JPH0777205B2 - 半導体ダイヤモンド及びその製造方法 - Google Patents
半導体ダイヤモンド及びその製造方法Info
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- JPH0777205B2 JPH0777205B2 JP62137701A JP13770187A JPH0777205B2 JP H0777205 B2 JPH0777205 B2 JP H0777205B2 JP 62137701 A JP62137701 A JP 62137701A JP 13770187 A JP13770187 A JP 13770187A JP H0777205 B2 JPH0777205 B2 JP H0777205B2
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- semiconductor diamond
- semiconductor
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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
- H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
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- 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
- H10D62/834—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 further characterised by the dopants
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電子機器等に利用される半導体特性を有するダ
イヤモンドに関するものである。
イヤモンドに関するものである。
ダイヤモンドは、バンドギヤツプが5.5eVであり本来絶
縁性のものであるが、SiやGeなどと同様に不純物をドー
ピングすることにより不純物準位を形成し、Ｐ型及びＮ
型の半導性を持たせることが当然考えられる。
縁性のものであるが、SiやGeなどと同様に不純物をドー
ピングすることにより不純物準位を形成し、Ｐ型及びＮ
型の半導性を持たせることが当然考えられる。
実際、天然ダイヤモンドの中にはＢを含有したＰ型半導
体が存在し、II bダイヤと呼ばれている。このII bダイ
ヤは超高圧合成法によつても製造できる。しかしＮ型の
半導性を示すダイヤモンドは天然には存在しない。ま
た、超高圧合成法で製造されたものでもＮ型の半導性が
確認された例はない。
体が存在し、II bダイヤと呼ばれている。このII bダイ
ヤは超高圧合成法によつても製造できる。しかしＮ型の
半導性を示すダイヤモンドは天然には存在しない。ま
た、超高圧合成法で製造されたものでもＮ型の半導性が
確認された例はない。
PN接合を利用した半導体ダイヤモンドデバイスを形成す
るためにはＮ型半導体ダイヤモンドが不可欠である。し
かしながら、これまで超高圧合成法やイオン注入法によ
りダイヤモンドへのドーピングが試られているがＮ型半
導体ダイヤモンドを得られた例ではない。そこでＮ型半
導体ダイヤモンドの実現が待望されている。
るためにはＮ型半導体ダイヤモンドが不可欠である。し
かしながら、これまで超高圧合成法やイオン注入法によ
りダイヤモンドへのドーピングが試られているがＮ型半
導体ダイヤモンドを得られた例ではない。そこでＮ型半
導体ダイヤモンドの実現が待望されている。
本発明はこのような現状に鑑みてなされたもので、Ｎ型
半導体ダイヤモンド及びその製法を提供することを目的
とするものである。
半導体ダイヤモンド及びその製法を提供することを目的
とするものである。
発明者等はダイヤモンドへのドーパント元素として通常
まず考えられるＰやAs等のＶ族元素ではなく、これ等Ｖ
族元素より価電子の多いVI族元素の１つであるSeをドー
パントとして用いることを考えついた。そして、種々実
験研究の結果、例えば気相薄膜合成法、超高圧単結晶合
成法、イオン注入法等によりSeを含有するダイヤモンド
を製造することができ、このSeドープダイヤモンドはSe
の形成したドナーレベルからの自由電子によりＮ型の半
導性を示すことを見出して、本発明に到達したのであ
る。
まず考えられるＰやAs等のＶ族元素ではなく、これ等Ｖ
族元素より価電子の多いVI族元素の１つであるSeをドー
パントとして用いることを考えついた。そして、種々実
験研究の結果、例えば気相薄膜合成法、超高圧単結晶合
成法、イオン注入法等によりSeを含有するダイヤモンド
を製造することができ、このSeドープダイヤモンドはSe
の形成したドナーレベルからの自由電子によりＮ型の半
導性を示すことを見出して、本発明に到達したのであ
る。
すなわち、本発明はドーパント元素としてSeを含有して
なる半導体ダイヤモンドに関するものであり、Seの濃度
が１×1010〜１×1020〔cm-3〕であるものが特に好まし
い。
なる半導体ダイヤモンドに関するものであり、Seの濃度
が１×1010〜１×1020〔cm-3〕であるものが特に好まし
い。
さらに本発明はSeを含有してなる半導体ダイヤモンドを
製造する方法として、原料ガス中のSeの原子数とＣの原
子数の比Se/C（％）が0.001〜1.0％である原料ガスを用
いて気相薄膜合成法によりSeを含有してなる半導体ダイ
ヤモンドを得ることを特徴とする半導体ダイヤモンドの
製造方法、超高圧合成法によりドーパント元素としてSe
を含有してなる半導体ダイヤモンドを得ることを特徴と
する半導体ダイヤモンドの製造方法及びイオン注入法に
よりドーパント元素としてSeを含有してなる半導体ダイ
ヤモンドを得ることを特徴とする半導体ダイヤモンドの
製造方法を提供する。
製造する方法として、原料ガス中のSeの原子数とＣの原
子数の比Se/C（％）が0.001〜1.0％である原料ガスを用
いて気相薄膜合成法によりSeを含有してなる半導体ダイ
ヤモンドを得ることを特徴とする半導体ダイヤモンドの
製造方法、超高圧合成法によりドーパント元素としてSe
を含有してなる半導体ダイヤモンドを得ることを特徴と
する半導体ダイヤモンドの製造方法及びイオン注入法に
よりドーパント元素としてSeを含有してなる半導体ダイ
ヤモンドを得ることを特徴とする半導体ダイヤモンドの
製造方法を提供する。
ダイヤモンドは、IV族元素Ｃの共通結合で構成されてい
る。不純物としてダイヤモンド中に入つたVI元素のSeが
Ｃの格子位置に置換されると、共有結合に携わらない外
殻電子が２個存在することになり、これらはドナー電子
となつてダイヤモンドはＮ型の半導性を示すと考えられ
る。つまりSeはダイヤモンドにドープされて、禁制帯中
にドナーレベルを形成する。
る。不純物としてダイヤモンド中に入つたVI元素のSeが
Ｃの格子位置に置換されると、共有結合に携わらない外
殻電子が２個存在することになり、これらはドナー電子
となつてダイヤモンドはＮ型の半導性を示すと考えられ
る。つまりSeはダイヤモンドにドープされて、禁制帯中
にドナーレベルを形成する。
また、Seが、たとえばＣの格子間に入り、Ｃの空孔とベ
アになつた場合のように、Ｃの格子位置に置換されてい
なくても、ドナーレベルを形成できる場合もあると予想
される。また実際、以上のような考えにもとづき、Seド
ープダイヤモンドを作成したところＮ型の半導性を示す
ことが確認された。
アになつた場合のように、Ｃの格子位置に置換されてい
なくても、ドナーレベルを形成できる場合もあると予想
される。また実際、以上のような考えにもとづき、Seド
ープダイヤモンドを作成したところＮ型の半導性を示す
ことが確認された。
本発明のSeドープ半導体ダイヤモンドにおいて、Se濃度
は１×1010〜１×1020〔cm-1〕であることが有効であり
好ましい。Seの濃度が１×1010〜１×1020〔cm-1〕未満
では半導体として用いるには抵抗率が高くなりすぎる
し、１×1020〔cm-1〕を越えると電導形態が金属的にな
り半導体としての性質を失なう。
は１×1010〜１×1020〔cm-1〕であることが有効であり
好ましい。Seの濃度が１×1010〜１×1020〔cm-1〕未満
では半導体として用いるには抵抗率が高くなりすぎる
し、１×1020〔cm-1〕を越えると電導形態が金属的にな
り半導体としての性質を失なう。
本発明のSeドープ半導体ダイヤモンドは気相薄膜合成
法、超高圧単結晶合成法、イオン注入法等の公知技術を
用いて製造することができ、いずれの方法によつても得
られたSeドープ半導体ダイヤモンドの性質に差異はなか
つた。
法、超高圧単結晶合成法、イオン注入法等の公知技術を
用いて製造することができ、いずれの方法によつても得
られたSeドープ半導体ダイヤモンドの性質に差異はなか
つた。
気相薄膜合成法により本発明のSeドープ半導体ダイヤモ
ンドを製造する場合、原料ガス中のSe原子数とＣ原子数
の比Se/C比が0.001％〜1.0％として行なうことが好まし
い。この範囲内で行なうことにより得られたダイヤ中の
Se濃度を半導体として有効な１×1010〜１×1020〔c
m-1〕にすることができるからである。
ンドを製造する場合、原料ガス中のSe原子数とＣ原子数
の比Se/C比が0.001％〜1.0％として行なうことが好まし
い。この範囲内で行なうことにより得られたダイヤ中の
Se濃度を半導体として有効な１×1010〜１×1020〔c
m-1〕にすることができるからである。
原材料としては、Ｃ供給源として例えばCH4,C2H6,C3H8
等の炭化水素、CH2OH,C2H5OH等のアルコール等が挙げら
れ、Se供給源としては例えばH2Seが挙げられる。
等の炭化水素、CH2OH,C2H5OH等のアルコール等が挙げら
れ、Se供給源としては例えばH2Seが挙げられる。
気相薄膜合成法として種々の従来技術を応用できる。一
例としてマイクロ波プラズマCVD法を用いる場合を説明
すると、チヤンバー内に反応ガスを導入しておき、一方
マグネトロンから発振されたマイクロ波を方形導波管に
よりチヤンバーまで導き、チヤンバー内反応ガスに放電
を起してダイヤモンドの合成反応を行う。
例としてマイクロ波プラズマCVD法を用いる場合を説明
すると、チヤンバー内に反応ガスを導入しておき、一方
マグネトロンから発振されたマイクロ波を方形導波管に
よりチヤンバーまで導き、チヤンバー内反応ガスに放電
を起してダイヤモンドの合成反応を行う。
本発明のSeドープ半導体ダイヤモンドを気相薄膜合成
法、超高圧単結晶合成法又はイオン注入法で得る具体的
条件、方法については、以下の実施例にて詳説する。
法、超高圧単結晶合成法又はイオン注入法で得る具体的
条件、方法については、以下の実施例にて詳説する。
実施例１ 公知のマイクロ波プラズマCVD法にて、CH4:0.5％、H2Se
0.000005〜0.005％、残部H2からなる反応ガスを原料と
してダイヤモンド単結晶基板（111）面上に、1.0μｍの
厚さの本発明のSeドープダイヤモンド膜を成長させた。
反応系内圧力は30Torr、マイクロ波は2.45GHz、出力350
Wであつた。
0.000005〜0.005％、残部H2からなる反応ガスを原料と
してダイヤモンド単結晶基板（111）面上に、1.0μｍの
厚さの本発明のSeドープダイヤモンド膜を成長させた。
反応系内圧力は30Torr、マイクロ波は2.45GHz、出力350
Wであつた。
得られたSeドープダイヤエピタキシヤル膜の抵抗率測定
とホール測定を行つたところ、ホール係数はいずれも
（−）でありＮ型半導体であることが確認された。
とホール測定を行つたところ、ホール係数はいずれも
（−）でありＮ型半導体であることが確認された。
さらにSIMSによりダイヤモンド中のSe濃度の測定を行つ
た。Se/C％及び自由電子密度、電子移動度、Se濃度の測
定結果を表１にまとめて示す。なお、No.1の試料のSe濃
度は自由電子密度から推定した値である。
た。Se/C％及び自由電子密度、電子移動度、Se濃度の測
定結果を表１にまとめて示す。なお、No.1の試料のSe濃
度は自由電子密度から推定した値である。
実施例２ 原料のダイヤモンド粉末にSeを混入したものをFe−Ni溶
媒に溶かしこみ5GPa、約1400℃という条件下に７時間置
くことで超高圧法によりSeドープダイヤモンドを合成で
きた。得られたダイヤモンドについて、実施例１と同様
の測定を行つたところ、ホール係数はやはり（−）であ
りＮ型半導体であると確認できた。原料のSe原子数とＣ
原子数の比Se/C（％）、自由電子密度、電子移動度、Se
濃度を表２にまとめて示す。
媒に溶かしこみ5GPa、約1400℃という条件下に７時間置
くことで超高圧法によりSeドープダイヤモンドを合成で
きた。得られたダイヤモンドについて、実施例１と同様
の測定を行つたところ、ホール係数はやはり（−）であ
りＮ型半導体であると確認できた。原料のSe原子数とＣ
原子数の比Se/C（％）、自由電子密度、電子移動度、Se
濃度を表２にまとめて示す。
実施例３ イオン注入により、Se加速電圧180keV、Se注入量４×10
151/cm2の条件で、ダイヤモンド単結晶にSeを注入し
て、本発明のSeドープダイヤモンドを製造した。得られ
たSeドープダイヤモンドに真空中でアニールを施した
後、ホール測定と抵抗率測定を行つた。ホール係数は
（−）でありＮ型半導体であることが確認された。Se注
入部の平均自由電子密度は1015〔1/cm3〕、電子移動度
は10〔cm2/V.s〕であつた。
151/cm2の条件で、ダイヤモンド単結晶にSeを注入し
て、本発明のSeドープダイヤモンドを製造した。得られ
たSeドープダイヤモンドに真空中でアニールを施した
後、ホール測定と抵抗率測定を行つた。ホール係数は
（−）でありＮ型半導体であることが確認された。Se注
入部の平均自由電子密度は1015〔1/cm3〕、電子移動度
は10〔cm2/V.s〕であつた。
以上の説明と実施例の結果から明らかなように、本発明
のSeを含有したダイヤモンドは、従来得られていなかつ
たＮ型の半導体ダイヤモンドを実現したものである。し
たがつて本発明のSeを含有するダイヤモンドを用いるこ
とにより、PN接合を利用したダイヤモンド半導体デバイ
スの作製が可能となる。
のSeを含有したダイヤモンドは、従来得られていなかつ
たＮ型の半導体ダイヤモンドを実現したものである。し
たがつて本発明のSeを含有するダイヤモンドを用いるこ
とにより、PN接合を利用したダイヤモンド半導体デバイ
スの作製が可能となる。
また、サーミスターへの応用や、単に導電性の要求され
るダイヤモンドコーテイング膜としての応用も考えられ
る。これらの場合には多結晶ダイヤモンドでも有効であ
る。
るダイヤモンドコーテイング膜としての応用も考えられ
る。これらの場合には多結晶ダイヤモンドでも有効であ
る。
このようにダイヤモンド半導体としての広い用途への可
能性を開く本発明のSeドープダイヤモンドは、その製法
上は公知技術を応用することで容易に得られる点でも有
利である。
能性を開く本発明のSeドープダイヤモンドは、その製法
上は公知技術を応用することで容易に得られる点でも有
利である。
Claims (5)
- 【請求項１】ドーバンド元素としてSeを含有してなる半
導体ダイヤモンド。 - 【請求項２】ドーバンド元素としてSeを１×1010〜１×
1020〔cm-3〕の濃度で含有する特許請求の範囲第１項に
記載される半導体ダイヤモンド。 - 【請求項３】原料ガス中のSeの原子数とＣの原子数の比
Se/C（％）が0.001〜1.0％である原料ガスを用いて気相
薄膜合成法により、ドーパント元素としてSeを含有して
なる半導体ダイヤモンドを得ることを特徴とする半導体
ダイヤモンドの製造方法。 - 【請求項４】超高圧合成法によりドーパント元素として
Seを含有してなる半導体ダイヤモンドを得ることを特徴
とする半導体ダイヤモンドの製造方法。 - 【請求項５】イオン注入法によりドーパント元素として
Seを含有してなる半導体ダイヤモンドを得ることを特徴
とする半導体ダイヤモンドの製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62137701A JPH0777205B2 (ja) | 1987-06-02 | 1987-06-02 | 半導体ダイヤモンド及びその製造方法 |
| DE3818719A DE3818719C2 (de) | 1987-06-02 | 1988-06-01 | Halbleitender Diamant vom n-Typ und Verfahren zu dessen Herstellung |
| US07/201,151 US5001452A (en) | 1987-06-02 | 1988-06-02 | Semiconducting diamond and process for producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62137701A JPH0777205B2 (ja) | 1987-06-02 | 1987-06-02 | 半導体ダイヤモンド及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63302517A JPS63302517A (ja) | 1988-12-09 |
| JPH0777205B2 true JPH0777205B2 (ja) | 1995-08-16 |
Family
ID=15204795
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62137701A Expired - Fee Related JPH0777205B2 (ja) | 1987-06-02 | 1987-06-02 | 半導体ダイヤモンド及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0777205B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5324609B2 (ja) * | 2011-03-22 | 2013-10-23 | 日本電信電話株式会社 | ダイヤモンド半導体及び作製方法 |
| JP6264773B2 (ja) * | 2013-08-05 | 2018-01-24 | 住友電気工業株式会社 | ナノ多結晶ダイヤモンドを備える工具、加工システム、および加工方法 |
-
1987
- 1987-06-02 JP JP62137701A patent/JPH0777205B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63302517A (ja) | 1988-12-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |