JPH04302172A - ダイヤモンドショットキーダイオード - Google Patents
ダイヤモンドショットキーダイオードInfo
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- JPH04302172A JPH04302172A JP3066482A JP6648291A JPH04302172A JP H04302172 A JPH04302172 A JP H04302172A JP 3066482 A JP3066482 A JP 3066482A JP 6648291 A JP6648291 A JP 6648291A JP H04302172 A JPH04302172 A JP H04302172A
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- diamond
- schottky diode
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- semiconductor layer
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
- H10D62/80—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials
- H10D62/83—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials being Group IV materials, e.g. B-doped Si or undoped Ge
- H10D62/8303—Diamond
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D8/00—Diodes
- H10D8/60—Schottky-barrier diodes
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、整流素子として用い
られるダイヤモンドショットキーダイオードに関するも
のである。
られるダイヤモンドショットキーダイオードに関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】ダイヤモンドは、高熱伝導率と優れた耐
熱性を有しており、また、バンドギャップが大きく、電
気的な絶縁体でありながら、ドーピングすることにより
半導体としての性質を示すものである。特に近年の気相
合成技術の進歩により、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖ
ａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ）法によって薄膜ダ
イヤモンドが比較的容易に合成できるようになり、Ｂ（
ホウ素）をドープしたｐ型ダイヤモンド半導体、Ｓｉを
ドープしたｎ型ダイヤモンド半導体が得られている。
熱性を有しており、また、バンドギャップが大きく、電
気的な絶縁体でありながら、ドーピングすることにより
半導体としての性質を示すものである。特に近年の気相
合成技術の進歩により、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖ
ａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ）法によって薄膜ダ
イヤモンドが比較的容易に合成できるようになり、Ｂ（
ホウ素）をドープしたｐ型ダイヤモンド半導体、Ｓｉを
ドープしたｎ型ダイヤモンド半導体が得られている。
【０００３】このようなダイヤモンド半導体を用いた半
導体デバイスの開発が進められており、高温・大電力用
の整流素子として期待されているダイヤモンドショット
キーダイオード（以下、ダイヤショットキーダイオード
という。）もそのひとつである。ダイヤモンド半導体層
上に金属電極を設けたダイヤショットキーダイオードは
、そのショットキー障壁が１．１ ｅＶと、Ｓｉ半導体
層上にＡｌなどの金属電極を設けたもので得られる０．
８ ｅＶに比べて大きいので、ｔｈｅｒｍｉｏｎｉｃ−
ｅｍｍｉｓｉｏｎ（熱電子放出）に基づく逆バアイス時
の逆方向電流が小さいという特徴がある。
導体デバイスの開発が進められており、高温・大電力用
の整流素子として期待されているダイヤモンドショット
キーダイオード（以下、ダイヤショットキーダイオード
という。）もそのひとつである。ダイヤモンド半導体層
上に金属電極を設けたダイヤショットキーダイオードは
、そのショットキー障壁が１．１ ｅＶと、Ｓｉ半導体
層上にＡｌなどの金属電極を設けたもので得られる０．
８ ｅＶに比べて大きいので、ｔｈｅｒｍｉｏｎｉｃ−
ｅｍｍｉｓｉｏｎ（熱電子放出）に基づく逆バアイス時
の逆方向電流が小さいという特徴がある。
【０００４】従来、ダイヤショットキーダイオードとし
ては、その断面構造概念図の図７に示すようなものが文
献に開示されている（Ｇ．Ｓｈ．Ｇｉｌｄｅｎｂｌａｔ
ほか，Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ １
９８８Ｉｎｔ． Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｍ
ｅｅｔｉｎｇ ）。 このダイヤショットキーダイオードは、図７に示すよう
に、低抵抗（抵抗率＜１Ωｃｍ）のＳｉ基板５１上にＢ
ドープのｐ型ダイヤモンド半導体層５２を形成し、その
表面にＡｕ、あるいはＡｌからなる金属電極５３を形成
したものである。その製作は、Ｓｉ基板５１を適当な大
きさに切断し、その表面を１μｍ程度の粒径を持つダイ
ヤモンドペーストで３０分程度研磨した後、マイクロ波
ＣＶＤを用いてＢをドープしたｐ型ダイヤモンド半導体
層５２を形成するようにしている。反応ガスは、ＣＨ４
とＨ２とを混合した原料ガス（ＣＨ４ 濃度： ０．
５％）に、ＢのドーピングガスとしてのジボランＢ２Ｈ
６ガス（Ｈ２希釈）を添加したものを用いており、合成
時間は約７時間であり、膜厚約２μｍのｐ型ダイヤモン
ド半導体層５２を形成している。
ては、その断面構造概念図の図７に示すようなものが文
献に開示されている（Ｇ．Ｓｈ．Ｇｉｌｄｅｎｂｌａｔ
ほか，Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ １
９８８Ｉｎｔ． Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｍ
ｅｅｔｉｎｇ ）。 このダイヤショットキーダイオードは、図７に示すよう
に、低抵抗（抵抗率＜１Ωｃｍ）のＳｉ基板５１上にＢ
ドープのｐ型ダイヤモンド半導体層５２を形成し、その
表面にＡｕ、あるいはＡｌからなる金属電極５３を形成
したものである。その製作は、Ｓｉ基板５１を適当な大
きさに切断し、その表面を１μｍ程度の粒径を持つダイ
ヤモンドペーストで３０分程度研磨した後、マイクロ波
ＣＶＤを用いてＢをドープしたｐ型ダイヤモンド半導体
層５２を形成するようにしている。反応ガスは、ＣＨ４
とＨ２とを混合した原料ガス（ＣＨ４ 濃度： ０．
５％）に、ＢのドーピングガスとしてのジボランＢ２Ｈ
６ガス（Ｈ２希釈）を添加したものを用いており、合成
時間は約７時間であり、膜厚約２μｍのｐ型ダイヤモン
ド半導体層５２を形成している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、試作された
上記従来のダイヤショットキーダイオードでは、その逆
方向電流は、主として再結合電流のために、熱電子放出
に基づく値より大きくなっている。そのため、逆方向電
流が小さくなるように改善することが要請されている。
上記従来のダイヤショットキーダイオードでは、その逆
方向電流は、主として再結合電流のために、熱電子放出
に基づく値より大きくなっている。そのため、逆方向電
流が小さくなるように改善することが要請されている。
【０００６】この発明は、このような事情に鑑みてなさ
れたものであって、逆方向電流が小さい良好な整流性を
有する、ダイヤモンドショットキーダイオードの提供を
目的とする。
れたものであって、逆方向電流が小さい良好な整流性を
有する、ダイヤモンドショットキーダイオードの提供を
目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明によるダイヤモンドショットキーダイオ
ードは、導電性基板上にダイヤモンド半導体層とダイヤ
モンド絶縁体層とを順に備え、前記ダイヤモンド絶縁体
層上に金属電極を設けたことを特徴とするものである。
めに、この発明によるダイヤモンドショットキーダイオ
ードは、導電性基板上にダイヤモンド半導体層とダイヤ
モンド絶縁体層とを順に備え、前記ダイヤモンド絶縁体
層上に金属電極を設けたことを特徴とするものである。
【０００８】
【作用】この発明によるダイヤショットキーダイオード
は、上記のように構成されているので、逆バイアス時に
おけるポテンシャル障壁が大きく（高く）なり、逆方向
電流が大幅に減少する。このことについて、ダイヤモン
ド半導体層がｐ型の場合を例にして、以下に説明する。
は、上記のように構成されているので、逆バイアス時に
おけるポテンシャル障壁が大きく（高く）なり、逆方向
電流が大幅に減少する。このことについて、ダイヤモン
ド半導体層がｐ型の場合を例にして、以下に説明する。
【０００９】図２はこの発明によるダイヤモンドショッ
トキーダイオードのエネルギーバンド図である。同図に
おいて、ダイヤモンド絶縁体層Ｉと金属電極Ｍとの界面
はフラットバンドを仮定しており、図２の（ａ）は、零
バイアス状態（バイアス電圧Ｖ＝０）を示す図、その（
ｂ）は、金属電極Ｍに正電圧をかけた逆バイアス状態（
Ｖ＞０）を示す図、その（ｃ）は、金属電極Ｍに負電圧
をかけた順バイアス状態（Ｖ＜０）を示す図である。 また、金属電極Ｍ、ダイヤモンド絶縁体層Ｉ、ｐ型ダイ
ヤモンド半導体層Ｐにおいては、フェルミ準位をＥＦ１
，ＥＦ２，ＥＦ３としてそれぞれ示しており、ダイヤモ
ンド絶縁体層Ｉおよびｐ型ダイヤモンド半導体層Ｐにお
いては、伝導帯下端のエネルギーをＥＣ２，ＥＣ３とし
てそれぞれ示し、価電子帯上端のエネルギーをＥＶ２，
ＥＶ３としてそれぞれ示している。また、φｂ１，φｂ
２は金属電極Ｍとダイヤモンド絶縁体層Ｉの界面のポテ
ンシャル障壁、Ｖｂｉはｐ型ダイヤモンド半導体層Ｐの
内蔵電位（ｂｕｉｌｔ−ｉｎ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）を
示す。
トキーダイオードのエネルギーバンド図である。同図に
おいて、ダイヤモンド絶縁体層Ｉと金属電極Ｍとの界面
はフラットバンドを仮定しており、図２の（ａ）は、零
バイアス状態（バイアス電圧Ｖ＝０）を示す図、その（
ｂ）は、金属電極Ｍに正電圧をかけた逆バイアス状態（
Ｖ＞０）を示す図、その（ｃ）は、金属電極Ｍに負電圧
をかけた順バイアス状態（Ｖ＜０）を示す図である。 また、金属電極Ｍ、ダイヤモンド絶縁体層Ｉ、ｐ型ダイ
ヤモンド半導体層Ｐにおいては、フェルミ準位をＥＦ１
，ＥＦ２，ＥＦ３としてそれぞれ示しており、ダイヤモ
ンド絶縁体層Ｉおよびｐ型ダイヤモンド半導体層Ｐにお
いては、伝導帯下端のエネルギーをＥＣ２，ＥＣ３とし
てそれぞれ示し、価電子帯上端のエネルギーをＥＶ２，
ＥＶ３としてそれぞれ示している。また、φｂ１，φｂ
２は金属電極Ｍとダイヤモンド絶縁体層Ｉの界面のポテ
ンシャル障壁、Ｖｂｉはｐ型ダイヤモンド半導体層Ｐの
内蔵電位（ｂｕｉｌｔ−ｉｎ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）を
示す。
【００１０】金属電極Ｍが正となる逆バイアス状態では
、ダイヤモンド絶縁体層Ｉの抵抗がｐ型ダイヤモンド半
導体層Ｐのそれよりも大きくなるため、図２の（ｂ）に
示すように、フェルミ準位の大きさの関係はＥＦ１＜Ｅ
Ｆ３＜ＥＦ２となり、また、ｐ型ダイヤモンド半導体層
Ｐにかかる電界のためにｐ型ダイヤモンド半導体層Ｐの
エネルギーバンドの曲がりが大きくなる。
、ダイヤモンド絶縁体層Ｉの抵抗がｐ型ダイヤモンド半
導体層Ｐのそれよりも大きくなるため、図２の（ｂ）に
示すように、フェルミ準位の大きさの関係はＥＦ１＜Ｅ
Ｆ３＜ＥＦ２となり、また、ｐ型ダイヤモンド半導体層
Ｐにかかる電界のためにｐ型ダイヤモンド半導体層Ｐの
エネルギーバンドの曲がりが大きくなる。
【００１１】その結果、ｐ型ダイヤモンド半導体層Ｐと
ダイヤモンド絶縁体層Ｉの界面のポテンシャル障壁が高
くなり、図の白丸印○で示す正孔（ホール）は、ｐ型ダ
イヤモンド半導体層Ｐから金属電極Ｍへ向かって流れに
くくなる。また、ダイヤモンド絶縁体層Ｉは絶縁体であ
るため、その内部には一様な電界がかかり、いったんダ
イヤモンド絶縁体層Ｉに入った正孔は電界によって減速
されることになる。この場合、従来のダイヤショットキ
ーダイオードでは、ダイヤモンド絶縁体層を備えていな
いため、ポテンシャル障壁を越えた正孔はすべて金属電
極側にたどりつくことになる。
ダイヤモンド絶縁体層Ｉの界面のポテンシャル障壁が高
くなり、図の白丸印○で示す正孔（ホール）は、ｐ型ダ
イヤモンド半導体層Ｐから金属電極Ｍへ向かって流れに
くくなる。また、ダイヤモンド絶縁体層Ｉは絶縁体であ
るため、その内部には一様な電界がかかり、いったんダ
イヤモンド絶縁体層Ｉに入った正孔は電界によって減速
されることになる。この場合、従来のダイヤショットキ
ーダイオードでは、ダイヤモンド絶縁体層を備えていな
いため、ポテンシャル障壁を越えた正孔はすべて金属電
極側にたどりつくことになる。
【００１２】金属電極Ｍが負となる順バイアス状態では
、図２の（ｃ）に示すように、見かけ上ｐ型ダイヤモン
ド半導体層Ｐの内蔵電位（ｂｕｉｌｔ−ｉｎ ｐｏｔｅ
ｎｔｉａｌ）が減少すること、また、ダイヤモンド絶縁
体層Ｉに入った正孔が電界によって加速されることから
、正孔は金属電極側へ流れやすくなる。一方、電子は、
金属電極Ｍとダイヤモンド絶縁体層Ｉの界面でのポテン
シャル障壁φｂ２のために流れにくく、少数キャリアの
流入は起こりにくい。したがって、この場合も多数キャ
リアは正孔となる。
、図２の（ｃ）に示すように、見かけ上ｐ型ダイヤモン
ド半導体層Ｐの内蔵電位（ｂｕｉｌｔ−ｉｎ ｐｏｔｅ
ｎｔｉａｌ）が減少すること、また、ダイヤモンド絶縁
体層Ｉに入った正孔が電界によって加速されることから
、正孔は金属電極側へ流れやすくなる。一方、電子は、
金属電極Ｍとダイヤモンド絶縁体層Ｉの界面でのポテン
シャル障壁φｂ２のために流れにくく、少数キャリアの
流入は起こりにくい。したがって、この場合も多数キャ
リアは正孔となる。
【００１３】
【実施例】以下、実施例に基づいてこの発明を説明する
。 〔実施例１〕図１はこの発明の一実施例によるダイヤモ
ンドショットキーダイオードの断面構造概念図である。
。 〔実施例１〕図１はこの発明の一実施例によるダイヤモ
ンドショットキーダイオードの断面構造概念図である。
【００１４】以下の手順により、図１に示すダイヤショ
ットキーダイオードを製作した。 （１） 基板には低抵抗のＳｉ基板１（抵抗率＜１Ω
ｃｍ，寸法２０×１０ｍｍ）を用い、その表面を平均粒
径０．２５μｍのダイヤモンドペーストで約１時間バフ
研磨した。このＳｉ基板１上に、マイクロ波プラズマＣ
ＶＤ装置を用いて、厚み １．５〜３μｍの、Ｂドープ
の多結晶のｐ型ダイヤモンド半導体層２を形成した。反
応ガスは、ＣＨ４ とＨ２とを混合した原料ガス（ＣＨ
４ 濃度： ０．５％）に、Ｂのドーピングガスとして
のＢ２Ｈ６ガス（Ｈ２希釈）を総ガス流量 １００ｓｃ
ｃｍに対してその濃度が０．１ｐｐｍとなるように添加
したものを用いた。また、合成時間は７〜１４時間とし
た。
ットキーダイオードを製作した。 （１） 基板には低抵抗のＳｉ基板１（抵抗率＜１Ω
ｃｍ，寸法２０×１０ｍｍ）を用い、その表面を平均粒
径０．２５μｍのダイヤモンドペーストで約１時間バフ
研磨した。このＳｉ基板１上に、マイクロ波プラズマＣ
ＶＤ装置を用いて、厚み １．５〜３μｍの、Ｂドープ
の多結晶のｐ型ダイヤモンド半導体層２を形成した。反
応ガスは、ＣＨ４ とＨ２とを混合した原料ガス（ＣＨ
４ 濃度： ０．５％）に、Ｂのドーピングガスとして
のＢ２Ｈ６ガス（Ｈ２希釈）を総ガス流量 １００ｓｃ
ｃｍに対してその濃度が０．１ｐｐｍとなるように添加
したものを用いた。また、合成時間は７〜１４時間とし
た。
【００１５】（２） 次いで、ｐ型ダイヤモンド半導
体層２上にダイヤモンド絶縁体層３をマイクロ波ブラズ
マＣＶＤ装置を用いて形成した。この場合、反応ガスと
しては、ＣＨ４ とＨ２とを混合した原料ガス（ＣＨ４
濃度： ０．５％）に、酸素を総ガス流量 １００ｓ
ｃｃｍに対してその濃度が ０．１％となるように添加
したものを用いた。合成時間は３０分，６０分とした。 なお、得られたダイヤモンド絶縁体層３の厚みは、３０
分合成のものは約０．０５μｍ、６０分合成のものは約
０．１μｍであった。このダイヤモンド絶縁体層３の
表面に直径約 １００μｍのＡｌ電極４をマグネトロン
スパッタ装置を用いて形成した。なお、ｐ型ダイヤモン
ド半導体層２の表面にも上記と同様のＡｌ電極を設け、
ダイヤモンド絶縁体層３のないものを製作し比較例とし
た。
体層２上にダイヤモンド絶縁体層３をマイクロ波ブラズ
マＣＶＤ装置を用いて形成した。この場合、反応ガスと
しては、ＣＨ４ とＨ２とを混合した原料ガス（ＣＨ４
濃度： ０．５％）に、酸素を総ガス流量 １００ｓ
ｃｃｍに対してその濃度が ０．１％となるように添加
したものを用いた。合成時間は３０分，６０分とした。 なお、得られたダイヤモンド絶縁体層３の厚みは、３０
分合成のものは約０．０５μｍ、６０分合成のものは約
０．１μｍであった。このダイヤモンド絶縁体層３の
表面に直径約 １００μｍのＡｌ電極４をマグネトロン
スパッタ装置を用いて形成した。なお、ｐ型ダイヤモン
ド半導体層２の表面にも上記と同様のＡｌ電極を設け、
ダイヤモンド絶縁体層３のないものを製作し比較例とし
た。
【００１６】（３）これらのものをダイシングソーで寸
法５×５ｍｍに切断した後、これを８０℃の硫酸中で約
５分間加熱し有機物を除去してから純水で洗浄した。そ
の後、ＲＣＡ洗浄（洗浄液：Ｈ２Ｏ２＋ＮＨ３ＯＨ ＋
Ｈ２Ｏ ，Ｈ２Ｏ２＋ＨＣｌ ＋Ｈ２Ｏ ）を各５分間
ずつ行って重金属，アルカリ成分を除去し、このＲＣＡ
洗浄されたものを純水で洗浄してからオーブンを用いて
１２０℃で５分間加熱して乾燥させた。 （４） 洗浄処理後、Ｓｉ基板１の裏面側を銅板にＡ
ｇペーストで接着してオーミック電極５を設けた。
法５×５ｍｍに切断した後、これを８０℃の硫酸中で約
５分間加熱し有機物を除去してから純水で洗浄した。そ
の後、ＲＣＡ洗浄（洗浄液：Ｈ２Ｏ２＋ＮＨ３ＯＨ ＋
Ｈ２Ｏ ，Ｈ２Ｏ２＋ＨＣｌ ＋Ｈ２Ｏ ）を各５分間
ずつ行って重金属，アルカリ成分を除去し、このＲＣＡ
洗浄されたものを純水で洗浄してからオーブンを用いて
１２０℃で５分間加熱して乾燥させた。 （４） 洗浄処理後、Ｓｉ基板１の裏面側を銅板にＡ
ｇペーストで接着してオーミック電極５を設けた。
【００１７】このようにして製作した各ダイヤショット
キーダイオードの電流−電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）をプロ
ーバを用いて常温（約２４℃）にて測定した。厚み約０
．０５μｍのダイヤモンド絶縁体層を備えたダイヤショ
ットキーダイオードの電流−電圧特性を図３に、厚み約
０．１μｍのダイヤモンド絶縁体層を備えたダイヤシ
ョットキーダイオードの電流−電圧特性を図４に、図４
に示す電流−電圧特性の ｌｏｇ電流−ｌｉｎｅａｒ電
圧プロット図を図５に、ダイヤモンド絶縁体層のない比
較例のダイヤショットキーダイオードの電流−電圧特性
を図６に、それぞれ示す。
キーダイオードの電流−電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）をプロ
ーバを用いて常温（約２４℃）にて測定した。厚み約０
．０５μｍのダイヤモンド絶縁体層を備えたダイヤショ
ットキーダイオードの電流−電圧特性を図３に、厚み約
０．１μｍのダイヤモンド絶縁体層を備えたダイヤシ
ョットキーダイオードの電流−電圧特性を図４に、図４
に示す電流−電圧特性の ｌｏｇ電流−ｌｉｎｅａｒ電
圧プロット図を図５に、ダイヤモンド絶縁体層のない比
較例のダイヤショットキーダイオードの電流−電圧特性
を図６に、それぞれ示す。
【００１８】この実施例によれば、図６に示す電流−電
圧特性に対して、図３及び図４から理解できるように、
逆方向電流が大幅に減少した整流性の良いものが得られ
た。また、ダイヤモンド絶縁体層３の厚みが増すと逆方
向電流がより小さくなり、この実施例では、６０分合成
の厚み約 ０．１μｍのダイヤモンド絶縁体層３を備え
たものにおいて、逆方向電流が最小となっている。この
場合、図５に図４に示す電流−電圧特性の ｌｏｇ電流
−ｌｉｎｅａｒ電圧プロット図を示したが、用いたＩ−
Ｖアナライザーでは逆方向電流の値が低すぎて測定する
ことができず、測定レンジから、逆方向電流密度は １
．３×１０−９ Ａ／ｃｍ２以下であった。そして、電
流−電圧特性の順、逆方向の関係からこのダイヤショッ
トキーダイオードは、正孔が多数キャリアとなっている
ことがわかる。
圧特性に対して、図３及び図４から理解できるように、
逆方向電流が大幅に減少した整流性の良いものが得られ
た。また、ダイヤモンド絶縁体層３の厚みが増すと逆方
向電流がより小さくなり、この実施例では、６０分合成
の厚み約 ０．１μｍのダイヤモンド絶縁体層３を備え
たものにおいて、逆方向電流が最小となっている。この
場合、図５に図４に示す電流−電圧特性の ｌｏｇ電流
−ｌｉｎｅａｒ電圧プロット図を示したが、用いたＩ−
Ｖアナライザーでは逆方向電流の値が低すぎて測定する
ことができず、測定レンジから、逆方向電流密度は １
．３×１０−９ Ａ／ｃｍ２以下であった。そして、電
流−電圧特性の順、逆方向の関係からこのダイヤショッ
トキーダイオードは、正孔が多数キャリアとなっている
ことがわかる。
【００１９】ダイヤモンド絶縁体層３の厚みは原理的に
は正孔のドブロイ波長の数倍程度であればよいが、この
実施例では、ダイヤモンド絶縁体層３の厚みが６０分合
成の約０．１μｍのものにおいて、逆方向電流をより減
少させることができた。このことは、ｐ型ダイヤモンド
半導体層２が多結晶でその表面粗さが比較的粗く、この
上に連続したダイヤモンド絶縁体層３を形成するにはあ
る程度の厚みが必要であるためと考えられる。
は正孔のドブロイ波長の数倍程度であればよいが、この
実施例では、ダイヤモンド絶縁体層３の厚みが６０分合
成の約０．１μｍのものにおいて、逆方向電流をより減
少させることができた。このことは、ｐ型ダイヤモンド
半導体層２が多結晶でその表面粗さが比較的粗く、この
上に連続したダイヤモンド絶縁体層３を形成するにはあ
る程度の厚みが必要であるためと考えられる。
【００２０】逆に、ダイヤモンド絶縁体層３の厚みが厚
すぎると、このダイヤモンド絶縁体層３での電圧降下が
大きくなり、ｐ型ダイヤモンド半導体層２にかかる電圧
が小さくなり過ぎ、ｐ型ダイヤモンド半導体層２の内蔵
電位（ｂｕｉｌｔ−ｉｎ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）を変え
ることができず、その結果、電流−電圧特性が理想的な
特性からはずれることになる。ダイヤモンド絶縁体層３
の厚みの上限値としては、例えば、約１０μｍ程度が望
ましい。
すぎると、このダイヤモンド絶縁体層３での電圧降下が
大きくなり、ｐ型ダイヤモンド半導体層２にかかる電圧
が小さくなり過ぎ、ｐ型ダイヤモンド半導体層２の内蔵
電位（ｂｕｉｌｔ−ｉｎ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）を変え
ることができず、その結果、電流−電圧特性が理想的な
特性からはずれることになる。ダイヤモンド絶縁体層３
の厚みの上限値としては、例えば、約１０μｍ程度が望
ましい。
【００２１】なお、ダイヤモンド絶縁体層３は、ＣＨ４
とＨ２とを混合した原料ガスに酸素を添加したものを
用いているので、その結晶性がＢドープのｐ型ダイヤモ
ンド半導体層２よりもよい。そのため表面の格子欠陥密
度が低く、Ａｌ電極４との界面での界面準位密度がより
小さくなって再結合電流を低下させるので、このことも
、逆方向電流を小さくすることに寄与している考えられ
る。
とＨ２とを混合した原料ガスに酸素を添加したものを
用いているので、その結晶性がＢドープのｐ型ダイヤモ
ンド半導体層２よりもよい。そのため表面の格子欠陥密
度が低く、Ａｌ電極４との界面での界面準位密度がより
小さくなって再結合電流を低下させるので、このことも
、逆方向電流を小さくすることに寄与している考えられ
る。
【００２２】また、上記実施例では、ダイヤモンド絶縁
体層３の表面に設ける金属電極は、Ａｌ電極４とした。 ダイヤモンド絶縁体層３は強い共有結合物質であり、そ
のフェルミ準位は強くピニングされているため、金属電
極材料の種類を変えても、金属電極との界面におけるポ
テンシャル障壁の変化の度合いは余り変わらないので、
この点からすると種々の金属材料を電極として用いるこ
とが可能となる。しかし、炭化物を形成しやすい金属か
らなる電極では、高温状態においてはダイヤモンド絶縁
体層３と反応してその界面部分に炭化物が形成され、オ
ーミック電極となりやすい。このことから、ダイヤモン
ド絶縁体層上に設ける金属電極の材料としては、炭化物
を形成しにくい、Ａｌ，Ａｕ，Ｐｔなどが好ましい。
体層３の表面に設ける金属電極は、Ａｌ電極４とした。 ダイヤモンド絶縁体層３は強い共有結合物質であり、そ
のフェルミ準位は強くピニングされているため、金属電
極材料の種類を変えても、金属電極との界面におけるポ
テンシャル障壁の変化の度合いは余り変わらないので、
この点からすると種々の金属材料を電極として用いるこ
とが可能となる。しかし、炭化物を形成しやすい金属か
らなる電極では、高温状態においてはダイヤモンド絶縁
体層３と反応してその界面部分に炭化物が形成され、オ
ーミック電極となりやすい。このことから、ダイヤモン
ド絶縁体層上に設ける金属電極の材料としては、炭化物
を形成しにくい、Ａｌ，Ａｕ，Ｐｔなどが好ましい。
【００２３】〔実施例２〕ダイヤモンド半導体層として
、上記のｐ型ダイヤモンド半導体層２に代えてｎ型ダイ
ヤモンド半導体層としたダイヤショットキーダイオード
を製作した。基板には低抵抗のＳｉ基板を用い、このＳ
ｉ基板上に、厚み約２μｍの、Ｓｉドープの多結晶のｎ
型ダイヤモンド半導体層をマイクロ波ブラズマＣＶＤ装
置を用いて形成した。反応ガスは、ＣＨ４ とＨ２とを
混合した原料ガス（ＣＨ４ 濃度： ０．５％）に、Ｈ
２で希釈したＳｉＨ４（シラン）を総ガス流量 １００
ｓｃｃｍに対してその濃度が０．５ｐｐｍとなるように
添加したものを用いた。合成時間は７時間である。
、上記のｐ型ダイヤモンド半導体層２に代えてｎ型ダイ
ヤモンド半導体層としたダイヤショットキーダイオード
を製作した。基板には低抵抗のＳｉ基板を用い、このＳ
ｉ基板上に、厚み約２μｍの、Ｓｉドープの多結晶のｎ
型ダイヤモンド半導体層をマイクロ波ブラズマＣＶＤ装
置を用いて形成した。反応ガスは、ＣＨ４ とＨ２とを
混合した原料ガス（ＣＨ４ 濃度： ０．５％）に、Ｈ
２で希釈したＳｉＨ４（シラン）を総ガス流量 １００
ｓｃｃｍに対してその濃度が０．５ｐｐｍとなるように
添加したものを用いた。合成時間は７時間である。
【００２４】次いで、このｎ型ダイヤモンド半導体層上
に厚み約 ０．１μｍのダイヤモンド絶縁体層をマイク
ロ波ブラズマＣＶＤ装置を用いて形成した。反応ガスは
実施例１と同様であり、合成時間は６０分である。実施
例１と同様にして、ダイヤモンド絶縁体層上に直径約
１００μｍのＡｌ電極を設け、Ｓｉ基板の裏面側を銅板
にＡｇペーストで接着してオーミック電極を設けた。
に厚み約 ０．１μｍのダイヤモンド絶縁体層をマイク
ロ波ブラズマＣＶＤ装置を用いて形成した。反応ガスは
実施例１と同様であり、合成時間は６０分である。実施
例１と同様にして、ダイヤモンド絶縁体層上に直径約
１００μｍのＡｌ電極を設け、Ｓｉ基板の裏面側を銅板
にＡｇペーストで接着してオーミック電極を設けた。
【００２５】このようにして製作した、ダイヤモンド半
導体層としてｎ型ダイヤモンド半導体層を有するダイヤ
ショットキーダイオードの電流−電圧特性を測定した。 その結果、ダイヤモンド絶縁体層を有しないｎ型構造の
ダイヤショットキーダイオードに比べて逆方向電流が大
幅に減少することが確認できた。この場合、使用したＩ
−Ｖアナライザーでは逆方向電流の値が低すぎて測定す
ることができず、測定レンジから、逆方向電流密度は１
×１０−９Ａ／ｃｍ２ 以下であった。なお、このダイ
ヤショットキーダイオードでは、ダイヤモンド半導体層
がｎ型であるから、順方向電流はＡｌ電極に正の電圧を
かけた場合に得られる。
導体層としてｎ型ダイヤモンド半導体層を有するダイヤ
ショットキーダイオードの電流−電圧特性を測定した。 その結果、ダイヤモンド絶縁体層を有しないｎ型構造の
ダイヤショットキーダイオードに比べて逆方向電流が大
幅に減少することが確認できた。この場合、使用したＩ
−Ｖアナライザーでは逆方向電流の値が低すぎて測定す
ることができず、測定レンジから、逆方向電流密度は１
×１０−９Ａ／ｃｍ２ 以下であった。なお、このダイ
ヤショットキーダイオードでは、ダイヤモンド半導体層
がｎ型であるから、順方向電流はＡｌ電極に正の電圧を
かけた場合に得られる。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
、導電性基板上にダイヤモンド半導体層とダイヤモンド
絶縁体層とを順に備え、ダイヤモンド絶縁体層上に金属
電極を設けてダイヤモンドショットキーダイオードを構
成するようにしたので、従来のものに比べ逆バイアス時
におけるポテンシャル障壁を大きくすることができ、こ
れにより、逆方向電流が小さい良好な整流性を有するダ
イヤモンドショットキーダイオードを実現することがで
きる。
、導電性基板上にダイヤモンド半導体層とダイヤモンド
絶縁体層とを順に備え、ダイヤモンド絶縁体層上に金属
電極を設けてダイヤモンドショットキーダイオードを構
成するようにしたので、従来のものに比べ逆バイアス時
におけるポテンシャル障壁を大きくすることができ、こ
れにより、逆方向電流が小さい良好な整流性を有するダ
イヤモンドショットキーダイオードを実現することがで
きる。
【図１】この発明の一実施例によるダイヤモンドショッ
トキーダイオードの断面構造概念図である。
トキーダイオードの断面構造概念図である。
【図２】この発明によるダイヤモンドショットキーダイ
オードのエネルギーバンド図である。
オードのエネルギーバンド図である。
【図３】この発明によるダイヤモンドショットキーダイ
オードの電流−電圧特性の一例を示す図である。
オードの電流−電圧特性の一例を示す図である。
【図４】この発明によるダイヤモンドショットキーダイ
オードの電流−電圧特性の他の例を示す図である。
オードの電流−電圧特性の他の例を示す図である。
【図５】図４に示す電流−電圧特性の ｌｏｇ電流−ｌ
ｉｎｅａｒ電圧プロット図である。
ｉｎｅａｒ電圧プロット図である。
【図６】ダイヤモンド絶縁体層のない比較例の電流−電
圧特性を示す図である。
圧特性を示す図である。
【図７】従来のダイヤモンドショットキーダイオードの
断面構造概念図である。
断面構造概念図である。
１…低抵抗のＳｉ基板 ２…ｐ型ダイヤモンド半導体
層 ３…ダイヤモンド絶縁体層 ４…Ａｌ電極
５…オーミック電極
層 ３…ダイヤモンド絶縁体層 ４…Ａｌ電極
５…オーミック電極
Claims (1)
- 【請求項１】 導電性基板上にダイヤモンド半導体層
とダイヤモンド絶縁体層とを順に備え、前記ダイヤモン
ド絶縁体層上に金属電極を設けたことを特徴とするダイ
ヤモンドショットキーダイオード。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3066482A JPH04302172A (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | ダイヤモンドショットキーダイオード |
| GB9206760A GB2254732B (en) | 1991-03-29 | 1992-03-27 | Diamond schottky diode |
| DE4210402A DE4210402C2 (de) | 1991-03-29 | 1992-03-30 | Diamant-Schottky-Diode |
| US08/145,307 US5352908A (en) | 1991-03-29 | 1993-11-03 | Diamond Schottky diode with oxygen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3066482A JPH04302172A (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | ダイヤモンドショットキーダイオード |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04302172A true JPH04302172A (ja) | 1992-10-26 |
Family
ID=13317050
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3066482A Pending JPH04302172A (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | ダイヤモンドショットキーダイオード |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5352908A (ja) |
| JP (1) | JPH04302172A (ja) |
| DE (1) | DE4210402C2 (ja) |
| GB (1) | GB2254732B (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5903015A (en) * | 1994-09-16 | 1999-05-11 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Field effect transistor using diamond |
| JP2009081392A (ja) * | 2007-09-27 | 2009-04-16 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 高出力ダイヤモンド半導体素子 |
| JP2012084703A (ja) * | 2010-10-13 | 2012-04-26 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | ダイヤモンド電子素子及びその製造方法 |
| JP2012084702A (ja) * | 2010-10-13 | 2012-04-26 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | ダイヤモンド電子素子及びその製造方法 |
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|---|---|---|---|---|
| DE19723176C1 (de) | 1997-06-03 | 1998-08-27 | Daimler Benz Ag | Leistungshalbleiter-Bauelement und Verfahren zu dessen Herstellung |
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| US7115896B2 (en) | 2002-12-04 | 2006-10-03 | Emcore Corporation | Semiconductor structures for gallium nitride-based devices |
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| JP2004204299A (ja) * | 2002-12-25 | 2004-07-22 | Ebara Corp | ダイヤモンド成膜シリコンおよび電極 |
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| US8232558B2 (en) | 2008-05-21 | 2012-07-31 | Cree, Inc. | Junction barrier Schottky diodes with current surge capability |
| US9117739B2 (en) | 2010-03-08 | 2015-08-25 | Cree, Inc. | Semiconductor devices with heterojunction barrier regions and methods of fabricating same |
| US8618582B2 (en) | 2011-09-11 | 2013-12-31 | Cree, Inc. | Edge termination structure employing recesses for edge termination elements |
| US8680587B2 (en) | 2011-09-11 | 2014-03-25 | Cree, Inc. | Schottky diode |
| US8664665B2 (en) | 2011-09-11 | 2014-03-04 | Cree, Inc. | Schottky diode employing recesses for elements of junction barrier array |
| RU174126U1 (ru) * | 2016-12-27 | 2017-10-03 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов" (ФГБНУ ТИСНУМ) | Алмазный диод с барьером шоттки |
| CN112967923B (zh) * | 2021-02-05 | 2022-06-10 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 大尺寸晶圆上制备金刚石衬底太赫兹二极管的方法 |
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|---|---|---|---|---|
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1991
- 1991-03-29 JP JP3066482A patent/JPH04302172A/ja active Pending
-
1992
- 1992-03-27 GB GB9206760A patent/GB2254732B/en not_active Expired - Fee Related
- 1992-03-30 DE DE4210402A patent/DE4210402C2/de not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-11-03 US US08/145,307 patent/US5352908A/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2254732B (en) | 1994-11-30 |
| US5352908A (en) | 1994-10-04 |
| DE4210402C2 (de) | 1999-09-09 |
| GB2254732A (en) | 1992-10-14 |
| DE4210402A1 (de) | 1992-10-01 |
| GB9206760D0 (en) | 1992-05-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19950411 |