JPH11100296A - 半導体ダイヤモンドの製造方法 - Google Patents
半導体ダイヤモンドの製造方法Info
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- JPH11100296A JPH11100296A JP9261505A JP26150597A JPH11100296A JP H11100296 A JPH11100296 A JP H11100296A JP 9261505 A JP9261505 A JP 9261505A JP 26150597 A JP26150597 A JP 26150597A JP H11100296 A JPH11100296 A JP H11100296A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体ダイヤモンドの製造には、ドーパント
を注入し、その後再結晶化のために熱処理をする必要が
あった。さらに、ダイアモンドは準安定状態であり、相
転移しないようなドーピングや熱処理を行うには、処理
時間が長くなったり、ターゲットとして多結晶ダイヤモ
ンドが用いることができないなどの問題があった。 【解決手段】 本発明では、３００℃よりも高く１５０
０℃以下の温度に加熱されたダイヤモンドに、照射レー
トが１×１０7個／ｃｍ2ｓｅｃ．以上１×１０15個／ｃ
ｍ2ｓｅｃ．以下でドーパント元素粒子を照射するによ
って、上記問題点を解決した半導体ダイヤモンドの製造
方法を提供する。
を注入し、その後再結晶化のために熱処理をする必要が
あった。さらに、ダイアモンドは準安定状態であり、相
転移しないようなドーピングや熱処理を行うには、処理
時間が長くなったり、ターゲットとして多結晶ダイヤモ
ンドが用いることができないなどの問題があった。 【解決手段】 本発明では、３００℃よりも高く１５０
０℃以下の温度に加熱されたダイヤモンドに、照射レー
トが１×１０7個／ｃｍ2ｓｅｃ．以上１×１０15個／ｃ
ｍ2ｓｅｃ．以下でドーパント元素粒子を照射するによ
って、上記問題点を解決した半導体ダイヤモンドの製造
方法を提供する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐環境性素子とし
て期待される半導体ダイヤモンドの製造方法に関し、ｎ
型、ｐ型の半導体ダイヤモンド、及びｐｎ接合ダイヤモ
ンド素子を得るためのダイヤモンドヘのドーパント元素
注入を行う半導体ダイヤモンドの製造方法に関する。
て期待される半導体ダイヤモンドの製造方法に関し、ｎ
型、ｐ型の半導体ダイヤモンド、及びｐｎ接合ダイヤモ
ンド素子を得るためのダイヤモンドヘのドーパント元素
注入を行う半導体ダイヤモンドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体ダイヤモンドとしては、ホ
ウ素を含む天然のｐ型の半導体ダイヤモンド及びホウ素
をドープしたｐ型合成ダイヤモンドが報告されている
が、ｎ型の半導体ダイヤモンドの確かな報告はない。ま
た、イオン注入によるダイヤモンドの伝導型の制御も達
成されていない。これは、イオン照射により破壊された
ダイヤモンド構造を熱処理により元に戻すことが困難で
あることに起因している。つまり、炭素の平衝状態は黒
鉛構造であり、ダイヤモンド構造は準安定状態であるた
め、通常の熱処理では黒鉛に相転移するのである。
ウ素を含む天然のｐ型の半導体ダイヤモンド及びホウ素
をドープしたｐ型合成ダイヤモンドが報告されている
が、ｎ型の半導体ダイヤモンドの確かな報告はない。ま
た、イオン注入によるダイヤモンドの伝導型の制御も達
成されていない。これは、イオン照射により破壊された
ダイヤモンド構造を熱処理により元に戻すことが困難で
あることに起因している。つまり、炭素の平衝状態は黒
鉛構造であり、ダイヤモンド構造は準安定状態であるた
め、通常の熱処理では黒鉛に相転移するのである。
【０００３】そこで、ダイヤモンド単結晶のチャンネリ
ング方位よりイオン注入を行い、イオンによる損傷をで
きるだけ小さくし、イオン注入後熱処理してダイアモン
ド構造を回復させる方法（特開平５−２９２４４号公
報）や、イオン注入によって生じる損傷箇所にのみレー
ザー光線を照射して熱処理することによってダイアモン
ド構造に回復させる方法（特開平５−２４９９１号公
報）などが報告されている。
ング方位よりイオン注入を行い、イオンによる損傷をで
きるだけ小さくし、イオン注入後熱処理してダイアモン
ド構造を回復させる方法（特開平５−２９２４４号公
報）や、イオン注入によって生じる損傷箇所にのみレー
ザー光線を照射して熱処理することによってダイアモン
ド構造に回復させる方法（特開平５−２４９９１号公
報）などが報告されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、チャン
ネリング方位より注入する方法では、コリメートされた
イオンビームをつくる必要があるうえに、ダイヤモンド
のチャンネリング方位を正確に求めなくてはならない。
更に、チャンネンリング方位を決定できない多結晶半導
体ダイヤモンドは製造できないという問題点がある。
ネリング方位より注入する方法では、コリメートされた
イオンビームをつくる必要があるうえに、ダイヤモンド
のチャンネリング方位を正確に求めなくてはならない。
更に、チャンネンリング方位を決定できない多結晶半導
体ダイヤモンドは製造できないという問題点がある。
【０００５】また、損傷箇所のみレーザー光線を照射し
て熱処理する方法では、通常のレーザー光線の照射面積
は１ｃｍ2以下程度であるため、ダイヤモンドの面積が
大きくなるとレーザー光線をラスターすることが必要と
なり、また、ダイヤモンドの面積に比例してイオン注入
後の熱処理の時間がかかるという問題点がある。
て熱処理する方法では、通常のレーザー光線の照射面積
は１ｃｍ2以下程度であるため、ダイヤモンドの面積が
大きくなるとレーザー光線をラスターすることが必要と
なり、また、ダイヤモンドの面積に比例してイオン注入
後の熱処理の時間がかかるという問題点がある。
【０００６】従って、本発明の目的は、より半導体ダイ
アモンドの製造コストを低減し、また、半導体ダイアモ
ンドを形成するのに必要な処理時間を短くすることであ
る。
アモンドの製造コストを低減し、また、半導体ダイアモ
ンドを形成するのに必要な処理時間を短くすることであ
る。
【０００７】また、ターゲットダイヤモンドとして、単
結晶ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンドのどちらでも製
造が可能とする。
結晶ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンドのどちらでも製
造が可能とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体ダイヤモ
ンドの製造方法は、３００℃よりも高く１５００℃以下
の温度に加熱されたダイヤモンドに、照射レートが１×
１０7個／ｃｍ2ｓｅｃ．以上１×１０15個／ｃｍ2ｓｅ
ｃ．以下でドーパント元素粒子を照射することを特徴と
する。
ンドの製造方法は、３００℃よりも高く１５００℃以下
の温度に加熱されたダイヤモンドに、照射レートが１×
１０7個／ｃｍ2ｓｅｃ．以上１×１０15個／ｃｍ2ｓｅ
ｃ．以下でドーパント元素粒子を照射することを特徴と
する。
【０００９】また、前記ドーパント元素粒子が、アクセ
プタとして用いる場合においＢ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｔ
ｌからなる群のうち少なくとも１つ以上のＩＩＩ族元素
であり、または、ドナーとして用いる場合にはＮ，Ｐ，
Ａｓ，Ｓｂ，Ｂｉからなる群のうち少なくとも１つ以上
のＶ族元素であることを特徴とする。
プタとして用いる場合においＢ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｔ
ｌからなる群のうち少なくとも１つ以上のＩＩＩ族元素
であり、または、ドナーとして用いる場合にはＮ，Ｐ，
Ａｓ，Ｓｂ，Ｂｉからなる群のうち少なくとも１つ以上
のＶ族元素であることを特徴とする。
【００１０】また、前記ドーパント元素粒子を照射する
時の照射エネルギーが、１ｋｅＶ以上１０ＭｅＶ以下で
あることが好ましい。
時の照射エネルギーが、１ｋｅＶ以上１０ＭｅＶ以下で
あることが好ましい。
【００１１】さらに、ｐｎ接合素子とする半導体ダイヤ
モンドの製造方法は、前記ドーパント元素粒子としてＩ
ＩＩ族元素とＶ族元素とを順次又は同時に照射する注入
する時に、前記ＩＩＩ元素の照射エネルギーと前記Ｖ族
元素の照射エネルギーとを異ならせることを特徴とす
る。
モンドの製造方法は、前記ドーパント元素粒子としてＩ
ＩＩ族元素とＶ族元素とを順次又は同時に照射する注入
する時に、前記ＩＩＩ元素の照射エネルギーと前記Ｖ族
元素の照射エネルギーとを異ならせることを特徴とす
る。
【００１２】以下、原理について述べる。従来、ドーパ
ント元素として正イオン、負イオン、中性粒子などの粒
子注入を行う方法では、通常ターゲットであるダイアモ
ンドを水冷し、室温中で粒子注入を行うのが一般的であ
るが、この場合ターゲットの結晶構造が破壊され非晶質
となる。しかし、加熱した状態のダイヤモンドにドーパ
ント元素粒子を照射すると、ドーパント元素粒子注入に
よってできた欠陥が、個々に独立した熱的な運動をし、
注入されダイヤモンド格子中に静止したドーパント原
子、あるいはダイヤモンド構造の格子位置から弾き出さ
せた炭素原子と結び付き、再配列が誘起される粒子照射
誘起結晶成長によって、後からのドーパント元素粒子注
入中にドーパント原子あるいは炭素原子をダイヤモンド
構造の格子中に取り込んでいく。本発明では、ドーパン
ト元素粒子線照射によってできた局部的な損傷を直ちに
再結晶化していくため、非晶質状態あるいは黒鉛構造に
なることなく、ダイヤモンド構造に回復させることがで
きる。
ント元素として正イオン、負イオン、中性粒子などの粒
子注入を行う方法では、通常ターゲットであるダイアモ
ンドを水冷し、室温中で粒子注入を行うのが一般的であ
るが、この場合ターゲットの結晶構造が破壊され非晶質
となる。しかし、加熱した状態のダイヤモンドにドーパ
ント元素粒子を照射すると、ドーパント元素粒子注入に
よってできた欠陥が、個々に独立した熱的な運動をし、
注入されダイヤモンド格子中に静止したドーパント原
子、あるいはダイヤモンド構造の格子位置から弾き出さ
せた炭素原子と結び付き、再配列が誘起される粒子照射
誘起結晶成長によって、後からのドーパント元素粒子注
入中にドーパント原子あるいは炭素原子をダイヤモンド
構造の格子中に取り込んでいく。本発明では、ドーパン
ト元素粒子線照射によってできた局部的な損傷を直ちに
再結晶化していくため、非晶質状態あるいは黒鉛構造に
なることなく、ダイヤモンド構造に回復させることがで
きる。
【００１３】この場合、ターゲットダイヤモンドの温度
が３００℃よりも高く、１５００℃以下のとき効率よく
結晶回復することが確認された。この範囲よりも低い温
度では、ドーパント元素粒子注入によってできた欠陥が
凍結され、移動できなくなるため、再配列化が起こら
ず、結晶回復が起こらないで非晶質化が進行する。ま
た、この範囲よりも高い温度では、ダイヤモンド構造か
ら黒鉛構造に相転移する。
が３００℃よりも高く、１５００℃以下のとき効率よく
結晶回復することが確認された。この範囲よりも低い温
度では、ドーパント元素粒子注入によってできた欠陥が
凍結され、移動できなくなるため、再配列化が起こら
ず、結晶回復が起こらないで非晶質化が進行する。ま
た、この範囲よりも高い温度では、ダイヤモンド構造か
ら黒鉛構造に相転移する。
【００１４】ドーパント元素粒子の照射レートについて
は、１×１０7個／ｃｍ2ｓｅｃ．以上、１×１０15個／
ｃｍ2ｓｅｃ．以下のとき効率よく結晶回復することが
確認された。この範囲よりも低い照射レートでは、半導
体ダイヤモンドとして機能するのに必要な量のドーパン
トを注入するのに時間がかかり過ぎ、実用的でない。ま
た、この範囲よりも高い照射レートでは、ドーパント元
素粒子注入によってできた欠陥が高密度になり、欠陥同
士が互いに結合しあって安定な大きな欠陥を形成し、再
配列に寄与せず、非晶質化が進行する。
は、１×１０7個／ｃｍ2ｓｅｃ．以上、１×１０15個／
ｃｍ2ｓｅｃ．以下のとき効率よく結晶回復することが
確認された。この範囲よりも低い照射レートでは、半導
体ダイヤモンドとして機能するのに必要な量のドーパン
トを注入するのに時間がかかり過ぎ、実用的でない。ま
た、この範囲よりも高い照射レートでは、ドーパント元
素粒子注入によってできた欠陥が高密度になり、欠陥同
士が互いに結合しあって安定な大きな欠陥を形成し、再
配列に寄与せず、非晶質化が進行する。
【００１５】特開平５−２９２４４号公報、特開平５−
２４９９１号公報の方法では、安定な大きな欠陥が形成
しないよう欠陥を凍結するために温度を３００℃以下に
保つとあるが、３００℃よりも高い温度でもドーパント
元素粒子の照射レートが１×１０15個／ｃｍ2ｓｅｃ．
以下であれば、欠陥は個々に独立した熱的な運動をし、
安定な大きな欠陥は形成されなかった。したがって、特
開平５−２９２４４号公報、特開平５−２４９９１号公
報の方法は、１×１０15個／ｃｍ2ｓｅｃ．よりも高い
照射レートでイオン照射したものと推定される。
２４９９１号公報の方法では、安定な大きな欠陥が形成
しないよう欠陥を凍結するために温度を３００℃以下に
保つとあるが、３００℃よりも高い温度でもドーパント
元素粒子の照射レートが１×１０15個／ｃｍ2ｓｅｃ．
以下であれば、欠陥は個々に独立した熱的な運動をし、
安定な大きな欠陥は形成されなかった。したがって、特
開平５−２９２４４号公報、特開平５−２４９９１号公
報の方法は、１×１０15個／ｃｍ2ｓｅｃ．よりも高い
照射レートでイオン照射したものと推定される。
【００１６】ドーパント元素粒子の照射エネルギーにつ
いては、１ｋｅＶ以上１０ＭｅＶ以下のとき効率よく結
晶回復することが確認された。この範囲よりも低い照射
エネルギーでは、スバッタリングが優先的に起こり、ダ
イヤモンド内に打ち込まれるドーパント量が著しく少な
くなり、実用的でない。また、この範囲よりも高い照射
エネルギーでは、結晶に与えるダメージが大きく結晶回
復効率が著しく低下する。
いては、１ｋｅＶ以上１０ＭｅＶ以下のとき効率よく結
晶回復することが確認された。この範囲よりも低い照射
エネルギーでは、スバッタリングが優先的に起こり、ダ
イヤモンド内に打ち込まれるドーパント量が著しく少な
くなり、実用的でない。また、この範囲よりも高い照射
エネルギーでは、結晶に与えるダメージが大きく結晶回
復効率が著しく低下する。
【００１７】ドーパント元素粒子として炭素以外であれ
ば、上記以外の元素を用いても構わないが、以下に示す
元素が好ましい。ドーパント元素粒子がＢ，Ａｌ，Ｇ
ａ，Ｉｎ，ＴｌなどのＩＩＩ族元素の場合、ダイヤモン
ド格子中に取り込まれたドーパント元素がアクセプタと
して機能し、ｐ型半導体ダイヤモンドとなる。ドーパン
ト元素粒子がＮ，Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ，ＢｉなどのＶ族元素
の場合、ダイヤモンド格子中に取り込まれたドーパント
元素がドナーとして機能し、ｎ型半導体ダイヤモンドと
なる。
ば、上記以外の元素を用いても構わないが、以下に示す
元素が好ましい。ドーパント元素粒子がＢ，Ａｌ，Ｇ
ａ，Ｉｎ，ＴｌなどのＩＩＩ族元素の場合、ダイヤモン
ド格子中に取り込まれたドーパント元素がアクセプタと
して機能し、ｐ型半導体ダイヤモンドとなる。ドーパン
ト元素粒子がＮ，Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ，ＢｉなどのＶ族元素
の場合、ダイヤモンド格子中に取り込まれたドーパント
元素がドナーとして機能し、ｎ型半導体ダイヤモンドと
なる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、具体的実施例を用いて本発
明を詳細に説明する。 〔実施例１〕本発明の第１の実施例を図１を用いて説明
する。ターゲット加熱用ヒータ１を取り付けたターゲッ
トホルダ２に単結晶アンドープダイヤモンド３をセット
し、単結晶アンドープダイヤモンド３の温度を５００℃
に保持する。これに、ドーパント元素粒子として照射エ
ネルギー１００ｋｅＶのホウ素正イオンビーム４を照射
レート１×１０10ｉｏｎｓ／ｃｍ2ｓｅｃ．で照射し
た。このとき、ターゲットチャンバ内の真空度は１×１
０-5Ｔｏｒｒ．以下であった。ホウ素ドーズ量は１×１
０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2とした。
明を詳細に説明する。 〔実施例１〕本発明の第１の実施例を図１を用いて説明
する。ターゲット加熱用ヒータ１を取り付けたターゲッ
トホルダ２に単結晶アンドープダイヤモンド３をセット
し、単結晶アンドープダイヤモンド３の温度を５００℃
に保持する。これに、ドーパント元素粒子として照射エ
ネルギー１００ｋｅＶのホウ素正イオンビーム４を照射
レート１×１０10ｉｏｎｓ／ｃｍ2ｓｅｃ．で照射し
た。このとき、ターゲットチャンバ内の真空度は１×１
０-5Ｔｏｒｒ．以下であった。ホウ素ドーズ量は１×１
０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2とした。
【００１９】イオン注入後のターゲットのラマン分光測
定の結果を図２に示す。図２に見られるように、ダイヤ
モンド結晶ピークのみが認められ、非晶質炭素および黒
鉛ピークは認められない。したがって、本願発明のイオ
ン注入によるダイヤモンド結晶構造の損傷は認められ
ず、ホウ素がダイヤモンド構造の格子位置に入ったこと
が確認された。また、イオン注入後のダイヤモンドはｐ
型の電気特性となった。
定の結果を図２に示す。図２に見られるように、ダイヤ
モンド結晶ピークのみが認められ、非晶質炭素および黒
鉛ピークは認められない。したがって、本願発明のイオ
ン注入によるダイヤモンド結晶構造の損傷は認められ
ず、ホウ素がダイヤモンド構造の格子位置に入ったこと
が確認された。また、イオン注入後のダイヤモンドはｐ
型の電気特性となった。
【００２０】また、ホウ素負イオン注入およびホウ素中
性粒子注入を行った場合も同様の結果を得た。また、他
のＩＩＩ族ドーパント元素として、例えば、Ａｌ，Ｇ
ａ，Ｉｎ，Ｔｌを用いた場合にも同様の結果を得た。
性粒子注入を行った場合も同様の結果を得た。また、他
のＩＩＩ族ドーパント元素として、例えば、Ａｌ，Ｇ
ａ，Ｉｎ，Ｔｌを用いた場合にも同様の結果を得た。
【００２１】〔実施例２〕本発明の第２の実施例を図３
を用いて説明する。ターゲット加熱用ヒータ１を取り付
けたターゲットホルダ２に、多結晶アンドープダイヤモ
ンド５をセットし、多結晶アンドープダイヤモンド５の
温度を５００℃に保持する。これに、ドーパント元素粒
子として照射エネルギー１００ｋｅＶのホウ素正イオン
ビーム４を照射レート１×１０11ｉｏｎｓ／ｃｍ2ｓｅ
ｃ．で照射した。このとき、ターゲットチャンバ内の真
空度は１×１０-5Ｔｏｒｒ以下であった。ホウ素ドーズ
量は１×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2とした。
を用いて説明する。ターゲット加熱用ヒータ１を取り付
けたターゲットホルダ２に、多結晶アンドープダイヤモ
ンド５をセットし、多結晶アンドープダイヤモンド５の
温度を５００℃に保持する。これに、ドーパント元素粒
子として照射エネルギー１００ｋｅＶのホウ素正イオン
ビーム４を照射レート１×１０11ｉｏｎｓ／ｃｍ2ｓｅ
ｃ．で照射した。このとき、ターゲットチャンバ内の真
空度は１×１０-5Ｔｏｒｒ以下であった。ホウ素ドーズ
量は１×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2とした。
【００２２】イオン注入後のターゲットのラマン分光測
定の結果を図２に示す。図２に見られるように、ダイヤ
モンド結晶ピークのみが認められ、非晶質炭素および黒
鉛のピークは認められない。従って、本願発明のイオン
注入によるダイヤモンド結晶構造の損傷は認められず、
ホウ素がダイヤモンド構造の格子位置に入ったことが確
認された。また、イオン注入後のダイヤモンドはｐ型の
電気特性となった。
定の結果を図２に示す。図２に見られるように、ダイヤ
モンド結晶ピークのみが認められ、非晶質炭素および黒
鉛のピークは認められない。従って、本願発明のイオン
注入によるダイヤモンド結晶構造の損傷は認められず、
ホウ素がダイヤモンド構造の格子位置に入ったことが確
認された。また、イオン注入後のダイヤモンドはｐ型の
電気特性となった。
【００２３】また、ホウ素負イオン注入およびホウ素中
性粒子注入を行った場合も同様の結果を得た。また、他
のＩＩＩ族ドーパント元素についても実施例１と同様の
結果を得た。
性粒子注入を行った場合も同様の結果を得た。また、他
のＩＩＩ族ドーパント元素についても実施例１と同様の
結果を得た。
【００２４】〔実施例３〕本発明の第３の実施例を図４
を用いて説明する。ターゲット加熱用ヒータ１を取り付
けたターゲットホルダ２に、単結晶アンドープダイヤモ
ンド３をセットし、単結晶アンドープダイヤモンド３の
温度を１０００℃に保持する。これに、ドーパント元素
粒子として照射エネルギー１５０ｋｅＶのリン負イオン
ビーム６を照射レート１×１０12ｉｏｎｓ／ｃｍ2ｓｅ
ｃ．で照射した。このとき、ターゲットチャンバ内の真
空度は１×１０-5Ｔｏｒｒ．以下であった。リンドーズ
量は１×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2とした。
を用いて説明する。ターゲット加熱用ヒータ１を取り付
けたターゲットホルダ２に、単結晶アンドープダイヤモ
ンド３をセットし、単結晶アンドープダイヤモンド３の
温度を１０００℃に保持する。これに、ドーパント元素
粒子として照射エネルギー１５０ｋｅＶのリン負イオン
ビーム６を照射レート１×１０12ｉｏｎｓ／ｃｍ2ｓｅ
ｃ．で照射した。このとき、ターゲットチャンバ内の真
空度は１×１０-5Ｔｏｒｒ．以下であった。リンドーズ
量は１×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2とした。
【００２５】イオン注入後のラマン分光測定の結果を図
２に示す。図２に見られるように、ダイヤモンド結晶ピ
ークのみが認められ、非晶質炭素および黒鉛のピークは
認められない。したがって、本イオン注入によるダイヤ
モンド結晶構造の損傷は認められず、リンがダイヤモン
ド構造の格子位置に入ったことが確認された。イオン注
入後のダイヤモンドはｎ型の電気特性となった。
２に示す。図２に見られるように、ダイヤモンド結晶ピ
ークのみが認められ、非晶質炭素および黒鉛のピークは
認められない。したがって、本イオン注入によるダイヤ
モンド結晶構造の損傷は認められず、リンがダイヤモン
ド構造の格子位置に入ったことが確認された。イオン注
入後のダイヤモンドはｎ型の電気特性となった。
【００２６】また、リン正イオン注入およびリン中性粒
子注入を行った場合も同様の結果を得た。また、他のＶ
族ドーパント元素、例えば、Ｎ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｂｉにつ
いても同様の結果を得た。
子注入を行った場合も同様の結果を得た。また、他のＶ
族ドーパント元素、例えば、Ｎ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｂｉにつ
いても同様の結果を得た。
【００２７】〔実施例４〕本発明の第４の実施例を図５
を用いて説明する。ターゲット加熱用ヒータ１を取り付
けたターゲットホルダ２に、多結晶アンドープダイヤモ
ンド５をセットし、多結晶アンドープダイヤモンド５の
温度を１０００℃に保持する。これに、ドーパント元素
粒子として照射エネルギー１５０ｋｅＶのリン負イオン
ビーム６を照射レート１×１０13ｉｏｎｓ／ｃｍ2ｓｅ
ｃ．で照射した。このとき、ターゲットチャンバ内の真
空度は１×１０-5Ｔｏｒｒ．以下であった。リンドーズ
量は１×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2とした。
を用いて説明する。ターゲット加熱用ヒータ１を取り付
けたターゲットホルダ２に、多結晶アンドープダイヤモ
ンド５をセットし、多結晶アンドープダイヤモンド５の
温度を１０００℃に保持する。これに、ドーパント元素
粒子として照射エネルギー１５０ｋｅＶのリン負イオン
ビーム６を照射レート１×１０13ｉｏｎｓ／ｃｍ2ｓｅ
ｃ．で照射した。このとき、ターゲットチャンバ内の真
空度は１×１０-5Ｔｏｒｒ．以下であった。リンドーズ
量は１×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2とした。
【００２８】イオン注入後のラマン分光測定の結果を図
２に示す。図２に見られるように、ダイヤモンド結晶ピ
ークのみが認められ、非晶質炭素および黒鉛のピークは
認められない。したがって、本願発明のイオン注入によ
るダイヤモンド結晶構造の損傷は認められず、リンがダ
イヤモンド構造の格子位置に入ったことが確認された。
また、イオン注入後のダイヤモンドはｎ型の電気特性と
なった。
２に示す。図２に見られるように、ダイヤモンド結晶ピ
ークのみが認められ、非晶質炭素および黒鉛のピークは
認められない。したがって、本願発明のイオン注入によ
るダイヤモンド結晶構造の損傷は認められず、リンがダ
イヤモンド構造の格子位置に入ったことが確認された。
また、イオン注入後のダイヤモンドはｎ型の電気特性と
なった。
【００２９】また、リン正イオン注入およびリン中性粒
子注入を行った場合も同様の結果を得た。また、他のＶ
族ドーパント元素についても同様の結果を得た。
子注入を行った場合も同様の結果を得た。また、他のＶ
族ドーパント元素についても同様の結果を得た。
【００３０】〔実施例５〕本発明の第５の実施例を図６
を用いて説明する。ターゲット加熱用ヒータ１を取り付
けたターゲットホルダ２に単結晶ホウ素ドープｐ型ダイ
ヤモンド７をセットし、単結晶ホウ素ドープダイヤモン
ド７の温度を１２００℃に保持する。これに、ドーパン
ト元素粒子として照射エネルギー１５０ｋｅＶのリン正
イオンビーム８を照射レート１×１０13ｉｏｎｓ／ｃｍ
2ｓｅｃ．で照射した。このとき、ターゲットチャンバ
内の真空度は１×１０-5Ｔｏｒｒ．以下であった。リン
ドーズ量は１×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2とした。
を用いて説明する。ターゲット加熱用ヒータ１を取り付
けたターゲットホルダ２に単結晶ホウ素ドープｐ型ダイ
ヤモンド７をセットし、単結晶ホウ素ドープダイヤモン
ド７の温度を１２００℃に保持する。これに、ドーパン
ト元素粒子として照射エネルギー１５０ｋｅＶのリン正
イオンビーム８を照射レート１×１０13ｉｏｎｓ／ｃｍ
2ｓｅｃ．で照射した。このとき、ターゲットチャンバ
内の真空度は１×１０-5Ｔｏｒｒ．以下であった。リン
ドーズ量は１×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2とした。
【００３１】イオン注入後のラマン分光測定の結果を図
２に示す。図２に見られるように、ダイヤモンド結晶ピ
ークのみが認められ、非晶質炭素および黒鉛のピークは
認められない。したがって、本願発明のイオン注入によ
るダイヤモンド結晶構造の損傷は認められず、リンがダ
イヤモンド構造の格子位置に入ったことが確認された。
２に示す。図２に見られるように、ダイヤモンド結晶ピ
ークのみが認められ、非晶質炭素および黒鉛のピークは
認められない。したがって、本願発明のイオン注入によ
るダイヤモンド結晶構造の損傷は認められず、リンがダ
イヤモンド構造の格子位置に入ったことが確認された。
【００３２】リンがドープされた領域はイオン注入後に
ｎ型の電気特性となり、ｐｎ接合素子が作製できた。ま
た、リン負イオン注入およびリン中性粒子注入を行った
場合も同様の結果を得た。また、他のＶ族ドーパント元
素についても同様にｐｎ接合素子が作製できた。また、
多結晶ダイヤモンドに照射した場合についても同様にｐ
ｎ接合素子が作製できた。
ｎ型の電気特性となり、ｐｎ接合素子が作製できた。ま
た、リン負イオン注入およびリン中性粒子注入を行った
場合も同様の結果を得た。また、他のＶ族ドーパント元
素についても同様にｐｎ接合素子が作製できた。また、
多結晶ダイヤモンドに照射した場合についても同様にｐ
ｎ接合素子が作製できた。
【００３３】〔実施例６〕本発明の第６の実施例を図７
を用いて説明する。ターゲット加熱用ヒータ１を取り付
けたターゲットホルダ２に単結晶アンドープダイヤモン
ド３をセットし、単結晶アンドープダイヤモンド３の温
度を１３００℃に保持する。これに、アクセプタとし
て、照射エネルギー３０ｋｅＶのホウ素負イオンビーム
９を照射レート１×１０13ｉｏｎｓ／ｃｍ2ｓｅｃ．で
照射した。このとき、ターゲットチャンバ内の真空度は
１×１０-5Ｔｏｒｒ．以下であった。ホウ素ドーズ量は
１×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2とした。
を用いて説明する。ターゲット加熱用ヒータ１を取り付
けたターゲットホルダ２に単結晶アンドープダイヤモン
ド３をセットし、単結晶アンドープダイヤモンド３の温
度を１３００℃に保持する。これに、アクセプタとし
て、照射エネルギー３０ｋｅＶのホウ素負イオンビーム
９を照射レート１×１０13ｉｏｎｓ／ｃｍ2ｓｅｃ．で
照射した。このとき、ターゲットチャンバ内の真空度は
１×１０-5Ｔｏｒｒ．以下であった。ホウ素ドーズ量は
１×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2とした。
【００３４】その後、ドナーとして、照射エネルギー１
５０ｋｅＶのリン正イオンビーム１０を照射レート１×
１０13ｉｏｎｓ／ｃｍ2ｓｅｃ．で照射した。リンドー
ズ量は１×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2とした。
５０ｋｅＶのリン正イオンビーム１０を照射レート１×
１０13ｉｏｎｓ／ｃｍ2ｓｅｃ．で照射した。リンドー
ズ量は１×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2とした。
【００３５】イオン注入後のラマン分光測定の結果を図
２に示す。図２に見られるように、ダイヤモンドのピー
クのみが認められ、非晶質炭素および黒鉛のピークは認
められない。したがって、本願発明の本イオン注入によ
る結晶構造の損傷は認められず、ホウ素及びリンがダイ
ヤモンド構造の格子位置に入ったことが確認された。
２に示す。図２に見られるように、ダイヤモンドのピー
クのみが認められ、非晶質炭素および黒鉛のピークは認
められない。したがって、本願発明の本イオン注入によ
る結晶構造の損傷は認められず、ホウ素及びリンがダイ
ヤモンド構造の格子位置に入ったことが確認された。
【００３６】イオン注入後にホウ素がドープされた領域
はｐ型、リンがドープされた領域はｎ型の電気特性とな
り、ｐｎ接合素子が作製できた。本実施例の場合、リン
正イオンを照射エネルギー１５０ＫｅＶとして、半導体
ダイアモンドの深い方向までｎ型化させ、ホウ素を照射
エネルギー３０ＫｅＶとして浅い深さのみをｐ型化させ
ることによって、ｐｎ接合素子を形成している。本実施
例の場合、ＩＩＩ族ドーパント元素、Ｖ族ドーパント元
素の順に照射したが同時にあるいは逆の順に照射して
も、照射エネルギーを異ならせていればｐｎ接合素子が
形成できた。
はｐ型、リンがドープされた領域はｎ型の電気特性とな
り、ｐｎ接合素子が作製できた。本実施例の場合、リン
正イオンを照射エネルギー１５０ＫｅＶとして、半導体
ダイアモンドの深い方向までｎ型化させ、ホウ素を照射
エネルギー３０ＫｅＶとして浅い深さのみをｐ型化させ
ることによって、ｐｎ接合素子を形成している。本実施
例の場合、ＩＩＩ族ドーパント元素、Ｖ族ドーパント元
素の順に照射したが同時にあるいは逆の順に照射して
も、照射エネルギーを異ならせていればｐｎ接合素子が
形成できた。
【００３７】また、ホウ素及びリンをそれぞれ正、負イ
オン、中性粒子で注入を行った場合も同様の結果を得
た。他のＩＩＩ族ドーパント元素とＶ族ドーパント元素
の組み合わせについても同様にｐｎ接合素子が作製でき
た。また、多結晶ダイヤモンドに照射した場合について
も同様にｐｎ接合素子が作製できた。
オン、中性粒子で注入を行った場合も同様の結果を得
た。他のＩＩＩ族ドーパント元素とＶ族ドーパント元素
の組み合わせについても同様にｐｎ接合素子が作製でき
た。また、多結晶ダイヤモンドに照射した場合について
も同様にｐｎ接合素子が作製できた。
【００３８】
【発明の効果】本願発明では、熱処理するのにラスター
としたレーザー光線を用いるなどの工程、設備を必要と
しないので、半導体ダイアモンドの製造コストを低減す
ることができる。また、ターゲットダイヤモンドとし
て、単結晶ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンドのどちら
でも製造が可能である。更に、ドーパント元素粒子を注
入して半導体ダイアモンドを形成するのに必要な処理時
間はダイヤモンドの面積によらず、短時間で形成でき
る。
としたレーザー光線を用いるなどの工程、設備を必要と
しないので、半導体ダイアモンドの製造コストを低減す
ることができる。また、ターゲットダイヤモンドとし
て、単結晶ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンドのどちら
でも製造が可能である。更に、ドーパント元素粒子を注
入して半導体ダイアモンドを形成するのに必要な処理時
間はダイヤモンドの面積によらず、短時間で形成でき
る。
【００３９】従って、本発明の半導体ダイヤモンド製造
方法によりダイヤモンドのｎ型、ｐ型を利用した半導体
素子が可能となり、耐環境性の半導体素子が得られるの
で本発明の工業的価値は高い。
方法によりダイヤモンドのｎ型、ｐ型を利用した半導体
素子が可能となり、耐環境性の半導体素子が得られるの
で本発明の工業的価値は高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のホウ素正イオン注入概略図である。
【図２】本発明に係る方法で製造した半導体ダイアモン
ドのラマン分光測定結果である。
ドのラマン分光測定結果である。
【図３】実施例２のホウ素正イオン注入概略図である。
【図４】実施例３のリン負イオン注入概略図である。
【図５】実施例４のリン負イオン注入概略図である。
【図６】実施例５のリン正イオン注入概略図である。
【図７】実施例６のホウ素負イオン、リン正イオン注入
概略図である。
概略図である。
１ ターゲット加熱用ヒータ ２ ターゲットホルダ ３ 単結晶アンドープダイヤモンド ４ ホウ素正イオンビーム ５ 多結晶アンドープダイヤモンド ６ リン負イオンビーム ７ 単結晶ホウ素ドープダイヤモンド ８ リン正イオンビーム ９ ホウ素負イオンビーム １０ リン正イオンビーム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 幡 俊雄 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】 ３００℃よりも高く１５００℃以下の温
度に加熱されたダイヤモンドに、照射レートが１×１０
7個／ｃｍ2ｓｅｃ．以上１×１０15個／ｃｍ2ｓｅｃ．
以下でドーパント元素粒子を照射することを特徴とする
半導体ダイヤモンドの製造方法。 - 【請求項２】 前記ドーパント元素粒子が、アクセプタ
として用いる場合においてはＢ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｔ
ｌのいずれかのＩＩＩ族元素であることを特徴とする請
求項１に記載の半導体ダイヤモンドの製造方法。 - 【請求項３】 前記ドーパント元素粒子が、ドナーとし
て用いる場合においてはＮ，Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｂｉのい
ずれかのＶ族元素であることを特徴とする請求項１に記
載の半導体ダイヤモンドの製造方法。 - 【請求項４】 前記ドーパント元素粒子を照射する時の
照射エネルギーが、１ｋｅＶ以上１０ＭｅＶ以下である
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半
導体ダイヤモンドの製造方法。 - 【請求項５】 前記ドーパント元素粒子としてＩＩＩ族
元素とＶ族元素とを順次又は同時に照射する注入する場
合に、前記ＩＩＩ族元素の照射エネルギーと前記Ｖ族元
素の照射エネルギーとを異ならせることによって、ｐｎ
接合素子を作製することを特徴をする請求項１乃至４の
いずれかに記載の半導体ダイヤモンドの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9261505A JPH11100296A (ja) | 1997-09-26 | 1997-09-26 | 半導体ダイヤモンドの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9261505A JPH11100296A (ja) | 1997-09-26 | 1997-09-26 | 半導体ダイヤモンドの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11100296A true JPH11100296A (ja) | 1999-04-13 |
Family
ID=17362846
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9261505A Pending JPH11100296A (ja) | 1997-09-26 | 1997-09-26 | 半導体ダイヤモンドの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11100296A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6376276B1 (en) | 1999-08-24 | 2002-04-23 | Sharp Kabushiki Kaisha | Method of preparing diamond semiconductor |
| JP2008526682A (ja) * | 2005-01-11 | 2008-07-24 | アポロ ダイヤモンド，インク | ダイヤモンド製医療装置 |
| KR20170097961A (ko) * | 2016-02-19 | 2017-08-29 | 한국전자통신연구원 | 불순물 주입 장치 및 이를 이용한 n형 반도체 다이아몬드의 형성방법 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0524991A (ja) * | 1991-07-25 | 1993-02-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体ダイヤモンドの製造方法 |
| JPH0529244A (ja) * | 1991-07-25 | 1993-02-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体ダイヤモンドの製造方法 |
| JPH06166594A (ja) * | 1992-06-05 | 1994-06-14 | De Beers Ind Diamond Div Ltd | ダイヤモンドのドーピング |
-
1997
- 1997-09-26 JP JP9261505A patent/JPH11100296A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0524991A (ja) * | 1991-07-25 | 1993-02-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体ダイヤモンドの製造方法 |
| JPH0529244A (ja) * | 1991-07-25 | 1993-02-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体ダイヤモンドの製造方法 |
| JPH06166594A (ja) * | 1992-06-05 | 1994-06-14 | De Beers Ind Diamond Div Ltd | ダイヤモンドのドーピング |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6376276B1 (en) | 1999-08-24 | 2002-04-23 | Sharp Kabushiki Kaisha | Method of preparing diamond semiconductor |
| JP2008526682A (ja) * | 2005-01-11 | 2008-07-24 | アポロ ダイヤモンド，インク | ダイヤモンド製医療装置 |
| KR20170097961A (ko) * | 2016-02-19 | 2017-08-29 | 한국전자통신연구원 | 불순물 주입 장치 및 이를 이용한 n형 반도체 다이아몬드의 형성방법 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20031216 |