JPH0748198A - 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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- JPH0748198A JPH0748198A JP5194697A JP19469793A JPH0748198A JP H0748198 A JPH0748198 A JP H0748198A JP 5194697 A JP5194697 A JP 5194697A JP 19469793 A JP19469793 A JP 19469793A JP H0748198 A JPH0748198 A JP H0748198A
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- single crystal
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 透明で結晶欠陥の少ない大型の単結晶ダダイ
ヤモンドの製造方法に関する 【構成】 複数のダイヤモンド単結晶基板を並べ、その
上に気相からダイヤモンドを成長させる方法において、
隣り合った基板間の間隙及び高さの差をそれぞれ３０μ
ｍ以下となるように基板を配置し、その上に一体のダイ
ヤモンドを成長させることを特徴とするダイヤモンドの
合成法。 【効果】 基板と基板の境界部に成長する異常成長粒子
の発生を抑制し、境界部に光散乱や欠陥の集積が少ない
大型のダイヤモンド単結晶が製造できる。
ヤモンドの製造方法に関する 【構成】 複数のダイヤモンド単結晶基板を並べ、その
上に気相からダイヤモンドを成長させる方法において、
隣り合った基板間の間隙及び高さの差をそれぞれ３０μ
ｍ以下となるように基板を配置し、その上に一体のダイ
ヤモンドを成長させることを特徴とするダイヤモンドの
合成法。 【効果】 基板と基板の境界部に成長する異常成長粒子
の発生を抑制し、境界部に光散乱や欠陥の集積が少ない
大型のダイヤモンド単結晶が製造できる。
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、特に切削工具、耐摩工具、精密工具、半導体材
料、電子部品、光学部品などに用いられる透明で結晶欠
陥の少ない大型のダイヤモンド結晶、特に大型の単結晶
の製造方法に関するものである。
に関し、特に切削工具、耐摩工具、精密工具、半導体材
料、電子部品、光学部品などに用いられる透明で結晶欠
陥の少ない大型のダイヤモンド結晶、特に大型の単結晶
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、透
明度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。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。従来から、気相合成法によって比較的大面
積のものが各種基板上に人工的に製造されていたが、こ
れらは多結晶膜であり、単結晶膜は得られていない。通
常、ダイヤモンド膜を気相合成により成膜する際には、
基板に対してあらかじめダイヤモンド粒によるスクラッ
チングが施されることが多い。スクラッチングによりダ
イヤモンド膜の成長が促進される効果はダイヤモンドの
小結晶片が基板上に残り、これを種結晶としてダイヤモ
ンドが成長するためであると理解されている（S.Iijim
a, Y.Aikawa and K.Baba : Appl.Phys.Lett.,57 (199
0), p2646 ）。スクラッチング後に基板に残されたダイ
ヤモンド小結晶片は様々な方位を向いたものが混じって
いるから、これを種として成長したダイヤモンド膜は多
結晶膜となる。しかしながら、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。
明度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。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。従来から、気相合成法によって比較的大面
積のものが各種基板上に人工的に製造されていたが、こ
れらは多結晶膜であり、単結晶膜は得られていない。通
常、ダイヤモンド膜を気相合成により成膜する際には、
基板に対してあらかじめダイヤモンド粒によるスクラッ
チングが施されることが多い。スクラッチングによりダ
イヤモンド膜の成長が促進される効果はダイヤモンドの
小結晶片が基板上に残り、これを種結晶としてダイヤモ
ンドが成長するためであると理解されている（S.Iijim
a, Y.Aikawa and K.Baba : Appl.Phys.Lett.,57 (199
0), p2646 ）。スクラッチング後に基板に残されたダイ
ヤモンド小結晶片は様々な方位を向いたものが混じって
いるから、これを種として成長したダイヤモンド膜は多
結晶膜となる。しかしながら、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。
【０００３】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。このような圧力を発生する超高圧容器は非常に
高価であり、内容積を大きくできず、ダイヤモンドを安
価に供給できない原因となっている。また、このために
大型の単結晶を合成することができない。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。これまでのとこ
ろ、ダイヤモンドのヘテロエピタキシャルは結晶内に欠
陥や歪みが発生しやすく、大面積の良質なダイヤモンド
単結晶を得る方法は見出されていない。現在ではダイヤ
モンド基板上のホモエピタキシャル成長を工夫すること
によって大面積のダイヤモンド単結晶を製造する方法が
有望視されている。Ｇｅｉｓらは、数１０〜１００μｍ
のダイヤモンド粒子を方位を揃えて並べ、この上にダイ
ヤモンドを気相合成法により成長させることにより、方
位の配向した大面積のダイヤモンド基板を得る方法を提
案している（ M.W.Geis, H.I.Smith, A.Argoitia, J.An
gus, G.H.M.Ma, J.T.Glass, J.Butler, C.J.Robinson,
R.Pryor : Appl.Phys.Lett., 58 (1991), p2485 ）。
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。このような圧力を発生する超高圧容器は非常に
高価であり、内容積を大きくできず、ダイヤモンドを安
価に供給できない原因となっている。また、このために
大型の単結晶を合成することができない。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。これまでのとこ
ろ、ダイヤモンドのヘテロエピタキシャルは結晶内に欠
陥や歪みが発生しやすく、大面積の良質なダイヤモンド
単結晶を得る方法は見出されていない。現在ではダイヤ
モンド基板上のホモエピタキシャル成長を工夫すること
によって大面積のダイヤモンド単結晶を製造する方法が
有望視されている。Ｇｅｉｓらは、数１０〜１００μｍ
のダイヤモンド粒子を方位を揃えて並べ、この上にダイ
ヤモンドを気相合成法により成長させることにより、方
位の配向した大面積のダイヤモンド基板を得る方法を提
案している（ M.W.Geis, H.I.Smith, A.Argoitia, J.An
gus, G.H.M.Ma, J.T.Glass, J.Butler, C.J.Robinson,
R.Pryor : Appl.Phys.Lett., 58 (1991), p2485 ）。
【０００４】特開平３−７５２９８号公報には、複数の
数ｍｍ角の単結晶ダイヤモンド基板を方位を揃えて並
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、大型のダイヤモンド単結晶を得る方法
が開示されている。この方法によれば基板と基板との境
界部には微小な角度を有する小傾角粒界が存在する可能
性があるが、光透過性などにおいて単結晶であると見な
せるような大型ダイヤモンド結晶が得らる。特に複数用
いる基板の方位や間隔を精密に制御することによって、
実用上問題のない小傾角粒界以外の結晶欠陥を含まない
大型のダイヤモンド単結晶を得ることができる。このよ
うな方法で大型のダイヤモンド単結晶を得るにあたって
は、ホモエピタキシャル成長が所定の厚みまで維持され
ることが必要である。基板との間のエピタキシャル関係
が失われた粒子（以下、異常成長粒子という）の増加、
増大が起こると多結晶ダイヤモンドと同様の光散乱など
が生じるからである。ところが前記の複数の基板の上に
結晶を成長させる方法では、異常成長粒子が発生しやす
いという問題があった。この方法の場合、異常成長粒子
は基板上にも発生するが特に発生率の高い場所は基板境
界部である。すなわち、図１のように単結晶ダイヤモン
ド基板１を配置して、その上に一体のダイヤモンドを成
長させると図２に示すように気相成長したダイヤモンド
単結晶２の外に単結晶ダイヤモンド基板１の境界部に異
常成長粒子３が成長してしまうことが多く、大型で品質
の良好なダイヤモンド単結晶が得にくいという問題があ
った。
数ｍｍ角の単結晶ダイヤモンド基板を方位を揃えて並
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、大型のダイヤモンド単結晶を得る方法
が開示されている。この方法によれば基板と基板との境
界部には微小な角度を有する小傾角粒界が存在する可能
性があるが、光透過性などにおいて単結晶であると見な
せるような大型ダイヤモンド結晶が得らる。特に複数用
いる基板の方位や間隔を精密に制御することによって、
実用上問題のない小傾角粒界以外の結晶欠陥を含まない
大型のダイヤモンド単結晶を得ることができる。このよ
うな方法で大型のダイヤモンド単結晶を得るにあたって
は、ホモエピタキシャル成長が所定の厚みまで維持され
ることが必要である。基板との間のエピタキシャル関係
が失われた粒子（以下、異常成長粒子という）の増加、
増大が起こると多結晶ダイヤモンドと同様の光散乱など
が生じるからである。ところが前記の複数の基板の上に
結晶を成長させる方法では、異常成長粒子が発生しやす
いという問題があった。この方法の場合、異常成長粒子
は基板上にも発生するが特に発生率の高い場所は基板境
界部である。すなわち、図１のように単結晶ダイヤモン
ド基板１を配置して、その上に一体のダイヤモンドを成
長させると図２に示すように気相成長したダイヤモンド
単結晶２の外に単結晶ダイヤモンド基板１の境界部に異
常成長粒子３が成長してしまうことが多く、大型で品質
の良好なダイヤモンド単結晶が得にくいという問題があ
った。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、複数
の単結晶ダイヤモンド基板を並べ、その上に一体のダイ
ヤモンド結晶を成長させる方法において、基板と基板の
境界部に成長する異常成長粒子の発生を抑制し、境界部
に光散乱や欠陥の集積が少ない大型のダイヤモンド単結
晶を製造する方法を提供することにある。
の単結晶ダイヤモンド基板を並べ、その上に一体のダイ
ヤモンド結晶を成長させる方法において、基板と基板の
境界部に成長する異常成長粒子の発生を抑制し、境界部
に光散乱や欠陥の集積が少ない大型のダイヤモンド単結
晶を製造する方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、複数の単
結晶基板上へダイヤモンド結晶を成長させる方法につい
て鋭意検討の結果、複数のダイヤモンド基板上にホモエ
ピタキシャル成長させるにあたって、相隣り合って配置
された基板間の隙間と基板間の高さの差が重要な要素で
あり、これらの値を特定の範囲内に抑えることにより基
板境界部の異常成長が極めて少なくなり、良質の大型ダ
イヤモンド単結晶が得られることを見出し、本発明を完
成した。すなわち本発明は、複数のダイヤモンド単結晶
基板を並べ、その上に気相からダイヤモンドを成長させ
る方法において、隣り合った基板間の間隙及び高さの差
をそれぞれ３０μｍ以下となるように基板を配置し、そ
の上に一体のダイヤモンドを成長させることを特徴とす
るダイヤモンドの合成法である。
結晶基板上へダイヤモンド結晶を成長させる方法につい
て鋭意検討の結果、複数のダイヤモンド基板上にホモエ
ピタキシャル成長させるにあたって、相隣り合って配置
された基板間の隙間と基板間の高さの差が重要な要素で
あり、これらの値を特定の範囲内に抑えることにより基
板境界部の異常成長が極めて少なくなり、良質の大型ダ
イヤモンド単結晶が得られることを見出し、本発明を完
成した。すなわち本発明は、複数のダイヤモンド単結晶
基板を並べ、その上に気相からダイヤモンドを成長させ
る方法において、隣り合った基板間の間隙及び高さの差
をそれぞれ３０μｍ以下となるように基板を配置し、そ
の上に一体のダイヤモンドを成長させることを特徴とす
るダイヤモンドの合成法である。
【０００７】この方法によれば、ダイヤモンドの成長条
件により単結晶、多結晶成分を含む単結晶、モザイク結
晶、多結晶等のダイヤモンド結晶を成長させることがで
きるが、本発明の合成法は特に単結晶の合成に好適であ
る。また、本発明の好ましい態様として、ダイヤモンド
単結晶基板として（１００）面からのずれが１０°以内
の面を主面とするダイヤモンド単結晶基板を使用する方
法、あるいは隣接するダイヤモンド単結晶基板間の結晶
の面方位のずれを１０°以内とする方法がある。
件により単結晶、多結晶成分を含む単結晶、モザイク結
晶、多結晶等のダイヤモンド結晶を成長させることがで
きるが、本発明の合成法は特に単結晶の合成に好適であ
る。また、本発明の好ましい態様として、ダイヤモンド
単結晶基板として（１００）面からのずれが１０°以内
の面を主面とするダイヤモンド単結晶基板を使用する方
法、あるいは隣接するダイヤモンド単結晶基板間の結晶
の面方位のずれを１０°以内とする方法がある。
【０００８】本発明の方法においては、複数のダイヤモ
ンド単結晶基板を並べ、その上に気相からダイヤモンド
を成長させるに当たり、相隣り合った基板間の隙間を３
０μｍ以下、より好ましくは１５μｍ以下とし、高さの
差を３０μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下に制御
することを最大の特徴とする。基板間の隙間の大きさあ
るいは高さの差が３０μｍより大きくなると、基板の境
界部付近に異常成長粒子が発生し、良質のダイヤモンド
結晶が得られなくなるので好ましくない。
ンド単結晶基板を並べ、その上に気相からダイヤモンド
を成長させるに当たり、相隣り合った基板間の隙間を３
０μｍ以下、より好ましくは１５μｍ以下とし、高さの
差を３０μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下に制御
することを最大の特徴とする。基板間の隙間の大きさあ
るいは高さの差が３０μｍより大きくなると、基板の境
界部付近に異常成長粒子が発生し、良質のダイヤモンド
結晶が得られなくなるので好ましくない。
【０００９】
【作用】隣り合った基板間に高さの差が存在すると図２
のように異常成長粒子３が多く発生するが、異常成長粒
子が発生するのは、ごく初期においては上面よりはむし
ろ側面である。これは、成膜条件は主たる成長において
最適化されるために側面部においては成長条件は最適条
件からはずれた条件となってしまうためである。そのた
め、両側の高さがずれていると、図３に示すように露出
する側面から異常成長粒子３（非エピタキシャル成長粒
子）が成長しやすい。これに対して、両側の高さが揃っ
ている場合には成長条件の異なる領域が存在しないこと
により異常成長が発生しなくなる。その結果、基板境界
部の上方には図４のように小傾角粒界４が認められるだ
けで欠陥の少ない境界接合部が形成される。
のように異常成長粒子３が多く発生するが、異常成長粒
子が発生するのは、ごく初期においては上面よりはむし
ろ側面である。これは、成膜条件は主たる成長において
最適化されるために側面部においては成長条件は最適条
件からはずれた条件となってしまうためである。そのた
め、両側の高さがずれていると、図３に示すように露出
する側面から異常成長粒子３（非エピタキシャル成長粒
子）が成長しやすい。これに対して、両側の高さが揃っ
ている場合には成長条件の異なる領域が存在しないこと
により異常成長が発生しなくなる。その結果、基板境界
部の上方には図４のように小傾角粒界４が認められるだ
けで欠陥の少ない境界接合部が形成される。
【００１０】接合部における基板間の隙間が小さく、か
つ基板の高さが揃っている場合には、接合部の両側から
正常なエピタキシャル部分が成長してくるため、側面部
はすぐに隠されてしまい、そこからの異常成長は抑制さ
れる。しかし、高さが揃っている場合でも、基板間の隙
間が広すぎる場合には側面部が隠れる前に異常成長粒子
の発生が起こってしまうため、基板間の隙間は小さくす
る必要がある。
つ基板の高さが揃っている場合には、接合部の両側から
正常なエピタキシャル部分が成長してくるため、側面部
はすぐに隠されてしまい、そこからの異常成長は抑制さ
れる。しかし、高さが揃っている場合でも、基板間の隙
間が広すぎる場合には側面部が隠れる前に異常成長粒子
の発生が起こってしまうため、基板間の隙間は小さくす
る必要がある。
【００１１】本発明の方法は、基板を形成するダイヤモ
ンド結晶の面方位がどのような指数面であっても有効で
あるが、（１００）面ないしは（１００）±１０°の範
囲の面である場合に特に有効である。また、接合する基
板間の方位ずれに関係なく異常成長を減少せしめる効果
があるが、１０°以上の方位ずれがあると本方法を用い
ても異常成長を完全には無くし得ないため、異常成長の
発生を効果的に抑制するためには、方位ずれは１０°以
内、より好ましくは３°以内とするのが好ましい。
ンド結晶の面方位がどのような指数面であっても有効で
あるが、（１００）面ないしは（１００）±１０°の範
囲の面である場合に特に有効である。また、接合する基
板間の方位ずれに関係なく異常成長を減少せしめる効果
があるが、１０°以上の方位ずれがあると本方法を用い
ても異常成長を完全には無くし得ないため、異常成長の
発生を効果的に抑制するためには、方位ずれは１０°以
内、より好ましくは３°以内とするのが好ましい。
【００１２】本発明のダイヤモンドを成長させる気相合
成法は、熱フィラメントＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、
プラズマジェット法、燃焼炎法、レーザＣＶＤ法などい
ずれの方法でもよい。また、原料としては炭化水素など
の炭素を含む物質でよく、原料の種類に特に制限はな
い。本発明で使用する基板用のダイヤモンド単結晶とし
ては、高圧合成による人工ダイヤモンド単結晶が、品質
の揃ったものを入手するのが最も容易で好ましいが、天
然単結晶や気相成長させた単結晶を用いることもでき
る。
成法は、熱フィラメントＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、
プラズマジェット法、燃焼炎法、レーザＣＶＤ法などい
ずれの方法でもよい。また、原料としては炭化水素など
の炭素を含む物質でよく、原料の種類に特に制限はな
い。本発明で使用する基板用のダイヤモンド単結晶とし
ては、高圧合成による人工ダイヤモンド単結晶が、品質
の揃ったものを入手するのが最も容易で好ましいが、天
然単結晶や気相成長させた単結晶を用いることもでき
る。
【００１３】
【実施例】以下実施例、比較例により本発明の方法をさ
らに具体的に説明する。 （実施例１）大きさ６．０ｍｍ×４．０ｍｍ×３００±
２５μｍの高圧合成ダイヤモンドＩｂ単結晶２個を図１
のように配置した。基板面方位はいずれも（１００）±
３°であり、二つの基板間の方位ずれはＸ線回折により
２°以内であることを確認した。基板間の隙間は１０〜
１５μｍ、相隣り合った基板間の高さの差は最大で５μ
ｍであった。このように配置した基材上にマイクロ波プ
ラズマＣＶＤ法によりダイヤモンドを成長させた。メタ
ン濃度２％、圧力１００ Torr 、基板温度９００℃で通
算３００時間の成長を行い、３００μｍの厚みのダイヤ
モンド結晶を成長させた。その結果、二つの基板上に異
常成長のない一体のダイヤモンド結晶が成長した。この
ダイヤモンドは接合部に小傾角粒界を含む単結晶ダイヤ
モンドであった。
らに具体的に説明する。 （実施例１）大きさ６．０ｍｍ×４．０ｍｍ×３００±
２５μｍの高圧合成ダイヤモンドＩｂ単結晶２個を図１
のように配置した。基板面方位はいずれも（１００）±
３°であり、二つの基板間の方位ずれはＸ線回折により
２°以内であることを確認した。基板間の隙間は１０〜
１５μｍ、相隣り合った基板間の高さの差は最大で５μ
ｍであった。このように配置した基材上にマイクロ波プ
ラズマＣＶＤ法によりダイヤモンドを成長させた。メタ
ン濃度２％、圧力１００ Torr 、基板温度９００℃で通
算３００時間の成長を行い、３００μｍの厚みのダイヤ
モンド結晶を成長させた。その結果、二つの基板上に異
常成長のない一体のダイヤモンド結晶が成長した。この
ダイヤモンドは接合部に小傾角粒界を含む単結晶ダイヤ
モンドであった。
【００１４】（実施例２）大きさ４．０ｍｍ×４．０ｍ
ｍ×３００±２０μｍの高圧合成ダイヤモンドＩｂ基板
９枚を図５に示すように３×３に並べたものを２組用意
した。いずれの基板の面方位も（１００）±２°の範囲
にあり、隣り合った基板間の方位ずれはいずれも３°以
内であることを電子回折により確認した。これらの２組
の試料を用いて図５の工程図に示すように大型単結晶ダ
イヤモンドの合成を行った。先ず２組の試料の上に１０
０μｍの厚さの単結晶ダイヤモンド２を成長させ、２組
の複合単結晶基板５を作製した。得られた複合単結晶基
板５の一方は、成長面を機械研磨後に裏面を機械研磨し
さらにクロム酸処理を行った。この後いずれの試料につ
いても、ダイヤモンドを成長させなかった側を調べたと
ころ、両面研磨を行った表面処理複合基板７では、隣り
合った基板間の段差は０．１μｍ以下であったのに対し
て、行わなかった未処理複合基板６では最大４０μｍの
段差がみられた。
ｍ×３００±２０μｍの高圧合成ダイヤモンドＩｂ基板
９枚を図５に示すように３×３に並べたものを２組用意
した。いずれの基板の面方位も（１００）±２°の範囲
にあり、隣り合った基板間の方位ずれはいずれも３°以
内であることを電子回折により確認した。これらの２組
の試料を用いて図５の工程図に示すように大型単結晶ダ
イヤモンドの合成を行った。先ず２組の試料の上に１０
０μｍの厚さの単結晶ダイヤモンド２を成長させ、２組
の複合単結晶基板５を作製した。得られた複合単結晶基
板５の一方は、成長面を機械研磨後に裏面を機械研磨し
さらにクロム酸処理を行った。この後いずれの試料につ
いても、ダイヤモンドを成長させなかった側を調べたと
ころ、両面研磨を行った表面処理複合基板７では、隣り
合った基板間の段差は０．１μｍ以下であったのに対し
て、行わなかった未処理複合基板６では最大４０μｍの
段差がみられた。
【００１５】この両者に最初にダイヤモンドを成長させ
なかった側にプラズマジェット法により１０００μｍの
厚さの単結晶ダイヤモンド２を成長させた。導入ガスは
アルゴン５ｓｌｍ（standard litter per minute）、水
素２ｓｌｍ、メタン２０ｓｃｃｍ（standard cc per mi
nute）、二酸化炭素６ｓｃｃｍ、また基板温度は１０５
０℃であった。成長面を鏡面研磨し、基板ダイヤモンド
を研磨除去した。研磨による高さ合わせを行った表面処
理複合基板７からは全く透明なダイヤモンドが得られ、
３５０ｎｍにおける光透過率を測定したところ全面にわ
たって６８％以上の理想的なダイヤモンドの光学特性を
示し実質的に良質の大型単結晶であると見なされた。こ
れに対し、高さ合わせを行わなかった未処理複合基板６
から得られたものは基板間の境界部に発生した異常成長
粒子３のため黒いシミが見られ、３５０ｎｍにおける透
過率は最も低い部分では５％以下であった。
なかった側にプラズマジェット法により１０００μｍの
厚さの単結晶ダイヤモンド２を成長させた。導入ガスは
アルゴン５ｓｌｍ（standard litter per minute）、水
素２ｓｌｍ、メタン２０ｓｃｃｍ（standard cc per mi
nute）、二酸化炭素６ｓｃｃｍ、また基板温度は１０５
０℃であった。成長面を鏡面研磨し、基板ダイヤモンド
を研磨除去した。研磨による高さ合わせを行った表面処
理複合基板７からは全く透明なダイヤモンドが得られ、
３５０ｎｍにおける光透過率を測定したところ全面にわ
たって６８％以上の理想的なダイヤモンドの光学特性を
示し実質的に良質の大型単結晶であると見なされた。こ
れに対し、高さ合わせを行わなかった未処理複合基板６
から得られたものは基板間の境界部に発生した異常成長
粒子３のため黒いシミが見られ、３５０ｎｍにおける透
過率は最も低い部分では５％以下であった。
【００１６】（実施例３）次に図６に示す工程図に従
い、複数枚の大型単結晶ダイヤモンドの作製を行った。
先ず実施例２と同様に、大きさ４．０ｍｍ×４．０ｍｍ
×３００±２０μｍのダイヤモンド基板（面方位（１０
０）±２°）９枚を相隣り合った基板同士の結晶方位ず
れが３°以内となるように３×３に並べたものを用意
し、実施例２と同様にダイヤモンドを成長させるための
高さの揃った段差のない表面処理複合基板７を用意し
た。次にダイヤモンドを成長させたのと反対側に、厚さ
３００μｍの硼素（Ｂ）をドープした半導体単結晶ダイ
ヤモンド８と厚さ７００μｍのドープしない絶縁体の単
結晶ダイヤモンド９とを交互に３サイクル成長させた。
成長はマイクロ波プラズマＣＶＤ法により行った。導入
ガスはメタン水素系であり、メタンは濃度２％、またＢ
ドープ層についてはメタンに対し２５０ｐｐｍ相当のジ
ボランを加えた。基板温度は１０００℃であった。
い、複数枚の大型単結晶ダイヤモンドの作製を行った。
先ず実施例２と同様に、大きさ４．０ｍｍ×４．０ｍｍ
×３００±２０μｍのダイヤモンド基板（面方位（１０
０）±２°）９枚を相隣り合った基板同士の結晶方位ず
れが３°以内となるように３×３に並べたものを用意
し、実施例２と同様にダイヤモンドを成長させるための
高さの揃った段差のない表面処理複合基板７を用意し
た。次にダイヤモンドを成長させたのと反対側に、厚さ
３００μｍの硼素（Ｂ）をドープした半導体単結晶ダイ
ヤモンド８と厚さ７００μｍのドープしない絶縁体の単
結晶ダイヤモンド９とを交互に３サイクル成長させた。
成長はマイクロ波プラズマＣＶＤ法により行った。導入
ガスはメタン水素系であり、メタンは濃度２％、またＢ
ドープ層についてはメタンに対し２５０ｐｐｍ相当のジ
ボランを加えた。基板温度は１０００℃であった。
【００１７】成長後に基板として用いた単結晶よりも横
方向に外側にはみ出した部分はレーザー加工により除去
した。Ｂドープした層に沿って放電加工によって切断
し、その後切断面を研磨することにより３枚の１２ｍｍ
×１２ｍｍ×７００μｍの無色透明のアンドープ単結晶
ダイヤモンド１０を得ることができた。この３枚のダイ
ヤモンド結晶について３５０ｎｍにおける光透過率を測
定したところ全面にわたって６５％以上の良好な透過率
を示した。さらに、気相合成ダイヤモンドから分離され
た複合単結晶基板１１は、再使用可能であり、上記の工
程を繰り返し行うことができた。
方向に外側にはみ出した部分はレーザー加工により除去
した。Ｂドープした層に沿って放電加工によって切断
し、その後切断面を研磨することにより３枚の１２ｍｍ
×１２ｍｍ×７００μｍの無色透明のアンドープ単結晶
ダイヤモンド１０を得ることができた。この３枚のダイ
ヤモンド結晶について３５０ｎｍにおける光透過率を測
定したところ全面にわたって６５％以上の良好な透過率
を示した。さらに、気相合成ダイヤモンドから分離され
た複合単結晶基板１１は、再使用可能であり、上記の工
程を繰り返し行うことができた。
【００１８】（比較例１）大きさ６．０ｍｍ×４．０ｍ
ｍ×３００±２５μｍの高圧合成ダイヤモンドＩｂ単結
晶２個を図１のように互いに接するように配置した。基
板面方位はいずれも（１００）±７°であったが、２つ
の基板同士の方位ずれはＸ線回折による観察で１２°で
あることを確認した。基板間の隙間は４５〜５０μｍ、
相隣り合った基板間の高さの差は３５μｍであった。こ
のように配置した基板上にマイクロ波プラズマＣＶＤ法
によりダイヤモンドを成長させた。メタン濃度２％、圧
力１００ Torr 、基材温度９００℃で通算３００時間の
成長を行い、厚さ３００μｍのダイヤモンドを成長させ
た。その結果、図２のように、異常成長粒子３による多
結晶成分が形成された。
ｍ×３００±２５μｍの高圧合成ダイヤモンドＩｂ単結
晶２個を図１のように互いに接するように配置した。基
板面方位はいずれも（１００）±７°であったが、２つ
の基板同士の方位ずれはＸ線回折による観察で１２°で
あることを確認した。基板間の隙間は４５〜５０μｍ、
相隣り合った基板間の高さの差は３５μｍであった。こ
のように配置した基板上にマイクロ波プラズマＣＶＤ法
によりダイヤモンドを成長させた。メタン濃度２％、圧
力１００ Torr 、基材温度９００℃で通算３００時間の
成長を行い、厚さ３００μｍのダイヤモンドを成長させ
た。その結果、図２のように、異常成長粒子３による多
結晶成分が形成された。
【００１９】（比較例２）大きさ６．０ｍｍ×４．０ｍ
ｍ×３００±２５μｍの高圧合成ダイヤモンドＩｂ単結
晶２個を図１のように互いに接するように配置した。基
板面方位はいずれも（１００）±７°であったが、２つ
の基板同士の方位ずれはＸ線回折による観察で２°であ
ることを確認した。基板間の隙間は１５〜２０μｍ、相
隣り合った基板間の高さの差は４５μｍであった。この
ように配置した基板上にマイクロ波プラズマＣＶＤ法に
よりダイヤモンドを成長させた。メタン濃度２％、圧力
１００ Torr 、基材温度９００℃で通算３００時間の成
長を行い、厚さ３００μｍのダイヤモンドを成長させ
た。その結果、図２のように、異常成長粒子３による多
結晶成分が形成された。
ｍ×３００±２５μｍの高圧合成ダイヤモンドＩｂ単結
晶２個を図１のように互いに接するように配置した。基
板面方位はいずれも（１００）±７°であったが、２つ
の基板同士の方位ずれはＸ線回折による観察で２°であ
ることを確認した。基板間の隙間は１５〜２０μｍ、相
隣り合った基板間の高さの差は４５μｍであった。この
ように配置した基板上にマイクロ波プラズマＣＶＤ法に
よりダイヤモンドを成長させた。メタン濃度２％、圧力
１００ Torr 、基材温度９００℃で通算３００時間の成
長を行い、厚さ３００μｍのダイヤモンドを成長させ
た。その結果、図２のように、異常成長粒子３による多
結晶成分が形成された。
【００２０】（比較例３）大きさ６．０ｍｍ×４．０ｍ
ｍ×３００±２５μｍの高圧合成ダイヤモンドＩｂ単結
晶２個を図１のように互いに接するように配置した。基
板面方位はいずれも（１００）±７°であったが、２つ
の基板同士の方位ずれはＸ線回折による観察で３°であ
ることを確認した。基板間の隙間は３５〜５０μｍ、相
隣り合った基板間の高さの差は１０μｍ以下であった。
このように配置した基板上にマイクロ波プラズマＣＶＤ
法によりダイヤモンドを成長させた。メタン濃度２％、
圧力１００ Torr 、基材温度９００℃で通算３００時間
の成長を行い、厚さ３００μｍのダイヤモンドを成長さ
せた。その結果、図２のように、異常成長粒子３による
多結晶成分が形成された。
ｍ×３００±２５μｍの高圧合成ダイヤモンドＩｂ単結
晶２個を図１のように互いに接するように配置した。基
板面方位はいずれも（１００）±７°であったが、２つ
の基板同士の方位ずれはＸ線回折による観察で３°であ
ることを確認した。基板間の隙間は３５〜５０μｍ、相
隣り合った基板間の高さの差は１０μｍ以下であった。
このように配置した基板上にマイクロ波プラズマＣＶＤ
法によりダイヤモンドを成長させた。メタン濃度２％、
圧力１００ Torr 、基材温度９００℃で通算３００時間
の成長を行い、厚さ３００μｍのダイヤモンドを成長さ
せた。その結果、図２のように、異常成長粒子３による
多結晶成分が形成された。
【００２１】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、均質で良
質かつ大面積のダイヤモンド結晶、特に単結晶を容易に
得ることができる。本発明では、ダイヤモンドの成長を
気相合成法により行うので、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。
質かつ大面積のダイヤモンド結晶、特に単結晶を容易に
得ることができる。本発明では、ダイヤモンドの成長を
気相合成法により行うので、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。
【図１】２つの単結晶基板の配置を示す模式図であり、
（ａ）は平面図（ｂ）は側面図である。
（ａ）は平面図（ｂ）は側面図である。
【図２】基板境界部に発生した異常成長粒子の状態を示
す模式図であり、（ａ）は平面図（ｂ）は側面図であ
る。
す模式図であり、（ａ）は平面図（ｂ）は側面図であ
る。
【図３】隣接する単結晶基板間の高さの差が大きい場合
に基板境界部に発生する異常成長粒子の状態を示す模式
図である。
に基板境界部に発生する異常成長粒子の状態を示す模式
図である。
【図４】隣接する単結晶基板間の高さの差が小さく、異
常成長が発生しなかった場合の単結晶ダイヤモンドの状
態を示す模式図である。
常成長が発生しなかった場合の単結晶ダイヤモンドの状
態を示す模式図である。
【図５】９個の単結晶基板から複合単結晶基板を作製し
大型の単結晶ダイヤモンドを得る工程の概略を示す工程
図である。
大型の単結晶ダイヤモンドを得る工程の概略を示す工程
図である。
【図６】複合単結晶基板を用いて複数枚の大型の単結晶
ダイヤモンドを得る工程の概略を示す工程図である。
ダイヤモンドを得る工程の概略を示す工程図である。
１ 単結晶ダイヤモンド基板 ２ 単結晶ダイヤモ
ンド ３ 異常成長粒子 ４ 小傾角粒界 ５ 複合単結晶基板 ６ 未処理複合単結晶基板 ７ 表面処理複合単結晶基板 ８ Ｂドープ半導体単結晶ダイヤモンド ９ 単結晶ダイヤモンド １０ 単結晶ダイヤモン
ド １１ 複合単結晶基板
ンド ３ 異常成長粒子 ４ 小傾角粒界 ５ 複合単結晶基板 ６ 未処理複合単結晶基板 ７ 表面処理複合単結晶基板 ８ Ｂドープ半導体単結晶ダイヤモンド ９ 単結晶ダイヤモンド １０ 単結晶ダイヤモン
ド １１ 複合単結晶基板
Claims (4)
- 【請求項１】 複数のダイヤモンド単結晶基板を並べ、
その上に気相からダイヤモンドを成長させる方法におい
て、隣り合った基板間の間隙及び高さの差をそれぞれ３
０μｍ以下となるように基板を配置し、その上に一体の
ダイヤモンドを成長させることを特徴とするダイヤモン
ドの合成法。 - 【請求項２】 成長させるダイヤモンドが、一体のダイ
ヤモンド単結晶であることを特徴とする請求項１に記載
のダイヤモンドの合成法。 - 【請求項３】 ダイヤモンド単結晶基板として、（１０
０）面からのずれが１０°以内の面を主面とするダイヤ
モンド単結晶基板を使用することを特徴とする請求項１
又は２に記載のダイヤモンドの合成法。 - 【請求項４】 隣接するダイヤモンド単結晶基板間の結
晶の面方位のずれを１０°以内とすることを特徴とする
請求項１ないし３のいずれかに記載のダイヤモンドの合
成法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5194697A JPH0748198A (ja) | 1993-08-05 | 1993-08-05 | ダイヤモンドの合成法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5194697A JPH0748198A (ja) | 1993-08-05 | 1993-08-05 | ダイヤモンドの合成法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0748198A true JPH0748198A (ja) | 1995-02-21 |
Family
ID=16328772
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5194697A Pending JPH0748198A (ja) | 1993-08-05 | 1993-08-05 | ダイヤモンドの合成法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0748198A (ja) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998037039A1 (fr) * | 1997-02-19 | 1998-08-27 | Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha | Fertilisant granulaire enrobe d'une pellicule de protection decomposable et son procede de production |
| JP2004060037A (ja) * | 2002-07-31 | 2004-02-26 | Kobe Steel Ltd | ダイヤモンドの製造方法及びダイヤモンド製品 |
| WO2004067812A1 (ja) * | 2003-01-28 | 2004-08-12 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | ダイヤモンド複合基板及びその製造方法 |
| JP2006306701A (ja) * | 2005-03-28 | 2006-11-09 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ダイヤモンド単結晶基板の製造方法及びダイヤモンド単結晶基板 |
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| JP2010150069A (ja) * | 2008-12-25 | 2010-07-08 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | 大面積ダイヤモンド結晶基板及びその製造方法 |
| WO2011074599A1 (ja) * | 2009-12-16 | 2011-06-23 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | モザイク状ダイヤモンドの製造方法 |
| EP2432002A1 (en) * | 2009-05-11 | 2012-03-21 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Silicon carbide substrate and semiconductor device |
| WO2012053252A1 (ja) * | 2010-10-18 | 2012-04-26 | 住友電気工業株式会社 | 炭化珪素基板を有する複合基板 |
| WO2012053254A1 (ja) * | 2010-10-18 | 2012-04-26 | 住友電気工業株式会社 | 炭化珪素基板を有する複合基板の製造方法 |
| JP2012092018A (ja) * | 2012-02-16 | 2012-05-17 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ダイヤモンド単結晶基板 |
| JP2012111653A (ja) * | 2010-11-24 | 2012-06-14 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 大面積ｃｖｄダイヤモンド単結晶の製造方法、及びこれによって得られた大面積ｃｖｄダイヤモンド単結晶 |
| JP2016008334A (ja) * | 2014-06-25 | 2016-01-18 | 国立大学法人 大分大学 | 導電性ダイヤモンド電極の製造方法 |
| WO2019139147A1 (ja) | 2018-01-15 | 2019-07-18 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 単結晶ダイヤモンド基板を含む積層体 |
-
1993
- 1993-08-05 JP JP5194697A patent/JPH0748198A/ja active Pending
Cited By (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO1998037039A1 (fr) * | 1997-02-19 | 1998-08-27 | Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha | Fertilisant granulaire enrobe d'une pellicule de protection decomposable et son procede de production |
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| US7892356B2 (en) | 2003-01-28 | 2011-02-22 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Diamond composite substrate and process for producing the same |
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| US8940266B2 (en) | 2008-12-25 | 2015-01-27 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Large diamond crystal substrates and methods for producing the same |
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