気相合成ダイヤモンド薄膜による高効率青色発光デバイスの試作

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 63850008
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 平木 昭夫 大阪大学, 工学部, 教授 (50029013)
• 研究分担者: 吉永 博俊 大阪ダイヤモンド工業(株), 常務取締役 ; 羽場 方紀 (株)明電舎, 開発本部, 課長 ; 中島 重夫 シャープ(株), 中央研究所, 部長 ; 伊藤 利道 大阪大学, 工学部, 助手 (00183004) ; 川原田 洋 大阪大学, 工学部, 助手 (90161380)
• キーワード: 気相合成ダイヤモンド / 青色発光デバイス / ショットキ-・ダイオ-ド / エレクトロルミネセンス / LED / 単結晶粒子アレ-

研究概要

「研究の進展状況および新たに得られた知見」
気相合成ダイヤモンド薄膜による青色発光デバイス試作のための基礎検討は、期待どおりの成果をみており、不純物制御による青色発光強度の増大、多結晶薄膜における良好なショットキ-ダイオ-ド特性、核形成位置制御による発光効率の高いダイヤモンド粒子のアレ-が得られた。
1)ダイヤモンド成膜中の窒素混入を防ぐことにより、ボロンをド-プした場合、ド-プ量の増大に伴い発光強度も増大した。発光強度の増大は比抵抗が1Ωcmにまで低下した試料でも観測された。低抵抗化に伴う発光強度の増大は、発光効率の高いLED作製にとって極めて有利な結果である。(J.Applied Phys.掲載)
2)青色発光強度の増大した低抵抗ダイヤモンド薄膜と金属との接合において、ショットキ-ダイオ-ド特性が得られた。ダイヤモンド薄膜が多結晶である場合でも、逆方向ブレ-クダウン電圧が200V以上もある良好なダイオ-ド特性となっており、多結晶薄膜でもLEDが作製できる可能性が得られた。さらに、順方向電圧が20V以上において440nm(青紫)のピ-クをもつエレクトロルミネセンスが観測され、LED動作を確認した。(J.Applied Phys.掲載、Vacuum印刷中)
3)核形成の位置を制御し、単一核によるダイヤモンド単結晶粒子をアレ-状に形成する技術を開発した。この粒径のそろった粒子は、ランダムに核形成した多結晶膜にくらべ、青色の発光効率が高く、発光デバイスの形成に有利な基板となり得る。(Appl.Phy.Lett.掲載、J.Cryst Growth掲載)
デバイス構造上、少数キャリア注入効率増大させ発光強度を上昇させるため、MIS構造、ヘテロPーN接合構造を提案し、良質の絶縁層および他のワイドギャプN型半導体との接合を検討している。

研究成果

• [文献書誌] H.Kawarada,Y.Yokota,Y.Mori,K.Nishimura,T.Ito,J.Suzuki,K.S.Mar,J.Wei,and A.Hiraki: "Cathodoluminescence of Vapour-Synthesized Diamond" SPIE-Raman Scuttering,Luminescence,and Spectroscopic Instrumentation in Technology. 1055. 162-169 (1989)
• [文献書誌] J.S.Ma,H.Kawarada,T.Yonehara,J.Suzuki,J.Wei,Y.Yokota,and A.Hiraki: "Selective Nucleation and Growth of Diamond Particles by Plasma-Assisted Chemical Vapour Deposition" Appl.Phys.Lett.55. 1071-1073 (1989)
• [文献書誌] H.Kawarada,Y.Yokota,Y.Mori,K.Nishimura,and A.Hiraki: "Cathodoluminescence and Electroluminescence of Undoped and Boron-Doped Diamond Formed with Plasma CVD" J.Appl.Phys.66. 983-989 (1990)
• [文献書誌] H.Kawarada,Y.Yokota,Y.Mori,J.Suzuki,J.S.Ma,A.Tomiyama,J.Wei,and A.Hiraki: "Luminescence and Semiconducting Properties of CVD Diamonds" Vacuum. (1990)
• [文献書誌] H.Kawarada,J.S.Ma,T.Yonehara,and A.Hiraki: "Selective Nucleation of Single Crystal CVD Diamond and Its Applicability to Semiconductor Devices" Mat.Res.Soc.Sym.Proc.(1990)
• [文献書誌] 川原田洋、横田嘉宏、森勇介、平木昭夫: "ダイヤモンド薄膜の発光素子への応用" 電子材料. 28. 69-73 (1989)