JP3929669B2

JP3929669B2 - ダイヤモンド膜の製造方法

Info

Publication number: JP3929669B2
Application number: JP2000045833A
Authority: JP
Inventors: 嘉宏横田; 和志林; 信之川上; 浩一宮田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2000-02-23
Filing date: 2000-02-23
Publication date: 2007-06-13
Anticipated expiration: 2020-02-23
Also published as: JP2001233695A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイヤモンド膜及びその製造方法に関し、特に、トランジスタ、ダイオード、各種センサ等の電子装置、ヒートシンク、表面弾性波素子、電子放出材料、Ｘ線窓、光学関連材料、耐摩耗材料、装飾材料及びそのコーティング等に使用されるダイヤモンド膜及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダイヤモンドは耐熱性が優れ、エネルギーギャップが５．５ｅＶと大きいことが特徴であり、通常は絶縁体であるが、不純物をドーピングすることにより半導体化することができる。また、ダイヤモンドは絶縁破壊電圧及び飽和ドリフト速度が大きく、更に誘電率が小さいという優れた電気的特性を有する。このような電気的特性を利用して、ダイヤモンドは、高温、高周波、高電界又は高出力用の電子デバイス及びセンサ等の材料として期待されている。
【０００３】
また、ダイヤモンドのエネルギーギャップが大きいことを利用した紫外線等の短波長領域に対応する光センサ及び発光素子への応用、熱伝導率が大きく、比熱が小さいことを利用した放熱基板材料への応用、物質の中で最も硬いという特性を利用した表面弾性波素子への応用並びに高い光透過性及び屈折率を利用したＸ線窓及び光学材料への応用等が研究されている。更に、ダイヤモンドは、工具の耐摩耗性が必要な部分にも使用されている。
【０００４】
これらの種々の応用において、ダイヤモンドの特性を最大限に発揮させるには、結晶中に存在する結晶構造欠陥を低減した高品質の結晶を合成することが必要である。現在、ダイヤモンドの単結晶は天然ダイヤモンドの採掘によってか又は高温高圧条件により人工的に合成することにより得ることができ、これらはバルク・ダイヤモンドと呼ばれている。この天然又は高温高圧合成により得られるバルク・ダイヤモンドは、その結晶面の大きさが最大でも１ｃｍ²程度と小さく、価格が極めて高い。このため、工業的な利用は、研磨用粉末又は精密切削用刃先等の特定の分野のみに限られている。
【０００５】
一方、ダイヤモンドは、気相合成法により得ることもできる。ダイヤモンドの気相合成法としては、マイクロ波化学気相蒸着（Chemical Vapor Deposition（ＣＶＤ））法（例えば特公昭５９−２７７５４号公報及び特公昭６１−３３２０号公報等）、高周波プラズマＣＶＤ法、熱フィラメントＣＶＤ法、直流プラズマＣＶＤ法、プラズマジェット法、燃焼法及び熱ＣＶＤ法等が知られている。これらの気相合成法では、低コストで、且つ大面積の膜状のダイヤモンドが得られるという特徴を有する。
【０００６】
シリコン等の非ダイヤモンド基板に気相合成されたダイヤモンド膜は、一般にダイヤモンド粒子がランダムに凝集した多結晶であり、結晶粒界が高密度に存在する。この結晶粒界により、ダイヤモンド中を流れるキャリア（電子又ホール等の荷電粒子）がトラップされるか又は散乱されるために、バルク・ダイヤモンドと比べて電気的特性が劣り、電子デバイス又はセンサ等に使用した場合に、これらの性能が実用レベルに達しないという問題点がある。また、光学的には、結晶粒界で光が錯乱されるので、実用化には透過度が低すぎるという問題点がある。
【０００７】
従来、このような高密度の結晶粒界を低減するため、ダイヤモンド結晶粒子がほぼ一定方向に揃った高配向膜の合成方法が報告されている。
【０００８】
その１つとして、Ｓｉ（１００）又はＳｉＣ等の基板上にダイヤモンドを成長させる際、ダイヤモンド成長前に基板に負のバイアスを印加し、ダイヤモンドの結晶方位を揃える技術がある（従来例１）。これにより、基板上で、ダイヤモンド膜の成長を続けると、膜厚が大きくなるにつれて結晶欠陥密度及び結晶粒界密度が減少し、ダイヤモンド膜の上部表面付近の品質が優れたものとなる。
【０００９】
また、高密度の結晶粒界を低減するための別の従来方法としては、単結晶の白金又はイリジウム等の基板を使用してヘテロエピタキシャル成長させる技術がある（従来例２）。
【００１０】
更に、ダイヤモンドは、光学的に極めて透明な材料として知られており、例えば、Ｓｉ基板上に、ホウ素ドープダイヤモンド、アンドープダイヤモンド、及び透明電極を順次積層する等して、発光ダイオードを作製することができる（従来例３）。この発光ダイオードに電気を流すと、ホウ素ダイヤモンド及びアンドープダイヤモンドにおいて、上方に発せされた光を透明電極を通して外部から観察することができる。
【００１１】
更にまた、ダイヤモンドの絶縁特性を利用した素子として、電極間の絶縁耐性を向上するため、白金電極上にダイヤモンドをオーバコートした光伝導素子がある（特開平６−３５０１２０号公報：従来例４、特開平１０−３３５６９０号公報：従来例５）。
【００１２】
従来例４に記載の光伝導素子は、Ｓｉ基板上に第１のダイヤモンド膜を形成し、その上に２本の帯状の導電層を同一直線状にその長手方向端部を数μｍ以上のギャップを介して配置させ、白金電極をパターニングする。そして、この白金電極間に露出した第１のダイヤモンド膜から、白金電極間に第２のダイヤモンドを形成する。このとき、白金電極上にもオーバハングするように第２のダイヤモンド膜を成長させる。このように、白金電極間のギャップ及びギャップ上をダイヤモンド膜で覆うことにより、光伝導素子の高速高耐圧化を図っている。
【００１３】
従来例５の公報の第３実施例として記載の光伝導素子は、正方形のＳｉ基板上にＣＶＤ法により多結晶ダイヤモンド膜を形成した後、この上に積層電極となる白金膜を形成する。白金膜は、このダイヤモンド膜と１辺のみ辺を共有して、他の３辺はダイヤモンド膜より内側になるようにして膜厚が５００ｎｍになるように形成する。更に、この白金膜及び露出している多結晶ダイヤモンド膜上に、この多結晶ダイヤモンド膜と同じ大きさの多結晶ダイヤモンド膜を形成し、更に、その上に白金膜を形成する。このとき白金膜は、下層の白金膜とは対向する１辺のみを多結晶ダイヤモンド膜と共有して、その３辺はダイヤモンド膜より内側になるようにして、膜厚が５００ｎｍになるように形成する。こうして、ダイヤモンド膜と白金膜とを交互に堆積し、白金膜が偶数枚になるように積層する。その後、電極間のショートを防止する短絡防止多結晶ダイヤモンド膜を形成し、側面に積層電極に接続された電極を形成する。これにより、受光部の面積が大きな光伝導素子を得ることができる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例１の技術では、結晶欠陥密度及び結晶粒界密度は膜厚に依存して膜厚が厚くなると減少するため、十分に低い結晶欠陥密度及び結晶粒界密度に達するためには、所定の膜厚以上に成長を続け、膜厚を厚くする必要がある。更に、この技術で成長させたダイヤモンド膜は、基板とダイヤモンド膜との界面付近に、通常の場合と同様、依然として高密度の結晶欠陥及び結晶粒界が存在する。従って、基板とダイヤモンド膜との間で電気を流す構造の素子を作製した場合には、その界面近傍に存在する結晶欠陥及び結晶粒界等が電荷散乱の原因となり、素子の動作速度を遅くしたり、抵抗値を上昇させたりするという問題点がある。
【００１５】
また、従来例２の技術においては、単結晶の白金又はイリジウム等の基板を使用してヘテロエピタキシャル成長た場合、これらの基板では、理想的には低欠陥のダイヤモンド膜が大きな面積で得られるはずであるが、現状では、熱膨張の差により反り又は剥離等が生じ、特に、直径が約５．１ｃｍを超える高品質ダイヤモンド膜を作製することは容易ではないという問題点がある。更に、基板として白金基板を使用した場合は、白金基板が金属光沢を有していたにも拘わらず、ダイヤモンドを成長させた後、基板とダイヤモンドとの界面近傍にグラファイトが共析する等して白金表面が黒色に変色してしまうため、このようなダイヤモンド膜を使用して発光ダイオードを作製すると、白金基板は光の反射板としての作用を果たせない。
【００１６】
更に、従来例３の技術においては、ダイヤモンド結晶中の結晶欠陥、不純物又は結晶粒界等は光を吸収又は散乱するため、結晶欠陥及び結晶粒界の多い基板とダイヤモンド膜との界面付近で光の透過率が低くなる。従って、ダイヤモンドを使用して作製した発光ダイオードに電気を流した場合、上方に発せされた光は透明電極を通して外部から観察することができるが、これと同時に下方に発せられた光は、殆ど高密度の結晶欠陥及び結晶粒界等で吸収され、再び上方へ反射することがない。即ち、発光領域の後方に反射物がないので外部量子効率が悪いという問題点がある。
【００１７】
更にまた、従来例４は光伝導素子であるため、ダイヤモンド膜を白金電極上の必ずしも全面に形成する必要はないが、白金電極上の第２のダイヤモンド膜によるオーバハングを更に長くしたり、電極間の絶縁性を更に高めたり、更に複雑な積層構造が必要であったり、又は光伝導素子以外の素子を作製したりしようとするとき等は、白金電極上の更に広範囲又は白金電極上の全面にダイヤモンドを成膜する必要性が生じる。その場合は、第１のダイヤモンド膜とは全く関係のない新規の核発生によって白金表面からダイヤモンドを成長させる必要があり、従来例１と同様に核発生初期の結晶欠陥及び結晶粒界の密度が高くなるという問題点がある。
【００１８】
また、従来例５の技術では、ダイヤモンド膜を形成する白金膜の膜厚が５００ｎｍとなっている。従来例２の第１及び第２実施例においては白金膜上にダイヤモンドを形成するため、ダイヤモンド粉末による白金膜表面の傷付け処理が行われている。従って、上述した従来例２の第３実施例においても、このような膜厚の白金膜上にダイヤモンド膜を成長させるためには白金膜表面に対して、傷付け処理等の核発生をするための処理を行う必要があり、従って、ダイヤモンド膜を白金膜上に成長させる際にはダイヤモンド膜の結晶欠陥及び結晶粒界の発生を抑制することができず、ダイヤモンド膜の品質が十分でないことにより諸特性が低下するという問題点がある。
【００１９】
このように、ダイヤモンド膜の工業的利用においては、ダイヤモンドの成長初期、即ち基板とダイヤモンド膜との界面近傍に発生する高密度の結晶欠陥及び結晶粒界が高品質ダイヤモンド膜の製造にとって妨げとなる。
【００２０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、成長初期に発生する高密度の結晶粒界及び結晶欠陥を結晶上部へ引き継ぐことなく、結晶欠陥及び結晶粒界密度が小さい高品質のダイヤモンド膜を得ることができるダイヤモンド膜及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るダイヤモンド膜の製造方法は、第１のダイヤモンド膜上に膜厚が０．０５乃至０．５μｍの金属膜を形成する工程と、前記金属膜上に第２のダイヤモンド膜を形成する工程と、を有し、前記金属膜は、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）、イリジウム（Ｉｒ）及び白金（Ｐｔ）からなる群から選択された少なくとも１種の元素を含むものであり、この第２のダイヤモンド膜の形成により、前記金属膜に自発的に孔が形成され、前記第２のダイヤモンド膜は前記孔から前記第１のダイヤモンド膜の結晶方位を受け継いで成長したものであることを特徴とする。
【００２３】
更に、前記金属膜の膜厚は、０．０５乃至２μｍとすることができる。
【００２４】
更にまた、前記金属膜の膜厚は、０．０５乃至０．５μｍとしてもよい。
【００２５】
また、前記第１のダイヤモンド膜及び前記第２のダイヤモンド膜の結晶面は、実質的に（００１）又は（１１１）とすることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のダイヤモンド膜について更に詳しく説明する。本願発明者等は、上述の課題を解決すべく鋭意実験研究した結果、第１のダイヤモンド膜上に第２のダイヤモンド膜を成長させる場合、第２のダイヤモンド膜は、第１のダイヤモンド膜の結晶方位を引き継いで成長するが、両者間に孔を有する金属膜を挿入することにより、第２のダイヤモンド膜の成長開始点を孔の位置のみに制限することができることを見い出した。この成長開始点から成長が始まった第２のダイヤモンド膜は、金属膜の膜厚分成長すると、金属膜の上部表面を覆うように横方向に成長を開始する。このとき、第１のダイヤモンド膜に存在した結晶欠陥は、原理的に、縦方向には引き継がれるが、横方向には引き継がれない。即ち、成長開始点を制限しない場合には、第２のダイヤモンド膜全体に亘って第１のダイヤモンド膜の欠陥が引き継がれるが、本発明の如く、結晶開始点を孔の部分に制限した場合は、結晶開始点以外の金属膜上の第２のダイヤモンド膜には、結晶欠陥が引き継がれない。従って、第２のダイヤモンド膜の大部分は、第１のダイヤモンド膜の結晶欠陥を引き継がず、高品質なダイヤモンド膜を得ることができる。
【００２９】
本発明のダイヤモンド膜は、第１のダイヤモンド膜と、その上の金属膜と、更にその上の第２のダイヤモンド膜とを有し、金属膜は複数個の孔が形成されている。例えば、第２のダイヤモンド膜を使用して電子素子を作製することができるが、このとき、金属膜は、素子の電極として使用することができる。
【００３０】
また、例えば第２のダイヤモンド膜を使用するか、又は第２のダイヤモンド膜を基板として使用し、この上に他の材料を積層して発光素子又は受光素子等の光素子を作製することができるが、このとき金属膜は、光の反射板とすることができる。
【００３１】
更に、金属膜を溶解することにより、第２のダイヤモンド膜を第１のダイヤモンド膜から分離しやすくして第２のダイヤモンド膜を第１のダイヤモンド膜から分離することにより、第２のダイヤモンド膜を高品質の自立膜とすることができる。この場合、例えば大面積のヘテロエピタキシャル・ダイヤモンド基板を核発生の段階から製造しようとすると、極めて高い費用及び長い時間を必要とするが、予めある程度成長した第１のダイヤモンド膜を用意しておけば、これを何度も基板として利用することができる。
【００３２】
金属膜は、第１のダイヤモンド膜上全面に形成されていてもよいが、必要な部分のみに設けられていてもよい。例えば、金属膜により、配線を形成してもよく、この場合、第２のダイヤモンド膜上に適当な形状及び材質の対向電極を設けることにより、電子素子を作製することができる。また、金属膜を光の反射板として利用する場合には、反射させたい部分に任意の形状にパターニングされた金属膜４を形成することができる。
【００３３】
金属膜を形成する材料としては、クロム、モリブデン及びタングステン等のＶＩＡ族の元素、マンガン等のＶＩＩＡ族等の元素、鉄、コバルト、イリジウム、ニッケル、パラジウム及び白金等のＶＩＩＩ族の元素又は金、銀及び銅等のＩＢ族の元素のうち、選択された少なくとも１種以上の元素を含むことにより、金属膜４上に第２のダイヤモンド膜５を成長させたときに、概ね膜状の形態を保つことができる。後述する実施例では、白金について記載しているが、白金に限らず上述の金属は比較的融点が高く、水素を多く含むプラズマ雰囲気等においても気化しにくいため、白金と同様に使用できる。
【００３４】
また、金属膜の膜厚は薄すぎると金属が凝集しやすくなり孔が広がりすぎる。一方、金属膜の膜厚が厚すぎると、第２のダイヤモンド膜の横方向成長が始まるまでに金属の膜厚分だけ成長時間を多く要する。従って、金属膜の膜厚は０．０５乃至２μｍとすることが好ましい。
【００３５】
更に、金属膜にリソグラフィ技術によって孔を設けてもよいが、本願発明者等は、第２のダイヤモンド膜の成長時に、孔が自発的に金属膜に形成されることを見い出した。このとき、金属膜の膜厚が薄すぎると孔が大きくなりすぎる。一方、金属膜の膜厚が厚すぎると孔が開き難くなり、孔が極端に小さくなるか又は孔の単位面積当たりの密度が低くなる。従って、自発的に孔を設ける場合は、金属膜の膜厚を０．０５乃至０．５μｍとすることが好ましい。
【００３６】
孔の大きさは、小さいほど第２のダイヤモンドが第１のダイヤモンドの結晶欠陥及び結晶粒界を引き継ぐ割合が小さくなるため好ましいが、極端に小さいと第２のダイヤモンド膜の成長が開始されにくくなる。また、孔の単位面積当たりの密度が低すぎると、第２のダイヤモンド膜が連続膜になるまで横方向の成長に長時間を要する。一方、孔が大きいと、第２のダイヤモンド膜が引き継ぐ結晶欠陥及び結晶粒界が増加するため、十分な効果が得られない。従って、必要な結晶品質を得るための孔の大きさは第２のダイヤモンド膜の結晶粒の大きさの０．５倍以下、更に好ましくは０．２倍以下とすることが好ましい。例えば、第２のダイヤモンド膜の結晶の大きさを平均１０μｍ程度にしたいときは、孔は、密度を縦及び横が１０μｍの面積に１個の割合で、その大きさを、縦及び横が２μｍ以内に収まるように設けることができる。
【００３７】
また、第１のダイヤモンド膜を、例えば（１００）面又は（１１１）面等の特定の結晶面が表面に現れているものとすれば、第２のダイヤモンド膜も同一の結晶方位を有して成長することになるため、特定の結晶面を有した第２のダイヤモンド膜５を得ることができる。特定の結晶面を有するダイヤモンド膜は、平坦な表面が得られやすいと共に、不純物濃度の制御がしやすくなる等の利点を有する。
【００３８】
更に、第１のダイヤモンド膜及び第２のダイヤモンド膜は、マイクロ波ＣＶＤ法、高周波プラズマＣＶＤ法、熱フィラメントＣＶＤ法、直流プラズマＣＶＤ法、プラズマジェット法、燃焼法及び熱ＣＶＤ法等の気相合成法により合成、成長させることができるが、本発明において、第１及び第２のダイヤモンド膜は特に合成方法を限定するものではない。
【００３９】
以下、本発明の実施例に係るダイヤモンド膜ついて、添付の図面を参照して更に詳しく説明する。図１は、本発明の実施例に係るダイヤモンド素子を示す模式的断面図である。
【００４０】
図１に示すように、本実施例に係るダイヤモンド素子においては、Ｓｉ基板１上に第１のダイヤモンド膜２が形成され、その上に複数の孔３を有する金属膜４がパターニングされて形成されている。更に、この第１のダイヤモンド膜２及び金属膜４上に第２のダイヤモンド膜５が形成されている。金属膜４上に形成された第２のダイヤモンド膜５は、孔３以外の第１のダイヤモンド膜の結晶欠陥及び結晶粒界を引き継がないため、高品質なダイヤモンドとなっている。なお、金属膜４が存在しない領域の第１のダイヤモンド膜２上の第２のダイヤモンド膜５は、第１のダイヤモンド膜の結晶粒界及び結晶欠陥を受け継いでいるため、結晶粒界及び結晶欠陥が多くなっている。
【００４１】
このようなダイヤモンド膜の製造方法としては、Ｓｉ（１００）基板１の表面に核発生処理を行う。次いで、このＳｉ基板上に第１のダイヤモンド膜２を形成する。その後、直流放電スパッタリング法等により、金属膜４を膜厚が０．０５乃至０．５μｍになるように形成する。金属膜４は、必要に応じて、例えば配線等の形状にパターニングする。その後、この上に第２のダイヤモンド膜を成長させる。このとき、金属膜４には自発的に孔３が形成されるため、孔３に露出した第１のダイヤモンド膜２から第１のダイヤモンド膜５が成長する。第２のダイヤモンド膜５は、金属膜４の膜厚分縦方向に成長した後、横方向に成長し、金属膜４上で連続膜となる。
【００４２】
なお、本実施例では金属膜４を０．０５乃至０．５μｍと薄くして、自発的に孔３が形成されるものとしたが、金属膜４を厚く形成したい場合等は、孔３が自発的に形成されにくため、フォトリソグラフィ法等により孔３を形成した後、第２のダイヤモンド膜５を形成することもできる。
【００４３】
本実施例においては、第１のダイヤモンド膜２と第２のダイヤモンド膜５との間に孔３を有する金属膜４が形成されているため、第１のダイヤモンド膜の結晶粒界及び結晶欠陥を引き継がず、高品質なダイヤモンド膜を得ることができる。
【００４４】
【実施例】
次に、本発明方法により実際にダイヤモンド素子を形成した実施例の特性について説明する。下記表１に示す条件で、Ｓｉ（１００）基板に核発生処理を行い、（１００）配向面を有する第１のダイヤモンド膜を合成した。次いで、直流放電スパッタリング法により、白金薄膜を膜厚が０．４μｍになるように堆積した。次に、下記表２に示す条件で、反応器内に水素及びメタンを所定の流量で流し、反応器内を所定の圧力に保持し、第２のダイヤモンド膜を成長させた。表２に示す条件２では、酸素を添加したため、成膜速度は若干低下したが、光の透過率及び正孔の移動度等の品質が向上した。表２に示す条件３では、反応器内のジボランを１０体積ｐｐｍとなるように添加し、ホウ素をドーピングした半導体ダイヤモンド膜を作製した。
【００４５】
【表１】

【００４６】
【表２】

【００４７】
図２は、表２に示す条件１により作製したダイヤモンド素子であって、第２のダイヤモンド膜が成長途中のとき、即ち、第２のダイヤモンド膜が連続膜になる前の第２のダイヤモンド膜の表面を示す走査型電子顕微鏡（Scanning electron microscope（ＳＥＭ））写真である。
【００４８】
図２に示すように、白金薄膜の表面１０上に部分的にダイヤモンド粒子１１が横方向の成長を始めている。このダイヤモンド粒子１１の下部には白金薄膜に形成された孔が形成されているが、ダイヤモンド粒子１１に覆われているため、図２では観察できない。しかしながら、ダイヤモンドが成長を始めていない領域の白金薄膜の表面１０には、自発的に発生した孔１２が複数個存在している。
【００４９】
図３乃至図５は、第２のダイヤモンド膜が横方向に成長して連続膜になった様子を斜め方向からみた表面及び断面を示す写真であって、図４は図３に示す断面を拡大したＳＥＭ写真、図５は更にこの断面を拡大したＳＥＭ写真である。図３に示すように、Ｓｉ基板１３上には、第１のダイヤモンド１４か形成され、その上に白金薄膜１５が、予めリソグラフィ法により、ストライプ状にパターニングされて形成されている。そして、その上に第２のダイヤモンド膜１６が形成されている。従って、第２のダイヤモンド膜１６の表面１７において、白金薄膜１５のある部分とない部分とをストライプ状に観察することができる。
【００５０】
また、図４及び図５においても、白金薄膜１５に形成された孔は明確ではないが、第２のダイヤモンド膜１６が白金薄膜１５上に連続膜状に成長していることがわかる。また、白金薄膜１５が成膜されていない領域１８では、第１のダイヤモンド膜１４と第２のダイヤモンド膜１６とが完全に接しており、結晶欠陥及び結晶粒界が引き継がれている様子を観察することができる。一方、白金薄膜１５が形成されている領域１９においては、白金薄膜１５上の第２のダイヤモンド膜１６は、第１のダイヤモンド膜１４と分離されているため、結晶欠陥等が受け継がれない。
【００５１】
このように、表２に示す条件１乃至３で作製したダイヤモンド素子は、いずれも図１に示すように、金属膜４があると、第２のダイヤモンド膜５は金属膜４上では横方向に成長するため、金属膜４上に形成される第２のダイヤモンド膜５には、第１のダイヤモンド膜２の結晶欠陥及び結晶粒界が殆ど引き継がれず、高品質であった。孔３をくぐり抜けた結晶欠陥等は、第２のダイヤモンド膜５に引き継がれるが、それはごく僅かな領域である。また、孔３を中心に、成長した第２のダイヤモンド膜５において、隣の結晶粒子同士が接した場合、その接合面には結晶粒界又は転位等の結晶欠陥が形成されることがあるが、粒子の接合による結晶粒界の数密度は、孔３の間隔に依存し、適当に拡散させることによって低減することができる。しかし、いずれの場合においても、白金膜上に形成された第２のダイヤモンド中に存在する結晶粒界及び結晶欠陥密度は極めて低いため、高品質である。なお、図１に示すように、金属膜４が存在しない部分に成長したダイヤモンドには、第１のダイヤモンド膜からそのまま引き継がれた結晶粒界及び結晶欠陥が存在するため、低品質になる。
【００５２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、第１のダイヤモンド膜上に白金等からなる複数の孔を有する金属膜を形成し、その上に第２のダイヤモンド膜を形成すので、大部分の第２のダイヤモンド膜は第１のダイヤモンド膜内に存在する結晶欠陥及び結晶粒界を引き継ぐことがない。このため、金属膜上に結晶欠陥及び結晶粒界が少ない高品質な第２のダイヤモンド膜を形成することができる。この金属膜は、このまま埋め込み電極又は反射板等として使用することができ、このようなダイヤモンド素子を使用して高性能の電子素子又は光素子等を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係るダイヤモンド素子を示す模式的断面図である。
【図２】表２に示す条件１により作製したダイヤモンド素子であって、第２のダイヤモンド膜が成長途中のとき、即ち、第２のダイヤモンド膜が連続膜になる前の第２のダイヤモンド膜の表面を示す図面代用写真である（ＳＥＭ写真（倍率：１００００倍））。
【図３】第２のダイヤモンド膜が横方向に成長して連続膜になった様子を斜め方向からみた表面及び断面を示す図面代用写真である（ＳＥＭ写真（倍率：１０００倍））。
【図４】図４は図３に示す断面を拡大して示す図面代用写真である（ＳＥＭ写真（倍率：３０００倍））。
【図５】図５は図４に示す断面を拡大して示す図面代用写真である（ＳＥＭ写真（倍率：１００００倍））。
【符号の説明】
１；基板
２；第１のダイヤモンド膜
３；孔
４；金属膜
５；第２のダイヤモンド膜

Claims

第１のダイヤモンド膜上に膜厚が０．０５乃至０．５μｍの金属膜を形成する工程と、前記金属膜上に第２のダイヤモンド膜を形成する工程と、を有し、前記金属膜は、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）、イリジウム（Ｉｒ）及び白金（Ｐｔ）からなる群から選択された少なくとも１種の元素を含むものであり、この第２のダイヤモンド膜の形成により、前記金属膜に自発的に孔が形成され、前記第２のダイヤモンド膜は前記孔から前記第１のダイヤモンド膜の結晶方位を受け継いで成長したものであることを特徴とするダイヤモンド膜の製造方法。
前記第１のダイヤモンド膜及び前記第２のダイヤモンド膜の結晶面は、（００１）又は（１１１）であることを特徴とする請求項１に記載のダイヤモンド膜の製造方法。
前記金属膜を形成後、前記第２のダイヤモンド膜を形成する前に、前記金属膜を配線の形状又は素子の電極にパターニングすることを特徴とする請求項１に記載のダイヤモンド膜の製造方法。