JP2931727B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、立方晶窒化硼素−ダイ
アモンドのヘテロ接合を持つ半導体に関する。

【０００２】

【従来の技術】ダイアモンドや立方晶窒化硼素（以下、
ｃＢＮと略す）を半導体材料として用いることで、高温
下，放射線下で安定に動作し、非常に高出力のデバイス
を得ることができる。そのため、ダイアモンドの半導体
材料への応用が注目され期待されている。

【０００３】ダイアモンドやｃＢＮは、バンドギャップ
がおよそ５．５ｅＶと大きな値を持つので、破壊電圧が
大きく、キャリアが制御されなくなる範囲（真性領域）
が１４００℃以上と非常に高く、高温での動作が可能と
考えられている。また、飽和移動度が大きいうえに熱伝
導率が高くＳｉの１０倍以上の値を持つ。そのため、放
熱がよく、高周波大出力のデバイスを実現することが可
能であると考えられている。

【０００４】そのため、これらのヘテロ接合を形成する
ことによって良好で様々な機能を持つ半導体が得られる
ものと期待されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ダイアモンド半導体は
液相や気相から作り得るが、低抵抗のｎ型半導体を作る
ことができず、このことがダイアモンドを用いた半導体
を製作する上での大きな制限になっている。一方、ｃＢ
Ｎは、液相からｎ型，ｐ型の半導体を作ることができ、
ダイアモンドとのヘテロ接合を形成するため、低抵抗の
ｎ型半導体を作ることは可能である。しかし、低抵抗と
するには不純物濃度を比較的大きくすることを要するた
め、半導体材料として用いるにはあまり品質の良いもの
ではなく、また、大きな結晶を得ることが非常に困難に
なっている。このため、ダイアモンドとのヘテロ接合を
形成しても、界面の状態が悪く、リーク電流が多いなど
特性があまり良くないと言う問題がある。また、結晶が
小さいものであるので、生産性が悪いうえに複数の素子
を集積化するには難しいものになる。

【０００６】本発明は、上記問題点に鑑み、ｃＢＮ−ダ
イアモンドのヘテロ接合を良好に形成するとともに複数
の素子の集積化が可能なヘテロ接合を持つ半導体装置及
びその製造方法を提供することをその目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の半導体装置（ダイオード，トランジスタ，
ＦＥＴ，ＩＣ）の製造方法は、立方晶窒化硼素（以下、
ｃＢＮと略す）が高温高圧の下で溶媒から析出する温度
以上の融点をもつ基板（ｃＢＮ又はダイアモンドを主成
分とした基板）上に、高温高圧の下でｃＢＮを溶媒から
析出させてｃＢＮを主成分とした第１の導電型（ｎ型又
はｐ型）の層を形成し、第１の導電型の層上に、気相か
らダイアモンドを結晶成長させて第２の導電型（第１の
導電型と箱となる導電型）の層を形成する。

【０００８】基板は、室温での抵抗率が１０⁴ Ω・ｃｍ
以上であることを特徴としても良い。

【０００９】第１の導電型の層を、室温での抵抗率が１
０³ Ω・ｃｍ以下のｎ型となるように形成することを特
徴としても良い。

【００１０】基板は、単結晶のｃＢＮ，ｃＢＮが焼結し
たもの，単結晶のダイアモンドのいずれかであることを
特徴としても良い。

【００１１】基板は、単結晶の立方晶窒化硼素又はダイ
アモンドとし、（１００）面に対し±１０°で第１の導
電型の層を形成する面が形成されたものとし、第２の導
電型の層は、厚さ１μｍ以下で形成することを特徴とし
ても良いし、（１００）面に対し±１０°で前記第１の
導電型の層を形成する面が形成されたものとし、第２の
導電型の層は、厚さ１μｍ以上で形成することを特徴と
しても良い。

【００１２】第２の導電型の層上に、高温高圧の下で立
方晶窒化硼素を溶媒から析出させて立方晶窒化硼素を主
成分とした第１の導電型の層を、さらに、形成すること
を特徴としても良い。

【００１３】また、本発明の半導体装置（ダイオード，
トランジスタ，ＦＥＴ，ＩＣ）は、ｃＢＮ又はダイアモ
ンドを主成分とした基板と、この基板上に形成されたｃ
ＢＮを主成分とした第１の導電型の層と、この第１の導
電型の層上に形成されたダイアモンドを主成分とした第
２の導電型の層とを備える。

【００１４】基板は、室温での抵抗率が１０⁴ Ω・ｃｍ
以上であることを特徴としても良い。

【００１５】基板は単結晶の立方晶窒化硼素又はダイア
モンドとし、（１１１）面に対し±１０°でその面が形
成され、第２の導電型の層はｐ型で厚さ１μｍ以下で形
成されていることを特徴としても良し、（１００）面に
対し±１０°で第１の導電型の層を形成する面が形成さ
れ、第２の導電型の層は、厚さ１μｍ以上で形成されて
いることを特徴としても良い。

【００１６】第１の導電型の層は、室温での抵抗率が１
０³ Ω・ｃｍ以下であることを特徴としても良い。

【００１７】第１の導電型の層上に形成された立方晶窒
化硼素を主成分とした第１の導電型の層を、さらに、備
えたことを特徴としても良い。

【００１８】

【作用】本発明の半導体装置の製造方法では、まず、ｃ
ＢＮを主成分とした第１の導電型の層が基板上に形成さ
れ、この第１の導電型の層は、基板上に形成すること
で、高品質のものになる。そして、この高品質の第１の
導電型の層上に第２の導電型の層を気相で形成すること
で、これらの層の界面を良好に形成することが可能にな
る。そのため、良好な電気的特性を持つ半導体装置を作
ることができる。さらに、ダイアモンドの成長が気相に
よるものであるため、第２の導電型の層の膜厚，キャリ
ア濃度の制御が容易で非常に薄く形成できるので、良好
な電気的特性を持たせうる。

【００１９】この場合、基板は、単結晶のｃＢＮ、ｃＢ
Ｎが焼結したもの、単結晶のダイアモンドのいずれでも
良いが、特に、その材料，基板の面方位，導電型につい
て上記の条件を持たせると、第１の導電型の層と第２の
導電型の層との界面をより良好に形成することが可能に
なる。

【００２０】また、基板の抵抗率を、室温で１０⁴Ω・
ｃｍ以上とすると、基板を大きなものにでき、また、素
子間のアイソレーションが良好になり集積化が良好に行
える。

【００２１】本発明の半導体装置では、第１及び第２の
導電型の層が上記工程で基板上に形成されているので、
これらの層の界面は良好なものになっている。そのた
め、良好な電気的特性を持つ。

【００２２】

【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。
各実施例において同一または同等のものについてはその
説明を簡略化し若しくは省略するものとする。図１は、
本発明の半導体装置について、ダイオードを構成した場
合の構成例を示したものである。このダイオードは、絶
縁性の基板１０１（ｃＢＮ又はダイアモンド），ｎ型で
低抵抗のｃＢＮ層１１０，ｐ型のダイアモンド層１２
０，アノード，カソードの電極１３０ａ，１３０ｂを備
え、ｃＢＮ層１１０及びダイアモンド層１２０によるヘ
テロ接合をもつ素子である。このダイオードの製造工程
を示すと、つぎのようになる。

【００２３】まず、高温高圧の下でｃＢＮ又はダイアモ
ンドを溶媒から析出させ、基板として用いるための絶縁
性の単結晶を合成する。この合成法は、「高温高圧の下
で溶融した溶媒にｃＢＮ又は炭素を溶解し、この溶媒か
らにより種結晶に析出させることで液相から単結晶を合
成する」方法であり、高圧合成法或いは触媒法ともよば
れ広く知られている。この方法は、条件にもよるが液相
から結晶成長が行われるので、高品質の結晶が得られや
すいという特徴がある。この高品質の結晶は不純物濃度
が低く高抵抗であり、これを基板１０１として用いると
ヘテロ接合をより良好に形成できるようになる。なお、
基板１０１は、天然のダイアモンドであっても良いし、
焼結ｃＢＮでも良く、切り出して基板を作成する（図２
（ａ））。

【００２４】つぎに、基板１０１上にｎ型のｃＢＮ層１
１０を高圧合成法で形成する。ｃＢＮ層１１０の合成
は、上記のごとく基板１０１の場合とほぼ同様である
が、溶媒にｎドーパントをまぜてｎ型半導体層を成長さ
せ、低抵抗のｃＢＮ層１１０とする（図２（ｂ））。こ
のとき、基板１０１の結晶方位に習ってｃＢＮ層１１０
がエピタキシャルに成長する（平行成長）。高圧合成法
で低抵抗のｃＢＮの成長させる場合、バルクのものを得
ようとすれば、高い不純物濃度により結晶の欠陥が増加
し、結晶の品質が低下することになる。しかし、ｎ型の
ｃＢＮ層１１０が半導体として動作する程度の薄さであ
れば、結晶欠陥が大幅に少なく、ｃＢＮ層１１０は高品
質なものになる。基板１０１が高品質なものであるとｃ
ＢＮ層１１０もより高品質なものになる。

【００２５】そして、ｃＢＮ層１１０上にｐ型のダイア
モンド層１２０を気相から成長させて形成する（図２
（ｃ））。ダイアモンド層１２０を形成する方法として
は、代表的なものとしてプラズマＣＶＤ法がある。この
方法は、炭素を含む原料ガスを放電（マイクロ波放電も
含む）などにてプラズマ化し、このプラズマからダイア
モンド層を形成するものである。プラズマにｐドーパン
トになる元素を混ぜておけば、所定の導電率をもつダイ
アモンド層１２０が形成される。この方法は、層の膜
厚，キャリア濃度の制御が容易で非常に薄く形成できる
という特徴があり、導電率はプラズマ中のｐドーパント
の濃度で、層の膜厚はプラズマの気圧及び反応時間で制
御される。

【００２６】ダイアモンド層１２０を形成する方法とし
ては上記のほかに、熱電子放射材を加熱し原料ガスを活
性化する方法、ダイアモンドを形成する表面をイオンで
衝撃する方法、レーザや紫外線などの光で原料ガスを励
起する方法（光ＣＶＤ）、原料ガスを燃焼させる方法
（熱ＣＶＤ）などがある。

【００２７】ｐ型のダイアモンド層１２０の不要部分を
エッチングして除去する。このエッチングには、ＲＩＢ
Ｅなどのプラズマエッチングで除去し得ることが知られ
ている。最後に、金属を蒸着してオーミック接続させ、
アノード，カソードの電極１３０ａ，１３０ｂを形成す
る（図２（ｄ））。

【００２８】図１のデバイスは、ｃＢＮ及びダイアモン
ドをその半導体材料として用い、ヘテロ接合を形成して
いる。したがって、バンドギャップが約７．０ｅＶ，
５．５ｅＶと非常に大きな値を持つため、真性領域が１
４００℃以上と非常に高く、化学的に非常に安定であ
る。そして、ダイアモンドは、熱伝導率が２０Ｗ／ｃｍ
・ＫとＳｉの１０倍以上と放熱性に優れ、キャリアの移
動度が大きく（電子移動度２０００ｃｍ² ／Ｖ・ｓ，ホ
ール移動度２１００ｃｍ² ／Ｖ・ｓ：＠３００Ｋ）、誘
電率が小さい（Ｋ＝５．５）、破壊電圧が大きい（Ｅ＝
５×１０⁶ Ｖ／ｃｍ）。そのため、周波数特性が良く、
高温での安定な動作が可能で、高周波大電力のデバイス
に適する。、さらに、ｃＢＮ−ダイアモンドのヘテロ接
合は、発光素子やバイポーラトランジスタの注入効率を
上げるうえで非常に有利なものになる。

【００２９】図１のデバイスでは、ｃＢＮ層１１０は高
品質のものであり、この層の上に、薄くかつ正確に制御
されたダイアモンド層１２０を形成するので、これらの
層の界面は良好なものになっている。そのため、良好な
接合が形成されており、リーク電流が減少するなど良好
な電気的特性を持つものになっている。

【００３０】素子の形成が基板上であり、この基板は高
抵抗であるので高品質でサイズの大きいものを得やす
い。そのため、複数の素子を同一基板上に形成すること
ができ、容易にＩＣを構成し得る。このとき、基板の抵
抗率は、大きいほど望ましいが、素子間分離に十分な値
であれば良い。１００Ω・ｃｍ，１０００Ω・ｃｍ程度
では素子に電圧を加えたときに、正常な動作ができなく
なったり、大きく電力が消費され不要な熱が発生する。
ＩＣでは通常基板がアースされ、アースと素子との消費
電力が１μＷ以下であれば良いので、基板の抵抗率は１
００００Ω・ｃｍ程度は必要である。

【００３１】ＰＮ接合を形成するｃＢＮ層及びダイアモ
ンド層（ｃＢＮ層１１０，ダイアモンド層１２０）につ
いては、抵抗値が小さいほどオン動作時の損失が少なく
なり、良好な特性をもつ半導体を構成し得る。しかし、
必要な耐圧を確保するには不純物濃度が１０^-3ｃｍ以下
であることを要し、このことは抵抗率で１０^-2Ω・ｃｍ
以上であることを意味する。抵抗率が大きくても層の厚
さを薄くすることで抵抗を下げることができる。この抵
抗は等価的に直列になるので、この抵抗値は少なくとも
数Ω以下であることが望ましい。素子のサイズの限度が
１０００オングストロームの膜厚で１ｍｍ角であると考
えられるので、抵抗率は抵抗率は１０００Ω・ｃｍ程度
以下であることが望ましい。

【００３２】以下、具体的な例を上げて説明する。

【００３３】具体例１ この例は、図１において基板１０１に絶縁性のｃＢＮ結
晶を用いたもので、基板１０１，ｃＢＮ層１１０，ダイ
アモンド層１２０を形成する具体的な条件は以下の通り
である。

【００３４】基板１０１にもちいるｃＢＮの単結晶の合
成条件は、圧力５０ｋｂａｒ，温度１６００〜１７００
℃，反応時間４０時間，原料ｈＢＮ（六方晶窒化硼
素），溶媒はＬｉＳｒＢＮ系を用いた。この条件は一般
に報告されているｃＢＮの単結晶の合成条件と同様であ
り、絶縁性のものが得られる（抵抗率＞１００００Ω・
ｃｍ）。ｃＢＮ層１１０の合成条件は、基板１０１の場
合と同様であるが、溶媒にｎドーパントとして１％ｗｔ
のＳｉを添加する。

【００３５】ダイアモンド層１２０の合成には、その原
料ガスとして水素，メタンの混合ガスを用い、これにｐ
ドーパントとして硼素を含むガス（水素希釈の１０ｐｐ
ｍジボラン）を混合したものを用いる。合成条件につい
て、直径約４６ｍｍの石英反応管へのガス流量をそれぞ
れ、水素流量１００ＳＣＣＭ，メタン流量４ＳＣＣＭ，
水素希釈ジボラン流量１００ＳＣＣＭとし、圧力を４０
Ｔｏｏｒに保ち、放電のマイクロ波パワー４００Ｗ，基
板温度約８８０℃とした場合、反応時間２時間で約１μ
ｍ形成される。

【００３６】ダイアモンド層１２０を上記合成条件で形
成した。但し、抵抗率を変えるために、水素希釈ジボラ
ンの濃度及び流量を１０ｐｐｍ，１ＳＣＣＭから２００
ｐｐｍ，１０ＳＣＣＭまで変化させ、ボロン濃度の異な
ったものを形成した。ここで、メタンの流量は小さい方
が良好なエピタキシャル成長でダイアモンド層１２０が
形成される。そして、成長速度やボロンの取り込まれる
量が変化したが、整流性の発現には影響がなく、ダイア
モンド層１２０が形成されるかいなかが大きな影響を与
えた。最後に、ｃＢＮ層１１０，ダイアモンド層１２０
をエッチングし、電極を蒸着して図１と同様の構造のダ
イオードを製作した。

【００３７】表１は、上記条件にて、基板１０１の（１
００）面上に製作したダイオードの特性を示したもので
ある。ここで、抵抗率は室温でのものを示している。

【００３８】

【表１】

【００３９】まず、この結果からつぎのことが実証され
た。 （１）ｃＢＮ結晶を用いた絶縁性基板上に、ｎ型のｃＢ
Ｎ層１１０，ｐ型のダイアモンド層１２０を形成するこ
とが可能である。 （２）ｎ型のｃＢＮ層の抵抗率を室温で１０００Ω・ｃ
ｍ以下に、厚さを０．０５ｍｍ以上に形成することが可
能である。 （３）ｐ型のダイアモンド層１２０の抵抗率を室温で１
０００Ω・ｃｍ以下に、厚さを１００μｍ以下に形成す
ることが可能である。 このこと及び後に示す結果から制御性の良い工程である
ことが分かる。

【００４０】比較例 上記条件で製作したダイオードと比較するために、ヘテ
ロ接合を持つダイオードをつぎのようにして製作した。

【００４１】ｎ型のｃＢＮ結晶を合成して試料２０１を
作った（図３（ａ））。上述の高圧合成法の図２（ａ）
と同様であるが、溶媒にｎドーパントをまぜてｎ型のｃ
ＢＮ結晶としている。そして、試料２０１を金属板２０
５に押し付けて１／３程うめこみ（図３（ｂ））、図２
（ｃ）と同様に気相成長にてダイアモンド層２２０を形
成した（図３（ｃ））。図２（ｄ）と同様に金属を蒸着
してオーミック接続させ、アノード，カソードの電極１
３０ａ，１３０ｂを形成してダイオードを製作した（図
３（ｄ））。ここで、ドーパント濃度などを変化させ
て、ｎ型ｃＢＮ層及びｐ型ダイアモンド層の抵抗率のこ
となるものを製作した。表２はその結果を示したもので
ある。

【００４２】

【表２】

【００４３】表１及び表２の比較から明らかなように、
図１のダイオードの方が逆方向電流が小さく、整流比の
大きいものになっている。図１のダイオードと図３
（ｄ）のダイオードとは、ｎ型ｃＢＮ−ｐ型ダイアモン
ドのヘテロ接合を持つ点は共通するが、基板が絶縁性の
基板であるかｎ型ｃＢＮの基板であるかが異なってい
る。これは、基板が絶縁性の基板であると、ｎ型ｃＢＮ
−ｐ型ダイアモンドのヘテロ界面が良好に形成されるこ
とを意味している。

【００４４】具体例２ この例は、図１において基板１０１に絶縁性の単結晶ダ
イアモンドの基板１０１ｂを用いたもので（図４）、ｃ
ＢＮ層１１０，ダイアモンド層１２０を形成する具体的
な条件は以下の通りである。

【００４５】ｃＢＮ層１１０の合成条件は、典型的な条
件としては、圧力５０ｋｂａｒ，温度１６００〜１７０
０℃，反応時間４〜４０時間，原料ｈＢＮ（六方晶窒化
硼素），溶媒はＬｉＳｒＢＮ系を用い、溶媒にｎドーパ
ントとして１％ｗｔのＳｉを添加する。また、反応時間
及びドーパント濃度を変化させてｃＢＮ層１１０の厚さ
及び抵抗率を異なったものにした。ダイアモンド層１２
０の合成は、上記具体例１と同じにして行い、抵抗率を
変えたものとした。

【００４６】表３は、上記条件にて製作したダイオード
の特性を示したものである。ここで、抵抗率は室温での
ものを示している。

【００４７】

【表３】

【００４８】まず、この結果から、具体例１で示した
（１）（３）に加えて、ｎ型のｃＢＮ層の抵抗率を室温
で１００００Ω・ｃｍ以下に、厚さを０．０１ｍｍ以上
に形成することが可能であることが実証された。また、
表２及び表３の比較から明らかなように、図１のダイオ
ードの方が逆方向電流が小さく、整流比の大きいものに
なっている。具体例１と同様にｎ型ｃＢＮ−ｐ型ダイア
モンドのヘテロ界面が良好に形成されることを意味して
いる。

【００４９】具体例３ この例は、具体例２の工程を用いてダイオードブリッジ
を製作したもので、ｃＢＮ層１１０，ダイアモンド層１
２０を形成する具体的な条件は具体例２の通りである。
そして、所定のエッチング及び配線を施し、図５に示す
ダイオードブリッジを製作した。このダイオードブリッ
ジは電極１３０ｂ１，１３０ｂ２を交流入力とし、電極
１３０ａ１，１３０ａ２を整流出力として使用する。各
素子が、具体例２と同様に、高耐圧で、逆方向電流が小
さく、整流比の大きいものになっているうえに、同一工
程で製作されるので特性の揃ったものがえられる。この
結果から、複数の素子を同一の基板上に製作し得るこ
と、即ち集積化が可能なことが実証された。

【００５０】具体例４ この例は、具体例２の工程を用いてトランジスタを製作
したもので、ｃＢＮ層１１０，ダイアモンド層１２０を
形成する具体的な条件は具体例２の通りである（図２
（ｃ））。そして、ダイアモンド層１２０の上に、さら
に、ｎ型のｃＢＮ層１１２をｃＢＮ層１１０と同様に形
成し、ダイアモンド層１２０とｃＢＮ層１１２とをそれ
ぞれエッチングする。所定のパターンでコレクタ電極１
３０ａ，ベース電極１３０ｂ，エミッタ電極１３０ｃ形
成してトランジスタを製作した（図６）。図７は、この
トランジスタの静特性を示したものである。

【００５１】これと比較のため、前述の比較例と同様に
試料２０１に気相成長にてダイアモンド層２２０を形成
した後（図４（ｃ））、ダイアモンド層２２０の上にｎ
型のｃＢＮ層を形成してトランジスタを製作した。図８
は、この比較のためのトランジスタの静特性を示したも
のである。

【００５２】図７と図８との比較から明らかなように、
特性の良いトランジスタを得ることができる。

【００５３】具体例５ この例は、図１において基板１０１に絶縁性のｃＢＮ結
晶を用い、所定の面方位でｃＢＮ層１１０形成したもの
である。ここでは、ダイアモンド層１２０を１μｍ以下
とし、基板１０１ｃ，ｃＢＮ層１１０，ダイアモンド層
１２０を形成する具体的な条件は以下の通りで行った。

【００５４】基板１０１にもちいるｃＢＮの単結晶の合
成条件は、圧力５０ｋｂａｒ，温度１６００〜１７００
℃，反応時間４０時間，原料ｈＢＮ（六方晶窒化硼
素），溶媒はＬｉＳｒＢＮ系を用いた。この条件は前述
の具体例１と同じである。そして、基板の面方位を特定
し、（１１１）面，（１１０）面，（１００）面が表面
になるように基板を切り出した（誤差±１０゜）。ｃＢ
Ｎ層１１０の合成条件は、基板１０１の場合と同様で溶
媒にｎドーパントとして１％ｗｔのＳｉを添加する。

【００５５】ダイアモンド層１２０の合成には、その原
料ガスとして水素，メタンの混合ガスを用い、これにｐ
ドーパントとして硼素を含むガス（水素希釈の１０ｐｐ
ｍジボラン）を混合したものを用いる。合成条件につい
ては、直径約４６ｍｍの石英反応管へのガス流量をそれ
ぞれ、水素流量１００ＳＣＣＭ，メタン流量４ＳＣＣ
Ｍ，水素希釈ジボラン流量１００ＳＣＣＭとし、圧力を
４０Ｔｏｏｒに保つ。放電のマイクロ波パワー４００
Ｗ，基板温度約８８０℃とし、約０．１〜２μｍ形成さ
れた。また、抵抗率を変えるために、水素希釈ジボラン
の濃度及び流量を１０ｐｐｍ，１ＳＣＣＭから２００ｐ
ｐｍ，１０ＳＣＣＭまで変化させ、ボロン濃度の異なっ
たものを形成した。

【００５６】ここで、メタンの流量は小さい方が良好な
エピタキシャル成長でダイアモンド層１２０が形成され
る。そして、成長速度やボロンの取り込まれる量が変化
したが、整流性の発現には影響がなく、ダイアモンド層
１２０が形成されるかいなかが大きな影響を与えた。最
後に、ｃＢＮ層１１０，ダイアモンド層１２０をエッチ
ングし、電極を蒸着して図１と同様の構造のダイオード
を製作した。

【００５７】表４は、上記工程で製作したダイオードの
うちｃＢＮ層１１０の厚さ及び抵抗率がほぼ等しくダイ
アモンド層１２０の厚さ（０．２μｍ）及び抵抗率がほ
ぼ等しいものの特性を示したものである。ここで、抵抗
率は室温でのものを示している。

【００５８】

【表４】

【００５９】この表から明らかなようにダイアモンド層
１２０の厚さが０．２μｍ程度であると、（１１１）面
のもの（図９）が（１１０）面のもの（図１１），（１
００）面のもの（図１０）と比較して良好な特性が得ら
れており、また、上記比較例（表２）と比較しても逆方
向電流が小さく、整流比の大きい良好な特性をもつもの
になっている。これは、ｃＢＮ層１１０上のダイアモン
ド層１２０の連続性が関係しているものと考えられ、ダ
イアモンド層１２０の厚さが１μｍ以下であれば０．２
μｍと同様の結果が得られている。

【００６０】また、表５は、上記工程で製作したダイア
モンド層１２０の抵抗率がほぼ等しいものの特性を示し
たものである。ここで、抵抗率は室温でのものである。

【００６１】

【表５】

【００６２】この表から明らかなようにダイアモンド層
１２０の厚さが１μｍ以上であると、（１００）面のも
の（図１０）が（１１０）面のもの（図１１），（１１
１）面のもの（図９）と比較して良好な特性が得られて
おり、また、上記比較例（表２）と比較しても逆方向電
流が小さく、整流比の大きい良好な特性をもつものにな
っている。

【００６３】本発明は前述の実施例に限らず様々な変形
が可能である。

【００６４】上記具体例は、主にダイオードについて示
したのであるが、具体例４のようにトランジスタに応用
することも可能であり、具体例５で得られた知見（面方
位と厚さの関係など）を加味してトランジスタを製作す
るようにしても良い。

【００６５】また、複数の素子を集積するのにダイオー
ドブリッジを例に示したが、トランジスタなど能動素子
であっても同様である。即ち、本発明によれば、絶縁性
のｃＢＮ又はダイアモンドの基板を用いることで、非常
に大きなｎ型ｃＢＮ膜を形成することができ、その上に
ｐ型ダイアモンドの膜を形成しても素子間の分離が可能
になっているからである。

【００６６】そして、ＳＣＲを始めとするサイリスタな
ど大電力用の制御素子に応用することも可能であり、高
速でかつ良好な耐環境性を持つ電力制御素子が得られる
ものと考えられる。

【００６７】

【発明の効果】以上の通り本発明の半導体装置及びその
製造方法によれば、第１の導電型の層が液相で、第２の
導電型の層が気相で基板上に順次形成されるため、これ
らの層の界面は良好なものにすることが可能になる。そ
のため、良好な電気的特性を持つ半導体装置を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体装置の構成例を示す図。

【図２】図１の半導体装置の製造工程を示す図。

【図３】比較例の半導体装置の製造工程及び構成を示す
図。

【図４】図１の半導体装置において絶縁性ダイアモンド
基板を用いた場合の構成を示す図。

【図５】本発明の半導体装置でダイオードブリッジを構
成した例を示す図。

【図６】本発明の半導体装置でトランジスタを構成した
例を示す図。

【図７】図６のトランジスタの静特性例を示す図。

【図８】比較例でのトランジスタの静特性例を示す図。

【図９】本発明の半導体装置で基板面を（１１１）面と
してダイオードを構成した例を示す図。

【図１０】本発明の半導体装置で基板面を（１００）面
としてダイオードを構成した例を示す図。

【図１１】本発明の半導体装置で基板面を（１１０）面
としてダイオードを構成した例を示す図。

【符号の説明】

１０１，１０１ｂ，１０１ｃ…基板、１１０、１１２…
ｎ型ｃＢＮ層、１２０…ｐ型ダイアモンド層、１３０
ａ，ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ…電極

フロントページの続き (72)発明者 鹿田 真一 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住 友電気工業株式会社 伊丹製作所内 (56)参考文献 特開 平３−112177（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−333291（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 29/861 H01L 29/205 H01L 33/00

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 立方晶窒化硼素が高温高圧の下で溶媒か
   ら析出する温度以上の融点をもつ基板上に、高温高圧の
   下で立方晶窒化硼素を溶媒から析出させて立方晶窒化硼
   素を主成分とした第１の導電型の層を形成し、 前記第１の導電型の層上に、気相からダイアモンドを結
   晶成長させて第２の導電型の層を形成する半導体装置の
   製造方法。
2. 【請求項２】 前記基板は、室温での抵抗率が１０⁴Ω
   ・ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の半導
   体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 前記第１の導電型の層を、室温で抵抗率
   が１０³Ω・ｃｍ以下のｎ型で、第２の導電型の層を、
   室温で抵抗率が１０³Ω・ｃｍ以下のｐ型となるように
   形成することを特徴とする請求項２記載の半導体装置の
   製造方法。
4. 【請求項４】 前記基板は、単結晶の立方晶窒化硼素、
   立方晶窒化硼素が焼結したものまたは単結晶のダイアモ
   ンドのいずれかであることを特徴とする請求項１記載の
   半導体装置の製造方法。
5. 【請求項５】 前記基板は、単結晶の立方晶窒化硼素又
   はダイアモンドとし、（１１１）面に対し±１０°でそ
   の面が形成されたものとし、 第２の導電型の層を厚さ１μｍ以下で形成することを特
   徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
6. 【請求項６】 前記基板は、単結晶の立方晶窒化硼素又
   はダイアモンドとし、（１００）面に対し±１０°で前
   記第１の導電型の層を形成する面が形成されたものと
   し、 第２の導電型の層は、厚さ１μｍ以上で形成することを
   特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
7. 【請求項７】 前記第２の導電型の層上に、高温高圧の
   下で立方晶窒化硼素を溶媒から析出させて立方晶窒化硼
   素を主成分とした第１の導電型の層を、さらに、形成す
   ることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方
   法。