JP5158777B2 - ダイヤモンド半導体整流素子 - Google Patents
ダイヤモンド半導体整流素子 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5158777B2 JP5158777B2 JP2007503618A JP2007503618A JP5158777B2 JP 5158777 B2 JP5158777 B2 JP 5158777B2 JP 2007503618 A JP2007503618 A JP 2007503618A JP 2007503618 A JP2007503618 A JP 2007503618A JP 5158777 B2 JP5158777 B2 JP 5158777B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- diamond
- electrode
- rectifying
- diamond semiconductor
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000010432 diamond Substances 0.000 title claims description 70
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 title claims description 69
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 43
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 17
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 16
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 10
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 9
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 claims description 8
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 6
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 18
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 11
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 8
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 description 4
- 238000001947 vapour-phase growth Methods 0.000 description 4
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 3
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- SWXVUIWOUIDPGS-UHFFFAOYSA-N diacetone alcohol Natural products CC(=O)CC(C)(C)O SWXVUIWOUIDPGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 1
- WXRGABKACDFXMG-UHFFFAOYSA-N trimethylborane Chemical compound CB(C)C WXRGABKACDFXMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- 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
- H01L21/04—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
-
- 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
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/47—Schottky barrier electrodes
-
- 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
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
- H01L29/861—Diodes
- H01L29/872—Schottky diodes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Description
本発明は、ダイヤモンド半導体整流素子に関する。
ダイヤモンド半導体は、バンドギャップが室温で約５．５eVとかなり大きく、ドーパント（不純物）が添加されていない真性状態で絶縁体として振舞うことが知られている。ダイヤモンド単結晶薄膜を成長させる方法は、実質的に炭素及び水素を含む雰囲気、例えばCH4（メタン）とH2（水素）ガスを用いたマイクロ波励起プラズマ気相成長法が開発（特許文献１）されており、広く普及している。また、ダイヤモンド単結晶薄膜のマイクロ波励起プラズマ気相成長法においてドーパントとしてB（ボロン）を添加することによってｐ型（主たるキャリアが正孔）の電気伝導性を得る、またP（リン）を添加することによってｎ型（主たるキャリアが電子）の電気伝導性を制御する（特許文献２）方法も広く使われている。
マイクロ波励起プラズマ気相成長法は、水素を含む雰囲気を用いる気相成長法であるため、成長させたダイヤモンド単結晶膜表面は、実質的に水素で覆われた表面（水素終端表面）であることが知られている。即ち、表面には炭素原子（Ｃ）の未結合手が水素原子（Ｈ）によって結合終端されたＣ−Ｈ分子構造が存在し（以後「水素化」と呼ぶ）、この水素化に伴ってダイヤモンド表面近傍のダイヤモンド内には主たるキャリアの正孔が表面近傍（２ｎｍ以内）に局在したｐ型表面伝導層が発生していることが知られている。この表面伝導層は、アンドープ及びボロンドープの（１００）、（１１１）面単結晶薄膜、及び多結晶薄膜においても同様に存在することも知られている。
この表面伝導層の実験的な特徴は、（１）２００℃程度までは安定に存在し、（２）水素化されたダイヤモンド表面にのみに発生していることがわかっている。表面の結合水素を除去する溶液処理（酸化処理）、例えば、沸騰させた硫酸・硝酸混合液中に浸す処理を施すことによって、この表面伝導層は消滅することも知られており、本発明者自身も確認している。
これら成長させたダイヤモンド薄膜を電子デバイスまたは光デバイスに使用する場合には、極めて熱安定な整流性電極を形成することが課題となる。
従来、単結晶及び多結晶ダイヤモンドを用いて単一金属元素とダイヤモンドとのショットキー接合を整流性電極として使用したダイヤモンド整流素子が提案され、その電気特性が数多く報告されている。金属―半導体界面のショットキー接合を利用した整流性電極の電流（I）は、ISexp(qV/nkT-1)（ここで、ISは飽和電流、ｑは素電荷、Vは印加電圧、ｎは理想因子、ｋはボルツマン定数、Tは絶対温度である）なる整流性の電圧―電流特性を呈することが知られている。ｐ型ダイヤモンドに対して整流性電極に印加される電圧Vに対して、V＞０の印加電圧を逆方向電圧、またV＜０の印加電圧を順方向電圧と呼んでいる。ｎ型ダイヤモンドに対してV＜０の印加電圧を逆方向電圧、またV＞０の印加電圧を順方向電圧と呼んでいる。
順方向電圧印加時における電流―電圧特性I=IS exp(qV/nkT-1)において、理想因子ｎが整流性電極の性能を評価する重要な物理パラメータであり、ｎ＝１．００の時、理想的な熱電子放出電流が流れていることが知られている。従って、ｎ値が１に近いほど整流性電極／ダイヤモンド半導体界面は理想状態に近いことを意味し、高性能な整流性電極であると言える。シリコンおよびガリウムヒ素半導体においては、ｎ＝１の整流性電極は広く使われている。
ｎ値が１を呈する理想的な金属／ダイヤモンド界面を有する整流性電極を作製した例として、非特許文献１には、高圧合成ダイヤモンド基板Ib（１００）面上にホモエピタキシャル成長させた水素終端ダイヤモンド層の表面伝導層に対してアルミニウム（Ａｌ）薄膜を整流性電極として用い、作製した直後の熱処理を施さない状態でｎ＝１を達成しているものが記載されている。また、非特許文献２には、高圧合成ダイヤモンド基板Ib（１００）面上にホモエピタキシャル成長させたｐ型ダイヤモンド層の酸化処理表面に対してニッケル（Ni）／金（Au）の２層薄膜を整流性電極として用い、作製した直後の熱処理を施さない状態でｎ＝１．０４を達成しているものが記載されている。
また、先行技術例として、特許文献３は、金属／絶縁性ダイヤモンド層／ｐ型ダイヤモンド層からなるダイヤモンド半導体整流素子において、Mg，Ｈｆ，Ｚｒ，およびAl金属の整流性電極が接触するダイヤモンド層にアンドープ絶縁性ダイヤモンド層を用いる技術を開示しているが、この素子は理想因子ｎ値は２以上であり理想的状況は達成されていない。
H. Okushi, H. Watanabe, T. Sekiguchi, D. Takeuchi, S. Yamanaka,K.Kajimura,Proc. Applied Diamond Conf. and Frontier Carbon TechnologyJointConf.(Tsukuba, 1999) p.65.
M. Suzuki, H. Yoshida, N. Sakuma, T. Ono, T. Skai,M. Ogura,H.Okushi,and S.Koizumi, Diamond Relat. Mater. 13, 198 (2004).
特公昭５９−２７７５４号公報
特許第３０５１９１２号公報
特開平８−３１６４９８号公報
従来のダイヤモンド半導体整流素子における整流性電極は、AlやNiを代表とする単一金属元素を用いており、理想因子ｎ値１を達成するものは、整流性電極を作製した直後の熱処理を施さない状態の特性である。高温熱処理後においても、ｎ値１を達成する熱安定な整流性電極は未だ開発されていない。ダイヤモンド半導体自身は、機械的強度および耐熱性に優れることから、高温・劣悪環境下でも安定に動作する半導体素子を提供することが期待されているが、機械的強度・耐熱性に優れる整流性電極が開発されていないことが欠点であった。
本発明は、ダイヤモンド半導体整流素子の整流性電極として、機械的強度が強く、耐熱性に優れる高融点金属のカーバイド化合物（TiC、ZrC、HfC、VC、NbC、TaC、CrC、MoC、およびWC）を用いることによって、５００℃もの高温熱処理後においても理想因子ｎ値１．０を達成する極めて熱安定なダイヤモンド半導体整流素子を提供するものである。
具体的には、整流性電極として高融点金属カーバイドを用い、アルゴン雰囲気下における５００℃、少なくとも１時間の熱処理後においても電流―電圧特性におけるｎ値１．０２、順方向および逆方向における電流比（整流比）９桁、および逆方向電圧下での漏れ電流が印加電圧３０Vにおいて１０−１４A以下を達成するショットキーダイオードに関するものである。
本発明は、（１）整流性電極とオーム性電極を有し、ｎ値が１．０２であるダイヤモンド半導体整流素子であって、ダイヤモンド半導体上の酸化処理表面の一の部分に、高融点金属元素のカーバイド化合物であるＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＶＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ、ＣｒＣ、ＭｏＣ、およびＷＣの内少なくとも１つのカーバイド化合物が２ｎｍの厚さの薄膜として層状構造を持つ整流性電極を有し、熱処理によってダイヤモンドと冶金学的に反応する金属元素からなる第１層電極と高融点金属元素のカーバイド化合物からなる第２層電極からなるオーム性電極が、Ａｒガス雰囲気中、５００℃以上８００℃以下の温度で５分以上３時間以下の時間の熱処理がされて前記ダイヤモンド半導体上の酸化処理表面の別の部分に形成されていることを特徴とするダイヤモンド半導体整流素子、である。
また、本発明は、（２）前記オーム性電極が、チタンからなる第１層電極と、ＷＣからなる第２層電極とから構成されたものであることを特徴とする上記のダイヤモンド半導体整流素子、である。
本発明の実施例のダイヤモンド半導体整流素子は、薄膜として層状構造を持つ整流性電極に高融点金属元素のカーバイド化合物WCを用い、更にオーム性電極として第１層電極にチタン（Ti）および第２層電極にWCを使用している。オーム性電極は電流を良く流す低抵抗であることが望まれるため第１層電極としてTiなどが必要である。このTi/WCオーム性電極のオーム性を得るためには、５００℃以上８００℃以下の温度および５分以上３時間以下の熱処理時間が必要である。
この第１層電極は、Ti以外にも熱処理によってダイヤモンドと冶金学的に反応する金属元素であれば良い。第２層電極にはWC以外にも熱安定な高融点金属元素のカーバイド化合物であれば構わない。このダイヤモンド半導体整流素子は、従来の単一金属元素を用いた整流性電極を用いたダイヤモンド半導体整流素子に較べて、極めて熱安定性に優れている。
また、電気的・光学的に高品質なダイヤモンド半導体は、ＣＨ４(メタン)及びＨ２(水素)を原料ガスとして用いるマイクロ波励起プラズマ気相成長法によって、高圧合成させたダイヤモンド（１００）又は（１１１）面単結晶基板上にエピタキシャル成長させることによって得られる。
本発明の実施例においてもこの方法を用いるが、成長表面には水素化された表面伝導層が存在するため、沸騰させた硫酸・塩酸混合溶液処理によって酸化処理を行い、表面伝導層を除去したダイヤモンド表面を整流性電極の接触界面として使用する。
本発明の実施例においてもこの方法を用いるが、成長表面には水素化された表面伝導層が存在するため、沸騰させた硫酸・塩酸混合溶液処理によって酸化処理を行い、表面伝導層を除去したダイヤモンド表面を整流性電極の接触界面として使用する。
本発明は、この酸化処理表面に図１及び図２に示すWC整流性電極およびTi/WC (第１層Tiおよび第２層WC)オーム性電極を形成したダイヤモンド半導体整流素子において、WC整流性電極に対して−１０Vから３０V（Ti/WCオーム性電極を接地）の電圧を印加した電流―電圧特性において、５００℃、１時間の熱処理後において理想因子ｎ値＝１．０２を与える。更に、室温での逆方向電流１０−１４A以下、順方向電流との整流比９桁以上を呈する。本発明のダイヤモンド半導体整流素子は極めて優れた熱安定性を持つ。
図１及び図２に示すダイヤモンド半導体整流素子を以下に記すプロセスで作製し、電流―電圧（I-V）特性を測定した。
図１に示すように、ｐ型ドーパント元素であるＢ（ボロン）を添加したダイヤモンド・エピタキシャル単結晶膜２は、ＣＨ４（メタン）を原料ガス、及びＨ２（水素）を希釈用キャリアガス、更に１Ｖｏｌ（０．０１）％水素希釈Ｂ（ＣＨ３）３（トリメチルボロン）をドーパントＢの原料ガスとして用いたマイクロ波励起プラズマ気相成長法によって、高圧合成法によって作製された長さ２．５×幅２．５×厚さ０．５ｍｍのＩｂダイヤモンド（１００）単結晶基板１上に厚さ０．８μｍ成長させた。この時の成長条件は以下のとおりであった。基板温度９００℃、成長圧力８０Ｔｏｒｒ、及びマイクロ波パワー３６０Ｗ、更にＣＨ４流量５００ｓｃｃｍ、ＣＨ４／Ｈ２濃度（vol；％）比０．０８、及びＢ（ＣＨ３）３／ＣＨ４濃度（vol；ｐｐｍ）比３、成長時間は１２時間であった。
成長させたダイヤモンド（１００）面エピタキシャル単結晶膜２は、沸騰させた硫酸および塩酸混合溶液中に１５分間浸すことによって酸化処理を施した後、超純水にてオーバーフロー洗浄された。その後アセトン及びイソプロピルアルコールそれぞれの溶液中で超音波洗浄され、フォトリソグラフィー法によって図１の３および図２の３に示すTi/WC電極の作製のためのレジストのパターニングが行なわれた。
その後、Arガスを用いたマグネトロンスパッタリング法によって、TiおよびWCターゲット材のスパッタリングによって第１層にＴｉ（厚さ１０ｎｍ）薄膜、続いて第２層にWC（厚さ１０ｎｍ）薄膜を層状に積層堆積させ、リフトオフ法により、Ti/WC電極を形成した。その後、Ａｒ雰囲気中において５００℃、２時間の熱処理を施すことによってオーム性電極を形成した。
続いて、超純水オーバーフロー洗浄後、再びフォトリソグラフィー法によって図１の４および図２の４に示すWC電極のレジストのパターニングが行われた。その後、同様にマグネトロンスパッタリング法によってWC（厚さ２nm）薄膜を層状に堆積させ、リフトオフ法により層状構造のWC整流性電極を形成した。
Ti/WC電極およびWC電極間の幅は（図１および図２の１Ｌに相当する）は２０μｍであり、WC電極の直径（図１および図２の２Lに相当する）は２００μｍであった。熱安定性は、本ダイヤモンド半導体整流素子をAr雰囲気中において熱処理し、電流―電圧特性の変化を調べることによって行われた。
このように作製されたダイヤモンド半導体整流素子は２短針プローバを装備した真空チャンバー内にセットされ、チャンバー内はターボ分子ポンプによって０．０５Ｐａの真空度に維持された。Ｉ−Ｖ特性は２端子法によって測定された。
図３に、熱処理する前のダイヤモンド半導体整流素子に対する暗室下で測定されたＩ−Ｖ特性を示す。図３に示すように、本素子の逆方向暗電流は電圧３０Vまで検出限界以下の１０−１４A以下であり、極めて微弱な漏れ電流を実現していることがわかる。順方向電流値との整流比は９桁以上に達しており、優れたショットキー特性が得られている。この電流―電圧特性は、WC整流性電極によって支配されている特性であることがわかる。理想因子ｎ値は１．３６であり、作製したままの状態では理想的な整流性電極／ダイヤモンド半導体界面をわずかに呈していないことがわかる。
図４に、５００℃、１時間の熱処理後のＩ−Ｖ特性を示す。５００℃での熱処理後においても逆方向漏れ電流は１０−１４A以下であり、順方向電流の立ち上がりの急峻性が熱処理前と較べて著しく向上している。理想因子ｎ値は１．０２である。また。順方向電流との整流比は、９桁以上であり、極めて熱安定なショットキー特性を示している。
従来のダイヤモンド半導体整流素子の整流性電極は、単一金属元素を用いており、熱安定性に優れたダイヤモンド半導体整流素子を製造することができなかった。本発明により、５００℃の高温下に曝された後においても十分動作可能な熱安定な電極が開発されることによって、熱安定なダイヤモンド半導体整流素子が開発された。本発明のダイヤモンド半導体整流素子は、低損失かつコンパクトな交流直流変換器や半導体開閉器に応用され、新たな半導体素子の市場が切り開かれる。
１：ダイヤモンド（１００）単結晶基板
２：ダイヤモンド単結晶膜
３：Ti/WCオーム性電極
４：WC整流性電極
２：ダイヤモンド単結晶膜
３：Ti/WCオーム性電極
４：WC整流性電極
Claims (2)
- 整流性電極とオーム性電極を有し、ｎ値が１．０２であるダイヤモンド半導体整流素子であって、
ダイヤモンド半導体上の酸化処理表面の一の部分に、高融点金属元素のカーバイド化合物であるＴｉＣ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＶＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ、ＣｒＣ、ＭｏＣ、およびＷＣの内少なくとも１つのカーバイド化合物が２ｎｍの厚さの薄膜として層状構造を持つ整流性電極を有し、
熱処理によってダイヤモンドと冶金学的に反応する金属元素からなる第１層電極と高融点金属元素のカーバイド化合物からなる第２層電極からなるオーム性電極が、Ａｒガス雰囲気中、５００℃以上８００℃以下の温度で５分以上３時間以下の時間の熱処理がされて前記ダイヤモンド半導体上の酸化処理表面の別の部分に形成されていることを特徴とするダイヤモンド半導体整流素子。 - 前記オーム性電極が、チタンからなる第１層電極と、ＷＣからなる第２層電極とから構成されたものであることを特徴とする請求項１に記載のダイヤモンド半導体整流素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007503618A JP5158777B2 (ja) | 2005-02-16 | 2006-02-07 | ダイヤモンド半導体整流素子 |
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005038517 | 2005-02-16 | ||
| JP2005038517 | 2005-02-16 | ||
| JP2007503618A JP5158777B2 (ja) | 2005-02-16 | 2006-02-07 | ダイヤモンド半導体整流素子 |
| PCT/JP2006/302048 WO2006087937A1 (ja) | 2005-02-16 | 2006-02-07 | ダイヤモンド半導体整流素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2006087937A1 JPWO2006087937A1 (ja) | 2008-07-03 |
| JP5158777B2 true JP5158777B2 (ja) | 2013-03-06 |
Family
ID=36916345
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007503618A Expired - Fee Related JP5158777B2 (ja) | 2005-02-16 | 2006-02-07 | ダイヤモンド半導体整流素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5158777B2 (ja) |
| WO (1) | WO2006087937A1 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009200110A (ja) * | 2008-02-19 | 2009-09-03 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ダイヤモンド電子素子及びダイヤモンド電子素子の製造方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01246867A (ja) * | 1988-03-28 | 1989-10-02 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ショットキー接合 |
| JPH06236855A (ja) * | 1993-02-09 | 1994-08-23 | Kobe Steel Ltd | 半導体ダイヤモンド層上の耐熱性オーミック電極及びその形成方法 |
| JPH08148445A (ja) * | 1994-11-24 | 1996-06-07 | Kobe Steel Ltd | ダイヤモンド上の金属炭化物電極形成方法 |
| JP2000277798A (ja) * | 1999-03-26 | 2000-10-06 | Kobe Steel Ltd | ダイヤモンド電子素子 |
| JP2004331446A (ja) * | 2003-05-07 | 2004-11-25 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 低抵抗ｎ型半導体ダイヤモンド |
| JP2006156464A (ja) * | 2004-11-25 | 2006-06-15 | National Institute For Materials Science | ダイヤモンド紫外光センサー |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05891A (ja) * | 1991-06-21 | 1993-01-08 | Canon Inc | ダイヤモンド−金属接合体 |
| JP3086562B2 (ja) * | 1993-03-22 | 2000-09-11 | 株式会社神戸製鋼所 | 半導体ダイヤモンド層上の耐熱性オーミック電極及びその形成方法 |
| JP3304541B2 (ja) * | 1993-09-08 | 2002-07-22 | 住友電気工業株式会社 | オーミック電極の形成方法 |
-
2006
- 2006-02-07 WO PCT/JP2006/302048 patent/WO2006087937A1/ja not_active Application Discontinuation
- 2006-02-07 JP JP2007503618A patent/JP5158777B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01246867A (ja) * | 1988-03-28 | 1989-10-02 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ショットキー接合 |
| JPH06236855A (ja) * | 1993-02-09 | 1994-08-23 | Kobe Steel Ltd | 半導体ダイヤモンド層上の耐熱性オーミック電極及びその形成方法 |
| JPH08148445A (ja) * | 1994-11-24 | 1996-06-07 | Kobe Steel Ltd | ダイヤモンド上の金属炭化物電極形成方法 |
| JP2000277798A (ja) * | 1999-03-26 | 2000-10-06 | Kobe Steel Ltd | ダイヤモンド電子素子 |
| JP2004331446A (ja) * | 2003-05-07 | 2004-11-25 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 低抵抗ｎ型半導体ダイヤモンド |
| JP2006156464A (ja) * | 2004-11-25 | 2006-06-15 | National Institute For Materials Science | ダイヤモンド紫外光センサー |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2006087937A1 (ja) | 2006-08-24 |
| JPWO2006087937A1 (ja) | 2008-07-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4026339B2 (ja) | ＳｉＣ用電極及びその製造方法 | |
| US7507650B2 (en) | Process for producing Schottky junction type semiconductor device | |
| US6599644B1 (en) | Method of making an ohmic contact to p-type silicon carbide, comprising titanium carbide and nickel silicide | |
| JP5565895B2 (ja) | 半導体装置 | |
| JP5344873B2 (ja) | 炭化珪素半導体装置の製造方法 | |
| JPH0422172A (ja) | 半導体装置 | |
| JP3930561B2 (ja) | オーム接触体およびこのようなオーム接触体を備えた半導体デバイスを製造する方法 | |
| JP2005311347A (ja) | ショットキー接合型半導体装置の製造方法 | |
| WO2019009021A1 (ja) | ショットキーバリアダイオード | |
| US7768091B2 (en) | Diamond ultraviolet sensor | |
| JP4501488B2 (ja) | 炭化珪素半導体のオーミック電極及びその製造方法 | |
| JP4841844B2 (ja) | 半導体素子 | |
| US5155559A (en) | High temperature refractory silicide rectifying contact | |
| JP5158777B2 (ja) | ダイヤモンド半導体整流素子 | |
| US7884372B2 (en) | Diamond UV-Ray sensor | |
| WO2010073455A1 (ja) | 炭化珪素半導体素子の製造方法 | |
| JP3934822B2 (ja) | ショットキーダイオードおよびその製造方法 | |
| Kakanakov et al. | Thermally stable low resistivity ohmic contacts for high power and high temperature SiC device applications | |
| JP5747239B2 (ja) | 半導体ダイヤモンドデバイス用オーミック電極 | |
| JP4036075B2 (ja) | ｐ型ＳｉＣ用電極の製造方法 | |
| JPH05299355A (ja) | ホウ素ドープダイヤモンド膜の製造方法 | |
| JPH08316498A (ja) | ダイヤモンド半導体整流素子 | |
| Suezaki et al. | Electrical properties and thermal stability of Cu/6H-SiC junctions | |
| JP3924628B2 (ja) | ＳｉＣショットキーダイオードの製造方法 | |
| JPH06232050A (ja) | ダイヤモンド電子素子及びその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20090115 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090205 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120529 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120725 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20121002 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20121105 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20121127 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20121206 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5158777 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151221 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151221 Year of fee payment: 3 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |