JP3432367B2 - 水素終端ダイヤモンドデプレッション型ｍｅｓｆｅｔおよび該デプレッション型ｍｅｓｆｅｔの製造方法 - Google Patents
水素終端ダイヤモンドデプレッション型ｍｅｓｆｅｔおよび該デプレッション型ｍｅｓｆｅｔの製造方法Info
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- JP3432367B2 JP3432367B2 JP23218896A JP23218896A JP3432367B2 JP 3432367 B2 JP3432367 B2 JP 3432367B2 JP 23218896 A JP23218896 A JP 23218896A JP 23218896 A JP23218896 A JP 23218896A JP 3432367 B2 JP3432367 B2 JP 3432367B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水素終端ダイヤモ
ンドを用いたデプレッション型ＭＥＳＦＥＴ（Metal se
miconnductor FET)、および素子間を絶縁分離した水素
終端ダイヤモンドを用いたデプレッション型ＭＥＳＦＥ
Ｔ、ならびに、素子間を絶縁分離した水素終端ダイヤモ
ンドを用いたデプレッション型ＭＥＳＦＥＴを製造する
方法に関する。
ンドを用いたデプレッション型ＭＥＳＦＥＴ（Metal se
miconnductor FET)、および素子間を絶縁分離した水素
終端ダイヤモンドを用いたデプレッション型ＭＥＳＦＥ
Ｔ、ならびに、素子間を絶縁分離した水素終端ダイヤモ
ンドを用いたデプレッション型ＭＥＳＦＥＴを製造する
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のダイヤモンドを用いたＦＥＴは、
ダイヤモンド層に硼素（Ｂ）を注入して得たｐ型半導体
層を用いて形成されていた（K.Kobashi,K.Nishimura,K.
Miyata,R.Nakamura,H.Koyama,K.Saito and D.L.Dreifu
s:Proc.2nd int,Conf Appl.of Daiamond Films and Rel
ated Materials ., ed.M.Yoshikawa,M.Murakawa,Y.Tzen
gand W.A,Yarbrough,p35〜42(Saitama.1993）。
ダイヤモンド層に硼素（Ｂ）を注入して得たｐ型半導体
層を用いて形成されていた（K.Kobashi,K.Nishimura,K.
Miyata,R.Nakamura,H.Koyama,K.Saito and D.L.Dreifu
s:Proc.2nd int,Conf Appl.of Daiamond Films and Rel
ated Materials ., ed.M.Yoshikawa,M.Murakawa,Y.Tzen
gand W.A,Yarbrough,p35〜42(Saitama.1993）。
【０００３】図１６は、上述した従来のＦＥＴの構造の
概念を示す平面図であり、図１７は、図１６でＢ−Ｂ線
で示される断面を示す一部断面図である。このＦＥＴ８
０は、基板８１の上に、不純物が注入されていないダイ
ヤモンド層８２を形成し、その上に硼素Ｂを注入した層
８３を設けた後、環状のｐ＋領域８４と、この環状領域
と同心円状に配置された円状のｐ＋領域８５を形成する
とともに、前記環状領域８４と円状領域８５との間に環
状の非注入領域８６を形成し、各領域の上にそれぞれソ
ースオーミックコンタクト８７、ドレインオーミックコ
ンタクト８８およびゲート電極８９を形成して構成され
る。すなわち、上述のＦＥＴは、外への電流リークを防
ぐために図１６に示すように素子形状を円形に形成する
必要があり、素子を微細化したり高密度に集積するには
適していなかった。
概念を示す平面図であり、図１７は、図１６でＢ−Ｂ線
で示される断面を示す一部断面図である。このＦＥＴ８
０は、基板８１の上に、不純物が注入されていないダイ
ヤモンド層８２を形成し、その上に硼素Ｂを注入した層
８３を設けた後、環状のｐ＋領域８４と、この環状領域
と同心円状に配置された円状のｐ＋領域８５を形成する
とともに、前記環状領域８４と円状領域８５との間に環
状の非注入領域８６を形成し、各領域の上にそれぞれソ
ースオーミックコンタクト８７、ドレインオーミックコ
ンタクト８８およびゲート電極８９を形成して構成され
る。すなわち、上述のＦＥＴは、外への電流リークを防
ぐために図１６に示すように素子形状を円形に形成する
必要があり、素子を微細化したり高密度に集積するには
適していなかった。
【０００４】一方、Ｓi半導体デバイスでは、例えば、
特公昭４９−４５６２９号公報に示されるような酸化層
を設けることによって素子間を絶縁分離するＬＯＣＯＳ
技術が素子分離技術として用いられている。しかしなが
ら、ダイヤモンドを用いた半導体素子では、ダイヤモン
ド自体を厚く酸化することが困難であるので、ダイヤモ
ンド表面に酸化膜を形成することができず、シリコンの
ようにＬＯＣＯＳ技術を用いることはできない。このよ
うなことから、ダイヤモンド半導体素子を分離するため
に、例えば、“ Diamond Thin-Film Recessed Gate Fie
ld-Effect Transistors Fabricated by Electron Cyclo
tron Resonance Plasma Etching : S.A.Grot,G.Sh.Gild
enblat,and A.R.Badzian : IEEE ELECTRON DEVICE LETT
ERS : VOL.13,NO.9,SEPTEMBER 1992 : p462-463 ”に示
されるように、エッチング等によって半導体領域を取り
除き各素子間を分離することが考えられるが、この方法
は、エッチングなどの複雑なプロセスが必要となる。
特公昭４９−４５６２９号公報に示されるような酸化層
を設けることによって素子間を絶縁分離するＬＯＣＯＳ
技術が素子分離技術として用いられている。しかしなが
ら、ダイヤモンドを用いた半導体素子では、ダイヤモン
ド自体を厚く酸化することが困難であるので、ダイヤモ
ンド表面に酸化膜を形成することができず、シリコンの
ようにＬＯＣＯＳ技術を用いることはできない。このよ
うなことから、ダイヤモンド半導体素子を分離するため
に、例えば、“ Diamond Thin-Film Recessed Gate Fie
ld-Effect Transistors Fabricated by Electron Cyclo
tron Resonance Plasma Etching : S.A.Grot,G.Sh.Gild
enblat,and A.R.Badzian : IEEE ELECTRON DEVICE LETT
ERS : VOL.13,NO.9,SEPTEMBER 1992 : p462-463 ”に示
されるように、エッチング等によって半導体領域を取り
除き各素子間を分離することが考えられるが、この方法
は、エッチングなどの複雑なプロセスが必要となる。
【０００５】発明者等は、先の応用物理学会において、
ｐ型半導体の特性を有する水素終端ダイヤモンドの表面
に金を蒸着して得たソースオーミックコンタクトとドレ
インオーミックコンタクトとアルミニウムを蒸着して得
たゲート電極を用いたＭＥＳＦＥＴの製作について提案
した（青木、伊藤、川原田ら：第４０回応用物理学関係
連合講演会予稿集３０ｐ−ＭＫ１１、１２）。この方法
によれば、簡単な構成でエンハンスメントモードで動作
するＭＥＳＦＥＴを得ることができた。しかしながら、
表面を水素終端したホモエピタキシャルダイヤモンドの
すぐ下には表面導電層が形成されることから、各素子間
を絶縁分離することができず、複数の半導体素子を同一
の基板上に形成することはできなかった。
ｐ型半導体の特性を有する水素終端ダイヤモンドの表面
に金を蒸着して得たソースオーミックコンタクトとドレ
インオーミックコンタクトとアルミニウムを蒸着して得
たゲート電極を用いたＭＥＳＦＥＴの製作について提案
した（青木、伊藤、川原田ら：第４０回応用物理学関係
連合講演会予稿集３０ｐ−ＭＫ１１、１２）。この方法
によれば、簡単な構成でエンハンスメントモードで動作
するＭＥＳＦＥＴを得ることができた。しかしながら、
表面を水素終端したホモエピタキシャルダイヤモンドの
すぐ下には表面導電層が形成されることから、各素子間
を絶縁分離することができず、複数の半導体素子を同一
の基板上に形成することはできなかった。
【０００６】この問題を解決するために本出願人は、水
素終端ダイヤモンド半導体素子を素子分離する発明を出
願（特願平７−６４０３５号）している。そして、この
発明は、ダイヤモンドの表面を水素終端した領域とダイ
ヤモンド表面を非水素終端させた絶縁領域とを有し、水
素終端した領域に半導体素子を設けた素子分離された水
素終端ダイヤモンド半導体素子に関し、とくにエンハン
スメント型ＭＥＳＦＥＴに関している。
素終端ダイヤモンド半導体素子を素子分離する発明を出
願（特願平７−６４０３５号）している。そして、この
発明は、ダイヤモンドの表面を水素終端した領域とダイ
ヤモンド表面を非水素終端させた絶縁領域とを有し、水
素終端した領域に半導体素子を設けた素子分離された水
素終端ダイヤモンド半導体素子に関し、とくにエンハン
スメント型ＭＥＳＦＥＴに関している。
【０００７】しかし、エンハンスメント型ＭＥＳＦＥＴ
を用いてインバータ回路を形成しこれを負荷とする場合
は、ゲートとソースを結ぶとＶgs＝０Ｖとなって電流が
流れず負荷としての役目を果たすことができない。した
がって、２個のエンハンスメント型ＭＥＳＦＥＴを直列
接続したＥＥ（enhancement enhancement）構成の回路
では負荷に関しドレインとゲートを結ぶのであるが、出
力電圧は、閾値電圧だけ下がるので電源利用率が低下
し、より高い電源電圧で動作させることが必要であっ
た。
を用いてインバータ回路を形成しこれを負荷とする場合
は、ゲートとソースを結ぶとＶgs＝０Ｖとなって電流が
流れず負荷としての役目を果たすことができない。した
がって、２個のエンハンスメント型ＭＥＳＦＥＴを直列
接続したＥＥ（enhancement enhancement）構成の回路
では負荷に関しドレインとゲートを結ぶのであるが、出
力電圧は、閾値電圧だけ下がるので電源利用率が低下
し、より高い電源電圧で動作させることが必要であっ
た。
【０００８】上記発明によれば、簡単な構成でエンハン
スメントモードで動作するＭＥＳＦＥＴを得ることがで
きた。しかしながら、表面を水素終端したホモエピタキ
シャルダイヤモンドのすぐ下には表面導電層が形成され
ることから、各素子間を絶縁分離することができず、複
数の半導体素子を同一の基板上に形成することはできな
かった。
スメントモードで動作するＭＥＳＦＥＴを得ることがで
きた。しかしながら、表面を水素終端したホモエピタキ
シャルダイヤモンドのすぐ下には表面導電層が形成され
ることから、各素子間を絶縁分離することができず、複
数の半導体素子を同一の基板上に形成することはできな
かった。
【０００９】さらに、デプレッション型ＭＥＳＦＥＴを
得るには、一般に電気陰性度の高い金属をゲート電極と
して用いればよいと考えられたが、実際にダイヤモンド
の表面にＭＥＳＦＥＴを形成すると、その特性モードが
電気陰性度の傾向と整合しない金属があることを見出し
た。すなわち、図１８に示すように、銅（Ｃu）、ニッ
ケル（Ｎi）のように電気陰性度が高い金属を用いたＭ
ＥＳＦＥＴでは、その閾値電圧が０Ｖ以上となりデプレ
ッションモードのＭＥＳＦＥＴを得ることができ、ま
た、鉛（Ｐb）、アルミニウム（Ａl）のように電気陰性
度の低い金属を用いたＭＥＳＦＥＴでは、その閾値電圧
は０Ｖ以下となりエンハンスメントモードのＭＥＳＦＥ
Ｔを得ることができるが、クロム（Ｃr）の場合は、鉛
（Ｐb）よりも電気陰性度が低いにもかかわらずＭＥＳ
ＦＥＴの閾値電圧は銅（Ｃu）と並ぶ程度の正の電圧と
なりデプレッションモードとなることを見出した。この
ことから、ダイヤモンド表面にＭＥＳＦＥＴを形成する
に当たっては、ゲート電極として使用する金属の電気陰
性度を指標として動作モードを設定することは適切でな
いことを意味している。
得るには、一般に電気陰性度の高い金属をゲート電極と
して用いればよいと考えられたが、実際にダイヤモンド
の表面にＭＥＳＦＥＴを形成すると、その特性モードが
電気陰性度の傾向と整合しない金属があることを見出し
た。すなわち、図１８に示すように、銅（Ｃu）、ニッ
ケル（Ｎi）のように電気陰性度が高い金属を用いたＭ
ＥＳＦＥＴでは、その閾値電圧が０Ｖ以上となりデプレ
ッションモードのＭＥＳＦＥＴを得ることができ、ま
た、鉛（Ｐb）、アルミニウム（Ａl）のように電気陰性
度の低い金属を用いたＭＥＳＦＥＴでは、その閾値電圧
は０Ｖ以下となりエンハンスメントモードのＭＥＳＦＥ
Ｔを得ることができるが、クロム（Ｃr）の場合は、鉛
（Ｐb）よりも電気陰性度が低いにもかかわらずＭＥＳ
ＦＥＴの閾値電圧は銅（Ｃu）と並ぶ程度の正の電圧と
なりデプレッションモードとなることを見出した。この
ことから、ダイヤモンド表面にＭＥＳＦＥＴを形成する
に当たっては、ゲート電極として使用する金属の電気陰
性度を指標として動作モードを設定することは適切でな
いことを意味している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、水素終端ダ
イヤモンドの表面に形成したデプレッション型ＭＥＳＦ
ＥＴを提供することを目的とする。
イヤモンドの表面に形成したデプレッション型ＭＥＳＦ
ＥＴを提供することを目的とする。
【００１１】また、本発明は、各素子間を簡単な方法に
よって絶縁分離した同一の水素終端ホモエピタキシャル
ダイヤモンド基板の表面に形成した少なくとも一つのデ
プレッション型ＭＥＳＦＥＴを含んだ複数のＭＥＳＦＥ
Ｔからなる回路を提供することを目的とする。
よって絶縁分離した同一の水素終端ホモエピタキシャル
ダイヤモンド基板の表面に形成した少なくとも一つのデ
プレッション型ＭＥＳＦＥＴを含んだ複数のＭＥＳＦＥ
Ｔからなる回路を提供することを目的とする。
【００１２】さらに、本発明は、同一の水素終端ホモエ
ピタキシャルダイヤモンド基板の表面に形成された各素
子間が絶縁分離された半導体素子のマスクプロセスの数
を削減した簡単な製造方法を提供することを目的とす
る。
ピタキシャルダイヤモンド基板の表面に形成された各素
子間が絶縁分離された半導体素子のマスクプロセスの数
を削減した簡単な製造方法を提供することを目的とす
る。
【００１３】さらに、本発明は、水素終端ダイヤモンド
の表面にデプレッションモードのＭＥＳＦＥＴを形成す
るに当たって、ゲート電極材料選択の新たな指標を提供
することを目的とする。
の表面にデプレッションモードのＭＥＳＦＥＴを形成す
るに当たって、ゲート電極材料選択の新たな指標を提供
することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】この出願の発明は、ダイ
ヤモンドの表面を水素終端した領域にクロム（Ｃr）か
らなるゲート電極を設けてデプレッション型ＭＥＳＦＥ
Ｔを構成した。
ヤモンドの表面を水素終端した領域にクロム（Ｃr）か
らなるゲート電極を設けてデプレッション型ＭＥＳＦＥ
Ｔを構成した。
【００１５】この出願の発明は、素子分離された水素終
端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴにおい
て、ダイヤモンドの表面を水素終端した領域とダイヤモ
ンド表面を非水素終端させた絶縁領域とに分離し、水素
終端した領域にＣｒからなるゲート電極を有するデプレ
ッション型ＭＥＳＦＥＴとした。
端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴにおい
て、ダイヤモンドの表面を水素終端した領域とダイヤモ
ンド表面を非水素終端させた絶縁領域とに分離し、水素
終端した領域にＣｒからなるゲート電極を有するデプレ
ッション型ＭＥＳＦＥＴとした。
【００１６】この出願の発明は、素子分離された水素終
端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴにおい
て、非水素終端させた領域を、水素終端ダイヤモンドの
表面を酸素プラズマ処理によって酸素置換して得られた
酸素終端ダイヤモンドで構成した。
端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴにおい
て、非水素終端させた領域を、水素終端ダイヤモンドの
表面を酸素プラズマ処理によって酸素置換して得られた
酸素終端ダイヤモンドで構成した。
【００１７】さらに、この出願の発明は、素子分離され
た水素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴ
において、非水素終端させた領域を、水素終端ダイヤモ
ンドの表面をアルゴンイオン照射することによって非水
素終端した非水素終端ダイヤモンドで構成した。
た水素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴ
において、非水素終端させた領域を、水素終端ダイヤモ
ンドの表面をアルゴンイオン照射することによって非水
素終端した非水素終端ダイヤモンドで構成した。
【００１８】この出願の発明は、素子分離された水素終
端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴにおい
て、金もしくは白金からなるオーミックコンタクトを形
成したドレインおよびソースを有するＭＥＳＦＥＴとし
た。
端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴにおい
て、金もしくは白金からなるオーミックコンタクトを形
成したドレインおよびソースを有するＭＥＳＦＥＴとし
た。
【００１９】この出願の発明は、ダイヤモンドの表面を
酸素終端し、次いで、半導体素子を形成する領域のダイ
ヤモンド表面を水素処理することによって水素終端し、
該水素終端領域に半導体素子を形成して素子分離された
水素終端ダイヤモンド半導体を製造した。
酸素終端し、次いで、半導体素子を形成する領域のダイ
ヤモンド表面を水素処理することによって水素終端し、
該水素終端領域に半導体素子を形成して素子分離された
水素終端ダイヤモンド半導体を製造した。
【００２０】さらに、この出願の発明は、ダイヤモンド
の表面を水素終端した領域とダイヤモンド表面を非水素
終端させた絶縁領域とに分離し、水素終端した領域の少
なくとも一つにクロム（Ｃｒ）からなるゲート電極を有
するデプレッション型ＭＥＳＦＥＴと、水素終端した領
域の少なくとも他の一つに鉛（Ｐｂ）、アルミニウム
（Ａｌ）のいずれかからなるエンハンスメント型ＭＥＳ
ＦＥＴを設けたことを特徴とする素子分離された水素終
端ダイヤモンドＭＥＳＦＥＴを用いて電子回路を構成し
た。
の表面を水素終端した領域とダイヤモンド表面を非水素
終端させた絶縁領域とに分離し、水素終端した領域の少
なくとも一つにクロム（Ｃｒ）からなるゲート電極を有
するデプレッション型ＭＥＳＦＥＴと、水素終端した領
域の少なくとも他の一つに鉛（Ｐｂ）、アルミニウム
（Ａｌ）のいずれかからなるエンハンスメント型ＭＥＳ
ＦＥＴを設けたことを特徴とする素子分離された水素終
端ダイヤモンドＭＥＳＦＥＴを用いて電子回路を構成し
た。
【００２１】さらに、この出願の発明は、ダイヤモンド
の表面を水素終端した領域にダイヤモンド表面との間に
ショットキー障壁を形成しショットキー障壁の高さが
０．７ｅＶ以下であり閾値電圧が０Ｖ以上である金属材
料からなるゲート電極を設けてデプレッション型ＭＥＳ
ＦＥＴを構成した。
の表面を水素終端した領域にダイヤモンド表面との間に
ショットキー障壁を形成しショットキー障壁の高さが
０．７ｅＶ以下であり閾値電圧が０Ｖ以上である金属材
料からなるゲート電極を設けてデプレッション型ＭＥＳ
ＦＥＴを構成した。
【００２２】この出願の発明は、ダイヤモンドをホモエ
ピタキシャル成長させたダイヤモンドまたはヘテロエピ
タキシャル成長させたダイヤモンドとした。
ピタキシャル成長させたダイヤモンドまたはヘテロエピ
タキシャル成長させたダイヤモンドとした。
【００２３】この出願の発明は、素子分離された水素終
端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴにおい
て、ダイヤモンドの表面を水素終端した領域とダイヤモ
ンド表面を非水素終端させた絶縁領域とに分離し、水素
終端した領域にダイヤモンド表面との間にショットキー
障壁を形成しショットキー障壁の高さが０．７ｅＶ以下
であり閾値電圧が０Ｖ以上である金属材料からなるゲー
ト電極を有するデプレッション型ＭＥＳＦＥＴとした。
端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴにおい
て、ダイヤモンドの表面を水素終端した領域とダイヤモ
ンド表面を非水素終端させた絶縁領域とに分離し、水素
終端した領域にダイヤモンド表面との間にショットキー
障壁を形成しショットキー障壁の高さが０．７ｅＶ以下
であり閾値電圧が０Ｖ以上である金属材料からなるゲー
ト電極を有するデプレッション型ＭＥＳＦＥＴとした。
【００２４】この出願の発明は、上記素子分離された水
素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴにお
いて、非水素終端させた領域を、水素終端ダイヤモンド
の表面を酸素プラズマ処理によって酸素置換して得られ
た酸素終端ダイヤモンドで構成した。
素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴにお
いて、非水素終端させた領域を、水素終端ダイヤモンド
の表面を酸素プラズマ処理によって酸素置換して得られ
た酸素終端ダイヤモンドで構成した。
【００２５】さらに、この出願の発明は、前記素子分離
された水素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦ
ＥＴにおいて、非水素終端させた領域を、水素終端ダイ
ヤモンドの表面をアルゴンイオン照射することによって
非水素終端した非水素終端ダイヤモンドで構成した。
された水素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦ
ＥＴにおいて、非水素終端させた領域を、水素終端ダイ
ヤモンドの表面をアルゴンイオン照射することによって
非水素終端した非水素終端ダイヤモンドで構成した。
【００２６】この出願の発明は、前記素子分離された水
素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴにお
いて、金もしくは白金からなるオーミックコンタクトを
形成したドレインおよびソースを有するＭＥＳＦＥＴと
した。
素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴにお
いて、金もしくは白金からなるオーミックコンタクトを
形成したドレインおよびソースを有するＭＥＳＦＥＴと
した。
【００２７】この出願の発明は、ダイヤモンドの表面を
酸素終端し、次いで、半導体素子を形成する領域のダイ
ヤモンド表面を水素処理することによって水素終端し、
該水素終端領域に半導体素子を形成して前記素子分離さ
れた水素終端ダイヤモンド半導体を製造した。
酸素終端し、次いで、半導体素子を形成する領域のダイ
ヤモンド表面を水素処理することによって水素終端し、
該水素終端領域に半導体素子を形成して前記素子分離さ
れた水素終端ダイヤモンド半導体を製造した。
【００２８】さらに、この出願の発明は、ダイヤモンド
の表面を水素終端した領域とダイヤモンド表面を非水素
終端させた絶縁領域とに分離し、水素終端した領域の少
なくとも一つにダイヤモンド表面との間にショットキー
障壁を形成しショットキー障壁の高さが０．７ｅＶ以下
であり閾値電圧が０Ｖ以上である金属材料からなるゲー
ト電極を有するデプレッション型ＭＥＳＦＥＴと、水素
終端した領域の少なくとも他の一つに鉛（Ｐb）、アル
ミニウム（Ａl）のいずれかからなるエンハンスメント
型ＭＥＳＦＥＴを設けたことを特徴とする素子分離され
た水素終端ダイヤモンドＭＥＳＦＥＴを用いて電子回路
を構成した。
の表面を水素終端した領域とダイヤモンド表面を非水素
終端させた絶縁領域とに分離し、水素終端した領域の少
なくとも一つにダイヤモンド表面との間にショットキー
障壁を形成しショットキー障壁の高さが０．７ｅＶ以下
であり閾値電圧が０Ｖ以上である金属材料からなるゲー
ト電極を有するデプレッション型ＭＥＳＦＥＴと、水素
終端した領域の少なくとも他の一つに鉛（Ｐb）、アル
ミニウム（Ａl）のいずれかからなるエンハンスメント
型ＭＥＳＦＥＴを設けたことを特徴とする素子分離され
た水素終端ダイヤモンドＭＥＳＦＥＴを用いて電子回路
を構成した。
【００２９】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施例を示
し、ホモエピタキシャルダイヤモンドの表面に複数のデ
プレッション型ＭＥＳＦＥＴを設けた半導体素子の構造
を示す概念図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線の断面を
示す概念図である。
し、ホモエピタキシャルダイヤモンドの表面に複数のデ
プレッション型ＭＥＳＦＥＴを設けた半導体素子の構造
を示す概念図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線の断面を
示す概念図である。
【００３０】図１に示されるように、本発明のデプレッ
ション型ＭＥＳＦＥＴは、ダイヤモンドからなる基板上
にマイクロプラズマ法すなわちマイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ法によってダイヤモンドの単結晶をエピタキシャル成
長させて得たホモエピタキシャルダイヤモンド１の表面
に、その表面が水素終端された領域２と非水素終端され
た領域１１とを設け、水素終端された領域２上に、オー
ミックコンタクトが得られる金を蒸着して得たドレイン
電極コンタクト３およびソース電極コンタクト４と、適
当なショットキーバリアを形成する金属である銅（Ｃ
u）を蒸着して得たゲート電極５を設けて構成される。
ション型ＭＥＳＦＥＴは、ダイヤモンドからなる基板上
にマイクロプラズマ法すなわちマイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ法によってダイヤモンドの単結晶をエピタキシャル成
長させて得たホモエピタキシャルダイヤモンド１の表面
に、その表面が水素終端された領域２と非水素終端され
た領域１１とを設け、水素終端された領域２上に、オー
ミックコンタクトが得られる金を蒸着して得たドレイン
電極コンタクト３およびソース電極コンタクト４と、適
当なショットキーバリアを形成する金属である銅（Ｃ
u）を蒸着して得たゲート電極５を設けて構成される。
【００３１】水素終端された領域２の下面には、図２に
示すように、ｐ型半導体層２１が形成される。この領域
に銅を接触させると、銅と接する部分には適当な障壁の
ショットキーバリアが形成され、銅の下に位置する半導
体層２１に空乏層２２が形成される。この空乏層２２
は、ゲート電圧を印加しないときに、電流の流れを完全
に阻止することができず、ゲート−ソース間に逆方向の
電圧を印加することによってはじめて空乏層が成長して
電流の流れを阻止し、ゲートとして動作する。このｐ型
半導体層２１からなる表面導電層は１００〜数１００Å
と極めて薄いが、金属のショットキー障壁が低いことか
らこのＭＥＳＦＥＴはデプレッション動作する。したが
って、水素終端された領域２の下には、ドレインとソー
ス間にゲートが配置されたデプレッション型ＭＥＳＦＥ
Ｔが形成される。一方、非水素終端された領域１１の下
面には、絶縁が得られており、この絶縁領域によって素
子間の分離が行われる。
示すように、ｐ型半導体層２１が形成される。この領域
に銅を接触させると、銅と接する部分には適当な障壁の
ショットキーバリアが形成され、銅の下に位置する半導
体層２１に空乏層２２が形成される。この空乏層２２
は、ゲート電圧を印加しないときに、電流の流れを完全
に阻止することができず、ゲート−ソース間に逆方向の
電圧を印加することによってはじめて空乏層が成長して
電流の流れを阻止し、ゲートとして動作する。このｐ型
半導体層２１からなる表面導電層は１００〜数１００Å
と極めて薄いが、金属のショットキー障壁が低いことか
らこのＭＥＳＦＥＴはデプレッション動作する。したが
って、水素終端された領域２の下には、ドレインとソー
ス間にゲートが配置されたデプレッション型ＭＥＳＦＥ
Ｔが形成される。一方、非水素終端された領域１１の下
面には、絶縁が得られており、この絶縁領域によって素
子間の分離が行われる。
【００３２】本発明において、水素終端とは、成長させ
たダイヤモンド結晶の表面の炭素原子のダングリングボ
ンドすなわち余った結合手に水素原子が結合して終端し
た状態をいう。例えば、水素の存在下にダイヤモンド膜
を成膜することによって、水素終端ホモエピタキシャル
ダイヤモンド膜を得ることができる。非水素終端とは、
ダイヤモンドの表面が水素以外の原子で終端された状態
をいい、例えば、水素終端されたダイヤモンドの表面を
酸素プラズマで処理することによって、酸素終端された
領域を得ることができる。
たダイヤモンド結晶の表面の炭素原子のダングリングボ
ンドすなわち余った結合手に水素原子が結合して終端し
た状態をいう。例えば、水素の存在下にダイヤモンド膜
を成膜することによって、水素終端ホモエピタキシャル
ダイヤモンド膜を得ることができる。非水素終端とは、
ダイヤモンドの表面が水素以外の原子で終端された状態
をいい、例えば、水素終端されたダイヤモンドの表面を
酸素プラズマで処理することによって、酸素終端された
領域を得ることができる。
【００３３】図３に、水素終端された領域と酸素終端さ
れた領域の各領域の終端の概念を示す。炭素からなる結
晶の終端は、水素終端領域では、水素原子で終端されて
おり、非水素終端領域では酸素で終端されている。
れた領域の各領域の終端の概念を示す。炭素からなる結
晶の終端は、水素終端領域では、水素原子で終端されて
おり、非水素終端領域では酸素で終端されている。
【００３４】本発明に用いた水素終端ホモエピタキシャ
ルダイヤモンドの製造条件の一例を示す。ダイヤモンド
基板の温度を８５０℃とし、原料ガスとして１０％の一
酸化炭素ガス（ＣＯ）と残り水素ガス（Ｈ2）の混合気
体を用い、３５Torrの圧力の下でダイヤモンド単結晶を
エピタキシャル成長させた。原料ガスは、この例の他
に、例えばメタン、エタン、ブタン、エチレン等の各種
の炭化水素を用いることができる。
ルダイヤモンドの製造条件の一例を示す。ダイヤモンド
基板の温度を８５０℃とし、原料ガスとして１０％の一
酸化炭素ガス（ＣＯ）と残り水素ガス（Ｈ2）の混合気
体を用い、３５Torrの圧力の下でダイヤモンド単結晶を
エピタキシャル成長させた。原料ガスは、この例の他
に、例えばメタン、エタン、ブタン、エチレン等の各種
の炭化水素を用いることができる。
【００３５】本発明に用いた水素終端ホモエピタキシャ
ルダイヤモンドの製造条件の他の例を示す。ダイヤモン
ド基板の温度を８５０℃とし、原料ガスとして５％のメ
タン（ＣＨ4）と２．５％の酸素（Ｏ2）と残り水素ガス
（Ｈ2）の混合気体を用い、３５Ｔｏｒｒの圧力の下で
ダイヤモンド単結晶をエピタキシャル成長させた。原料
ガスは、この例の他に、例えば一酸化炭素の他、エタ
ン、ブタン、エチレン等の各種の炭化水素を用いること
ができる。
ルダイヤモンドの製造条件の他の例を示す。ダイヤモン
ド基板の温度を８５０℃とし、原料ガスとして５％のメ
タン（ＣＨ4）と２．５％の酸素（Ｏ2）と残り水素ガス
（Ｈ2）の混合気体を用い、３５Ｔｏｒｒの圧力の下で
ダイヤモンド単結晶をエピタキシャル成長させた。原料
ガスは、この例の他に、例えば一酸化炭素の他、エタ
ン、ブタン、エチレン等の各種の炭化水素を用いること
ができる。
【００３６】
【作用】ダイヤモンドは一般に常温では絶縁体である
が、ダイヤモンドの表面を水素終端させるとｐ型半導体
領域を形成することができる。水素終端させる方法とし
て、ダイヤモンド表面を水素プラズマ（Ｈ2プラズマ）
で処理して表面を水素終端する方法、ＣＶＤ法等による
ダイヤモンド合成終了後の反応器内の雰囲気を水素ガス
とすることによって表面を水素終端する方法などがあ
る。他方、ダイヤモンドの表面を酸素プラズマ（Ｏ2プ
ラズマ）処理すること、または、合成後のダイヤモンド
基板を空気（酸素）に曝すこと、もしくは、ダイヤモン
ドの表面にアルゴンイオン照射することなどによって非
水素終端（酸素終端）させるとダイヤモンド表面に絶縁
領域を形成することができる。これら半導体領域と絶縁
領域の２種類の領域を作り分けることによって、複数の
水素終端ダイヤモンド半導体素子を同一基板上に素子間
を絶縁分離して形成することができる。
が、ダイヤモンドの表面を水素終端させるとｐ型半導体
領域を形成することができる。水素終端させる方法とし
て、ダイヤモンド表面を水素プラズマ（Ｈ2プラズマ）
で処理して表面を水素終端する方法、ＣＶＤ法等による
ダイヤモンド合成終了後の反応器内の雰囲気を水素ガス
とすることによって表面を水素終端する方法などがあ
る。他方、ダイヤモンドの表面を酸素プラズマ（Ｏ2プ
ラズマ）処理すること、または、合成後のダイヤモンド
基板を空気（酸素）に曝すこと、もしくは、ダイヤモン
ドの表面にアルゴンイオン照射することなどによって非
水素終端（酸素終端）させるとダイヤモンド表面に絶縁
領域を形成することができる。これら半導体領域と絶縁
領域の２種類の領域を作り分けることによって、複数の
水素終端ダイヤモンド半導体素子を同一基板上に素子間
を絶縁分離して形成することができる。
【００３７】デプレッション型ＭＥＳＦＥＴでは、ゲー
ト−ソース間電圧Ｖgsが０（Ｖ）でも電流が流れること
から、ゲートとソースを結んで負荷として用いることが
できる。したがって、エンハンスメント型ＭＥＳＦＥＴ
とデプレッション型ＭＥＳＦＥＴを直列接続したＥＤ
（enhancement depletion）構成を採用した回路は、よ
り低い電源電圧で動作可能であり、入力にオンオフ信号
が入ったときにはＥＤ構成ではより多くの電流が出力オ
ン状態になるまで定電流に近い形値で得られることから
高速動作の回路を得ることができる。また、ＥＤ構成で
は、ＥＥ構成よりもβRをあまり大きく取らなくてもよ
く、負荷のチャネル長を大きく取る必要がないので素子
の面積を小さくできるなどの効果がある。
ト−ソース間電圧Ｖgsが０（Ｖ）でも電流が流れること
から、ゲートとソースを結んで負荷として用いることが
できる。したがって、エンハンスメント型ＭＥＳＦＥＴ
とデプレッション型ＭＥＳＦＥＴを直列接続したＥＤ
（enhancement depletion）構成を採用した回路は、よ
り低い電源電圧で動作可能であり、入力にオンオフ信号
が入ったときにはＥＤ構成ではより多くの電流が出力オ
ン状態になるまで定電流に近い形値で得られることから
高速動作の回路を得ることができる。また、ＥＤ構成で
は、ＥＥ構成よりもβRをあまり大きく取らなくてもよ
く、負荷のチャネル長を大きく取る必要がないので素子
の面積を小さくできるなどの効果がある。
【００３８】ゲート電極として、クロム（Ｃr）を用い
る。
る。
【００３９】ゲート電極にクロムを用いたデプレッショ
ン型ＭＥＳＦＥＴも、図１および図２に示されるよう
に、ダイヤモンドからなる基板上にマイクロ波プラズマ
ＣＶＤ法によってダイヤモンドの単結晶をエピタキシャ
ル成長させて得たホモエピタキシャルダイヤモンド１の
表面に、その表面が水素終端された領域２と非水素終端
された領域１１とを設け、水素終端された領域２上に、
オーミックコンタクトが得られる金を蒸着して得たドレ
イン電極コンタクト３およびソース電極コンタクト４
と、クロム（Ｃr）を蒸着して得たゲート電極５を設け
て構成される。
ン型ＭＥＳＦＥＴも、図１および図２に示されるよう
に、ダイヤモンドからなる基板上にマイクロ波プラズマ
ＣＶＤ法によってダイヤモンドの単結晶をエピタキシャ
ル成長させて得たホモエピタキシャルダイヤモンド１の
表面に、その表面が水素終端された領域２と非水素終端
された領域１１とを設け、水素終端された領域２上に、
オーミックコンタクトが得られる金を蒸着して得たドレ
イン電極コンタクト３およびソース電極コンタクト４
と、クロム（Ｃr）を蒸着して得たゲート電極５を設け
て構成される。
【００４０】水素終端された領域２の下面には、表面導
電層であるｐ型半導体層２１が形成される。この領域に
クロム５を接触させると、クロムと接する部分には適当
な障壁のショットキーバリアが形成され、クロムの下に
位置する半導体層２１に空乏層２２が形成される。この
空乏層２２は、ゲート電圧を印加しないときに、電流の
流れを完全に阻止することができず、ゲート−ソース間
に逆方向の電圧を印加することによってはじめて空乏層
が成長して電流の流れを阻止し、ゲートとして動作す
る。このｐ型半導体層２２からなる表面導電層は数１０
０Å〜１０００Åと極めて薄いが、金属のショットキー
障壁が低いことからこのＭＥＳＦＥＴはデプレッション
動作する。したがって、水素終端された領域２の下に
は、ドレインとソース間にゲートが配置されたデプレッ
ション型ＭＥＳＦＥＴが形成される。一方、非水素終端
された領域１１の下面には、絶縁が得られており、この
絶縁領域によって素子間の分離が行われる。
電層であるｐ型半導体層２１が形成される。この領域に
クロム５を接触させると、クロムと接する部分には適当
な障壁のショットキーバリアが形成され、クロムの下に
位置する半導体層２１に空乏層２２が形成される。この
空乏層２２は、ゲート電圧を印加しないときに、電流の
流れを完全に阻止することができず、ゲート−ソース間
に逆方向の電圧を印加することによってはじめて空乏層
が成長して電流の流れを阻止し、ゲートとして動作す
る。このｐ型半導体層２２からなる表面導電層は数１０
０Å〜１０００Åと極めて薄いが、金属のショットキー
障壁が低いことからこのＭＥＳＦＥＴはデプレッション
動作する。したがって、水素終端された領域２の下に
は、ドレインとソース間にゲートが配置されたデプレッ
ション型ＭＥＳＦＥＴが形成される。一方、非水素終端
された領域１１の下面には、絶縁が得られており、この
絶縁領域によって素子間の分離が行われる。
【００４１】ゲート電極として、ＭＥＳＦＥＴの閾値電
圧が０Ｖ以上となる金属材料すなわちダイヤモンド表面
との間にショットキー障壁を形成しショットキー障壁の
高さが０．７ｅＶ以下であり閾値電圧が０Ｖ以上である
金属を用いたデプレッション型ＭＥＳＦＥＴも上記と同
様に構成することができる。さらに、ダイヤモンドとし
てホモエピタキシャルダイヤモンドを例にとったが、本
発明は、これに限らず表面が平滑になっているヘテロエ
ピタキシャルダイヤモンドであってもよい。
圧が０Ｖ以上となる金属材料すなわちダイヤモンド表面
との間にショットキー障壁を形成しショットキー障壁の
高さが０．７ｅＶ以下であり閾値電圧が０Ｖ以上である
金属を用いたデプレッション型ＭＥＳＦＥＴも上記と同
様に構成することができる。さらに、ダイヤモンドとし
てホモエピタキシャルダイヤモンドを例にとったが、本
発明は、これに限らず表面が平滑になっているヘテロエ
ピタキシャルダイヤモンドであってもよい。
【００４２】
【実施例】図４および図５を用いて、ダイヤモンドの表
面に水素終端された領域と非水素終端された領域を形成
する方法を説明する。図４は、酸素終端されたダイヤモ
ンドを用いて酸素終端領域と水素終端領域の二つの領域
を形成する方法であり、図５は、水素終端されたダイヤ
モンドを用いて水素終端領域と酸素終端領域の二つの領
域を形成する方法である。
面に水素終端された領域と非水素終端された領域を形成
する方法を説明する。図４は、酸素終端されたダイヤモ
ンドを用いて酸素終端領域と水素終端領域の二つの領域
を形成する方法であり、図５は、水素終端されたダイヤ
モンドを用いて水素終端領域と酸素終端領域の二つの領
域を形成する方法である。
【００４３】図４において、ダイヤモンド基板をマイク
ロ波を励起源としたＭＰＣＶＤ装置の中に挿入し、メタ
ン（ＣＨ4）、エタン（Ｃ2Ｈ6）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）、
エチレン（Ｃ2Ｈ4）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素
（ＣＯ2）などの炭素源となるガスと水素（Ｈ2）との混
合ガスを前記ＭＰＣＶＤ装置内に供給しマイクロ波で励
起してプラズマ化し、ダイヤモンド基板の表面にダイヤ
モンド結晶をエピタキシー成長させて、ホモエピタキシ
ャルダイヤモンド膜６０を得る。成膜後この基板を空気
中で急速に冷却することによって、ダイヤモンド結晶の
表面の炭素原子の未結合手に酸素原子を結合させて、酸
素終端６１させ、酸素終端ホモエピタキシャルダイヤモ
ンド基板を得る（図４（Ａ））。
ロ波を励起源としたＭＰＣＶＤ装置の中に挿入し、メタ
ン（ＣＨ4）、エタン（Ｃ2Ｈ6）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）、
エチレン（Ｃ2Ｈ4）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素
（ＣＯ2）などの炭素源となるガスと水素（Ｈ2）との混
合ガスを前記ＭＰＣＶＤ装置内に供給しマイクロ波で励
起してプラズマ化し、ダイヤモンド基板の表面にダイヤ
モンド結晶をエピタキシー成長させて、ホモエピタキシ
ャルダイヤモンド膜６０を得る。成膜後この基板を空気
中で急速に冷却することによって、ダイヤモンド結晶の
表面の炭素原子の未結合手に酸素原子を結合させて、酸
素終端６１させ、酸素終端ホモエピタキシャルダイヤモ
ンド基板を得る（図４（Ａ））。
【００４４】この酸素終端ホモエピタキシャルダイヤモ
ンドの表面に、ＲＦスパッタリングによって、酸化珪素
（ＳiＯ2）膜を部分的に形成して開口６３を有するマス
ク６２を形成する（図４（Ｂ））。
ンドの表面に、ＲＦスパッタリングによって、酸化珪素
（ＳiＯ2）膜を部分的に形成して開口６３を有するマス
ク６２を形成する（図４（Ｂ））。
【００４５】マスクを形成した酸素終端エピタキシャル
ダイヤモンドを、ＭＰＣＶＤ装置において、水素ガス
（Ｈ2）２００（ｓｃｃｍ）、３５（Ｔｏｒｒ）、８４
０℃の条件下で２分間水素処理し、開口部６３にある酸
素終端を水素に置換して水素終端６４領域を選択的に得
た。この水素終端６４の下にはｐ型半導体領域６５が形
成される（図４（Ｃ））。
ダイヤモンドを、ＭＰＣＶＤ装置において、水素ガス
（Ｈ2）２００（ｓｃｃｍ）、３５（Ｔｏｒｒ）、８４
０℃の条件下で２分間水素処理し、開口部６３にある酸
素終端を水素に置換して水素終端６４領域を選択的に得
た。この水素終端６４の下にはｐ型半導体領域６５が形
成される（図４（Ｃ））。
【００４６】次いで、表面にＨＦ処理を施してマスク６
２を除去して、半導体領域と絶縁領域を持つ基板を形成
する（図４（Ｄ））。この後、通常の方法を用いてそれ
ぞれのＰ型半導体領域６５上にゲート電極およびドレイ
ンオーミックコンタクトならびにソースオーミックコン
タクトを形成して、各素子が絶縁分離された複数箇のデ
プレッション型ＭＥＳＦＥＴを同一基板上に形成するこ
とができる。
２を除去して、半導体領域と絶縁領域を持つ基板を形成
する（図４（Ｄ））。この後、通常の方法を用いてそれ
ぞれのＰ型半導体領域６５上にゲート電極およびドレイ
ンオーミックコンタクトならびにソースオーミックコン
タクトを形成して、各素子が絶縁分離された複数箇のデ
プレッション型ＭＥＳＦＥＴを同一基板上に形成するこ
とができる。
【００４７】次に、図５を用いて第２の実施例である水
素終端表面を用いて二つの領域を形成する方法を説明す
る。ダイヤモンド基板をマイクロ波を励起源としたプラ
ズマＣＶＤ装置の中に挿入し、メタン（ＣＨ4）、エタ
ン（Ｃ2Ｈ6）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）、エチレン（Ｃ
2Ｈ4）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ2）な
どの炭素源となるガスと水素（Ｈ2）との混合ガスを前
記プラズマＣＶＤ装置内に供給しマイクロ波で励起して
プラズマ化し、ダイヤモンド基板の表面にダイヤモンド
結晶をエピタキシー成長させて、ホモエピタキシャルダ
イヤモンド膜６０を得る。成膜後この基板を水素ガスの
存在下に冷却することによって、ダイヤモンド結晶の表
面の炭素原子の未結合手に水素原子を結合させて、水素
終端６４させ、その下面に表面導電層６５を有する水素
終端ホモエピタキシャルダイヤモンド基板を得る（図５
（Ａ））。
素終端表面を用いて二つの領域を形成する方法を説明す
る。ダイヤモンド基板をマイクロ波を励起源としたプラ
ズマＣＶＤ装置の中に挿入し、メタン（ＣＨ4）、エタ
ン（Ｃ2Ｈ6）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）、エチレン（Ｃ
2Ｈ4）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ2）な
どの炭素源となるガスと水素（Ｈ2）との混合ガスを前
記プラズマＣＶＤ装置内に供給しマイクロ波で励起して
プラズマ化し、ダイヤモンド基板の表面にダイヤモンド
結晶をエピタキシー成長させて、ホモエピタキシャルダ
イヤモンド膜６０を得る。成膜後この基板を水素ガスの
存在下に冷却することによって、ダイヤモンド結晶の表
面の炭素原子の未結合手に水素原子を結合させて、水素
終端６４させ、その下面に表面導電層６５を有する水素
終端ホモエピタキシャルダイヤモンド基板を得る（図５
（Ａ））。
【００４８】この水素終端ホモエピタキシャルダイヤモ
ンドの表面に、スパッタリングによって、酸化珪素（Ｓ
iＯ2）膜を形成し、通常の方法によってｐ型半導体領域
として残すべき部分を覆うマスク６６を形成する（図５
（Ｂ））。
ンドの表面に、スパッタリングによって、酸化珪素（Ｓ
iＯ2）膜を形成し、通常の方法によってｐ型半導体領域
として残すべき部分を覆うマスク６６を形成する（図５
（Ｂ））。
【００４９】この後、ＭＰＣＶＤ装置において、酸素プ
ラズマ処理し、マスク６６で覆われた個所以外の表面に
ある水素終端の水素原子を酸素原子に置換して酸素終端
６１を得る。この酸素終端６１の下は絶縁性を有する
（図５（Ｃ））。
ラズマ処理し、マスク６６で覆われた個所以外の表面に
ある水素終端の水素原子を酸素原子に置換して酸素終端
６１を得る。この酸素終端６１の下は絶縁性を有する
（図５（Ｃ））。
【００５０】次いで、表面にＨＦ処理を施してマスク６
６を除去して、半導体領域と絶縁領域を持つ基板を形成
する（図５（Ｄ））。
６を除去して、半導体領域と絶縁領域を持つ基板を形成
する（図５（Ｄ））。
【００５１】この後、それぞれのｐ型半導体領域６５上
にゲート電極およびドレインオーミックコンタクトなら
びにソースオーミックコンタクトを形成して、各素子が
絶縁分離された複数箇のデプレッション型ＭＥＳＦＥＴ
を同一基板上に形成することができる。
にゲート電極およびドレインオーミックコンタクトなら
びにソースオーミックコンタクトを形成して、各素子が
絶縁分離された複数箇のデプレッション型ＭＥＳＦＥＴ
を同一基板上に形成することができる。
【００５２】図６に、本発明の実施例を示す。本実施例
においては、ゲート電極材料として銅（Ｃu）を用い、
水素終端ダイヤモンド上に形成したデプレッション型Ｍ
ＥＳＦＥＴの絶縁分離をアルゴン（Ａr＋）イオン照射
によって行なうことを特徴とする。さらに、この実施例
は、アルゴンイオン照射時に水素終端ダイヤモンドデプ
レッション型ＭＥＳＦＥＴ領域を選択的に保護するマス
クとして、該デプレッション型ＭＥＳＦＥＴソースオー
ミックコンタクトおよびドレインオーミックコンタクト
となる金などの金属膜およびレジストを使用することを
特徴とする。
においては、ゲート電極材料として銅（Ｃu）を用い、
水素終端ダイヤモンド上に形成したデプレッション型Ｍ
ＥＳＦＥＴの絶縁分離をアルゴン（Ａr＋）イオン照射
によって行なうことを特徴とする。さらに、この実施例
は、アルゴンイオン照射時に水素終端ダイヤモンドデプ
レッション型ＭＥＳＦＥＴ領域を選択的に保護するマス
クとして、該デプレッション型ＭＥＳＦＥＴソースオー
ミックコンタクトおよびドレインオーミックコンタクト
となる金などの金属膜およびレジストを使用することを
特徴とする。
【００５３】以下、図６を用いてこの実施例を説明す
る。ダイヤモンド基板をマイクロ波を励起源としたプラ
ズマＣＶＤ装置の中に挿入し、メタン（ＣＨ4）、エタ
ン（Ｃ2Ｈ6）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）、エチレン（Ｃ
2Ｈ4）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ2）な
どの炭素源となるガスと水素（Ｈ2）との混合ガスを前
記プラズマＣＶＤ装置内に供給しマイクロ波で励起して
プラズマ化し、ダイヤモンド基板の表面にダイヤモンド
結晶をエピタキシー成長させて、ホモエピタキシャルダ
イヤモンド膜６０を得る。成膜後この基板を水素ガスの
存在下に冷却することによって、ダイヤモンド結晶の表
面の炭素原子の未結合手に水素原子を結合させて、水素
終端６４させ、表面導電層６５を有する水素終端ホモエ
ピタキシャルダイヤモンド基板を得る。この水素終端さ
れたホモエピタキシャルダイヤモンド基板上に、レジス
トを塗布した後、電子ビーム描画装置を用いて水素終端
ダイヤモンド半導体を形成するソースおよびドレイン領
域のパターンの描画を行なう。次いで、この基板を現像
液に浸して電子ビーム照射部分のみ溶解させ、ここに抵
抗加熱法または電子ビーム蒸着法などの方法によって金
（Ａu）を真空蒸着させて、ソースコンタクト４および
ドレインコンタクト３となる金薄膜を形成する（図６
（Ａ））。
る。ダイヤモンド基板をマイクロ波を励起源としたプラ
ズマＣＶＤ装置の中に挿入し、メタン（ＣＨ4）、エタ
ン（Ｃ2Ｈ6）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）、エチレン（Ｃ
2Ｈ4）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ2）な
どの炭素源となるガスと水素（Ｈ2）との混合ガスを前
記プラズマＣＶＤ装置内に供給しマイクロ波で励起して
プラズマ化し、ダイヤモンド基板の表面にダイヤモンド
結晶をエピタキシー成長させて、ホモエピタキシャルダ
イヤモンド膜６０を得る。成膜後この基板を水素ガスの
存在下に冷却することによって、ダイヤモンド結晶の表
面の炭素原子の未結合手に水素原子を結合させて、水素
終端６４させ、表面導電層６５を有する水素終端ホモエ
ピタキシャルダイヤモンド基板を得る。この水素終端さ
れたホモエピタキシャルダイヤモンド基板上に、レジス
トを塗布した後、電子ビーム描画装置を用いて水素終端
ダイヤモンド半導体を形成するソースおよびドレイン領
域のパターンの描画を行なう。次いで、この基板を現像
液に浸して電子ビーム照射部分のみ溶解させ、ここに抵
抗加熱法または電子ビーム蒸着法などの方法によって金
（Ａu）を真空蒸着させて、ソースコンタクト４および
ドレインコンタクト３となる金薄膜を形成する（図６
（Ａ））。
【００５４】次いで、この上にレジストを塗布した後、
ソースコンタクト４とドレインコンタクト３およびこれ
らの間に形成されるチャネル形成領域に通常の手法によ
ってレジストマスク７を形成する（図６（Ｂ））。
ソースコンタクト４とドレインコンタクト３およびこれ
らの間に形成されるチャネル形成領域に通常の手法によ
ってレジストマスク７を形成する（図６（Ｂ））。
【００５５】この後、ソースコンタクト４とドレインコ
ンタクト３および形成されたレジストマスク７をマスク
として使用してダイヤモンド基板の水素終端面６４上に
アルゴンイオン（Ａｒ＋）を照射する。アルゴンイオン
が照射されることによってダメージを受けた水素終端領
域はアルゴンイオンダメージ層６７を形成し絶縁化され
るとともに、水素終端面６４の下に生成した表面導電層
６５は消滅する。したがって、ソースコンタクト４とド
レインコンタクト３およびレジストマスク７によってマ
スクされた部分のみの電気導電性が保持されその他の領
域が絶縁化されることで素子分離された半導体部が形成
される（図６（Ｃ））。
ンタクト３および形成されたレジストマスク７をマスク
として使用してダイヤモンド基板の水素終端面６４上に
アルゴンイオン（Ａｒ＋）を照射する。アルゴンイオン
が照射されることによってダメージを受けた水素終端領
域はアルゴンイオンダメージ層６７を形成し絶縁化され
るとともに、水素終端面６４の下に生成した表面導電層
６５は消滅する。したがって、ソースコンタクト４とド
レインコンタクト３およびレジストマスク７によってマ
スクされた部分のみの電気導電性が保持されその他の領
域が絶縁化されることで素子分離された半導体部が形成
される（図６（Ｃ））。
【００５６】次に、レジストマスク７をアセトンにより
剥離し、選択的にソース電極４およびドレイン電極３が
形成されたホモエピタキシャルダイヤモンド基板上に、
ポジ形レジストを塗布した後、電子ビーム描画装置を用
いてゲート電極５パターンの描画を行なう。次いで、こ
の基板を現像液に浸して電子ビーム照射部分のみ溶解さ
せ、ここに抵抗加熱法などによって銅（Ｃu）を真空蒸
着させてゲート部５を形成して、素子分離された複数の
デプレッション型ＭＥＳＦＥＴを同一のダイヤモンド基
板上に形成する（図６（Ｄ））。
剥離し、選択的にソース電極４およびドレイン電極３が
形成されたホモエピタキシャルダイヤモンド基板上に、
ポジ形レジストを塗布した後、電子ビーム描画装置を用
いてゲート電極５パターンの描画を行なう。次いで、こ
の基板を現像液に浸して電子ビーム照射部分のみ溶解さ
せ、ここに抵抗加熱法などによって銅（Ｃu）を真空蒸
着させてゲート部５を形成して、素子分離された複数の
デプレッション型ＭＥＳＦＥＴを同一のダイヤモンド基
板上に形成する（図６（Ｄ））。
【００５７】アルゴンイオンのドーズ量によってダイヤ
モンドのシート抵抗値が変化することは、J.F.Prins,Ma
terials Science Reports 7(1992)271-364に記載されて
いるように既に知られている。本実施例においては、ア
ルゴンイオンのドーズによってダイヤモンドのイオンダ
メージ層のシート抵抗値が高くなるよう、つまりダイヤ
モンドの表面がグラファイト化しないようにドーズ量を
４×１０13ions/cm2とし、加速電圧を２５KeVとした。
モンドのシート抵抗値が変化することは、J.F.Prins,Ma
terials Science Reports 7(1992)271-364に記載されて
いるように既に知られている。本実施例においては、ア
ルゴンイオンのドーズによってダイヤモンドのイオンダ
メージ層のシート抵抗値が高くなるよう、つまりダイヤ
モンドの表面がグラファイト化しないようにドーズ量を
４×１０13ions/cm2とし、加速電圧を２５KeVとした。
【００５８】上記実施例によって得た銅（Ｃu）ゲート
電極を有するデプレッション型ＭＥＳＦＥＴの特性を図
７に示す。図７は、横軸にドレイン−ソース電圧Ｖds
（V）を、縦軸にドレイン−ソース電流Ｉds（μA）をと
っており、ゲート−ソース電圧Ｖgs（V）をパラメータ
にしている。このデプレッション型ＭＥＳＦＥＴは、ゲ
ート長が１２μｍであり、ゲート幅が５５μｍであっ
た。このＶds−Ｉds特性曲線に示されるように、ゲート
−ソース電圧Ｖgsが０Vでも、ドレイン−ソース電流Ｉd
sは流れており、デプレッションモードで動作してい
る。そして、ゲート−ソース電圧Ｖgs変化させることに
よって、ドレイン−ソース電流Ｉdsを自由に制御するこ
とができる。ここで、相互コンダクタンスｇｍは２．７
３mＳ／mmになる。
電極を有するデプレッション型ＭＥＳＦＥＴの特性を図
７に示す。図７は、横軸にドレイン−ソース電圧Ｖds
（V）を、縦軸にドレイン−ソース電流Ｉds（μA）をと
っており、ゲート−ソース電圧Ｖgs（V）をパラメータ
にしている。このデプレッション型ＭＥＳＦＥＴは、ゲ
ート長が１２μｍであり、ゲート幅が５５μｍであっ
た。このＶds−Ｉds特性曲線に示されるように、ゲート
−ソース電圧Ｖgsが０Vでも、ドレイン−ソース電流Ｉd
sは流れており、デプレッションモードで動作してい
る。そして、ゲート−ソース電圧Ｖgs変化させることに
よって、ドレイン−ソース電流Ｉdsを自由に制御するこ
とができる。ここで、相互コンダクタンスｇｍは２．７
３mＳ／mmになる。
【００５９】本実施例によれば、水素終端ダイヤモンド
デプレッション型ＭＥＳＦＥＴの周りに形成する非水素
終端からなる絶縁部を形成するときに用いるマスクとし
てソース電極とドレイン電極となる金薄膜とレジストの
みを使用するので、製造工程を極めて簡略なものとする
ことができる。
デプレッション型ＭＥＳＦＥＴの周りに形成する非水素
終端からなる絶縁部を形成するときに用いるマスクとし
てソース電極とドレイン電極となる金薄膜とレジストの
みを使用するので、製造工程を極めて簡略なものとする
ことができる。
【００６０】図８は、上記実施例と同様な製造工程によ
って得たゲート金属にニッケル（Ｎi）を用いたデプレ
ッション型ＭＥＳＦＥＴの動作特性を示すもので、横軸
にドレイン−ソース電圧Ｖds（V）を、縦軸にドレイン
−ソース電流Ｉds（μA）をとっており、ゲート−ソー
ス電圧Ｖgs（V）をパラメータにしている。ここで、閾
値電圧は０．６V、ゲート長Ｌgは４μｍ、ゲート幅Ｗg
は６０μｍ、相互コンダクタンスｇmは５．０ｍｓ／ｍ
ｍである。このＶds−Ｉds特性曲線に示されるように、
ゲート−ソース電圧Ｖgsが０(V)でも、ドレイン−ソー
ス電流Ｉdsは流れており、デプレッションモードで動作
しており、且つ明確な飽和特性を持っていることが解
る。ゲート−ソース電圧Ｖgs変化させることによって、
ドレイン−ソース電流Ｉdsを自由に制御することができ
る。
って得たゲート金属にニッケル（Ｎi）を用いたデプレ
ッション型ＭＥＳＦＥＴの動作特性を示すもので、横軸
にドレイン−ソース電圧Ｖds（V）を、縦軸にドレイン
−ソース電流Ｉds（μA）をとっており、ゲート−ソー
ス電圧Ｖgs（V）をパラメータにしている。ここで、閾
値電圧は０．６V、ゲート長Ｌgは４μｍ、ゲート幅Ｗg
は６０μｍ、相互コンダクタンスｇmは５．０ｍｓ／ｍ
ｍである。このＶds−Ｉds特性曲線に示されるように、
ゲート−ソース電圧Ｖgsが０(V)でも、ドレイン−ソー
ス電流Ｉdsは流れており、デプレッションモードで動作
しており、且つ明確な飽和特性を持っていることが解
る。ゲート−ソース電圧Ｖgs変化させることによって、
ドレイン−ソース電流Ｉdsを自由に制御することができ
る。
【００６１】本発明によれば、ダイヤモンド膜の表面を
水素終端することによって、その下面に極めて薄いｐ型
半導体層を形成することができ、さらにゲート領域上に
銅を蒸着してゲートとすることによってショットキーバ
リアを形成できるので、ゲートを極めて簡単な構造で容
易に形成することができ、デプレッションモードで動作
するＭＥＳＦＥＴを、極めて簡単な工程で製造すること
ができる。さらに、素子間のダイヤモンドの表面を非水
素終端とすることによってｐ型半導体層は形成されず、
各素子間を確実に絶縁分離することができる。
水素終端することによって、その下面に極めて薄いｐ型
半導体層を形成することができ、さらにゲート領域上に
銅を蒸着してゲートとすることによってショットキーバ
リアを形成できるので、ゲートを極めて簡単な構造で容
易に形成することができ、デプレッションモードで動作
するＭＥＳＦＥＴを、極めて簡単な工程で製造すること
ができる。さらに、素子間のダイヤモンドの表面を非水
素終端とすることによってｐ型半導体層は形成されず、
各素子間を確実に絶縁分離することができる。
【００６２】上述の実施例では、オーミック電極材料と
して金を、ショットキーバリア電極として銅を用いて説
明したが、オーミック電極材料としては電気陰性度の高
いものであれば良く、金の他に白金（Ｐt）を用いるこ
とができ、また、ショットキーバリアを形成する電極材
料としては、クロム（Ｃr）を用いる。ダイヤモンドに
対してデプレッション型ＭＥＳＦＥＴが作製できる適当
な障壁高さを持つショットキーバリアを形成できる電極
材料としては、さらに、ハフニウム（Ｈf）、モリブデ
ン（Ｍo）、カドミウム（Ｃd）、パラジウム（Ｐd）、
コバルト（Ｃo）、ジルコニウム（Ｚr）、錫（Ｓn）、
アンチモン（Ｓb）がある。
して金を、ショットキーバリア電極として銅を用いて説
明したが、オーミック電極材料としては電気陰性度の高
いものであれば良く、金の他に白金（Ｐt）を用いるこ
とができ、また、ショットキーバリアを形成する電極材
料としては、クロム（Ｃr）を用いる。ダイヤモンドに
対してデプレッション型ＭＥＳＦＥＴが作製できる適当
な障壁高さを持つショットキーバリアを形成できる電極
材料としては、さらに、ハフニウム（Ｈf）、モリブデ
ン（Ｍo）、カドミウム（Ｃd）、パラジウム（Ｐd）、
コバルト（Ｃo）、ジルコニウム（Ｚr）、錫（Ｓn）、
アンチモン（Ｓb）がある。
【００６３】さらに、上記の説明では、マイクロ波プラ
ズマＣＶＤによって得た水素終端ホモエピタキシャルダ
イヤモンドを例にとって説明したが、成長法としては、
マイクロ波プラズマＣＶＤ法による他、熱フィラメント
法、高周波熱プラズマＣＶＤ、直流アークプラズマＣＶ
Ｄ、燃焼炎法などを用いることもできる。さらに、ダイ
ヤモンドはホモエピタキシャル成長させたダイヤモンド
に限らず、他の気相合成ダイヤモンドであるヘテロエピ
タキシャルダイヤモンド、天然ダイヤモンド単結晶、高
圧法によって合成されたダイヤモンド単結晶を水素プラ
ズマ雰囲気で処理した水素終端ダイヤモンドのいずれに
も適用できることは、ダイヤモンドの表面を水素終端す
ることによってｐ型半導体導電層が得られる原理からし
て明らかである。
ズマＣＶＤによって得た水素終端ホモエピタキシャルダ
イヤモンドを例にとって説明したが、成長法としては、
マイクロ波プラズマＣＶＤ法による他、熱フィラメント
法、高周波熱プラズマＣＶＤ、直流アークプラズマＣＶ
Ｄ、燃焼炎法などを用いることもできる。さらに、ダイ
ヤモンドはホモエピタキシャル成長させたダイヤモンド
に限らず、他の気相合成ダイヤモンドであるヘテロエピ
タキシャルダイヤモンド、天然ダイヤモンド単結晶、高
圧法によって合成されたダイヤモンド単結晶を水素プラ
ズマ雰囲気で処理した水素終端ダイヤモンドのいずれに
も適用できることは、ダイヤモンドの表面を水素終端す
ることによってｐ型半導体導電層が得られる原理からし
て明らかである。
【００６４】図９に、本発明の第３の実施例を示す。本
実施例においては、水素終端ダイヤモンドを用いたデプ
レッション型ＭＥＳＦＥＴの絶縁分離をアルゴン（Ａr
＋）イオン照射によって行なうことを特徴とする。さら
に、この実施例は、アルゴンイオン照射時に水素終端ダ
イヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴ領域を選択的
に保護するマスクとして、該デプレッション型ＭＥＳＦ
ＥＴソースオーミックコンタクトおよびドレインオーミ
ックコンタクトとなる金などの金属膜を使用することを
特徴とする。
実施例においては、水素終端ダイヤモンドを用いたデプ
レッション型ＭＥＳＦＥＴの絶縁分離をアルゴン（Ａr
＋）イオン照射によって行なうことを特徴とする。さら
に、この実施例は、アルゴンイオン照射時に水素終端ダ
イヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴ領域を選択的
に保護するマスクとして、該デプレッション型ＭＥＳＦ
ＥＴソースオーミックコンタクトおよびドレインオーミ
ックコンタクトとなる金などの金属膜を使用することを
特徴とする。
【００６５】以下、図９を用いてこの実施例を説明す
る。ダイヤモンド基板をマイクロ波を励起源としたプラ
ズマＣＶＤ装置の中に挿入し、メタン（ＣＨ4）、エタ
ン（Ｃ2Ｈ6）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）、エチレン（Ｃ
2Ｈ4）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ2）な
どの炭素源となるガスと水素（Ｈ2）との混合ガスを前
記プラズマＣＶＤ装置内に供給しマイクロ波で励起して
プラズマ化し、ダイヤモンド基板の表面にダイヤモンド
結晶をエピタキシー成長させて、ホモエピタキシャルダ
イヤモンド膜６０を得る。成膜後この基板を水素ガスの
存在下に急速に冷却することによって、ダイヤモンド結
晶の表面の炭素原子の未結合手に水素原子を結合させ
て、水素終端６４させ、表面導電層６５を有する水素終
端ホモエピタキシャルダイヤモンド基板を得る。この水
素終端されたホモエピタキシャルダイヤモンド基板上
に、ポジ形レジストを塗布した後、電子ビーム描画装置
を用いて水素終端ダイヤモンド半導体を形成する領域の
パターンの描画を行なう。次いで、この基板を現像液に
浸して電子ビーム照射部分のみ溶解させ、ここに抵抗加
熱法によって金Ａｕを真空蒸着させて、ソースコンタク
トおよびドレインコンタクトとなる金薄膜３１を形成す
る（図９（Ａ））。
る。ダイヤモンド基板をマイクロ波を励起源としたプラ
ズマＣＶＤ装置の中に挿入し、メタン（ＣＨ4）、エタ
ン（Ｃ2Ｈ6）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）、エチレン（Ｃ
2Ｈ4）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ2）な
どの炭素源となるガスと水素（Ｈ2）との混合ガスを前
記プラズマＣＶＤ装置内に供給しマイクロ波で励起して
プラズマ化し、ダイヤモンド基板の表面にダイヤモンド
結晶をエピタキシー成長させて、ホモエピタキシャルダ
イヤモンド膜６０を得る。成膜後この基板を水素ガスの
存在下に急速に冷却することによって、ダイヤモンド結
晶の表面の炭素原子の未結合手に水素原子を結合させ
て、水素終端６４させ、表面導電層６５を有する水素終
端ホモエピタキシャルダイヤモンド基板を得る。この水
素終端されたホモエピタキシャルダイヤモンド基板上
に、ポジ形レジストを塗布した後、電子ビーム描画装置
を用いて水素終端ダイヤモンド半導体を形成する領域の
パターンの描画を行なう。次いで、この基板を現像液に
浸して電子ビーム照射部分のみ溶解させ、ここに抵抗加
熱法によって金Ａｕを真空蒸着させて、ソースコンタク
トおよびドレインコンタクトとなる金薄膜３１を形成す
る（図９（Ａ））。
【００６６】次いで、形成された金薄膜３１をマスクと
して使用しアルゴンイオン（Ａｒ＋）を照射する。アル
ゴンイオンが照射されることによってダメージを受けた
水素終端領域はアルゴンイオンダメージ層６７を形成し
絶縁化されるとともに、水素終端面６４の下に生成した
表面導電層６５は消滅する。したがって、金薄膜３１に
よってマスクされた部分のみの電気導電性が保持されそ
の他の領域が絶縁化されることで素子分離された半導体
部が形成される（図９（Ｂ））。
して使用しアルゴンイオン（Ａｒ＋）を照射する。アル
ゴンイオンが照射されることによってダメージを受けた
水素終端領域はアルゴンイオンダメージ層６７を形成し
絶縁化されるとともに、水素終端面６４の下に生成した
表面導電層６５は消滅する。したがって、金薄膜３１に
よってマスクされた部分のみの電気導電性が保持されそ
の他の領域が絶縁化されることで素子分離された半導体
部が形成される（図９（Ｂ））。
【００６７】この後、金薄膜３１のマスクの中央部分を
除去してソース電極部３およびドレイン電極部４ならび
にチャネル部６が形成される（図９（Ｃ））。金薄膜の
除去方法は、２通りあり、一つは機械的に中央部を除去
する方法であり、他の一つは、ソースおよびドレインと
なる部分にマスクをし、マスクされない中央部分だけに
王水およびヨウ化カリウム水溶液を用いて選択的に除去
する方法である。
除去してソース電極部３およびドレイン電極部４ならび
にチャネル部６が形成される（図９（Ｃ））。金薄膜の
除去方法は、２通りあり、一つは機械的に中央部を除去
する方法であり、他の一つは、ソースおよびドレインと
なる部分にマスクをし、マスクされない中央部分だけに
王水およびヨウ化カリウム水溶液を用いて選択的に除去
する方法である。
【００６８】次に、選択的にソース電極３およびドレイ
ン電極４が形成されたホモエピタキシャルダイヤモンド
基板上に、ポジ形レジストを塗布した後、電子ビーム描
画装置を用いてゲート電極５パターンの描画を行なう。
次いで、この基板を現像液に浸して電子ビーム照射部分
のみ溶解させ、ここに抵抗加熱法などによって銅（Ｃ
u）を真空蒸着させてゲート部５を形成して、素子分離
された複数のデプレッション型ＭＥＳＦＥＴを同一のダ
イヤモンド基板上に形成する（図９（Ｄ））。
ン電極４が形成されたホモエピタキシャルダイヤモンド
基板上に、ポジ形レジストを塗布した後、電子ビーム描
画装置を用いてゲート電極５パターンの描画を行なう。
次いで、この基板を現像液に浸して電子ビーム照射部分
のみ溶解させ、ここに抵抗加熱法などによって銅（Ｃ
u）を真空蒸着させてゲート部５を形成して、素子分離
された複数のデプレッション型ＭＥＳＦＥＴを同一のダ
イヤモンド基板上に形成する（図９（Ｄ））。
【００６９】アルゴンイオンのドーズ量によってダイヤ
モンドのシート抵抗値が変化することは、J.F.Prins,Ma
terials Science Reports 7(1992)271-364に記載されて
いるように既に知られている。本実施例においては、ア
ルゴンイオンのドーズによってダイヤモンドのイオンダ
メージ層のシート抵抗値が高くなるよう、つまりダイヤ
モンドの表面がグラファイト化しないようにドーズ量を
１．７×１０14ions/cm2とし、加速電圧を３０KeVとし
た。
モンドのシート抵抗値が変化することは、J.F.Prins,Ma
terials Science Reports 7(1992)271-364に記載されて
いるように既に知られている。本実施例においては、ア
ルゴンイオンのドーズによってダイヤモンドのイオンダ
メージ層のシート抵抗値が高くなるよう、つまりダイヤ
モンドの表面がグラファイト化しないようにドーズ量を
１．７×１０14ions/cm2とし、加速電圧を３０KeVとし
た。
【００７０】本実施例によれば、水素終端ダイヤモンド
デプレッション型ＭＥＳＦＥＴの周りに形成する非水素
終端からなる絶縁部を形成するときに用いるマスクとし
てソース電極とドレイン電極となる金薄膜を使用するの
で、絶縁領域作成用マスク形成時にアライメントをとる
必要がなくなり、製造工程を極めて簡略なものとするこ
とができる。
デプレッション型ＭＥＳＦＥＴの周りに形成する非水素
終端からなる絶縁部を形成するときに用いるマスクとし
てソース電極とドレイン電極となる金薄膜を使用するの
で、絶縁領域作成用マスク形成時にアライメントをとる
必要がなくなり、製造工程を極めて簡略なものとするこ
とができる。
【００７１】次に、図１０を用いて第４の実施例につい
て説明する。この実施例は、水素終端ダイヤモンド基板
上にソース電極およびドレイン電極ならびにゲート電極
を作成して水素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥ
ＳＦＥＴを形成した後、これら電極を絶縁領域形成のマ
スクとするとともにチャネル部分を覆うレジストマスク
を形成し、このマスクを用いてアルゴンイオン照射して
素子の周りに絶縁領域を作成して素子分離することを特
徴とする。
て説明する。この実施例は、水素終端ダイヤモンド基板
上にソース電極およびドレイン電極ならびにゲート電極
を作成して水素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥ
ＳＦＥＴを形成した後、これら電極を絶縁領域形成のマ
スクとするとともにチャネル部分を覆うレジストマスク
を形成し、このマスクを用いてアルゴンイオン照射して
素子の周りに絶縁領域を作成して素子分離することを特
徴とする。
【００７２】図９に示した第３の実施例と同様の方法に
よって得たホモエピタキシャルダイヤモンド基板を水素
ガスの存在下に急速に冷却することによって、ダイヤモ
ンド結晶の表面の炭素原子の未結合手に水素原子を結合
させて、水素終端６４させ、表面導電層６５を有する水
素終端ホモエピタキシャルダイヤモンド基板を得る。こ
の水素終端されたホモエピタキシャルダイヤモンド基板
上に、ポジ形レジストを塗布した後、電子ビーム描画装
置を用いて水素終端ダイヤモンド半導体のソース電極お
よびドレイン電極を形成する領域のパターンの描画を行
なう。次いで、この基板を現像液に浸して電子ビーム照
射部分のみ溶解させ、ここに抵抗加熱法によって金Ａu
を真空蒸着させて、ソース電極４およびドレイン電極３
を形成する（図１０（Ａ））。
よって得たホモエピタキシャルダイヤモンド基板を水素
ガスの存在下に急速に冷却することによって、ダイヤモ
ンド結晶の表面の炭素原子の未結合手に水素原子を結合
させて、水素終端６４させ、表面導電層６５を有する水
素終端ホモエピタキシャルダイヤモンド基板を得る。こ
の水素終端されたホモエピタキシャルダイヤモンド基板
上に、ポジ形レジストを塗布した後、電子ビーム描画装
置を用いて水素終端ダイヤモンド半導体のソース電極お
よびドレイン電極を形成する領域のパターンの描画を行
なう。次いで、この基板を現像液に浸して電子ビーム照
射部分のみ溶解させ、ここに抵抗加熱法によって金Ａu
を真空蒸着させて、ソース電極４およびドレイン電極３
を形成する（図１０（Ａ））。
【００７３】次いで、同様の方法を用いてソース電極４
とドレイン電極３の間に銅（Ｃu）からなるゲート電極
５を形成する（図１０（Ｂ））。次に、アルゴンイオン
照射時にチャネル部６が絶縁化されないようにチャネル
部上にレジストを用い通常の方法によってマスク７を形
成する（図１０（Ｃ））。この場合も、電子ビーム描画
装置を用いた。
とドレイン電極３の間に銅（Ｃu）からなるゲート電極
５を形成する（図１０（Ｂ））。次に、アルゴンイオン
照射時にチャネル部６が絶縁化されないようにチャネル
部上にレジストを用い通常の方法によってマスク７を形
成する（図１０（Ｃ））。この場合も、電子ビーム描画
装置を用いた。
【００７４】次に、常法を用いて基板全体にアルゴンイ
オン（Ａｒ＋）を照射し、水素終端ダイヤモンドデプレ
ッション型ＭＥＳＦＥＴ以外の部分の水素終端層をアル
ゴンイオンダメージ層６７として絶縁化し、ソース電極
４およびドレイン電極３ならびにレジスト７の下の部分
のみが水素終端されたまま残り電気伝導性を保持してデ
プレッション型ＭＥＳＦＥＴを素子分離する（図１０
（Ｄ））。素子分離された複数のＭＥＳＦＥＴを同一の
ダイヤモンド基板上に形成することができた。この実施
例におけるドーズ量は１．０×１０14ions/cm2とし、加
速電圧を２５KeVとした。
オン（Ａｒ＋）を照射し、水素終端ダイヤモンドデプレ
ッション型ＭＥＳＦＥＴ以外の部分の水素終端層をアル
ゴンイオンダメージ層６７として絶縁化し、ソース電極
４およびドレイン電極３ならびにレジスト７の下の部分
のみが水素終端されたまま残り電気伝導性を保持してデ
プレッション型ＭＥＳＦＥＴを素子分離する（図１０
（Ｄ））。素子分離された複数のＭＥＳＦＥＴを同一の
ダイヤモンド基板上に形成することができた。この実施
例におけるドーズ量は１．０×１０14ions/cm2とし、加
速電圧を２５KeVとした。
【００７５】ダイヤモンドからなる基板上にマイクロプ
ラズマ法によってダイヤモンドの単結晶をエピタキシャ
ル成長させて得た水素終端ホモエピタキシャルダイヤモ
ンドの表面に、その表面が水素終端された領域と非水素
終端された領域とを設け、水素終端された領域上の少な
くとも一つに、オーミックコンタクトが得られる金を蒸
着して得たドレイン電極コンタクトおよびソース電極コ
ンタクトと、適当なショットキーバリアを形成する金属
である銅（Ｃu）を蒸着して得たゲート電極を設けてデ
プレッション型ＭＥＳＦＥＴを形成し、水素終端された
領域上の少なくとも他の一つに、オーミックコンタクト
が得られる金を蒸着して得たドレイン電極コンタクトお
よびソース電極コンタクトと、ショットキーバリアを形
成する金属である鉛（Ｐb）あるいはアルミニウム（Ａ
l）を蒸着して得たゲート電極を設けてエンハンスメン
ト型ＭＥＳＦＥＴを形成して図１１に示すインバータ回
路を作成したところ、過渡特性すなわち周波数特性のよ
いインバータを得ることができた。
ラズマ法によってダイヤモンドの単結晶をエピタキシャ
ル成長させて得た水素終端ホモエピタキシャルダイヤモ
ンドの表面に、その表面が水素終端された領域と非水素
終端された領域とを設け、水素終端された領域上の少な
くとも一つに、オーミックコンタクトが得られる金を蒸
着して得たドレイン電極コンタクトおよびソース電極コ
ンタクトと、適当なショットキーバリアを形成する金属
である銅（Ｃu）を蒸着して得たゲート電極を設けてデ
プレッション型ＭＥＳＦＥＴを形成し、水素終端された
領域上の少なくとも他の一つに、オーミックコンタクト
が得られる金を蒸着して得たドレイン電極コンタクトお
よびソース電極コンタクトと、ショットキーバリアを形
成する金属である鉛（Ｐb）あるいはアルミニウム（Ａ
l）を蒸着して得たゲート電極を設けてエンハンスメン
ト型ＭＥＳＦＥＴを形成して図１１に示すインバータ回
路を作成したところ、過渡特性すなわち周波数特性のよ
いインバータを得ることができた。
【００７６】次いで、図１２および図１３を用いて水素
終端ダイヤモンド上にクロムゲート電極を有する素子分
離されたデプレッション型ＭＥＳＦＥＴの製造方法を説
明する。前述の製法によって得たホモエピタキシャルダ
イヤモンド膜６０からなる基板を水素ガスの存在下に急
速に冷却することによって、ダイヤモンド結晶の表面の
炭素原子の未結合手に水素原子を結合させて、水素終端
６４させ、表面導電層６５を有する水素終端ホモエピタ
キシャルダイヤモンド基板を得る。この水素終端ホモエ
ピタキシャルダイヤモンド基板の表面に、スピンコート
によりレジストを塗布し露光することにより、ｐ型半導
体領域として残すべき部分に開口６３を有するマスク６
２を形成する（図１２Ａ）。
終端ダイヤモンド上にクロムゲート電極を有する素子分
離されたデプレッション型ＭＥＳＦＥＴの製造方法を説
明する。前述の製法によって得たホモエピタキシャルダ
イヤモンド膜６０からなる基板を水素ガスの存在下に急
速に冷却することによって、ダイヤモンド結晶の表面の
炭素原子の未結合手に水素原子を結合させて、水素終端
６４させ、表面導電層６５を有する水素終端ホモエピタ
キシャルダイヤモンド基板を得る。この水素終端ホモエ
ピタキシャルダイヤモンド基板の表面に、スピンコート
によりレジストを塗布し露光することにより、ｐ型半導
体領域として残すべき部分に開口６３を有するマスク６
２を形成する（図１２Ａ）。
【００７７】この後、ｐ型半導体領域６４およびマスク
６２上に金を蒸着してドレインオーミックコンタクトお
よびソースオーミックコンタクトならびにゲートマスク
となる金薄膜３１を形成する（図１２Ｂ）。
６２上に金を蒸着してドレインオーミックコンタクトお
よびソースオーミックコンタクトならびにゲートマスク
となる金薄膜３１を形成する（図１２Ｂ）。
【００７８】次いでマスク６２を剥離する（図１２
Ｃ）。このとき残った金薄膜３１は、以降の処理のマス
クとして用いられる。
Ｃ）。このとき残った金薄膜３１は、以降の処理のマス
クとして用いられる。
【００７９】この後、中電流イオン注入装置を用いて、
ダイヤモンド基板の表面に例えばアルゴンイオンを照射
し、マスク３１で覆われた個所以外の表面にある水素終
端の水素原子を他の原子に置換してアルゴンによってダ
メージを受けた非水素終端された表面６７を得る。この
非水素終端面６７の下はＰ型半導体領域６４が消滅して
絶縁性を呈し、以降に形成される素子が互いに分離され
る（図１２Ｄ）。
ダイヤモンド基板の表面に例えばアルゴンイオンを照射
し、マスク３１で覆われた個所以外の表面にある水素終
端の水素原子を他の原子に置換してアルゴンによってダ
メージを受けた非水素終端された表面６７を得る。この
非水素終端面６７の下はＰ型半導体領域６４が消滅して
絶縁性を呈し、以降に形成される素子が互いに分離され
る（図１２Ｄ）。
【００８０】次いで、後の工程で使用する金のエッチン
グ溶液として使用するヨウ化カリウム（ＫＩ）溶液に対
して耐性のあるレジストを塗布したのちゲート電極が配
置される領域に開口６３を有するマスク４５を形成する
（図１３Ａ）。
グ溶液として使用するヨウ化カリウム（ＫＩ）溶液に対
して耐性のあるレジストを塗布したのちゲート電極が配
置される領域に開口６３を有するマスク４５を形成する
（図１３Ａ）。
【００８１】この後、ヨウ化カリウム（ＫＩ）溶液を用
いてマスク４５の開口６３内の金薄膜３１をエッチング
する。このエッチングは等方性であることから、マスク
４５の開口６３の側方にもエッチングされマスク４５の
下に空洞４７が形成され、ソースコンタクトとドレイン
コンタクトが分離されて形成される（図１３Ｂ）。
いてマスク４５の開口６３内の金薄膜３１をエッチング
する。このエッチングは等方性であることから、マスク
４５の開口６３の側方にもエッチングされマスク４５の
下に空洞４７が形成され、ソースコンタクトとドレイン
コンタクトが分離されて形成される（図１３Ｂ）。
【００８２】次いで、マスク４５を用いてゲート電極を
構成するクロムを蒸着する。この蒸着は異方性であるこ
とから、素子上には開口６３の投射面にのみクロム薄膜
３０が形成される。したがって、ゲート金属とソースコ
ンタクトまたはドレインコンタクトとは分離されて形成
されるとともに、クロム薄膜３０が接する表面電導層６
５にはクロム薄膜に起因する空乏域２２が形成される
（図１３Ｃ）。
構成するクロムを蒸着する。この蒸着は異方性であるこ
とから、素子上には開口６３の投射面にのみクロム薄膜
３０が形成される。したがって、ゲート金属とソースコ
ンタクトまたはドレインコンタクトとは分離されて形成
されるとともに、クロム薄膜３０が接する表面電導層６
５にはクロム薄膜に起因する空乏域２２が形成される
（図１３Ｃ）。
【００８３】最後に、マスク４５を剥離することによっ
て、金薄膜からなるソースコンタクト４とドレインコン
タクト３とクロムからなるゲート電極５が互いに分離さ
れたデプレッションモードＦＥＴをセルフアラインメン
ト手法によってそれぞれ分離して形成することができる
（図１３Ｄ）。
て、金薄膜からなるソースコンタクト４とドレインコン
タクト３とクロムからなるゲート電極５が互いに分離さ
れたデプレッションモードＦＥＴをセルフアラインメン
ト手法によってそれぞれ分離して形成することができる
（図１３Ｄ）。
【００８４】上記の製法における具体的な実験条件を説
明する。マスク４５は、ポジＯＥＢＲ−２００ｃｐ（東
京応化製）を水素終端ダイヤモンドの上に滴下し、１５
００ｒｐｍで５秒間および４０００ｒｐｍで１０秒間回
転させてスピンコートして得られたマスクは２〜３μｍ
の厚みを有していた。また、ゲート金属の厚みは、１８
００Åであった。金のエッチング溶液として、４ｇのヨ
ウ化カリウム（ＫＩ）と１ｇのヨウ素（Ｉ2）を４０ｍ
ｌの水（Ｈ2Ｏ）で希釈した溶液をさらに１０〜１００
倍に希釈した溶液を使用した。このときの金の横方向の
エッチングレートは、０．５μｍ／ｍｍであった。金の
蒸着は、タングステンバスケットを用いた抵抗加熱によ
る蒸着であった。
明する。マスク４５は、ポジＯＥＢＲ−２００ｃｐ（東
京応化製）を水素終端ダイヤモンドの上に滴下し、１５
００ｒｐｍで５秒間および４０００ｒｐｍで１０秒間回
転させてスピンコートして得られたマスクは２〜３μｍ
の厚みを有していた。また、ゲート金属の厚みは、１８
００Åであった。金のエッチング溶液として、４ｇのヨ
ウ化カリウム（ＫＩ）と１ｇのヨウ素（Ｉ2）を４０ｍ
ｌの水（Ｈ2Ｏ）で希釈した溶液をさらに１０〜１００
倍に希釈した溶液を使用した。このときの金の横方向の
エッチングレートは、０．５μｍ／ｍｍであった。金の
蒸着は、タングステンバスケットを用いた抵抗加熱によ
る蒸着であった。
【００８５】次に、本発明によって得られたＦＥＴの特
性を説明する。図１４は、ゲート電極材料としてクロム
（Ｃr）を用いた例であり、横軸にドレイン−ソース電
圧Ｖds（Ｖ）を、縦軸にドレイン−ソース電流Ｉds（ｍ
Ａ）をとっており、ゲート−ソース電圧Ｖgs（Ｖ）をパ
ラメータにしている。図１４で用いたＦＥＴは、ゲート
電極としてクロムを用い、ゲート長（Ｌg）が５．５
（μｍ）、ゲート幅（Ｗg）が６５（μｍ）に設定され
た。このＦＥＴのスレッシュホルド電圧は０．４６
（Ｖ）のデプレッションモードで動作し、相互コンダク
タンス（ｇm）は、１２．３（ｍＳ／ｍｍ）が得られ
た。このＶds−Ｉds特性曲線に示されるように、ゲート
金属をクロムとすることによって、相互コンダクタンス
の大きなデプレッションモードＭＥＳＦＥＴを得ること
ができる。
性を説明する。図１４は、ゲート電極材料としてクロム
（Ｃr）を用いた例であり、横軸にドレイン−ソース電
圧Ｖds（Ｖ）を、縦軸にドレイン−ソース電流Ｉds（ｍ
Ａ）をとっており、ゲート−ソース電圧Ｖgs（Ｖ）をパ
ラメータにしている。図１４で用いたＦＥＴは、ゲート
電極としてクロムを用い、ゲート長（Ｌg）が５．５
（μｍ）、ゲート幅（Ｗg）が６５（μｍ）に設定され
た。このＦＥＴのスレッシュホルド電圧は０．４６
（Ｖ）のデプレッションモードで動作し、相互コンダク
タンス（ｇm）は、１２．３（ｍＳ／ｍｍ）が得られ
た。このＶds−Ｉds特性曲線に示されるように、ゲート
金属をクロムとすることによって、相互コンダクタンス
の大きなデプレッションモードＭＥＳＦＥＴを得ること
ができる。
【００８６】本発明によれば、下面に極めて薄いｐ型半
導体層が形成された表面を水素終端したダイヤモンド膜
上に素子分離された複数のＭＥＳＦＥＴをセルフアライ
ンメント手法によって形成することができ、しかもゲー
ト電極材料にクロムを用いて相互コンダクタンスの大き
なデプレッションモードで動作するＭＥＳＦＥＴを、極
めて簡単な工程で製造することができる。
導体層が形成された表面を水素終端したダイヤモンド膜
上に素子分離された複数のＭＥＳＦＥＴをセルフアライ
ンメント手法によって形成することができ、しかもゲー
ト電極材料にクロムを用いて相互コンダクタンスの大き
なデプレッションモードで動作するＭＥＳＦＥＴを、極
めて簡単な工程で製造することができる。
【００８７】上述の実施例では、オーミック電極材料と
して金を、説明したが、オーミック電極材料としては電
気陰性度の高いものであれば良く、金の他に白金（Ｐ
t）を用いることができる。
して金を、説明したが、オーミック電極材料としては電
気陰性度の高いものであれば良く、金の他に白金（Ｐ
t）を用いることができる。
【００８８】さらに、上記の実施例では、マイクロ波プ
ラズマＣＶＤによって得た水素終端ホモエピタキシャル
ダイヤモンドを例にとって説明したが、成長法として
は、マイクロ波プラズマＣＶＤ法による他、熱フィラメ
ント法、高周波熱プラズマＣＶＤ、直流アークプラズマ
ＣＶＤ、燃焼炎法などを用いることもできる。さらに、
ダイヤモンドはホモエピタキシャル成長させたダイヤモ
ンドに限らず、他の気相合成ダイヤモンドであるヘテロ
エピタキシャルダイヤモンド、天然ダイヤモンド単結
晶、高圧法によって合成されたダイヤモンド単結晶を水
素プラズマ雰囲気で処理した水素終端ダイヤモンドのい
ずれにも適用できることは、ダイヤモンドの表面を水素
終端することによってｐ型半導体導電層が得られる原理
からして明らかである。
ラズマＣＶＤによって得た水素終端ホモエピタキシャル
ダイヤモンドを例にとって説明したが、成長法として
は、マイクロ波プラズマＣＶＤ法による他、熱フィラメ
ント法、高周波熱プラズマＣＶＤ、直流アークプラズマ
ＣＶＤ、燃焼炎法などを用いることもできる。さらに、
ダイヤモンドはホモエピタキシャル成長させたダイヤモ
ンドに限らず、他の気相合成ダイヤモンドであるヘテロ
エピタキシャルダイヤモンド、天然ダイヤモンド単結
晶、高圧法によって合成されたダイヤモンド単結晶を水
素プラズマ雰囲気で処理した水素終端ダイヤモンドのい
ずれにも適用できることは、ダイヤモンドの表面を水素
終端することによってｐ型半導体導電層が得られる原理
からして明らかである。
【００８９】さらに、上記実施例では、非水素終端処理
をアルゴンイオンの照射によって行ったが、ダイヤモン
ドの水素終端面を酸素プラズマ（Ｏ2プラズマ）処理す
ることによって非水素終端（酸素終端）させて絶縁領域
を形成することができる。
をアルゴンイオンの照射によって行ったが、ダイヤモン
ドの水素終端面を酸素プラズマ（Ｏ2プラズマ）処理す
ることによって非水素終端（酸素終端）させて絶縁領域
を形成することができる。
【００９０】次に、水素終端ダイヤモンドＭＥＳＦＥＴ
の動作モードを決定する指標として、従来考えられてい
た電気陰性度に代わる指標について説明する。すなわ
ち、水素終端ダイヤモンドＭＥＳＦＥＴのゲート電極の
ショットキー障壁高さとＭＥＳＦＥＴの閾値電圧との関
係を示す図１５を用いて、ゲート電極の材料の選択につ
いて説明する。図に示すように、ＭＥＳＦＥＴにおける
ゲート電極材料について、横軸にショットキー障壁の高
さ（ｅＶ）をとり、縦軸にＭＥＳＦＥＴの閾値電圧
（Ｖ）によって各金属の測定結果を現すと、ショットキ
ー障壁高さが０．７ｅＶ以下の銅（Ｃu），クロム（Ｃ
r），鉄（Ｆe），ニッケル（Ｎi）の各金属では閾値電
圧が０Ｖ以上となり、ショットキー障壁高さが０．７ｅ
Ｖを超える亜鉛（Ｚn），鉛（Ｐb），アルミニウム（Ａ
l）の各金属では閾値電圧が負となることを見出した。
すなわち、ショットキー障壁高さをもって水素終端ダイ
ヤモンドＭＥＳＦＥＴの動作モードの指標とすることが
できる。したがって、ショットキー障壁の高さが０．７
ｅＶ以下の金属を用いることによってＭＥＳＦＥＴの閾
値の値を０Ｖ以上とすることができ、ダイヤモンド薄膜
上の水素終端領域にデプレッション型のＭＥＳＦＥＴを
形成することができ、ショットキー障壁の高さが０．７
ｅＶ以上の金属を用いることによってＭＥＳＦＥＴの閾
値の値を負とすることができ、ダイヤモンド薄膜上の水
素終端領域にエンハンスメント型のＭＥＳＦＥＴを形成
することができる。
の動作モードを決定する指標として、従来考えられてい
た電気陰性度に代わる指標について説明する。すなわ
ち、水素終端ダイヤモンドＭＥＳＦＥＴのゲート電極の
ショットキー障壁高さとＭＥＳＦＥＴの閾値電圧との関
係を示す図１５を用いて、ゲート電極の材料の選択につ
いて説明する。図に示すように、ＭＥＳＦＥＴにおける
ゲート電極材料について、横軸にショットキー障壁の高
さ（ｅＶ）をとり、縦軸にＭＥＳＦＥＴの閾値電圧
（Ｖ）によって各金属の測定結果を現すと、ショットキ
ー障壁高さが０．７ｅＶ以下の銅（Ｃu），クロム（Ｃ
r），鉄（Ｆe），ニッケル（Ｎi）の各金属では閾値電
圧が０Ｖ以上となり、ショットキー障壁高さが０．７ｅ
Ｖを超える亜鉛（Ｚn），鉛（Ｐb），アルミニウム（Ａ
l）の各金属では閾値電圧が負となることを見出した。
すなわち、ショットキー障壁高さをもって水素終端ダイ
ヤモンドＭＥＳＦＥＴの動作モードの指標とすることが
できる。したがって、ショットキー障壁の高さが０．７
ｅＶ以下の金属を用いることによってＭＥＳＦＥＴの閾
値の値を０Ｖ以上とすることができ、ダイヤモンド薄膜
上の水素終端領域にデプレッション型のＭＥＳＦＥＴを
形成することができ、ショットキー障壁の高さが０．７
ｅＶ以上の金属を用いることによってＭＥＳＦＥＴの閾
値の値を負とすることができ、ダイヤモンド薄膜上の水
素終端領域にエンハンスメント型のＭＥＳＦＥＴを形成
することができる。
【００９１】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、水素終
端したホモエピタキシャルダイヤモンドの表面に、所望
の障壁のショットキーバリアを形成するクロムを用いた
蒸着によってゲート電極を形成し、電気陰性度の高い金
や白金等の金属の蒸着によってソース電極およびドレイ
ン電極を形成することによって、デプレッションモード
で動作し、相互コンダクタンスが大きなＭＥＳＦＥＴを
得ることができ、各素子間のダイヤモンドの表面を非水
素終端とすることによって、簡単な製造工程と手段によ
って各素子間を絶縁分離することができ、複数のデプレ
ッション型ＭＥＳＦＥＴが集積されたダイヤモンド半導
体デバイスを形成することができる。
端したホモエピタキシャルダイヤモンドの表面に、所望
の障壁のショットキーバリアを形成するクロムを用いた
蒸着によってゲート電極を形成し、電気陰性度の高い金
や白金等の金属の蒸着によってソース電極およびドレイ
ン電極を形成することによって、デプレッションモード
で動作し、相互コンダクタンスが大きなＭＥＳＦＥＴを
得ることができ、各素子間のダイヤモンドの表面を非水
素終端とすることによって、簡単な製造工程と手段によ
って各素子間を絶縁分離することができ、複数のデプレ
ッション型ＭＥＳＦＥＴが集積されたダイヤモンド半導
体デバイスを形成することができる。
【００９２】複数のダイヤモンドデプレッション型ＭＥ
ＳＦＥＴを同一基板上に簡単なプロセスで作成すること
ができるとともに、例えば、ＦＥＴでは、素子を円形に
することがなく単純な形状とすることができるので、微
細化および高い集積化が可能となる。
ＳＦＥＴを同一基板上に簡単なプロセスで作成すること
ができるとともに、例えば、ＦＥＴでは、素子を円形に
することがなく単純な形状とすることができるので、微
細化および高い集積化が可能となる。
【００９３】さらに、本発明によれば、半導体層を製造
するに当たって、不純物を導入する必要がないことか
ら、有毒なＢ2Ｈ6などのガスを必要とせず、安全に製造
することができるばかりでなく、有毒ガスに対処する必
要がなくなり製造装置を簡易なものとすることができ
る。
するに当たって、不純物を導入する必要がないことか
ら、有毒なＢ2Ｈ6などのガスを必要とせず、安全に製造
することができるばかりでなく、有毒ガスに対処する必
要がなくなり製造装置を簡易なものとすることができ
る。
【００９４】本発明によれば、ゲート電極およびソース
オーミックコンタクトならびにドレインオーミックコン
タクトの形成は蒸着によって形成することができ、製造
工程を簡略化することができる。
オーミックコンタクトならびにドレインオーミックコン
タクトの形成は蒸着によって形成することができ、製造
工程を簡略化することができる。
【００９５】さらに、本発明に係るＦＥＴは、バンドギ
ャップの大きなダイヤモンドを用いているので、高温下
で使用することができるとともに、強い放射線の下でも
安定して動作させることができる。
ャップの大きなダイヤモンドを用いているので、高温下
で使用することができるとともに、強い放射線の下でも
安定して動作させることができる。
【００９６】また、本発明によれば、ＦＥＴの電極とな
る金属膜を水素終端ダイヤモンドを非水素化処理するた
めのマスクとして用いるので、マスクプロセスの数を減
らすことができるとともに、非水素化処理に当ってレジ
ストをマスクとして用いるので、処理工程を極めて簡素
化することができ、さらに、相互コンダクタンスが向上
し、５mＳ／mmという高い値を得ることができる。
る金属膜を水素終端ダイヤモンドを非水素化処理するた
めのマスクとして用いるので、マスクプロセスの数を減
らすことができるとともに、非水素化処理に当ってレジ
ストをマスクとして用いるので、処理工程を極めて簡素
化することができ、さらに、相互コンダクタンスが向上
し、５mＳ／mmという高い値を得ることができる。
【００９７】さらに、本発明によれば、水素終端したホ
モエピタキシャルダイヤモンドの表面に、ＭＥＳＦＥＴ
の閾値電圧が０Ｖ以上となる金属材料を用いた蒸着によ
ってゲート電極を形成し、電気陰性度の高い金や白金等
の金属の蒸着によってソース電極およびドレイン電極を
形成することによって、デプレッションモードで動作
し、相互コンダクタンスが大きなＭＥＳＦＥＴを得るこ
とができ、各素子間のダイヤモンドの表面を非水素終端
とすることによって、簡単な製造工程と手段によって各
素子間を絶縁分離することができ、複数のデプレッショ
ン型ＭＥＳＦＥＴが集積されたダイヤモンド半導体デバ
イスを形成することができる。
モエピタキシャルダイヤモンドの表面に、ＭＥＳＦＥＴ
の閾値電圧が０Ｖ以上となる金属材料を用いた蒸着によ
ってゲート電極を形成し、電気陰性度の高い金や白金等
の金属の蒸着によってソース電極およびドレイン電極を
形成することによって、デプレッションモードで動作
し、相互コンダクタンスが大きなＭＥＳＦＥＴを得るこ
とができ、各素子間のダイヤモンドの表面を非水素終端
とすることによって、簡単な製造工程と手段によって各
素子間を絶縁分離することができ、複数のデプレッショ
ン型ＭＥＳＦＥＴが集積されたダイヤモンド半導体デバ
イスを形成することができる。
【００９８】また、本発明によれば、ＦＥＴのゲート電
極およびソース電極となる金属膜を水素終端ダイヤモン
ドを非水素化処理するためのマスクとして用いるので、
マスクプロセスの数を減らすことができるとともに、非
水素化処理に当ってレジストをマスクとして用いるの
で、処理工程を極めて簡素化することができ、さらに、
相互コンダクタンスが向上し、１２．３ｍＳ／ｍｍとい
う高い値を得ることができる。
極およびソース電極となる金属膜を水素終端ダイヤモン
ドを非水素化処理するためのマスクとして用いるので、
マスクプロセスの数を減らすことができるとともに、非
水素化処理に当ってレジストをマスクとして用いるの
で、処理工程を極めて簡素化することができ、さらに、
相互コンダクタンスが向上し、１２．３ｍＳ／ｍｍとい
う高い値を得ることができる。
【００９９】また、本発明によれば、ＭＥＳＦＥＴのゲ
ート電極をダイヤモンドとのショットキー障壁の高さが
０．７ｅＶ以下の金属材料としたので、水素終端ダイヤ
モンド上にデプレッション型ＭＥＳＦＥＴを構成するこ
とができる。さらに、水素終端ダイヤモンドＭＥＳＦＥ
Ｔの動作モードの指標として、ゲート金属の電気陰性度
に代わる適正な指標を提供することができた。
ート電極をダイヤモンドとのショットキー障壁の高さが
０．７ｅＶ以下の金属材料としたので、水素終端ダイヤ
モンド上にデプレッション型ＭＥＳＦＥＴを構成するこ
とができる。さらに、水素終端ダイヤモンドＭＥＳＦＥ
Ｔの動作モードの指標として、ゲート金属の電気陰性度
に代わる適正な指標を提供することができた。
【図１】本発明にかかる水素終端ダイヤモンドデプレッ
ション型ＭＥＳＦＥＴの構造を示す平面図。
ション型ＭＥＳＦＥＴの構造を示す平面図。
【図２】本発明にかかる水素終端ダイヤモンドデプレッ
ション型ＭＥＳＦＥＴの構造を示す断面図。
ション型ＭＥＳＦＥＴの構造を示す断面図。
【図３】ダイヤモンドの終端の構造を示す概念図。
【図４】本発明にかかる水素終端ダイヤモンドデプレッ
ション型ＭＥＳＦＥＴの絶縁分離を形成する工程の一例
を示す図。
ション型ＭＥＳＦＥＴの絶縁分離を形成する工程の一例
を示す図。
【図５】本発明にかかる水素終端ダイヤモンドデプレッ
ション型ＭＥＳＦＥＴの絶縁分離を形成する工程の他の
例を示す図。
ション型ＭＥＳＦＥＴの絶縁分離を形成する工程の他の
例を示す図。
【図６】本発明にかかる水素終端ダイヤモンドデプレッ
ション型ＭＥＳＦＥＴの製造工程を示す工程図。
ション型ＭＥＳＦＥＴの製造工程を示す工程図。
【図７】図６に示す工程で得た水素終端ダイヤモンドデ
プレッション型ＭＥＳＦＥＴの特性を示す図。
プレッション型ＭＥＳＦＥＴの特性を示す図。
【図８】本発明にかかる水素終端ダイヤモンドデプレッ
ション型ＭＥＳＦＥＴの特性を示す図。
ション型ＭＥＳＦＥＴの特性を示す図。
【図９】本発明にかかる水素終端ダイヤモンドデプレッ
ション型ＭＥＳＦＥＴの絶縁分離を形成する工程の第３
の例を示す図。
ション型ＭＥＳＦＥＴの絶縁分離を形成する工程の第３
の例を示す図。
【図１０】本発明にかかる水素終端ダイヤモンドデプレ
ッション型ＭＥＳＦＥＴの絶縁分離を形成する工程の第
４の例を示す図。
ッション型ＭＥＳＦＥＴの絶縁分離を形成する工程の第
４の例を示す図。
【図１１】本発明にかかる水素終端ダイヤモンドデプレ
ッション型ＭＥＳＦＥＴとダイヤモンドエンハンスメン
ト型ＭＥＳＦＥＴからなるインバータの回路構成を示す
回路図。
ッション型ＭＥＳＦＥＴとダイヤモンドエンハンスメン
ト型ＭＥＳＦＥＴからなるインバータの回路構成を示す
回路図。
【図１２】本発明にかかるクロムを用いた水素終端ダイ
ヤモンドＦＥＴの製造方法を説明する図（その１）。
ヤモンドＦＥＴの製造方法を説明する図（その１）。
【図１３】本発明にかかるクロムを用いた水素終端ダイ
ヤモンドＦＥＴの製造方法を説明する図（その２）。
ヤモンドＦＥＴの製造方法を説明する図（その２）。
【図１４】本発明にかかる製造方法で得たデプレッショ
ンモードのクロムを用いた水素終端ダイヤモンドＭＥＳ
ＦＥＴの特性を示す図。
ンモードのクロムを用いた水素終端ダイヤモンドＭＥＳ
ＦＥＴの特性を示す図。
【図１５】ＭＥＳＦＥＴのゲート電極の各種金属ごとの
ショットキー障壁高さと閾値電圧の対応を説明する図。
ショットキー障壁高さと閾値電圧の対応を説明する図。
【図１６】従来のダイヤモンド半導体の構造を示す平面
図。
図。
【図１７】従来のダイヤモンド半導体の構造を示す断面
図。
図。
【図１８】ゲート電極金属の電気陰性度とＭＥＳＦＥＴ
の閾値電圧との関係を示す図。 〔図面の簡単な説明〕
の閾値電圧との関係を示す図。 〔図面の簡単な説明〕
１ ホモエピタキシャルダイヤモンド薄膜
２ 水素終端面
３ ドレインオーミックコンタクト（ドレイン電極）
４ ソースオーミックコンタクト（ソース電極）
５ ゲート電極
６ チャネル部
７ マスク
１１ 酸素終端面
２１ 表面導電層（ｐ型デプレッション型ＭＥＳＦＥ
Ｔ） ２２ 空乏層 ３０ クロム薄膜 ３１ 金薄膜 ４０，４５，５０ マスク ４７ 空洞 ６０ ホモエピタキシャルダイヤモンド薄膜 ６１ 酸素終端面 ６２、６６ 酸化珪素膜（マスク） ６３ 開口 ６４ 水素終端面 ６５ 表面導電層（ｐ型デプレッション型ＭＥＳＦＥ
Ｔ） ６７ アルゴンダメージ層
Ｔ） ２２ 空乏層 ３０ クロム薄膜 ３１ 金薄膜 ４０，４５，５０ マスク ４７ 空洞 ６０ ホモエピタキシャルダイヤモンド薄膜 ６１ 酸素終端面 ６２、６６ 酸化珪素膜（マスク） ６３ 開口 ６４ 水素終端面 ６５ 表面導電層（ｐ型デプレッション型ＭＥＳＦＥ
Ｔ） ６７ アルゴンダメージ層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 外園 明
東京都東村山市美住町二丁目15番49号
(56)参考文献 1995年（平成７年）春季第42回応用物
理学関係連合講演会講演予稿集，日本,
1995年 ３月28日，ｐ．423
1995年（平成７年）秋季第56回応用物
理学会学術講演会講演予稿集，日本,
1995年 ８月26日，ｐ．385
Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ，，日本，1994年 ５月15日，Ｖｏ
ｌ．33，Ｐａｒｔ ２，Ｎｏ，５Ｂ,
ｐ．Ｌ708−Ｌ711
Ｅｕｒｏｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅ
ｒｓ，1994年 ９月 ５日，Ｖｏｌ.
27，Ｎｏ．６，ｐ．479−484
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/338
H01L 21/06
H01L 21/8232
H01L 29/812
Claims (14)
- 【請求項１】 ダイヤモンドの表面を水素終端した領域
にクロム（Ｃr）からなるゲート電極を有するデプレッ
ション型ＭＥＳＦＥＴを設けたことを特徴とする水素終
端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴ。 - 【請求項２】 ＭＥＳＦＥＴが、金もしくは白金からな
るオーミックコンタクトを形成したドレインおよびソー
スを有する請求項１に記載の水素終端ダイヤモンドデプ
レッション型ＭＥＳＦＥＴ。 - 【請求項３】 ダイヤモンドの表面を水素終端した領域
とダイヤモンドの表面を非水素終端させた絶縁領域とに
分離し、水素終端した領域にクロム（Ｃr）からなるゲ
ート電極を有するデプレッション型ＭＥＳＦＥＴを設け
たことを特徴とする素子分離された水素終端ダイヤモン
ドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴ。 - 【請求項４】 非水素終端させた領域が、水素終端ダイ
ヤモンドの表面を酸素プラズマ処理によって酸素置換し
て得られた酸素終端ダイヤモンドで構成される請求項３
に記載の素子分離された水素終端ダイヤモンドデプレッ
ション型ＭＥＳＦＥＴ。 - 【請求項５】 非水素終端させた領域が、水素終端ダイ
ヤモンドの表面をアルゴンイオン照射することによって
非水素終端した非水素終端ダイヤモンドで構成される請
求項３に記載の素子分離された水素終端ダイヤモンドデ
プレッション型ＭＥＳＦＥＴ。 - 【請求項６】 ダイヤモンドの表面を酸素終端し、次い
で、半導体素子を形成する領域のダイヤモンド表面を水
素処理することによって水素終端し、該水素終端領域に
クロム（Ｃr）からなるゲート電極を有するＭＥＳＦＥ
Ｔを形成することを特徴とする素子分離された水素終端
ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴの製造方
法。 - 【請求項７】 ＭＥＳＦＥＴは、水素終端領域上にソー
ス電極あるいはドレイン電極となる金属を蒸着してオー
ミックコンタクトを形成する工程と、両コンタクトの間
のゲート電極となる金属を蒸着する工程からなる請求項
６に記載の素子分離された水素終端ダイヤモンドデプレ
ッション型ＭＥＳＦＥＴの製造方法。 - 【請求項８】 ダイヤモンドの表面を水素終端する工程
と、デプレッション型ＭＥＳＦＥＴを形成する領域にソ
ース電極およびドレイン電極となる材料でマスクを形成
する工程と、このマスクを用いてデプレッション型ＭＥ
ＳＦＥＴを形成する領域以外のダイヤモンド表面を絶縁
領域とする処理を施す工程と、前記マスクをソース電極
およびドレイン電極とする工程と、両電極間にクロム
（Ｃr）からなるゲート電極を形成する工程とからなる
ことを特徴とする素子分離された水素終端ダイヤモンド
デプレッション型ＭＥＳＦＥＴの製造方法。 - 【請求項９】 絶縁領域を形成する工程が、デプレッシ
ョン型ＭＥＳＦＥＴ形成領域に設けたソース電極および
ドレイン電極として用いられる金属をマスクとして用い
てデプレッション型ＭＥＳＦＥＴを形成する領域以外の
ダイヤモンド表面を酸素処理またはアルゴンイオン照射
して絶縁領域とする工程である請求項８に記載の素子分
離された水素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳ
ＦＥＴの製造方法。 - 【請求項１０】 絶縁領域を形成する工程が、デプレッ
ション型ＭＥＳＦＥＴ形成領域に設けたソース電極およ
びドレイン電極として用いられる金属とレジストとをマ
スクとして用いてデプレッション型ＭＥＳＦＥＴを形成
する領域以外のダイヤモンド表面にアルゴンイオン照射
して絶縁領域とする工程である請求項８に記載の素子分
離された水素終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳ
ＦＥＴの製造方法。 - 【請求項１１】 ダイヤモンドの表面を水素終端した領
域とダイヤモンド表面を非水素終端させた絶縁領域とに
分離し、水素終端した領域の少なくとも一つにクロム
（Ｃr）からなるゲート電極を有するデプレッション型
ＭＥＳＦＥＴと、水素終端した領域の少なくとも他の一
つに鉛（Ｐb）、アルミニウム（Ａl）のいずれかからな
るエンハンスメント型ＭＥＳＦＥＴを設けたことを特徴
とする素子分離された水素終端ダイヤモンドＭＥＳＦＥ
Ｔを用いた電子回路。 - 【請求項１２】 ダイヤモンドの表面を酸素終端し、次
いで、半導体素子を形成する領域のダイヤモンド表面を
水素処理することによって水素終端し、該水素終端領域
にダイヤモンド表面との間にショットキー障壁を形成し
ショットキー障壁の高さが０．７ｅＶ以下あり閾値電圧
が０Ｖ以上である金属材料からなるゲート電極を有する
ＭＥＳＦＥＴを形成することを特徴とする素子分離され
た水素 終端ダイヤモンドデプレッション型ＭＥＳＦＥＴ
の製造方法。 - 【請求項１３】 ＭＥＳＦＥＴは、水素終端領域上にソ
ース電極あるいはドレイン電極となる金属を蒸着してオ
ーミックコンタクトを形成する工程と、両コンタクトの
間のゲート電極となる金属を蒸着する工程からなる請求
項１２に記載の素子分離された水素終端ダイヤモンドデ
プレッション型ＭＥＳＦＥＴの製造方法。 - 【請求項１４】 ダイヤモンドの表面を水素終端した領
域とダイヤモンド表面を非水素終端させた絶縁領域とに
分離し、水素終端した領域の少なくとも一つにダイヤモ
ンド表面との間にショットキー障壁を形成しショットキ
ー障壁の高さが０．７ｅＶ以下あり閾値電圧が０Ｖ以上
である金属材料からなるゲート電極を有するデプレッシ
ョン型ＭＥＳＦＥＴと、水素終端した領域の少なくとも
他の一つに鉛（Ｐb）、アルミニウム（Ａl）のいずれか
からなるエンハンスメント型ＭＥＳＦＥＴを設けたこと
を特徴とする素子分離された水素終端ダイヤモンドＭＥ
ＳＦＥＴを用いた電子回路。
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| JP8-61002 | 1996-03-18 | ||
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Non-Patent Citations (4)
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