(57)【要約】【課題】製造工程が単純で、素子サイズが小さく、しかも光の取り出し効率の高い発光素子を得る。【解決手段】基板と、その一面に配置した発光層を構成する薄膜と、発光層に電流を流すための少なくとも一対の電極を含む発光素子であって、（１）基板を導電性且つ光透過性の基板で構成するとともに、（２）発光層に電流を流すための少なくとも一対の電極のうちの、一方の極性の電極を発光層を構成する薄膜が配置されていない側の基板面に、他方の極性の電極を基板に配置された薄膜面に設け、且つ、（３）発光層を構成する薄膜が配置されていない側の基板面を発光取出面としてなることを特徴とする発光素子。導電性且つ光透過性の基板としては好ましくはダイヤモンド単結晶基板が用いられ、発光層を構成する薄膜としては好ましくはエピタキシャル成長させたダイヤモンド薄膜が用いられる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、その一面に配置した発光層を構成する薄膜と、発光層に電流を流すための少なくとも一対の電極を含む発光素子であって、（１）基板を導電性且つ光透過性の基板で構成するとともに、（２）発光層に電流を流すための少なくとも一対の電極のうちの、一方の極性の電極を発光層を構成する薄膜が配置されていない側の基板面に、他方の極性の電極を基板に配置された薄膜面に設け、且つ、（３）発光層を構成する薄膜が配置されていない側の基板面を発光取出面としてなることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記発光素子が発光ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の発光素子において、前記導電性且つ光透過性の基板がダイヤモンド単結晶からなる基板であることを特徴とする発光素子。
【請求項４】
請求項１または２に記載の発光素子において、前記導電性且つ光透過性の基板がホウ素を添加したダイヤモンド単結晶からなる基板であることを特徴とする発光素子。
【請求項５】
請求項３または４に記載の発光素子において、前記ダイヤモンド単結晶からなる基板が窒素濃度１０ｐｐｍ以下のダイヤモンド単結晶からなる基板であることを特徴とする発光素子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光素子において、前記導電性且つ光透過性の基板上に積層した発光層を構成する薄膜がエピタキシャル成長させたダイヤモンド薄膜であり、自由励起子再結合による波長２３５ｎｍの紫外線を発する発光層であることを特徴とする発光素子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光素子において、前記薄膜が少なくともｎ型伝導層をもつダイヤモンド薄膜であることを特徴とする発光素子。
【請求項８】
前記発光素子が、電極が必要で且つその電極が光の取り出しを妨げるようになっている発光素子であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項９】
請求項８に記載の発光素子において、前記電極が必要で且つその電極が光の取り出しを妨げるようになっている発光素子がＥＬ素子であることを特徴とする発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外線、赤外線、あるいは可視光を発する発光素子に関し、より詳しくは、光情報記録／読出処理、フォトリソグラフィ、光加工、蛍光体励起光源、殺菌灯その他、各種分野で用いることができる発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ｐｎ接合を用いた発光素子では、基板を下側、ｐｎ接合を構成する薄膜を上側に配置するのが一般的である。図１は赤外線ダイオードや可視光ダイオードとして用いられている典型的な発光素子の積層構造を示す図である。図１中、１はｎ型基板、２はｎ型薄膜、３はｐ型薄膜であり、ｎ型薄膜２とｐ型薄膜３とでｐｎ接合４が形成される。５は正電極、６は負電極、７は導電性接着剤、半田、またはＡｌバンプ、８はヒートシンクである。この構造では基板１の両面に相対する一対の電極５、６が形成されており、基板１を下側に、ｐ型薄膜２とｎ型薄膜３で形成されるｐｎ接合４を上側に配置する。
【０００３】
ｐ型薄膜３上の正電極５にはワイヤー９が接続され、ｎ型基板１の下面の負電極６にはヒートシンクにパターニングされた配線やリードフレームが接続され、その接続は導電性接着剤や半田、あるいはＡｌバンプなどで行われる。本積層構造では基板１の上に順次薄膜２、３を形成した後に両電極を形成し、素子を分離すれば発光素子となるため、製造工程が単純であるという利点がある。図２は、図１に示す構造のうち、ｎ型薄膜２及びｐ型薄膜３からなるｐｎ接合４、正電極５の部分を拡大して示した図で、図２中、図１と共通する部分には同一の符号を付している。なお、本明細書中ｐｎ接合を適宜発光層、発光部ともいう。
【０００４】
図１〜２の構造では、光は全方位に放出されるが、ｐ型薄膜３の上面に正電極５が配置されているために、上方向に放出される光の取り出しが阻害され、その分、光出力を減じてしまう。すなわち、これを図２で言えば、発光部から上方向に放出される光は、正電極５が配置されている領域では当該正電極５で遮断され、光は矢印（↑）で示す領域でのみでしか取り出せないことになる。
【０００５】
このほか、近年では特開平４−２４２９８５号、特開平７−２３５７２９号、特開平８−６４８７２号、あるいは特開２００３−９２４３１号に開示されているようなフリップチップ構造も一般的になってきており、特に窒化ガリウム系の高輝度ダイオードではよく用いられる構造である。図３はそのフリップチップ構造の概略を示す図である。図３中、１１はサファイア基板、１２は窒化ガリウム系化合物半導体（ｎ型薄膜）、１３は窒化ガリウム系化合物半導体（ｐ型薄膜）、１４は正電極、１５は負電極、１６は導電性接着剤、半田、またはＡｌバンプ、１７はヒートシンクである。なお、実際の素子においては、サファイア基板１１とｎ型薄膜１２の間にバッファ層を形成し、ｎ型、ｐ型の両薄膜を多層にするなどの構造を用いているが、ここでは省略している。この構造においては電極１４、１５が下部に配置されているため光の取り出しを妨げることがなく、高い光の取り出し効率が可能である。
【０００６】
【特許文献１】特開平４−２４２９８５号公報
【特許文献２】特開平７−２３５７２９号公報
【特許文献３】特開平８−６４８７２号公報
【特許文献４】特開２００３−９２４３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、現在、多くの発光ダイオードでは、上記いずれかの構造が採用されているが、これらの構造にはそれぞれ幾つかの問題点がある。図１〜２に示すような積層構造をもつ発光ダイオードの場合、ｎ型薄膜２とｐ型薄膜３の一部が発光層となっているため、発光層の直上に設けられた正電極５が蓋をするような形となり、発光層の直上に設けられた当該電極５により光の取り出し効率が低下する。これを回避するため、発光層つまり発光部を大きくしようとすると電極５も必然的に大きくなるという問題があった。
【０００８】
また、図３に示すようなフリップチップ構造をもつ発光層の場合、光の取り出し方向に電極がない構造であるため、上記のような電極による光の取り出し効率が低下する問題は解決されている。しかし、一対の電極１４、１５が両方とも、それぞれ、薄膜１３、薄膜１２の面に配置されているため、その接合すなわちボンディングの際に精密なアライメント、つまり精密な位置決め等が必要になり、また、発光部の面積に比べて素子の大きさが大きくなるため、一枚の基板から製造される素子数が少なくなり、さらには、図１〜２の積層構造に比べて薄膜のパターニングが必要になるため製造工程が増える、といった新たな問題が生じている。
【０００９】
本発明は、基板を導電性且つ光透過性の基板で構成することにより、従来の発光素子における以上の諸問題を解決し、製造工程が簡単、単純で、素子サイズが小さく、しかも光の取り出し効率の高い発光素子を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、基板と、その一面に配置した発光層を構成する薄膜と、発光層に電流を流すための少なくとも一対の電極を含む発光素子であって、（１）基板を導電性且つ光透過性の基板で構成するとともに、（２）発光層に電流を流すための少なくとも一対の電極のうちの、一方の極性の電極を発光層を構成する薄膜が配置されていない側の基板面に、他方の極性の電極を基板に配置された薄膜面に設け、且つ、（３）発光層を構成する薄膜が配置されていない側の基板面を発光取出面としてなることを特徴とする発光素子である。
【００１１】
ここで、導電性且つ光透過性の基板の構成材料としては好ましくはダイヤモンド単結晶が用いられ、より具体的にはホウ素を添加したダイヤモンド単結晶を用いることができる。また、発光素子としては好ましくは発光ダイオードが用いられる。発光層を構成する薄膜としては好ましくはエピタキシャル成長させたダイヤモンド薄膜が用いられ、より具体的には少なくともｎ型伝導層をもつダイヤモンド薄膜を用いる。これにより、自由励起子再結合による波長２３５ｎｍの紫外線を発光させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の発光素子によれば、基板を導電性且つ光透過性の基板で構成し、発光層を構成する薄膜が配置されていない側の基板面を発光取出面としていることにより、すなわち、導電性且つ光透過性の基板を発光層を構成する薄膜の上側に配置していることにより、導電性且つ光透過性の基板上の光の取り出し側の電極を小さくできる。このため、光の取り出しを妨げず、前述図１〜２に示すような従来の構造に比べて、光の取り出し効率が向上し、高い効率で光を取り出すことができる。また、本発明の発光素子によれば、導電性且つ光透過性の基板を発光層を構成する薄膜の上に配置していることにより、前述図３に示すような従来のフリップチップ構造に比べて、素子サイズを小さくすることができるのに加え、精密なアライメントが不要となり、製造工程が簡略化できるなど、実用上、各種有用な効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、基板と、その一面に配置した発光層を構成する薄膜と、発光層に電流を流すための少なくとも一対の電極を含む発光素子である。そして、該基板を導電性且つ光透過性の基板で構成するとともに、発光層に電流を流すための少なくとも一対の電極のうちの、一方の極性の電極を発光層を構成する薄膜が配置されていない側の基板面に、他方の極性の電極を基板に配置された薄膜面に設け、且つ、発光層を構成する薄膜が配置されていない側の基板面を発光取出面（すなわち、発光層で発光した光を取り出す面）としてなることを特徴とする。図４〜７は本発光素子を説明する図である。以下、ダイヤモンドを用いた紫外線発光素子を例にして説明するが、他の材料を用いる場合についても同様である。
【００１４】
図４は縦断面図、図５は図４を上から見た図、すなわち平面図である。なお、図４に対応する平面図では、２１として示す基板の周縁に、後述、導電性接着剤２７及びヒートシンク２８が見えるが、図５中その記載は省略している。図４〜５中、２１は導電性且つ光透過性の基板であり、この基板の構成材料としてはダイヤモンド単結晶からなる｛１００｝基板、好ましくはホウ素を添加したｐ型ダイヤモンド単結晶からなる｛１００｝基板を用いる。これらダイヤモンド単結晶としては窒素濃度１０ｐｐｍ以下のダイヤモンド単結晶を用いることが重要である。
【００１５】
２２はｐ型薄膜、２３はｎ型薄膜であり、両薄膜で発光部となるｐｎ接合２４が構成される。図４ではｐ型、ｎ型の両薄膜でｐｎ接合を構成しているが、例えばｐ型薄膜２２を省略してｐ型基板２１の面に直接ｎ型薄膜２３を形成し、ｐ型基板とｎ型薄膜とでｐｎ接合を構成することもできる。ｐ型薄膜の構成材料としては、例えばホウ素添加によるｐ型ダイヤモンドを用い、ｎ型薄膜の構成材料としては、例えば硫黄添加によるｎ型ダイヤモンド薄膜を用いる。ｐ型薄膜は、導電性且つ光透過性の基板２１とｎ型薄膜との間に介在する層で、位置的に両者の中間層に相当している。２５は正電極、２６は負電極である。負電極２６の構成材料としては例えばチタンを密着層とした金電極を用いる。
【００１６】
２７は導電性接着剤、２８はヒートシンクである。ヒートシンク２８の材料としては、銅やアルミニウムなどの金属のほか、窒化アルミニウムなどのセラミックス材料やシリコン基板などを用いることもできる。これらの表面には、例えばクロームを密着層として金を蒸着し、導電性接着剤２７を介して負電極２６と電気的に接続する。ここで、導電性接着剤２７はヒートシンク２８と負電極２６を電気的に接続するもので、半田またはＡｌバンプを用いてもよい。２９、３０はワイヤーであり、ワイヤー２９は導電性且つ光透過性の基板２１上の正電極２５に接続され、ワイヤー３０はヒートシンク２８及び導電性接着剤２７を介して負電極２６に電気的に導通している。
【００１７】
図６は、図４のうち基板２１及びｐｎ接合２４を含む部分を拡大して示した図で、本素子の使用時における電流の流れ方向を矢印（↓）で示している。図６のとおり、基板として導電性且つ光透過性の基板を用いているので、導電性の基板を通して正電極２５から負電極２６へと電流が流れ、しかもその際、正電極２５と発光層つまりｐｎ接合との間に所定の距離（基板の厚みに相当する間隔、例えば０．３〜０．５ｎｍ）が保たれるので、正電極２５が小さくしても、負電極２６の全面に向かって電流を流すことができる。
【００１８】
また、図７は、図６と同じく、図４のうち基板２１及びｐｎ接合２４を含む部分を拡大して示した図で、本素子の使用時における光の放出方向すなわち光の取り出し方向を示している。図７のとおり、基板として光透過性の基板を用いているので、発光層つまりｐｎ接合で発光した光は、図７中矢印（↑）で示すように、基板中を透過し正電極２５側に放出される。このように、導電性且つ光透過性の基板を発光層を構成する薄膜の上側に配置して、発光層を構成する薄膜が配置されていない側の基板面側から有効に光の取り出すことができる。
【００１９】
このように、本発光素子によれば、導電性且つ光透過性の基板を用いることで、基板面上の電極を小さくできる。これにより、当該電極による光の取り出しを妨げず、光の取り出し面を大きくすることができるので、前述図１〜２に示すような従来の積層構造に比べて、光の取り出し効率を向上させ、高い効率で光を取り出すことができる。また、前述図３に示すような従来のフリップチップ構造に比べて、素子サイズを小さくすることができるのに加え、精密なアライメントが不要となり、製造工程が簡略化できるなど、実用上、各種有用な効果を達成することができる。
【００２０】
次に、本発光素子の作製態様について述べると以下のようになる。導電性且つ光透過性の基板２１として、高温高圧法によって得たホウ素を添加した高品質の高圧ダイヤモンドｐ型単結晶からなる｛１００｝基板を作製する。高温高圧法は、いわゆる温度差法であり、温度の違いにより（温度差＝２０〜５０℃）、ダイヤモンドが融剤金属への溶解度を異にすることを利用する方法である。
【００２１】
すなわち、ダイヤモンドが安定に存在することのできる高温（例えば約１３００〜１５００℃）且つ高圧（例えば約５〜６．５ＧＰａ）の雰囲気下で、融剤金属に溶解させた炭素原料をダイヤモンドの種結晶上に析出させ、ダイヤモンドの単結晶を製造する。その際、融剤金属にアルミニウム、チタン、ジルコニウム等の窒素ゲッターを含有させることで、窒素含有量が１０ｐｐｍ以下のダイヤモンド単結晶が得られる。温度差法を用いたダイヤモンド単結晶の製造法は、例えば特開平４−１０８５３２号、特開平５−２００２７１号、ＷＯ ０１/０４９６６Ａ、あるいは「資源処理技術」Ｖｏｌ.３７，Ｎｏ.１（'９０−春），ｐ.２３−２８等に開示されている。
【００２２】
【特許文献５】特開平４−１０８５３２号公報
【特許文献６】特開平５−２００２７１号公報
【特許文献７】ＷＯ ０１/０４９６６Ａ
【非特許文献１】「資源処理技術」Ｖｏｌ.３７，Ｎｏ.１（'９０−春），ｐ.２３−２８
【００２３】
そのようにして作製したダイヤモンド単結晶をＹＡＧレーザーやエキシマレーザーなどで所望の形にカットした後、スカイフ盤等を用いて、ダイヤモンド微粒子により単結晶表面を研磨することで導電性且つ光透過性の基板が得られる。
【００２４】
次に、当該導電性且つ光透過性の基板の表面に気相合成によってエピタキシャル成長させたホウ素添加のｐ型ダイヤモンドによる中間層を形成する。これに続き、その中間層の上に気相合成によってエピタキシャル成長させた硫黄添加のｎ型ダイヤモンドによる最上層を形成する。気相合成によるエピタキシャル成長には、例えばマイクロ波プラズマＣＶＤ法などの従来知られた方法を適用することができる。以上のようにして形成した単結晶基板及び最上層の各表面にチタンを密着層とした金電極を設けるとともに、ヒートシンクの表面にクロムを密着層として金を蒸着する。こうしてヒートシンクと基板上の電極を電気的に接続する導電性接着剤からなる素子を作製する。
【００２５】
また、ダイヤモンド基板としては、ホウ素を添加したｐ型ダイヤモンド単結晶に代えて、ｎ型ダイヤモンド単結晶を用いることもできる。ｎ型ダイヤモンド単結晶を用いる場合には、そのｎ型ダイヤモンド単結晶基板上にｎ型ダイヤモンド薄膜を形成し、その上にｐ型ダイヤモンド薄膜を形成する。ここで、ｎ型ダイヤモンド単結晶基板やｎ型ダイヤモンド薄膜のｎ型ドーパントとしては硫黄のほか、リンやリチウムを用いることもできる。
【００２６】
さらに、その基板の方位については、｛１００｝面のほか、｛１１１｝面などを用いることもできる。例えば｛１１１｝面は、硬度が最も高いため、基板の研磨に工夫を要するという面があるが、｛１００｝面に比べてドーパントが取り込まれ易いため、電気抵抗が低くなるという利点があるので、｛１００｝面と｛１１１｝面とは必要に応じて適宜選定、使い分けて用いることができる。また、導電性且つ光透過性の基板上に薄膜を積層して素子を形成するのに代えて、絶縁性基板上に薄膜を積層し、その上に導電性且つ光透過性の基板を接着した後、絶縁性基板を除去して形成した素子を用いることも可能である。
【００２７】
以上、ダイヤモンドを用いた紫外線発光素子を例に説明したが、紫外線発光素子のほか、赤外線発光素子や可視光発光素子などとして構成することもできる。この場合には、発光層として例えばＩｎＰ系（赤外線）、ＧａＡｓ系（赤外線、赤色）、ＧａＰ系〔アンバー（琥珀色）、緑色〕、ＧａＮ系（緑色、青色、紫色、近紫外線）などの発光層が用いられるが、基板として導電性且つ光透過性の基板を用いることで、素子サイズを小さくし、しかも簡易な製造工程で優れた光の取り出し効率を有する発光素子を得ることができる。
【００２８】
また、導電性且つ光透過性の基板は、発光ダイオード〔すなわち注入形ＥＬ（ＥＬ＝Electro Luminescence）〕のほか、例えばＺｎＳ：Ｍｎの薄膜などを発光層とし、電圧印加により発光させるＥＬ素子など、電極が必要で且つその電極が光の取り出しを妨げる構造の発光素子の基板としても適用でき、これにより前述と同様の効果が得られる。本発明に係る発光素子は、光情報記録／読出処理、フォトリソグラフィ、光加工、蛍光体励起光源、殺菌灯その他、各種分野で使用することができる。
【実施例】
【００２９】
以下、実施例を基に本発明をさらに詳しく説明するが、本発明がこれら実施例に限定されないことはもちろんである。
【００３０】
本実施例では、ｐ型不純物としてホウ素を添加したｐ型ダイヤモンド単結晶からなる｛１００｝基板と、該基板表面に気相合成によってエピタキシャル成長させたホウ素添加のｐ型ダイヤモンドによる中間層と、該中間層上に気相合成によってエピタキシャル成長させた硫黄添加のｎ型ダイヤモンドによる最上層と、基板及び最上層の表面に設けたチタンを密着層とした金電極と、表面にクロームを密着層として金を蒸着したヒートシンクと、ヒートシンクと基板上の電極を電気的に接続する導電性接着剤からなる紫外線発光素子を作製した。まず、その作製工程を記載し、次いで、その工程で得られた紫外線発光素子の性能試験について記載している。
【００３１】
〈基板用のホウ素添加の高品質高圧ダイヤモンドｐ型単結晶の作製〉
本紫外線発光素子においては、その基板として窒素濃度１０ｐｐｍ以下のダイヤモンド結晶を用いることが重要である。そこで、ｐ型不純物としてホウ素を添加した高品質のｐ型ダイヤモンド単結晶を高温高圧法によって作製した。成長条件は以下のとおりであり、結晶成長方向が［１００］方向となるように種結晶を配置して合成した。
〈成長条件〉
炭素原料：熱分解炭素、ドーパントとしてホウ素を１０００ｐｐｍ（ｐｐｍはｖｏｌｐｐｍ、以下同じ）添加
融剤金属：鉄−コバルト合金
窒素除去剤（窒素ゲッター）：アルミニウム、チタン、ジルコニウム
成長温度：１４５０℃
合成圧力：６．３ＧＰａ
成長時間：８０時間
【００３２】
ここで、得られたダイヤモンド単結晶中のドーパント、不純物を赤外吸収分光法で測定した結果、ホウ素濃度２〜８ｐｐｍの範囲（その値に幅があるのは場所に依存することによる）、窒素濃度は０．１ｐｐｍ以下であった。このダイヤモンド単結晶をスカイフ盤を用いてダイヤモンド微粒子で研磨して鏡面に仕上げて｛１００｝表面を有する２ｍｍ角（２ｍｍ×２ｍｍ）、厚さ０．４ｍｍの基板を作製した。原子間力顕微鏡を用いて、その基板の表面粗さを測定したところ、Ｒａ（算術平均粗さ）は２±１ｎｍであった。
【００３３】
〈ｐ型ダイヤモンドによる中間層の形成〉
以上のとおり作製したｐ型ダイヤモンド単結晶基板の表面に、ホウ素を添加したｐ型ダイヤモンドによる中間層を気相合成法によりエピタキシャル成長させた。本成長装置としてマイクロ波プラズマＣＶＤ装置（ＭＷ−ＣＶＤ装置）を用いた。成長条件は以下のとおりである。
【００３４】
〈成長条件〉
合成前処理：単結晶基板をエタノールで洗浄した後、１０分間、水素プラズマ処理
ＭＷパワー：７５０Ｗ
原料ガス；水素、メタン、トリメチルホウ素（５０００ｐｐｍ、水素バランス）
ガス流量：メタン＝４ｃｃ／ｍｉｎ、トリメチルホウ素＝５ｃｃ／ｍｉｎ、水素＝２００ｃｃ／ｍｉｎ
温度：８７５℃
合成圧力：５３３２．８９６Ｐａ（４０Ｔｏｒｒ）
合成時間：６６時間
ｐ型ダイヤモンド膜厚：８００ｎｍ（０．８μｍ）
合成後処理：１０分間、水素プラズマ処理後、水素中で冷却
【００３５】
〈ｎ型ダイヤモンドの形成〉
次に、以上で形成した中間層であるｐ型ダイヤモンド膜の表面に、上記と同じＭＷ−ＣＶＤ装置を用い、硫黄を添加したｎ型ダイヤモンドを気相合成法によりエピタキシャル成長させた。成長条件は以下のとおりである。
〈成長条件〉
合成前処理：中間層であるｐ型ダイヤモンド膜を形成した単結晶基板をエタノールで洗浄した後、１０分間、水素プラズマ処理
ＭＷ出力：４００Ｗ
原料ガス；水素、メタン、硫化水素（５０００ｐｐｍ、水素バランス）
ガス流量：メタン＝４ｃｃ／ｍｉｎ、硫化水素＝２０ｃｃ／ｍｉｎ、水素＝１７６ｃｃ／ｍｉｎ
温度：８８０℃
合成圧力：５３３２．８９６Ｐａ（４０Ｔｏｒｒ）
合成時間：９０分
ｎ型ダイヤモンド膜厚：１３００ｎｍ（１．３μｍ）
合成後処理：１０分間、水素プラズマ処理後、水素中で冷却
【００３６】
〈電極の成膜形成１〉
次に、電極密着層であるチタンを、薄膜が成膜されていない単結晶基板側の面にスパッタリング法により成膜した。成膜条件は以下のとおりである。
〈チタン成膜条件〉
ターゲット：チタン
ガス流量：アルゴン＝３×１０-5ｍ3／ｍｉｎ（３０ｃｃ／ｍｉｎ）
圧力：１３．３３２２４Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）
基板温度：２００℃
出力：１ｋＷ
時間：５分
チタン膜厚：１００ｎｍ
【００３７】
〈電極の成膜形成２〉
上記〈電極の成膜形成１〉に続き、チタン膜上に電極材料である金を同じくスパッタリング法により成膜した。成膜条件は以下のとおりである。
〈金成膜条件〉
ターゲット：金
ガス流量：アルゴン＝３×１０-5ｍ3／ｍｉｎ（３０ｃｃ／ｍｉｎ）
圧力：１３．３３２２４Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）
基板温度：２００℃
出力：１ｋＷ
時間：１０分
金膜厚：６００ｎｍ
【００３８】
以上のようにして成膜した金／チタン薄膜に対し、ダイヤモンドとチタンとの密着力を高め、良好なオーミック接触をとるために、窒素雰囲気中、６００℃で２時間アニール処理を行った。次に、フォトリソグラフィ及びウェットエッチングにより、金／チタン薄膜を１００μｍ角の形状に加工して、４個の電極を形成した。金のエッチングにはヨウ化水素水溶液を用い、チタンのエッチングにはバッファードフッ酸水溶液を用いた。次いで、電極を形成した基板表面及び相対する基板側面に保護膜としてレジストを塗布し、硬化させた後、薄膜表面に上記と同じ方法で金／チタン薄膜を成膜し、レジストを除去した後、上記と同じ方法でアニール処理を行い、薄膜側の電極を形成した。本実施例では薄膜表面の電極は全面に形成したが、必要に応じてパターニングしてもよい。すなわち、その電極を例えば櫛型や格子型などの形状にすることもできる。
【００３９】
こうしてｐ型ダイヤモンド、ｎ型ダイヤモンド及び電極を形成した２ｍｍ角の基板を高出力ＹＡＧレーザーにより４分割し、約１ｍｍ角の素子を４つ作製した。分割した素子は基板側を上面にしてヒートシンク上に配置した。薄膜上の電極とヒートシンクとは導電性接着剤で接着した。最後にヒートシンクと基板上の電極にアルミ線を接続して素子を形成した。
【００４０】
また、比較例として、前記〈ｎ型ダイヤモンドの形成〉までの工程で得たサンプルを従来方法によって配置した、すなわち前述図１〜２のように薄膜側を上面にしてヒートシンク上に配置した素子を形成した。
【００４１】
〈性能試験１〉
以上のようにして得たダイヤモンド紫外線発光素子について、電流注入による発光スペクトルを測定した。本測定は、両電極間に５０ｍＡの電流を流し、その時の発光強度を測定したものである。図８はその結果を示す図である。図８中、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は発光強度〔任意単位：Arbitrary Unit＝Ａ.Ｕ.）〕であり、実線は実施例の発光素子の発光スペクトル、破線は比較例の発光素子の発光スペクトルを示している。図８のとおり、実施例の発光素子は、比較例の発光素子に比べ、約７倍のピーク強度を示している〔バックグラウンドがともに１６０程度あるので、（２６００−１６０）÷（５００−１６０）≒７倍〕。
【００４２】
〈性能試験２〉
次に、図９は、注入する電流を変化させた時の、実施例の発光素子と比較例の発光素子との発光出力の変化の様子を示している。本測定は、両電極間に電流をその値を変えて流し、各電流値での各発光出力を測定したものである。図９のとおり、１ｍＡから１００ｍＡにわたり、注入電流値により若干の変動はあるものの、いずれの電流値においても、比較例の発光素子に対して、実施例の発光素子の方が高い発光出力を示している。
【００４３】
このように、本発明によれば、高い効率で、紫外光を取り出すことのできるダイヤモンド紫外線発光素子を得ることができる。また、実施例の素子構造と比較例の素子構造から明らかなとおり、本発明の発光素子が、従来のフリップチップ構造に比べて、素子サイズが小さくなり、また薄膜のパターニングが不要で、製造工程が簡略化されるなど両者の差異は明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】赤外線ダイオードや可視光ダイオードとして用いられている典型的な発光素子の積層構造を示す図
【図２】図１に示す構造のうち、ｐｎ接合４、正電極５の部分を拡大して示した図
【図３】フリップチップ構造の概略を示す図
【図４】本発明の発光素子を説明する図
【図５】本発明の発光素子を説明する図
【図６】図４のうち基板２１及びｐｎ接合２４を含む部分を拡大して示した図
【図７】図４のうち基板２１及びｐｎ接合２４を含む部分を拡大して示した図
【図８】実施例及び比較例の紫外線発光素子の発光スペクトルを示す図
【図９】実施例及び比較例の紫外線発光素子について、注入電流を変化させた時の光パワーの変化を示す図
【符号の説明】
【００４５】
１  ｎ型基板
２  ｎ型薄膜
３  ｐ型薄膜
４  ｐｎ接合
５  正電極
６  負電極
７  導電性接着剤、半田またはＡｌバンプ
８  ヒートシンク
９  ワイヤー
１１  サファイア基板
１２  窒化ガリウム系化合物半導体（ｎ型薄膜）
１３  窒化ガリウム系化合物半導体（ｐ型薄膜）
１４  正電極
１５  負電極
１６  導電性材料、半田、またはＡｌバンプ
１７  ヒートシンク
２１  導電性且つ光透過性の基板
２２  ｐ型薄膜
２３  ｎ型薄膜
２４  ｐｎ接合
２５  正電極
２６  負電極
２７  導電性接着剤
２８  ヒートシンク
２９、３０  ワイヤー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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