WO2006087937A1 - ダイヤモンド半導体整流素子 - Google Patents

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Yasuo Koide
Meiyong Liao
Antonio Alvarez Jose
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    • H01L29/861—Diodes
    • H01L29/872—Schottky diodes

Definitions

  • the present invention relates to a diamond semiconductor rectifier.
  • a diamond semiconductor has a large band gap of about 5.5 eV at room temperature
  • Patent Document 1 has been widely used. Also, by adding B (boron) as a dopant in the microwave-excited plasma vapor phase growth method of diamond single crystal thin film, p-type (main carriers are holes) electrical conductivity is obtained, and P (phosphorus) The method of controlling the electrical conductivity of n-type (the main carrier is an electron) by adding is widely used (Patent Document 2).
  • the microwave-excited plasma vapor phase growth method is a vapor phase growth method using an atmosphere containing hydrogen
  • the surface of the grown diamond single crystal film is substantially covered with hydrogen (hydrogen-terminated surface).
  • hydrogen hydrogen-terminated surface
  • this surface conductive layer disappears by applying a solution treatment (oxidation treatment) to remove hydrogen bonded to the surface, for example, by dipping in a boiling sulfuric acid / nitric acid mixture. Confirmed himself.
  • oxidation treatment oxidation treatment
  • n is an ideal factor
  • k is the Boltzmann constant
  • T is the absolute temperature
  • Non-Patent Document 1 shows homoepitaxial growth on a high-pressure synthetic diamond substrate lb (100) surface.
  • the surface conduction layer of the hydrogen-terminated diamond layer uses an aluminum (A1) thin film as a rectifying electrode and is not subjected to a heat treatment immediately after fabrication! Yes.
  • nickel (Ni) Z gold (Au) is applied to the acid-treated surface of the p-type diamond layer homoepitaxially grown on the high-pressure synthetic diamond substrate lb (100).
  • n 1.04 was achieved in the state without heat treatment immediately after fabrication! RU
  • Patent Document 3 discloses that a rectifying electrode made of Mg, Hf, Zr, and A1 metal is in contact with a diamond semiconductor rectifying element composed of a metal Z insulating diamond layer Zp type diamond layer. Use undoped insulating diamond layer for diamond layer The force that discloses the technology The ideal factor n value of this element is 2 or more, and the ideal situation has not been achieved.
  • Non-Patent Document 1 H. Okushi, H. Watanabe, T. Sekiguchi, D. Takeuchi, S. Yamanaka.K.
  • Non-Patent Document 2 M. Suzuki, H. Yoshida, N. Sakuma, T. Ono, T. Skai. M. Ogura. H. Oku shi. And S. Koizumi, Diamond Relat. Mater. 13, 198 (2004) .
  • Patent Document 1 Japanese Patent Publication No.59-27754
  • Patent Document 2 Japanese Patent No. 3051912
  • Patent Document 3 JP-A-8-316498
  • a rectifying electrode in a conventional diamond semiconductor rectifying element uses a single metal element typified by A1 and Ni.
  • An element that achieves an ideal factor n value of 1 is immediately after the rectifying electrode is fabricated. It is the characteristic of the state which does not give the heat processing.
  • a heat-stable rectifying electrode that achieves an n value of 1 even after high-temperature heat treatment has not yet been developed.
  • Diamond semiconductor itself is excellent in mechanical strength and heat resistance, so it is expected to provide a semiconductor device that operates stably even in high temperature and poor environments.
  • mechanical strength ⁇ rectifying electrode with excellent heat resistance It was a drawback that was developed!
  • the present invention provides a refractory electrode of a diamond semiconductor rectifying device having a high mechanical strength and a refractory metal carbide compound having excellent heat resistance (TiC, ZrC, H1C, VC, NbC, TaC, CrC, MoC, And WC) provide a highly thermally stable diamond semiconductor rectifier that achieves the ideal factor n value of 1.0 even after high-temperature heat treatment at 500 ° C.
  • refractory metal carbide is used as the rectifying electrode, and the n value in the current-voltage characteristic is 1.02, forward and reverse even after heat treatment at 500 ° C for at least 1 hour in an argon atmosphere.
  • Current ratio in the direction (rectification ratio) 9 digits and under reverse voltage This is related to a Schottky diode that achieves a leakage current of 10 _14 A or less at an applied voltage of 30V.
  • the present invention provides (1) a diamond semiconductor rectifying element having a rectifying electrode, and TiC, ZrC, HfC, VC, which is a carbide compound of a refractory metal element, on an oxidized surface on a diamond semiconductor.
  • a diamond semiconductor rectifying element characterized in that at least one carbide compound of NbC, TaC, CrC, MoC, and WC has a rectifying electrode having a layered structure as a thin film.
  • the present invention also provides a first layer electrode made of a metal element that metallurgically reacts with diamond by heat treatment, and a second layer electrode force that also has a carbide composite force of a refractory metal element.
  • the diamond semiconductor rectifying element is characterized in that is heat-treated and formed on an oxidized surface of the diamond semiconductor.
  • the diamond semiconductor rectifier of the embodiment of the present invention uses a carbide compound WC of a refractory metal element as a rectifying electrode having a layered structure as a thin film, and further forms an ohmic electrode as a first layer electrode.
  • WC is used for titanium (Ti) and the second layer electrode. Since the ohmic electrode is desired to have a low resistance through which current flows well, Ti or the like is required as the first layer electrode.
  • a temperature of 500 ° C to 800 ° C and a heat treatment time of 5 minutes to 3 hours are required.
  • the first layer electrode may be a metal element that metallurgically reacts with diamond by heat treatment in addition to Ti.
  • the second layer electrode may be a carbide compound of a heat-stable refractory metal element other than WC. This diamond semiconductor rectifying element is extremely excellent in thermal stability as compared with a diamond semiconductor rectifying element using a rectifying electrode using a single metal element.
  • high quality electrical and optical diamond semiconductors include CH (methane) and H (hydrogen).
  • the growth surface is a hydrogenated surface Since there is a conductive layer, oxidation treatment is performed by boiling sulfuric acid / hydrochloric acid mixed solution treatment V, and the diamond surface from which the surface conductive layer has been removed is used as the contact interface of the rectifying electrode.
  • the present invention provides a WC rectifying electrode and Ti / WC shown in FIGS.
  • the diamond semiconductor rectifier shown in Figs. 1 and 2 was fabricated by the following process, and the current-voltage (I-V) characteristics were measured.
  • the diamond epitaxial single crystal film 2 doped with B (boron), which is a p-type dopant element, includes CH (methane) as a source gas and H (hydrogen) as a source gas. Dilution carrier
  • Lb diamond (100) single crystal substrate of length 2.5 X width 2.5 X thickness 0.5 mm produced by high-pressure synthesis method using microwave-excited plasma vapor phase growth method used as source gas A thickness of 0.8 m was grown on 1.
  • the growth conditions at this time were as follows. Substrate temperature 900 ° C, growth pressure 80Torr, microwave power 360W, CH flow 500scc
  • the long time was 12 hours.
  • the grown diamond (100) plane epitaxial single crystal film 2 is subjected to an oxidation treatment by immersing it in a boiling sulfuric acid and hydrochloric acid mixed solution for 15 minutes, and then is overlaid with ultrapure water. Flow washed. After that, ultrasonic cleaning was performed in each solution of acetone and isopropyl alcohol, and resist patterning for the production of Ti / WC electrodes shown in Fig. 1 3 and Fig. 2 3 was performed by a photolithography method.
  • Ti and WC targets were obtained by magnetron sputtering using Ar gas.
  • Ti / WC electrode was formed by lift-off method by depositing Ti (thickness lOnm) thin film on the first layer and then WC (thickness lOnm) thin film on the second layer by layer sputtering. .
  • an ohmic electrode was formed by heat treatment at 500 ° C. for 2 hours in an Ar atmosphere.
  • resist patterning of the WC electrode shown in 4 of FIG. 1 and 4 of FIG. 2 was performed again by a photolithography method.
  • a WC (thickness 2) thin film was similarly deposited in a layer by magnetron sputtering, and a WC rectifying electrode having a layer structure was formed by a lift-off method.
  • the width between the Ti / WC electrode and the WC electrode (corresponding to 1L in FIGS. 1 and 2) is 20 ⁇ m, and the diameter of the WC electrode (corresponding to 2L in FIGS. 1 and 2) is It was 200 / zm.
  • Thermal stability was achieved by heat-treating this diamond semiconductor rectifier in an Ar atmosphere and examining changes in the current-voltage characteristics.
  • the thus produced diamond semiconductor rectifier was set in a vacuum chamber equipped with a two-short prober, and the inside of the chamber was maintained at a vacuum degree of 0.05 Pa by a turbo molecular pump. I-V characteristics were measured by the two-terminal method.
  • FIG. 3 shows the I vs. V characteristics measured in a dark room for the diamond semiconductor rectifier before heat treatment.
  • the reverse dark current of this element is 10 _14 A or less below the detection limit up to a voltage of 30 V, indicating that extremely weak leakage current is realized.
  • the rectification ratio with the forward current value reaches more than 9 digits, and excellent Schottky characteristics are obtained.
  • This current-voltage characteristic is likely to be dominated by the WC rectifying electrode.
  • the ideal factor n value is 1.36, and it can be seen that the ideal rectifying electrode Z diamond semiconductor interface is slightly exhibited in the as-made state.
  • Fig. 4 shows the I vs. V characteristics after heat treatment at 500 ° C for 1 hour. Even after heat treatment at 500 ° C, the reverse leakage current is 10 -14 A or less, and the steepness of the forward current rise is significantly improved compared to before heat treatment.
  • the ideal factor n is 1.02. Also.
  • the rectification ratio with the forward current is 9 digits or more, indicating a very thermally stable Schottky characteristic.
  • a rectifying electrode of a conventional diamond semiconductor rectifying element uses a single metal element.
  • the diamond semiconductor rectifier with excellent thermal stability could not be manufactured.
  • a heat-stable diamond semiconductor rectifier has been developed by developing a heat-stable electrode that can operate sufficiently even after being exposed to a high temperature of 500 ° C.
  • the diamond semiconductor rectifying element of the present invention is applied to a low-loss and compact AC / DC converter and a semiconductor switch, thereby opening up a new semiconductor element market.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a diamond semiconductor rectifier according to the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view showing an electrode pattern of the diamond semiconductor rectifier of the present invention.
  • FIG. 3 is a graph showing IV characteristics before heat treatment of the diamond semiconductor rectifier of the present invention.
  • FIG. 4 is a graph showing IV characteristics after heat treatment at 500 ° C. for 1 hour of the diamond semiconductor rectifier of the present invention.

Abstract

　従来のダイヤモンド半導体整流素子の整流性電極は、単一金属元素を用いており、熱安定性に優れたダイヤモンド半導体整流素子を製造することができなかった。本発明は、整流性電極を有するダイヤモンド半導体整流素子であって、ダイヤモンド半導体上の酸化処理表面に、高融点金属元素のカーバイド化合物であるTiC、ZrC、HfC、VC、NbC、TaC、CrC、MoC、およびWCの内少なくとも１つのカーバイド化合物が薄膜として層状構造を持つ整流性電極を有することを特徴とするダイヤモンド半導体整流素子、を提供する。

Description

明 細 書
ダイヤモンド半導体整流素子
技術分野
[0001] 本発明は、ダイヤモンド半導体整流素子に関する。
背景技術
[0002] ダイヤモンド半導体は、バンドギャップが室温で約 5. 5eVと力なり大きく、ドーパント
(不純物）が添加されていない真性状態で絶縁体として振舞うことが知られている。ダ ィャモンド単結晶薄膜を成長させる方法は、実質的に炭素及び水素を含む雰囲気、 例えば CH (メタン）と H (水素)ガスを用いたマイクロ波励起プラズマ気相成長法が開
4 2
発 (特許文献 1)されており、広く普及している。また、ダイヤモンド単結晶薄膜のマイ クロ波励起プラズマ気相成長法においてドーパントとして B (ボロン)を添加することに よって p型（主たるキャリアが正孔）の電気伝導性を得る、また P (リン)を添加すること によって n型 (主たるキャリアが電子)の電気伝導性を制御する（特許文献 2)方法も広 く使われている。
[0003] マイクロ波励起プラズマ気相成長法は、水素を含む雰囲気を用いる気相成長法で あるため、成長させたダイヤモンド単結晶膜表面は、実質的に水素で覆われた表面（ 水素終端表面)であることが知られている。即ち、表面には炭素原子 (C)の未結合手 が水素原子 (H)によって結合終端された C H分子構造が存在し (以後「水素化」と 呼ぶ）、この水素化に伴ってダイヤモンド表面近傍のダイヤモンド内には主たるキヤリ ァの正孔が表面近傍（2nm以内）に局在した p型表面伝導層が発生して!/ヽることが知 られている。この表面伝導層は、アンドープ及びボロンドープの（100)、（111)面単 結晶薄膜、及び多結晶薄膜にぉ 、ても同様に存在することも知られて ヽる。
[0004] この表面伝導層の実験的な特徴は、（1) 200°C程度までは安定に存在し、（2)水 素化されたダイヤモンド表面にのみに発生して 、ることがわ力つて 、る。表面の結合 水素を除去する溶液処理 (酸化処理)、例えば、沸騰させた硫酸 ·硝酸混合液中に 浸す処理を施すことによって、この表面伝導層は消滅することも知られており、本発 明者自身も確認している。 [0005] これら成長させたダイヤモンド薄膜を電子デバイスまたは光デバイスに使用する場 合には、極めて熱安定な整流性電極を形成することが課題となる。
[0006] 従来、単結晶及び多結晶ダイヤモンドを用いて単一金属元素とダイヤモンドとのシ ヨットキー接合を整流性電極として使用したダイヤモンド整流素子が提案され、その 電気特性が数多く報告されている。金属一半導体界面のショットキー接合を利用した 整流性電極の電流（I)は、 I exp(qV/nkT-l) (ここで、 Iは飽和電流、 qは素電荷、 Vは
S S
印加電圧、 nは理想因子、 kはボルツマン定数、 Tは絶対温度である）なる整流性の 電圧一電流特性を呈することが知られて ヽる。 p型ダイヤモンドに対して整流性電極 に印加される電圧 Vに対して、 V>0の印加電圧を逆方向電圧、また V< 0の印加電 圧を順方向電圧と呼んでいる。 n型ダイヤモンドに対して V< 0の印加電圧を逆方向 電圧、また V>0の印加電圧を順方向電圧と呼んでいる。
[0007] 順方向電圧印加時における電流一電圧特性 1=1 exp(qV/nkT_l)において、理想因
S
子 nが整流性電極の性能を評価する重要な物理パラメータであり、 n= l. 00の時、 理想的な熱電子放出電流が流れていることが知られている。従って、 n値が 1に近い ほど整流性電極 Zダイヤモンド半導体界面は理想状態に近 、ことを意味し、高性能 な整流性電極であると言える。シリコンおよびガリウムヒ素半導体においては、 n= l の整流性電極は広く使われて！/ヽる。
[0008] n値が 1を呈する理想的な金属 Zダイヤモンド界面を有する整流性電極を作製した 例として、非特許文献 1には、高圧合成ダイヤモンド基板 lb (100)面上にホモェピタ キシャル成長させた水素終端ダイヤモンド層の表面伝導層に対してアルミニウム (A1 )薄膜を整流性電極として用い、作製した直後の熱処理を施さな!/ヽ状態で n= 1を達 成しているものが記載されている。また、非特許文献 2には、高圧合成ダイヤモンド基 板 lb (100)面上にホモェピタキシャル成長させた p型ダイヤモンド層の酸ィ匕処理表面 に対してニッケル (Ni) Z金 (Au)の 2層薄膜を整流性電極として用い、作製した直後 の熱処理を施さな 、状態で n= 1. 04を達成して 、るものが記載されて！、る。
[0009] また、先行技術例として、特許文献 3は、金属 Z絶縁性ダイヤモンド層 Zp型ダイヤ モンド層からなるダイヤモンド半導体整流素子において、 Mg, Hf, Zr,および A1金属 の整流性電極が接触するダイヤモンド層にアンドープ絶縁性ダイヤモンド層を用いる 技術を開示している力 この素子は理想因子 n値は 2以上であり理想的状況は達成さ れていない。
[0010] 非特許文献 1 : H. Okushi, H. Watanabe, T. Sekiguchi, D. Takeuchi, S. Yamanaka.K.
Kajimura.Proc. Applied Diamond Conf. and Frontier Carbon TechnologyJointConf.( Tsukuba, 1999) p.65.
非特許文献 2 : M. Suzuki, H. Yoshida, N. Sakuma, T. Ono, T. Skai.M. Ogura.H.Oku shi.and S.Koizumi, Diamond Relat. Mater. 13, 198 (2004).
特許文献 1：特公昭 59 - 27754号公報
特許文献 2：特許第 3051912号公報
特許文献 3：特開平 8 - 316498号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0011] 従来のダイヤモンド半導体整流素子における整流性電極は、 A1や Niを代表とする 単一金属元素を用いており、理想因子 n値 1を達成するものは、整流性電極を作製し た直後の熱処理を施さない状態の特性である。高温熱処理後においても、 n値 1を達 成する熱安定な整流性電極は未だ開発されて 、な 、。ダイヤモンド半導体自身は、 機械的強度および耐熱性に優れることから、高温'劣悪環境下でも安定に動作する 半導体素子を提供することが期待されているが、機械的強度《耐熱性に優れる整流 性電極が開発されて!、な!、ことが欠点であった。
課題を解決するための手段
[0012] 本発明は、ダイヤモンド半導体整流素子の整流性電極として、機械的強度が強ぐ 耐熱性に優れる高融点金属のカーバイド化合物（TiC、 ZrC、 H1C、 VC、 NbC、 TaC、 CrC、 MoC、および WC)を用いることによって、 500°Cもの高温熱処理後においても 理想因子 n値 1. 0を達成する極めて熱安定なダイヤモンド半導体整流素子を提供す るものである。
[0013] 具体的には、整流性電極として高融点金属カーバイドを用い、アルゴン雰囲気下 における 500°C、少なくとも 1時間の熱処理後においても電流一電圧特性における n 値 1. 02、順方向および逆方向における電流比 (整流比） 9桁、および逆方向電圧下 での漏れ電流が印加電圧 30Vにおいて 10_14A以下を達成するショットキーダイォー ドに関するものである。
[0014] 本発明は、（1)整流性電極を有するダイヤモンド半導体整流素子であって、ダイヤ モンド半導体上の酸化処理表面に、高融点金属元素のカーバイド化合物である TiC 、 ZrC、 HfC、 VC、 NbC、 TaC、 CrC、 MoC、および WCの内少なくとも 1つのカーバイド 化合物が薄膜として層状構造を持つ整流性電極を有することを特徴とするダイヤモ ンド半導体整流素子、である。
[0015] また、本発明は、熱処理によってダイヤモンドと冶金学的に反応する金属元素から なる第 1層電極と高融点金属元素のカーバイドィ匕合物力もなる第 2層電極力 なるォ ーム性電極が熱処理されてダイヤモンド半導体上の酸化処理表面に形成されている ことを特徴とする上記のダイヤモンド半導体整流素子、である。
発明を実施するための最良の形態
[0016] 本発明の実施例のダイヤモンド半導体整流素子は、薄膜として層状構造を持つ整 流性電極に高融点金属元素のカーバイドィ匕合物 WCを用い、更にオーム性電極とし て第 1層電極にチタン (Ti)および第 2層電極に WCを使用している。オーム性電極は 電流を良く流す低抵抗であることが望まれるため第 1層電極として Tiなどが必要であ る。この Ti/WCオーム性電極のオーム性を得るためには、 500°C以上 800°C以下の 温度および 5分以上 3時間以下の熱処理時間が必要である。
[0017] この第 1層電極は、 Ti以外にも熱処理によってダイヤモンドと冶金学的に反応する 金属元素であれば良!、。第 2層電極には WC以外にも熱安定な高融点金属元素の カーバイドィ匕合物であれば構わない。このダイヤモンド半導体整流素子は、従来の 単一金属元素を用いた整流性電極を用いたダイヤモンド半導体整流素子に較べて 、極めて熱安定性に優れている。
[0018] また、電気的 ·光学的に高品質なダイヤモンド半導体は、 CH (メタン)及び H (水素)
4 2 を原料ガスとして用いるマイクロ波励起プラズマ気相成長法によって、高圧合成させ たダイヤモンド（100)又は（111)面単結晶基板上にェピタキシャル成長させることに よって得られる。
本発明の実施例においてもこの方法を用いる力 S、成長表面には水素化された表面 伝導層が存在するため、沸騰させた硫酸 ·塩酸混合溶液処理によって酸化処理を行 V、、表面伝導層を除去したダイヤモンド表面を整流性電極の接触界面として使用す る。
[0019] 本発明は、この酸ィ匕処理表面に図 1及び図 2に示す WC整流性電極および Ti/WC
(第 1層 Tiおよび第 2層 WC)オーム性電極を形成したダイヤモンド半導体整流素子 において、 WC整流性電極に対して 10Vから 30V (Ti/WCオーム性電極を接地）の 電圧を印加した電流 電圧特性において、 500°C、 1時間の熱処理後において理想 因子 n値 = 1. 02を与える。更に、室温での逆方向電流 10_14A以下、順方向電流と の整流比 9桁以上を呈する。本発明のダイヤモンド半導体整流素子は極めて優れた 熱安定性を持つ。
実施例 1
[0020] 図 1及び図 2に示すダイヤモンド半導体整流素子を以下に記すプロセスで作製し、 電流 電圧 (I-V)特性を測定した。
[0021] 図 1に示すように、 p型ドーパント元素である B (ボロン）を添カ卩したダイヤモンド'ェピ タキシャル単結晶膜 2は、 CH (メタン）を原料ガス、及び H (水素）を希釈用キャリア
4 2
ガス、更に lVol(0. 01) %水素希釈 B (CH ) (トリメチルボロン）をドーパント Bの原
3 3
料ガスとして用いたマイクロ波励起プラズマ気相成長法によって、高圧合成法によつ て作製された長さ 2. 5 X幅 2. 5 X厚さ 0. 5mmの lbダイヤモンド（100)単結晶基板 1上に厚さ 0. 8 m成長させた。この時の成長条件は以下のとおりであった。基板温 度 900°C、成長圧力 80Torr、及びマイクロ波パワー 360W、更に CH流量 500scc
4
m、 CH ZH濃度 (vol; %)比 0. 08、及び B (CH ) /CH濃度 (vol;ppm)比 3、成
4 2 3 3 4
長時間は 12時間であった。
[0022] 成長させたダイヤモンド（100)面ェピタキシャル単結晶膜 2は、沸騰させた硫酸お よび塩酸混合溶液中に 15分間浸すことによって酸化処理を施した後、超純水にてォ 一バーフロー洗浄された。その後アセトン及びイソプロピルアルコールそれぞれの溶 液中で超音波洗浄され、フォトリソグラフィ一法によって図 1の 3および図 2の 3に示す Ti/WC電極の作製のためのレジストのパターユングが行なわれた。
[0023] その後、 Arガスを用いたマグネトロンスパッタリング法によって、 Tiおよび WCターゲ ット材のスパッタリングによって第 1層に Ti (厚さ lOnm)薄膜、続、て第 2層に WC (厚 さ lOnm)薄膜を層状に積層堆積させ、リフトオフ法により、 Ti/WC電極を形成した。 その後、 Ar雰囲気中において 500°C、 2時間の熱処理を施すことによってオーム性 電極を形成した。
[0024] 続いて、超純水オーバーフロー洗浄後、再びフォトリソグラフィ一法によって図 1の 4 および図 2の 4に示す WC電極のレジストのパターユングが行われた。その後、同様に マグネトロンスパッタリング法によって WC (厚さ 2應)薄膜を層状に堆積させ、リフトォ フ法により層状構造の WC整流性電極を形成した。
[0025] Ti/WC電極および WC電極間の幅は（図 1および図 2の 1Lに相当する）は 20 μ mで あり、 WC電極の直径（図 1および図 2の 2Lに相当する）は 200 /z mであった。熱安定 性は、本ダイヤモンド半導体整流素子を Ar雰囲気中において熱処理し、電流一電圧 特性の変化を調べることによって行われた。
[0026] このように作製されたダイヤモンド半導体整流素子は 2短針プローバを装備した真 空チャンバ一内にセットされ、チャンバ一内はターボ分子ポンプによって 0. 05Paの 真空度に維持された。 I一 V特性は 2端子法によって測定された。
[0027] 図 3に、熱処理する前のダイヤモンド半導体整流素子に対する暗室下で測定され た I一 V特性を示す。図 3に示すように、本素子の逆方向暗電流は電圧 30Vまで検出 限界以下の 10_14A以下であり、極めて微弱な漏れ電流を実現していることがわかる 。順方向電流値との整流比は 9桁以上に達しており、優れたショットキー特性が得ら れている。この電流一電圧特性は、 WC整流性電極によって支配されている特性であ ることがゎカゝる。理想因子 n値は 1. 36であり、作製したままの状態では理想的な整流 性電極 Zダイヤモンド半導体界面をわずかに呈して 、な 、ことがわかる。
[0028] 図 4に、 500°C、 1時間の熱処理後の I一 V特性を示す。 500°Cでの熱処理後にお いても逆方向漏れ電流は 10_14A以下であり、順方向電流の立ち上がりの急峻性が 熱処理前と較べて著しく向上している。理想因子 n値は 1. 02である。また。順方向電 流との整流比は、 9桁以上であり、極めて熱安定なショットキー特性を示している。 産業上の利用可能性
[0029] 従来のダイヤモンド半導体整流素子の整流性電極は、単一金属元素を用いており 、熱安定性に優れたダイヤモンド半導体整流素子を製造することができな力つた。本 発明により、 500°Cの高温下に曝された後においても十分動作可能な熱安定な電極 が開発されることによって、熱安定なダイヤモンド半導体整流素子が開発された。本 発明のダイヤモンド半導体整流素子は、低損失かつコンパクトな交流直流変換器や 半導体開閉器に応用され、新たな半導体素子の市場が切り開かれる。
図面の簡単な説明
[0030] [図 1]本発明のダイヤモンド半導体整流素子の断面図である。
[図 2]本発明のダイヤモンド半導体整流素子の電極パターンを示す平面図である。
[図 3]本発明のダイヤモンド半導体整流素子の熱処理前の I V特性を示すグラフで ある。
[図 4]本発明のダイヤモンド半導体整流素子の 500°C、 1時間熱処理後の I V特性 を示すグラフである。
符号の説明
[0031] 1 :ダイヤモンド（100)単結晶基板
2 :ダイヤモンド単結晶膜
3 :Ti/WCオーム性電極
4 :WC整流性電極

Claims

請求の範囲
[1] 整流性電極を有するダイヤモンド半導体整流素子であって、ダイヤモンド半導体上 の酸化処理表面に、高融点金属元素のカーバイドィ匕合物である TiC、 ZrC、 HfC、 VC 、 NbC、 TaC、 CrC、 MoC、および WCの内少なくとも 1つのカーバイド化合物が薄膜と して層状構造を持つ整流性電極を有することを特徴とするダイヤモンド半導体整流 素子。
[2] 熱処理によってダイヤモンドと冶金学的に反応する金属元素力 なる第 1層電極と 高融点金属元素のカーバイドィ匕合物力 なる第 2層電極力 なるオーム性電極が熱 処理されてダイヤモンド半導体上の酸化処理表面に形成されていることを特徴とする 請求項 1記載のダイヤモンド半導体整流素子。
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