JPS59208821A - 気相合成によるダイヤモンド半導体およびその製造方法 - Google Patents

気相合成によるダイヤモンド半導体およびその製造方法

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JPS59208821A JP8439683A JP8439683A JPS59208821A JP S59208821 A JPS59208821 A JP S59208821A JP 8439683 A JP8439683 A JP 8439683A JP 8439683 A JP8439683 A JP 8439683A JP S59208821 A JPS59208821 A JP S59208821A
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陽 土居
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直治 藤森
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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】 イ）発明の目的 本発明はダイヤモンド半導体に関するものであり、ダイ
ヤモンドの持つ高い熱伝導度、高いキャリヤー杉動度、
結晶状態により制御可能な比抵抗等の特徴を利用し、マ
イクロ波発信用、高密度集積型ＶＬＳＩ用、更には高温
で動作可能な同用途に有望となる半導体素子の構造と製
造法を提供する。
ロ）技術の背景 Ｉ’Ｃの高速化、小型化へのニーズがコンピューターや
機器制御用マイクロプロセッサ−等に対し急速な高まり
を見せている。そのため、半導体集積回路の集積度アッ
プや各種ダイオード及びトランジスターの小型薄肉化が
必要となって来た。
特に集積回路を例にとれば回路パターンの微細化と６次
元多層化が最も一般的な手段であるが、それに対して回
路の単位体積当りの発生熱が増大し所謂ホットエレクト
ロンの生成による誤動作の心配が強まり、例えば回路素
子の強制冷却に一段の考慮を払う必要が生ずる等の問題
が、つきまとって来る。この様な熱の問題に対しては、
低電力消費型回路の設計とそれを達成する為の関連技術
の確立も一つの対応策であるがそ１れとても熱放散性が
銅の施程度（室温下）と低いＳｉを半導体材料として採
用している限りは対応策としては不充分である。即ち基
体でありしかも半導体素子であるＳｉを思い切って熱・
放散性の良い半導体材料で置換する事が必要となってい
る。また集積回路のみならず、高周波、スイッチング用
或いは電力増１１］用トランジスター、発熱が大きいパ
ワートランジスター。
定電圧ダイオード、大電力用ＳＣＲ用等の熱劣化対策と
して高温に強い半導体の出現が待たれている。
ハ）発明の開示 本発明は半導体Ｓｉに代えて、半導体ダイヤモンドもし
くはダイヤモンド状炭素を使用した、熱放散性が良好で
、しかもキャリヤー移動度の大きい特長を生かした半導
体素子の構造と製造法を提供する。即ち本発明は、バイ
ポーラ及び電界効果型トランジスター更には各種ダイオ
ードに使用されている半導体素子を構成する基体となる
基板を従来のＳｉよりも熱放散性の良好なダイヤモンド
とする事が第１の特徴である。勿論価格の問題により、
この基板をＣＢＮ焼結体（ＢＮ粒子を超高圧下で隨化合
物から成るフラックス中に固溶させると共に引続き析出
させて同時に焼結させて作成する立方晶ＢＮ多結晶体）
或いはサファイヤ−２溶融石英とする事も本発明の対象
とする構造に含まれる。何となれば、これ等の材料はＳ
ｉに比べ熱放散性が良いばかりでなく、薄膜集積回路の
基板として用いる事を前提とした場合基板上に、本発明
の特徴であるダイヤモンド半導体回路を気相合成により
形成する上でダイヤモンドに続いて好ましい材料の故で
ある。ダイヤモンドを基板として用いる場合は通常、集
積回路用或いは極く一般のプレーナー型トランジスター
用に於ても、その上にＮ型のコレクタ一層としてのダイ
ヤモンド層をエピタキシャル成長させる。この場合、前
者の集積回路用には基板にＢを添加したＰ型ダイヤモン
ドとする事が一般的に好ましく、逆に後者のプレーナー
型トランジスター素子としてはＮ十型ダイヤモンド基板
とするのが、コレクター電流が流れた場合、オーム抵抗
を抑え飽和電圧を低下させる効果がある為に望ましい構
造となる。この様にエピタキシャル成長させたＮ型ダイ
ヤモンド層に、イオン注入法を利用しＢを注入しＰ型の
陶を形成し、更にその島にＰやＡｓを注入しＮ小型のＦ
夾ｊをを作る。この場合、製造技術上、絶縁膜の形成が
必要となる。本発明に於ける第２の特徴は、上記の絶縁
膜を気相で合成蒸着させたダイヤモンドもしくはダイヤ
モンド質絶縁炭素膜にて形成する点にある。一般に高真
空（”Ｉ　０−４Ｔｏｒｒ以下）で炭化水素ガスのみを
分解蒸着して得られるダイヤモンド又はダイヤモンド質
炭素膜は比抵抗が１０１２０−以上であり栖めて良好な
絶縁膜となる。本発明に於て集積回路や一般のプレーナ
ー型トランジスター回路の形成上必要となるその他の製
造技術には、絶縁膜の選択フォトエツチング電極蒸着等
があるが、それは一般にＳｉ半導体の集積回路の製造で
用いられている方法を踏襲する事が可能である。
本発明は、既述の通り薄膜集積回路も、その対象に含め
る。更に半導体集積回路と薄膜集積回路を組合わせた混
成薄膜集積回路もその対象に含まれる事は言う迄もない
。特に薄膜集積回路に於てはＳｉよりも熱放散性の良い
基板」−に気相反応蒸着によりＰ型、Ｐ小型、Ｎ小型な
どの半導体ダイヤモンド層、無添加型＋　　（’型）絶
縁ダイヤモンド層、更にはＴａ　、　Ａｇ　、　Ａｕも
しくは導電カーボンを蒸着して形成させる電極層、コン
デンサー回路用の「上部電極（金蒸着層）／ダイヤモン
ド質炭素薄膜で出来た誘電体層／下部電極層（Ｔａ又は
導電カーボン層）」６重層１等で構成されたダイヤモン
ドもしくはダイヤモンド質炭素から成る薄膜が機能素子
として利用される構造が本発明の対象である。
二、実施例 Ｂを０．１％添加したＰ型ダイヤモンドを超高圧装置で
作成し、これを基板としてＣ２Ｈ４とＰＨｓの混合ガス
中で高周波放電を行い６μｍの膜を蒸着した。この膜の
表面をＬＥＥＬＳ　（Ｌｏｗ　ＥｎｅｒｇｙＥＩｅｃｔ
ｒｏｎ　Ｌｏｓｓ　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ　）で測
定したところダイヤモンド特有のピークが確認された。
これに公知イオンインプランテーション法でＢを打ち込
みＰ型の領域を作り、Ｍ電極及びＣ２Ｈ６の高周波分解
で得られた絶縁膜を所定領域に被覆してプレーナトラン
ジスターを形成した。本発明のプレーナトランジスター
は高周波出力用増幅回路に用い１００ＭＨｚの高周波を
１５Ｖの電源で作動し、３５Ｗの出力が得られた。同一
回路でシリコンのエピタキシャルプレーナ型トランジス
ターでは、２２Ｗが限界であった。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 （１）　　ＰＮ接合及び／又は、ＭＩＳ接合等を利用し
    た半導体に於て、Ｐ型半導体部、Ｎ型半導体部及び絶縁
    部を構成する材料が総て主としてダイヤモンド質から成
    る事を特徴とする気相合成によるダイヤモンド半導体。 Ｃ）人工又は天然のダイヤモンド基板上に形成されてな
    ることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の気
    相合成によるダイヤモンド半導体。 （３）サファイヤ、溶融石英、又は立方晶ＢＮ焼結体基
    板」ユに形成されてなることを特徴とする特許請求の範
    囲第（１）項記載の気相合成によるダイヤモンド体に於
    て、Ｐ型半導体部、Ｎ型半導体部及び絶縁部を構成する
    材料が総てグイヤ客ンド質からなる半導体素子の半導体
    部及び絶縁部を、炭素を（５）人工又は天然のダイヤモ
    ンド基板上に半導体層を形成することを特徴とする特許
    請求の範囲第（４）項記載の気相合成によるダイヤモン
    ド半導体の製品。 （６）サファイヤ、溶融石英、又は立方晶ＢＮ焼結体基
    板上に半導体層を形成することを特徴とする
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