JP5468528B2 - 単結晶ダイヤモンド成長用基材及びその製造方法並びに単結晶ダイヤモンド基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、単結晶ダイヤモンド成長用基材及び単結晶ダイヤモンド基板の製造方法に関する。

ダイヤモンドは、５．４７ｅＶのワイドバンドギャップで絶縁破壊電界強度も１０ＭＶ／ｃｍと非常に高い。さらに物質で最高の熱伝導率を有することから、これを電子デバイスに用いれば、高出力電力デバイスとして有利である。

また、ダイヤモンドは、ドリフト移動度も高く、Ｊｏｈｎｓｏｎ性能指数を比較しても、半導体の中で最も高速電力デバイスとして有利である。
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。そのため、基板として、単結晶のダイヤモンドを利用した各種電子デバイスの研究が進められている。

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、多くの場合が高温高圧法（ＨＰＨＴ）で合成されたＩｂ型もしくは純度を高めたＩＩａ型と呼ばれるダイヤモンドである。
しかしながら、ＨＰＨＴ単結晶ダイヤモンドは結晶性が高いものが得られる一方で大型化が困難で、サイズが大きくなると極端に価格が高くなり、デバイス用基板としての実用化を困難としている。

そこで、大面積でかつ安価な単結晶ダイヤモンド基板を提供するために、気相法によって合成されたＣＶＤ単結晶ダイヤモンドも研究されている。
最近では単結晶ダイヤモンドとして、ＨＰＨＴ単結晶ダイヤモンド基材（種基材）上に直接気相合成法でホモエピタキシャル成長させたホモエピタキシャルＣＶＤ単結晶ダイヤモンドも報告されている（非特許文献１参照）。

当該方法では、基材と成長した単結晶ダイヤモンドとが同材料のためそれらの分離が困難で、そのために、基材に予めイオン注入が必要であることや、成長後も長時間のウェットエッチング分離処理が必要なことなど、コストの面で課題がある。また、得られる単結晶ダイヤモンドの結晶性も基材へのイオン注入があるため、ある程度の低下は生じてしまう問題がある。

他の方法としては、単結晶ＭｇＯ基材（種基材）にヘテロエピタキシャル成長させた単結晶イリジウム（Ｉｒ）膜上に、ＣＶＤ法でヘテロエピタキシャル成長させたＣＶＤ単結晶ダイヤモンドも報告されている（非特許文献２参照）。

しかしながら、当該方法では単結晶ＭｇＯ基板と単結晶Ｉｒ膜を介して成長させた単結晶ダイヤモンド間で発生する応力（内部応力と熱応力の和）のため、基材と成長させた単結晶ダイヤモンドが細かく割れてしまう問題がある。

第２０回ダイヤモンドシンポジウム講演要旨集（２００６）， ｐｐ．６−７． Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３５（１９９６）ｐｐ．Ｌ１０７２−Ｌ１０７４

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、大面積で結晶性の良い単結晶ダイヤモンドを成長させることができ、高品質の単結晶ダイヤモンド基板を安価に製造できる単結晶ダイヤモンド成長用基材及び単結晶ダイヤモンド基板の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明では、単結晶ダイヤモンドを成長させるための基材であって、少なくとも、線膨張係数がＭｇＯよりも小さく、かつ０．５×１０^−６／Ｋ以上の材料からなるベース基材と、該ベース基材の前記単結晶ダイヤモンドを成長させる側に貼り合わせ法で形成した単結晶ＭｇＯ層と、該単結晶ＭｇＯ上にヘテロエピタキシャル成長させたイリジウム膜、ロジウム膜、白金膜のいずれかからなる膜を有するものであることを特徴とする単結晶ダイヤモンド成長用基材を提供する。

このように、線膨張係数がＭｇＯよりも小さく、かつ０．５×１０^−６／Ｋ以上の材料からなるベース基材表面と、表面を平滑研磨した単結晶ＭｇＯを貼り合わせて得られる高結晶性な単結晶ＭｇＯ層上にイリジウム膜、ロジウム膜、白金膜を結晶性良く成長でき、その基材上に単結晶ダイヤモンドを成長させることで、高結晶性の単結晶ダイヤモンドを得ることができる。
また、線膨張係数がＭｇＯよりも小さく、かつ０．５×１０^−６／Ｋ以上の材料からなるベース基材であれば、ダイヤモンドとの熱膨張係数が比較的近く、単結晶ダイヤモンド成長時の熱膨張により生じる応力が小さくでき、単結晶ダイヤモンドや基材が割れることもほとんどない。また、このようなベース基材上にＭｇＯ層、さらにはイリジウム膜、ロジウム膜、白金膜のいずれかからならなる膜を有することで、単結晶ダイヤモンド成長時に良好なバッファ層として機能する。
そしてＭｇＯ層は、単結晶ＭｇＯ基板とベース基材とを貼り合わせて形成したものであり、ＭｇＯ層をヘテロエピタキシャル成長させるよりも容易に高結晶性の単結晶ＭｇＯ層を形成でき、高い生産性で製造されたものとなる。
以上より、本発明の単結晶ダイヤモンド成長用基材であれば、大面積で高結晶性の単結晶ダイヤモンドを低コストに成長させることができる基材となる。

ここで、前記ベース基材が、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｓｉ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ダイヤモンド、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４のいずれかからなるものとすることができる。
ベース基材が、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｓｉ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＯ_２のいずれかからなるものは、安価であり、また平滑な研磨表面を得ることができる。また、ダイヤモンド（ＨＰＨＴ、多結晶）からなるものであれば、成長させるダイヤモンドと同一材料であるため、熱膨張による応力はほとんど生じず、大面積の単結晶ダイヤモンドを得ることができる基材となる。

このとき、前記ベース基材の厚さが、０．０３〜２０．００ｍｍであることが好ましい。
このような厚さのベース基材であれば、ハンドリングが容易である。また、厚さが２０．００ｍｍ以下であれば、両面研磨等も良好に行うことができる。

このとき、前記単結晶ＭｇＯ層の厚さが、０．１〜１００μｍであることが好ましい。
このように、単結晶ＭｇＯ層の厚さは、０．１μｍ以上あれば加工技術上、膜厚均一性が高いものとなり、厚さが１００μｍ以下であれば基材や単結晶ダイヤモンドとの間に発生する応力が小さいため、確実に単結晶ダイヤモンドを成長させることができる。

このとき、前記イリジウム膜、前記ロジウム膜、前記白金膜のいずれかの膜を、前記単結晶ＭｇＯ層上にスパッター法でヘテロエピタキシャル成長させたものとすることができる。
このように、本発明の基材のイリジウム膜、ロジウム膜、白金膜は、スパッター法でヘテロエピタキシャル成長させたものとすることができる。

このとき、前記イリジウム膜、前記ロジウム膜、前記白金膜のいずれかの膜の厚さが、５Å〜１００μｍであることが好ましい。
このように、イリジウム膜、ロジウム膜、白金膜のいずれかの膜の厚さが５Å以上あれば膜厚均一性と結晶性が十分に高くなる。また厚さが１００μｍ以下であれば基材や単結晶ダイヤモンドとの間に発生する応力が小さいため、確実に単結晶ダイヤモンドを成長させることができ、さらには安価な基材となる。

このとき、前記イリジウム膜、前記ロジウム膜、前記白金膜のいずれかの膜の表面が、バイアス処理を施したものであることが好ましい。
このように、バイアス処理を施したものであれば、表面にダイヤモンド成長核が形成できるため、単結晶ダイヤモンドを結晶性よく、十分な成長速度で成長させることができる基材となる。

また、本発明では、単結晶ダイヤモンド基板を製造する方法であって、少なくとも、線膨張係数がＭｇＯよりも小さく、かつ０．５×１０^−６／Ｋ以上の材料からなるベース基材を準備する工程と、該準備したベース基材上に単結晶ＭｇＯ層を貼り合わせる工程と、該貼り合わせた単結晶ＭｇＯ層上にイリジウム膜、ロジウム膜、白金膜のいずれかからなる膜をヘテロエピタキシャル成長させる工程と、該ヘテロエピタキシャル成長させた前記膜上に単結晶ダイヤモンドをヘテロエピタキシャル成長させる工程と、該ヘテロエピタキシャル成長させた単結晶ダイヤモンドを分離させて、単結晶ダイヤモンド基板を得る工程とを有することを特徴とする単結晶ダイヤモンド基板の製造方法を提供する。

このように、線膨張係数がＭｇＯよりも小さく、かつ０．５×１０^−６／Ｋ以上の材料からなるベース基材上に貼り合わせ法で形成した高結晶性の単結晶ＭｇＯ層上であれば、イリジウム膜、ロジウム膜、白金膜を結晶性良く成長させることができ、結晶性の良いイリジウム膜、ロジウム膜、白金膜上に高結晶性の単結晶ダイヤモンドを成長させることができる。また、線膨張係数がＭｇＯよりも小さく、かつ０．５×１０^−６／Ｋ以上の材料からなるベース基材であれば、単結晶ダイヤモンド成長時に生じる熱膨張による応力が小さいため、ベース基材、単結晶ダイヤモンドともに割れることがほとんどない。
以上より、本発明の製造方法であれば、安価で高結晶性の単結晶ダイヤモンド基板を効率的に製造することができる。

ここで、前記準備するベース基材として、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｓｉ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ダイヤモンド、ＳｉＯ_２のいずれかからなる基板を準備することができる。
ベース基材として、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｓｉ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＯ_２のいずれかからなる基材を準備する場合は、その基材自体が安価であり、また平滑な研磨表面を得ることができる。また、ダイヤモンド（ＨＰＨＴ、多結晶）からなるものでは、成長させるダイヤモンドと同一材料であり、熱膨張による応力はほとんど生じないため、大面積の単結晶ダイヤモンドを得るのに特に好適な基材となる。

このとき、前記単結晶ダイヤモンドをヘテロエピタキシャル成長させる工程の前に、予め、前記単結晶ダイヤモンドをヘテロエピタキシャル成長させる面に対してバイアス処理を施すことが好ましい。
このように、予めバイアス処理を施すことで、表面にダイヤモンド成長核が形成され、単結晶ダイヤモンドを結晶性よく、十分な成長速度で成長させることができる。

このとき、前記単結晶ダイヤモンドをヘテロエピタキシャル成長させる工程において、マイクロ波ＣＶＤ法又は直流プラズマＣＶＤ法により単結晶ダイヤモンドをヘテロエピタキシャル成長させることができる。
このように、本発明の製造方法において、単結晶ダイヤモンドは、マイクロ波ＣＶＤ法又は直流プラズマＣＶＤ法によりヘテロエピタキシャル成長させることができる。

以上説明したように、本発明の単結晶ダイヤモンド成長用基材及び単結晶ダイヤモンド基板の製造方法によれば、大面積で高結晶性の単結晶ダイヤモンドを低コストで成長させることができ、高品質の単結晶ダイヤモンド基板も生産性良く製造することができる。

本発明の単結晶ダイヤモンド成長用基材の実施態様の一例を示す概略図である。 本発明の単結晶ダイヤモンド基板の製造方法の実施態様の一例を示すフロー図である。

従来、コスト的に有利なＣＶＤ法で単結晶ダイヤモンドを得ようとすると、成長した単結晶ダイヤモンド部分を破損なく容易に分離することができないこと、さらには高結晶性で大面積な単結晶ダイヤモンドを成長させることが困難であるという問題があった。
このため、本発明者らは、基材の種類や構造、さらには単結晶の製造方法について鋭意研究を重ねた。

その結果、本発明者らは、単結晶ダイヤモンドの層との間で主に応力を発生する主構成基材として、ダイヤモンドと線膨張係数差の比較的小さい線膨張係数がＭｇＯよりも小さく、かつ０．５×１０^−６／Ｋ以上の材料からなるベース基材を用いることで、従来のＭｇＯ種基材を用いた場合に比べて熱膨張により生じる応力が小さく、その結果、全体の割れを防止できることを見出した（線膨張係数については下記表１参照）。

また、このようなベース基材と単結晶ＭｇＯ基板とを貼り合わせて、ベース基材上に高結晶性な単結晶ＭｇＯ層を得ることができる。
そして該単結晶ＭｇＯ層を種基材として、その上に単結晶Ｉｒ（イリジウム）膜または単結晶Ｒｈ（ロジウム）膜または単結晶Ｐｔ（白金）膜を結晶性良くヘテロエピタキシャル成長させることができる。そして、その高結晶性材料のものを基材として、その上にＣＶＤ法で単結晶ダイヤモンドをヘテロエピタキシャル成長させれば、高い結晶性の単結晶ダイヤモンドが得られることを見出した。
また、この基材上で成長させた単結晶ダイヤモンドは、ウェットエッチング法で容易に分離が可能であるし、基材部分を機械的研磨法により除去することで分離することも可能であることを確認して、本発明を完成させた。

以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１は、本発明の単結晶ダイヤモンド成長用基材の実施態様の一例を示す概略図である。

図１に示す、本発明の単結晶ダイヤモンド成長用基材１０は、線膨張係数がＭｇＯよりも小さく、かつ０．５×１０^−６／Ｋ以上の材料からなるベース基材１３と、ベース基材１３の単結晶ダイヤモンドを成長させる側に貼り合わせ法で形成した単結晶ＭｇＯ層１１と、単結晶ＭｇＯ層１１上にヘテロエピタキシャル成長させたイリジウム膜、ロジウム膜、白金膜のいずれかからなる膜１２とからなるものである。

このように、主構成基材が、線膨張係数がＭｇＯよりも小さく、かつ０．５×１０^−６／Ｋ以上の材料からなるベース基材であれば、半導体デバイス用として大量に生産されており、安価できわめて結晶性の良いものを得ることができる。更にベース基材上に貼り合わせ法で形成した高結晶性な単結晶ＭｇＯ層を種基材とするため、その結晶性の良い表面上に形成されるイリジウム膜、ロジウム膜、白金膜についても結晶性が良いものとなり、その基材上に単結晶ダイヤモンドを成長させれば、高結晶性の単結晶ダイヤモンドを得ることができる。

また、主構成基材が、線膨張係数がＭｇＯよりも小さく、かつ０．５×１０^−６／Ｋ以上の材料からなるベース基材であれば、単結晶ＭｇＯ基板をベース基材とする場合に比べて、ダイヤモンドとの熱膨張係数が比較的近いため、熱膨張による応力で単結晶ダイヤモンドや基材自体が割れることもほとんどない。
更に、ベース基材上に単結晶ＭｇＯ層、さらにはイリジウム膜、ロジウム膜、白金膜のいずれかの膜を有することで、単結晶ダイヤモンド成長時に良好なバッファ層として機能する。すなわち、前述のように単結晶ＭｇＯはダイヤモンドと線膨張係数が大幅に異なるが、本発明では層の態様であるため、応力を吸収することができ、ダイヤモンドの成長において特に問題とはならない。むしろ、ダイヤモンド成長後に分離する際に、ＭｇＯ層の存在により、単結晶ダイヤモンド膜が剥離し易くなるという利点がある。

このような本発明の単結晶ダイヤモンド成長用基材の作製方法及び単結晶ダイヤモンド基板の製造方法の一例を、以下図２を用いて説明する。図２は、本発明の単結晶ダイヤモンド基板の製造方法の実施態様の一例を示すフロー図である。
図２（ａ）に示すように、まず線膨張係数がＭｇＯよりも小さく、かつ０．５×１０^−６／Ｋ以上の材料からなるベース基材１３を準備する。

ここで、ベース基材１３は、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｓｉ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ダイヤモンド、ＳｉＯ_２のいずれかからなるものとすることができる。
ベース基材として、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｓｉ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＯ_２のいずれかからなるものを用いると、これらの材料は準備が容易であるため安価であり、また精度の高い研磨を行うことができるため、平滑な研磨表面、すなわち平坦な貼り合わせ面とすることができる。ここで、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４の場合は、焼結体とすることが好ましい。また、ダイヤモンド（ＨＰＨＴ、多結晶）からなるベース基材であれば、成長させるダイヤモンドと同一材料であり、基材と成長ダイヤモンド間の熱膨張による応力がほとんど生じることがなく、大面積の単結晶ダイヤモンドをより効率的に製造することができる基材となる。

またこのベース基材１３の厚さは、０．０３〜２０．００ｍｍとすることができる。
ベース基材の厚さが０．０３ｍｍ以上であれば、ハンドリングが容易である。２０．００ｍｍ以下であれば、必要以上に厚すぎることもなく、コスト的にも有利であるとともに、仕上げ両面研磨加工等を容易に行うことができるため、表面状態をより良い状態にでき、後工程での貼り合わせを良好に行うことができる。

次に、図２（ｂ）に示すように、該ベース基材表面と同様に平滑な貼り合わせ面に仕上げた単結晶ＭｇＯ基板とを貼り合わせ、単結晶ＭｇＯ層１１を形成する。
この貼り合わせは、両接合面をプラズマ処理やウェットエッチングなどで清浄および活性化した後に行うと効果的である。
また、この接合工程の歩留りを上げるために、接合界面に、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）等の金属、若しくはシリコン（Ｓｉ）、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）等の薄膜又はこれらの積層膜を、０．００１〜１０００μｍの厚みで形成した層を介して行うことができる。
そして、貼り合わせるＭｇＯ基板は、例えば両面研磨した直径２５ｍｍで厚み３００μｍの単結晶ＭｇＯ基板が準備できる。

また、貼り合わせる単結晶ＭｇＯ基板は、通常２００μｍから１０００μｍ厚程度であるが、単結晶ダイヤモンド成長後の応力低減のためには薄く加工する方が望ましい。
例えばＭｇＯ層の薄くしたい部分迄水素、酸素、カーボンなどのイオンを注入して、貼り合わせ後に必要に応じて加熱で分離、更に研磨加工で厚み調整及び平滑面仕上げしても良い。または貼り合わせ後に単に研磨加工のみで厚み調整及び平滑面仕上げしても良い。

そして、貼り合わせ後の単結晶ＭｇＯ層の厚さを、０．１〜１００μｍとすることができる。
このように、単結晶ＭｇＯ層の厚さが０．１μｍ以上あれば高い膜厚均一性で薄化加工ができる。厚さが１００μｍ以下であれば基材や単結晶ダイヤモンドとの間に発生する応力が小さいためより確実に単結晶ダイヤモンドを成長させることができ、さらにはコスト的に有利となり安価にできる。

次に、図２（ｃ）に示すように、単結晶ＭｇＯ層１１上にイリジウム膜、ロジウム膜、白金膜のいずれかからなる膜１２を、例えばスパッター法でヘテロエピタキシャル成長させる。
このときの成長条件等は特に限定されないが、例えばＲ．Ｆ．マグネトロンスパッター法で十分な速度で成長させることができる。

また、イリジウム膜、ロジウム膜、白金膜のいずれかからなる膜１２の厚さを、５Å〜１００μｍとすることができる。
このように、イリジウム膜、ロジウム膜、白金膜のいずれかからなる膜の厚さが５Å以上あれば膜厚均一性と結晶性が高く、厚さが１００μｍ以下であれば基材や単結晶ダイヤモンドとの間に発生する応力が小さいためより確実に単結晶ダイヤモンドを成長させることができ、さらにはコストを低減できる。

上記のようにして、本発明の単結晶ダイヤモンド成長用基材１０を作製することができる。ここで、後工程の単結晶ダイヤモンド成長前に、単結晶ダイヤモンド基材１０のイリジウム膜、ロジウム膜、白金膜のいずれかからなる膜１２の表面にバイアス処理を施すことができる。
このバイアス処理は、例えば、特開２００７−２３８３７７号公報に記載の様な方法で、先ず、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成長核を形成する前処理を行って、イリジウム膜、ロジウム膜、白金膜のいずれかからなる膜の表面に方位の揃ったダイヤモンド成長核を形成する。これにより、後工程で、単結晶ダイヤモンドを結晶性よく、十分な成長速度で成長させることができる。

次に、図２（ｄ）に示すように、単結晶ダイヤモンド１４を例えばマイクロ波ＣＶＤ法又は直流プラズマＣＶＤ法によりヘテロエピタキシャル成長させる。
上述のように、本発明では、基材中で最も厚く熱膨張により応力が発生しやすい種基材として線膨張係数がＭｇＯよりも小さく、かつ０．５×１０^−６／Ｋ以上の材料からなるベース基材を用いているため、単結晶ダイヤモンド成長の際にも応力は生じにくく割れを防止できる。また、高結晶性単結晶ＭｇＯ層上に形成したイリジウム膜、ロジウム膜、白金膜も結晶性が良いため、高結晶性の単結晶ダイヤモンドを成長させることができる。

次に、図２（ｅ）に示すように、単結晶ダイヤモンド１４を分離させて、単結晶ダイヤモンド基板１５を得る。
分離させる方法としては、特に限定されず、例えば、リン酸溶液や熱混酸などのウェットエッチ液に浸けて、単結晶ダイヤモンド／イリジウム膜とＭｇＯ層／ベース基材とに分離した後に、機械的研磨法で残ったイリジウム膜を除去することで単結晶ダイヤモンド基板を得ることができる。また、ウェットエッチ液に浸漬させないで、イリジウム膜／ＭｇＯ層／ベース基材を一度に機械的研磨法で除去しても良い。

このような、本発明の単結晶ダイヤモンド成長用基材及び単結晶ダイヤモンド基板の製造方法を用いることで、デバイス用途でも使用可能な大面積で高結晶性の単結晶ダイヤモンド基板を低コストで製造することができる。

以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
直径２５．０ｍｍ、厚み０．３８ｍｍで方位（１００）の両面研磨加工単結晶シリコン基板をベース基材として用意した。そして、このベース基材の単結晶ダイヤモンド成長を行う面側に、直径２５．０ｍｍ、厚み０．３０ｍｍで方位（１００）の両面研磨加工単結晶ＭｇＯ基板を用意した。
両接合面をＲＣＡ洗浄及びアルゴンイオンビームで清浄化及び活性化した後、直接接合で貼り合わせを行った。
その後、機械的研磨法で単結晶ＭｇＯ部分を薄く加工して、２μｍ厚の単結晶ＭｇＯ層に仕上げた。

次に、この単結晶ＭｇＯ層上にイリジウム（Ｉｒ）膜をヘテロエピタキシャル成長させた。製膜は、ＩｒをターゲットとしたＲ．Ｆ．マグネトロンスパッター法で、Ａｒガス６×１０^−２Ｔｏｒｒ、基板温度７００℃の条件で、単結晶Ｉｒ膜厚が１．５μｍになるまでスパッターして仕上げた。
また、バイアス処理及びＤＣプラズマＣＶＤを行う際の電気的導通のために、基板温度を１００℃とした他は同じ条件で、裏面にもＩｒを１．５μｍ成長させた。

次に、この基材の単結晶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、基材をバイアス処理装置の負電圧印加電極（カソード）上にセットし、真空排気を行った。次に、基材を６００℃に加熱してから、３ｖｏｌ．％水素希釈メタンガスを導入し、圧力を１６０ｈＰａ（１２０Ｔｏｒｒ）とし、バイアス処理を行った。すなわち、両電極間にＤＣ電圧を印加して、所定の直流電流を流した。
そして最後に、このバイアス処理済み基材上に、ＤＣプラズマＣＶＤ法によって、９００℃で３０時間、単結晶ダイヤモンドをヘテロエピタキシャル成長させた。

成長終了後、ベルジャーから取り出した製造物は、割れのないダイヤモンド／Ｉｒ／ＭｇＯ／Ｓｉの積層構造体であった。そこで、機械的研磨法で、裏面のＩｒ／ＭｇＯ／Ｓｉ基材部分を除去して、単結晶ダイヤモンドの自立構造（単結晶ダイヤモンド基板）とした。この表面も仕上げ研磨を行って、デバイス用途でも使用できるレベルの面粗さに仕上げた。

得られた単結晶ダイヤモンド基板は、ラマン分光、ＸＲＤロッキングカーブ、断面ＴＥＭ、カソードルミネッセンス（ＣＬ）で評価したところ、充分な結晶性であることが確認できた。

（実施例２）
実施例１において、ベース基材と単結晶ＭｇＯの両方の貼り合わせ面に、スパッター法で１ｎｍ厚の金（Ａｕ）薄膜を形成してから、貼り合わせを行った以外は実施例１と同様の方法で単結晶ダイヤモンドのヘテロエピタキシャル成長までの諸工程を行った。

成長終了後、ベルジャーから取り出した製造物は、実施例１に比べて接合面のボイドの発生が１／２以下に減少しており、また割れのないダイヤモンド／Ｉｒ／ＭｇＯ／Ａｕ／Ｓｉの積層構造体であった。
そこで、機械的研磨法で、裏面のＩｒ／ＭｇＯ／Ｓｉ基材部分を除去して、単結晶ダイヤモンドの自立構造（単結晶ダイヤモンド基板）とした。この表面も仕上げ研磨を行って、デバイス用途でも使用できるレベルの面粗さに仕上げた。

得られた単結晶ダイヤモンド基板は、ラマン分光、ＸＲＤロッキングカーブ、断面ＴＥＭ、カソードルミネッセンス（ＣＬ）で評価したところ、充分な結晶性であることが確認できた。

（実施例３）
ベース基材である単結晶シリコンに貼り合わせた単結晶ＭｇＯ部分を薄く加工するのに、イオン注入分離法を用いた。
単結晶ＭｇＯ基板表面のシリコン基板に接合する面から約３μｍの深さに水素イオンを注入した後、両接合面をＲＣＡ洗浄及びアルゴンイオンビームで清浄化及び活性化した後、直接接合で貼り合わせを行った。その後、４００℃で１ｈ熱処理を行って、シリコン側単結晶ＭｇＯ部分を水素イオン注入層を境界にして約３μｍ厚に分離した。更に機械的研磨法で単結晶ＭｇＯ部分を薄く加工して、２μｍ厚の単結晶ＭｇＯ層に仕上げた。
その後の工程は実施例１と同様に、Ｉｒ成長、バイアス処理を行って、基材を用意し、その上にＤＣプラズマＣＶＤ法での単結晶ダイヤモンドのヘテロエピタキシャル成長を行った。

成長終了後、ベルジャーから取り出した製造物は、割れのないダイヤモンド／Ｉｒ／ＭｇＯ／Ｓｉの積層構造体であった。そこで、機械的研磨法で、裏面のＩｒ／ＭｇＯ／Ｓｉ基材部分を除去して、単結晶ダイヤモンドの自立構造（単結晶ダイヤモンド基板）とした。この表面も仕上げ研磨を行って、デバイス用途でも使用できるレベルの面粗さに仕上げた。

得られた単結晶ダイヤモンド基板は、ラマン分光、ＸＲＤロッキングカーブ、断面ＴＥＭ、カソードルミネッセンス（ＣＬ）で評価したところ、充分な結晶性であることが確認できた。

（実施例４）
実施例１において、ベース基材として、両面研磨加工単結晶シリコン基板ではなく、両面研磨加工ＳｉＯ_２基板を用いた以外は同様の方法で単結晶ダイヤモンドのヘテロエピタキシャル成長までの諸工程を行った。

成長終了後、ベルジャーから取り出した製造物は、割れのないダイヤモンド／Ｉｒ／ＭｇＯ／ＳｉＯ_２の積層構造体であった。そこで、機械的研磨法で、裏面のＩｒ／ＭｇＯ／ＳｉＯ_２基材部分を除去して、単結晶ダイヤモンドの自立構造（単結晶ダイヤモンド基板）とした。この表面も仕上げ研磨を行って、デバイス用途でも使用できるレベルの面粗さに仕上げた。

得られた単結晶ダイヤモンド基板は、ラマン分光、ＸＲＤロッキングカーブ、断面ＴＥＭ、カソードルミネッセンス（ＣＬ）で評価したところ、充分な結晶性であることが確認できた。

（実施例５）
実施例１において、ベース基材として、両面研磨加工単結晶シリコン基板ではなく、両面研磨加工ＳｉＣ基板を用いた以外は同様の方法で単結晶ダイヤモンドのヘテロエピタキシャル成長までの諸工程を行った。

成長終了後、ベルジャーから取り出した製造物は、割れのないダイヤモンド／Ｉｒ／ＭｇＯ／ＳｉＣの積層構造体であった。そこで、機械的研磨法で、裏面のＩｒ／ＭｇＯ／ＳｉＣ基材部分を除去して、単結晶ダイヤモンドの自立構造（単結晶ダイヤモンド基板）とした。この表面も仕上げ研磨を行って、デバイス用途でも使用できるレベルの面粗さに仕上げた。

得られた単結晶ダイヤモンド基板は、ラマン分光、ＸＲＤロッキングカーブ、断面ＴＥＭ、カソードルミネッセンス（ＣＬ）で評価したところ、充分な結晶性であることが確認できた。

（比較例１）
種基材として、５．０ｍｍ角、厚み０．５ｍｍで方位（１００）の両面研磨加工単結晶ＭｇＯ基板を使用することの他は、実施例と同様に、Ｉｒ成長、バイアス処理を行って、基材を用意し、その上にＤＣプラズマＣＶＤ法での単結晶ダイヤモンドのヘテロエピタキシャル成長を行った。

ベルジャーを開けて、チャンバー内の製造物を見ると、基材および単結晶ダイヤモンド部分共に１ｍｍ角程度の細かい破片に割れていた。この破片一つを取って、結晶性を評価したところ、ラマン半値幅も広く、断面ＴＥＭでも転位欠陥が多く存在するなど、デバイス用途では不充分なレベルであった。

（比較例２）
種基材として、５．０ｍｍ角、厚み１２０μｍで方位（１００）の両面研磨加工単結晶ＭｇＯ基板を使用することの他は、実施例と同様に、Ｉｒ成長、バイアス処理を行って、基材を用意し、その上にＤＣプラズマＣＶＤ法での単結晶ダイヤモンドのヘテロエピタキシャル成長を行った。
ベルジャーを開けて、チャンバー内の製造物を見ると、基材および単結晶ダイヤモンド部分共に１ｍｍ角程度の細かい破片に割れていた。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１０…単結晶ダイヤモンド成長用基材、 １１…単結晶ＭｇＯ層、
１２…イリジウム膜、ロジウム膜、白金膜のいずれかからなる膜、 １３…ベース基材、
１４…単結晶ダイヤモンド、 １５…単結晶ダイヤモンド基板。

Claims (12)

1. 単結晶ダイヤモンドを成長させるための基材であって、少なくとも、線膨張係数がＭｇＯよりも小さく、かつ０．５×１０^−６／Ｋ以上の材料からなるベース基材と、金、白金、チタン、クロム、イリジウム、ロジウム、シリコン、酸化シリコン（ＳｉＯ _２ ）から選ばれる材料よりなる薄膜又はこれらの二つ以上よりなる積層膜と、該ベース基材の前記単結晶ダイヤモンドを成長させる側に前記薄膜又は積層膜を介して貼り合わせた単結晶ＭｇＯ層と、該単結晶ＭｇＯ上にヘテロエピタキシャル成長させたイリジウム膜、ロジウム膜、白金膜のいずれかからなる膜を有するものであることを特徴とする単結晶ダイヤモンド成長用基材。
2. 単結晶ダイヤモンドを成長させるための基材を製造する方法であって、
   線膨張係数がＭｇＯよりも小さく、かつ０．５×１０ ^−６ ／Ｋ以上の材料からなるベース基材を準備する工程と、
   該準備したベース基材の前記単結晶ダイヤモンドを成長させる側に単結晶ＭｇＯ層を貼り合わせる工程と、
   該貼り合わせた単結晶ＭｇＯ層上にイリジウム膜、ロジウム膜、白金膜のいずれかからなる膜をヘテロエピタキシャル成長させる工程と
   を有する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。
3. 前記ベース基材が、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｓｉ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ダイヤモンド、ＳｉＯ_２のいずれかからなるものであることを特徴とする請求項２に記載の単結晶ダイヤモンド成長用基材の製造方法。
4. 前記ベース基材の厚さが、０．０３〜２０．００ｍｍであることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の単結晶ダイヤモンド成長用基材の製造方法。
5. 前記単結晶ＭｇＯ層の厚さが、０．１〜１００μｍであることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載の単結晶ダイヤモンド成長用基材の製造方法。
6. 前記イリジウム膜、前記ロジウム膜、前記白金膜のいずれかの膜を、前記単結晶ＭｇＯ層上にスパッター法でヘテロエピタキシャル成長させることを特徴とする請求項２ないし請求項５のいずれか１項に記載の単結晶ダイヤモンド成長用基材の製造方法。
7. 前記イリジウム膜、前記ロジウム膜、前記白金膜のいずれかの膜の厚さが、５Å〜１００μｍであることを特徴とする請求項２ないし請求項６のいずれか１項に記載の単結晶ダイヤモンド成長用基材の製造方法。
8. 前記イリジウム膜、前記ロジウム膜、前記白金膜のいずれかの膜の表面に対してバイアス処理を施すことを特徴とする請求項２ないし請求項７のいずれか１項に記載の単結晶ダイヤモンド成長用基材の製造方法。
9. 単結晶ダイヤモンド基板を製造する方法であって、少なくとも、
   線膨張係数がＭｇＯよりも小さく、かつ０．５×１０^−６／Ｋ以上の材料からなるベース基材を準備する工程と、
   該準備したベース基材上に単結晶ＭｇＯ層を貼り合わせる工程と、
   該貼り合わせた単結晶ＭｇＯ層上にイリジウム膜、ロジウム膜、白金膜のいずれかからなる膜をヘテロエピタキシャル成長させる工程と、
   該ヘテロエピタキシャル成長させた前記膜上に単結晶ダイヤモンドをヘテロエピタキシャル成長させる工程と、
   該ヘテロエピタキシャル成長させた単結晶ダイヤモンドを分離させて、単結晶ダイヤモンド基板を得る工程とを有することを特徴とする単結晶ダイヤモンド基板の製造方法。
10. 前記準備するベース基材として、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｓｉ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ダイヤモンド、ＳｉＯ_２のいずれかからなる基板を準備することを特徴とする請求項９に記載の単結晶ダイヤモンド基板の製造方法。
11. 前記単結晶ダイヤモンドをヘテロエピタキシャル成長させる工程の前に、予め、前記単結晶ダイヤモンドをヘテロエピタキシャル成長させる面に対してバイアス処理を施すことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の単結晶ダイヤモンド基板の製造方法。
12. 前記単結晶ダイヤモンドをヘテロエピタキシャル成長させる工程において、マイクロ波ＣＶＤ法又は直流プラズマＣＶＤ法により単結晶ダイヤモンドをヘテロエピタキシャル成長させることを特徴とする請求項９ないし請求項１１のいずれか１項に記載の単結晶ダイヤモンド基板の製造方法。

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