲気中の窒素は、炭素に対して
原子数比２００ｐｐｍ以下で電流注入自由励起子再結合
発光を生起することが理解できる。さらに、この実施例
６の試料中の窒素濃度を２次イオン質量分析法により測
定したところ、９０ｐｐｍという値を得た。したがっ
て、ダイヤモンド紫外線発光素子を作製するためには、
結晶中の窒素濃度が９０ｐｐｍ以下でなければならない
ことが理解できる。

【００８２】以下、気相合成ダイヤモンド結晶紫外線発
光素子の電流注入による自由励起子再結合発光のホウ素
量依存性を説明する。上記ダイヤモンド紫外線発光素子
の気相合成ダイヤモンド結晶合成時における雰囲気中の
炭素原子量に対するホウ素原子導入量と電流注入自由励
起子再結合発光の有無の関係などを測定した結果を表３
〜表５に示す。

【００８３】表３は、気相合成時のプラズマ中のホウ素
原子数と炭素原子数の比Ｂ／Ｃと、電流注入自由励起子
再結合発光の有無を示す表である。表４は、赤外吸収分
光（ＩＲ）法による結晶中の活性アクセプタ濃度（ｐｐ
ｍ）と、電流注入自由励起子再結合発光の有無を示す表
である。表５は、−１９０℃でのＣＬスペクトルにおけ
る自由励起子再結合発光とホウ素束縛励起子再結合発光
の強度比（ＦＥ／ＢＥ）と、電流注入自由励起子再結合
発光の有無を示す表である。

【００８４】

【表３】

【００８５】

【表４】

【００８６】

【表５】

【００８７】上記測定に用いた試料は、いずれもＭＷ−
ＣＶＤ法により、ホウ素濃度以外は同一の下記の条件で
ホモエピタキシャル成長ダイヤモンド膜を作成した。基板：１ｂ（１００）高圧ダイヤモンド結晶ＭＷ出力：６００Ｗガス：ＣＨ₄；０．１〜１．０％ｉｎＨ₂，流量；５０
０ｍｌ／ｍｉｎ温度：８５０〜９００℃ 圧力：４０Ｔorr

【００８８】上記表において、Ｂ／Ｃは、気相合成時
の、原料メタン（ＣＨ₄）に対するトリメチルボロン
（Ｂ（ＣＨ₃）₃）の導入量を、ホウ素原子数／炭素原子
数で表したものである。

【００８９】ＩＲ定量によるホウ素濃度の定量は、室温
での赤外吸収分光（ＩＲ）法による定量方法（P.M.Cher
enko,H.MStrong and R.E.Tuft,Phil.Mag.,vol23,P313,1
971）を用いて、実効アクセプタ濃度を測定した。具体
的には、試料の赤外吸収スペクトルを顕微ＩＲ装置によ
り測定し、波数１２８０［１／ｃｍ］における吸光度ａ
₁、または波数２８００［１／ｃｍ］における吸光度ａ₂
を求める。結晶中のホウ素濃度が１０ｐｐｍ程度以上の
場合は前者（ａ₁）が有効であり、それ以下の場合は後
者（ａ₂）が有効である。両者の換算式は、ａ₂／ａ₁＝
２２で示される。膜厚をｄ（ｃｍ）とした場合、下記の
式で結晶中の実効アクセプタ濃度（Ｎ_A）を求めること
ができる。Ｎ_A＝０．０８６×ａ₁／ｄ

【００９０】二次イオン質量分析法（Secondary Ion Ma
s Spectroscopy:SIMS）を用いて、ダイヤモンド結晶中
のホウ素濃度を正確に定量した。ＳＩＭＳ法を用いるこ
とによって、アクセプタとして不活性なホウ素をも含め
た全ホウ素濃度を測定することが可能である。ダイヤモ
ンド結晶中のホウ素は荷電子帯からの深さ約３５０ｍｅ
Ｖのアクセプタ順位を形成し、このうちいくらかが室温
で活性化してアクセプタとして機能する。したがって、
全ホウ素濃度に比べて室温下での赤外分光法による実効
アクセプタ濃度は小さくなる。

【００９１】−１９０℃においてＣＬ法によって測定し
た自由励起子再結合発光とホウ素束縛励起子再結合発光
の強度比（ＦＥ／ＢＥ比）は、ダイヤモンド結晶中のホ
ウ素濃度を間接的に表している。（H.Kawaradaら、Physi
cal Reveiw B,vol.47,p.3633-3637参照）

【００９２】試料は、気相合成ダイヤモンド結晶合成時
の雰囲気中の炭素原子量に対するホウ素原子量の比を異
ならせ、この時の電流注入自由励起子発光の有無などを
測定した。実施例３は合成時のＢ／Ｃ比が５０ｐｐｍで
あり、実施例７は合成時のＢ／Ｃ比が１０００ｐｐｍで
あり、比較例６は合成時のＢ／Ｃ比が１５００ｐｐｍで
あり、比較例７は合成時のＢ／Ｃ比が３０００ｐｐｍで
あり、比較例８は合成時のＢ／Ｃ比が５０００ｐｐｍで
あった。

【００９３】実施例３，７では電流注入による自由励起
子再結合発光を得ることができたが、比較例６，７，８
では電流注入による自由励起子再結合発光を得ることが
できなかった。このことから、ダイヤモンド紫外線発光
素子を得るためには、合成時のプラズマ中のホウ素原子
数と炭素原子数の比は１０００ｐｐｍ以下でなければな
らないことが理解できる。

【００９４】ＩＲ法による結晶中の活性アクセプタ濃度
の定量の結果、実施例３は２ｐｐｍ、実施例７は２０ｐ
ｐｍであった。しかしながら、比較例６，７，８では、
ホウ素濃度はＩＲ法による測定限界以上であった。この
ことから、ダイヤモンド紫外線発光素子を得るために
は、ＩＲ測定法による結晶中の活性アクセプタ濃度は２
０ｐｐｍ以下でなければならないことが理解できる。

【００９５】−１９０℃で測定したＣＬでの自由励起子
再結合発光とホウ素束縛励起子再結合発光のピーク強度
比（ＦＥ／ＢＥ）を測定の結果、実施例３は２．３、実
施例７は０．１０、比較例３では０．０３であり、比較
例７，８では、それぞれ測定限界以下であった。このこ
とから、ダイヤモンド紫外線発光素子を得るためには、
−１９０℃で測定したＣＬでの自由励起子再結合発光と
ホウ素束縛励起子再結合発光のピーク強度比（ＦＥ／Ｂ
Ｅ）は、０．１０以上、すなわち０．１倍以上でなけれ
ばならないことが理解できる。

【００９６】実施例７と比較例６の試料中のホウ素濃度
をＳＩＭＳ法により分析したところ、それぞれ６０ｐｐ
ｍと３００ｐｐｍという値を得た。したがって、ダイヤ
モンド紫外線発光素子を得るためには、ＳＩＭＳ法によ
り分析した場合には、結晶中のホウ素濃度が６０ｐｐｍ
以下でなければならないことが理解できる。

【００９７】以上で述べてきたような、結晶中の窒素濃
度やホウ素濃度を意図的に制限して電流注入型ダイヤモ
ンド発光素子を製作するという観点は、従来技術では欠
落していた。これは、従来のダイヤモンド発光素子が紫
外線発光を得ているにしても不純物や格子欠陥の発光で
あって、本発明で利用しているダイヤモンド固有の自由
励起子再結合発光を主たる発光機構として用いてはいな
かったためである。

【００９８】以上のように、本発明によれば、気相合成
ダイヤモンドを用いて電流注入による自由励起子再結合
発光が支配的である気相合成ダイヤモンド結晶を用いた
ダイヤモンド紫外線発光素子を提供することができる。

【００９９】以上の説明における、絶縁性のダイヤモン
ド結晶膜１は、単結晶であってもよくもしくは多結晶で
あってもよい。さらに、ダイヤモンドへの電気伝導性を
付与する方法としては、結晶表面を水素終端してもよ
く、またホウ素を添加してｐ型半導体としてもよい。

【０１００】

【発明の効果】上記の説明のように、本発明にかかる気
相合成ダイヤモンド結晶を用いたダイヤモンド紫外線発
光素子は、短い波長の紫外線を電流注入により発生する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる水素終端ダ
イヤモンド多結晶膜を用いたダイヤモンド紫外線発光素
子の構成を示す概念図。

【図２】本発明にかかる気相合成ダイヤモンド結晶を用
いたダイヤモンド紫外線発光素子の製造工程を説明する
図。

【図３】本発明にかかるダイヤモンド紫外線発光素子の
電流注入による自由励起子再結合発光（紫外線発光）の
特性図。

【図４】本発明の第２の実施の形態にかかる水素終端ダ
イヤモンド単結晶膜を用いたダイヤモンド紫外線発光素
子の構成を示す概念図。

【図５】本発明にかかるダイヤモンド単結晶膜のＣＬス
ペクトル図。

【図６】本発明にかかる水素終端ダイヤモンド単結晶膜
を用いたダイヤモンド紫外線発光素子の電流注入による
自由励起子再結合発光（紫外線発光）の特性図。

【図７】本発明にかかる水素終端ダイヤモンド単結晶膜
を用いたダイヤモンド紫外線発光素子の電流−電圧特性
図。

【図８】本発明の第３の実施の形態にかかるホウ素添加
ダイヤモンド単結晶膜を用いたダイヤモンド紫外線発光
素子の構成を示す概念図。

【図９】本発明にかかるホウ素添加ダイヤモンド単結晶
膜を用いたダイヤモンド紫外線発光素子の電流注入によ
る自由励起子再結合発光（紫外線発光）の特性図。

【図１０】本発明にかかる気相合成ダイヤモンド結晶を
用いたダイヤモンド紫外線発光素子と従来のダイヤモン
ド紫外線発光素子との自由励起子再結合発光の強度を説
明する発光特性図。

【符号の説明】

１ダイヤモンド結晶層２水素終端層（表面伝導層）４，５電極６レジストマスク１０水素終端ダイヤモンド多結晶膜を用いたダイヤモ
ンド紫外線発光素子１１研磨面１２高圧ダイヤモンド基板１３ダイヤモンド単結晶層２１ホウ素添加ダイヤモンド単結晶層３１クロム膜（接合層）３２金膜１００水素終端ダイヤモンド単結晶膜を用いたダイヤ
モンド紫外線発光素子１１０ホウ素添加ダイヤモンド単結晶膜を用いたダイ
ヤモンド紫外線発光素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中村和郎神奈川県横浜市南区永田台27−19 (72)発明者中村健一東京都豊島区西巣鴨３−19−10−404 (72)発明者井出卓宏神奈川県座間市栗原中央４−22−14 Ｆターム(参考） 3K007 AB04 AB18 BA06 CA00 DA01 DB03 DC00 FA01 5F041 AA03 AA11 CA33 CA48 CA57 CA74 CA77 CA83 CA92

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気相合成ダイヤモンド結晶を用いた電流
注入により励起して発光する自由励起子再結合発光が支
配的であるダイヤモンド紫外線発光素子。
【請求項２】上記電流注入により励起して発光する自
由励起子再結合発光が支配的であるとは、３００ｎｍ以
下の波長域において、自由励起子再結合発光ピーク強度
が他の発光ピーク強度より少なくとも２倍以上大きいこ
とを特徴とする請求項１に記載のダイヤモンド紫外線発
光素子。
【請求項３】上記気相合成ダイヤモンド結晶中の窒素
濃度が９０ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１
または請求項２に記載のダイヤモンド紫外線発光素子。
【請求項４】上記気相合成ダイヤモンド結晶の合成時
におけるプラズマ中の窒素濃度が窒素原子数／炭素原子
数比で２００ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項
１ないし請求項３のいずれか１項に記載のダイヤモンド
紫外線発光素子。
【請求項５】上記気相合成ダイヤモンド結晶が、単結
晶である請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載
のダイヤモンド紫外線発光素子。
【請求項６】上記気相合成ダイヤモンド結晶が、ホモ
エピタキシャル成長させて得た気相合成ダイヤモンド結
晶である請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載
のダイヤモンド紫外線発光素子。
【請求項７】上記気相合成ダイヤモンド結晶が、多結
晶である請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載
のダイヤモンド紫外線発光素子。
【請求項８】上記気相合成ダイヤモンド結晶が、成長
面側の結晶である請求項１ないし請求項７のいずれか１
項に記載のダイヤモンド紫外線発光素子。
【請求項９】上記気相合成ダイヤモンド結晶が、室温
でのカソードルミネセンススペクトルにおいて、自由励
起子再結合発光が得られることを特徴とする請求項１な
いし請求項８のいずれか１項に記載のダイヤモンド紫外
線発光素子。
【請求項１０】上記気相合成ダイヤモンド結晶が、−
１９０℃でのカソードルミネセンススペクトルにおい
て、自由励起子再結合発光の可視光発光に対する強度比
が０．２倍以上であることを特徴とする請求項１ないし
請求項９のいずれか１項に記載のダイヤモンド紫外線発
光素子。
【請求項１１】上記気相合成ダイヤモンド結晶は、表
面が導電層を形成しており、該導電層に電極を形成した
ことを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか
１項に記載のダイヤモンド紫外線発光素子。
【請求項１２】上記気相合成ダイヤモンド結晶は、表
面が水素終端されて導電層を形成しており、該水素終端
層に電極を形成したことを特徴とする請求項１ないし請
求項１１のいずれか１項に記載のダイヤモンド紫外線発
光素子。
【請求項１３】上記気相合成ダイヤモンド結晶は、ホ
ウ素が添加されて導電性が付与されていることを特徴と
する請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の
ダイヤモンド紫外線発光素子。
【請求項１４】上記気相合成ダイヤモンド結晶中のホ
ウ素濃度が６０ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求
項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載のダイヤモ
ンド紫外線発光素子。
【請求項１５】上記気相合成ダイヤモンド結晶の合成
時におけるプラズマ中のホウ素の濃度がホウ素原子数／
炭素原子数比で１０００ｐｐｍ以下であることを特徴と
する請求項１ないし請求項１４のいずれか１項に記載の
ダイヤモンド紫外線発光素子。
【請求項１６】上記気相合成ダイヤモンド結晶中の実
効アクセプタ濃度が、赤外吸収分光法による定量で２０
ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求
項１５のいずれか１項に記載のダイヤモンド紫外線発光
素子。
【請求項１７】上記気相合成ダイヤモンド結晶が、−
１９０℃でのカソードルミネッセンススペクトルにおい
て、自由励起子再結合発光がホウ素束縛励起子再結合発
光に対しピーク強度で０．１倍以上であることを特徴と
する請求項１ないし請求項１６のいずれか１項に記載の
ダイヤモンド紫外線発光素子。