(57)【要約】  第１及び第２の合成ダイヤモンド領域にホウ素がドープされている。第２の合成ダイヤモンド領域は、第１の合成ダイヤモンド領域よりも大きな度合でホウ素がドープされており、かつ、第１の合成ダイヤモンド領域と物理的に接触している。更なる実施形態では、第１及び第２の合成ダイヤモンド領域は、少なくとも１つの金属リードに取り付けることで、ショットキーダイオードのようなダイヤモンド半導体を形成する。更なる幾つかの実施形態におけるダイヤモンドは、合成ダイヤモンドの導電率を高めるために、Ｃ１２を高濃度に含んだダイヤモンドである。一実施形態における製造プロセスは、ダイヤモンド層のひとつを水素注入層に沿って分離することを含んでいる。【選択図】図４
2008529285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホウ素のドープされた第１の合成ダイヤモンド領域と、
ホウ素のドープされた第２の合成ダイヤモンド領域とを備え、
前記第２の合成ダイヤモンド領域は、前記第１の合成ダイヤモンド領域よりも大きな度合でホウ素がドープされ、かつ、前記第１の合成ダイヤモンド領域と物理的に接触していることを特徴とする半導体デバイス。
【請求項２】
前記第１の合成ダイヤモンド領域に取り付けられた第１の金属コンタクトと、前記第２の合成ダイヤモンド領域に取り付けられた第２の金属コンタクトとを更に備えることを特徴とする請求項１記載の半導体デバイス。
【請求項３】
前記半導体デバイスはショットキーダイオードを備えることを特徴とする請求項１記載の半導体デバイス。
【請求項４】
前記第１及び第２の合成ダイヤモンド領域の少なくとも一方は合成単結晶ダイヤモンドであることを特徴とする請求項１記載の半導体デバイス。
【請求項５】
前記第１及び第２の合成ダイヤモンド領域の少なくとも一方は、ドーパントを含まない１ｐｐｍ未満の不純物を有していることを特徴とする請求項１記載の半導体デバイス。
【請求項６】
前記第１及び第２の合成ダイヤモンド領域の少なくとも一方は、２５００Ｗ／ｍＫよりも大きな熱伝導率を有していることを特徴とする請求項１記載の半導体デバイス。
【請求項７】
前記第１及び第２の合成ダイヤモンド領域の少なくとも一方は、２７００Ｗ／ｍＫよりも大きな熱伝導率を有していることを特徴とする請求項１記載の半導体デバイス。
【請求項８】
前記第１及び第２の合成ダイヤモンド領域の少なくとも一方は、３２００Ｗ／ｍＫよりも大きな熱伝導率を有していることを特徴とする請求項１記載の半導体デバイス。
【請求項９】
前記第１及び第２の合成ダイヤモンド領域の少なくとも一方は、炭素１２を同位体的に増加することで、結果的に炭素１３の濃度が１％未満となるようにしたことを特徴とする請求項１記載の半導体デバイス。
【請求項１０】
前記第１及び第２の合成ダイヤモンド領域の少なくとも一方は、炭素１２を同位体的に増加することで、結果的に炭素１３の濃度が０．１％未満となるようにしたことを特徴とする請求項１記載の半導体デバイス。
【請求項１１】
前記第１及び第２の合成ダイヤモンド領域の少なくとも一方は、炭素１２を同位体的に増加することで、結果的に炭素１３の濃度が０．０１％未満となるようにしたことを特徴とする請求項１記載の半導体デバイス。
【請求項１２】
前記第１及び第２の合成ダイヤモンド領域の少なくとも一方は、５０ｐｐｍ未満の窒素濃度を有することを特徴とする請求項１記載の半導体デバイス。
【請求項１３】
前記第１及び第２の合成ダイヤモンド領域の少なくとも一方は、１０ｐｐｍ未満の窒素濃度を有することを特徴とする請求項１記載の半導体デバイス。
【請求項１４】
前記第１及び第２の合成ダイヤモンド領域の少なくとも一方は、５ｐｐｍ未満の窒素濃度を有することを特徴とする請求項１記載の半導体デバイス。
【請求項１５】
前記第１及び第２の合成ダイヤモンド領域が、
ホウ素が第１の度合までドープされた、ベースとなるダイヤモンド領域に、水素を注入することと、
前記ベースとなるダイヤモンド領域上に化学気相成長法により成長させたダイヤモンド領域を形成し、該成長されたダイヤモンド領域にはホウ素が第２の度合までドープされることと、
前記ベースとなるダイヤモンド領域を加熱して前記水素注入層のところで分離を生じさせることにより、前記成長されたダイヤモンド領域と前記ベースとなるダイヤモンド領域の一部を分離することと、
によって形成されることを特徴とする請求項１記載の半導体デバイス。
【請求項１６】
前記ベースとなるダイヤモンド領域は前記第１の合成ダイヤモンド領域であり、前記成長されたダイヤモンド領域は前記第２の合成ダイヤモンド領域であることを特徴とする請求項１５記載の半導体デバイス。
【請求項１７】
前記ベースとなるダイヤモンド領域は前記第２の合成ダイヤモンド領域であり、前記成長されたダイヤモンド領域は前記第１の合成ダイヤモンド領域であることを特徴とする請求項１５記載の半導体デバイス。
【請求項１８】
ホウ素ドープのダイヤモンド半導体デバイスを製造する方法であって、
ホウ素のドープされた第１の合成ダイヤモンド領域を成長させることと、
前記第１の合成ダイヤモンド領域に水素を注入することと、
前記第１の合成ダイヤモンド領域のホウ素ドープ濃度とは異なる濃度でホウ素のドープされた第２の合成ダイヤモンド領域を、前記第１の合成ダイヤモンド領域上に成長させることと、
少なくとも前記第１の合成ダイヤモンド領域を加熱して、前記第１の合成ダイヤモンド領域を前記水素注入の深さのところで分離することと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項１９】
ホウ素をより多量にドープした方の前記合成ダイヤモンド領域がショットキーダイオードのアノードを備え、ホウ素をより少量にドープした方の前記合成ダイヤモンド領域がショットキーダイオードのカソードを備えることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の合成ダイヤモンド領域に取り付けられた第１の金属コンタクトと、前記第２の合成ダイヤモンド領域に取り付けられた第２の金属コンタクトとを形成すること、を更に備えることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２１】
前記第１及び第２の合成ダイヤモンド領域の少なくとも一方は、化学気相成長法を経て単結晶合成ダイヤモンドとして形成されることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２２】
前記第１及び第２の合成ダイヤモンド領域の少なくとも一方は、ドーパントを含まない１ｐｐｍ未満の不純物を有していることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２３】
前記第１及び第２の合成ダイヤモンド領域の少なくとも一方は、１ｐｐｍ未満の窒素を有していることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２３】
前記第１及び第２の合成ダイヤモンド領域の少なくとも一方は、２５００Ｗ／ｍＫよりも大きな熱伝導率を有していることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２４】
前記第１及び第２の合成ダイヤモンド領域の少なくとも一方は、２７００Ｗ／ｍＫよりも大きな熱伝導率を有していることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２５】
前記第１及び第２の合成ダイヤモンド領域の少なくとも一方は、３２００Ｗ／ｍＫよりも大きな熱伝導率を有していることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２６】
前記第１及び第２の合成ダイヤモンド領域の少なくとも一方は、炭素１２を同位体的に増加することで、結果的に炭素１３の濃度が１％未満となるようにしたことを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２７】
前記第１及び第２の合成ダイヤモンド領域の少なくとも一方は、炭素１２を同位体的に増加することで、結果的に炭素１３の濃度が０．１％未満となるようにしたことを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２８】
前記第１及び第２の合成ダイヤモンド領域の少なくとも一方は、炭素１２で同位体的に増加されることで、結果的に炭素１３の濃度が０．０１％未満となるようにしたことを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２９】
前記第１及び第２の合成ダイヤモンド領域の少なくとも一方は、５０ｐｐｍ未満の窒素濃度を有することを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項３０】
前記第１及び第２の合成ダイヤモンド領域の少なくとも一方は、１０ｐｐｍ未満の窒素濃度を有することを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項３１】
前記第１及び第２の合成ダイヤモンド領域の少なくとも一方は、５ｐｐｍ未満の窒素濃度を有することを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項３２】
ホウ素のドープされた第１のダイヤモンド領域と、
ホウ素のドープされた第２のダイヤモンド領域とを備え、
前記第２の合成ダイヤモンド領域は、前記第１の合成ダイヤモンド領域よりも大きな度合でホウ素がドープされ、かつ、前記第１の合成ダイヤモンド領域と物理的に接触していることを特徴とする集積回路。
【請求項３３】
ダイヤモンド基板を更に備えていることを特徴とする請求項３２記載の集積回路。
【請求項３４】
前記ダイヤモンド基板は単結晶合成ダイヤモンド基板であることを特徴とする請求項３３記載の集積回路。
【請求項３５】
前記第１及び第２のダイヤモンド領域の少なくとも一方は合成単結晶ダイヤモンドであることを特徴とする請求項３１記載の集積回路。
【請求項３６】
前記第１及び第２のダイヤモンド領域の少なくとも一方は、炭素１２を同位体的に増加することで、結果的に炭素１３の濃度が１％未満となるようにしたことを特徴とする請求項３１記載の集積回路。
【請求項３７】
前記第１及び第２のダイヤモンド領域の少なくとも一方は、炭素１２を同位体的に増加することで、結果的に炭素１３の濃度が０．１％未満となるようにしたことを特徴とする請求項３１記載の集積回路。
【請求項３８】
前記第１及び第２のダイヤモンド領域の少なくとも一方は、炭素１２を同位体的に増加することで、結果的に炭素１３の濃度が０．０１％未満となるようにしたことを特徴とする請求項３１記載の集積回路。
【請求項３９】
前記第１及び第２のダイヤモンド領域の少なくとも一方は、５０ｐｐｍ未満の窒素濃度を有することを特徴とする請求項３１記載の集積回路。
【請求項４０】
前記第１及び第２のダイヤモンド領域の少なくとも一方は、１０ｐｐｍ未満の窒素濃度を有することを特徴とする請求項３１記載の集積回路。
【請求項４１】
前記第１及び第２のダイヤモンド領域の少なくとも一方は、５ｐｐｍ未満の窒素濃度を有することを特徴とする請求項３１記載の集積回路。
【請求項４２】
ホウ素のドープされた第１の領域と、ホウ素のドープされた第２の領域とを有する合成ダイヤモンド半導体素子を備え、前記第２の合成ダイヤモンド領域は、前記第１の合成ダイヤモンド領域よりも大きな度合でホウ素がドープされ、かつ、前記第１の合成ダイヤモンド素子領域と物理的に接触していることを特徴とする電子デバイス。
【請求項４３】
前記合成ダイヤモンド半導体素子はショットキーダイオードを備えることを特徴とする請求項４２記載の電子デバイス。
【請求項４４】
前記合成ダイヤモンド半導体素子は集積回路を備えることを特徴とする請求項４２記載の電子デバイス。
【請求項４５】
前記集積回路は合成単結晶ダイヤモンド基板を備えることを特徴とする請求項４４記載の電子半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にダイヤモンドの製造に係り、特にはホウ素をドープしたダイヤモンド半導体デバイスの製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータから携帯電話、家庭用娯楽システム、自動車制御システムに至るまで、電子デバイスを形成するためのベースとなる電子構築ブロックとして、広範囲の種類の半導体デバイスが使用されている。その他のデバイスは、オーディオアンプや産業用制御システムのような、計算力や処理力とは無関係の目的や、その他の目的で、半導体を使用している。
【０００３】
現代の半導体は、典型的にはシリコンをベースとし、これに各種元素をドープして電気特性に変化を持たせている。例えば、シリコンにリンをドープして過剰な電子を作り出すことで、４個の価電子しか持たないシリコンには存在しない第５の価電子を持つ、ｎ型半導体材料が得られる。同様に、シリコンにホウ素をドープして、過剰な「正孔」すなわち電子の抜け孔を有するｐ形シリコンを形成する。これは、ホウ素ホウ素が、シリコンよりも１個少ない３個の価電子しか持っていないからである。
【０００４】
ｎ型シリコンとｐ型シリコンが互いに接触すると、その接合部を横切って一方向に、他方向よりも容易に電気が流れる。ｎ型材料とｐ型材料をもっと複雑な構成に組み立てることで、各種タイプのトランジスタ、集積回路、及びその他のデバイスを形成することができる。
【０００５】
しかし、半導体デバイスの性能は、使用される半導体材料に固有の特性によって制限される。例えば、プロセッサの速度は、プロセッサ集積回路を作り上げているトランジスタ及びその他のデバイスによって消費され得る電力量によって制限され、もし過剰な速度で動作した場合は、文字どおり溶けてしまうこともあり得る。一定量の電力を消費するトランジスタを小さめの領域内に多めに詰め込むにつれ、一定領域内で発散される熱の量が増大するので、サイズの減少もまた制限される。個々のトランジスタやダイオードの物理的なサイズは一般に非常に小さいので、高周波数、高電力の用途に使用されるダイオードのような単純なデバイスでさえ、電力の制限を受ける。
【０００６】
より高い性能の、より小さな電気デバイスを提供するために、より大きな電力消費と、より高い半導体デバイス密度とを可能にする半導体デバイスが望まれる。
【発明の開示】
【０００７】
本発明は、その一実施形態において、ホウ素のドープされた第１及び第２の合成ダイヤモンド領域を提供する。第２の合成ダイヤモンド領域は、第１の合成ダイヤモンド領域よりも大きな度合でホウ素がドープされており、かつ、第１の合成ダイヤモンド領域と物理的に接触している。更なる実施形態においては、第１及び第２の合成ダイヤモンド領域はショットキーダイオードのようなダイヤモンド半導体を形成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の実施形態についての以下の詳細な説明においては、本願の一部をなす添付図面を参照するが、これらの図面には、本発明を実施する上での特定の実施形態が例示的に示される。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施可能なように十分詳細に説明されており、そして、他の実施形態が利用されてもよく、また、本発明の趣旨又は範囲の中で論理的、機構的、電気的、及び他の変更がなされてもよいものと理解されるべきである。
【０００９】
本発明の一実施形態は、ホウ素のドープされた第１及び第２の合成ダイヤモンド領域を提供する。第２の合成ダイヤモンド領域は、第１の合成ダイヤモンド領域よりも大きな度合でホウ素がドープされ、かつ、第１の合成ダイヤモンド領域と物理的に接触している。更なる実施形態においては、第１及び第２の合成ダイヤモンドがショットキーダイオードのようなダイヤモンド半導体を形成する。
【００１０】
図１〜４は、単結晶合成ダイヤモンドのショットキーダイオードを製造する方法を示しており、これは本発明を用いて製造可能なダイヤモンド半導体デバイスの一実施形態である。図１は、ホウ素が多量にドープされたダイヤモンド種結晶を示している。炭素が４個の価電子を有しているのに対し、ホウ素は３個の価電子しか有していないことから、上記ダイヤモンドは強いｐ形の半導体材料となる。ダイヤモンド内におけるホウ素を含む場所に存在する電子の抜け孔が、電子を受容する「正孔」となり、これが実質的に移動正電荷となる。負に帯電したホウ素原子はダイヤモンド格子内に固定され、このことは、ホウ素電子は移動できないが、正孔を導電プロセスへの電子受容として寄与させることを意味する。
【００１１】
幾つかの例では、ホウ素は、ダイヤモンドが化学蒸着によって形成される際に該ダイヤモンド内に成長されるか、又は、その他のプロセスによって混和されるが、他の例では、ダイヤモンドが合成であるか天然のものであるかにかかわらず、拡散又はイオン注入を用いてホウ素をダイヤモンド内に注入する。ダイヤモンドは、２分の１ミクロンから数ミクロンに延びた種ダイヤモンド１０１の少なくとも上部領域を介してドーピングされたホウ素を含むことで、上部層が、所望の濃度に分布した、ホウ素原子の比較的均一な分布を有するようにする。
【００１２】
種１０１は平坦な上面を有するように研磨され、また、この種の端部は、レーザー又はカッティングツールのようなものでトリミングされ、クリーニングされ、エッチングされ、そして研磨される。次に、図１中に１０２で示すように、水素原子が所望の深さまで注入される。この水素原子は、各種の例において各種の条件下で注入されるが、一実施形態においては、ダイヤモンド表面に対して１０度の角度で、かつ、１平方センチメートル当たり約１マイクロアンペアのドーズレートで注入される。１平方センチメートル当たり約１０の１７乗の原子の総ドーズ量がダイヤモンド１０１に注入されるまで、電子が約２００ＫｅＶのエネルギーで注入される。水素注入のパラメータを変化させれば、結果として得られる水素注入層の深さと濃度が変化する。水素注入層は、図１中にドットで表された層１０２として示されている。
【００１３】
ホウ素をドープしたダイヤモンド種への水素注入が完了すると、化学気相溶着プラズマ反応炉等を経て、上記種の上に更なるダイヤモンドが成長される。その他の例では、マイクロ波プラズマ反応炉、ＤＣプラズマ反応炉、ＲＦプラズマ反応炉、ホットフィラメント反応炉、及びその他の技術を含む各種の技術が、ダイヤモンドの形成に採用可能である。合成ダイヤモンドの形成は、米国特許第６，５８２，５１３号「合成ダイヤモンドを製造するためのシステム及び方法」 "System and Method for Producing Synthetic Diamond" に記載されているような各種の方法及び装置によって達成可能であり、この米国特許はその参照により本願明細書に盛り込まれる。
【００１４】
一例において、成長されたダイヤモンドは単結晶合成ダイヤモンドであり、そこでは、メタン又はその他のガスのようなガス流を用いて、ダイヤモンドの形成を促すプラズマをプラズマ反応炉で生成するための前駆体物質を提供する。そのガスは、幾つかの例又はダイヤモンドの幾つかの層では、ホウ素ドーパント又は各種の炭素同位体のような、各種の不純物を含んでいる。例えば、炭素１２をその平均純度よりも多く有し、かつ、それに対応して減少された濃度の炭素１３同位体を有するダイヤモンドが、同位体的に増加されるものとして知られており、これは特に熱伝導性を有する。これは、半導体デバイス製造のような応用を好適にし、これを利用しないで達成し得る場合よりも高パワー及び高密度を可能にする。炭素１２でのダイヤモンドＣＶＤ前駆体ガスの同位体的増加（isotopic enhancement）により、炭素１３の通常の濃度である１．１％よりもかなり低い濃度で炭素１３を有するダイヤモンドを得ることができ、その結果、３３００Ｗ／ｍＫという高さの熱伝導率が得られる。高い熱伝導率を有する合成ダイヤモンドを製造する方法の他の例は、低窒素環境内でダイヤモンドを成長させることと、水素の豊富な環境内で合成ダイヤモンドを成長させることと、ホウ素ドーピングを使用して熱伝導率を増加させることとを含んでいる。
【００１５】
幾つかの実施形態では、注入されたホウ素又はその他のドーパントを有するダイヤモンド領域は、ダイヤモンド結晶構造内にドーパントを配置した結果、ドープされないダイヤモンドよりも幾らか大きな又は小さな結晶構造を持つことになる。異なるドーピング濃度を有するダイヤモンド間、又は、ドープされたダイヤモンドとドープされないダイヤモンドとの間における格子不整合は、幾つかの実施形態において、所望の格子構造を与えるように選択されたイオンの注入によってコントロールされる。例えば、少量にホウ素をドープされたダイヤモンド領域は、主に炭素１２でできた未ドープのダイヤモンドに比べ、幾分拡張された格子構造を持つことになる。ホウ素ドープのダイヤモンドに炭素１３を加えることは、格子構造を縮小させ、幾つかの実施形態では、ダイヤモンド層間の格子不整合を除去したり、格子不整合又はダイヤモンド層間の歪みをコントロールするのに使用される。
【００１６】
更に詳細な実施形態においては、約９９％の炭素１２と約１％の炭素１３とを含むダイヤモンド構造内で、少量にホウ素をドープされた第１の領域が、より多量にホウ素をドープされた第２の領域に接触して成長される。より多量にホウ素をドープされた第２の領域に、より多くの炭素１３を加えることにより、より多量にホウ素をドープされたダイヤモンド領域の格子構造と、より少量にホウ素をドープされたダイヤモンド領域の格子構造とを互いに整合させて、ダイヤモンド層間の境界での格子歪みを減少又は除去することができる。
【００１７】
図２は、水素注入層を有する図１の種ダイヤモンド２０１が、その水素の注入された面上に成長されたホウ素をドープした他の合成ダイヤモンド層２０２を備えたものを示す。幾つかの例では、水素の注入前に、又は第２の合成ダイヤモンド領域２０２の成長前の他の時点で、種２０１が平坦に研磨され、また、第２の合成ダイヤモンド領域の成長の前又は後に、レーザカッティング等により所望のサイズ又は形状にトリミングされる。上部層が、例えば１００ミクロンのような所望の厚さまで成長され、その後、研磨及びカットされて、図２に示したようなダイヤモンド組立体が形成される。
【００１８】
次に、図２の組立体は、水素注入の位置で第１のダイヤモンド領域１０１の分離を引き起こすのに十分な温度まで加熱され、その結果、種ダイヤモンド領域１０１の一部分が、成長された合成ダイヤモンド領域２０２と共に分離するようになる。この操作の結果、より多量にホウ素をドープされたダイヤモンド部分３０２が、より少量にホウ素をドープされた部分３０３と共に切り離されるため、元の種ダイヤモンド１０１よりも幾分小さな種ダイヤモンド３０１が得られる。その結果得られた３０２及び３０３の構造は、ショットキーダイオードの半導体部分を形成する。このダイオードは、ダイヤモンドの特徴を持つため、シリコンのような他の半導体材料と比べた場合、特に高電圧及び高電力レベルでの動作が可能である。他の例では、成長された領域に種領域よりも多量にホウ素がドープされ、ダイヤモンド領域の厚さが異なり、他の構造的及び設計的な変更がなされることになる。
【００１９】
図４は、図３の３０２及び３０３によって形成されたダイヤモンド組立体が４０１でダイヤモンド種領域からリフトオフされ、４０２及び４０３で取り付けられた電気リードを有するものを示す。取り付けられる金属は、その仕事関数又はフェルミ関数と、ショットキーダイオードの所望の特性とに基づき選択され、典型的には、アルミニウム、白金、金、チタン、又はニッケルのような金属を含む、金属又は金属合金である。これにより、完全なショットキーダイオードが形成され、これは、何らかの信号を整流したり、或る環境下で一方向にのみ電流を通過させるという能力において、他のタイプのダイオードと同様である。図４のショットキーダイオードを見ると、端子４０３はアノードとして知られ、端子４０２はカソードとして知られる。アノードがカソードよりも一定電圧レベルだけ高い電位にある時は、このダイオードを通って電流が流れることになるが、アノードの電位又は電圧がカソードよりも低い時は、このダイオードを通って電流が流れない。この特性により、電気信号の検波、フィルタリング、及び整形を含む、広範囲の種類の電子応用に役立つダイオードとなる。
【００２０】
このショットキーダイオードの整流部分は、ｐｎ半導体ダイオードのような他のほとんどのタイプのダイオードにおける場合のような半導体材料間の境界というよりも、実際には金属−ダイヤモンド半導体の接合部である。ショットキーダイオードの動作理論は良く理解されており、複雑であるが、多くの応用において一般の半導体ダイオードに勝る多くの重要な利点がある。ショットキーダイオードの順電圧は、一般に、典型的なｐｎ接合半導体ダイオードのものよりも非常に小さく、ショットキーダイオードの電圧降下の典型的な値が０．２ボルトであるのに対し、シリコンｐｎ接合ダイオードの電圧降下は０．６〜０．７ボルトである。ショットキーダイオードの容量もｐｎ半導体ダイオードより非常に小さく、また、ショットキーダイオードの障壁領域を形成する金属境界面でのキャリア再結合は、ｐｎ半導体ダイオードよりも非常に速く、１０ピコ秒のオーダーである。これにより、ショットキーダイオードは、高周波の検波、ミキシング、及びその他の応用のような応用に特に好適である。ショットキーダイオードは、半導体ｐｎ接合ダイオードに比べて低ノイズ特性であることから、レーダー又はその他の無線検波のような低ノイズ検波応用での使用に望ましい。
【００２１】
図５は、図４に示されたような、ホウ素ドープのダイヤモンド半導体デバイスを製造する方法を示すフローチャートである。５０１で、ホウ素ドープの種ダイヤモンドが形成される。これは、天然又は合成のダイヤモンド中にイオン注入することによって成し得る。合成ダイヤモンドは、ホウ素の豊富な環境内で合成ダイヤモンドを成長させること、又は何らかの他の適当な方法によって得られる。成長されたダイヤモンドは、高圧高温（ＨＰＨＴ）法、化学気相成長法、又は何らかの他の適当な方法によって生成可能である。５０２で、ホウ素をドープした種ダイヤモンドの表面が研磨されて、所望の結晶方向を有する平坦なダイヤモンド結晶面が得られる。例えば、ダイヤモンドは、１００面内を研磨し、１１０面に対して２度傾けることで、ダイヤモンドの１００面から僅かにそれた研磨面が生成される。種の端部はカットされてもよく、各種の他の面は様々な例においては研磨又は成形され、表面は酸洗浄、水すすぎ、及び溶剤乾燥によって洗浄される。
【００２２】
次に、注入の角度、エネルギー、及びドーズ量が選択され、５０３で、水素イオン注入が行なわれる。注入のパラメータは、図１に示されたように、選択された濃度の水素原子を、種ダイヤモンド中の選択された深さに注入するように適合される。水素注入の後、その注入された種ダイヤモンドが、化学蒸着等により更なるダイヤモンドを成長させるための種として使用される。その成長されたダイヤモンドは、幾つかの例においては、図２に示されたように種ダイヤモンドよりも高い又は低いホウ素濃度を含む。ダイヤモンドは、厚さ５００ミクロン又は厚さ１０から１５０００ミクロンの範囲のような、所望の厚さに達するまで成長される。
【００２３】
その成長プロセスが完了すると、そのダイヤモンド組立体が成長装置から取り出され、５０５で、端部がレーザーカッターでトリミングされる。他の例では、端部は他の方法を用いてトリミングされ、そして研磨されてもよい。これにより、種の端部はまた、例えば種ダイヤモンド領域の上部に成長を行なう以前の元々の種寸法に戻すように、所望の寸法までトリミングされる。
【００２４】
その結果得られるダイヤモンド組立体は、水素ガス又は不活性ガスのような非酸化環境内で、ダイヤモンド組立体の種ダイヤモンド領域が水素注入の領域で分離するような温度まで加熱される。このような分離は、或る例においては、ほぼ摂氏１２００度で起こるが、他の例においては、摂氏１１００度から２４００度の範囲内で起こる。種と、成長されたダイヤモンド及び種からなるダイヤモンド組立体とが分離すると、図３に示されたように、成長されたダイヤモンド及び種からなるダイヤモンド組立体が残り、これは、水素注入層より上方の種ダイヤモンド部分が、成長されたダイヤモンドに取り付けられたようになっている。この分離は、幾つかの例では、上昇した温度において自然に起こるが、他の例では、水素注入層に圧力を加えることによって引き起こされる。
【００２５】
その結果、ホウ素をドープした半導体デバイスが得られ、このデバイスは、更に５０７で、トリミング及び研磨されることが可能であり、また、５０９に示されるように、半導体デバイスとして使用されるようワイヤリードを取り付けパッケージすることが可能である。
【００２６】
本発明の各種実施形態に係る半導体デバイスの他の実施形態は、図６に示されるように、集積回路を形成することを含む。この図は、一般には、６０１でダイヤモンド半導体基板を示し、これは少なくとも、ホウ素のドープされた領域又は部分６０２を有している。第２の領域６０３は、ダイヤモンド領域６０２に接触するが、異なるホウ素ドープ濃度で、成長され、注入され、又はさもなければ形成される。これにより、ショットキーダイオードの半導体部分が形成されるが、トランジスタ及びその他の各種部品を形成するための同様なプロセスが使用可能である。要素６０２及び６０３は、適当な仕事関数を有する金属ワイヤを用いて回路に接続され、また、更なる例では、ポリシリコン又はその他の導電体又は半導体要素を用いて集積回路の他の部分に接続される。
【００２７】
図７は、本発明の幾つかの実施形態に従って構成された電子デバイスの一例を示している。レーダー装置７０１は、低レベルの高周波無線検波のために、また、ドップラーレーダーのような更なる応用例ではミキシングのために、ショットキーダイオードを使用している。このような電子デバイスでは、シリコンのような伝統的な半導体と比べ、電力操作の改善、高密度、及び高性能といったような、ホウ素ドープのダイヤモンド半導体によって可能になる性能向上からの利益が得られる。
【００２８】
ホウ素をドープしたダイヤモンドはまた、シリコンベースの半導体とは全く異なり、青みがかった高い透明度を有している。このことにより、ホウ素をドープしたダイヤモンドは、伝統的なＬＥＤ又は半導体レーザーのような応用に加え、半導体接合の外面以外から光が放出される構成の、青色のＬＥＤ又は半導体レーザーデバイスのような応用に特に好適である。ホウ素ドープのダイヤモンドは電気を或る程度導くので、電極や、その状態又はその他の特徴を電気的に監視できる導電性カッティングツールや、導電性のヒートシンク又はヒートスプレッダや、加熱可能な、又は電流によって変化可能な屈折率を有する光学ウィンドウのような、導電性の望まれる各種の応用にも使用される。
【００２９】
ショットキーバリア接合は、更に、ショットキーダイオード以外にも、トランジスタのベースとコレクタ間にショットキー接合が配置されたバイポーラ接合トランジスタへの利用を含む、各種の応用に使用可能である。このことにより、トランジスタが過剰に深く飽和するのを防止し、その結果、トランジスタの一層高速のスイッチング時間が得られる。金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）もまた、逆バイアスのショットキーバリアを使用してトランジスタ内にデプリーション領域を設け、ＪＦＥＴと同様に動作することが可能である。高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）を含む更に他のデバイスは、ヘテロ接合デバイスにショットキーバリアを使用して、トランジスタに極めて高いコンダクタンスを提供する。
【００３０】
ここに記載された方法及びデバイスは、ショットキーダイオード及びそれに関連するデバイスにだけでなく、その他の半導体、集積回路、及び電子デバイスにも適用されることが考えられる。ここには特定の実施形態について記載されているが、当業者であれば、同一の目的を達成するための様々な変更が、ここに示された特定の実施形態の代わりに採用される、と認識するであろう。本願は、本発明のいかなる修正や変更をも包含するよう意図されている。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物の全範囲によってのみ限定されるものであることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態に係る、水素イオンの注入層を有する、ホウ素をドープしたダイヤモンドの種結晶を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る、成長したホウ素ドープのダイヤモンドを有する、ホウ素をドープしたダイヤモンドの種結晶を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る、水素注入の位置で分離された成長されたダイヤモンドを有する、ホウ素をドープしたダイヤモンドの種結晶を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る、成長されたホウ素をドープしたダイヤモンドを有する、ホウ素をドープしたダイヤモンド種結晶から形成された、ショットキーダイオードを示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る、ホウ素をドープしたダイヤモンド半導体を形成する方法を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る、第１及び第２のホウ素をドープしたダイヤモンド半導体領域を有する集積回路を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る、ホウ素をドープしたダイヤモンド半導体を用いた電子デバイスを示す図である。
【図１】
2008529285.tif 000003
【図２】
2008529285.tif 000004
【図３】
2008529285.tif 000005
【図４】
2008529285.tif 000006
【図６】
2008529285.tif 000007
【図７】
2008529285.tif 000008
【図５】
2008529285.tif 000009
【国際調査報告】
2008529285.tif 000010
2008529285.tif 000011
2008529285.tif 000012