JPH06227895A - ダイヤモンドの合成法 - Google Patents
ダイヤモンドの合成法Info
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- JPH06227895A JPH06227895A JP1739993A JP1739993A JPH06227895A JP H06227895 A JPH06227895 A JP H06227895A JP 1739993 A JP1739993 A JP 1739993A JP 1739993 A JP1739993 A JP 1739993A JP H06227895 A JPH06227895 A JP H06227895A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 気相合成法により、均質かつ良質の大面積厚
膜ダイヤモンド層を得る。 【構成】 単結晶基板の温度を１０５０℃以上１４００
℃以下に保ってダイヤモンドを気相合成する。成長面の
方位は｛１００｝面または｛１００｝から１０度以内の
ずれであることが好ましい。 【効果】 大型かつ大面積のダイヤモンドは精密工具刃
先、耐摩工具、耐熱工具、半導体基材、放熱基板、高圧
相半導体材料、光学材料、音響振動板などに幅広く用い
ることができる。
膜ダイヤモンド層を得る。 【構成】 単結晶基板の温度を１０５０℃以上１４００
℃以下に保ってダイヤモンドを気相合成する。成長面の
方位は｛１００｝面または｛１００｝から１０度以内の
ずれであることが好ましい。 【効果】 大型かつ大面積のダイヤモンドは精密工具刃
先、耐摩工具、耐熱工具、半導体基材、放熱基板、高圧
相半導体材料、光学材料、音響振動板などに幅広く用い
ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はダイヤモンドの製造方法
に関し、特に半導体材料、電子部品、光学部品、切削工
具、耐摩工具、精密工具などに用いられる大型の高圧相
物質単結晶の製造方法に関するものである。
に関し、特に半導体材料、電子部品、光学部品、切削工
具、耐摩工具、精密工具などに用いられる大型の高圧相
物質単結晶の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ダイヤモンドは高硬度、高熱伝導率の
他、高い光透過率、ワイドバンドギャップなどの数多く
の優れた性質を有することから、各種工具、光学部品、
半導体、電子部品の材料として幅広く用いられており、
今後さらに重要性が増すものと考えられる。
他、高い光透過率、ワイドバンドギャップなどの数多く
の優れた性質を有することから、各種工具、光学部品、
半導体、電子部品の材料として幅広く用いられており、
今後さらに重要性が増すものと考えられる。
【０００３】ダイヤモンドは過去には天然に産出するも
のが工業用途に使用されたが、現在では人工合成された
ものが中心である。ダイヤモンド単結晶は現在工業的に
は、全てそれらが安定である数万気圧以上の圧力下で合
成されている。このような高い圧力を発生する超高圧容
器は非常に高価であり、大きさにも制限があるため、高
温高圧法による大型の単結晶合成には限界がある。
のが工業用途に使用されたが、現在では人工合成された
ものが中心である。ダイヤモンド単結晶は現在工業的に
は、全てそれらが安定である数万気圧以上の圧力下で合
成されている。このような高い圧力を発生する超高圧容
器は非常に高価であり、大きさにも制限があるため、高
温高圧法による大型の単結晶合成には限界がある。
【０００４】不純物として窒素（Ｎ）を含んだ黄色を呈
するＩｂ型のダイヤモンドについては１ｃｍ級のものが
高圧合成法により合成、販売されているがこの程度がほ
ぼ限界と考えられている。また、不純物のない無色透明
なIIａ型のダイヤモンドの大きさは、天然のものを除け
ば数ｍｍ程度以下のさらに小さなものに限られている。
するＩｂ型のダイヤモンドについては１ｃｍ級のものが
高圧合成法により合成、販売されているがこの程度がほ
ぼ限界と考えられている。また、不純物のない無色透明
なIIａ型のダイヤモンドの大きさは、天然のものを除け
ば数ｍｍ程度以下のさらに小さなものに限られている。
【０００５】一方、高圧法と並んでダイヤモンドの合成
法として確立されるに至った方法として気相合成法があ
げられる。この方法によっては数ｃｍ〜１０ｃｍの比較
的大面積のものが人工的に製造されているが、これらは
通常は多結晶膜である。しかし、ダイヤモンドの用途の
中でも特に平滑な面を必要とする超精密工具や光学部
品、半導体などに用いられる場合は、単結晶ダイヤモン
ドを用いることが必要となる。
法として確立されるに至った方法として気相合成法があ
げられる。この方法によっては数ｃｍ〜１０ｃｍの比較
的大面積のものが人工的に製造されているが、これらは
通常は多結晶膜である。しかし、ダイヤモンドの用途の
中でも特に平滑な面を必要とする超精密工具や光学部
品、半導体などに用いられる場合は、単結晶ダイヤモン
ドを用いることが必要となる。
【０００６】そこで、従来から気相合成法による単結晶
ダイヤモンドをエピタキシャル成長により得る方法が検
討されている。一般にエピタキシャル成長は、成長する
物質を同種の基板上に成長させるホモエピタキシャル成
長と、異種基板の上に成長させるヘテロエピタキシャル
成長とに分けられる。ホモエピタキシャル成長では、高
圧合成によるダイヤモンドＩｂ基板の上に高純度のダイ
ヤモンドを気相からエピタキシャル成長させることによ
り、高圧で得られるIIａダイヤモンドを上回る大きなII
ａ単結晶ダイヤモンドを得ることができる。
ダイヤモンドをエピタキシャル成長により得る方法が検
討されている。一般にエピタキシャル成長は、成長する
物質を同種の基板上に成長させるホモエピタキシャル成
長と、異種基板の上に成長させるヘテロエピタキシャル
成長とに分けられる。ホモエピタキシャル成長では、高
圧合成によるダイヤモンドＩｂ基板の上に高純度のダイ
ヤモンドを気相からエピタキシャル成長させることによ
り、高圧で得られるIIａダイヤモンドを上回る大きなII
ａ単結晶ダイヤモンドを得ることができる。
【０００７】また、同じ結晶方位に向けた複数のダイヤ
モンド基板、或いはダイヤモンド粒を用い、この上に一
体のダイヤモンドを成長させることにより小傾角粒界の
みを持ったダイヤモンドが得られると期待されている
（例えば特開平３−０７５２９８、M. W. Geis, H. I.
Smith, A. Argoitia, J. Angus, G. H. M. Ma, J. T. G
lass, J. Butler, C. J. Robinson, R. Pryor: Appl. P
hys. Lett. Vol.58 (1991) p2485）。
モンド基板、或いはダイヤモンド粒を用い、この上に一
体のダイヤモンドを成長させることにより小傾角粒界の
みを持ったダイヤモンドが得られると期待されている
（例えば特開平３−０７５２９８、M. W. Geis, H. I.
Smith, A. Argoitia, J. Angus, G. H. M. Ma, J. T. G
lass, J. Butler, C. J. Robinson, R. Pryor: Appl. P
hys. Lett. Vol.58 (1991) p2485）。
【０００８】ヘテロエピタキシャル成長では、これまで
立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）、炭化珪素、珪素、ニッケ
ル、コバルトなどが報告されている（特開昭６３−２２
４２２５、特開平２−２３３５９１、特開平４−１３２
６８７）。大面積の基板が容易に入手できる単結晶上の
ヘテロエピタキシャル成長の技術が確立すれば、大面積
の単結晶ダイヤモンドが得られるため、ヘテロエピタキ
シャル成長への期待は大きい。しかし、ヘテロエピタキ
シャル成長を行なう場合にも、一旦ある程度の厚みのダ
イヤモンド結晶が形成されれば、その後はダイヤモンド
のホモエピタキシャル成長と考えることができるから、
ダイヤモンド上にダイヤモンドをうまくエピタキシャル
成長させる技術が重要であることには変わりはない。
立方晶窒化硼素（ｃＢＮ）、炭化珪素、珪素、ニッケ
ル、コバルトなどが報告されている（特開昭６３−２２
４２２５、特開平２−２３３５９１、特開平４−１３２
６８７）。大面積の基板が容易に入手できる単結晶上の
ヘテロエピタキシャル成長の技術が確立すれば、大面積
の単結晶ダイヤモンドが得られるため、ヘテロエピタキ
シャル成長への期待は大きい。しかし、ヘテロエピタキ
シャル成長を行なう場合にも、一旦ある程度の厚みのダ
イヤモンド結晶が形成されれば、その後はダイヤモンド
のホモエピタキシャル成長と考えることができるから、
ダイヤモンド上にダイヤモンドをうまくエピタキシャル
成長させる技術が重要であることには変わりはない。
【０００９】即ち、十分な厚みのダイヤモンド層が成長
する間、エピタキシャル成長が維持する技術が不可欠で
ある。しかしながら、従来の技術では成長が進むにつれ
て,もとの基材結晶と成長した結晶との間に完全なエピ
タキシャル関係が失われた成分が多くなってくることが
問題であった。即ち、基板との方位のずれた部分が形成
され、ここから多結晶化が始まる。こうした非エピタキ
シャル成分（以下異常成長部）は基板面研磨時に発生す
るダイヤモンド小粒子に起因するもの、成長面上での２
次的な核発生、さらには｛１１１｝双晶の形成によるも
のなどがあげられる。
する間、エピタキシャル成長が維持する技術が不可欠で
ある。しかしながら、従来の技術では成長が進むにつれ
て,もとの基材結晶と成長した結晶との間に完全なエピ
タキシャル関係が失われた成分が多くなってくることが
問題であった。即ち、基板との方位のずれた部分が形成
され、ここから多結晶化が始まる。こうした非エピタキ
シャル成分（以下異常成長部）は基板面研磨時に発生す
るダイヤモンド小粒子に起因するもの、成長面上での２
次的な核発生、さらには｛１１１｝双晶の形成によるも
のなどがあげられる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】天然や人工のダイヤモ
ンド単結晶は、大型のもの、特に高純度のものを入手す
ることは現状では困難であって、大面積のものは製造で
きない。単数もしくは複数のダイヤモンド単結晶のうえ
に気相合成法により、大面積の高純度ダイヤモンドを成
長させる場合には、長時間ホモエピタキシャル成長を維
持することが困難であることが問題であった。本発明は
上記従来の問題点を解消、緩和するため、気相合成法に
よるエピタキシャル成長を長時間維持し、均質かつ良質
な厚膜ダイヤモンド単結晶層の製造方法を得ることを目
的とする。
ンド単結晶は、大型のもの、特に高純度のものを入手す
ることは現状では困難であって、大面積のものは製造で
きない。単数もしくは複数のダイヤモンド単結晶のうえ
に気相合成法により、大面積の高純度ダイヤモンドを成
長させる場合には、長時間ホモエピタキシャル成長を維
持することが困難であることが問題であった。本発明は
上記従来の問題点を解消、緩和するため、気相合成法に
よるエピタキシャル成長を長時間維持し、均質かつ良質
な厚膜ダイヤモンド単結晶層の製造方法を得ることを目
的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】単結晶基板上に気相から
ダイヤモンドを合成する際に、少なくとも基板温度を１
０５０℃以上１４００℃以下としてエピタキシャル成長
させる工程を含むこと特長とするダイヤモンドの合成法
である。単結晶基板はダイヤモンドまたはダイヤモンド
以外の単結晶を用いる。基板の主たる成長面は｛１０
０｝面または｛１００｝からの方位ずれが１０度以内の
結晶面とする。また主たる成長面を取り囲む側面を｛１
００｝面または｛１００｝からの方位ずれが１０度以内
の結晶面とする。
ダイヤモンドを合成する際に、少なくとも基板温度を１
０５０℃以上１４００℃以下としてエピタキシャル成長
させる工程を含むこと特長とするダイヤモンドの合成法
である。単結晶基板はダイヤモンドまたはダイヤモンド
以外の単結晶を用いる。基板の主たる成長面は｛１０
０｝面または｛１００｝からの方位ずれが１０度以内の
結晶面とする。また主たる成長面を取り囲む側面を｛１
００｝面または｛１００｝からの方位ずれが１０度以内
の結晶面とする。
【００１２】
【作用】本発明者らはダイヤモンド基板上に気相からダ
イヤモンドをエピタキシャル成長させる際に、これまで
ダイヤモンドを形成するために良好な条件とされていた
８００〜１０００℃の条件ではなく、１０５０〜１５０
０℃の高温領域が好ましいことを見いだした。
イヤモンドをエピタキシャル成長させる際に、これまで
ダイヤモンドを形成するために良好な条件とされていた
８００〜１０００℃の条件ではなく、１０５０〜１５０
０℃の高温領域が好ましいことを見いだした。
【００１３】ダイヤモンド単結晶のホモエピタキシャル
成長が長時間維持することが困難である理由は以下のよ
うに考えられる。例えばダイヤモンド｛１００｝上のホ
モエピタキシャル成長を考えた場合に、完全なホモエピ
タキシャル成長を維持している場合には成長方向は＜１
００＞である。しかし、何らかの原因により別の方位を
向いた領域が形成されたとき、その成長方向はもはや＜
１００＞ではなくなってしまう。もしもその成長方位の
成長速度が、＜１００＞の成長速度を上回る場合には、
次第にその領域が広がるような形で成長してしまい、こ
れが多結晶化の進行する原因となる。
成長が長時間維持することが困難である理由は以下のよ
うに考えられる。例えばダイヤモンド｛１００｝上のホ
モエピタキシャル成長を考えた場合に、完全なホモエピ
タキシャル成長を維持している場合には成長方向は＜１
００＞である。しかし、何らかの原因により別の方位を
向いた領域が形成されたとき、その成長方向はもはや＜
１００＞ではなくなってしまう。もしもその成長方位の
成長速度が、＜１００＞の成長速度を上回る場合には、
次第にその領域が広がるような形で成長してしまい、こ
れが多結晶化の進行する原因となる。
【００１４】発明者らは気相からのダイヤモンド成長を
１０５０℃以上の温度で行うことにより、このような多
結晶化が抑制できることを見いだした。多結晶化を抑制
する効果は温度が高いほど強いが、１４００℃を超える
温ではダイヤモンドのグラファイト化現象が顕著に生じ
るので、１４００℃以下で成長させることが好ましい。
また、気相からのダイヤモンド成長速度は９００℃以上
では減少することがあり、１０５０℃でも充分な成長速
度が得られない場合があるが、このような場合は成長プ
ロセスの少なくとも一部分を本発明の条件で行えばよ
い。
１０５０℃以上の温度で行うことにより、このような多
結晶化が抑制できることを見いだした。多結晶化を抑制
する効果は温度が高いほど強いが、１４００℃を超える
温ではダイヤモンドのグラファイト化現象が顕著に生じ
るので、１４００℃以下で成長させることが好ましい。
また、気相からのダイヤモンド成長速度は９００℃以上
では減少することがあり、１０５０℃でも充分な成長速
度が得られない場合があるが、このような場合は成長プ
ロセスの少なくとも一部分を本発明の条件で行えばよ
い。
【００１５】エピタキシャル成長を行う条件ではガス中
の炭素（Ｃ）水素（Ｈ）の存在比率（Ｃ／Ｈ）を０．５
〜４％とすることが望ましい。酸素（Ｏ）を含んだガス
が用いられる場合には炭素と酸素の差と水素の比率（Ｃ
−Ｏ）／Ｈが０．５〜４％であれば良い。また、炭素、
水素、酸素、フッ素及び不活性原子以外の不純物成分、
特に窒素（Ｎ）が成長中に導入ガス中に含まれると基板
と別の方位を向いた異常成長が発生しやすく、ガス中の
全元素比で不純物成分が５００ppm以下でなければなら
ない。ただし、ダイヤモンドを半導体として用いるため
のドーパントガスについてはこの限りではない。
の炭素（Ｃ）水素（Ｈ）の存在比率（Ｃ／Ｈ）を０．５
〜４％とすることが望ましい。酸素（Ｏ）を含んだガス
が用いられる場合には炭素と酸素の差と水素の比率（Ｃ
−Ｏ）／Ｈが０．５〜４％であれば良い。また、炭素、
水素、酸素、フッ素及び不活性原子以外の不純物成分、
特に窒素（Ｎ）が成長中に導入ガス中に含まれると基板
と別の方位を向いた異常成長が発生しやすく、ガス中の
全元素比で不純物成分が５００ppm以下でなければなら
ない。ただし、ダイヤモンドを半導体として用いるため
のドーパントガスについてはこの限りではない。
【００１６】また、用いる基板は｛１１１｝、｛１１
０｝、｛１００｝等、いずれの結晶面に対しても効果が
あるが、特に｛１００｝面の場合に最も有効である。こ
れは｛１００｝面がこの温度範囲において双晶や２次核
発生が抑制され、万一異常な核が発生してもその成長を
抑制する効果が高いからである。｛１００｝からの方位
ずれは１０度以内が好ましく、より好ましくは２度以内
である。
０｝、｛１００｝等、いずれの結晶面に対しても効果が
あるが、特に｛１００｝面の場合に最も有効である。こ
れは｛１００｝面がこの温度範囲において双晶や２次核
発生が抑制され、万一異常な核が発生してもその成長を
抑制する効果が高いからである。｛１００｝からの方位
ずれは１０度以内が好ましく、より好ましくは２度以内
である。
【００１７】同様の理由で単結晶基材の側面も｛１０
０｝であることが好ましい。側面から発生した異常な方
位の結晶が主面上に侵出することがあるからである。主
面が｛１００｝である場合には、四方の側面を主面に垂
直な｛１００｝面にすることができ、この点でも主面が
｛１００｝であることが好ましい。しかし、主面が｛１
１１｝や｛１１０｝でもなるべく側面が｛１００｝にな
るように加工することが好ましい。この際、側面が主面
に対して垂直でなくても構わない。
０｝であることが好ましい。側面から発生した異常な方
位の結晶が主面上に侵出することがあるからである。主
面が｛１００｝である場合には、四方の側面を主面に垂
直な｛１００｝面にすることができ、この点でも主面が
｛１００｝であることが好ましい。しかし、主面が｛１
１１｝や｛１１０｝でもなるべく側面が｛１００｝にな
るように加工することが好ましい。この際、側面が主面
に対して垂直でなくても構わない。
【００１８】主面と側面の間の稜線は鋭く尖っていると
加工時に欠落が生じて、不定な面が欠落部に現れ異常な
成長の原因となるので１０μｍ以上の幅で面取りを行う
ことが好ましい。更に、主面が｛１００｝面の場合は、
面取りした面が｛１１０｝面であるとより異常な成長が
抑制されるので好ましい。
加工時に欠落が生じて、不定な面が欠落部に現れ異常な
成長の原因となるので１０μｍ以上の幅で面取りを行う
ことが好ましい。更に、主面が｛１００｝面の場合は、
面取りした面が｛１１０｝面であるとより異常な成長が
抑制されるので好ましい。
【００１９】ダイヤモンドの単結晶を気相から成長させ
る基板としてはダイヤモンド単結晶が最も好ましいが、
その他に立方晶窒化硼素、炭化珪素、珪素またはニッケ
ル、コバルト、銅を含む合金などを用いることができ
る。ダイヤモンドを異種単結晶基板上にエピタキシャル
成長させる際、成長初期から１０５０〜１４００℃とい
う高温で成長させるとダイヤモンドの初期の核が発生し
にくくなる場合には、数μｍ程度以上成長してから本件
の条件を用いることが望ましい。
る基板としてはダイヤモンド単結晶が最も好ましいが、
その他に立方晶窒化硼素、炭化珪素、珪素またはニッケ
ル、コバルト、銅を含む合金などを用いることができ
る。ダイヤモンドを異種単結晶基板上にエピタキシャル
成長させる際、成長初期から１０５０〜１４００℃とい
う高温で成長させるとダイヤモンドの初期の核が発生し
にくくなる場合には、数μｍ程度以上成長してから本件
の条件を用いることが望ましい。
【００２０】なお、本発明は使用する気相合成プロセス
が公知の熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、レーザー誘起
ＣＶＤ法、イオンビーム法等いずれの方法であっても有
効である。
が公知の熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、レーザー誘起
ＣＶＤ法、イオンビーム法等いずれの方法であっても有
効である。
【００２１】
（実施例１） 天然IIａ型ダイヤモンド単結晶から、ス
ライスし、研磨したものを基板を形成するダイヤモンド
単結晶の板として用いた。基板面方位が｛１１１｝、
｛１００｝、｛１１０｝の基板をそれぞれ６個用意し
た。｛１００｝基板は全ての側面が｛１００｝から３度
以内になるようにした。基板サイズはいずれも４ｍｍ×
４ｍｍ、厚みは２．０ｍｍである。いずれの基板も各指
数面からの面方位ズレは２゜以下であることをＸ線回折
により確認した。これらの基板は全ての稜線に５０〜２
００μｍ幅で｛１１０｝面になるよう面取りを施した。
ライスし、研磨したものを基板を形成するダイヤモンド
単結晶の板として用いた。基板面方位が｛１１１｝、
｛１００｝、｛１１０｝の基板をそれぞれ６個用意し
た。｛１００｝基板は全ての側面が｛１００｝から３度
以内になるようにした。基板サイズはいずれも４ｍｍ×
４ｍｍ、厚みは２．０ｍｍである。いずれの基板も各指
数面からの面方位ズレは２゜以下であることをＸ線回折
により確認した。これらの基板は全ての稜線に５０〜２
００μｍ幅で｛１１０｝面になるよう面取りを施した。
【００２２】これらの基板のうち、各面について基板２
個ずつを３種の基板温度、即ち８５０℃、１１５０℃、
１４５０℃において成長を行った。成膜方法はいずれの
場合もマイクロ波プラズマＣＶＤ法であり、導入ガスは
水素（Ｈ2）９８．５％、メタン（ＣＨ4）１．５％で、
総ガス流量は３００ｓｃｃｍである。原料ガス中の不純
物は窒素しか検出されず、ガス全体の元素比で５〜２０
ｐｐｍであった。成長はそれぞれについて５０時間ずつ
の成長を断続的に４回、計２００時間行った。１回の成
長を始める前に３時間、水素プラズマによる表面の清浄
化を行った。成長した膜厚を測って測定したところ、表
１に示したとおりであった。
個ずつを３種の基板温度、即ち８５０℃、１１５０℃、
１４５０℃において成長を行った。成膜方法はいずれの
場合もマイクロ波プラズマＣＶＤ法であり、導入ガスは
水素（Ｈ2）９８．５％、メタン（ＣＨ4）１．５％で、
総ガス流量は３００ｓｃｃｍである。原料ガス中の不純
物は窒素しか検出されず、ガス全体の元素比で５〜２０
ｐｐｍであった。成長はそれぞれについて５０時間ずつ
の成長を断続的に４回、計２００時間行った。１回の成
長を始める前に３時間、水素プラズマによる表面の清浄
化を行った。成長した膜厚を測って測定したところ、表
１に示したとおりであった。
【００２３】
【表１】
【００２４】次に、成長面を研磨し高分解能ラマン分光
法によってダイヤモンド（１３３２ｃｍ-1）の信号の半
値全巾を求めたところ、表２のようであった。ただし、
成長面を研磨する際に、１０〜２０μｍ程度のエピタキ
シャル層が失われているため｛１１１｝｛１１０｝基板
上の基板温度１４５０℃での結果はほとんど基板につい
ての結果であると考えられる。したがってエピタキシャ
ル膜については１１５０℃で｛１００｝基板上にエピタ
キシャル成長させたものが最も鋭いピークであり、最も
高い結晶性をしていると考えられる。
法によってダイヤモンド（１３３２ｃｍ-1）の信号の半
値全巾を求めたところ、表２のようであった。ただし、
成長面を研磨する際に、１０〜２０μｍ程度のエピタキ
シャル層が失われているため｛１１１｝｛１１０｝基板
上の基板温度１４５０℃での結果はほとんど基板につい
ての結果であると考えられる。したがってエピタキシャ
ル膜については１１５０℃で｛１００｝基板上にエピタ
キシャル成長させたものが最も鋭いピークであり、最も
高い結晶性をしていると考えられる。
【００２５】
【表２】
【００２６】さらに、８５０℃、１１５０℃で成長させ
た試料についてはエピタキシャル層の上部２００μｍの
部分を、｛１００｝と｛１１０｝についてはスライスに
より、｛１１１｝については基板側から集光したレーザ
ー光による基板側からのエッチング除去により取りだし
た。これらの基板側の面を研磨することにより６枚の１
８０μｍの膜厚の両面研磨したダイヤモンド膜を得た。
１４５０℃での試料についてはいずれもエピタキシャル
成長した膜の厚みが不十分であったため、このような処
理は行えなかった。
た試料についてはエピタキシャル層の上部２００μｍの
部分を、｛１００｝と｛１１０｝についてはスライスに
より、｛１１１｝については基板側から集光したレーザ
ー光による基板側からのエッチング除去により取りだし
た。これらの基板側の面を研磨することにより６枚の１
８０μｍの膜厚の両面研磨したダイヤモンド膜を得た。
１４５０℃での試料についてはいずれもエピタキシャル
成長した膜の厚みが不十分であったため、このような処
理は行えなかった。
【００２７】目視観察では２枚の｛１１０｝エピタキシ
ャル膜及び１１５０℃で成長した｛１００｝エピタキシ
ャル膜は全面にわたって透明なダイヤモンドが得られて
いるようであったが、その他の基板では所々黒い斑点が
見られた。また、｛１１０｝、｛１１１｝上のエピタキ
シャル膜では多数のクラックが入っているのが見られ
た。可視光について直線透過特率を調べたところ、２５
０ｎｍの光の透過率は表３のとおりであり、１１５０℃
で｛１００｝基板上に成長させたエピタキシャル膜が最
も高い値を示した。
ャル膜及び１１５０℃で成長した｛１００｝エピタキシ
ャル膜は全面にわたって透明なダイヤモンドが得られて
いるようであったが、その他の基板では所々黒い斑点が
見られた。また、｛１１０｝、｛１１１｝上のエピタキ
シャル膜では多数のクラックが入っているのが見られ
た。可視光について直線透過特率を調べたところ、２５
０ｎｍの光の透過率は表３のとおりであり、１１５０℃
で｛１００｝基板上に成長させたエピタキシャル膜が最
も高い値を示した。
【００２８】
【表３】
【００２９】（実施例２） 人工高圧合成法によるの１
ｃｍ×１ｃｍ×２ｍｍのＩｂ型ダイヤモンド単結晶｛１
００｝基板を３枚用意した。すべて方位ズレは０．５度
以内であることを反射電子回折により確認した。基板は
全ての側面が｛１００｝から３度以内になるようにし
た。３つのダイヤモンド基板のうち２つについては、片
側に硼素（Ｂ）を１０００ｐｐｍドープしたダイヤモン
ドをマイクロ波プラズマＣＶＤ法により２μｍエピタキ
シャル成長させた。３つの基板とも、側面に直径０.３
ｍｍ、深さ１ｍｍの横穴を点集光したレーザーによりあ
け、アルメル−クロメル熱電対を挿入することにより成
膜時の温度測定を行った。
ｃｍ×１ｃｍ×２ｍｍのＩｂ型ダイヤモンド単結晶｛１
００｝基板を３枚用意した。すべて方位ズレは０．５度
以内であることを反射電子回折により確認した。基板は
全ての側面が｛１００｝から３度以内になるようにし
た。３つのダイヤモンド基板のうち２つについては、片
側に硼素（Ｂ）を１０００ｐｐｍドープしたダイヤモン
ドをマイクロ波プラズマＣＶＤ法により２μｍエピタキ
シャル成長させた。３つの基板とも、側面に直径０.３
ｍｍ、深さ１ｍｍの横穴を点集光したレーザーによりあ
け、アルメル−クロメル熱電対を挿入することにより成
膜時の温度測定を行った。
【００３０】上記の３つの基板について熱フィラメント
ＣＶＤ法によりエピタキシャル成長を行った。用いたフ
ィラメントはタンタル（Ｔａ）製で直径０.２ｍｍのも
のである。フィラメントは３ｍｍ間隔で６本張り、フィ
ラメント温度は１９８０℃、フィラメントと基板上面と
の距離は６ｍｍである。水素９９％、メタン１％を７０
Torr導入しフィラメントを加熱したところ、３０分後に
は基板の温度はいずれも９５０℃で一定となった。Ｂド
ープ膜を成長させた試料については、ボロンドープダイ
ヤモンド膜に通電加熱を行なうことにより１０５０℃、
１１５０℃まで加熱した。この状態で７０時間成膜を行
った後表面観察を行ったところ、基板温度が高いほど異
常成長の数は少なかった。
ＣＶＤ法によりエピタキシャル成長を行った。用いたフ
ィラメントはタンタル（Ｔａ）製で直径０.２ｍｍのも
のである。フィラメントは３ｍｍ間隔で６本張り、フィ
ラメント温度は１９８０℃、フィラメントと基板上面と
の距離は６ｍｍである。水素９９％、メタン１％を７０
Torr導入しフィラメントを加熱したところ、３０分後に
は基板の温度はいずれも９５０℃で一定となった。Ｂド
ープ膜を成長させた試料については、ボロンドープダイ
ヤモンド膜に通電加熱を行なうことにより１０５０℃、
１１５０℃まで加熱した。この状態で７０時間成膜を行
った後表面観察を行ったところ、基板温度が高いほど異
常成長の数は少なかった。
【００３１】（実施例３） 高圧合成法による立方晶窒
化硼素単結晶を全ての面が｛１００｝面で囲まれた０．
６ｍｍ×０．６ｍｍ×０．３ｍｍの形状に加工した。こ
れを基板として実施例１と同様の条件で、基板温度１２
００℃で５０時間ダイヤモンドの成長を行ったところ、
主面上に厚さ４２μｍのダイヤモンド膜を得た。このダ
イヤモンド膜は電子線回折法で観察すると全面にわたっ
て単結晶であった。また、ラマン分光スペクトルの信号
の半値巾は２．８ｃｍ-1の良好なダイヤモンド単結晶で
あった。
化硼素単結晶を全ての面が｛１００｝面で囲まれた０．
６ｍｍ×０．６ｍｍ×０．３ｍｍの形状に加工した。こ
れを基板として実施例１と同様の条件で、基板温度１２
００℃で５０時間ダイヤモンドの成長を行ったところ、
主面上に厚さ４２μｍのダイヤモンド膜を得た。このダ
イヤモンド膜は電子線回折法で観察すると全面にわたっ
て単結晶であった。また、ラマン分光スペクトルの信号
の半値巾は２．８ｃｍ-1の良好なダイヤモンド単結晶で
あった。
【００３２】
【発明の効果】本発明によれば、均質で大型かつ大面積
の高圧相単結晶を容易に得ることができる。本発明で
は、高圧相物質の成長を気相合成法により行なうので、
ダイヤモンドに硼素や窒素を容易に含有させる、などの
種々のドーピングが可能である。したがって本発明の製
造方法によって得られるダイヤモンドをはじめとする高
圧相物質は、精密工具刃先、耐摩工具、耐熱工具、半導
体基材、放熱基板、高圧相半導体材料、光学材料、音響
振動板などに幅広く用いることができる。
の高圧相単結晶を容易に得ることができる。本発明で
は、高圧相物質の成長を気相合成法により行なうので、
ダイヤモンドに硼素や窒素を容易に含有させる、などの
種々のドーピングが可能である。したがって本発明の製
造方法によって得られるダイヤモンドをはじめとする高
圧相物質は、精密工具刃先、耐摩工具、耐熱工具、半導
体基材、放熱基板、高圧相半導体材料、光学材料、音響
振動板などに幅広く用いることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ３０Ｂ 25/20 9040−4Ｇ Ｈ０１Ｌ 21/205
Claims (4)
- 【請求項１】 ダイヤモンド単結晶基板上に気相からダ
イヤモンドを合成する方法であって、少なくとも基板温
度を１０５０℃以上１４００℃以下としてエピタキシャ
ル成長させる工程を含むことを特長とするダイヤモンド
の合成法。 - 【請求項２】 ダイヤモンド以外の単結晶基板上に気相
からダイヤモンドを合成する方法であって、少なくとも
基板温度を１０５０℃以上１４００℃以下としてエピタ
キシャル成長させる工程を含むことを特長とするダイヤ
モンドの合成法。 - 【請求項３】 主たる成長面が｛１００｝面または｛１
００｝からの方位ずれが１０度以内の結晶面であること
を特長とする請求項１または２に記載のダイヤモンドの
合成法。 - 【請求項４】 主たる成長面を取り囲む側面が｛１０
０｝面または｛１００｝からの方位ずれが１０度以内の
結晶面であることを特長とする請求項３に記載のダイヤ
モンドの合成法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1739993A JPH06227895A (ja) | 1993-02-04 | 1993-02-04 | ダイヤモンドの合成法 |
| US08/125,482 US5474021A (en) | 1992-09-24 | 1993-09-22 | Epitaxial growth of diamond from vapor phase |
| DE69315650T DE69315650T2 (de) | 1992-09-24 | 1993-09-23 | Epitaktisches Züchten von Diamanten aus der Dampfphase |
| EP93115385A EP0589464B1 (en) | 1992-09-24 | 1993-09-23 | Epitaxial growth of diamond from vapor phase |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1739993A JPH06227895A (ja) | 1993-02-04 | 1993-02-04 | ダイヤモンドの合成法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06227895A true JPH06227895A (ja) | 1994-08-16 |
Family
ID=11942921
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1739993A Pending JPH06227895A (ja) | 1992-09-24 | 1993-02-04 | ダイヤモンドの合成法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06227895A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005272191A (ja) * | 2004-03-24 | 2005-10-06 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ダイヤモンド単結晶基板 |
| JP2009184914A (ja) * | 2009-03-27 | 2009-08-20 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ダイヤモンド単結晶基板 |
| JP2010001215A (ja) * | 2002-09-20 | 2010-01-07 | Element Six Ltd | 単結晶ダイヤモンド |
| JP2015034114A (ja) * | 2013-08-09 | 2015-02-19 | 住友電気工業株式会社 | ダイヤモンド複合体、ダイヤモンド接合体、単結晶ダイヤモンドおよびこれを備える工具 |
-
1993
- 1993-02-04 JP JP1739993A patent/JPH06227895A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010001215A (ja) * | 2002-09-20 | 2010-01-07 | Element Six Ltd | 単結晶ダイヤモンド |
| JP2005272191A (ja) * | 2004-03-24 | 2005-10-06 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ダイヤモンド単結晶基板 |
| JP2009184914A (ja) * | 2009-03-27 | 2009-08-20 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ダイヤモンド単結晶基板 |
| JP2015034114A (ja) * | 2013-08-09 | 2015-02-19 | 住友電気工業株式会社 | ダイヤモンド複合体、ダイヤモンド接合体、単結晶ダイヤモンドおよびこれを備える工具 |
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