(57)【要約】      （修正有）【課題】構造が簡素でかつ低コストの白色発光素子を提供する。【解決手段】基板はＳｉ（１００）もしくはＧａＡｓ（１００）面を使用し、その上に水素化窒化炭素薄膜をスパッタ装置およびプラズマＣＶＤ装置によって２層もしくは多層成長し、膜厚増加方向に窒素含有量が増加するように成長させる。窒素含有量が増加するとバンドギャップが広がるので、バンドギャップの狭い下部の水素化窒化炭素からも吸収することなく白色発光を得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧印加によって発光させることを目的とした水素化窒化炭素薄膜を成長するに際し、導体、半導体もしくは絶縁体基板上に、薄膜成長方向に成分濃度が変化するように作製したことを特徴とする水素化窒化炭素薄膜を用いた白色発光素子。
【請求項２】
電圧印加によって発光させることを目的とした水素化窒化炭素薄膜を成長するに際し、導体、半導体もしくは絶縁体基板上に、窒素含有量が少ない水素化窒化炭素薄膜を第一層として成長し、その上に第一層よりも窒素含有量が多い水素化窒化炭素を第二層として成長し、さらにその上に第二層よりも窒素含有量が多い水素化窒化炭素を第三層として成長する、といったように窒素含有量の多い水素化窒化炭素薄膜を多層に成長させたことを特徴とする水素化窒化炭素薄膜を用いた白色発光素子。
【請求項３】
電圧印加によって発光させることを目的とした水素化窒化炭素薄膜を成長するに際し、導体、半導体もしくは絶縁体基板上に、膜厚増加方向に窒素含有量が連続的に増加する水素化窒化炭素を成長させたことを特徴とする水素化窒化炭素薄膜を用いた白色発光素子。
【請求項４】
上記請求項２において、窒素含有量の少ない基板近傍の層はスパッタ装置で成長し、窒素含有量の多い表面近傍の層はプラズマＣＶＤ装置で成長すること、および成長後に熱処理を行う方法によって膜厚増加方向に窒素含有量を次第に増加させることを特徴とする水素化窒化炭素薄膜を用いた白色発光素子の製造方法。
【請求項５】
上記請求項３において、窒素含有量を連続的に変化させるためにアルゴンと窒素の流量比を薄膜成長方向に連続的に変化させる方法、もしくはメタンガスの流量を薄膜成長方向に連続的に変化させる方法によって作製することを特徴とする水素化窒化炭素薄膜を用いた白色発光素子の製造方法。
【請求項６】
上記請求項１において、成長基板としてシリコン、ヒ化ガリウムもしくはガラスを用いることを特徴とする水素化窒化炭素薄膜を用いた白色発光素子の製造方法。
【請求項７】
上記請求項１において、スパッタ装置での成長の材料としてカーボンターゲット、アルゴンガス、窒素ガス、メタンガスを用い、プラズマＣＶＤ装置での成長の材料としてアルゴンガス、窒素ガス、メタンガスを用いることを特徴とする水素化窒化炭素薄膜を用いた白色発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、水素化窒化炭素薄膜を用いた白色発光素子及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  ＧａＮ系半導体を使用した青色発光ダイオード（青色ＬＥＤ）の開発によって、光の三原色であるＲＧＢ（赤緑青）を発光する全てのＬＥＤが揃い、様々な色を実現できる発光素子を作製できるようになった。現在では、青色ＬＥＤにＹＡＧ：Ｃｅ系蛍光体を塗布することによって白色を実現した白色ＬＥＤが携帯電話のバックライトなどに実装されている。白色ＬＥＤは、長寿命、低消費電力、小型・軽量、環境にやさしいなどの利点から蛍光灯に取って代わる次世代の照明器具として活躍の場を広げている。【０００３】  しかし、現在の白色ＬＥＤは青色ＬＥＤにＹＡＧ：Ｃｅ系蛍光体を塗布することによって実現されており、単一素子として白色発光をしていない。青色ＬＥＤは、基板としてサファイア（Ａｌ２Ｏ３）、発光層としてＩｎＧａＮ系半導体が使用されており、サファイアは絶縁体であるため放熱特性が悪く、作製プロセスが複雑になるため高価であるという欠点があった。【０００４】  近年、アモルファス窒化炭素（ａ−ＣＮｘ）はフォトルミネセンス（ＰＬ）論文（１）、カソードルミネセンス（ＣＬ）論文（２）、エレクトロルミネセンス（ＥＬ）論文（３）の光学特性の報告がある。中でもＰＬ発光の論文（１）では、アモルファス窒化炭素を水素化した水素化アモルファス窒化炭素から赤色領域に発光ピークを持つＰＬ発光を確認したと報告しており、その赤色領域の発光は水素基に起因していると考察されている。またＥＬ発光の論文（３）では、ＲＦスパッタ法で作製したアモルファス窒化炭素を発光層として用いたＥＬ発光素子に対し低電圧印加によって暗室で青白ＥＬ発光の確認が報告されている。これらの論文報告から、水素化窒化炭素は新白色発光素子材料として期待できる。
論文（１）Ｈ．Ｋ．Ｊａｎｇ  ｅｔ．ａｌ．，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，Ｖｏｌ．Ａ１７（５）（１９９９）ｐ．２６０７
論文（２）Ｗ．Ｊ．Ｈｓｉｅｈ  ｅｔ．ａｌ．，Ｄｉａｍ．Ｒｅｌａｔ．Ｍａｔｅｒ．，Ｖｏｌ．１４（２００５）ｐ．９３
論文（３）Ｒ．Ｒｅｙｅｓ  ｅｔ．ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．８２（２００３）ｐ．４０１７【０００５】  現在までに窒化炭素を用いた発光素子に関する公開特許は以下に挙げる２件がある。
【特許文献１】特開２００３−２８２２３７号公報
【特許文献２】特開平０９−２２７２９８号公報  特許文献１は、アモルファス窒化炭素膜を、有機ＥＬ素子を保護する目的で使用されており、アモルファス窒化炭素を直接発光素子として使用したものではない。
特許文献２は、窒化炭素の単結晶膜を作製する方法および窒化炭素を発光素子などに応用できると書かれているが、窒化炭素を使用した具体的な発光素子については言及していない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  解決しようとする問題点は、青色ＬＥＤとＹＡＧ：Ｃｅ系蛍光体の２素子によって実現される白色ＬＥＤにおいて、青色ＬＥＤに使用されているサファイア基板が絶縁体であるため放熱特性が悪く、作製プロセスが複雑になることによって高価になってしまう点である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  本発明は、導体、半導体もしくは絶縁体基板上に、膜厚増加方向に窒素含有量が増加する水素化窒化炭素薄膜を成長し、電圧印加によって発光させることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】  本発明の白色発光素子は、単一素子で白色発光を実現できるということ、および製造プロセスの簡素化によってコストを安価にできるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】  以下、実施例を用いて発明の実施の形態を述べる。
【実施例１】
【００１０】  図１に示すように、基板はＳｉ（１００）面１もしくはＧａＡｓ（１００）面１を使用する。まず、基板１上にスパッタ装置もしくはＣＶＤ装置によって水素化窒化炭素薄膜２を成長する。材料は、スパッタ装置であればカーボンターゲットを用い、アルゴンガス、窒素ガス、メタンガスをチャンバー内に流入させ、比較的窒素含有量Ｎ／Ｃが小さくなるように作製する。【００１１】  薄膜２の上にスパッタ装置もしくはＣＶＤ装置によって水素化窒化炭素薄膜３を成長する。薄膜３は、薄膜２よりも窒素含有量Ｎ／Ｃが大きくなるように作製する。窒素含有量を大きくするためには、窒素ガス流量を増加すればよい。この時点で水素化窒化炭素の２層構造となり、そのＰＬ発光スペクトルは例えば図２のようになる。【００１２】  薄膜３の上に順次薄膜４、５を［００１１］の手順に従って作製する。膜厚と窒素含有量Ｎ／ＣおよびバンドギャップＥｇの関係は図１に示すグラフのように階段状になり、膜厚の増加とともにＮ／ＣとＥｇも増加する構造となる。薄膜４までの時点では３層構造、薄膜５までの時点では４層構造となり、そのＰＬ発光スペクトルは例えば図２のようになる。多層にすればするほど短波長側の発光が強くなり、発光スペクトルもブロードになるため演色性も向上する。【００１３】  薄膜５の成長後、薄膜５の上および基板１の下にＡｌ電極６を蒸着し、図１に示すように電圧を印加すれば白色ＥＬ発光を得ることができると考えられる。
【実施例２】
【００１４】  図３に示すように、基板はＳｉ（１００）面１もしくはＧａＡｓ（１００）面１を使用する。基板１上にスパッタ装置もしくはＣＶＤ装置によって水素化窒化炭素薄膜７を成長する。使用する材料はアルゴンガス、窒素ガス、メタンガスである。成長中は、下記［００１５］で示すようにアルゴンガスと窒素ガスの流量比、もしくは下記［００１６］で示すようにメタンガス流量を連続的に変化させ、窒素含有量が膜厚増加方向に連続的に増加する水素化窒化炭素薄膜５を成長させる。薄膜７の上および基板１の下にＡｌ電極４を蒸着し、図３に示すように電圧を印加すれば白色ＥＬ発光を得ることができると考えられる。【００１５】  Ｓｉ（１００）面もしくはＧａＡｓ（１００）面の上にアルゴンガスと窒素ガスの流量比を変化させた水素化窒化炭素薄膜を成長する。メタン０．８ｃｃｍ、アルゴン：窒素＝１：１、およびアルゴン：窒素＝１：３の２種類で成長した場合、１：１の窒素含有量（窒素と炭素の含有比）は０．２７６、１：３の窒素含有量は０．４３９であった。ＰＬ発光スペクトルを図４の「１：１」、「１：３」にそれぞれ示す。アルゴンと窒素の流量比を成長中に連続的に増加させれば、図３のグラフに示すような膜厚増加方向に窒素含有量が増加する水素化窒化炭素薄膜を作製することができる。そのＰＬ発光スペクトルは、例えば図２の４層構造に近いものになる。【００１６】  Ｓｉ（１００）面もしくはＧａＡｓ（１００）面の上にメタンガス流量を変化させた水素化窒化炭素薄膜を成長する。アルゴン：窒素＝１：１で固定し、メタンガス流量を０．６ｃｃｍ、０．８ｃｃｍ．１．０ｃｃｍの３種類で成長した場合、メタン０．６ｃｃｍの窒素含有量は０．２７５、０．８ｃｃｍの窒素含有量は０．２７６、１．０ｃｃｍの窒素含有量は０．１９４であった。ＰＬ発光スペクトルを図５の「０．６ｃｃｍ」、「０．８ｃｃｍ」、「１．０ｃｃｍ」にそれぞれ示す。メタンガス流量を成長中に連続的に減少させれば、図３のグラフに示すような膜厚増加方向に窒素含有量が増加する水素化窒化炭素薄膜を作製することができる。そのＰＬ発光スペクトルは、例えば図２の４層構造に近いものになる。【００１６】  以上述べたように、容易に入手できる炭素や窒素を用いて、ＳｉやＧａＡｓのような安価な材料を使用していることから、構造が簡素でかつ低コストの白色発光素子の作製が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】白色発光素子の構造と電圧印加状態を示した図である。（実施例１）
【図２】実施例１で作製した多層構造水素化窒化炭素薄膜を用いた白色発光素子のＰＬ発光スペクトル図である。
【図３】白色発光素子の構造と電圧印加状態を示した図である。（実施例２）
【図４】ＥＣＲプラズマＣＶＤ法により、アルゴンガスと窒素ガスの流量比を変化させて成長した水素化窒化炭素薄膜のＰＬ発光スペクトル図である。
【図５】ＥＣＲプラズマＣＶＤ法により、メタンガス流量を変化させて成長した水素化窒化炭素薄膜のＰＬ発光スペクトル図である。
【符号の説明】
【００１８】１  Ｓｉ（１００）面もしくはＧａＡｓ（１００）面の基板
２  スパッタ装置もしくはＣＶＤ装置による水素化窒化炭素薄膜（実施例１）
３  スパッタ装置もしくはＣＶＤ装置による水素化窒化炭素薄膜（実施例１）
４  スパッタ装置もしくはＣＶＤ装置による水素化窒化炭素薄膜（実施例１）
５  スパッタ装置もしくはＣＶＤ装置による水素化窒化炭素薄膜（実施例１）
６  Ａｌ電極
７  スパッタ装置もしくはＣＶＤ装置による水素化窒化炭素薄膜（実施例２）
【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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