Hydrogen surface termination is widely used as a p-type doping in diamond semiconductors, but the p-type conduction mechanism is still controversial. In this study, we found an energy barrier for holes between the gate and the two-dimensional hole channel on the hydrogen-terminated diamond surface from FET characteristics. Separately we confirmed an interfacial layer between the gate metal layer and hydrogen-terminated diamond surface from crosssectional transmission electron microscopic

more »

... tion. We conclude that during metal evaporation on hydrogenterminated diamond surface, metal atoms diffuse through point defects in the subsurface layer, and eventually the interfacial layer forms there. 1.は じ め に ダイヤモンド半導体は禁制帯幅 5.45 eV を持つワイド ギャップ半導体である。ワイドギャップなので絶縁破壊 電界強度は 10 MV/cm 以上と半導体の中で最高値を取 ることが理論的に予測されている。またよく知られてい るように,熱伝導率は 22 W/cmK であり,この値は室 温での全ての固体材料の中で最高である。これらの物性 は,高電圧,高出力電子デバイスの材料には有利な物性 であるといえる 1) 。他方,近年のダイヤモンド CVD 技 術の急速な発展により,CVD ダイヤモンドの高純度化 が進み,アンドープの CVD ダイヤモンド単結晶をタイ ムオブフライト(time-of-flight, TOF)法で測定したとこ ろ,電子移動度 4500 cm 2 /Vs,正孔移動度 3800 cm 2 /Vs と非常に高い値が得られている 2) 。この報告例からダイ ヤモンド半導体の優れた高周波特性が期待されている。 ダイヤモンド半導体を用いた FET は川原田らによっ て報告され精力的に研究が進められているが 1) ,我々 も,これまでダイヤモンド電界効果トランジスター (FET)を作製し 3) ,ゲート長 0.1 µm のデバイスで,電 流利得遮断周波数(fT)45 GHz,電力利得遮断周波数 (fMAX)120 GHz という値を報告した 4) 。また 1 GHz での 高周波電力特性測定から出力電力密度 2.1 W/mm という 値を報告した 5) 。この値は現在実用にある GaAsMESFET (Metal-Semiconductor Field-Effect Transistor)の約 2 倍の 値であり,ダイヤモンド半導体のマイクロ波・ミリ波帯 電力増幅器としての可能性を示唆しているものと思われ る。 このように半導体物性からは大きな可能性が期待され るダイヤモンド半導体であるが,デバイス応用に至るま での解決すべき課題として,n 型,p 型ドーピングがあ る。これまでに知られているダイヤモンド半導体の p 型 不純物として B(ホウ素)があるが,その活性化エネル ギーは 0.37 eV,n 型不純物の P(リン)は 0.6 eV であ る。これらの値は室温の熱エネルギー(26 meV)より 遥かに高く,仮にこれらの n 型,p 型不純物をデバイス