JPH0358480A - 半導体ダイヤモンドのオーミツク接続電極 - Google Patents

半導体ダイヤモンドのオーミツク接続電極

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JPH0358480A
JPH0358480A JP1193607A JP19360789A JPH0358480A JP H0358480 A JPH0358480 A JP H0358480A JP 1193607 A JP1193607 A JP 1193607A JP 19360789 A JP19360789 A JP 19360789A JP H0358480 A JPH0358480 A JP H0358480A
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JP
Japan
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diamond
electrode
type
silicon film
semiconductor diamond
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Pending
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JP1193607A
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English (en)
Inventor
Masayuki Ishii
石井 正之
Tsunenobu Kimoto
恒暢 木本
Shoji Nakagama
詳治 中釜
Tadashi Tomikawa
唯司 富川
Nobuhiko Fujita
藤田 順彦
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D64/00Electrodes of devices having potential barriers
    • H10D64/01Manufacture or treatment
    • H10D64/011Manufacture or treatment of electrodes ohmically coupled to a semiconductor
    • H10D64/0111Manufacture or treatment of electrodes ohmically coupled to a semiconductor to Group IV semiconductors
    • H10D64/0114Manufacture or treatment of electrodes ohmically coupled to a semiconductor to Group IV semiconductors to diamond, semiconducting diamond-like carbon or graphene
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D64/00Electrodes of devices having potential barriers
    • H10D64/60Electrodes characterised by their materials
    • H10D64/62Electrodes ohmically coupled to a semiconductor

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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
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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】 【産業上の利用分野】
この発明は、ダイオード、トランジスタ、センサ等の各
種半導体ダイヤモンドデバイスに使用される半導体ダイ
ヤモンドのオーミック接続電極に関する。
【従来の技術】
ダイヤモンドは広い禁制帯幅(5.5eV )と大きな
キャリャ移動度( 2000c■”/Vs)を有し、熱
的、化学的に安定である。ダイヤモンドは通常は絶縁体
であるが、不純物を添加することによって比較的低抵抗
の半導体とすることができる。 半導体ダイヤモンドはこのような性質のため、耐環境、
高速、パワー用デバイス或は青色発光素子材料として期
待されている。 半導体ダイヤモンドには、天然パルク、高圧合成パルク
、および気相合成薄膜がある。 p型ダイヤモンドはホウ素(B)をドープすることによ
って得られる。 n型ダイヤモンドはリン(P)、リチウム(Ll)をド
ープすることによって得られる。しかし現状では低抵抗
のn型ダイヤモンドは得られていない。 半導体ダイヤモンドデバイスに関しては現在、タングス
テン(W)とp型ダイヤモンドの接合を利用したシタッ
トキーダイオードやトランジスタが試作されている。 半導体デバイスをつくるには、オーミック接続電極が重
要である。発光素子のアノード、カソード電極や、電界
効果トランジスタのソース、ドレイン等の電極はオーミ
ック接続電極でなければならない。オーミック接続とい
うのは、電流電圧の関係が順逆方向に対称で線形である
ということである。しかも低抵抗であることが強く望ま
れる。 p型あるいはn型のダイヤモンドへの表面に、TI、A
uTI、AuTa等の金属を蒸着等の手段で電極に形成
することにより、一応のオーミック接続電極が得られる
ということが知られている。
【発明が解決しようとする課題】
オーミック接続形成技術は半導体デバイスを製作する上
で不可欠の技術である。 しかし現在行われているTi, AuTa等によるオー
ミック接続電極はその接触抵抗が10cII+2以上で
大き過ぎる。 従って従来の方法で電極を製作したデバイスに電圧を印
加しても、オーミック接続電極部で無視できない電圧降
下が生ずる。このためデバイスに係る実効印加電圧が小
さくなって、十分な特性が得られていない。またオーミ
ック接続電極部での発熱という問題も生ずる。 通常の電子デバイスを製作するためには、オーミック接
続において10−4Ωcm”以下の低い接触抵抗が要求
される。 まして高速、高周波のデバイスではさらに低い接触抵抗
が必要である。 p型あるいはn型は半導体ダイヤモンドに於で、低接触
抵抗の電極を与えることが本発明の目的である。
【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オーミック接統電極は、 半導体ダイヤモンド上の電極として、p3或はn+の多
結晶シリコン膜或は微結晶シリコン相を含むシリコン膜
を用いる事を 特徴とするものである。 本発明はp型、n型のダイヤモンドの両方に適用できる
。 多結晶シリコン膜は、LPGVD1プラズマエンハンス
メントCVD (PECVD) 、分子線エビタキンー
(MBE)等の方法によって形成できる。 微結晶シリコン相を含むアモルファスシリコン膜は例え
ばプラズマCVD法によって形成することができる。 多結晶シリコン膜、微結晶シリコンを含むシリコン膜電
極は形成後アニールナるのが望ましい。
【  作  用  】
ダイヤモンドの仕事関数が大きいため、半導体ダイヤモ
ンドと金属、金属化合物との接触において、高い障壁が
形成される。 従ってダイヤモンドの表面に金属、金属化合物を付ける
だけではオーミック接続が得られない。 たとえオーミック接続になったとしても接触抵抗が大き
くなり過ぎる。 しかし、半導体ダイヤモンド上の電極として、p0或は
n“の多結晶シリコン模或は微結晶シリコン相を含むシ
リコン膜を用いることとした本発明によれば十分に小さ
い接触抵抗のオーミック接続電極が得られる。 現在のところ本発明によってなぜ接触抵抗の小さいオー
ミック接続電極が得られるのか明らかでない。理由とし
て次のよろなことが考えられる。 (1)■p” − polysl、p ” 一μcS1
をp型ダイヤモンドの上に形成した場合(polyは多
結晶、μCは微結晶を意味する) p”−polysI1p”一μcS1の仕事関数が大き
いためp型ダイヤモンドにとっては障壁は低くなり、オ
ーミック接続電極になった、と考えられる。 ■n ’ − p01ysI、n ” 一μcsiをn
型ダイヤモンドの上に形成した場合 n ” − polysI, n ”一μcsIの仕事
関数が大きいためにn型ダイヤモンドにとっては障壁が
低くなり、オーミック接続電極になったと考えられる。 ( 2 )poly−511u C−St形成時に、p
oly − St1μcS1とダイヤモンドの界面に多
数の再結合中心が導入される。この再結合中心よって流
れる再結合電流によりオーミック接続が実現される。 ( 3 ) poly−Sli It c−Siと接す
るダイヤモンド表面において、電極形成時に拡故により
、、高濃度にドープされた層が形成される。これにより
ショットキー障壁の幅が薄くなり、電子、あるいは正孔
がトンネル現象により空乏層を通過し、電流が流れ易く
なり、オーミック接続になる。 このような推論が可能であるが、いずれが正しいかは分
からない。
【 実 施 例I(p型ダイヤモンド)】4種類のダイ
ヤモンドについて、本発明の手法により電極を形成し、
オーミック接続であるかどうかということ、および接触
抵抗を測定した。 使用したダイヤモンドは、 ■天然nb型(Bがドーブされたp型)■高圧合成nb
型 ■気相合成p型薄膜(気相合成法により高圧合成Ib型
ダイヤモンド上にホモエピタキシャル成長させたホウ素
Bをドープしたp型)■気相合成n型薄M(気相合成法
により高圧合成Ib型ダイヤモンド上にホモエビタキシ
ャル成長させたリンPをドープしたn型) の4種類である。気相合或薄膜はCI14 、H2、お
よびB2■8ガスを用いてマイクロ波プラズマCVD法
で形成したものである。 半導体ダイヤモンドと電極の接触抵抗は次のようにして
求めた。メタルマスクを用いて第1図に示すような電極
パターンをダイヤモンド上に形成し、電極パターンの各
電極間の抵抗を測定する。 そして抵抗と電極間距離とから、伝送線路モデルを用い
て接触抵抗を求めた。 ここでは■〜■の3類のp型ダイヤモンドを測定した。 電極は、 ■.基板温度600℃テ、sIH4ガスと82H8カX
とを用いて、LPGVDにより形成した、0.2j■の
厚みのBドープp型多結晶シリコン膜(抵抗率0.5×
10引ΩC■) ■.基板温度150℃で、51}[,ガスと8211.
ガスとを用いてプラズマCVD法により形成した、0.
21鵬の厚みの微結晶シリコン相を含むBドープp型ア
モルファスシリコン膜(抵抗率10CI)の2種類であ
る。 測定結果を第1表に示す。 第l表 p型ダイヤモンドの種類とシリコン電極の接触抵抗第1
表から分かるように、Bドープp型多結晶シリコン膜、
あるいは微結晶シリコン相を含むp型アモルファスシリ
コン膜は3種類のp型ダイヤモンドのいずれに対しても
オーミック接続電極となり、その接触抵抗は10−3〜
10−’Ωcm2台という従来より2〜5桁低い値を示
す。 この時電極形成時に適度のアニールを行うことが有効で
ある。アニールにより接触抵抗が一層低下する。最適の
アニールの温度と時間は用いる電極材料により異なるが
、600℃〜1000℃の範囲で、不活性ガス(N2、
▲r) 、112ガスあるいは真空中でのアニールが望
ましい。 微結晶シリコン相を含むアモルファスシリコン膜はアニ
ールにつれて膜全体で多結晶化するものの、長時間アニ
ールはかえって欠陥を発生させるので望ましくない。
【実施例II(n型ダイヤモンド)】
本発明のオーミック接統電極はn型ダイヤモンドにも勿
論適用できる。前記■の気相合tcn型ダイヤモンド薄
膜について同様に、多結晶シリ゜コン、ll結晶シリコ
ンを含むアモルファスシリコン電極を形成し、接触抵抗
を測定した。 電極は、 工.基板温度650℃で、SIH4ガスとPll4ガス
を用いたLPCVD法による、0−2am厚みのPドー
ブp型多結晶シリコン薄膜(10°Ωcm)の電極■.
基板温度300℃でSIH4ガスとPl1,ガスを用い
たプラズマCVD法による% 0. 2jm厚みの微結
晶シリコン相を含むp型アモルファスシリコン膜の電極
。 の2il類の電極を形成した。測定結果を第2表に示す
。 第2表 n型ダイヤモンド上に設けたシリコン電極の接
触抵抗第2表から分かるように、Pドープn型多結晶シ
リコン膜あるいは微結晶シリコン膜を含むn型アモルフ
ァスシリコン膜はn型ダイヤモンドに対してもオーミッ
ク接続電極となり、その接触抵抗も10−3ΩC一台と
なり、従来より小さい値を示す。 p型ダイヤモンド上の電極形成の場合と同じよつに、n
型ダイヤモンド上の電極形成に於いてもアニールが有効
である。 以上二つの実施例を示した。 電極材料として用いるp型あるいはn型の多結晶シリコ
ン膜、p型あるいはn型の微結晶シリコン相を含むアモ
ルファスシリコン膜はBある′いはP等のドーピング量
、成膜温度等の形成条件あるいはアニール条件により、
種々の抵抗率を取りつる。 いずれの型のダイヤモンドに対しても、接触抵抗の小さ
いオーミック接続を得る為には、抵抗率が多くとも10
°ΩCI1以下になるように形成条件、あるいはアニー
ル条件を選ぶことが望ましい。 また実施例においては、多結晶シリコンの製法として、
LPGVDによるものを取り上げたが、平滑な面の得易
いプラズマエンハンスメントCvD法(PECVD)法
で作製してもよい。 また分子線エビタキシー法(MBE)により、ドーパン
トとシリコンを蒸着により形成した多結晶シリコンを用
いることもできる。
【発明の効果】
本発明によれば、p”あるいはn0の多結晶シリコン膜
あるいは微結晶シリコン相を含むアモルファスシリコン
膜を半導体ダイヤモンドの電極とする。これにより接触
抵抗の十分低いオーミック接続電極を得る事ができる。 オーミック接続電極は半導体ダイヤモンドデバイスを製
作するうえに不可欠であるから、あらゆるデバイス形成
に於いて極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
第1図は半導体ダイヤモンドと電極の接触抵抗を測定す
るために用いる電極パターンの平面・図。 斜線を付した部分が電極である。 発  明  者           石  井  正
  之木  本  恒  暢 中  釜  詳  治 富  川  唯  司 藤  田  順  彦

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体ダイヤモンド上の電極として、p^+或は
    n^+の多結晶シリコン膜或は微結晶シリコン相を含む
    シリコン膜を用いる事を特徴とする半導体ダイヤモンド
    のオーミック接続電極。
JP1193607A 1989-07-26 1989-07-26 半導体ダイヤモンドのオーミツク接続電極 Pending JPH0358480A (ja)

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US07/556,722 US5075757A (en) 1989-07-26 1990-07-25 Ohmic contact electrodes for semiconductor diamonds
EP90114352A EP0410444B1 (en) 1989-07-26 1990-07-26 Ohmic contact electrodes for semiconductor diamonds
DE69026767T DE69026767T2 (de) 1989-07-26 1990-07-26 Elektrode mit ohmschem Kontakt für Halbleiterdiamanten

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US5075757A (en) 1991-12-24
EP0410444A2 (en) 1991-01-30
EP0410444B1 (en) 1996-05-01
DE69026767T2 (de) 1996-09-19
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