JP2645439B2 - 半導体ダイヤモンド及びその製法 - Google Patents
半導体ダイヤモンド及びその製法Info
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は電子機器等に利用される半導体特性を有する
ダイヤモンドに関する。
ダイヤモンドに関する。
［従来の技術］ ダイヤモンドは、バンドギャップが5.5eVであり本来
絶縁性のものであるが、SiやGeなどと同様に不純物をド
ーピングすることにより不純物準位を形成し、Ｐ型及び
Ｎ型の半導体特性を持たせることが当然考えられる。
絶縁性のものであるが、SiやGeなどと同様に不純物をド
ーピングすることにより不純物準位を形成し、Ｐ型及び
Ｎ型の半導体特性を持たせることが当然考えられる。
実際、天然ダイヤモンドの中にはＢを含有したＰ型半
導体が存在しており、II b型ダイヤモンドと呼ばれてい
る。このII b型ダイヤモンドは超高圧合成法によっても
製造できる。しかしＮ型の半導性を示すダイヤモンドは
天然には存在しない。また、超高圧合成法で製造された
ものでもＮ型の半導性が確認された例はない。
導体が存在しており、II b型ダイヤモンドと呼ばれてい
る。このII b型ダイヤモンドは超高圧合成法によっても
製造できる。しかしＮ型の半導性を示すダイヤモンドは
天然には存在しない。また、超高圧合成法で製造された
ものでもＮ型の半導性が確認された例はない。
［発明が解決しようとする問題点］ PN接合を利用した半導体ダイヤモンドデバイスを形成
するためには、Ｎ型半導体ダイヤモンドが不可欠であ
る。
するためには、Ｎ型半導体ダイヤモンドが不可欠であ
る。
しかしながらこれまで、超高圧合成法やイオン注入法
によりダイヤモンドへのドーピングが試られているが、
抵抗率が小さく、移動度の高いＮ型半導体ダイヤモンド
が得られた例はない。
によりダイヤモンドへのドーピングが試られているが、
抵抗率が小さく、移動度の高いＮ型半導体ダイヤモンド
が得られた例はない。
本発明はこのような現状に鑑みて、Ｎ型半導体ダイヤ
モンド及びその製法を提供することを目的とするもので
ある。
モンド及びその製法を提供することを目的とするもので
ある。
［問題点を解決するための手段及び作用］ 本発明者等は、ダイヤモンドへのドーパント元素とし
て通常まず考えられるＶ族元素のＰやAs等ではなく、Ｐ
やAs等より共有結合半径が小さくＣのそれに近い値を有
するClをドーパントとして用いて種々実験、検討を行っ
た。その結果、例えば気相薄膜合成法又はイオン注入法
等によりClを含有するダイヤモンドを製造することがで
きることを見い出した。
て通常まず考えられるＶ族元素のＰやAs等ではなく、Ｐ
やAs等より共有結合半径が小さくＣのそれに近い値を有
するClをドーパントとして用いて種々実験、検討を行っ
た。その結果、例えば気相薄膜合成法又はイオン注入法
等によりClを含有するダイヤモンドを製造することがで
きることを見い出した。
すなわち本発明は、ドーパント元素としてClを１×10
10〜１×1020［cm-3］の濃度で含有してなる半導体ダイ
ヤモンドを提供する。
10〜１×1020［cm-3］の濃度で含有してなる半導体ダイ
ヤモンドを提供する。
さらに本発明は、Clを含有してなる半導体ダイヤモン
ドを製造する方法として、原料ガス中のClの原子数とＣ
の原子数の比Cl/C（％）が0.001〜10％である原料ガス
を用いて気相薄膜合成法により、Clを含有してなる半導
体ダイヤモンドを得ることを特徴とする半導体ダイヤモ
ンドの製法、及びイオン注入法によりドーパント元素と
してClを含有してなる半導体ダイヤモンドを得ることを
特徴とする半導体ダイヤモンドの製法を提供する。
ドを製造する方法として、原料ガス中のClの原子数とＣ
の原子数の比Cl/C（％）が0.001〜10％である原料ガス
を用いて気相薄膜合成法により、Clを含有してなる半導
体ダイヤモンドを得ることを特徴とする半導体ダイヤモ
ンドの製法、及びイオン注入法によりドーパント元素と
してClを含有してなる半導体ダイヤモンドを得ることを
特徴とする半導体ダイヤモンドの製法を提供する。
本発明のClドープ半導体ダイヤモンドにおいて、Cl濃
度が１×1010［cm-3］未満では半導体として用いるには
抵抗率が高くなりすぎる。一方、１×1020［cm-3］を越
えるとダイヤモンドの結晶構造が崩れ、黒鉛状になる。
度が１×1010［cm-3］未満では半導体として用いるには
抵抗率が高くなりすぎる。一方、１×1020［cm-3］を越
えるとダイヤモンドの結晶構造が崩れ、黒鉛状になる。
実際にClドープダイヤモンドの合成を気相薄膜合成
法、イオン注入法又は超高圧合成法で試みたところ、気
相薄膜合成法及びイオン注入法ではClを含むＮ型の半導
電性を示すダイヤモンドが合成できたが、超高圧合成法
ではClを含んだダイヤモンドは合成できなかった。気相
薄膜合成法及びイオン注入法等のいずれの方法によって
も得られたClドープ半導体ダイヤモンドの性質に差異は
なかった。
法、イオン注入法又は超高圧合成法で試みたところ、気
相薄膜合成法及びイオン注入法ではClを含むＮ型の半導
電性を示すダイヤモンドが合成できたが、超高圧合成法
ではClを含んだダイヤモンドは合成できなかった。気相
薄膜合成法及びイオン注入法等のいずれの方法によって
も得られたClドープ半導体ダイヤモンドの性質に差異は
なかった。
気相薄膜合成法によりClドープ半導体ダイヤモンドを
製造する場合、原料ガス中のCl原子数とＣ原子数の比Cl
/C比が0.001％〜10％として行なうことが好ましい。こ
の範囲で行なうことにより、得られたダイヤモンド中の
Cl濃度を半導体として有効な１×1010〜１×1020［c
m-3］にすることができるからである。
製造する場合、原料ガス中のCl原子数とＣ原子数の比Cl
/C比が0.001％〜10％として行なうことが好ましい。こ
の範囲で行なうことにより、得られたダイヤモンド中の
Cl濃度を半導体として有効な１×1010〜１×1020［c
m-3］にすることができるからである。
原材ガスとしては、Ｃ供給源として、例えばCH4,C
2H6,C3H8等の炭化水素、CH3OH,C2H5OH等のアルコール等
が挙げられる。Cl供給源としては、例えばHCl,CCl4,CHC
l3等が挙げられる。
2H6,C3H8等の炭化水素、CH3OH,C2H5OH等のアルコール等
が挙げられる。Cl供給源としては、例えばHCl,CCl4,CHC
l3等が挙げられる。
気相薄膜合成法として種々の従来技術を応用できる。
一例としてマイクロ波プラズマCVD法を用いる場合を説
明すると、チャンバー内に反応ガスを導入し、一方マグ
ネトロンから発振されたマイクロ波を方形導波管により
チャンバーまで導き、チャンバー内反応ガスに放電を起
こしてダイヤモンドの合成反応を行う。
一例としてマイクロ波プラズマCVD法を用いる場合を説
明すると、チャンバー内に反応ガスを導入し、一方マグ
ネトロンから発振されたマイクロ波を方形導波管により
チャンバーまで導き、チャンバー内反応ガスに放電を起
こしてダイヤモンドの合成反応を行う。
イオン注入法によりClドープ半導体ダイヤモンドを製
造する場合、CCl4などをイオン源として供給し、cm2当
たり1012〜1017のイオンをダイヤモンドに注入する。こ
の方法によれば、加速電圧によって不純物の注入深さを
正確に制御できる。
造する場合、CCl4などをイオン源として供給し、cm2当
たり1012〜1017のイオンをダイヤモンドに注入する。こ
の方法によれば、加速電圧によって不純物の注入深さを
正確に制御できる。
［発明の効果］ 本発明のClを含有したダイヤモンドは、従来得られて
いなかった特性の良好なＮ型の半導体ダイヤモンドを実
現したものである。したがって本発明のClを含有するダ
イヤモンドを用いることにより、PN接合を利用したダイ
ヤモンド半導体デバイスの作製が可能となる。
いなかった特性の良好なＮ型の半導体ダイヤモンドを実
現したものである。したがって本発明のClを含有するダ
イヤモンドを用いることにより、PN接合を利用したダイ
ヤモンド半導体デバイスの作製が可能となる。
また、サーミスターへの応用や、単に導電性の要求さ
れるダイヤモンドコーテイング膜としての応用も考えら
れる。これらの場合には多結晶ダイヤモンドでも有効で
ある。
れるダイヤモンドコーテイング膜としての応用も考えら
れる。これらの場合には多結晶ダイヤモンドでも有効で
ある。
このようにダイヤモンド半導体としての広い用途への
可能性を開く本発明のClドープダイヤモンドは、その製
造において公知技術を応用することで容易に得られる点
でも有利である。
可能性を開く本発明のClドープダイヤモンドは、その製
造において公知技術を応用することで容易に得られる点
でも有利である。
［実施例］ 本発明のClドープダイヤモンドの気相薄膜合成法及び
イオン注入法で用いる手順及び具体的条件については、
以下の実施例にて詳説する。
イオン注入法で用いる手順及び具体的条件については、
以下の実施例にて詳説する。
実施例１ 公知のマイクロ波プラズマCVD法を用いて、CH4:1.0
％、HCl:0.00001〜0.01％、H2:残部からなる反応ガスを
原料としてダイヤモンド単結晶基板（111）面上に、1.2
μｍの厚さの本発明のClドープダイヤモンド膜を成長さ
せた。反応系内圧力は45Torr、マイクロ波は2.54GHz、
出力350Wであった。
％、HCl:0.00001〜0.01％、H2:残部からなる反応ガスを
原料としてダイヤモンド単結晶基板（111）面上に、1.2
μｍの厚さの本発明のClドープダイヤモンド膜を成長さ
せた。反応系内圧力は45Torr、マイクロ波は2.54GHz、
出力350Wであった。
得られたClドープダイヤモンドエピタキシャル膜の抵
抗率測定とホール測定を行ったところ、ホール係数はい
ずれも（−）でありＮ型半導体であることが確認され
た。さらに２次イオン質量分析法（SIMS）によりダイヤ
モンド中のCl濃度の測定を行った。Cl/C（％）及び自由
電子密度、電子移動度及びCl濃度の測定結果を第１表に
まとめて示す。
抗率測定とホール測定を行ったところ、ホール係数はい
ずれも（−）でありＮ型半導体であることが確認され
た。さらに２次イオン質量分析法（SIMS）によりダイヤ
モンド中のCl濃度の測定を行った。Cl/C（％）及び自由
電子密度、電子移動度及びCl濃度の測定結果を第１表に
まとめて示す。
実施例２ イオン注入法により、Cl加速電圧80KeV、Cl注入量２
×1014/cm2の条件でダイヤモンド単結晶にClを注入し
て、本発明のClドープダイヤモンドを製造した。得られ
たClドープダイヤモンドに5GPa,1300℃でアニールを施
した後、ホール測定を行った。ホール係数は（−）であ
りＮ型半導体であることが確認された。
×1014/cm2の条件でダイヤモンド単結晶にClを注入し
て、本発明のClドープダイヤモンドを製造した。得られ
たClドープダイヤモンドに5GPa,1300℃でアニールを施
した後、ホール測定を行った。ホール係数は（−）であ
りＮ型半導体であることが確認された。
Claims (3)
- 【請求項１】ドーパント元素としてClを１×1010〜１×
1020［cm-3］の濃度で含有してなる半導体ダイヤモン
ド。 - 【請求項２】原料ガス中のClの原子数とＣの原子数の比
Cl/C（％）が0.001％〜10％である原料ガスを用いて気
相薄膜合成法により、Clを含有してなる半導体ダイヤモ
ンドを得ることを特徴とする半導体ダイヤモンドの製
法。 - 【請求項３】イオン注入法によりドーパント元素として
Clを含有してなる半導体ダイヤモンドを得ることを特徴
とする半導体ダイヤモンドの製法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62262535A JP2645439B2 (ja) | 1987-10-16 | 1987-10-16 | 半導体ダイヤモンド及びその製法 |
| DE3818719A DE3818719C2 (de) | 1987-06-02 | 1988-06-01 | Halbleitender Diamant vom n-Typ und Verfahren zu dessen Herstellung |
| US07/201,151 US5001452A (en) | 1987-06-02 | 1988-06-02 | Semiconducting diamond and process for producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62262535A JP2645439B2 (ja) | 1987-10-16 | 1987-10-16 | 半導体ダイヤモンド及びその製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01105528A JPH01105528A (ja) | 1989-04-24 |
| JP2645439B2 true JP2645439B2 (ja) | 1997-08-25 |
Family
ID=17377152
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62262535A Expired - Fee Related JP2645439B2 (ja) | 1987-06-02 | 1987-10-16 | 半導体ダイヤモンド及びその製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2645439B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0656583A (ja) * | 1992-07-21 | 1994-03-01 | Natl Sci Council | ダイアモンド薄膜の堆積方法 |
-
1987
- 1987-10-16 JP JP62262535A patent/JP2645439B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01105528A (ja) | 1989-04-24 |
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |