DE60035747T2

DE60035747T2 - PN-Übergangsdiode aus Diamant und Methode zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE60035747T2
Application number: DE60035747T
Authority: DE
Inventors: Daisuke Tsukuba-shi Takeuchi; Hideyuki Tsukuba-shi Watanbe; Hideyo Tsukuba-shi Okushi; Masataka Tsukuba-shi Hasegawa; Masahiko Tsukuba-shi Ogura; Naoto Tsukuba-shi Kobayashi; Koji Tsukuba-shi Kajimura; Sadanori Yamanaka
Original assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1999-08-31
Filing date: 2000-08-30
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2020-08-31
Also published as: US20030155654A1; IL138173A; JP2001068687A; JP3138705B1; US6727171B2; EP1081747B1; ZA200004518B; EP1081747A1; IL138173A0; DE60035747D1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer pn-Übergangsdiode aus Diamant.
Diamant besitzt sehr gute physikalische und chemische Eigenschaften als Breitbandlückenhalbleiter und kann im Gegensatz zu Silicium (Si), das nur bei Temperaturen unter 200°C verwendet werden kann, bei Temperaturen operieren, die bei 1.000°C liegen. Bei der Anwendung von Diamant mit seinen sehr guten Eigenschaften für elektronische Vorrichtungen werden grundsätzlich ein Halbleiter vom p-Typ und ein Halbleiter vom n-Typ als Basis geformt, wonach eine pn-Übergangsdiode aus Diamant geformt wird.
pn-Übergangsdioden aus Diamant sind aus der EP-A-732784 und der EP-A-445998 bekannt.
Speziell in Bezug auf die Anwendung bei Vorrichtungen muss jedoch eine Technologie entwickelt werden, mit der die elektrische Leitfähigkeit (p-Typ, n-Typ) durch Ionenimplantation gesteuert werden kann und mit der der Halbleiter vom p-Typ sowie der Halbleiter vom n-Typ gekoppelt werden können. Im Vergleich zu Silicium (Si) sind jedoch nahezu keine lebensfähigen Anwendungen, wie ein Ionenimplantationsverfahren, realisiert worden.
Die vorliegende Erfindung wurde zur Lösung dieses Problems vorgeschlagen. Zweck der Erfindung ist es, eine pn-Übergangsdiode aus Diamant sowie ein Herstellverfahren hierfür vorzusehen, die als Basis dienen sollen, um die Anwendung eines Halbleiters aus Diamant als elektronische Vorrichtung durch Verwendung eines Ionenimplantationsverfahrens zu ermöglichen.
Um dieses Ziel zu erreichen, wird die pn-Übergangsdiode aus Diamant gemäß Patentanspruch 1 hergestellt, indem eine Dünnfilmschicht vom p-Typ aus Diamant auf einem Substrat geformt wird und eine nichtdotierte Dünnfilmschicht hoher Qualität aus Diamant auf dieser Dünnfilmschicht vom p-Typ aus Diamant ausgebildet wird, wonach die in der vorstehend beschriebenen Weise geformte Dünnfilmschicht durch Zonenimplantation einer Verunreinigung zu einer Dünnfilmschicht vom n-Typ aus Diamant gemacht wird.
Die vorstehend erwähnte Dünnfilmschicht vom p-Typ aus Diamant umfasst ferner eine Dünnfilmschicht, bei der eine nichtdotierte Dünnfilmschicht hoher Qualität aus Diamant auf einem Substrat ausgebildet wird und diese ausgebildete Dünnfilmschicht aus Diamant mit einer Verunreinigung dotiert wird.
Ferner umfasst die pn-Übergangsdiode aus Diamant eine auf einem Substrat ausgebildete Dünnfilmschicht vom n-Typ aus Diamant und eine auf dieser Dünnfilmschicht vom n-Typ aus Diamant ausgebildete nichtdotierte Dünnfilmschicht hoher Qualität aus Diamant, die dann durch Zonenimplantation einer Verunreinigung zu einer Dünnfilmschicht vom p-Typ aus Diamant auf der ausgebildeten Dünnfilmschicht gemacht wird.
Die vorstehend genannte Dünnfilmschicht vom n-Typ aus Diamant umfasst ferner eine Dünnfilmschicht, bei der eine nichtdotierte Dünnfilmschicht hoher Qualität aus Diamant auf einem Substrat ausgebildet und diese ausgebildete Dünnfilmschicht mit einer Verunreinigung dotiert wird.
Die vorstehend genannte Dünnfilmschicht vom p-Typ umfasst eine Schicht, bei der das Substrat, auf der sie ausgebildet ist, vom p-Typ und eine Dünnfilmschicht vom p-Typ aus Diamant ist, bei der die Lochdichte geringer ist als die Lochdichte im Substrat.
Des weiteren besitzt die vorstehend erwähnte Dünnfilmschicht vom n-Typ eine Schicht, bei der das Substrat, auf der sie ausgebildet ist, vom n-Typ und eine Dünnfilmschicht vom n-Typ aus Diamant ist, bei der die Elektronendichte geringer ist als die Elektronendichte des Substrates.
Ferner besitzt die vorstehend erwähnte nichtdotierte Dünnfilmschicht hoher Qualität aus Diamant eine Schicht einer ausreichend hohen Qualität, die intrinsisches UV-Licht bei Raumtemperatur durch irgendein Erregungsverfahren, wie Elektroneninjektion, emittiert, wenn die Filmdicke mindestens 200 nm beträgt.
Wenn die vorstehend erwähnte Dünnfilmschichtfläche vom p-Typ aus Diamant und Dünnfilmschichtfläche vom n-Typ aus Diamant zur oberen Schicht in einem Laminat werden, wird diese Fläche durch Ionenimplantation zu einer Graphitschicht mit niedrigem Widerstand gemacht und eine Elektrode auf dieser Graphitschicht mit niedrigem Widerstand ausgebildet.
Das Herstellverfahren der vorliegenden Erfindung gemäß Patentanspruch 1 für die pn-Übergangsdiode aus Diamant stellt eine pn-Übergangsdiode aus Diamant her, indem eine Dünnfilmschicht vom p-Typ aus Diamant auf dem vorstehend beschriebenen Substrat ausgebildet wird, eine nichtdotierte Dünnfilmschicht hoher Qualität aus Diamant auf der ausgebildeten Dünnfilmschicht aus Diamant geformt wird und diese geformte Dünnfilmschicht aus Diamant durch Ionenimplantation einer Verunreinigung zu einer Dünnfilmschicht vom n-Typ aus Diamant gemacht wird.
Das Herstellverfahren dieser Erfindung gemäß Patentanspruch 1 für die pn-Übergangsdiode aus Diamant stellt eine pn-Übergangsdiode aus Diamant her, indem eine Dünnfilmschicht vom n-Typ aus Diamant auf dem vorstehend beschriebenen Substrat ausgebildet wird, eine nichtdotierte Dünnfilmschicht hoher Qualität aus Diamant auf der ausgebildeten Dünnfilmschicht aus Diamant geformt wird und diese geformte Dünnfilmschicht aus Diamant durch Ionenimplantation einer Verunreinigung zu einer Dünnfilmschicht vom p-Typ aus Diamant gemacht wird.
Bei dem vorstehend beschriebenen Herstellverfahren für die pn-Übergangsdiode aus Diamant umfasst die vorstehend be schriebene nichtdotierte Dünnfilmschicht hoher Qualität aus Diamant eine Dünnfilmschicht einer ausreichend hohen Qualität, um intrinsisches UV-Licht bei Raumtemperatur über irgendein Erregungsverfahren, wie Elektroneninjektion, zu emittieren, wenn ihre Filmdicke mindestens 200 nm beträgt.
Wie vorstehend beschrieben, ist es mit Hilfe der pn-Übergangsdiode aus Diamant, die gemäß der Erfindung hergestellt wurde, möglich, auf zuverlässige Weise die elektrische Leitfähigkeit von Diamant durch Ionenimplantation zu steuern, was in den meisten Fällen des Standes der Technik nicht realisiert wurde, indem eine Verunreinigung auf einer nichtdotierten Dünnfilmschicht hoher Qualität aus Diamant durch Ionenimplantation erzeugt wird. Da es möglich war, Dünnfilmschichten aus Diamant, die eine prägnante Charakteristik vom p-Typ und n-Typ zeigen, durch Steuerung der elektrischen Leitfähigkeit zu vereinigen, können auf zuverlässige Weise pn-Übergangsdioden aus Diamant hergestellt werden, die beim Stand der Technik nicht realisiert werden konnten.
Die obigen und andere Ziele und Merkmale der Erfindung werden deutlich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen. Hiervon zeigen:
1 eine schematische Darstellung der Mikrowellenplasma-CVD-Vorrichtung, die bei der Herstellung der pn-Übergangsdiode aus Diamant dieser Erfindung Verwendung findet;
2 ein Diagramm, das das CL-Spektrum im UV- Lichtbereich einer Diamant-Dünnfilmschicht zeigt, die mit niedrigen und normalen Methangaskonzentrationen hergestellt wurde;
3 eine Darstellung der ersten Ausführungsform des Herstellverfahrens der pn-Übergangsdiode aus Diamant der vorliegenden Erfindung;
4 ein Diagramm der Ergebnisse von Lochmessungen eines Dünnfilmes vom p-Typ aus Diamant, der unter den gleichen Bedingungen hergestellt wurde wie die Dünnfilmschicht vom p-Typ aus Diamant der ersten Ausführungsform;
5 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Menge der Innenimplantation und dem spezifischen elektrischen Widerstand eines Dünnfilmes vom n-Typ aus Diamant zeigt, der unter den gleichen Bedingungen wie die Dünnfilmschicht vom n-Typ aus Diamant der ersten Ausführungsform hergestellt wurde;
6 ein Diagramm, das die Strom-Spannungs-Charakteristik einer pn-Übergangsdiode aus Diamant zeigt, die gemäß dem Herstellverfahren der ersten Ausführungsform hergestellt wurde;
7 ein Diagramm, das die Kapazitäts-Spannungs-Charakteristik einer pn-Übergangsdiode aus Diamant zeigt, die gemäß dem Herstellverfah ren der ersten Ausführungsform hergestellt wurde;
8 eine Darstellung der zweiten Ausführungsform des Herstellverfahrens der pn-Übergangsdiode aus Diamant der vorliegenden Erfindung;
9 eine Darstellung der dritten Ausführungsform des Herstellverfahrens der pn-Übergangsdiode aus Diamant der vorliegenden Erfindung;
10 eine Darstellung der vierten Ausführungsform des Herstellverfahrens der pn-Übergangsdiode aus Diamant der vorliegenden Erfindung; und
11 eine Darstellung der fünften Ausführungsform des Herstellvefahrens der pn-Übergangsdiode aus Diamant der vorliegenden Erfindung.
1 ist eine schematische Darstellung, die die Ausbildung einer Mikrowellenplasma-CVD-Vorrichtung zeigt, die bei der Herstellung der pn-Übergangsdiode aus Diamant dieser Erfindung Verwendung findet. Die in der Figur dargestellte Mikrowellenplasma-CVD-Vorrichtung 100 ist von einem Endtyp, bei dem die Mikrowellen aus der normalen Richtung in ein Substrat 11 eindringen und eine Mikrowellenquelle 1 eine 2,45 GHz-Mikrowelle erzeugt sowie eine maximale Leistung von 1,5 kW besitzt. Deren Leistung kann in der erforderlichen Weise eingestellt werden. Die letzte Stufe der Mikrowellenquelle 1 besitzt einen Zirkulator 2 und eine Leerlast 3, wodurch die reflektierten Wellen der von der Mikrowel lenquelle 1 emittierten Mikrowellen, die reflektiert werden und zu einem Wellenleiter 12 zurückkehren, als Wasserlast wärmeabsorbiert werden, um zu verhindern, dass reflektierte Wellen irgendwelche nachteilige Effekte auf den Oszillator der Mikrowellenquelle 1 haben. Ferner ist ein Tuner 4 in der letzten Stufe des Zirkulators 2 angeordnet, um unter Verwendung von drei Stäben eine Einstellung der Impedanz des Wellenleiters 12 zu ermöglichen und die Reflexion der Mikrowellen zu unterdrücken, so dass die gesamte injizierte Energie im Plasma verbraucht wird. Des weiteren ist die letzte Stufe des Tuners 4 mit einem Applikator 5 versehen, der eine Antenne besitzt, die in den Wellenleiter vorsteht und die sich durch den Wellenleiter 12 fortpflanzenden TE10-Mode-Mikrowellen in konzentrische TM01-Mode-Mikrowellen umwandelt. Durch die Umwandlung der Mikrowellen in TM01-Mode-Mikrowellen werden diese an einen zylindrischen Reaktor 13 angepasst, so dass ein stabiles Plasma erhalten werden kann.
Das Quellengas ist ein vermischtes Gas, das Methangas als Kohlenstoffquelle, Wasserstoffgas und ein Verunreinigungsdotierungsgas, das in der erforderlichen Weise zugeführt wird, umfasst, wobei diese Gase von ihren entsprechenden Gaszylindern 15 durch ein Reduzierventil (nicht gezeigt) und einen Massenstromregler dem Reaktor 13 von einem Gasinjektionsrohr 6 zugeführt werden. Ein Massenstromregler 16 für das Methangas ist ein solcher mit hoher Präzision, um ein Mischungsverhältnis von weniger als 0,5 % sicherzustellen (Verhältnis zwischen Methangas und Wasserstoffgas).
Eine Prozesspumpe findet Verwendung, um Gas während des CVD-Diamantsyntheseprozesses abzuführen und eine extrem reine Vakuumumgebung im Reaktor 13 während der Diamantsynthese durch Plasma-CVD aufrechtzuerhalten. Eine Turbopumpe 7 findet Verwendung, um im voraus ein hohes Vakuum zu erzielen, wonach eine Rotationspumpe 17 eingesetzt wird, um während der Synthese abzupumpen, und eine Hochfrequenzheizeinrichtung eingesetzt wird, um die Temperatur des Substrates 11 zu steuern. Eine Probenaustauschtür 14 wird geöffnet, und das Substrat 11 wird an einer vorgegebenen Stelle im Reaktor 13 angeordnet.
Die Diamant-Dünnfilmschicht wird in der vorstehend beschriebenen Mikrowellenplasma-CVD-Vorrichtung mit einer geringen Konzentration an Methangas hergestellt, und die Filmqualität der hergestellten Diamantdünnfilmschicht wurde durch Kathodenlumineszenz (CL) ausgewertet.
2 ist ein Diagramm, das die CL-Spektren im UV-Lichtbereich für Diamantdünnfilmschichten zeigt, die mit niedrigen und normalen Konzentrationen von Methangas hergestellt wurden, d.h. die Emissionsintensität der durch die Bestrahlung mit Elektronenstrahlen erregten Diamantdünnfilmschichten. In der Figur ist mit (a) das CL-Spektrum einer Diamantdünnfilmschicht bezeichnet, die über 42 h bei einer Methangaskonzentration von 0,025 %, einer Substrattemperatur von 800°C, einem Druck von 25 Torr und einer Mikrowellenleistung von 750 W synthetisiert wurde, während mit (b) das Spektrum einer Diamantdünnfilmschicht bezeichnet ist, die 6 h lang unter den gleichen Bedingungen mit Ausnahme einer Methangaskonzentration von 6,0 % synthetisiert wurde.
Bei der Diamantdünnfilmschicht (a) ist die CL-Stärke erkennbar hoch bei einer Wellenlänge von 235 nm. Die Lumineszenz bei dieser Wellenlänge von 235 nm ist eine 5,27 eV-UV-Lumineszenz, die aus einer freien Exciton-Rekombination des Diamantes resultiert. Mit anderen Worten, die Diamantdünnfilmschicht (a) demonstriert eine beträchtliche Bandkantenlumineszenz, die für Diamant bei Raumtemperatur spezifisch ist. Andererseits enthält die Diamantdünnfilmschicht (b) Verunreinigungen, Defekte etc. im Film, die das Auftreten eines Rekombinationszentrums bewirken, das Lumineszenz in der Bandlücke verhindert, so dass daher nahezu keine Bandkantenlumineszenz erhalten wird. Angesichts dieses Ergebnisses wurde festgestellt, dass eine Diamantdünnfilmschicht, die mit einer niedrigen Methangaskonzentration hergestellt wurde, zu einer extrem guten Filmstruktur (mit hoher Qualität) führt. Es gibt Berichte über eine Bandkantenlumineszenz von dieser Art von Diamantdünnfilm bei Temperaturen unter der von flüssigem Stickstoff. Soweit den Erfindern bekannt, ist dies jedoch die erste Beobachtung, die bei Raumtemperatur durchgeführt wurde (Applied Physical Letters, Band 73, Nr. 7, Seiten 981–983 (1998)).
Die bei dieser Erfindung verwendete Diamantdünnfilmschicht besitzt eine ausreichend hohe Qualität, um UV-Licht bei Raumtemperatur durch Erregung mit Elektronenstrahlen zu emittieren. Wenn jedoch die Filmdicke gering ist, d.h. geringer als 200 nm, kann UV-Licht bei Raumtemperatur nicht beobachtet werden, selbst wenn die Diamantdünnfilmschicht die gleiche hohe Qualität besitzt und mit Elektronenstrahlen erregt wird. Diese Erfindung umfasst jedoch auch Diamantdünnfilmschichten in hoher Qualität, bei denen keine UV-Licht-Emission bei Raumtemperatur beobachtet wird, da die Filmdicke zu gering ist.
3 ist eine Darstellung, die die erste Ausführungsform des Herstellprozesses der pn-Übergangsdiode aus Diamant dieser Erfindung zeigt. Die pn-Übergangsdiode 20 aus Diamant dieser Erfindung wird durch das nachfolgende Verfahren unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Mikrowellenplasma-CVD-Vorrichtung hergestellt. Die auf dem Substrat 11 ausgebildeten Diamantdünnfilmschichten 21 und 22i werden beide unter einer geringen Methangaskonzentration im Reaktor 13, in dem eine extrem reine Vakuumumgebung aufrechterhalten wird, synthetisiert und besitzen eine ausreichend hohe Qualität, so dass sie UV-Licht bei Raumtemperatur durch Erregung mit Elektronenstrahlen emittieren, wenn ihre Filmdicke größer ist als 200 nm.
Zuerst wird in Schritt (1) das Substrat 11 im Reaktor 13 angeordnet. Dieses Substrat 11 ist beispielsweise ein Diamant-Ib(001)-Isolationssubstrat, das unter hoher Temperatur und Druck künstlich synthetisiert wurde (3(a)).
Als nächstes wird in Schritt (2) eine bordotierte Diamantdünnfilmschicht 21 vom p-Typ auf dem Substrat 11 über ein CVD-Verfahren unter Verwendung von Trimethylbor als Borquelle synthetisiert (3(b)).
In Schritt (3) wird eine Diamantdünnfilmschicht 21 vom p-Typ teilweise durch eine Maske 30 abgedeckt, wonach eine nichtdotierte Diamantdünnfilmschicht 22i hoher Qualität auf der Diamantdünnfilmschicht 21 vom p-Typ und der Maske 30 synthetisiert wird (3(c)). Als Beispiel für die Synthese der obigen Diamantdünnfilmschicht 22i können eine Substrattemperatur von 800°C, ein Druck von 25 Torr, eine Mikrowellenleistung von 750 W, eine Methangaskonzentration von 0,025 % und eine Synthesezeit von 42 h Verwendung finden.
In Schritt (4) wird die Maske (30) entfernt sowie die nichtdotierte Diamantdünnfilmschicht 22i auf der Maske entfernt, um die Diamantdünnfilmschicht 21 vom p-Typ freizulegen (3(d)).
In Schritt (5) wird das Substrat 11 vom Reaktor 13 entfernt. Dann wird durch Mehrfachionenimplantation der mittlere Teil der nichtdotierten Diamantdünnfilmschicht 22i mit Schwefel (S) implantiert, bis die Implantation die Grenze mit der Diamantdünnfilmschicht 21 vom p-Typ erreicht, während der Umfang unberührt gelassen wird. Auf diese Weise wird eine Diamantdünnfilmschicht 22 vom n-Typ geformt.
Bei einem Beispiel der vorstehend beschriebenen Schwefelionenimplantation beträgt die Probentemperatur 400°C und wird die Diamantdünnfilmschicht 22 mit Schwefelionen unter den in der nachfolgenden Tabelle 1 aufgeführten Ionenimplantationsbedingungen implantiert, so dass die Schwefelionenkonzentration einen Wert von 1 × 10²⁰/cm³ bei einer Tiefe von 30 nm bis 270 nm erreicht. Tabelle 1

Energie (keV) Dosis (10¹⁴/cm²)

62 1,3

75 1,3

100 2,4

150 3,0

200 2,7

250 3,6

300 1,7

350 4,6

400 4,5

Insgesamt 2,5 × 10¹⁵/cm²
Auf diese Weise wird ein pn-Übergang zwischen dieser Schicht und der darunter angeordneten Diamantdünnfilmschicht 21 vom p-Typ ausgebildet, so dass eine pn-Übergangsdiode 20 aus Diamant auf dem Substrat 11 gebildet wird. Ferner wird eine Graphitschicht mit geringem Widerstand durch Graphitumwandlung der obersten Fläche der Diamantdünnfilmschicht 22 vom n-Typ bis zu einer Tiefe von etwa 30 nm durch Argonionenimplantation bei 40 keV in einer Dosis von 1 × 10¹⁶/cm^–2 geformt (3(e)).
In Schritt (6) wird eine aus Ti geformte Elektrode 27 auf der Oberfläche der Graphitschicht mit geringem Widerstand, die auf der obersten Fläche der Diamantdünnfilmschicht 22 vom n-Typ ausgebildet ist, abgeschieden, und eine aus Ti geformte Eleketrode 28 wird auf der Oberfläche der freiliegenden Diamantdünnfilmschicht 21 vom p-Typ abgeschieden, um einen ohmschen Kontakt zu erhalten (3(f)). Diese Elektroden 27, 28 werden durch die Ablagerung von Pt, Au etc. hierauf beschichtet, um eine Oxidation zu verhindern und ihren Wärmewiderstand zu verbessern. Mit Hilfe dieser Elektroden 27, 28 fließt elektrischer Strom von der Elektrode 28 durch die Diamantdünnfilmschicht 21 vom p-Typ, die Diamantdünnfilmschicht 22 vom n-Typ und die Graphitschicht mit geringem Widerstand zur Elektrode 27.
Bei der in der vorstehend beschriebenen Weise ausgebildeten pn-Übergangsdiode 20 aus Diamant werden die Auswertung der Eigenschaften der Diamantdünnfilmschicht 21 vom p-Typ anhand von 4, die Auswertung der Eigenschaften der Diamantdünnfilmschicht 22 vom n-Typ anhand von 5 und die Auswertung der Eigenschaften der pn-Übergangsdiode 20 aus Diamant selbst anhand der 6 und 7 erläutert.
4 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse einer Hall-Messung eines Diamantdünnfilmes vom p-Typ zeigt, der unter den gleichen Bedingungen wie die vorstehend beschriebene Diamantdünnfilmschicht 21 vom p-Typ hergestellt wurde. Wie im Diagramm dargestellt, überschreitet in einem Diamantdünnfilm vom p-Typ mit einer Lochkonzentration von 2 × 10¹⁴ cm^–3 und einem spezifischen elektrischen Widerstand von 15 Ωcm die Lochmobilität 1.800 cm²/Vs bei Raumtemperatur und 3.000 cm²/Vs bei einer geringen Temperatur von 170 K. Dies ist eine Anzeige für die Hochleistungsdiamantdünnfilmschicht vom p-Typ, die durch Bordotierung eines Diamant dünnfilmes mit hoher Qualität unter Begleitung der in 2 gezeigten Exciton-Lumineszenz erzielt werden konnte.
5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Konduktanz (dem spezifischen elektrischen Widerstand) und der Menge der Ionenimplantation in einem Diamantdünnfilm vom n-Typ, der unter den gleichen Bedingungen wie die vorstehend beschriebene Diamantdünnfilmschicht 22 vom n-Typ hergestellt wurde, zeigt. Aus dieser Figur kann man entnehmen, dass bei der Ionenimplantation von Schwefel auf der nichtdotierten Diamantdünnfilmschicht 22i der Widerstand der nichtdotierten Diamantdünnfilmschicht 22i abnimmt, wenn die Menge der Ionenimplantation erhöht wird, so dass es auf diese Weise möglich ist, die Leitfähigkeit durch die Menge der Ionenimplantation zu steuern.
6 ist ein Diagramm, das die Strom-Spannungs-Charakteristik der pn-Übergangsdiode 20 aus Diamant zeigt. In dem Bereich, in dem die Spannung im Diagramm positiv ist, wird die Elektrode 28 auf der p-Seite positiv gehalten und die Elektrode 27 auf der n-Seite negativ gehalten, wobei der elektrische Strom in Vorwärtsrichtung fließt. In dem Bereich im Diagramm, in dem die Spannung negativ ist, wird die Elektrode 28 auf der p-Seite negativ gehalten und die Elektrode 27 auf der n-Seite negativ gehalten, wobei der elektrische Strom in umgekehrter Richtung fließt und unterbrochen wird. Mit anderen Worten, die pn-Übergangsdiode 20 aus Diamant zeigt eine deutliche Gleichrichtungswirkung, wobei in Vorwärtsrichtung ein Strom fließt, der nahezu an den durch den Bahnwiderstand des Diamant bestimmten Stromwert angepasst ist, und das Gate in einen offenen Zustand gelangt, während in umgekehrter Richtung ein Widerstand, der höher ist als der Bahnwiderstand, durch die im pn-Übergang erzeugte Verarmungsschicht gebildet wird und das Gate in einen geschlossenen Zustand gelangt. Soweit den Erfindern bekannt ist, ist dies das erste Mal, dass es jemandem gelungen ist, einen pn-Übergang zu erhalten, um diese Art einer signifikanten Gleichrichtungscharakteristik unter Verwendung eines synthetischen CVD-Diamanten und eines Ionenimplantationsverfahrens zu demonstrieren.
7 ist ein Diagramm, das die Kapazitäts-Spannungs-Charakteristik der pn-Übergangsdiode 20 aus Diamant zeigt. In dem Bereich des Diagramms, in dem die Spannung negativ ist, wird die Elektrode 28 auf der p-Seite negativ und die Elektrode 27 auf der n-Seite positiv gehalten, wobei die Richtung umgekehrt wird und eine Kapazität durch die im pn-Übergang erzeugte Verarmungsschicht erzielt wird. Wenn der Absolutwert der Spannung mit umgekehrter Richtung kleiner wird, wird die Verarmungsschicht kleiner und nimmt die Kapazität zu. Dieses Beispiel demonstriert direkt, dass eine pn-Übergangsdiode erhalten wurde.
Bei der durch den in der ersten Ausführungsform beschriebenen Herstellprozess erhaltenen pn-Übergangsdiode 20 aus Diamant wird die Elektrode 28 direkt auf der Diamantdünnfilmschicht 21 vom p-Typ und nicht über ein Substrat ausgebildet, so dass daher ein guter elektrischer Kontakt aufrechterhalten werden kann. Da ferner die Elektrode 27 auf einer Graphitschicht mit geringem Widerstand ausgebildet wird, kann ein guter ohmscher Kontakt mit der Elektrode 27 aufrechterhalten werden. Da darüber hinaus die Elektroden 27, 28 auf der Laminationsfläche auf dem Substrat 11 ausgebildet werden und keine Elektroden auf der Rückseite des Substrates 11 ausgebildet werden, muss das Substrat 11 nicht aus einem leitenden Material hergestellt werden, so dass es möglich ist, ein Material aus einem größeren Bereich von Materialien auszuwählen, das optimal an die auf dem Substrat ausgebildete Diamantdünnfilmschicht angepasst ist. Da die nichtdotierte Diamantdünnfilmschicht 22i auf dem Umfang der Diamantdünnfilmschicht 22 vom n-Typ verbleibt, erstreckt sich die pn-Übergangsfläche nicht bis zur Umfangsfläche, so dass sichergestellt wird, dass alle Leckströme von der Übergangsfläche, wenn Strom zwischen den Elektroden 27, 28 fließt, von der nichtdotierten Diamantdünnfilmschicht 22i gestoppt werden und die elektrische Effizienz verbessert wird. Beschränkungen in Bezug auf die Anordnung der Elektroden werden ebenfalls vermieden, so dass die Konstruktionsfreiheit verbessert wird und ein optimales Design in der elektronischen Vorrichtung erreicht werden kann.
Bei der vorstehenden Erläuterung wurde die Elektrode 28 direkt auf der Oberfläche der Diamantdünnfilmschicht 21 vom p-Typ ausgebildet. Wie im Fall der Diamantdünnfilmschicht 22 vom n-Typ kann jedoch auch eine Graphitschicht mit geringem Widerstand auf dieser Diamantdünnfilmschicht 21 vom p-Typ ausgebildet werden, und die Elektrode 28 kann auf dieser Graphitschicht mit geringem Widerstand geformt werden. Dies ermöglicht die Verwirklichung eines besseren ohmschen Kontaktes mit der Elektrode 28.
8 ist eine Darstellung, die die zweite Ausführungsform des Herstellprozesses der pn-Übergangsdiode aus Dia mant dieser Erfindung zeigt. Bei dem Herstellprozess dieser zweiten Ausführungsform entsprechen Schritt (11) (8(a) und Schritt (12) (8(b)) den Schritten (1) und (2) der ersten Ausführungsform, so dass daher der Prozess von Schritt (13) an erläutert wird.
In Schritt (13) wird die nichtdotierte Diamantdünnfilmschicht 22i über der gesamten Diamantdünnfilmschicht 21 vom p-Typ synthetisiert. Die Synthesebedingungen sind dabei die gleichen wie bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren (8(c)).
In Schritt (14) wird ein Bereich der nichtdotierten Diamantdünnfilmschicht 22i, der von der Mitte in Richtung auf eine Seite bis zur obersten Fläche versetzt ist, mit Schwefelionen implantiert, während der Umfang der nichtdotierten Diamantdünnfilmschicht 22i alleingelassen wird (8(d)). Diese Innenimplantation bis zur obersten Fläche kann im Prinzip erreicht werden, indem die Beschleunigungsspannung auf ein niedriges Niveau gedrückt wird. Durch die Schwefelionenimplantation wird die gesamte nichtdotierte Diamantdünnfilmschicht 22i zu einer Diamantdünnfilmschicht 22 vom n-Typ und bildet einen pn-Übergang zwischen dieser Schicht 22 und der darunter befindlichen Diamantdünnfilmschicht 21 vom p-Typ (8(d)). Die Implantation der Schwefelionen wurde gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren durchgeführt. Durch diese Schwefelionenimplantation wird ferner eine geeignete ohmsche Charakteristik in der obersten Fläche der Diamantdünnfilmschicht 22 vom n-Typ aufrechterhalten.
In Schritt (15) wird ein Bereich der verbleibenden Diamantdünnfilmschicht 22i, der gegenüber der Mitte in Richtung auf die gegenüberliegende Seite versetzt ist, einer Innenimplantation mit Kohlenstoff, Schwefel, Argon, Xenon etc. unterzogen, um die nichtdotierte Diamantdünnfilmschicht 22i in eine Graphitschicht 26 mit geringem Widerstand zu verändern und einen ohmschen Kontakt zwischen dieser Schicht und der darunter befindlichen Diamantdünnfilmschicht 21 vom p-Typ zu erhalten (8(e)).
In Schritt (16) werden die aus Ti hergestellten Elektroden 27, 28 auf den entsprechenden Flächen der Diamantdünnfilmschicht 22 vom n-Typ und der Graphitschicht 26 mit geringem Widerstand abgeschieden, um einen ohmschen Kontakt zu erhalten (8(f)). Mit Hilfe dieser Elektroden 27, 28 fließt Strom von der Elektrode 28 durch die Graphitschicht 26 mit geringem Widerstand, die Diamantdünnfilmschicht 21 vom p-Typ und die Diamantdünnfilmschicht 22 vom n-Typ zur Elektrode 27.
Beim Herstellprozess dieser zweiten Ausführungsform wird wie bei der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform die Elektrode 28 auf der Diamantdünnfilmschicht 21 vom p-Typ und nicht über das Substrat ausgebildet, so dass es möglich ist, einen guten elektrischen Kontakt aufrechtzuerhalten. Da ferner die Elektrode 28 auf der Graphitschicht 26 mit geringem Widerstand ausgebildet wird, ist es möglich, einen noch besseren ohmschen Kontakt mit der Elektrode 28 aufrechtzuerhalten. Da die Elektroden 27, 28 auf der laminierten Oberfläche des Substrates 11 ausgebildet werden und keine Elektroden auf der Rückseite des Substrates 11 vorhanden sind, muss das Substrat 11 nicht leitend sein, so dass es möglich ist, ein Material aus einem größeren Bereich an Materialien auszuwählen, das optimal an die auf dem Substrat ausgebildete Diamantdünnfilmschicht angepasst ist. Da die nichtdotierte Diamantdünnfilmschicht 22i auf dem Umfang der Diamantdünnfilmschicht 22 vom n-Typ verbleibt, erstreckt sich die pn-Übergangsfläche nicht bis zur Umfangsfläche, so dass sichergestellt wird, dass sämtliche Leckströme von der Übergangsfläche, wenn Strom zwischen den Elektroden 27, 28 fließt, von der nichtdotierten Diamantdünnfilmschicht 22i gestoppt werden und die elektrische Effizienz verbessert wird. Auch werden Beschränkungen in Bezug auf die Anordnung der Elektroden vermieden, so dass die Konstruktionsfreiheit verbessert wird und ein optimales Design in der elektronischen Vorrichtung erzielt werden kann.
9 ist eine Darstellung, die die dritte Ausführungsform des Herstellprozesses der pn-Übergangsdiode aus Diamant dieser Erfindung zeigt. Beim Herstellprozess dieser dritten Ausführungsform entsprechen Schritt (21) (9(a)), Schritt (22) (9(b)) und Schritt (23) (9(c)) den Schritten (11) bis (13) der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform, so dass daher der Prozess ab Schritt (24) beschrieben wird. Bei der vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsform wurde ein Isolationsmaterial als Substrat 11 verwendet. Bei der dritten bis fünften Ausführungsform findet jedoch ein leitendes Substrat vom p-Typ Verwendung, das mit Bor bis zu einer hohen Konzentration dotiert wurde, und es wird eine Elektrode auf der Rückseite des leitenden Substrates vorgesehen, um eine sandwichartige pn-Übergangsdiode mit Elektroden auf beiden Seiten auszubilden.
In Schritt (24) findet ein Ionenimplantationsverfahren Verwendung, um Schwefel (S) auf der nichtdotierten Diamantdünnfilmschicht 22i durch Mehrfachionenimplantation zu implantieren, bis dieser die Grenzfläche mit der Diamantdünnfilmschicht 21 vom p-Typ erreicht. Auf diese Weise wird die Diamantdünnfilmschicht 22 vom n-Typ ausgebildet und der pn-Übergang 20 aus Diamant auf dem Substrat 11 hergestellt (9(d)). In diesem Stadium verbleibt die nichtdotierte Diamantdünnfilmschicht 22i als flache Isolationsschicht auf der Oberfläche der Diamantdünnfilmschicht 22 vom n-Typ.
In Schritt (25) wird die nichtdotierte Diamantdünnfilmschicht 22i, die als Dünnschicht auf der Oberfläche verbleibt, mit Kohlenstoff, Schwefel, Argon, Xenon etc. ionenimplantiert, um die Graphitschicht 23 mit geringem Widerstand auszubilden und auf diese Weise einen ohmschen Kontakt mit der Diamantdünnfilmschicht 22 vom n-Typ zu erzielen (9(e)).
In Schritt (26) werden aus Titan (Ti) hergestellte Elektroden 24, 25 auf der Rückseite des Substrates 11 und der Oberfläche einer Graphitschicht 23 mit geringem Widerstand abgeschieden, um einen ohmschen Kontakt zu erhalten (9(f)).
10 ist eine Darstellung, die die vierte Ausführungsform des Herstellprozesses der pn-Übergangsdiode aus Diamant dieser Erfindung zeigt. Bei dem Herstellprozess dieser vierten Ausführungsform entsprechen Schritt (31) (10(a)), Schritt (32) (10(b)) und Schritt (33) (10(c)) den Schritten (11) bis (13) der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform, so dass daher der Prozess von Schritt (34) an erläutert wird.
In Schritt (34) wird die Schwefelionenimplantation der nichtdotierten Diamantdünnfilmschicht 22i bis zur obersten Fläche der nichtdotierten Diamantdünnfilmschicht 22i durchgeführt (10(d)). Die Innenimplantation der obersten Fläche kann im Prinzip dadurch erreicht werden, dass die Beschleunigungsspannung unterdrückt wird. Mit Hilfe dieser Schwefelionenimplantation wird die gesamte nichtdotierte Diamantdünnfilmschicht 22i zu einer Diamantdünnfilmschicht 22 vom n-Typ, die einen pn-Übergang mit der darunter befindlichen Diamantdünnfilmschicht 21 vom p-Typ bildet. Ferner wird eine geeignete ohmsche Charakteristik in der obersten Fläche aufrechterhalten.
In Schritt (35) werden wie bei der dritten Ausführungsform die aus Ti bestehenden Elektroden 24, 25 auf der Rückseite des Substrates 11 und auf der Oberfläche der Diamantdünnfilmschicht 22 vom n-Typ abgeschieden (10(e)).
Wie vorstehend erläutert, kann bei dem Herstellprozess der vierten Ausführungsform der Prozess, bei dem eine Graphitschicht mit geringem Widerstand durch Implantation von Kohlenstoff, Schwefel, Argon, Xenon etc. geformt wird, in der dritten Ausführungsform (Schritt (25) in der dritten Ausführungsform) weggelassen werden, so dass daher der Herstellprozess vereinfacht werden kann.
11 ist eine Darstellung der fünften Ausführungsform des Herstellprozesses der pn-Übergangsdiode aus Diamant dieser Erfindung. Bei dem Herstellprozess dieser fünften Ausführungsform entsprechen Schritt (41) (11(a)), Schritt (42) (11(b)) und Schritt (43) (11(c)) den Schritten (11) bis (13) der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform, so dass daher der Prozess ab Schritt (44) erläutert wird.
In Schritt (44) wird der mittlere Teil der nichtdotierten Diamantdünnfilmschicht 22i mit Schwefelionen implantiert, während der Umfang der nichtdotierten Diamantdünnfilmschicht 22i unberührt gelassen wird, so dass eine Diamantdünnfilmschicht 22 vom n-Typ im mittleren Bereich und ein pn-Übergang mit der darunter befindlichen Diamantdünnfilmschicht 21 vom p-Typ ausgebildet werden (11(d)). Die nichtdotierte Diamantdünnfilmschicht 22i wird im Umfangsbereich belassen. Eine geeignete ohmsche Charakteristik wird in der obersten Fläche der Diamantdünnfilmschicht 22 vom n-Typ aufrechterhalten.
In Schritt (45) werden die aus Ti hergestellten Elektroden 24, 25 auf der Rückseite des Substrates 11 und der Oberfläche der Diamantdünnfilmschicht 22 vom n-Typ abgeschieden, um einen ohmschen Kontakt zu erhalten (11(e)).
Wie vorstehend beschrieben, wird bei dem Herstellprozess der fünften Ausführungsform die nichtdotierte Diamantdünnfilmschicht 22i auf dem Umfang der Diamantdünnfilmschicht 22 vom n-Typ belassen, wie bei der vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsform, so dass sich die pn-Übergangsfläche nicht bis zur Umfangsfläche erstreckt. Daher wird jegliche Stromleckage von der Übergangsfläche, wenn Strom zwischen den Elektroden 24, 25 fließt, vollständig durch die nichtdotierte Diamantdünnfilmschicht 22i gestoppt, wodurch die elektrische Effizienz weiter verbessert wird.
Bei den vorstehend beschriebenen Herstellprozessen der dritten bis fünften Ausführungsform wurde ein mit Bor bis zu einer hohen Konzentration dotiertes p-Substrat als Substrat 11 verwendet. In diesem Fall wird jedoch die Lochkonzentration der Diamantdünnfilmschicht 21 vom p-Typ, die auf dem Substrat 11 ausgebildet wurde, geringer eingestellt als die Lochkonzentration des Substrates 11, so dass Strom rasch von der Elektrode 24 auf der Substratseite bis zur Elektrode 25 auf der Seite der Graphitschicht 23 mit geringem Widerstand fließen kann.
Als Ergebnis der Messung der Strom-Spannungs-Charakteristik und der Kapazitäts-Spannungs-Charakteristik beim Fließen von Strom zwischen den Elektroden der pn-Übergangsdioden 20 aus Diamant, die nach den Herstellprozessen der vorstehend beschriebenen zweiten bis fünften Ausführungsform ausgebildet wurden, wurde bestätigt, dass ein pn-Übergang auf zuverlässige Weise in sämtlichen pn-Übergangsdioden 20 aus Diamant der zweiten bis fünften Ausführungsform ausgebildet wurde.
Bei jedem der vorstehend beschriebenen Herstellprozesse der ersten bis fünften Ausführungsform wurde die Diamantdünn filmschicht 21 vom p-Typ auf dem Substrat 11 unter Anwendung eines CVD-Verfahrens geformt, wobei Verunreinigungen unter einer Gasphase während einer Gasphasensynthese dotiert wurden. Diese Diamantdünnfilmschicht 21 vom p-Typ kann jedoch auch so ausgebildet werden, dass zuerst eine nichtdotierte Diamantdünnfilmschicht hoher Qualität auf dem Substrat 11 geformt wird und dann eine Ionenimplantation einer Verunreinigung auf dieser nichtdotierten Diamantdünnfilmschicht stattfindet.
Bei jedem der vorstehend beschriebenen Herstellprozesse der ersten bis fünften Ausführungsform wurde eine Diamantdünnfilmschicht 21 vom p-Typ auf dem Substrat 11 ausgebildet, während eine Diamantdünnfilmschicht 22 vom n-Typ auf dieser Diamantdünnfilmschicht 21 vom p-Typ ausgebildet wurde. Dies kann jedoch auch umgekehrt werden, indem die Diamantdünnfilmschicht vom n-Typ auf dem Substrat und die nichtdotierte Diamantdünnfilmschicht hoher Qualität auf der Diamantdünnfilmschicht vom n-Typ ausgebildet wird, wonach die nichtdotierte Diamantdünnfilmschicht hoher Qualität durch Ionenimplantation einer Verunreinigung in eine Diamantdünnfilmschicht vom p-Typ umgewandelt wird. In diesem Fall kann die untere Diamantdünnfilmschicht vom n-Typ durch Dotieren mit einer Verunreinigung unter Anwendung eines CVD-Verfahrens oder durch Ausbildung eines nichtdotierten Diamantdünnfilmes hoher Qualität auf dem Substrat und Überführen der nichtdotierten Diamantdünnfilmschicht in eine Schicht vom n-Typ durch Ionenimplantation einer Verunreinigung ausgebildet werden.
Wie vorstehend beschrieben, findet, wenn zuerst eine Diamantdünnfilmschicht vom n-Typ auf dem Substrat ausgebildet wird, ein Substrat vom n-Typ als Substrat Verwendung und wird die Elektronendichte der Diamantdünnfilmschicht vom n-Typ, die auf dem Substrat ausgebildet wurde, geringer eingestellt als die Elektronendichte des Substrates. Durch Verwendung von höheren und geringeren Elektronendichten kann Strom rascher von der Oberseitenelektrode bis zur Elektrode auf der Substratseite geleitet werden. Wie bei den vorstehend beschriebenen Herstellprozessen der ersten und zweiten Ausführungsform muss jedoch, wenn Elektroden nur auf der Oberseite angeordnet werden, der elektrischen Leitfähigkeit des Substrates oder den Elektronendichten des Substrates und der auf dem Substrat ausgebildeten Diamantdünnfilmschicht vom n-Typ keine Beachtung geschenkt werden.
Wenn Elektroden auf der Diamantdünnfilmschicht 21 vom p-Typ und der Graphitschicht mit geringem Widerstand auf der Diamantdünnfilmschicht 22 vom n-Typ angeordnet werden, werden durch das Herstellverfahren keine Beschränkungen auf die Dünnfilmschichten 21, 22 aufgebracht. Beispielsweise kann es sich um Dünnfilmschichten handeln, die durch Dotieren mit einer Verunreinigung unter Verwendung eines CVD-Verfahrens ausgebildet werden, oder es kann sich um eine Dünnfilmschicht handeln, die ausgebildet wird, indem zuerst eine nichtdotierte Diamantdünnfilmschicht hoher Qualität auf dem Substrat aufgebracht und dann eine Innenimplantation einer Verunreinigung auf dieser nichtdotierten Diamantdünnfilmschicht ausgeführt wird.
Vorstehend wurde die Diamantdünnfilmschicht vom n-Typ durch Ionenimplantation unter Verwendung von Schwefel (Gruppe IV) als Verunreinigungselement hergestellt. Wenn eine Schicht vom n-Typ ausgebildet wird, können jedoch auch Phosphor (Gruppe V), Lithium (Gruppe I), Natrium (Gruppe I), Brom (Gruppe VII), Jod (Gruppe VII) etc. als Verunreinigungselement verwendet werden, oder wenn eine Ionenimplantation benutzt wird, um die Schicht vom p-Typ auszubilden, können Bor (Gruppe III), Silicium (Gruppe IV) etc. als Verunreinigungselement Verwendung finden, d.h. Elemente aus nahezu sämtlichen Gruppen können als Verunreinigungselemente eingesetzt werden, um die elektrische Leitfähigkeit in Abhängigkeit vom Verunreinigungselement zu steuern. Darüber hinaus ist das Verunreinigungselement nicht auf einen Typ beschränkt, sondern es können auch zwei oder mehr Typen implantiert werden.
Wie vorstehend erläutert, waren die Erfinder mit Hilfe der pn-Übergangsdiode aus Diamant und deren Herstellverfahren gemäß der Erfindung in der Lage, eine Ionenimplantation zu benutzen, um auf zuverlässige Weise die elektrische Leitfähigkeit von Diamant zu steuern, was im Stand der Technik nicht realisiert wurde, indem durch Ionenimplantation eine Verunreinigung auf einer nichtdotierten Diamantdünnfilmschicht hoher Qualität implantiert wurde. Ferner waren die Erfinder in der Lage, Diamantdünnfilmschichten, die eine signifikante p-Typ- und n-Typ-Charakteristik aufwiesen, mit Hilfe dieser Steuerung der elektrischen Leitfähigkeit zu verbinden, so dass es möglich wurde, auf zuverlässige Weise eine pn-Übergangsdiode aus Diamant herzustellen, was im Stand der Technik nicht möglich war. Daher waren die Erfin der in der Lage, einen kritischen Schritt in Bezug auf die Benutzung von Diamant als elektronische Vorrichtung in zukünftigen Anwendungsfällen zu gehen.
Mit anderen Worten, der pn-Übergang von Diamant demonstriert die Eigenschaften eines Breitbandlückenhalbleiters. Diese pn-Übergangsdiode aus Diamant findet wahrscheinlich als fundamentale Komponente von elektronischen Vorrichtungen Verwendung, die auf beständige Weise unter harten Bedingungen operieren, wie einer hohen Temperatur, Strahlung, Hochspannung, Hochfrequenz etc., die herkömmliche Materialien aus Silicium und anderen Halbleitermaterialien nicht aushalten können, beispielsweise elektronische Vorrichtungen, die im Weltraum operieren, Sensoren innerhalb von Kernreaktoren und Anwendungsfälle in Vorrichtungen mit hohen Vibrationen. Des weiteren kann der pn-Übergang als Basiskonfiguration für optische Elemente eingesetzt werden oder als Photorezeptor für Licht mit Wellenlängen, die kürzer sind als UV-Licht (Röntgenstrahlung, Strahlung).

Claims

Verfahren zur Herstellung einer pn-Übergangsdiode (20) aus Diamant mit den folgenden Schritten: Ausbilden einer ersten Dünnfilmschicht (21, 22) aus Diamant vom p-Typ oder n-Typ auf einem Substrat (11); und Ausbilden einer zweiten nichtdotierten Dünnfilmschicht (22) aus Diamant auf der ersten Dünnfilmschicht aus Diamant derart, dass die zweite Schicht vom n-Typ ist, wenn die erste Schicht vom p-Typ ist, und umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht durch Plasma-CVD-Diamantsynthese unter Verwendung eines vermischten Rohgases ausgebildet wird, das ein Verhältnis von Methangas zu Wasserstoffgas besitzt, dass auf weniger als 0,5 % reguliert ist; und wobei die zweite nichtdotierte Dünnfilmschicht aus Diamant durch Ionenimplantation einer Verunreinigung zu einer Dünnfilmschicht (22, 21) aus Diamant vom n-Typ oder p-Typ ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Substrat (11) vom p-Typ ist und die erste Dünnfilmschicht ein p-Typ-Diamant ist und eine Gesamtdichte besitzt, die geringer ist als die Lochdichte des Substrates.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Substrat (11) vom n-Typ ist und die erste Dünnfilmschicht ein n-Typ-Diamant ist sowie eine Elektronendichte besitzt, die geringer ist als die Elektronendichte des Substrates.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die nichtdotierte Dünnfilmschicht (22i) hoher Qualität aus Diamant eine Qualität besitzt, die ausreichend hoch ist, um eine Bandkantenlumineszenz bei einer Wellenlänge von 235 nm bei Raumtemperatur unter Nutzung einer Kathodenlumineszenz durch Erregung mit Elektronenstrahlen zu demonstrieren, selbst wenn die Dicke des Dünnfilmes mindestes 200 nm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die zweite Schicht eine Dünnfilmschicht (22) aus Diamant vom n-Typ ist und durch Ionenimplantation einer Gra phitschicht (23) mit geringem Widerstand, auf der eine Elektrode (25) ausgebildet wird, geformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Dünnfilmschicht (21) aus Diamant vom p-Typ eine Schicht ist, die durch Innenimplantation einer Graphitschicht (23) mit geringem Widerstand, auf der eine Elektrode (25) ausgebildet wird, hergestellt wird.