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

1990 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: 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 ; 川原田 洋 早稲田大学, 理工学部, 助教授 (90161380)
• キーワード: 気相合成ダイヤモンド / カソ-ドルミネッセンス / 発光センタ- / エレクトロルミネッセンス / ド-ピング / 硼素、窒素 / 青色発光デバイス

研究概要

本年度の研究では、大阪大学工学部・平木研究室で開発された有磁場マイクロ波プラズマCVD法および通常型マイクロ波プラズマCVD法で良質の結晶ダイヤモンド薄膜(以下CVDダイヤモンドと省略)を合成し、不純物(B、Nなど)の導入、電子線および中性子線の照射、アニ-リングなどによりCVDダイヤモンドの発光センタ-、発光機構など光特性に関する研究を行ない、青色および短波長のエレクトロルミネッセンス・デバイス(ELD)の試作および実用化を検討した。
アンド-プのCVDダイヤモンドからのカソ-ドルミネッセンスは青色領域にピ-ク(2.8ー2.9eV)を持ち、天然IIa型が示すのものと同一である。また、バンド端間遷移に起因する自由励起子発光が観測された。硼素、窒素をそれぞれド-プした膜から特徴的な発光が見られ、その発光強度、スペクトルの形はド-プ量、励起密度、温度に依存する。硼素および窒素を同時にド-プした場合、それぞれの特徴的な発光が現われるが、硼素の方が支配的である。ダイヤモンドの発光センタ-は結晶の成長セクタ-に大きく依存することがわかった。アンド-プおよび硼素ド-プによる発光領域は{100}で、窒素によるのは{111}である。これらは、不純物あるいは格子欠陥の分布を反映している。または、高エネルギ-電子線照射によって、窒素を含有するダイヤモンドに点欠陥が導入され、アニ-ルによって様々な強度の高い発光センタ-が形成されている。さらに、CVDダイヤモンド薄膜を用いて、作製したショットキ-・ダイオ-ドから、エレクトルミネッセンスを初めて観測した。この研究によって、気相合成ダイヤモンドの光学特性を深く理解でき、さらに、ダイヤモンド薄膜は青色発光デバイスに非常に適切な材料であることを示している。

研究成果

• [文献書誌] H.Kawarada,Y.Yokota,Y.Mori,A.Tomiyama,J.S.Ma,J.Wei,J.Suzuki,and A.Hiraki: "Luminescence and semicomducting properties of plasma CVD diamond" Vacuum. 41. 885-888 (1990)
• [文献書誌] Y.Yokota,H.Kawarada,J.S.Ma,K.Nishimura and A.Hiraki: "Cathodo Luminescence imaglug of semiconducting diamond formed by plasma CVD" Journal of Crystal Growth. 103. 65-70 (1990)
• [文献書誌] 川原田 洋: "ダイヤモンド薄膜による新しい発光素子" 電気学会雑誌. 110. 567-570 (1990)
• [文献書誌] H.Kawaraka,Y.Yokota,T.Sogi,H.Matusyawa and A.Hiraki: "Cathodo Luminescence of Exciton Recombinations and Vibronic Color Centers in Undoped,Boronーcloped CVD Diamonds." SPIEーDiamond Optics. 1325. 152-159 (1990)
• [文献書誌] A.Hiraki,H.Koubrada,J.Wei and J.Suzuki: "Preparation and Characterization of Wide Area,High Quality Diamond Film Using Magnetoactive Plasma Chemicol Vaporer Deposition" Surfaee and Coatings Technology. 43/44. 10-21 (1990)
• [文献書誌] H.Kawarada,Y.kota,and A.Hiraki: "Intrinsic and Extrinsic Recombination Radiation from Undoped and Boronーdoped Diamonds Formed by Plasma Chemical Vapor Deposition." Applied Physics Letters.57. 1889-1891 (1990)