【公開日：2023.07.28】【最終更新日：2023.05.29】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22AT0117

利用課題名 / Title

ダイヤモンド横型Schottky-pnダイオード開発

利用した実施機関 / Support Institute

産業技術総合研究所 / AIST

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed

キーワード / Keywords

ダイヤモンド,ダイヤモンドShottky-pnダイオード,ダイヤモンド基板

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

牧野 俊晴

所属名 / Affiliation

産業技術総合研究所

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

AT-023：電子ビーム真空蒸着装置

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

　ダイヤモンドは、高い絶縁破壊電界、高い熱伝導率、高い移動度、等の優れた材料物性を持っている一方で、不純物（ドナー、アクセプター）レベルが深く、活性化率が低い。したがってSchottky接合やpn接合ダイオード構造を形成した場合、p型・n型層のキャリア濃度が低く,順方向での電流密度を上げられなかった。これらの欠点を克服するために、n型Schottky接合とp+n接合を組み合わせた新規な構造の「ダイヤモンドShottky-pnダイオード」を作製し、これまでに順方向での電流密度を室温において10⁴ A/cm²まで増加させることに成功した。本研究では、逆方向の耐圧を増加させるために、新たにダイオードの構造を縦型から横型へと改良を行った。

実験 / Experimental

【利用した主な装置】
プラズマアッシャー【NPF021】
電子ビーム真空蒸着装置【NPF023】

【実験方法】
　マイクロ波プラズマCVD装置でダイヤモンド基板上にn層（リン濃度：10¹⁵ cm^-3）を成膜し、さらにその上にフォトリソグラフィ・メタルデポ・リフトオフ工程で作製したメタルマスクパターンを用いた選択成長法によりp⁺層（ボロン濃度：10²⁰ cm^-3）を形成した。次にp⁺層上にオーミック電極（Ti/Pt/Au）を形成し、最後にn層上にSchottky電極（Mo）を形成した。オーミック電極・Schottky電極とも、メタルマスクパターンの形成と同様のプロセス工程を用いた。

結果と考察 / Results and Discussion

　図1にダイヤモンド横型Schottky-pnダイオードの模式図を示す。設計では、p⁺層とSchottky電極の間の距離（すなわちn層の幅d）が長いほど耐圧を増加させることができる。そこで、n層の幅を、d=1～7umと変えたデバイスを形成した。図２に実際に作製したダイオードの光学顕微鏡写真を示す。p⁺層の選択成長、オーミック電極の形成は問題なくできているが、n層の幅は設計値通りには形成できておらず、課題が残った。今後は、EBリソグラフィを用いる等、より精度が出せる方法でデバイス形成を行っていく予定である。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図１　ダイヤモンド横型Schottky-pnダイオードの模式図

図２　ダイヤモンド横型Schottky-pnダイオードの光学顕微鏡像

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

共同研究者：筑波大学　櫻井岳暁様、池谷光貴様

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件