JP2016152380A - 半導体−金属複合材料及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
不純物ドープ単結晶ダイヤモンドからなる半導体と金属材料とがオーミック接触した半導体−金属複合材料であって、半導体と金属材料との接触抵抗値が非常に小さい、新規な半導体−金属複合材料を提供する。
【解決手段】
半導体と金属材料とがオーミック接触した半導体−金属複合材料であって、
前記半導体は、ダイヤモンドに不純物がドープされた、不純物ドープ単結晶ダイヤモンドであり、
前記不純物ドープ単結晶ダイヤモンドの前記不純物の濃度が、１×１０¹⁹〜１×１０²²ｃｍ^-3であり、
前記不純物ドープ単結晶ダイヤモンドが、前記不純物とは異なる金属元素を含む、半導体−金属複合材料。
【選択図】なし

Description

本発明は、半導体と金属材料とがオーミック接触した半導体−金属複合材料及びその製造方法に関する。

ダイヤモンドは、高絶縁破壊電界（＞１０ＭＶ／ｃｍ）、高速キャリア移動度（電子：４５００ｃｍ²／Ｖｓ、正孔：３８００ｃｍ²／Ｖｓ）、物質中最高の熱伝導率（２２Ｗ／ｃｍＫ）等の優れた物性を有しており、さらに、化学的安定性及び耐放射線性にも優れているため、高温・極限環境下で動作するパワーデバイス材料としての応用が期待されている。

例えば、非特許文献１〜４に示されているように、これまでに、高電流密度（１００００Ａ／ｃｍ²）、高耐圧（１０ｋＶ）、高速スイッチング（１５ｎｓ）、高温低損失（２５℃において９．４ｍΩｃｍ²）でのデバイス動作など、パワーデバイス材料としてのダイヤモンドの高いポテンシャルが実証されてきた。

一方、耐圧性を充分確保した実用素子構造で１００Ａ程度の電流駆動を想定した場合、デバイスのオン抵抗率(Ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｏｎ ｒｅｓｉｓｔｅｉｖｉｔｙ) ＲｏｎＡは、１×１０^-4Ωｃｍ²程度となる。この場合、半導体と金属材料とがオーミック接触した際の接触抵抗値(Specific contact resistivity)ρcは、デバイスの導通損、スイッチング損失等を増大する要因となるため，極限(ρc＜０．０１＊ＲｏｎＡ程度)まで低減することが求められている。

例えば非特許文献５には、半導体としてホウ素ドープダイヤモンドを用いた、半導体−金属材料間のオーミック接触の接触抵抗値を低減する技術が開示されている。非特許文献５に開示された技術においては、ダイヤモンドに対してホウ素を高濃度でドープすることにより、半導体と金属材料との界面に形成される空乏層幅を小さくして、半導体側から金属材料へのトンネル確率を高め、さらに金属材料として、ダイヤモンドを構成する炭素と固相反応する金属を用いることにより、半導体−金属材料の界面にカーバイド層を形成することが重要となる。

T. Makino, K. Oyama, H. Kato, D. Takeuchi, M. Ogura, H. Okushi, and S. Yamasaki, Jpn. J. Appl. Phys. 53 (2014) 05FA12. A. Traore, P. Muret, A. Fiori, D. Eon, E. Gheeraert, and J. Pernot, Appl. Phys. Lett., 104 (2014) 052105. T. Funaki, M. Hirano, H. Umezawa, and S. Shikata, IEICE Electro. Express 9 (2012) 1835. H. Umezawa, Y. Kato, and S. Shikata, Appl. Phys. Express 6 (2013) 011302. M. Yokoba, Y. Koide, A. Otsuki, F. Ako, T. Oku, M. Murakami, "Carrier transport mechanism of Ohmic contact to p-type diamond," Journal of Applied Physics, vol.81, no.10, pp.6815-6821, (1997) doi: 10.1063/1.365240.

このような状況下、本発明は、不純物ドープ単結晶ダイヤモンドからなる半導体と金属材料とがオーミック接触した半導体−金属複合材料であって、半導体と金属材料との接触抵抗値が非常に小さい、新規な半導体−金属複合材料を提供することを主な目的とする。さらに、本発明は、当該半導体−金属複合材料の製造方法を提供することも目的とする。

本発明者らは、上記のような課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、半導体と金属材料とがオーミック接触した半導体−金属複合材料において、半導体が、ダイヤモンドに不純物がドープされた不純物ドープ単結晶ダイヤモンドであり、不純物ドープ単結晶ダイヤモンドの前記不純物の濃度が１×１０¹⁹〜１×１０²²ｃｍ^-3であり、さらに、不純物ドープ単結晶ダイヤモンドが、前記不純物とは異なる金属元素を含むことにより、半導体と金属材料との接触抵抗値が非常に小さく、高温環境下においても、長期間に亘って非常に低い接触抵抗値を保持することができることを見出した。本発明は、このような知見に基づいて、さらに検討を重ねることにより完成された発明である。

すなわち、本発明は、下記に掲げる態様の発明を提供する。
項１． 半導体と金属材料とがオーミック接触した半導体−金属複合材料であって、
前記半導体は、ダイヤモンドに不純物がドープされた、不純物ドープ単結晶ダイヤモンドであり、
前記不純物ドープ単結晶ダイヤモンドの前記不純物の濃度が、１×１０¹⁹〜１×１０²²ｃｍ^-3であり、
前記不純物ドープ単結晶ダイヤモンドが、前記不純物とは異なる金属元素を含む、半導体−金属複合材料。
項２． 前記不純物ドープ単結晶ダイヤモンドが、前記不金属元素を１×１０¹⁶〜１×１０²⁰ｃｍ^-3含む、項１に記載の半導体−金属複合材料。
項３． 前記不純物が、ホウ素及びリンの少なくとも一方である、項１または２に記載の半導体−金属複合材料。
項４． 前記金属元素が、タングステン、タンタル、レニウム、及びルテニウムからなる群から選択された少なくとも１種である、項１〜３のいずれかに記載の半導体−金属複合材料。
項５． 前記不純物がホウ素であり、温度２５℃における前記半導体と前記金属材料との接触抵抗値が、１×１０^-5Ωｃｍ²以下である、項１〜４のいずれかに記載の半導体−金属複合材料。
項６． 前記不純物がリンであり、温度２５℃における前記半導体と前記金属材料との接触抵抗値が、１×１０^-2Ωｃｍ²以下である、項１〜４のいずれかに記載の半導体−金属複合材料。
項７． 項１〜６のいずれかに記載の半導体−金属複合材料を含む、電子デバイス。
項８． 不純物ドープ単結晶ダイヤモンドからなる半導体と金属材料とがオーミック接触した半導体−金属複合材料の製造方法であって、
金属元素により構成されたフィラメント及び基板が配置された真空容器中に、炭素源及び不純物源を含むキャリアガスを導入する工程と、
前記キャリアガスを前記フィラメントで加熱して、前記不純物ドープ単結晶ダイヤモンドを前記基板の上に製膜する製膜工程と、
前記不純物ドープ単結晶ダイヤモンドの上に前記金属材料を積層する工程と、
を備え、
前記製膜工程において、前記不純物ドープ単結晶ダイヤモンドにおける前記不純物の濃度を１×１０¹⁹〜１×１０²²ｃｍ^-3とし、前記不純物ドープ単結晶ダイヤモンドに前記不純物とは異なる金属元素を含有させる、半導体−金属複合材料の製造方法。
項９． 前記不純物ドープ単結晶ダイヤモンドに、前記金属元素を１×１０¹⁶〜１×１０²⁰ｃｍ^-3の濃度で含有させる、項８に記載の半導体−金属複合材料の製造方法。
項１０． 前記製膜工程における前記キャリアガス中の前記炭素源に対する前記不純物源の濃度が、１００ｐｐｍ以上である、項８または９に記載の半導体−金属複合材料の製造方法。

本発明によれば、不純物ドープ単結晶ダイヤモンドからなる半導体と金属材料とがオーミック接触した半導体−金属複合材料であって、半導体と金属材料との接触抵抗値が非常に小さい、新規な半導体−金属複合材料を提供することができる。本発明の半導体−金属複合材料は、例えば１００〜４００℃程度の高温環境下においても、長期間に亘って非常に低い接触抵抗値を保持することができる。さらに、本発明によれば、当該半導体−金属複合材料を好適に製造することができる。

実施例の接触抵抗値の測定に使用した各ｃ−ＴＬＭパターン像（写真）である。 実施例の接触抵抗値の測定に使用したｃ−ＴＬＭパターン像の模式的断面図である。 実施例の各ｃ−ＴＬＭパターンを用いて測定した接触抵抗値と電極間距離との関係を示すグラフである。 実施例のｃ−ＴＬＭパターンを用いて測定した接触抵抗値と温度との関係を示すグラフである。

１．半導体−金属複合材料
本発明の半導体−金属複合材料は、半導体と金属材料とがオーミック接触した、半導体と金属材料との複合材料である。本発明の半導体−金属複合材料において、金属材料とオーミック接触している半導体は、ダイヤモンドに不純物がドープされた、不純物ドープ単結晶ダイヤモンドである。本発明においては、不純物ドープ単結晶ダイヤモンドの不純物の濃度が１×１０¹⁹〜１×１０²²ｃｍ^-3であり、さらに、不純物ドープ単結晶ダイヤモンドが、前記不純物とは異なる金属元素を含むことを特徴とする。以下、本発明の半導体−金属複合材料について、詳述する。

不純物ドープ単結晶ダイヤモンドは、単結晶のダイヤモンドの炭素原子の一部が不純物原子によって置換された結晶構造を有している。単結晶ダイヤモンドに含まれる不純物としては、ダイヤモンド中において、単結晶構造を保持できるものであれば、特に制限されず、好ましくはホウ素及びリンが挙げられ、特に好ましくはホウ素が挙げられる。不純物ドープ単結晶ダイヤモンドにおいて、不純物は１種類単独で含まれていてもよいし、２種類以上が含まれていてもよい。

本発明において、不純物ドープ単結晶ダイヤモンドの不純物の濃度は、１×１０¹⁹〜１×１０²²ｃｍ^-3の範囲にあればよいが、半導体と金属材料との接触抵抗値をより一層小さくし、高温環境下においても、長期間に亘って非常に低い接触抵抗値を保持する観点からは、１×１０²⁰〜１×１０²²ｃｍ^-3の範囲にあることがより好ましい。

不純物ドープ単結晶ダイヤモンドにおける不純物の濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定した値である。なお、具体的な測定条件は、後述の実施例に記載の通りである。

本発明の半導体−金属複合材料において、半導体を構成する不純物ドープ単結晶ダイヤモンドは、上記のような不純物に加えて、当該不純物とは異なる金属元素を含んでいる。本発明の半導体−金属複合材料は、半導体を構成する不純物ドープ単結晶ダイヤモンドが上記特定濃度の不純物を含み、かつ、前記金属元素を含んでいることにより、半導体と金属材料との接触抵抗値が非常に小さく、高温環境下においても、長期間に亘って非常に低い接触抵抗値を保持することができる。

金属元素の種類としては、特に制限されないが、後述の熱フィラメントＣＶＤ法によって金属元素を不純物ドープ単結晶ダイヤモンドに含有させる観点からは、フィラメントに使用され得る金属元素であることが好ましい。金属元素の具体例としては、タングステン、タンタル、レニウム、ルテニウム等が挙げられ、これらの中でもタングステンが好ましい。金属元素は、１種類単独で使用してもよいし、２種類以上を組み合わせて使用してもよい。

不純物ドープ単結晶ダイヤモンドにおける金属元素の濃度としては、特に制限されないが、半導体と金属材料との接触抵抗値をより一層小さくし、高温環境下においても、長期間に亘って非常に低い接触抵抗値を保持する観点からは、好ましくは１×１０¹⁶〜１×１０²⁰ｃｍ^-3程度、より好ましくは１×１０¹⁸〜１×１０¹⁹ｃｍ^-3程度の範囲が挙げられる。

不純物ドープ単結晶ダイヤモンドにおける金属元素の濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定した値である。なお、具体的な測定条件は、後述の実施例に記載の通りである。

本発明において、半導体を構成する不純物ドープ単結晶ダイヤモンドの抵抗値としては、好ましくは０．５〜５ｍΩｃｍ程度が挙げられる。また、不純物ドープ単結晶ダイヤモンドにおけるキャリア濃度としては、好ましくは１×１０²⁰〜１×１０²²ｃｍ^-3程度が挙げられる。なお、不純物ドープ単結晶ダイヤモンドにおける抵抗値及びキャリア濃度は、それぞれホール効果によって測定した値である。具体的な測定条件は、後述の実施例に記載の通りである。

本発明の半導体−金属複合材料を構成している金属材料としては、前述の半導体（すなわち、不純物ドープ単結晶ダイヤモンド）とオーミック接触できる金属により構成されていれば、特に限定されない。金属材料を構成する金属の具体例としては、チタン、金、クロム、モリブデン、プラチナ、パラジウム及びこれらの金属の少なくとも１種を含む合金などが挙げられる。

本発明の半導体−金属複合材料において、不純物ドープ単結晶ダイヤモンドに含まれる不純物がホウ素である場合、温度２５℃における半導体と金属材料との接触抵抗値としては、好ましくは１×１０^-5Ωｃｍ²以下、さらに好ましくは１×１０^-6Ωｃｍ²以下が挙げられる。

本発明の半導体−金属複合材料において、不純物ドープ単結晶ダイヤモンドに含まれる不純物がリンである場合、温度２５℃における半導体と金属材料との接触抵抗値としては、好ましくは１×１０^-2Ωｃｍ²以下、さらに好ましくは１×１０^-3Ωｃｍ²以下が挙げられる。

なお、本発明において、半導体−金属複合材料の温度２５℃における半導体と金属材料との接触抵抗値は、ｃ−ＴＬＭ（ｃｉｒｃｕｌａｒ−ｔｙｐｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｌｉｎｅ Ｍｏｄｅｌ）法により測定した値である。ｃ−ＴＬＭ法による具体的な測定条件は、後述の実施例に記載の通りである。

本発明の半導体−金属複合材料は、例えば１００〜４００℃という高温下において、長期間（例えば、１００時間以上）に亘って、上記のような非常に低い接触抵抗値を保持することができる。

本発明の半導体−金属複合材料において、不純物ドープ単結晶ダイヤモンドは、基板の上に形成されており、不純物ドープ単結晶ダイヤモンドと金属材料とがオーミック接触していてもよい。基板としては、後述の「２．半導体−金属複合材料の製造方法」において詳述するものが挙げられる。

本発明の半導体−金属複合材料において、不純物ドープ単結晶ダイヤモンドの厚みとしては、特に制限されないが、例えば１〜１００μｍ程度が挙げられる。また、金属材料の厚みとしては、特に制限されないが、例えば０．１〜１.０μｍ程度が挙げられる。

本発明の半導体−金属複合材料は、半導体と金属材料との接触抵抗値が非常に小さく、高温環境下においても、長期間に亘って非常に低い接触抵抗値を保持することができることから、ダイオード、トランジスタなどの電子デバイス用材料（特に、パワーデバイス用材料）として好適である。すなわち、本発明によれば、半導体−金属複合材料を含む電子デバイスを提供することができる。本発明の半導体−金属複合材料を利用した電子デバイスとしては、例えば、ショットキーダイオード、ＰＮ接合ダイオード、電界効果トランジスタ、深紫外線ディテクター、電子エミッタなどが挙げられる。

本発明の半導体−金属複合材料の製造方法としては、特に制限されないが、以下の製造方法により好適に製造することができる。

２．半導体−金属複合材料の製造方法
本発明の半導体−金属複合材料の製造方法は、以下の工程を備えている。
工程（１）：金属元素により構成されたフィラメント及び基板が配置された真空容器中に、炭素源及び不純物源を含むキャリアガスを導入する工程
工程（２）：キャリアガスをフィラメントで加熱して、不純物ドープ単結晶ダイヤモンドを基板の上に製膜する製膜工程
工程（３）：不純物ドープ単結晶ダイヤモンドの上に金属材料を積層する工程

さらに、本発明の半導体−金属複合材料の製造方法においては、上記の製膜工程において、不純物ドープ単結晶ダイヤモンドにおける不純物の濃度を１×１０¹⁹〜１×１０²²ｃｍ^-3とし、不純物ドープ単結晶ダイヤモンドに、前記金属元素を含有させることを特徴としている。以下、本発明の半導体−金属複合材料の製造方法について、詳述する。

工程（１）において、真空容器中に配置するフィラメントを構成する金属としては、フィラメントを構成できるものであれば特に制限されない。金属元素の具体例としては、タングステン、タンタル、レニウム、ルテニウム等が挙げられ、これらの中でもタングステンが好ましい。金属元素は、１種類単独で使用してもよいし、２種類以上を組み合わせて使用してもよい。

工程（１）において、真空容器中に配置する基板としては、後述の工程（２）において、キャリアガスに含まれる炭素源と不純物とが基板上に製膜されて、ダイヤモンドの単結晶構造を有する不純物ドープ単結晶ダイヤモンドを成長させることができるものであれば、特に制限されない。基板の具体例としては、単結晶ダイヤモンド、３Ｃ炭化シリコン、イリジウム、プラチナなどが挙げられる。

工程（１）においては、真空容器中を真空状態とした後、炭素源及び不純物源を含むキャリアガスを導入する。炭素源としては、ダイヤモンドを形成できるものであれば特に制限されず、例えば、メタンなどが挙げられる。炭素源は、１種類単独で使用してもよいし、２種類以上を組み合わせて使用してもよい。また、不純物としては、ダイヤモンド中において、単結晶構造を保持できるものであれば、特に制限されず、好ましくはホウ素及びリンが挙げられ、特に好ましくはホウ素が挙げられる。不純物ドープ単結晶ダイヤモンドにおいて、不純物は１種類単独で含まれていてもよいし、２種類以上が含まれていてもよい。

キャリアガスとしては、特に制限されず、例えば、水素ガスを使用することができる。キャリアガス中における炭素源の濃度としては、好ましくは０．５〜５.０体積％程度、より好ましくは１.０〜３.０体積％程度が挙げられる。また、キャリアガス中における炭素源に対する不純物源の濃度としては、不純物ドープ単結晶ダイヤモンド中に含ませる不純物濃度に応じて適宜設定すればよい。例えば、不純物ドープ単結晶ダイヤモンドにおける不純物の濃度を１×１０¹⁹ｃｍ^-3〜１×１０²²ｃｍ^-3とする観点からは、キャリアガス中における炭素源に対する不純物源の濃度としては、好ましくは１００ｐｐｍ以上、より好ましくは１０００〜２００００ｐｐｍ程度、さらに好ましくは５０００〜１００００ｐｐｍ程度が挙げられる。

工程（２）においては、キャリアガスをフィラメントで加熱して、不純物ドープ単結晶ダイヤモンドを基板の上に製膜する製膜工程を行う。フィラメントの加熱温度は、使用するフィラメントを構成する金属元素の種類や、不純物ドープ単結晶ダイヤモンド中に含有させる不純物や金属元素の濃度に応じて、適宜設定すればよく、例えば２０００〜２４００℃程度が挙げられる。不純物ドープ単結晶ダイヤモンドにおける不純物の濃度を１×１０¹⁹〜１×１０²²ｃｍ^-3とし、さらに、不純物ドープ単結晶ダイヤモンド中に金属元素を１×１０¹⁶〜１×１０²⁰ｃｍ^-3程度含有させることにより、半導体−金属複合材料における半導体と金属材料との接触抵抗値をより一層小さくし、高温環境下においても、長期間に亘って非常に低い接触抵抗値を保持する観点からは、好ましくは、２０００〜２２００℃程度が挙げられる。

工程（２）における真空容器内の全圧としては、特に制限されず、例えば１０〜１００Ｔｏｒｒが挙げられる。

工程（２）における基板の温度としては、特に制限されず、例えば７００〜１１００℃程度が挙げられる。

工程（２）における製膜時間は、目的とする半導体の厚み等に応じて適宜選択すればよく、通常３〜５０時間程度である。

工程（２）の製膜工程においては、不純物ドープ単結晶ダイヤモンドにおける不純物の濃度を１×１０¹⁹〜１×１０²²ｃｍ^-3とし、さらに不純物ドープ単結晶ダイヤモンドに前記不純物とは異なる金属元素を含有させる。前述の通り、本発明の半導体−金属複合材料の製造方法においては、キャリアガス中における炭素源に対する不純物源の濃度を、好ましくは１００ｐｐｍ以上とすることにより、不純物ドープ単結晶ダイヤモンドにおける不純物の濃度が１×１０¹⁹〜１×１０²²ｃｍ^-3の範囲になるように調整することができる。さらに、本発明においては、熱フィラメントＣＶＤ法におけるフィラメントの加熱温度を、例えば２０００〜２２００℃程度に設定することにより、不純物ドープ単結晶ダイヤモンドに金属元素を含有させることができる。工程（２）においては、不純物ドープ単結晶ダイヤモンドにおける不純物の濃度を１×１０¹⁹〜１×１０²²ｃｍ^-3程度、好ましくは１×１０²⁰〜１×１０²²ｃｍ^-3程度とし、かつ、金属元素の濃度を好ましくは１×１０¹⁶〜１×１０²⁰ｃｍ^-3程度、より好ましくは１×１０¹⁸〜１×１０¹⁹ｃｍ^-3程度になるように調整することができる。

以上の工程（１）及び工程（２）により、半導体−金属複合材料の半導体を構成する不純物ドープ単結晶ダイヤモンドを製造することができる。

次に、工程（３）においては、不純物ドープ単結晶ダイヤモンドの上に前記金属材料を積層する工程を行う。金属材料の積層方法としては、特に制限されず、例えば蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法などを用いて、金属材料を構成する金属を不純物ドープ単結晶ダイヤモンドの上に積層させる方法が挙げられる。

蒸着法（真空蒸着法）は、公知の方法を用いることができ、例えば、不純物ドープ単結晶ダイヤモンドを真空容器内に入れ、金属を加熱蒸発させることにより不純物ドープ単結晶ダイヤモンド上に金属材料を積層することができる。スパッタリング法も、公知の方法を用いることができ、例えば、不純物ドープ単結晶ダイヤモンドを真空容器内に入れ、アルゴン等の不活性ガスを導入し、直流電圧を印加して、イオン化した不活性ガスをターゲット金属に衝突させ、叩き出された金属により不純物ドープ単結晶ダイヤモンド上に金属材料を積層することができる。イオンプレーティング法もまた、公知の方法を用いることができ、例えば、不純物ドープ単結晶ダイヤモンドを真空容器内に入れ、グロー放電雰囲気下で、金属を加熱蒸発させ、イオン化した蒸発金属により不純物ドープ単結晶ダイヤモンド上に金属材料を積層することができる。

以下に、実施例及び比較例を示して本発明を詳細に説明する。ただし、本発明は、実施例に限定されない。

＜実施例１＞
単結晶ダイヤモンド基板（１００）の表面上に、熱フィラメント化学気相成長法によりホウ素ドープ単結晶ダイヤモンドを製膜した。製膜条件は以下の通りである。
（製膜条件）
・キャリアガス：水素９７体積％、メタン３体積％（炭素源）、メタンに対するトリメチルボロン（ホウ素源）の濃度（体積）６５００ｐｐｍ
・全圧：３０Ｔｏｒｒ
・フィラメント材料：タングステン純度９９．９％
・フィラメント温度：２０００℃〜２２００℃
・基板温度：１１００℃
・製膜時間：３時間
・ホウ素ドープ単結晶ダイヤモンドの膜厚：０．３μｍ

製膜後のホウ素ドープ単結晶ダイヤモンドの電気特性をｖａｎ ｄｅｒ Ｐａｕｗ法によるホール効果により測定した。その結果、２５℃下における抵抗値は、１×１０^-3Ωｃｍ、キャリア濃度は１×１０²¹ｃｍ^-3であった。また、ホウ素ドープ単結晶ダイヤモンドのホウ素濃度およびタングステン濃度は二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定した。ホウ素濃度はＣｓ⁺イオン加速電圧１５．０ｋＶで、タングステン濃度はＯ₂ ⁺イオン加速電圧１１．０ｋＶで測定した。その結果、ホウ素ドープ単結晶ダイヤモンドのホウ素濃度は、１×１０²¹ｃｍ^-3、タングステン濃度は２×１０¹⁸ｃｍ^-3と測定された。

＜半導体−金属複合材料の接触抵抗値の測定＞
実施例１で得られたホウ素ドープ単結晶ダイヤモンドの表面上に金属を蒸着し、半導体−金属複合材料を製造した。次に、図１，２に示される電極パターンを形成し、ｃ−ＴＬＭ法（ｃｉｒｃｕｌａｒ−ｔｙｐｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｌｉｎｅ Ｍｏｄｅｌ）によって、電極間距離と接触抵抗値との関係を評価した。具体的には、図１及び図２に示されるように、ホウ素ドープ単結晶ダイヤモンドの表面上に５つの円形パターンを作製し、電極間距離を７．７μｍｍ〜１７．５μｍの範囲で変化させられるようにした。また、電極形成後、４５０℃で１時間のアニール処理を行い、その後、４端子接続による電流電圧測定を行った。結果を図３に示す。

図３に示すグラフから、上記で得られた半導体−金属複合材料は、電極間距離に比例した抵抗値の変化が得られており、良好なオーミック接触が形成されていることが分かる。また、この結果を1次関数でフィッティングし、傾きから膜のシート抵抗値、d=0の切片より伝搬長（Ｌｔ：Ｔｒａｎｓｆｅｒ ｌｅｎｇｔｈ）及び接触抵抗値Ｒｃを求めた。その結果、シート抵抗値＝１．７×１０^-3Ωｃｍ、伝搬長Ｌｔ＝１．８６μｍ、接触抵抗値Ｒｃ＝６．８×１０^-7Ωｃｍ²であった。このＲｃ値は、従来報告されているホウ素ドープ単結晶ダイヤモンドを用いた半導体−金属複合材料のＲｃ値の１／２〜１／１０に匹敵する値である。

＜半導体−金属複合材料の高温下における接触抵抗値の測定＞
実施例１で得られた半導体−金属複合材料を１気圧下、それぞれ１００℃、２００℃、３００℃、４００℃の条件で１００時間加熱し、それぞれの温度を保持した状態で半導体−金属材料間の接触抵抗値を上記と同様にして測定した。結果を図４のグラフに示す。図４のグラフから明らかな通り、実施例１で得られた半導体−金属複合材料は、１００℃〜４００℃という高温環境下に１００時間保持された場合にも、１×１０^-6Ωｃｍ程度の低い接触抵抗値を有することが分かる。

１…単結晶ダイヤモンド（１００）
２…ホウ素ドープ単結晶ダイヤモンド
３…チタン
４…金

Claims (10)

1. 半導体と金属材料とがオーミック接触した半導体−金属複合材料であって、
   前記半導体は、ダイヤモンドに不純物がドープされた、不純物ドープ単結晶ダイヤモンドであり、
   前記不純物ドープ単結晶ダイヤモンドの前記不純物の濃度が、１×１０¹⁹〜１×１０²²ｃｍ^-3であり、
   前記不純物ドープ単結晶ダイヤモンドが、前記不純物とは異なる金属元素を含む、半導体−金属複合材料。
2. 前記不純物ドープ単結晶ダイヤモンドが、前記金属元素を１×１０¹⁶〜１×１０²⁰ｃｍ^-3含む、請求項１に記載の半導体−金属複合材料。
3. 前記不純物が、ホウ素及びリンの少なくとも一方である、請求項１または２に記載の半導体−金属複合材料。
4. 前記金属元素が、タングステン、タンタル、レニウム、及びルテニウムからなる群から選択された少なくとも１種である、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体−金属複合材料。
5. 前記不純物がホウ素であり、温度２５℃における前記半導体と前記金属材料との接触抵抗値が、１×１０^-5Ωｃｍ²以下である、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体−金属複合材料。
6. 前記不純物がリンであり、温度２５℃における前記半導体と前記金属材料との接触抵抗値が、１×１０^-2Ωｃｍ²以下である、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体−金属複合材料。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の半導体−金属複合材料を含む、電子デバイス。
8. 不純物ドープ単結晶ダイヤモンドからなる半導体と金属材料とがオーミック接触した半導体−金属複合材料の製造方法であって、
   金属元素により構成されたフィラメント及び基板が配置された真空容器中に、炭素源及び不純物源を含むキャリアガスを導入する工程と、
   前記キャリアガスを前記フィラメントで加熱して、前記不純物ドープ単結晶ダイヤモンドを前記基板の上に製膜する製膜工程と、
   前記不純物ドープ単結晶ダイヤモンドの上に前記金属材料を積層する工程と、
   を備え、
   前記製膜工程において、前記不純物ドープ単結晶ダイヤモンドにおける前記不純物の濃度を１×１０¹⁹〜１×１０²²ｃｍ^-3とし、前記不純物ドープ単結晶ダイヤモンドに前記不純物とは異なる金属元素を含有させる、半導体−金属複合材料の製造方法。
9. 前記不純物ドープ単結晶ダイヤモンドに、前記金属元素を１×１０¹⁶〜１×１０²⁰ｃｍ^-3の濃度で含有させる、請求項８に記載の半導体−金属複合材料の製造方法。
10. 前記製膜工程における前記キャリアガス中の前記炭素源に対する前記不純物源の濃度が、１００ｐｐｍ以上である、請求項８または９に記載の半導体−金属複合材料の製造方法。