JPH0513342A - 半導体ダイヤモンド - Google Patents
半導体ダイヤモンドInfo
- Publication number
- JPH0513342A JPH0513342A JP3148391A JP14839191A JPH0513342A JP H0513342 A JPH0513342 A JP H0513342A JP 3148391 A JP3148391 A JP 3148391A JP 14839191 A JP14839191 A JP 14839191A JP H0513342 A JPH0513342 A JP H0513342A
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- Japan
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- diamond
- epitaxial
- single crystal
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【構成】 ドープトダイヤモンド単結晶膜２上に、該単
結晶膜と伝導型の異なるドープトダイヤモンド単結晶膜
の中間層３を有し、該中間層上に該中間層と伝導型の異
なるドープトダイヤモンド単結晶膜４を有することを特
徴とする半導体ダイヤモンド。ドープトダイヤモンド単
結晶膜２上に、ノンドープトダイヤモンド単結晶膜の中
間層３を有し、該中間層上にドープトダイヤモンド単結
晶膜４を有することを特徴とする半導体ダイヤモンド。 【効果】 本発明によって、欠陥の少なく電気的特性の
良好なダイヤモンド単結晶膜を得る事が可能となり、高
温動作トランジスタ、耐放射線トランジスタ、短波長レ
ーザー等の各種ダイヤモンド半導体素子の特性が向上し
た。
結晶膜と伝導型の異なるドープトダイヤモンド単結晶膜
の中間層３を有し、該中間層上に該中間層と伝導型の異
なるドープトダイヤモンド単結晶膜４を有することを特
徴とする半導体ダイヤモンド。ドープトダイヤモンド単
結晶膜２上に、ノンドープトダイヤモンド単結晶膜の中
間層３を有し、該中間層上にドープトダイヤモンド単結
晶膜４を有することを特徴とする半導体ダイヤモンド。 【効果】 本発明によって、欠陥の少なく電気的特性の
良好なダイヤモンド単結晶膜を得る事が可能となり、高
温動作トランジスタ、耐放射線トランジスタ、短波長レ
ーザー等の各種ダイヤモンド半導体素子の特性が向上し
た。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高温動作トランジス
タ、耐放射線トランジスタ、短波長レーザー等の各種ダ
イヤモンド半導体素子に用いる半導体ダイヤモンド結晶
に関する。
タ、耐放射線トランジスタ、短波長レーザー等の各種ダ
イヤモンド半導体素子に用いる半導体ダイヤモンド結晶
に関する。
【０００２】
【従来の技術】ダイヤモンドは広バンドギャップ、高熱
伝導度、光学的透明性、耐放射線性、化学的安定性等の
優れた性質を有しており、適当なドーピング材を添加す
る事により半導体化が可能な、有用な電子材料である。
従来ダイヤモンドは、天然品を採掘するかあるいは黒鉛
等の炭素を高温高圧下で処理することにより得ていた
が、これらの方法は大規模で高価な装置を利用するため
コストがかさむ上、塊状の結晶しか得られない。
伝導度、光学的透明性、耐放射線性、化学的安定性等の
優れた性質を有しており、適当なドーピング材を添加す
る事により半導体化が可能な、有用な電子材料である。
従来ダイヤモンドは、天然品を採掘するかあるいは黒鉛
等の炭素を高温高圧下で処理することにより得ていた
が、これらの方法は大規模で高価な装置を利用するため
コストがかさむ上、塊状の結晶しか得られない。
【０００３】しかし近年開発された気相合成技術（例え
ば、特開昭５８−９１１００号の熱フィラメント法や特
開昭５８−１１０４９４号のマイクロ波プラズマ法）に
よれば、薄膜状のダイヤモンド結晶の合成が可能であ
り、電子素子への応用が容易となった。これら気相合成
法によって得られるダイヤモンド膜は、一般の気相合成
法と同様、ダイヤモンドと基板材質との格子定数の差が
小さい場合には、単結晶膜（即ちエピタキシャル膜）で
ある。半導体素子には、このエピタキシャル単結晶膜を
用いる事が望ましい。
ば、特開昭５８−９１１００号の熱フィラメント法や特
開昭５８−１１０４９４号のマイクロ波プラズマ法）に
よれば、薄膜状のダイヤモンド結晶の合成が可能であ
り、電子素子への応用が容易となった。これら気相合成
法によって得られるダイヤモンド膜は、一般の気相合成
法と同様、ダイヤモンドと基板材質との格子定数の差が
小さい場合には、単結晶膜（即ちエピタキシャル膜）で
ある。半導体素子には、このエピタキシャル単結晶膜を
用いる事が望ましい。
【０００４】そこでこれらの気相合成法を改良し、欠陥
の少ないエピタキシャル単結晶膜を得る方法が開発され
た（例えば、特開平２−２３３５９０号、特開平２−２
３３５９１号）。また、ダイヤモンド単結晶膜を得る方
法としては他に、シリコンやガリウム砒素基板上にＳｉ
Ｃの中間層を設ける方法が特開昭６３−２２４２２５
号、同６３−２２４２２６号に開示されている。
の少ないエピタキシャル単結晶膜を得る方法が開発され
た（例えば、特開平２−２３３５９０号、特開平２−２
３３５９１号）。また、ダイヤモンド単結晶膜を得る方
法としては他に、シリコンやガリウム砒素基板上にＳｉ
Ｃの中間層を設ける方法が特開昭６３−２２４２２５
号、同６３−２２４２２６号に開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のダイヤ
モンド単結晶膜合成法は、エピタキシャル膜成長に適し
た成長条件を提供するものである。従って、既に得られ
ている完全な単結晶膜上に良質な単結晶膜を堆積するこ
とには効果がある。しかし、基板とエピタキシャル単結
晶膜界面から生じた欠陥や、何等かの原因で成長中に生
じた欠陥は緩和される事がないため、得られる単結晶膜
中には多数の欠陥が存在し充分な電気的性質が得られな
かった。
モンド単結晶膜合成法は、エピタキシャル膜成長に適し
た成長条件を提供するものである。従って、既に得られ
ている完全な単結晶膜上に良質な単結晶膜を堆積するこ
とには効果がある。しかし、基板とエピタキシャル単結
晶膜界面から生じた欠陥や、何等かの原因で成長中に生
じた欠陥は緩和される事がないため、得られる単結晶膜
中には多数の欠陥が存在し充分な電気的性質が得られな
かった。
【０００６】また、ＳｉＣ等の中間層を設けた例は、Ｓ
ｉＣ／ダイヤモンドのヘテロピタキシャル成長であるの
で、基板とエピタキシャルダイヤモンド膜の界面から成
長欠陥が導入されやすい。
ｉＣ／ダイヤモンドのヘテロピタキシャル成長であるの
で、基板とエピタキシャルダイヤモンド膜の界面から成
長欠陥が導入されやすい。
【０００７】したがって、本発明は、欠陥が少なく、電
気的特性が良好で、各種ダイヤモンド半導体素子として
利用可能な半導体ダイヤモンドを提供することを目的と
する。
気的特性が良好で、各種ダイヤモンド半導体素子として
利用可能な半導体ダイヤモンドを提供することを目的と
する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、ド
ープトダイヤモンド単結晶膜上に、該単結晶膜と伝導型
の異なるドープトダイヤモンド単結晶膜の中間層を有
し、該中間層上に該中間層と伝導型の異なるドープトダ
イヤモンド単結晶膜を有することを特徴とする半導体ダ
イヤモンドを提供するものである。
ープトダイヤモンド単結晶膜上に、該単結晶膜と伝導型
の異なるドープトダイヤモンド単結晶膜の中間層を有
し、該中間層上に該中間層と伝導型の異なるドープトダ
イヤモンド単結晶膜を有することを特徴とする半導体ダ
イヤモンドを提供するものである。
【０００９】本発明はまた、ドープトダイヤモンド単結
晶膜上に、ノンドープトダイヤモンド単結晶膜の中間層
を有し、該中間層上にドープトダイヤモンド単結晶膜を
有することを特徴とする半導体ダイヤモンドを提供する
ものである。
晶膜上に、ノンドープトダイヤモンド単結晶膜の中間層
を有し、該中間層上にドープトダイヤモンド単結晶膜を
有することを特徴とする半導体ダイヤモンドを提供する
ものである。
【００１０】
【作用】以下に本発明をさらに詳細に説明する。
【００１１】図１は本発明の半導体ダイヤモンドの構造
の一例を示す断面図である。１は基板、２は基板１上に
形成されたドープトエピタキシャルダイヤモンド層、３
は中間層、４は中間層３上に形成されたドープトエピタ
キシャルダイヤモンド層である。
の一例を示す断面図である。１は基板、２は基板１上に
形成されたドープトエピタキシャルダイヤモンド層、３
は中間層、４は中間層３上に形成されたドープトエピタ
キシャルダイヤモンド層である。
【００１２】中間層３は本発明では上述した理由からヘ
テロエピタキシャル層とはしない。したがって、本発明
では中間層３はドープトエピタキシャルダイヤモンド層
またはノンドープトエピタキシャルダイヤモンド層とな
る。中間層３をドープトエピタキシャルダイヤモンド層
とするときには、中間層３とその両側のエピタキシャル
ダイヤモンド層２、４とは伝導型がたがいに異なるもの
とする。また、中間層３をノンドープトエピタキシャル
ダイヤモンド層とするときには、その両側のエピタキシ
ャルダイヤモンド層２と４とは伝導型が同じでも異なっ
ていてもよい。
テロエピタキシャル層とはしない。したがって、本発明
では中間層３はドープトエピタキシャルダイヤモンド層
またはノンドープトエピタキシャルダイヤモンド層とな
る。中間層３をドープトエピタキシャルダイヤモンド層
とするときには、中間層３とその両側のエピタキシャル
ダイヤモンド層２、４とは伝導型がたがいに異なるもの
とする。また、中間層３をノンドープトエピタキシャル
ダイヤモンド層とするときには、その両側のエピタキシ
ャルダイヤモンド層２と４とは伝導型が同じでも異なっ
ていてもよい。
【００１３】エピタキシャル層２中には、基板１とエピ
タキシャル層２の界面に起因した欠陥や、成長初期段階
の不安定成長期に発生する欠陥が含まれる。この欠陥は
エピタキシャル層２の成長中には緩和されない。そこ
で、エピタキシャル層２上に、中間層３を形成する。中
間層３はエピタキシャル層２とは伝導型が異なるドープ
層か、もしくはノンドープ層とする。例えばエピタキシ
ャル層２がｐ型の場合は、中間層３はｎ型かノンドープ
とする。伝導型が異なるか、もしくはノンドープである
この中間層はエピタキシャル層２中に含まれる欠陥の成
長を止める作用がある。
タキシャル層２の界面に起因した欠陥や、成長初期段階
の不安定成長期に発生する欠陥が含まれる。この欠陥は
エピタキシャル層２の成長中には緩和されない。そこ
で、エピタキシャル層２上に、中間層３を形成する。中
間層３はエピタキシャル層２とは伝導型が異なるドープ
層か、もしくはノンドープ層とする。例えばエピタキシ
ャル層２がｐ型の場合は、中間層３はｎ型かノンドープ
とする。伝導型が異なるか、もしくはノンドープである
この中間層はエピタキシャル層２中に含まれる欠陥の成
長を止める作用がある。
【００１４】中間層３を必要な厚さ堆積させた後、エピ
タキシャル層４を形成する。この際、エピタキシャル層
４の伝導型は中間層３と違える必要がある。具体的に
は、中間層がノンドープ層の場合にはｐ型もしくはｎ型
を、中間層がｎ型の場合にはｐ型を、中間層がｐ型の場
合にはｎ型とする。中間層中の欠陥は極めて少ないが、
その上に堆積したエピタキシャル層４中の欠陥は更に少
なくほぼ無欠陥となる。
タキシャル層４を形成する。この際、エピタキシャル層
４の伝導型は中間層３と違える必要がある。具体的に
は、中間層がノンドープ層の場合にはｐ型もしくはｎ型
を、中間層がｎ型の場合にはｐ型を、中間層がｐ型の場
合にはｎ型とする。中間層中の欠陥は極めて少ないが、
その上に堆積したエピタキシャル層４中の欠陥は更に少
なくほぼ無欠陥となる。
【００１５】上記構成の各層のうち、欠陥の少ない層
は、中間層３とエピタキシャル層４であり、エピタキシ
ャル層４もしくは、エピタキシャル層４と中間層３の両
者を半導体素子形成に利用できる。
は、中間層３とエピタキシャル層４であり、エピタキシ
ャル層４もしくは、エピタキシャル層４と中間層３の両
者を半導体素子形成に利用できる。
【００１６】次に、本発明の構造を形成する手段の一例
を説明する。本発明の構造は、基板１上に順次各層をエ
ピタキシャル成長させて形成する。この方法としては、
例えば特開昭５８−９１１００号報、特開昭５８−１１
０４９４号報、特開平２−２３３５９０号、特開平２−
２３３５９１号に開示されているＣＶＤ法やＰＶＤ法を
用いることができる。
を説明する。本発明の構造は、基板１上に順次各層をエ
ピタキシャル成長させて形成する。この方法としては、
例えば特開昭５８−９１１００号報、特開昭５８−１１
０４９４号報、特開平２−２３３５９０号、特開平２−
２３３５９１号に開示されているＣＶＤ法やＰＶＤ法を
用いることができる。
【００１７】基板１としては、ダイヤモンド、ｃＢＮ、
ＳｉＣ、ガリウム砒素、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｎｉ−Ｃｕ合金等
を用いる事ができる。本発明は、エピタキシャル層２中
の欠陥を減らし良質なエピタキシャル層４を得ようとす
るものであるから、基板材料としては、エピタキシャル
ダイヤモンド膜を得られる物であれば、この例に限定さ
れず、他の結晶質材料、非晶質材料を、組成を問わず選
ぶ事ができ、また基板１とエピタキシャル層２間にバッ
ファ層を挟んだものであってもよい。
ＳｉＣ、ガリウム砒素、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｎｉ−Ｃｕ合金等
を用いる事ができる。本発明は、エピタキシャル層２中
の欠陥を減らし良質なエピタキシャル層４を得ようとす
るものであるから、基板材料としては、エピタキシャル
ダイヤモンド膜を得られる物であれば、この例に限定さ
れず、他の結晶質材料、非晶質材料を、組成を問わず選
ぶ事ができ、また基板１とエピタキシャル層２間にバッ
ファ層を挟んだものであってもよい。
【００１８】ドープ元素としては、Ｂ、Ａｓ、Ｐ、Ｃ
ｌ、Ａｌ、Ｎ、Ｓ等半導体素子形成の為に必要な元素を
選択して用いる。これらは、気相合成原料ガス中に混入
させても、イオンを加速させて打込んでも良い。
ｌ、Ａｌ、Ｎ、Ｓ等半導体素子形成の為に必要な元素を
選択して用いる。これらは、気相合成原料ガス中に混入
させても、イオンを加速させて打込んでも良い。
【００１９】各層の厚さは、成長条件、素子構造等によ
って異なるので特定できない。但し中間層厚さは１００
Å以上が好ましい。各層の形成は、同一反応容器内で行
なっても、違えてもよい。
って異なるので特定できない。但し中間層厚さは１００
Å以上が好ましい。各層の形成は、同一反応容器内で行
なっても、違えてもよい。
【００２０】
【実施例】以下に、本発明を実施例および比較例に基づ
いて具体的に説明する。
いて具体的に説明する。
【００２１】実施例１〜３は、本発明を利用した半導体
ダイヤモンドを示す。基板には（１００）ノンドープ
（IIａ型）天然単結晶ダイヤモンドを用い、エピタキシ
ャル層はマイクロ波プラズマＣＶＤ法により６％メタン
−９４％水素ガスを原料として堆積させた。基板温度は
８５０℃、合成圧力は４０トルとした。ドーピングは、
ｐ型ドーパントとしてＢを、ｎ型ドーパントとしてＮを
もちいた。それぞれ、Ｂ 2 Ｈ6 、Ｎ2 として原料ガス中
に添加した。ドープ量は、 Ｂ＝１０17ｃｍ-3 Ｎ＝１０15ｃｍ-3 である。
ダイヤモンドを示す。基板には（１００）ノンドープ
（IIａ型）天然単結晶ダイヤモンドを用い、エピタキシ
ャル層はマイクロ波プラズマＣＶＤ法により６％メタン
−９４％水素ガスを原料として堆積させた。基板温度は
８５０℃、合成圧力は４０トルとした。ドーピングは、
ｐ型ドーパントとしてＢを、ｎ型ドーパントとしてＮを
もちいた。それぞれ、Ｂ 2 Ｈ6 、Ｎ2 として原料ガス中
に添加した。ドープ量は、 Ｂ＝１０17ｃｍ-3 Ｎ＝１０15ｃｍ-3 である。
【００２２】得られた結晶は、断面ＴＥＭ観察、図
２のショットキー接合ダイオード（ショットキー電極＝
アルミニウム、オーミック電極＝チタン）の電気的特性
によってそれぞれ評価しその結果を表１に示した。ショ
ットキーダイオードの電流−電圧特性の例を図３に示す
が、Ａの様に整流特性の悪いものと、Ｂの様に整流特性
の優れたものの２つに分類した。表１に示す実施例１〜
３および比較例１〜２から明らかな様に、本発明によっ
て良質な半導体ダイヤモンドが得られた。
２のショットキー接合ダイオード（ショットキー電極＝
アルミニウム、オーミック電極＝チタン）の電気的特性
によってそれぞれ評価しその結果を表１に示した。ショ
ットキーダイオードの電流−電圧特性の例を図３に示す
が、Ａの様に整流特性の悪いものと、Ｂの様に整流特性
の優れたものの２つに分類した。表１に示す実施例１〜
３および比較例１〜２から明らかな様に、本発明によっ
て良質な半導体ダイヤモンドが得られた。
【００２３】
【表１】
【００２４】
【発明の効果】本発明によって、欠陥の少なく電気的特
性の良好なダイヤモンド単結晶膜を得る事が可能とな
り、高温動作トランジスタ、耐放射線トランジスタ、短
波長レーザー等の各種ダイヤモンド半導体素子の特性が
向上した。
性の良好なダイヤモンド単結晶膜を得る事が可能とな
り、高温動作トランジスタ、耐放射線トランジスタ、短
波長レーザー等の各種ダイヤモンド半導体素子の特性が
向上した。
【図１】本発明の単結晶膜の構造を示す断面図である。
【図２】本発明を実施したショットキーダイオードの断
面模式図である。
面模式図である。
【図３】ショットキーダイオードの電流−電圧特性を示
す図である。
す図である。
１ 基板
２ エピタキシャルダイヤモンド層
３ 中間層
４ エピタキシャルダイヤモンド層
５ チタン電極
６ アルミ電極
７ 金配線
Claims (2)
- 【請求項１】 ドープトダイヤモンド単結晶膜上に、該
単結晶膜と伝導型の異なるドープトダイヤモンド単結晶
膜の中間層を有し、該中間層上に該中間層と伝導型の異
なるドープトダイヤモンド単結晶膜を有することを特徴
とする半導体ダイヤモンド。 - 【請求項２】 ドープトダイヤモンド単結晶膜上に、ノ
ンドープトダイヤモンド単結晶膜の中間層を有し、該中
間層上にドープトダイヤモンド単結晶膜を有することを
特徴とする半導体ダイヤモンド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3148391A JPH0513342A (ja) | 1991-06-20 | 1991-06-20 | 半導体ダイヤモンド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3148391A JPH0513342A (ja) | 1991-06-20 | 1991-06-20 | 半導体ダイヤモンド |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0513342A true JPH0513342A (ja) | 1993-01-22 |
Family
ID=15451730
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3148391A Withdrawn JPH0513342A (ja) | 1991-06-20 | 1991-06-20 | 半導体ダイヤモンド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0513342A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005034164A1 (ja) * | 2003-09-30 | 2005-04-14 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | 電子放出素子 |
| JP2006512270A (ja) * | 2002-12-24 | 2006-04-13 | アポロ ダイアモンド，インコーポレイティド | 調整可能なｃｖｄダイアモンド構造体 |
| CN100401529C (zh) * | 2003-12-12 | 2008-07-09 | 株式会社神户制钢所 | 金刚石半导体器件及其制造方法 |
| JP2008179505A (ja) * | 2007-01-24 | 2008-08-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ダイヤモンド単結晶基板及び、その製造方法 |
| GB2497881A (en) * | 2010-12-23 | 2013-06-26 | Element Six Ltd | Controlling doping of synthetic diamond material |
| US8859058B2 (en) | 2010-12-23 | 2014-10-14 | Element Six Limited | Microwave plasma reactors and substrates for synthetic diamond manufacture |
| US8955456B2 (en) | 2010-12-23 | 2015-02-17 | Element Six Limited | Microwave plasma reactor for manufacturing synthetic diamond material |
| US9142389B2 (en) | 2010-12-23 | 2015-09-22 | Element Six Technologies Limited | Microwave power delivery system for plasma reactors |
| US9410242B2 (en) | 2010-12-23 | 2016-08-09 | Element Six Technologies Limited | Microwave plasma reactor for manufacturing synthetic diamond material |
| US9637838B2 (en) | 2010-12-23 | 2017-05-02 | Element Six Limited | Methods of manufacturing synthetic diamond material by microwave plasma enhanced chemical vapor deposition from a microwave generator and gas inlet(s) disposed opposite the growth surface area |
| US10403477B2 (en) | 2010-12-23 | 2019-09-03 | Element Six Technologies Limited | Microwave plasma reactor for manufacturing synthetic diamond material |
| US11371147B2 (en) | 2010-12-23 | 2022-06-28 | Element Six Technologies Limited | Microwave plasma reactor for manufacturing synthetic diamond material |
-
1991
- 1991-06-20 JP JP3148391A patent/JPH0513342A/ja not_active Withdrawn
Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006512270A (ja) * | 2002-12-24 | 2006-04-13 | アポロ ダイアモンド，インコーポレイティド | 調整可能なｃｖｄダイアモンド構造体 |
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| JPWO2005034164A1 (ja) * | 2003-09-30 | 2007-11-22 | 住友電気工業株式会社 | 電子放出素子 |
| US7307377B2 (en) | 2003-09-30 | 2007-12-11 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Electron emitting device with projection comprising base portion and electron emission portion |
| US7710013B2 (en) | 2003-09-30 | 2010-05-04 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Electron emitting device with projection comprising base portion and electron emission portion |
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| CN100401529C (zh) * | 2003-12-12 | 2008-07-09 | 株式会社神户制钢所 | 金刚石半导体器件及其制造方法 |
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| US9142389B2 (en) | 2010-12-23 | 2015-09-22 | Element Six Technologies Limited | Microwave power delivery system for plasma reactors |
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| US11371147B2 (en) | 2010-12-23 | 2022-06-28 | Element Six Technologies Limited | Microwave plasma reactor for manufacturing synthetic diamond material |
| US11488805B2 (en) | 2010-12-23 | 2022-11-01 | Element Six Technologies Limited | Microwave plasma reactor for manufacturing synthetic diamond material |
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