JPH03110824A - ダイヤモンド半導体素子およびその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ダイヤモンド半導体素子、特に整流特性のす
ぐれた障壁接合を有するダイヤモンド半導体素子および
その好適な製造法に関する。

［従来の技術］ 従来、シリコン、ガリウム・ヒ素などが半導体素子の材
料として用いられている。しかしながら、これらの材料
は耐熱性か十分てなく、それぞれ１５０℃、２５０℃か
使用上の上限温度である。

一方、ダイヤモンドを半導体素子の材料として用いるこ
とにより、高温における動作か可能なこと、耐放射線性
にすぐれた素子となることか知られている。

たとえば、第３６回応用物理学会においては、メタンや
一酸化炭素と水素よりなる原料ガスにボロン含有ガスを
加えてダイヤモンド膜を形成し、これに、タングステン
などの高融点金属を接合した、ショットキーダイオード
やエレクトロルミネッセンスについての研究か発表され
ている。

また、特開平１−１６１７５９号には、表面が鏡面であ
る半導体ダイヤモンド層にショットキー障壁用金属層を
有するショットキータイオートが開示されている。

しかしながら、これらに用いられている障壁用金属は、
金、白金、パラジウム、モリブデン。

タングステンであり、またその整流特性かどの程度かに
ついて具体的には何ら示されていない。本発明者らが、
金属として金を用いて障壁接合を試みたところ、整流特
性か非常に低く、また立上り特性も悪く、整流素子、メ
モリ素子、トランジスタ、スイッチング素子２発光素子
などへ適用できる整流特性か得られないことか判明した
。

本発明は、前記従来技術の欠点を解消し、十分実用可能
な整Ｆ！、＃性の得られる障壁接合を有するダイヤモン
ド半導体素子および前記半導体素子の好適な製造法を提
供することを目的とした。

［解決すべき問題点］ 」二記目的を達成するため、本発明者らは鋭意研究を重
ねた結果、障壁用金属として低融点の金属、たとえば、
アルミニウムを用いることにより、金の場合と比較して
格段にすぐれた整流特性か得られることを見出し、本発
明を完成するに至った。すなわち、本発明のダイヤモン
ド半導体素子は、ダイヤモンド層と融点４００〜７００
°Ｃの金属層との障壁接合からなり、電圧５Ｖにおける
整流比か１０００以上である障壁接合を１ケ所以上有す
る構成としである。

また、本発明のダイヤモンド半導体素子の製造法は、水
素ガスに一酸化炭素ガスを１〜８０ｖＯ文２含有してな
る原料ガスを、励起状態として基材に接触させてタイヤ
セント膜を形成し、このダイヤモンド層に融点４００〜
７００℃の金属層を形成して障壁接合を構成し、電圧５
Ｖにおける整流比か１０００以上であるダイヤモンド半
導体素子を得るようにしである。

以下、本発明を具体的に説明する。

本発明のダイヤモンド半導体素子において、重要な点は
、ダイヤモンド層と融点４００〜７００℃の金属か障壁
接合な構成していることである。さらに電圧５Ｖにおい
て、整流比か１０００以上好ましくは１００００以上を
有するものであり、このダイヤモンド半導体素子は、本
発明者らによりはじめて明らかにされたものである。

ここにおいて、ダイヤモンド層としては、天然または合
成の単結晶または多結晶ダイヤモンドてあり、必要によ
り不純物がドーピングされたものてあってもよい。

また、融点が４００〜７００℃の金属としては、特に制
限はなく、アルミニウム（６６０℃）、アンチモン（６
３０’Ｃ）　、テルル（４５０℃）、亜鉛（４１９℃）
などを例示できる。なかでも、アルミニウムが好ましい
、アルミニウムを障壁金属として用いた場合に、整流比
、立上りなどの整流特性か金と比較して格段にすぐれて
いる理由については明らかでないか、本発明実施例にお
いて用いた多結晶合成ダイヤモンド膜中の欠陥が非常に
少なく、かつ膜表面との接合か良好になされるためでは
ないかと考えられる。

本発明タイヤセント半導体素子に用いるダイヤモンド層
は、特に制限されないか、炭素源ガスと水素からなる原
料ガスを励起して、基材に接触する気相合成法によって
得ることかてきる。ここて炭素源ガスとしては、メタン
、エタン、エチレン、アセチレン、ベンゼンなどの炭化
水素、ハロゲン化メタン、ハロゲン化ベンゼン、四塩化
炭素などの含ハロゲン化合物、アセトン、メタノール、
メチルエーテル、酢酸、エチレングリコール、−酸化炭
素、二酸化炭素等の含酸素化合物などをあげることかて
きる。なかても、−酸化炭素か好ましい。

以下、本発明のダイヤモンド半導体素子を得るのに好適
な本発明の製造法について説明する。

まず、ｒＸ料ガスとして、水素ガスに一酸化炭素を１〜
８ＯＶｏ文２、好ましくは１〜７ＯＶｏ交２、さらに好
ましくは２〜：１ＯＶｏｕ　％含有するものを用いる、
−酸化炭素ガスかこれ以上多くなると、タイヤセント膜
の結晶性や純度か低下し、これより小さくなると成膜速
度か低下する。なお、必要によリ、二酸化炭素、酸素、
木などを添加することにより結晶性、純度を低下させる
ことなく一酸化炭素の含有量を高くすることかできる。

また、基材としては、特に制限はなく、ダイヤモンド半
導体素子の構成により決定される。たとえば、ＳｉＯ□
、Ａｌ２Ｏ，、ＡＩＮ、ガラスなどの絶縁材料、Ｓｉ、
Ｇｅ、ＳｉＣ，ＢＮなどの半導体材料、Ｗ、Ｎｏ、Ｔｉ
　、ＳＯ３，ＷＣなどの金属、合金よりなる導電性材料
などをあげることかできる。これら基材表面は、ダイヤ
モンド膜形成部に対して、粉末状のダイヤモンド、Ｓｉ
Ｃ，ＢＮなど１００ｐｓ以下の砥粒の分散液を用いて超
音波処理を行ない傷付処理か行なわれる。

これら基材に対して、前記原料ガスを励起して接触させ
る。励起の方法としては、気相法ダイヤモンドの合成法
として公知の方法が用いられる。

たとえば、直流または交流アーク放電によりプラズマ分
解する方法、高周波誘電放電によりプラズマ分解する方
法、マイクロ波放電によりプラズマ分解する方法（有磁
場法、ＥＣＲ法を含む）、イオンビーム法、熱フイラメ
ント法、燃焼炎法がある。

なお１本発明製造法においては、原料ガスに不純物をト
ーピンタすることもできる。不純物としては、公知の周
期律表のｍｂ族元素および周期律表のｖｂ族元素および
これらの元素を含む化合物があげられる。

基材ヘタイヤモント膜を形成するときのノふ材温度は通
常、室温〜１２００℃、好ましくは６００〜１０００℃
である。また反応圧力は、１０−６〜１０″Ｔｏｒｒ　
、好ましくは１０−５〜７６０Ｔｏｒｒである。反応時
間は、原料ガスの濃度、流１．′Ｌ、基材の種類、温度
、圧力などにより異なるのて、必要としたダイヤモンド
膜の厚みによって適宜決定する。

ダイヤモンド膜の厚さとしては、　０．１ｇｍ〜１００
　ｊＬｔｘ　、好ましくは０．２〜３０ルｌ程度である
。

このようにして、第１図（Ａ）、（Ｂ）に示すように、
ノ、（材ｌの上に形成されたダイヤモンド膜２の１−に
アルミニウムなどの低融点金属層３を形成する。金属層
の形成は、必要によりマスキンクを行なってから、真空
蒸着、イオンビーム蒸着、イオンブレーティング、スパ
ッタリングなどで行なう０次に、必要により、オーミッ
ク接合金属層４を同様に形成することにより本発明のダ
イヤモンド半導体素子が得られる。

ここで、障壁接合を形成する低融点金属層３、オーミッ
ク接合金属層４の厚みは、通常、数ｌＯλ〜数千人であ
る。

本発明におけるダイヤモンド半導体素子としては、１ケ
所の障壁接合を有する素子のみでなく複数の障壁接合を
有するショットキー障壁型静電誘導トランジスタなども
含むものである。

［実施例］ 以下、実施例、比較例を示して１本発明をさらに詳細に
説明する。

（実施例、比較例） 低抵抗シリコン基材表面を５〜１２終−のダイヤモンド
砥粒て傷付は処理した後、純水て十分洗浄した。

次いで、下記条件によりマイクロ波プラズマＣＶＤ装こ
を用い厚さ　３弘■のダイヤモンド多結晶１！；Ｉ（Ｐ
型半導体を示す）を形成した。

マイクロ波周波数：　２．４５Ｇ＋１．！ＦＸ　）４　
カス：　ｃｏ＋　Ｌ（Ｃｏ　　７Ｖｏ文２）流量　　　
　　　：　７／９：ｌｓｃｃｍ圧力　　　　　　：　４
０Ｔｏｒｒ マイクロ波出力　：　：１５０１＃ 基材温度　　　　・９００℃ 時間　　　　　　：３００分 次に、第１図（Ａ）に示すように、ダイヤモンド膜上に
　Ｉｓ■φの穴あきマスクをかけ、高真空蒸着装置を用
い、 実施例　アルミニウム　約ｚｏｏｏｚ 比較例　金　　　　　　約２０ＯＯ人 からなる障壁金属接合を形成した。さらに基材の裏面に
銀からなるオーミック接合を形成することにより、ダイ
ヤモンド半導体素子の−っであるショットキーダイオー
ドを得た。

得られた。ダイヤモンドを導体素子の′心流−電力（１
−Ｖ）特性を評価した。結果を第２図に示す。

第１図より、従来公知の金を用いた障壁接合か立りりも
緩やかて、５Ｖにおいて整流比か約　１００であるのに
対して、本発明のアルミニウムを用いたものは、立上り
か急であるとともに、５Ｖにおける！ｌｌ流跡１０００
以上、すなわち約ｌＯ万と格段に優れていることかわか
る。さらに耐電圧も良好で、２〜３ｖから４０Ｖまての
広範囲にわたって高い整流比を保持している。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のダイヤモンド半導体素子
は、従来実用化されているシリコンなどの、＃子に比較
して、＃熱性、耐放射線性などにおいて優れ、しかも、
ダイヤモンド半導体素子において未解決てあった整流特
性を大幅に向上することかできた。そして本発明製造法
によれば、−酸化炭素を用いているので、結晶性の高い
ダイヤモンド膜の形成を、成膜速度早く、高純度で容易
に得ることができ、さらに障壁金属としてアルミニウム
などの低融点金属を用いるのて、障壁接合も容易に、し
かも確実に安定して形成できる。

したかって、本発明のダイヤモンド半導体素子は、ショ
ウトキ〜タイオート、トランジスタースイッチング素子
９発光デバイス、その他のデバイスとして多方向への利
用が期待てきる。

【図面の簡単な説明】

第１［Ａ（Ａ）、（Ｂ）は、本発明のダイヤモンド半導
体素子の１例を示す断面図、第２図は、実施例、比較例
て得られたダイヤモンド半導体の電流−電圧（１−Ｖ）
特性を示す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ダイヤモンド層と融点４００〜７００℃の金属層
   との障壁接合からなり、電圧５Ｖにおける整流比が１０
   ００以上である障壁接合を１ヶ所以上有することを特徴
   としたダイヤモンド半導体素子。
2. （２）金属層がアルミニウムであることを特徴とした請
   求項１記載のダイヤモンド半導体素子。
3. （３）水素ガスに一酸化炭素を１〜８０Ｖｏｌ％含有し
   てなる原料ガスを、励起状態として基材に接触させてダ
   イヤモンド膜を形成し、このダイヤモンド層に融点４０
   ０〜７００℃の金属層を形成して障壁接合を構成し、電
   圧５Ｖにおける整流比が１０００以上である障壁接合を
   １ヶ所以上有することを特徴としたダイヤモンド半導体
   素子の製造法。
4. （４）金属層がアルミニウムであることを特徴とした請
   求項３記載のダイヤモンド半導体素子の製造法。