JP2002231996A

JP2002231996A - ダイヤモンド紫外光発光素子

Info

Publication number: JP2002231996A
Application number: JP2001368095A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Koizumi; 聡小泉; Kenji Watanabe; 賢司渡邊; Hisao Kanda; 久生神田
Original assignee: National Institute for Materials Science
Current assignee: National Institute for Materials Science
Priority date: 2000-12-01
Filing date: 2001-12-03
Publication date: 2002-08-16
Anticipated expiration: 2021-12-03
Also published as: JP4019136B2

Abstract

(57)【要約】【課題】紫外光発光が可能なダイヤモンドｐｎ接合お
よびｐｉｎ接合ダイオードを提供する。【解決手段】ホウ素ドープｐ型半導体ダイヤモンド薄
膜（ｐ型層）あるいはそれに接する電気伝導性基板にオ
ーム性電極が形成され、そのオーム性電極に接すること
なく、ｐ型層表面に直接あるいはアンドープダイヤモン
ド薄膜をはさんでリンドープｎ型半導体ダイヤモンド薄
膜（ｎ型層）が形成され、その表面にｐ型層及びｐ型層
に形成されたオーム性電極に接することなくオーム性電
極が形成されるものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ダイヤモンドによ
り形成されたｐｎ接合またはｐｉｎ接合による紫外光発
光素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ダイヤモンドの合成は高温高圧法や、気
相法により可能であり、高温高圧法では粒子や基板材料
として用いるバルク状の単結晶ダイヤモンドが、気相法
では薄膜状のダイヤモンドが形成可能である（小泉
聡、犬塚直夫：新機能性薄膜（日本材料科学会編）、p1
80(1999)裳華房、S. Matumoto, et. al., Jpn. J. App
l.Phys., 21 L183(1982).）。

【０００３】また、半導体ダイヤモンドの合成に関して
は、高温高圧法ではホウ素ドープのｐ型層半導体ダイヤ
モンドが作製可能であり、気相法ではホウ素ドープのｐ
型半導体ダイヤモンド薄膜（特開昭５９−１３７３９
６）およびリンドープのｎ型半導体ダイヤモンド薄膜
(S.Koizumi, et.al., Appl. Phys. Lett, 71, 1065(199
7). 特開平８−９６９０３０１)の作製が可能である。

【０００４】気相法においては、アンドープの絶縁性ダ
イヤモンド薄膜、ホウ素ドープのｐ型半導体ダイヤモン
ド薄膜およびリンドープのｎ型半導体ダイヤモンド薄膜
の作製において、高い結晶完全性を得ることが可能で、
低温および高温においてカソードルミネッセンスおよび
フォトルミネッセンスにより励起子再結合発光が観測さ
れる薄膜の作製が可能となっている(H. Sternschulte,
et. al., Proc. Mat.Res. Soc., 423, 693(1996).) 。

【０００５】リンドープのｎ型半導体ダイヤモンド薄膜
の成長は｛１１１｝結晶面のみで可能であり、気相成長
ダイヤモンドの一方の安定自形面である｛１００｝結晶
面では成長しないかまたはリンのドーピングがきわめて
低効率であり、電気伝導を示す薄膜はきわめて得られに
くい(S.Koizumi, et.al., presented at Diamond 2000
international conference, 2-7 September 2000, Port
o.)。

【０００６】ホウ素ドープのｐ型半導体ダイヤモンド薄
膜に対するオーミック電極形成はチタン（Ｔｉ）薄膜の
真空蒸着により可能である。４００℃程度の熱処理によ
り良好なオーミック特性が見られる。通常、チタン薄膜
形成後に保護膜として金蒸着膜を形成する(S. Yamanak
a: Doctoral thesis, Faculty of Material Science,Un
ivercity of Tsukuba, Tsukuba, 1999.) 。

【０００７】リンドープのｎ型半導体ダイヤモンド薄膜
に対するオーミック電極形成は、イオン照射により可能
である。例えば、ガリウム（Ｇａ）イオンビーム３０ｋ
ｅＶを用い、ダイヤモンド表面が黒鉛状炭素的電子構造
となる程度に欠陥を導入することで比較的良好なオーム
性伝導が得られる。イオン種はＧａに限られず、アルゴ
ン（Ａｒ）、炭素（Ｃ）、リン（Ｐ）などでも可能であ
る(T. Teraji, et. al., Appl. Phys. Lett, 76, 1303
(2000). 特開平１１−２４９９１０) 。

【０００８】ダイヤモンドのヘテロエピタキシャル成長
は立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）(S.Koizumi, et. al., A
ppl. Phys. Lett, 57, 563(1990).) 、イリジウム（Ｉ
ｒ）(K. Ohtsuka, et. al., Jpn. J. Appl. Phys. 35,
L1072(1996).) 、ニッケル（Ｎｉ）(Y. Sato, et. al.,
Proc 2nd Int. Conf. New Diamond Sci. Technol, p37
1, Materials Research Society, Pittsburgh(199
1).)、白金（Ｐｔ）(T. Tachibana, et. al., Diamond
Relat. Mater., 5, 197(1996).) 、炭化シリコン（Ｓｉ
Ｃ）(B. R. Stoner, et. al., Appl. Phys. Lett., 60,
698(1992).)、シリコン（Ｓｉ）(X.Jiang, et. al., A
ppl. Phys. Lett., 62, 3438(1993).) の基板表面で確
認されている。

【０００９】なお、上記以外の非ダイヤモンド基板表面
では一般に多結晶ダイヤモンド薄膜が成長する。多結晶
ダイヤモンド薄膜の成長においては、成長条件の制御に
より最終的に表面に現れる結晶自形面を制御可能であ
る。例えば、マイクロ波プラズマを利用した化学気相成
長法（ＣＶＤ法）において、｛１１１｝結晶面を優勢に
するためには原料気体中の炭素源気体濃度を小さくし、
８００〜８５０℃程度の比較的低温においてダイヤモン
ド成長を行えばよい(M. Rosler et. al., 2ndInt. Con
f. Appl. Diamondo Films Relat. Mater., p.691, MYU,
Tokyo(1993).)。

【００１０】一方、ダイヤモンドのｐｎ接合について
は、多結晶リンドープダイヤモンド薄膜と多結晶ホウ素
ドープダイヤモンド薄膜の積層膜（従来例１）、およ
び、単結晶窒素ドープダイヤモンドとその表面にエピタ
キシャルに形成されたホウ素ドープｐ型半導体ダイヤモ
ンド薄膜（従来例２）(A. Aleksov et. al., Proc. ADC
/PCT'99, Edited by M. Yoshikawa, et. al., p.138, T
sukuba,(1999).) が知られている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これま
でにも上記のとおりの数多くの報告がなされ様々な観点
からの検討が進められてきているものの、従来の技術で
は、ダイヤモンド膜ｐｎ接合構造においても紫外発光が
得られないという問題があった。本発明は、このような
問題を解決することを課題としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するものとして、リンドープｎ型半導体ダイヤモン
ド薄膜とホウ素ドープｐ型半導体薄膜の積層薄膜におい
てｐｎ接合を形成した紫外光発光素子を提供する。

【００１３】また、アンドープダイヤモンド薄膜をｎ型
半導体ダイヤモンド薄膜とｐ型半導体薄膜の間に形成し
た積層薄膜のｐｉｎ接合構造を形成した紫外発光素子を
提供する。

【００１４】そして、本発明では、ｐ型半導体ダイヤモ
ンド薄膜およびｎ型半導体ダイヤモンド薄膜にはそれぞ
れオーム性電極が形成され、それら電極間にダイオード
順方向、すなわち、ｐ型層に正電圧を、ｎ型層に負電圧
を印加し通電することでダイヤモンドの自由励起子再結
合に基因する２３５ｎｍ（５．２７ｅＶ）の発光ピーク
とホウ素及びリンドープダイヤモンドに固有の２６０ｎ
ｍから２８０ｎｍ（およそ４．５ｅＶから４．６ｅＶ）
にピークを持つブロードな発光バンドのいずれかあるい
は両方を得ることを特徴とするダイヤモンド紫外光発光
素子を提供する。

【００１５】このような特徴のある本発明の紫外光発光
素子について、以下の実施の形態に基づいて詳細に説明
する。

【００１６】

【発明の実施の形態】ダイヤモンドは室温で５．４７ｅ
Ｖの広いバンドギャップを持ち、気相成長法（ＣＶＤ
法）においてホウ素を添加して合成されたダイヤモンド
薄膜はｐ型半導体に、リンを添加して合成されたダイヤ
モンド薄膜はｎ型半導体に電気伝導型の制御が可能であ
る。合成条件を厳密に制御することで、これらの半導体
ダイヤモンドおよびアンドープのダイヤモンド薄膜は欠
陥順位等によるキャリアの再結合を抑制され、カソード
ルミネッセンスやフォトルミネッセンスのスペクトル測
定においてバンド端発光が観察されるレベルまで完全性
の高い結晶成長が可能となっている。

【００１７】ダイヤモンドは間接遷移型の結晶であるた
め、バンド端発光は励起子の再結合発光として観測され
る。アンドープダイヤモンドでは自由励起子再結合発光
が２３５ｎｍ（５．２７ｅＶ）に、ホウ素ドープダイヤ
モンドでは２３８ｎｍ（５．２１ｅＶ）に、リンドープ
ダイヤモンドでは２３９ｎｍ（５．１８ｅＶ）にそれぞ
れの不純物に局在した励起子である束縛励起子の再結合
による発光が見られる。局在エネルギーはホウ素の場合
０．０６ｅＶ、リンの場合で０．０９ｅＶであり、ホウ
素およびリンドープのダイヤモンドでも室温では十分に
束縛が解放され自由励起子再結合発光として観測され
る。

【００１８】ホウ素はダイヤモンド中において価電子帯
頂上より０．３７ｅＶの禁止帯中にアクセプター準位を
形成する。一方、リンはダイヤモンド中において伝導帯
底より０．６ｅＶの禁止帯中にドナー準位を形成する。
ホウ素ドープｐ型半導体ダイヤモンド薄膜とリンドープ
ｎ型半導体薄膜でｐｎ接合を形成した場合、拡散電位は
高々数ボルトである。ｐ型層に正電圧、ｎ型層に負電圧
を印加する順方向動作状態においてｎ型層で主キャリア
である電子はｐ型層に少数キャリアとして注入され、ｐ
型層で主キャリアである正孔はｎ型層に少数キャリアと
して注入される。従って、原理的には数ボルト程度の動
作電圧において発光を得ることが可能である。また、ア
ンドープ層をｐ型、ｎ型半導体層の間に挾んだｐｉｎ構
造においてはｉ層の作用で動作電圧は高くなる。

【００１９】上記のｐｎ接合およびｐｉｎ接合ダイオー
ドの室温動作時において、束縛励起子は室温程度の格子
振動により束縛が解放されるため、得られる発光は自由
励起子の再結合発光となる。これは、室温における結晶
完全性の高いアンドープ、ホウ素ドープおよびリンドー
プ層からのカソードルミネッセンスおよびフォトルミネ
ッセンス分光測定結果に一致する。また、結晶性が若干
劣る場合、ホウ素ドープダイヤモンド薄膜およびリンド
ープダイヤモンド薄膜の特徴的な２６０ｎｍから２８０
ｎｍ（および４．５ｅＶから４．６ｅＶ）にピークを持
つブロードな紫外発光バンドも観測される。

【００２０】以上のことからも、この出願においては、
ｐ型層のホウ素濃度が１×１０¹⁶ｃｍ^-3以上１×１０²⁰
ｃｍ^-3以下の濃度で室温移動度が５０ｃｍ²／Ｖ・ｓｅ
ｃ以上で、ｎ型層のリン濃度が１×１０¹⁶ｃｍ^-3以上１
×１０²⁰ｃｍ^-3以下の濃度で室温移動度が１０ｃｍ²／
Ｖ・ｓｅｃ以上で、カソードルミネッセンスあるいはフ
ォトルミネセンスにおいて、いずれかの層より自由励起
子あるいはホウ素に束縛された束縛励起子あるいはリン
に束縛された束縛励起子の再結合に基因する発光が１０
０Ｋレベルの低温あるいは室温において観測されるダイ
ヤモンド薄膜により構成されていることを特徴とするダ
イヤモンド紫外光発光素子が提供される。

【００２１】そして、ｐ型層が電気伝導性を持つダイヤ
モンド単結晶｛１１１｝表面に形成されていることを特
徴とするダイヤモンド紫外光発光素子が提供されるが、
電気伝導性を持つダイヤモンド単結晶を基板に用いるこ
とで比較的結晶完全性に優れたダイヤモンド薄膜が得ら
れ、かつ、積層方向に電流を流し動作可能であるため低
電圧で安定な動作が可能となる。

【００２２】この場合、例えば、ｐ型層に対するオーム
性電極が電気伝導性を持つダイヤモンド基板の裏面（ｐ
型層が形成されていない面）に形成され、ｐ型層に対し
て電気伝導性を持つダイヤモンド基板を通して電流供給
がなされ、ｎ型層表面にｐ型層及びダイヤモンド基板に
接することなく形成されたオーム性電極を通して通電す
ることで動作することを特徴とする請求項１に記載の紫
外光発光ｐｎ接合またはｐｉｎ接合ダイオードが実現さ
れる。

【００２３】ｐ型層が絶縁性のダイヤモンド単結晶｛１
１１｝表面に形成されていることを特徴とする紫外光発
光素子とすることもできる。

【００２４】絶縁性ダイヤモンド基板を用いることで、
より完全性の高いホウ素ドープ、リンドープおよびアン
ドープのダイヤモンド薄膜が形成可能となり、ダイオー
ドとして整流比に優れたものとなる。また、結晶欠陥に
伴う発光は低減され、バンド端発光である励起子再結合
発光がより高強度で観測されるようになる。

【００２５】この場合、例えば、ｐ型層に対するオーム
性電極がｎ型層に接することなく形成され、ｎ型層表面
にｐ型層に接することなく形成されたオーム性電極を通
して通電することで動作することを特徴とする紫外光発
光ｐｎ接合またはｐｉｎ接合ダイヤモンドが実現でき
る。

【００２６】例えば、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）、イ
リジウム（Ｉｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、
炭化シリコン（ＳｉＣ）、またはシリコン（Ｓｉ）の
｛１１１｝結晶基板を用い、それらの表面でダイヤモン
ド薄膜をヘテロエピタキシャルに成長することで、前記
のダイヤモンドを基板とした場合にはおよばないものの
比較的完全性の高いダイヤモンド薄膜が形成され、ダイ
ヤモンド基板に比べて安価な素子の作製が可能となる。

【００２７】この場合、ｐ型層に対するオーム性電極が
基板の裏面（ｐ型層が形成されていない面）に形成さ
れ、ｐ型層に対して基板を通して電流供給がなされ、ｎ
型層表面にｐ型層及びダイヤモンド基板に接することな
く形成されたオーム性電極を通して通電することで動作
することを特徴とする紫外光発光ｐｎ接合およびｐｉｎ
接合ダイオードが、例えば実現される。

【００２８】さらに、本発明では、ｐ型層がダイヤモン
ド以外の基板表面に｛１１１｝結晶面が支配的に析出し
た多結晶薄膜として成長し、｛１１１｝表面にのみ成長
するリンドープダイヤモンド薄膜の性質を生かしてｎ型
層が直接にあるいはｉ層をはさんでｐ型層の｛１１１｝
結晶面でのみｐｎまたはｐｉｎ接合が形成される構造を
自動的、排他的に形成することを特徴とする紫外光発光
素子も可能とする。より安価な素子の作製が可能とな
る。

【００２９】例えば、ｐ型層に対するオーム性電極が基
板の裏面（ｐ型層が形成されていない面）に形成され、
ｐ型層に対して基板を通して電流供給がなされ、ｎ型層
表面にｐ型層及びダイヤモンド基板に接することなく形
成されたオーム性電極を通して通電することで動作する
ことを特徴とする紫外光発光ｐｎ接合およびｐｉｎ接合
ダイオードが実現される。

【００３０】そこで以下に実施例を示し、さらに詳しく
説明する。もちろん以下の例によって本発明が限定され
ることはない。

【００３１】

【実施例】＜実施例１＞図１は、本発明の第１の実施例
である紫外発光ダイオードを示す断面図である。ホウ素
を添加した電気伝導性を持つ高圧合成単結晶基板ダイヤ
モンド（１）の｛１１１｝表面にマイクロ波プラズマＣ
ＶＤによりホウ素ドープダイヤモンド薄膜（ｐ型層）
（２）を２ミクロン形成し、更にその表面にマイクロ波
プラズマＣＶＤ法によりリンドープダイヤモンド薄膜
（ｎ型層）（３）を１ミクロン形成して積層膜試料とし
た。基板の外形は２ｍｍ×２ｍｍで厚みは０．５ｍｍで
ある。各層の合成条件を表１にまとめて示す。積層膜試
料は酸化処理され表面に吸着する水素を除去した。

【００３２】ｐ型層のアクセプター密度は１〜２×１０
¹⁷ｃｍ^-3、正孔移動度は室温で約１００ｃｍ²／Ｖ・ｓ
ｅｃである。ｎ型層のドナー密度は５〜８×１０¹⁸ｃｍ
^-3、電子移動度は室温で約５０ｃｍ²／Ｖ・ｓｅｃであ
る。基板である電気伝導性ダイヤモンドの裏面には電子
ビーム蒸着によりチタンを４００℃にて１００ｎｍ成膜
後、保護膜として金を１００ｎｍ成膜しオーミック電極
（４）とした。ｎ型層にはイオン注入による電極形成技
術に従いアルゴンイオン（Ａｒ+）を４０ｋｅＶにてド
ーズ量１×１０¹⁶ｃｍ^-2注入し、その表面に上記と同様
にしてＡｕ／Ｔｉ電極を形成し、オーミック電極（５）
とした。

【００３３】図２は、第１の実施例である紫外発光ダイ
オードの電圧電流特性である。ダイオード順方向である
正電圧において明確な電流増加を示し、整流比は±１０
Ｖにおいて約３桁、逆方向電流は２ｎＡ程度であった。
順方向電流０．５ｍＡ程度、動作電圧２５Ｖ程度から発
光が観測された。発光は２７５ｎｍ程度にピークを持つ
ブロードなバンド発光が観測された。

【００３４】

【表１】

【００３５】＜実施例２＞第１の実施例に示したｎ型層
の膜厚を５００ｎｍとして同様の素子を形成した。ダイ
ヤモンドの整流比は±２０Ｖにおいて４桁以上であっ
た。発光は同様に０．５ｍＡ程度から明確に観測され、
その時の動作電圧はおよそ２０Ｖであった。

【００３６】＜実施例３＞図３は、本発明の第３の実施
例である紫外発光ダイオードを示す断面図である。第１
の実施例と異なる点は、ｐ型層とｎ型層の間にアンドー
プダイヤモンド薄膜（ｉ層）（６）が形成されている点
である。ｉ層の膜厚は５０ｎｍ程度である。そのほかの
条件は第１の実施例と同じである。図４に、紫外発光ダ
イオードの発光特性を示す。動作電圧は１ｍＡの時２７
Ｖ程度、５ｍＡの時２９Ｖ程度、１０ｍＡの時３５Ｖ程
度である。電流増加に伴い、２３５ｎｍの自由励起子再
結合の発光が強度を増し、１０ｍＡでは紫外バンド発光
強度を上回り、他の結晶欠陥に伴う可視域のバンド発光
に対して１／７程度の強度で観測される。

【００３７】＜実施例４＞図５は、本発明の第４の実施
例である紫外発光ダイオードを示す断面図である。第１
の実施例と異なる点は、下地に絶縁性ダイヤモンド基板
７を用いている点である。また、絶縁性基板を用いるこ
とにより、ｐ型層２への電極４は反応性イオンエッチン
グによりｎ型層を部分的に除去して形成されている点が
異なる。そのほかの条件は第１の実施例と同じである。
この構造においては動作電圧３０Ｖ程度以上で発光が観
測され、可視光領域の発光を含まない紫外発光が観測さ
れている。図６は、第４の実施例である紫外発光ダイオ
ードの電圧電流特性を片対数プロットしたものである。
ダイオードの整流比は±１０Ｖにおいて９桁程度で、−
１０Ｖにおける逆方向電流は１ｐＡ以下であった。

【００３８】＜実施例５＞図７は、本発明の第５の実施
例である紫外発光ダイオードを示す断面図である。第１
の実施例と異なる点は、下地にイリジウムエピタキシャ
ル薄膜８を用いている点である。イリジウム薄膜は炭化
シリコン、チタン酸ストロンチウム、サファイア、酸化
マグネシウムあるいはダイヤモンドなどの高融点単結晶
基板９表面にエピタキシャル成長したものを用いる。ま
た、ｐ型層２への電極4は反応性イオンエッチングによ
りｐ型層およびｎ型層を部分的に除去してイリジウム表
面に形成されている点が異なる。そのほかの条件は第１
の実施例と同じである。この構造においては動作電圧１
５Ｖ程度以上で発光が観測され、強い可視光領域の発光
と２７５ｎｍの紫外バンド発光が観測されている。

【００３９】＜実施例６＞図８は、本発明の第６の実施
例である紫外発光ダイオードを示す断面図である。第１
の実施例と異なる点は、下地にシリコン１０を用いてい
る点である。また、ｐ型層はシリコン表面で多結晶質薄
膜として形成され、ｎ型層は多結晶状態のｐ型層表面に
エピタキシャル成長する点が異なる。ｐ型層は[111]自
形面を多く有する多結晶薄膜である。ｎ型層は多結晶質
p型層の[111]結晶表面にのみ成長するため、成長初期は
ｐ型層表面に不連続に形成されるが成長が進むに連れて
連続的なｎ型層として形成されるに至る。そのほかの条
件は第１の実施例と同じである。この構造においては動
作電圧１０Ｖ程度以上で発光が観測され、４５０ｎｍ中
心波長を持つ青紫の発光(バンドＡ発光)が観測されてい
る。

【００４０】

【発明の効果】以上詳しく説明したとおり、本発明によ
って、広いバンドギャップを持つダイヤモンドの特性を
生かした紫外発光ダイオードを実現し、低電力で動作し
効率よく紫外光を得ることが可能となる。また、結晶完
全性に優れたｎ型およびｐ型半導体ダイヤモンド薄膜の
接合構造を理想的な形で実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の素子構成を例示した断面図であ
る。

【図２】第１の実施例の電圧電流特性を例示した図であ
る。

【図３】第３の実施例の素子構成を例示した断面図であ
る。

【図４】第３の実施例の発光スペクトルを示した図であ
る。

【図５】第４の実施例のダイヤモンド紫外発光pnダイオ
ードを示す断面図(絶縁性ダイヤモンド基板を用いた場
合)である。

【図６】第４の実施例の絶縁性ダイヤモンド基板に形成
したダイヤモンド紫外発光ｐｎダイオードの電圧電流特
性の片対数プロット図である。

【図７】第５の実施例のダイヤモンド紫外発光pnダイオ
ードを示す断面図(イリジウム表面にヘテロエピタキシ
ャル成長したpn接合の場合)である。

【図８】第６の実施例のダイヤモンド紫外発光pnダイオ
ードを示す断面図(シリコン基板に形成した多結晶質ダ
イヤモンドpn層を用いた場合)である。

【符号の説明】

１単結晶基板ダイヤモンド２ホウ素ドープダイヤモンド薄膜（ｐ型層）３リンドープダイヤモンド薄膜（ｎ型層）４、５オーミック電極６アンドープダイヤモンド薄膜（ｉ層）７絶縁性ダイヤモンド基板８イリジウムエピタキシャル薄膜９高融点単結晶基板１０シリコン基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5F041 AA04 AA11 CA02 CA33 CA49 CA57 CA64 CA71 CA82 5F045 AA09 AB07 AC07 AD13 AE25 AF02 AF10 CA10 DA60

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ホウ素ドープｐ型半導体ダイヤモンド薄
膜（ｐ型層）表面に直接あるいはアンドープダイヤモン
ド薄膜（ｉ層）をはさんでｎ型層としてリンドープｎ型
半導体ダイヤモンド薄膜が積層されたｐｎあるいはｐｉ
ｎ接合構造を有し、ｐ型層およびｎ型層の表面に形成さ
れたオーム性電極を通して通電することで紫外光の発光
が得られることを特徴とするダイヤモンド紫外光発光素
子。
【請求項２】紫外光の発光は、ダイヤモンドの自由励
起子再結合に基因する２３５ｎｍ（５．２７ｅＶ）の発
光ピークとホウ素及びリンドープダイヤモンドに固有の
２６０ｎｍから２８０ｎｍにピークを持つブロードな発
光バンドのいずれかあるいは両方として得られることを
特徴とする請求項１のダイヤモンド紫外光発光素子。
【請求項３】ｐ型層のホウ素濃度が１×１０¹⁶ｃｍ^-3
以上１×１０²⁰ｃｍ ^-3以下の濃度で室温移動度が５０ｃ
ｍ²／Ｖ・ｓｅｃ以上で、ｎ型層のリン濃度が１×１０
¹⁶ｃｍ^-3以上１×１０²⁰ｃｍ^-3以下の濃度で室温移動度
が１０ｃｍ²／Ｖ・ｓｅｃ以上で、カソードルミネセン
スあるいはフォトルミネセンスにおいて、いずれかの層
より自由励起子あるいはホウ素に束縛された束縛励起子
あるいはリンに束縛された束縛励起子の再結合に基因す
る発光が１００Ｋレベルの低温あるいは室温において観
測されるダイヤモンド薄膜により構成されていることを
特徴とする請求項１のダイヤモンド紫外光発光素子。
【請求項４】ｐ型層が電気伝導性を持つダイヤモンド
単結晶｛１１１｝表面に形成されていることを特徴とす
る請求項１のダイヤモンド紫外光発光素子。
【請求項５】ｐ型層に対するオーム性電極が電気伝導
性を持つダイヤモンド基板の裏面（ｐ型層が形成されて
いない面）に形成され、ｐ型層に対して電気伝導性を持
つダイヤモンド基板を通して電流供給がなされ、ｎ型層
表面にｐ型層及びダイヤモンド基板に接することなく形
成されたオーム性電極を通して通電することで動作する
ことを特徴とする請求項４に記載のダイヤモンド紫外光
発光素子。
【請求項６】ｐ型層が絶縁性のダイヤモンド単結晶
｛１１１｝表面に形成されていることを特徴とする請求
項１のダイヤモンド紫外光発光素子。
【請求項７】ｐ型層に対するオーム性電極がｎ型層に
接することなく形成され、ｎ型層表面にｐ型層に接する
ことなく形成されたオーム性電極を通して通電すること
で動作することを特徴とする請求項６のダイヤモンド紫
外光発光素子。
【請求項８】ｐ型層が立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）、
イリジウム（Ｉｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐ
ｔ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、またはシリコン（Ｓ
ｉ）の｛１１１｝結晶基板表面にヘテロエピタキシャル
成長されていることを特徴とする請求項１のダイヤモン
ド紫外光発光素子。
【請求項９】ｐ型層に対するオーム性電極が基板の裏
面（ｐ型層が形成されていない面）に形成され、ｐ型層
に対して基板を通して電流供給がなされ、ｎ型層表面に
ｐ型層及びダイヤモンド基板に接することなく形成され
たオーム性電極を通して通電することで動作することを
特徴とする請求項８のダイヤモンド紫外光発光素子。
【請求項１０】ｐ型層がダイヤモンド以外の基板表面
に｛１１１｝結晶面が支配的に析出した多結晶薄膜とし
て成長し、ｎ型層が直接にあるいはｉ層をはさんでｐ型
層の｛１１１｝結晶面にのみ選択的に成長して接合を形
成していることを特徴とする請求項１のダイヤモンド紫
外光発光素子。
【請求項１１】ｐ型層に対するオーム性電極が基板の
裏面（ｐ型層が形成されていない面）に形成され、ｐ型
層に対して基板を通して電流供給がなされ、ｎ型層表面
にｐ型層及びダイヤモンド基板に接することなく形成さ
れたオーム性電極を通して通電することで動作すること
を特徴とする請求項１０のダイヤモンド紫外光発光素
子。
【請求項１２】請求項５、７、９または１１のｐｎ接
合またはｐｉｎ接合の順方向電流、逆方向電流の整流比
が順逆２０Ｖにおいて３桁以上であることを特徴とする
ダイヤモンド紫外光発光素子。
【請求項１３】請求項１ないし１２のいずれから紫外
光発光素子として紫外光発光を可能とすることを特徴と
するダイヤモンドのｐｎ接合またはｐｉｎ接合ダイオー
ド。