JPH03291980A - Diamond semiconductor element and manufacture thereof - Google Patents

Diamond semiconductor element and manufacture thereof

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JPH03291980A
JPH03291980A JP2094379A JP9437990A JPH03291980A JP H03291980 A JPH03291980 A JP H03291980A JP 2094379 A JP2094379 A JP 2094379A JP 9437990 A JP9437990 A JP 9437990A JP H03291980 A JPH03291980 A JP H03291980A
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JP
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partial
diamond
diamond semiconductor
metal
oxide
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JP2094379A
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Japanese (ja)
Inventor
Tomio Kazahaya
風早 富雄
Satoshi Katsumata
聡 勝又
Masatoshi Aketagawa
明田川 正敏
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Idemitsu Petrochemical Co Ltd
Original Assignee
Idemitsu Petrochemical Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To obtain a diamond semiconductor element having excellent rectifying characteristic and realizing an excellent blue light emission by providing a layer of specific composition made of metal such as Al, etc., partial oxide of semimetal such as Si, etc., and/or partial nitride in a boundary between diamond semiconductor and an electrode. CONSTITUTION:Mixture gas of Co and H2 is fed under the conditions of 900 deg.C of a substrate temperature, 350W of microwave output and 40Torr of pressure on a substrate 1 to form a diamond thin film 2. Then, an Al partial oxide layer 3 is formed on the thin film by a vacuum depositing method. The thickness of the oxide film is set to 3000Angstrom or less. Thereafter, Al is deposited on the oxide layer to form an electrode 4. The layer 3 is formed of an intermediate layer made of metal such as Al, etc., partial oxide of semimetal such as Si, etc., and/or partial nitride, and formal valence of the metal or the semimetal of the partial oxide is 80% or less of the normal saturated valence of the metal or semimetal.

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およびその製造方法
に関し、詳しくは、タイオート、トランジスター、発光
素子、受光素子等の各種の半導体デバイス、特に高温下
、放射線下等の厳しい条件下でも利用可能な各種の半導
体デバイスとして好適に使用することのできる、実用性
の高いダイヤモンド半導体素子およびその実用上右利な
製造方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a diamond semiconductor element and a method for manufacturing the same, and more particularly, to various semiconductor devices such as tie-outs, transistors, light-emitting elements, and light-receiving elements, especially at high temperatures. The present invention relates to a highly practical diamond semiconductor element that can be suitably used as various semiconductor devices that can be used even under harsh conditions such as under radiation, and a practically advantageous manufacturing method thereof.

[従来の技術と発明が解決しようとする課題]ダイヤモ
ンドは一般に絶縁材料として用いられることが多いが、
最近、ダイヤモンドにホウ素、リン等の不純物をドープ
することにより、py!1、n型等の半導体材料として
利用可能であることが明らかにされ、各種のダイヤモン
ド半導体素子の開発研究が進められている。
[Prior art and problems to be solved by the invention] Diamond is generally used as an insulating material, but
Recently, by doping diamond with impurities such as boron and phosphorus, py! 1. It has been revealed that diamond can be used as an n-type semiconductor material, and research and development of various diamond semiconductor elements is progressing.

従来の半金属系半導体素子、たとえばSi系半導体素子
についての動作温度は150℃が限界であり、GaAs
系半導体についての動作温度は250℃が限界であると
いうように、いずれも動作温度が低い、これに対し、ダ
イヤモンド半導体は前記動作温度よりも高い温度におい
ても動作可能なデバイスとして期待されている。
The operating temperature limit for conventional semimetal semiconductor devices, such as Si-based semiconductor devices, is 150°C, and GaAs
All diamond semiconductors have low operating temperatures, with a limit of 250° C., whereas diamond semiconductors are expected to be devices that can operate even at temperatures higher than the operating temperature.

また、従来の半導体発光素子においては、実用的な高輝
度の青色発光素子が知られていす、ダイヤモンド半導体
を用いることにより青色発光素子の実現の可能性が期待
されている。
Furthermore, among conventional semiconductor light emitting devices, a practical high-brightness blue light emitting device is known, and it is expected that a blue light emitting device can be realized by using a diamond semiconductor.

たとえば、大阪大学工学部、大阪ダイヤモンド(株)お
よび出光石油化学(株)のグループは、p型多結晶ダイ
ヤモンド薄膜を用いる点接触電極式のショットキー接合
型ダイオードにおいて、整流性および青色発光を確認し
ている(平威元年度応用物理学会予稿集:2a−N−7
)、シかしながら、この場合、点接触における針の先端
部の加工が困難である上、素子としての特性が不安定で
あるなど欠点があり、また、複雑なデバイス構造になる
ので、この点からも実用化が困難であるという問題点が
ある。
For example, a group from Osaka University's Faculty of Engineering, Osaka Diamond Co., Ltd., and Idemitsu Petrochemical Co., Ltd. confirmed rectification and blue light emission in a Schottky junction diode with a point contact electrode that uses a p-type polycrystalline diamond thin film. (Proceedings of the Japan Society of Applied Physics, Heii 1st year: 2a-N-7
) However, in this case, it is difficult to process the tip of the needle for point contact, the characteristics of the element are unstable, and the device structure becomes complicated. There is also a problem in that it is difficult to put it into practical use.

一方、住友電気工業(株)のグループは、高圧合成ダイ
ヤモンド上にホウ素をドープしたダイヤモンド半導体層
を形成し、その面上にTiおよびW電極を設け、該W電
極によりショットキー接合を形成したダイヤモンド素子
において、青色発光を確認している(平成元年度応用物
理学会予稿集:2a−N−9)。しかしながら、この素
子においては、W電極とダイヤモンド半導体層の間てW
の炭化が起こりやすく素子の特性が不安定になるなどの
問題点があり、またこの点を含め、電極の安定な形成が
非常に難しいという問題点もある。
On the other hand, the Sumitomo Electric Industries, Ltd. group formed a diamond semiconductor layer doped with boron on high-pressure synthetic diamond, provided Ti and W electrodes on the surface, and formed a Schottky junction with the W electrode. Blue light emission has been confirmed in the device (Proceedings of the Japan Society of Applied Physics 1989: 2a-N-9). However, in this device, there is no W between the W electrode and the diamond semiconductor layer.
There are problems in that carbonization tends to occur and the characteristics of the device become unstable, and in addition to this problem, there is also the problem that it is extremely difficult to form electrodes stably.

また、関連した技術として、たとえば、特開平1−10
2893号公報にはMIS型発光発光ダイオード載され
ているが、この素子の場合、ダイヤモンド層はノンドー
プのダイヤモンドによる絶縁層てあり、ダイヤモンド半
導体素子から除外される。
In addition, as a related technology, for example, JP-A-1-10
No. 2893 discloses an MIS type light emitting diode, but in this device, the diamond layer is an insulating layer made of non-doped diamond and is excluded from the diamond semiconductor device.

本発明は、前記の事情に鑑みてなされたものである。The present invention has been made in view of the above circumstances.

本発明の目的は、特に整流性が良好であり、あるいは素
子の構成によっては優れた青色発光を実現することがで
きるなどの優れた半導体素子としての特性を示し、しか
も安定性にも優れ、また、高温下や放射線下などの厳し
い環境条件でも動作可能であるなどの利点を有し、たと
えば、ダイオード、トランジスター、発光素子、受光素
子等の各種の半導体デバイスとして好適に利用すること
かできる実用的なレベルのダイヤモンド半導体素子およ
びその実用上実利な製造方法を提供することにある。
An object of the present invention is to exhibit excellent characteristics as a semiconductor device, such as particularly good rectification properties, or the ability to realize excellent blue light emission depending on the structure of the device, and also to have excellent stability. It has the advantage of being able to operate under harsh environmental conditions such as high temperatures and radiation, and is a practical device that can be suitably used as various semiconductor devices such as diodes, transistors, light emitting elements, and light receiving elements. The object of the present invention is to provide a diamond semiconductor element of a high quality and a method of manufacturing the same which is practically advantageous.

[課題を解決するための手段] 本発明者らは、前記問題点を解決し、実用的なダイヤモ
ンド半導体素子を実現すべく鋭意研究を重ねた結果、ダ
イヤモンド半導体層を利用した種々の構成の各種の半導
体デバイスにおいて、ダイヤモンド半導体と電極との界
面部にA1等の金属やSt等の半金属の部分酸化物およ
び/または部分窒化物からなる特定の組成の層を設けた
ダイヤモンド半導体素子か前記目的を満足することを見
出した。
[Means for Solving the Problems] As a result of intensive research aimed at solving the above-mentioned problems and realizing practical diamond semiconductor elements, the present inventors have developed various configurations using diamond semiconductor layers. A diamond semiconductor device in which a layer of a specific composition consisting of a partial oxide and/or partial nitride of a metal such as A1 or a semimetal such as St is provided at the interface between the diamond semiconductor and the electrode, or I found that it satisfies the following.

また、このダイヤモンド半導体素子の好適な製造方法に
ついて、種々検討した結果、基板上に、ダイヤモンド半
導体層を気相合成法により、金属や半金属の部分酸化物
および/または部分窒化物からなる層を気相法により順
次に形成し、さらに電極を設けるという特定の方法か実
用上有利であることを見出した。
In addition, as a result of various studies regarding a suitable manufacturing method for this diamond semiconductor element, we have found that a diamond semiconductor layer is formed on a substrate by a vapor phase synthesis method to form a layer consisting of a partial oxide and/or partial nitride of a metal or metalloid. It has been found that a specific method of sequentially forming layers by a vapor phase method and further providing electrodes is advantageous in practice.

本発明者らは、これらの知見に基づいて本発明を完成す
るに至った。
The present inventors have completed the present invention based on these findings.

すなわち、本発明は、ダイヤモンド半導体装置極との界
面部に、金属の部分酸化物もしくはその部分窒化物、お
よび/または半金属の部分酸化物もしくはその部分窒化
物からなる中間層を膚することを特徴とするダイヤモン
ド半導体素子である。
That is, the present invention provides an intermediate layer consisting of a partial oxide of a metal or a partial nitride thereof, and/or a partial oxide of a metalloid or a partial nitride thereof, at the interface with the diamond semiconductor device electrode. This is a characteristic diamond semiconductor element.

また、本発明は、本発明のダイヤモンド半導体素子を実
用上実利に製造することができる方法として、基板上に
、ダイヤモンド半導体層を気相合成法により形成した後
、金属または半金属と共に、酸素溜ガスもしくは酸化物
および/または窒素源ガスもしくは窒化物を用いて、気
相法により部分酸化物および/または部分窒化物からな
る中間層を形成し、しかる後、電極を形成することを特
徴とするダイヤモンド半導体素子の製造方法である。
Further, the present invention provides a method for manufacturing the diamond semiconductor element of the present invention that is practically advantageous, in which a diamond semiconductor layer is formed on a substrate by a vapor phase synthesis method, and then a diamond semiconductor layer is formed along with a metal or semimetal in an oxygen reservoir. It is characterized by forming an intermediate layer made of a partial oxide and/or partial nitride by a gas phase method using a gas or oxide and/or a nitrogen source gas or nitride, and then forming an electrode. This is a method for manufacturing a diamond semiconductor element.

以下に本発明をさらに詳細に説明する。The present invention will be explained in more detail below.

本発明のダイヤモンド半導体素子に使用する前記ダイヤ
モンド半導体は、半導体としての特性を示す限りにおい
て様々の形態を取ることかでき、たとえば、適当な不純
物のドーピングによるnil半導体またはp型半導体で
あることもあり、あるいは特にドーピング処理を施さな
い半導体であることもある。また目的等によってはこれ
らを適宜に組み合わせた形態として使用することもでき
The diamond semiconductor used in the diamond semiconductor element of the present invention can take various forms as long as it exhibits properties as a semiconductor. For example, it may be a nil semiconductor or a p-type semiconductor doped with appropriate impurities. Alternatively, it may be a semiconductor that is not particularly doped. Depending on the purpose, these may also be used in an appropriate combination.

天然ダイヤモンドやμ被プラズマCVD法等の公知の気
相合成法等の各種の方法によって得られる合成ダイヤモ
ンドのいずれも、本発明におけるダイヤモンド半導体と
して利用することができ、また、目的等に応じてこれら
を適宜に組み合わせて利用することもできる。
Any of natural diamonds and synthetic diamonds obtained by various methods such as known vapor phase synthesis methods such as μ plasma CVD method can be used as the diamond semiconductor in the present invention, and these may be used depending on the purpose. They can also be used in appropriate combinations.

前記不純物を用いる場合、このドーピング方法としては
特に制限はなく、公知の方法等の各種の方法によってn
l!!、p型等に半導体化することができる。たとえば
、前記各種のダイヤモンドにホウ素(B)等をドーピン
グすることによりpHlのダイヤモンド半導体にするこ
とができ、一方、窒素(N)、リン(P)等の5価の元
素をトープすることによりn型のダイヤモンド半導体と
することも可能である。
When using the impurity, there are no particular restrictions on the doping method, and n may be doped by various methods such as known methods.
l! ! , can be made into a p-type semiconductor, etc. For example, doping the various types of diamonds with boron (B) etc. can make them into pHl diamond semiconductors, while doping them with pentavalent elements such as nitrogen (N) and phosphorus (P) allows n It is also possible to use a type diamond semiconductor.

すなわち、このダイヤモンド半導体におけるダイヤモン
ドもしくはその原料として用いるダイヤモンドとしては
、単結晶、多結晶、薄膜状等のいずれてもよく、また、
ダイヤモンド類膜等の非晶質成分を含有していてもよく
、また、半導体化する方法についても特に制限はない。
That is, the diamond used in this diamond semiconductor or the diamond used as its raw material may be in the form of a single crystal, polycrystal, thin film, etc.
It may contain an amorphous component such as a diamond-like film, and there are no particular restrictions on the method of converting it into a semiconductor.

前記ダイヤモンド半導体は、その形状につき特に制限が
なく、各種の形状のチップあるいは層状(薄膜状を含む
、以下同様、)にして使用することができるが、通常は
、たとえば、適当な基板の全面あるいは所定の部分の面
上に層状(薄膜状等)に形成するなどして適当な面形状
の層状構造(薄膜状等)して使用される。
There are no particular restrictions on the shape of the diamond semiconductor, and it can be used in the form of chips or layers (including thin films, hereinafter the same) in various shapes, but it is usually used, for example, on the entire surface of a suitable substrate or in the form of a layer. It is used by forming a layered structure (such as a thin film) on a surface of a predetermined portion to form a layered structure (such as a thin film) with an appropriate surface shape.

このダイヤモンド半導体が層状に形成されるときのその
厚みには特に制限がない、もっとも1本発明においては
、ダイヤモンド半導体の厚みは。
When this diamond semiconductor is formed into a layer, there is no particular limit to its thickness, but in the present invention, the thickness of the diamond semiconductor is as follows.

通常、 iooλ〜1100Bの範囲に設定される。Usually, it is set in the range of iooλ to 1100B.

本発明では、ダイヤモンド半導体は、目的に応じて基板
上に設けられていてもよく、あるいは特に基板上に設け
られていなくてもよい。
In the present invention, the diamond semiconductor may be provided on the substrate depending on the purpose, or may not be provided on the substrate.

使用する基板もしくは基板を構成する材質としては特に
制限はなく、たとえば、Si、Ga、BN、GaAs等
の各種の半導体材料、SiO意、Ale 03 、AJ
IN、各種ガラス類、ダイヤモンド等の各種の絶縁性材
料、An、W、Mo、T i等の担体金属、SUS、W
C,WC−Co等の合金類などの各種の導電性材料など
どのようなものでも使用可能である。これら基板として
は、目的とする素子構成に応じて絶縁性材料あるいは導
電性材料を適宜に選定すれば良い。
There are no particular restrictions on the substrate used or the material constituting the substrate, and examples include various semiconductor materials such as Si, Ga, BN, GaAs, SiO, Ale 03, AJ.
IN, various glasses, various insulating materials such as diamond, carrier metals such as An, W, Mo, Ti, SUS, W
Any conductive materials such as alloys such as C and WC-Co can be used. For these substrates, an insulating material or a conductive material may be appropriately selected depending on the intended device configuration.

なお、これらの基板は単層構造であってもよく、あるい
は2層以上の多層(積層〉構造であってもよい。
Note that these substrates may have a single layer structure, or may have a multilayer (laminated) structure of two or more layers.

基板の構成は、使用目的等に応じて適宜に選定すればよ
い、また、前記基板とダイヤモンド半導体との界面部に
は所望に応じた適宜のJl(サブレーヤー等)を設ける
こともできる。たとえば。
The configuration of the substrate may be appropriately selected depending on the purpose of use, etc., and an appropriate Jl (sublayer, etc.) may be provided at the interface between the substrate and the diamond semiconductor as desired. for example.

前記各種の基板材料上にダイヤモンド層を設け。A diamond layer is provided on the various substrate materials.

該ダイヤモンド層の所定の面上に、B等の不純物をドー
ピングした他のダイヤモンド半導体層な形虞するなどの
ように、ダイヤモンド層をサブレイヤーとして形成して
も良い。
The diamond layer may be formed as a sublayer on a predetermined surface of the diamond layer, such as another diamond semiconductor layer doped with an impurity such as B.

前記基板等のダイヤモンド半導体層あるいはダイヤモン
ド層を設ける面には、適宜に、後述のように表面傷付は
処理を施すこともできる。
The diamond semiconductor layer or the surface on which the diamond layer is provided, such as the substrate, may be appropriately treated to remove surface scratches as described below.

本発明のダイヤモンド半導体素子において、重要な点の
ひとつは、前記ダイヤモンド半導体層等のダイヤモンド
半導体と電極との界面部に、金属の部分酸化物もしくは
その部分窒化物、および/または半金属の部分酸化物も
しくはその部分窒化物からなる中間層を宥する点である
One of the important points in the diamond semiconductor device of the present invention is that a partial oxide of a metal or a partial nitride thereof, and/or a partial oxidation of a semimetal is present at the interface between the diamond semiconductor such as the diamond semiconductor layer and the electrode. The point is to provide an intermediate layer made of a substance or a partial nitride thereof.

この部分酸化物または部分窒化物として用いる前記金属
あるいは半金属としては、たとえば、B、A11.Ga
、In、Si 、Ge、Sn、Pb、As、Sb、Bi
、Se、Te、Cu。
Examples of the metal or semimetal used as the partial oxide or partial nitride include B, A11. Ga
, In, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi
, Se, Te, Cu.

Zn、Cd、Sc、Y、各種ランタノイド元素、U、T
i 、Zr、If、V、Nb、Ta、Cr、Mo 、W
、Mn 、Feなどを挙げることができる。これらの中
でも、特にAiおよびStが好ましい、なお、これらは
一種単独を用いてもよいし、二種以上を併用してもよい
、また、所望に応じて5iAjlON等の複合系の部分
酸化物または部分窒化物として使用することもできる。
Zn, Cd, Sc, Y, various lanthanide elements, U, T
i, Zr, If, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W
, Mn, Fe, etc. Among these, Ai and St are particularly preferred. These may be used alone or in combination of two or more, and if desired, a composite partial oxide such as 5iAjlON or It can also be used as a partial nitride.

前記金属または半金属の部分酸化物は、その部分酸化物
における金属または半金属の形式的な原子価が、該金属
または半金属が通常化学量論比の飽和(完全〉酸化物状
S(たとえば、Al。
The partial oxide of the metal or metalloid is such that the formal valence of the metal or metalloid in the partial oxide is such that the metal or metalloid normally has a stoichiometric ratio of saturated (complete) oxide S (e.g. , Al.

03 、Si Ot等)にある場合の原子価(以下、こ
れを通常飽和原子価と呼ぶ、たとえば、AiおよびSt
の場合、それぞれの通常飽和原子価は3および4である
。)の原子価よりも小さな組成を膚するものであるが、
中でもその部分酸化物における金属または半金属の形式
的な原子価が、その金属または半金属の通常飽和原子価
の80%以下、特に70〜1%の範囲にあるのが好まし
い。
03, Si Ot, etc.) (hereinafter this is usually referred to as saturated valence; for example, Ai and St
In the case of , the usual saturated valences are 3 and 4, respectively. ) has a composition smaller than the valence of
In particular, it is preferable that the formal valence of the metal or metalloid in the partial oxide is 80% or less, particularly 70 to 1%, of the normal saturated valence of the metal or metalloid.

たとえば、Alの部分酸化物の場合、これを形式的な組
成式(Ait oy )で表した時、yは3未満でかつ
より大きい実数であるが、通常、yの範囲は2.4以下
、好ましくは2.1〜0.03であり、Siの部分酸化
物の場合には、これを形式的な組成式(Si O,)で
表した時、Xは2未満でかつOより大きい実数であるか
1通常Xの範囲は、1.5以下、好ましくは1.4〜0
.02となる。
For example, in the case of a partial oxide of Al, when expressed by a formal composition formula (Ait oy ), y is a real number less than 3 and larger, but usually the range of y is 2.4 or less, Preferably it is 2.1 to 0.03, and in the case of a partial oxide of Si, when this is expressed by the formal compositional formula (SiO,), X is a real number less than 2 and larger than O. Normally, the range of X is 1.5 or less, preferably 1.4 to 0.
.. It becomes 02.

また、前記金属または半金属の部分窒化物は、その部分
窒化物における金属または半金属の形式的な原子価が、
該金属または半金属の前記定義による通常飽和原子価の
80%以下、特に70〜1%の範囲にあるものが好まし
い、但し、該部分窒化物における窒素(N)の原子価は
3(もしくは、−3)として計算する。
Further, in the partial nitride of the metal or metalloid, the formal valence of the metal or metalloid in the partial nitride is
It is preferable that the valence of nitrogen (N) in the partial nitride is 80% or less, particularly 70 to 1%, of the saturated valence of the metal or metalloid as defined above.However, the valence of nitrogen (N) in the partial nitride is 3 (or -3).

したがって、AILの部分窒化物の場合、これを形式的
な組成式(A見Nh)で表した時、kは1未満でかつ0
より大きい実数となるが、通常、0.8以下、好ましく
は0.7〜0.Ooであり、Siの部分窒化物の場合に
は、これを形式的な組成式(Si*Nj〉で表した時、
jは4未満で、0より大きい実数であるが、通常、Jの
範囲は3.2以下、好°ましくは2.8〜0.04であ
る。
Therefore, in the case of partial nitride of AIL, when expressed by the formal compositional formula (A-Nh), k is less than 1 and 0
Although the real number is larger, it is usually 0.8 or less, preferably 0.7 to 0. Oo, and in the case of Si partial nitride, when expressed by the formal compositional formula (Si*Nj〉),
Although j is a real number less than 4 and greater than 0, the range of J is usually 3.2 or less, preferably 2.8 to 0.04.

なお、前記部分酸化物および/または部分窒化物からな
る中間層は、前記部分酸化物の一種または二種以上によ
って構成されていてもよく、前記部分窒化物の一種また
は二種以上によって構成されていてもよく、あるいは、
一種または二種以上の部分酸化物と一種または二種以上
の部分窒化物との複合体もしくは組成物等の混合状態で
あっても良い、また、所望に応じて、本発明の目的に支
障のない範囲で、他の成分を含有していても良い。
Note that the intermediate layer made of the partial oxide and/or partial nitride may be composed of one or more kinds of the partial oxide, or may be composed of one or more kinds of the partial nitride. or,
It may be in a mixed state, such as a composite or composition of one or more partial oxides and one or more partial nitrides, or, if desired, Other components may be included within the range.

前記部分酸化物および/または部分窒化物からなる中間
層の厚みとしては、特に制限はないか。
Is there any particular limit to the thickness of the intermediate layer made of partial oxide and/or partial nitride?

通常は3,000Å以下にするのが適当てあり、その厚
みの下限としても特に制限はなく、使用目的に応して適
宜に選定すればよいが、通常はその下限は50入程度に
するのか好適である。もっとも、中間層の好ましい厚み
は、z、ooo〜200人である。
Normally, it is appropriate to make it 3,000 Å or less, and there is no particular limit to the lower limit of the thickness, and it can be selected appropriately depending on the purpose of use, but the lower limit is usually about 50 pieces. suitable. However, the preferred thickness of the intermediate layer is z, ooo to 200 people.

この中間層の厚みか大きすぎると十分な電流か流れない
ことかある。また、その厚みかあまり小さすぎると本発
明の所期の目的が十分に達成されないことかある。
If the thickness of this intermediate layer is too large, sufficient current may not flow. Furthermore, if the thickness is too small, the intended purpose of the present invention may not be fully achieved.

本発明のダイヤモンド半導体素子において前記部分酸化
物および/または部分窒化物からなる中間層の形成方法
としては、#に制限はなく、公知の方法等の各種の方法
を採用することができる。
In the diamond semiconductor device of the present invention, the method for forming the intermediate layer made of the partial oxide and/or partial nitride is not limited to #, and various methods such as known methods can be employed.

本発明において好ましい形成方法は後述する。A preferred forming method in the present invention will be described later.

本発明のダイヤモンド半導体素子においては、少なくと
も前記部分酸化物および/または部分窒化物からなる中
間層の面上に電極が設けられている。なお、前記中間層
の表面に設けられた電極は前記ダイヤモンド半導体層等
のダイヤモンド半導体の面上や他の面上に延在していて
も良い。
In the diamond semiconductor device of the present invention, an electrode is provided at least on the surface of the intermediate layer made of the partial oxide and/or partial nitride. Note that the electrode provided on the surface of the intermediate layer may extend on the surface of the diamond semiconductor such as the diamond semiconductor layer or on another surface.

こうした電極は、素子の使用目的等に応じて。These electrodes vary depending on the purpose of use of the device.

所望の面上に種々の構成、方式で設けることができ、た
とえば、ソース、トレイン、ゲートなどの種々の要素の
電極として構成することができるし、所望により、MI
S型の接合形式となるように設けることができる。この
ように素子の構成および電極および配置を適宜に選定す
ることによって、たとえば、MISyJダイオード等の
各種のダイオード、MIS型トランジスタ(FET)、
静電誘導型トランジスタ(SIT)等の各種のトランジ
スタ、発光デバイス、受光デバイス等として構成もしく
は利用することができる。
The MI
It can be provided in an S-type joining format. By appropriately selecting the configuration, electrodes, and arrangement of the elements in this way, various diodes such as MISyJ diodes, MIS type transistors (FET),
It can be configured or used as various transistors such as static induction transistors (SIT), light emitting devices, light receiving devices, and the like.

前記電極の材質としては、特に制限はなく、公知の各種
の材料を適宜に選定して使用することができる。具体的
には、たとえば、All、W、Ti等の金属や合金、シ
リサイド等の導電性化合物、あるいはポリシリコン等の
導電性無機高分子類または導電性無機高分子類などを挙
げることができる。
The material of the electrode is not particularly limited, and various known materials can be appropriately selected and used. Specifically, examples thereof include metals and alloys such as All, W, and Ti, conductive compounds such as silicide, and conductive inorganic polymers such as polysilicon.

前記電極の形成方法としては、特に制限はなく、たとえ
ば、蒸着法、イオンブレーティング法、スパッター法、
各種CVD法などの公知の気相法等の各種の方法を適宜
に採用することができる。
The method for forming the electrode is not particularly limited, and examples include vapor deposition, ion blating, sputtering,
Various methods such as known vapor phase methods such as various CVD methods can be appropriately employed.

このようにダイヤモンド半導体層等のダイヤモンド半導
体と少なくともひとつの電極との界面部に金属の部分酸
化物および/または部分窒化物からなる層を有すること
を特長にする本発明のダイヤモンド半導体素子は、特に
整流性が良好であり、あるいは素子の構成によっては優
れた青色発光を惹起させることができるなどの優れた半
導体素子としての特性を示し、しかも素子の構造上およ
び特性上の安定性にも優れ、また、高温下、放射線下な
どの厳しい環境条件でも動作可能であるなどの利点を有
する実用上優れた素子であり、たとえば、前記各種のダ
イオード、前記各種のトランジスター、発光素子、受光
素子等の各種の半導体デバイスとして好適に利用するこ
とができる。
In particular, the diamond semiconductor element of the present invention is characterized by having a layer made of a metal partial oxide and/or partial nitride at the interface between a diamond semiconductor such as a diamond semiconductor layer and at least one electrode. It exhibits excellent characteristics as a semiconductor device, such as having good rectification properties and being able to generate excellent blue light emission depending on the structure of the device, and also has excellent stability in terms of device structure and characteristics. In addition, it is a practically excellent element that has the advantage of being able to operate under harsh environmental conditions such as high temperatures and radiation. It can be suitably used as a semiconductor device.

本発明のダイヤモンド半導体素子は、その製造方法につ
き特に制限がないが、前記した本発明の新規な方法すな
わち、基板上に、ダイヤモンド半導体層を気相合成法に
より形成した後、金属または半金属と共に、酸素源ガス
もしくは酸化物および/または窒素源ガスもしくは窒化
物を用いて。
The diamond semiconductor element of the present invention can be manufactured using the novel method of the present invention described above. , using an oxygen source gas or oxide and/or a nitrogen source gas or nitride.

気相法により部分酸化物および/または部分窒化物から
なる中間層を形成し、しかる後、電極を形成することを
特徴とするダイヤモンド半導体素子の製造方法により、
実用上好適に製造される。
A method for manufacturing a diamond semiconductor device, which comprises forming an intermediate layer made of a partial oxide and/or a partial nitride by a vapor phase method, and then forming an electrode.
It is manufactured suitably for practical purposes.

以下、この本発明の方法について詳細に説明する。The method of the present invention will be explained in detail below.

この本発明の方法においては、基板材料として前記例示
の各種の基板材料のうち低抵抗の基板材料からなる基板
すなわち低抵抗基板を使用するのか望ましい。
In the method of the present invention, it is preferable to use a substrate made of a low-resistance substrate material among the various substrate materials exemplified above, that is, a low-resistance substrate.

この低抵抗基板としては、たとえばシリコンウェハ等の
前記例示の半導体材料や各種ガラス等の前記例示の絶縁
性材料、あるいは、たとえばAfL基板等の前記例示の
導電性材料から適宜に選択して使用することかできる。
This low-resistance substrate may be appropriately selected from the above-mentioned semiconductor materials such as silicon wafers, the above-mentioned insulating materials such as various glasses, or the above-mentioned conductive materials such as AfL substrates. I can do it.

この本発明の方法においては、前記基板の面上に気相合
成法によってダイヤモンド半導体層としてのダイヤモン
ド薄膜が形成される。
In the method of the present invention, a diamond thin film as a diamond semiconductor layer is formed on the surface of the substrate by vapor phase synthesis.

なお、このダイヤモンド薄膜を形成するに際して、予め
前記基板に対して適宜に表面傷付は処理を施すことがで
きる。この表面傷付は処理は公知の方法等の各種の方法
によって行うことができる。具体的には、たとえば、パ
ウダー粒径が100gm以下の、ダイヤモンド、Si 
C,BN等(7)バウダーを用いて、たとえば、液状媒
体中に該パウダーを分散させて超音波処理により表面傷
付けを行う方法、ポリシング、ラッピング法などを挙げ
ることができる。
Note that, when forming this diamond thin film, the substrate may be subjected to an appropriate surface scratch treatment in advance. This surface damage can be treated by various methods such as known methods. Specifically, for example, diamond, Si, etc., with a powder particle size of 100 gm or less
For example, a method of dispersing the powder in a liquid medium and scratching the surface by ultrasonication using a (7) powder such as C, BN, polishing, and lapping can be mentioned.

前記気相合成法によるダイヤモンド薄膜の形成方法とし
ても公知の方法等の各種の方法を適宜に採用することが
できる。
As a method for forming a diamond thin film by the vapor phase synthesis method, various methods such as well-known methods can be appropriately employed.

具体的には、たとえば、CO/ H*混合ガス、メタン
等の低級炭化水素ガス等の炭I1mガスとHヨ等との混
合ガスなどの各種の炭素源含有ガスを用いて、たとえば
、外波プラズマCVD法、熱プラズマCVD法等の各種
のCVD法により、あるいは各種のPVD法等の各種の
方法を挙げることができる。こうして形成されるダイヤ
モンド薄膜は多結晶状のもの、単結晶状のもの、非晶質
成分を含有するダイヤモンド類などいずれの形態であっ
ても良い、また、このダイヤモンド薄膜の所定の部分ま
たは全部を前記したように必要に応じて適当な不純物を
用いてドーピングし、p’llまたはn型半導体にする
こともてきる。なお、もし形成したダイヤモンド薄膜が
ドーピングを必要としないでもその部分もしくは全部が
半導体としての特性を有するのであれば、前記ドーピン
グを必ずしも行わずにそのままの状態で使用することも
できる。
Specifically, for example, using various carbon source-containing gases such as CO/H* mixed gas, mixed gas of carbon I1m gas such as lower hydrocarbon gas such as methane, and Hyo, etc., Examples include various CVD methods such as plasma CVD method and thermal plasma CVD method, and various methods such as various PVD methods. The diamond thin film thus formed may be in any form, such as polycrystalline, single crystal, or diamonds containing amorphous components. As described above, if necessary, it can be doped with an appropriate impurity to make it a p'll or n-type semiconductor. Incidentally, if the formed diamond thin film does not require doping but a portion or all of it has properties as a semiconductor, it may be used as is without necessarily performing the doping.

形成したダイヤモンド薄膜の厚みは、使用目的に応じて
適宜に選定することができるが、このうちダイヤモンド
半導体層として利用する部分の厚みは、通常、前記した
範囲に選定すればよい。
The thickness of the formed diamond thin film can be appropriately selected depending on the purpose of use, but the thickness of the portion used as the diamond semiconductor layer may normally be selected within the above-mentioned range.

この本発明の方法においては、前記ダイヤモンド薄膜の
少なくともダイヤモンド半導体層の所望の面上に前記部
分酸化物および/または部分窒化物からなる中間層を、
前記金属および/または半金属と酸素源ガスもしくはそ
の酸化物、および/または前記金属および/または半金
属と窒素源ガスもしくは窒化物を用いて、気相法により
形成させる。
In the method of the present invention, an intermediate layer made of the partial oxide and/or partial nitride is formed on at least a desired surface of the diamond semiconductor layer of the diamond thin film.
It is formed by a vapor phase method using the metal and/or metalloid and an oxygen source gas or its oxide, and/or the metal and/or metalloid and a nitrogen source gas or nitride.

なお、この部分酸化物および/または部分窒化物からな
る中間層の形成に際して、予めダイヤモンド薄膜の所望
の面上を研磨および/または化学的エツチング(気相中
または液相中)する前処理をしておいても良い。
Note that when forming this intermediate layer made of partial oxide and/or partial nitride, a pretreatment of polishing and/or chemical etching (in gas phase or liquid phase) on the desired surface of the diamond thin film is performed in advance. You can leave it there.

この気相法による前記部分酸化物および/または部分窒
化物からなる中間層の形成に際して使用に供する前記金
属としては、前記例示の各種の金属(半金属でもよい、
)のうちの一種または二種以上を使用することができる
The metal used in forming the intermediate layer made of the partial oxide and/or partial nitride by this vapor phase method may include the various metals listed above (semimetals may also be used).
), one or more of them can be used.

前記酸素源ガスとしては、通常、酸素(08〉または酸
素(Ol)含有ガス(たとえば、空気、酸素とアルゴン
、ヘリウム、または窒素等の不活性ガスとの混合ガス)
などを挙げることかできる。
The oxygen source gas is usually oxygen (08) or an oxygen (Ol)-containing gas (for example, air, a mixed gas of oxygen and an inert gas such as argon, helium, or nitrogen).
I can list many things.

窒素源ガスとしては、窒素、アンモニア、アミン類等あ
るいはこれらとH3や前記不活性ガスとの混合ガスなど
を挙げることができる。
Examples of the nitrogen source gas include nitrogen, ammonia, amines, and a mixed gas of these with H3 and the above-mentioned inert gas.

前記酸化物および窒化物としては、通常、使用する前記
金属と同じ金属(あるいは必要に応じて他の種類の金属
)の酸化物や窒化物を適宜に使用することができる。
As the oxides and nitrides, oxides and nitrides of the same metal as the metal used (or other metals as necessary) can be used as appropriate.

たとえば、Aiの部分酸化物を形成させる場合、その原
料としては、AiLとA jl * Osの!lみ合わ
せ、あるいは/11と02との組み合わせ、さらにはA
iとAnよ03と0□との組み合わせなどが好適である
For example, when forming a partial oxide of Ai, the raw materials include AiL and A jl *Os! l combination, or a combination of /11 and 02, or even A
A combination of i, An, 03, and 0□ is suitable.

この部分酸化物および/または部分窒化物からなる中間
層の形成方法としては、特に制限はなく、前記例示の各
種の方法を適宜に採用することかできる。
There are no particular limitations on the method for forming the intermediate layer made of partial oxide and/or partial nitride, and the various methods exemplified above can be employed as appropriate.

このようにして形成される部分酸化elおよび/または
部分窒化物からなる中間層の厚みとしては、前記した通
りである。
The thickness of the intermediate layer made of partially oxidized EL and/or partially nitride thus formed is as described above.

この本発明の方法においては、以上のようにして形成し
た部分酸化物および/または部分窒化物からなる中間層
の所望の面上に電極を形成せしめる。なお、電極は前記
したように他の所望の面上に延在して設けられても良い
In the method of the present invention, an electrode is formed on a desired surface of the intermediate layer made of partial oxide and/or partial nitride formed as described above. Note that the electrodes may be provided extending on other desired surfaces as described above.

電極の材質、構成・方式、形成方法等については特に制
限はなく、これらはそれぞれ前記した通りにすることが
できる。
There are no particular limitations on the material, structure/system, formation method, etc. of the electrodes, and these can be as described above.

この本発明の方法においては、電極を形成した後、目的
にする素子の構成に必要な種々の加工、処理などの他の
プロセスを施すことができる。
In the method of the present invention, after forming the electrodes, other processes such as various workings and treatments necessary for constructing the intended element can be performed.

このようにして、たとえば、MISfiダイオード等の
各種のダイオード、MISI!!)ランシスター(FE
T)、静電誘導型トランジスター(SIT)等の各種の
トランジスター、発光素子、受光素子等の各種の半導体
デバイスとして仕上げることができる。
In this way, various diodes such as MISfi diodes, MISI! ! ) Run Sister (FE
T), various transistors such as static induction transistors (SIT), and various semiconductor devices such as light emitting elements and light receiving elements.

以上のようにして、本発明のダイヤモンド半導体素子を
有利に製造することができる。
In the manner described above, the diamond semiconductor element of the present invention can be advantageously manufactured.

【実施例] 次に1本発明の実施例及び比較例により本発明をさらに
詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定され
るものではなく1本発明の要旨の範囲内で適宜に変形し
、あるいは応用することができる。
[Example] Next, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples and Comparative Examples of the present invention, but the present invention is not limited to these Examples and may be modified as appropriate within the scope of the gist of the present invention. It can be modified or applied.

(実施例1) 低抵抗基板(比抵抗、0.001〜口、02Ω・cm)
であるシリコンウェハを粒径5〜12#L111のダイ
ヤモンド粒子を分散させたアセトン中に入れ、30分間
超音波処理することによって、該基板の表面に傷付は処
理を施した。
(Example 1) Low resistance substrate (specific resistance, 0.001 to 0.02Ω・cm)
A silicon wafer was placed in acetone in which diamond particles having a particle size of 5 to 12#L111 were dispersed, and the surface of the substrate was treated with ultrasonic waves for 30 minutes to remove scratches on the surface of the substrate.

次いで、その基板の面上に、基板温度900℃、マイク
ロ波出力350 W 、圧力40Torrの条件でCO
とH2との混合ガス(Co/H1−7/93  モル比
)を流通させ、4時間かけて膜厚的3μmのダイヤモン
ド薄膜を形成させた。
Next, CO was applied onto the surface of the substrate at a substrate temperature of 900°C, a microwave output of 350 W, and a pressure of 40 Torr.
A mixed gas of H2 and H2 (Co/H1-7/93 molar ratio) was passed through, and a diamond thin film having a thickness of 3 μm was formed over 4 hours.

次に、このダイヤモンド薄膜の面上に、AfとAiLよ
03とを原料にして、真空蒸着法によってAnの部分酸
化物層[(All+O)層]を形成させた。この部分酸
化物層の厚みは約400〜1,0(10人であった。
Next, on the surface of this diamond thin film, an An partial oxide layer [(All+O) layer] was formed by vacuum evaporation using Af and AiL 03 as raw materials. The thickness of this partial oxide layer was approximately 400-1,0 (10 people).

次いで、該部分酸化物層の面上に孔径的1mmの穴開き
マスクを付けてAnを蒸着し、膜厚的1.000人の電
極を形成させた。
Next, a hole mask with a hole diameter of 1 mm was attached on the surface of the partial oxide layer, and An was vapor-deposited to form an electrode with a film thickness of 1.000 mm.

また、前記低抵抗基板であるシリコンウニへの裏面に銀
ペーストを塗布し、これをもう一方の電極とし、第1図
に示す構成のダイヤモンド半導体素子(試験素子)を作
製した。
In addition, silver paste was applied to the back surface of the silicon urchin serving as the low resistance substrate, and this was used as the other electrode to produce a diamond semiconductor element (test element) having the configuration shown in FIG. 1.

なお、第1図において、lは基板(この例では低抵抗基
板である前記シリコンウェハ)、2はダイヤモンド半導
体層(この例では前記ダイヤモンド薄膜)、3は部分酸
化物層(この例では前記A1部分酸化物層であり、一般
には前記部分酸化物および/または部分窒化物からなる
中間層にすることができる。)、4は電極(この例では
前記A文蒸着層)、5は電極(この例では前記銀ペース
ト暦)である。
In FIG. 1, l is the substrate (in this example, the silicon wafer which is a low resistance substrate), 2 is the diamond semiconductor layer (in this example, the diamond thin film), and 3 is the partial oxide layer (in this example, the A1 4 is an electrode (in this example, the A-deposited layer), 5 is an electrode (this An example is the silver paste calendar).

以上のようにして作製したダイヤモンド半導体素子(試
験素子)について、電流−電圧特性(I−V特性)を測
定した。
The current-voltage characteristics (IV characteristics) of the diamond semiconductor device (test device) produced as described above were measured.

結果を第2図(b)に示す、第2図(b)において、図
中の実線は順方向に電圧を印加したときのI−V特性曲
線を示し、破線は逆方向に電圧を印加した際のI−V特
性曲線を示す、この2つのI−V特性曲線から該素子に
よる整流比を見積り、結果を第1表に示した。
The results are shown in Figure 2(b). In Figure 2(b), the solid line in the figure represents the IV characteristic curve when voltage was applied in the forward direction, and the broken line represents the IV characteristic curve when voltage was applied in the reverse direction. The rectification ratio of the element was estimated from these two IV characteristic curves showing the actual IV characteristic curves, and the results are shown in Table 1.

一方、該素子の部分酸化物層等の組成や厚みを調べるべ
く、オージェ電子分光法[日本電子■製のオージェマイ
クロプローブ(JAlP−7100)を使用]によって
前記An電極面から深さ方向の組1、(元素分*)を測
定した。結果を第2図(a)に示す、なお、第2図(a
)における横軸は、その深さ方向に相当するスパッタリ
ング時間(分)を表し、縦軸は各元素の分布(相対濃度
モル%)を表す。
On the other hand, in order to investigate the composition and thickness of the partial oxide layer, etc. of the device, Auger electron spectroscopy [using an Auger microprobe (JAlP-7100) manufactured by JEOL Ltd.] was used to investigate the composition in the depth direction from the An electrode surface. 1. (Element content *) was measured. The results are shown in Figure 2 (a).
), the horizontal axis represents the sputtering time (minutes) corresponding to the depth direction, and the vertical axis represents the distribution of each element (relative concentration mol %).

なお、この第2図(a)からAfL電極層(電極4)、
A11部分酸化物層(部分酸化物層3)の厚みおよびA
n部分酸化物層(部分酸化物層3〉の組成(深さ方向の
元素比)などがわかる。
Furthermore, from this FIG. 2(a), the AfL electrode layer (electrode 4),
A11 Partial oxide layer (partial oxide layer 3) thickness and A
The composition (element ratio in the depth direction) of the n-part oxide layer (partial oxide layer 3), etc. can be seen.

AU部分酸化物層(部分酸化物層3)の組成は第2図(
a)に見るように深さ方向に沿って多少変化するので、
酸素(0)濃度か最大となる深さにおける元素比Air
o(一般には、金属M:酸素0、あるいは金属M:窒素
N〉をもって部分酸化物層(一般式には、部分酸化物お
よび/または部分窒化物からなる中間層)の組成の代表
値とした。
The composition of the AU partial oxide layer (partial oxide layer 3) is shown in Figure 2 (
As shown in a), it changes somewhat along the depth direction, so
Element ratio Air at the depth where oxygen (0) concentration is maximum
o (generally, metal M: oxygen 0, or metal M: nitrogen N) was taken as a representative value of the composition of a partial oxide layer (in the general formula, an intermediate layer consisting of a partial oxide and/or a partial nitride). .

このオージェ電子分光法によるAn部分酸化物層の組成
(前記代表値としての組成=A皇:O)を第1表に示し
た。
Table 1 shows the composition of the An partial oxide layer determined by this Auger electron spectroscopy (composition as the representative value = A:O).

なお、実施例における試験素子においては、部分酸化物
の中間相が形成される前に、ダイヤモンド膜表面には特
別な表面処理がなされていない。
Note that in the test element in the example, no special surface treatment was performed on the diamond film surface before the partial oxide intermediate phase was formed.

したがフ゛で、ダイヤモンド表面の微小な凹凸の故に、
オージェ電子分光分析の結果は完全な元素分析結果には
なっていない、またノイズレベルも完全に0%に一致し
いないことを認識している。
However, due to the minute irregularities on the diamond surface,
It is recognized that the results of Auger electron spectroscopy are not complete elemental analysis results, and that the noise level does not completely match 0%.

(実施例2) 前記実施例1において、部分酸化物層の形成条件を変え
てAnの部分酸化物を形成させた以外は、実施例1と同
様にして素子を作製し、同様にして素子のI−V特性、
深さ方向の元素分布を測定し、整流比、m分酸化物層の
組成(代表値AJl : O)を見積もった。
(Example 2) A device was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the conditions for forming the partial oxide layer were changed to form a partial oxide of An, and the device was manufactured in the same manner as in Example 1. I-V characteristics,
The element distribution in the depth direction was measured, and the rectification ratio and the composition of the m-minute oxide layer (representative value AJl: O) were estimated.

結果をそれぞれ、j113図(b)、第3図(a)、お
よび第1表に示す。
The results are shown in Figure 113 (b), Figure 3 (a), and Table 1, respectively.

(実施例3) 前記実施例1において、部分酸化物層の形成条件を変え
てAiの部分酸化物を形成させた以外は、実施例1と同
様にして素子を作製し、同様にして素子のI−V特性、
深さ方向の元素分布を測定し、整流比、部分酸化物層の
組成(代表値Ajl:O)を見積もった。
(Example 3) A device was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the conditions for forming the partial oxide layer were changed to form a partial oxide of Ai in Example 1. I-V characteristics,
The element distribution in the depth direction was measured, and the rectification ratio and the composition of the partial oxide layer (representative value Ajl:O) were estimated.

結果をそれぞれ、第4図(b)、JF1411g(a)
、および第1表に示す。
The results are shown in Figure 4(b) and JF1411g(a), respectively.
, and shown in Table 1.

(実施例4〉 実施例1(おいて、部分酸化物層(部分酸化物層3)の
形成を、Anに代えてSiを用い、A l * Osに
代えてSt O,を用いて行い、Aiの部分酸化物層に
代えてStの部分酸化物層を形成させたほかは、実施@
1と同様にして素子を作製し同様にして素子のI−V特
性、深さ方向の元素分布を測定し、整流比、部分酸化物
層の組成(代表値5ilo)を見積もった。
(Example 4) In Example 1, the partial oxide layer (partial oxide layer 3) was formed using Si instead of An, and St O instead of Al*Os, The same procedure was carried out except that a St partial oxide layer was formed in place of the Ai partial oxide layer.
A device was prepared in the same manner as in Example 1, and the IV characteristics and elemental distribution in the depth direction of the device were measured in the same manner, and the rectification ratio and the composition of the partial oxide layer (typical value 5ilo) were estimated.

結果をそれぞれ、第5図(b)、第5図(a)、および
第1表に示す。
The results are shown in FIG. 5(b), FIG. 5(a), and Table 1, respectively.

(考察〉 以上の結果から、部分酸化物の組成[金属(Allまた
はSi ) :酸素(0)すなわち金属の形式的な原子
価)か前記好ましい範囲にある実施例1.2および4の
素子の場合には極めて良好な整流比を示すことがわかる
。実施例3の素子は。
(Considerations) From the above results, the elements of Examples 1.2 and 4 whose partial oxide composition [metal (All or Si): oxygen (0), that is, the formal valence of the metal] are within the above-mentioned preferred range. It can be seen that in some cases, an extremely good rectification ratio is exhibited. The device of Example 3 is as follows.

部分酸化物の組成(AiL: Oすなわち金属の形式的
な原子l1l)が前記好ましい範囲にないので整流比は
あまり大きくないが、整流性を示すことかわかる。
Although the rectification ratio is not very large because the composition of the partial oxide (AiL: O, ie, formal metal atoms 11l) is not within the above-mentioned preferred range, it can be seen that it exhibits rectification properties.

(以下、余白〉 第1表 金属:酸素   1−V特性による コメン 実施例I  Al:0    4〜5桁=100:96
     (良好〉 実施例2 11:o     5〜6桁=1001コ 
   (良好〉 実施例3  Ai:O整流性有り =100:19     (小さい〉 実施例4Si:0    3〜4桁 =  loo: 116 本1オージェ電子分光法による部分酸化物層の組成の代
表値(定義は実施例1の本文参照、)[発明の効果] 本発明によると、ダイヤモンド半導体(層)と電極との
界面部に部分酸化物および/または部分窒化物からなる
中間層(特に特定の金属:酸素組成の部分酸化物層等の
特定の形式的な原子価範囲にある金属の部分酸化物およ
び/または部分窒化物からなる中間層)を設けているの
で、特に整流性が良好であり、あるいは素子の構成によ
っては優れた青色発光が実現できるなどの優れた半導体
素子としての特性を示し、しかも安定性にも優れ、また
、高温下、放射線下などの厳しい環境条件でも動作可能
であるなどの利点を膚し、たとえば、ダイオード、トラ
ンジスター、発光素子、受光素子等の各種の半導体デバ
イスとして好適に利用することができる実用的なレベル
のダイヤモンド半導体素子を提供することができる。
(The following is a blank space) Table 1 Metal: Oxygen Comments based on 1-V characteristics Example I Al: 0 4 to 5 digits = 100:96
(Good) Example 2 11:o 5-6 digits = 1001 pieces
(Good) Example 3 Ai:O rectification = 100:19 (Small) Example 4 Si: 0 3 to 4 digits = loo: 116 Book 1 Representative value of the composition of the partial oxide layer by Auger electron spectroscopy (definition) (See the main text of Example 1.) [Effects of the Invention] According to the present invention, an intermediate layer made of a partial oxide and/or a partial nitride (particularly a specific metal: Particularly good rectification properties are provided because an intermediate layer consisting of a partial oxide and/or partial nitride of a metal having a specific formal valence range, such as a partial oxide layer with an oxygen composition, or Depending on the structure of the device, it exhibits excellent characteristics as a semiconductor device, such as being able to emit excellent blue light, and is also highly stable, and can operate under harsh environmental conditions such as high temperatures and radiation. It is possible to provide a diamond semiconductor element of a practical level that takes advantage of the advantages and can be suitably used as various semiconductor devices such as diodes, transistors, light-emitting elements, light-receiving elements, and the like.

また、本発明によると、本発明のダイヤモンド半導体素
子の好適な製造方法として、基板上に気相合成法により
ダイヤモンド半導体層を、気相法により部分酸化物およ
び/または部分窒化物からなる中間層を順次に形成し1
次いで電極(層〉を形成するという特定の方法を採用し
ているので実用上有利なダイヤモンド半導体素子の製造
方法を合わせて提供することができる。
Further, according to the present invention, as a preferred method for manufacturing the diamond semiconductor element of the present invention, a diamond semiconductor layer is formed on a substrate by a vapor phase synthesis method, and an intermediate layer made of a partial oxide and/or a partial nitride is formed by a vapor phase synthesis method. Sequentially form 1
Since a specific method of subsequently forming an electrode (layer) is adopted, a practically advantageous method for manufacturing a diamond semiconductor element can also be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明のダイヤモンド半導体素子の構成の一例
を示す断面図である。 第2図(a)〜第5図(a)は、それぞれ本発明に係る
前記実施例1〜5の素子における電極(A!L電極)か
ら素子の深さ方向の元素分布をオージェ電子分光法によ
り測定した結果を示すグラフである。各グラフの横軸は
、その深さ方向に対応するスパッタリング時間(分)を
示し、縦軸は元素分布[各元素の濃度(モル%)]を示
す。 !s2図(b)〜第5図(b)は、それぞれ本発明に係
わる前記実施例1〜5の素子についての電流−電圧特性
を示す特性図である。 1・・・基板、2・・・ダイヤモンド半導体素子層、3
・・・部分酸化物層、4・・・電極(暦)、5:電極層
。 第2図 (0) スパッタリップ晴間c分) 第3図 (a) スハトンタ ノ〉グ8’T間 (分) (b) VOLTAGE(Volt) (b) VOLTAGE (Volt) 第4図 (0) スl(ツタ ノ〉り゛時間 (分) 第5図 (a) スI\°・ソタリ〉りvr聞 (分) (b) VOLTAGE (Volt) (b) VOLTAGE(Volt)
FIG. 1 is a sectional view showing an example of the structure of a diamond semiconductor element of the present invention. 2(a) to 5(a) show the element distributions in the depth direction of the device from the electrodes (A!L electrodes) in the devices of Examples 1 to 5 according to the present invention, respectively, using Auger electron spectroscopy. It is a graph showing the results measured by. The horizontal axis of each graph indicates the sputtering time (minutes) corresponding to the depth direction, and the vertical axis indicates the element distribution [concentration of each element (mol %)]. ! Fig. s2 (b) to Fig. 5 (b) are characteristic diagrams showing the current-voltage characteristics of the elements of Examples 1 to 5 according to the present invention, respectively. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Substrate, 2...Diamond semiconductor element layer, 3
...Partial oxide layer, 4: Electrode (calendar), 5: Electrode layer. Figure 2 (0) Sputter lip clear space c minutes) Figure 3 (a) Sukhatontanog>8'T interval (minutes) (b) VOLTAGE (Volt) (b) VOLTAGE (Volt) Figure 4 (0) Sl (Tsutano time (minutes) Figure 5 (a) Switch time (minutes) (b) VOLTAGE (Volt) (b) VOLTAGE (Volt)

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)ダイヤモンド半導体と電極との界面部に、金属の
部分酸化物もしくはその部分窒化物、および/または半
金属の部分酸化物もしくはその部分窒化物からなる中間
層を有することを特徴とするダイヤモンド半導体素子。
(1) A diamond characterized by having an intermediate layer consisting of a metal partial oxide or its partial nitride, and/or a metalloid partial oxide or its partial nitride at the interface between the diamond semiconductor and the electrode. semiconductor element.
(2)前記金属かAlであり、前記半金属がSiである
前記請求項1のダイヤモンド半導体素子。
(2) The diamond semiconductor device according to claim 1, wherein the metal is Al and the semimetal is Si.
(3)前記部分酸化物または前記部分窒化物における前
記金属または半金属の形式的な原子価が、該金属が通常
の化学量論比の飽和酸化物状態にあるときの原子価の8
0%以下の範囲である前記請求項1または2のダイヤモ
ンド半導体素子。
(3) The formal valence of the metal or metalloid in the partial oxide or partial nitride is 8 of the valence when the metal is in a saturated oxide state with a normal stoichiometric ratio.
3. The diamond semiconductor element according to claim 1, wherein the diamond semiconductor element has a content of 0% or less.
(4)前記中間層の厚みが3,000Å以下である請求
項1〜3のいずれかに記載のダイヤモンド半導体素子。
(4) The diamond semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the intermediate layer has a thickness of 3,000 Å or less.
(5)基板上に、ダイヤモンド半導体層を気相合成法に
より形成した後、金属または半金属と共に、酸素源ガス
もしくは酸化物および/または窒素源ガスもしくは窒化
物を用いて、気相法により部分酸化物および/または部
分窒化物からなる中間層を形成し、しかる後、電極を形
成することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載
のダイヤモンド半導体素子の製造方法。
(5) After forming a diamond semiconductor layer on the substrate by a vapor phase synthesis method, it is partially formed by a vapor phase method using an oxygen source gas or oxide and/or a nitrogen source gas or nitride together with a metal or metalloid. 5. The method of manufacturing a diamond semiconductor device according to claim 1, further comprising forming an intermediate layer made of an oxide and/or a partial nitride, and then forming an electrode.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007095794A (en) * 2005-09-27 2007-04-12 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Diamond element and manufacturing method thereof
JP2007095834A (en) * 2005-09-27 2007-04-12 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Diamond element and manufacturing method thereof

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JP4734668B2 (en) * 2005-09-27 2011-07-27 独立行政法人産業技術総合研究所 Diamond element and manufacturing method thereof
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