JPH11507906A

JPH11507906A - 炭化ケイ素宝石

Info

Publication number: JPH11507906A
Application number: JP9511254A
Authority: JP
Inventors: エリックハンター，チャールズ; バービエスト，ダーク
Original assignee: シー３，インコーポレイティド
Priority date: 1995-08-31
Filing date: 1996-08-27
Publication date: 1999-07-13
Anticipated expiration: 2016-08-27
Also published as: DE69630535D1; US5723391A; KR100331201B1; ATE253132T1; CN1194623A; CA2230262A1; BR9610393A; EP0853690B1; HK1015423A1; PT853690E; ES2207682T3; JP3422422B2; WO1997009470A3; WO1997009470A2; DK0853690T3; EP0853690A2; CN1093085C; KR19990044250A; DE69630535T2; AU710841B2

Abstract

(57)【要約】並外れた輝きと固さを持った合成宝石が、炉の昇華系において成長させた単一のポリタイプの比較的低純度で半透明の炭化ケイ素の大きな単結晶から作られる。結晶は切断して未仕上げの宝石にされ、これらをその後加工して仕上げ済みの宝石にする。成長中に結晶に選択的にドープすることにより、広範囲の色と色相を得ることができる。無色の宝石は、望まれない不純物原子が実質的にない系においてドープされていない結晶を成長させることにより製造される。

Description

【発明の詳細な説明】炭化ケイ素宝石発明の分野本発明は、合成の宝石（gemstone）に関する。より詳しく言えば、本発明は、半透明の単結晶性炭化ケイ素から製作された合成の宝石に関する。発明の背景まず、一般的に宝石についてのべると、宝石として有用である物理的特性を持つ元素と化合物の数は限られている。最も重要であるとして一般に受け入れられている物理的特性は、硬さ、屈折率、そして色であるが、とは言え熱的安定性、化学的安定性、そして靱性も、多くの宝石用途において重要と考えられている。現在まで、技術的に貴石（precious stone）と見なされる唯一の化学物質は、ダイヤモンド（単結晶性炭素）とコランダム（サファイアとルビー（単結晶性酸化アルミニウム））であるが、と言うのはモーススケールで測定したそれらの硬度がおおよそ９以上であるからである。モース系は、鉱物の硬度を順位付けるための尺度であり、ダイヤモンドは最も硬くて10であり、サファイアは９、トパーズは８で、一番柔らかい鉱物である硬度１の滑石（タルク）に至るまで小さくなっていく。エメラルドは、それが稀少であるため、たとえその硬度が7.5であるとしても貴石として受け入れられているが、そのほかの宝石(gem)、例えば金緑玉、トパーズ及びガーネットといったものは、それらの硬度がより低いことから通常は準貴石（semiprecious stone）として分類される。硬度は、宝石が引っ掻きに耐える能力を明らかにすることから、実用的な値である。屈折率は、宝石が光を屈折させる能力を明らかにすることから重要である。高屈折率の物質から完成した宝石を作ると、それらはきらめき、そして光にさらすと輝いて見える。ダイヤモンドの特徴のきらめきは、主としてその屈折率が高いことによる。宝石の色は、結晶格子に取り入れるのに利用できる不純物原子から結晶自体の物理的及び電子的構造までの、様々な因子により決定される。例えば、ルビーは、事実上、低濃度のクロムの不純物原子を含有しているサファイアの結晶（酸化アルミニウム）である。宝石の熱的及び化学的安定性は、石を装身具に取り付ける過程で重要なことがある。一般に、色を変化させることなくあるいは周囲のガスと反応させる（それは表面の仕上げを損なう）ことなく、石を高温に加熱することができるならば有益である。宝石の靱性は、宝石が割れ、削れ又はひびが入ることなくエネルギーを吸収する能力に関係している。宝石は、リングやその他の装身具類に取り付けて使用する寿命の間に標準的に遭遇する衝撃力に耐えることができなくてはならない。硬度、屈折率、色、熱的／化学的安定性、そして靱性は全て、組み合わさって宝石としての物質の有用性を決定する特性である。次に、合成ダイヤモンド宝石について述べると、1960年代から始まって、米国特許第4042673号明細書を含めた多数の特許文献により証明されるように、ジェネラル・エレクトリック社により宝石品質の合成ダイヤモンドを製造する努力がなされた。これらの努力は、種結晶上に単結晶性ダイヤモンドを成長させるために非常に高い圧力と高い温度を使用することに集中していた。宝石品質の合成ダイヤモンドは一般に、商業的な容認を獲得していない。次に、研磨材や半導体材料として用いられる合成炭化ケイ素について述べると、炭化ケイ素は自然界に稀にしか見いだれない。とは言え、それは、砥粒製品用に、結晶性の形態で、80年間以上製造されている。自然界と砥粒製品とに見いだされる炭化ケイ素結晶は、かなりのレベルの不純物原子を含有しているので、黒色であり半透明ではない。 1960年代と1970年代に、半導体装置の生産に使用するため低不純物の炭化ケイ素の大きな（まとまった）結晶を成長させることを目的として、かなりの開発活動が開始された。これらの努力は最終的に、1990年における比較的不純物の少ない半透明の炭化ケイ素結晶の工業的な利用の可能性という成果をもたらした。これらの炭化ケイ素結晶は、半導体装置に有用な非常に薄い緑又は青色（175〜400 μｍ）のスライスとして製造され市販されているに過ぎない。炭化ケイ素は、硬度が非常に高く（ポリタイプ（原子配列）と結晶方向とに応じて8.5〜9.25のモース硬度）、屈折率が高い（ポリタイプに応じ2.5〜2.71）。更に、炭化ケイ素は非常に強靱な物質であり、また空気中で損傷を被ることなく 2000°Ｆより高くまで加熱することができる極めて安定な物質である。炭化ケイ素は、おのおのが異なる物理的及び電子的特性を有する、150を超える様々なポリタイプを形成する複雑な物質系である。これらの様々なポリタイプは、三つの基本的な形態、すなわち立方晶、菱面体晶及び六方晶に分類することができる。菱面体晶及び六方晶の両方の形態は、原子の積み重なる順番に応じていろいろになる多数の様々な原子配列でもって生じることができる。発明の要約本発明は、一つの広い側面において、現在非常に薄い半導体装置の製造用の材料として使われている比較的低不純物の半透明の単結晶炭化ケイ素を、所望の色を持たせて成長させ、その後切断し、小面を刻み、そして研磨して、（ｉ）ダイヤモンドの硬度に近い硬度、（ii）優れた靱性、（ii i）優れた熱的／化学的安定性、及び（iv）ダイヤモンドより輝いていないとしても炭化ケイ素をブリリアントカットの宝石にする高い屈折率を有する、合成の完成した（仕上げ済みの）宝石にすることができるという発見である。本発明のこの側面によれば、好ましくは色むらのない、炭化ケイ素の単結晶を、例えば米国再発行特許第34861号明細書に開示された昇華手法のような、適当な手法により成長させる。大きな結晶をスライスしてたくさんの薄いスライスにする代わりに、これらの結晶は、切断されて重量が例えば１／４から５カラットまで程度の未仕上げの合成宝石にされるブールとして用いられる。その後、これらの未仕上げの宝石は完成した合成炭化ケイ素宝石にされる。小面を刻む手法と研磨の手法は、ダイヤモンドに関係して用いられている処理を取り入れて、ルビーやサファイアといったような着色した宝石の小面を刻み研磨するのに関連して現在用いられている手法から得られる。上述のように、炭化ケイ素の好ましくは単結晶を、半導体用途向けに必要な低不純物レベルを有する結晶を生産するために使用される同じ又は同様の条件下で成長させるが、もちろんながら、宝石の用途に適した半透明性及びその他の光学的特性を持つ材料についての必要性に合致する容認される範囲内で、より高い不純物レベルが許容可能であろうことが認められる。炭化ケイ素結晶は、ドーパント（例えば窒素やアルミニウム）を適切に選びそして正味のドープ密度（濃度）を変更することによって、広い範囲の色（緑、青、赤、紫、黄、黒を含む）と各色の範囲内での色相とでもって成長させることができる。六方晶又は菱面体晶の形態のドープされていない炭化ケイ素結晶は無色であって、ダイヤモンドの輝きに一致し、あるいはそれを越える。未仕上げの炭化ケイ素宝石は大きな単結晶から切りだされ、次いで通常の着色した宝石やダイヤモンドに関連して現在使用されている手法を組み合わせて仕上げ済みの宝石にされる。炭化ケイ素の硬度と靱性は、石に非常に鋭いエッジの小面を刻むのを可能にし、従って石の全体的な外観と輝きを向上させる。図面の簡単な説明目的のうちのいくつかを述べたが、このほかの目的は、添付の図面に関連して理解すれば、説明が進行するにつれて明らかになろう。添付図面において、第１図は炭化ケイ素の一つのポリタイプの大きな単結晶を含むブールの図であり、第２図は第１図の単結晶から切りとった未仕上げの合成宝石の拡大図であり、第３図は第２図の未仕上げの宝石から作られた完成した合成炭化ケイ素宝石の拡大図である。発明の詳細な説明以下においては、本発明を実施する好ましい様式の側面が示されている添付の図面を参照して本発明をより十分に説明するとは言うものの、以下に掲げる説明の最初に、当業者はこの発明の有利な成果をなおも達成しながらここに記載された発明を改変してもよいということを理解すべきである。それゆえに、以下に掲げる説明は当業者向けの幅の広い、教示用の開示であると理解すべきであり、本発明を限定するものと解されるべきではない。図面を参照すれば、第１図は、重さがおよそ716カラットある炭化ケイ素の大きな単結晶11を含む「ブール」を示しており、これからおよそ105 個の５カラットの未仕上げの合成宝石（第２図）を切りとることができる。５カラットの各未仕上げの宝石は、完成した宝石にされると、２カラット程度の適度の大きさにされた宝石をもたらす。結晶11は実質的に円筒状であり、高さがおよそ44mm、直径が40mmである。本発明を実施する好ましい様式では、結晶11は、広い十分なエネルギーバンドギャップを持つ（正味の電気的に活性な不純物原子が十分に少ない）単一のポリタイプ、例として、例えば6H SiCといったような、六方晶形態から構成され、そして結晶を宝石として使用するのに十分半透明にするのに十分少ない正味の不純物レベルを有する。結晶11は、大きな（まとまった）炭化ケイ素単結晶を成長させるのに使用される適当な昇華又は堆積又はそのほかの成長手法により成長させられ、より好ましい方法は種結晶上での昇華による成長である。この好ましい手法によれば、所望のポリタイプの炭化ケイ素の研磨した単結晶性の種結晶を昇華系の炉へケイ素と炭素を含有している原料ガス又は粉体（原料物質）とともに導入して結晶11を成長させる。原料物質は、原料物質に種結晶の成長面へ気化したSi、Si₂C及びSiC₂ を堆積させる蒸気フラックスを生じさせる温度まで加熱する。Si、Si₂C及びSiC₂ の一定のフラックスを維持することと、原料物質と種結晶との間の熱勾配を制御することによって、種結晶上での単一の選択されたポリタイプの再現性のある成長を達成する。昇華手法により成長させた結晶は、半導体装置を生産するのに使用するため非常に薄いスライスを得る材料として使用されてきた。これらのスライス（175μ ｍ〜400μｍ）は、成長の過程で選ばれた濃度の選ばれたドーパントで意図的にドーピングして得られた色（そして所望の電気的性質）を有する結晶と同じように、緑あるいは青色であった。ドープされていない（本来の）炭化ケイ素は、工業的に成長させられていない。ドープされていない炭化ケイ素の極めて低い導電性は、半導体製品の製作においてそれをほとんどあるいは少しも実用的価値のないものにしよう。ところが、炭化ケイ素の六方晶及び菱面体晶ポリタイプはエネルギーバンドギャップが広い（＞2.7電子ボルト）ので、それらをドープせずに（あるいは、同等の場合として、非常に低レベルの不純物原子又は非常に低レベルの電気的に活性な不純物原子を用いて）成長させると、結晶は無色になる、ということが見いだされた。ドープされていない無色の炭化ケイ素単結晶を成長させるためには、結晶成長系を、当該技術においてよく知られているように低圧の焼成手法を利用して結晶が成長するときに結晶を意図せずドーピングすることになる望まれない気体の又は気化した不純物原子が実質的にない状態にしておく。無色の炭化ケイ素宝石のために好ましいポリタイプは、6H及び4H SiCである。そのような宝石用の単結晶の成長を開始させるための種は、それぞれ同じ6H及び4H SiCのポリタイプを有する種である。様々な色の六方晶炭化ケイ素を作るためには、特定の不純物原子を意図的に加えなくてはならない。立方晶又は3C形の炭化ケイ素は、エネルギーバンドギャップがより狭いために、不純物原子をドープされていないときは黄色に見える。炭化ケイ素の種々の原子配列が多数存在する（そのうちのどれも多数の種々のドーパントを様々な組み合わせと濃度でもってドープすることができる）ので、広範囲の色と色相の宝石を製造することが可能である。6Hのポリタイプにあっては、普通に使用されるドーパントは窒素（ｎ型）とアルミニウム（ｐ型）であって、濃度は一般に立方センチメートル当たり 10¹⁵のキャリヤ原子程度の低い範囲から立方センチメートル当たり10¹⁹のキャリヤ原子程度の高い範囲までの範囲に及ぶ。このほかのドーパント、例としてホウ素の如きものを、所望の色と色相を得るのに十分な濃度で使用してもよい。下記の表は、いくつかの基本的な色を生じさせる種々の原子配列とドーパントを示している。上記の組み合わせは広範囲の様々な色をもたらすとは言うものの、これらの結晶の全ては共通して二つの非常に重要な特性、すなわち（１）高い硬度と（２）高い屈折率、を有する。炭化ケイ素の硬度と屈折率を、その他の宝石材料と比較して、密度の比較とともに示せば、次のとおりである。上記の表により示されるように、炭化ケイ素は、特定のドーパント原子を制御して導入して所定の原子配列でもって製造した場合には、コランダム及びエメラルドの物理的特性に有利に匹敵し、あるいはそれらを上回る物理的特性を有する優れた着色宝石材料になる。ドープしていない六方晶及び菱面体晶の形態では（特に原子の６個の層ごとに同じ原子配列を繰り返す六方晶形態、すなわち6Hでは）、炭化ケイ素はダイヤモンドの特性を再現するための知られている最良の候補である。宝石の加工もう一度図面を参照すれば、ことによって716カラットの炭化ケイ素結晶11（第１図）を切断して、選ばれた重量の、例えば５カラットの、多数の未仕上げの合成宝石12（一つを第２図に示す）にする。この未仕上げの宝石12は、好ましくは立方晶あるいはおおよそ立方晶型である。第３図に例示したような完成した宝石を製造するためには、未仕上げの宝石12を、炭化ケイ素の物理的特性の利点を取り入れるのに最もよく適した新しい方法に従って完成した宝石にする。この方法は、炭化ケイ素材料の靱性と硬度の最大限の利点を取り入れるため正確な角度と非常に鋭いへり（エッジ）とをもたらす、小面を刻む手法を取り入れながら、着色した石について使用されるものにより類似したその他の手法を取り入れる。この加工方法のより完全な説明を、加工の一般的な簡単な検討とルビー、サファイア及びエメラルド等の着色した宝石を加工することのいくつかの側面の簡単な検討に続いて、下記に示す。一般的な加工（従来技術）宝石の加工は、四つの手法、すなわち小面を刻むこと、タンブリングすること、キャビング（cabbing）すること、そしてカービング（carving）することを包含する。小面を刻む作業は宝石に多くの異なる形状の平らな面（小面）を作る。標準的に、透明な及び非常に半透明な宝石に小面が刻まれる。それほど半透明でない材料と不透明な材料は、小面を刻むことに関連する光学的特性が石の内側からの光の反射に依存しているため、通常はタンブリング、キャビング、あるいはカービングされる。宝石の形状は、それを取り付けたときにそれが見えるようにする位置で、上に向けたその輪郭である。球状以外の形状はファンシー（fancy）と呼ばれる。いくつかの人気のあるファンシー形状には、よく知られているエメラルドカット、クッション、アンティーククッション、長円形（オーバル）、ペア、そしてマーキスが含まれる。宝石細工人はファンシー形状を利用することにより最初の宝石の重量をより多く保つことができ、従って重量収率を向上させることができることから、着色した石（及び３カラットを超えるダイヤモンド）は一般にファンシー形状に切断される。ダイヤモンドにおいて見られる正確な、標準化された小面刻み加工は、着色した石においては稀である。一つの理由は、一部の着色した石では、硬度と靱性が低いために、割れ又は削れなしに小面を刻んで鋭い角度にすることができないことである。もう一つは、専門家や消費者がダイヤモンドに期待することがほかの石に対してと異なることである。「オリエンタル又はネイティブカット」は、形状が歪んでおり小面が不規則に配置されていて、着色した石においてより普通である小面付きの宝石を説明するのに使用される用語である。宝石装飾産業は、完全でない小面付きの着色した石を受け入れる。大抵の着色した石は、光を入らせるのに十分なだけ小面を刻まれる。大抵の小面付きの宝石には、三つの部分、すなわちクラウン、ガードル、及びパビリオンがある。クラウンは上の部分であり、ガードルはクラウンとパビリオンの間の境界を形成する狭い部分であり、それは宝石のセッティングエッジである。パビリオンは底部である。着色した石は通常、パビリオンとクラウンに小面を持つ。着色した石用の加工法一般（従来技術）着色した石の小面加工業者は、着色した未仕上げの宝石を研削して完成した石のおおよその形状と寸法にすることから開始する。これは予備成形（プレフォーミング）と呼ばれている。予備成形は粗い研磨材を採用する。ニッケルめっきした銅の円板にダイヤモンド砥粒を埋め込んだものが、非常に固い着色した石（コランダム、金緑石、スピネル及び炭化ケイ素）を予備成形するのに最良の選択である。水は、予備成形と小面を刻む処理の残りにおける湿潤剤である。宝石細工人は、砥石を湿らせておくためにいろいろな配置を使用する。予備成形は、石の全ての周囲に霜のように白くなった表面を残して、ガードルのおおよその外形とクラウン及びパビリオンのおおよその全般的輪郭を形成する。小面の研削を行う前に、宝石細工人は着色した石をドップスティックに取り付けなくてはならない。この処理はドッピングと呼ばれる。石を静かに加熱し、次いで、溶融したドッピングワックスに浸しておいたドップの端に持ってゆく。予備成形体を所定の位置にはめ込んだら、それを冷却するため別のところに置いておく。着色した石の小面は、ラップと呼ばれる水平に回転する砥石で研削及び研磨する。宝石細工人は、小面を研削してそれらの表面を徐々に滑らかにするために、段々と細かくなる砥粒を用いた一連の研削用ラップを使用する。次に、宝石細工人は特別な研磨用ラップで最終の研磨を行う。研磨用ラップは、様々な材料から作られる。これらに用いられる研磨材は非常に細かく粉砕された粉体であって、ダイヤモンド、コランダム、酸化セリウム、そして酸化スズを含む。一貫して同じ所望の角度で切削しそして研磨するために、小面の加工者は石がラップに接触するときに石を所定の位置に保持する装置にドップスティックを取り付ける。多くの着色宝石店で用いられている伝統的な装置は、ジャムペグである。これは、垂直の柱に取り付けたブロックを有する。ドップスティックは、このブロックの側面の一連の穴の一つにはまる。各穴の位置は小面をカットする特定の角度（ガードル平面からの）を設定する。この穴のドップスティックを回転すると、石の周囲をめぐる同じ角度の同じタイプの全部の小面が設けられる。炭化ケイ素宝石用の加工法大抵のダイヤモンドの美しさはきらめき、明るさ、そして火のような輝き（色でない）によるので、カット業者はこれらの特性に影響を及ぼすカットの因子を注意深く制御しなくてはならない。ダイヤモンドのカットを着色した宝石に適用するのは非常に困難である。炭化ケイ素の屈折率はダイヤモンドや着色した石のそれより大きいので、本発明によれば、炭化ケイ素宝石をタングとして知られるダイヤモンドの手工具を使って精密なダイヤモンドカットに仕上げる。タングは、カット作業者が小面の角度を設定しそして調整すること、予め調節される着色した石の手工具ではカット業者が行うことのできないこと、を可能にする。カット作業者がダイヤモンドの角度と比率（プロポーション）を使用して本発明の炭化ケイ素宝石に「鋭いエッジ」をもたらすことを可能にするのは、ダイヤモンドの手工具であるタングである。とは言え、炭化ケイ素はダイヤモンドほど固くはないので、小面を刻む工程では伝統的な着色した石のラップ砥石(lap wheel)を、ダイヤモンドの砥石用に典型的に使用される速度よりも遅い回転速度で、すなわち3000RPM 未満、好ましくは300RPM程度の回転速度で、使用する。本発明の炭化ケイ素加工手法のもっと詳しい説明に移ると、炭化ケイ素の未仕上げの宝石をドップスティクに取り付けて、一番上のタングに固定する。最初に研削砥石でエッジのガードルを切削する。これが石の形状を決定する。次に、テーブル、すなわち石全体で最大の小面である平らな上面を、やはりテーブルタングを使って切削する。次いで、このテーブルを、粗いグリット寸法から滑らかなグリット寸法へと進むラップ（ディスク、砥石、又はサイアブ（scia ve））の四工程の加工処理を利用して研磨する。研磨は、600グリットのラップから始めて1200グリットに移り、次いで3000グリットに移り、そして有効のグリット寸法が0.5〜１ミクロンである、一番滑らかであるセラミックディスクで終える。次に、ドップを一番上のタングへ移して上面を切削し、四つの基部（Basic）（小面）からなるクロスワーク(Crosswork)を作る。次いで、ドップを一番下のタングへ移し、底面を切削して四つの基部（小面）からなるクロスワークにする。この時点で、石を目視検査により調べてその精密度を決定する。この検査後、テーブルについて概説した四つのラップによる研磨加工処理を基部について繰り返す。ドップを一番上のタングへ移し、そして上面のスター小面（そこにはこれらが８個がある）を上方ガードル小面（16個の小面）と一緒に切削する。ドップを一番下のタングへ移して、下方ガードル小面（16個の小面）を切削する。テーブルと基部とについて概説した四つのラップによる研磨加工処理を残りのガードル小面について繰り返す。かくして、未仕上げ品は、第３図に示したように小面を刻まれ研磨された丸い、ブリリアント型の宝石13となる。所定の図示した態様に関連して本発明を説明したけれども、本発明の正確な精神と範囲からそれることなく改変を行ってもよいことが認められよう。

【手続補正書】【提出日】１９９８年１０月１４日【補正内容】 (1)(イ)明細書第３頁第16行の「°Ｆ」と「より高く」との間に『(1093℃)』を加入します。 (ロ)同第13頁第17行の「ミクロン」を『μｍ』と補正します。 (2)請求の範囲を別紙のとおり補正します。請求の範囲１．宝石の内側からの内部反射のために宝石中へ光を導くのを可能にするのに十分な程度まで研磨された小面を持つ合成炭化ケイ素の単結晶を含む仕上げ済み合成炭化ケイ素宝石。２．前記合成炭化ケイ素が6H SiC及び4H SiCからなる群より選ばれた結晶構造を有する、請求項１記載の仕上げ済み合成炭化ケイ素宝石。３．宝石の内側からの内部反射のために宝石中へ光を導くのを可能にするのに十分な程度まで研磨された小面を持つ無色の合成炭化ケイ素の単結晶を含む模造ダイヤモンド宝石。４．前記小面がダイヤモンドカットの特徴を示す、請求項３記載の模造ダイヤモンド宝石。５．前記ダイヤモンドカットが丸いブリリアントカットである、請求項４記載の模造ダイヤモンド宝石。６．前記合成炭化ケイ素が6H SiC及び4H SiCからなる群より選ばれた結晶構造を有する、請求項３記載の模造ダイヤモンド宝石。７．前記無色の合成炭化ケイ素の結晶が本質的な炭化ケイ素である、請求項６記載の模造ダイヤモンド宝石。８．目で認識できる色を生じさせるのに十分な濃度のドーパント原子を含有している合成炭化ケイ素の単結晶を含む宝石であり、宝石の内側からの内部反射のために宝石中へ光を導くのを可能にするのに十分な程度まで研磨された小面を持つ、着色した仕上げ済み合成炭化ケイ素宝石。９．下記のものからなる群より選ばれた色、結晶構造、及びドーピング特性を持つ、請求項８記載の仕上げ済み合成炭化ケイ素宝石。 10．前記ドーパント原子が立方センチメートル当たり10¹⁵〜10¹⁹のキャリヤ原子の範囲内の濃度で前記合成炭化ケイ素の結晶中に存在している、請求項８記載の仕上げ済み合成炭化ケイ素宝石。 11．前記ドーパント原子が立方センチメートル当たり10¹⁵〜10¹⁹のキャリヤ原子の範囲内の濃度で前記合成炭化ケイ素の結晶中に存在している、請求項９記載の仕上げ済み合成炭化ケイ素宝石。 12．前記合成炭化ケイ素が6H SiC及び4H SiCからなる群より選ばれた結晶構造を有する、請求項８記載の仕上げ済み合成炭化ケイ素宝石。 13．仕上げ済みダイヤモンド宝石の平滑特性の程度になるまで研磨した小面を持つ無色の合成炭化ケイ素の単結晶を含む模造ダイヤモンド宝石。 14．前記小面がダイヤモンドカットの特徴を示す、請求項13記載の模造ダイヤモンド宝石。 15．前記ダイヤモンドカットが丸いブリリアントカットである、請求項14記載の模造ダイヤモンド宝石。 16．前記合成炭化ケイ素が6H SiC及び4H SiCからなる群より選ばれた結晶構造を有する、請求項13記載の模造ダイヤモンド宝石。 17．前記無色の合成炭化ケイ素の結晶が本質的な炭化ケイ素である、請求項16 記載の模造ダイヤモンド宝石。 18．モース硬度が8.5〜9.25であり、密度（SG）がおよそ3.2であり、そして屈折率が2.50〜2.71である仕上げ済みの宝石を製造する方法であって、所望の色特性の炭化ケイ素の単一ポリタイプの単結晶を成長させる工程、この炭化ケイ素の結晶に小面を刻む加工をしそして研磨して仕上げ済みの宝石にする工程、を含む仕上げ済み宝石の製造方法。 19．無色の形態の炭化ケイ素の単結晶を成長させる工程を含む、請求項１８記載の方法。 20．昇華系でもって種結晶から炭化ケイ素の単結晶を成長させる工程を含む、請求項19記載の方法。 21．前記単結晶を6H SiCとして成長させる工程を含む、請求項19記載の方法。 22．前記単結晶を本質的な6H SiCとして成長させる工程を含む、請求項21記載の方法。 23．前記単結晶を4H SiCとして成長させる工程を含む、請求項19記載の方法。 24．前記単結晶を本質的な4H SiCとして成長させる工程を含む、請求項23記載の方法。 25．炭化ケイ素の結晶を成長させる前記工程がその結晶について所望の色と色相を作りだすため結晶に選択的にドープすることを含む、請求項18記載の方法。 26．仕上げした宝石の色、及びその色を作りだす炭化ケイ素結晶の結構構造とトーピング特性を、下記のものからなる群より選ぶ、請求項25記載の方法。 27．小面を刻む加工をしそして研磨する前記工程が炭化ケイ素の結晶に小面を刻んでダイヤモンドカットを施すことを含む、請求項18記載の方法。 28．小面を刻む加工をしそして研磨する前記工程がより大きなグリット寸法から段々と小さくなるグリット寸法で小面を研磨することを含む、請求項27記載の方法。 29．成長させたままの単結晶を切断して複数の未仕上げの合成宝石にする工程を更に含む、請求項18記載の方法。 30．炭化ケイ素の単結晶から合成炭化ケイ素の仕上げ済みの宝石を製造する方法であって、合成炭化ケイ素の単結晶を切断して複数の未仕上げの合成宝石にする工程、この未仕上げの合成宝石の一つに小面を刻む加工をしそして研磨して仕上げ済みの宝石にする工程、を含む製造方法。 31．仕上げ済みの模造ダイヤモンド宝石を製造する方法であって、結晶成長系において、当該系を望まれない程度の色を与えかねない気体の又は気化した不純物原子が実質的にないよう維持しながら、炭化ケイ素の単一ポリタイプの無色の単結晶を成長させる工程、この炭化ケイ素の結晶に小面を刻む加工をしそして研磨して仕上げ済みの宝石にする工程、を含む製造方法。 32．小面を刻む加工をしそして研磨する前記工程が炭化ケイ素の結晶に小面を刻んでダイヤモンドカットを施す工程を含む、請求項31記載の方法。 33．小面を刻む加工をしそして研磨する前記工程がより大きなグリット寸法から段々と小さくなるグリット寸法で小面を研磨することを含む、請求項32記載の方法。 34．研磨する前記工程が、ラップ砥石をより大きなグリット寸法から段々と小さくなるグリット寸法で使用することを含む、請求項33記載の方法。 35．前記ラップ砥石を3000RPM未満の速度で操作する工程を含む、請求項34記載の方法。 36．前記ラップ砥石を300RPM程度の速度で操作する工程を含む、請求項35記載の方法。 37．成長させたままの単結晶を切断して複数の未仕上げの合成宝石にする工程を更に含む、請求項31記載の方法。 38．仕上げ済みの模造ダイヤモンド宝石を製造する方法であって、無色の炭化ケイ素の単結晶を成長させる工程、この炭化ケイ素の結晶を成形し、所定の寸法に合わせ小面を施し、そしてそれらの小面を仕上げ済みダイヤモンド宝石の光学的平滑特性の程度まで研磨して、仕上げ済みの模造ダイヤモンド宝石を製造する工程、を含む製造方法。 39．0.5〜１μｍの有効グリット寸法で最終の研磨工程を行う、請求項38記載の方法。 40．前記成形し、所定の寸法に合わせ、研磨するのをより大きなグリット寸法から段々と小さくなるグリット寸法を用いて行う、請求項３８記載の方法。 41．請求項38記載の方法により製造された模造ダイヤモンド宝石。 42．請求項39記載の方法により製造された模造ダイヤモンド宝石。 43．目で認識できる色を持つ仕上げ済みの炭化ケイ素宝石を製造する方法であって、半透明の炭化ケイ素の単結晶を成長させる工程、この結晶成長工程の間に、結晶に色と色相を与えることができるドーパント原子を加えることにより結晶に選択的にドープする工程、炭化ケイ素の結晶を成形し、所定の寸法に合わせ小面を施し、そしてそれらの小面を仕上げ済み宝石の光学的平滑特性の程度まで研磨して、目で認識できる色を持っ小面を刻んだ宝石を製造する工程、を含む製造方法。 44．0.5〜１μｍの有効グリット寸法で最終の研磨工程を行う、請求項43記載の方法。 45．前記ドーパント原子を立方センチメートル当たり10¹⁵〜10¹⁹のキャリヤ原子の範囲内の濃度で加える、請求項43記載の方法。 46．請求項43記載の方法により製造された仕上げ済みの炭化ケイ素宝石。 47．請求項44記載の方法により製造された仕上げ済みの炭化ケイ素宝石。 48．無色の合成炭化ケイ素の単結晶から作られた未仕上げの宝石に小面を刻み研磨して、光が宝石に入りそして宝石の内側から反射するのを可能にする形状及び研磨特性を持つ仕上げ済みの模造ダイヤモンド宝石を製造することを含む、仕上げ済み模造ダイヤモンド宝石の製造方法。 49．前記仕上げ済み模造ダイヤモンド宝石が丸いブリリアント形状を有する、請求項48記載の方法。 50．前記合成炭化ケイ素が6H SiCと4H SiCからなる群より選ばれる結晶構造を有する、請求項48記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者バービエスト，ダークアメリカ合衆国，ノースカロライナ 27510，カーボーロ，ハイランドヒルズエヌ５，ビーピーダブリュクラブロード 180

Claims

【特許請求の範囲】１．単一のポリタイプの比較的不純物の少ない半透明の炭化ケイ素の単結晶から作られている合成宝石。２．当該宝石のために選定された色と色相を作りだすため選ばれたドーパントを選ばれた濃度で含む、請求項１記載の合成宝石。３．ドーパントを含まず、又は無色の宝石を作るのに十分な非常に低レベルのドーパントを含む、請求項１記載の合成宝石。４．種結晶から成長させた炭化ケイ素の単一ポリタイプの大きな単結晶から切り取った未仕上げの宝石から加工して得られた仕上げ済みの合成宝石であって、当該炭化ケイ素の単結晶がこの結晶を宝石として使用するのに十分半透明にする比較的低い不純物レベルを有する仕上げ済み合成宝石。５．当該宝石を形成している単結晶が、下記のものからなる群より選ばれた色、結晶構造、及びドーピング特性を持つ、請求項４記載の仕上げ済み合成宝石。６．モース硬度が8.5〜9.25であり、密度（SG）がおよそ3.2であり、そして2. 50〜2.71の屈折率により主として定義される輝きを有する仕上げ済みの宝石を製造する方法であって、選択的にドープすることにより所望の色特性の炭化ケイ素の単一ポリタイプの大きな単結晶を成長させる工程、この単結晶を切断して複数の未仕上げの合成宝石にする工程、この未仕上げの合成宝石を加工して仕上げ済みの宝石にする工程、を含む仕上げ済み宝石の製造方法。７．ドープしていない又は非常に少量のドープを行った結晶を成長させることにより無色の形態の炭化ケイ素の単結晶を成長させる工程を含む、請求項６記載の方法。８．昇華系でもって種結晶から炭化ケイ素の単結晶を成長させる工程を含む、請求項７記載の方法。９．モース硬度がおよそ９であり、屈折率がおよそ2.69であり、密度がおよそ 3.2(SG)である、ドープしていない又は非常に少量のドープを行った6H SiCとしての単結晶を成長させる工程を含む、請求項７記載の方法。 10．モース硬度がおよそ９であり、屈折率がおよそ2.71であり、密度がおよそ 3.2(SG)である、ドープしていない又は非常に少量のドープを行った4H SiCとしての単結晶を成長させる工程を含む、請求項７記載の方法。 11．仕上げた宝石について選ばれた色と色相を作りだすため炭化ケイ素の単結晶の成長中にその結晶にドープする工程を含む、請求項６記載の方法。 12．炭化ケイ素の単結晶の色、結晶構造、及びドーピング特性を下記のものからなる群より選ぶ、請求項11記載の方法。 13．前記未仕上げの合成宝石を加工して仕上げ済みの宝石にする工程が宝石に精密なダイヤモンドカットで小面を刻む工程を含む、請求項６、７、８、９、10 、11又は12記載の方法。 14．前記宝石に精密なダイヤモンドカットで小面を刻む工程がダイヤモンドの手工具を利用して鋭いエッジにすることと着色した石のラップ砥石を利用することとを含む、請求項13記載の方法。 15．炭化ケイ素の大きな半透明の単一結晶から単結晶炭化ケイ素の仕上げ済み宝石を製造する方法であって、上記単一結晶を切断して複数の未仕上げの合成宝石にする工程、この未仕上げの合成宝石を加工して仕上げ済みの宝石にする工程、を含む仕上げ済み宝石の製造方法。 16．仕上げ済みの無色のブリリアントカットの宝石を製造する方法であって、結晶成長系において、この系を望まれない気体の又は気化した不純物原子が実質的にない状態に維持しながら、ドープしていない又は非常に少量のドープを行った炭化ケイ素の単一ポリタイプの大きな単結晶を成長させる工程、この単結晶を切断して複数の未仕上げの合成宝石にする工程、この未仕上げの合成宝石を加工して仕上げ済みの宝石にする工程、を含む製造方法。 17．前記未仕上げの合成宝石を加工して仕上げ済みの宝石にする工程が当該宝石に精密なダイヤモンドカットで小面を刻む工程を含む、請求項16記載の方法。 18．前記宝石に精密なダイヤモンドカットで小面を刻む工程が鋭いエッジを得るためダイヤモンドの手工具を利用することを含む、請求項17記載の方法。 19．前記加工する工程が着色した石のラップ砥石を使用することを含む、請求項18記載の方法。 20．前記着色した石のラップ砥石を3000RPM未満の速度で操作する工程を含む、請求項19記載の方法。 21．前記着色した石のラップ砥石を300RPM程度の速度で操作する工程を含む、請求項20記載の方法。