JPH07307487A - Short-wavelength light-emitting element - Google Patents
Short-wavelength light-emitting elementInfo
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- JPH07307487A JPH07307487A JP9896294A JP9896294A JPH07307487A JP H07307487 A JPH07307487 A JP H07307487A JP 9896294 A JP9896294 A JP 9896294A JP 9896294 A JP9896294 A JP 9896294A JP H07307487 A JPH07307487 A JP H07307487A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はダイヤモンドにより形成
された短波長発光素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a short wavelength light emitting device formed of diamond.
【０００２】[0002]
【従来の技術】アンドープのダイヤモンドは電気的絶縁
体であり、そのバンドギャップは約５．５ｅＶと比較的
大きい。ダイヤモンドを人工的に形成する方法として、
ＣＶＤ（気相成長）法によりダイヤモンド薄膜を形成す
る方法が知られている（特公昭５９−２７７５４号）。2. Description of the Related Art Undoped diamond is an electrical insulator and its band gap is about 5.5 eV, which is relatively large. As a method of artificially forming diamond,
A method of forming a diamond thin film by a CVD (vapor phase growth) method is known (Japanese Patent Publication No. 59-27754).
【０００３】また、ダイヤモンド中にＢ（ボロン）等の
不純物をドーピングすることにより、ｐ型半導体ダイヤ
モンドを形成する方法も知られている（特開昭５９−１
３７３９６号）。A method of forming a p-type semiconductor diamond by doping impurities such as B (boron) into diamond is also known (Japanese Patent Laid-Open No. 59-1).
37396).
【０００４】更に、単結晶ダイヤモンド基板上にダイヤ
モンドを気相合成すると単結晶ダイヤモンド薄膜を得る
ことができることも公知である（ダイヤモンドに関する
研究，無機材質研究所研究報告書第３９号，科学技術
庁，１９８４，ｐｐ．３９−４３及び特開平２−２３３
５９０号）。Further, it is known that a single crystal diamond thin film can be obtained by vapor phase synthesizing diamond on a single crystal diamond substrate (Study on diamond, Research Report of Inorganic Materials Research No. 39, Science and Technology Agency, 1984, pp. 39-43 and JP-A-2-233.
590).
【０００５】更にまた、シリコン基板上にダイヤモンド
の（１００）又は（１１１）の結晶面を配向させて成長
したダイヤモンド薄膜の形成方法も知られている（M.Ro
sler, et al. ;2nd International Conference on the
Applications of Diamond Films and Related Material
s, Ed.M.Yoshikawa, et al., MYU, Tokyo, 1993, pp.69
1-696.）。Furthermore, a method for forming a diamond thin film grown by orienting the (100) or (111) crystal planes of diamond on a silicon substrate is also known (M.Ro).
sler, et al.; 2nd International Conference on the
Applications of Diamond Films and Related Material
s, Ed.M.Yoshikawa, et al., MYU, Tokyo, 1993, pp.69
1-696.).
【０００６】そして、これらの方法により形成されたダ
イヤモンド膜を使用した発光素子が従来公知である。例
えば、半導体ダイヤモンドを使用したＭＳ（金属／半導
体ダイヤモンド）型、ＭＩＳ（金属／アンドープ絶縁性
ダイヤモンド／半導体ダイヤモンド）型又はＥＬ（エレ
クトロルミネッセンス）型の発光素子（以下、第１の従
来例という）がある。A light emitting device using a diamond film formed by these methods is conventionally known. For example, an MS (metal / semiconductor diamond) type MIS (metal / undoped insulating diamond / semiconductor diamond) type or EL (electroluminescence) type light emitting element using semiconductor diamond (hereinafter referred to as a first conventional example) is available. is there.
【０００７】図１０に、ＭＩＳ型の発光素子を示す（特
開平１−１０２８９３号）。この発光素子はｐ型の半導
体ダイヤモンド層５１とこの半導体ダイヤモンド層５１
上に形成されたアンドープダイヤモンド層５３とにより
構成されている。そして、半導体ダイヤモンド層５１の
下面側には第１電極５２が形成されており、アンドープ
ダイヤモンド層５３の上には第２電極５４が形成されて
いる。FIG. 10 shows a MIS type light emitting device (Japanese Patent Laid-Open No. 102893/1989). This light emitting device includes a p-type semiconductor diamond layer 51 and the semiconductor diamond layer 51.
It is composed of the undoped diamond layer 53 formed above. A first electrode 52 is formed on the lower surface side of the semiconductor diamond layer 51, and a second electrode 54 is formed on the undoped diamond layer 53.
【０００８】このように構成された発光素子において、
第１電極に正、第２電極に負の電圧を印加すると、電子
がアンドープダイヤモンド層５３を介して半導体ダイヤ
モンド層５１に注入され、ホールと再結合することによ
り発光する。In the light emitting device having the above structure,
When a positive voltage is applied to the first electrode and a negative voltage is applied to the second electrode, electrons are injected into the semiconductor diamond layer 51 through the undoped diamond layer 53 and recombine with holes to emit light.
【０００９】また、発光層にダイヤモンド膜を使用し、
その形成条件（不純物及び欠陥の種類）を変化させるこ
とにより、赤、青又は緑の発光を得る発光素子（以下、
第２の従来例という）もある（特開平３−１２２０９３
号）。Further, a diamond film is used for the light emitting layer,
By changing the formation conditions (types of impurities and defects), a light-emitting element that emits red, blue, or green light (hereinafter,
There is also a second conventional example (Japanese Patent Laid-Open No. 122093/1993).
issue).
【００１０】更に、導電性基板上にｐ型又はｎ型の半導
体ダイヤモンドからなる発光層を形成し、更にこの発光
層上にアンドープダイヤモンド層及び電極を順次形成し
た発光素子（以下、第３の従来例という）もある（特開
平３−２２２３７６号）。Further, a light emitting layer comprising a p-type or n-type semiconductor diamond is formed on a conductive substrate, and an undoped diamond layer and an electrode are sequentially formed on the light emitting layer (hereinafter referred to as a third conventional technique). There is also an example) (Japanese Patent Laid-Open No. 3-222376).
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第１の
従来例における発光素子の発光バンド強度のピークは約
４５０ｎｍであり、第２の従来例における発光素子の発
光バンド強度のピークは約３５０乃至７５０ｎｍであ
る。また、第３の従来例における発光色は緑白色であ
る。このような波長領域では既にＳｉＣ及びＧａＮを使
用した高輝度の発光素子が市販されており、ダイヤモン
ドを使用する優位性はない。However, the peak of the emission band intensity of the light emitting element in the first conventional example is about 450 nm, and the peak of the emission band intensity of the light emitting element in the second conventional example is about 350 to 750 nm. Is. Further, the emission color in the third conventional example is green white. In such a wavelength region, a high-luminance light emitting device using SiC and GaN is already on the market, and diamond is not superior.
【００１２】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、３００ｎｍ以下の波長の光を発生する短波
長発光素子を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a short wavelength light emitting device which emits light having a wavelength of 300 nm or less.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】本願の第１発明に係る短
波長発光素子は、第１ダイヤモンド層と、この第１ダイ
ヤモンド層に積層され前記第１ダイヤモンド層より高抵
抗の第２ダイヤモンド層と、前記第１及び第２ダイヤモ
ンド層に夫々接する第１及び第２電極とを有し、前記第
１及び第２電極間に電圧を印加して得られる発光スペク
トルは３００ｎｍ以下の波長領域に発光強度のピークを
有することを特徴とする。A short wavelength light emitting device according to a first invention of the present application comprises a first diamond layer and a second diamond layer laminated on the first diamond layer and having a higher resistance than the first diamond layer. , A first and a second electrode in contact with the first and second diamond layers, respectively, and an emission spectrum obtained by applying a voltage between the first and second electrodes has an emission intensity in a wavelength region of 300 nm or less. It is characterized by having a peak of.
【００１４】なお、前記第１及び第２ダイヤモンド層
は、室温におけるカソードルミネッセンススペクトルに
おいて、励起子の再結合発光が観測されるダイヤモンド
により構成されていることが好ましい。It is preferable that the first and second diamond layers are made of diamond for which excitonic recombination emission is observed in the cathodoluminescence spectrum at room temperature.
【００１５】本願の第２発明に係る短波長発光素子は、
ダイヤモンド層と、このダイヤモンド層に接する第１及
び第２電極とを有し、前記ダイヤモンド層の厚さ方向に
おいて不純物濃度が連続的に変化し、前記第１及び第２
電極間に電圧を印加して得られる発光スペクトルは３０
０ｎｍ以下の波長領域に発光強度のピークを有すること
を特徴とする。The short wavelength light emitting device according to the second invention of the present application is
A diamond layer and first and second electrodes in contact with the diamond layer, the impurity concentration continuously changing in the thickness direction of the diamond layer, and the first and second electrodes
The emission spectrum obtained by applying a voltage between the electrodes is 30.
It is characterized in that it has a peak of emission intensity in a wavelength region of 0 nm or less.
【００１６】本願の第３発明に係る短波長発光素子は、
ダイヤモンド層と、このダイヤモンド層に接する第１及
び第２電極とを有し、前記ダイヤモンド層には不純物濃
度が相互に異なる低濃度不純物領域及び高濃度不純物領
域が厚さ方向に交互に複数組設けられており、前記第１
及び第２電極間に電圧を印加して得られる発光スペクト
ルは３００ｎｍ以下の波長領域に発光強度のピークを有
することを特徴とする。The short wavelength light emitting device according to the third invention of the present application is
The diamond layer has a first electrode and a second electrode in contact with the diamond layer, and the diamond layer is provided with a plurality of sets of low-concentration impurity regions and high-concentration impurity regions alternately having different impurity concentrations in the thickness direction. And the first
The emission spectrum obtained by applying a voltage between the second electrode and the second electrode has a peak of emission intensity in a wavelength region of 300 nm or less.
【００１７】なお、前記ダイヤモンド層は、室温におけ
るカソードルミネッセンススペクトルにおいて、励起子
の再結合発光が観測されるダイヤモンドにより構成され
ていることが好ましい。It is preferable that the diamond layer is composed of diamond in which recombined luminescence of excitons is observed in the cathodoluminescence spectrum at room temperature.
【００１８】[0018]
【作用】ダイヤモンドはバンドギャップが５．５ｅＶで
あり、他の半導体材料に比して大きいことが特徴であ
り、再結合発光により、原理的には他の半導体材料では
発生することができない３００ｎｍ以下の短波長の発光
が可能である。しかし、このようにバンドギャップに近
いエネルギを有する発光は発光強度が結晶の品質の高さ
に依存し、従来のダイヤモンド膜を使用した発光素子に
おいては、ダイヤモンド膜の結晶の品質が低く、結晶内
部の格子欠陥密度が高いため、電子が非発光過程により
エネルギを放出してしまい、３００ｎｍ以下の短波長光
の発光が得られていない。本発明は、ダイヤモンド層の
結晶品質を向上させることにより、電極間に高電圧を印
加すると、十分な強度の短波長光が得られることに着目
し、これを発光素子に適用したものである。The function of diamond is that the band gap of diamond is 5.5 eV, which is larger than that of other semiconductor materials, and due to recombination emission, it cannot be generated in other semiconductor materials in principle by 300 nm or less. It is possible to emit light with a short wavelength. However, in light emission having energy close to the band gap, the light emission intensity depends on the high quality of the crystal, and in the light emitting device using the conventional diamond film, the crystal quality of the diamond film is low and Since the density of lattice defects is high, electrons emit energy in the non-emission process, and short wavelength light of 300 nm or less cannot be emitted. The present invention is applied to a light emitting device, focusing on the fact that short-wavelength light with sufficient intensity can be obtained by applying a high voltage between the electrodes by improving the crystal quality of the diamond layer.
【００１９】本発明に係る短波長発光素子においては、
例えば、発光層としてｐ型又はｎ型の半導体ダイヤモン
ドを使用する。以下、Ｂ等のｐ型不純物を導入した半導
体ダイヤモンドを第１及び第２ダイヤモンド層として使
用した場合について説明する。In the short wavelength light emitting device according to the present invention,
For example, p-type or n-type semiconductor diamond is used as the light emitting layer. Hereinafter, a case will be described in which semiconductor diamond introduced with a p-type impurity such as B is used as the first and second diamond layers.
【００２０】先ず、第１電極に正、第２電極に負の順方
向の電圧を印加する。この場合に、第２ダイヤモンド層
は高抵抗であるため、この第２ダイヤモンド層に強電界
を印加することができる。これにより、例えばトンネリ
ング等の機構を経て、電子が第２電極から第１ダイヤモ
ンド層へ注入されて発光する。First, a positive forward voltage is applied to the first electrode and a negative forward voltage is applied to the second electrode. In this case, since the second diamond layer has a high resistance, a strong electric field can be applied to this second diamond layer. Thereby, electrons are injected into the first diamond layer from the second electrode and emit light through a mechanism such as tunneling.
【００２１】前記第１及び第２ダイヤモンド層として、
例えばカソードルミネッセンススペクトルにおいて、励
起子の再結合発光が観測されるような結晶品質が優れた
ダイヤモンド層を使用することにより、従来よりも短波
長の３００ｎｍ以下に発光強度のピークを有する発光ス
ペクトルが得られる。As the first and second diamond layers,
For example, in a cathodoluminescence spectrum, by using a diamond layer having excellent crystal quality such that recombination emission of excitons is observed, an emission spectrum having an emission intensity peak at 300 nm or shorter, which is shorter than the conventional one, is obtained. To be
【００２２】請求項２のように、室温におけるカソード
ルミネッセンススペクトルにおいて、励起子の再結合発
光を観測することにより結晶品質の高さを評価すること
ができる。以下に、その理由を説明する。一般的に、結
晶中で励起子が再結合発光する場合において、その再結
合発光の有無及びその強度は、等温で比較した場合、結
晶格子の完全性の高さを反映し、また、その発光のピー
ク強度は温度が高くなるほど低下する。これは、ダイヤ
モンド結晶においても同様であり、その励起子の再結合
発光はカソードルミネッセンススペクトルにより測定で
きる。励起子の再結合発光が観測できる場合は、そのダ
イヤモンド層は結晶性が高く、十分に高品質であるとい
える。According to the second aspect, the high crystal quality can be evaluated by observing the recombination emission of excitons in the cathodoluminescence spectrum at room temperature. The reason will be described below. In general, when excitons emit recombination light in a crystal, the presence or absence of the recombination light emission and its intensity reflect the high degree of perfection of the crystal lattice when compared isothermally, and Peak intensity decreases with increasing temperature. This also applies to the diamond crystal, and the recombination emission of the excitons can be measured by the cathodoluminescence spectrum. If exciton recombination emission can be observed, it can be said that the diamond layer has high crystallinity and is of sufficiently high quality.
【００２３】カソードルミネッセンスの測定は、例え
ば、電子顕微鏡に集光ミラー、合成石英製窓、分光器及
び光電子増倍管を組み込んだ装置を使用して実施するこ
とができる。即ち、電子顕微鏡の電子線を、例えば、加
速電圧が５ｋＶ、電流が３×１０-8Ａで照射したときに
ダイヤモンドが放出する光を分光することにより、発光
ピークの有無を確認することができる。なお、発光ピー
クの波長は、その起源（例えば、自由励起子の再結合を
介して発光するか、又は中性アクセプタ束縛励起子の再
結合を介して発光するか等）に応じて一定の値となる。The measurement of cathodoluminescence can be carried out, for example, by using an apparatus in which a condenser mirror, a synthetic quartz window, a spectroscope and a photomultiplier tube are incorporated in an electron microscope. That is, the presence or absence of an emission peak can be confirmed by spectrally dividing the light emitted by the diamond when the electron beam of an electron microscope is irradiated with an accelerating voltage of 5 kV and a current of 3 × 10 −8 A. . Note that the wavelength of the emission peak has a constant value depending on its origin (eg, emission of light through recombination of free excitons or emission of light through recombination of neutral acceptor-bound excitons). Becomes
【００２４】高品質なダイヤモンド層の場合、結晶内部
の格子欠陥密度が低く、電子が非発光過程によりエネル
ギを失うことが少ないため、バンドギャップのエネルギ
に近い３００ｎｍ以下の短波長の発光が得られる。即
ち、第１ダイヤモンド層に注入された電子は伝導帯から
荷電子帯へ遷移し、ホールと再結合する。このとき、電
子が失うエネルギはバンドギャップとほぼ同一のエネル
ギであり、波長が約２００ｎｍの光となって放出され
る。また、電子がバンド端近傍の準位を介して再結合す
る場合においても、波長が約２００ｎｍの光を放出す
る。例えば、自由励起子の準位を介して再結合する場合
は、波長が２３５ｎｍの光を放出し、Ｂのような不純物
に関する中性アクセプタ束縛励起子の準位を介する場合
には波長が２３８ｎｍの光を放出する。In the case of a high-quality diamond layer, the density of lattice defects inside the crystal is low, and electrons rarely lose energy due to the non-emission process, so that light emission of a short wavelength of 300 nm or less close to the energy of the band gap can be obtained. . That is, the electrons injected into the first diamond layer transit from the conduction band to the valence band and recombine with holes. At this time, the energy lost by the electrons is almost the same as the band gap, and is emitted as light having a wavelength of about 200 nm. Further, even when electrons recombine via the level near the band edge, light with a wavelength of about 200 nm is emitted. For example, when recombining via the level of free excitons, the light having a wavelength of 235 nm is emitted, and when recombining via the levels of neutral acceptor-bound excitons related to impurities such as B, the wavelength is 238 nm. Emits light.
【００２５】なお、ダイヤモンド結晶、気相合成ダイヤ
モンド膜及び高配向性ダイヤモンド膜を基板とし、この
基板上にダイヤモンド層を形成することにより、高品質
のダイヤモンド層を得ることができる。特に、高配向性
ダイヤモンド上に形成したダイヤモンド層は品質が極め
て優れている。高配向性ダイヤモンド膜とは、気相合成
によって非ダイヤモンド基板上に形成されたダイヤモン
ド薄膜において、結晶面方位が規則的に配列したものを
いう。また、前記ダイヤモンド層は、Ｓｉ等の非ダイヤ
モンド基板上に形成した後、前記基板を除去したもので
あってもよい。A high-quality diamond layer can be obtained by using a diamond crystal, a vapor-phase synthetic diamond film and a highly oriented diamond film as a substrate and forming a diamond layer on this substrate. In particular, the quality of the diamond layer formed on the highly oriented diamond is extremely excellent. The highly oriented diamond film refers to a diamond thin film formed on a non-diamond substrate by vapor phase synthesis, in which crystal plane orientations are regularly arranged. Further, the diamond layer may be formed by forming the diamond layer on a non-diamond substrate such as Si and then removing the substrate.
【００２６】本発明においては、第１ダイヤモンド層が
発光層となるため、この第１ダイヤモンド層はＢ等の不
純物が導入された半導体ダイヤモンドにより構成されて
いることが必要である。一方、第２ダイヤモンド層は、
アンドープダイヤモンド又は半導体ダイヤモンドのいず
れであってもよい。In the present invention, since the first diamond layer serves as a light emitting layer, it is necessary that the first diamond layer is composed of semiconductor diamond having impurities such as B introduced therein. On the other hand, the second diamond layer is
It may be either undoped diamond or semiconductor diamond.
【００２７】また、第１ダイヤモンド層の所定の領域上
に第２ダイヤモンド層が形成されており、第１ダイヤモ
ンド層の前記所定の領域以外の領域上に第１電極が選択
的に形成された構造とすることにより、第１ダイヤモン
ド層の下面側に電極がないため、発生した光を第１ダイ
ヤモンド層の下面側から効率よく放出させることができ
る。Further, the second diamond layer is formed on a predetermined region of the first diamond layer, and the first electrode is selectively formed on a region other than the predetermined region of the first diamond layer. By doing so, since there is no electrode on the lower surface side of the first diamond layer, the generated light can be efficiently emitted from the lower surface side of the first diamond layer.
【００２８】更に、ダイヤモンド層中の不純物濃度を厚
さ方向に連続的に変化させ、高濃度不純物領域（低抵抗
領域）と低濃度不純物領域（高抵抗領域）とを設けて
も、上述の短波長発光素子と同様に、３００ｎｍ以下の
波長領域に発光強度のピークを有する発光を得ることが
できる。Further, even if the high-concentration impurity region (low-resistance region) and the low-concentration impurity region (high-resistance region) are provided by continuously changing the impurity concentration in the diamond layer in the thickness direction, the above-mentioned short Similar to the wavelength light emitting device, it is possible to obtain light emission having a peak of light emission intensity in the wavelength region of 300 nm or less.
【００２９】更にまた、ダイヤモンドの厚さ方向に高濃
度不純物領域と低濃度不純物領域とが交互に複数組設け
られている場合は、所謂レーザ発光を得ることができ
る。この場合も、発光スペクトルは３００ｎｍ以下の波
長領域に発光強度のピークを有する。Furthermore, when a plurality of sets of high-concentration impurity regions and low-concentration impurity regions are alternately provided in the thickness direction of diamond, so-called laser emission can be obtained. Also in this case, the emission spectrum has a peak of emission intensity in the wavelength region of 300 nm or less.
【００３０】[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。図１は本発明の第１の実施
例に係る短波長発光素子を示す断面図である。本実施例
に係る短波長発光素子１は、低抵抗のｐ型半導体ダイヤ
モンドからなる第１ダイヤモンド層３と、この第１ダイ
ヤモンド層３上に形成された高抵抗のダイヤモンドから
なる第２ダイヤモンド層４とにより構成されている。そ
して、第１ダイヤモンド層３の下面側には金属製の第１
電極２が形成されており、第２ダイヤモンド層４上の所
定領域には第２電極５が形成されている。Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the accompanying drawings. 1 is a sectional view showing a short wavelength light emitting device according to a first embodiment of the present invention. The short-wavelength light emitting device 1 according to the present embodiment includes a first diamond layer 3 made of low-resistance p-type semiconductor diamond and a second diamond layer 4 made of high-resistance diamond formed on the first diamond layer 3. It is composed of and. Then, on the lower surface side of the first diamond layer 3, a first metal layer is formed.
The electrode 2 is formed, and the second electrode 5 is formed in a predetermined region on the second diamond layer 4.
【００３１】なお、第１及び第２ダイヤモンド層は、室
温におけるカソードルミネッセンススペクトルにおい
て、励起子の再結合発光が観測できる高品質なダイヤモ
ンドにより構成されている。The first and second diamond layers are composed of high-quality diamond that allows the recombination emission of excitons to be observed in the cathodoluminescence spectrum at room temperature.
【００３２】次に、このように構成された短波長発光素
子１の動作について説明する。短波長発光素子１の第１
電極２に正、第２電極５に負の電圧を印加する。本実施
例においては、第２ダイヤモンド層４が高抵抗ダイヤモ
ンドにより形成されているため、高電界を印加でき、電
子を高エネルギに加速することができる。図２にこの場
合のエネルギーバンド構造を示す。第２電極６は第２ダ
イヤモンド層８に接しており、第２電極６のフェルミレ
ベル７は電圧が印加されているために上昇し、その結
果、第２ダイヤモンド層８の荷電子帯レベル９及び伝導
帯レベル１０は第２電極６側が高くなって傾斜してい
る。Next, the operation of the short wavelength light emitting device 1 thus constructed will be described. First of the short wavelength light emitting device 1
A positive voltage is applied to the electrode 2 and a negative voltage is applied to the second electrode 5. In this embodiment, since the second diamond layer 4 is made of high resistance diamond, a high electric field can be applied and electrons can be accelerated to high energy. FIG. 2 shows the energy band structure in this case. The second electrode 6 is in contact with the second diamond layer 8, and the Fermi level 7 of the second electrode 6 rises due to the voltage being applied, and as a result, the valence band level 9 of the second diamond layer 8 and The conduction band level 10 is higher and inclined on the second electrode 6 side.
【００３３】また、第２ダイヤモンド層８は第１ダイヤ
モンド層１１と接しており、第１ダイヤモンド層１１の
荷電子帯レベル１２及び伝導帯レベル１３は夫々荷電子
帯レベル９及び伝導帯レベル１０に接続している。Further, the second diamond layer 8 is in contact with the first diamond layer 11, and the valence band level 12 and the conduction band level 13 of the first diamond layer 11 become the valence band level 9 and the conduction band level 10, respectively. Connected.
【００３４】第２電極６中のフェルミレベル７にある電
子はトンネリング等の機構を経て第２ダイヤモンド層８
を通過して第１ダイヤモンド層１１へ注入される。The electrons at the Fermi level 7 in the second electrode 6 pass through the mechanism such as tunneling and the like and the second diamond layer 8
And is injected into the first diamond layer 11.
【００３５】この場合に、第１ダイヤモンド層１１は高
品質なダイヤモンド膜であるため、電子が非発光過程で
エネルギを失うことが殆どない。従って、伝導帯１３の
電子は第１ダイヤモンド層の荷電子帯に存在する正孔と
再結合し、このとき、バンドギャップにほぼ等しいエネ
ルギの光を放出する。即ち、３００ｎｍ以下の波長の光
を放出する。In this case, since the first diamond layer 11 is a high quality diamond film, electrons hardly lose energy in the non-light emitting process. Therefore, the electrons in the conduction band 13 recombine with the holes existing in the valence band of the first diamond layer, and at this time, they emit light having energy almost equal to the band gap. That is, light having a wavelength of 300 nm or less is emitted.
【００３６】なお、ダイヤモンド層は、ダイヤモンド結
晶、気相合成ダイヤモンド又は高配向性ダイヤモンド基
板上に形成することにより、高品質なものを得ることが
できる。また、ダイヤモンド層をシリコン及び金属等の
非ダイヤモンド基板上に形成する場合は、ダイヤモンド
の合成条件を最適化し、結晶欠陥及び粒界の密度を低減
する必要がある。A high-quality diamond layer can be obtained by forming it on a diamond crystal, vapor-phase synthetic diamond or highly oriented diamond substrate. Further, when the diamond layer is formed on a non-diamond substrate such as silicon and metal, it is necessary to optimize the diamond synthesis conditions and reduce the density of crystal defects and grain boundaries.
【００３７】また、本発明においては電極材料として
は、一般的な導電材料を使用することができるが、特に
透明電極が必要な場合は、インジウム錫酸化物（ＩＴ
Ｏ）、ＳｎＯ2 、ＺｎＯ、ＳｎＯ2 −Ｓｂ又はＣｄ2 Ｓ
ｎＯ4 等により電極を形成すればよい。第２電極を透明
電極とすることにより、この透明電極を介して短波長発
光素子１の上方へ光を放出させることができる。Further, in the present invention, a general conductive material can be used as the electrode material, and indium tin oxide (IT) is used especially when a transparent electrode is required.
O), SnO 2 , ZnO, SnO 2 —Sb or Cd 2 S
The electrode may be formed of nO 4 or the like. By making the second electrode a transparent electrode, it is possible to emit light above the short wavelength light emitting element 1 through the transparent electrode.
【００３８】図３（ａ）は本発明の第２の実施例に係る
短波長発光素子を示す断面図、図３（ｂ）は横軸にＢ濃
度をとり、縦軸に半導体ダイヤモンド層表面からの深さ
をとって、本実施例に係る短波長発光素子１５のダイヤ
モンド層中のＢ濃度を示すグラフ図である。ダイヤモン
ド層１６は例えば、ダイヤモンド基板（図示せず）上に
形成されており、Ｂドープされたｐ型半導体である高品
質なダイヤモンド膜からなる。このダイヤモンド層１６
上の所定領域に第１電極１８及び第２電極１９が形成さ
れている。ダイヤモンド層１６は、図３（ｂ）に示すよ
うに、上面側のＢ濃度が低く、下面側でＢ濃度が高くな
っている。また、このダイヤモンド層１６は、室温にお
けるカソードルミネッセンススペクトルにおいて、励起
子の再結合発光が観測できる高品質なダイヤモンドによ
り形成されている。FIG. 3 (a) is a sectional view showing a short wavelength light emitting device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 3 (b) shows the B concentration on the horizontal axis and the semiconductor diamond layer surface on the vertical axis. FIG. 6 is a graph showing the B concentration in the diamond layer of the short wavelength light emitting device 15 according to the present example by taking the depth of FIG. The diamond layer 16 is formed on, for example, a diamond substrate (not shown), and is made of a high-quality diamond film which is a B-doped p-type semiconductor. This diamond layer 16
The first electrode 18 and the second electrode 19 are formed in a predetermined region above. As shown in FIG. 3B, the diamond layer 16 has a low B concentration on the upper surface side and a high B concentration on the lower surface side. Further, the diamond layer 16 is formed of high-quality diamond that allows recombination emission of excitons to be observed in the cathodoluminescence spectrum at room temperature.
【００３９】この短波長発光素子１５において、第１電
極１８と第２電極１９との間に所定の電圧を印加する。
この場合に、ダイヤモンド層１６の上面側はＢ濃度が低
いため高抵抗であり、高電界を印加することができる。
このように、第１及び第２電極１８，１９間に高電圧を
印加することにより、第２電極１９からダイヤモンド層
１６の上面側（高抵抗側）から下面側（低抵抗側）にト
ンネリング等により電子が注入され、この電子が正孔と
再結合することにより、３００ｎｍ以下の波長の光が放
出される。In this short wavelength light emitting device 15, a predetermined voltage is applied between the first electrode 18 and the second electrode 19.
In this case, the upper surface side of the diamond layer 16 has a low B concentration and thus has a high resistance and a high electric field can be applied.
In this way, by applying a high voltage between the first and second electrodes 18 and 19, tunneling or the like is performed from the second electrode 19 to the lower surface side (lower resistance side) of the diamond layer 16 from the upper surface side (higher resistance side). The electrons are injected by the electrons, and the electrons recombine with the holes, so that light having a wavelength of 300 nm or less is emitted.
【００４０】本実施例においては、第１電極１８及び第
２電極１９がダイヤモンド層１６の上に形成されている
ので、短波長発光素子１５の下面側から光が放出され
る。In the present embodiment, since the first electrode 18 and the second electrode 19 are formed on the diamond layer 16, light is emitted from the lower surface side of the short wavelength light emitting device 15.
【００４１】なお、ダイヤモンド層１６はダイヤモンド
基板上に形成するか又は非ダイヤモンド基板上に形成し
た後、前記基板から分離して使用してもよい。The diamond layer 16 may be formed on a diamond substrate or may be formed on a non-diamond substrate and then separated from the substrate for use.
【００４２】図４は（ａ）本発明の第３の実施例に係る
短波長発光素子を示す断面図、図４（ｂ）は横軸にＢ濃
度をとり、縦軸にダイヤモンド層表面からの深さをとっ
て、本実施例の短波長発光素子２０のダイヤモンド層中
のＢ濃度分布を示すグラフ図である。ダイヤモンド層２
２は、その厚さ方向でＢ濃度が連続的に変化している。
即ち、上面側のＢ濃度が低く、下面側ほどＢ濃度が高く
なっている。このダイヤモンド層２２も、室温における
カソードルミネッセンススペクトルにおいて、励起子の
再結合発光が観測できる高品質なダイヤモンドにより構
成されている。このダイヤモンド層２２の下面側には第
１電極２１が形成されており、上面側には第２電極２４
が形成されている。FIG. 4A is a sectional view showing a short wavelength light emitting device according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 4B shows the B concentration on the horizontal axis and the diamond layer surface on the vertical axis. FIG. 6 is a graph showing the B concentration distribution in the diamond layer of the short wavelength light emitting device 20 of the present embodiment by taking depth. Diamond layer 2
In No. 2, the B concentration continuously changes in the thickness direction.
That is, the B concentration on the upper surface side is low, and the B concentration is higher on the lower surface side. This diamond layer 22 is also made of high-quality diamond that allows recombination emission of excitons to be observed in the cathodoluminescence spectrum at room temperature. The first electrode 21 is formed on the lower surface side of the diamond layer 22, and the second electrode 24 is formed on the upper surface side.
Are formed.
【００４３】この短波長発光素子２０においても、第２
の実施例と同様に、３００ｎｍ以下の波長領域に発光強
度のピークを有する発光スペクトルを得ることができ
る。Also in this short wavelength light emitting device 20, the second
In the same manner as in Example 1, it is possible to obtain an emission spectrum having a peak of emission intensity in a wavelength region of 300 nm or less.
【００４４】この短波長発光素子２０は、ダイヤモンド
層２２の下面側及び上面側に夫々電極２１，２４が設け
られているため、光が側方に放出される。In this short wavelength light emitting device 20, since the electrodes 21 and 24 are provided on the lower surface side and the upper surface side of the diamond layer 22, respectively, light is emitted laterally.
【００４５】図５（ａ）は本発明の第４の実施例に係る
短波長発光素子を示す断面図、図５（ｂ）は横軸にＢ濃
度をとり、縦軸にダイヤモンド層１６表面からの深さを
とって、Ｂ濃度分布を示すグラフ図である。FIG. 5 (a) is a sectional view showing a short wavelength light emitting device according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 5 (b) shows the B concentration on the horizontal axis and the surface of the diamond layer 16 on the vertical axis. FIG. 6 is a graph showing the B concentration distribution by taking the depths of FIG.
【００４６】この短波長発光素子２５は第２の実施例と
ほぼ同様の構造であり、ダイヤモンド層１６は室温にお
けるカソードルミネッセンススペクトルにおいて、励起
子の再結合発光が観測される高品質なダイヤモンドによ
り形成されている。この、ダイヤモンド層１６にはＢが
高濃度にドープされたＢドープ領域（高濃度不純物領
域）とＢがドープされていないアンドープ領域（低濃度
不純物領域）とが交互に設けられている。This short wavelength light emitting device 25 has almost the same structure as that of the second embodiment, and the diamond layer 16 is formed of high quality diamond in which the recombination emission of excitons is observed in the cathodoluminescence spectrum at room temperature. Has been done. In this diamond layer 16, B-doped regions (high-concentration impurity regions) heavily doped with B and undoped regions (low-concentration impurity regions) not doped with B are alternately provided.
【００４７】この短波長発光素子２５の第１電極１８及
び第２電極１９に所定の電圧を印加すると、各アンドー
プ領域を介してＢドープ層に電子が注入され、電子がホ
ールと再結合し、３００ｎｍ以下の波長の光を発生す
る。本実施例においては、レーザ発光を得ることができ
る。また、この場合は発光素子２５の側方に向けて光が
出力される。When a predetermined voltage is applied to the first electrode 18 and the second electrode 19 of the short wavelength light emitting device 25, electrons are injected into the B-doped layer through each undoped region, and the electrons are recombined with the holes, Generates light with a wavelength of 300 nm or less. In this embodiment, laser emission can be obtained. In this case, light is output toward the side of the light emitting element 25.
【００４８】図６（ａ）は本発明の第５の実施例に係る
短波長発光素子を示す断面図、図６（ｂ）は横軸にＢ濃
度をとり、縦軸に第２ダイヤモンド層３３表面からの深
さをとって、第１及び第２ダイヤモンド層３２，３３中
のＢ濃度分布を示すグラフ図である。第１ダイヤモンド
層３２は室温におけるカソードルミネッセンススペクト
ルにおいて、励起子の再結合発光が観測される高品質な
ダイヤモンドにより形成されている。また、この第１ダ
イヤモンド層３２には、図６（ｂ）に示すように、高濃
度にＢがドープされたＢドープ領域とアンドープ領域と
が交互に設けられている。このダイヤモンド層３２上に
は、同じく、高品質なダイヤモンドからなるアンドープ
の第２ダイヤモンド層３３が形成されている。また、ダ
イヤモンド層３２の下面側には第１電極３１が形成され
ており、ダイヤモンド層３３の上面側の所定領域には第
２電極３４が形成されている。FIG. 6A is a sectional view showing a short wavelength light emitting device according to the fifth embodiment of the present invention, and FIG. 6B shows the B concentration on the horizontal axis and the second diamond layer 33 on the vertical axis. It is a graph figure which shows the B concentration distribution in the 1st and 2nd diamond layers 32 and 33 taking the depth from the surface. The first diamond layer 32 is formed of high-quality diamond in which recombination emission of excitons is observed in the cathodoluminescence spectrum at room temperature. Further, in the first diamond layer 32, as shown in FIG. 6B, B-doped regions and B-doped regions, which are heavily doped with B, are alternately provided. An undoped second diamond layer 33 made of high quality diamond is also formed on the diamond layer 32. The first electrode 31 is formed on the lower surface side of the diamond layer 32, and the second electrode 34 is formed on a predetermined region on the upper surface side of the diamond layer 33.
【００４９】本実施例においても、第４の実施例と同様
に、３００ｎｍ以下の短波長領域に発光強度のピークを
有するレーザ光を得ることができる。Also in this embodiment, similarly to the fourth embodiment, it is possible to obtain laser light having a peak of emission intensity in a short wavelength region of 300 nm or less.
【００５０】図７は本発明の第６の実施例に係る短波長
発光素子を示す断面図である。この短波長発光素子３８
において、Ｂドープされた第１ダイヤモンド層３９は、
例えばＳｉ等の非ダイヤモンド基板（図示せず）上に形
成した後、非ダイヤモンド基板から分離したダイヤモン
ド膜である。この第１ダイヤモンド層３９上の中央の所
定領域には高抵抗の第２ダイヤモンド層４０がパターン
形成されている。この第２ダイヤモンド層４０上には第
２電極４１が形成されている。また、第１ダイヤモンド
層３９の縁部上には、第１電極４２が形成されている。
なお、第１及び第２ダイヤモンド層３９，４０は、いず
れも、室温におけるカソードルミネッセンススペクトル
において、励起子の再結合発光が観測される高品質なダ
イヤモンドにより構成されている。FIG. 7 is a sectional view showing a short wavelength light emitting device according to the sixth embodiment of the present invention. This short wavelength light emitting device 38
In, the B-doped first diamond layer 39 is
For example, the diamond film is formed on a non-diamond substrate (not shown) such as Si and then separated from the non-diamond substrate. A high-resistance second diamond layer 40 is patterned on a predetermined region in the center of the first diamond layer 39. A second electrode 41 is formed on the second diamond layer 40. Further, the first electrode 42 is formed on the edge portion of the first diamond layer 39.
The first and second diamond layers 39 and 40 are both made of high quality diamond in which recombined luminescence of excitons is observed in the cathodoluminescence spectrum at room temperature.
【００５１】本実施例においても、第１の実施例と同様
に、３００ｎｍ以下の波長領域に発光強度のピークを有
する光がダイヤモンド層３９の下面側から出力される。Also in this embodiment, as in the first embodiment, light having a peak of emission intensity in the wavelength region of 300 nm or less is output from the lower surface side of the diamond layer 39.
【００５２】図８は、本発明の第７の実施例に係る短波
長発光素子を示す断面図である。第１ダイヤモンド層４
５にはＢがドープされており、この第１ダイヤモンド層
４５上にはアンドープの第２ダイヤモンド層４６が形成
されている。これらのダイヤモンド層４５，４６は、い
ずれも室温におけるカソードルミネッセンススペクトル
において、励起子の再結合発光が観測される高品質なダ
イヤモンドにより構成されている。そして、第１ダイヤ
モンド層４５の下面側には第１電極４４が形成されてお
り、第２ダイヤモンド層４６上には第２ダイヤモンド層
４６とほぼ同一の大きさで第２電極４７が形成されてい
る。FIG. 8 is a sectional view showing a short wavelength light emitting device according to the seventh embodiment of the present invention. First diamond layer 4
5 is doped with B, and an undoped second diamond layer 46 is formed on the first diamond layer 45. Each of these diamond layers 45 and 46 is composed of high-quality diamond in which the recombination emission of excitons is observed in the cathodoluminescence spectrum at room temperature. Then, the first electrode 44 is formed on the lower surface side of the first diamond layer 45, and the second electrode 47 is formed on the second diamond layer 46 in substantially the same size as the second diamond layer 46. There is.
【００５３】本実施例においても、第１ダイヤモンド層
４５と第１電極４４との接合面に平行な方向に３００ｎ
ｍ以下の波長領域に発光強度のピークを有する光が出力
される。Also in this embodiment, 300 n is applied in the direction parallel to the joint surface between the first diamond layer 45 and the first electrode 44.
Light having a peak emission intensity in the wavelength region of m or less is output.
【００５４】次に、本発明に係る短波長発光素子を実際
に製造し、発光スペクトルを調べた結果について説明す
る。単結晶ダイヤモンド膜を基板として使用し、マイク
ロ波ＣＶＤ法により、この基板上にｐ型半導体ダイヤモ
ンド層（ｐ層）を形成した。このｐ層の形成条件を下記
に示す。Next, the result of actually manufacturing the short wavelength light emitting device according to the present invention and examining the emission spectrum will be described. Using a single crystal diamond film as a substrate, a p-type semiconductor diamond layer (p layer) was formed on this substrate by the microwave CVD method. The conditions for forming this p layer are shown below.
【００５５】ｐ層形成条件 基板；単結晶ダイヤモンド 反応ガス；ＣＨ4ガス：０．５％，Ｂ2Ｈ6ガス：５ｐｐ
ｍ，Ｈ2ガスの混合ガス 基板温度；８００℃ ガス圧力；３５Ｔｏｒｒ 合成時間；１４時間 膜厚；３μｍ なお、ｐ層の不純物濃度を２次イオン質量分析（ＳＩＭ
Ｓ）により測定した。その結果、不純物濃度は１０19ｃ
ｍ-3であった。また、室温におけるカソードルミネッセ
ンススペクトルを調べ、励起子の再結合発光を観測する
ことにより、ｐ層が高品質であることを確認した。 Conditions for forming p layer : substrate; single crystal diamond reaction gas; CH 4 gas: 0.5%, B 2 H 6 gas: 5 pp
Gas mixture of m and H 2 gas Substrate temperature; 800 ° C. Gas pressure; 35 Torr Synthesis time; 14 hours Film thickness;
S). As a result, the impurity concentration is 10 19 c
It was m -3 . In addition, it was confirmed that the p layer was of high quality by examining the cathodoluminescence spectrum at room temperature and observing the recombination emission of excitons.
【００５６】次いで、マイクロ波ＣＶＤ法を使用して、
ｐ層上に直径が７００μｍのアンドープダイヤモンド層
（ｉ層）を選択的に形成した。このｉ層の形成条件を下
記に示す。Then, using the microwave CVD method,
An undoped diamond layer (i layer) having a diameter of 700 μm was selectively formed on the p layer. The conditions for forming this i layer are shown below.
【００５７】ｉ層形成条件 反応ガス；ＣＨ4ガス：０．５％，Ｈ2ガスの混合ガス 基板温度；８００℃ ガス圧力；３５Ｔｏｒｒ 合成時間；２時間 膜厚；０．５μｍ なお、室温におけるカソードルミネッセンススペクトル
を調べ、励起子の再結合発光を観測することにより、ｉ
層が高品質であることを確認した。 I layer forming conditions Reaction gas; CH 4 gas: 0.5%, mixed gas of H 2 gas Substrate temperature; 800 ° C. Gas pressure; 35 Torr Synthesis time; 2 hours Film thickness; 0.5 μm Cathode at room temperature By examining the luminescence spectrum and observing the recombination emission of excitons, i
Make sure the layers are of high quality.
【００５８】次に、ｉ層表面をフォトレジスト膜により
マスクをパターン形成した後、Ｂを選択的にイオン注入
した。そして、フォトレジスト膜を除去した後、真空中
において９００℃で１時間の熱処理を実施した。Next, after a mask was formed on the surface of the i layer by a photoresist film, B was selectively ion-implanted. Then, after removing the photoresist film, heat treatment was performed in vacuum at 900 ° C. for 1 hour.
【００５９】その後、フォトリソグラフィー技術により
ｉ層上に直径が５００μｍのＡｕ電極を形成し、ｐ層上
にＴｉ／Ａｕの２層電極を形成した。After that, an Au electrode having a diameter of 500 μm was formed on the i layer by a photolithography technique, and a two-layer electrode of Ti / Au was formed on the p layer.
【００６０】このようにして製造した短波長発光素子に
おいて、Ｔｉ／Ａｕ電極に対しＡｕ電極に−８０Ｖの電
圧を印加して単結晶ダイヤモンド基板の下から発光スペ
クトル測定した。この発光スペクトルを図９に示す。図
９は横軸に波長をとり、縦軸に発光強度をとったグラフ
図である。この図９に示すように、ダイヤモンドのバン
ド間遷移に対応して波長約２３８ｎｍにピークを有する
スペクトルが得られた。In the short-wavelength light emitting device thus manufactured, an emission spectrum was measured from below the single crystal diamond substrate by applying a voltage of −80 V to the Au electrode with respect to the Ti / Au electrode. This emission spectrum is shown in FIG. FIG. 9 is a graph in which the horizontal axis represents wavelength and the vertical axis represents emission intensity. As shown in FIG. 9, a spectrum having a peak at a wavelength of about 238 nm corresponding to the interband transition of diamond was obtained.
【００６１】なお、本発明に係る短波長発光素子は、集
積化することにより、１次元、２次元又は３次元のアレ
ー又はディスプレイを構成することができる。The short-wavelength light emitting device according to the present invention can be integrated to form a one-dimensional, two-dimensional or three-dimensional array or display.
【００６２】[0062]
【発明の効果】本発明によれば、ダイヤモンド層が室温
におけるカソードルミネッセンススペクトルにおいて、
励起子の再結合発光が観測される高品質のダイヤモンド
により構成されており、電子が非発光過程によりエネル
ギを失うことが殆どないので、３００ｎｍ以下の波長領
域に発光強度のピークを有する短波長の発光が得られ
る。According to the present invention, the diamond layer has a cathode luminescence spectrum at room temperature,
It is composed of high-quality diamond in which recombination emission of excitons is observed, and electrons lose almost no energy due to non-emission process. Therefore, it has a short wavelength of 300 nm or less, which has a peak of emission intensity. Luminescence is obtained.
【図１】本発明の第１の実施例に係る短波長発光素子及
びその発光方向を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing a short wavelength light emitting device and a light emitting direction thereof according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明におけるバンド構造を示す模式図であ
る。FIG. 2 is a schematic diagram showing a band structure in the present invention.
【図３】本発明の第２の実施例に係る短波長発光素子を
示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a short wavelength light emitting device according to a second embodiment of the present invention.
【図４】本発明の第３の実施例に係る短波長発光素子を
示す断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing a short wavelength light emitting device according to a third embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第４の実施例に係る短波長発光素子を
示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view showing a short wavelength light emitting device according to a fourth embodiment of the present invention.
【図６】本発明の第５の実施例に係る短波長発光素子を
示す断面図である。FIG. 6 is a sectional view showing a short wavelength light emitting device according to a fifth embodiment of the present invention.
【図７】本発明の第６の実施例に係る短波長発光素子及
びその発光方向を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a short wavelength light emitting device and a light emitting direction thereof according to a sixth embodiment of the present invention.
【図８】本発明の第５の実施例に係る短波長発光素子及
びその発光方向を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a short wavelength light emitting device and a light emitting direction thereof according to a fifth embodiment of the present invention.
【図９】本発明の第７の実施例に係る短波長発光素子の
発光スペクトルを示すグラフ図である。FIG. 9 is a graph showing an emission spectrum of a short wavelength light emitting device according to a seventh embodiment of the present invention.
【図１０】従来の発光素子を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a conventional light emitting device.
１，１５，２０，２５，３０，３８，４３；短波長発光
素子 ２，１８，２１，３１，４２，４４，５２；第１電極 ３，１１，３２，３９，４５，５１；第１ダイヤモンド
層 ４，８，２３，３３，４０，４６，５３；第２ダイヤモ
ンド層 ５，６，１９，２４，３４，４１，４７，５４；第２電
極 ７；フェルミレベル ９，１２；荷電子帯レベル １０，１３；伝導帯レベル １６，２２；ダイヤモンド層1, 15, 20, 25, 30, 38, 43; Short-wavelength light emitting element 2, 18, 21, 31, 42, 44, 52; First electrode 3, 11, 32, 39, 45, 51; First diamond Layer 4, 8, 23, 33, 40, 46, 53; Second diamond layer 5, 6, 19, 24, 34, 41, 47, 54; Second electrode 7; Fermi level 9, 12; Valence band level 10, 13; conduction band level 16, 22; diamond layer
Claims (12)
モンド層に積層され前記第１ダイヤモンド層より高抵抗
の第２ダイヤモンド層と、前記第１及び第２ダイヤモン
ド層に夫々接する第１及び第２電極とを有し、前記第１
及び第２電極間に電圧を印加して得られる発光スペクト
ルは３００ｎｍ以下の波長領域に発光強度のピークを有
することを特徴とする短波長発光素子。1. A first diamond layer, a second diamond layer laminated on the first diamond layer and having a resistance higher than that of the first diamond layer, and first and second layers contacting the first and second diamond layers, respectively. An electrode, and the first
And a light emission spectrum obtained by applying a voltage between the second electrodes has a peak of light emission intensity in a wavelength region of 300 nm or less.
ずれも室温におけるカソードルミネッセンススペクトル
において、励起子の再結合発光が観測されるダイヤモン
ドにより構成されていることを特徴とする請求項１に記
載の短波長発光素子。2. The first and second diamond layers are both composed of diamond in which recombined emission of excitons is observed in the cathodoluminescence spectrum at room temperature. Short-wavelength light emitting device.
モンドにより構成され、前記第２ダイヤモンド層はアン
ドープダイヤモンドにより構成されていることを特徴と
する請求項１又は２に記載の短波長発光素子。3. The short wavelength light emitting device according to claim 1, wherein the first diamond layer is made of semiconductor diamond, and the second diamond layer is made of undoped diamond.
れも半導体ダイヤモンドにより構成されていることを特
徴とする請求項１又は２に記載の短波長発光素子。4. The short wavelength light emitting device according to claim 1, wherein both the first and second diamond layers are made of semiconductor diamond.
れか一方は、ダイヤモンド結晶、気相合成ダイヤモンド
膜及び高配向性ダイヤモンド膜からなる群から選択され
た部材上に形成さ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項に記載の短波長発光素子。5. One of the first and second diamond layers is formed on a member selected from the group consisting of a diamond crystal, a vapor phase synthetic diamond film and a highly oriented diamond film. The short-wavelength light emitting device according to any one of claims 1 to 4.
ダイヤモンド基板上に積層して形成され、前記非ダイヤ
モンド基板から分離されたものであることを特徴とする
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の短波長発光素
子。6. The first and second diamond layers are formed by being laminated on a non-diamond substrate and separated from the non-diamond substrate. The short wavelength light emitting device according to item 1.
ヤモンド層の所定の領域上に積層され、前記第１電極は
前記第１ダイヤモンド層の前記所定の領域以外の領域上
に選択的に形成されていることを特徴とする請求項１乃
至６のいずれか１項に記載の短波長発光素子。7. The second diamond layer is laminated on a predetermined region of the first diamond layer, and the first electrode is selectively formed on a region other than the predetermined region of the first diamond layer. The short wavelength light emitting element according to claim 1, wherein the short wavelength light emitting element is a light emitting element.
に接する第１及び第２電極とを有し、前記ダイヤモンド
層の厚さ方向において不純物濃度が連続的に変化し、前
記第１及び第２電極間に電圧を印加して得られる発光ス
ペクトルは３００ｎｍ以下の波長領域に発光強度のピー
クを有することを特徴とする短波長発光素子。8. A diamond layer, and first and second electrodes in contact with the diamond layer, wherein the impurity concentration continuously changes in the thickness direction of the diamond layer, and between the first and second electrodes. A short-wavelength light emitting device characterized in that an emission spectrum obtained by applying a voltage to the LED has a peak of emission intensity in a wavelength region of 300 nm or less.
に接する第１及び第２電極とを有し、前記ダイヤモンド
層には不純物濃度が相互に異なる低濃度不純物領域及び
高濃度不純物領域が厚さ方向に交互に複数組設けられて
おり、前記第１及び第２電極間に電圧を印加して得られ
る発光スペクトルは３００ｎｍ以下の波長領域に発光強
度のピークを有することを特徴とする短波長発光素子。9. A diamond layer, and first and second electrodes in contact with the diamond layer, wherein the diamond layer has a low-concentration impurity region and a high-concentration impurity region having different impurity concentrations in the thickness direction. A short wavelength light emitting device, wherein a plurality of sets are alternately provided, and an emission spectrum obtained by applying a voltage between the first and second electrodes has a peak of emission intensity in a wavelength region of 300 nm or less.
カソードルミネッセンススペクトルにおいて、励起子の
再結合発光が観測されるダイヤモンドにより構成されて
いることを特徴とする請求項８又は９に記載の短波長発
光素子。10. The short-wavelength light emitting device according to claim 8, wherein the diamond layer is made of diamond in which recombination emission of excitons is observed in a cathodoluminescence spectrum at room temperature. .
結晶、気相合成ダイヤモンド膜及び高配向性ダイヤモン
ド膜からなる群から選択された部材上に形成されている
ことを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記
載の短波長発光素子。11. The diamond layer is formed on a member selected from the group consisting of a diamond crystal, a vapor phase synthetic diamond film, and a highly oriented diamond film, according to any one of claims 8 to 10. 2. The short-wavelength light emitting device according to item 1.
ド基板上に形成され、前記非ダイヤモンド基板から分離
されたものであることを特徴とする請求項８乃至１０の
いずれか１項に記載の短波長発光素子。12. The short wavelength light emission according to claim 8, wherein the diamond layer is formed on a non-diamond substrate and separated from the non-diamond substrate. element.
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|---|---|---|---|
| JP09896294A JP3835830B2 (en) | 1994-05-12 | 1994-05-12 | Short wavelength light emitting device |
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| JP09896294A JP3835830B2 (en) | 1994-05-12 | 1994-05-12 | Short wavelength light emitting device |
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