JP4845086B2 - p型表面伝導性酸素終端(111)ダイヤモンドの製造方法及び高周波・高出力デバイス - Google Patents
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型表面伝導層を、p
型半導体として用いた高周波・高出力デバイスに関するものである。
しかし、この水素終端表面上に製造されたp型表面伝導層は、ダイヤモンド表面を酸素原子で終端すると消滅する(非特許文献6〜8参照)。
なお、本発明でいう酸素終端は、X線光電子分光法(XPS)を用いた解析から、C1SとO1Sのピーク強度比で酸素が5%以上、好ましくは10%以上を示すものをいう。
また,本発明でいう低表面準位密度は,(111)面ホモエピタキシャルダイヤモンド表面に金属電極を形成しショットキー接合を製作し,その電流−電圧特性から得られるショットキー障壁高さが,種々の金属の仕事関数に依存することをいう.
成膜し、その表面に酸素終端処理を施すことで、酸素終端表面でもp 型表面伝導層が発現
することを見出した。本発明は、大気中で安定な酸素終端表面上でp 型表面伝導層の製造
を提供できる。すなわち、本発明は、ダイヤモンド( 1 1 1 )単結晶基板上に炭素含有ガスによる気相成長法で成長させた平坦かつ低表面準位密度のホモエピタキシャルダイヤモンド膜の表面を、混酸による煮沸洗浄処理することにより得られる酸素原子で終端処理することを特徴とするp
型表面伝導性酸素終端( 1 1 1 )ダイヤモンドの製造方法である。
また、本発明においては、炭素含有ガスがメタンであって、濃度が0 .2 5 % 以下であり、酸素終端処理の手段が、混酸による煮沸洗浄処理であり、混酸が硝酸と硫酸からなる混酸とすることができる。
さらに、本発明は、ダイヤモンド( 1 1 1 )単結晶基板上に炭素含有ガスによる気相成長法で成長させた平坦かつ低表面準位密度のホモエピタキシャルダイヤモンド膜の表面を、混酸による煮沸洗浄処理することにより得られる酸素原子で終端処理することを特徴とするp
型表面伝導性酸素終端( 1 1 1 )ダイヤモンドの製造方法により得られたp 型表面伝導層を、p
型半導体として用いた高周波・高出力デバイスである。
本発明においては、周知のホモエピタキシャル成長の条件を用いることが出来る。
例えば、ダイヤモンド(111)単結晶基板上において、ホモエピタキシャルダイヤモンド膜を得るためには、炭素含有ガスとして、メタン、一酸化炭素等が用いられるが、メタンが好ましく用いられる。また、炭素含有ガスは、通常水素により希釈されて用いられる。
本発明においては、炭素含有ガスがメタンであって、水素で希釈して、流量比濃度が0.25%以下のものを用いるのが特に好ましい。また、ドーピングガスとして、ボロンを用いても良い。
合成圧力は、20〜100Torr程度であり、基板温度900℃-1050℃で、単結晶ダイヤモンドの(111)面上にダイヤモンド膜を合成する。
本発明は、マイクロ波プラズマCVD法、DCプラズマCVD法などに代表される気相成長法により、アンドープもしくはボロンドープダイヤモンド膜を(111)面方位ダイヤモンド基板上に、エピタキシャル成長させた。
本発明は、酸素終端処理は、混酸による煮沸洗浄処理、酸素プラズマによる処理、大気中アニールに代表される方法から選ばれるひとつとすることができる。
好ましくは、酸素終端処理を(111)ダイヤモンド膜の表面に施した後、酸素終端表面を大気にさらすことによってp型表面伝導層を製造する。
本発明では、ホモエピタキシャルダイヤモンド膜表面を、酸素終端したことを特徴とするp型表面伝導性酸素終端(111)ダイヤモンドを、p型半導体として用いた高周波・高出力デバイスを作成することが出来る。本発明のp型表面伝導層は、化学的に安定しバンドギャップが広いダイヤモンドであるので、強い放射線下などの過酷な環境下で安定した動作をすることが出来る。本発明のp型表面伝導層を含む酸素終端(111)ダイヤモンドは、種々のデバイスに用いることができる。
たとえば、本発明の酸素終端表面上のp型表面伝導層をFETに用いた場合、水素終端に比べ大気中で酸素終端が安定であることから電気的特性の劣化などが少なく過酷な環境下でも安定した動作をすることが出来る。
また、本発明はデバイス製造時にp型半導体を得るに当たって、不純物添加や注入の工程を必要とせず、デバイス製造プロセスを簡略化することが出来る。
比較例1:
マイクロ波プラズマ化学気相合成法において、メタンを0.1%-0.3%含む水素に、ボロンをボロン(B)と炭素(C)の割合が5ppm-100ppmになるように加え、合成圧力50Torrの反応室に導入し、基板温度900℃-1050℃で、単結晶ダイヤモンドの(100)面上にダイヤモンド膜を合成した。合成後、硝酸と硫酸を1:3の割合で混合し、その溶液中に合成したダイヤモンド膜を入れ200℃以上で1時間の煮沸洗浄し表面を酸素終端化した。ホール効果測定結果から、(100)面ダイヤモンド膜を酸素終端処理を行っても従来の報告どおりp型表面伝導層は出現しないことを確認した。また、アンドープの場合でもp型表面伝導層は出現しなかった。
比較例2:
マイクロ波プラズマ化学気相合成法において、メタンを0.5-1.0%含む水素に、ボロンをボロン(B)と炭素(C)の割合が10ppmになるように加え、合成圧力50Torrの反応室に導入し、基板温度900℃-1050℃で、単結晶ダイヤモンドの(111)面上にダイヤモンド膜を合成した。合成後、硝酸と硫酸を1:3の割合で混合し、その溶液中に合成したダイヤモンド膜を入れ230℃で1時間の煮沸洗浄し表面を酸素終端化した。ホール効果測定の結果からは、p型表面伝導層の存在を確認できなかった。図3にメタンを0.5%含む水素で合成された凸凹した(111)面ダイヤモンド膜表面の光学顕微鏡像を示す。
Claims (3)
- ダイヤモンド( 1 1 1 )単結晶基板上に炭素含有ガスによる気相成長法で成長させた平坦か
つ低表面準位密度のホモエピタキシャルダイヤモンド膜の表面を、混酸による煮沸洗浄処理することにより得られる酸素原子で終端処理することを特徴とするp
型表面伝導性酸素終端( 1 1 1 )ダイヤモンドの製造方法。 - 炭素含有ガスがメタンであって、濃度が0 .2 5 % 以下であり、酸素終端処理の手段が、混酸による煮沸洗浄処理であり、混酸が硝酸と硫酸からなる混酸である請求項1に記載したp
型表面伝導性酸素終端( 1 1 1 )ダイヤモンドの製造方法。 - ダイヤモンド( 1 1 1 )単結晶基板上に炭素含有ガスによる気相成長法で成長させた平坦か
つ低表面準位密度のホモエピタキシャルダイヤモンド膜の表面を、混酸による煮沸洗浄処理することにより得られる酸素原子で終端処理することを特徴とするp
型表面伝導性酸素終端( 1 1 1 )ダイヤモンドの製造方法により得られたp 型表面伝導層を、p
型半導体として用いた高周波・高出力デバイス。
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