TW201724193A - 鑽石電子元件及鑽石電子元件的製造方法 - Google Patents

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山崎聰
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Abstract

本發明是一種鑽石電子元件，其特徵在於，具有：矽基材；中間層，其形成在該矽基材上，且由單晶MgO層、單晶SrTiO3層、α-Al2O3層、YSZ(釔安定氧化鋯)層中的任一種所構成；基底層，其形成在該中間層上，且由銥層、銠層、鉑層中的任一種所構成；及，單晶鑽石層，其形成在該基底層上；其中，前述單晶鑽石層的厚度是300μm以下。藉此，提供一種大面積、低成本、高品質的鑽石電子元件及鑽石電子元件的製造方法。

Description

鑽石電子元件及鑽石電子元件的製造方法
本發明是關於鑽石電子元件及鑽石電子元件的製造方法。
鑽石，其是5.47eV如此寬能隙(Wide Band-gap)，且其介電崩潰電場強度(dielectric breakdown electric field strength)也是10MV/cm如此極高的數值。進一步，由於具有在物質中最高的熱傳導率，若將其用於電子裝置，則有利於作為高輸出電力裝置(high output electric power device)。
又，鑽石的漂移遷移率(drift mobility)也高，即便將強生性能指數(Johnson index)進行比較，在半導體中作為高速電力裝置也是最有利的。因此，鑽石被說是最適合於高頻和高輸出電子裝置的終極的半導體。
目前，用於製作鑽石半導體的單晶鑽石，幾乎都是被稱為Ib型的鑽石，其是利用高溫高壓法(HPHT)所合成。此Ib型鑽石含有大量氮雜質，且最大也只能得到8mm見方程度為止的尺寸，實用性低。又，雖然也提出有被稱為鑲嵌法者，其是將多個利用高溫高壓法合成的基板並列相連在一起(非專利文獻1)，但又留下了接縫不完全性的問題。
相較於此，就氣相合成(Chemical Vapor Deposition，CVD)法而言，如果是多晶鑽石，則能夠高純度地得到6吋(150mm)直徑程度的大面積鑽石，但適合於一般電子裝置的單結晶化卻是困難的。這是由於：因為以往使用單晶Si(矽) 作為基板，其與鑽石的晶格常數差異大(不匹配度52.6％)，要直接異質磊晶成長是非常困難的。
因此，進行了各種檢討，而有將Pt(鉑)(非專利文獻2)和Ir(銥)(非專利文獻3)作為基底膜再於其上將鑽石成膜是有效的這樣的報告。
目前，特別是使用Ir基底膜的研究最有進展。其是在MgO(氧化鎂)等基材上使Ir膜異質磊晶成長。接著，利用DC(直流)電漿法進行藉由氫稀釋甲烷氣體而實行的偏壓預處理，並進一步利用電漿CVD法進行鑽石長時間成長，而製成一般是400μm〜1000μm厚度程度的鑽石自立式基板後而利用。
然而，基材與Ir膜，會進一步地增大與鑽石的線膨脹係數差異，例如，MgO基材與Ir膜還有鑽石的線膨脹係數，分別是13.8×10-6 K-1 、7.1×10-6 K-1 、1.1×10-6 K-1 ，在鑽石與基底基板之間會發生大的熱應力(非專利文獻4)。
又，也判別了鑽石一般而言其結晶成長會伴隨著發生急劇地變大的內部應力(非專利文獻5)。事實上，在Ir已成膜完畢的基材上將鑽石形成厚度200μm，且視情況也有試著形成厚度達1mm程度為止的例子，但在該情況中，如預想地會有龜裂(crack) 發生而並不實用(非專利文獻6)。
又，不論是利用高溫高壓法合成的基板、或是先前的異質磊晶鑽石自立式基板，都包含了下述會增大成本的步驟：使鑽石成長至可處理程度的厚度為止、切片、及對較大的凹凸表面進行研磨加工等。 [先前技術文獻] (非專利文獻)
非專利文獻1：H. Yamada, Appl. Phys. Lett. 104,102110 (2014). 非專利文獻2：Y. Shintani, J. Mater. Res. 11,2955 (1996). 非專利文獻3：K. Ohtsuka, Jpn. J. Appl. Phys. 35, L1072 (1996). 非專利文獻4：A.K.Sinha, J.Appl.Phys.49,2423 (1978). 非專利文獻5：H. Noguchi, J. Vac. Sci. Technol. B16,1167 (1998). 非專利文獻6：澤邊厚仁，日本結晶成長學會誌39，179(2012)。
[發明所欲解決的問題] 本發明是有鑑於前述這樣的問題而完成，目的在於提供一種大面積、低成本、高品質的鑽石電子元件及鑽石電子元件的製造方法。 [用以解決問題的技術手段]
為了達成上述目的，若依據本發明，提供一種鑽石電子元件，其特徵在於，具有：矽基材；中間層，其形成在該矽基材上，且由單晶氧化鎂(MgO)層、單晶鈦酸鍶(SrTiO3 )層、α-氧化鋁(α-Al2 O3 )層、釔安定氧化鋯(YSZ )層中的任一種所構成；基底層，其形成在該中間層上，且由銥層、銠層、鉑層中的任一種所構成；及，單晶鑽石層，其形成在該基底層上；其中，前述單晶鑽石層的厚度是300μm(微米)以下。
若是如此的鑽石電子元件，則會成為大面積、低成本、高品質的鑽石電子元件。特別是，由於單晶鑽石層的厚度是300μm以下，故形成單晶鑽石層的時間會變短。又，由於單晶鑽石層的表面凹凸會受到抑制，故研磨加工所需要的時間會變短。因此，會成為低成本。又，因為單晶鑽石層的翹曲受到抑制，故能夠防止龜裂的發生和破損，並能夠容易地進行研磨加工和裝置製作。
此時，較佳是：在前述矽基材與前述中間層之間形成有一層以上的薄膜，該薄膜是由金、鉑、鈦、鉻、銥、銠、矽、氧化矽(SiO2 )中的任一種所構成。
若是如此的鑽石電子元件，則藉由夾設有薄膜，中間層與矽基材的連接性會提昇，而成為一種形成有更良好的中間層之鑽石電子元件。
又，此時，前述單晶鑽石層的結晶性，能夠是如下：利用波長λ=1.54埃的X射線繞射法分析而得的鑽石(004)所歸屬的2θ=119.5°處的繞射強度峰的搖擺曲線的半高寬(FWHM)為3°以下。
若是具有如此範圍的半高寬的鑽石電子元件，則可得到充分的裝置性能。
又，此時，較佳是：前述單晶鑽石層是由導入硼雜質而成的p型單晶鑽石、導入磷雜質而成的n型單晶鑽石、未導入雜質的高電阻單晶鑽石中的任一種所選出的單晶鑽石層積層二層以上而成。
如此，藉由製成由二層以上所構成的積層單晶鑽石層所形成，能夠視目的作成各種裝置而適當地運作。
又，若依據本發明，則提供一種鑽石電子元件的製造方法，其特徵在於，包含：準備步驟，其準備矽基材；中間層步驟，其在該矽基材上形成中間層，該中間層是由單晶MgO層、單晶SrTiO3 層、α-Al2 O3 層、YSZ(釔安定氧化鋯)層中的任一種所構成；基底層步驟，其在前述中間層上形成基底層，該基底層是由銥層、銠層、鉑層中的任一種所構成；及，單晶鑽石層步驟，該單晶鑽石層步驟在前述基底層上形成單晶鑽石層；並且，將在前述單晶鑽石層步驟中所形成的前述單晶鑽石層的厚度設為300μm以下。
若設為如此，則能夠製造一種大面積、低成本、高品質的鑽石電子元件。特別是，由於將單晶鑽石層的厚度設為300μm以下，故用以形成單晶鑽石層的時間會變短。又，由於能夠抑制單晶鑽石層的表面凹凸，故研磨加工所需要的時間也會變短。因此，能夠降低成本。又，因為單晶鑽石層的翹曲會受到抑制，故能夠防止龜裂的發生和破損，並能夠容易地進行研磨加工和裝置製作。
此時，較佳是：在前述準備步驟與前述中間層步驟之間，具有在前述矽基材上形成一層以上的下述薄膜的步驟，該薄膜是由金、鉑、鈦、鉻、銥、銠、矽、氧化矽(SiO2 )中的任一種所構成。
若設為如此，則藉由夾設有薄膜，中間層與矽基材的連接性會提昇，而成為能夠形成更良好的中間層。
又，此時，較佳是：在前述單晶鑽石層步驟中，將形成於前述基底層上的單晶鑽石層的結晶性，設為：利用波長λ=1.54埃的X射線繞射法分析而得的鑽石(004)所歸屬的2θ=119.5°處的繞射強度峰的搖擺曲線的半高寬(FWHM)為3°以下。
藉由設為如此範圍的半高寬，可得到充分的裝置性能。
又，此時，在前述單晶鑽石層步驟中，作為形成於前述基底層上的單晶鑽石層，使由導入硼雜質而成的p型單晶鑽石、導入磷雜質而成的n型單晶鑽石、未導入雜質的高電阻單晶鑽石中的任一種所選出的單晶鑽石層積層二層以上。
若設為如此，則藉由形成由二層以上所構成的積層單晶鑽石層，能夠視目的作成各種裝置而適當地運作。 [發明的功效]
若是本發明的鑽石電子元件及鑽石電子元件的製造方法，則會成為一種大面積、低成本、高品質的鑽石電子元件及其製造方法。若將這樣的鑽石電子元件作為LED(發光二極體)、電力裝置等用途，則能以大面積且低成本地充分得到所期望的特性。
以下，針對本發明而說明實施型態，但本發明並不受限於此實施型態。
如前所述，以往無法製造大面積、低成本、高品質的鑽石電子元件。因此，本發明人為了能夠解決這樣的問題而重複認真進行了研究。其結果，認為將基材設為矽基材並在其上製成中間層、基底層、單晶鑽石層之構成是最適合的，且認真研究的結果，發現藉由規定中間層和基底層的材料並進一步將單晶鑽石層的厚度規定為300μm以下，能夠得到一種鑽石電子元件，其具有所期望的性能，而完成了本發明。
首先，針對本發明的鑽石電子元件，參照第1圖來作說明。 如第1圖所示，本發明的鑽石電子元件1，具有矽基材2、形成在該矽基材2上的中間層3、形成在該中間層3上的基底層4、及形成在該基底層4上的單晶鑽石層5。
中間層3是由單晶氧化鎂(MgO)層、單晶鈦酸鍶(SrTiO3 )層、α-氧化鋁(α-Al2 O3 )層、YSZ(釔安定氧化鋯)層中的任一種所構成。又，基底層4是由銥層、銠層、鉑層中的任一種所構成。
此時，較佳是在矽基材2與中間層3之間形成有一層以上的薄膜6，該薄膜6是由金、鉑、鈦、鉻、銥、銠、矽、氧化矽(SiO2 )中的任一種所構成。
若是如此的鑽石電子元件，則藉由夾設有薄膜6，中間層3與矽基材2的連接性會提昇，而成為一種鑽石電子元件，其形成有更良好狀態的中間層3。
尚且，在本發明中，在比矽基材更上方處可具有中間層，在比中間層更上方處可具有基底層，在比該基底層更上方處可具有單晶鑽石層，在該些層之間可以視目的而設置緩和層(relaxation layer)等。又，前述各層可製成由二層以上所構成。
形成在基底層4上的單晶鑽石層5的結晶性，較佳是：利用波長λ=1.54埃的X射線繞射法分析而得的鑽石(004)所歸屬的2θ=119.5°處的繞射強度峰的搖擺曲線的半高寬(FWHM)為3°以下。 若是具有如此範圍的半高寬，則可得到充分的裝置性能。
此處，單晶鑽石層5的厚度需為300μm以下。 如此，由於在本發明的鑽石電子元件中，單晶鑽石層5的厚度是300μm以下，故用以形成單晶鑽石層5的時間會變短。進一步，由於單晶鑽石層5的表面凹凸會受到抑制，故研磨加工所需要的時間會變短。因此，會成為低成本。又，因為單晶鑽石層5的翹曲會受到抑制，故會成為一種鑽石電子元件，其能夠防止龜裂的發生和破損，並能夠容易地進行研磨加工和裝置製作。
單晶鑽石層5，能夠設為由導入硼雜質而成的p型單晶鑽石、導入磷雜質而成的n型單晶鑽石、未導入雜質的高電阻單晶鑽石中的任一種所選出的單晶鑽石層積層二層以上而成。此積層而成的單晶鑽石層5的選擇並無特別限制，例如，能夠使p型單晶鑽石積層二層以上等而適宜地決定。
如此，藉由製成由二層以上所構成的積層單晶鑽石層5來形成，能夠視目的作成各種裝置而適當地運作。例如，具體而言，能夠作為LED、電力裝置等用途。
在形成有上述這樣由二層以上所構成的積層單晶鑽石層的情況下，該等的合計厚度需為300μm以下。
若是這樣的本發明的鑽石電子元件1，則會成為一種大面積、低成本、高品質的鑽石電子元件。若將這樣的鑽石電子元件1作為LED、電力裝置等用途，則能以大面積且低成本地充分得到所期望的特性。
接著，針對本發明的鑽石電子元件的製造方法，參照第1圖、第2圖來作說明。 (準備步驟：第2圖的SP1) 首先，準備矽基材2。 作為要準備的矽基材2，並無特別限制，例如，能夠設為經過雙面研磨且直徑5〜150mm的單晶矽晶圓。矽晶圓可廉價地取得大面積且高品質者。
此處，較佳是在上述準備步驟(第2圖的SP1)與後述中間層步驟(第2圖的SP2)之間進行在矽基材2上形成一層以上的下述薄膜的步驟，該薄膜是由金、鉑、鈦、鉻、銥、銠、矽、氧化矽(SiO2 )中的任一種所構成。
如此，藉由在矽基材2與中間層3之間夾設一層以上的薄膜6，中間層3與矽基材2的連接性會提昇，而成為可形成更良好狀態的中間層3。形成方法並無特別限制，亦可採用以往所進行的任一種方法。
(中間層步驟：第2圖的SP2) 接著，在矽基材2上形成中間層3，該中間層3是由單晶MgO層、單晶SrTiO3 層、α-Al2 O3 層、YSZ(釔安定氧化鋯)層中的任一種所構成。
中間層3能夠使用例如濺鍍法、電子束蒸鍍法、氣相合成法、分子束磊晶法等或是貼合法、黏接劑法等來形成。
(基底層步驟：第2圖的SP3) 接著，在中間層3上形成基底層4，該基底層4是由銥層、銠層、鉑層中的任一種所構成。
基底層4能夠藉由利用例如濺鍍法、電子束蒸鍍法、氣相合成法、分子束磊晶法等異質磊晶成長而形成。
(單晶鑽石層步驟：第2圖的SP4) 然後，在基底層4上形成單晶鑽石層5。 此時，若單晶鑽石層5的厚度比300μm更厚，則會變成需要長時間成長、表面凹凸變大而需要長時間研磨加工等等，而變成高成本的主要因素。又，翹曲會變大，研磨加工和裝置製作會變得困難。依據情況，也會成為發生龜裂和破損的原因。
因此，將在單晶鑽石層步驟中所形成的單晶鑽石層5的厚度設為300μm以下。藉此，由於用以形成單晶鑽石層的時間會變短，進一步，由於能夠抑制單晶鑽石層的表面凹凸，故研磨加工所需要的時間會變短。因此，能夠降低成本。又，因為單晶鑽石層的翹曲會受到抑制，故能夠防止龜裂的發生和破損，而能夠容易地進行研磨加工和裝置製作。
單晶鑽石層5能夠藉由利用微波CVD、DC電漿CVD、熱燈絲CVD、電弧放電CVD法等異質磊晶成長而形成。
此時，較佳是將形成於基底層4上的單晶鑽石層5的結晶性，設為：利用波長λ=1.54埃的X射線繞射法分析而得的鑽石(004)所歸屬的2θ=119.5°處的繞射強度峰的搖擺曲線的半高寬(FWHM)為3°以下。要形成具有這樣的結晶性的鑽石層5，例如，能夠藉由下述來進行：對基底層4的表面進行用於鑽石成核的預處理(偏壓處理)後，藉由微波CVD、DC電漿CVD、熱燈絲CVD、電弧放電CVD法等而使單晶鑽石層5異質磊晶成長。
若設為如此，則半高寬會成為足夠小，而能夠較確實地得到充分的裝置性能。
又，此時，作為形成於基底層4上的單晶鑽石層5，能夠由導入硼雜質而成的p型單晶鑽石、導入磷雜質而成的n型單晶鑽石、未導入雜質的高電阻單晶鑽石中的任一種所選出的單晶鑽石層5積層二層以上而成。此積層的單晶鑽石層5的選擇並無特別限制，例如，能夠使p型單晶鑽石積層二層等而適宜地決定。
藉由設為如此由二層以上所構成的積層單晶鑽石層5所形成，能夠視目的作成各種裝置而適當地運作。
又，在將單晶鑽石層5如上所述地設為二層以上的層構造的情況下，需將該等的合計厚度設為300μm以下。
若是這樣的本發明的鑽石電子元件的製造方法，則能夠製造大面積、低成本、高品質的鑽石電子元件。若將這樣的鑽石電子元件設為LED、電力裝置等用途，則能以大面積且低成本地充分得到所期望的特性。 〔實施例〕
以下，顯示本發明的實施例及比較例來進一步具體說明本發明，但本發明並不受限於這些例子。
(實施例1) 首先，作為矽基材2，準備定向(100)且經過雙面研磨的單晶矽晶圓，該單晶矽晶圓的直徑是10.0mm，厚度是1.0mm。
然後，對要進行單晶鑽石層5的成膜的面那一側，利用電子束蒸鍍法，在真空中以基板溫度900℃的條件使單晶MgO層磊晶成長至單晶MgO層成為1μm為止，以形成中間層3。
接著，在單晶MgO層上，使Ir(銥)層異質磊晶成長而形成基底層4。在成膜時，使用射頻(13.56MHz)磁控濺鍍法(R.F. magnetron Sputter)，其是將直徑6吋(150mm)、厚度5mm、純度99.9％以上的Ir作為靶材。將單晶MgO層已形成完畢的基板加熱至800℃，並確認基礎壓力(base pressure)成為6×10-7 Torr(約8.0×10-5 Pa)以下後，導入Ar(氬)氣體10sccm。調節流通排氣系統的閥的開口度而設為5×10-2 Torr(約6.7Pa)後，輸入R.F.電力1000W而進行15分鐘期間的成膜。所得到的Ir層的厚度是0.7μm。
接著，進行用於鑽石成核的預處理(偏壓處理)。將形成有Ir層的基板設置於直徑15mm且平板型的電極上，確認基礎壓力成為1×10-6 Torr(約1.3×10-4 Pa)以下後，導入氫稀釋甲烷(CH4 /(CH4 +H2 )=5.0vol.％)500sccm。調節流通排氣系統的閥的開口度來設為100Torr(約1.3×104 Pa)後，對基板側電極施加負電壓並暴露於電漿90sec的時間，以偏壓處理基板表面。
最後，藉由DC電漿CVD法來使單晶鑽石層5異質磊晶成長。將已施行偏壓處理的基板設置於DC電漿CVD裝置的腔室內，利用旋轉泵(rotary pump)排氣至10-3 Torr(約1.3×10-1 Pa)以下的基礎壓力為止後，導入原料氣體也就是氫稀釋甲烷(CH4 /(CH4 +H2 )=5.0vol.％)1000sccm。調節流通排氣系統的閥的開口度而將腔室內設為110Torr(約1.5×104 Pa)後，流通2.0A的直流電流進行10小時成膜。利用高溫計測定成膜中的基板溫度的結果，該溫度是950℃。
所得到的單晶鑽石層5，是在直徑10mm的基板的整個面上無剝離且完整的連續膜，膜厚是50μm。將此單晶鑽石層5進行X射線繞射測定(入射X射線波長1.54Å)的結果，鑽石(004)所歸屬的2θ=119.5°處的繞射強度峰的半高寬是600arcsec(約0.167°)。
由此基板切出2mm見方作為基板，製作鑽石肖特基能障二極體(diamond Schottky barrier diode:SBD)。
首先，將單晶鑽石層5的表面研磨加工而製成表面粗糙度RMS=0.3nm(10μm見方區域，利用原子力顯微鏡(AFM)測定)。接著，利用微波CVD法形成1μm厚的高濃度硼摻雜而成的p型單晶鑽石層5a(P+ ，1020 atoms/cm3 )。進一步，形成1μm厚的低硼摻雜而成的p型單晶鑽石層5b(P，4×1016 atoms/cm3 )。就電極而言，形成380μm直徑的歐姆電極7(Au/Pt/Ti界面側)，且為了製作肖特基能障二極體(SBD)，形成直徑180μm的Pt肖特基電極8。第3圖是所作成的肖特基能障二極體的示意剖面圖。第4圖是所製作的肖特基能障二極體的外觀照片。
測定如此所製作而成的肖特基能障二極體的I-V特性。此時的測定結果顯示於第5圖。由測定結果所導出的整流特性是1012 ，理想因子(ideality factor)是n=1.2。這些是與利用高溫高壓法所合成的鑽石同等的數值。
(實施例2) 在實施例1中，除了在矽基材2上利用濺鍍法形成1μm的Pt薄膜後，進行單晶MgO層(中間層)的異質磊晶成長之外，同樣地形成厚度50μm的單晶鑽石層5以後，將此單晶鑽石層5進行X射線繞射測定(入射X射線波長1.54Å)的結果，鑽石(004)所歸屬的2θ=119.5°處的繞射強度峰的半高寬是530arcsec(約0.147°)。與實施例1同樣地製作肖特基能障二極體，測定I-V特性的結果，能夠顯示與利用高溫高壓法所合成的鑽石同等的特性。
(實施例3) 在實施例1中，除了在矽基材2上的要進行單晶鑽石層5的成膜的面那一側，利用分子束磊晶(Molecular Beam Epitaxy:MBE)法磊晶成長單晶MgO層至厚度成為50nm為止後，進行Ir層(基底層4)的異質磊晶成長之外，同樣地形成厚度50μm的單晶鑽石層5以後，將此單晶鑽石層5進行X射線繞射測定(入射X射線波長1.54Å)的結果，鑽石(004)所歸屬的2θ=119.5°處的繞射強度峰的半高寬是560arcsec(約0.156°)。與實施例1同樣地製作肖特基能障二極體，測定I-V特性的結果，能夠顯示與利用高溫高壓法所合成的鑽石同等的特性。
(實施例4) 在實施例1中，除了在矽基材2上的要進行單晶鑽石層5的成膜的面那一側，利用脈衝雷射沉積(Pulsed Laser Deposition:PLD)法磊晶成長單晶MgO層至厚度成為10μm為止後，進行Ir層(基底層4)的異質磊晶成長之外，同樣地形成厚度50μm的單晶鑽石層5以後，將此單晶鑽石層5進行X射線繞射測定(入射X射線波長1.54Å)的結果，鑽石(004)所歸屬的2θ=119.5°處的繞射強度峰的半高寬是610arcsec(約0.169°)。與實施例1同樣地製作肖特基能障二極體，測定I-V特性的結果，能夠顯示與利用高溫高壓法所合成的鑽石同等的特性。
(實施例5) 與實施例1同樣地利用DC電漿CVD形成50μm的單晶鑽石層5後，利用微波CVD使單晶鑽石層5追加成長35h(小時)，而將單晶鑽石層5的合計厚度製成298μm。其後，與實施例1同樣地，利用微波CVD法形成1μm厚的高濃度硼摻雜而成的單晶鑽石層5a，進一步形成1μm厚的低硼摻雜而成的單晶鑽石層5b(參照第3圖)。亦即，在實施例5中的單晶鑽石層5、5a、5b的合計厚度被製成300μm。其後，與實施例1同樣地製作肖特基能障二極體，測定其I-V特性的結果，能夠顯示與利用高溫高壓法所合成的鑽石同等的特性。
(實施例6) 與實施例1同樣地利用DC電漿CVD形成10μm的單晶鑽石層5後，利用微波CVD使單晶鑽石層5追加成長13小時，將單晶鑽石層5的合計厚度製成101μm。其後，與實施例1同樣地，利用微波CVD法形成1μm厚的高濃度硼摻雜而成的單晶鑽石層5a，進一步形成1μm厚的低硼摻雜而成的單晶鑽石層5b(參照第3圖)。亦即，在實施例6中的單晶鑽石層5、5a、5b的合計厚度被製成103μm。其後，與實施例1同樣地製作肖特基能障二極體，測定其I-V特性的結果，能夠顯示與利用高溫高壓法所合成的鑽石同等的特性。
(實施例7) 與實施例1同樣地利用DC電漿CVD形成10μm的單晶鑽石層5後，利用微波CVD使單晶鑽石層5追加成長27小時，將單晶鑽石層5的合計厚度製成199μm。其後，與實施例1同樣地，利用微波CVD法形成1μm厚的高濃度硼摻雜而成的單晶鑽石層5a，進一步形成1μm厚的低硼摻雜而成的單晶鑽石層5b(參照第3圖)。亦即，在實施例7中的單晶鑽石層5、5a、5b的合計厚度被製成201μm。其後，與實施例1同樣地製作肖特基能障二極體，測定其I-V特性的結果，能夠顯示與利用高溫高壓法所合成的鑽石同等的特性。
如此，在實施例1～7中，能夠作成與利用高溫高壓法所合成的鑽石同等品質且大面積、低成本的鑽石電子元件。
(比較例1) 不使用實施例1中所使用的矽基材，取而代之，使用定向(100)且經過雙面研磨的單晶MgO作為基材，該基材的直徑是10.0mm且厚度是1.0mm，對其與實施例1同樣地進行Ir層成膜、偏壓處理、DC電漿CVD，而成長50μm厚的單晶鑽石層。CVD結束後，回到室溫並由腔室取出，則單晶鑽石層/Ir層會由單晶MgO層面剝離而散落。這被認為是因為應力大而導致剝離。
(比較例2) 與實施例1同樣地利用DC電漿CVD形成50μm的單晶鑽石層後，利用微波CVD追加成長43小時，將單晶鑽石層的合計厚度製成350μm。接著，回到室溫並由腔室取出，則單晶鑽石層的整個面會發生大量的龜裂。
並且，本發明並不受限於上述實施型態。上述實施型態係為例示，任何與本發明的申請專利範圍所記載的技術思想具有實質相同構成並達到同樣的作用效果者，皆包含於本發明的技術範圍內。
1‧‧‧鑽石電子元件
2‧‧‧矽基材
3‧‧‧中間層
4‧‧‧基底層
5‧‧‧單晶鑽石層
5a‧‧‧高濃度硼摻雜而成的p型單晶鑽石層
5b‧‧‧低硼摻雜而成的p型單晶鑽石層
6‧‧‧薄膜
7‧‧‧歐姆電極
8‧‧‧肖特基電極
SP1‧‧‧準備步驟
SP2‧‧‧中間層步驟
SP3‧‧‧基底層步驟
SP4‧‧‧單晶鑽石層步驟
第1圖是顯示本發明的鑽石電子元件的一例的示意圖。 第2圖是顯示本發明的鑽石電子元件的製造方法的一例的示意圖。 第3圖是在實施例中所製作而成的鑽石肖特基能障二極體(Schottky barrier diode)的示意剖面圖。 第4圖是在實施例中所製作而成的鑽石肖特基能障二極體的外觀照片。 第5圖是顯示在實施例中所製作而成的鑽石肖特基能障二極體的I-V(電流-電壓)特性的測定結果的圖表。
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1‧‧‧鑽石電子元件
2‧‧‧矽基材
3‧‧‧中間層
4‧‧‧基底層
5‧‧‧單晶鑽石層
6‧‧‧薄膜

Claims (10)

  1. 一種鑽石電子元件，其特徵在於，具有： 矽基材； 中間層，其形成在該矽基材上，且由單晶氧化鎂層、單晶鈦酸鍶層、α-氧化鋁層、釔安定氧化鋯層中的任一種所構成； 基底層，其形成在該中間層上，且由銥層、銠層、鉑層中的任一種所構成；及， 單晶鑽石層，其形成在該基底層上； 其中，前述單晶鑽石層的厚度是300微米以下。
  2. 如請求項1所述的鑽石電子元件，其中，在前述矽基材與前述中間層之間形成有一層以上的薄膜，該薄膜是由金、鉑、鈦、鉻、銥、銠、矽、氧化矽中的任一種所構成。
  3. 如請求項1所述的鑽石電子元件，其中，前述單晶鑽石層的結晶性，利用波長λ=1.54埃的X射線繞射法分析而得的鑽石(004)所歸屬的2θ=119.5°處的繞射強度峰的搖擺曲線的半高寬也就是FWHM為3°以下。
  4. 如請求項2所述的鑽石電子元件，其中，前述單晶鑽石層的結晶性，利用波長λ=1.54埃的X射線繞射法分析而得的鑽石(004)所歸屬的2θ=119.5°處的繞射強度峰的搖擺曲線的半高寬也就是FWHM為3°以下。
  5. 如請求項1至請求項4中任一項所述的鑽石電子元件，其中，前述單晶鑽石層是由導入硼雜質而成的p型單晶鑽石、導入磷雜質而成的n型單晶鑽石、未導入雜質的高電阻單晶鑽石中的任一種所選出的單晶鑽石層積層二層以上而成。
  6. 一種鑽石電子元件的製造方法，其特徵在於，包含： 準備步驟，其準備矽基材； 中間層步驟，其在該矽基材上形成中間層，該中間層是由單晶氧化鎂層、單晶鈦酸鍶層、α-氧化鋁層、釔安定氧化鋯層中的任一種所構成； 基底層步驟，其在前述中間層上形成基底層，該基底層是由銥層、銠層、鉑層中的任一種所構成；及， 單晶鑽石層步驟，其在前述基底層上形成單晶鑽石層； 並且，將在前述單晶鑽石層步驟中所形成的前述單晶鑽石層的厚度設為300微米以下。
  7. 如請求項6所述的鑽石電子元件的製造方法，其中，在前述準備步驟與前述中間層步驟之間，具有在前述矽基材上形成一層以上的下述薄膜的步驟，該薄膜是由金、鉑、鈦、鉻、銥、銠、矽、氧化矽中的任一種所構成。
  8. 如請求項6所述的鑽石電子元件的製造方法，其中，在前述單晶鑽石層步驟中，將形成於前述基底層上的單晶鑽石層的結晶性，設為：利用波長λ=1.54埃的X射線繞射法分析而得的鑽石(004)所歸屬的2θ=119.5°處的繞射強度峰的搖擺曲線的半高寬也就是FWHM為3°以下。
  9. 如請求項7所述的鑽石電子元件的製造方法，其中，在前述單晶鑽石層步驟中，將形成於前述基底層上的單晶鑽石層的結晶性，設為：利用波長λ=1.54埃的X射線繞射法分析而得的鑽石(004)所歸屬的2θ=119.5°處的繞射強度峰的搖擺曲線的半高寬也就是FWHM為3°以下。
  10. 如請求項6至請求項9中任一項所述的鑽石電子元件的製造方法，其中，在前述單晶鑽石層步驟中，作為形成於前述基底層上的單晶鑽石層，使由導入硼雜質而成的p型單晶鑽石、導入磷雜質而成的n型單晶鑽石、未導入雜質的高電阻單晶鑽石中的任一種所選出的單晶鑽石層積層二層以上。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3079535B1 (fr) * 2018-03-28 2022-03-18 Soitec Silicon On Insulator Procede de fabrication d'une couche monocristalline de materiau diamant ou iridium et substrat pour croissance par epitaxie d'une couche monocristalline de materiau diamant ou iridium
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JP7253208B2 (ja) * 2021-07-09 2023-04-06 株式会社ディスコ ダイヤモンド成膜方法及びダイヤモンド成膜装置
CN113832541B (zh) * 2021-09-29 2024-02-09 太原理工大学 用于外延生长大尺寸单晶金刚石的复合衬底的制备方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2730271B2 (ja) * 1990-03-07 1998-03-25 住友電気工業株式会社 半導体装置
JP3278474B2 (ja) 1992-10-28 2002-04-30 株式会社三共 遊技機
JP2005005615A (ja) * 2003-06-13 2005-01-06 Kobe Steel Ltd ダイヤモンド電子素子の製造方法
JP2005219962A (ja) * 2004-02-05 2005-08-18 Sumitomo Electric Ind Ltd ダイヤモンド単結晶基板及びその製造方法
JP2009059798A (ja) * 2007-08-30 2009-03-19 Sumitomo Electric Ind Ltd ダイヤモンド電子素子の製造方法
JP4977104B2 (ja) 2008-09-04 2012-07-18 株式会社神戸製鋼所 ダイヤモンド半導体素子
JP2011079683A (ja) * 2009-10-02 2011-04-21 Shin-Etsu Chemical Co Ltd 単結晶ダイヤモンド成長用基材及び単結晶ダイヤモンド基板の製造方法
JP5468528B2 (ja) * 2010-06-28 2014-04-09 信越化学工業株式会社 単結晶ダイヤモンド成長用基材及びその製造方法並びに単結晶ダイヤモンド基板の製造方法
JP5842761B2 (ja) * 2012-08-07 2016-01-13 信越化学工業株式会社 ダイヤモンドの製造方法及び直流プラズマｃｖｄ装置
JP2014160719A (ja) * 2013-02-19 2014-09-04 National Institute Of Advanced Industrial & Technology ダイヤモンド半導体素子
JP6112485B2 (ja) * 2013-09-19 2017-04-12 国立研究開発法人産業技術総合研究所 単結晶ダイヤモンドの製造方法

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