JP2009059798A - ダイヤモンド電子素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】このダイヤモンド電子素子の製造方法では、P+ダイヤモンド半導体層11の形成の際、ダイヤモンド基板10の一面10側に存在する結晶欠陥の核となるサイトをホウ素によって終端させることができる。これにより、P+ダイヤモンド半導体層11及びP−ダイヤモンド半導体層12への欠陥の伝播が抑制されるので、ヒロック密度や異常粒子密度を低くでき、ショットキー障壁のレベルよりも低いレベルでのリーク電流の発生を抑止できる。また、電界の集中による絶縁破壊の発生も回避できる。また、P−ダイヤモンド半導体層12のホウ素密度を抑えることで、逆電圧を印加したときのキャリアの移動速度が高められ、絶縁破壊のより確実な回避が実現される。
【選択図】図1
Description
H. Shiomi et al. Diamond Films andTechnology. Vol. 6, No.2 (1996),p95-120
上述のように、各ダイヤモンド半導体層の結晶欠陥を抑制することにより、1kVを超えるような高い電圧を印加する場合であっても、損失の小さいショットキー特性が得られる。
まず、ダイヤモンド基板10として、図2(a)に示すように、ダイヤモンド単結晶からなる高圧合成基板を用意する。次に、X線トポグラフィー装置を用いることにより、ダイヤモンド基板において、ショットキー電極層14,14の形成位置に、種結晶、種結晶による転位、及び成長セクタの境界部分のいずれもが存在しないことを確認する。特に、高圧合成基板においては、種結晶から高密度の針状転位が発生し、成長セクタの境界部分には、積層欠陥などの結晶欠陥が集中する傾向がある。したがって、これらを予めショットキー電極層14,14の形成位置から外すことで、好適なショットキー接合の実現が可能となる。
実施例2は、実施例1における各種の条件を発明の範囲内で変更したものである。まず、ダイヤモンド基板10としてダイヤモンド単結晶からなる高圧合成基板を用意し(図2(a)参照)、次に、X線トポグラフィー装置を用いることにより、ショットキー電極層14,14の形成位置に、種結晶、種結晶による転位、及び成長セクタの境界部分のいずれもが存在しないことを確認する。
比較例1では、ダイヤモンド単結晶の面方位が、<100>方向から<110>方向+7.1°の方向に向かって約0.2°傾くように調整した。その他の条件は、実施例1と同様とした。このダイヤモンド電子素子では、P−ダイヤモンド半導体層の表面のヒロック密度が1.8×106cm−2に達した。また、リーク電流は10−3Acm−2を超え、所望のショットキー特性を得ることができなかった。
比較例2では、ダイヤモンド単結晶の面方位が、<100>方向から<110>方向+22°の方向に向かって約2.0°傾くように調整した。その他の条件は、実施例1と同様とした。このダイヤモンド電子素子では、P−ダイヤモンド半導体層の表面のヒロック密度が3.8×104cm−2に達し、平坦性もRa=1360Åとなった。比較例2についても、リーク電流は10−3Acm−2を超え、所望のショットキー特性を得ることができなかった。
Claims (10)
- ダイヤモンド基板の一面に、ホウ素濃度が1×1019cm−3以上のP+ダイヤモンド半導体層と、ホウ素濃度が1×1016cm−3以下のP−ダイヤモンド半導体層とを気相合成法を用いて順次積層する工程と、
前記P−ダイヤモンド半導体層上に、ショットキー電極層をパターン形成する工程とを備えたことを特徴とするダイヤモンド電子素子の製造方法。 - 前記ダイヤモンド基板は、ダイヤモンド単結晶の面方位が、<100>方向から<110>方向±10°の方向に向かって1.5°〜10°の範囲で傾いていることを特徴とする請求項1記載のダイヤモンド電子素子の製造方法。
- 前記ダイヤモンド基板は、ダイヤモンド単結晶の面方位が、<100>方向から<100>方向±10°の方向に向かって1.5°〜10°の範囲で傾いていることを特徴とする請求項1記載のダイヤモンド電子素子の製造方法。
- 前記ダイヤモンド基板は、前記ショットキー電極層の形成位置に種結晶及び成長セクタの境界部分が存在しない高圧合成基板であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載のダイヤモンド電子素子の製造方法。
- 前記P+ダイヤモンド半導体層の積層に先立って、前記ダイヤモンド基板の前記一面をドライエッチングすることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項記載のダイヤモンド電子素子の製造方法。
- 初期圧力60Torr以下、前記ダイヤモンド基板の温度800℃以下、反応ガス中のメタン濃度0.5%〜5%、及び反応ガス中の炭素に対するホウ素の元素組成率0.1%〜50%の条件下で、前記P+ダイヤモンド半導体層を気相合成することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項記載のダイヤモンド電子素子の製造方法。
- マイクロ波パワー2kW以上、プラズマ密度10W/cm3以上、反応ガス中のメタン濃度2%〜10%、及び反応ガス中の炭素に対する酸素の元素組成率10%〜50%の条件下で、前記P−ダイヤモンド半導体層を気相合成することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項記載のダイヤモンド電子素子の製造方法。
- プラズマ中のHα発光強度に対するC2発光強度の比が0.2以上となる条件下で、前記P−ダイヤモンド半導体層を気相合成することを特徴とする請求項7記載のダイヤモンド電子素子の製造方法。
- 前記ショットキー電極層の面積が4mm2以上であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項記載のダイヤモンド電子素子の製造方法。
- 前記p−ダイヤモンド半導体層の膜厚が10μm以上であることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項記載のダイヤモンド電子素子の製造方法。
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