JPH01103994A - ダイヤモンドの単結晶成長方法 - Google Patents
ダイヤモンドの単結晶成長方法Info
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野コ
本発明は、半導体素子等として使用される、良好な結晶
性、平坦な表面及び良好な電気的特性を有するダイヤモ
ンドの単結晶成長方法に関する。
性、平坦な表面及び良好な電気的特性を有するダイヤモ
ンドの単結晶成長方法に関する。
[従来の技術]
ダイヤモンドは、高い硬度、熱伝導度及び透明度を有す
る物質としてよく知られているが、大きい移動度、大き
いエネルギーギャップ及び小さい誘電率等の特徴を有す
るので、半導体の材料、例えば、耐熱半導体素子及び高
速高出力素子等の材料として期待されている。
る物質としてよく知られているが、大きい移動度、大き
いエネルギーギャップ及び小さい誘電率等の特徴を有す
るので、半導体の材料、例えば、耐熱半導体素子及び高
速高出力素子等の材料として期待されている。
ダイヤモンド半導体を実用化するためには結晶性の良い
単結晶を得ることが必要である。ダイヤモンドは超高圧
下で安定な炭素の同素体であるため、これまで、ダイヤ
モンド単結晶の合成は5GPa以上の超高圧下で行われ
てきた。同様に天然に産生ずるダイヤモンドも超高圧下
で生成したものと考えられている。
単結晶を得ることが必要である。ダイヤモンドは超高圧
下で安定な炭素の同素体であるため、これまで、ダイヤ
モンド単結晶の合成は5GPa以上の超高圧下で行われ
てきた。同様に天然に産生ずるダイヤモンドも超高圧下
で生成したものと考えられている。
半導体材料においては、高純度で結晶性のよいダイヤモ
ンド単結晶だけでなく、適当な不純物を適量含んだ価電
子制御可能な結晶性のよいダイヤモンド単結晶も必要で
ある。
ンド単結晶だけでなく、適当な不純物を適量含んだ価電
子制御可能な結晶性のよいダイヤモンド単結晶も必要で
ある。
近年、メタン等の炭化水素ガスを原料として、高周波放
電等の手段で原料ガスを分解励起し、気相中でダイヤモ
ンドを合成する方法が開発されている[メイニア(R,
Mania)等、クリスタル・リサーチ・アンド・テク
ノロジ=(CrystalResearch and
Technology)、 16 、785 (19
81)]。この方法を用いて超高圧下で合成したダイヤ
モンド単結晶の上にダイヤモンド単結晶層を成長させる
ことができ、ホウ素等の不純物を均一にドーピングでき
ることが確認されており、例えば、ホウ素含有単結晶層
は、超高圧下でホウ素をドーピングして合成された単結
晶と同様にP型半導体の性質を示す[藤森(N 、 F
uj imori)等、バキューム(Vacuum)
、 36 、99 (1986)]。
電等の手段で原料ガスを分解励起し、気相中でダイヤモ
ンドを合成する方法が開発されている[メイニア(R,
Mania)等、クリスタル・リサーチ・アンド・テク
ノロジ=(CrystalResearch and
Technology)、 16 、785 (19
81)]。この方法を用いて超高圧下で合成したダイヤ
モンド単結晶の上にダイヤモンド単結晶層を成長させる
ことができ、ホウ素等の不純物を均一にドーピングでき
ることが確認されており、例えば、ホウ素含有単結晶層
は、超高圧下でホウ素をドーピングして合成された単結
晶と同様にP型半導体の性質を示す[藤森(N 、 F
uj imori)等、バキューム(Vacuum)
、 36 、99 (1986)]。
しかし、この方法においては、例えば、(110)面上
に単結晶層を成長させた場合に、表面の凹凸が激しく、
成長層の厚さが3μ次以上になると、亀裂を生じたり、
単結晶層中に転位や双晶が多く発生し、ついには多結晶
として成長する等の問題があった。
に単結晶層を成長させた場合に、表面の凹凸が激しく、
成長層の厚さが3μ次以上になると、亀裂を生じたり、
単結晶層中に転位や双晶が多く発生し、ついには多結晶
として成長する等の問題があった。
[発明の目的]
本発明の目的は、結晶欠陥がなく、表面が平滑であるダ
イヤモンド単結晶層の成長を行うことにある。
イヤモンド単結晶層の成長を行うことにある。
[発明の構成]
本発明の目的は、気相中でダイヤモンド単結晶基板上に
ダイヤモンド単結晶層を成長させる方法において、ダイ
ヤモンド単結晶を成長させるダイヤモンド単結晶基板の
面が、(111)而又は(100)面の面方位に対して
8°を越えない角度を有する研磨された面であることを
特徴とするダイヤモンドの単結晶成長方法によって達成
される。
ダイヤモンド単結晶層を成長させる方法において、ダイ
ヤモンド単結晶を成長させるダイヤモンド単結晶基板の
面が、(111)而又は(100)面の面方位に対して
8°を越えない角度を有する研磨された面であることを
特徴とするダイヤモンドの単結晶成長方法によって達成
される。
(111)面と(100)面に精度良く平行に研磨され
た面を成長面として気相中でダイヤモンドを成長させた
場合に、結晶欠陥が少なく、不純物を含まない、平坦な
表面を有するダイヤモンド単結晶層が容易に成長する。
た面を成長面として気相中でダイヤモンドを成長させた
場合に、結晶欠陥が少なく、不純物を含まない、平坦な
表面を有するダイヤモンド単結晶層が容易に成長する。
(111)面又は(100)面からの傾きが8°以内で
ある成長面においても、同様に結晶性の′良好な単結晶
層が成長する。
ある成長面においても、同様に結晶性の′良好な単結晶
層が成長する。
ダイヤモンドの(111)面及び(100)面において
は、原子が比較的稠密で、表面の原子配列が単純で、ダ
ングリングボンドが少ない。また、ダイヤモンドが超高
圧下で成長する場合にも、安定な成長面であることが知
られている。
は、原子が比較的稠密で、表面の原子配列が単純で、ダ
ングリングボンドが少ない。また、ダイヤモンドが超高
圧下で成長する場合にも、安定な成長面であることが知
られている。
そこで、気相成長したダイヤモンド単結晶の結晶性及び
表面平坦性をダイヤモンド単結晶の各種の面方位を持つ
基板で比較したところ、(111)面及び(100)面
が最も結晶性及び表面平坦性で優れていることが判明し
た。
表面平坦性をダイヤモンド単結晶の各種の面方位を持つ
基板で比較したところ、(111)面及び(100)面
が最も結晶性及び表面平坦性で優れていることが判明し
た。
(111)面は、ダイヤモンド結晶の結晶面の中でも最
も硬度が高いので、その研磨が困難である。
も硬度が高いので、その研磨が困難である。
しかし、(111)面の面方位に対して幾らかの角度で
傾けて研磨する場合には、研磨が容易になる。
傾けて研磨する場合には、研磨が容易になる。
(111)面の面方位に対する角度が8°を越えなけれ
ば、結晶性及び表面平坦性に殆ど影響かないことを確認
した。このことは、(100)面についても同様である
。
ば、結晶性及び表面平坦性に殆ど影響かないことを確認
した。このことは、(100)面についても同様である
。
基板の研磨は、単結晶を成長させる面の表面粗さが、5
00人程度量下になるように行う。
00人程度量下になるように行う。
本発明によれば、ダイヤモンド単結晶層は、不純物を単
結晶層中にドーピングすることによって高められるキャ
リヤー移動度のような電気的特性についても優れている
。キャリヤーを生じさせる不純物元素としては、例えば
、ホウ素、リチウム、窒素、リン、硫黄、塩素、ヒ素、
セレン等が挙げられる。
結晶層中にドーピングすることによって高められるキャ
リヤー移動度のような電気的特性についても優れている
。キャリヤーを生じさせる不純物元素としては、例えば
、ホウ素、リチウム、窒素、リン、硫黄、塩素、ヒ素、
セレン等が挙げられる。
ダイヤモンドの気相合成法としては、
1、直流又は交流電界で放電を生じさせるプラズマCV
D法、 2、熱電子放射材を加熱してガスを分解する方法、3、
イオン衝撃により成長層に高いエネルギーを与える方法
、及び 4、光によりガスを分解励起する方法 などが挙げられるが、本発明はいずれの合成法において
も有効である。
D法、 2、熱電子放射材を加熱してガスを分解する方法、3、
イオン衝撃により成長層に高いエネルギーを与える方法
、及び 4、光によりガスを分解励起する方法 などが挙げられるが、本発明はいずれの合成法において
も有効である。
[発明の効果]
本発明によれば、良好な結晶性及び平坦な表面を有する
ダイヤモンド単結晶層を容易に製造することができる。
ダイヤモンド単結晶層を容易に製造することができる。
本発明により得られたダイヤモンド単結晶は半導体にお
いて特に有用である。
いて特に有用である。
[実施例]
以下に、実施例及び比較例を示す。
実施例1〜6及び比較例1〜5
高周波プラズマCVD法により種々の面方位のダイヤモ
ンド単結晶基板上にダイヤモンド単結晶層を種々の厚さ
で成長させた。
ンド単結晶基板上にダイヤモンド単結晶層を種々の厚さ
で成長させた。
原料ガスとしてメタンと水素をIglooの比で石英管
内に供給し、内部を60 Torrの圧力に保った。石
英管外に設けたコイルに13.56MHzの高周波50
0Wを印加し管内に放電を起してダイヤモンド単結晶層
を成長さ仕た。ダイヤモンド単結晶基板は、超高圧下で
人工合成されたIb型ダイヤモンド単結晶を、種々の面
方位に従って、2 X 2 x O,3zmの大きさに
切り出したものであり、成長面を150Å以下の表面粗
さに研磨した。種々の基板面方位及び成長層厚さについ
て、単結晶性及び表面粗さを評価した。結果を第1表に
示す。単結晶性は80KeV反射電子線回折像により観
察した。
内に供給し、内部を60 Torrの圧力に保った。石
英管外に設けたコイルに13.56MHzの高周波50
0Wを印加し管内に放電を起してダイヤモンド単結晶層
を成長さ仕た。ダイヤモンド単結晶基板は、超高圧下で
人工合成されたIb型ダイヤモンド単結晶を、種々の面
方位に従って、2 X 2 x O,3zmの大きさに
切り出したものであり、成長面を150Å以下の表面粗
さに研磨した。種々の基板面方位及び成長層厚さについ
て、単結晶性及び表面粗さを評価した。結果を第1表に
示す。単結晶性は80KeV反射電子線回折像により観
察した。
第 1 表
実施例7〜9及び比較例6と7
実施例1と同様のダイヤモンド成長条件で、メタン及び
水素に加えてドーピングガスBtHeを用いて、第2表
に示す基板面方位においてダイヤモンド単結晶層を成長
させた。ファンデアパラ法によりホール効果の測定を行
い、ホール移動度を評価した。結果を第2表に示す。
水素に加えてドーピングガスBtHeを用いて、第2表
に示す基板面方位においてダイヤモンド単結晶層を成長
させた。ファンデアパラ法によりホール効果の測定を行
い、ホール移動度を評価した。結果を第2表に示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、気相中でダイヤモンド単結晶基板上にダイヤモンド
単結晶層を成長させる方法において、ダイヤモンド単結
晶を成長させるダイヤモンド単結晶基板の面が、(11
1)面又は(100)面の面方位に対して8゜を越えな
い角度を有する研磨された面であることを特徴とするダ
イヤモンドの単結晶成長方法。 2、不純物のドーピングを行いながら、ダイヤモンド単
結晶層を成長させる特許請求の範囲第1項記載の単結晶
成長方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26253387A JPH01103994A (ja) | 1987-10-16 | 1987-10-16 | ダイヤモンドの単結晶成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26253387A JPH01103994A (ja) | 1987-10-16 | 1987-10-16 | ダイヤモンドの単結晶成長方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01103994A true JPH01103994A (ja) | 1989-04-21 |
Family
ID=17377120
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP26253387A Pending JPH01103994A (ja) | 1987-10-16 | 1987-10-16 | ダイヤモンドの単結晶成長方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01103994A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0399483A2 (en) * | 1989-05-22 | 1990-11-28 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method of producing single crystal of high-pressure phase material |
EP0879904A1 (en) * | 1997-04-18 | 1998-11-25 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method and apparatus for producing single-crystalline diamond |
JP2006508881A (ja) * | 2002-09-20 | 2006-03-16 | エレメント シックス リミテッド | 単結晶ダイヤモンド |
US7063742B1 (en) * | 1999-03-26 | 2006-06-20 | Japan Science And Technology Agency | N-type semiconductor diamond and its fabrication method |
JP2009184914A (ja) * | 2009-03-27 | 2009-08-20 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ダイヤモンド単結晶基板 |
CN108360065A (zh) * | 2018-04-12 | 2018-08-03 | 西安交通大学 | 一种生长单晶金刚石的方法及生长结构 |
-
1987
- 1987-10-16 JP JP26253387A patent/JPH01103994A/ja active Pending
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0399483A2 (en) * | 1989-05-22 | 1990-11-28 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method of producing single crystal of high-pressure phase material |
EP0399483A3 (en) * | 1989-05-22 | 1994-02-16 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method of producing single crystal of high-pressure phase material |
EP0879904A1 (en) * | 1997-04-18 | 1998-11-25 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method and apparatus for producing single-crystalline diamond |
US6096129A (en) * | 1997-04-18 | 2000-08-01 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method of and apparatus for producing single-crystalline diamond of large size |
US7063742B1 (en) * | 1999-03-26 | 2006-06-20 | Japan Science And Technology Agency | N-type semiconductor diamond and its fabrication method |
JP2006508881A (ja) * | 2002-09-20 | 2006-03-16 | エレメント シックス リミテッド | 単結晶ダイヤモンド |
US9518338B2 (en) | 2002-09-20 | 2016-12-13 | Element Six Technologies Limited | Single crystal diamond |
JP2009184914A (ja) * | 2009-03-27 | 2009-08-20 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ダイヤモンド単結晶基板 |
CN108360065A (zh) * | 2018-04-12 | 2018-08-03 | 西安交通大学 | 一种生长单晶金刚石的方法及生长结构 |
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