JP2761759B2 - ダイヤモンド電子装置 - Google Patents
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- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
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- H01L2224/484—Connecting portions
- H01L2224/48463—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a ball bond
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- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
- H01L2224/85—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector
- H01L2224/85909—Post-treatment of the connector or wire bonding area
- H01L2224/8592—Applying permanent coating, e.g. protective coating
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- Led Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 「発明の利用分野」 本発明は、ダイヤモンドを用いた電子装置、特に可視
光発光装置に関するものである。
光発光装置に関するものである。
「従来の技術」 発光素子に関しては、赤色発光はGaAs等のIII−Ｖ化
合物半導体を用いることにより、既に10年以上も以前に
成就している。しかしこの発光素子は、赤色であり、青
色、緑色を出すことはきわめて困難であり、いわんや白
色光等の連続可視光を結晶材料で出すことは全く不可能
であった。
合物半導体を用いることにより、既に10年以上も以前に
成就している。しかしこの発光素子は、赤色であり、青
色、緑色を出すことはきわめて困難であり、いわんや白
色光等の連続可視光を結晶材料で出すことは全く不可能
であった。
ダイヤモンドを用いて発光素子を作るという試みは本
発明人により既に示され、例えば昭和56年特許願146930
号（昭和56年９月17日出願）に示されている。
発明人により既に示され、例えば昭和56年特許願146930
号（昭和56年９月17日出願）に示されている。
ダイヤモンドは耐熱性を有し、きわめて化学的に安定
であるという長所があり、かつ原材料も炭素という安価
な材料であるため、発光素子の市場の大きさを考える
と、その工業的多量生産の可能性はきわめて大なるもの
がある。
であるという長所があり、かつ原材料も炭素という安価
な材料であるため、発光素子の市場の大きさを考える
と、その工業的多量生産の可能性はきわめて大なるもの
がある。
しかし、このダイヤモンドを用いた発光素子を安定
に、かつ高い歩留まりで作る方法はまたそれに必要な構
造はこれまでまったく示されていない。
に、かつ高い歩留まりで作る方法はまたそれに必要な構
造はこれまでまったく示されていない。
「従来の欠点」 本発明は、ダイヤモンドを用いた可視光発光素子を構
成せしめ、かつその歩留まりを大とし、また、発光効率
を高めるためなされたものである。
成せしめ、かつその歩留まりを大とし、また、発光効率
を高めるためなされたものである。
本発明人は、従来のダイヤモンドにおける発光中心が
いかなるものであるかを調べた。そしてこれまで大きな
電流を素志を構成する一対の電極に加えた時、多量の熱
が発生してしまい、十分な可視光の発光はないという欠
点を調査した。その結果、以下の事実が判明した。
いかなるものであるかを調べた。そしてこれまで大きな
電流を素志を構成する一対の電極に加えた時、多量の熱
が発生してしまい、十分な可視光の発光はないという欠
点を調査した。その結果、以下の事実が判明した。
ショットキ接合が十分安定な機能を有さないため、必
要以上に高い電圧を印加しなければならない。またその
電圧もショットキ接合の程度が素子毎にバラつき、高い
製造歩留まりを期待できない。
要以上に高い電圧を印加しなければならない。またその
電圧もショットキ接合の程度が素子毎にバラつき、高い
製造歩留まりを期待できない。
またダイヤモンドは一般にＩ型（真性）およびＰ型の
導電型は作りやすいが、Ｎ型の導電型を作ることはきわ
めて困難であり、結果としてダイヤモンドのみを用いて
PIN接合またはPN接合を構成させることが困難であっ
た。
導電型は作りやすいが、Ｎ型の導電型を作ることはきわ
めて困難であり、結果としてダイヤモンドのみを用いて
PIN接合またはPN接合を構成させることが困難であっ
た。
また、発光源を構成する再結合中心に対し、人為的制
御方法がまったく示されていない。
御方法がまったく示されていない。
「発明の目的」 本発明は、かかる欠点を除去するために成されたもの
である。即ち、ＰまたはＮ型の半導体基板上にダイヤモ
ンドを薄膜状に形成し、この上側に配設された電極と低
抵抗の発光領域を有するダイヤモンドとの間にＮ型また
はＰ型の導電型を有する珪素または炭化珪素を単層また
は多層に構成させた半導体を設けた。この電極およびそ
の下側の半導体を利用して発光をする領域を意図的に設
けたものである。
である。即ち、ＰまたはＮ型の半導体基板上にダイヤモ
ンドを薄膜状に形成し、この上側に配設された電極と低
抵抗の発光領域を有するダイヤモンドとの間にＮ型また
はＰ型の導電型を有する珪素または炭化珪素を単層また
は多層に構成させた半導体を設けた。この電極およびそ
の下側の半導体を利用して発光をする領域を意図的に設
けたものである。
本発明の技術思想の１つは、発光をする領域に外から
不純物を添加して制御形成すると、この領域の電気抵抗
が他の不純物を意図的に添加していない領域に比べて１
桁以上も小さくなるという物性を見出し、これを積極的
に応用して電子装置を構成させんとしたものである。そ
してダイヤモンド中の発光領域に効率よくキャリア（電
荷）を一対の電極間に電圧を印加して注入して、再結合
を発光中心間、バンド間（価電子帯−価電子帯間）又は
発光中心−バンド（伝導帯または価電子帯）間でなさし
めんとしたものである。
不純物を添加して制御形成すると、この領域の電気抵抗
が他の不純物を意図的に添加していない領域に比べて１
桁以上も小さくなるという物性を見出し、これを積極的
に応用して電子装置を構成させんとしたものである。そ
してダイヤモンド中の発光領域に効率よくキャリア（電
荷）を一対の電極間に電圧を印加して注入して、再結合
を発光中心間、バンド間（価電子帯−価電子帯間）又は
発光中心−バンド（伝導帯または価電子帯）間でなさし
めんとしたものである。
「発明の構成」 本発明は、第１の半導体の基板上にダイヤモンドと、
このダイヤモンドの上表面に炭化珪素（SixC1-x 0＜Ｘ
＜１）または珪素の単層または多層の層（以下バッファ
層ともいう）の第２の半導体と、この第２の半導体上に
短冊状、櫛型状等のパターンを有して金属の電極を設け
る。この電極のない領域のダイヤモンド中に、イオン注
入法等により不純物をこの電極をマスクとしてセルファ
ライン（自己整合）的に加速電圧を制御して注入添加を
行う。
このダイヤモンドの上表面に炭化珪素（SixC1-x 0＜Ｘ
＜１）または珪素の単層または多層の層（以下バッファ
層ともいう）の第２の半導体と、この第２の半導体上に
短冊状、櫛型状等のパターンを有して金属の電極を設け
る。この電極のない領域のダイヤモンド中に、イオン注
入法等により不純物をこの電極をマスクとしてセルファ
ライン（自己整合）的に加速電圧を制御して注入添加を
行う。
この不純物を添加した領域、即ち不純物領域が発光領
域となる。基板の裏面に形成した裏面電極と上側電極と
の間に、パルスまたは直流、交流の電流を印加すること
により、可視光を発生、特に不純物領域で発光させる。
この不純物領域即ち発光領域は、上側の電極の下方向ま
たはその下の半導体の下側に存在せず、本発明において
は、この上側の電極または第２の半導体の存在しない領
域に、セルファライン（自己整合）的に不純物をイオン
注入して不純物領域とする。すると本発明の電子装置の
製造に必要なフォトマスク数は１種類のみでよく、きわ
めて高い製造歩留まりを期待できる。
域となる。基板の裏面に形成した裏面電極と上側電極と
の間に、パルスまたは直流、交流の電流を印加すること
により、可視光を発生、特に不純物領域で発光させる。
この不純物領域即ち発光領域は、上側の電極の下方向ま
たはその下の半導体の下側に存在せず、本発明において
は、この上側の電極または第２の半導体の存在しない領
域に、セルファライン（自己整合）的に不純物をイオン
注入して不純物領域とする。すると本発明の電子装置の
製造に必要なフォトマスク数は１種類のみでよく、きわ
めて高い製造歩留まりを期待できる。
本発明はこのＰまたはＮ型の半導体基板上にダイヤモ
ンドを設け、これと上側電極との間にＮ型またはＰ型の
珪素、炭化珪素またはこれらの多層の半導体を形成し、
結果的にダイヤモンド上に半導体層を介在させて、上側
電極とダイヤモンドとが直接密接しないようにして長期
間の実使用条件下での信頼性を向上せしめた。即ち構造
としては、裏面電極−Ｐ型またはＮ型半導体（例えば珪
素基板）−発光領域を有するダイヤモンド−Ｎ型または
Ｐ型半導体（炭化珪素、珪素または炭化珪素上に珪素）
−上側電極として、金属電極とダイヤモンドが直接密接
しない構造とし、ダイヤモンドと半導体との接合を安定
に生ぜしめたものである。
ンドを設け、これと上側電極との間にＮ型またはＰ型の
珪素、炭化珪素またはこれらの多層の半導体を形成し、
結果的にダイヤモンド上に半導体層を介在させて、上側
電極とダイヤモンドとが直接密接しないようにして長期
間の実使用条件下での信頼性を向上せしめた。即ち構造
としては、裏面電極−Ｐ型またはＮ型半導体（例えば珪
素基板）−発光領域を有するダイヤモンド−Ｎ型または
Ｐ型半導体（炭化珪素、珪素または炭化珪素上に珪素）
−上側電極として、金属電極とダイヤモンドが直接密接
しない構造とし、ダイヤモンドと半導体との接合を安定
に生ぜしめたものである。
さらに本発明は、青色発光をより有効に発生させるた
め、このダイヤモンド中に添加する不純物として、元素
周期律表II b族の元素であるZn（亜鉛）,Cd（カドミウ
ム），さらにVI b族の元素であるＯ（酸素）,S（イオ
ウ）,Se（セレン）,Te（テルル）より選ばれた元素をイ
オン注入法等により添加した。またダイヤモンド合成に
はメタノール（CH3OH）等の炭素とOHとの化合物を用い
た。
め、このダイヤモンド中に添加する不純物として、元素
周期律表II b族の元素であるZn（亜鉛）,Cd（カドミウ
ム），さらにVI b族の元素であるＯ（酸素）,S（イオ
ウ）,Se（セレン）,Te（テルル）より選ばれた元素をイ
オン注入法等により添加した。またダイヤモンド合成に
はメタノール（CH3OH）等の炭素とOHとの化合物を用い
た。
半導体中には元素周期律表のIII b族の元素であるＢ
（ホウ素）,Al（アルミニウム）,Ga（ガリウム）,In
（インジウム）,V b族の元素であるＮ（窒素）,P（リ
ン）,As（砒素）,Sb（アンチモン）を添加し、Ｐまたは
Ｎ型とした。これをダイヤモンド中に添加してもよい
が、色が青から緑方向に変わる傾向があった。
（ホウ素）,Al（アルミニウム）,Ga（ガリウム）,In
（インジウム）,V b族の元素であるＮ（窒素）,P（リ
ン）,As（砒素）,Sb（アンチモン）を添加し、Ｐまたは
Ｎ型とした。これをダイヤモンド中に添加してもよい
が、色が青から緑方向に変わる傾向があった。
イオン注入法を用いると、ダイヤモンド中に損傷を作
り、かつ不純物も同時に注入添加できるため、再結合中
心または発光中心をより多く作ることができる。
り、かつ不純物も同時に注入添加できるため、再結合中
心または発光中心をより多く作ることができる。
さらにこの注入により不純物を添加した領域は、不純
物を添加しない領域に比べて１桁以上電気伝導度が大き
い。このため、一対の電極間に電圧を加えた場合、注入
されるキャリアが意図的にこの不純物領域に集中して流
れ、それで電子およびホールが再結合中心を介して互い
に再結合しやすい。この再結合行程により発光させるこ
とができる。
物を添加しない領域に比べて１桁以上電気伝導度が大き
い。このため、一対の電極間に電圧を加えた場合、注入
されるキャリアが意図的にこの不純物領域に集中して流
れ、それで電子およびホールが再結合中心を介して互い
に再結合しやすい。この再結合行程により発光させるこ
とができる。
このイオン注入法を用いる場合、この後酸素を含む雰
囲気、例えば酸素、NOx、大気中で電極が損傷しない程
度に熱アニールを例えば200〜600℃で行っても損傷がそ
のまま残り、原始的な意味での歪エネルギが緩和される
のみであるため、元素周期律表VI b族の元素である酸素
を添加注入させた不純物に加え添加させ、発光効率を高
めることができる。
囲気、例えば酸素、NOx、大気中で電極が損傷しない程
度に熱アニールを例えば200〜600℃で行っても損傷がそ
のまま残り、原始的な意味での歪エネルギが緩和される
のみであるため、元素周期律表VI b族の元素である酸素
を添加注入させた不純物に加え添加させ、発光効率を高
めることができる。
これらの結果、電極とダイヤモンドとの界面を化学的
に安定にし、かつダイヤモンドの不純物領域中を電流が
流れ、バンド間遷移、バンド−再結合中心または発光中
心間の遷移、または再結合中心同士または発光中心同士
間での遷移によるキャリアの再結合が起きる。それによ
りその再結合のエネルギバンド間隔（ギャップ）に従っ
て可視光発光をなさしめんとしたものである。特にその
可視光は、この遷移バンド間に従って青色、緑を出すこ
とができる。さらに複数のバンド間の再結合中心のエネ
ルギレベルを作ることにより、白色光等の連続光をも作
ることが可能である。
に安定にし、かつダイヤモンドの不純物領域中を電流が
流れ、バンド間遷移、バンド−再結合中心または発光中
心間の遷移、または再結合中心同士または発光中心同士
間での遷移によるキャリアの再結合が起きる。それによ
りその再結合のエネルギバンド間隔（ギャップ）に従っ
て可視光発光をなさしめんとしたものである。特にその
可視光は、この遷移バンド間に従って青色、緑を出すこ
とができる。さらに複数のバンド間の再結合中心のエネ
ルギレベルを作ることにより、白色光等の連続光をも作
ることが可能である。
青色発光をより積極的に行うには、Ｐ型シリコン半導
体を用い、ダイヤモンドの形成膜にII b族の不純物、例
えば（CH3）2ZnをCH3OHとともに添加したプラズマ気相
法により形成する。上側の半導体層をＮ型とし、電極材
料をその上に形成する。この電極を選択的に除去し、そ
の除去された領域のダイヤモンド上部に、VI b族または
II b族特にVI b族の不純物、例えばS,Seを選択的に添加
して不純物領域とした場合が優れていた。
体を用い、ダイヤモンドの形成膜にII b族の不純物、例
えば（CH3）2ZnをCH3OHとともに添加したプラズマ気相
法により形成する。上側の半導体層をＮ型とし、電極材
料をその上に形成する。この電極を選択的に除去し、そ
の除去された領域のダイヤモンド上部に、VI b族または
II b族特にVI b族の不純物、例えばS,Seを選択的に添加
して不純物領域とした場合が優れていた。
逆にＮ型シリコン半導体を用い、ここにダイヤモンド
形成中にO,S,Se,TeをH2S,H2Se,H2Te,（CH3）2S,（CH3）
2Se,（CH3）2Teを用いてプラズマ成膜中に添加する。ま
た上側半導体をＰ型として、不純物領域にII b族または
VI b族の不純物特にII b族の不純物例えばZn,Cdをイオ
ン注入法により添加する逆導電型であってもよい。
形成中にO,S,Se,TeをH2S,H2Se,H2Te,（CH3）2S,（CH3）
2Se,（CH3）2Teを用いてプラズマ成膜中に添加する。ま
た上側半導体をＰ型として、不純物領域にII b族または
VI b族の不純物特にII b族の不純物例えばZn,Cdをイオ
ン注入法により添加する逆導電型であってもよい。
以下に本発明を実施例に従って記す。
「実施例１」 本発明において、ダイヤモンドはシリコン半導体上に
第３図に示す有磁場マイクロ波CVD装置を用いて作製し
た。この有磁場マイクロ波CVD装置により、ダイヤモン
ド膜を形成する方法等に関しては、本発明人の出願にな
る特願昭61−292859（薄膜形成方法（昭和61年12月８日
出願）に示されている。その概要を以下に示す。
第３図に示す有磁場マイクロ波CVD装置を用いて作製し
た。この有磁場マイクロ波CVD装置により、ダイヤモン
ド膜を形成する方法等に関しては、本発明人の出願にな
る特願昭61−292859（薄膜形成方法（昭和61年12月８日
出願）に示されている。その概要を以下に示す。
Ｐ型に高濃度に添加されたシリコン半導体基板を、ダ
イヤモンド粒を混合したアルコールを用いた混合液中に
浸し、超音波を１分〜１時間加えた。するとこの第１の
半導体の基板（１）上に微小な損傷を多数形成させるこ
とができる。この損傷は、その後のダイヤモンド形成用
の核のもととすることができる。この基板（１）を有磁
場マイクロ波プラズマCVD装置（以下単にプラズマCVD装
置ともいう）内に配設した。このプラズマCVD装置は、
2.45GHzの周波数のマイクロ波エネルギを、最大10KWま
でマイクロ波発振器（18），アテニュエイタ（16），石
英窓（45）より反応室（19）に加えることができる。ま
た磁場をヘルムホルツコイル（17），（17′）を用い
て、875ガウスの共鳴面を構成せしめるため最大2.2KGに
まで加えた。このコイルの内部の基板（１）をホルダ
（13）に基板おさえ（14）で配設させた。また基板位置
移動機構（42）で反応炉内での位置を調節した。さらに
10-3〜10-6torrまでに真空引きをした。この後これらに
対し、メチルアルコール（CH3OH）またはエチルアルコ
ール（C2H5OH）等のＣ−OH結合を有する気体、例えばア
ルコール（22）を水素（21）で40〜200体積％（100体積
％の時はCH3OH:H2＝1:1に対応）に希釈して導入した。
イヤモンド粒を混合したアルコールを用いた混合液中に
浸し、超音波を１分〜１時間加えた。するとこの第１の
半導体の基板（１）上に微小な損傷を多数形成させるこ
とができる。この損傷は、その後のダイヤモンド形成用
の核のもととすることができる。この基板（１）を有磁
場マイクロ波プラズマCVD装置（以下単にプラズマCVD装
置ともいう）内に配設した。このプラズマCVD装置は、
2.45GHzの周波数のマイクロ波エネルギを、最大10KWま
でマイクロ波発振器（18），アテニュエイタ（16），石
英窓（45）より反応室（19）に加えることができる。ま
た磁場をヘルムホルツコイル（17），（17′）を用い
て、875ガウスの共鳴面を構成せしめるため最大2.2KGに
まで加えた。このコイルの内部の基板（１）をホルダ
（13）に基板おさえ（14）で配設させた。また基板位置
移動機構（42）で反応炉内での位置を調節した。さらに
10-3〜10-6torrまでに真空引きをした。この後これらに
対し、メチルアルコール（CH3OH）またはエチルアルコ
ール（C2H5OH）等のＣ−OH結合を有する気体、例えばア
ルコール（22）を水素（21）で40〜200体積％（100体積
％の時はCH3OH:H2＝1:1に対応）に希釈して導入した。
必要に応じて、ジメチル亜鉛（Zn（CH3）２をZn（C
H3）2/CH3OH＝0.5〜３％として系（23）より成膜中に均
一に添加した。またこのダイヤモンドをＰ型にしたい場
合は、Ｐ型不純物としてトリメチルボロン（Ｂ（CH3）
３）を系（23）よりＢ（CH3）3/CH3OH＝0.5〜３％導入
して、ダイヤモンドをＰ型化した。
H3）2/CH3OH＝0.5〜３％として系（23）より成膜中に均
一に添加した。またこのダイヤモンドをＰ型にしたい場
合は、Ｐ型不純物としてトリメチルボロン（Ｂ（CH3）
３）を系（23）よりＢ（CH3）3/CH3OH＝0.5〜３％導入
して、ダイヤモンドをＰ型化した。
さらに逆にドーパントとしてVI b族の元素であるS,S
e,Teを添加する場合、系（24）より、例えば（H2Sまた
は（CH3）2S）/CH3OH＝0.1〜３％添加してもよい。ダイ
ヤモンドの成長は、反応室（19）の圧力を排気系（25）
より不要気体を排気して0.01〜3torr例えば0.26torrと
した。2.2KG（キロガウス）の磁場を（17），（17′）
より加え、基板（１）の位置またはその近傍が875ガウ
スとなるようにした。マイクロ波は4KWを加えた。この
マイクロ波のエネルギに加え、補助の熱エネルギをホル
ダ（13）より加えて基板の温度を200〜1000℃、例えば8
00℃とした。
e,Teを添加する場合、系（24）より、例えば（H2Sまた
は（CH3）2S）/CH3OH＝0.1〜３％添加してもよい。ダイ
ヤモンドの成長は、反応室（19）の圧力を排気系（25）
より不要気体を排気して0.01〜3torr例えば0.26torrと
した。2.2KG（キロガウス）の磁場を（17），（17′）
より加え、基板（１）の位置またはその近傍が875ガウ
スとなるようにした。マイクロ波は4KWを加えた。この
マイクロ波のエネルギに加え、補助の熱エネルギをホル
ダ（13）より加えて基板の温度を200〜1000℃、例えば8
00℃とした。
するとこのマイクロ波エネルギで分解されプラズマ化
したアルコール中の炭素は、基板上に成長し、単結晶の
ダイヤモンドを多数柱状に成長させることができる。同
時にこのダイヤモンド以外にグラファイト成分も形成さ
れやすいが、これは酸素および水素と反応し、炭酸ガス
またはメタンガスとして再気化し、結果として結晶化し
た炭素即ちダイヤモンド（２）を第１図（Ａ）に示した
如く、0.5〜３μｍ例えば平均厚さ1.3μｍ（成膜時間２
時間）の成長をシリコン半導体（１）上にさせることが
できた。
したアルコール中の炭素は、基板上に成長し、単結晶の
ダイヤモンドを多数柱状に成長させることができる。同
時にこのダイヤモンド以外にグラファイト成分も形成さ
れやすいが、これは酸素および水素と反応し、炭酸ガス
またはメタンガスとして再気化し、結果として結晶化し
た炭素即ちダイヤモンド（２）を第１図（Ａ）に示した
如く、0.5〜３μｍ例えば平均厚さ1.3μｍ（成膜時間２
時間）の成長をシリコン半導体（１）上にさせることが
できた。
即ち、第１図（Ａ）において、Ｐ型半導体基板（１）
上にZnまたはＢが添加されたダイヤモンド（２）または
アンドープ（意図的に不純物を添加しない状態）ダイヤ
モンド（２）を形成した。
上にZnまたはＢが添加されたダイヤモンド（２）または
アンドープ（意図的に不純物を添加しない状態）ダイヤ
モンド（２）を形成した。
さらにこれらの上側にＮ型の導電型の珪素膜または炭
化珪素（SixC1-x 0＜Ｘ＜１）（３）をプラズマCVD法に
てシラン（SiH4）をアルコールのかわりに加え、またV
b族の不純物気体、例えばPH3を同時に加えてＮ型珪素
を、またはこれらの気体に炭化物気体を加えて、プラズ
マCVD法により炭化珪素を300Å〜0.3μｍの厚さに形成
して、第２の半導体とした。この形成をダイヤモンドと
同様のプラズマCVD装置を用いて作る。これらの成膜は
Ｐ型、Ｎ型と異なる不純物を添加するため、マルチチャ
ンバ方式としてダイヤモンド成膜用反応室、Ｎ型半導体
層成膜用反応室として、それらを互いに連結して多量生
産を図ることは有効である。
化珪素（SixC1-x 0＜Ｘ＜１）（３）をプラズマCVD法に
てシラン（SiH4）をアルコールのかわりに加え、またV
b族の不純物気体、例えばPH3を同時に加えてＮ型珪素
を、またはこれらの気体に炭化物気体を加えて、プラズ
マCVD法により炭化珪素を300Å〜0.3μｍの厚さに形成
して、第２の半導体とした。この形成をダイヤモンドと
同様のプラズマCVD装置を用いて作る。これらの成膜は
Ｐ型、Ｎ型と異なる不純物を添加するため、マルチチャ
ンバ方式としてダイヤモンド成膜用反応室、Ｎ型半導体
層成膜用反応室として、それらを互いに連結して多量生
産を図ることは有効である。
本発明においては、さらにこの上にモリブデン、タン
グステンを0.1〜0.5μｍの厚さに形成した。これら耐熱
性金属はイオン注入により不純物領域を作製した後、熱
アニールを行う場合に有効である。この電極材料とし
て、アニール工程が500℃以下の場合は、アルミニウム
を0.5〜２μｍの厚さに形成してもよい。
グステンを0.1〜0.5μｍの厚さに形成した。これら耐熱
性金属はイオン注入により不純物領域を作製した後、熱
アニールを行う場合に有効である。この電極材料とし
て、アニール工程が500℃以下の場合は、アルミニウム
を0.5〜２μｍの厚さに形成してもよい。
この後、この電極材料をフォトエッチング法により除
去し、電極（12−１），（12−２）・・・（12−ｎ）を
形成した。即ちフォトレジストを選択的に形成し、プラ
ズマを用いた公知のドライエッチング方法により除去し
た。
去し、電極（12−１），（12−２）・・・（12−ｎ）を
形成した。即ちフォトレジストを選択的に形成し、プラ
ズマを用いた公知のドライエッチング方法により除去し
た。
この電極材料の選択的な除去の後、第１図（Ｂ）では
半導体（３）をもセルファライン的に除去し（３−
１），（３−２）・・・（３−ｎ）を形成させた。
半導体（３）をもセルファライン的に除去し（３−
１），（３−２）・・・（３−ｎ）を形成させた。
第２図（Ｃ）に示す如く、この電極（12−１）・・・
（12−ｎ）をマスクとして50〜200KeVの加速電圧を用い
て、イオン注入法によりＳまたはSeを１×1018〜３×10
20cm-3、例えば２×1019cm-3の濃度に添加して不純物領
域（５−１），（５−２）・・・（５−ｍ）即ち（５）
を形成した。この後電極（12−１）・・・（12−ｎ）上
のフォトレジスト（図示せず）を除去した。
（12−ｎ）をマスクとして50〜200KeVの加速電圧を用い
て、イオン注入法によりＳまたはSeを１×1018〜３×10
20cm-3、例えば２×1019cm-3の濃度に添加して不純物領
域（５−１），（５−２）・・・（５−ｍ）即ち（５）
を形成した。この後電極（12−１）・・・（12−ｎ）上
のフォトレジスト（図示せず）を除去した。
第１図（Ｄ）において、これら全体を酸素中または大
気中で必要に応じて熱処理を施した。かくして、一方の
半導体をＰ型とし、他方をＮ型とするならば、ダイヤモ
ンドを挟んでPN接合とすることができる。
気中で必要に応じて熱処理を施した。かくして、一方の
半導体をＰ型とし、他方をＮ型とするならば、ダイヤモ
ンドを挟んでPN接合とすることができる。
次にこの電極例えばアルミニウムに対し、ワイヤボン
ディング（８）を施した。さらにこれら全体に窒化珪素
膜（６）を反射防止膜としてコートした。これはフレー
ムに発光素子を設け、ワイヤボンディング後実施した。
第１図（Ｄ）はこの構造を示す。
ディング（８）を施した。さらにこれら全体に窒化珪素
膜（６）を反射防止膜としてコートした。これはフレー
ムに発光素子を設け、ワイヤボンディング後実施した。
第１図（Ｄ）はこの構造を示す。
又、これら全体を投光性プラスチックスでモールド
し、耐湿性向上、耐機械性向上をはかることは有効であ
る。
し、耐湿性向上、耐機械性向上をはかることは有効であ
る。
この第１図（Ｄ）の構造において、一対をなす電極即
ち基板（１）とパターン化させた電極（12）との間に10
〜200V（直流〜100Hzデューイ比１）例えば50Vの電圧で
印加した。
ち基板（１）とパターン化させた電極（12）との間に10
〜200V（直流〜100Hzデューイ比１）例えば50Vの電圧で
印加した。
するとＰ型珪素基板−ダイヤモンド−ダイヤモンド中
の不純物領域（５）−Ｎ型の珪素または炭化珪素−電極
（アルミニウム）と電流（11）が流れた。不純物領域
（５）が不純物の添加されていない他のダイヤモンドに
比べて１桁以上低下が小さいため、電流がここに集中的
に流れ、ここでの電子、ホール（キャリア）の再結合に
より発光し、半導体（３）および電極（12）の存在しな
い領域を通じて外部（上方）に光を放出させることがで
きた。
の不純物領域（５）−Ｎ型の珪素または炭化珪素−電極
（アルミニウム）と電流（11）が流れた。不純物領域
（５）が不純物の添加されていない他のダイヤモンドに
比べて１桁以上低下が小さいため、電流がここに集中的
に流れ、ここでの電子、ホール（キャリア）の再結合に
より発光し、半導体（３）および電極（12）の存在しな
い領域を通じて外部（上方）に光を放出させることがで
きた。
即ち、このダイヤモンドの不純物領域（５−１），
（５−２）・・・（５−ｍ）即ち（５）を中心とした部
分から可視光発光特に475nm±5nmの青色の発光をさせる
ことが可能となった。強度は14カンデラ/m2を有してい
た。
（５−２）・・・（５−ｍ）即ち（５）を中心とした部
分から可視光発光特に475nm±5nmの青色の発光をさせる
ことが可能となった。強度は14カンデラ/m2を有してい
た。
「実施例２」 この実施例においては、第２図に示す実施例１におい
て、Ｎ型シリコン単結晶基板上に0.5〜３μｍ、例えば
1.2μｍの平均厚さでアンドープのダイヤモンドを形成
した。この後、このダイヤモンド表面に対して、Ｐ型炭
化珪素（３）（SixC1-x 0＜Ｘ＜１）を形成した。この
上に電極用部材を実施例１と同様に形成した。この後フ
ォトエッチング法を用い、この電極用部材を選択的に除
去し、残った導体を電極とした。さらにこの電極をマス
クとして、セルファライン的に半導体（３）を選択的に
一部（15−１），（15−２）・・（15−ｍ）即ち（15）
を残して除去し、（３−１），（３−２）・・・（３−
ｎ）を形成した。かくして第２図（Ｂ）を得た。
て、Ｎ型シリコン単結晶基板上に0.5〜３μｍ、例えば
1.2μｍの平均厚さでアンドープのダイヤモンドを形成
した。この後、このダイヤモンド表面に対して、Ｐ型炭
化珪素（３）（SixC1-x 0＜Ｘ＜１）を形成した。この
上に電極用部材を実施例１と同様に形成した。この後フ
ォトエッチング法を用い、この電極用部材を選択的に除
去し、残った導体を電極とした。さらにこの電極をマス
クとして、セルファライン的に半導体（３）を選択的に
一部（15−１），（15−２）・・（15−ｍ）即ち（15）
を残して除去し、（３−１），（３−２）・・・（３−
ｎ）を形成した。かくして第２図（Ｂ）を得た。
次に第２図（Ｃ）に示す如く、元素周期律表II b族の
元素であるZnをダイヤモンド（２）の上部に9.5×1019c
m-3の濃度にイオン注入し、不純物領域（５−１），
（５−２）・・・（５−ｍ）即ち（５）を作った。この
炭化珪素は不純物領域の保護層として有効であり、かつ
不純物領域での発光の障害物とならないため、光学的エ
ネルギバンド巾を2.5eVまたはそれ以上とすることが好
ましい。実施例１のＰ−ダイヤモンド−Ｎ接合とは逆の
導電型のＮ−ダイヤモンド−Ｐ接合構造を有し、発光中
心の不純物として元素周期律表VI b族ではなく、II b族
の元素を主成分として用いた。
元素であるZnをダイヤモンド（２）の上部に9.5×1019c
m-3の濃度にイオン注入し、不純物領域（５−１），
（５−２）・・・（５−ｍ）即ち（５）を作った。この
炭化珪素は不純物領域の保護層として有効であり、かつ
不純物領域での発光の障害物とならないため、光学的エ
ネルギバンド巾を2.5eVまたはそれ以上とすることが好
ましい。実施例１のＰ−ダイヤモンド−Ｎ接合とは逆の
導電型のＮ−ダイヤモンド−Ｐ接合構造を有し、発光中
心の不純物として元素周期律表VI b族ではなく、II b族
の元素を主成分として用いた。
その他は実施例１と同一工程とした。
但し、不純物領域（５−１），（５−２）・・・（５
−ｍ）上には、保護用のかつ電流通路としての半導体
（15−１），（15−２）・・・（15−ｍ）即ち（15）が
存在しその上に反射防止膜（６）が形成されている。
−ｍ）上には、保護用のかつ電流通路としての半導体
（15−１），（15−２）・・・（15−ｍ）即ち（15）が
存在しその上に反射防止膜（６）が形成されている。
一対の電極（12），（９）間に40Vの電圧を印加し
た。するとここからは480nmの波長の青色発光を認める
ことができた。その強度は11カンデラ/m2と実施例１よ
りは暗かった。しかし、十分実用化は可能であった。
た。するとここからは480nmの波長の青色発光を認める
ことができた。その強度は11カンデラ/m2と実施例１よ
りは暗かった。しかし、十分実用化は可能であった。
「実施例３」 実施例１において、Ｐ型半導体（１）上のダイヤモン
ドを単にＰ型のホウ素添加層のみとした。これらの上に
Ｎ型の炭化珪素半導体（３）を形成した。さらに上側の
電極を実施例１と同様に形成した。
ドを単にＰ型のホウ素添加層のみとした。これらの上に
Ｎ型の炭化珪素半導体（３）を形成した。さらに上側の
電極を実施例１と同様に形成した。
この後、このダイヤモンド（２）にVI b族の元素のSe
（セレン）をイオン注入法により50〜200KeVの加速電圧
を用い１×1019〜３×1020cm-3の濃度に添加して不純物
領域（５−１），（５−２）・・・（５−ｍ）即ち
（５）を形成した。これを大気中で450℃でアニール
し、不純物領域（１）には酸素をも添加し、酸素とセレ
ンと２種類のVI b族の元素を加えた。
（セレン）をイオン注入法により50〜200KeVの加速電圧
を用い１×1019〜３×1020cm-3の濃度に添加して不純物
領域（５−１），（５−２）・・・（５−ｍ）即ち
（５）を形成した。これを大気中で450℃でアニール
し、不純物領域（１）には酸素をも添加し、酸素とセレ
ンと２種類のVI b族の元素を加えた。
その結果、長期安定性を有するに加えて、波長510nm,
22カンデラ/m2の緑色がかった青色発光を作ることがで
きた。
22カンデラ/m2の緑色がかった青色発光を作ることがで
きた。
「効果」 これまで知られたダイヤモンドを用いた発光素子では
電極と基板とに40Vの電圧を10分加えるだけでダイヤモ
ンドが60℃近い温度となり、上側電極とダイヤモンドと
が密接しているため反応し劣化してしまった。しかし以
上に示した本発明は、ＰまたはＮ型の半導体を電極とダ
イヤモンドとの間に介在させ、上側電極からのキャリア
の注入を半導体を介してそれに隣接した不純物領域に行
った。構造としては、この半導体の側周辺に隣接しつつ
も、直下ではなく、離れた位置に発光させるための不純
物領域を形成する構造とする。これにより、60Vのパル
ス電圧を印加しても、可視光発光を成就するに加えて、
発光した光が反射防止膜をへて外部に何ら障害物もなく
放出させ得るため、高輝度を成就できた。さらに発光部
である不純物領域に電極材料が拡散してくることがない
ため、約１ケ月間連続で印加してもその発光輝度に何ら
の低下も実験的にはみられなかった。
電極と基板とに40Vの電圧を10分加えるだけでダイヤモ
ンドが60℃近い温度となり、上側電極とダイヤモンドと
が密接しているため反応し劣化してしまった。しかし以
上に示した本発明は、ＰまたはＮ型の半導体を電極とダ
イヤモンドとの間に介在させ、上側電極からのキャリア
の注入を半導体を介してそれに隣接した不純物領域に行
った。構造としては、この半導体の側周辺に隣接しつつ
も、直下ではなく、離れた位置に発光させるための不純
物領域を形成する構造とする。これにより、60Vのパル
ス電圧を印加しても、可視光発光を成就するに加えて、
発光した光が反射防止膜をへて外部に何ら障害物もなく
放出させ得るため、高輝度を成就できた。さらに発光部
である不純物領域に電極材料が拡散してくることがない
ため、約１ケ月間連続で印加してもその発光輝度に何ら
の低下も実験的にはみられなかった。
本発明は１つの発光素子を作る場合を主として示し
た。しかし同一基板上に複数のダイヤモンドを用いた発
光装置を作り、電極を形成した後、適当な大きさにスク
ライブ、ブレイクをして１つづつ単体とすることができ
る。または、多数の発光源を同一基板上に集積化した発
光装置、例えばマトリックスアレーをさせた発光装置と
することは有効である。
た。しかし同一基板上に複数のダイヤモンドを用いた発
光装置を作り、電極を形成した後、適当な大きさにスク
ライブ、ブレイクをして１つづつ単体とすることができ
る。または、多数の発光源を同一基板上に集積化した発
光装置、例えばマトリックスアレーをさせた発光装置と
することは有効である。
また本発明方法は使用するフォトマスクも１種類のみ
であり、きわめて高い歩留まりを期待できる。例えば４
インチウエハ上に0.8mm×0.8mmのLEDを作製する場合、1
04ケのLEDを同一ウエハより一方に作ることができた。
であり、きわめて高い歩留まりを期待できる。例えば４
インチウエハ上に0.8mm×0.8mmのLEDを作製する場合、1
04ケのLEDを同一ウエハより一方に作ることができた。
さらにかかる発光装置を含め、同じダイヤモンドを用
いて、またこの上または下側のシリコン半導体を用いて
ダイオード、トランジスタ、抵抗、コンデンサを一体化
して作り、複合した集積化した電子装置を構成せしめる
ことは有効である。
いて、またこの上または下側のシリコン半導体を用いて
ダイオード、トランジスタ、抵抗、コンデンサを一体化
して作り、複合した集積化した電子装置を構成せしめる
ことは有効である。
第１図および第２図は本発明のダイヤモンド発光装置の
作製工程およびその縦断面図を示す。第３図は本発明に
用いるための基板上にダイヤモンドを形成するための有
磁場マイクロ波装置の１例を示す。 １……基板 ２……ダイヤモンド ３−1,3−2,・・３−n,3……半導体 ４……フォトレジスト ５−1,5−2,・・５−m,5……不純物領域 ６……反射防止膜 ８……ボンディングされたワイヤ ９……裏面電極 11……注入される電流通路 12−1,12−2,・12−n,12……上側電極 13……ホルダ 15−1,15−2,・15−m,15……半導体の残った部分 16……アテニュエイタ 17,17′……マグネット 18……マイクロ波発振器 19……反応室 21,22,23,24……ドーピング系 25……排気系 42……移動機構
作製工程およびその縦断面図を示す。第３図は本発明に
用いるための基板上にダイヤモンドを形成するための有
磁場マイクロ波装置の１例を示す。 １……基板 ２……ダイヤモンド ３−1,3−2,・・３−n,3……半導体 ４……フォトレジスト ５−1,5−2,・・５−m,5……不純物領域 ６……反射防止膜 ８……ボンディングされたワイヤ ９……裏面電極 11……注入される電流通路 12−1,12−2,・12−n,12……上側電極 13……ホルダ 15−1,15−2,・15−m,15……半導体の残った部分 16……アテニュエイタ 17,17′……マグネット 18……マイクロ波発振器 19……反応室 21,22,23,24……ドーピング系 25……排気系 42……移動機構
Claims (3)
- 【請求項１】第１の半導体基板上にダイヤモンドと、該
ダイヤモンド上に選択的に第２の半導体層と、該半導体
上に電極を設け、該電極の存在しない領域の前記ダイヤ
モンド中に不純物領域を設け、前記不純物領域の外側周
辺は前記第２の半導体の外側周辺と一致または概略一致
して設けられたことを特徴とするダイヤモンド電子装
置。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、第１およ
び第２の半導体は珪素または炭化珪素よりなり、一方が
Ｐ型の導電型を有し、他方がＮ型の導電型を有すること
を特徴とするダイヤモンド電子装置。 - 【請求項３】特許請求の範囲第１項において、不純物領
域の不純物は元素周期律表II b族、VI b族の元素より選
ばれたことを特徴とするダイヤモンド電子装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15986789A JP2761759B2 (ja) | 1989-06-22 | 1989-06-22 | ダイヤモンド電子装置 |
| US07/537,991 US5075764A (en) | 1989-06-22 | 1990-06-13 | Diamond electric device and manufacturing method for the same |
| US07/748,422 US5538911A (en) | 1989-06-22 | 1991-08-22 | Manufacturing method for a diamond electric device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15986789A JP2761759B2 (ja) | 1989-06-22 | 1989-06-22 | ダイヤモンド電子装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0324775A JPH0324775A (ja) | 1991-02-01 |
| JP2761759B2 true JP2761759B2 (ja) | 1998-06-04 |
Family
ID=15702950
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15986789A Expired - Fee Related JP2761759B2 (ja) | 1989-06-22 | 1989-06-22 | ダイヤモンド電子装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2761759B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0697726B1 (en) * | 1994-08-03 | 2003-02-26 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Heat sink comprising synthetic diamond film |
-
1989
- 1989-06-22 JP JP15986789A patent/JP2761759B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0324775A (ja) | 1991-02-01 |
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