(57)【要約】【課題】各温度領域における最適なドーピング濃度を提供し、高温動作ダイヤモンド半導体での動作時の抵抗を最低限にし、省エネルギー動作を可能にする高出力ダイヤモンド半導体素子の最適作動温度制御方法を提供する。【解決手段】ショットキー電極をカソードとし、オーミック電極をアノードとし、ショットキー電極、ダイヤモンドｐ−ドリフト層、ダイヤモンドｐ＋オーミック層、オーミック電極からなる構造の高出力ダイヤモンド半導体素子において、不純物ドーピング濃度をコントロールすることにより、高出力ダイヤモンド半導体素子の最適作動温度を設定することを特徴とする高出力ダイヤモンド半導体素子の最適作動温度制御方法。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ショットキー電極をカソードとし、オーミック電極をアノードとし、ショットキー電極、ダイヤモンドｐ−ドリフト層、ダイヤモンドｐ＋オーミック層、オーミック電極からなる構造の高出力ダイヤモンド半導体素子において、不純物ドーピング濃度をコントロールすることにより、高出力ダイヤモンド半導体素子の最適作動温度を設定することを特徴とする高出力ダイヤモンド半導体素子の最適作動温度制御方法。
【請求項２】
不純物がボロンである請求項１に記載した高出力ダイヤモンド半導体素子の最適作動温度制御方法。
【請求項３】
キャリアは正孔である請求項１に記載した高出力ダイヤモンド半導体素子の最適作動温度制御方法。
【請求項４】
アクセプタ濃度が1×1014から1×1018 cm-3である請求項１に記載した高出力ダイヤモンド半導体素子の最適作動温度制御方法。
【請求項５】
pもしくはp-ドリフト層膜厚は0.1〜20μmである請求項１〜４のいずれかひとつに示した高出力ダイヤモンド半導体素子の最適作動温度制御方法。
【請求項６】
アクセプタ濃度が1×1014〜1×1015であり、定常運転時に100℃〜200℃で動作させる請求項５に記載した高出力ダイヤモンド半導体素子の最適作動温度制御方法。
【請求項７】
アクセプタ濃度が1×1015〜1×1016であり、定常運転時に150℃〜250℃で動作させる請求項５に記載した高出力ダイヤモンド半導体素子の最適作動温度制御方法。
【請求項８】
アクセプタ濃度が1×1016〜1×1017であり、定常運転時に200℃〜300℃で動作させる請求項５に記載した高出力ダイヤモンド半導体素子の最適作動温度制御方法。
【請求項９】
高出力ダイヤモンド半導体素子がショットキーバリヤーダイオードである請求項６〜請求項８のいずれかひとつに記載された高出力ダイヤモンド半導体素子の最適作動温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高出力ダイヤモンド半導体素子の最適作動温度制御方法に関し、特に代表的には、ダイヤモンドショットキーバリアダイオード、ダイヤモンド電界効果トランジスタなどに好適な高出力ダイヤモンド半導体素子の最適作動温度制御方法である。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術では、ダイヤモンドは、大きなバンドギャップ(5.5eV)、高いアバランシェ破壊電界(10MV/cm)、高い飽和キャリア移動度(4000cm2/Vs)、高い熱伝導率(20W/cmK)を有し、高温度や放射線曝露環境下で実用動作可能な素子として期待されている。これまでにこれらの特徴を生かした電子素子を開発するため、ダイヤモンドダイオードの構造および作製方法が提案されている。
同時に、高温動作には、用途ごとの定常温度、最適温度の違いをふまえた設計が必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ダイヤモンドは高温動作を行うことの出来る半導体として有望である。これまでは動作温度領域に最適なドーピング濃度について、詳細に議論はされていなかった。
本発明では、各温度領域における最適なドーピング濃度を提供し、高温動作ダイヤモンド半導体での動作時の抵抗を最低限にし、大電流省エネルギー動作を可能にする高出力ダイヤモンド半導体素子の最適作動温度制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために本発明は、各温度領域において最適なドリフト層不純物濃度を与えることで、目的とする定常運転時の温度でオン抵抗が最も低く、損失が少ない高出力ダイヤモンド半導体素子の最適作動温度制御方法を見出すに至った。
すなわち、本発明は、ショットキー電極をカソードとし、オーミック電極をアノードとし、ショットキー電極、ダイヤモンドｐ−ドリフト層、ダイヤモンドｐ＋オーミック層、オーミック電極からなる構造の高出力ダイヤモンド半導体素子において、不純物ドーピング濃度をコントロールすることにより、高出力ダイヤモンド半導体素子の最適作動温度を設定することを特徴とする高出力ダイヤモンド半導体素子の最適作動温度制御方法である。
また、本発明では、不純物をボロンとすることができる。
さらに、本発明では、キャリアを正孔でとすることができる。
また、本発明では、アクセプタ濃度を1×1014から1×1018 cm-3とすることができる。
さらに、本発明では、pもしくはp-ドリフト層膜厚を0.1〜100μmとすることができる。
また、本発明では、アクセプタ濃度が1×1014〜1×1015であり、定常運転時に100℃〜200℃で動作させることができる。
さらに、本発明では、アクセプタ濃度が1×1015〜1×1016であり、定常運転時に150℃〜250℃で動作させることができる。
また、本発明では、アクセプタ濃度が1×1016〜1×1017であり、定常運転時に200℃〜300℃で動作させることができる。
さらに、本発明では、高出力ダイヤモンド半導体素子をショットキーバリヤーダイオードとすることができる。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の高出力ダイヤモンド半導体素子の最適作動温度制御方法により、定常運転時の抵抗値を最低にすることができるので、熱暴走を防ぐことはもとより、省エネルギーデバイスを作ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明のショットキーバリアダイオードに供するダイヤモンドｐ−ドリフト層のボロン濃度はボロン濃度を1×1014〜1×1018とすることが出来る。
ショットキー電極の形状はどのような形状でもよいが、通常ダイヤモンドドリフト層上に１個以上配置されている。
【０００７】
本発明で用いるボロン濃度を1×1014〜1×1018のダイヤモンド半導体は、作成方法は限定されない。ボロン濃度1×1020以上のp+層上に好ましくはCVD法により0.1〜100μm形成する。
【０００８】
さらに本発明においては、ダイヤモンドならどのタイプのものでも良いが、結晶構造（００１）、（１１１）、（１１０）などが挙げられ、ダイヤモンド表面では、炭素終端ダイヤモンド、水素終端ダイヤモンド、酸素終端のダイヤモンドなどが挙げられる。
しかし、少なくともショットキー電極に接合するダイヤモンドは、ダイヤモンド表面が酸素終端のダイヤモンドが特に適していることが判明している。
本発明では、オーミック電極の作成についても、周知の材料と周知方法を用いてどのような手順で行っても良い。
本発明について実施例を用いてさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【０００９】
まず、p+膜状に濃度の異なるp-膜を成膜した酸素終端ダイヤモンドそれぞれに対して、電子線描画装置にて30ミクロンの直径を持つショットキー電極パターンを作製し、Mo薄膜を電子線蒸着法30nm形成した。なお、オーミック電極はp-膜の一部をICPエッチングによりp+層まで切削し、そこにTi、Pt、Auと順に成膜し、RTA炉において420℃という条件で30分アニールすることで得た。図1に構造を示す。
【００１０】
実施例１で得られた各ダイヤモンド半導体素子について、電圧電流特性を測定したものを図２に示す。濃度の違いにより、オン抵抗値が最低になる温度がことなることがわかる。
このことから、それぞれ所望する動作温度においての最適濃度を与えることができることが判明した。
【実施例２】
【００１１】
実施例1を元として詳細に濃度とオン抵抗−温度の関係を示したものが図３である。図３に基づいて、所望の最適作動温度を設定し、最適のボロン濃度とオン抵抗-温度の関係を求めて、ボロン濃度を設定することができる。
このボロン濃度に基づいて、高出力ダイヤモンド半導体素子を製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１２】
本発明の高出力ダイヤモンド半導体素子は、ダイヤモンドショットキーバリアダイオード、ダイヤモンドpnダイオード、ダイヤモンドサイリスタ、ダイヤモンドトランジスタ、ダイヤモンド電界効果トランジスタなどに適用が可能であり、産業上の利用価値が高い。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例の構造
【図２】ボロン濃度とドリフト層1μmあたりのオン抵抗-温度の関係（測定値）
【図３】拡張したボロン濃度とドリフト層1μmあたりのオン抵抗-温度の関係
【図１】
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【図２】
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【図３】
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