JP5053553B2 - 単結晶ダイヤモンド成長用基材の製造方法 - Google Patents
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Description
従って、ダイヤモンドは、高周波・高出力電子デバイスに適した究極の半導体と云われている。
現在、ダイヤモンド半導体作製用の単結晶ダイヤモンドは、高圧法で合成されたIb型と呼ばれるダイヤモンドがほとんどである。このIb型ダイヤモンドは、窒素不純物を多く含み、かつ5mm角程度のサイズ迄しか得られず、実用性は低い。
また、本発明は、前記方法で製造された単結晶ダイヤモンドを含む積層基板を提供する。
前述のように、従来、予めダイヤモンドの核を形成すべくバイアス処理を行っても、該バイアス処理を行った基材上に単結晶ダイヤモンドを確実に成長させることができないという問題があった。このため、本発明者は、バイアス処理の条件について鋭意研究を重ねた。
基材表面の温度は、CHINO社製放射温度計IR-CAI2CSで測定することができる。
該放射温度計の検出素子はInGaAsで測定波長は1.55μmであり、300℃から1600℃までの温度測定が可能である。測定の際には、測定対象である基材表面がIrであり、結晶性、表面形状、測定温度、測定波長などで定まる放射率を設定する必要が有るが、厳密な設定は困難なので、一般的に知られている波長0.65μmでの固体Irの放射率0.30に設定すると良い。(取り扱い説明書:CHINO INST No.IR-274-P5CEのPage15を参照)。
実際の測定は、例えば、チャンバー外部に放射温度計を三脚を用いて設置し、チャンバーに設置されている石英ウインドウを通してチャンバー内の基材表面に照準を合わせて行うことができる。
前記バイアス処理における電流密度を120〜230mA/cm2とするのが好ましい。
すなわち、前記バイアス処理前のダイヤモンド成長用基材として、単結晶イリジウム(Ir)を用いることができる。
また、本発明は、前記方法で製造された単結晶ダイヤモンドを含む積層基板を提供する。
(実施例1)
10.0mm角、厚さが0.5mmで方位(100)の両面研磨単結晶MgO基材を用意した。
そして、このMgO基材のダイヤモンド製膜を行う面側にIr膜をヘテロエピタキシャル成長させた。電気的導通のために、さらに、裏面にもIr膜を成長させた。
先ず、バイアス処理前の準備として、基材を負電圧印加電極(カソード)上にセットし、真空排気を行った。次に、基材を加熱し(1回目の加熱)、基材温度を5分間で648℃まで昇温させた(図1(a))。次に、CH4/H2ガスを導入し、導入し、ベースプレッシャーを115Torr(1.53×10 4 Pa)とした。次に、再び基材を加熱し(2回目の加熱)、基材温度を、5分間で461℃まで昇温させた(図1(b))。
実施例1と同様にして、MgO基材のダイヤモンド製膜を行う面側にIr膜をヘテロエピタキシャル成長させた。電気的導通のために、さらに、裏面にもIr膜を成長させた。
次に、この基材のIr膜の表面にダイヤモンドの核を形成するためのバイアス処理を行った。
先ず、バイアス処理前の準備として、基材を負電圧印加電極(カソード)上にセットし、真空排気を行った。次に、基材を加熱し(1回目の加熱)、基材温度を5分間で538℃まで昇温させた(図2(a))。次に、CH4/H2ガスを導入し、導入し、ベースプレッシャーを115Torr(1.53×10 4 Pa)とした。次に、再び基材を加熱し(2回目の加熱)、基材温度を、5分間で423℃まで昇温させた(図2(b))。
実施例1と同様にして、MgO基材のダイヤモンド製膜を行う面側にIr膜をヘテロエピタキシャル成長させた。電気的導通のために、さらに、裏面にもIr膜を成長させた。
次に、この基材のIr膜の表面にダイヤモンドの核を形成するためのバイアス処理を行った。
すなわち、処理前に所定の準備をした後、DC電圧(400mA)を印加した。この時、基材温度を40秒で852℃まで、さらに90秒で887℃まで昇温させることができた(図3)。
Claims (4)
- 単結晶ダイヤモンド成長用基材の製造方法において、少なくとも、ダイヤモンド成長前の基材に対して予め基材側電極をカソードとした直流放電でダイヤモンド核形成を行うバイアス処理を、雰囲気を水素希釈メタンとし、その濃度をCH4/(CH4+H2)=0.5〜5.0vol.%とし、その圧力を1.40×104〜2.00×104Paとし、前記カソードでの電流密度を120〜230mA/cm2とし、該処理において、バイアス処理開始後40秒〜90秒の間のバイアス処理期間の基材温度を800℃±60℃に保つことを特徴とする単結晶ダイヤモンド成長用基材の製造方法。
- 前記バイアス処理前のダイヤモンド成長用基材として、単結晶イリジウム(Ir)を用いることを特徴とする請求項1に記載の単結晶ダイヤモンド成長用基材の製造方法。
- 前記バイアス処理前のダイヤモンド成長用基材として、単結晶MgO基材上にヘテロエピタキシャル成長させたIr膜を用いることを特徴とする請求項1に記載の単結晶ダイヤモンド成長用基材の製造方法。
- 請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のバイアス処理を行った基材に対して、マイクロ波CVD法あるいは直流プラズマCVD法により、基板温度700℃〜1400℃の条件で成長し、単結晶ダイヤモンドを含む積層基板を製造することを特徴とする積層基板の製造方法。
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