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JP2002076369A - Electronic device and diode, transistor and thyristor using the same - Google Patents

Electronic device and diode, transistor and thyristor using the same

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Publication number
JP2002076369A
JP2002076369A JP2000266325A JP2000266325A JP2002076369A JP 2002076369 A JP2002076369 A JP 2002076369A JP 2000266325 A JP2000266325 A JP 2000266325A JP 2000266325 A JP2000266325 A JP 2000266325A JP 2002076369 A JP2002076369 A JP 2002076369A
Authority
JP
Japan
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semiconductor region
semiconductor
electronic device
diamond
concentration
Prior art date
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Application number
JP2000266325A
Other languages
Japanese (ja)
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JP4153984B2 (en
Inventor
Nobuyuki Kawakami
信之 川上
Yoshihiro Yokota
嘉宏 横田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kobe Steel Ltd filed Critical Kobe Steel Ltd
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Publication of JP2002076369A publication Critical patent/JP2002076369A/en
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Publication of JP4153984B2 publication Critical patent/JP4153984B2/en
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/80Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials
    • H10D62/83Semiconductor 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
    • H10D62/8303Diamond

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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Thyristors (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐熱性、耐放射線性及び高周波応答性が優
れ、高温用デバイス、大電力用デバイス及び高周波電子
デバイスに適した電子素子において、オーミック電流を
抑制し、高濃度にドープされた半導体からチャネルへの
キャリア注入の障壁エネルギを低減して空間電荷制限電
流の立ち上がり電界を小さくした高効率な電子素子及び
この電子素子を使用したダイオード、トランジスタ及び
サイリスタを提供する。 【解決手段】 絶縁体ダイヤモンド結晶基板1上にキャ
リア濃度を1015cm-3以下の高抵抗率な半導体ダイヤ
モンド薄膜5を設け、これを挟むようにキャリア濃度が
1020cm-3以上の低抵抗率な半導体ダイヤモンド薄膜
2a及び2bを設け、半導体ダイヤモンド薄膜5、2a
及び2bの伝導型を同じにする。更に、半導体ダイヤモ
ンド薄膜2a、2b及び5上に夫々ソース電極11a、
ドレイン電極11b及びゲート電極9aを設ける。
PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress ohmic current and achieve high concentration in an electronic element having excellent heat resistance, radiation resistance and high-frequency response and suitable for high-temperature devices, high-power devices and high-frequency electronic devices. Provided are a high-efficiency electronic device in which barrier energy of carrier injection from a doped semiconductor into a channel is reduced to reduce a rising electric field of a space charge limiting current, and a diode, a transistor, and a thyristor using the electronic device. SOLUTION: A high-resistivity semiconductor diamond thin film 5 having a carrier concentration of 10 15 cm −3 or less is provided on an insulating diamond crystal substrate 1, and a low resistance carrier concentration of 10 20 cm −3 or more is sandwiched therebetween. Semiconductor diamond thin films 2a and 2b are provided.
And 2b have the same conductivity type. Further, the source electrodes 11a, 11a,
A drain electrode 11b and a gate electrode 9a are provided.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、短波長発光用デバ
イス、高温用デバイス、大電力用デバイス及び高周波電
子デバイス等に使用されるワイドバンドギャップ半導体
の電子素子並びにこの電子素子を使用したダイオード、
トランジスタ及びサイリスタに関し、特に、オーミック
電流が少なく、キャリア移動障壁が小さく、空間電荷制
限電流を流すために必要な電界が小さく低電界でより多
くのキャリアを移動させることができる高効率な電子素
子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electronic device of a wide band gap semiconductor used for a device for emitting short wavelength light, a device for high temperature, a device for high power and a high frequency electronic device, and a diode using this electronic device.
In particular, the present invention relates to a transistor and a thyristor, and particularly to a highly efficient electronic device which has a small ohmic current, a small carrier movement barrier, a small electric field necessary for flowing a space charge limited current, and can move more carriers in a low electric field. .

【0002】[0002]

【従来の技術】ダイヤモンドは、その熱伝導率(20W
/cm・K)、バンドギャップ(5.47eV)、飽和
電子移動度(2000cm2/V・s)及びホール移動
度(2100cm2/V・s)といったデバイス特性並
びに耐熱性、耐放射線性が優れているため、高温及び放
射線下で動作する電子デバイス、ハイパワーデバイス及
び高周波デバイス等への応用が期待されている。
2. Description of the Related Art Diamond has a thermal conductivity (20 W).
/ Cm · K), the band gap (5.47 eV), saturated electron mobility (2000cm 2 / V · s) and device properties and heat resistance such as the Hall mobility (2100cm 2 / V · s) , the radiation resistance is excellent Therefore, application to electronic devices, high-power devices, high-frequency devices, and the like that operate at high temperature and under radiation is expected.

【0003】ダイヤモンド薄膜を使用する電界効果トラ
ンジスタの1例として、例えば、特開平1−15877
4号公報に、ゲート電極と動作層、即ちチャネル層との
間に絶縁層を挿入したMISFET(Metal Insulator
Semiconductor Field EffectTransistor:絶縁ゲート型
電界効果トランジスタ)が提案されている。特開平1−
158774号公報におけるMISFETは、ノーマリ
ーオン型であり、ゲート電位をソース電位に対して正に
とることによって、ドレイン電流が抑制される構成とな
っている。相互コンダクタンスを大きくし、僅かなゲー
ト電位の入力によりドレイン電流を大きく変化させるた
めには、ゲート電位の影響をチャネル中の深い領域まで
及ぼさせ、キャリアの空乏領域を大きく広げる必要があ
る。そのためには、ドナ又はアクセプタ濃度をある程度
低く抑えると共に、チャネル層の厚さがゲート電位の影
響が及ぶ厚さ以下になるように薄くしなければならな
い。しかしながら、ドレイン電流を増大させるために
は、ドナ又はアクセプタ不純物の濃度を高くし、キャリ
ア濃度を増加させなければならず、相互コンダクタンス
の向上とドレイン電流の増加はキャリア濃度の設定にお
いて互いに相反するという問題点がある。
One example of a field effect transistor using a diamond thin film is disclosed in, for example, JP-A-1-15877.
No. 4 discloses a MISFET (Metal Insulator) in which an insulating layer is inserted between a gate electrode and an operation layer, that is, a channel layer.
Semiconductor Field Effect Transistor (insulated gate field effect transistor) has been proposed. JP 1
The MISFET in 158774 is a normally-on type, and has a configuration in which a drain current is suppressed by setting a gate potential to be positive with respect to a source potential. In order to increase the transconductance and greatly change the drain current by inputting a slight gate potential, it is necessary to extend the effect of the gate potential to a deep region in the channel and greatly expand the depletion region of carriers. For that purpose, the concentration of the donor or the acceptor must be suppressed to some extent, and the thickness of the channel layer must be reduced to be equal to or less than the thickness affected by the gate potential. However, in order to increase the drain current, the concentration of the donor or acceptor impurity must be increased and the carrier concentration must be increased, and the improvement in the transconductance and the increase in the drain current are mutually contradictory in setting the carrier concentration. There is a problem.

【0004】前述の理由により、通常のMISFETに
おいて使用されるチャネル層のドーパント濃度は、原子
比で数十ppmから数百ppmの範囲とすることが一般
的である。例えば、特開平1−158774号公報の実
施例では、p型ダイヤモンド薄膜層の合成条件に基づ
き、ホウ素(B)と炭素(C)の原子比は、B/C=2
00ppmと計算できる。
[0004] For the reasons described above, the dopant concentration of the channel layer used in a normal MISFET is generally in the range of several tens ppm to several hundred ppm in atomic ratio. For example, in the example of JP-A-1-158774, the atomic ratio of boron (B) to carbon (C) is B / C = 2 based on the synthesis conditions of the p-type diamond thin film layer.
It can be calculated as 00 ppm.

【0005】また、特開平3−263872号公報に
は、金属/絶縁性ダイヤモンド/半導体ダイヤモンド構
造をゲート部に持つ電界効果トランジスタが提案されて
いる。図9はこのMISFETを示す断面図である。S
i基板41上にダイヤモンド絶縁体下地層42が形成さ
れ、ダイヤモンド絶縁体下地層42上にp型ダイヤモン
ド半導体層43とその両側のn型ダイヤモンド半導体層
44a及び44bが同一平面上に形成されている。ま
た、n型ダイヤモンド半導体層44a及び44bにおけ
るp型ダイヤモンド半導体層43に接続されていない側
の端部には、これらの端部を覆うように夫々ソース電極
46S及びドレイン電極46Dが形成されている。p型
ダイヤモンド半導体層43上にはダイヤモンド絶縁体層
45が設けられ、ダイヤモンド絶縁体層45上にはゲー
ト電極46Gが設けられている。ダイヤモンド絶縁体層
45は、チャネル層であるp型ダイヤモンド半導体層4
3とゲート電極46Gとの間を絶縁する。
Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 3-263872 proposes a field effect transistor having a metal / insulating diamond / semiconductor diamond structure in a gate portion. FIG. 9 is a sectional view showing the MISFET. S
A diamond insulator underlayer 42 is formed on an i-substrate 41, and a p-type diamond semiconductor layer 43 and n-type diamond semiconductor layers 44a and 44b on both sides thereof are formed on the same plane on the diamond insulator underlayer 42. . Further, at the ends of the n-type diamond semiconductor layers 44a and 44b that are not connected to the p-type diamond semiconductor layer 43, a source electrode 46S and a drain electrode 46D are formed to cover these ends, respectively. . A diamond insulator layer 45 is provided on the p-type diamond semiconductor layer 43, and a gate electrode 46G is provided on the diamond insulator layer 45. The diamond insulator layer 45 includes a p-type diamond semiconductor layer 4 serving as a channel layer.
3 and the gate electrode 46G are insulated.

【0006】このMISFETにおいても、相互コンダ
クタンスを大きくし、僅かなゲート電位の入力によりド
レイン電流を大きく変化させるためには、アクセプタ濃
度を低く抑えると共に、p型ダイヤモンド半導体層43
の厚さをゲート電位の影響が及ぶ厚さ以下になるように
薄くしなければならない。しかしながら、ドレイン電流
を増大させるためには、アクセプタ濃度を高くし、キャ
リア濃度を増加させなければならず、相互コンダクタン
スの向上とドレイン電流の増加はアクセプタ濃度の設定
において互いに相反するという問題点がある。
In this MISFET as well, in order to increase the transconductance and greatly change the drain current by inputting a slight gate potential, the acceptor concentration must be kept low and the p-type diamond semiconductor layer 43 must be kept low.
Must be made thinner than the thickness affected by the gate potential. However, in order to increase the drain current, the acceptor concentration must be increased and the carrier concentration must be increased. Therefore, there is a problem that the improvement of the transconductance and the increase of the drain current contradict each other in setting the acceptor concentration. .

【0007】ダイヤモンドが本来持つ高い電子及び正孔
の移動度は、不純物及び結晶欠陥を極力低減させること
により実現するものである。しかしながら、前述のMI
SFETのように、チャネル層のキャリア源を確保する
ためにドナ又はアクセプタをある程度の濃度でドーピン
グする必要がある構造では、不純物濃度に依存してキャ
リア移動度が低くなるため、高周波応答性等が悪化する
ことは免れない。
The high electron and hole mobilities inherent in diamond are realized by minimizing impurities and crystal defects. However, the aforementioned MI
In a structure such as an SFET, in which a donor or an acceptor needs to be doped at a certain concentration in order to secure a carrier source in the channel layer, the carrier mobility becomes low depending on the impurity concentration, so that high-frequency response and the like are reduced. It is inevitable that it will worsen.

【0008】これに対し、チャネル層の不純物濃度を極
力低くして高周波用トランジスタへの応用を可能にした
構造として、チャネル層として高抵抗率ダイヤモンド層
を使用する電界効果トランジスタが特開平6−2323
88号公報に開示されている。図10はこの電界効果ト
ランジスタの構成を示す模式的断面図である。図10に
示す電界効果トランジスタにおいては、第1の半導体ダ
イヤモンド層51、高抵抗率ダイヤモンド層52及び第
1の半導体ダイヤモンド層51と同一伝導型の第2の半
導体ダイヤモンド層53がこの順に一列に配置され、高
抵抗率ダイヤモンド層52は第1の半導体ダイヤモンド
層51及び第2の半導体ダイヤモンド層53に接続され
ている。チャネル層57は第1の半導体ダイヤモンド層
51、高抵抗率ダイヤモンド層52及び第2の半導体ダ
イヤモンド層53により構成されている。また、第1の
半導体ダイヤモンド層51、高抵抗率ダイヤモンド層5
2及び第2の半導体ダイヤモンド層53上には、夫々ソ
ース電極54、ゲート電極55及びドレイン電極56が
設けられている。高抵抗率ダイヤモンド層52の抵抗率
は102Ω・cm以上であり、ゲート電極55の電位に
よりキャリア濃度が変化する。
On the other hand, a field effect transistor using a high-resistivity diamond layer as a channel layer is disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-2323.
No. 88 discloses this. FIG. 10 is a schematic sectional view showing the configuration of this field effect transistor. In the field-effect transistor shown in FIG. 10, a first semiconductor diamond layer 51, a high-resistivity diamond layer 52, and a second semiconductor diamond layer 53 of the same conductivity type as the first semiconductor diamond layer 51 are arranged in a line in this order. The high resistivity diamond layer 52 is connected to the first semiconductor diamond layer 51 and the second semiconductor diamond layer 53. The channel layer 57 includes a first semiconductor diamond layer 51, a high-resistivity diamond layer 52, and a second semiconductor diamond layer 53. In addition, the first semiconductor diamond layer 51 and the high resistivity diamond layer 5
A source electrode 54, a gate electrode 55 and a drain electrode 56 are provided on the second and second semiconductor diamond layers 53, respectively. The resistivity of the high resistivity diamond layer 52 is 10 2 Ω · cm or more, and the carrier concentration changes depending on the potential of the gate electrode 55.

【0009】このトランジスタの場合、図10に示すよ
うに、ソース電極54からドレイン電極56に到達する
キャリアは半導体ダイヤモンド層51、高抵抗率ダイヤ
モンド層52及び半導体ダイヤモンド層53をこの順に
流れる。そして、ゲート電極55に印加する電圧を変化
させることにより、高抵抗率ダイヤモンド層52のポテ
ンシャルを変化させ、ソース電極54が接触する半導体
ダイヤモンド層51から高抵抗率ダイヤモンド層52へ
のキャリアの注入量を制御する。従って、図9に示した
MISFETのように、チャネル層57に空乏層を拡げ
てドレイン電流を制御するものではないので、ドーパン
ト濃度を低くしてチャネル層57を薄くする必要はな
い。
In the case of this transistor, carriers reaching the drain electrode 56 from the source electrode 54 flow through the semiconductor diamond layer 51, the high resistivity diamond layer 52 and the semiconductor diamond layer 53 in this order, as shown in FIG. By changing the voltage applied to the gate electrode 55, the potential of the high-resistivity diamond layer 52 is changed, and the amount of injected carriers from the semiconductor diamond layer 51 in contact with the source electrode 54 to the high-resistivity diamond layer 52. Control. Therefore, unlike the MISFET shown in FIG. 9, since the drain current is not controlled by expanding the depletion layer in the channel layer 57, it is not necessary to reduce the dopant concentration to make the channel layer 57 thin.

【0010】また、図10に示すトランジスタの特徴
は、高抵抗率ダイヤモンド層52を所謂空間電荷制限電
流が流れ得ることである。文献(犬石等、「半導体物性
1」、朝倉書店、第158頁〜第162頁)に記載され
ているように、理想的な無欠陥の絶縁性材料中において
は、印加される電界に対する電流の挙動は、ある閾値電
界以下では電界に比例するオーミック電流となる。閾値
電界以上になると、外部からのキャリア注入により、熱
励起キャリア濃度を超えたキャリアが流れ、電界の2乗
に比例する空間電荷制限電流となる。
A feature of the transistor shown in FIG. 10 is that a so-called space charge limiting current can flow through the high resistivity diamond layer 52. As described in the literature (Inuishi et al., "Semiconductor Properties 1", Asakura Shoten, pp. 158 to 162), in an ideal defect-free insulating material, the current with respect to the applied electric field is high. Behaves as an ohmic current proportional to the electric field below a certain threshold electric field. When the electric field exceeds the threshold electric field, carriers exceeding the thermally excited carrier concentration flow due to carrier injection from the outside, resulting in a space charge limiting current proportional to the square of the electric field.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際に
図10に示すような構造の電界効果トランジスタを作製
すると、しばしばゲート電極に印加する電圧を100V
以上という極めて大きな値にしないと高抵抗率ダイヤモ
ンド層52へのキャリアの注入が起こらないという問題
点がある。
However, when a field effect transistor having a structure as shown in FIG. 10 is actually manufactured, the voltage applied to the gate electrode is often reduced to 100V.
Unless the value is extremely large as described above, there is a problem that injection of carriers into the high resistivity diamond layer 52 does not occur.

【0012】この原因を詳しく調べた結果、半導体ダイ
ヤモンド層51と高抵抗率ダイヤモンド層52との間の
ポテンシャル段差が、結晶成長条件によっては極めて大
きくなるためであることが判明した。即ち、ダイヤモン
ドが持つバンドギャップが5.47eVと大きいため、
理想的に全く不純物及び欠陥がないダイヤモンドでも、
その約半分の2.5eVのポテンシャル段差が発生す
る。しかも実際には、ダイヤモンド層中に不純物及び欠
陥が少ないながらもある程度含まれることが避けられな
い。例えば、窒素はダイヤモンドに最もよく混入する不
純物であるが、これは1.7eVという深いドナ準位を
形成することが知られている。窒素混入ダイヤモンドは
n型半導体であるが、ドナ準位が深いため高抵抗率とな
り、前述の「高抵抗率ダイヤモンド」の要件を満たす。
As a result of investigating the cause in detail, it was found that the potential step between the semiconductor diamond layer 51 and the high resistivity diamond layer 52 was extremely large depending on the crystal growth conditions. That is, since the band gap of diamond is as large as 5.47 eV,
Even ideally diamonds with no impurities and no defects,
A potential step of 2.5 eV, which is about half of that, occurs. Moreover, in reality, it is inevitable that the diamond layer contains a small amount of impurities and defects, albeit little. For example, nitrogen is the most commonly mixed impurity in diamond and is known to form a deep donor level of 1.7 eV. Although nitrogen-containing diamond is an n-type semiconductor, it has a high resistivity because of its deep donor level, and satisfies the above-mentioned requirement of “high resistivity diamond”.

【0013】高抵抗率ダイヤモンド層52の形成におい
ては、微量な窒素が混入する可能性が高く、この場合、
1.7eVのドナ準位が形成される。このドナ準位は室
温では活性化されないため、この高抵抗率ダイヤモンド
層52は102Ω・cm以下の低抵抗率になることはな
い。
In the formation of the high-resistivity diamond layer 52, there is a high possibility that a trace amount of nitrogen is mixed.
A 1.7 eV donor level is formed. Since this donor level is not activated at room temperature, the high resistivity diamond layer 52 does not have a low resistivity of 10 2 Ω · cm or less.

【0014】文献(犬石等、「半導体物性1」、朝倉書
店、第108頁〜第112頁)にあるように、半導体の
理論に基づけば、εDをドナ準位、εCを伝導帯底のエネ
ルギ、kBをボルツマン定数、Tを絶対温度、NDをドナ
密度、NCを伝導帯の電子に対する実効状態密度とする
と、n型半導体の場合、フェルミ準位εFは次式1で求
められる。
As described in the literature (Inuishi et al., “Semiconductor Properties 1”, Asakura Shoten, pp. 108-112), based on the theory of semiconductors, ε D is a donor level and ε C is a conduction band. bottom energy, k B the Boltzmann constant, absolute temperature T, donor density n D, when the n C is the effective density of states for electrons in the conduction band, when the n-type semiconductor, the Fermi level epsilon F is expressed by the following equation 1 Is required.

【0015】[0015]

【数1】 (Equation 1)

【0016】式1に示すように、フェルミ準位はドナ準
位及び温度の影響を受けて変化する。ダイヤモンドのよ
うにバンドギャップが広い半導体においては、室温では
(ε C−εD)/kBT≫1であるから、前記式1は下式
2のように近似できる。式2より、フェルミ準位は伝導
帯底とドナ準位の間に存在する。
As shown in Equation 1, the Fermi level is the Donna level.
It changes under the influence of position and temperature. It's a diamond
In a semiconductor with a wide bandgap like this, at room temperature
C−εD) / KBSince T≫1, Equation 1 is given by
It can be approximated as 2. From Equation 2, Fermi level is conduction
It exists between the band bottom and the Donna level.

【0017】[0017]

【数2】 (Equation 2)

【0018】前記フェルミ準位についての議論はn型半
導体について行ったが、p型半導体の場合にも、ドナを
アクセプタに、伝導帯を価電子帯に、電子を正孔に夫々
置き換えることにより同様に議論できる。即ち、p型半
導体のフェルミ準位は価電子帯頂上とアクセプタ準位と
の間に存在する。
Although the above discussion on the Fermi level has been made with respect to an n-type semiconductor, the same applies to a p-type semiconductor by replacing a donor with an acceptor, a conduction band with a valence band, and electrons with holes. Can be discussed. That is, the Fermi level of the p-type semiconductor exists between the top of the valence band and the acceptor level.

【0019】窒素が混入したn型高抵抗率ダイヤモンド
では、例えドナ濃度が0.1原子ppm以下と微少であ
っても、フェルミ準位は伝導帯底の下0.9eV付近に
存在する。一方、半導体ダイヤモンド層にホウ素をドー
ピングしてp型半導体ダイヤモンドとする場合、ホウ素
がアクセプタとなり、このアクセプタ準位は価電子帯頂
上の上0.37eVに存在する。このとき、フェルミ準
位は価電子帯頂上の上0.2eV付近に存在することに
なる。ダイヤモンドのバンドギャップ、即ち伝導帯底と
価電子帯頂上とのエネルギ差は、前述の通り5.47e
Vであるから、両ダイヤモンドのフェルミ準位の差は、
約5.47−0.9−0.2=4.37eVと計算でき
る。このように、窒素含有高抵抗率ダイヤモンドをホウ
素含有半導体ダイヤモンドに接合すると、フェルミ準位
の差がエネルギポテンシャルの不連続段差となり、その
段差の高さは、4.37eVということになる。
In n-type high resistivity diamond mixed with nitrogen, even if the donor concentration is as low as 0.1 atomic ppm or less, the Fermi level exists near 0.9 eV below the conduction band bottom. On the other hand, when doping the semiconductor diamond layer with boron to form a p-type semiconductor diamond, boron serves as an acceptor, and the acceptor level exists at 0.37 eV above the top of the valence band. At this time, the Fermi level exists near 0.2 eV above the top of the valence band. The band gap of diamond, that is, the energy difference between the conduction band bottom and the valence band top is 5.47 e as described above.
V, the difference between the Fermi levels of both diamonds is
It can be calculated as about 5.47-0.9-0.2 = 4.37 eV. As described above, when nitrogen-containing high resistivity diamond is bonded to boron-containing semiconductor diamond, the difference in Fermi level becomes a discontinuous step in energy potential, and the height of the step is 4.37 eV.

【0020】ところで、半導体ダイヤモンドから高抵抗
率ダイヤモンドにキャリアを注入させるには、ポテンシ
ャル段差をゲート電極により引き下げる必要がある。ポ
テンシャル段差が大きければそれだけゲート電位を大き
くしないとキャリアが注入されず、電流が流れない。単
純に考えれば、ソース電位に対しゲート電位を−4.3
7Vにすればキャリアの注入が起こることになるが、実
際には、ソース電位とゲート電位との電位差は、ゲート
絶縁膜及び高抵抗率ダイヤモンドの双方に印加されるの
で、高抵抗率ダイヤモンドに印加される電位差はその分
減少することになる。したがって、実際に高抵抗率ダイ
ヤモンドと半導体ダイヤモンドとの界面のポテンシャル
段差を引き下げるために必要なゲート電位は、ゲート絶
縁膜及び高抵抗率ダイヤモンド層の厚さにもよるが、数
十乃至数百Vという極めて大きなゲート電位が必要とな
る。そのため、図10に示すような電界効果トランジス
タは実用的ではない。
Incidentally, in order to inject carriers from semiconductor diamond into high resistivity diamond, it is necessary to lower the potential step by the gate electrode. If the potential step is large, unless the gate potential is increased, carriers are not injected and no current flows. To put it simply, the gate potential is -4.3 with respect to the source potential.
When the voltage is set to 7 V, carrier injection occurs. However, actually, the potential difference between the source potential and the gate potential is applied to both the gate insulating film and the high-resistivity diamond. The resulting potential difference decreases accordingly. Therefore, the gate potential actually required to reduce the potential step at the interface between the high-resistivity diamond and the semiconductor diamond depends on the thicknesses of the gate insulating film and the high-resistivity diamond layer, but it is several tens to several hundreds of volts. Very large gate potential is required. Therefore, a field effect transistor as shown in FIG. 10 is not practical.

【0021】より一般的には、高濃度ドープダイヤモン
ドと高抵抗率ダイヤモンドを接合する構造の電子素子で
は、それらが異なる伝導型である場合又は同じ伝導型で
あってもアクセプタ若しくはドナが異なった準位を持つ
場合には、接合界面にエネルギポテンシャルの段差が生
じる。このような場合、キャリアを高濃度ドープダイヤ
モンド側から高抵抗率ダイヤモンド側へ注入するために
は、その間の電位差を極めて大きくしなければならない
という問題点がある。
More generally, in an electronic device having a structure in which a high-concentration doped diamond and a high-resistivity diamond are bonded, when the conductive types are different from each other, or even when the acceptor or the donor has the same conductivity type, the acceptor or the donor is different. When there is a potential difference, a step in the energy potential occurs at the junction interface. In such a case, in order to inject carriers from the highly doped diamond side to the high resistivity diamond side, there is a problem that the potential difference between them must be extremely large.

【0022】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、耐熱性、耐放射線性及び高周波応答性が優
れ、高温用デバイス、大電力用デバイス及び高周波電子
デバイスに適した電子素子において、オーミック電流を
抑制し、高濃度にドープされた半導体からチャネルへの
キャリア注入の障壁エネルギを低減して空間電荷制限電
流の立ち上がり電界を小さくした高効率な電子素子及び
この電子素子を使用したダイオード、高増幅率なトラン
ジスタ及びサイリスタを提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and has been made in an electronic element which is excellent in heat resistance, radiation resistance, and high-frequency response, and is suitable for a high-temperature device, a high-power device, and a high-frequency electronic device. A high-efficiency electronic device that suppresses ohmic current, reduces the barrier energy of carrier injection from a heavily doped semiconductor into the channel, and reduces the rising electric field of space charge limited current; and a diode using this electronic device. It is an object of the present invention to provide a transistor and a thyristor having a high amplification rate.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】本発明に係る電子素子
は、電流チャネルとなる第1の半導体領域と、この第1
の半導体領域に接合し第1の半導体領域と同じ伝導型で
前記第1の半導体領域よりも抵抗率が低い第2の半導体
領域と、を有し、前記第1の半導体領域は、その動作温
度での平衡状態におけるキャリア濃度が1015cm-3
下であることを特徴とする。
An electronic device according to the present invention comprises a first semiconductor region serving as a current channel and a first semiconductor region.
A second semiconductor region joined to the first semiconductor region and having the same conductivity type as the first semiconductor region and having a lower resistivity than the first semiconductor region. Wherein the carrier concentration in the equilibrium state in the above is not more than 10 15 cm −3 .

【0024】本発明においては、第1の半導体領域のキ
ャリア濃度を1015cm-3以下とすることにより、オー
ミック電流が抑制され、低電界でキャリア注入による電
流、即ち、空間電荷制限電流が支配的となる状態に移行
することができる。これにより、電子素子の効率を向上
させることができる。理想的には、オーミック電流が0
であることが望ましいが、実用的な条件でそれを実現す
ることは不可能である。キャリア濃度は温度によっても
変化するが、電子素子を動作させる温度での平衡状態に
おけるキャリア濃度を1015cm-3以下とすれば、オー
ミック電流を実用上問題ない水準まで低下させることが
できる。キャリア濃度を1013cm-3以下とすれば、オ
ーミック電流を測定限界付近まで低減できるため、より
好ましい。
In the present invention, by setting the carrier concentration of the first semiconductor region to 10 15 cm −3 or less, an ohmic current is suppressed, and a current due to carrier injection, that is, a space charge limiting current is controlled in a low electric field. You can move to the target state. Thereby, the efficiency of the electronic element can be improved. Ideally, the ohmic current is 0
Is desirable, but it is impossible to achieve it under practical conditions. Although the carrier concentration changes depending on the temperature, if the carrier concentration in an equilibrium state at a temperature at which the electronic element is operated is set to 10 15 cm −3 or less, the ohmic current can be reduced to a level at which there is no practical problem. It is more preferable that the carrier concentration be 10 13 cm −3 or less, because the ohmic current can be reduced to near the measurement limit.

【0025】また、第2の半導体領域の伝導型を第1の
半導体領域と同じにして第1の半導体領域よりも抵抗率
を低くすることにより、第2の半導体領域から第1の半
導体領域へキャリア(n型半導体の場合は電子、p型半
導体の場合は正孔)を注入する際の障壁エネルギを低減
できる。その結果、空間電荷制限電流の立ち上がり電界
を小さくすることができる。例えば、この立ち上がり電
界(閾値電界)を1×105V/cm以下とすることが
できる。このとき、前記第1及び第2の半導体領域に印
加される電界がこの閾値電界以下では、第2の半導体領
域から第1の半導体領域に流れる電流の電界に対する増
加係数がほぼ1となり、電界が前記閾値電界を超える
と、前記増加係数が1を超える。なお、増加係数とは、
電流が電界の増加係数乗に比例するような数値である。
理想的なオーム則では増加係数が厳密に1になり電流は
電界に比例し、理想的な空間電荷制限電流は増加係数が
厳密に2になり電流は電界の2乗に比例する。しかしな
がら、実際には他の様々な要因、即ち、結晶欠陥及び電
極と半導体との接触抵抗等により、増加係数は整数には
ならない。オーム則から前記閾値電界を超えて空間電荷
制限電流へ移行する電界付近では、増加係数は1から1
より大きく2より小さい値に増加し、その後多くの場
合、更に2以上に増加し、最終的にほぼ2になる(文献
(犬石等、「半導体物性1」、朝倉書店、第162
頁))。
Further, by setting the conductivity type of the second semiconductor region to be the same as that of the first semiconductor region and lowering the resistivity than that of the first semiconductor region, the second semiconductor region is shifted from the first semiconductor region to the first semiconductor region. The barrier energy at the time of injecting carriers (electrons for an n-type semiconductor and holes for a p-type semiconductor) can be reduced. As a result, the rising electric field of the space charge limiting current can be reduced. For example, the rising electric field (threshold electric field) can be set to 1 × 10 5 V / cm or less. At this time, when the electric field applied to the first and second semiconductor regions is equal to or smaller than the threshold electric field, the increase coefficient of the electric current flowing from the second semiconductor region to the first semiconductor region with respect to the electric field becomes substantially 1, and the electric field becomes smaller. Beyond the threshold electric field, the increase factor exceeds one. The increase coefficient is
It is a numerical value such that the current is proportional to the power of the increase of the electric field.
According to the ideal Ohm's law, the increase coefficient is exactly 1 and the current is proportional to the electric field. The ideal space charge limiting current has the increase coefficient exactly 2 and the current is proportional to the square of the electric field. However, in practice, the increase coefficient is not an integer due to various other factors, such as crystal defects and contact resistance between the electrode and the semiconductor. In the vicinity of the electric field where the transition from the Ohm rule to the space charge limited current exceeds the threshold electric field, the increase coefficient is 1 to 1.
It increases to a value larger than 2 and then increases in many cases to 2 or more and finally to almost 2 (Literature (Inuishi et al., “Semiconductor Properties 1”, Asakura Shoten, No. 162
page)).

【0026】また、本発明においては、第1の半導体領
域に電極を形成すれば、その電極と第2の半導体領域又
は第3の半導体領域との間の印加電圧が、第1の半導体
領域に実質的にかかる電界を主に支配することになる。
更に、第3の半導体領域を有する2端子素子を作製する
場合、必ずしも第1の半導体領域に電極を形成する必要
はなく、その場合には、第2の半導体領域と第3の半導
体領域との間に印加する電圧が第1の半導体領域に実質
的にかかる電界を支配する。
In the present invention, if an electrode is formed in the first semiconductor region, an applied voltage between the electrode and the second semiconductor region or the third semiconductor region is applied to the first semiconductor region. Substantially, the electric field will be mainly controlled.
Further, in the case of manufacturing a two-terminal element having a third semiconductor region, it is not always necessary to form an electrode in the first semiconductor region. The voltage applied therebetween governs the electric field substantially applied to the first semiconductor region.

【0027】図1(a)及び(b)は、第2の半導体領
域から第1の半導体領域へキャリア(n型半導体の場合
は電子、p型半導体の場合は正孔)を注入する際の障壁
エネルギの大きさを示す模式図であり、図1(a)は従
来の電子素子における障壁エネルギの大きさを示し、図
1(b)は本発明の電子素子における障壁エネルギの大
きさを示す。図1(a)に示すように、半導体、絶縁体
又は金属が相互に接合するとき、同じエネルギ準位にお
いては電子密度が等しくなるように電子及び正孔の移動
が起こる。電子及び正孔の相互の移動により、接合界面
付近に遷移領域15が形成される。また、遷移領域の両
側の領域ではフェルミ準位が一致する。従って、接合界
面においてフェルミ準位の差により伝導帯又は荷電子帯
のエネルギ障壁が生じる。伝導帯又は荷電子帯とフェル
ミ準位との差が大きければ、伝導帯又は荷電子帯のエネ
ルギ障壁が大きくなり、この差が小さければエネルギ障
壁も小さくなる。本発明においては、図1(b)に示す
ように、伝導帯又は荷電子帯とフェルミ準位との差を小
さくすることによりエネルギ障壁を小さくし、空間電荷
制限電流の立ち上がり電界を小さくすることができる。
FIGS. 1A and 1B show the case where carriers (electrons in the case of an n-type semiconductor and holes in the case of a p-type semiconductor) are injected from the second semiconductor region into the first semiconductor region. FIGS. 1A and 1B are schematic diagrams showing the magnitude of barrier energy. FIG. 1A shows the magnitude of barrier energy in a conventional electronic device, and FIG. 1B shows the magnitude of barrier energy in an electronic device of the present invention. . As shown in FIG. 1A, when a semiconductor, an insulator, or a metal is bonded to each other, electrons and holes move at the same energy level so that the electron density becomes equal. Due to the mutual movement of electrons and holes, a transition region 15 is formed near the junction interface. Further, Fermi levels coincide in regions on both sides of the transition region. Therefore, an energy barrier of a conduction band or a valence band occurs at the junction interface due to a difference in Fermi level. If the difference between the conduction band or the valence band and the Fermi level is large, the energy barrier of the conduction band or the valence band is large, and if the difference is small, the energy barrier is small. In the present invention, as shown in FIG. 1B, the energy barrier is reduced by decreasing the difference between the conduction band or the valence band and the Fermi level, and the rising electric field of the space charge limited current is reduced. Can be.

【0028】また、前記第1及び第2の半導体領域のバ
ンドギャップは2eV以上であることが好ましく、前記
第1及び第2の半導体領域は、ダイヤモンド、炭化ケイ
素、窒化ガリウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒
化インジウム、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化スズ及び酸
化インジウムからなる群から選択された1種以上の材料
又はその混合材料であることが好ましい。
Preferably, the first and second semiconductor regions have a band gap of 2 eV or more, and the first and second semiconductor regions are formed of diamond, silicon carbide, gallium nitride, boron nitride, aluminum nitride. , Indium nitride, zinc oxide, titanium oxide, tin oxide, and indium oxide.

【0029】第1及び第2の半導体領域のバンドギャッ
プを2eV以上のワイドバンドギャップ半導体とするこ
とにより、本発明の電子素子を、高温用デバイス及び大
電力用デバイス等に好適な電子素子にすることができ
る。第1及び第2の半導体領域のバンドギャップが2e
V未満である場合、不純物及び欠陥によるフェルミ準位
の変化が少ないため本発明の効果が小さい。しかしなが
ら、少なくとも一方にバンドギャップが大きい半導体を
選ぶことにより、フェルミ準位の変化量が大きくなるの
でより大きな効果が得られる。バンドギャップが大きい
ワイドバンドギャップである半導体の例としては、ダイ
ヤモンド、炭化ケイ素、窒化ガリウム、窒化ホウ素、窒
化アルミニウム、窒化インジウム、酸化亜鉛、酸化チタ
ン、酸化スズ及び酸化インジウム等がある。なお、第1
の半導体領域と第2の半導体領域は、必ずしも同じ材料
で構成される必要はない。
By making the band gap of the first and second semiconductor regions a wide band gap semiconductor of 2 eV or more, the electronic element of the present invention is made an electronic element suitable for a high temperature device, a high power device, and the like. be able to. The band gap of the first and second semiconductor regions is 2e
When it is less than V, the effect of the present invention is small because the change in Fermi level due to impurities and defects is small. However, by selecting at least one of the semiconductors having a large band gap, the amount of change in the Fermi level is increased, so that a greater effect can be obtained. Examples of a semiconductor having a wide band gap and a wide band gap include diamond, silicon carbide, gallium nitride, boron nitride, aluminum nitride, indium nitride, zinc oxide, titanium oxide, tin oxide, and indium oxide. The first
The semiconductor region and the second semiconductor region need not necessarily be made of the same material.

【0030】更に、前記第1の半導体領域のドーパント
濃度は、母体となる結晶中の原子比で10ppm以下で
あることが好ましく、より好ましくは0.1ppm以下
である。
Further, the dopant concentration of the first semiconductor region is preferably at most 10 ppm, more preferably at most 0.1 ppm, in terms of the atomic ratio in the base crystal.

【0031】第1の半導体領域のキャリア濃度は、ドナ
とアクセプタの相互補償によっても低く抑えることがで
きる。しかしながら、相互に補償されたドナ−アクセプ
タ対は、キャリアは発生させないがキャリアの散乱中心
となりうる。そのため、キャリアの移動度を低下させる
要因となる。従って、補償された不純物及び欠陥の濃度
が低いほど、キャリアは高い移動度を実現することがで
き、電子素子の高周波応答性を向上させることができ
る。また、欠陥及び不純物によるトラップ濃度が低いほ
ど空間電荷制限電流モードへ移行する閾値電界が低くな
り、移行後の電流が大きくなる。その意味でも、欠陥及
び不純物によるトラップ濃度は低い方が望ましい。ドー
パント濃度が10ppm以下であれば、前記悪影響はほ
とんど見られない。より好ましくは、二次イオン質量分
光(Secondary Ion Mass Spectroscopy)の検出限界に
近い0.1ppm以下である。
The carrier concentration in the first semiconductor region can be kept low by mutual compensation between the donor and the acceptor. However, the mutually compensated donor-acceptor pairs do not generate carriers but can be the scattering centers of the carriers. Therefore, it becomes a factor of lowering the carrier mobility. Accordingly, the lower the concentration of the compensated impurity and the lower the defect, the higher the mobility of the carrier can be realized, and the higher the responsiveness of the electronic device can be improved. In addition, the threshold electric field at which the mode shifts to the space charge limited current mode decreases as the trap concentration due to defects and impurities decreases, and the current after the mode shift increases. In this sense, it is desirable that the trap concentration due to defects and impurities be low. When the dopant concentration is 10 ppm or less, the adverse effect is hardly observed. More preferably, it is 0.1 ppm or less, which is close to the detection limit of secondary ion mass spectroscopy.

【0032】なお、第1及び第2の半導体領域のドーピ
ング不純物(ドーパント)は、必ずしも同じ元素である
必要はない。例えば、第1の半導体領域がリンドープの
n型ダイヤモンド、第2の半導体領域が硫黄ドープのn
型ダイヤモンドであってもよい。また、第1の半導体領
域が不純物ではない何らかの結晶欠陥がアクセプタとな
っているp型ダイヤモンド、第2の半導体領域がホウ素
ドープのp型ダイヤモンドであってもよい。
The doping impurities (dopants) in the first and second semiconductor regions do not necessarily have to be the same element. For example, the first semiconductor region is phosphorus-doped n-type diamond, and the second semiconductor region is sulfur-doped n-type diamond.
It may be a shaped diamond. Further, the first semiconductor region may be a p-type diamond in which some crystal defect that is not an impurity serves as an acceptor, and the second semiconductor region may be a boron-doped p-type diamond.

【0033】更にまた、前記第2の半導体領域のドーパ
ント濃度は、Mott濃度以上であることが好ましい。
Further, it is preferable that the dopant concentration of the second semiconductor region is higher than the Mott concentration.

【0034】第2の半導体領域から第1の半導体領域へ
注入されるキャリア量は、主に、第1の半導体領域と第
2の半導体領域との界面に印加する電界及び第2の半導
体領域のキャリア濃度に依存する。従って、印加する電
界が同じであれば、第2の半導体領域のキャリア濃度が
高いほど、より多くのキャリアが第1の半導体領域へ注
入される。キャリア濃度を上げるには、ドーパント濃度
を上げ、補償率を下げればよい。Mott濃度とは、半
導体が金属的な挙動に移行するドーパント濃度である。
ドーパント濃度をMott濃度以上にすることにより、
キャリアの活性化率をほぼ100%とすることができ
る。また、第2の半導体領域に接する金属電極を設ける
場合は、第2の半導体領域のキャリア濃度又はドーパン
ト濃度を上げることにより、第2の半導体領域と金属電
極との接触抵抗を低減できる。
The amount of carriers injected from the second semiconductor region into the first semiconductor region mainly depends on the electric field applied to the interface between the first semiconductor region and the second semiconductor region and the amount of carriers in the second semiconductor region. It depends on the carrier concentration. Therefore, if the applied electric field is the same, the higher the carrier concentration of the second semiconductor region, the more carriers are injected into the first semiconductor region. In order to increase the carrier concentration, the dopant concentration may be increased and the compensation rate may be decreased. The Mott concentration is a dopant concentration at which a semiconductor shifts to a metallic behavior.
By setting the dopant concentration equal to or higher than the Mott concentration,
The activation rate of the carrier can be almost 100%. In the case where a metal electrode in contact with the second semiconductor region is provided, the contact resistance between the second semiconductor region and the metal electrode can be reduced by increasing the carrier concentration or the dopant concentration of the second semiconductor region.

【0035】更にまた、前記第1の半導体領域及び前記
第2の半導体領域は、ダイヤモンドからなることがで
き、ホウ素ドープしたp型ダイヤモンド又は硫黄、リ
ン、窒素、酸素及びリチウムからなる群から選択される
1種以上の元素をドープしたn型ダイヤモンドからなる
ことができる。
Furthermore, the first semiconductor region and the second semiconductor region can be made of diamond, and are selected from the group consisting of boron-doped p-type diamond or sulfur, phosphorus, nitrogen, oxygen and lithium. N-type diamond doped with one or more elements.

【0036】第1及び第2の半導体領域を共にダイヤモ
ンドとすることにより、キャリア移動度、耐熱性、安定
性、耐放射線性及び絶縁破壊電界等に優れた電子素子を
実現できる。また、ダイヤモンドにホウ素をドープする
とp型半導体となる。現在のところ、ダイヤモンドにつ
いては、n型よりp型の方が作製が容易で低抵抗率化が
容易であるが、勿論、用途によっては第1及び第2の半
導体領域を、硫黄、リン、窒素、酸素及びリチウムのう
ち少なくとも1種をドープしたn型ダイヤモンドとする
ことも可能である。
By using diamond for both the first and second semiconductor regions, an electronic device having excellent carrier mobility, heat resistance, stability, radiation resistance, dielectric breakdown electric field, and the like can be realized. When boron is doped into diamond, it becomes a p-type semiconductor. At present, with respect to diamond, p-type is easier to manufacture and lower in resistivity than n-type. Of course, depending on the application, the first and second semiconductor regions may be made of sulfur, phosphorus, nitrogen, or the like. N-type diamond doped with at least one of oxygen, lithium and lithium.

【0037】更にまた、本発明に係る電子素子は、前記
第1の半導体領域に接続され前記第1の半導体領域に電
流を流す第1の金属電極と、前記第2の半導体領域に接
続され前記第2の半導体領域に電流を流す第2の金属電
極と、を有することができる。
Still further, the electronic device according to the present invention may further include a first metal electrode connected to the first semiconductor region and flowing a current through the first semiconductor region, and a first metal electrode connected to the second semiconductor region. A second metal electrode that allows current to flow through the second semiconductor region.

【0038】これにより、第1及び第2の半導体領域に
電流を供給又は電流を取り出す場合の接触抵抗を低減で
き、電子素子の安定性が増加する。
As a result, the contact resistance when supplying or extracting current to the first and second semiconductor regions can be reduced, and the stability of the electronic device increases.

【0039】更にまた、本発明に係る電子素子は、前記
第1の半導体領域における前記第2の半導体領域が接合
されている側の反対側に接合された第3の半導体領域を
有することができ、この第3の半導体領域は、前記第1
の半導体領域と同じ伝導型で前記第1の半導体領域より
も抵抗率が低いことが好ましい。
Further, the electronic device according to the present invention can have a third semiconductor region joined to the first semiconductor region on the side opposite to the side joined to the second semiconductor region. The third semiconductor region is formed by the first semiconductor region.
It is preferable that the semiconductor region has the same conductivity type as that of the first semiconductor region and has lower resistivity than the first semiconductor region.

【0040】これにより、抵抗率が高い第1の半導体領
域の両側に抵抗率が低い第2及び第3の半導体領域を接
合させたサンドイッチ構造とすることができる。これに
より、第2の半導体領域から供給されたキャリアが第1
の半導体領域を通り、第3の半導体領域へ到達する電子
素子を作製することができる。このとき、第3の半導体
領域を第2の半導体領域と同じ伝導型とし、第1の半導
体領域より低抵抗率の半導体領域とすることにより、第
1の半導体領域から第3の半導体領域へ流れようとする
キャリアを高効率に捕集することが可能になる。一方、
第3の半導体領域が第1の半導体領域と異なる型の半導
体である場合及び同型であっても抵抗率が高い場合に
は、第1の半導体領域と第3の半導体領域の界面にエネ
ルギ障壁ができるため、それが界面抵抗となり効率よく
キャリアを流すことができない。
Thus, a sandwich structure in which the second and third semiconductor regions having low resistivity are joined to both sides of the first semiconductor region having high resistivity. As a result, the carriers supplied from the second semiconductor region become the first carriers.
An electronic element that reaches the third semiconductor region through the semiconductor region described above can be manufactured. At this time, the third semiconductor region has the same conductivity type as the second semiconductor region and has a lower resistivity than the first semiconductor region, so that the third semiconductor region flows from the first semiconductor region to the third semiconductor region. Carriers to be collected can be collected with high efficiency. on the other hand,
In the case where the third semiconductor region is a semiconductor of a different type from that of the first semiconductor region, and in the case where the third semiconductor region has the same type and high resistivity, an energy barrier is formed at the interface between the first semiconductor region and the third semiconductor region. As a result, it becomes an interface resistance, so that carriers cannot flow efficiently.

【0041】前述の条件を満たす限りにおいて、前記第
1の半導体領域、前記第2の半導体領域及び前記第3の
半導体領域は、ダイヤモンドからなることができ、特
に、ホウ素ドープしたp型ダイヤモンド又は硫黄、リ
ン、窒素、酸素及びリチウムからなる群から選択される
1種以上の元素をドープしたn型ダイヤモンドからなる
ことができる。
As long as the above conditions are satisfied, the first semiconductor region, the second semiconductor region, and the third semiconductor region can be made of diamond, particularly, p-type diamond doped with boron or sulfur. , N-type diamond doped with at least one element selected from the group consisting of phosphorus, nitrogen, oxygen and lithium.

【0042】更にまた、本発明に係る電子素子は、前記
第2の半導体領域に接続され前記第2の半導体領域に電
流を流す第2の金属電極と、前記第3の半導体領域に接
続され前記第3の半導体領域に電流を流す第3の金属電
極と、を有することができる。
Still further, the electronic device according to the present invention may further include a second metal electrode connected to the second semiconductor region and flowing a current through the second semiconductor region, and a second metal electrode connected to the third semiconductor region. And a third metal electrode that allows a current to flow through the third semiconductor region.

【0043】これにより、第2及び第3の半導体領域に
電流を供給又は電流を取り出す場合の接触抵抗の低減と
安定性を兼ね備えた3端子素子を作製できる。
As a result, it is possible to manufacture a three-terminal element having both low contact resistance and stable stability when supplying or extracting current to the second and third semiconductor regions.

【0044】更にまた、前記第1の半導体領域上に設け
られた絶縁膜と、前記絶縁膜上に設けられた電極と、を
有することができる。
Further, the semiconductor device may have an insulating film provided on the first semiconductor region, and an electrode provided on the insulating film.

【0045】これにより、キャパシタ構造が形成するこ
とができ、電界効果トランジスタ等の電子素子を形成す
ることが可能となる。
Thus, a capacitor structure can be formed, and an electronic element such as a field effect transistor can be formed.

【0046】本発明に係るダイオードは、電流チャネル
となる第1の半導体領域と、この第1の半導体領域に接
合し第1の半導体領域と同じ伝導型で前記第1の半導体
領域よりも抵抗率が低い第2の半導体領域と、を有し、
前記第1の半導体領域は、その動作温度での平衡状態に
おけるキャリア濃度が1015cm-3以下である電子素子
を有することを特徴とする。
A diode according to the present invention comprises a first semiconductor region serving as a current channel, and a junction type junction with the first semiconductor region, having the same conductivity type as the first semiconductor region and having a resistivity higher than that of the first semiconductor region. And a second semiconductor region having a low
The first semiconductor region includes an electronic element having a carrier concentration of 10 15 cm −3 or less in an equilibrium state at the operating temperature.

【0047】本発明に係るトランジスタは、電流チャネ
ルとなる第1の半導体領域と、この第1の半導体領域に
接合し第1の半導体領域と同じ伝導型で前記第1の半導
体領域よりも抵抗率が低い第2の半導体領域と、を有
し、前記第1の半導体領域は、その動作温度での平衡状
態におけるキャリア濃度が1015cm-3以下である電子
素子を有することを特徴とする。
A transistor according to the present invention has a first semiconductor region serving as a current channel, and a junction of the first semiconductor region and the same conductivity type as that of the first semiconductor region, which has a higher resistivity than the first semiconductor region. And a second semiconductor region having a low carrier density, wherein the first semiconductor region has an electronic element having a carrier concentration of 10 15 cm −3 or less in an equilibrium state at its operating temperature.

【0048】本発明に係るサイリスタは、電流チャネル
となる第1の半導体領域と、この第1の半導体領域に接
合し第1の半導体領域と同じ伝導型で前記第1の半導体
領域よりも抵抗率が低い第2の半導体領域と、を有し、
前記第1の半導体領域は、その動作温度での平衡状態に
おけるキャリア濃度が1015cm-3以下である電子素子
を有することを特徴とする。
A thyristor according to the present invention has a first semiconductor region serving as a current channel, and a junction type connected to the first semiconductor region, having the same conductivity type as the first semiconductor region and having a resistivity higher than that of the first semiconductor region. And a second semiconductor region having a low
The first semiconductor region includes an electronic element having a carrier concentration of 10 15 cm −3 or less in an equilibrium state at the operating temperature.

【0049】前記電子素子は、整流ダイオード及び発光
ダイオード等の各種ダイオード、光センサ、熱センサ、
イオンセンサ及びガスセンサ等の各種センサ並びにスイ
ッチング素子、トランジスタ及びサイリスタ等の各種電
流制御素子等様々な電子部品に応用可能である。
The electronic element includes various diodes such as a rectifier diode and a light emitting diode, an optical sensor, a heat sensor,
The present invention can be applied to various electronic components such as various sensors such as an ion sensor and a gas sensor, and various current control elements such as a switching element, a transistor, and a thyristor.

【0050】[0050]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について添
付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の
第1実施例について説明する。図2(a)乃至(d)、
図3(a)乃至(c)、図4(a)乃至(d)、図5
(a)乃至(c)及び図6は本実施例に係る電子素子の
製造方法を工程順に示す断面図である。本実施例はトラ
ンジスタを作製する例を示す。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the accompanying drawings. First, a first embodiment of the present invention will be described. 2 (a) to 2 (d),
3 (a) to 3 (c), FIGS. 4 (a) to 4 (d), FIG.
6A to 6C and FIG. 6 are cross-sectional views showing a method of manufacturing an electronic device according to the present embodiment in the order of steps. This embodiment shows an example of manufacturing a transistor.

【0051】先ず、図2(a)に示すように、絶縁体ダ
イヤモンド結晶基板1上に、マイクロ波プラズマCVD
法(Chemical Vapor Deposition法:化学的気相成長
法)により第2及び第3の半導体領域となるBドープp
型半導体ダイヤモンド薄膜2を0.1μmの厚さに成膜
する。成膜条件は以下の通りである。原料ガスとして水
素希釈のメタンガスを使用する。その組成はCH4
0.5体積%、H2が99.5体積%である。ドーピン
グガスはB26ガスを使用し、ガス中のB/C比を20
0原子ppmとする。ガスの総流量を100ミリリット
ル/分(標準状態)、成膜時のガス圧力を6.67kP
a、基板温度を800℃とする。この条件により堆積さ
れる半導体ダイヤモンドのキャリア濃度は1020cm-3
以上であり、抵抗率が十分低いp型半導体ダイヤモンド
薄膜2が得られる。
First, as shown in FIG. 2A, a microwave plasma CVD
B-doped p to become the second and third semiconductor regions by the chemical vapor deposition method (Chemical Vapor Deposition method).
Form semiconductor diamond thin film 2 is formed to a thickness of 0.1 μm. The film forming conditions are as follows. Hydrogen-diluted methane gas is used as a source gas. The composition is such that CH 4 is 0.5% by volume and H 2 is 99.5% by volume. B 2 H 6 gas is used as the doping gas, and the B / C ratio in the gas is set to 20.
It is set to 0 atomic ppm. The total flow rate of the gas was 100 ml / min (standard state), and the gas pressure during film formation was 6.67 kP.
a, The substrate temperature is 800 ° C. The carrier concentration of the semiconductor diamond deposited under these conditions is 10 20 cm −3.
As described above, the p-type semiconductor diamond thin film 2 having a sufficiently low resistivity can be obtained.

【0052】次に、図2(b)に示すように、半導体ダ
イヤモンド薄膜2上に厚さ0.3μmのシリコン酸化膜
3を堆積させる。
Next, as shown in FIG. 2B, a silicon oxide film 3 having a thickness of 0.3 μm is deposited on the semiconductor diamond thin film 2.

【0053】次に、図2(c)に示すように、シリコン
酸化膜3上にレジスト4を形成し、電子ビームリソグラ
フィによりレジスト4をパターニングする。
Next, as shown in FIG. 2C, a resist 4 is formed on the silicon oxide film 3, and the resist 4 is patterned by electron beam lithography.

【0054】次に、図2(d)に示すように、レジスト
4をマスクとしてシリコン酸化膜3をエッチングし、シ
リコン酸化膜3に開口部3aを形成する。エッチング
は、エッチングガスをCF4とArの混合ガスとし、プ
ラズマ源として誘電結合プラズマ(ICP:Inductivel
y Coupled Plasma)を使用して反応性イオンエッチング
により行う。
Next, as shown in FIG. 2D, the silicon oxide film 3 is etched using the resist 4 as a mask to form an opening 3a in the silicon oxide film 3. The etching is performed by using a mixed gas of CF 4 and Ar as an etching gas, and using a dielectrically coupled plasma (ICP: Inductivel) as a plasma source.
y Coupled Plasma) by reactive ion etching.

【0055】次に、図3(a)に示すように、レジスト
4を除去し、エッチングされたシリコン酸化膜3をマス
クとしてp型半導体ダイヤモンド薄膜2のエッチングを
行い、半導体ダイヤモンド薄膜2をパターニングする。
このとき、半導体ダイヤモンド薄膜2は半導体ダイヤモ
ンド薄膜2a及び2bの2つの薄膜に分離される(第2
の半導体領域及び第3の半導体領域)。このエッチング
では酸化シリコン膜3のエッチングと同様、ICPをプ
ラズマ源に使用する。また、エッチングガスには酸素を
使用し、酸素の流量を50ミリリットル/分(標準状
態)、圧力を2.67Pa、基板バイアス電圧を200
0Vとする。このとき、マスクとするシリコン酸化膜3
は酸素プラズマに対してはほとんどエッチングされない
ため、そのまま残存する。
Next, as shown in FIG. 3A, the resist 4 is removed, the p-type semiconductor diamond thin film 2 is etched using the etched silicon oxide film 3 as a mask, and the semiconductor diamond thin film 2 is patterned. .
At this time, the semiconductor diamond thin film 2 is separated into two semiconductor diamond thin films 2a and 2b (second
Semiconductor region and third semiconductor region). In this etching, ICP is used as a plasma source similarly to the etching of the silicon oxide film 3. Oxygen was used as an etching gas, the flow rate of oxygen was 50 ml / min (standard state), the pressure was 2.67 Pa, and the substrate bias voltage was 200.
0V. At this time, the silicon oxide film 3 serving as a mask
Is hardly etched by oxygen plasma and remains as it is.

【0056】次に、図3(b)に示すように、絶縁体ダ
イヤモンド結晶基板1の露出部及びシリコン酸化膜3上
に、第1の半導体領域であるBドープp型半導体ダイヤ
モンド薄膜5を0.1μmの厚さに成膜する。このと
き、原料ガスとして水素希釈のメタンガスを使用する。
この原料ガスの組成はCH4が0.5体積%、H2が9
9.5体積%である。ドーピングガスはB26ガスを使
用し、ガス中のB/C比を0.1原子ppmとする。ガ
スの総流量を100ミリリットル/分(標準状態)、成
膜時のガス圧力を6.67kPa、基板温度を800℃
とする。この条件により堆積されるBドープp型半導体
ダイヤモンド薄膜5のキャリア濃度は1015cm-3以下
であり、半導体ダイヤモンド薄膜5は半導体ダイヤモン
ド薄膜2a及び2bと比較して抵抗率が高い。
Next, as shown in FIG. 3B, a B-doped p-type semiconductor diamond thin film 5 as a first semiconductor region is formed on the exposed portion of the insulating diamond crystal substrate 1 and on the silicon oxide film 3. A film is formed to a thickness of 1 μm. At this time, methane gas diluted with hydrogen is used as a source gas.
The composition of this source gas is such that CH 4 is 0.5% by volume and H 2 is 9% by volume.
9.5% by volume. B 2 H 6 gas is used as the doping gas, and the B / C ratio in the gas is 0.1 atomic ppm. The total flow rate of the gas was 100 ml / min (standard state), the gas pressure during film formation was 6.67 kPa, and the substrate temperature was 800 ° C.
And The carrier concentration of the B-doped p-type semiconductor diamond thin film 5 deposited under these conditions is 10 15 cm −3 or less, and the semiconductor diamond thin film 5 has a higher resistivity than the semiconductor diamond thin films 2a and 2b.

【0057】半導体ダイヤモンド薄膜5を成膜後、図3
(c)に示すように、HF水溶液によりシリコン酸化膜
3をエッチングするリフトオフプロセスにより、シリコ
ン酸化膜3と共にシリコン酸化膜3上に形成された半導
体ダイヤモンド薄膜5を除去する。このとき、キャリア
濃度が1015cm-3以下の高抵抗率の半導体ダイヤモン
ド薄膜5は、低抵抗率の半導体ダイヤモンド薄膜2がエ
ッチングされた部分にのみ形成される。以上の方法によ
り、絶縁体ダイヤモンド結晶基板1上に、低抵抗率の半
導体ダイヤモンド薄膜2a及び2b並びに半導体ダイヤ
モンド薄膜2a及び2bに挟まれ、これらに接続するよ
うに配置された高抵抗率の半導体ダイヤモンド薄膜5形
成された電子素子6を得ることができる。
After the formation of the semiconductor diamond thin film 5, FIG.
As shown in (c), the semiconductor diamond thin film 5 formed on the silicon oxide film 3 together with the silicon oxide film 3 is removed by a lift-off process of etching the silicon oxide film 3 with an HF aqueous solution. At this time, the high-resistivity semiconductor diamond thin film 5 having a carrier concentration of 10 15 cm −3 or less is formed only in the portion where the low-resistivity semiconductor diamond thin film 2 is etched. According to the method described above, the semiconductor diamond thin films 2a and 2b having a low resistivity and the semiconductor diamond thin films 2a and 2b having a high resistivity disposed on the insulating diamond crystal substrate 1 so as to be connected thereto. The electronic element 6 on which the thin film 5 is formed can be obtained.

【0058】次に、図4(a)に示すように、電子素子
6上全面に絶縁膜としてシリコン酸化膜7を0.05μ
mの厚さに成膜する。
Next, as shown in FIG. 4A, a silicon oxide film 7 as an insulating film is formed on the entire surface of the electronic element 6 by 0.05 μm.
m to form a film.

【0059】次に、図4(b)に示すように、シリコン
酸化膜7上にレジスト8を形成し、高抵抗率の半導体ダ
イヤモンド薄膜5の上方に開口部8aが形成されるよう
にレジスト8をパターニングする。
Next, as shown in FIG. 4B, a resist 8 is formed on the silicon oxide film 7 so that the opening 8a is formed above the high resistivity semiconductor diamond thin film 5. Is patterned.

【0060】次に、図4(c)に示すように、シリコン
酸化膜7の露出部及びレジスト8上に金属Al膜9をス
パッタリング法により0.2μmの厚さに堆積させる。
Next, as shown in FIG. 4C, a metal Al film 9 is deposited to a thickness of 0.2 μm on the exposed portion of the silicon oxide film 7 and on the resist 8 by a sputtering method.

【0061】次に、図4(d)に示すように、レジスト
8をアセトンにて溶解する。このとき、レジスト8上に
堆積されたAl膜9のみが除去され、高抵抗率の半導体
ダイヤモンド薄膜5の上方にはAl膜9が残存する。こ
の残存したAl膜9がゲート電極9aとなる。
Next, as shown in FIG. 4D, the resist 8 is dissolved with acetone. At this time, only the Al film 9 deposited on the resist 8 is removed, and the Al film 9 remains above the high-resistivity semiconductor diamond thin film 5. The remaining Al film 9 becomes the gate electrode 9a.

【0062】次に、図5(a)に示すように、シリコン
酸化膜7の露出部及びゲート電極9a上にレジスト10
を形成し、低抵抗率の半導体ダイヤモンド薄膜2a及び
2b上に2つの開口部10a及び10bが夫々形成され
るようにレジスト10をパターニングする。
Next, as shown in FIG. 5A, a resist 10 is formed on the exposed portion of the silicon oxide film 7 and the gate electrode 9a.
Is formed, and the resist 10 is patterned so that two openings 10a and 10b are respectively formed on the low-resistivity semiconductor diamond thin films 2a and 2b.

【0063】次に、図5(b)に示すように、レジスト
10をマスクとして、濃度0.5質量%のHF水溶液に
よりシリコン酸化膜7をエッチングする。このとき、レ
ジスト10はフッ酸(HF水溶液)によってはエッチン
グされないので、そのまま残存する。
Next, as shown in FIG. 5B, using the resist 10 as a mask, the silicon oxide film 7 is etched with a 0.5 mass% HF aqueous solution. At this time, since the resist 10 is not etched by hydrofluoric acid (aqueous HF solution), it remains as it is.

【0064】次に、図5(c)に示すように、半導体ダ
イヤモンド薄膜2a及び2bの露出部及びレジスト10
上に金属Pt膜11をスパッタリング法により0.2μ
mの厚さに堆積させる。
Next, as shown in FIG. 5C, the exposed portions of the semiconductor diamond thin films 2a and 2b and the resist 10
A metal Pt film 11 is formed on the
Deposit to a thickness of m.

【0065】次に、図6に示すように、レジスト10を
アセトンにて溶解する。このとき、レジスト10上に堆
積したPt膜11のみが除去され、低抵抗率の半導体ダ
イヤモンド薄膜2a及び2bの上方にはPt膜11が残
存する。これらの残存したPt膜11が、夫々ソース電
極11a及びドレイン電極11bになる。このようにし
て、電子素子6上に絶縁膜7、ゲート電極9a、ソース
電極11a及びドレイン電極11bが設けられた電界効
果トランジスタ12を作製することができる。
Next, as shown in FIG. 6, the resist 10 is dissolved with acetone. At this time, only the Pt film 11 deposited on the resist 10 is removed, and the Pt film 11 remains above the low-resistivity semiconductor diamond thin films 2a and 2b. These remaining Pt films 11 become the source electrode 11a and the drain electrode 11b, respectively. Thus, the field effect transistor 12 in which the insulating film 7, the gate electrode 9a, the source electrode 11a, and the drain electrode 11b are provided on the electronic element 6 can be manufactured.

【0066】次に、本実施例に係る電子素子である電界
効果トランジスタ12の構成について説明する。図6に
示すように、電界効果トランジスタ12においては、絶
縁体ダイヤモンド結晶基板1上に、キャリア濃度が10
20cm-3以上であり低抵抗率なBドープp型半導体ダイ
ヤモンド薄膜2a及び2b並びにキャリア濃度が10 15
cm-3以下であり高抵抗率なBドープp型半導体ダイヤ
モンド薄膜5が設けられている。半導体ダイヤモンド薄
膜2a及び2bは夫々半導体ダイヤモンド薄膜5に接続
し半導体ダイヤモンド薄膜5を挟むように配置されてい
る。また、半導体ダイヤモンド薄膜2a及び2b上に
は、半導体ダイヤモンド薄膜2a及び2bに夫々接続す
るようにPtからなるソース電極11a及びドレイン電
極11bが設けられている。更に、半導体ダイヤモンド
薄膜2a及び2bの上面におけるソース電極11a及び
ドレイン電極11bが設けられていない領域並びに半導
体ダイヤモンド薄膜5の上面には絶縁膜であるシリコン
酸化膜7が設けられている。半導体ダイヤモンド薄膜5
上におけるシリコン酸化膜7上にはAlからなるゲート
電極9aが設けられている。
Next, an electric field which is an electronic element according to the present embodiment is described.
The configuration of the effect transistor 12 will be described. In FIG.
As shown in FIG.
A carrier concentration of 10 on the edge diamond crystal substrate 1
20cm-3Above, low resistivity B-doped p-type semiconductor die
The diamond thin films 2a and 2b and the carrier concentration are 10 Fifteen
cm-3High-resistivity B-doped p-type semiconductor diamond
A Monde thin film 5 is provided. Semiconductor diamond thin
The films 2a and 2b are connected to the semiconductor diamond thin film 5, respectively.
Are arranged so as to sandwich the semiconductor diamond thin film 5.
You. Further, on the semiconductor diamond thin films 2a and 2b,
Are connected to the semiconductor diamond thin films 2a and 2b, respectively.
The source electrode 11a made of Pt and the drain electrode
A pole 11b is provided. Furthermore, semiconductor diamond
The source electrodes 11a on the upper surfaces of the thin films 2a and 2b and
The region where the drain electrode 11b is not provided and the semiconductor
On the upper surface of the diamond thin film 5, silicon as an insulating film
An oxide film 7 is provided. Semiconductor diamond thin film 5
A gate made of Al on the silicon oxide film 7
An electrode 9a is provided.

【0067】本実施例においては、低抵抗率な半導体ダ
イヤモンド薄膜2をエッチングする際にマスクとして使
用するシリコン酸化膜3をそのままリフトオフにより高
抵抗率な半導体ダイヤモンド薄膜5をパターニングする
ときのマスクとして使用することができるため、半導体
ダイヤモンド薄膜2及び半導体ダイヤモンド薄膜5が自
己整合的にアライメントされる。
In this embodiment, the silicon oxide film 3 used as a mask when etching the semiconductor diamond thin film 2 having a low resistivity is used as a mask when patterning the semiconductor diamond thin film 5 having a high resistivity by lift-off as it is. Therefore, the semiconductor diamond thin film 2 and the semiconductor diamond thin film 5 are aligned in a self-aligned manner.

【0068】また、電界効果トランジスタ12は、ダイ
ヤモンドにより構成されているため、耐熱性、安定性、
耐放射線性及び絶縁破壊電界、即ち耐圧が優れている。
更に、半導体ダイヤモンド薄膜5のキャリア濃度が10
15cm-3以下であるため、オーミック電流を低減するこ
とができ、空間電荷制限電流の立ち上がり電界を小さく
することができる。本実施例に係る電界効果トランジス
タ12においては、オーミック電流と空間電荷制限電流
が等しくなる閾電界は1×105V/cm以下である。
なお、このとき、ゲート電極9aとソース電極11a又
はドレイン電極11bとの間の印加電圧が、高抵抗率な
半導体ダイヤモンド薄膜5に実質的に印加される電界を
主に支配する。また、ゲート電極9aを使用しない場合
は、ソース電極11a又はドレイン電極11bとの間の
印加電圧が、半導体ダイヤモンド薄膜5に実質的に印加
される電界を支配する。
Further, since the field effect transistor 12 is made of diamond, heat resistance, stability,
Excellent radiation resistance and dielectric breakdown electric field, that is, withstand voltage.
Further, the carrier concentration of the semiconductor diamond thin film 5 is 10
Since it is 15 cm −3 or less, the ohmic current can be reduced, and the rising electric field of the space charge limiting current can be reduced. In the field-effect transistor 12 according to the present embodiment, the threshold electric field at which the ohmic current equals the space charge limiting current is 1 × 10 5 V / cm or less.
At this time, the applied voltage between the gate electrode 9a and the source electrode 11a or the drain electrode 11b mainly controls the electric field substantially applied to the high resistivity semiconductor diamond thin film 5. When the gate electrode 9a is not used, the applied voltage between the source electrode 11a and the drain electrode 11b controls the electric field substantially applied to the semiconductor diamond thin film 5.

【0069】更に、半導体ダイヤモンド薄膜2a及び2
bが半導体ダイヤモンド薄膜5と同じp型半導体であ
り、半導体ダイヤモンド薄膜5よりも抵抗率が低いこと
から、半導体ダイヤモンド薄膜2aから半導体ダイヤモ
ンド薄膜5へ流れようとするキャリア(正孔)の注入障
壁エネルギを低減することができる。更にまた、半導体
ダイヤモンド薄膜2のキャリア濃度が1020cm-3以上
であるため、電界効果トランジスタ12の効率を向上さ
せることができる。
Further, the semiconductor diamond thin films 2a and 2a
Since b is the same p-type semiconductor as the semiconductor diamond thin film 5 and has a lower resistivity than the semiconductor diamond thin film 5, the injection barrier energy of carriers (holes) flowing from the semiconductor diamond thin film 2 a to the semiconductor diamond thin film 5. Can be reduced. Furthermore, since the semiconductor diamond thin film 2 has a carrier concentration of 10 20 cm −3 or more, the efficiency of the field effect transistor 12 can be improved.

【0070】次に、本発明の第2実施例について説明す
る。図7(a)乃至(d)及び図8(a)乃至(c)は
本実施例に係る電子素子の製造方法を工程順に示す断面
図である。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. 7A to 7D and 8A to 8C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an electronic device according to the present embodiment in the order of steps.

【0071】先ず、図7(a)に示すように、絶縁体ダ
イヤモンド結晶基板21上に、マイクロ波プラズマCV
D法(Chemical Vapor Deposition法:化学的気相成長
法)により第1の半導体領域であるBドープp型半導体
ダイヤモンド薄膜22を0.1μmの厚さに成膜する。
成膜条件は以下の通りである。原料ガスとして水素希釈
のメタンガスを使用する。その組成はCH4が0.5体
積%、H2が99.5体積%である。ドーピングガスは
26ガスを使用し、ガス中のB/C比を0.1原子p
pmとする。また、ガスの総流量を100ミリリットル
/分(標準状態)、成膜時のガス圧力を6.67kP
a、基板温度を800℃とする。この条件により堆積さ
れる半導体ダイヤモンド薄膜22のキャリア濃度は10
15cm-3以下である。
First, as shown in FIG. 7A, a microwave plasma CV
A B-doped p-type semiconductor diamond thin film 22 as a first semiconductor region is formed to a thickness of 0.1 μm by a D method (Chemical Vapor Deposition method).
The film forming conditions are as follows. Hydrogen-diluted methane gas is used as a source gas. The composition is such that CH 4 is 0.5% by volume and H 2 is 99.5% by volume. B 2 H 6 gas is used as the doping gas, and the B / C ratio in the gas is 0.1 atom p.
pm. The total gas flow rate was 100 ml / min (standard state), and the gas pressure during film formation was 6.67 kP.
a, The substrate temperature is 800 ° C. The carrier concentration of the semiconductor diamond thin film 22 deposited under these conditions is 10
15 cm -3 or less.

【0072】次に、図7(b)に示すように、半導体ダ
イヤモンド薄膜22上に厚さ0.3μmのシリコン酸化
膜23を堆積する。
Next, as shown in FIG. 7B, a silicon oxide film 23 having a thickness of 0.3 μm is deposited on the semiconductor diamond thin film 22.

【0073】次に、図7(c)に示すように、シリコン
酸化膜23上にレジスト24を形成し、電子ビームリソ
グラフィによりレジスト24をパターニングする。
Next, as shown in FIG. 7C, a resist 24 is formed on the silicon oxide film 23, and the resist 24 is patterned by electron beam lithography.

【0074】次に、図7(d)に示すように、レジスト
24をマスクとしてシリコン酸化膜23をエッチングし
てパターニングし、絶縁体ダイヤモンド結晶基板21、
半導体ダイヤモンド薄膜22、シリコン酸化膜23及び
レジスト24からなる積層体25を形成する。シリコン
酸化膜23のエッチングは、エッチングガスをCF4
Arの混合ガスとし、プラズマ源として誘電結合プラズ
マ(ICP:Inductively Coupled Plasma)を使用して
反応性イオンエッチングにより行う。
Next, as shown in FIG. 7D, the silicon oxide film 23 is etched and patterned using the resist 24 as a mask to form an insulating diamond crystal substrate 21.
A laminated body 25 composed of the semiconductor diamond thin film 22, the silicon oxide film 23 and the resist 24 is formed. The etching of the silicon oxide film 23 is performed by reactive ion etching using an etching gas as a mixed gas of CF 4 and Ar and using inductively coupled plasma (ICP) as a plasma source.

【0075】次に、図8(a)に示すように、イオン注
入法によりBイオン26を積層体25上面に照射する。
イオン注入条件は加速エネルギを60keV、イオンド
ースを3.5×1016cm-2とする。このとき、シリコ
ン酸化物23はBイオン26に対してマスクとして働く
ため、半導体ダイヤモンド薄膜22におけるシリコン酸
化膜23に覆われている領域27にはBイオン26は到
達せず、半導体ダイヤモンド薄膜22におけるシリコン
酸化膜23に覆われていない領域28a及び28bにの
みBイオン26が注入される。これにより、半導体ダイ
ヤモンド薄膜22における領域28a及び28bは、B
イオン26が注入されたために抵抗率が低下し、夫々低
抵抗率な半導体ダイヤモンド薄膜29a及び29b(第
2の半導体領域及び第3の半導体領域)になる。
Next, as shown in FIG. 8A, the upper surface of the stacked body 25 is irradiated with B ions 26 by an ion implantation method.
The ion implantation conditions are an acceleration energy of 60 keV and an ion dose of 3.5 × 10 16 cm −2 . At this time, since the silicon oxide 23 acts as a mask for the B ions 26, the B ions 26 do not reach the region 27 of the semiconductor diamond thin film 22 that is covered with the silicon oxide film 23, B ions 26 are implanted only into regions 28a and 28b not covered by silicon oxide film 23. Thus, the regions 28a and 28b in the semiconductor diamond thin film 22
Since the ions 26 are implanted, the resistivity decreases, and the semiconductor diamond thin films 29a and 29b (second semiconductor region and third semiconductor region) have low resistivity, respectively.

【0076】次に、図8(b)に示すように、Bイオン
26が注入された積層体25を真空中にて温度950
℃、30分間の熱処理を施し、注入されたBを活性化さ
せる。Bが注入された半導体ダイヤモンド薄膜29a及
び29bの表層部分(図示せず)は、この熱処理(アニ
ール工程)によりグラファイト化しているので、200
℃に加熱したクロム酸硫酸飽和溶液にて洗浄することに
より、この表層部分を除去する。以上の方法により、絶
縁体ダイヤモンド結晶基板21上に、高抵抗率な半導体
ダイヤモンド薄膜22及び半導体ダイヤモンド薄膜22
に接続しこれを挟むような2つの領域に配置された低抵
抗率な半導体ダイヤモンド薄膜29a及び29bが形成
された電子素子30を得ることができる。
Next, as shown in FIG. 8B, the laminate 25 into which the B ions 26 have been implanted is heated at a temperature of 950 in a vacuum.
A heat treatment is performed at 30 ° C. for 30 minutes to activate the implanted B. Since the surface layer portions (not shown) of the semiconductor diamond thin films 29a and 29b into which B has been implanted are graphitized by this heat treatment (annealing step), 200
This surface layer is removed by washing with a saturated solution of chromic sulfuric acid heated to ℃. According to the above method, the semiconductor diamond thin film 22 having a high resistivity and the semiconductor diamond thin film 22 are formed on the insulating diamond crystal substrate 21.
The electronic element 30 can be obtained in which the low-resistivity semiconductor diamond thin films 29a and 29b are formed in two regions connected to each other and sandwiching them.

【0077】なお、Bが注入された低抵抗率な半導体ダ
イヤモンド薄膜29a及び29bのB濃度の深さ方向分
布を、SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometer:
二次イオン質量分析計)により実際に測定したところ、
約0.1μmの深さにわたってB濃度が1019cm-3
上の領域が観測された。また、ホール測定においても、
キャリア濃度が1017cm-3以上であり抵抗率は十分低
くかった。
The distribution of the B concentration in the depth direction of the semiconductor diamond thin films 29a and 29b having a low resistivity into which B was implanted was determined by SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometer:
Secondary ion mass spectrometer),
A region having a B concentration of 10 19 cm −3 or more was observed over a depth of about 0.1 μm. Also, in Hall measurement,
The carrier concentration was 10 17 cm -3 or more, and the resistivity was sufficiently low.

【0078】電子素子30の構成は、前記第1の実施例
における電子素子6の構成と同一である。電子素子6に
おける絶縁体ダイヤモンド結晶基板1、低抵抗率な半導
体ダイヤモンド薄膜2a及び2b並びに高抵抗率な半導
体ダイヤモンド薄膜5は、電子素子30における絶縁体
ダイヤモンド結晶基板21、低抵抗率な半導体ダイヤモ
ンド薄膜29a及び29b並びに高抵抗率な半導体ダイ
ヤモンド薄膜22に夫々相当する。
The structure of the electronic element 30 is the same as the structure of the electronic element 6 in the first embodiment. The insulating diamond crystal substrate 1, the low resistivity semiconductor diamond thin film 2a and the low resistivity semiconductor diamond thin film 2a and the high resistivity semiconductor diamond thin film 5 in the electronic element 6 are the insulating diamond crystal substrate 21 and the low resistivity semiconductor diamond thin film in the electronic element 30. 29a and 29b and the high resistivity semiconductor diamond thin film 22, respectively.

【0079】次に、電子素子30を使用し、前記第1の
実施例において図4(a)乃至(d)、図5(a)乃至
(c)及び図6に示した方法により、図8(c)に示す
ような電界効果トランジスタ31を形成する。
Next, using the electronic element 30, the method shown in FIGS. 4A to 4D, FIGS. 5A to 5C and FIG. The field effect transistor 31 as shown in FIG.

【0080】本実施例における電界効果トランジスタ3
1の構成は、前記第1の実施例における電界効果トラン
ジスタ12の構成と同じである。
The field effect transistor 3 in this embodiment
The configuration of No. 1 is the same as the configuration of the field effect transistor 12 in the first embodiment.

【0081】本実施例においては、低抵抗率半導体領域
の形成にイオン注入法を使用することにより、前記第1
の実施例において行ったドーピングしながら成膜する方
法(以下、成膜中ドーピング法という)と比較して、ド
ーパント濃度の制御が容易になり、複雑な濃度分布又は
何らかの用途のために最適化された濃度分布を形成する
ことが容易になる。成膜中ドーピング法では、成膜条件
によって仕込濃度と実際に膜中に取り込まれる濃度との
関係が変化するが、イオン注入法では仕込み量により取
り込まれるドーパント濃度が一意的に決まるという利点
がある。
In the present embodiment, the first resistive region is formed by using the ion implantation method for forming the low resistivity semiconductor region.
As compared with the method of forming a film while doping performed in the embodiment of the present invention (hereinafter, referred to as a doping method during film formation), the control of the dopant concentration is facilitated, and the concentration of the dopant is complicated, or the concentration is optimized for some application. It becomes easy to form a concentrated concentration distribution. In the doping method during film formation, the relationship between the charged concentration and the concentration actually taken into the film changes depending on the film forming conditions. However, the ion implantation method has an advantage that the concentration of the dopant taken in is uniquely determined by the charged amount. .

【0082】一方、前記第1の実施例には以下に示す利
点がある。前記第2の実施例のイオン注入法では必然的
に結晶欠陥を誘発するため、欠陥を回復するためのアニ
ール工程が必要である。半導体がシリコンであれば欠陥
回復は容易であるが、ダイヤモンドは欠陥回復が比較的
困難である。その理由は、ダイヤモンドは原子の結合エ
ネルギが高いため、欠陥を回復するためには可及的に高
温でアニールする必要があり、少なくとも500℃以上
でアニールする必要があるが、高温であるほどダイヤモ
ンドはグラファイトに相変移しやすいからである。しか
し、成膜中ドーピング法では、ドーピングによる欠陥の
誘発はほとんどないため、アニール工程は不要となる。
On the other hand, the first embodiment has the following advantages. In the ion implantation method of the second embodiment, since a crystal defect is inevitably induced, an annealing step for recovering the defect is required. If the semiconductor is silicon, defect recovery is easy, but diamond is relatively difficult to recover. The reason is that diamond has a high atomic bond energy, so it is necessary to anneal at as high a temperature as possible to recover defects, and it is necessary to anneal at least at 500 ° C. or higher. Is easy to change to graphite. However, in the doping method during film formation, an annealing step is not necessary because defects are hardly induced by doping.

【0083】[0083]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、相
互に接合されたキャリア濃度の異なる2種類の半導体領
域を有する電子素子において、低濃度側の半導体領域の
キャリア濃度をできるだけ低くし、且つこれらの半導体
領域の伝導型を同じにすることによって、オーミック電
流をできるだけ抑制しつつフェルミ準位の差を小さくで
きる電子素子を提供することができる。このため、高濃
度側から低濃度側へのキャリア注入障壁エネルギを小さ
くできるため、空間電荷制限電流モードの立ち上がり電
界を小さくし、且つ低電界でより高濃度にキャリアを注
入することができる。これにより、いかなる基材上にも
高効率な電子素子を形成することができ、例えばダイヤ
モンドのようなワイドバンドギャップ半導体を使用する
電子素子を得ることができる。これにより、短波長発光
用デバイス、高温用デバイス、大電力用デバイス及び高
周波電子デバイスを得ることができる。
As described above in detail, according to the present invention, in an electronic device having two kinds of semiconductor regions having different carrier concentrations joined to each other, the carrier concentration of the low-concentration semiconductor region is reduced as much as possible. In addition, by making the conduction types of these semiconductor regions the same, it is possible to provide an electronic element that can reduce the difference in Fermi level while suppressing the ohmic current as much as possible. For this reason, the carrier injection barrier energy from the high-concentration side to the low-concentration side can be reduced, so that the rising electric field in the space charge limited current mode can be reduced and the carrier can be injected at a higher concentration at a lower electric field. Thus, a highly efficient electronic device can be formed on any substrate, and an electronic device using a wide band gap semiconductor such as diamond can be obtained. Thereby, a short-wavelength light-emitting device, a high-temperature device, a high-power device, and a high-frequency electronic device can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a)は従来の電子素子における障壁エネルギ
の大きさを示す模式図であり、(b)は本発明の電子素
子における障壁エネルギの大きさを示す模式図である。
FIG. 1A is a schematic diagram showing the magnitude of barrier energy in a conventional electronic device, and FIG. 1B is a schematic diagram showing the magnitude of barrier energy in an electronic device of the present invention.

【図2】(a)乃至(d)は、本発明の第1の実施例に
係る電子素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
FIGS. 2A to 2D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an electronic device according to a first embodiment of the present invention in the order of steps.

【図3】(a)乃至(c)は、本実施例に係る電子素子
の製造方法を示す断面図であって、図2の次の工程を示
す図である。
FIGS. 3A to 3C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the electronic device according to the present embodiment, which illustrate the next step of FIG.

【図4】(a)乃至(d)は、本実施例に係る電子素子
の製造方法を示す断面図であって、図3の次の工程を示
す図である。
FIGS. 4A to 4D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the electronic device according to the present embodiment, which illustrate the next step of FIG.

【図5】(a)乃至(c)は、本実施例に係る電子素子
の製造方法を示す断面図であって、図4の次の工程を示
す図である。
FIGS. 5A to 5C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the electronic device according to the present embodiment, which illustrate the next step of FIG.

【図6】本実施例に係る電子素子の製造方法を示す断面
図であって、図5の次の工程を示す図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the method for manufacturing the electronic device according to the present embodiment, which is a view showing the next step of FIG.

【図7】(a)乃至(d)は、本発明の第2の実施例に
係る電子素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
FIGS. 7A to 7D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an electronic device according to a second embodiment of the present invention in the order of steps.

【図8】(a)乃至(c)は、本実施例に係る電子素子
の製造方法を示す断面図であって、図7の次の工程を示
す図である。
FIGS. 8A to 8C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the electronic device according to the present embodiment, which illustrate the next step of FIG.

【図9】従来の電界効果トランジスタの構成を示す断面
図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a conventional field-effect transistor.

【図10】従来の電界効果トランジスタの構成を示す模
式的断面図である。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a conventional field-effect transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1;絶縁体ダイヤモンド結晶基板 2a、2b;低抵抗率な半導体ダイヤモンド薄膜 3;シリコン酸化膜 3a;シリコン酸化膜3の開口部 4;レジスト 5;高抵抗率な半導体ダイヤモンド薄膜 6;電子素子 7;シリコン酸化膜 8;レジスト 8a;レジスト8の開口部 9;Al膜 9a;ゲート電極 10;レジスト 10a、10b;レジスト10の開口部 11;Pt膜 11a;ソース電極 11b;ドレイン電極 12;電界効果トランジスタ 15;遷移領域 21;絶縁体ダイヤモンド結晶基板 22;高抵抗率な半導体ダイヤモンド薄膜 23;シリコン酸化膜 24;レジスト 25;積層体 26;Bイオン 27;半導体ダイヤモンド薄膜22におけるシリコン酸
化膜23に覆われた領域 28a、28b;半導体ダイヤモンド薄膜22における
シリコン酸化膜23に覆われていない領域 29a、29b;低抵抗率な半導体ダイヤモンド薄膜 30;電子素子 31;電界効果トランジスタ 41;Si基板 42;ダイヤモンド絶縁体下地層 43;p型ダイヤモンド半導体層 44a、44b;n型ダイヤモンド半導体層 45;ダイヤモンド絶縁体層 46S;ソース電極 46G;ゲート電極 46D;ドレイン電極 51;半導体ダイヤモンド層 52;高抵抗ダイヤモンド層 53;半導体ダイヤモンド層 54;ソース電極 55;ゲート電極 56;ドレイン電極 57;チャネル層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1; Insulator diamond crystal substrate 2a, 2b; Low resistivity semiconductor diamond thin film 3: Silicon oxide film 3a; Opening of silicon oxide film 3; Resist 5; High resistivity semiconductor diamond thin film 6; Electronic element 7; Silicon oxide film 8; Resist 8a; Opening 9 of resist 8; Al film 9a; Gate electrode 10; Resist 10a, 10b; Opening of resist 10; Pt film 11a; Source electrode 11b; Drain electrode 12; 15; transition region 21; insulating diamond crystal substrate 22; high-resistivity semiconductor diamond thin film 23; silicon oxide film 24; resist 25; laminated body 26; B ions 27; Regions 28a, 28b; semiconductor diamond thin film 22 Regions 29a and 29b not covered by silicon oxide film 23; low-resistivity semiconductor diamond thin film 30; electronic element 31; field-effect transistor 41; Si substrate 42; diamond insulator base layer 43; p-type diamond semiconductor layer 44a 44b; n-type diamond semiconductor layer 45; diamond insulator layer 46S; source electrode 46G; gate electrode 46D; drain electrode 51; semiconductor diamond layer 52; high resistance diamond layer 53; semiconductor diamond layer 54; source electrode 55; 56; drain electrode 57; channel layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/786 H01L 29/74 G 33/00 29/78 618B Fターム(参考) 4M104 AA03 AA04 AA10 BB02 BB06 CC01 CC05 DD08 DD09 DD16 DD37 GG09 GG18 GG20 5F005 CA02 5F041 AA11 CA33 CA34 CA40 CA41 CA46 CA54 CA55 CA56 CA57 CA64 CA74 5F110 AA30 BB12 BB20 CC01 CC02 DD04 EE03 EE44 FF02 GG01 GG25 GG32 GG34 GG45 HJ01 HJ04 HJ13 HJ23 HK08 HK25 HK27 HK35 HL02 HL23 QQ04 QQ11 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI theme coat ゛ (Reference) H01L 29/786 H01L 29/74 G 33/00 29/78 618B F term (Reference) 4M104 AA03 AA04 AA10 BB02 BB06 CC01 CC05 DD08 DD09 DD16 DD37 GG09 GG18 GG20 5F005 CA02 5F041 AA11 CA33 CA34 CA40 CA41 CA46 CA54 CA55 CA56 CA57 CA64 CA74 5F110 AA30 BB12 BB20 CC01 CC02 DD04 EE03 EE44 FF02 GG01 GG25 GG32. QQ11

Claims (24)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電流チャネルとなる第1の半導体領域
と、この第1の半導体領域に接合し第1の半導体領域と
同じ伝導型で前記第1の半導体領域よりも抵抗率が低い
第2の半導体領域と、を有し、前記第1の半導体領域
は、その動作温度での平衡状態におけるキャリア濃度が
1015cm-3以下であることを特徴とする電子素子。
A first semiconductor region serving as a current channel; and a second semiconductor region joined to the first semiconductor region and having the same conductivity type as the first semiconductor region and lower in resistivity than the first semiconductor region. A semiconductor region, wherein the first semiconductor region has a carrier concentration of 10 15 cm −3 or less in an equilibrium state at an operating temperature.
【請求項2】 前記第1の半導体領域の動作温度での平
衡状態におけるキャリア濃度が1013cm-3以下である
ことを特徴とする請求項1に記載の電子素子。
2. The electronic device according to claim 1, wherein a carrier concentration of the first semiconductor region in an equilibrium state at an operating temperature is 10 13 cm −3 or less.
【請求項3】 前記第1の半導体領域のバンドギャップ
が2eV以上であることを特徴とする請求項1又は2に
記載の電子素子。
3. The electronic device according to claim 1, wherein a band gap of the first semiconductor region is 2 eV or more.
【請求項4】 前記第1の半導体領域が、ダイヤモン
ド、炭化ケイ素、窒化ガリウム、窒化ホウ素、窒化アル
ミニウム、窒化インジウム、酸化亜鉛、酸化チタン、酸
化スズ及び酸化インジウムからなる群から選択された1
種以上の材料又はその混合材料からなることを特徴とす
る請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電子素子。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first semiconductor region is selected from the group consisting of diamond, silicon carbide, gallium nitride, boron nitride, aluminum nitride, indium nitride, zinc oxide, titanium oxide, tin oxide and indium oxide.
4. The electronic device according to claim 1, wherein the electronic device is made of at least one kind of material or a mixture thereof.
【請求項5】 前記第2の半導体領域のバンドギャップ
が2eV以上であることを特徴とする請求項1乃至4の
いずれか1項に記載の電子素子。
5. The electronic device according to claim 1, wherein a band gap of the second semiconductor region is 2 eV or more.
【請求項6】 前記第2の半導体領域が、ダイヤモン
ド、炭化ケイ素、窒化ガリウム、窒化ホウ素、窒化アル
ミニウム、窒化インジウム、酸化亜鉛、酸化チタン、酸
化スズ及び酸化インジウムからなる群から選択された1
種以上の材料又はその混合材料からなることを特徴とす
る請求項1乃至5のいずれか1項に記載の電子素子。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second semiconductor region is selected from the group consisting of diamond, silicon carbide, gallium nitride, boron nitride, aluminum nitride, indium nitride, zinc oxide, titanium oxide, tin oxide and indium oxide.
The electronic device according to claim 1, wherein the electronic device is made of at least one kind of material or a mixture thereof.
【請求項7】 前記第1の半導体領域における母体とな
る結晶中のドーパント濃度は、原子比で10ppm以下
であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項
に記載の電子素子。
7. The electronic device according to claim 1, wherein a dopant concentration in a host crystal in the first semiconductor region is 10 ppm or less in atomic ratio.
【請求項8】 前記第1の半導体領域における母体とな
る結晶中のドーパント濃度は、原子比で0.1ppm以
下であることを特徴とする請求項7に記載の電子素子。
8. The electronic device according to claim 7, wherein the dopant concentration in the host crystal in the first semiconductor region is 0.1 ppm or less in atomic ratio.
【請求項9】 前記第2の半導体領域のドーパント濃度
は、Mott濃度以上であることを特徴とする請求項1
乃至8のいずれか1項に記載の電子素子。
9. The semiconductor device according to claim 1, wherein a dopant concentration of the second semiconductor region is equal to or higher than a Mott concentration.
An electronic device according to any one of claims 1 to 8, wherein
【請求項10】 前記第1の半導体領域及び前記第2の
半導体領域が、ダイヤモンドからなることを特徴とする
請求項1乃至9のいずれか1項に記載の電子素子。
10. The electronic device according to claim 1, wherein the first semiconductor region and the second semiconductor region are made of diamond.
【請求項11】 前記第1の半導体領域及び前記第2の
半導体領域が、ホウ素ドープしたp型ダイヤモンドから
なることを特徴とする請求項10に記載の電子素子。
11. The electronic device according to claim 10, wherein the first semiconductor region and the second semiconductor region are made of boron-doped p-type diamond.
【請求項12】 前記第1の半導体領域及び前記第2の
半導体領域が、硫黄、リン、窒素、酸素及びリチウムか
らなる群から選択される1種以上の元素をドープしたn
型ダイヤモンドからなることを特徴とする請求項10に
記載の電子素子。
12. The n-type semiconductor device, wherein the first semiconductor region and the second semiconductor region are doped with at least one element selected from the group consisting of sulfur, phosphorus, nitrogen, oxygen and lithium.
The electronic device according to claim 10, wherein the electronic device is made of shaped diamond.
【請求項13】 前記第1の半導体領域に接続され前記
第1の半導体領域に電流を入出力する第1の金属電極
と、前記第2の半導体領域に接続され前記第2の半導体
領域に電流を入出力する第2の金属電極と、を有するこ
とを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載
の電子素子。
13. A first metal electrode connected to the first semiconductor region for inputting / outputting current to / from the first semiconductor region, and a current flowing to the second semiconductor region connected to the second semiconductor region. The electronic device according to claim 1, further comprising: a second metal electrode configured to input / output a signal.
【請求項14】 前記第1の半導体領域における前記第
2の半導体領域が接合されている側の反対側に接合され
た第3の半導体領域を有することを特徴とする請求項1
乃至13のいずれか1項に記載の電子素子。
14. The semiconductor device according to claim 1, further comprising: a third semiconductor region joined to a side of the first semiconductor region opposite to a side joined to the second semiconductor region.
14. The electronic device according to any one of claims 13 to 13.
【請求項15】 前記第3の半導体領域は、前記第1の
半導体領域と同じ伝導型で前記第1の半導体領域よりも
抵抗率が低いことを特徴とする請求項14に記載の電子
素子。
15. The electronic device according to claim 14, wherein the third semiconductor region has the same conductivity type as the first semiconductor region and a lower resistivity than the first semiconductor region.
【請求項16】 前記第3の半導体領域のドーパント濃
度は、Mott濃度以上であることを特徴とする請求項
14又は15に記載の電子素子。
16. The electronic device according to claim 14, wherein the dopant concentration of the third semiconductor region is equal to or higher than the Mott concentration.
【請求項17】 前記第1の半導体領域、前記第2の半
導体領域及び前記第3の半導体領域が、ダイヤモンドか
らなることを特徴とする請求項14乃至16のいずれか
1項に記載の電子素子。
17. The electronic device according to claim 14, wherein the first semiconductor region, the second semiconductor region, and the third semiconductor region are made of diamond. .
【請求項18】 前記第1の半導体領域、前記第2の半
導体領域及び前記第3の半導体領域が、ホウ素ドープし
たp型ダイヤモンドからなることを特徴とする請求項1
7に記載の電子素子。
18. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first semiconductor region, the second semiconductor region, and the third semiconductor region are made of boron-doped p-type diamond.
8. The electronic element according to 7.
【請求項19】 前記第1の半導体領域、前記第2の半
導体領域及び前記第3の半導体領域が、硫黄、リン、窒
素、酸素及びリチウムからなる群から選択される1種以
上の元素をドープしたn型ダイヤモンドからなることを
特徴とする請求項17に記載の電子素子。
19. The first semiconductor region, the second semiconductor region, and the third semiconductor region are doped with at least one element selected from the group consisting of sulfur, phosphorus, nitrogen, oxygen, and lithium. The electronic device according to claim 17, comprising an n-type diamond formed as described above.
【請求項20】 前記第2の半導体領域に接続され前記
第2の半導体領域に電流を流す第2の金属電極と、前記
第3の半導体領域に接続され前記第3の半導体領域に電
流を流す第3の金属電極と、を有することを特徴とする
請求項14乃至19のいずれか1項に記載の電子素子。
20. A second metal electrode connected to the second semiconductor region and flowing current through the second semiconductor region, and a current flowing through the third semiconductor region connected to the third semiconductor region. 20. The electronic device according to claim 14, further comprising a third metal electrode.
【請求項21】 前記第1の半導体領域上に設けられた
絶縁膜と、前記絶縁膜上に設けられた電極と、を有する
ことを特徴とする請求項14乃至20のいずれか1項に
記載の電子素子。
21. The semiconductor device according to claim 14, further comprising: an insulating film provided on the first semiconductor region; and an electrode provided on the insulating film. Electronic element.
【請求項22】 電流チャネルとなる第1の半導体領域
と、この第1の半導体領域に接合し第1の半導体領域と
同じ伝導型で前記第1の半導体領域よりも抵抗率が低い
第2の半導体領域と、を有し、前記第1の半導体領域
は、その動作温度での平衡状態におけるキャリア濃度が
1015cm-3以下である電子素子を有することを特徴と
するダイオード。
22. A first semiconductor region serving as a current channel, and a second semiconductor region joined to the first semiconductor region and having the same conductivity type as the first semiconductor region and lower in resistivity than the first semiconductor region. And a semiconductor region, wherein the first semiconductor region has an electronic element having a carrier concentration of 10 15 cm −3 or less in an equilibrium state at its operating temperature.
【請求項23】 電流チャネルとなる第1の半導体領域
と、この第1の半導体領域に接合し第1の半導体領域と
同じ伝導型で前記第1の半導体領域よりも抵抗率が低い
第2の半導体領域と、を有し、前記第1の半導体領域
は、その動作温度での平衡状態におけるキャリア濃度が
1015cm-3以下である電子素子を有することを特徴と
するトランジスタ。
23. A first semiconductor region serving as a current channel, and a second semiconductor region joined to the first semiconductor region and having the same conductivity type as the first semiconductor region and having a lower resistivity than the first semiconductor region. And a semiconductor region, wherein the first semiconductor region has an electronic element having a carrier concentration of 10 15 cm −3 or less in an equilibrium state at its operating temperature.
【請求項24】 電流チャネルとなる第1の半導体領域
と、この第1の半導体領域に接合し第1の半導体領域と
同じ伝導型で前記第1の半導体領域よりも抵抗率が低い
第2の半導体領域と、を有し、前記第1の半導体領域
は、その動作温度での平衡状態におけるキャリア濃度が
1015cm-3以下である電子素子を有することを特徴と
するサイリスタ。
24. A first semiconductor region to be a current channel, and a second semiconductor region joined to the first semiconductor region and having the same conductivity type as the first semiconductor region and having a lower resistivity than the first semiconductor region. A thyristor, wherein the first semiconductor region includes an electronic element having a carrier concentration of 10 15 cm −3 or less in an equilibrium state at an operating temperature.
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003071608A1 (en) * 2002-02-19 2003-08-28 Hoya Corporation Light-emitting device of field-effect transistor type
JP2004179411A (en) * 2002-11-27 2004-06-24 Toppan Printing Co Ltd Membrane mask and exposure method
JP2004179410A (en) * 2002-11-27 2004-06-24 Toppan Printing Co Ltd Stencil mask and exposure method
JP2004207272A (en) * 2002-12-20 2004-07-22 Kobe Steel Ltd Diamond electronic element
JP2006100721A (en) * 2004-09-30 2006-04-13 Kobe Steel Ltd Semiconductor element and its manufacturing method
JP2006120886A (en) * 2004-10-22 2006-05-11 Kobe Steel Ltd Diamond semiconductor element and its fabrication process
US7064352B2 (en) 2003-12-12 2006-06-20 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho Diamond semiconductor device and method for manufacturing the same
JP2007531257A (en) * 2004-03-25 2007-11-01 コミサリア、ア、レネルジ、アトミク Method of manufacturing field effect transistor having diamond-like carbon channel, and transistor manufactured by the manufacturing method
JP2010028052A (en) * 2008-07-24 2010-02-04 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Diamond semiconductor element
WO2016104684A1 (en) * 2014-12-26 2016-06-30 国立大学法人北海道大学 Diamond semiconductor device
CN113224200A (en) * 2021-05-08 2021-08-06 西北核技术研究所 Gallium nitride semiconductor radiation detector, preparation method thereof and detection device

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0394429A (en) * 1989-09-06 1991-04-19 Sumitomo Electric Ind Ltd MES field effect transistor
JPH03160731A (en) * 1989-11-18 1991-07-10 Toshiba Corp Semiconductor device and its manufacturing method
JPH04302150A (en) * 1991-03-29 1992-10-26 Kobe Steel Ltd Diamond Schottky gate field effect transistor
JPH0529608A (en) * 1991-07-22 1993-02-05 Sumitomo Electric Ind Ltd Method for manufacturing diamond FET having MIS structure
JPH06232388A (en) * 1993-02-05 1994-08-19 Kobe Steel Ltd Diamond field-effect transistor
JPH0786620A (en) * 1993-09-10 1995-03-31 Sumitomo Electric Ind Ltd Diamond semiconductor device
JPH07283240A (en) * 1994-04-13 1995-10-27 Kobe Steel Ltd Thin diamond film electronic circuit
JPH08316498A (en) * 1995-05-17 1996-11-29 Kobe Steel Ltd Diamond semiconductor rectifying element
JPH09301799A (en) * 1996-05-10 1997-11-25 Ion Kogaku Kenkyusho:Kk Method for forming high resistance silicon carbide layer and silicon carbide semiconductor device

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0394429A (en) * 1989-09-06 1991-04-19 Sumitomo Electric Ind Ltd MES field effect transistor
JPH03160731A (en) * 1989-11-18 1991-07-10 Toshiba Corp Semiconductor device and its manufacturing method
JPH04302150A (en) * 1991-03-29 1992-10-26 Kobe Steel Ltd Diamond Schottky gate field effect transistor
JPH0529608A (en) * 1991-07-22 1993-02-05 Sumitomo Electric Ind Ltd Method for manufacturing diamond FET having MIS structure
JPH06232388A (en) * 1993-02-05 1994-08-19 Kobe Steel Ltd Diamond field-effect transistor
JPH0786620A (en) * 1993-09-10 1995-03-31 Sumitomo Electric Ind Ltd Diamond semiconductor device
JPH07283240A (en) * 1994-04-13 1995-10-27 Kobe Steel Ltd Thin diamond film electronic circuit
JPH08316498A (en) * 1995-05-17 1996-11-29 Kobe Steel Ltd Diamond semiconductor rectifying element
JPH09301799A (en) * 1996-05-10 1997-11-25 Ion Kogaku Kenkyusho:Kk Method for forming high resistance silicon carbide layer and silicon carbide semiconductor device

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003071608A1 (en) * 2002-02-19 2003-08-28 Hoya Corporation Light-emitting device of field-effect transistor type
JP2004179411A (en) * 2002-11-27 2004-06-24 Toppan Printing Co Ltd Membrane mask and exposure method
JP2004179410A (en) * 2002-11-27 2004-06-24 Toppan Printing Co Ltd Stencil mask and exposure method
JP2004207272A (en) * 2002-12-20 2004-07-22 Kobe Steel Ltd Diamond electronic element
US7064352B2 (en) 2003-12-12 2006-06-20 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho Diamond semiconductor device and method for manufacturing the same
DE102004059657B4 (en) * 2003-12-12 2009-06-18 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.), Kobe Diamond semiconductor device and method for its production
JP2007531257A (en) * 2004-03-25 2007-11-01 コミサリア、ア、レネルジ、アトミク Method of manufacturing field effect transistor having diamond-like carbon channel, and transistor manufactured by the manufacturing method
US7553693B2 (en) 2004-03-25 2009-06-30 Commissariat A L'energie Atomique Method for making a field effect transistor with diamond-like carbon channel and resulting transistor
JP2006100721A (en) * 2004-09-30 2006-04-13 Kobe Steel Ltd Semiconductor element and its manufacturing method
JP2006120886A (en) * 2004-10-22 2006-05-11 Kobe Steel Ltd Diamond semiconductor element and its fabrication process
JP2010028052A (en) * 2008-07-24 2010-02-04 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Diamond semiconductor element
WO2016104684A1 (en) * 2014-12-26 2016-06-30 国立大学法人北海道大学 Diamond semiconductor device
CN113224200A (en) * 2021-05-08 2021-08-06 西北核技术研究所 Gallium nitride semiconductor radiation detector, preparation method thereof and detection device
CN113224200B (en) * 2021-05-08 2022-11-04 西北核技术研究所 Gallium nitride semiconductor radiation detector, preparation method thereof and detection equipment

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