JPH0324773A - ダイヤモンド電子装置 - Google Patents
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- JPH0324773A JPH0324773A JP1159865A JP15986589A JPH0324773A JP H0324773 A JPH0324773 A JP H0324773A JP 1159865 A JP1159865 A JP 1159865A JP 15986589 A JP15986589 A JP 15986589A JP H0324773 A JPH0324773 A JP H0324773A
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
「発明の利用分野」
本発明は、ダイヤモンドを用いた電子装置、特に可視光
発光装置に関するものである。
発光装置に関するものである。
「従来の技術」
発光素子に関しては、赤色発光はGaAs等の■V化合
物半導体を用いることにより、既に10年以上も以前に
或就されている。しかしこの発光素子は、赤色であり、
青色、緑色を出すことはきわめて困難であり、いわんや
白色光等の連続可視光を結晶材料で出すことは全く不可
能であった。
物半導体を用いることにより、既に10年以上も以前に
或就されている。しかしこの発光素子は、赤色であり、
青色、緑色を出すことはきわめて困難であり、いわんや
白色光等の連続可視光を結晶材料で出すことは全く不可
能であった。
ダイヤモンドを用いて発光素子を作るという試みは本発
明人により既に示され、例えば昭和56年特許8146
930号(昭和56年9月17日出願)に示されている
。
明人により既に示され、例えば昭和56年特許8146
930号(昭和56年9月17日出願)に示されている
。
ダイヤモンドは耐熱性を有し、きわめて化学的に安定で
あるという長所があり、かつ原材料も炭素という安価な
材料であるため、発光素子の市場の大きさを考えると、
その工業的多量生産の可能性はきわめて大なるものがあ
る。
あるという長所があり、かつ原材料も炭素という安価な
材料であるため、発光素子の市場の大きさを考えると、
その工業的多量生産の可能性はきわめて大なるものがあ
る。
しかし、このダイヤモンドを用いた発光素子を安定に、
かつ高い歩留まりで作る方法またはそれに必要な構造は
これまでまったく示されていない。
かつ高い歩留まりで作る方法またはそれに必要な構造は
これまでまったく示されていない。
「従来の欠点」
本発明は、ダイヤモンドを用いた可視光発光素子を構威
せしめ、かつその歩留まりを大とし、また、発光効率を
高めるためなされたものである。
せしめ、かつその歩留まりを大とし、また、発光効率を
高めるためなされたものである。
本発明人は、従来のダイヤモンドにおける発光中心がい
かなるものであるかを調べた。そしてこれまで大きな電
流を素子を構威する一対の電極に加えた時、多量の熱が
発生してしまい、十分な可視光の発光はないという欠点
を調査した。その結果、以下の事実が判明した。
かなるものであるかを調べた。そしてこれまで大きな電
流を素子を構威する一対の電極に加えた時、多量の熱が
発生してしまい、十分な可視光の発光はないという欠点
を調査した。その結果、以下の事実が判明した。
ショットキ接合が十分安定な機能を有さないため、必要
以上に高い電圧を印加しなければならない。またその電
圧もショットキ接合の程度が素子毎にバラつき、高い製
造歩留まりを期待できない。
以上に高い電圧を印加しなければならない。またその電
圧もショットキ接合の程度が素子毎にバラつき、高い製
造歩留まりを期待できない。
またダイヤモンドは一般にI型(真性)およびP型の導
電型は作りやすいが、N型の導電型を作ることはきわめ
て困難であり、結果としてダイヤモンドのみを用いてP
IN接合またはPN接合を構或させることが困難であっ
た。
電型は作りやすいが、N型の導電型を作ることはきわめ
て困難であり、結果としてダイヤモンドのみを用いてP
IN接合またはPN接合を構或させることが困難であっ
た。
また、発光源を構成する再結合中心に対し、人為的制御
方法がまったく示されていない。
方法がまったく示されていない。
「発明の目的」
本発明は、かかる欠点を除去するために威されたもので
ある。即ち、PまたはN型の半導体基板上にダイヤモン
ドを薄膜状に形成し、この上側に配設された電極と低抵
抗の発光機能を有する不純物領域を有するダイヤモンド
との間にN型またはP型の導電型を有する珪素または炭
化珪素を単層または多層に構威させた半導体を設けた。
ある。即ち、PまたはN型の半導体基板上にダイヤモン
ドを薄膜状に形成し、この上側に配設された電極と低抵
抗の発光機能を有する不純物領域を有するダイヤモンド
との間にN型またはP型の導電型を有する珪素または炭
化珪素を単層または多層に構威させた半導体を設けた。
この電極およびその下側の半導体を利用して発光をする
領域を意図的に設けたものである。
領域を意図的に設けたものである。
本発明の技術思想の1つは、発光をする領域に外から不
純物を添加して制御形成すると、この領域の電気抵抗が
他の不純物を意図的に添加していない領域に比べて1桁
以上も小さくなるという物性を見出し、これを積極的に
応用して電子装置を構成させんとしたものである。そし
てダイヤモンド中の発光領域に効率よくキャリア(電荷
)を一対の電極間に電圧を印加して注入して、再結合を
発光中心間、バンド間(価電子帯一価電子帯間)又は発
光中心−バンド(伝導帯または価電子帯)間でなさしめ
んとしたものである。
純物を添加して制御形成すると、この領域の電気抵抗が
他の不純物を意図的に添加していない領域に比べて1桁
以上も小さくなるという物性を見出し、これを積極的に
応用して電子装置を構成させんとしたものである。そし
てダイヤモンド中の発光領域に効率よくキャリア(電荷
)を一対の電極間に電圧を印加して注入して、再結合を
発光中心間、バンド間(価電子帯一価電子帯間)又は発
光中心−バンド(伝導帯または価電子帯)間でなさしめ
んとしたものである。
「発明の構成」
本発明は、第1の半導体である基板上にダイヤモンドと
、このダイヤモンドの上表面に炭化珪素(SixCi−
KO<X<1)または珪素の単層または多層の層(以下
バッファ層ともいう)の第2の半導体と、この第2の半
導体上に短冊状、櫛型状等のパターンを有して金属の電
極を設ける。この電極のない領域のダイヤモンド中に、
イオン注入法等により不純物をこの電極をマスクとして
セルファライン(自己整合)的に加速電圧を制御して注
入添加し、さらにアニールを行う。
、このダイヤモンドの上表面に炭化珪素(SixCi−
KO<X<1)または珪素の単層または多層の層(以下
バッファ層ともいう)の第2の半導体と、この第2の半
導体上に短冊状、櫛型状等のパターンを有して金属の電
極を設ける。この電極のない領域のダイヤモンド中に、
イオン注入法等により不純物をこの電極をマスクとして
セルファライン(自己整合)的に加速電圧を制御して注
入添加し、さらにアニールを行う。
この不純物を添加した領域、即ち不純物領域が発光領域
となる。基板の裏面に形成した裏面電極と上側電極との
間に、パルスまたは直流、交流の電流を印加することに
より、可視光を発生、特に不純物領域で発光させる。本
発明の構或は、この不純物領域即ち発光領域が、上側の
電極の下方向またはその下の半導体の下側に存在してい
ない。そして、この第2の半導体下のアロイ領域と不純
物領域とが互いに隣接し、アロイ領域から不純物領域へ
キャリアの注入を促進させている。
となる。基板の裏面に形成した裏面電極と上側電極との
間に、パルスまたは直流、交流の電流を印加することに
より、可視光を発生、特に不純物領域で発光させる。本
発明の構或は、この不純物領域即ち発光領域が、上側の
電極の下方向またはその下の半導体の下側に存在してい
ない。そして、この第2の半導体下のアロイ領域と不純
物領域とが互いに隣接し、アロイ領域から不純物領域へ
キャリアの注入を促進させている。
このために不純物領域の形成には、セルファライン(自
己整合)的に不純物をイオン注入して発光領域とする。
己整合)的に不純物をイオン注入して発光領域とする。
すると本発明の電子装置の製造に必要なフォトマスク数
は2種類のみでよく、きわめて高い製造歩留まりを期待
できる。
は2種類のみでよく、きわめて高い製造歩留まりを期待
できる。
本発明は、このPまたはN型の第1の半導体の基板上に
ダイヤモンドを設け、これと上側電極との間にN型また
はP型の珪素、炭化珪素またはこれらの多層の第2の半
導体とアロイ頌域とを形威し、結果的にダイヤモンド上
にアロイ領域を介して半導体層を介在させて、上側電極
とダイヤモンドとが直接密接しないようにして長期間の
実使用条件下での信頼性を向上せしめた。即ち構造とし
ては、裏面電極−P型またはN型半導体(例えば珪素基
板)一発光領域を有するダイヤモンドーアロイ領域一N
型またはP型半導体(炭化珪素、珪素または炭化珪素上
に珪素)一上側電極として、金属電極とダイヤモンドが
直接密接しない構造とし、ダイヤモンドと半導体との接
合を安定に生ぜしめたものである。
ダイヤモンドを設け、これと上側電極との間にN型また
はP型の珪素、炭化珪素またはこれらの多層の第2の半
導体とアロイ頌域とを形威し、結果的にダイヤモンド上
にアロイ領域を介して半導体層を介在させて、上側電極
とダイヤモンドとが直接密接しないようにして長期間の
実使用条件下での信頼性を向上せしめた。即ち構造とし
ては、裏面電極−P型またはN型半導体(例えば珪素基
板)一発光領域を有するダイヤモンドーアロイ領域一N
型またはP型半導体(炭化珪素、珪素または炭化珪素上
に珪素)一上側電極として、金属電極とダイヤモンドが
直接密接しない構造とし、ダイヤモンドと半導体との接
合を安定に生ぜしめたものである。
さらに本発明は、青色発光をより有効に発生させるため
、このダイヤモンド中に添加する不純物として、元素周
期律表IIb族の元素であるZn(亜鉛) , Cd
(カド旦ウム),さらにVIb族の元素である0(酸素
),S(イオウ),、Se(セレン),Te(テルル)
より選ばれた元素をイオン注入法等により添加した。ま
たダイヤモンド合威にはメタノール(CHJII)等の
炭素とOi1との化合物を用いた。
、このダイヤモンド中に添加する不純物として、元素周
期律表IIb族の元素であるZn(亜鉛) , Cd
(カド旦ウム),さらにVIb族の元素である0(酸素
),S(イオウ),、Se(セレン),Te(テルル)
より選ばれた元素をイオン注入法等により添加した。ま
たダイヤモンド合威にはメタノール(CHJII)等の
炭素とOi1との化合物を用いた。
半導体中には元素周期律表のmb族の元素であるB(ホ
ウ素),AI(アルミニウム),Ga(ガリウム),I
n(インジウム),Vb族の元素であるN(窒素),P
(リン),As(砒素),Sb(アンチモン)を添加し
、PまたはN型とした。これをダイヤモンド中に添加し
てもよいが、色が青から緑方向に変わるi頃向があった
。
ウ素),AI(アルミニウム),Ga(ガリウム),I
n(インジウム),Vb族の元素であるN(窒素),P
(リン),As(砒素),Sb(アンチモン)を添加し
、PまたはN型とした。これをダイヤモンド中に添加し
てもよいが、色が青から緑方向に変わるi頃向があった
。
イオン注入法を用いると、ダイヤモンド中に損傷を作り
、かつ不純物も同時に注入添加できるため、再結合中心
または発光中心をより多く作ることができる。
、かつ不純物も同時に注入添加できるため、再結合中心
または発光中心をより多く作ることができる。
さらにこの注入により不純物を添加した領域は、不純物
を添加しない領域に比べて1桁以上電気伝導度が大きい
。このため、一対の電極間に電圧を加えた場合、注入さ
れるキャリアが意図的にこの不純物領域に集中して流れ
、それで電子およびホールが再結合中心を介して互いに
再結合しやすい。この再結合工程により発光させること
ができる。
を添加しない領域に比べて1桁以上電気伝導度が大きい
。このため、一対の電極間に電圧を加えた場合、注入さ
れるキャリアが意図的にこの不純物領域に集中して流れ
、それで電子およびホールが再結合中心を介して互いに
再結合しやすい。この再結合工程により発光させること
ができる。
このイオン注入法を用いる場合、この後酸素を含む雰囲
気、例えば酸素、NOX 、大気中で熱アニールを例え
ば400 −1000″Cで行っても損傷がそのまま残
り、原子的な意味での歪エネルギが緩和されるのみであ
るため、元素周期律表VIb族の元素である酸素を添加
注入させた不純物に加え添加させ、発光効率を高めるこ
とができる。
気、例えば酸素、NOX 、大気中で熱アニールを例え
ば400 −1000″Cで行っても損傷がそのまま残
り、原子的な意味での歪エネルギが緩和されるのみであ
るため、元素周期律表VIb族の元素である酸素を添加
注入させた不純物に加え添加させ、発光効率を高めるこ
とができる。
これらの結果、電極とダイヤモンドとの界面を化学的に
安定にし、かつダイヤモンドの不純物領域中を電流が流
れ、バンド間遷移、バンドー再結合中心または発光中心
間の遷移、または再結合中心同士または発光中心同士間
での遷移によるキャリアの再結合が起きる。それにより
その再結合のエネルギバンド間隔(ギャップ)に従って
可視光発光をなさしめんとしたものである。特にその可
視光は、この遷移バンド間に従って青色、緑を出すこと
ができる。さらに複数のバンド間の再結合中心のエネル
ギレベルを作ることにより、白色光等の連続光をも作る
ことが可能である. 青色発光をより積極的に行うには、P型シリコン半導体
を用い、ダイヤモンドの形戒膜に■b族の不純物、例え
ば(CHs)zZnをCII.OHとともに添加したプ
ラズマ気相法により形或する。上側の半導体層をN型と
し、゛除去された領域のダイヤモンド上部に、VIb族
またはIIb族特にVIb族の不純物、例えばS,Se
を選択的に添加して不純物領域とした場合が優れていた
。
安定にし、かつダイヤモンドの不純物領域中を電流が流
れ、バンド間遷移、バンドー再結合中心または発光中心
間の遷移、または再結合中心同士または発光中心同士間
での遷移によるキャリアの再結合が起きる。それにより
その再結合のエネルギバンド間隔(ギャップ)に従って
可視光発光をなさしめんとしたものである。特にその可
視光は、この遷移バンド間に従って青色、緑を出すこと
ができる。さらに複数のバンド間の再結合中心のエネル
ギレベルを作ることにより、白色光等の連続光をも作る
ことが可能である. 青色発光をより積極的に行うには、P型シリコン半導体
を用い、ダイヤモンドの形戒膜に■b族の不純物、例え
ば(CHs)zZnをCII.OHとともに添加したプ
ラズマ気相法により形或する。上側の半導体層をN型と
し、゛除去された領域のダイヤモンド上部に、VIb族
またはIIb族特にVIb族の不純物、例えばS,Se
を選択的に添加して不純物領域とした場合が優れていた
。
逆にN型シリコン半導体を用い、ここにダイヤモンド形
成中に0,S,Se,TeをI12SI IIZSl3
1 112Te,(CHz) zs+ (CH3) z
Se, (C旧) zTeを用いてプラズマ成膜中に添
加する。また上側半導体をP型として、不純物領域にI
Ib族またはVIb族の不純物特にIIb族の不純物例
えばZn,Cdをイオン注入法により添加する逆導電型
であってもよい。
成中に0,S,Se,TeをI12SI IIZSl3
1 112Te,(CHz) zs+ (CH3) z
Se, (C旧) zTeを用いてプラズマ成膜中に添
加する。また上側半導体をP型として、不純物領域にI
Ib族またはVIb族の不純物特にIIb族の不純物例
えばZn,Cdをイオン注入法により添加する逆導電型
であってもよい。
以下に本発明を実施例に従って記す。
「実施例1」
本発明において、ダイヤモンドはシリコンの第1の半導
体上に第2図に示す有磁場マイクロ波CVD装置を用い
て作製−した。この有磁場マイクロ波Cvロ装置により
、ダイヤモンド膜を形成する方法等に関しては、本発明
人の出願になる特願昭61−292859 (薄膜形成
方法(昭和61年12月8日出願)に示されている。そ
の概要を以下に示す。
体上に第2図に示す有磁場マイクロ波CVD装置を用い
て作製−した。この有磁場マイクロ波Cvロ装置により
、ダイヤモンド膜を形成する方法等に関しては、本発明
人の出願になる特願昭61−292859 (薄膜形成
方法(昭和61年12月8日出願)に示されている。そ
の概要を以下に示す。
P型に高濃度に添加されたシリコン半導体基板を、ダイ
ヤモンド粒を混合したアルコールを用いた混合液中に浸
し、超音波を1分〜1時間加えた。するとこの半導体基
板上に微小な損傷を多数形威させることができる。この
損傷は、その後のダイヤモンド形成用の核のちととする
ことができる。この基板(1)を有磁場マイクロ波プラ
ズマCVD装置(以下単にプラズマCVD装置ともいう
)内に配設した。このプラズマCvD?置は、2.45
GIIzの周波数のマイクロ波エネルギを最大10Kh
!までマイクロ波発振器(1B) .アテニュエイタ(
16) ,石英窓(45)より反応室(19)に加える
ことができる。また磁場をでヘルムホルツコイル(17
) , (17”)を用いて加え、875ガウスの共鳴
面を構成せしめるため最大2.2KGにまで加えた。こ
のコイルの内部の基Fi(1)をホルダ(13)に基板
おさえ(14)で配設させた。また基板位置移動機構(
42)で反応炉内での位置を調節した。さらに10−
’〜10− htorrまでに真空引きをした。この後
これらに対して、メチルアルコール(C113011)
またはエチルアルコール(CzHsOtl)等のC−0
11結合を有する気体例えばアルコール(22)を水素
(21)で40〜200体積X(100体積%の時はC
貼OH:H■=l:1に対応)に希釈して導入した。
ヤモンド粒を混合したアルコールを用いた混合液中に浸
し、超音波を1分〜1時間加えた。するとこの半導体基
板上に微小な損傷を多数形威させることができる。この
損傷は、その後のダイヤモンド形成用の核のちととする
ことができる。この基板(1)を有磁場マイクロ波プラ
ズマCVD装置(以下単にプラズマCVD装置ともいう
)内に配設した。このプラズマCvD?置は、2.45
GIIzの周波数のマイクロ波エネルギを最大10Kh
!までマイクロ波発振器(1B) .アテニュエイタ(
16) ,石英窓(45)より反応室(19)に加える
ことができる。また磁場をでヘルムホルツコイル(17
) , (17”)を用いて加え、875ガウスの共鳴
面を構成せしめるため最大2.2KGにまで加えた。こ
のコイルの内部の基Fi(1)をホルダ(13)に基板
おさえ(14)で配設させた。また基板位置移動機構(
42)で反応炉内での位置を調節した。さらに10−
’〜10− htorrまでに真空引きをした。この後
これらに対して、メチルアルコール(C113011)
またはエチルアルコール(CzHsOtl)等のC−0
11結合を有する気体例えばアルコール(22)を水素
(21)で40〜200体積X(100体積%の時はC
貼OH:H■=l:1に対応)に希釈して導入した。
必要に応じて、ジメチル亜鉛(Zn (CH3) z)
をZn(CI+)g/CIlxOH=0.5 〜3Nと
して系(23)より成膜中に均一に添加した。またこの
ダイヤモンドをP型にしたい場合は、P型不純物として
トリノチルボロン(B(CH3)l)を系(23)より
B(CI13)3/CI130H =0.5 〜3X導
入して、ダイヤモントをP型化した。
をZn(CI+)g/CIlxOH=0.5 〜3Nと
して系(23)より成膜中に均一に添加した。またこの
ダイヤモンドをP型にしたい場合は、P型不純物として
トリノチルボロン(B(CH3)l)を系(23)より
B(CI13)3/CI130H =0.5 〜3X導
入して、ダイヤモントをP型化した。
さらに逆にドーパントとしてVIb族の元素であるS,
Se, Teを添加する場合、系(24)より、例エ
ハ(HzSマタハ(CHz)zS)/ CLOH =O
.1 〜3!添加してもよい。ダイヤモンドの戒長は、
反応室(19)の圧力を排気系(25)より不要気体を
排気して0.01〜3 torr例えば0.26tor
rとした。2.2KG(キロガウス)の磁場を(17)
, (17″)よりを加え、基板(1)の位置または
その近傍が875ガウスとなるようにした。マイクロ波
は4K一を加えた。
Se, Teを添加する場合、系(24)より、例エ
ハ(HzSマタハ(CHz)zS)/ CLOH =O
.1 〜3!添加してもよい。ダイヤモンドの戒長は、
反応室(19)の圧力を排気系(25)より不要気体を
排気して0.01〜3 torr例えば0.26tor
rとした。2.2KG(キロガウス)の磁場を(17)
, (17″)よりを加え、基板(1)の位置または
その近傍が875ガウスとなるようにした。マイクロ波
は4K一を加えた。
このマイクロ波のエネルギに加え、補助の熱エネルギを
ホルダ(13)より加えて基板の温度を200〜100
0゜C1例えば800″Cとした。
ホルダ(13)より加えて基板の温度を200〜100
0゜C1例えば800″Cとした。
するとこのマイクロ波エネルギで分解されプラズマ化し
たアルコール中の炭素は、基板上に成長し、単結晶のダ
イヤモンドを多数柱状に戒長させることができる。同時
にこのダイヤモンド以外にグラファイト戒分も形威され
やすいが、これは酸素および水素と反応し、炭酸ガスま
たはメタンガスとして再気化し、結果として結晶化した
炭素即ちダイヤモンド(2)を第1図(A)に示した如
<、0.5〜3μm例えば平均厚さ1.3μm(成膜時
間2時間)の戊長をシリコン半導体(1)上にさせるこ
とができた。
たアルコール中の炭素は、基板上に成長し、単結晶のダ
イヤモンドを多数柱状に戒長させることができる。同時
にこのダイヤモンド以外にグラファイト戒分も形威され
やすいが、これは酸素および水素と反応し、炭酸ガスま
たはメタンガスとして再気化し、結果として結晶化した
炭素即ちダイヤモンド(2)を第1図(A)に示した如
<、0.5〜3μm例えば平均厚さ1.3μm(成膜時
間2時間)の戊長をシリコン半導体(1)上にさせるこ
とができた。
即ち、第1図(A)において、P型半導体基板(1)上
にZnまたはBが添加されたダイヤモンド(2)または
アンドープ(意図的に不純物を添加しない状態)ダイヤ
モンド(2)を形成した。
にZnまたはBが添加されたダイヤモンド(2)または
アンドープ(意図的に不純物を添加しない状態)ダイヤ
モンド(2)を形成した。
さらにこれらの上側にN型の導電型の珪素膜または炭化
珪素(SixC+−x O<X<1) (3)をプラズ
マCVD法にてシラン(Sil4)をアルコールのかわ
りに加え、またvb族の不純物気体、例えばPll1を
同時に加えてN型珪素を、またはこれらの気体に炭化物
気体を加えて、プラズマCVD法により炭化珪素を30
0人〜0.3μmの厚さに形成した。この形成をダイヤ
モンドと同様の単なるプラズマCVD装置を用いて作る
。
珪素(SixC+−x O<X<1) (3)をプラズ
マCVD法にてシラン(Sil4)をアルコールのかわ
りに加え、またvb族の不純物気体、例えばPll1を
同時に加えてN型珪素を、またはこれらの気体に炭化物
気体を加えて、プラズマCVD法により炭化珪素を30
0人〜0.3μmの厚さに形成した。この形成をダイヤ
モンドと同様の単なるプラズマCVD装置を用いて作る
。
また珪素膜を形成するにあたり、この出力を2〜IOK
W、例えば4■とすると、下地のダイヤモンドとアロイ
反応をし、成膜中に炭化珪素と珪素との多層膜とするこ
とができる。
W、例えば4■とすると、下地のダイヤモンドとアロイ
反応をし、成膜中に炭化珪素と珪素との多層膜とするこ
とができる。
これらの成膜はP型、N型と異なる不純物を添加するた
め、マルチチャンバ方式としてダイヤモンド成膜用反応
室、N型半導体層威膜用反応室として、それらを互いに
連結して多量生産を図ることは有効である。
め、マルチチャンバ方式としてダイヤモンド成膜用反応
室、N型半導体層威膜用反応室として、それらを互いに
連結して多量生産を図ることは有効である。
第1図(B)において、ダイヤモンド(2)上の半導体
を残存させる領域(3− 1) . (3−2) ・
・・(3−n)を除き、他の半導体をフォトエッチング
法により除去した。フォトレジスト(4)を選択的に形
成し、プラズマを用いた公知のドライエッチング方法に
より除去した。
を残存させる領域(3− 1) . (3−2) ・
・・(3−n)を除き、他の半導体をフォトエッチング
法により除去した。フォトレジスト(4)を選択的に形
成し、プラズマを用いた公知のドライエッチング方法に
より除去した。
第1図(C)に示す如く、このフォトマスク(4)をマ
スクとして50〜200KeVの加速電圧を用い、イオ
ン注入法によりSまたはSeをIXIO”〜3XIO”
cm−”、例えば2 XIO”cm−”の濃度に添加し
て不純物領域(5−1) . (5−2) ・・・(
5−m)即ち(5)を形成した。この後フォトレジスト
(4)を除去した。
スクとして50〜200KeVの加速電圧を用い、イオ
ン注入法によりSまたはSeをIXIO”〜3XIO”
cm−”、例えば2 XIO”cm−”の濃度に添加し
て不純物領域(5−1) . (5−2) ・・・(
5−m)即ち(5)を形成した。この後フォトレジスト
(4)を除去した。
第1図(D)において、これら全体を酸素中または大気
中で熱処理を施した。すると半導体基板(1) とダイ
ヤモンド(2)とは下側でアロイ領域(32)を構威さ
せ、同時に不純物領域に酸素をも添加することができる
。その結果、一方の半導体をP型とし他方をN型とする
ならば、ダイヤモンドを挟んでPN接合とすることがで
きる。
中で熱処理を施した。すると半導体基板(1) とダイ
ヤモンド(2)とは下側でアロイ領域(32)を構威さ
せ、同時に不純物領域に酸素をも添加することができる
。その結果、一方の半導体をP型とし他方をN型とする
ならば、ダイヤモンドを挟んでPN接合とすることがで
きる。
またこのアロイ接合にすると、不純物領域(5−1).
(5−2), ・・・(5−n)とアロイ領域(32−
1).(32−2) , ・・・(32−n)即ち(
32)とを互いに隣接せしめることができた。このアロ
イ領域を半導体とし、第2の半導体(3)に珪素または
炭化珪素を用いる場合は、炭化度のより大きい炭化珪素
とした。アロイ領域(32)には半導体中の不純物が添
加され、イオン注入によりダイヤモンドに添加された不
純物とが混在しない構造となっている. 次にこの上側に電極部材(7),(7’)を真空蒸着法
、スパッタ法で形威した。この電極としてはアルミニウ
ムを用いた。この電極用とするために、第2のフォトマ
スクを用いた。このアルξニウムに対し、ワイヤボンデ
ィング(8)を施した。
(5−2), ・・・(5−n)とアロイ領域(32−
1).(32−2) , ・・・(32−n)即ち(
32)とを互いに隣接せしめることができた。このアロ
イ領域を半導体とし、第2の半導体(3)に珪素または
炭化珪素を用いる場合は、炭化度のより大きい炭化珪素
とした。アロイ領域(32)には半導体中の不純物が添
加され、イオン注入によりダイヤモンドに添加された不
純物とが混在しない構造となっている. 次にこの上側に電極部材(7),(7’)を真空蒸着法
、スパッタ法で形威した。この電極としてはアルミニウ
ムを用いた。この電極用とするために、第2のフォトマ
スクを用いた。このアルξニウムに対し、ワイヤボンデ
ィング(8)を施した。
さらにこれら全体に窒化珪素膜(6)を反射防止膜とし
てコートした。これはフレームに発光素子を設け、ワイ
ヤボンディング後実施した。
てコートした。これはフレームに発光素子を設け、ワイ
ヤボンディング後実施した。
第1図(D)はこの構造を示す。
又、これら全体を透光性プラスチックスでモールドし、
耐湿性向上、耐機械性向上をはかることは有効である。
耐湿性向上、耐機械性向上をはかることは有効である。
この第1図(D)の構造において、一対をなす電極即ち
基板(1)とパターン化させた電極(7)との間に10
〜200v(直流〜10011zデューイ比1)例えば
60Vの電圧で印加した。
基板(1)とパターン化させた電極(7)との間に10
〜200v(直流〜10011zデューイ比1)例えば
60Vの電圧で印加した。
すると第1の半導体のP型珪素基板−アロイ領域(31
)一ダイヤモンドーダイヤモンド中の不純物領域(5)
一アロイ領域(32) (不純物領域に隣接している)
−N型の第2の半導体の珪素または炭化珪素−アル≧ニ
ウムといった通路に従って電流(11)が流れた.不純
物領域(5)が不純物の添加されていない他のダイヤモ
ンドに比べて1桁以上抵抗が小さいため、電流がここに
集中的に流れ、ここでの電子、ホール(キャリア)の再
結合により発光し、半導体(3)および電極(7)の存
在しない領域を通して外部(上方)に光を放出させるこ
とができた。
)一ダイヤモンドーダイヤモンド中の不純物領域(5)
一アロイ領域(32) (不純物領域に隣接している)
−N型の第2の半導体の珪素または炭化珪素−アル≧ニ
ウムといった通路に従って電流(11)が流れた.不純
物領域(5)が不純物の添加されていない他のダイヤモ
ンドに比べて1桁以上抵抗が小さいため、電流がここに
集中的に流れ、ここでの電子、ホール(キャリア)の再
結合により発光し、半導体(3)および電極(7)の存
在しない領域を通して外部(上方)に光を放出させるこ
とができた。
即ち、このダイヤモンドの不純物領域(5−1),(5
−2) ・・・(51)即ち(5)を中心とした部分
から可視光発光特に475nm±5nmの青色の発光を
させることが可能となった。強度は14カンデラ/I1
2を有していた。
−2) ・・・(51)即ち(5)を中心とした部分
から可視光発光特に475nm±5nmの青色の発光を
させることが可能となった。強度は14カンデラ/I1
2を有していた。
「実施例2」
この実施例においては、第1図に示す実施例1において
、N型シリコン単結晶基板上に0.5〜3μm,例えば
1.2μmの平均厚さでアンドプのダイヤモンドを形成
した。この後、このダイヤモンド表面に対して、P型珪
素(3)を形成した。半導体(3)を選択的に一部を残
して除去し、(3−1),(3−2) ・・・(3−
n)を形成した。
、N型シリコン単結晶基板上に0.5〜3μm,例えば
1.2μmの平均厚さでアンドプのダイヤモンドを形成
した。この後、このダイヤモンド表面に対して、P型珪
素(3)を形成した。半導体(3)を選択的に一部を残
して除去し、(3−1),(3−2) ・・・(3−
n)を形成した。
次に第1図(C)に示す如く、元素周期律表■?族の元
素であるZnをダイヤモンド(2)の上部に8 XIO
19cm−’の濃度にイオン注入し、不純物領域(5−
1) , (5−2) ・・・(5−m)を作った。
素であるZnをダイヤモンド(2)の上部に8 XIO
19cm−’の濃度にイオン注入し、不純物領域(5−
1) , (5−2) ・・・(5−m)を作った。
さらに実施例1と同様に、アロイ工程を行った。すると
電極(7)下の半導体(6)がダイヤモンドとアロイ層
(SixC,−. O<X<1)を構成すると、同時に
、不純物領域上方の一部が残存した半導体もSixC,
■(0<X<1)とさせた。この炭化珪素は不純物領域
の保SiNとして有効であり、かつ不純物領域での発光
の障害物とならないため、光学的エネルギハンド巾を2
.5eVまたはそれ以上とすることが好ましい。
電極(7)下の半導体(6)がダイヤモンドとアロイ層
(SixC,−. O<X<1)を構成すると、同時に
、不純物領域上方の一部が残存した半導体もSixC,
■(0<X<1)とさせた。この炭化珪素は不純物領域
の保SiNとして有効であり、かつ不純物領域での発光
の障害物とならないため、光学的エネルギハンド巾を2
.5eVまたはそれ以上とすることが好ましい。
実施例1のP−ダイヤモンドーN接合とは逆の導電型の
N−ダイヤモンドーP接合構造を有し、発光中心の不純
物として元素周期律表VIb族ではなく、IIb族の元
素を主成分として用いた。
N−ダイヤモンドーP接合構造を有し、発光中心の不純
物として元素周期律表VIb族ではなく、IIb族の元
素を主成分として用いた。
その他は実施例1と同一工程とした。
但し、不純物領域(5−1) , (5−2) ・・
・(5−n)上には、アロイ層が存在しその上に反射防
止膜(6)が形威されている。
・(5−n)上には、アロイ層が存在しその上に反射防
止膜(6)が形威されている。
一対の電極(7) . (9)間に40Vの電圧を印加
した。するとここからは480nmの波長の青色発光を
認めることができた。その強度は13カンデラ/lI1
2と実施例1よりは暗かった。しかし、十分実用化は可
能であった。
した。するとここからは480nmの波長の青色発光を
認めることができた。その強度は13カンデラ/lI1
2と実施例1よりは暗かった。しかし、十分実用化は可
能であった。
「実施例3」
実施例1において、P型半導体(1)上のダイヤモンド
を単にP型のホウ素添加層のみとした。
を単にP型のホウ素添加層のみとした。
これらの上にN型の炭化珪素半導体(3)を形威した.
さらに上側の電極を実施例1と同様に形成した. この後、このダイヤモンド(2)にvtb族の元素のS
e(セレン)をイオン注入法により50〜200KeV
の加速電圧を用いI XIO”〜3 XIO”cm−3
の濃度に添加して不純物領域(5− 1) , (5−
2) ・・・(5−m)即ち(5〉を形威した。これ
を大気中でアニールし、不純物領域(1)には酸素をも
添加し、酸素とセレンと2種類のVIb族の元素を加え
た。
さらに上側の電極を実施例1と同様に形成した. この後、このダイヤモンド(2)にvtb族の元素のS
e(セレン)をイオン注入法により50〜200KeV
の加速電圧を用いI XIO”〜3 XIO”cm−3
の濃度に添加して不純物領域(5− 1) , (5−
2) ・・・(5−m)即ち(5〉を形威した。これ
を大気中でアニールし、不純物領域(1)には酸素をも
添加し、酸素とセレンと2種類のVIb族の元素を加え
た。
その結果、長期安定性を有するに加えて、波長510n
m,20カンデラ/mZの緑色がかった青色発光を作る
ことができた。
m,20カンデラ/mZの緑色がかった青色発光を作る
ことができた。
「効果」
これまで知られたダイヤモンドを用いた発光素子では電
極と基板とに40Vの電圧を10分加えるだけでダイヤ
モンドが60゜C近い温度となり、上側電極とダイヤモ
ンドとが密接しているため反応し劣化してしまった。し
かし以上に示した本発明は、PまたはN型の半導体を電
極とダイヤモンドとの間に介在させ、上側電極からのキ
ャリアの注入をアロイ領域を介してそれに隣接した不純
物領域に行った。構造としては、この半導体およびアロ
イ領域の側周辺に隣接しつつも、直下ではなく、離れた
位置に発光させるための不純物領域を形成する構造とす
る。これにより、60Vのパルス電圧を印加しても、可
視光発光を成就するに加えて、発光した光が反射防止膜
をへて外部に何らの障害物もなく放出させ得るため、高
輝度を成就できた。さらに発光部である不純物領域に電
極材料が拡散してくることがないため、約1ケ月間連続
で印加してもその発光輝度に何らの低下も実験的にはみ
られなかった。
極と基板とに40Vの電圧を10分加えるだけでダイヤ
モンドが60゜C近い温度となり、上側電極とダイヤモ
ンドとが密接しているため反応し劣化してしまった。し
かし以上に示した本発明は、PまたはN型の半導体を電
極とダイヤモンドとの間に介在させ、上側電極からのキ
ャリアの注入をアロイ領域を介してそれに隣接した不純
物領域に行った。構造としては、この半導体およびアロ
イ領域の側周辺に隣接しつつも、直下ではなく、離れた
位置に発光させるための不純物領域を形成する構造とす
る。これにより、60Vのパルス電圧を印加しても、可
視光発光を成就するに加えて、発光した光が反射防止膜
をへて外部に何らの障害物もなく放出させ得るため、高
輝度を成就できた。さらに発光部である不純物領域に電
極材料が拡散してくることがないため、約1ケ月間連続
で印加してもその発光輝度に何らの低下も実験的にはみ
られなかった。
本発明は1つの発光素子を作る場合を主として示した。
しかし同一基板上に複数のダイヤモンドを用いた発光装
置を作り、電極を形威した後、適当な大きさにスクライ
ブ、ブレイクをして1つづつ単体とすることができる。
置を作り、電極を形威した後、適当な大きさにスクライ
ブ、ブレイクをして1つづつ単体とすることができる。
または、多数の発光源を同一基板上に集積化した発光装
一置、例えばマトリックスアレーをさせた発光装置とす
ることは有効である。
一置、例えばマトリックスアレーをさせた発光装置とす
ることは有効である。
また本発明方法は使用するフォトマスクも2種類のみで
あり、きわめて高い歩留まりを期待できる。例えば4イ
ンチウエハ上にQ.3mm x0.8mmのLEDを作
製する場合、104ケのLEDを同一ウエハより一方に
作ることができた。
あり、きわめて高い歩留まりを期待できる。例えば4イ
ンチウエハ上にQ.3mm x0.8mmのLEDを作
製する場合、104ケのLEDを同一ウエハより一方に
作ることができた。
さらにかかる発光装置を含め、同しダイヤモンドを用い
て、またこの上または下側のシリコン半導体を用いてダ
イオード、トランジスタ、抵抗、コンデンサを一体化し
て作り、複合した集積化した電子装置を構威せしめるこ
とは有効である。
て、またこの上または下側のシリコン半導体を用いてダ
イオード、トランジスタ、抵抗、コンデンサを一体化し
て作り、複合した集積化した電子装置を構威せしめるこ
とは有効である。
第1図は本発明のダイヤモンド発光装置の作製工程およ
びその縦断面図を示す。 第2図は本発明に用いるための基板上にダイヤモンドを
形成するための有磁場マイクロ波装置の1例を示す。 l ・ ・ ・ ・ 2 ・ ・ ・ ・ 3−1.3−2, ・ 4 ・ ・ ・ ・ 5−1.5−2, ・ 6 ・ ・ ・ ・ 7 ・ ・ ・ ・ 8 ・ ・ ・ ・ 9 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・基板 ・ダイヤモンド ・半導体 ・フォトレジスト ・不純物領域 ・反射防止膜 ・電極 ・ボンディングされたワ イヤ ・裏面電極 10−1.10−2 ・10−n,10 ・ ・
・アロイ領域と不純物領 域との隣接面 11・・・・・・・・・注入される電流通路13・・・
・・・・・・ホルダ l6・・・・・・・・・アテニュエイタ17. 17’
・・・・・・・マグネットl8・・・・・・・・・マイ
クロ波発振器19・・・・・・・・・反応室 21,22,23.24 ・・・・ドーピング系25
・・・・・・・・・排気系 31・・・・・・・・・アロイ領域 32−1.32−2. ・32−n,32 ・・・ア
ロイ領域 42・・・・・・・・・移動機構 45・・・・・・・・・石英窓
びその縦断面図を示す。 第2図は本発明に用いるための基板上にダイヤモンドを
形成するための有磁場マイクロ波装置の1例を示す。 l ・ ・ ・ ・ 2 ・ ・ ・ ・ 3−1.3−2, ・ 4 ・ ・ ・ ・ 5−1.5−2, ・ 6 ・ ・ ・ ・ 7 ・ ・ ・ ・ 8 ・ ・ ・ ・ 9 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・基板 ・ダイヤモンド ・半導体 ・フォトレジスト ・不純物領域 ・反射防止膜 ・電極 ・ボンディングされたワ イヤ ・裏面電極 10−1.10−2 ・10−n,10 ・ ・
・アロイ領域と不純物領 域との隣接面 11・・・・・・・・・注入される電流通路13・・・
・・・・・・ホルダ l6・・・・・・・・・アテニュエイタ17. 17’
・・・・・・・マグネットl8・・・・・・・・・マイ
クロ波発振器19・・・・・・・・・反応室 21,22,23.24 ・・・・ドーピング系25
・・・・・・・・・排気系 31・・・・・・・・・アロイ領域 32−1.32−2. ・32−n,32 ・・・ア
ロイ領域 42・・・・・・・・・移動機構 45・・・・・・・・・石英窓
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、第1の半導体基板上にダイヤモンドと、該ダイヤモ
ンド上に選択的に第2の半導体と、該第2の半導体と前
記ダイヤモンドとの界 面に前記半導体と前記ダイヤモンドとを主 成分とするアロイ領域と、前記第2の半導 体の存在しないまたはほとんど存在しない 領域の前記ダイヤモンド中に不純物領域と を設け、該不純物領域と前記アロイ領域と は互いに隣接して設けられたことを特徴と するダイヤモンド電子装置。 2、特許請求の範囲第1項において、第1および第2の
半導体は珪素または炭化珪素より なり、一方がP型の導電型を有し、他方が N型の導電型を有することを特徴とするダ イヤモンド電子装置。 3、特許請求の範囲第1項において、不純物の添加は元
素周期律表IIb族またはVIb族の 元素より選ばれたことを特徴とするダイヤ モンド電子装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1159865A JPH06103757B2 (ja) | 1989-06-22 | 1989-06-22 | ダイヤモンド電子装置 |
US07/535,156 US5034784A (en) | 1989-06-22 | 1990-06-08 | Diamond electric device on silicon |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1159865A JPH06103757B2 (ja) | 1989-06-22 | 1989-06-22 | ダイヤモンド電子装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0324773A true JPH0324773A (ja) | 1991-02-01 |
JPH06103757B2 JPH06103757B2 (ja) | 1994-12-14 |
Family
ID=15702908
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1159865A Expired - Lifetime JPH06103757B2 (ja) | 1989-06-22 | 1989-06-22 | ダイヤモンド電子装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5034784A (ja) |
JP (1) | JPH06103757B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07321373A (ja) * | 1994-05-04 | 1995-12-08 | Daimler Benz Ag | 半導体複合構造を持つ電子部品 |
US5656828A (en) * | 1994-05-04 | 1997-08-12 | Daimler-Benz Ag | Electronic component with a semiconductor composite structure |
Families Citing this family (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB9025837D0 (en) * | 1990-11-28 | 1991-01-09 | De Beers Ind Diamond | Light emitting diamond device |
US5155559A (en) * | 1991-07-25 | 1992-10-13 | North Carolina State University | High temperature refractory silicide rectifying contact |
JP2773474B2 (ja) * | 1991-08-06 | 1998-07-09 | 日本電気株式会社 | 半導体装置 |
US5294814A (en) * | 1992-06-09 | 1994-03-15 | Kobe Steel Usa | Vertical diamond field effect transistor |
US5334855A (en) * | 1992-08-24 | 1994-08-02 | Motorola, Inc. | Diamond/phosphor polycrystalline led and display |
US5391895A (en) * | 1992-09-21 | 1995-02-21 | Kobe Steel Usa, Inc. | Double diamond mesa vertical field effect transistor |
US5285089A (en) * | 1992-12-02 | 1994-02-08 | Kobe Steel U.S.A., Inc. | Diamond and silicon carbide heterojunction bipolar transistor |
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US5609926A (en) * | 1994-03-21 | 1997-03-11 | Prins; Johan F. | Diamond doping |
DE4415601C2 (de) * | 1994-05-04 | 1997-12-18 | Daimler Benz Ag | Komposit-Struktur für elektronische Bauteile und Verfahren zu deren Herstellung |
US5670828A (en) * | 1995-02-21 | 1997-09-23 | Advanced Micro Devices, Inc. | Tunneling technology for reducing intra-conductive layer capacitance |
JPH09106958A (ja) * | 1995-06-23 | 1997-04-22 | De Beers Ind Diamond Div Ltd | 結晶基体のドーピング |
JP4218639B2 (ja) * | 2002-06-18 | 2009-02-04 | 住友電気工業株式会社 | n型半導体ダイヤモンド製造方法及び半導体ダイヤモンド |
JP2004114162A (ja) * | 2002-09-20 | 2004-04-15 | Japan Fine Ceramics Center | 微細加工ダイヤモンド素子及び微細加工ダイヤモンド素子作製方法 |
US7799599B1 (en) * | 2007-05-31 | 2010-09-21 | Chien-Min Sung | Single crystal silicon carbide layers on diamond and associated methods |
US20110086207A1 (en) * | 2009-06-08 | 2011-04-14 | Martin Heidi B | Diamond apparatus and method of manufacture |
US10584412B2 (en) | 2016-03-08 | 2020-03-10 | Ii-Vi Delaware, Inc. | Substrate comprising a layer of silicon and a layer of diamond having an optically finished (or a dense) silicon-diamond interface |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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DE3208638A1 (de) * | 1982-03-10 | 1983-09-22 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Lumineszenzdiode aus siliziumkarbid |
JPS60192326A (ja) * | 1984-03-14 | 1985-09-30 | Citizen Watch Co Ltd | ダイヤモンド膜の形成方法 |
US4920387A (en) * | 1985-08-26 | 1990-04-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Light emitting device |
JPS63145788A (ja) * | 1986-12-09 | 1988-06-17 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 防食剤 |
US4918497A (en) * | 1988-12-14 | 1990-04-17 | Cree Research, Inc. | Blue light emitting diode formed in silicon carbide |
US4981818A (en) * | 1990-02-13 | 1991-01-01 | General Electric Company | Polycrystalline CVD diamond substrate for single crystal epitaxial growth of semiconductors |
-
1989
- 1989-06-22 JP JP1159865A patent/JPH06103757B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-06-08 US US07/535,156 patent/US5034784A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07321373A (ja) * | 1994-05-04 | 1995-12-08 | Daimler Benz Ag | 半導体複合構造を持つ電子部品 |
US5656828A (en) * | 1994-05-04 | 1997-08-12 | Daimler-Benz Ag | Electronic component with a semiconductor composite structure |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US5034784A (en) | 1991-07-23 |
JPH06103757B2 (ja) | 1994-12-14 |
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