JPH04242922A - ダイヤモンド薄膜へのオーミック電極形成方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、接触抵抗の小さいオ
ーミックな電極・ダイヤモンド薄膜接触が得られるよう
にした、ダイヤモンド薄膜へのオーミック電極形成方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ダイヤモンドは、硬度が高く、高熱伝導
率と耐熱性とを持つとともに耐放射線性、耐化学薬品性
などに優れている。そして、近年の気相合成技術の開発
により、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅ
ｐｏｓｉｔｉｏｎ　）法によって薄膜ダイヤモンドが比
較的容易に得られるようになり、ダイヤモンドコーティ
ングされたスピーカ用振動板や半導体デバイス用ヒート
シンクなどが一部使用されている。一方、ダイヤモンド
は、電気的な絶縁体でありながら、Ｂ（ホウ素）などを
ドーピングすることにより半導体としての性質を示し、
Ｓｉ（シリコン）、ＳｉＣ（炭化ケイ素）等に比較して
バンドギャップが大きいことから、これらによる半導体
に比べ高温域での利用が可能になるものとして期待され
ている。このようなダイヤモンドの半導体デバイス用ヒ
ートシンクや高温用半導体デバイスなどへの応用にあた
り、アンドープのダイヤモンド薄膜、半導体ダイヤモン
ド薄膜にオーミック電極を形成する（オーミックなダイ
ヤモンド・電極接触を得る）技術の確立が技術的課題の
ひとつになっている。

【０００３】従来、ダイヤモンドへのオーミック電極形
成方法としては、次の２つの方法が知られている。第１
の従来方法は、バルク半導体ダイヤモンドの表面に、炭
化物を形成し易いＴａ（タンタル）等の金属からなる電
極を真空蒸着法などよって形成し、この電極に真空中で
電子ビームを照射してこれを加熱処理することにより、
オーミック電極を形成する方法である（Ａ．Ｔ．Ｃｏｌ
ｌｉｎｓ　ほか，Ｄｉａｍｏｎｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，
ｐ．１９，１９７０）。さらに、上記の電子ビームによ
る電極の加熱処理に代えて、その表面に電極が形成され
た半導体ダイヤモンド、つまり試料全体を真空容器内に
て加熱処理することによりオーミック電極を形成する方
法である（Ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｅｍ
ｉｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　Ｄｉａｍｏｎｄ　，Ｋ．Ｌ．
Ｍｏａｚｅｄほか，Ｍａｔｅｒｉａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃ
ｈ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　，Ｂｏｓｔｏｎ，１９８９）。こ
の第１の従来方法によれば、オーミック電極形成メカニ
ズムそのものは必ずしも明確ではないが、半導体ダイヤ
モンド表面と炭化物を形成し易い金属からなる電極との
境界面に加熱処理によって炭化物が形成されることによ
り、接触抵抗が小さくなるものとされている。

【０００４】第２の従来方法は、半導体ダイヤモンド表
面の電極を形成すべき部分にＡｒ（アルゴン）イオンを
数ｋｅＶ程度の電圧で加速して照射し、次いでこのＡｒ
イオンが照射された電極形成部分にＡｕ（金）からなる
電極を形成してオーミック電極を形成するようにした方
法である（Ｃ．Ｂ．Ｃｈｉｌｄ　ほか，Ｆｏｕｒｔｈ　
Ａｎｎｕａｌ　ＳＤＩＯ／ＩＳＴ−ＯＮＲ，　　Ｄｉａ
ｍｏｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｉｔｉａｔｉｖ
ｅ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　，講演番号ＴｈＰ２，Ｃｒｙ
ｓｔａｌ　Ｃｉｔｙ，　　Ｖｉｒｇｉｎｉａ，１９８９
）。この第２の従来方法によれば、半導体ダイヤモンド
表面の電極を形成すべき部分がグラファイト化されるこ
とにより、接触抵抗が小さくなるものとされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記第
１の従来方法では、ダイヤモンドとこの表面上に形成し
た炭化物を形成し易い金属からなる電極との境界面に加
熱処理によって炭化物を形成するようにした方法である
から、電極材料の種類が炭化物を形成し易い金属に限定
される。また、第２の従来方法では、ダイヤモンド表面
の電極を形成すべき部分を単にグラファイト化するよう
にした方法であるから、接触抵抗をより小さくすること
に限界がある。この出願の発明は、上記の点に鑑みてな
されたものであって、接触抵抗の小さいオーミックな電
極・ダイヤモンド薄膜接触を得ることができる、ダイヤ
モンド薄膜へのオーミック電極形成方法の提供を目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本願の請求項１の発明によるダイヤモンド薄膜へ
のオーミック電極形成方法は、ダイヤモンド薄膜表面の
電極を形成すべき部分に、Ｂ，Ｌｉ，Ｎａ，Ａｒ，Ｃ，
Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｆｅ，Ｎｉ，及びＣｏから選ば
れた少なくとも１種の元素のイオンを、イオン注入法に
よって前記電極形成部分の表面付近に界面準位が形成さ
れるように注入し、しかる後、このイオン注入された電
極形成部分に電極を形成することを特徴とする。

【０００７】また、本願の請求項２の発明によるダイヤ
モンド薄膜へのオーミック電極形成方法は、ダイヤモン
ド薄膜表面の電極を形成すべき部分に、Ｂ，Ｌｉ，Ｎａ
，Ａｒ，Ｃ，Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｆｅ，Ｎｉ，及び
Ｃｏから選ばれた少なくとも１種の元素のイオンを、イ
オン注入法によって前記電極形成部分の表面付近に界面
準位が形成されるように注入し、しかる後、このイオン
注入された電極形成部分に電極を形成し、次いでこのも
のを　４００℃以上の温度で加熱処理することを特徴と
する。

【０００８】

【作用】本願の請求項１及び２の発明による方法におい
ては、アンドープ、あるいはドーピングされたダイヤモ
ンド薄膜の表面の電極を形成すべき部分に、後述する元
素のうち少なくとも１種の元素のイオンを、イオン注入
法（イオン打ち込み法）によって電極形成部分の表面付
近に界面準位が形成されるように注入する。これにより
、格子欠陥が生じてダイヤモンド薄膜表面付近に多くの
界面準位が存在することになる。この場合、ダイヤモン
ド薄膜のＳＰ３　結合を構成するＣ−Ｃ共有結合は大き
く、スパッタ法では所望の界面準位が得られにくいため
、スパッタ法に比べ大きなエネルギーをイオンに与えら
れるイオン注入法を採用している。

【０００９】このイオン注入された電極形成部分に例え
ば金属電極を形成すると、上記の界面準位を介してダイ
ヤモンド薄膜から金属電極へ、金属電極からダイヤモン
ド薄膜へのキャリアの移動が可能になり、オーミックな
（オーム性を有する）電極・ダイヤモンド薄膜接触を得
ることができる。また、イオン注入により形成された上
記界面準位によってダイヤモンド薄膜表面におけるキャ
リアの表面再結合速度が増加することにより、電極とダ
イヤモンド薄膜間の接触抵抗が減少する。その結果、小
さい接触抵抗を有するオーミックな電極・ダイヤモンド
薄膜接触を実現することができる。

【００１０】本願の請求項１及び２の発明による方法に
おいてイオンとして注入される好適な元素は、ダイヤモ
ンドにおけるアクセプタードーパントでもあるＢ、同じ
くドナードーパントでもあるＬｉ（リチウム），Ｎａ（
ナトリウム）、入手しやすく安価であり、イオン注入装
置にてイオン化の容易な元素としてのＡｒ，Ｃ（炭素）
、炭化物を形成し易い金属元素としてのＴｉ（チタン）
，Ｗ（タングステン），Ｔａ（タンタル），Ｍｏ（モリ
ブデン）、ダイヤモンド薄膜中の炭素と固溶体を形成し
易くＴｉ，Ｗなどに比べて炭素の拡散定数が大きい金属
元素としてのＦｅ（鉄），Ｎｉ（ニッケル），Ｃｏ（コ
バルト）である。この場合、これらの元素は単独で用い
てもよく、また２種以上を組み合わせて用いることも可
能である。

【００１１】また、請求項２の発明による方法において
は、電極とダイヤモンド薄膜間の接触抵抗をより小さく
するために、ダイヤモンド薄膜表面の電極を形成すべき
部分にイオンをイオン注入法によってこの電極形成部分
の表面付近に界面準位が形成されるように注入した後、
このイオン注入された電極形成部分に電極を形成し、次
いでこのものを　４００℃以上の温度で加熱処理するよ
うにしている。

【００１２】この場合、ダイヤモンド薄膜にＢイオンを
注入してから例えば金属電極を形成し、このダイヤモン
ド薄膜に金属電極が形成されたものを加熱処理すると、
イオン注入したＢが活性化される。活性化されたＢの数
が１０２０／ｃｍ３　程度になると、ダイヤモンド薄膜
におけるその表面付近にｐ＋　層が形成される。このｐ
＋　層は強く縮退しているため、金属電極とｐ＋　層と
の間に形成される空乏層の幅が狭くなり、キャリアが金
属電極からｐ＋　層へ、ｐ＋　層から金属電極へトンネ
リングで通過できるようになり、電極・ダイヤモンド薄
膜間の接触抵抗がより小さくなる。なお、加熱処理温度
としてはイオン注入されたＢが活性化されて接触抵抗減
少効果を得るのために　４００℃以上が適当であり、上
限値としては１０００℃程度が望ましい。

【００１３】上記のことは、ＬｉあるいはＮａをイオン
注入した場合にも得られる。Ｌｉ（あるいはＮａ）がイ
オン注入されたダイヤモンド薄膜に金属電極が形成され
たものを加熱処理すると、注入したＬｉ（あるいはＮａ
）が活性化されて、活性化されたＬｉ（あるいはＮａ）
の数が１０２０／ｃｍ３　程度になると、ダイヤモンド
薄膜におけるその表面付近にｎ＋　層が形成される。こ
のｎ＋層は強く縮退しており、金属電極とｎ＋　層との
間に形成される空乏層の幅が狭くなってキャリアがトン
ネリングで通過できるようになり、上記と同様に、電極
・ダイヤモンド薄膜間の接触抵抗がより小さくなる。な
お、加熱処理温度としては注入されたＬｉ，Ｎａが活性
化されて接触抵抗減少効果を得るのために　４００℃以
上が適当であり、上限値としては１０００℃程度が望ま
しい。

【００１４】また、この請求項２の発明による方法にお
いて、Ｔｉ，Ｗ，ＴａあるいはＭｏをイオン注入する場
合について説明する。この炭化物を形成し易い金属元素
がイオン注入されたダイヤモンド薄膜に電極が形成され
たものを加熱処理すると、ダイヤモンド薄膜中の炭素と
上記金属元素とが反応し、ダイヤモンド薄膜における電
極下部に炭化物が形成されることにより、電極・ダイヤ
モンド薄膜間の接触抵抗がより小さくなる。なお、形成
される炭化物としては、それぞれ、ＴｉＣ、ＷＣ、Ｔａ
Ｃまたは／およびＴａ２Ｃ、Ｍｏ２Ｃである。加熱処理
温度としては炭化物が形成されて接触抵抗減少効果を得
るのために　４００℃以上が適当であり、上限値として
は１１００℃程度が望ましい。

【００１５】さらに、この請求項２の発明による方法に
おいて、Ｆｅ，Ｎｉ，あるいはＣｏをイオン注入する場
合について説明する。このダイヤモンド薄膜中の炭素と
固溶体を形成し易くＴｉ，Ｗなどに比べて炭素の拡散定
数が大きい金属元素がイオン注入されたダイヤモンド薄
膜に電極が形成されたものを加熱処理すると、ダイヤモ
ンド薄膜中の炭素が拡散してダイヤモンド薄膜における
電極下部にグラファイトが形成されることにより、電極
・ダイヤモンド薄膜間の接触抵抗がより小さくなる。ま
た、グラファイトはダイヤモンド薄膜とのぬれ性も良い
。なお、加熱処理温度としてはグラファイトが形成され
て接触抵抗減少効果を得るのために　４００℃以上が適
当であり、上限値としては１０００℃程度が望ましい。

【００１６】

【実施例】以下、図１から図５を参照しながら実施例に
基づいて本願発明を説明する。〔第１実施例〕以下の手
順により、ｐ型半導体ダイヤモンド薄膜へのオーミック
電極の形成を行った。図１は本願発明に係るオーミック
電極形成プロセスの説明図である。 （１）　　基板には多結晶Ａｌ２Ｏ３　基板（純度９９
．３％，厚み　０．５ｍｍ，寸法２０×１０ｍｍ）を用
い、その表面を平均粒径０．２５μｍのダイヤモンド・
ペーストで約１時間バフ研磨した。このＡｌ２Ｏ３　基
板１上に、マイクロ波ブラズマＣＶＤ装置を用いて、膜
厚　１．５〜３μｍの、Ｂドープの多結晶のｐ型半導体
ダイヤモンド薄膜２を合成した。反応ガスは、ＣＨ４　
とＨ２との混合ガス（ＣＨ４　濃度：　０．５％）に、
ＢのドーピングガスとしてのジボランＢ２Ｈ６ガス（Ｈ
２希釈）を総ガス流量　１００ｃｃ／分（ｓｃｃｍ）に
対してその濃度が０．１ｐｐｍとなるように添加したも
のを用いた。また、成膜時間は７〜１４時間とした。

【００１７】（２）　　Ａｌ２Ｏ３　基板１上にｐ型半
導体ダイヤモンド薄膜２が合成されたものをダイシング
ソーで寸法５×５ｍｍに切断した後、これを８０℃の硫
酸中で約５分間加熱して有機物を除去してから純水で洗
浄した。その後、ＲＣＡ洗浄（洗浄液：Ｈ２Ｏ２＋ＮＨ
３ＯＨ　＋Ｈ２Ｏ　，Ｈ２Ｏ２＋ＨＣｌ　＋Ｈ２Ｏ　）
を各５分間ずつ行って重金属，アルカリ成分を除去し、
このＲＣＡ洗浄されたものを純水で洗浄してからオーブ
ンを用いて１２０℃で５分間加熱して乾燥させた。 （３）　　上記の洗浄処理後、ｐ型半導体ダイヤモンド
薄膜２の表面にフォトレジスト３を塗布した（図１の（
ａ））。次いで、後述する電極パターン図の図４に示す
ような電極パターンの像をフォトレジスト３に転写して
現像を行い、電極を形成すべき部分、つまり電極形成部
分のフォトレジストを除去してコンタクト窓を開けた（
図１の（ｂ））。なお、理解を容易にするため、図１の
（ｂ）には、図４に示す電極パターンのうちのひとつの
電極形成部分を示している。

【００１８】（４）　　フォトレジスト３が除去された
電極形成部分に、Ｂイオンをイオン注入装置を用いてｐ
型半導体ダイヤモンド薄膜２の表面付近に界面準位が形
成されるように注入した（図１の（ｃ））。Ｂイオンの
ドーズ量は１０１３〜１０１６／ｃｍ２　（ｉｏｎｓ／
ｃｍ２　）、加速電圧は６０ｋｅＶ、注入温度は常温と
した。 （５）　　Ｂイオン注入後、全面にＰｔ（白金）膜をＲ
Ｆスパッタ装置を用いて蒸着した（図１の（ｄ））後、
フォトエッチング（リフトオフ）によって不要部分のフ
ォトレジスト及びＰｔ膜を除去して、図１の（ｅ）にお
いては符号ＯＣで示されるＰｔ電極を形成した（図１の
（ｅ））。 ＲＦスパッタ装置による条件は、入力パワー：　１００
Ｗ，Ａｒガス圧：１０−２Ｔｏｒｒ，ガス流量：１０ｃ
ｃ／分（ｓｃｃｍ），成膜時間：３０分であり、Ｐｔ電
極の厚みは約２０００Åである。

【００１９】このようにしてＡｌ２Ｏ３　基板１に合成
されたｐ型半導体ダイヤモンド薄膜２の表面にＰｔ電極
を形成した後、Ｐｔ電極・ｐ型半導体ダイヤモンド薄膜
間の接触抵抗Ｒｃ及び電流−電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）を
測定した。測定結果の説明に先立ち、以後の実施例にも
共通する、接触抵抗Ｒｃの測定手順について、図４及び
接触抵抗Ｒｃの測定手順の説明図の図５に基づいて以下
に説明する。

【００２０】図４において、符号Ｍ１〜Ｍ５はそれぞれ
電極（この実施例では上記のＰｔ電極）であり、各電極
Ｍ１〜Ｍ５は、　３００μｍの幅寸法Ｗと　１２０μｍ
の長さとを有しており、図に示すような間隔寸法を設け
た電極パターンにて、ダイヤモンド薄膜Ｄ（この実施例
では上記のｐ型半導体ダイヤモンド薄膜）表面に形成さ
れている。この電極パターンは、電極・ダイヤモンド薄
膜間の接触抵抗Ｒｃの測定に広く用いられるＴＬＭ（Ｔ
ｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｌｉｎｅ　Ｍｏｄｅｌ　）パ
ターンと呼ばれている。

【００２１】まず、電極Ｍ１と電極Ｍ２とに探針を点接
触してこの間の抵抗（Ω）を測定し、この抵抗値Ｒ１０
を、横軸を長さＬ（μｍ）、縦軸を抵抗Ｒ（Ω）とする
図５に示すように、Ｌ＝１０μｍに対応させてプロット
する。次に、電極Ｍ２と電極Ｍ３とに探針を点接触して
測定されたこの間の抵抗値Ｒ２０を、Ｌ＝２０μｍに対
応させてプロットする。以下、同様にして、電極Ｍ３・
電極Ｍ４間における抵抗値Ｒ３０、電極Ｍ４・電極Ｍ５
間における抵抗値Ｒ５０を測定してプロットする。そし
て、図５に示すように、プロットされた上記各抵抗値を
結ぶ直線を延長して、抵抗Ｒ＝０における長さ寸法Ｌｔ
（μｍ）を求めるともに、長さＬ＝０における抵抗値Ｒ
ｔ（Ω）を求める。この抵抗値Ｒｔ（Ω），長さ寸法Ｌ
ｔ（μｍ）および電極の幅寸法Ｗ（　３００μｍ）から
、接触抵抗Ｒｃ（Ωｃｍ２　）をＲｃ＝Ｒｔ・Ｌｔ・Ｗ
／４にて求めるようにしている。なお、測定は室温（２
４℃程度）にて行った。

【００２２】上記測定手順に従ってＰｔ電極・ｐ型半導
体ダイヤモンド薄膜間の接触抵抗Ｒｃを測定した。その
結果を、請求項１の発明に係る接触抵抗測定結果の一例
を示す図の図２に示す。なお、比較のためＢイオンを注
入することなくＰｔ電極を形成したものについてもその
接触抵抗Ｒｃを測定した。この場合の接触抵抗Ｒｃは　
５００Ωｃｍ２　程度であった。これに対して、この実
施例によれば、図２から判るように、接触抵抗Ｒｃを大
幅に減少させることができた。特にＢイオンのドーズ量
が１０１４／ｃｍ２　以上の範囲では、Ｂイオンを注入
しない場合と比較して接触抵抗Ｒｃは一桁以上小さくな
っている。電流−電圧特性はいずれも直線となり、オー
ミックなＰｔ電極・ｐ型半導体ダイヤモンド薄膜接触を
得ることができた。なお、Ｂイオンドーズ量が１０１６
／ｃｍ２　の場合には、作製中の観察から、ｐ型半導体
ダイヤモンド薄膜の表面が黒化しグラファイト化される
ことが見出された。

【００２３】〔第２実施例〕第１実施例と同じ条件、同
じ手順にてＡｌ２Ｏ３　基板に合成されたｐ型半導体ダ
イヤモンド薄膜の表面にＰｔ電極を形成した後、この試
料を真空容器内にて真空加熱処理した。真空度は１×１
０−５Ｔｏｒｒ以下とし、　８００℃で３０分間（　８
００℃×３０分）加熱して加熱処理を施した。加熱処理
後、上述した測定手順に従って、Ｐｔ電極・ｐ型半導体
ダイヤモンド薄膜間の接触抵抗Ｒｃを測定した。その結
果を、請求項２の発明に係る接触抵抗測定結果の一例を
示す図の図３に黒丸印●にて示す。なお、比較のため加
熱処理を行わない場合における接触抵抗Ｒｃをも測定し
、これを白丸印○にて図３に示している。

【００２４】この実施例によれば、図３から判るように
、Ｂイオンのドーズ量の全範囲において、加熱処理を行
わない場合と比較して、接触抵抗Ｒｃをさらに大幅に減
少させることができた。これは加熱処理することにより
、注入されたＢイオンが活性化されてｐ型半導体ダイヤ
モンド薄膜におけるその表面付近にｐ＋　層が形成され
たためと考えられる。また、電極・ｐ型半導体ダイヤモ
ンド薄膜間の電流−電圧特性はいずれも直線となり、接
触抵抗Ｒｃがより小さいオーミックなＰｔ電極・ｐ型半
導体ダイヤモンド薄膜接触を得ることができた。

【００２５】〔第３実施例〕Ａｌ２Ｏ３　基板上に　１
．５〜３μｍ厚のアンドープのダイヤモンド薄膜を合成
した。合成条件は、Ｂ２Ｈ６ガスを添加しないこと以外
は第１実施例のそれと同様である。そして、第１実施例
と同様の手順にてフォトレジストが除去された電極形成
部分に、Ｌｉのイオンをイオン注入装置を用いてアンド
ープダイヤモンド薄膜の表面付近に界面準位が形成され
るように注入した。Ｌｉイオンのドーズ量は１０１５／
ｃｍ２　、加速電圧は４０ｋｅＶ、注入温度は常温とし
た。Ｌｉイオン注入後、第１実施例と同様にして、電極
形成部分に図４に示すような電極パターンのＰｔ電極を
形成した。

【００２６】このＬｉイオンを注入してＰｔ電極を形成
した試料３Ｂのうちの一部のものを、真空容器内にて真
空加熱処理した。真空度は１×１０−５Ｔｏｒｒ以下と
し、　６００℃×６０分の条件で加熱処理を行った。Ｌ
ｉイオンを注入してＰｔ電極を形成した後さらに加熱処
理したものであるこの試料３Ｃと、上記試料３Ｂと、比
較のためＬｉイオンを注入することなくＰｔ電極を形成
したものである試料３Ａとの接触抵抗Ｒｃ及び電流−電
圧特性を測定した。その結果、接触抵抗Ｒｃは、試料３
Ａ：１０００Ωｃｍ２　，試料３Ｂ：３０Ωｃｍ２　，
試料３Ｃ：０．０１Ωｃｍ２　であった。また、電極・
アンドープダイヤモンド薄膜間の電流−電圧特性は、試
料３Ｂ及び３Ｃでは直線のオーム性を示すものが得られ
た。この場合、試料３ＡではＳ字タイプの非オーミック
成分の存在が見られた。このようにアンドープダイヤモ
ンド薄膜においても、接触抵抗Ｒｃが小さいオーミック
な電極・アンドープダイヤモンド薄膜接触を得ることが
できた。なお、Ｌｉと同様にダイヤモンドにおけるドナ
ードーパントでもあるＮａをイオン注入した場合にも、
接触抵抗Ｒｃが小さいオーミックな電極・ダイヤモンド
薄膜接触を得ることができる。

【００２７】〔第４実施例〕第１実施例と同様にして、
Ａｌ２Ｏ３基板上にＢドープのｐ型半導体ダイヤモンド
薄膜を合成した。そして、フォトレジストが除去された
電極形成部分に、Ｔｉのイオンをイオン注入装置を用い
てｐ型半導体ダイヤモンド薄膜の表面付近に界面準位が
形成されるように注入した。Ｔｉイオンのドーズ量は１
０１６／ｃｍ２　、加速電圧は５０ｋｅＶ、注入温度は
常温とした。Ｔｉイオン注入後、電極形成部分に図４に
示すような電極パターンのＰｔ電極を形成した。

【００２８】このＴｉイオンを注入してＰｔ電極を形成
した試料４Ｂのうちの一部のものを、真空容器内にて真
空加熱処理した。真空度は１×１０−５Ｔｏｒｒ以下と
し、　８００℃×６０分の条件で加熱処理を行った。Ｔ
ｉイオンを注入してＰｔ電極を形成した後さらに加熱処
理したものであるこの試料４Ｃと、上記試料４Ｂと、比
較のためＴｉイオンを注入することなくＰｔ電極を形成
したものである試料４Ａとの接触抵抗Ｒｃ及び電流−電
圧特性を測定した。その結果、接触抵抗Ｒｃは、試料４
Ａ：　５００Ωｃｍ２　，試料４Ｂ：５Ωｃｍ２　，試
料４Ｃ：０．００１　Ωｃｍ２　であった。また、電極
・ｐ型半導体ダイヤモンド薄膜間の電流−電圧特性は、
試料４Ｂおよび４Ｃともに直線のオーム性を示すものが
得られた。なお、Ｔｉと同様に炭化物を形成し易い金属
元素である、Ｗ，Ｔａ，あるいはＭｏをイオン注入した
場合にも、接触抵抗Ｒｃが小さいオーミックな電極・ダ
イヤモンド薄膜接触を得ることができる。

【００２９】〔第５実施例〕第１実施例と同様にして、
Ａｌ２Ｏ３基板上にＢドープのｐ型半導体ダイヤモンド
薄膜を合成した。そして、フォトレジストが除去された
電極形成部分に、Ｎｉのイオンをイオン注入装置を用い
てｐ型半導体ダイヤモンド薄膜の表面付近に界面準位が
形成されるように注入した。Ｎｉイオンのドーズ量は１
０１６／ｃｍ２　、加速電圧は４０ｋｅＶ、注入温度は
常温とした。Ｎｉイオン注入後、電極形成部分に図４に
示すような電極パターンのＰｔ電極を形成した。

【００３０】このＮｉイオンを注入してＰｔ電極を形成
した試料５Ｂのうちの一部のものを、真空容器内にて真
空加熱処理した。真空度は１×１０−５Ｔｏｒｒ以下と
し、　６００℃×３０分の条件で加熱処理を行った。Ｎ
ｉイオンを注入してＰｔ電極を形成した後さらに加熱処
理したものであるこの試料５Ｃと、上記試料５Ｂと、比
較のためＮｉイオンを注入することなくＰｔ電極を形成
したものである試料５Ａとの接触抵抗Ｒｃ及び電流−電
圧特性を測定した。その結果、接触抵抗Ｒｃは、試料５
Ａ：　５００Ωｃｍ２　，試料５Ｂ：６０Ωｃｍ２　，
試料５Ｃ：０．１　Ωｃｍ２　であった。また、電極・
ｐ型半導体ダイヤモンド薄膜間の電流−電圧特性は、試
料５Ｂ及び５Ｃともに直線のオーム性を示すものが得ら
れた。なお、Ｎｉと同様にダイヤモンド薄膜中の炭素と
固溶体を形成し易くＴｉ，Ｗなどに比べて炭素の拡散定
数が大きい金属元素である、Ｆｅ，あるいはＣｏをイオ
ン注入した場合にも、接触抵抗Ｒｃが小さいオーミック
な電極・ダイヤモンド薄膜接触を得ることができる。

【００３１】なお、電極材料としては、上記各実施例で
はＰｔを使用したがこれに限定されるものではなく、Ａ
ｕ，ＴａＳｉ２　などの導電性金属材料、ポリ（Ｐｏｌ
ｙ）Ｓｉなどの導電性非金属材料でもよい。また、加熱
処理に際しては、Ａｒ，Ｎ２雰囲気などの非酸化性雰囲
気で行えばよい。なお、ＡｒあるいはＣのイオンをイオ
ン注入法によってダイヤモンド薄膜の電極形成部分の表
面付近に界面準位が形成されるように注入した後、この
電極形成部分に電極を形成することにより、接触抵抗の
小さいオーミックな電極・ダイヤモンド薄膜接触が得ら
れることも確認している。

【００３２】

【発明の効果】この出願の請求項１及び２の発明による
ダイヤモンド薄膜へのオーミック電極形成方法では、ダ
イヤモンド薄膜表面の電極を形成すべき部分に、Ｂ，Ｌ
ｉ，Ｎａ，Ａｒ，Ｃ，Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｆｅ，Ｎ
ｉ，及びＣｏから選ばれた少なくとも１種の元素のイオ
ンを、イオン注入法によって前記電極形成部分の表面付
近に界面準位が形成されるように注入し、しかる後、こ
のイオン注入された電極形成部分に電極を形成するよう
にした方法であるから、イオン注入によって形成された
界面準位を介して電極・ダイヤモンド薄膜間のキャリア
の移動が可能になり、オーミックな電極・ダイヤモンド
薄膜接触を得ることができる。また、この界面準位によ
ってダイヤモンド薄膜表面におけるキャリアの表面再結
合速度が増加することにより電極・ダイヤモンド薄膜間
の接触抵抗が減少する。これにより、接触抵抗の小さい
オーミックな電極・ダイヤモンド薄膜接触を得ることが
できる。

【００３３】さらに請求項２の発明による方法では、電
極を形成したものを　４００℃以上の温度で加熱処理す
るようにした方法であるから、イオンとして注入される
元素がダイヤモンドにおけるドーパントでもあるＢ，Ｌ
ｉ，Ｎａの場合には、ダイヤモンド薄膜におけるその表
面付近にｐ＋　層またはｎ＋　層が形成されてキャリア
がトンネリングで通過できることにより、イオンとして
注入される元素が炭化物を形成し易い金属元素であるＴ
ｉ，Ｗ，Ｔａ，Ｍｏの場合には、ダイヤモンド薄膜にお
ける電極下部に炭化物が形成されることにより、また、
イオンとして注入される元素がダイヤモンド薄膜中の炭
素と固溶体を形成し易くＴｉ，Ｗなどに比べて炭素の拡
散定数が大きい金属元素であるＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏの場合
には、ダイヤモンド薄膜における電極下部にグラファイ
トが形成されることにより、電極・ダイヤモンド薄膜間
の接触抵抗をより小さくすることができるという効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明に係るオーミック電極形成プロセスの
説明図である。

【図２】請求項１の発明に係る接触抵抗測定結果の一例
を示す図である。

【図３】請求項２の発明に係る接触抵抗測定結果の一例
を示す図である。

【図４】本願発明の実施例における電極パターン図であ
る。

【図５】本願発明の実施例における接触抵抗の測定手順
の説明図である。

【符号の説明】

１…Ａｌ２Ｏ３　基板　　２…ｐ型半導体ダイヤモンド
薄膜　　３…フォトレジストＯＣ…Ｐｔ電極　　Ｍ１〜
Ｍ５…電極　　Ｄ…ダイヤモンド薄膜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ダイヤモンド薄膜表面の電極を形成す
   べき部分に、Ｂ，Ｌｉ，Ｎａ，Ａｒ，Ｃ，Ｔｉ，Ｗ，Ｔ
   ａ，Ｍｏ，Ｆｅ，Ｎｉ，及びＣｏから選ばれた少なくと
   も１種の元素のイオンを、イオン注入法によって前記電
   極形成部分の表面付近に界面準位が形成されるように注
   入し、しかる後、このイオン注入された電極形成部分に
   電極を形成することを特徴とするダイヤモンド薄膜への
   オーミック電極形成方法。
2. 【請求項２】　　ダイヤモンド薄膜表面の電極を形成す
   べき部分に、Ｂ，Ｌｉ，Ｎａ，Ａｒ，Ｃ，Ｔｉ，Ｗ，Ｔ
   ａ，Ｍｏ，Ｆｅ，Ｎｉ，及びＣｏから選ばれた少なくと
   も１種の元素のイオンを、イオン注入法によって前記電
   極形成部分の表面付近に界面準位が形成されるように注
   入し、しかる後、このイオン注入された電極形成部分に
   電極を形成し、次いでこのものを　４００℃以上の温度
   で加熱処理することを特徴とするダイヤモンド薄膜への
   オーミック電極形成方法。