JPH08330624A - ダイヤモンド発光素子 - Google Patents
ダイヤモンド発光素子Info
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- JPH08330624A JPH08330624A JP13705795A JP13705795A JPH08330624A JP H08330624 A JPH08330624 A JP H08330624A JP 13705795 A JP13705795 A JP 13705795A JP 13705795 A JP13705795 A JP 13705795A JP H08330624 A JPH08330624 A JP H08330624A
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Landscapes
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- Led Devices (AREA)
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 キャリアの活性化率を上昇させて、発光強度
を向上させることができるダイヤモンド発光素子を提供
する。 【構成】 天然ダイヤモンドからなり、その上面が（１
００）面となる基板２上に形成されたダイヤモンド絶縁
層３と、このダイヤモンド絶縁層の表面又は表層下に形
成されボロン濃度が１０19ｃｍ-3以上厚さが３００Å以
下のドーピング層４と、このドーピング層に電流を印加
する電極５及び６とを有する。
を向上させることができるダイヤモンド発光素子を提供
する。 【構成】 天然ダイヤモンドからなり、その上面が（１
００）面となる基板２上に形成されたダイヤモンド絶縁
層３と、このダイヤモンド絶縁層の表面又は表層下に形
成されボロン濃度が１０19ｃｍ-3以上厚さが３００Å以
下のドーピング層４と、このドーピング層に電流を印加
する電極５及び６とを有する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光学部品、光集積回路、
光通信、ディスプレイ及びリソグラフィ等における光源
として使用されるダイヤモンド発光素子に関する。
光通信、ディスプレイ及びリソグラフィ等における光源
として使用されるダイヤモンド発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】ダイヤモンドは硬度が高く、耐熱性、耐
薬品性及び耐放射線性が優れており、電気的にも絶縁性
が優れている。また、ダイヤモンドはそのバンドギャッ
プが約５．４ｅＶと大きいと共に、ドーピングすること
により半導体化させることができるため、高温半導体と
して応用が検討されている。更に、ダイヤモンドは紫外
線域から可視光域、そして赤外線域と広い領域に亘って
透明であるため、光学窓等への応用も検討されている。
薬品性及び耐放射線性が優れており、電気的にも絶縁性
が優れている。また、ダイヤモンドはそのバンドギャッ
プが約５．４ｅＶと大きいと共に、ドーピングすること
により半導体化させることができるため、高温半導体と
して応用が検討されている。更に、ダイヤモンドは紫外
線域から可視光域、そして赤外線域と広い領域に亘って
透明であるため、光学窓等への応用も検討されている。
【０００３】このように優れた特性を有するダイヤモン
ドを、プラズマ反応を利用するプラズマＣＶＤ法によっ
て、気相から低コストで合成する方法が開発され、１９
８０年代前半に確立されている。また、バルクダイヤモ
ンドと同様に、Ｂ等の不純物をドーピングすることによ
って、ダイヤモンド薄膜を半導体化させることができ
る。
ドを、プラズマ反応を利用するプラズマＣＶＤ法によっ
て、気相から低コストで合成する方法が開発され、１９
８０年代前半に確立されている。また、バルクダイヤモ
ンドと同様に、Ｂ等の不純物をドーピングすることによ
って、ダイヤモンド薄膜を半導体化させることができ
る。
【０００４】このようなダイヤモンド薄膜の高機能を利
用して、超硬工具又はスピーカー振動板等をダイヤモン
ド薄膜でコーティングしたもの、半導体デバイスのヒー
トシンク、各種センサ、発光素子、ダイオード又はトラ
ンジスタ等の半導体デバイス等が開発されている。
用して、超硬工具又はスピーカー振動板等をダイヤモン
ド薄膜でコーティングしたもの、半導体デバイスのヒー
トシンク、各種センサ、発光素子、ダイオード又はトラ
ンジスタ等の半導体デバイス等が開発されている。
【０００５】図５は従来のダイヤモンド発光素子を示す
断面図である。この図５に示すように、ダイヤモンド発
光素子は、単結晶のダイヤモンド基板５２の表面にＢの
ドーピング層５４が形成され、その上面にＴｉからなる
オーミック電極５５及びＷからなるショットキー電極５
６が夫々蒸着及びスパッタリングによって形成されてい
る（第３回 ダイヤモンドシンポジウム（平成元年１１
月３０日、１２月１日）、講演集ｐ２２２、塩見等）。
断面図である。この図５に示すように、ダイヤモンド発
光素子は、単結晶のダイヤモンド基板５２の表面にＢの
ドーピング層５４が形成され、その上面にＴｉからなる
オーミック電極５５及びＷからなるショットキー電極５
６が夫々蒸着及びスパッタリングによって形成されてい
る（第３回 ダイヤモンドシンポジウム（平成元年１１
月３０日、１２月１日）、講演集ｐ２２２、塩見等）。
【０００６】このような構成からなるダイヤモンド発光
素子５１に対して、数１０〜１００Ｖの電圧を順方向に
印加すると、Ｗ電極５６の付近において発光し、５３０
ｎｍでピークとなる発光スペクトルが観測される。この
ような発光は、薄膜中の電子と正孔（ホール）との再結
合によるものであると考えられており、従って発光強度
は電子又はホールの密度に依存する。
素子５１に対して、数１０〜１００Ｖの電圧を順方向に
印加すると、Ｗ電極５６の付近において発光し、５３０
ｎｍでピークとなる発光スペクトルが観測される。この
ような発光は、薄膜中の電子と正孔（ホール）との再結
合によるものであると考えられており、従って発光強度
は電子又はホールの密度に依存する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような発光素子では、発光はするものの、その発光強度
が弱く、実用的な発光デバイスを製作することは困難で
ある。通常、Ｂのドーピング濃度を高くすると、電子又
はホールの密度は高くなるが、ダイヤモンドのアクセプ
タレベルは３５０ｍｅＶとなり、Ｓｉ又はＧａＡｓ等の
半導体のアクセプタレベル（数１０ｍｅＶ）と比べて大
きい。このため、アクセプタにホールが捕らえられ、キ
ャリアの活性化率が低下してしまう。実際に、Ｂを１０
17ｃｍ-3の濃度でダイヤモンドにドーピングしても、キ
ャリアとして励起するのは１０15ｃｍ-3以下と、全体の
１％以下である。
ような発光素子では、発光はするものの、その発光強度
が弱く、実用的な発光デバイスを製作することは困難で
ある。通常、Ｂのドーピング濃度を高くすると、電子又
はホールの密度は高くなるが、ダイヤモンドのアクセプ
タレベルは３５０ｍｅＶとなり、Ｓｉ又はＧａＡｓ等の
半導体のアクセプタレベル（数１０ｍｅＶ）と比べて大
きい。このため、アクセプタにホールが捕らえられ、キ
ャリアの活性化率が低下してしまう。実際に、Ｂを１０
17ｃｍ-3の濃度でダイヤモンドにドーピングしても、キ
ャリアとして励起するのは１０15ｃｍ-3以下と、全体の
１％以下である。
【０００８】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、キャリアの活性化率を上昇させて、発光強
度を向上させることができ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、キャリアの活性化率を上昇させて、発光強
度を向上させることができるダイヤモンド発光素子を提
供することを目的とする。
【０００９】
【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、基板上に形成されたダイヤモンド絶縁層
と、このダイヤモンド絶縁層の表面又は表層下に形成さ
れボロン濃度が１０19ｃｍ-3以上厚さが３００Å以下の
ドーピング層と、このドーピング層に電流を印加する第
１及び第２の電極とを有することを特徴とする。
ド発光素子は、基板上に形成されたダイヤモンド絶縁層
と、このダイヤモンド絶縁層の表面又は表層下に形成さ
れボロン濃度が１０19ｃｍ-3以上厚さが３００Å以下の
ドーピング層と、このドーピング層に電流を印加する第
１及び第２の電極とを有することを特徴とする。
【００１０】また、前記第１及び第２電極の間に設けら
れ、厚さが１０００Å以下で、酸化珪素、アルミナ、窒
化珪素、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム及
びＳｒxＢａ1-xＴｉＯ3（０≦ｘ≦１）からなる群から
選択された１種の化合物からなる絶縁膜と、この絶縁膜
上に形成された第３電極とを有することが好ましい。
れ、厚さが１０００Å以下で、酸化珪素、アルミナ、窒
化珪素、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム及
びＳｒxＢａ1-xＴｉＯ3（０≦ｘ≦１）からなる群から
選択された１種の化合物からなる絶縁膜と、この絶縁膜
上に形成された第３電極とを有することが好ましい。
【００１１】更に、ボロン濃度が１０19ｃｍ-3以上ドー
ピングされた半導体層が前記第１及び第２電極の下方に
形成されていることが好ましい。
ピングされた半導体層が前記第１及び第２電極の下方に
形成されていることが好ましい。
【００１２】更にまた、前記基板がダイヤモンド、シリ
コン、炭化珪素、プラチナ又はプラチナシリサイドから
なることが好ましい。
コン、炭化珪素、プラチナ又はプラチナシリサイドから
なることが好ましい。
【００１３】
【作用】本願発明者等は、キャリアの活性化率を上昇さ
せて、発光強度を向上させることができるダイヤモンド
発光素子を開発すべく、種々の実験研究を行った。その
結果、ダイヤモンド絶縁層の表面又は表層下に、Ｂのド
ーピング層であるｐ層を所定の濃度にして形成すること
により、上述した目的を達成し得ることを見い出した。
せて、発光強度を向上させることができるダイヤモンド
発光素子を開発すべく、種々の実験研究を行った。その
結果、ダイヤモンド絶縁層の表面又は表層下に、Ｂのド
ーピング層であるｐ層を所定の濃度にして形成すること
により、上述した目的を達成し得ることを見い出した。
【００１４】つまり、ダイヤモンド絶縁層の表面又は表
層下にｐ層を形成すると、ｐ層から絶縁層中にキャリア
の滲み出し、即ちキャリアの拡散が生じる。これは、ｐ
層の高密度にイオン化したＢによって、ダイヤモンドの
価電子帯が曲げられるからである。このため、絶縁層に
おけるキャリアの密度が上昇し、電子とホールとの再結
合の率が高くなって、素子の発光強度を向上させること
ができる。
層下にｐ層を形成すると、ｐ層から絶縁層中にキャリア
の滲み出し、即ちキャリアの拡散が生じる。これは、ｐ
層の高密度にイオン化したＢによって、ダイヤモンドの
価電子帯が曲げられるからである。このため、絶縁層に
おけるキャリアの密度が上昇し、電子とホールとの再結
合の率が高くなって、素子の発光強度を向上させること
ができる。
【００１５】以下、本発明に係るダイヤモンド発光素子
におけるｐ層の形成方法並びにｐ層におけるＢの濃度及
びｐ層の厚さについて説明する。
におけるｐ層の形成方法並びにｐ層におけるＢの濃度及
びｐ層の厚さについて説明する。
【００１６】ｐ層の形成方法 ｐ層の形成には、Ｂ2Ｈ6（ジボラン）とＨ2、又はＢ2Ｈ
6とＡｒ、Ｈｅ若しくはＮｅ等の不活性ガスとの混合ガ
スのプラズマ中において、ダイヤモンド絶縁層を積層し
た基板を一定時間曝すことにより、Ｂを一定濃度有する
ドーピング層をダイヤモンド絶縁層上に形成する。
6とＡｒ、Ｈｅ若しくはＮｅ等の不活性ガスとの混合ガ
スのプラズマ中において、ダイヤモンド絶縁層を積層し
た基板を一定時間曝すことにより、Ｂを一定濃度有する
ドーピング層をダイヤモンド絶縁層上に形成する。
【００１７】この場合の気相合成（ＣＶＤ）によるｐ層
の形成方法には、熱フィラメントＣＶＤ、マイクロ波プ
ラズマＣＶＤ及び高周波プラズマＣＶＤ等を使用するこ
とができる。またＣＶＤ以外によるｐ層の形成方法に
は、Ｂのイオンビーム、イオン注入、Ｂ蒸発源を使用し
た分子線蒸着法（ＭＢＥ：molecular beam epitaxy）、
イオンクラスタービーム及びＢＮ（窒化硼素）の固体拡
散等の方法も使用することができる。
の形成方法には、熱フィラメントＣＶＤ、マイクロ波プ
ラズマＣＶＤ及び高周波プラズマＣＶＤ等を使用するこ
とができる。またＣＶＤ以外によるｐ層の形成方法に
は、Ｂのイオンビーム、イオン注入、Ｂ蒸発源を使用し
た分子線蒸着法（ＭＢＥ：molecular beam epitaxy）、
イオンクラスタービーム及びＢＮ（窒化硼素）の固体拡
散等の方法も使用することができる。
【００１８】なお、ｐ+層の形成については、ｐ層と同
様の方法により形成することができ、またイオン注入し
て形成することもできる。このｐ+層は、オーミック電
極を形成するために必要なものであるが、このｐ+層を
形成せずに電極を形成した後、熱処理を施してオーミッ
ク電極を形成してもよい。この場合の条件として、６０
０℃の温度で３０分間の熱処理を施すことにより、素子
に形成された電極をオーミック電極とすることができ
る。
様の方法により形成することができ、またイオン注入し
て形成することもできる。このｐ+層は、オーミック電
極を形成するために必要なものであるが、このｐ+層を
形成せずに電極を形成した後、熱処理を施してオーミッ
ク電極を形成してもよい。この場合の条件として、６０
０℃の温度で３０分間の熱処理を施すことにより、素子
に形成された電極をオーミック電極とすることができ
る。
【００１９】ｐ層におけるＢの濃度：１０19ｃｍ-3以上 ダイヤモンドにＢをドーピングすると、Ｂ原子からホー
ルが放出され、アクセプタ及びホールがダイヤモンドの
内部に形成される。このようなＢがｐ層において高濃度
にドーピングされると、Ｂの原子間の距離が短くなる。
このため、ダイヤモンド絶縁層にｐ層が形成された素子
の電極間に電圧が印加されると、ホールがホッピングに
より移動するようになる。ダイヤモンド絶縁層の内部が
このような状態になると、ドーピングしたＢの活性化率
が略１００％となり、前記素子は強度が高い発光をす
る。
ルが放出され、アクセプタ及びホールがダイヤモンドの
内部に形成される。このようなＢがｐ層において高濃度
にドーピングされると、Ｂの原子間の距離が短くなる。
このため、ダイヤモンド絶縁層にｐ層が形成された素子
の電極間に電圧が印加されると、ホールがホッピングに
より移動するようになる。ダイヤモンド絶縁層の内部が
このような状態になると、ドーピングしたＢの活性化率
が略１００％となり、前記素子は強度が高い発光をす
る。
【００２０】しかし、Ｂの濃度が１０19ｃｍ-3未満であ
ると、前記活性化率を１００％とすることができない。
従って、ｐ層におけるＢの濃度は１０19ｃｍ-3以上とす
る。
ると、前記活性化率を１００％とすることができない。
従って、ｐ層におけるＢの濃度は１０19ｃｍ-3以上とす
る。
【００２１】ｐ層の厚さ：１００乃至３００Å ｐ層の厚さを１００Å未満とすると、ｐ層における抵抗
値が大きくなり、素子の第１及び第２電極（ソース・ド
レイン電極）間に大きな電流を通電させることができな
くなる。このため、同一の印加電圧では発光強度が小さ
くなってしまう。一方、ｐ層の厚さを３００Åを超えて
厚くすると、価電子帯の曲がりの効果が小さくなり、キ
ャリアの活性化率が小さくなる。このため、第１及び第
２電極間の電流及び発光強度が小さくなってしまう。従
って、ｐ層の厚さは１００乃至３００Åとする。
値が大きくなり、素子の第１及び第２電極（ソース・ド
レイン電極）間に大きな電流を通電させることができな
くなる。このため、同一の印加電圧では発光強度が小さ
くなってしまう。一方、ｐ層の厚さを３００Åを超えて
厚くすると、価電子帯の曲がりの効果が小さくなり、キ
ャリアの活性化率が小さくなる。このため、第１及び第
２電極間の電流及び発光強度が小さくなってしまう。従
って、ｐ層の厚さは１００乃至３００Åとする。
【００２２】なお、ダイヤモンド絶縁層内部におけるｐ
層の形成位置については、特に限定する必要はなく、ま
た絶縁層におけるＢの濃度に関しては、Ｂを意図的にド
ーピングしないで製作した程度、即ち不可避的な程度の
濃度（１０14ｃｍ-3）であればよく、ｐ層とダイヤモン
ド絶縁層との濃度差が大きいほど発光強度が大きい素子
を製作することができる。更に、ｐ層はダイヤモンド絶
縁層中において一定間隔をあけて、複数の層を形成する
ものであってもよい。
層の形成位置については、特に限定する必要はなく、ま
た絶縁層におけるＢの濃度に関しては、Ｂを意図的にド
ーピングしないで製作した程度、即ち不可避的な程度の
濃度（１０14ｃｍ-3）であればよく、ｐ層とダイヤモン
ド絶縁層との濃度差が大きいほど発光強度が大きい素子
を製作することができる。更に、ｐ層はダイヤモンド絶
縁層中において一定間隔をあけて、複数の層を形成する
ものであってもよい。
【００２３】次に、発光素子の基板について説明する。
発光素子の基板として、天然若しくは高圧合成の単結晶
ダイヤモンド、Ｓｉ、ＳｉＣ、Ｐｔ又はプラチナシリサ
イド等を使用することができ、特にＳｉ、ＳｉＣ、Ｐｔ
及びプラチナシリサイドについては、単結晶又は多結晶
のいずれでも使用することができる。また、単結晶を使
用する場合において、結晶面はどの面を使用してもよ
い。
発光素子の基板として、天然若しくは高圧合成の単結晶
ダイヤモンド、Ｓｉ、ＳｉＣ、Ｐｔ又はプラチナシリサ
イド等を使用することができ、特にＳｉ、ＳｉＣ、Ｐｔ
及びプラチナシリサイドについては、単結晶又は多結晶
のいずれでも使用することができる。また、単結晶を使
用する場合において、結晶面はどの面を使用してもよ
い。
【００２４】更に、これらの基板上には、バイアスを印
加したマイクロ波プラズマＣＶＤ法によって、粒子の配
向を揃えた高配向のダイヤモンド薄膜を形成することが
でき、この薄膜を絶縁層とすることもできる。なお、プ
ラチナ等の金属基板を使用する場合には、基板上におい
て光が反射するため、活性層からの発光強度をより一層
向上させることができる。
加したマイクロ波プラズマＣＶＤ法によって、粒子の配
向を揃えた高配向のダイヤモンド薄膜を形成することが
でき、この薄膜を絶縁層とすることもできる。なお、プ
ラチナ等の金属基板を使用する場合には、基板上におい
て光が反射するため、活性層からの発光強度をより一層
向上させることができる。
【００２５】次に、発光素子の電極として、第１及び第
２電極に加え第３電極を形成する場合について説明す
る。
２電極に加え第３電極を形成する場合について説明す
る。
【００２６】ダイヤモンド絶縁層の上面に第１電極及び
第２電極を一定距離離隔させて形成し、その間に第３電
極を形成する。このように第３電極が形成された素子に
おいて、第１及び第２電極間に一定の電圧を印加すると
共に、第３電極にも電圧を印加すると、第３電極に印加
された電圧の大きさによって発光強度を変化させること
ができる。これは、第３電極の下方に広がった空乏層が
印加電圧により変化するからである。このため、ダイヤ
モンド絶縁層におけるホールの濃度変化と共にキャリア
の再結合率が変化し、発光強度を変調することができ
る。
第２電極を一定距離離隔させて形成し、その間に第３電
極を形成する。このように第３電極が形成された素子に
おいて、第１及び第２電極間に一定の電圧を印加すると
共に、第３電極にも電圧を印加すると、第３電極に印加
された電圧の大きさによって発光強度を変化させること
ができる。これは、第３電極の下方に広がった空乏層が
印加電圧により変化するからである。このため、ダイヤ
モンド絶縁層におけるホールの濃度変化と共にキャリア
の再結合率が変化し、発光強度を変調することができ
る。
【００２７】また、第３電極とダイヤモンド絶縁層との
間に絶縁膜を形成することもでき、このような絶縁膜を
形成する場合において、特に負の電圧を印加すると、正
の電荷を有するホールを第３電極の下方に集めることが
でき、ホールの濃度を高くすることができる。このた
め、素子の発光強度をより一層向上させることができ
る。
間に絶縁膜を形成することもでき、このような絶縁膜を
形成する場合において、特に負の電圧を印加すると、正
の電荷を有するホールを第３電極の下方に集めることが
でき、ホールの濃度を高くすることができる。このた
め、素子の発光強度をより一層向上させることができ
る。
【００２８】なお、前記絶縁膜は、比抵抗の値が約１０
5Ω・ｃｍ以上を有する絶縁体であればよい。特に、厚
さが１０００Å以下である酸化珪素、アルミナ、窒化珪
素、チタン酸ストロンチウム又はチタン酸バリウム等で
あることが好ましい。
5Ω・ｃｍ以上を有する絶縁体であればよい。特に、厚
さが１０００Å以下である酸化珪素、アルミナ、窒化珪
素、チタン酸ストロンチウム又はチタン酸バリウム等で
あることが好ましい。
【００２９】また、高周波を使用して発光強度を変調す
る場合において、前記絶縁膜の誘電率は小さい方がよい
が、前記絶縁膜とダイヤモンド絶縁層との界面準位は小
さくなるような形成条件及び絶縁膜とする必要がある。
一方、低周波で動作する素子の場合において、前記絶縁
膜の誘電率は大きい方がよい。誘電率が大きいと、前記
絶縁膜における電界を小さくすることができ、この絶縁
膜の下方のダイヤモンド絶縁層において有効に電界を生
じさせ、発光強度の変調を大きくすることができる。
る場合において、前記絶縁膜の誘電率は小さい方がよい
が、前記絶縁膜とダイヤモンド絶縁層との界面準位は小
さくなるような形成条件及び絶縁膜とする必要がある。
一方、低周波で動作する素子の場合において、前記絶縁
膜の誘電率は大きい方がよい。誘電率が大きいと、前記
絶縁膜における電界を小さくすることができ、この絶縁
膜の下方のダイヤモンド絶縁層において有効に電界を生
じさせ、発光強度の変調を大きくすることができる。
【００３０】
【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。
を参照して具体的に説明する。
【００３１】第１実施例 図１は、本発明の実施例に係るダイヤモンド発光素子の
１例を示す断面図であり、（ａ）はｐ層を絶縁層の表面
に形成したものの断面図であり、（ｂ）はｐ層を絶縁層
の表層下に形成したものの断面図である。この図１
（ａ）に示すように、ダイヤモンド発光素子１におい
て、先ず天然ダイヤモンドからなり、その上面が（１０
０）面となる基板２の表面に、マイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ法を使用して、その厚さが０．５μｍのダイヤモンド
絶縁層３を形成した。そして、この基板をＢ2Ｈ6及びＨ
2の混合ガスのプラズマ中に一定時間曝して、絶縁層３
の表面にＢのドーピング層であるｐ層４を形成した。な
お、Ｂ2Ｈ6の濃度は５ｐｐｍとした。また、ＳＩＭＳ分
析によりｐ層４のドーピング濃度を分析すると、その濃
度は２×１０19ｃｍ-3であり、またその厚さは１００Å
であった。そして、このｐ層４の上面に、スパッタリン
グを使用して電極５及６を形成した。このときの電極５
と電極６との距離を３．５μｍとした。
１例を示す断面図であり、（ａ）はｐ層を絶縁層の表面
に形成したものの断面図であり、（ｂ）はｐ層を絶縁層
の表層下に形成したものの断面図である。この図１
（ａ）に示すように、ダイヤモンド発光素子１におい
て、先ず天然ダイヤモンドからなり、その上面が（１０
０）面となる基板２の表面に、マイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ法を使用して、その厚さが０．５μｍのダイヤモンド
絶縁層３を形成した。そして、この基板をＢ2Ｈ6及びＨ
2の混合ガスのプラズマ中に一定時間曝して、絶縁層３
の表面にＢのドーピング層であるｐ層４を形成した。な
お、Ｂ2Ｈ6の濃度は５ｐｐｍとした。また、ＳＩＭＳ分
析によりｐ層４のドーピング濃度を分析すると、その濃
度は２×１０19ｃｍ-3であり、またその厚さは１００Å
であった。そして、このｐ層４の上面に、スパッタリン
グを使用して電極５及６を形成した。このときの電極５
と電極６との距離を３．５μｍとした。
【００３２】このような構成からなる素子１の電極５と
電極６との間に０〜−５Ｖの直流電圧を印加した。これ
により、明瞭な発光が観測され、電圧に比例して発光強
度が増加し、このときの発光強度の最大値は０．５ｃｄ
であった。また、波長１５０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲で
分光したところ、５．３５、５．３、５．２７、５．２
１、５．１１及び４．９５ｅＶ付近において明瞭なピー
クが見られ、紫外線発光が観測された。
電極６との間に０〜−５Ｖの直流電圧を印加した。これ
により、明瞭な発光が観測され、電圧に比例して発光強
度が増加し、このときの発光強度の最大値は０．５ｃｄ
であった。また、波長１５０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲で
分光したところ、５．３５、５．３、５．２７、５．２
１、５．１１及び４．９５ｅＶ付近において明瞭なピー
クが見られ、紫外線発光が観測された。
【００３３】第２実施例 図２は、本発明の実施例に係るダイヤモンド発光素子の
１例を示す断面図である。上述した第１実施例と同様の
条件で、天然ダイヤモンド基板１２の表面にダイヤモン
ド絶縁層１３ａ及びｐ層１４を順に積層し、ｐ層１４の
上面に厚さが約３００Åのダイヤモンド絶縁層１３ｂを
積層した。その後、基板上面部の両端に夫々ｐ+層１８
及び１９をイオン注入により形成した。そして、ｐ+層
１８及び１９が形成されていない絶縁層１３ｂの上面
に、プラズマＣＶＤにより、厚さが約２５０ÅのＳｉＯ
2の絶縁膜２０を形成した。その後、ｐ+層１８及び１９
並びに絶縁膜２０の上面に夫々Ｗの電極１５、１６及び
１７を形成した。なお、これらの電極の厚さは１０００
Åであり、電極１５と電極１６との距離を３．５μｍと
した。以下電極１５、１６及び１７のように配置された
電極を夫々第１電極、第２電極及び第３電極として説明
する。
１例を示す断面図である。上述した第１実施例と同様の
条件で、天然ダイヤモンド基板１２の表面にダイヤモン
ド絶縁層１３ａ及びｐ層１４を順に積層し、ｐ層１４の
上面に厚さが約３００Åのダイヤモンド絶縁層１３ｂを
積層した。その後、基板上面部の両端に夫々ｐ+層１８
及び１９をイオン注入により形成した。そして、ｐ+層
１８及び１９が形成されていない絶縁層１３ｂの上面
に、プラズマＣＶＤにより、厚さが約２５０ÅのＳｉＯ
2の絶縁膜２０を形成した。その後、ｐ+層１８及び１９
並びに絶縁膜２０の上面に夫々Ｗの電極１５、１６及び
１７を形成した。なお、これらの電極の厚さは１０００
Åであり、電極１５と電極１６との距離を３．５μｍと
した。以下電極１５、１６及び１７のように配置された
電極を夫々第１電極、第２電極及び第３電極として説明
する。
【００３４】このような構成からなる素子１１の第１電
極１５と第２電極１６との間に５Ｖの電圧を印加し、更
に第３電極１７に１０ｋＨｚ、実効値０．７Ｖの交流電
圧を印加した。これにより、１０ｋＨｚに変調された発
光が観測され、このときの発光強度は０．８ｃｄであっ
た。
極１５と第２電極１６との間に５Ｖの電圧を印加し、更
に第３電極１７に１０ｋＨｚ、実効値０．７Ｖの交流電
圧を印加した。これにより、１０ｋＨｚに変調された発
光が観測され、このときの発光強度は０．８ｃｄであっ
た。
【００３５】第３実施例 本実施例は、第２実施例の天然ダイヤモンド基板の代わ
りに、上面が（１００）面のＳｉＣ基板を使用した。そ
して、このＳｉＣ基板の上に、マイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ法を使用して、（１００）面に配向した平滑な高配向
絶縁性ダイヤモンド膜を、その厚さが約２０μｍとなる
ように形成した。この場合に、ｐ層を高配向絶縁性ダイ
ヤモンド膜の途中で形成した。その後、上述の第２実施
例と同様にイオン注入により一対のｐ+層を形成し、ｐ+
層が形成されなかった部分に厚さが５００Åの絶縁層を
形成した。このｐ+層の上面に上述した第１実施例と同
様にスパッタリングを使用して第１及び第２電極を形成
し、絶縁層の上に第３電極を形成した。
りに、上面が（１００）面のＳｉＣ基板を使用した。そ
して、このＳｉＣ基板の上に、マイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ法を使用して、（１００）面に配向した平滑な高配向
絶縁性ダイヤモンド膜を、その厚さが約２０μｍとなる
ように形成した。この場合に、ｐ層を高配向絶縁性ダイ
ヤモンド膜の途中で形成した。その後、上述の第２実施
例と同様にイオン注入により一対のｐ+層を形成し、ｐ+
層が形成されなかった部分に厚さが５００Åの絶縁層を
形成した。このｐ+層の上面に上述した第１実施例と同
様にスパッタリングを使用して第１及び第２電極を形成
し、絶縁層の上に第３電極を形成した。
【００３６】このような構成からなる素子に、上述した
第２実施例と同様の条件により、第１、第２及び第３電
極に電圧を印加した。これにより、発光が観測され、こ
のときの発光強度は０．６ｃｄであった。
第２実施例と同様の条件により、第１、第２及び第３電
極に電圧を印加した。これにより、発光が観測され、こ
のときの発光強度は０．６ｃｄであった。
【００３７】第４実施例 Ｐｔからなり、その上面が（１１１）面となる基板を使
用して、その他の条件は上述した第３実施例と同様の素
子を製作した。この素子に上述した第２実施例と同様の
条件により、第１、第２及び第３電極に電圧を印加し
た。これにより、発光が観測され、このときの発光強度
は１．２ｃｄであった。
用して、その他の条件は上述した第３実施例と同様の素
子を製作した。この素子に上述した第２実施例と同様の
条件により、第１、第２及び第３電極に電圧を印加し
た。これにより、発光が観測され、このときの発光強度
は１．２ｃｄであった。
【００３８】第５実施例 図３及び４は本発明の実施例に係るダイヤモンド発光素
子の１例を示す断面図である。この図３及び４に示す発
光素子は、電極３５及び電極３６との間に形成された絶
縁層３３ｂ及び３３ｃの形成以外、上述した第１実施例
に係る発光素子と同様の方法及び条件により製作したも
のである。即ち、図３に示す絶縁層３３ｂの上面は凹面
形状とし、一方図４に示す絶縁層３３ｃの上面は凸面形
状とした。このように素子の発光部における絶縁層の表
面形状を凹凸形状とすることにより、光を発散させた
り、集光させたりすることができる。特に、絶縁層の表
面形状が凸状の発光素子をアレイ状に配列し、蛍光板を
その前面に配置することにより、ディスプレイ等に応用
することができる。
子の１例を示す断面図である。この図３及び４に示す発
光素子は、電極３５及び電極３６との間に形成された絶
縁層３３ｂ及び３３ｃの形成以外、上述した第１実施例
に係る発光素子と同様の方法及び条件により製作したも
のである。即ち、図３に示す絶縁層３３ｂの上面は凹面
形状とし、一方図４に示す絶縁層３３ｃの上面は凸面形
状とした。このように素子の発光部における絶縁層の表
面形状を凹凸形状とすることにより、光を発散させた
り、集光させたりすることができる。特に、絶縁層の表
面形状が凸状の発光素子をアレイ状に配列し、蛍光板を
その前面に配置することにより、ディスプレイ等に応用
することができる。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ダイヤモンド絶縁層の表面又は表層下にＢのドーピング
層を所定の濃度にして形成することにより、キャリアの
活性化率を上昇させて、発光強度を向上させることがで
き、また紫外線発光もできるダイヤモンド発光素子を製
造することができる。
ダイヤモンド絶縁層の表面又は表層下にＢのドーピング
層を所定の濃度にして形成することにより、キャリアの
活性化率を上昇させて、発光強度を向上させることがで
き、また紫外線発光もできるダイヤモンド発光素子を製
造することができる。
【図１】本発明の実施例に係るダイヤモンド発光素子の
１例を示す断面図である。
１例を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例に係るダイヤモンド発光素子の
１例を示す断面図である。
１例を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例に係るダイヤモンド発光素子の
１例を示す断面図である。
１例を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例に係るダイヤモンド発光素子の
１例を示す断面図である。
１例を示す断面図である。
【図５】従来のダイヤモンド発光素子を示す断面図であ
る。
る。
１，１１，５１；ダイヤモンド発光素子 ２，１２，３２，５２；基板 ３，３ａ，３ｂ，１３ａ，１３ｂ，３３ａ，３３ｂ，３
３ｃ；ダイヤモンド絶縁層 ４，１４，３４，５４；ｐ層 ５，６，１５，１６，１７，３５，３６，５５，５６；
電極 １８，１９，３８，３９；ｐ+層 ２０；絶縁膜
３ｃ；ダイヤモンド絶縁層 ４，１４，３４，５４；ｐ層 ５，６，１５，１６，１７，３５，３６，５５，５６；
電極 １８，１９，３８，３９；ｐ+層 ２０；絶縁膜
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ３０Ｂ 31/20 7202−4Ｇ Ｃ３０Ｂ 31/20 Ｈ０１Ｌ 21/314 Ｈ０１Ｌ 21/314 Ａ // Ｆ２１Ｋ 7/00 Ｆ２１Ｋ 7/00 Ｈ０５Ｂ 33/14 Ｈ０５Ｂ 33/14 33/22 33/22
Claims (4)
- 【請求項１】 基板上に形成されたダイヤモンド絶縁層
と、このダイヤモンド絶縁層の表面又は表層下に形成さ
れボロン濃度が１０19ｃｍ-3以上厚さが３００Å以下の
ドーピング層と、このドーピング層に電流を印加する第
１及び第２の電極とを有することを特徴とするダイヤモ
ンド発光素子。 - 【請求項２】 前記第１及び第２電極の間に設けられ、
厚さが１０００Å以下で、酸化珪素、アルミナ、窒化珪
素、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム及びＳ
ｒxＢａ1-xＴｉＯ3（０≦ｘ≦１）からなる群から選択
された１種の化合物からなる絶縁膜と、この絶縁膜上に
形成された第３電極とを有することを特徴とする請求項
１に記載のダイヤモンド発光素子。 - 【請求項３】 ボロン濃度が１０19ｃｍ-3以上ドーピン
グされた半導体層が前記第１及び第２電極の下方に形成
されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のダ
イヤモンド発光素子。 - 【請求項４】 前記基板がダイヤモンド、シリコン、炭
化珪素、プラチナ又はプラチナシリサイドからなること
を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のダ
イヤモンド発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13705795A JPH08330624A (ja) | 1995-06-02 | 1995-06-02 | ダイヤモンド発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13705795A JPH08330624A (ja) | 1995-06-02 | 1995-06-02 | ダイヤモンド発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08330624A true JPH08330624A (ja) | 1996-12-13 |
Family
ID=15189886
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13705795A Pending JPH08330624A (ja) | 1995-06-02 | 1995-06-02 | ダイヤモンド発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08330624A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999034646A1 (fr) * | 1997-12-29 | 1999-07-08 | Tokyo Gas Co., Ltd. | Dispositif emetteur de rayons ultraviolets a diamant par injection de courant |
| WO2004095591A1 (ja) * | 2003-04-23 | 2004-11-04 | Hoya Corporation | 発光ダイオード |
| KR100626775B1 (ko) * | 2004-02-16 | 2006-09-25 | 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 | 자외선 센서 및 이의 제조 방법 |
| US7172909B2 (en) | 2003-07-04 | 2007-02-06 | Epistar Corporation | Light emitting diode having an adhesive layer and a reflective layer and manufacturing method thereof |
| US7928455B2 (en) | 2002-07-15 | 2011-04-19 | Epistar Corporation | Semiconductor light-emitting device and method for forming the same |
| US8860065B2 (en) | 2005-01-18 | 2014-10-14 | Epistar Corporation | Optoelectronic semiconductor device |
| US8999736B2 (en) | 2003-07-04 | 2015-04-07 | Epistar Corporation | Optoelectronic system |
| JP2016213409A (ja) * | 2015-05-13 | 2016-12-15 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 不純物ドープダイヤモンド及びその製造方法 |
-
1995
- 1995-06-02 JP JP13705795A patent/JPH08330624A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999034646A1 (fr) * | 1997-12-29 | 1999-07-08 | Tokyo Gas Co., Ltd. | Dispositif emetteur de rayons ultraviolets a diamant par injection de courant |
| US6433474B1 (en) | 1997-12-29 | 2002-08-13 | Tokyo Gas Co., Ltd. | Current injection-type diamond ultraviolet light-emitting device |
| US7928455B2 (en) | 2002-07-15 | 2011-04-19 | Epistar Corporation | Semiconductor light-emitting device and method for forming the same |
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| US9748449B2 (en) | 2003-07-04 | 2017-08-29 | Epistar Corporation | Optoelectronic system |
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| US11245060B2 (en) | 2007-08-27 | 2022-02-08 | Epistar Corporation | Optoelectronic semiconductor device |
| JP2016213409A (ja) * | 2015-05-13 | 2016-12-15 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 不純物ドープダイヤモンド及びその製造方法 |
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