JPH02283078A - 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】 本発明は光学的バンド中が２．ＯｅＶ以上特に２．６〜
４．５ｅＶを有する炭素または炭素を主成分とする被膜
をガラス、金属またはセラミックの表面にコーティング
することにより、ガラス板の補強材、また機械ストレス
に対する保護材を得んとしている複合体に関する。さら
には少なくとも表面が導電性を示す基板上に上記炭素ま
たは炭素を主成分とするｗｔＭ、さらに電極を形成し、
基板に直角な方向に電圧を印加することにより緑、青等
の光を発する発光素子に関する。

また本発明は基板上に炭素被膜をコーティングし、その
機械的強度を補強しようというものであり特にアセチレ
ン、メタンのような炭化水素気体をプラズマ雰囲気中に
導入し分解せしめることによりＣ−Ｃ結合を作り、結果
としてグラファイトのような導電性または不良導電性の
炭素を作るのではなく、光学的エネルギバンド巾（Ｅｇ
という）が２．ＯｅＶ以上好ましくは２．６〜４　、５
ｅＶを有するダイヤモンドに類似の絶縁性の炭素を形成
することを特徴としている。さらにこの本発明の炭素は
その硬度も４５００ｋｇ／ｍｍ”以上代表的には６５０
０ｋｇ／ｍｍｚというダイヤモンド類似の硬さを有する
アモルファス（非晶質）または５〜２００人の大きさの
微結晶性を有するセミアモルファス（半非晶質）構造を
有する炭素またはこの炭素中に水素、ハロゲン元素が２
５モル％以下または■価またはＶ価の不純物が５モル％
以下、また珪素がＳｉ／Ｃ≦０．２５の濃度に添加され
たいわゆる炭素を主成分とする炭素（以下本発明におい
ては単に炭素という）を基板上に設けた複合体を設けん
としたものである。

本発明はさらにこの炭素が形成される基板を１５０〜４
５０°Ｃの従来より知られたＣＶＤ法に比べて５００〜
１５００“Ｃも低い温度で形成したことを他の特徴とす
る。

また本発明はこの炭素に■価の不純物であるホウ素を０
．１〜５モル％の濃度に添加し、Ｐ型の炭素を設け、ま
たＶ価の不純物であるリンを同様に０．１〜５モル％の
濃度に添加し、Ｎ型の炭素を設けることによりこの基板
上面の炭素を導電性にしたことを他の特徴としている。

さらに本発明はこの基板上にＰＩＮ接合またはＮＩＰ接
合を有する炭素を設けることにより、ダイオード特性を
有する半導体的特性を有せしめることを特徴としている
。

さらに本発明は広いエネルギーバンド中を有するＰ型、
Ｎ型の炭素半導体の間にこれらに比較してせまいエネル
ギーバンド中を有するＩ、Ｎ、またはＰ型の炭素半導体
を介在させ、ＰＩＮ接合またはＰＮＮＳＰＰＮ接合を作
り、そのエネルギーバンド（厚さの関数でもある。）の
巾に従って決められた光を電子、ホールの再結合により
発光せしめることを特徴としている。

また本発明は基板特にガラスまたはセラミック基板上に
設け、その後この基板を選択的に除去してインクジェッ
トノズル、光通信用石英ガラスの引出し用ノズルとして
設けること、またガラス基板上に選択的に設け、電子ビ
ーム露光装置または紫外線の露光装置のフォトマスクと
して用いることを他の特徴としている。さらに本発明の
複合体はバルブ、耐摩耗材料、ＰＩＮ型を有する半導体
としての装置例えば受光または発光素子へも応用が可能
である。

以下に図面に従って本発明に用いられた複合体またはそ
の複合体の作製方法を記す。

実施例１ 第１図は本発明の炭素を形成するためのプラズマＣＶＯ
装置の概要を示す。

図面において反応性気体である炭化水素気体、例えばア
セチレンが（８）よりバルブ、流量計（５）をへて反応
系中の励起室（４）に導入される。さらに必要に応じて
、キャリアガスを水素またはへリュームにより（７）よ
りバルブ、流量計（６）をへて同様に励起室に至る。こ
こに■価またはＶ価の不純物、例えばジボランまたはフ
ォスヒンを導入する場合はさらに同様にこの系に加えれ
ば良い。

これらの反応性気体は２．４５ＧＩＩｚのマイクロ波に
よる電磁エネルギにより０．１〜５ｋｗのエネルギを加
えられ、励起室にて活性化、分解または反応させられる
。さらにこの反応性気体は反応炉（１）にて加熱炉（９
）により１５０〜４５０°Ｃに加熱させ、さらに１３．
５６ＭＩＩｚの高周波エネルギ（２）により反応、重合
され、Ｃ−Ｃ結合を多数形成した炭素を生成する。この
際、加える電磁エネルギを強くした場合は５〜２００人
の大きさのダイヤモンド形状の微結晶性を有する炭素を
形成させうる。しかし、この電磁エネルギが小さい場合
は、アモルファス構造のみとなってしまった。この反応
の際、電源（１３）によりヒータ（１１）を加熱し、さ
らにその上の基板（１０）を加熱して行う。そしてこの
基板の上面に被膜として反応生成物の炭素被膜が形成さ
れる。反応後の不要物は排気口（１２）よりロータリー
ポンプを経て排気される。反応室（１）は０．００１〜
１０ｔｏｒｒ代表的には０．１〜０．５ｔｏｒｒに保持
されており、マイクロ波（３）および高周波（２）のエ
ネルギにより反応室（１）内はプラズマ状態が生成され
る。特にＩＧＨｚ以上の周波数にあっては、Ｃ−Ｈ結合
より水素を分離し、０．１〜５０　Ｍ　Ｉ’ｚの周波数
にあってはＣミＣ結合、ｃ＝ｃ結合を分解し、＞Ｃ−Ｃ
り結合または−Ｃ−Ｃ−結合を作り、炭素の不対結合手
同志を互いに衝突させて共有結合させ、安定なダイヤモ
ンド構造を有せしめた。

かくして、金属、セラミックスよりなる被形成面を有す
る基体上特にノズルの内面に炭素特に炭素中に水素を２
５モル％以下含有する炭素またＰ、■またはＮ型の導電
型を有する炭素を形成させた。

実施例２ 第２図は実施例１に示される方法で形成される炭素を用
いた本発明の発光素子の実施例を示す。

すなわち基板（２０）上にＰＩＮ接合またはＮＩＰ接合
を有する炭素を設けたものである。すなわちＰまたはＮ
型の炭素半導体（２５）、■型の炭素、ＮまたはＰ型の
炭素半導体（２７）よりなる炭素（２４）である。

このＰまたはＮ型の炭素は０．０１〜５％例えば１〜３
％の濃度にホウ素またはリンを添加した。これは（２８
）の部分にリフトオフ用の材料を選択的に設け、全面に
形成した後リフトオフを第４図に如くにして得たもので
ある。全面に形成してもまたはＰＮ接合またはその他の
構造をたてまたは接合面に設けても良い。

この半導体のうち（２６）のエネルギバンドｌ】は他の
炭素（２５）　、　（２７）に比べて小さく、珪素また
はゲルマニュームを添加して形成し、ここに電極（２９
）を設け、たて方向に電流を基板との間に流すことによ
り炭素の発光素子を基板上に集積化して設けることがで
きた。かかる発光素子とする複合体にあっては、基板は
ステンレス等の導体であることが必要である。この場合
層（２５）　、　（２７）はエネルギバンド巾が２．６
〜４．５ｅＶであり、また層（２７）は２〜３ｅＶとす
ることによって緑、青等の色の発光素子を基板上に設け
ることができた。

実施例３ 第３図（八）は第１図の製造装置により作られた複合体
の１例である。第３図（Ａ）はガラスの上にＰまたはＮ
型の導電型を有する炭素膜を形成させた。この炭素は１
０−ｓ〜１０４（Ωｃｍ）−’を有し、自動車の内表面
に設け、ここに電流を０．０１〜ＩＡ流すことにより発
熱せしめ、雨等の環境によるくもり止めを実施せしめた
。

これは自動車のみならず、多くの分野においてその応用
が可能である。

実施例４ 第３図（Ｂ）は実施例１を用いた本発明の方法によるも
ので、この炭素（２２）を表面全面に形成したものであ
る。これは板状のみならず任意の形状を有せしめ得る基
板または基体（２０）を有する複合体である。これは切
削機に歯、耐摩耗性表面を有せしめる金属、セラミンク
の表面に設けたものである。

実施例５ 第３図（Ｃ）は実施例１の作製方法によって得られた炭
素を用いた複合体の例である。すなわち円錐状の穴が開
けられた非形成面を有するセラミックまたは金属の基板
の表面に炭素（２３）を０．１〜３μｍの厚さに設けで
ある。穴（２２）　、　（２３”）はインクジェットま
たは光通信用の石英のぼうすいジグとする場合、その大
きさは０．０５〜５μｍの大きさを有し、かつこの穴が
耐摩耗性を必要とするため、かかる複合体はきわめて好
都合であった。この炭素をコーティングしないものに比
べて、１０”〜１０４倍もの耐久性を有していた。

実施例６ 第４図はフォトマスクを設けた場合の構造である。すな
わち第４図（Ａ）においては、ガラス特に石英ガラス（
２０）上に選択的にエツチングして被膜（２９）を設け
、この上面に炭素被膜を０．１〜１μｍの厚さに実施例
１の方法で形成した。この後リフトオフを行うことによ
り、選択的に炭素被膜（２１）層を設けた。これは超Ｌ
ＳＩ等の半導体用のマスクとしてきわめてすぐれたもの
であり、電子ビームまたあちょう紫外光に対してマスク
効果を有するとともに、耐摩耗性にすぐれており、また
半永久的に使用が可能である。

マスクの作製方法として多少の色調をつけるため、着色
用不純物が添加された炭素のこの被膜に対しては、他の
製造方法を用いることもできる。

すなわち基板上全面に設けられた炭素に対し酸化物雰囲
気中にてレーザ光を選択的にコンビューク制御により行
い、不要の部分の炭素を酸化して炭酸ガスとして放出し
てしまい、結果として第４図（Ｂ）の如きマスクを作る
ことができた。

このレーザ光による選択エツチングは実施例２〜５に対
しても、その工業的応用に関して任意に用いることがで
きる。

以上の説明より明らかな如く、本発明はガラス金属また
はセラミックの表面または内部に炭素または炭素を主成
分とした被膜をコーティングして設けたものである。こ
の複合体を他の多くの実施例にみられる如きその応用は
計りしれないものであり、特にこの炭素が４５０°Ｃ以
下の低温で形成できるのに対し、その硬度また基板に対
する密着性がきわめてすぐれているのが特徴である。

本発明におけるセラミックは、アルミナ、ジルコニアま
たはそれらの炭素、ランタン等の希土類が添加された任
意の材料を基板とすることができる。また金属にあって
はステンレス、モリブデン、タングステン等の少なくと
も３００〜４５０°Ｃの温度に耐えられる材料ならばす
べてに応用可能である。またガラスは石英のみならずソ
ーダガラス等に対しても被膜化可能であり、その応用は
究めて広い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の炭素を被形成面上に作製する製造装置
の概要を示す。 第２図は本発明の発光素子の例を示す。 第３図（Ａ）〜（Ｃ）および第４図（Ａ）及び（Ｂ）は
本発明の複合体の実施例を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも表面が導電性を有する基板上に炭素また
   は炭素を主成分とする薄膜と電極とを積層し、積層方向
   に電圧を印加することにより、緑、青等の光を発するこ
   とを特徴とする発光素子。 ２、特許請求の範囲第１項において、炭素または炭素を
   主成分とする薄膜は、Ｐ型の導電性を有する層と、Ｉ型
   の導電性を有する層と、Ｎ型の導電性を有する層を積層
   したことを特徴とする発光素子。