JP2913765B2 - シヨツトキー接合の形成法 - Google Patents
シヨツトキー接合の形成法Info
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- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02041—Cleaning
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- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/0405—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising semiconducting carbon, e.g. diamond, diamond-like carbon
- H01L21/0425—Making electrodes
- H01L21/0435—Schottky electrodes
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- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L29/1602—Diamond
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- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/47—Schottky barrier electrodes
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Description
本発明は、ダイオード、トランジスタ、等のダイヤモ
ンドデバイスに応用されているショットキー接合の形成
法に関するものである。
ンドデバイスに応用されているショットキー接合の形成
法に関するものである。
半導体ダイヤモンドを含むデバイスは高温下、放射線
下などの苛酷な環境下で安定に動作するデバイスとし
て、あるいは高出力での動作にも耐え得るデバイスとし
て応用が注目されている。 これはバンドギャップが広くて、材質自体が熱的、化
学的に堅牢であることによる。pn接合が作り難いので、
代わりにショットキー接合が利用される。 このため金属とダイヤモンドの理想的な接合特性（シ
ョットキー接合）の形成はダイヤモンドデバイス製作に
おいて重要な課題となる。 ショットキー接合の特性はダイオード特性によって評
価される。つまり逆方向電流が小さいこと、順方向にお
ける接合での電圧降下が小さいこと等がショットキー接
合に要求される。いくつかのショットキー接合作製の試
みがなされている。 このうちで、点接触形のものが、Ｍ、Ｗ、Geis等（IE
EE ELECTRON DEVICE LETTERS,vol.EDL8,（1987）P.34
1）によって報告されている。 しかしこれは接触面積が小さく大出力への応用として
はあまり実用的ではない。蒸着を用いた金属電極の研究
がなされているが未だ十分な特性を得る方法が確立され
ていない。 ショットキー接合の特性を評価する方法として例えば
障壁高さより算出される逆方向電流と、電圧依存性が指
数関数的である順方向電流の傾きの逆数に比例したｎ値
を用いることができる。 ここで逆方向電流はショットキー障壁を越えて（ある
いはトンネルで）流れる理想的な電流だけでなく、ショ
ットキー接合が不十分なことや、ギャップ内の欠陥準位
等を通ることによるリーク電流が含まれる。このリーク
電流の大小によって特性の良悪しが評価される。 ダイヤモンドの場合、金属との障壁高さを、約1.8eV
と考えるとこの時理想的には（リーク電流が無い場合に
は）逆方向電流は10-23A/cm2程度である。 現実にはリーク電流が存在し、この値より大きい。従
ってリーク電流が測定器の感度の限界である10-12A/cm2
以上の時はその値で評価でき、以下の時は数値的な評価
はできないが、比較的良好な特性と判断する。 またｎ値というのは、順方向電流量が電圧に対して、
exp（eV/nkT）と言う関係にあるがこの式に現れるｎの
値のことである。理想的にはｎ＝１である。ここでＶは
印加電圧、ｅは電荷素量、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶
対温度である。 前述の点接触型ショットキー接合は逆方向の電流にお
いて、10-9〜10-6（A/cm2）程度で、ｎ値は２〜10程度
であった。これは理想の逆方向電流である〜10-23A/cm2
からも（障壁高さを1.8eVとして）測定器の検出限界で
ある10-12A/cm2からもかなり離れている。またｎの値も
望ましい値である１〜２とはかなり違っている。
下などの苛酷な環境下で安定に動作するデバイスとし
て、あるいは高出力での動作にも耐え得るデバイスとし
て応用が注目されている。 これはバンドギャップが広くて、材質自体が熱的、化
学的に堅牢であることによる。pn接合が作り難いので、
代わりにショットキー接合が利用される。 このため金属とダイヤモンドの理想的な接合特性（シ
ョットキー接合）の形成はダイヤモンドデバイス製作に
おいて重要な課題となる。 ショットキー接合の特性はダイオード特性によって評
価される。つまり逆方向電流が小さいこと、順方向にお
ける接合での電圧降下が小さいこと等がショットキー接
合に要求される。いくつかのショットキー接合作製の試
みがなされている。 このうちで、点接触形のものが、Ｍ、Ｗ、Geis等（IE
EE ELECTRON DEVICE LETTERS,vol.EDL8,（1987）P.34
1）によって報告されている。 しかしこれは接触面積が小さく大出力への応用として
はあまり実用的ではない。蒸着を用いた金属電極の研究
がなされているが未だ十分な特性を得る方法が確立され
ていない。 ショットキー接合の特性を評価する方法として例えば
障壁高さより算出される逆方向電流と、電圧依存性が指
数関数的である順方向電流の傾きの逆数に比例したｎ値
を用いることができる。 ここで逆方向電流はショットキー障壁を越えて（ある
いはトンネルで）流れる理想的な電流だけでなく、ショ
ットキー接合が不十分なことや、ギャップ内の欠陥準位
等を通ることによるリーク電流が含まれる。このリーク
電流の大小によって特性の良悪しが評価される。 ダイヤモンドの場合、金属との障壁高さを、約1.8eV
と考えるとこの時理想的には（リーク電流が無い場合に
は）逆方向電流は10-23A/cm2程度である。 現実にはリーク電流が存在し、この値より大きい。従
ってリーク電流が測定器の感度の限界である10-12A/cm2
以上の時はその値で評価でき、以下の時は数値的な評価
はできないが、比較的良好な特性と判断する。 またｎ値というのは、順方向電流量が電圧に対して、
exp（eV/nkT）と言う関係にあるがこの式に現れるｎの
値のことである。理想的にはｎ＝１である。ここでＶは
印加電圧、ｅは電荷素量、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶
対温度である。 前述の点接触型ショットキー接合は逆方向の電流にお
いて、10-9〜10-6（A/cm2）程度で、ｎ値は２〜10程度
であった。これは理想の逆方向電流である〜10-23A/cm2
からも（障壁高さを1.8eVとして）測定器の検出限界で
ある10-12A/cm2からもかなり離れている。またｎの値も
望ましい値である１〜２とはかなり違っている。
このようにダイヤモンドの表面に形成したショットキ
ー接合の特性が悪いのは、ダイヤモンドの表面状態が悪
いからである。ショットキー接合は半導体表面と金属表
面との接合の状態によってその特性が著しく影響され
る。 予め形成されたダイヤモンドの表面に金属を蒸着等す
るのであるから金属膜の形成方法に対して工夫を重ねな
ければならないが、それとともに半導体層の表面状態に
も配慮しなければならない。 ダイヤモンドの表面の炭素は、結合の手を表面から出
し、手が余った状態となっている。気相合成法等で作製
されたダイヤモンド層の表面では炭素原子の余った結合
の手は隣接する炭素同士あるいは水素原子と結合を作り
２原子で１組の並び方をしている。この上に金属電極を
形成するとショットキー接合の特性は余り良好ではな
い。 ダイヤモンドのデバイスを再現性よく良好な特性で動
作させるため、逆方向電流は10-13A/cm2（計測器の測定
限界）以下で、順方向電流の電圧依存性より算出される
ｎ値は１〜２になるような特性を有するショットキー接
合を製作する方法を提供することが本発明の目的であ
る。
ー接合の特性が悪いのは、ダイヤモンドの表面状態が悪
いからである。ショットキー接合は半導体表面と金属表
面との接合の状態によってその特性が著しく影響され
る。 予め形成されたダイヤモンドの表面に金属を蒸着等す
るのであるから金属膜の形成方法に対して工夫を重ねな
ければならないが、それとともに半導体層の表面状態に
も配慮しなければならない。 ダイヤモンドの表面の炭素は、結合の手を表面から出
し、手が余った状態となっている。気相合成法等で作製
されたダイヤモンド層の表面では炭素原子の余った結合
の手は隣接する炭素同士あるいは水素原子と結合を作り
２原子で１組の並び方をしている。この上に金属電極を
形成するとショットキー接合の特性は余り良好ではな
い。 ダイヤモンドのデバイスを再現性よく良好な特性で動
作させるため、逆方向電流は10-13A/cm2（計測器の測定
限界）以下で、順方向電流の電圧依存性より算出される
ｎ値は１〜２になるような特性を有するショットキー接
合を製作する方法を提供することが本発明の目的であ
る。
本発明はダイヤモンドデバイスのショットキー特性を
向上するために、酸素原子や塩素・フッ素原子等のエッ
チング性の元素を含むプラズマによってダイヤモンド表
面を改質した後に、金属電極を形成することを特徴とす
る。 酸素原子は酸素原子を含む分子（O2、H2O、CO2等）に
よって導入される。 塩素やフッ素はそれらを含む分子（CCl4、HCl、CF4、
HF等）によって導入される。 プラズマを発生する手段は任意である。例えばアーク
放電により原料ガスをプラズマとするバケット型のイオ
ン源を用いても良い。あるいはRF放電、直流放電を利用
するイオン源でも良い。マイクロ波プラズマイオン源を
も利用できる。 このとき、酸素やハロゲンガスだけでなく、水素や不
活性ガス等との混合ガスとなっていても構わない。特に
水素と酸素の混合ガスが好ましい。 表面処理方法は基板をプラズマ中に置くだけで良い。
またプラズマをビーム状にして吹き付けるようにしても
構わない。 ダイヤモンド半導体であるので、基板温度は1000℃ま
であげることができる。温度の高い方が同じ効果を得る
時間が少なくて良い。
向上するために、酸素原子や塩素・フッ素原子等のエッ
チング性の元素を含むプラズマによってダイヤモンド表
面を改質した後に、金属電極を形成することを特徴とす
る。 酸素原子は酸素原子を含む分子（O2、H2O、CO2等）に
よって導入される。 塩素やフッ素はそれらを含む分子（CCl4、HCl、CF4、
HF等）によって導入される。 プラズマを発生する手段は任意である。例えばアーク
放電により原料ガスをプラズマとするバケット型のイオ
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するイオン源でも良い。マイクロ波プラズマイオン源を
も利用できる。 このとき、酸素やハロゲンガスだけでなく、水素や不
活性ガス等との混合ガスとなっていても構わない。特に
水素と酸素の混合ガスが好ましい。 表面処理方法は基板をプラズマ中に置くだけで良い。
またプラズマをビーム状にして吹き付けるようにしても
構わない。 ダイヤモンド半導体であるので、基板温度は1000℃ま
であげることができる。温度の高い方が同じ効果を得る
時間が少なくて良い。
ダイヤモンドの表面には、炭素原子が並んでいる。こ
れらの炭素原子は内側の炭素原子とは結合しているが、
外側には結合すべき炭素原子が無い。余った結合の手は
エネルギーを下げるために他の炭素原子の結合の手と実
質的に結合する。これは規則正しい格子構造を歪ませる
傾向がある。表面炭素原子の配列は基準の位置からずれ
る。このずれは波を打つようになる。正しい格子構造が
崩れている表面に金属を被覆した場合、ショットキー接
合が巧く形成できない。表面を改質するために本発明者
は、色々な原子のプラズマでダイヤモンドの表面を叩い
てみた。 水素はダイヤモンド薄膜をマイクロ波プラズマ法で作
るときにも用いるガスである。水素ガスで表面処理して
もショットキー接合の特性は改善されなかった。 しかし酸素あるいはハロゲンで表面処理するとショッ
トキー接合の特性が改善された。どうしてショットキー
接合の特性が改善されるのかその理由は分からない。し
かし次のように考えられる。 酸素或はハロゲンのプラズマでダイヤモンド表面を叩
くので、酸素、ハロゲンとダイヤモンドの最外層の炭素
原子が結合する。最外層の炭素原子同士が結合していた
ものの一部が切れて酸素、ハロゲンと結合する。このた
め最外層の近傍の格子の歪みが減少する。これにより格
子の周期性が改善されるので最外層近傍のバンド構造が
整えられ格子歪みによる寄生準位などが減少するのでは
ないかと推測される。 水素で処理しても効果がなく、酸素、ハロゲンで処理
すると効果があるのはどうしてかという問題がある。こ
の点を明らかにするためにRHEEDによって水素処理した
ものと、酸素処理したものの表面の構造を調べた。 第７図は水素処理したもののRHEEDパターンである。
第８図は酸素処理したもののRHEEDパターンである。 水素処理したものの方は縦線の数が２倍になってい
る。これは格子の周期性を越える超周期構造があるとい
うことである。酸素処理したものはこのような超周期構
造が見られない。このような明白な違いがある。この違
いがショットキー接合の特性にどのような作用を通じて
影響をおよぼすのかは本発明者にも未だ分からない。 しかし酸素、ハロゲンで処理するとショットキー接合
の特性が向上するということが明らかになった。 以上は本発明の作用に関するものである。以下はダイ
ヤモンド半導体の一般的な特性である。本発明によれば
良好なダイヤモンドのショットキー接合が得られるので
ダイヤモンド半導体が持っている長所を余さず利用でき
る。 ダイヤモンドは、バンドギャップが5.5eVと大きい。
このため真性領域に相当する温度領域は、ダイヤモンド
が熱的に安定な1400℃以下には存在しない。つまり高温
でも半導体として動作する。この点Si、GaAsなどの半導
体と違う。 また化学的にも非常に安定である。酸性、アルカリ性
の雰囲気など苛酷な雰囲気でも使用することができる。 ダイヤモンドの熱電導率は20（W/cm・ｋ）とSiの10倍
以上であり、放熱性にも優れている。従って大電力用の
素子として好適である。 さらに、ダイヤモンドは、キャリアの移動度が大きい
（電子移動度:2000（cm2/V・秒）、ホール移動度:2100
（cm2/V・秒）、300K）、誘電率が小さい（Ｋ＝5.5）、
破壊電界が大きい（Ｅ＝５×106V/cm）などの特徴を有
しており、高周波で大電力用のデバイスを作製すること
ができる。 さらに、ダイヤモンドは不純物を含まないと絶縁体で
あるという特徴も有しているため、素子を作製する際、
基板として用いるダイヤモンドと動作層のダイヤモンド
とを電気的に完全に分離できるという利点がある。 本発明は、高温での動作や高出力・高周波での動作の
可能な耐環境性にも優れたダイヤモンドデバイスを実現
するためには、良好なショットキー接合形成する事によ
って達成される。 適用される半導体性ダイヤモンドは、天然或は人工
（高圧合成）のバルク単結晶であっても、気相合成によ
る薄膜多結晶あるいは薄膜単結晶（エピタキシャル膜）
であっても効果は変わらない。 気相合成ダイヤモンド膜を形成する方法としては、 （１）直流または交流電界により放電を起こし、原料ガ
スを活性化する方法、 （２）熱電子放射材を加熱し、原料ガスを活性化する方
法、 （３）ダイヤモンドを成長させる表面をイオンで衝撃す
る方法、 （４）レーザーや紫外線などの光で原料ガスを励起する
方法、及び （５）原料ガスを燃焼させる方法 等各種の方法があるが、いずれの方法も本発明に用いる
事ができ、発明の効果は変わらない。
れらの炭素原子は内側の炭素原子とは結合しているが、
外側には結合すべき炭素原子が無い。余った結合の手は
エネルギーを下げるために他の炭素原子の結合の手と実
質的に結合する。これは規則正しい格子構造を歪ませる
傾向がある。表面炭素原子の配列は基準の位置からずれ
る。このずれは波を打つようになる。正しい格子構造が
崩れている表面に金属を被覆した場合、ショットキー接
合が巧く形成できない。表面を改質するために本発明者
は、色々な原子のプラズマでダイヤモンドの表面を叩い
てみた。 水素はダイヤモンド薄膜をマイクロ波プラズマ法で作
るときにも用いるガスである。水素ガスで表面処理して
もショットキー接合の特性は改善されなかった。 しかし酸素あるいはハロゲンで表面処理するとショッ
トキー接合の特性が改善された。どうしてショットキー
接合の特性が改善されるのかその理由は分からない。し
かし次のように考えられる。 酸素或はハロゲンのプラズマでダイヤモンド表面を叩
くので、酸素、ハロゲンとダイヤモンドの最外層の炭素
原子が結合する。最外層の炭素原子同士が結合していた
ものの一部が切れて酸素、ハロゲンと結合する。このた
め最外層の近傍の格子の歪みが減少する。これにより格
子の周期性が改善されるので最外層近傍のバンド構造が
整えられ格子歪みによる寄生準位などが減少するのでは
ないかと推測される。 水素で処理しても効果がなく、酸素、ハロゲンで処理
すると効果があるのはどうしてかという問題がある。こ
の点を明らかにするためにRHEEDによって水素処理した
ものと、酸素処理したものの表面の構造を調べた。 第７図は水素処理したもののRHEEDパターンである。
第８図は酸素処理したもののRHEEDパターンである。 水素処理したものの方は縦線の数が２倍になってい
る。これは格子の周期性を越える超周期構造があるとい
うことである。酸素処理したものはこのような超周期構
造が見られない。このような明白な違いがある。この違
いがショットキー接合の特性にどのような作用を通じて
影響をおよぼすのかは本発明者にも未だ分からない。 しかし酸素、ハロゲンで処理するとショットキー接合
の特性が向上するということが明らかになった。 以上は本発明の作用に関するものである。以下はダイ
ヤモンド半導体の一般的な特性である。本発明によれば
良好なダイヤモンドのショットキー接合が得られるので
ダイヤモンド半導体が持っている長所を余さず利用でき
る。 ダイヤモンドは、バンドギャップが5.5eVと大きい。
このため真性領域に相当する温度領域は、ダイヤモンド
が熱的に安定な1400℃以下には存在しない。つまり高温
でも半導体として動作する。この点Si、GaAsなどの半導
体と違う。 また化学的にも非常に安定である。酸性、アルカリ性
の雰囲気など苛酷な雰囲気でも使用することができる。 ダイヤモンドの熱電導率は20（W/cm・ｋ）とSiの10倍
以上であり、放熱性にも優れている。従って大電力用の
素子として好適である。 さらに、ダイヤモンドは、キャリアの移動度が大きい
（電子移動度:2000（cm2/V・秒）、ホール移動度:2100
（cm2/V・秒）、300K）、誘電率が小さい（Ｋ＝5.5）、
破壊電界が大きい（Ｅ＝５×106V/cm）などの特徴を有
しており、高周波で大電力用のデバイスを作製すること
ができる。 さらに、ダイヤモンドは不純物を含まないと絶縁体で
あるという特徴も有しているため、素子を作製する際、
基板として用いるダイヤモンドと動作層のダイヤモンド
とを電気的に完全に分離できるという利点がある。 本発明は、高温での動作や高出力・高周波での動作の
可能な耐環境性にも優れたダイヤモンドデバイスを実現
するためには、良好なショットキー接合形成する事によ
って達成される。 適用される半導体性ダイヤモンドは、天然或は人工
（高圧合成）のバルク単結晶であっても、気相合成によ
る薄膜多結晶あるいは薄膜単結晶（エピタキシャル膜）
であっても効果は変わらない。 気相合成ダイヤモンド膜を形成する方法としては、 （１）直流または交流電界により放電を起こし、原料ガ
スを活性化する方法、 （２）熱電子放射材を加熱し、原料ガスを活性化する方
法、 （３）ダイヤモンドを成長させる表面をイオンで衝撃す
る方法、 （４）レーザーや紫外線などの光で原料ガスを励起する
方法、及び （５）原料ガスを燃焼させる方法 等各種の方法があるが、いずれの方法も本発明に用いる
事ができ、発明の効果は変わらない。
以下に本発明の実施例を示す。 実施例１ 人工の単結晶ダイヤモンド基板（Ib）上にマイクロ波
プラズマCVD法によって次のような条件で成膜を行っ
た。 マイクロ波プラズマCVD条件は、 原料ガス：H2、CH4、B2H6 H2流量:100sccm CH4流量:6sccm B2H6（10ppm）流量:5sccm 圧力:40Torr パワー:300W 放電時間:2h 膜は（100）基板上に5000A程成長し、電子線回折によ
り（100）方向にエピタキシャル成していることを確認
している。 この試料を、成長の後何も処理しないで、１×10-6To
rrでアルミニウムを真空蒸着して電極を形成したものを
（ａ）とする。 成長の後酸素を含むプラズマでの条件で処理し、同じ
条件でアルミニウム電極を形成したものを（ｂ）とし
た。 （ｂ）のプラズマ処理の条件は、 処理ガス：H2、O2 H2流量:100sccm O2流量:1sccm 圧力:40Torr パワー:300W 放電時間:0.5h であった。この２つの試料において、オーミック側の電
極としてチタン金属を同一平面上に形成した。これらの
試料の外見を第１図に示す。 単結晶ダイヤモンド１の上にダイヤモンドエピタキシ
ャル層２が形成してあり、両端にTi電極４（オーミック
電極）が、中央にAl電極３（ショットキー電極）が形成
してある。 電流−電圧特性を第２図（表面処理をしない）、第３
図（表面処理をした）に示す。 横軸がバイアス電圧（Ｖ）、縦軸が電流（A/cm2）で
ある。 表面処理をしていないものは逆方向電流が大きく10-7
〜10-6A/cm2にも達する。また順方向のも抵抗が大き
く、電流の飽和も早いうちにおきる。ｎの値は4.5程度
である。 本発明の表面処理をしたものは逆方向電流が小さく10
11〜10-10A/cm2程度である。順方向の電流が大きくｎは
1.6程度である。順方向と逆方向での電流の違いが著し
い。 このように、表面処理のない試料（ａ）より、処理を
行った試料（ｂ）の方が良好な特性を示し、逆方向電流
が10-12（A/cm2）と装置の限界近く、ｎ値も1.6程度で
理想に近い値を示した。 なお、酸素流量を0.1から10sccmの範囲で変化させて
もその効果は変わらなかった。又、HCl、CF4等の添加効
果も同様な結果が得られた。 実施例２ 人工ダイヤモンド（高圧合成、IIb、2mm×1.5mm×0.3
mm）を用いて、実施例１と同じ条件で表面処理を行った
後アルミニウム電極を形成した試料（ｂ）と、表面処理
せずアルミニウム電極を形成した試料（ａ）を用意し
た。 オーミック電極としてチタン金属を裏面にサンドイッ
チ状に形成した。 試料の外見を第４図に示す。単結晶ダイヤモンド11の
裏面にTi電極14が、上面にAl電極13が形成されている。 電流−電圧特性を第５図（表面処理していない）、第
６図（表面処理した）に示す。 表面処理をしていないものは逆方向電流が大きい。10
-6〜10-7A/cm2に達する。順方向電流が小さく飽和も早
い。ｎは3.8程度である。ダイオード特性が悪い。 本発明の方法によって表面処理したものは逆方向電流
が10-11〜10-10A/cm2であって十分に小さい。順方向電
流は大きくて、ｎは1.7程度である。良好なダイオード
特性である。 このように実施例１と同様、試料（ｂ）は逆方向電流
が少なく、理想的な特性が得られた。
プラズマCVD法によって次のような条件で成膜を行っ
た。 マイクロ波プラズマCVD条件は、 原料ガス：H2、CH4、B2H6 H2流量:100sccm CH4流量:6sccm B2H6（10ppm）流量:5sccm 圧力:40Torr パワー:300W 放電時間:2h 膜は（100）基板上に5000A程成長し、電子線回折によ
り（100）方向にエピタキシャル成していることを確認
している。 この試料を、成長の後何も処理しないで、１×10-6To
rrでアルミニウムを真空蒸着して電極を形成したものを
（ａ）とする。 成長の後酸素を含むプラズマでの条件で処理し、同じ
条件でアルミニウム電極を形成したものを（ｂ）とし
た。 （ｂ）のプラズマ処理の条件は、 処理ガス：H2、O2 H2流量:100sccm O2流量:1sccm 圧力:40Torr パワー:300W 放電時間:0.5h であった。この２つの試料において、オーミック側の電
極としてチタン金属を同一平面上に形成した。これらの
試料の外見を第１図に示す。 単結晶ダイヤモンド１の上にダイヤモンドエピタキシ
ャル層２が形成してあり、両端にTi電極４（オーミック
電極）が、中央にAl電極３（ショットキー電極）が形成
してある。 電流−電圧特性を第２図（表面処理をしない）、第３
図（表面処理をした）に示す。 横軸がバイアス電圧（Ｖ）、縦軸が電流（A/cm2）で
ある。 表面処理をしていないものは逆方向電流が大きく10-7
〜10-6A/cm2にも達する。また順方向のも抵抗が大き
く、電流の飽和も早いうちにおきる。ｎの値は4.5程度
である。 本発明の表面処理をしたものは逆方向電流が小さく10
11〜10-10A/cm2程度である。順方向の電流が大きくｎは
1.6程度である。順方向と逆方向での電流の違いが著し
い。 このように、表面処理のない試料（ａ）より、処理を
行った試料（ｂ）の方が良好な特性を示し、逆方向電流
が10-12（A/cm2）と装置の限界近く、ｎ値も1.6程度で
理想に近い値を示した。 なお、酸素流量を0.1から10sccmの範囲で変化させて
もその効果は変わらなかった。又、HCl、CF4等の添加効
果も同様な結果が得られた。 実施例２ 人工ダイヤモンド（高圧合成、IIb、2mm×1.5mm×0.3
mm）を用いて、実施例１と同じ条件で表面処理を行った
後アルミニウム電極を形成した試料（ｂ）と、表面処理
せずアルミニウム電極を形成した試料（ａ）を用意し
た。 オーミック電極としてチタン金属を裏面にサンドイッ
チ状に形成した。 試料の外見を第４図に示す。単結晶ダイヤモンド11の
裏面にTi電極14が、上面にAl電極13が形成されている。 電流−電圧特性を第５図（表面処理していない）、第
６図（表面処理した）に示す。 表面処理をしていないものは逆方向電流が大きい。10
-6〜10-7A/cm2に達する。順方向電流が小さく飽和も早
い。ｎは3.8程度である。ダイオード特性が悪い。 本発明の方法によって表面処理したものは逆方向電流
が10-11〜10-10A/cm2であって十分に小さい。順方向電
流は大きくて、ｎは1.7程度である。良好なダイオード
特性である。 このように実施例１と同様、試料（ｂ）は逆方向電流
が少なく、理想的な特性が得られた。
本発明によれば良好なショットキー接合を作ることが
できる。これらのショットキー接合を使って、耐熱性、
耐環境性に優れたトランジスターやダイオードなどのデ
バイスを製作することができる。本発明によってダイヤ
モンドの特性を有効に生かしたデバイスを作ることがで
きる。
できる。これらのショットキー接合を使って、耐熱性、
耐環境性に優れたトランジスターやダイオードなどのデ
バイスを製作することができる。本発明によってダイヤ
モンドの特性を有効に生かしたデバイスを作ることがで
きる。
第１図は本発明の効果を確かめるために試作したダイヤ
モンド薄膜を利用するダイオードの斜視図。 第２図は第１図の構造で表面処理をしていないダイヤモ
ンド薄膜を用いたダイオードの電圧−電流特性を示すグ
ラフ。横軸が電圧（Ｖ）、縦軸が電流（A/cm2）。 第３図は第１図の構造で本発明の方法によって表面処理
をしたダイヤモンド薄膜を用いたダイオードの電圧−電
流特性を示すグラフ。 第４図は本発明の効果を確かめるために試作したダイヤ
モンドバルク単結晶を用いたダイオードの斜視図。 第５図は第４図の構造で表面処理をしていないダイヤモ
ンドを用いたダイオードの電圧−電流特性を示すグラ
フ。 第６図は第４図の構造で本発明の方法によって表面処理
をしたダイヤモンドを用いたダイオードの電圧−電流特
性を示すグラフ。 第７図はダイヤモンド表面を水素プラズマで処理したも
ののRHEEDパターン図。 第８図はダイヤモンド表面を酸素プラズマで処理したも
ののRHEEDパターン図。 １……単結晶ダイヤモンド ２……ダイヤモンドエピタキシャル層 ３……Al電極 ４……Ti電極 11……単結晶ダイヤモンド 13……Al電極 14……Ti電極
モンド薄膜を利用するダイオードの斜視図。 第２図は第１図の構造で表面処理をしていないダイヤモ
ンド薄膜を用いたダイオードの電圧−電流特性を示すグ
ラフ。横軸が電圧（Ｖ）、縦軸が電流（A/cm2）。 第３図は第１図の構造で本発明の方法によって表面処理
をしたダイヤモンド薄膜を用いたダイオードの電圧−電
流特性を示すグラフ。 第４図は本発明の効果を確かめるために試作したダイヤ
モンドバルク単結晶を用いたダイオードの斜視図。 第５図は第４図の構造で表面処理をしていないダイヤモ
ンドを用いたダイオードの電圧−電流特性を示すグラ
フ。 第６図は第４図の構造で本発明の方法によって表面処理
をしたダイヤモンドを用いたダイオードの電圧−電流特
性を示すグラフ。 第７図はダイヤモンド表面を水素プラズマで処理したも
ののRHEEDパターン図。 第８図はダイヤモンド表面を酸素プラズマで処理したも
ののRHEEDパターン図。 １……単結晶ダイヤモンド ２……ダイヤモンドエピタキシャル層 ３……Al電極 ４……Ti電極 11……単結晶ダイヤモンド 13……Al電極 14……Ti電極
Claims (1)
- 【請求項１】ｐ型半導体ダイヤモンドの表面を酸素また
はハロゲンを含むプラズマで処理した後、アルミニウム
のショットキー電極を形成する事を特徴とするショット
キー接合の形成法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13159190A JP2913765B2 (ja) | 1990-05-21 | 1990-05-21 | シヨツトキー接合の形成法 |
| DE1991624003 DE69124003T2 (de) | 1990-05-21 | 1991-05-16 | Verfahren zur Herstellung eines Schottky-Übergangs unter Verwendung von Diamant |
| EP19910304426 EP0458530B1 (en) | 1990-05-21 | 1991-05-16 | Method of fabricating a Schottky junction using diamond |
| US08/184,105 US5500393A (en) | 1990-05-21 | 1994-01-21 | Method for fabricating a schottky junction |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13159190A JP2913765B2 (ja) | 1990-05-21 | 1990-05-21 | シヨツトキー接合の形成法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0426161A JPH0426161A (ja) | 1992-01-29 |
| JP2913765B2 true JP2913765B2 (ja) | 1999-06-28 |
Family
ID=15061636
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13159190A Expired - Fee Related JP2913765B2 (ja) | 1990-05-21 | 1990-05-21 | シヨツトキー接合の形成法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0458530B1 (ja) |
| JP (1) | JP2913765B2 (ja) |
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| JPH0794303A (ja) * | 1993-05-04 | 1995-04-07 | Kobe Steel Ltd | 高配向性ダイヤモンド薄膜サーミスタ |
| US5442199A (en) * | 1993-05-14 | 1995-08-15 | Kobe Steel Usa, Inc. | Diamond hetero-junction rectifying element |
| JP3549227B2 (ja) * | 1993-05-14 | 2004-08-04 | 株式会社神戸製鋼所 | 高配向性ダイヤモンド薄膜 |
| JPH0786311A (ja) * | 1993-05-14 | 1995-03-31 | Kobe Steel Ltd | 高配向性ダイヤモンド薄膜電界効果トランジスタ |
| JP3549228B2 (ja) * | 1993-05-14 | 2004-08-04 | 株式会社神戸製鋼所 | 高配向性ダイヤモンド放熱基板 |
| JPH0794805A (ja) * | 1993-05-14 | 1995-04-07 | Kobe Steel Ltd | 高配向性ダイヤモンド薄膜磁気検出素子及び磁気検出装置 |
| JP3755904B2 (ja) * | 1993-05-14 | 2006-03-15 | 株式会社神戸製鋼所 | ダイヤモンド整流素子 |
| US5371383A (en) * | 1993-05-14 | 1994-12-06 | Kobe Steel Usa Inc. | Highly oriented diamond film field-effect transistor |
| EP0642175B1 (en) * | 1993-09-07 | 2004-04-28 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Semiconductor element with Schottky electrode and process for producing the same |
| JP3309887B2 (ja) * | 1994-08-17 | 2002-07-29 | 住友電気工業株式会社 | 半導体装置 |
| JP3308755B2 (ja) * | 1994-09-16 | 2002-07-29 | 東京瓦斯株式会社 | 素子分離された水素終端ダイヤモンド半導体素子の製造方法 |
| SE515494C2 (sv) * | 1999-12-28 | 2001-08-13 | Abb Ab | Högspänningshalvledaranordning och förfarande för tillverkning av ett passiveringsskikt på en högspänningshalvledaranordning |
| JP2002226290A (ja) * | 2000-11-29 | 2002-08-14 | Japan Fine Ceramics Center | ダイヤモンド加工体の製造方法、及び、ダイヤモンド加工体 |
| EP1803161B1 (en) * | 2004-09-10 | 2013-01-09 | Element Six Limited | Switching device |
| GB2452873B (en) * | 2006-05-10 | 2011-12-28 | Nat Inst Of Advanced Ind Scien | Method for diamond surface treatment and device using thin fi lm of diamond |
| EP2118335A1 (en) | 2007-01-22 | 2009-11-18 | Element Six Limited | High uniformity boron doped diamond material |
| JP5099486B2 (ja) * | 2007-08-23 | 2012-12-19 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 高出力ダイヤモンド半導体素子 |
| JP5158763B2 (ja) * | 2007-09-27 | 2013-03-06 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 高出力ダイヤモンド半導体素子 |
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1990
- 1990-05-21 JP JP13159190A patent/JP2913765B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-05-16 EP EP19910304426 patent/EP0458530B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-05-16 DE DE1991624003 patent/DE69124003T2/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69124003D1 (de) | 1997-02-20 |
| EP0458530A2 (en) | 1991-11-27 |
| JPH0426161A (ja) | 1992-01-29 |
| DE69124003T2 (de) | 1997-04-17 |
| EP0458530B1 (en) | 1997-01-08 |
| EP0458530A3 (en) | 1992-10-21 |
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