JP2985337B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
-
- 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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-
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はダイヤモンド半導体を用
いたダイオ−ド、トランジスタ、などのデバイスに関す
るものである。とくにキャリヤ濃度の温度変化が少ない
ダイヤモンド半導体に関する。
いたダイオ−ド、トランジスタ、などのデバイスに関す
るものである。とくにキャリヤ濃度の温度変化が少ない
ダイヤモンド半導体に関する。
【０００２】
【従来の技術】ダイヤモンド半導体は高温下、放射線下
などの環境下で安定に動作するデバイスとして或は高出
力での動作にも耐え得るデバイスとしてその応用が注目
されている。ダイヤモンド半導体が高温下でも動作可能
な理由として、バンドギャップが５．５ｅＶと大きいこ
とが挙げられている。このことは、半導体のキャリアが
制御されなくなる温度範囲（真性領域）が１４００℃以
下には存在しないことを示している。不純物のないダイ
ヤモンドは絶縁体であるが、適当な不純物を加えるとｎ
型またはｐ型の半導体になる。たとえばｐ型にするため
にはＡｌ、Ｂを、ｎ型にするためにはＮ、Ｐ、Ｓ等の不
純物を添加する。
などの環境下で安定に動作するデバイスとして或は高出
力での動作にも耐え得るデバイスとしてその応用が注目
されている。ダイヤモンド半導体が高温下でも動作可能
な理由として、バンドギャップが５．５ｅＶと大きいこ
とが挙げられている。このことは、半導体のキャリアが
制御されなくなる温度範囲（真性領域）が１４００℃以
下には存在しないことを示している。不純物のないダイ
ヤモンドは絶縁体であるが、適当な不純物を加えるとｎ
型またはｐ型の半導体になる。たとえばｐ型にするため
にはＡｌ、Ｂを、ｎ型にするためにはＮ、Ｐ、Ｓ等の不
純物を添加する。
【０００３】しかし、Ａｌ、Ｂ、Ｎ、Ｐ、Ｓなどをダイ
ヤモンドにド−ピングしても、これら不純物のド−ピン
グレベルが深くキャリアを飽和領域で用いることが困難
であった。この点はシリコンと比較すれば問題の所在が
明らかになろう。シリコンの場合、ｐ型不純物はボロン
であるがこの不純物準位は価電子帯から０．０４５ｅＶ
にある。ｎ型不純物はＰ、Ａｓ、Ｓｂであるがこれらの
準位は伝導帯端から０．０４５ｅＶ、０．０４９ｅＶ、
０．０３９ｅＶでありバンド端の極近くに浅い不純物準
位を作る。これは室温のエネルギ−０．０２５ｅＶと同
等であるから、これらの不純物がもたらした正孔、電子
はそれぞれ価電子帯、伝導帯に励起されていて、その数
が室温付近の温度ではあまり変化しない。このような温
度域を飽和領域と言っている。ところがド−ピングした
不純物の準位が深いと、これより励起されるのに大きな
エネルギ−が必要であるから温度によって励起されたキ
ャリヤ密度が大きく異なる。キャリヤ密度はｅｘｐ（−
ΔＥ／ｋＴ）に比例するが、ΔＥが不純物準位にほぼ該
当するので、不純物準位が深いと温度Ｔによるキャリヤ
密度変化が著しい。半導体の抵抗はキャリヤ密度と移動
度とに依存し移動度も温度によって変化するがここでは
キャリヤ濃度の変化を問題にする。
ヤモンドにド−ピングしても、これら不純物のド−ピン
グレベルが深くキャリアを飽和領域で用いることが困難
であった。この点はシリコンと比較すれば問題の所在が
明らかになろう。シリコンの場合、ｐ型不純物はボロン
であるがこの不純物準位は価電子帯から０．０４５ｅＶ
にある。ｎ型不純物はＰ、Ａｓ、Ｓｂであるがこれらの
準位は伝導帯端から０．０４５ｅＶ、０．０４９ｅＶ、
０．０３９ｅＶでありバンド端の極近くに浅い不純物準
位を作る。これは室温のエネルギ−０．０２５ｅＶと同
等であるから、これらの不純物がもたらした正孔、電子
はそれぞれ価電子帯、伝導帯に励起されていて、その数
が室温付近の温度ではあまり変化しない。このような温
度域を飽和領域と言っている。ところがド−ピングした
不純物の準位が深いと、これより励起されるのに大きな
エネルギ−が必要であるから温度によって励起されたキ
ャリヤ密度が大きく異なる。キャリヤ密度はｅｘｐ（−
ΔＥ／ｋＴ）に比例するが、ΔＥが不純物準位にほぼ該
当するので、不純物準位が深いと温度Ｔによるキャリヤ
密度変化が著しい。半導体の抵抗はキャリヤ密度と移動
度とに依存し移動度も温度によって変化するがここでは
キャリヤ濃度の変化を問題にする。
【０００４】半導体が飽和領域で用いられていないと温
度によってデバイスの特性が大きく変化する。温度変化
によってキャリヤ密度、抵抗率等が大きく変化するから
である。そして所望の特性を持った素子として機能する
温度範囲が狭くなる等問題が生じて来る。例えばボロン
をダイヤモンドにド−ピングした場合キャリアの活性化
エネルギ−は０．２〜０．４ｅＶであり、室温から６０
０℃の範囲でキャリアの濃度は２〜３桁変化する。ここ
で活性化エネルギ−というのは分布関数のｅｘｐ（−Δ
Ｅ／ｋＴ）の中のΔＥのエネルギ−のことである。これ
は、補償効果がない場合バンド端から不純物準位までの
エネルギ−の半分であり、補償効果がある場合はバンド
端から不純物準位までのエネルギ−と同じ値である。
度によってデバイスの特性が大きく変化する。温度変化
によってキャリヤ密度、抵抗率等が大きく変化するから
である。そして所望の特性を持った素子として機能する
温度範囲が狭くなる等問題が生じて来る。例えばボロン
をダイヤモンドにド−ピングした場合キャリアの活性化
エネルギ−は０．２〜０．４ｅＶであり、室温から６０
０℃の範囲でキャリアの濃度は２〜３桁変化する。ここ
で活性化エネルギ−というのは分布関数のｅｘｐ（−Δ
Ｅ／ｋＴ）の中のΔＥのエネルギ−のことである。これ
は、補償効果がない場合バンド端から不純物準位までの
エネルギ−の半分であり、補償効果がある場合はバンド
端から不純物準位までのエネルギ−と同じ値である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ダイヤモンドにおける
半導体としての利用価値を高めるためには動作温度領域
でキャリヤ密度が変化しないようにしなければならな
い。そうするためには不純物を大量にド−ピングして不
純物レベルを縮退させるという方法が考えられる。しか
しそうするとキャリヤ密度が高くなり過ぎ金属と同じよ
うになる。すると半導体に必要な性質、例えば電界によ
ってキャリヤの空乏層ができ電流を制御できるとか、ｐ
ｎ接合ができ整流性があるとかいった性質が失われてし
まう。こうなるのを避けて、キャリヤ密度は所望の範囲
にありながらしかもキャリヤ密度の温度による変化を少
なくしたダイヤモンド半導体を提供することが本発明の
目的である。
半導体としての利用価値を高めるためには動作温度領域
でキャリヤ密度が変化しないようにしなければならな
い。そうするためには不純物を大量にド−ピングして不
純物レベルを縮退させるという方法が考えられる。しか
しそうするとキャリヤ密度が高くなり過ぎ金属と同じよ
うになる。すると半導体に必要な性質、例えば電界によ
ってキャリヤの空乏層ができ電流を制御できるとか、ｐ
ｎ接合ができ整流性があるとかいった性質が失われてし
まう。こうなるのを避けて、キャリヤ密度は所望の範囲
にありながらしかもキャリヤ密度の温度による変化を少
なくしたダイヤモンド半導体を提供することが本発明の
目的である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
ド−ピングレベルが深く室温では飽和領域にないド−パ
ントを有しているダイヤモンド半導体であって、該ド−
パントを多量にド−ピングした２次元的な広がりを持つ
高ド−プ半導体層と、ノンド−プ層あるいは低ド−プ層
とを交互に積層し全体として所望のキャリヤ濃度にして
あることを特徴とする。或は、ド−ピングレベルが深く
室温では飽和領域にないド−パントを有しているダイヤ
モンド半導体であって、該ド−パントを多量にド−ピン
グした多数の平行な高ド−プ半導体線膜と、この高ド−
プ半導体線膜を１次元的に閉じ込めるノンド−プ層ある
いは低ド−プ層とよりなり全体として所望のキャリヤ濃
度にしてあることを特徴とする。つまり高ド−プ２次元
層あるいは高ド−プ１次元線を低ド−プ層、ノンド−プ
層で囲んだ構造である。前者を２次元構造、後者を１次
元構造と呼ぶ。例えば２次元構造についていうと、アク
セプターのレベルが縮腿するほどに高濃度にド−ピング
したｐ+ 層とノンドープ層とを交互に多数層積層したｐ
+ −ｉ−ｐ+ −ｉ−ｐ+ −ｉ・・多層構造を用いる。１
次元構造についていえば高濃度にド−ピングしたｐ+ 線
膜を多数平行に設けこれを低ド−プ、ノンド−プ層で囲
む。つまりｐ+ 層、線膜をノンドープ層によって２次元
的、１次元的に閉じ込めることにより、キャリヤ密度の
温度変化を少なくし、且つそのド−ピング濃度を適当な
範囲に制御しようと言うものである。ド−ピング濃度は
キャリヤ密度にほぼ比例するから、所望の範囲のキャリ
ヤ密度の半導体をうることができる。これはｎ型のダイ
ヤモンドでも同様である。高密度にｎ型不純物をド−ピ
ングしたｎ+ 層とノンド−プ層とを交互に多数層積層
し、ｎ+ −ｉ−ｎ+ −ｉ−・・というような積層構造に
する。こうすると平均のキャリヤ密度は、それぞれの層
でのキャリヤ密度を層の厚みを掛けて平均したものであ
るから、層の厚みの比率を変えることによって任意の平
均キャリヤ密度を実現できる。
ド−ピングレベルが深く室温では飽和領域にないド−パ
ントを有しているダイヤモンド半導体であって、該ド−
パントを多量にド−ピングした２次元的な広がりを持つ
高ド−プ半導体層と、ノンド−プ層あるいは低ド−プ層
とを交互に積層し全体として所望のキャリヤ濃度にして
あることを特徴とする。或は、ド−ピングレベルが深く
室温では飽和領域にないド−パントを有しているダイヤ
モンド半導体であって、該ド−パントを多量にド−ピン
グした多数の平行な高ド−プ半導体線膜と、この高ド−
プ半導体線膜を１次元的に閉じ込めるノンド−プ層ある
いは低ド−プ層とよりなり全体として所望のキャリヤ濃
度にしてあることを特徴とする。つまり高ド−プ２次元
層あるいは高ド−プ１次元線を低ド−プ層、ノンド−プ
層で囲んだ構造である。前者を２次元構造、後者を１次
元構造と呼ぶ。例えば２次元構造についていうと、アク
セプターのレベルが縮腿するほどに高濃度にド−ピング
したｐ+ 層とノンドープ層とを交互に多数層積層したｐ
+ −ｉ−ｐ+ −ｉ−ｐ+ −ｉ・・多層構造を用いる。１
次元構造についていえば高濃度にド−ピングしたｐ+ 線
膜を多数平行に設けこれを低ド−プ、ノンド−プ層で囲
む。つまりｐ+ 層、線膜をノンドープ層によって２次元
的、１次元的に閉じ込めることにより、キャリヤ密度の
温度変化を少なくし、且つそのド−ピング濃度を適当な
範囲に制御しようと言うものである。ド−ピング濃度は
キャリヤ密度にほぼ比例するから、所望の範囲のキャリ
ヤ密度の半導体をうることができる。これはｎ型のダイ
ヤモンドでも同様である。高密度にｎ型不純物をド−ピ
ングしたｎ+ 層とノンド−プ層とを交互に多数層積層
し、ｎ+ −ｉ−ｎ+ −ｉ−・・というような積層構造に
する。こうすると平均のキャリヤ密度は、それぞれの層
でのキャリヤ密度を層の厚みを掛けて平均したものであ
るから、層の厚みの比率を変えることによって任意の平
均キャリヤ密度を実現できる。
【０００７】単にｐ型不純物を大量にド−ピングしたｐ
+ 層のみの膜ならフェルミレベルは価電子帯に近づき、
あるいは価電子帯中に入り込む。或は単にｎ型不純物を
大量にド−ピングしたｎ+ 層のみの膜ならフェルミレベ
ルは伝導帯に近付き或は伝導帯に入り込む。それぞれ自
由正孔、自由電子が大量に存在することになって金属的
な電気伝導を示すようになる。このような膜の電気伝導
は温度依存性がほとんどないようにすることができる。
しかしこうすると、ダイオ−ドやトランジスタとするた
めの最適なド−ピング濃度より遥かに高い。そこで本発
明においては、、フェルミレベルを伝導帯に近づけた状
態でド−ピング濃度を下げるために、厚いノンドープ層
によってド−ピング層をはさみド−ピング層を２次元的
に閉じ込めた構造とする。ド−ピング層の厚みをｄ、ノ
ンド−プ層の厚みをＤとし、ド−ピング層の正孔濃度を
ｐ+ とすると、平均の正孔濃度ｐは、ｐ＝ｐ+ ｄ／（ｄ
＋Ｄ）となる。
+ 層のみの膜ならフェルミレベルは価電子帯に近づき、
あるいは価電子帯中に入り込む。或は単にｎ型不純物を
大量にド−ピングしたｎ+ 層のみの膜ならフェルミレベ
ルは伝導帯に近付き或は伝導帯に入り込む。それぞれ自
由正孔、自由電子が大量に存在することになって金属的
な電気伝導を示すようになる。このような膜の電気伝導
は温度依存性がほとんどないようにすることができる。
しかしこうすると、ダイオ−ドやトランジスタとするた
めの最適なド−ピング濃度より遥かに高い。そこで本発
明においては、、フェルミレベルを伝導帯に近づけた状
態でド−ピング濃度を下げるために、厚いノンドープ層
によってド−ピング層をはさみド−ピング層を２次元的
に閉じ込めた構造とする。ド−ピング層の厚みをｄ、ノ
ンド−プ層の厚みをＤとし、ド−ピング層の正孔濃度を
ｐ+ とすると、平均の正孔濃度ｐは、ｐ＝ｐ+ ｄ／（ｄ
＋Ｄ）となる。
【０００８】
【作用】ダイヤモンドはバンドギャップが５．５ｅＶと
大きいため、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。ま
た化学的にも非常に安定である。又、ダイヤモンドの熱
伝導率は２０（Ｗ／ｃｍ・Ｋ）とＳｉの１０倍以上であ
り、放熱性にも優れている。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（ｃ
ｍ2 ／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＝５×１０6 Ｖ／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。
大きいため、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。ま
た化学的にも非常に安定である。又、ダイヤモンドの熱
伝導率は２０（Ｗ／ｃｍ・Ｋ）とＳｉの１０倍以上であ
り、放熱性にも優れている。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（ｃ
ｍ2 ／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＝５×１０6 Ｖ／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。
【０００９】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、室温から６００℃の範囲で飽和領域を
もつ半導体ダイヤモンドを形成することである。本発明
においては、不純物を大量にド−プしたｐ+ またｎ+ 層
をノンド−プ層で挟んだもので、平均のキャリヤ密度は
半導体に適当な範囲でありながら、ド−ピング層ではキ
ャリヤ密度が高く、温度によるキャリヤ密度の変化が少
ない。このため全体としてキャリヤ密度の温度による変
化が少ないものとなる。適用される半導体性ダイヤモン
ドは、天然あるいは人工（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）であってもその効果は変わら
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、室温から６００℃の範囲で飽和領域を
もつ半導体ダイヤモンドを形成することである。本発明
においては、不純物を大量にド−プしたｐ+ またｎ+ 層
をノンド−プ層で挟んだもので、平均のキャリヤ密度は
半導体に適当な範囲でありながら、ド−ピング層ではキ
ャリヤ密度が高く、温度によるキャリヤ密度の変化が少
ない。このため全体としてキャリヤ密度の温度による変
化が少ないものとなる。適用される半導体性ダイヤモン
ドは、天然あるいは人工（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）であってもその効果は変わら
ない。
【００１０】気相合成ダイヤモンド膜において、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ことがで
き、発明の効果は変わらない。
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ことがで
き、発明の効果は変わらない。
【００１１】
【実施例】［実施例１］人工の単結晶ダイヤモンド基板
（Ｉｂ）の（１００）面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ノンド−プ層とｐ+ 層を交
互に成膜を行った。 （１）ノンドープ層の成膜条件は以下のとおりである。 ガス流量 Ｈ2 流量 １００ｓｃｃｍ ＣＨ4 流量 ６ｓｃｃｍ 圧力 ４０Ｔｏｒｒ パワー ２００Ｗ 基板温度 ６００℃ （２）ｐ+ 層（ボロンド−プ層）の成膜条件は次のとおりである。 ガス流量 Ｈ2 流量 １００ｓｃｃｍ ＣＨ4 流量 ６ｓｃｃｍ Ｂ2 Ｈ6 流量 １ｓｃｃｍ （２００ｐｐｍ） 圧力 ４０Ｔｏｒｒ パワー ２００Ｗ 基板温度 ６００℃
（Ｉｂ）の（１００）面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ノンド−プ層とｐ+ 層を交
互に成膜を行った。 （１）ノンドープ層の成膜条件は以下のとおりである。 ガス流量 Ｈ2 流量 １００ｓｃｃｍ ＣＨ4 流量 ６ｓｃｃｍ 圧力 ４０Ｔｏｒｒ パワー ２００Ｗ 基板温度 ６００℃ （２）ｐ+ 層（ボロンド−プ層）の成膜条件は次のとおりである。 ガス流量 Ｈ2 流量 １００ｓｃｃｍ ＣＨ4 流量 ６ｓｃｃｍ Ｂ2 Ｈ6 流量 １ｓｃｃｍ （２００ｐｐｍ） 圧力 ４０Ｔｏｒｒ パワー ２００Ｗ 基板温度 ６００℃
【００１２】単結晶ダイヤモンドの（１００）面にノン
ドープ層と高濃度層とを交互に積層するのであるが、膜
の厚さを異ならせた以下の２種類の試料を作った。 試料（ａ）ノンドープ層５０００Å、ｐ+ 層５０Å
５サイクル成長 試料（ｂ）ノンドープ層５００Å、ｐ+ 層５０Å
１０サイクル成長 どちらも電子線回折により（１００）方向にエピタキシ
ャル成長していることを確認できた。この試料のホール
効果を測定した結果を図１に示す。横軸は絶対温度の逆
数に１０００を乗じた１０００／Ｔである。縦軸はキャ
リヤ密度である（ｃｍ-3）。この結果から温度によって
キャリヤ密度が殆ど変わらないということが分かる。つ
まり６００℃〜室温の範囲で温度に依存しない飽和領域
の存在が確認された。また、（ａ）と（ｂ）でキャリア
濃度の異なった試料を作製することができた。（ａ）は
ｐ+ を５０Å、ノンドープ層を５０００Åずつ積層した
ものであり、（ｂ）はｐ+ 層を５０Å、ノンドープ層を
５００Å積層したものであるから、平均のキャリヤ密度
は（ａ）が（ｂ）の１／１０になるはずであるが実際の
測定によってもそのようになっていることが分かる。
ドープ層と高濃度層とを交互に積層するのであるが、膜
の厚さを異ならせた以下の２種類の試料を作った。 試料（ａ）ノンドープ層５０００Å、ｐ+ 層５０Å
５サイクル成長 試料（ｂ）ノンドープ層５００Å、ｐ+ 層５０Å
１０サイクル成長 どちらも電子線回折により（１００）方向にエピタキシ
ャル成長していることを確認できた。この試料のホール
効果を測定した結果を図１に示す。横軸は絶対温度の逆
数に１０００を乗じた１０００／Ｔである。縦軸はキャ
リヤ密度である（ｃｍ-3）。この結果から温度によって
キャリヤ密度が殆ど変わらないということが分かる。つ
まり６００℃〜室温の範囲で温度に依存しない飽和領域
の存在が確認された。また、（ａ）と（ｂ）でキャリア
濃度の異なった試料を作製することができた。（ａ）は
ｐ+ を５０Å、ノンドープ層を５０００Åずつ積層した
ものであり、（ｂ）はｐ+ 層を５０Å、ノンドープ層を
５００Å積層したものであるから、平均のキャリヤ密度
は（ａ）が（ｂ）の１／１０になるはずであるが実際の
測定によってもそのようになっていることが分かる。
【００１３】［実施例２］人工ダイヤモンド（高圧合
成、Ｉｂ、ボロン添加）を基板に用いて、実施例１と同
じ条件で試料（ａ）、（ｂ）を作製した。試料（ａ）、
（ｂ）の縦方向の電気抵抗の温度依存性を測定した。図
２にその結果を示す。横軸は絶対温度の逆数に１０００
を乗じたものであり、縦軸は比抵抗（Ωｃｍ）である。
この結果から比抵抗の温度依存性の小さいことが分か
る。実施例１と同様６００℃〜室温の範囲で飽和領域の
存在を確認できた。さらに図１と図２の結果を比較して
キャリヤの移動度（キャリヤ密度と比抵抗の積の逆数に
比例）がキャリヤ密度に殆どよらないということがわか
る。通常半導体にキャリヤを高密度にド−ピングすると
不純物散乱が増えて移動度が減少するものであるがこれ
らの結果から移動度が高密度ド−ピングにも拘らず減少
していない。
成、Ｉｂ、ボロン添加）を基板に用いて、実施例１と同
じ条件で試料（ａ）、（ｂ）を作製した。試料（ａ）、
（ｂ）の縦方向の電気抵抗の温度依存性を測定した。図
２にその結果を示す。横軸は絶対温度の逆数に１０００
を乗じたものであり、縦軸は比抵抗（Ωｃｍ）である。
この結果から比抵抗の温度依存性の小さいことが分か
る。実施例１と同様６００℃〜室温の範囲で飽和領域の
存在を確認できた。さらに図１と図２の結果を比較して
キャリヤの移動度（キャリヤ密度と比抵抗の積の逆数に
比例）がキャリヤ密度に殆どよらないということがわか
る。通常半導体にキャリヤを高密度にド−ピングすると
不純物散乱が増えて移動度が減少するものであるがこれ
らの結果から移動度が高密度ド−ピングにも拘らず減少
していない。
【００１４】［実施例３］人工の単結晶ダイヤモンド基
板（Ｉｂ）の（１００）面上にマイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ法によって次のような条件でノンド−プ層、ｐ+ 層の
成長、ｐ層のエッチングなどを交互に行い低ド−プ層の
中に、高ド−プ線膜を多数平行に形成した。 （１）ノンドープ層の成膜条件は以下のとおりである。 ガス流量 Ｈ2 流量 １００ｓｃｃｍ ＣＨ4 流量 ６ｓｃｃｍ 圧力 ４０Ｔｏｒｒ パワー ２００Ｗ 基板温度 ６００℃ （２）ｐ+ 層（ボロンド−プ層）の成膜条件は次のとおりである。 ガス流量 Ｈ2 流量 １００ｓｃｃｍ ＣＨ4 流量 ６ｓｃｃｍ Ｂ2 Ｈ6 流量（２００ｐｐｍ） ２ｓｃｃｍ 圧力 ４０Ｔｏｒｒ パワー ２００Ｗ 基板温度 ６００℃
板（Ｉｂ）の（１００）面上にマイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ法によって次のような条件でノンド−プ層、ｐ+ 層の
成長、ｐ層のエッチングなどを交互に行い低ド−プ層の
中に、高ド−プ線膜を多数平行に形成した。 （１）ノンドープ層の成膜条件は以下のとおりである。 ガス流量 Ｈ2 流量 １００ｓｃｃｍ ＣＨ4 流量 ６ｓｃｃｍ 圧力 ４０Ｔｏｒｒ パワー ２００Ｗ 基板温度 ６００℃ （２）ｐ+ 層（ボロンド−プ層）の成膜条件は次のとおりである。 ガス流量 Ｈ2 流量 １００ｓｃｃｍ ＣＨ4 流量 ６ｓｃｃｍ Ｂ2 Ｈ6 流量（２００ｐｐｍ） ２ｓｃｃｍ 圧力 ４０Ｔｏｒｒ パワー ２００Ｗ 基板温度 ６００℃
【００１５】試料の作製方法を図３によって順に説明す
る。 （ａ）単結晶ダイヤモンド基板の（１００）面にノンド
ープ膜を１０００Å形成する。 （ｂ）その上に高濃度ボロン膜を５０Å程成長させる。 （ｃ）さらにアルミを蒸着し、０．５μm 幅、４．５μ
m 間隔でアルミをパタ−ニングした。平行なアルミマス
クができたわけである。 （ｄ）アルミマスクによって覆われていない部分を７０
Å程エッチングする。その後アルミマスクを溶解除去す
る。 （ｅ）さらにその上にノンド−プ層を１０００Å成長さ
せた。 （ｆ）この後、（ｂ）〜（ｅ）を３回繰り返した。多数
の平行な高濃度ボロンド−プ線膜が４層分形成できる。
る。 （ａ）単結晶ダイヤモンド基板の（１００）面にノンド
ープ膜を１０００Å形成する。 （ｂ）その上に高濃度ボロン膜を５０Å程成長させる。 （ｃ）さらにアルミを蒸着し、０．５μm 幅、４．５μ
m 間隔でアルミをパタ−ニングした。平行なアルミマス
クができたわけである。 （ｄ）アルミマスクによって覆われていない部分を７０
Å程エッチングする。その後アルミマスクを溶解除去す
る。 （ｅ）さらにその上にノンド−プ層を１０００Å成長さ
せた。 （ｆ）この後、（ｂ）〜（ｅ）を３回繰り返した。多数
の平行な高濃度ボロンド−プ線膜が４層分形成できる。
【００１６】こうして作られた試料は電子線回折により
（１００）方向にエピタキシャル成長していることが確
認された。この試料のホール効果を測定した結果を図４
に示す。横軸は絶対温度の逆数に１０００を乗じた１０
００／Ｔである。縦軸はキャリヤ密度である（ｃ
ｍ-3）。この結果から温度によってこの試料のキャリヤ
密度が殆ど変わらないということが分かる。６００℃〜
室温の範囲で温度に依存しない飽和領域の存在が確認さ
れる。また、この方法で実施例１の（ａ）とキャリヤ濃
度の異なった試料を作製することができた。
（１００）方向にエピタキシャル成長していることが確
認された。この試料のホール効果を測定した結果を図４
に示す。横軸は絶対温度の逆数に１０００を乗じた１０
００／Ｔである。縦軸はキャリヤ密度である（ｃ
ｍ-3）。この結果から温度によってこの試料のキャリヤ
密度が殆ど変わらないということが分かる。６００℃〜
室温の範囲で温度に依存しない飽和領域の存在が確認さ
れる。また、この方法で実施例１の（ａ）とキャリヤ濃
度の異なった試料を作製することができた。
【００１７】
【発明の効果】本発明の半導体装置は室温〜６００℃の
範囲でキャリア密度にほとんど温度依存性がない。しか
もキャリアの密度を自在に制御することができる。ま
た、単独の膜では高濃度のド−ピングによってキャリア
の移動度が減少する問題点があったが、本発明の構造に
よっては顕著な減少がみられないという利点がある。従
って本発明の半導体装置は高温までの温度範囲で安定し
たダイオ−ドやトランジスタ特性を示すデバイスを実現
する上に有効である。
範囲でキャリア密度にほとんど温度依存性がない。しか
もキャリアの密度を自在に制御することができる。ま
た、単独の膜では高濃度のド−ピングによってキャリア
の移動度が減少する問題点があったが、本発明の構造に
よっては顕著な減少がみられないという利点がある。従
って本発明の半導体装置は高温までの温度範囲で安定し
たダイオ−ドやトランジスタ特性を示すデバイスを実現
する上に有効である。
【図１】本発明の半導体装置の試料（ａ）（ノンドープ
５０００Å、ｐ+ ５０Å、５サイクル積層）と試料
（ｂ）（ノンドープ５００Å、ｐ+ ５０Å、１０サイク
ル積層）についてホ−ル測定を行いキャリヤ密度の温度
依存性を求めた結果を示すグラフ。
５０００Å、ｐ+ ５０Å、５サイクル積層）と試料
（ｂ）（ノンドープ５００Å、ｐ+ ５０Å、１０サイク
ル積層）についてホ−ル測定を行いキャリヤ密度の温度
依存性を求めた結果を示すグラフ。
【図２】本発明の半導体装置の試料（ａ）（ノンドープ
５０００Å、ｐ+ ５０Å、５サイクル積層）と試料
（ｂ）（ノンドープ５００Å、ｐ+ ５０Å、１０サイク
ル積層）について比抵抗の温度依存性を求めた結果を示
すグラフ。
５０００Å、ｐ+ ５０Å、５サイクル積層）と試料
（ｂ）（ノンドープ５００Å、ｐ+ ５０Å、１０サイク
ル積層）について比抵抗の温度依存性を求めた結果を示
すグラフ。
【図３】本発明の実施例３に係る高濃度ド−プ線膜を有
するダイヤモンド半導体試料を作製するための工程を説
明する図。
するダイヤモンド半導体試料を作製するための工程を説
明する図。
【図４】本発明の実施例３に係る試料のキャリヤ濃度の
温度依存性を測定した結果を示すグラフ。
温度依存性を測定した結果を示すグラフ。
Claims (4)
- 【請求項１】 ド−ピングレベルが深く室温では飽和領
域にないド−パントを有しているダイヤモンド半導体で
あって、該ド−パントを多量にド−ピングした２次元的
な広がりを持つ高ド−プ半導体層と、ノンド−プ層ある
いは低ド−プ層とを交互に積層し全体として所望のキャ
リヤ濃度にしてあることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】 ド−ピングレベルが深く室温では飽和領
域にないド−パントを有しているダイヤモンド半導体で
あって、該ド−パントを多量にド−ピングした多数の平
行な高ド−プ半導体線膜と、この高ド−プ半導体線膜を
１次元的に閉じ込めるノンド−プ層あるいは低ド−プ層
とよりなり全体として所望のキャリヤ濃度にしてあるこ
とを特徴とする半導体装置。 - 【請求項３】 高ド−プ半導体層、高ド−プ半導体線膜
のド−パント濃度が１０19ｃｍ-3以上であり、ノド−プ
層あるいは低ド−プ層のド−パント濃度が１０17ｃｍ-3
以下であることを特徴とする請求項１或は２に記載の半
導体装置。 - 【請求項４】 前記ド−ピングレベルが０．１ｅＶ以上
であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載
の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3068838A JP2985337B2 (ja) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3068838A JP2985337B2 (ja) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04280622A JPH04280622A (ja) | 1992-10-06 |
| JP2985337B2 true JP2985337B2 (ja) | 1999-11-29 |
Family
ID=13385238
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3068838A Expired - Fee Related JP2985337B2 (ja) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2985337B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3563093B2 (ja) * | 1993-09-24 | 2004-09-08 | 住友電気工業株式会社 | 半導体装置 |
| JP2012051768A (ja) * | 2010-09-02 | 2012-03-15 | Toshimichi Ito | ダイヤモンド半導体 |
| DE102017217285A1 (de) * | 2017-09-28 | 2019-03-28 | Robert Bosch Gmbh | Schichtverbund zum elektrostatischen Dotieren einer zweidimensionalen Dotierschicht, Hall-Sensor und Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines solchen Schichtverbunds |
-
1991
- 1991-03-08 JP JP3068838A patent/JP2985337B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04280622A (ja) | 1992-10-06 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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