JPH0922880A - ダイヤモンドへの整流電極の形成方法 - Google Patents
ダイヤモンドへの整流電極の形成方法Info
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- JPH0922880A JPH0922880A JP17244695A JP17244695A JPH0922880A JP H0922880 A JPH0922880 A JP H0922880A JP 17244695 A JP17244695 A JP 17244695A JP 17244695 A JP17244695 A JP 17244695A JP H0922880 A JPH0922880 A JP H0922880A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高温環境であっても安定して作動する半導体
ダイヤモンドからなる電子デバイスのダイヤモンドへの
整流電極の形成方法を提供する。 【構成】 先ず、酸素終端したダイヤモンド上に酸素を
ゲッタリングする金属を蒸着して電極を形成する。その
後、３００℃以上の温度で１分間以上保持する熱処理を
行う。前記電極用金属は電気陰性度が１．８以下であ
り、例えばＭｇ、Ｈｆ又はＺｒを使用することができ
る。また、前記ダイヤモンドはホウ素をドーピングした
半導体ダイヤモンドであるが、この半導体ダイヤモンド
とアンドープダイヤモンドを積層したものとすることが
できる。
ダイヤモンドからなる電子デバイスのダイヤモンドへの
整流電極の形成方法を提供する。 【構成】 先ず、酸素終端したダイヤモンド上に酸素を
ゲッタリングする金属を蒸着して電極を形成する。その
後、３００℃以上の温度で１分間以上保持する熱処理を
行う。前記電極用金属は電気陰性度が１．８以下であ
り、例えばＭｇ、Ｈｆ又はＺｒを使用することができ
る。また、前記ダイヤモンドはホウ素をドーピングした
半導体ダイヤモンドであるが、この半導体ダイヤモンド
とアンドープダイヤモンドを積層したものとすることが
できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は整流素子、発光素子、ト
ランジスタ又はセンサ等のダイヤモンドを使用したダイ
ヤモンド半導体電子デバイスを製造する場合に好適のダ
イヤモンドへの整流電極の形成方法に関する。
ランジスタ又はセンサ等のダイヤモンドを使用したダイ
ヤモンド半導体電子デバイスを製造する場合に好適のダ
イヤモンドへの整流電極の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ダイヤモンドは、そのバンドギャップが
大きく（５．５ｅＶ）、高い絶縁破壊電界強度（１０7
Ｖ／ｃｍ）を有する。また、ダイヤモンドは熱伝導率が
従来の半導体材料に比して高いため、高温又は放射線下
等の過酷な使用環境においても動作可能な電子デバイス
としての応用が期待されている。
大きく（５．５ｅＶ）、高い絶縁破壊電界強度（１０7
Ｖ／ｃｍ）を有する。また、ダイヤモンドは熱伝導率が
従来の半導体材料に比して高いため、高温又は放射線下
等の過酷な使用環境においても動作可能な電子デバイス
としての応用が期待されている。
【０００３】電子デバイスとしてダイヤモンドを使用す
る場合には、ダイヤモンド上にオーミック電極及び整流
性電極を再現性よく形成することが重要である。オーミ
ック特性を有する電極を形成することは、イオン注入に
よってダイヤモンドの表面に高濃度のｐ型半導体層を形
成すること等により可能である。しかし、ダイヤモンド
上に良好な整流特性を有する電極を形成することは困難
であり、如何にしてこのような電極を形成するかが大き
な課題となっている。
る場合には、ダイヤモンド上にオーミック電極及び整流
性電極を再現性よく形成することが重要である。オーミ
ック特性を有する電極を形成することは、イオン注入に
よってダイヤモンドの表面に高濃度のｐ型半導体層を形
成すること等により可能である。しかし、ダイヤモンド
上に良好な整流特性を有する電極を形成することは困難
であり、如何にしてこのような電極を形成するかが大き
な課題となっている。
【０００４】ところで、金属と半導体ダイヤモンドとを
接合（以下、「金属／ダイヤモンド接合」という）する
場合に、ダイヤモンドの表面を化学洗浄によって酸素終
端させておくことにより、金属電極の品種によらず、そ
の金属／ダイヤモンド接合は整流特性を有するものにな
るという報告がある（文献１：Y.Mori,H.Kawarada and
A.Hiraki, Appl.Phys.Lett.58,940(1991)）。これは、
ダイヤモンドの表面を酸素終端すると、ダイヤモンドの
表面準位密度が高くなり、フェルミ準位をピニングする
からであると説明されている。
接合（以下、「金属／ダイヤモンド接合」という）する
場合に、ダイヤモンドの表面を化学洗浄によって酸素終
端させておくことにより、金属電極の品種によらず、そ
の金属／ダイヤモンド接合は整流特性を有するものにな
るという報告がある（文献１：Y.Mori,H.Kawarada and
A.Hiraki, Appl.Phys.Lett.58,940(1991)）。これは、
ダイヤモンドの表面を酸素終端すると、ダイヤモンドの
表面準位密度が高くなり、フェルミ準位をピニングする
からであると説明されている。
【０００５】また、このような酸素終端した半導体ダイ
ヤモンドと金属とを接合する場合には、整流特性を得る
ことはできるものの、金属と半導体との接合における性
能指数であるｎ値は１を大きく上回り、優れた金属／ダ
イヤモンド接合を形成することができない。そこで、特
性が優れた金属／ダイヤモンド接合を形成するために、
ダイヤモンドの表面を水素終端することが提案されてい
る（文献２：H.Kawarada,M.Aoki,H.Sasaki and Tsugaw
a,Diamond and Related Materials 3,961(1994)）。ダ
イヤモンドの表面を水素終端すると、表面準位密度が低
下して、フェルミ準位のピニングが解除されるため、金
属とダイヤモンドとの界面で形成される障壁は、金属の
仕事関数（電気陰性度）に大きく依存するようになる。
この場合に、電気陰性度が小さい金属を使用して金属／
ダイヤモンド接合を形成すると、図１に示すように、ｎ
値は理論値である１に近づき、優れた整流特性を得るこ
とができる。
ヤモンドと金属とを接合する場合には、整流特性を得る
ことはできるものの、金属と半導体との接合における性
能指数であるｎ値は１を大きく上回り、優れた金属／ダ
イヤモンド接合を形成することができない。そこで、特
性が優れた金属／ダイヤモンド接合を形成するために、
ダイヤモンドの表面を水素終端することが提案されてい
る（文献２：H.Kawarada,M.Aoki,H.Sasaki and Tsugaw
a,Diamond and Related Materials 3,961(1994)）。ダ
イヤモンドの表面を水素終端すると、表面準位密度が低
下して、フェルミ準位のピニングが解除されるため、金
属とダイヤモンドとの界面で形成される障壁は、金属の
仕事関数（電気陰性度）に大きく依存するようになる。
この場合に、電気陰性度が小さい金属を使用して金属／
ダイヤモンド接合を形成すると、図１に示すように、ｎ
値は理論値である１に近づき、優れた整流特性を得るこ
とができる。
【０００６】なお、ｎ値は、ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：
絶対温度、ｑ：素電荷、Ｉ：電流、Ｖ：電圧とし、ｌｎ
を自然対数とすると、下記数式１で定義される。
絶対温度、ｑ：素電荷、Ｉ：電流、Ｖ：電圧とし、ｌｎ
を自然対数とすると、下記数式１で定義される。
【０００７】
【数１】ｎ＝（ｑ／ｋＴ）・｛∂Ｖ／∂（ｌｎＩ）｝
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、表面を
水素終端したダイヤモンドではフェルミ準位のピニング
が解除され、理想的な金属／ダイヤモンド整流接合を形
成することができる。しかしながら、ダイヤモンド表面
の水素は、大気中において３５０〜４００℃の温度によ
る熱処理によって、その表面から脱離し、これらの水素
が酸素に置換され、ダイヤモンドの表面は極めて不安定
な状態となる（無機材質研究所研究報告書第８０号、第
３５頁）。
水素終端したダイヤモンドではフェルミ準位のピニング
が解除され、理想的な金属／ダイヤモンド整流接合を形
成することができる。しかしながら、ダイヤモンド表面
の水素は、大気中において３５０〜４００℃の温度によ
る熱処理によって、その表面から脱離し、これらの水素
が酸素に置換され、ダイヤモンドの表面は極めて不安定
な状態となる（無機材質研究所研究報告書第８０号、第
３５頁）。
【０００９】現在、ダイヤモンドが最も期待されている
応用分野の一つには、高温環境において動作可能な半導
体デバイスの分野があり、高温での整流接合の形成も必
要であるが、上述したように高温動作と水素終端された
ダイヤモンドとは、３５０℃付近を境界として両立する
ことができないという難点がある。
応用分野の一つには、高温環境において動作可能な半導
体デバイスの分野があり、高温での整流接合の形成も必
要であるが、上述したように高温動作と水素終端された
ダイヤモンドとは、３５０℃付近を境界として両立する
ことができないという難点がある。
【００１０】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、高温環境であっても安定して動作可能な電
子デバイスの製造を可能とするダイヤモンドへの整流電
極の形成方法を提供することを目的とする。
のであって、高温環境であっても安定して動作可能な電
子デバイスの製造を可能とするダイヤモンドへの整流電
極の形成方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明に係るダイヤモン
ドへの整流電極の形成方法は、酸素終端したダイヤモン
ド上に酸素をゲッタリングする金属を蒸着した後、３０
０℃以上の温度で１分間以上熱処理することを特徴とす
る。
ドへの整流電極の形成方法は、酸素終端したダイヤモン
ド上に酸素をゲッタリングする金属を蒸着した後、３０
０℃以上の温度で１分間以上熱処理することを特徴とす
る。
【００１２】また、前記ダイヤモンドはホウ素をドーピ
ングした半導体ダイヤモンド、又はアンドープダイヤモ
ンドと半導体ダイヤモンドとを積層したものであること
が好ましい。
ングした半導体ダイヤモンド、又はアンドープダイヤモ
ンドと半導体ダイヤモンドとを積層したものであること
が好ましい。
【００１３】更に、前記金属の電気陰性度が１．８以下
であることが好ましく、そのような金属として、Ｍｇ、
Ｈｆ又はＺｒがある。
であることが好ましく、そのような金属として、Ｍｇ、
Ｈｆ又はＺｒがある。
【００１４】
【作用】本発明においては、ダイヤモンドの表面を酸素
終端させて、その上に電極として酸素をゲッタリングす
る金属を蒸着する。酸素終端したダイヤモンドの場合
は、その上に金属を形成すると、この金属／ダイヤモン
ド接合は、厳密には、金属とダイヤモンドとの間に、ダ
イヤモンド表面に吸着した吸着酸素が存在する金属／吸
着酸素／ダイヤモンド接合になる。この吸着酸素は単原
子層程度で存在すると考えられるが、この吸着酸素によ
り、金属と半導体ダイヤモンドとの間の電荷の授受はス
ムーズには起こらない。これは、この吸着酸素が金属電
極の形成時において、金属とダイヤモンドとの間の電荷
の授受を妨害するからである。このため、電気陰性度が
互いに大きく異なる金属を使用しても、一定の障壁が形
成されてしまう。
終端させて、その上に電極として酸素をゲッタリングす
る金属を蒸着する。酸素終端したダイヤモンドの場合
は、その上に金属を形成すると、この金属／ダイヤモン
ド接合は、厳密には、金属とダイヤモンドとの間に、ダ
イヤモンド表面に吸着した吸着酸素が存在する金属／吸
着酸素／ダイヤモンド接合になる。この吸着酸素は単原
子層程度で存在すると考えられるが、この吸着酸素によ
り、金属と半導体ダイヤモンドとの間の電荷の授受はス
ムーズには起こらない。これは、この吸着酸素が金属電
極の形成時において、金属とダイヤモンドとの間の電荷
の授受を妨害するからである。このため、電気陰性度が
互いに大きく異なる金属を使用しても、一定の障壁が形
成されてしまう。
【００１５】一方、ダイヤモンドの表面を水素終端した
場合も、厳密には金属、吸着水素及びダイヤモンドがこ
の順に接合（以下、「金属／吸着水素／ダイヤモンド接
合」という）されるが、この場合には文献２の実験結果
を考察すると、この吸着水素は金属とダイヤモンドとの
間で、電荷の授受の妨げとならず、優れた金属／半導体
ダイヤモンド接合が形成され、金属と半導体との間で生
じる障壁の高さは金属電極の電気陰性度に大きく依存す
る。しかし、この水素終端されたダイヤモンドは前述の
如く高温で不安定であるという欠点がある。
場合も、厳密には金属、吸着水素及びダイヤモンドがこ
の順に接合（以下、「金属／吸着水素／ダイヤモンド接
合」という）されるが、この場合には文献２の実験結果
を考察すると、この吸着水素は金属とダイヤモンドとの
間で、電荷の授受の妨げとならず、優れた金属／半導体
ダイヤモンド接合が形成され、金属と半導体との間で生
じる障壁の高さは金属電極の電気陰性度に大きく依存す
る。しかし、この水素終端されたダイヤモンドは前述の
如く高温で不安定であるという欠点がある。
【００１６】そこで、本発明では、酸素をゲッタリング
しやすく、酸素との反応性が高い金属を電極としてダイ
ヤモンド上に蒸着し、熱処理を施す。これにより、酸素
との反応性が強い金属と吸着酸素との間で反応が生じ、
酸素が金属内に拡散していく。このため、金属とダイヤ
モンドとの間で電荷の授受を妨害していた酸素原子層が
なくなり、理想的な金属／ダイヤモンド接合が形成さ
れ、自由に電荷の授受が行われるようになる。従って、
フェルミ準位のピニングは解除され、金属と半導体ダイ
ヤモンドとの間で形成される障壁高さは、金属電極の電
気陰性度に依存することとなる。
しやすく、酸素との反応性が高い金属を電極としてダイ
ヤモンド上に蒸着し、熱処理を施す。これにより、酸素
との反応性が強い金属と吸着酸素との間で反応が生じ、
酸素が金属内に拡散していく。このため、金属とダイヤ
モンドとの間で電荷の授受を妨害していた酸素原子層が
なくなり、理想的な金属／ダイヤモンド接合が形成さ
れ、自由に電荷の授受が行われるようになる。従って、
フェルミ準位のピニングは解除され、金属と半導体ダイ
ヤモンドとの間で形成される障壁高さは、金属電極の電
気陰性度に依存することとなる。
【００１７】次に、本発明に係るダイヤモンドへの整流
電極の形成方法において、ダイヤモンド表面の終端の限
定理由及び熱処理条件の限定理由について説明する。
電極の形成方法において、ダイヤモンド表面の終端の限
定理由及び熱処理条件の限定理由について説明する。
【００１８】ダイヤモンド表面の終端：酸素終端 文献２で報告されているように、金属／吸着水素／ダイ
ヤモンド接合を有する電子デバイスは優れた整流特性を
有するものの、吸着水素が使用されると、その電子デバ
イスは電気的特性が不安定になるという欠点がある。つ
まり、ダイヤモンドの表面に吸着した水素は、大気中に
おいて３５０℃の温度までは安定しているが、４００℃
を超えると水素がダイヤモンドの表面から脱離し、酸素
と置換反応を起こしてしまう。このため、電子デバイス
の電気的特性に大きな変化が現れる（H.Nakahata,T.Ima
i and N.Fujimori,in Diamond Materials,edited by K.
E.Spear et al.（The Electrochemical Society, Penni
ngton,NJ,1991）p.487参照）。従って、水素化したダイ
ヤモンドから形成した電子デバイスを、大気中において
４００℃以上の高温下で安定的に動作させることはでき
ない。
ヤモンド接合を有する電子デバイスは優れた整流特性を
有するものの、吸着水素が使用されると、その電子デバ
イスは電気的特性が不安定になるという欠点がある。つ
まり、ダイヤモンドの表面に吸着した水素は、大気中に
おいて３５０℃の温度までは安定しているが、４００℃
を超えると水素がダイヤモンドの表面から脱離し、酸素
と置換反応を起こしてしまう。このため、電子デバイス
の電気的特性に大きな変化が現れる（H.Nakahata,T.Ima
i and N.Fujimori,in Diamond Materials,edited by K.
E.Spear et al.（The Electrochemical Society, Penni
ngton,NJ,1991）p.487参照）。従って、水素化したダイ
ヤモンドから形成した電子デバイスを、大気中において
４００℃以上の高温下で安定的に動作させることはでき
ない。
【００１９】一方、本発明方法においては、ダイヤモン
ド表面の終端を酸素終端とするので、大気中において４
００℃以上の高温環境でも、水素から酸素への置換反応
は起こらないため、電子デバイスを安定して動作させる
ことができる。
ド表面の終端を酸素終端とするので、大気中において４
００℃以上の高温環境でも、水素から酸素への置換反応
は起こらないため、電子デバイスを安定して動作させる
ことができる。
【００２０】熱処理温度：３００℃以上 熱処理温度は、電極が酸素をゲッタリングする効果に影
響を与える。即ち、酸素と最も反応性が高いと考えられ
るＭｇ電極の場合には、３００℃より低い温度で熱処理
しても、ゲッタリングの効果を得ることができない。従
って、熱処理温度は３００℃以上とする。
響を与える。即ち、酸素と最も反応性が高いと考えられ
るＭｇ電極の場合には、３００℃より低い温度で熱処理
しても、ゲッタリングの効果を得ることができない。従
って、熱処理温度は３００℃以上とする。
【００２１】熱処理時間：１分間以上 また、熱処理時間が１分間未満であると、低温度での熱
処理と同様に、電極がゲッタリングの効果を得ることが
できない。従って熱処理時間は１分間以上とする。な
お、熱処理手法としてＲＴＡ（Rapid Thermal anneal）
が広く利用されており、急速ランプ加熱により最短で１
分間程度の熱処理を施すことができる。
処理と同様に、電極がゲッタリングの効果を得ることが
できない。従って熱処理時間は１分間以上とする。な
お、熱処理手法としてＲＴＡ（Rapid Thermal anneal）
が広く利用されており、急速ランプ加熱により最短で１
分間程度の熱処理を施すことができる。
【００２２】また、金属／吸着酸素／ダイヤモンド接合
において、ダイヤモンド表面のフェルミ準位は金属を蒸
着する前に一定の位置に固定され、バンドが曲がってい
る。このため、ダイヤモンド上に蒸着される金属の種類
によらず、同じ障壁高さが得られ、整流特性も同一にな
る。しかし、上述のように、熱処理を施すことにより、
フェルミ準位のピニングが解除される。なお、ｐ型ダイ
ヤモンドの場合において、金属とダイヤモンドとの間で
生じる障壁高さφBPは、下記数式２で表すことができ
る。
において、ダイヤモンド表面のフェルミ準位は金属を蒸
着する前に一定の位置に固定され、バンドが曲がってい
る。このため、ダイヤモンド上に蒸着される金属の種類
によらず、同じ障壁高さが得られ、整流特性も同一にな
る。しかし、上述のように、熱処理を施すことにより、
フェルミ準位のピニングが解除される。なお、ｐ型ダイ
ヤモンドの場合において、金属とダイヤモンドとの間で
生じる障壁高さφBPは、下記数式２で表すことができ
る。
【００２３】
【数２】φBP＝ｑχ＋Ｅg−ｑφm 但し、ｑは素電荷、χは半導体の電子親和力、Ｅgは半
導体のバンドギャップ、φmは金属の仕事関数である。
導体のバンドギャップ、φmは金属の仕事関数である。
【００２４】この数式２に示すように、より小さな仕事
関数を有する金属を使用することにより、大きな障壁高
さを得ることができ、逆方向のリーク電流を抑制して、
フェルミ準位がピニングされていた場合より優れた整流
特性を得ることができる。
関数を有する金属を使用することにより、大きな障壁高
さを得ることができ、逆方向のリーク電流を抑制して、
フェルミ準位がピニングされていた場合より優れた整流
特性を得ることができる。
【００２５】次に、電気陰性度の限定理由について説明
する。
する。
【００２６】電気陰性度：１．８以下 酸素吸着によりフェルミ準位がピニングされた時より、
優れた整流特性を得るには、電気陰性度が１．８以下の
金属を使用することが好ましい。特に、酸素を吸着しや
すく、電気陰性度が１．２と小さいＭｇを電極として金
属／ダイヤモンド接合を形成すると、大気中において４
００℃以上の高温であってもリーク電流が小さく安定し
た整流素子を得ることができる。
優れた整流特性を得るには、電気陰性度が１．８以下の
金属を使用することが好ましい。特に、酸素を吸着しや
すく、電気陰性度が１．２と小さいＭｇを電極として金
属／ダイヤモンド接合を形成すると、大気中において４
００℃以上の高温であってもリーク電流が小さく安定し
た整流素子を得ることができる。
【００２７】なお、Ｍｇ電極の大気中高温での酸化を防
止するために、酸化防止キャップ層として、Ｐｔ又はＡ
ｕ等を使用することも、安定した整流素子を得るために
有効である。また、Ｍｇと同様の特性を有するＺｒ又は
ＨｆをＭｇの替わりに電極として使用することもでき
る。
止するために、酸化防止キャップ層として、Ｐｔ又はＡ
ｕ等を使用することも、安定した整流素子を得るために
有効である。また、Ｍｇと同様の特性を有するＺｒ又は
ＨｆをＭｇの替わりに電極として使用することもでき
る。
【００２８】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【００２９】第１実施例 平均粒径が１／４μｍのダイヤモンドペーストを使用し
て、１時間の機械研磨を施したｐ型低抵抗Ｓｉ（１１
１）基板（比抵抗：０．１Ωｃｍ以下、横２ｃｍ×縦１
ｃｍ）上に、マイクロ波プラズマＣＶＤ法によりＢをド
ーピングし、厚さが２μｍのＢドープ多結晶ダイヤモン
ド薄膜を形成した。このダイヤモンド薄膜の合成に使用
した原料ガスは、メタン：０．５％及び水素：９９．５
％であり、ドーピングガスとしてジボランを添加した。
また、前記薄膜の形成時におけるガス中のＢ／Ｃ比を２
０ｐｐｍに固定した。なお、前記ダイヤモンド薄膜中に
おける原子Ｂの密度を二次イオン質量分析により分析し
た結果、１．５×１０18ｃｍ-3であった。また、前記ダ
イヤモンド薄膜の形成における総ガス流量、ガス圧力及
び基板温度は夫々１００ｓｃｃｍ、３５Ｔｏｒｒ及び８
００℃とした。
て、１時間の機械研磨を施したｐ型低抵抗Ｓｉ（１１
１）基板（比抵抗：０．１Ωｃｍ以下、横２ｃｍ×縦１
ｃｍ）上に、マイクロ波プラズマＣＶＤ法によりＢをド
ーピングし、厚さが２μｍのＢドープ多結晶ダイヤモン
ド薄膜を形成した。このダイヤモンド薄膜の合成に使用
した原料ガスは、メタン：０．５％及び水素：９９．５
％であり、ドーピングガスとしてジボランを添加した。
また、前記薄膜の形成時におけるガス中のＢ／Ｃ比を２
０ｐｐｍに固定した。なお、前記ダイヤモンド薄膜中に
おける原子Ｂの密度を二次イオン質量分析により分析し
た結果、１．５×１０18ｃｍ-3であった。また、前記ダ
イヤモンド薄膜の形成における総ガス流量、ガス圧力及
び基板温度は夫々１００ｓｃｃｍ、３５Ｔｏｒｒ及び８
００℃とした。
【００３０】このようにしてＳｉ基板上にダイヤモンド
薄膜を形成した後、これを真空中において、８５０℃の
温度で３０分間保持する熱処理を施した。その後、クロ
ム酸＋硫酸混酸洗浄、王水洗浄及びＲＣＡ洗浄を順に行
った。以下、前記ダイヤモンド薄膜の形成後における熱
処理及び洗浄処理を「処理１」とし、またダイヤモンド
薄膜を形成したＳｉ基板を供試材として説明する。この
処理により、ダイヤモンド薄膜の表面における非ダイヤ
モンド成分を除去して、表面を酸素終端することができ
る。
薄膜を形成した後、これを真空中において、８５０℃の
温度で３０分間保持する熱処理を施した。その後、クロ
ム酸＋硫酸混酸洗浄、王水洗浄及びＲＣＡ洗浄を順に行
った。以下、前記ダイヤモンド薄膜の形成後における熱
処理及び洗浄処理を「処理１」とし、またダイヤモンド
薄膜を形成したＳｉ基板を供試材として説明する。この
処理により、ダイヤモンド薄膜の表面における非ダイヤ
モンド成分を除去して、表面を酸素終端することができ
る。
【００３１】このような処理を施した後、供試材を２分
割して、一方はそのまま保存し、他方をマイクロ波プラ
ズマＣＶＤ装置を使用して、水素プラズマ中に曝した
（水素プラズマ処理）。なお、このときの処理条件は、
水素：１００％、ガス圧力：３５Ｔｏｒｒ及び時間：２
分間とした。また、基板温度は７８０〜８００℃とし
た。以下、処理１を施した後にこのような水素プラズマ
処理を施す処理を「処理１＋２」とする。
割して、一方はそのまま保存し、他方をマイクロ波プラ
ズマＣＶＤ装置を使用して、水素プラズマ中に曝した
（水素プラズマ処理）。なお、このときの処理条件は、
水素：１００％、ガス圧力：３５Ｔｏｒｒ及び時間：２
分間とした。また、基板温度は７８０〜８００℃とし
た。以下、処理１を施した後にこのような水素プラズマ
処理を施す処理を「処理１＋２」とする。
【００３２】図２は、縦軸に輝度をとり、横軸に結合エ
ネルギーをとって、ダイヤモンド薄膜表面におけるＸ線
光電子分光法（ＸＰＳ）スペクトルを示すグラフ図であ
り、グラフ線図（ａ）は処理１、グラフ線図（ｂ）は処
理１＋２を施した場合のスペクトルである。この図２に
示すように、処理１のダイヤモンド表面において、炭素
のバンドと共に、酸素のバンドを観測することができ、
処理１によってダイヤモンドの表面が酸素終端されたこ
とがわかる。一方、処理１＋２のダイヤモンド表面にお
いて、炭素以外のバンドを観測することができず、処理
１＋２によってダイヤモンドの表面が水素プラズマで還
元され、酸素終端から水素終端に変化したことがわか
る。
ネルギーをとって、ダイヤモンド薄膜表面におけるＸ線
光電子分光法（ＸＰＳ）スペクトルを示すグラフ図であ
り、グラフ線図（ａ）は処理１、グラフ線図（ｂ）は処
理１＋２を施した場合のスペクトルである。この図２に
示すように、処理１のダイヤモンド表面において、炭素
のバンドと共に、酸素のバンドを観測することができ、
処理１によってダイヤモンドの表面が酸素終端されたこ
とがわかる。一方、処理１＋２のダイヤモンド表面にお
いて、炭素以外のバンドを観測することができず、処理
１＋２によってダイヤモンドの表面が水素プラズマで還
元され、酸素終端から水素終端に変化したことがわか
る。
【００３３】このようにして、酸素終端及び水素終端し
た２つの供試材において、夫々半導体ダイヤモンド薄膜
の表面にフォトリソグラフィーを使用して、直径１００
μｍ、厚さ２０００Åの電極用Ｍｇ層を蒸着によって形
成し、またＳｉ基板の裏面に銀ペーストによってオーミ
ック電極を形成した。以下、これらの電極を形成した供
試材を供試ダイオードという。
た２つの供試材において、夫々半導体ダイヤモンド薄膜
の表面にフォトリソグラフィーを使用して、直径１００
μｍ、厚さ２０００Åの電極用Ｍｇ層を蒸着によって形
成し、またＳｉ基板の裏面に銀ペーストによってオーミ
ック電極を形成した。以下、これらの電極を形成した供
試材を供試ダイオードという。
【００３４】そして、２つの供試ダイオードを大気中３
００℃の温度で１分間熱処理した後、室温で電流−電圧
特性の変化を測定した。
００℃の温度で１分間熱処理した後、室温で電流−電圧
特性の変化を測定した。
【００３５】図３及び４は、いずれも縦軸に電流をと
り、横軸に電圧をとって、夫々水素終端及び酸素終端し
た供試ダイオードの前記熱処理前後の電流−電圧特性を
示すグラフ図である。
り、横軸に電圧をとって、夫々水素終端及び酸素終端し
た供試ダイオードの前記熱処理前後の電流−電圧特性を
示すグラフ図である。
【００３６】この熱処理を施す前に上述した処理１又は
処理１＋２を夫々施した２つの供試ダイオードの整流特
性を比較すると、図３及び４に示すように、水素終端し
た供試ダイオードの整流比が酸素終端した供試ダイオー
ドより約２桁優れている。しかし、水素終端した供試ダ
イオードを３００℃の温度で熱処理すると、その前後の
整流特性については、図３に示すように、整流特性の変
化は殆ど観測できなかったが、酸素終端した供試ダイオ
ードは、図４に示すように、熱処理後の逆方向のリーク
電流値が約２桁減少して、整流特性が向上した。
処理１＋２を夫々施した２つの供試ダイオードの整流特
性を比較すると、図３及び４に示すように、水素終端し
た供試ダイオードの整流比が酸素終端した供試ダイオー
ドより約２桁優れている。しかし、水素終端した供試ダ
イオードを３００℃の温度で熱処理すると、その前後の
整流特性については、図３に示すように、整流特性の変
化は殆ど観測できなかったが、酸素終端した供試ダイオ
ードは、図４に示すように、熱処理後の逆方向のリーク
電流値が約２桁減少して、整流特性が向上した。
【００３７】また、図３及び４に示すように、酸素終端
した供試ダイオードの熱処理後の整流特性は、水素終端
した供試ダイオードの特性と一致している。このこと
は、熱処理によって酸素によるフェルミ準位のピニング
が解除されたことを示している。これにより、水素終端
したダイヤモンドを使用せずに、水素で終端した場合と
同様の優れた整流特性を有するダイオード得ることがで
きた。
した供試ダイオードの熱処理後の整流特性は、水素終端
した供試ダイオードの特性と一致している。このこと
は、熱処理によって酸素によるフェルミ準位のピニング
が解除されたことを示している。これにより、水素終端
したダイヤモンドを使用せずに、水素で終端した場合と
同様の優れた整流特性を有するダイオード得ることがで
きた。
【００３８】なお、熱処理後に２つの供試ダイオードを
大気中において、４５０℃の温度まで昇温すると、水素
終端した供試ダイオードの整流特性は消失したが、酸素
終端した供試ダイオードの整流特性は維持され、そのダ
イオードは安定した動作が可能であった。
大気中において、４５０℃の温度まで昇温すると、水素
終端した供試ダイオードの整流特性は消失したが、酸素
終端した供試ダイオードの整流特性は維持され、そのダ
イオードは安定した動作が可能であった。
【００３９】第２実施例 ２枚の天然単結晶ダイヤモンド（ＴｙｐｅＩＩａ（１０
０）面方位）上に、マイクロ波プラズマＣＶＤ法を使用
して、Ｂをドーピングしたダイヤモンド薄膜を、その厚
さが２μｍとなるようにホモエピタキシャル成長させ
た。このダイヤモンド薄膜形成時の条件は上述した第１
実施例と同様であるが、２次核の発生を抑制するため
に、成膜を開始する前に、５分間の水素プラズマ処理を
施した。その後、２枚の供試材に、上述した第１実施例
と同様に夫々「処理１」及び「処理１＋２」を施し、ド
ーナツ状のフォトレジストマスク（内径：１００μｍ、
外径：３００μｍ）を形成した後、電極用のＭｇ層（２
０００Å）を前記ダイヤモンド薄膜上に蒸着して、ショ
ットキー接合及びオーミック電極を形成した。そして、
フォトレジストマスク上の不要なＭｇ層をリフトオフに
より除去して、Ｍｇ電極をパターニングした。
０）面方位）上に、マイクロ波プラズマＣＶＤ法を使用
して、Ｂをドーピングしたダイヤモンド薄膜を、その厚
さが２μｍとなるようにホモエピタキシャル成長させ
た。このダイヤモンド薄膜形成時の条件は上述した第１
実施例と同様であるが、２次核の発生を抑制するため
に、成膜を開始する前に、５分間の水素プラズマ処理を
施した。その後、２枚の供試材に、上述した第１実施例
と同様に夫々「処理１」及び「処理１＋２」を施し、ド
ーナツ状のフォトレジストマスク（内径：１００μｍ、
外径：３００μｍ）を形成した後、電極用のＭｇ層（２
０００Å）を前記ダイヤモンド薄膜上に蒸着して、ショ
ットキー接合及びオーミック電極を形成した。そして、
フォトレジストマスク上の不要なＭｇ層をリフトオフに
より除去して、Ｍｇ電極をパターニングした。
【００４０】その後、金属／ダイヤモンド接合の電流−
電圧特性を室温で測定した。また、大気中において、３
００℃の温度で１分間熱処理した後についても室温で電
流−電圧特性の変化を測定した。図５及び６は、いずれ
も縦軸に電流をとり、横軸に電圧をとって、夫々水素終
端及び酸素終端した供試ダイオードの前記熱処理前後の
電流−電圧特性を示すグラフ図である。
電圧特性を室温で測定した。また、大気中において、３
００℃の温度で１分間熱処理した後についても室温で電
流−電圧特性の変化を測定した。図５及び６は、いずれ
も縦軸に電流をとり、横軸に電圧をとって、夫々水素終
端及び酸素終端した供試ダイオードの前記熱処理前後の
電流−電圧特性を示すグラフ図である。
【００４１】この熱処理を施す前に、上述した処理１又
は処理１＋２を夫々施した２つの供試ダイオードの整流
特性を比較すると、図５及び６に示すように、水素終端
した供試ダイオードの整流比が酸素終端した供試ダイオ
ードより約２桁優れている。しかし、水素終端した供試
ダイオードを３００℃の温度で熱処理すると、その前後
の整流特性については、図５に示すように、整流特性の
変化は殆ど観測できなかったが、酸素終端した供試ダイ
オードは、図６に示すように、熱処理後の逆方向のリー
ク電流値が約２桁減少して、整流特性が向上した。
は処理１＋２を夫々施した２つの供試ダイオードの整流
特性を比較すると、図５及び６に示すように、水素終端
した供試ダイオードの整流比が酸素終端した供試ダイオ
ードより約２桁優れている。しかし、水素終端した供試
ダイオードを３００℃の温度で熱処理すると、その前後
の整流特性については、図５に示すように、整流特性の
変化は殆ど観測できなかったが、酸素終端した供試ダイ
オードは、図６に示すように、熱処理後の逆方向のリー
ク電流値が約２桁減少して、整流特性が向上した。
【００４２】なお、図５及び６に示すように、酸素終端
した供試ダイオードの熱処理後の整流特性は、水素終端
したダイオードの特性と極めて良く一致しており、この
ことは、熱処理によって酸素によるフェルミ準位のピニ
ングが解除されたことを示している。
した供試ダイオードの熱処理後の整流特性は、水素終端
したダイオードの特性と極めて良く一致しており、この
ことは、熱処理によって酸素によるフェルミ準位のピニ
ングが解除されたことを示している。
【００４３】第３実施例 上述した第１実施例と同様のＳｉ基板を使用して、この
基板上に第１実施例と同様のダイヤモンド薄膜を形成し
た。このとき合成に使用した原料ガスはメタン：０．５
％及び水素：９９．５％であり、ドーピングガスとして
ジボランを添加した。また、前記ダイヤモンド薄膜の形
成時におけるガス中のＢ／Ｃ比を８００ｐｐｍに固定し
た。なお、前記ダイヤモンド薄膜中の原子Ｂの密度を二
次イオン質量分析により分析した結果、２×１０19ｃｍ
-3であった。また、前記薄膜の形成における総ガス流
量、ガス圧力及び基板温度は夫々１００ｓｃｃｍ、３５
Ｔｏｒｒ及び８００℃とした。
基板上に第１実施例と同様のダイヤモンド薄膜を形成し
た。このとき合成に使用した原料ガスはメタン：０．５
％及び水素：９９．５％であり、ドーピングガスとして
ジボランを添加した。また、前記ダイヤモンド薄膜の形
成時におけるガス中のＢ／Ｃ比を８００ｐｐｍに固定し
た。なお、前記ダイヤモンド薄膜中の原子Ｂの密度を二
次イオン質量分析により分析した結果、２×１０19ｃｍ
-3であった。また、前記薄膜の形成における総ガス流
量、ガス圧力及び基板温度は夫々１００ｓｃｃｍ、３５
Ｔｏｒｒ及び８００℃とした。
【００４４】次に、多結晶Ｂドープダイヤモンド薄膜上
に、ドーピングされていないダイヤモンド薄膜（以下、
「アンドープダイヤモンド薄膜」という）を０．４μｍ
積層した。このときの薄膜形成条件は、ジボランを添加
しなかったことを除いて、Ｂドープダイヤモンド薄膜を
形成した場合と同一である。このようにして製作した供
試材に上述した第１実施例と同様の処理１を施した。そ
の後、供試材を２分割して、一方はそのまま保存し、他
方をマイクロプラズマＣＶＤ装置を使用して、上述した
第１実施例と同様の処理１＋２を施した。
に、ドーピングされていないダイヤモンド薄膜（以下、
「アンドープダイヤモンド薄膜」という）を０．４μｍ
積層した。このときの薄膜形成条件は、ジボランを添加
しなかったことを除いて、Ｂドープダイヤモンド薄膜を
形成した場合と同一である。このようにして製作した供
試材に上述した第１実施例と同様の処理１を施した。そ
の後、供試材を２分割して、一方はそのまま保存し、他
方をマイクロプラズマＣＶＤ装置を使用して、上述した
第１実施例と同様の処理１＋２を施した。
【００４５】このようにして、酸素終端及び水素終端し
た２つの供試材において、半導体ダイヤモンド薄膜の表
面にフォトリソグラフィーを使用して、直径１００μ
ｍ、厚さ２０００Åの電極用のＭｇ層を蒸着によって形
成した。そして、Ｓｉ基板の裏面に銀ペーストによって
オーミック電極を形成し、金属、アンドープダイヤモン
ド及びＢドーピングダイヤモンドを接合した電流−電圧
特性を室温で測定した。
た２つの供試材において、半導体ダイヤモンド薄膜の表
面にフォトリソグラフィーを使用して、直径１００μ
ｍ、厚さ２０００Åの電極用のＭｇ層を蒸着によって形
成した。そして、Ｓｉ基板の裏面に銀ペーストによって
オーミック電極を形成し、金属、アンドープダイヤモン
ド及びＢドーピングダイヤモンドを接合した電流−電圧
特性を室温で測定した。
【００４６】そして、２つの供試ダイオードを大気中３
００℃の温度で１分間熱処理した後、室温で電流−電圧
特性の変化を測定した。
００℃の温度で１分間熱処理した後、室温で電流−電圧
特性の変化を測定した。
【００４７】図７及び８は、いずれも縦軸に電流をと
り、横軸に電圧をとって、夫々水素終端及び酸素終端し
た供試ダイオードの前記熱処理前後の電流−電圧特性を
示すグラフ図である。
り、横軸に電圧をとって、夫々水素終端及び酸素終端し
た供試ダイオードの前記熱処理前後の電流−電圧特性を
示すグラフ図である。
【００４８】この熱処理を施す前に上述した処理１及び
処理１＋２を夫々施した２つの供試ダイオードの整流特
性を比較すると、図７及び８に示すように、水素終端し
た供試ダイオードの整流比が酸素終端した供試ダイオー
ドより約２桁優れている。しかし、水素終端した供試ダ
イオードを３００℃の温度で熱処理すると、その前後の
整流特性については、図７に示すように、整流特性の変
化は殆ど観測できなかったが、酸素終端した供試ダイオ
ードは、図８に示すように、熱処理後の逆方向のリーク
電流値が約２桁減少して、整流特性が向上した。
処理１＋２を夫々施した２つの供試ダイオードの整流特
性を比較すると、図７及び８に示すように、水素終端し
た供試ダイオードの整流比が酸素終端した供試ダイオー
ドより約２桁優れている。しかし、水素終端した供試ダ
イオードを３００℃の温度で熱処理すると、その前後の
整流特性については、図７に示すように、整流特性の変
化は殆ど観測できなかったが、酸素終端した供試ダイオ
ードは、図８に示すように、熱処理後の逆方向のリーク
電流値が約２桁減少して、整流特性が向上した。
【００４９】なお、図７及び８に示すように、酸素終端
した供試ダイオードの熱処理後の整流特性は、水素終端
した供試ダイオードの特性と一致している。このこと
は、熱処理によって酸素によるフェルミ準位のピニング
が解除されたことを示している。
した供試ダイオードの熱処理後の整流特性は、水素終端
した供試ダイオードの特性と一致している。このこと
は、熱処理によって酸素によるフェルミ準位のピニング
が解除されたことを示している。
【００５０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
酸素終端したダイヤモンドに酸素をゲッタリングする金
属からなる電極を形成し、所定の熱処理を施すので、優
れた整流特性を有する金属／ダイヤモンド接合を形成す
ることができ、高温環境であっても安定した動作が可能
な電子デバイスを製造することができる。
酸素終端したダイヤモンドに酸素をゲッタリングする金
属からなる電極を形成し、所定の熱処理を施すので、優
れた整流特性を有する金属／ダイヤモンド接合を形成す
ることができ、高温環境であっても安定した動作が可能
な電子デバイスを製造することができる。
【図１】縦軸に電流をとり、横軸に順方向バイアスをと
って、点接触及び蒸着電極における電流−電圧特性を示
すグラフ図である。
って、点接触及び蒸着電極における電流−電圧特性を示
すグラフ図である。
【図２】縦軸に輝度をとり、横軸に結合エネルギーをと
って、ダイヤモンド薄膜表面におけるＸ線光電子分光法
（ＸＰＳ）スペクトルを示すグラフ図である。
って、ダイヤモンド薄膜表面におけるＸ線光電子分光法
（ＸＰＳ）スペクトルを示すグラフ図である。
【図３】縦軸に電流をとり、横軸に電圧をとって、水素
終端した場合の電流−電圧特性を示すグラフ図である。
終端した場合の電流−電圧特性を示すグラフ図である。
【図４】縦軸に電流をとり、横軸に電圧をとって、酸素
終端した場合の電流−電圧特性を示すグラフ図である。
終端した場合の電流−電圧特性を示すグラフ図である。
【図５】縦軸に電流をとり、横軸に電圧をとって、水素
終端した場合の電流−電圧特性を示すグラフ図である。
終端した場合の電流−電圧特性を示すグラフ図である。
【図６】縦軸に電流をとり、横軸に電圧をとって、酸素
終端した場合の電流−電圧特性を示すグラフ図である。
終端した場合の電流−電圧特性を示すグラフ図である。
【図７】縦軸に電流をとり、横軸に電圧をとって、水素
終端した場合の電流−電圧特性を示すグラフ図である。
終端した場合の電流−電圧特性を示すグラフ図である。
【図８】縦軸に電流をとり、横軸に電圧をとって、酸素
終端した場合の電流−電圧特性を示すグラフ図である。
終端した場合の電流−電圧特性を示すグラフ図である。
Claims (5)
- 【請求項１】 酸素終端したダイヤモンド上に酸素をゲ
ッタリングする金属を蒸着した後、３００℃以上の温度
で１分間以上熱処理することを特徴とするダイヤモンド
への整流電極の形成方法。 - 【請求項２】 前記ダイヤモンドはホウ素をドーピング
した半導体ダイヤモンドであることを特徴とする請求項
１に記載のダイヤモンドへの整流電極の形成方法。 - 【請求項３】 前記ダイヤモンドはアンドープダイヤモ
ンドと半導体ダイヤモンドとを積層したものであること
を特徴とする請求項１に記載のダイヤモンドへの整流電
極の形成方法。 - 【請求項４】 前記金属の電気陰性度は１．８以下であ
ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記
載のダイヤモンドへの整流電極の形成方法。 - 【請求項５】 前記金属はＭｇ、Ｈｆ及びＺｒからなる
群から選択された１種であることを特徴とする請求項１
乃至４のいずれか１項に記載のダイヤモンドへの整流電
極の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17244695A JP3729536B2 (ja) | 1995-07-07 | 1995-07-07 | ダイヤモンドへの整流電極の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17244695A JP3729536B2 (ja) | 1995-07-07 | 1995-07-07 | ダイヤモンドへの整流電極の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0922880A true JPH0922880A (ja) | 1997-01-21 |
| JP3729536B2 JP3729536B2 (ja) | 2005-12-21 |
Family
ID=15942139
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17244695A Expired - Fee Related JP3729536B2 (ja) | 1995-07-07 | 1995-07-07 | ダイヤモンドへの整流電極の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3729536B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007129610A1 (ja) * | 2006-05-10 | 2007-11-15 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | ダイヤモンド表面処理方法及びそのダイヤモンド薄膜を用いたデバイス |
| JP2009054640A (ja) * | 2007-08-23 | 2009-03-12 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 高出力ダイヤモンド半導体素子 |
| JP2009081393A (ja) * | 2007-09-27 | 2009-04-16 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 高出力ダイヤモンド半導体素子 |
| FR3004853A1 (fr) * | 2013-04-22 | 2014-10-24 | Centre Nat Rech Scient | Procede de fabrication d'une diode schottky sur un substrat en diamant |
-
1995
- 1995-07-07 JP JP17244695A patent/JP3729536B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007129610A1 (ja) * | 2006-05-10 | 2007-11-15 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | ダイヤモンド表面処理方法及びそのダイヤモンド薄膜を用いたデバイス |
| GB2452873A (en) * | 2006-05-10 | 2009-03-18 | Nat Inst Of Advanced Ind Scien | Method for diamond surface treatment, and device using thin film of diamond |
| GB2452873B (en) * | 2006-05-10 | 2011-12-28 | Nat Inst Of Advanced Ind Scien | Method for diamond surface treatment and device using thin fi lm of diamond |
| JP2009054640A (ja) * | 2007-08-23 | 2009-03-12 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 高出力ダイヤモンド半導体素子 |
| JP2009081393A (ja) * | 2007-09-27 | 2009-04-16 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 高出力ダイヤモンド半導体素子 |
| FR3004853A1 (fr) * | 2013-04-22 | 2014-10-24 | Centre Nat Rech Scient | Procede de fabrication d'une diode schottky sur un substrat en diamant |
| WO2014174192A1 (fr) * | 2013-04-22 | 2014-10-30 | Centre National De La Recherche Scientifique | Procédé de fabrication d'une diode schottky sur un substrat en diamant |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3729536B2 (ja) | 2005-12-21 |
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