JPH05229896A - 導電性ダイヤモンドの製造方法 - Google Patents
導電性ダイヤモンドの製造方法Info
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- JPH05229896A JPH05229896A JP4033094A JP3309492A JPH05229896A JP H05229896 A JPH05229896 A JP H05229896A JP 4033094 A JP4033094 A JP 4033094A JP 3309492 A JP3309492 A JP 3309492A JP H05229896 A JPH05229896 A JP H05229896A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 導電性ダイヤモンドを製造する方法を提供す
る。 【構成】 ダイヤモンド中に、少なくとも酸素原子を導
入する。 【効果】 酸素原子をダイヤモンド中に導入することに
より、導入領域のダイヤモンドの電子状態は変化し、禁
制帯中に不純物準位を形成する。この不純物準位はキャ
リアを供給する伝導準位として働くので、導入する酸素
原子の濃度等を制御することにより、ダイヤモンドの導
電性を制御することが可能となる。
る。 【構成】 ダイヤモンド中に、少なくとも酸素原子を導
入する。 【効果】 酸素原子をダイヤモンド中に導入することに
より、導入領域のダイヤモンドの電子状態は変化し、禁
制帯中に不純物準位を形成する。この不純物準位はキャ
リアを供給する伝導準位として働くので、導入する酸素
原子の濃度等を制御することにより、ダイヤモンドの導
電性を制御することが可能となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電子工業における半導体
材料等として用いられるダイヤモンドの導電性を制御す
るための方法に関するものである。
材料等として用いられるダイヤモンドの導電性を制御す
るための方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ダイヤモンドは、電子工業におけ
る半導体への利用が検討され、工業的にも注目されてい
る。
る半導体への利用が検討され、工業的にも注目されてい
る。
【０００３】そのためには、結晶性の良いものを作製す
る技術を確立すると共に、より機能性を高める上でｐ形
やｎ形の導電性を制御する技術が必要不可欠である。従
来行なわれてきたものとしては、ダイヤモンドを作製す
る際にドーパントとなる原子、例えばホウ素やリンを混
入させて作製する方法があるが、特にｎ形において十分
にドーパントが活性化しないすなわち導電性制御が困難
であるなどといった問題点があった。
る技術を確立すると共に、より機能性を高める上でｐ形
やｎ形の導電性を制御する技術が必要不可欠である。従
来行なわれてきたものとしては、ダイヤモンドを作製す
る際にドーパントとなる原子、例えばホウ素やリンを混
入させて作製する方法があるが、特にｎ形において十分
にドーパントが活性化しないすなわち導電性制御が困難
であるなどといった問題点があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ダイヤモンドの導電性
を制御するにはドーパントとなる不純物原子の種類をう
まく選択すると共に、その原子を活性な形で導入する必
要がある。しかし従来行なわれてきた手法は導電性の制
御という点でまだ不十分なものであった。
を制御するにはドーパントとなる不純物原子の種類をう
まく選択すると共に、その原子を活性な形で導入する必
要がある。しかし従来行なわれてきた手法は導電性の制
御という点でまだ不十分なものであった。
【０００５】本発明は、ダイヤモンドの導電性制御を可
能にするための方法を提供することを目的とする。
能にするための方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明で
ある導電性ダイヤモンドの製造方法においては、ダイヤ
モンド中に、少なくとも酸素原子を導入する。
ある導電性ダイヤモンドの製造方法においては、ダイヤ
モンド中に、少なくとも酸素原子を導入する。
【０００７】また請求項２に記載の発明においては、拡
散現象を用いて酸素原子をダイヤモンド中に導入する。
散現象を用いて酸素原子をダイヤモンド中に導入する。
【０００８】請求項３に記載の発明においては、ダイヤ
モンドの表面に少なくとも酸素原子を付着させた後、水
素ラジカルあるいは水素イオンを含む雰囲気に晒す。
モンドの表面に少なくとも酸素原子を付着させた後、水
素ラジカルあるいは水素イオンを含む雰囲気に晒す。
【０００９】請求項４に記載の発明においては、請求項
３に記載の発明における表面に酸素原子を付着させる方
法として、クロム酸の硫酸水溶液にダイヤモンドを浸す
ことを用いる。
３に記載の発明における表面に酸素原子を付着させる方
法として、クロム酸の硫酸水溶液にダイヤモンドを浸す
ことを用いる。
【００１０】請求項５に記載の発明においては、請求項
３の水素ラジカルあるいは水素イオンを含む雰囲気を、
プラズマ状とする。
３の水素ラジカルあるいは水素イオンを含む雰囲気を、
プラズマ状とする。
【００１１】請求項６に記載の発明においては、少なく
とも酸素原子を含む粒子を照射することによって、酸素
原子をダイヤモンド中に導入する。
とも酸素原子を含む粒子を照射することによって、酸素
原子をダイヤモンド中に導入する。
【００１２】請求項７に記載の発明においては、請求項
６に記載の発明における粒子として、イオンを用いる。
６に記載の発明における粒子として、イオンを用いる。
【００１３】請求項８に記載の発明においては、請求項
６に記載の発明に加えてさらに、粒子を照射後に水素ラ
ジカルあるいは水素イオンを含む雰囲気に晒す。
６に記載の発明に加えてさらに、粒子を照射後に水素ラ
ジカルあるいは水素イオンを含む雰囲気に晒す。
【００１４】
【作用】酸素原子をダイヤモンド中に導入することによ
り、導入領域のダイヤモンドの電子状態は変化し、禁制
帯中に不純物準位を形成する。この不純物準位はキャリ
アを供給する伝導準位として働くので、導入する酸素原
子の濃度等を制御することにより、ダイヤモンドの導電
性を制御することが可能となる。
り、導入領域のダイヤモンドの電子状態は変化し、禁制
帯中に不純物準位を形成する。この不純物準位はキャリ
アを供給する伝導準位として働くので、導入する酸素原
子の濃度等を制御することにより、ダイヤモンドの導電
性を制御することが可能となる。
【００１５】また第２の発明の如く、ダイヤモンド中に
酸素原子を導入する方法として、拡散現象を用いること
によって、ダイヤモンドに損傷を与えずに酸素原子を導
入することが出来る。
酸素原子を導入する方法として、拡散現象を用いること
によって、ダイヤモンドに損傷を与えずに酸素原子を導
入することが出来る。
【００１６】第３の発明の如く、酸素原子をダイヤモン
ド中に拡散させる方法として、ダイヤモンドの表面に少
なくとも酸素原子を付着させた後、水素ラジカルあるい
は水素イオンを含む雰囲気に晒すことによって、均一に
かつ制御性良く酸素原子を拡散させることが可能にな
る。
ド中に拡散させる方法として、ダイヤモンドの表面に少
なくとも酸素原子を付着させた後、水素ラジカルあるい
は水素イオンを含む雰囲気に晒すことによって、均一に
かつ制御性良く酸素原子を拡散させることが可能にな
る。
【００１７】第４の発明の如く、酸素原子を付着させる
方法として、クロム酸の硫酸水溶液にダイヤモンドを浸
すことによって、再現性良くかつ簡便に酸素原子をダイ
ヤモンド表面に付着させることが出来る。
方法として、クロム酸の硫酸水溶液にダイヤモンドを浸
すことによって、再現性良くかつ簡便に酸素原子をダイ
ヤモンド表面に付着させることが出来る。
【００１８】第５の発明の如く、水素ラジカルあるいは
水素イオンを含む雰囲気として、プラズマ状であること
によって、活性な水素が多数生成されるため、効率的に
拡散を行なうことが可能になる。
水素イオンを含む雰囲気として、プラズマ状であること
によって、活性な水素が多数生成されるため、効率的に
拡散を行なうことが可能になる。
【００１９】また第６の発明の如く、ダイヤモンド中に
酸素原子を導入する方法として、少なくとも酸素原子を
含む粒子を照射することによって、導入する酸素原子濃
度の制御が容易になる。
酸素原子を導入する方法として、少なくとも酸素原子を
含む粒子を照射することによって、導入する酸素原子濃
度の制御が容易になる。
【００２０】第７の発明の如く、ダイヤモンドに照射す
る粒子の状態がイオンであることによって、照射する粒
子のエネルギーや位置などの制御が容易になる。
る粒子の状態がイオンであることによって、照射する粒
子のエネルギーや位置などの制御が容易になる。
【００２１】第８の発明の如く、粒子を照射後に水素ラ
ジカルあるいは水素イオンを含む雰囲気に晒すことによ
って、照射時に受けた損傷を除去することが可能にな
る。
ジカルあるいは水素イオンを含む雰囲気に晒すことによ
って、照射時に受けた損傷を除去することが可能にな
る。
【００２２】
【実施例】以下、本発明の理解を容易にするために、実
施例を用いてより詳細に本発明を説明する。
施例を用いてより詳細に本発明を説明する。
【００２３】（実施例１）まず、ダイヤモンド中に酸素
原子を拡散によって導入した結果について説明する。試
料として、天然及び高圧合成ダイヤモンドあるいはＣＶ
Ｄ法（化学気相成長法）によって形成されたダイヤモン
ド薄膜を用いた。これらの試料に酸素を拡散する前の導
電率は、全ての試料において10-12(Ω・cm)-1以下で、絶
縁性を示した。そこで以下の手順で酸素拡散処理を行な
った。まず、試料であるダイヤモンドを200℃に加熱し
たクロム酸の硫酸飽和水溶液に浸した後、過酸化水素水
とアンモニア水の混合液で洗浄した。（以下、この処理
をクロム酸処理と呼ぶ）そして圧力を10Torrに保った水
素ガスにマイクロ波を作用させることによって形成した
プラズマに45分間試料を晒した。（以下、この処理を水
素プラズマ処理と呼ぶ）その際、試料の温度は約800℃
になった。
原子を拡散によって導入した結果について説明する。試
料として、天然及び高圧合成ダイヤモンドあるいはＣＶ
Ｄ法（化学気相成長法）によって形成されたダイヤモン
ド薄膜を用いた。これらの試料に酸素を拡散する前の導
電率は、全ての試料において10-12(Ω・cm)-1以下で、絶
縁性を示した。そこで以下の手順で酸素拡散処理を行な
った。まず、試料であるダイヤモンドを200℃に加熱し
たクロム酸の硫酸飽和水溶液に浸した後、過酸化水素水
とアンモニア水の混合液で洗浄した。（以下、この処理
をクロム酸処理と呼ぶ）そして圧力を10Torrに保った水
素ガスにマイクロ波を作用させることによって形成した
プラズマに45分間試料を晒した。（以下、この処理を水
素プラズマ処理と呼ぶ）その際、試料の温度は約800℃
になった。
【００２４】図１はこれらの試料に各処理を行なうこと
による変化を、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ）によ
って調べた結果で、（ａ）は未処理のダイヤモンドによ
るＲＢＳスペクトルを、（ｂ）はクロム酸処理後のもの
を、そして（ｃ）は加えて水素プラズマ処理も行なった
試料のものである。なお、ＲＢＳ測定は1.0MeVのヘリウ
ムイオンを用いて行なった。図１の結果より、クロム酸
処理を行なうことによって、ダイヤモンドの表面に酸
素、硫黄及びクロム原子が付着していることがわかる。
そして、その試料に水素プラズマ処理を施すことによっ
て、（ｃ）に示されるように、硫黄とクロム原子は表面
から除去されると共に、酸素原子のみがダイヤモンド中
に均一に拡散していることがわかる。また、ダイヤモン
ド中を拡散した酸素は、少なくとも表面から300nmの深
さのところまで均一に、濃度として約1020個/cm3で分布
していることがわかった。
による変化を、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ）によ
って調べた結果で、（ａ）は未処理のダイヤモンドによ
るＲＢＳスペクトルを、（ｂ）はクロム酸処理後のもの
を、そして（ｃ）は加えて水素プラズマ処理も行なった
試料のものである。なお、ＲＢＳ測定は1.0MeVのヘリウ
ムイオンを用いて行なった。図１の結果より、クロム酸
処理を行なうことによって、ダイヤモンドの表面に酸
素、硫黄及びクロム原子が付着していることがわかる。
そして、その試料に水素プラズマ処理を施すことによっ
て、（ｃ）に示されるように、硫黄とクロム原子は表面
から除去されると共に、酸素原子のみがダイヤモンド中
に均一に拡散していることがわかる。また、ダイヤモン
ド中を拡散した酸素は、少なくとも表面から300nmの深
さのところまで均一に、濃度として約1020個/cm3で分布
していることがわかった。
【００２５】そこで、ラマン分光法を用いて酸素原子が
拡散した領域の結晶性について調べると、未処理の試料
と比較して変化は観測されなかったことから、酸素原子
拡散による結晶の損傷は起っていないことを本発明者ら
は確認した。
拡散した領域の結晶性について調べると、未処理の試料
と比較して変化は観測されなかったことから、酸素原子
拡散による結晶の損傷は起っていないことを本発明者ら
は確認した。
【００２６】図２は未処理のダイヤモンドと酸素拡散を
行なった試料の室温におけるカソードルミネセンス（Ｃ
Ｌ）を測定した結果で、（ａ）が酸素拡散した試料のス
ペクトルを、（ｂ）が未処理試料のものである。カソー
ドルミネセンスは試料に電子線を照射することによって
発光する現象を測定するもので、これより試料の禁制帯
中に存在する不純物準位に関する情報が得られる。図２
によると、酸素拡散することによって、短波長側すなわ
ち高エネルギー側に２つのピークが新たに観測されてい
ることがわかる。これより、酸素原子をダイヤモンド中
に拡散させることにより、禁制帯中に不純物準位が形成
されることが示された。
行なった試料の室温におけるカソードルミネセンス（Ｃ
Ｌ）を測定した結果で、（ａ）が酸素拡散した試料のス
ペクトルを、（ｂ）が未処理試料のものである。カソー
ドルミネセンスは試料に電子線を照射することによって
発光する現象を測定するもので、これより試料の禁制帯
中に存在する不純物準位に関する情報が得られる。図２
によると、酸素拡散することによって、短波長側すなわ
ち高エネルギー側に２つのピークが新たに観測されてい
ることがわかる。これより、酸素原子をダイヤモンド中
に拡散させることにより、禁制帯中に不純物準位が形成
されることが示された。
【００２７】そこで、酸素拡散処理を行なった試料の導
電率を測定したところ、天然、高圧合成及びＣＶＤいず
れのダイヤモンドにおいても10-3(Ω・cm)-1程度となっ
た。これは、上記に示した不純物準位がキャリアを供給
する伝導準位として働いているためと考えられる。ま
た、クロム酸処理及び水素プラズマ処理における諸条件
を制御することによって拡散される酸素原子の量を制御
することが出来るので、導電率も制御可能なことを本発
明者らは確認した。
電率を測定したところ、天然、高圧合成及びＣＶＤいず
れのダイヤモンドにおいても10-3(Ω・cm)-1程度となっ
た。これは、上記に示した不純物準位がキャリアを供給
する伝導準位として働いているためと考えられる。ま
た、クロム酸処理及び水素プラズマ処理における諸条件
を制御することによって拡散される酸素原子の量を制御
することが出来るので、導電率も制御可能なことを本発
明者らは確認した。
【００２８】（実施例２）続いてダイヤモンドに少なく
とも酸素原子含む粒子を照射することによって酸素原子
を導入した結果について説明する。試料としては先と同
様、絶縁性の高い天然、高圧合成及びＣＶＤ法によるダ
イヤモンドを用いた。以下にその手順を説明する。
とも酸素原子含む粒子を照射することによって酸素原子
を導入した結果について説明する。試料としては先と同
様、絶縁性の高い天然、高圧合成及びＣＶＤ法によるダ
イヤモンドを用いた。以下にその手順を説明する。
【００２９】まず、原料ガスとして酸素ガスを用い、そ
のガスをプラズマ化することにより得られたＯイオンを
ダイヤモンドに照射した。Ｏイオンのエネルギーは100K
eV、ドーズ量は1×1015個/cm2で行なった。イオンの照
射の結果、ダイヤモンド中にＯ原子が導入されているこ
とが二次イオン質量分析法などで確認された。この方法
で酸素原子を導入しただけの場合、ＣＶＤダイヤモンド
に比べて天然及び高圧合成ダイヤモンドではイオン注入
時に生じる損傷によって、結晶性に大きな劣化が観測さ
れた。また、ＣＶＤダイヤモンドに関しても導電率の向
上はみられたものの、（実施例１）の場合のように大き
な変化は得られなかった。これは前述の損傷の影響ある
いは導入された酸素原子が活性化していないためである
と考えられる。
のガスをプラズマ化することにより得られたＯイオンを
ダイヤモンドに照射した。Ｏイオンのエネルギーは100K
eV、ドーズ量は1×1015個/cm2で行なった。イオンの照
射の結果、ダイヤモンド中にＯ原子が導入されているこ
とが二次イオン質量分析法などで確認された。この方法
で酸素原子を導入しただけの場合、ＣＶＤダイヤモンド
に比べて天然及び高圧合成ダイヤモンドではイオン注入
時に生じる損傷によって、結晶性に大きな劣化が観測さ
れた。また、ＣＶＤダイヤモンドに関しても導電率の向
上はみられたものの、（実施例１）の場合のように大き
な変化は得られなかった。これは前述の損傷の影響ある
いは導入された酸素原子が活性化していないためである
と考えられる。
【００３０】そこで、水素ラジカルあるいは水素イオン
を含む雰囲気にイオンを照射された試料を晒すことによ
って、損傷を受けた領域の回復を試みた。方法は（実施
例１）で用いた水素プラズマ処理と同様である。その結
果、水素プラズマ処理を行なうことにより、ダイヤモン
ドの受けた損傷が除去され、かつ不純物準位の形成が行
なわれることを本発明者らはラマン分光法、電子エネル
ギー損失分光法（ＥＥＬＳ）及びカソードルミネセンス
測定（ＣＬ）において確認した。それに伴い、導電率の
向上がみられた。
を含む雰囲気にイオンを照射された試料を晒すことによ
って、損傷を受けた領域の回復を試みた。方法は（実施
例１）で用いた水素プラズマ処理と同様である。その結
果、水素プラズマ処理を行なうことにより、ダイヤモン
ドの受けた損傷が除去され、かつ不純物準位の形成が行
なわれることを本発明者らはラマン分光法、電子エネル
ギー損失分光法（ＥＥＬＳ）及びカソードルミネセンス
測定（ＣＬ）において確認した。それに伴い、導電率の
向上がみられた。
【００３１】加えて、この手法は導入する酸素原子数や
導入位置などを制御性良くできるので、導電率の制御も
容易であることを本発明者らは確認した。
導入位置などを制御性良くできるので、導電率の制御も
容易であることを本発明者らは確認した。
【００３２】
【発明の効果】本発明方法によれば、本来絶縁性である
ダイヤモンドに酸素原子を導入することによって、その
導電性制御が可能となり、ダイヤモンドを材料として用
いた半導体デバイス開発が容易になる。
ダイヤモンドに酸素原子を導入することによって、その
導電性制御が可能となり、ダイヤモンドを材料として用
いた半導体デバイス開発が容易になる。
【図１】未処理、クロム酸処理及び加えて水素プラズマ
処理を行なった後の、ラザフォード後方散乱スペクトル
の結果を示す図
処理を行なった後の、ラザフォード後方散乱スペクトル
の結果を示す図
【図２】未処理及び酸素原子拡散を行なった後のカソー
ドルミネセンススペクトルの結果を示す図
ドルミネセンススペクトルの結果を示す図
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北畠 真 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 平尾 孝 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (8)
- 【請求項１】ダイヤモンド中に、少なくとも酸素原子を
導入することを特徴とする導電性ダイヤモンドの製造方
法。 - 【請求項２】ダイヤモンド中に酸素原子を導入する方法
として、拡散現象を用いることを特徴とする請求項１記
載の導電性ダイヤモンドの製造方法。 - 【請求項３】酸素原子をダイヤモンド中に拡散させる方
法として、ダイヤモンドの表面に少なくとも酸素原子を
付着させた後、水素ラジカルあるいは水素イオンを含む
雰囲気に晒すことを特徴とする請求項２記載の導電性ダ
イヤモンドの製造方法。 - 【請求項４】ダイヤモンドの表面に少なくとも酸素原子
を付着させる方法として、クロム酸の硫酸水溶液にダイ
ヤモンドを浸すことを特徴とする請求項３記載の導電性
ダイヤモンドの製造方法。 - 【請求項５】ダイヤモンドを晒す水素ラジカルあるいは
水素イオンを含む雰囲気が、プラズマ状であることを特
徴とする請求項３記載の導電性ダイヤモンドの製造方
法。 - 【請求項６】ダイヤモンド中に酸素原子を導入する方法
として、少なくとも酸素原子を含む粒子を照射すること
を特徴とする請求項１記載の導電性ダイヤモンドの製造
方法。 - 【請求項７】粒子がイオンであることを特徴とする請求
項６記載の導電性ダイヤモンドの製造方法。 - 【請求項８】粒子を照射した後に、水素ラジカルあるい
は水素イオンを含む雰囲気に晒すことを特徴とする請求
項６記載の導電性ダイヤモンドの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4033094A JPH05229896A (ja) | 1992-02-20 | 1992-02-20 | 導電性ダイヤモンドの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4033094A JPH05229896A (ja) | 1992-02-20 | 1992-02-20 | 導電性ダイヤモンドの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05229896A true JPH05229896A (ja) | 1993-09-07 |
Family
ID=12377081
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4033094A Pending JPH05229896A (ja) | 1992-02-20 | 1992-02-20 | 導電性ダイヤモンドの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05229896A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5786604A (en) * | 1994-09-16 | 1998-07-28 | Tokyo Gas Co., Ltd. | Element-isolated hydrogen-terminated diamond semiconductor device and its manufacturing method |
| WO2001002628A1 (en) * | 1999-07-02 | 2001-01-11 | De Beers Industrial Diamonds (Proprietary) Limited | Doped diamond |
| JP2006332387A (ja) * | 2005-05-27 | 2006-12-07 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 酸素終端（１１１）ダイヤモンド上におけるｐ型表面伝導層の製造方法。 |
| KR20140043728A (ko) * | 2011-04-14 | 2014-04-10 | 세이지 와이즈 66 (피티와이) 엘티디 | 전기 전도체 |
| US8916125B2 (en) | 2001-12-28 | 2014-12-23 | Toyo Tanso Co., Ltd. | Graphite material for synthesizing semiconductor diamond and semiconductor diamond produced by using the same |
| JP2017152465A (ja) * | 2016-02-23 | 2017-08-31 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | ダイヤモンド発光整流素子およびその製造方法 |
-
1992
- 1992-02-20 JP JP4033094A patent/JPH05229896A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5786604A (en) * | 1994-09-16 | 1998-07-28 | Tokyo Gas Co., Ltd. | Element-isolated hydrogen-terminated diamond semiconductor device and its manufacturing method |
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| JP2014517502A (ja) * | 2011-04-14 | 2014-07-17 | セイジ ワイズ ６６ （ピーティーワイ） リミテッド | 導電体 |
| JP2018093213A (ja) * | 2011-04-14 | 2018-06-14 | セイジ ワイズ ６６ （ピーティーワイ） リミテッド | 導電体 |
| JP2017152465A (ja) * | 2016-02-23 | 2017-08-31 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | ダイヤモンド発光整流素子およびその製造方法 |
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