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

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JPH01103994A
JPH01103994A JP26253387A JP26253387A JPH01103994A JP H01103994 A JPH01103994 A JP H01103994A JP 26253387 A JP26253387 A JP 26253387A JP 26253387 A JP26253387 A JP 26253387A JP H01103994 A JPH01103994 A JP H01103994A
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JP
Japan
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single crystal
diamond single
diamond
grown
plane
Prior art date
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Pending
Application number
JP26253387A
Other languages
English (en)
Inventor
Takahiro Imai
貴浩 今井
Hideaki Nakahata
英章 中幡
Naoharu Fujimori
直治 藤森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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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。

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。
[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。
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。
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。
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)]。
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。
[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。
[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。
(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。
(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。
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。
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。
(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。
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。
(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
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。
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。
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。
[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。
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。
[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。
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。
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。

Claims (1)

  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。
JP26253387A 1987-10-16 1987-10-16 ダイヤモンドの単結晶成長方法 Pending JPH01103994A (ja)

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