ダイヤモンドを用いた高感度紫外線センシング法の構築

2005 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 15360376
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 構造・機能材料
• 研究機関: 独立行政法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 小出 康夫 独立行政法人物質・材料研究機構, 物質研究所, 主席研究員 (70195650)
• 研究分担者: 神田 久生 独立行政法人物質・材料研究機構, 物質研究所, ディレクター (30343841) ; 渡辺 賢司 独立行政法人物質・材料研究機構, 物質研究所, 主任研究員 (20343840) ; 小泉 聡 独立行政法人物質・材料研究機構, 物質研究所, 主幹研究員 (90215153) ; メイヨン リョオ 独立行政法人物質・材料研究機構, 物質研究所, 特別研究員 ; アルバレッツ ホセ 独立行政法人物質・材料研究機構, 物質研究所, 特別研究員 ; LIAO Meiyong National Institute for Materials Science (NIMS), Advanced Materials Laboratory, NIMS Postdoctoral Fellow ; ALVAREZ Jose National Institute for Materials Science (NIMS), Advanced Materials Laboratory, NIMS Postdoctoral Fellow
• 研究期間 (年度): 2003 – 2005
• キーワード: ダイヤモンド / 紫外線センサー / 光伝導 / 可視光ブラインド比 / ショットキー性接合 / カーバイド / 窒化物金属 / metallic nitride

研究概要

本研究の目的は、4.4eV以上の深紫外線を極めて高効率・高感度にセンシングする材料としてダイヤモンドを提案するとともに、従来にない新しい深紫外線のフォトセンシング法を確立することにあった。ショットキーダイオード(SBD)型および金属/ダイヤモンド/金属(MSM)構造型の紫外線センサーデバイスを作製した.SBD型フォトダイオードにおいては、従来になかった極めて熱安定なカーバイドおよびナイトライド整流性電極の開発に成功することによって、高感度且つ極めて熱安定性に優れる深紫外線フォトダイオードの開発に世界で初めて成功した。以上の3年間の研究成果は以下の通りまとめられる。
(1)高品質なダイヤモンド半導体のエピタキシャル単結晶層と耐熱性に優れる高融点金属カーバイド電極から構成されるSBD型フォトダイオードを開発した。このSBDフォトダイオードは紫外線/可視光ブラインド比6桁、550℃で3時間の熱処理を行っても受光感度性能を保持できる極めて優れた熱安定性を持つことがわかった。太陽光の存在する日中においても波長190〜260nmの深紫外線のみを検知し、極めて熱安定で低電圧駆動する「太陽光ブラインド型紫外線センサー」の開発に初めて成功した。
(2)高品質なダイヤモンド半導体のエピタキシャル単結晶層と耐熱性に優れる高融点金属ナイトライド電極から構成されるSBD型フォトダイオードを開発した。このSBDフォトダイオードは、紫外/可視光ブラインド比約6桁の性能および500℃の熱安定性を維持しながら、応答速度0.3秒以下の優れた高速応答性を示すことがわかった。
(3)センサーに応用するために、ワイヤボンディングを含め窒素封入ハーメチックパッケージングを施した実用化デバイスを試作した。(株)アンテックの研究協力により、ダイヤモンド紫外線センサーを用いた火災検知システムの開発に世界で初めて成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Crystallographic and electrical characterization of tungsten carbide thin films for Schottky contact of diamond photodiode (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Y.Liao, Y.Koide, J.Alvarez
  • 雑誌名: J. Vac. Sci. & Tech. B Vol.24, No.1 ページ: 185-189
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Photovoltaic Schottky ultraviolet detector fabricated on boron-doped homoepitxial diamond layer (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Y.Liao, Y.Koide, J.Alvarez
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. Vol.88 ページ: 0335041-0335043
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Crystallographic and electrical characterization of tungsten carbide thin films for Schottky contact of diamond photodiode (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Y.Liao, Y.Koide, J.Alvarez
  • 雑誌名: J.Vac.Sci. & Tech.B 24(1) ページ: 185-189
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Photovoltaic Schottky ultraviolet detector fabricated on boron-doped homoepitxial diamond layer. (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Y.Liao, Y.Koide, J.Alvarez
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. vol.88 ページ: 0335041-0335043
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Enhancement of door ionization in phosphorus-doped n-diamond (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Koide
  • 雑誌名: Appl. Surf.Sci. 244 ページ: 26-29
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Admittance spectroscopy for phosphorus-doped n-type diamond epilayer (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Koide, S.Koizumi, H.Kanda, M.Suzuki, H.Yoshida, N.Sakuma, T.Ono, T.Sakai
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. Vol.86, June 6 ページ: 2321051-2321053
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Thermally-Stable visible-blind Diamond Photodiode Using WC Schottky Contact (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Y.Liao, Y.Koide, J.Alvarez
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 87, July 4 ページ: 0221051-0221053
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Large deep-ultraviolet photocurrent in metal-semiconductor-metal structures fabricated on as-grown boron-doped diamond (2005)
  • 著者名/発表者名: J.Alvarez, M.Y.Liao, Y.Koide
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 87, Sept.12 ページ: 1135071-1135073
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Development of thermally stable, solar-blind deep-ultraviolet diamond photosensor (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Koide, M.Y.Liao, J.Alvarez
  • 雑誌名: Materials Transactions JIM Vol.46, No.09 ページ: 1965-1968
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Thermal Stability of Diamond Photodiodes Using WC as Schottky Contact (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Y.Liao, Y.Koide, J.Alvarez
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. Vol.44, No.11 ページ: 7832-7838
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Admittance spectroscopy of a phosphorus-doped n-diamond homoepitaxial layer (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Koide, S.Koizumi, H.Kanda, M.Suzuki, H.Yoshida, N.Sakuma, T.Ono, T.Sakai
  • 雑誌名: Diamond Relat. Mater. Vol.14, No.11-12 ページ: 2011-2014
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Special issue on narrow and wide-bandgap semiconductor materials - Preface. (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Koide, M.Murakami
  • 雑誌名: Materials Transactions JIM Vol.46, No.9 ページ: 1957-1957
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Simulation of Band Diagram for CVD Diamond Surface Conductivity (2005)
  • 著者名/発表者名: S.Kono, Y.Koide
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. Vol.44, No.12 ページ: 8378-8382
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Tungsten carbide Schottky contact to diamond for thermally stable photodiode (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Y.Liao, Y.Koide, J.Alvarez
  • 雑誌名: Diamond Relat. Mater. Vol.14, No.11-12 ページ: 2003-2006
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Theoretical analysis of electron statistics for n-type diamond (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Koide
  • 雑誌名: Material Science Forum vol.475-479 ページ: 1719-1724
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Analysis for Electron Concentrations in n-Diamond/III-Nitride Heterostructure and Phosphorus delta-Doped Structure in Diamond (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Koide
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. vol.44,No.1A ページ: 55-59
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Enhancement of donor ionization in phosphorus-doped n-diamond (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Koide
  • 雑誌名: Appl.Surf Sci. 244 ページ: 26-29
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Admittance spectroscopy for phosphorus-doped n-type diamond epilayer (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Koide, S.Koizumi, H.Kanda, M.Suzuki, H.Yoshida, N.Sakuma, T.Ono, T.Sakai
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 86,June 6 ページ: 2321051-2321053
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Thermally-Stable visible-blind Diamond Photodiode Using WC Schottky Contact (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Y.Liao, Y.Koide, J.Alvarez
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 87, July 4 ページ: 0221051-0221053
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Large deep-ultraviolet photocurrent in metal-semiconductor-metal structures fabricated on as-grown boron-doped diamond (2005)
  • 著者名/発表者名: J.Alvarez, M.Y.Liao, Y.Koide
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 87,Sept.12 ページ: 1135071-1135073
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Development of thermally stable, solar-blind deep-ultraviolet diamond photosensor (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Koide, M.Y.Liao, J.Alvarez
  • 雑誌名: Materials Transactions JIM vol.46,No.09 ページ: 1965-1968
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Thermal Stability of Diamond Photodiodes Using WC as Schottky Contact. (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Y.Liao, Y.Koide, J.Alvarez
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. vol.44,No.11 ページ: 7832-7838
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Admittance spectroscopy of a phosphorus-doped n-diamond homoepitaxial layer (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Koide, S.Koizumi, H.Kanda, M.Suzuki, H.Yoshida, N.Sakuma, T.Ono, T.Sakai
  • 雑誌名: Diamond Relat.Mater. vol.14,No.11-12 ページ: 2011-2014
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Special issue on narrow and wide-bandgap semiconductor materials-Preface. (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Koide, M.Murakami
  • 雑誌名: Materials Transactions JIM vol.46,No.9 ページ: 1957-1957
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Simulation of Band Diagram for CVD Diamond Surface Conductivity (2005)
  • 著者名/発表者名: S.Kono, Y.Koide
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. Vol.44,No.12 ページ: 8378-8382
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Tungsten carbide Schottky contact to diamond for thermally stable photodiode (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Y.Liao, Y.Koide, J.Alvarez
  • 雑誌名: Diamond Relat.Mater. vol.14,No.11-12 ページ: 2003-2006
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Analysis of electron statistics including compensation and deep-dopant effects for phosphorus-doped n-type diamond (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Koide
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. Vol.43, No.6A ページ: 3307-3310
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Depletion layer in pn-junction of diamond with phosphorus donor and boron acceptor (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Koide
  • 雑誌名: Diamond Relat. Mater. Vol.13, No.11-12 ページ: 1963-1966
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Theoretical analysis of electron statistics for n-type diamond (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Koide
  • 雑誌名: Material Science Forum Vol.475-479 ページ: 1719-1724
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Analysis for Electron Concentrations in n-Diamond/III-Nitride Heterostructure and Phosphorus delta-Doped Structure in Diamond (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Koide
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. Vol.44, No.1A ページ: 55-59
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Analysis of electron statistics including compensation and deep-dopant effects for phosphorus-doped n-type diamond. (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Koide
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. vol.43,No.6A ページ: 3307-3310
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Depletion layer in pn-junction of diamond with phosphorus donor and boron acceptor. (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Koide
  • 雑誌名: Diamond Relat.Mater. vol.13,No.11-12 ページ: 1963-1966
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Peculiarity of depletion region in diamond pn-junction. (2003)
  • 著者名/発表者名: Y.Koide
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. Vol.42, No.1 ページ: 6800-6803
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Characteristics of depletion layer in diamond pn-junction (2003)
  • 著者名/発表者名: Y.Koide
  • 雑誌名: Proceedings of the 2003 Japan-Korea Joint Workshop on Advanced Semiconductor Processes and Equipments August 21-24 ページ: 281-284
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Peculiarity of depletion region in diamond pn-junction. (2003)
  • 著者名/発表者名: Y.Koide
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. vol.42,No.1 ページ: 6800-6803
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Characteristics of depletion layer in diamond pn-junction. (2003)
  • 著者名/発表者名: Y.Koide
  • 雑誌名: Proceedings of the 2003 Japan-Korea Joint Workshop on Advanced Semiconductor Processes and Equipments, August 21-24, 2003, Gangneung, Korea ページ: 281-284
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [産業財産権] ダイヤモンド半導体整流素子 (2006)
  • 発明者名: Y. Koide, M. Liao, J. Alvarez
  • 権利者名: 物資・材料研究機構
  • 産業財産権番号: PCT/JP2006/302048
  • 出願年月日: 2006-02-07
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [産業財産権] ダイヤモンド半導体整流素子 (2005)
  • 発明者名: 小出康夫, リョウ メイヨン, ホセアルバレッツ
  • 権利者名: 物資・材料研究機構
  • 産業財産権番号: 特許、特願2005-038517
  • 出願年月日: 2005-02-16
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [産業財産権] ダイヤモンド紫外光センサー (2005)
  • 発明者名: 小出康夫, リョウ メイヨン, ホセアルバレッツ
  • 権利者名: 物資・材料研究機構
  • 産業財産権番号: 特許、特願2005-2223340
  • 出願年月日: 2005-08-01
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [産業財産権] ダイヤモンド紫外光センサー (2005)
  • 発明者名: 小出康夫, リョウ メイヨン, ホセアルバレッツ
  • 権利者名: 物資・材料研究機構
  • 産業財産権番号: 特許、特願2005-247774
  • 出願年月日: 2005-08-29
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [産業財産権] ダイヤモンド紫外線センサー素子 (2005)
  • 発明者名: 小出康夫, リョウ メイヨン, ホセアルバレッツ
  • 権利者名: 物資・材料研究機構
  • 産業財産権番号: 特許、特願2005-32923
  • 出願年月日: 2005-11-14
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [産業財産権] ダイヤモンド紫外光センサー (2005)
  • 発明者名: Y. Koide, M. Liao, J. Alvarez
  • 権利者名: 物資・材料研究機構
  • 産業財産権番号: PCT/JP2005/21451
  • 出願年月日: 2005-11-22
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [産業財産権] ダイヤモンド紫外光センサー素子 (2004)
  • 発明者名: 小出康夫
  • 権利者名: 物資・材料研究機構
  • 産業財産権番号: 特許、特願2004-124302
  • 出願年月日: 2004-04-20
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [産業財産権] ダイヤモンド紫外光トランジスタ素子 (2004)
  • 発明者名: 小出康夫
  • 権利者名: 物資・材料研究機構
  • 産業財産権番号: 特許、特願2004-124303
  • 出願年月日: 2004-04-20
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [産業財産権] ダイヤモンド紫外光センサー (2004)
  • 発明者名: 小出康夫, リョウ メイヨン, ホセアルバレッツ
  • 権利者名: 物資・材料研究機構
  • 産業財産権番号: 特許、特願2004-340657
  • 出願年月日: 2004-11-25
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より