JP2019108237A - Crystal growth method and crystal laminated structure - Google Patents

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Abstract

To form a high quality cubic crystal, such as diamond or cubic boron nitride into a larger area.SOLUTION: A crystal growth method comprises: epitaxially growing iridium on a first metal layer 101 consisting of nickel (nickel of a single crystal) to form a second metal layer 102 formed so as to cover the surface of the first metal layer 101 and having a thickness of 5 nm or less (a first step); and epitaxially growing a cubic crystal on the second metal layer 102 to form a crystal layer 103 (a second step). The crystal is diamond or cubic boron nitride.SELECTED DRAWING: Figure 1A

Description

本発明は、ダイアモンドまたは立法晶系窒化ホウ素などの立方晶の結晶を成長する結晶成長方法および立方晶の結晶層を備える結晶積層構造に関する。   The present invention relates to a crystal growth method for growing cubic crystals, such as diamond or cubic boron nitride, and to a crystal stack structure comprising a cubic crystal layer.

近年、ワイドバンドギャップ半導体であるダイアモンドや立方晶窒化ホウ素が次世代半導体材料として注目されている。比較的高品質なダイアモンドおよび立方晶窒化ホウ素は、高温高圧下で合成したバルク結晶として得られているが、同時にドーピング制御の多様性やヘテロ構造の作製を目的として結晶成長による薄膜化も試みられている。   In recent years, wide band gap semiconductors such as diamond and cubic boron nitride have attracted attention as next-generation semiconductor materials. Relatively high quality diamond and cubic boron nitride are obtained as bulk crystals synthesized under high temperature and pressure, but at the same time attempts are being made to reduce the film thickness by crystal growth for the purpose of diversity of doping control and preparation of heterostructures. ing.

鈴木 一博、澤邊 厚仁、「ダイアモンドのヘテロエピタキシャル成長」、第５９回応用物理学関係連合講演会 講演予稿集、15p-F5-2、２０１２年。Suzuki Kazuhiro, Sawa Atsushi, “Heteroepitaxial growth of diamond”, Proceedings of the 59th Joint Conference on Applied Physics Related Lectures, 15p-F5-2, 2012. K. Hirama et al., "Heteroepitaxial growth of single-domain cubic boron nitride films by ion-beam-assisted MBE", Applied Physics Express, vol. 10, 035501, 2017.K. Hirama et al., "Heteroepitaxial growth of single-domain cubic boron nitride films by ion-beam-assisted MBE", Applied Physics Express, vol. 10, 035501, 2017. 小林康之、蔡俊瓏、赤坂哲也、「表面科学」、vol. 31, no. 2, pp. 99-105, 2010.Kobayashi Yasuyuki, Toshiya Tsuji, Akasaka Tetsuya, "Surface Science", vol. 31, no.

しかしながら、これまでのところ高品質ダイアモンド薄膜や高品質立方晶窒化ホウ素は、高温高圧合成したバルク結晶を基板としたホモエピタキシャル成長によって作製されており、現実的に大面積化は困難である。   However, so far, high quality diamond thin films and high quality cubic boron nitride have been produced by homoepitaxial growth using bulk crystals synthesized at high temperature and high pressure as substrates, and it is practically difficult to achieve large area.

この中で、ダイアモンド薄膜の大面積化を目指してイリジウム上のダイアモンド基板の薄膜成長が実現している（非特許文献１参照）。ただし、イリジウムとダイアモンドの間には７％以上の格子ミスマッチがあり、ホモエピタキシャルほどの品質は得られていない。   Among them, thin film growth of a diamond substrate on iridium is realized in order to increase the area of the diamond thin film (see Non-Patent Document 1). However, there is a lattice mismatch of 7% or more between iridium and diamond, and the quality as homoepitaxial has not been obtained.

一方、立方晶窒化ホウ素に関しても、ダイアモンド基板上における薄膜化が実現しているが（非特許文献２参照）、そもそもダイアモンド基板自体の大面積化が難しいため、工業的な利点は小さい。   On the other hand, with regard to cubic boron nitride, thin film formation on a diamond substrate has been realized (see Non-Patent Document 2), but it is difficult to increase the area of the diamond substrate itself, so the industrial advantage is small.

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、ダイアモンドまたは立法晶系窒化ホウ素などの立方晶の高品質な結晶が、より大面積に形成できるようにすることを目的とする。   The present invention has been made to solve the problems as described above, and it is possible to form cubic crystals of high quality such as diamond or cubic boron nitride in a larger area. To aim.

本発明に係る結晶成長方法は、ニッケルからなる第１金属層の上にイリジウムをエピタキシャル成長して第２金属層を形成する第１工程と、第２金属層の上に立方晶の結晶をエピタキシャル成長して結晶層を形成する第２工程とを備える。なお、第１工程では、第２金属層を厚さ５ｎｍ以下に形成する。   In the crystal growth method according to the present invention, a first step of epitaxially growing iridium on a first metal layer made of nickel to form a second metal layer, and epitaxially growing cubic crystals on the second metal layer And a second step of forming a crystal layer. In the first step, the second metal layer is formed to a thickness of 5 nm or less.

上記結晶成長方法において、結晶は、ダイアモンドまたは立法晶系窒化ホウ素である。   In the above crystal growth method, the crystal is diamond or cubic boron nitride.

上記結晶成長方法において、第２工程では、第２金属層の上にダイアモンドまたは立法晶系窒化ホウ素からなる結晶をエピタキシャル成長して結晶層を形成し、更に、結晶層の上に立法晶系窒化ホウ素またはダイアモンドからなる他結晶をエピタキシャル成長して他結晶層を形成する第３工程を備えるようにしてもよい。   In the above crystal growth method, in the second step, a crystal made of diamond or cubic boron nitride is epitaxially grown on the second metal layer to form a crystal layer, and furthermore, cubic boron nitride is formed on the crystal layer Alternatively, a third step of epitaxially growing another crystal made of diamond to form another crystal layer may be provided.

本発明に係る結晶積層構造は、ニッケルからなる第１金属層と、第１金属層の上にエピタキシャル成長したイリジウムからなる第２金属層と、第２金属層の上にエピタキシャル成長した立方晶の結晶からなる結晶層とを備える。なお、第２金属層は、厚さ５ｎｍ以下に形成されている。   The crystal layered structure according to the present invention comprises a first metal layer made of nickel, a second metal layer made of iridium epitaxially grown on the first metal layer, and cubic crystals grown epitaxially on the second metal layer. And a crystalline layer. The second metal layer is formed to a thickness of 5 nm or less.

上記結晶積層構造において、結晶は、ダイアモンドまたは立法晶系窒化ホウ素である。   In the crystalline layered structure, the crystals are diamond or cubic boron nitride.

上記結晶積層構造において、結晶は、ダイアモンドまたは立法晶系窒化ホウ素であり、更に、結晶層の上にエピタキシャル成長した立法晶系窒化ホウ素またはダイアモンドからなる他結晶からなる他結晶層を備えるようにしてもよい。   In the above-mentioned crystal layered structure, the crystal is diamond or cubic boron nitride, and further, it may be provided with another crystalline layer consisting of cubic boron nitride or another crystal consisting of diamond epitaxially grown on the crystal layer. Good.

以上説明したように、本発明によれば、ニッケルからなる第１金属層の上にイリジウムをエピタキシャル成長して第２金属層を形成してから、立方晶の結晶層をエピタキシャル成長したので、ダイアモンドまたは立法晶系窒化ホウ素などの立方晶の高品質な結晶が、より大面積に形成できるようになるという優れた効果が得られる。   As described above, according to the present invention, iridium is epitaxially grown on the first metal layer made of nickel to form the second metal layer, and then the cubic crystal layer is epitaxially grown. It is possible to obtain an excellent effect that cubic crystals of high quality such as crystalline boron nitride can be formed in a larger area.

図１Ａは、本発明の実施の形態における結晶成長方法を説明するための途中工程の状態を示す断面図である。FIG. 1A is a cross-sectional view showing a state in the middle of the process for illustrating a crystal growth method according to an embodiment of the present invention. 図１Ｂは、本発明の実施の形態における結晶成長方法を説明するための途中工程の状態を示す断面図である。FIG. 1B is a cross-sectional view showing a state in the middle of the process for illustrating the crystal growth method in the embodiment of the present invention. 図２は、本発明の実施の形態における結晶積層構造の構成を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of a crystal layered structure according to the embodiment of the present invention. 図３は、本発明の実施の形態における他の結晶積層構造の構成を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of another crystal layered structure in the embodiment of the present invention.

以下、本発明の実施の形態おける結晶成長方法について図１Ａ，図１Ｂを参照して説明する。まず、図１Ａに示すように、ニッケル（単結晶のニッケル）からなる第１金属層１０１の上にイリジウムをエピタキシャル成長して第２金属層１０２を形成する（第１工程）。第２金属層１０２は、第１金属層１０１の表面を覆って形成する。ここで、第２金属層１０２は、厚さ５ｎｍ以下に形成する。なお、第１金属層１０１は、ニッケル基板でもよい。   Hereinafter, the crystal growth method in the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A and 1B. First, as shown in FIG. 1A, iridium is epitaxially grown on a first metal layer 101 made of nickel (single crystal nickel) to form a second metal layer 102 (first step). The second metal layer 102 is formed to cover the surface of the first metal layer 101. Here, the second metal layer 102 is formed to a thickness of 5 nm or less. The first metal layer 101 may be a nickel substrate.

次に、図１Ｂに示すように、第２金属層１０２の上に立方晶の結晶をエピタキシャル成長して結晶層１０３を形成する（第２工程）。例えば、よく知られた化学的気相成長法や分子線エピタキシー法により、立方晶の結晶をエピタキシャル成長させればよい。なお、結晶は、ダイアモンドまたは立法晶系窒化ホウ素である。   Next, as shown in FIG. 1B, a cubic crystal is epitaxially grown on the second metal layer 102 to form a crystal layer 103 (second step). For example, cubic crystals may be epitaxially grown by a well-known chemical vapor deposition method or molecular beam epitaxy method. The crystal is diamond or cubic boron nitride.

上述した成長方法により、第１金属層１０１の上にエピタキシャル成長したイリジウムからなる第２金属層１０２と、第２金属層１０２の上にエピタキシャル成長した立方晶の結晶からなる結晶層１０３とを備える結晶積層構造が得られる。第２金属層１０２は、第１金属層１０１の表面を覆って形成されている。第２金属層１０２は、厚さ５ｎｍ以下に形成されている。   A crystal stack including a second metal layer 102 made of iridium epitaxially grown on the first metal layer 101 by the aforementioned growth method, and a crystal layer 103 made of cubic crystals epitaxially grown on the second metal layer 102 The structure is obtained. The second metal layer 102 is formed to cover the surface of the first metal layer 101. The second metal layer 102 is formed to a thickness of 5 nm or less.

また、図２に示すように、基板１１１を用意し、基板１１１の上に第１金属層１０１を形成した後、上述同様に、第２金属層１０２、結晶層１０３を形成してもよい。この場合、基板１１１の上に、ニッケルをエピタキシャル成長することで第１金属層１０１を形成すればよい。   Further, as shown in FIG. 2, after the substrate 111 is prepared and the first metal layer 101 is formed on the substrate 111, the second metal layer 102 and the crystal layer 103 may be formed as described above. In this case, the first metal layer 101 may be formed on the substrate 111 by epitaxial growth of nickel.

なお、第２工程では、第２金属層１０２の上にダイアモンドからなる結晶層１０３を形成し、更に、第３工程として、結晶層１０３の上に立法晶系窒化ホウ素からなる他結晶をエピタキシャル成長することで、図３に示すように、ダイアモンドからなる結晶層１０３と、立法晶系窒化ホウ素からなる他結晶層１０４とが、交互に積層した結晶積層構造としてもよい。なお、結晶層１０３を立法晶系窒化ホウ素とし、他結晶層１０４をダイアモンドとしてもよい。   In the second step, the crystal layer 103 made of diamond is formed on the second metal layer 102, and, in the third step, another crystal made of cubic boron nitride is epitaxially grown on the crystal layer 103. Thus, as shown in FIG. 3, a crystal laminated structure in which crystal layers 103 made of diamond and other crystal layers 104 made of cubic boron nitride may be alternately laminated may be employed. The crystalline layer 103 may be made of orthorhombic boron nitride, and the other crystalline layer 104 may be made of diamond.

以上に示したように、ニッケル単結晶上に５ｎｍ以下のイリジウムの層をエピタキシャル成長させることで、ダイアモンドや立方晶窒化ホウ素との間の格子ミスマッチを制御することができ、高品質ダイアモンドおよび立方晶窒化ホウ素のヘテロ成長が可能となる。   As described above, by epitaxially growing a layer of iridium of 5 nm or less on a nickel single crystal, it is possible to control the lattice mismatch between diamond and cubic boron nitride, and to obtain high quality diamond and cubic nitride Boron heterogrowth is possible.

ここで、イリジウムからなる第２金属層は、単結晶のニッケルからなる第１金属層の面内格子定数を完全に引き継いだ状態、つまり完全に圧縮歪を印加された状態でもよいし、第２金属層を厚くすることで、部分的にイリジウム結晶を緩和させても良い。つまり、第２金属層において、歪の状態を制御することで、第２金属層の表面側に成長したダイアモンドや立方晶窒化ホウ素に印加される歪を制御することが可能となる。   Here, the second metal layer made of iridium may be in a state in which the in-plane lattice constant of the first metal layer made of single crystal nickel is completely taken over, that is, a state in which a compressive strain is completely applied, The iridium crystal may be partially relaxed by thickening the metal layer. That is, by controlling the state of strain in the second metal layer, it is possible to control the strain applied to the diamond or cubic boron nitride grown on the surface side of the second metal layer.

ここで重要となるのは、第２金属層の表面側にダイアモンドもしくは立方晶窒化ホウ素を結晶成長する際、第１金属層のニッケルと、結晶層とが反応しないだけの厚さをもつ第２金属層の備えることである。第１金属層の表面を、完全に第２金属層で覆っているのであれば、第２金属層は、イリジウムの１原子層でもよいが、工業的には３原子層のイリジウムが存在することが望まれる。これは、第２金属層の部分的な欠陥により、ニッケルからなる第１金属層が露出することを避ける意味もあるが、ダイアモンドや立方晶窒化ホウ素が成長する過程で、第１金属層のエッチング効果が無視できないことが大きい。   What is important here is that when crystal growth of diamond or cubic boron nitride is performed on the surface side of the second metal layer, the second metal has a thickness enough to prevent the reaction between the nickel of the first metal layer and the crystal layer. It is the provision of a metal layer. As long as the surface of the first metal layer is completely covered with the second metal layer, the second metal layer may be a single atomic layer of iridium, but industrially, triatomic layer iridium is present Is desired. This also means that partial defects in the second metal layer prevent the first metal layer made of nickel from being exposed, but etching of the first metal layer is likely to occur during the growth of diamond and cubic boron nitride. It is great that the effect can not be ignored.

次に、半導体や異種の単結晶金属基板を用い、この基板上にエピタキシャル成長したニッケルからなる第１金属層を用いる場合、単純には、第１金属層のニッケルが十分緩和し、面内格子定数が本来のニッケルの格子定数となっていても良いが、緩和を意図的に不完全とすることで、最表面の面内格子定数を制御できる。つまり、ニッケルよりも大きな格子定数を持つ基板を用いることで、結晶性を損なわない範囲で、ダイアモンドや立方晶窒化ホウ素との間の格子ミスマッチを制御することが可能となる。このように、異種の基板を用い、この基板の上に第１金属層を形成し、この第１金属層の上に第２金属層をエピタキシャル成長する際、前述の通り完全に歪んだ状態であっても部分的に緩和していても良い。   Next, when using a semiconductor or a different kind of single crystal metal substrate and using the first metal layer made of nickel epitaxially grown on this substrate, simply the nickel of the first metal layer is sufficiently relaxed, and the in-plane lattice constant May be the original lattice constant of nickel, but by intentionally making the relaxation incomplete, it is possible to control the in-plane lattice constant of the outermost surface. That is, by using a substrate having a lattice constant larger than that of nickel, it is possible to control lattice mismatch with diamond and cubic boron nitride without impairing the crystallinity. As described above, when the first metal layer is formed on the different substrate using the different substrate, and the second metal layer is epitaxially grown on the first metal layer, it is completely distorted as described above. However, it may be partially relaxed.

いずれにおいても、第１金属層の表面にエピタキシャル成長する第２金属層の厚さは、格子緩和が生じない数層としても良い。しかし、第１金属層と同様に、第２金属層を一部格子緩和させることで、ダイアモンドや立方晶窒化ホウ素との格子ミスマッチを制御することが可能である。すなわち、第１金属層、第２金属層のどちらも残留歪量を制御することで、ダイアモンド、立方晶窒化ホウ素からなる結晶層に、圧縮歪や引っ張り歪を印加することが可能である。   In any case, the thickness of the second metal layer epitaxially grown on the surface of the first metal layer may be several layers in which lattice relaxation does not occur. However, it is possible to control lattice mismatch with diamond and cubic boron nitride by partially lattice relaxing the second metal layer as in the first metal layer. That is, by controlling the residual strain amount of both the first metal layer and the second metal layer, compressive strain or tensile strain can be applied to the crystal layer made of diamond or cubic boron nitride.

次に、イリジウムからなる第２金属層の上に結晶成長したダイアモンドの上には、立方晶窒化ホウ素を形成することが可能であり、同様に、第２金属層の上に結晶成長した窒化ホウ素の上には、ダイアモンドを形成することが可能である。この場合、ダイアモンドの結晶層と立方晶窒化ホウ素の結晶層とによるシングルヘテロ構造はもちろん、交互に複数のヘテロ構造を積層する超格子も作製可能となる。   Second, cubic boron nitride can be formed on the crystal-grown diamond on the second metal layer made of iridium, and similarly, crystal-grown boron nitride can be formed on the second metal layer. On top of, it is possible to form a diamond. In this case, not only a single heterostructure composed of a crystal layer of diamond and a crystal layer of cubic boron nitride but also a superlattice in which a plurality of heterostructures are alternately stacked can be manufactured.

以下、結晶成長方法についてより詳細に説明する。例えばＭｇＯ基板上に、ニッケルを２００ｎｍ成長し十分に緩和させて第１金属層を形成する。ＭｇＯ基板の面方位は特定しなくてもよい。ニッケルの成長は真空中で、基板温度２５０℃前後で実施すればよい。ニッケルの供給方法は、Ｅガンであっても、スパッタであっても、高温Ｋセルであっても良い。当然ながら、ニッケルの成長に最適な基板温度は、成長速度、成長方法によって多少異なる。ニッケルを成長して第１金属層を形成した後、水素中もしくは水素分圧が５Ｔｏｒｒ以上の減圧環境下、基板温度１０００℃前後で第１金属層を加熱することで、第１金属層におけるニッケルの結晶性が向上する。   Hereinafter, the crystal growth method will be described in more detail. For example, 200 nm of nickel is grown on a MgO substrate and sufficiently relaxed to form a first metal layer. The plane orientation of the MgO substrate may not be specified. The growth of nickel may be performed at a substrate temperature of about 250 ° C. in vacuum. The supply method of nickel may be E gun, sputtering or high temperature K cell. Of course, the optimum substrate temperature for nickel growth differs somewhat depending on the growth rate and growth method. After nickel is grown to form the first metal layer, the nickel in the first metal layer is heated by heating the first metal layer at a substrate temperature of about 1000 ° C. in hydrogen or in a reduced pressure environment where the hydrogen partial pressure is 5 Torr or more. Improves the crystallinity of

なお、基板は、単結晶であれば、サファイア基板、窒化物基板、ＳｉＣ基板、金属（ニッケル基板であっても、他の金属基板でもよい。ただし、立方晶窒化ホウ素やダイアモンドの結晶成長温度（１１００℃前後）に耐えることが可能な材料であることが必要である。   Note that the substrate may be a sapphire substrate, a nitride substrate, an SiC substrate, or a metal (a nickel substrate or another metal substrate as long as it is single crystal, but the crystal growth temperature of cubic boron nitride or diamond ( It is necessary that the material can withstand around 1100 ° C.).

次に、第１金属層の上に、イリジウムを厚さ１ｎｍ以上５ｎｍ以下にエピタキシャル成長し、第２金属層を形成する。第２金属層は、５ｎｍよりも厚くすることで、部分的に緩和させることもある。イリジウムの供給方法は、Ｅガンであっても、スパッタであっても良い。高温Ｋセルを用いた場合、成長速度は著しく遅くなるが高品質なイリジウムが得られる。   Next, iridium is epitaxially grown to a thickness of 1 nm or more and 5 nm or less on the first metal layer to form a second metal layer. The second metal layer may be partially relaxed by making it thicker than 5 nm. The iridium supply method may be E gun or sputtering. In the case of using a high temperature K cell, the growth rate is extremely slow but high quality iridium can be obtained.

このようにして成長したイリジウムによる第２金属層は、面内に圧縮歪を含有し、面内格子定数は単結晶ニッケルに等しくなる。本来、第２金属層は、イリジウムの１原子層を堆積させればよいが、工業的にはニッケルからなる第１金属層の表面を完全に被覆させるため、３層以上堆積させたて形成した方が安定である。   The second metal layer of iridium thus grown contains in-plane compressive strain, and the in-plane lattice constant is equal to single crystal nickel. Essentially, the second metal layer may be deposited by one atomic layer of iridium, but industrially formed by depositing three or more layers in order to completely cover the surface of the first metal layer made of nickel. Is more stable.

上述したように形成した第２金属層の表面上に、立方晶窒化ホウ素やダイアモンドをエピタキシャル成長することで結晶層の形成が可能となる。   By epitaxially growing cubic boron nitride or diamond on the surface of the second metal layer formed as described above, it becomes possible to form a crystal layer.

上述したことにより作製できる立方晶窒化ホウ素の結晶層とダイアモンドの結晶層とによるヘテロ構造は、立方晶窒化ホウ素の結晶層を障壁層としダイアモンドの結晶層を井戸層とした量子井戸構造を作製すれば、第１金属層、第２金属層をゲート電極として用いた結晶層の伝導性制御が可能となる。このような構造は、基板の方位としては（００１）面、（１１１）面に限らずあらゆる面に応用できるが、ダイアモンドを結晶成長する場合は（００１）面を用いた場合がより容易である。   The heterostructure of the cubic boron nitride crystal layer and the diamond crystal layer, which can be manufactured as described above, can be used to form a quantum well structure with the cubic boron nitride crystal layer as the barrier layer and the diamond crystal layer as the well layer. For example, the conductivity of the crystal layer can be controlled using the first metal layer and the second metal layer as the gate electrode. Such a structure can be applied not only to the (001) plane and the (111) plane as the orientation of the substrate, but it is easier to use the (001) plane in the case of crystal growth of diamond. .

以上に説明したように、本発明によれば、ニッケルからなる第１金属層の上にイリジウムをエピタキシャル成長して第２金属層を形成し、この上に立方晶の結晶をエピタキシャル成長して結晶層を形成するようにしたので、ダイアモンドまたは立法晶系窒化ホウ素などの立方晶の高品質な結晶が、より大面積に形成できるようになる。   As described above, according to the present invention, iridium is epitaxially grown on the first metal layer made of nickel to form a second metal layer, and cubic crystals are epitaxially grown thereon to form the crystal layer. Since it is formed, high quality crystals of cubic crystals such as diamond or cubic boron nitride can be formed in a larger area.

ところで、ダイアモンドおよび立方晶窒化ホウ素に対して格子ミスマッチの小さい材料として、ニッケルが存在する。しかしながら、ニッケルを成長基板として用いることは極めて難しいことが判明している。例えば、ダイアモンドの場合、ニッケルに炭素が固溶してしまい、またニッケル表面にはＳＰ2結合のグラフェンライクカーボンなどダイアモンドと異なる結晶構造を持つ炭素が生成しやすい。窒化ホウ素の場合も、ニッケル表面にはＢとＮのＳＰ2結合による六方晶窒化ホウ素が生成してしまい、立方晶窒化ホウ素を得ることは難しい（非特許文献３参照）。 By the way, nickel exists as a material having a small lattice mismatch to diamond and cubic boron nitride. However, it has been found that using nickel as a growth substrate is extremely difficult. For example, in the case of diamond, carbon is solid-solved in nickel, and carbon having a crystal structure different from that of diamond, such as graphene-like carbon of SP 2 bonding, is likely to be formed on the nickel surface. Also in the case of boron nitride, hexagonal boron nitride is formed on the nickel surface by SP 2 bond of B and N, and it is difficult to obtain cubic boron nitride (see Non-Patent Document 3).

これに対し、本発明では、ニッケルの上をイリジウムで覆い、この上に、ダイアモンドまたは立法晶系窒化ホウ素などの立方晶の結晶をエピタキシャル成長するので、上述したような問題が発生しない。   On the other hand, in the present invention, since iridium is covered on the nickel and a cubic crystal such as diamond or cubic boron nitride is epitaxially grown thereon, the above-mentioned problems do not occur.

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。   The present invention is not limited to the embodiments described above, and many modifications and combinations can be made by those skilled in the art within the technical concept of the present invention. It is clear.

１０１…第１金属層、１０２…第２金属層、１０３…結晶層、１０４…他結晶層。   101: first metal layer 102: second metal layer 103: crystalline layer 104: other crystalline layer

Claims (8)

ニッケルからなる第１金属層の上にイリジウムをエピタキシャル成長して第２金属層を形成する第１工程と、
前記第２金属層の上に立方晶の結晶をエピタキシャル成長して結晶層を形成する第２工程と
を備えることを特徴とする結晶成長方法。 A first step of epitaxially growing iridium on a first metal layer made of nickel to form a second metal layer;
A second step of epitaxially growing cubic crystals on the second metal layer to form a crystal layer. 請求項１記載の結晶成長方法において、
前記第１工程では、前記第２金属層を厚さ５ｎｍ以下に形成することを特徴とする結晶成長方法。 In the crystal growth method according to claim 1,
In the first step, the second metal layer is formed to a thickness of 5 nm or less. 請求項１または２記載の結晶成長方法において、
前記結晶は、ダイアモンドまたは立法晶系窒化ホウ素である
ことを特徴とする結晶成長方法。 In the crystal growth method according to claim 1 or 2,
The crystal growth method characterized in that the crystal is diamond or cubic boron nitride. 請求項３記載の結晶成長方法において、
前記第２工程では、前記第２金属層の上にダイアモンドまたは立法晶系窒化ホウ素からなる前記結晶をエピタキシャル成長して前記結晶層を形成し、
更に、前記結晶層の上に立法晶系窒化ホウ素またはダイアモンドからなる他結晶をエピタキシャル成長して他結晶層を形成する第３工程を備える
ことを特徴とする結晶成長方法。 In the crystal growth method according to claim 3,
In the second step, the crystal layer is formed by epitaxially growing the crystal made of diamond or cubic system boron nitride on the second metal layer,
Furthermore, the crystal growth method is characterized by comprising a third step of epitaxially growing another crystal made of cubic boron nitride or diamond on the crystal layer to form another crystal layer. ニッケルからなる第１金属層と、
前記第１金属層の上にエピタキシャル成長したイリジウムからなる第２金属層と、
前記第２金属層の上にエピタキシャル成長した立方晶の結晶からなる結晶層と
を備えることを特徴とする結晶積層構造。 A first metal layer made of nickel,
A second metal layer of iridium epitaxially grown on the first metal layer;
A crystalline laminated structure comprising a cubic crystal grown epitaxially on the second metal layer. 請求項５記載の結晶積層構造において、
前記第２金属層は、厚さ５ｎｍ以下に形成されていることを特徴とする結晶積層構造。 In the crystal layered structure according to claim 5,
A crystal laminate structure, wherein the second metal layer is formed to a thickness of 5 nm or less. 請求項５または６記載の結晶積層構造において、
前記結晶は、ダイアモンドまたは立法晶系窒化ホウ素であることを特徴とする結晶積層構造。 In the crystal layered structure according to claim 5 or 6,
A crystalline laminated structure characterized in that the crystal is diamond or cubic boron nitride. 請求項６記載の結晶積層構造において、
前記結晶は、ダイアモンドまたは立法晶系窒化ホウ素であり、
更に、前記結晶層の上にエピタキシャル成長した立法晶系窒化ホウ素またはダイアモンドからなる他結晶からなる他結晶層を備える
ことを特徴とする結晶積層構造。 In the crystal layered structure according to claim 6,
The crystal is diamond or cubic boron nitride,
Furthermore, a crystalline laminated structure comprising: an epitaxially grown epitaxial boron nitride or another crystalline layer made of another crystalline made of diamond on the crystalline layer.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6998634B1 (en) 2020-10-22 2022-01-18 国立大学法人長岡技術科学大学 A diamond-forming structure and a method for manufacturing a diamond-forming structure.

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04360509A (en) * 1991-06-07 1992-12-14 Sumitomo Electric Ind Ltd Cubic system boron nitride substrate and its manufacture
JPH08259387A (en) * 1995-03-24 1996-10-08 Kobe Steel Ltd Substrate for vapor phase synthesis of single crystal diamond film
JP2005219962A (en) * 2004-02-05 2005-08-18 Sumitomo Electric Ind Ltd Diamond single crystal substrate and its manufacturing method
JP2015044700A (en) * 2013-08-27 2015-03-12 日本電信電話株式会社 Substrate for diamond growth and manufacturing method for the same, and manufacturing method for large-area single-crystal diamond thin film and self-supporting film using the same
JP2015059069A (en) * 2013-09-19 2015-03-30 独立行政法人産業技術総合研究所 Manufacturing method of single crystal diamond

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04360509A (en) * 1991-06-07 1992-12-14 Sumitomo Electric Ind Ltd Cubic system boron nitride substrate and its manufacture
JPH08259387A (en) * 1995-03-24 1996-10-08 Kobe Steel Ltd Substrate for vapor phase synthesis of single crystal diamond film
JP2005219962A (en) * 2004-02-05 2005-08-18 Sumitomo Electric Ind Ltd Diamond single crystal substrate and its manufacturing method
JP2015044700A (en) * 2013-08-27 2015-03-12 日本電信電話株式会社 Substrate for diamond growth and manufacturing method for the same, and manufacturing method for large-area single-crystal diamond thin film and self-supporting film using the same
JP2015059069A (en) * 2013-09-19 2015-03-30 独立行政法人産業技術総合研究所 Manufacturing method of single crystal diamond

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6998634B1 (en) 2020-10-22 2022-01-18 国立大学法人長岡技術科学大学 A diamond-forming structure and a method for manufacturing a diamond-forming structure.
JP2022068862A (en) * 2020-10-22 2022-05-10 国立大学法人長岡技術科学大学 Structure for forming diamond and manufacturing method of structure for forming diamond

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