JP5239574B2 - 気相合成法で作製されたダイヤモンド単結晶基板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
そこで、気相合成法による単結晶のエピタキシャル成長させる条件が検討されており、さらには気相合成法により大面積の単結晶を製造する方法が検討されている。
例えば、特許文献1には複数の単結晶ダイヤモンドの方位をそろえて並べ、これの上にダイヤモンドを気相合成法により成長させることによりダイヤモンド単結晶を製造する方法が開示されている。しかし、このような方法で製造されたダイヤモンド単結晶は結晶欠陥が多く、光学用や半導体基板としては充分な品質ではない。
さらに、単結晶基板上へ気相合成法で成長させる際に、作製ガス中に窒素を含有させることで成長速度を上げることが可能となり、大面積、厚膜品を作製するコストを著しく下げることができる技術も開示されている(特許文献2)。
そこで本発明は、短時間かつ低コストで大面積、厚膜品のダイヤモンド単結晶を提供することを目的とする。また、抵抗率の高い気相合成法で作製したダイヤモンド単結晶基板を提供することを目的とする。
(1)ダイヤモンド単結晶基板であって、該基板内の炭素原子に対する窒素原子の含有量が5.1ppm以上100ppm以下であり、かつ、基板内の炭素原子に対するSi原子の含有量が1.0ppm以上100ppm以下であり、該基板における抵抗率が1.0×1016Ω・cm以上であることを特徴とする気相合成法で作製されたダイヤモンド単結晶基板である。
ダイヤモンド単結晶基板を得るためには、例えば高温高圧合成で作製した単結晶基板上に気相合成法により成長をさせる方法が一般的であり、この気相合成法で作製したもののみを取り出すことで所望のダイヤモンド単結晶基板を得ることができる。
気相合成法によるダイヤモンド単結晶基板の作製時に使用するガスは、水素と、炭素源を含んだガス、例えばアセトンやメタンといったものである。この際、ガス中に窒素を添加することで成膜速度を向上させることができる。これにより製造スピードが上がり、大面積、厚膜品作製のコストを低減することができる。この場合元の基板が、高温高圧基板でなく気相合成法で作製した基板であっても問題はない。
窒素含有量は、成長中に添加する窒素量、基板温度、マイクロ波出力等を変更することで調整可能である。また抵抗率が1.0×1016Ω・cmよりも小さい場合には、漏れ電流の発生が大きくなり半導体として使用することができない。抵抗率を上げるためには、作製時にSiを含んだ治具を使用することで、Siを含ませることが可能となる。
また電子部品などのデバイスへダイヤモンド単結晶基板を使用するためには、基板厚1mm以上の厚みが必要である。基板厚1mm未満では加工等を行う際に、割れや穴が空いてしまい使用できない。
6mm×4mm、厚さ0.45mmの人工Ib型単結晶{100}基板を用意して、マイクロ波プラズマCVDによるエピタキシャル成長を行った。ここで、基板温度は1050℃、圧力100Torrでおこなった。
導入したガスはメタン200sccm(standard cubiccm)、水素1000sccmとした。8枚の人工Ib型単結晶基板について、夫々前記のガス条件で成長を行い、全ての基板について気相合成で成長させた部分のみ切り出しを行なった。
それぞれの基板について、SIMSによる炭素原子に対する窒素原子及びSi原子の含有量を測定した。また、抵抗率についても測定を行なった。結果は表1の通りである。No.1〜6は成長を行なう際に、図1に示す如く基板1の側面を保護した形でMo板3上にSi基板2を配置した。No.6〜8はMo板3の上に基板1を配置したのみとし、周辺にSi基板2は配置しなかった。添加する窒素ガスは0.1〜50sccmの範囲で調整した。全て気相合成で作製した部分の厚みが1.5mm以上となるように成長を行なった。
さらに、上記と同様の製造方法をとるが、作製品の厚みが1.1mmになるもの(No.9)と0.9mmとなるもの(No.10)をそれぞれ1枚づつ作製した。
2 Si基板
3 Mo板
Claims (3)
- ダイヤモンド単結晶基板であって、該基板内の炭素原子に対する窒素原子の含有量が5.1ppm以上100ppm以下であり、かつ、基板内の炭素原子に対するSi原子の含有量が1.0ppm以上100ppm以下であり、該基板における抵抗率が1.0×1016Ω・cm以上であることを特徴とする気相合成法で作製されたダイヤモンド単結晶基板。
- 前記単結晶基板が、厚み1mm以上であることを特徴とする請求項1に記載の気相合成法で作製されたダイヤモンド単結晶基板。
- 種基板であるダイヤモンド単結晶を用意する工程と、前記ダイヤモンド単結晶から気相合成法によって単結晶を成長させる工程と、を有し、前記単結晶を成長させる工程において、単結晶基板中の炭素原子に対する窒素原子の含有量が5.1ppm以上100ppm以下となるように窒素ガスを添加すると共に前記ダイヤモンド単結晶の周辺にSi基板を配置することにより、単結晶基板中の炭素原子に対するSi原子の含有量を1.0ppm以上100ppm以下とし、抵抗率が1.0×1016Ω・cm以上であるダイヤモンド単結晶基板を得ることを特徴とするダイヤモンド単結晶基板の製造方法。
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