JP5299921B2 - ダイヤモンド半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
(1){100}面を加工し、ダイヤモンド成長時のαパラメータ制御により{111}面を成長させ、{100}面上に形成した{111}面へn型ダイヤモンド半導体を成長させる手法(特許文献2)。
(2) 特許文献1とは異なる合成条件で{100}面ダイヤモンド単結晶基板上へ直接n型不純物をドープしながらダイヤモンドをエピタキシャル成長させる手法(特許文献3)。
(1)主表面が{100}面であるダイヤモンド基板に選択的に形成した側面が{110}面であり、底面が{100}面である凹所内に<111>方向のエピタキシャル成長により埋設されたリンドープダイヤモンド領域を有するダイヤモンド半導体装置。
(2)前記ダイヤモンド基板は、不純物ドープダイヤモンド基板であることを特徴とする(1)に記載のダイヤモンド半導体装置。
(3)前記ダイヤモンド基板は、基板上にダイヤモンド膜が形成されたダイヤモンド基板であることを特徴とする(1)に記載のダイヤモンド半導体装置。
(4){100}面ダイヤモンド半導体基板に、底面が{100}面、側面が{110}面で囲まれた凹所を選択的に形成する工程と、リンをドープしながらダイヤモンドを<111>方向へエピタキシャル成長させ該凹所を埋めることによりリンドープダイヤモンド領域を形成する工程とを含むダイヤモンド半導体装置の製造方法。
本発明のダイヤモンド半導体装置及びその製造方法によれば、選択された領域に不純物ドープダイヤモンド半導体を埋め込むことができる。
特に、{100}面でのn型ダイヤモンド半導体において、従来技術では高濃度ドーピング(リン濃度1020cm−3以上)が行えないため、接触抵抗の低減が不可能であったが、本発明のダイヤモンド半導体装置及びその製造方法はこれを可能にする。
本発明は、ダイヤモンド基板(10)に選択的に形成した凹所内に埋設された不純物ドープダイヤモンド領域(20)を有するダイヤモンド半導体装置及びその製造方法である。
本発明の好ましい実施例では、ダイヤモンド{100}面単結晶基板(10)を加工し、加工した凹所の底角からダイヤモンド半導体を<111>方向へ成長させ、かつ不純物ドーピングを同時に行うことで、埋め込み不純物ドープダイヤモンド領域(20)を形成する。
ダイヤモンド基板(10)は、ノンドープ、ボロンドープ、リンドープ、窒素ドープ、p型、n型のいずれかの{100}面基板、又は{100}面成長膜である。埋め込み不純物ドープダイヤモンド領域(20)は、リンを代表とするV族元素、及びその他n型ダイヤモンド半導体ができる不純物元素、又はボロンを代表とするIII属元素、及びその他p型ダイヤモンド半導体ができる不純物元素を有する。
なおリンの取り込み効率は、次の数式により算出される。
リンの取り込み効率=ダイヤモンド中の炭素原子に対するリン原子濃度([P]/[C])/気相中のメタンに対するホスフィン濃度([PH3]/[CH4])
なお、凹所を全て埋める必要がなければ、上記の条件から外れてもよい。
加工する{100}面ダイヤモンド単結晶基板は、高温高圧法により形成された{100}面基板、化学気相成長(CVD)法で形成された基板及び成長膜のいずれでもよく、また不純物がドープされた導電性基板上の成長膜でもよい。
図3乃至図28において、それぞれ左図はダイヤモンド半導体装置の平面図、右図はその断面図である。
図3に示すような表面が{100}面を有するダイヤモンド単結晶基板(10)を用意する。図4に示すように、フォトリソグラフィ法によって、{100}面ダイヤモンド単結晶基板の表面の一部に<110>方向に線幅1μm、間隔1μmのライン&スペースのAu/Ti薄膜マスク(Au300nm/Ti10nm)(11)を形成した。
図7に示すような表面が{100}面を有するダイヤモンド単結晶基板(10)を用意する。図8に示すように、フォトリソグラフィ法によって、{100}面ダイヤモンド単結晶基板の表面の一部に<110>方向に線幅1μm、間隔1μmのライン&スペースのAu/Ti薄膜マスク(Au300nm/Ti10nm)(11)を形成した。
図11に示すような表面が{100}面を有するダイヤモンド単結晶基板(10)を用意する。図12に示すように、フォトリソグラフィ法によって、{100}面ダイヤモンド単結晶基板の表面の一部に<100>方向に線幅1μm、間隔1μmのライン&スペースのAu/Ti薄膜マスク(Au300nm/Ti10nm)(11)を形成した。
図15に示すような表面が{100}面を有するダイヤモンド単結晶基板(10)を用意する。図16に示すように、フォトリソグラフィ法によって、{100}面ダイヤモンド単結晶基板の表面の一部に<100>方向に線幅1μm、間隔1μmのライン&スペースのAu/Ti薄膜マスク(Au300nm/Ti10nm)(11)を形成した。
図19に示すような表面が{100}面を有するダイヤモンド単結晶基板(10)を用意する。マイクロ波プラズマCVD装置を使用して、H2:397sccm、CH4:1.6sccm、PH3:0.16sccm、圧力:3.25×103Pa、マイクロ波パワー:750W、基板ヒータ温度:900℃、成長時間6時間の条件で、リンドープダイヤモンドの合成を行った。
図20のように、約2μm程度の膜厚のリンドープn型ダイヤモンド半導体(13)を形成した。ホール効果測定から、室温から700℃付近まで安定してn型判定が得られ、温度依存性の傾きからリンドナーの570meVの活性化エネルギーが見積もられ、{100}面ダイヤモンド単結晶基板上にリンドープn型ダイヤモンド半導体が形成されたことを確認した。
図24に示すような表面が{100}面を有するダイヤモンド単結晶基板(10)を用意する。マイクロ波プラズマCVD装置を使用して、H2:397sccm、CH4:1.2sccm、B2H6/H2ガス=100ppm:0.6sccm、圧力:3.25×103Pa、マイクロ波パワー:750W、基板ヒータ温度:800℃、成長時間6時間の条件で、ボロンドープダイヤモンドの合成を行った。図25のように、約2μm程度の膜厚のボロンドープp型ダイヤモンド半導体(14)を形成した。ホール効果測定から、室温から700℃付近まで安定してp型判定が得られ、温度依存性の傾きからボロンアクセプターの370meVの活性化エネルギーが見積もられ、{100}面ダイヤモンド単結晶基板上にボロンドープp型ダイヤモンド半導体が形成されたことを確認した。
例えば本発明に係るダイヤモンド半導体基板には、セラミック等の基板上、あるいはダイヤモンド基板上にダイヤモンド膜が形成された基板も含まれる。
また例えば{100}面等の面方位には、近傍のオフ面もこれに含まれる。
Claims (4)
- 主表面が{100}面であるダイヤモンド基板に選択的に形成した側面が{110}面であり、底面が{100}面である凹所内に<111>方向のエピタキシャル成長により埋設されたリンドープダイヤモンド領域を有するダイヤモンド半導体装置。
- 前記ダイヤモンド基板は、不純物ドープダイヤモンド基板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装置。
- 前記ダイヤモンド基板は、基板上にダイヤモンド膜が形成されたダイヤモンド基板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装置。
- {100}面ダイヤモンド半導体基板に、底面が{100}面、側面が{110}面で囲まれた凹所を選択的に形成する工程と、リンをドープしながらダイヤモンドを<111>方向へエピタキシャル成長させ該凹所を埋めることによりリンドープダイヤモンド領域を形成する工程とを含むダイヤモンド半導体装置の製造方法。
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