JPS63252997A - ダイヤモンド単結晶の製造方法 - Google Patents
ダイヤモンド単結晶の製造方法Info
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- JPS63252997A JPS63252997A JP8530087A JP8530087A JPS63252997A JP S63252997 A JPS63252997 A JP S63252997A JP 8530087 A JP8530087 A JP 8530087A JP 8530087 A JP8530087 A JP 8530087A JP S63252997 A JPS63252997 A JP S63252997A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
く技術分野〉
本発明は耐環境耐熱電子素子材料として優れたダイヤモ
ンド単結晶のエピタキシャル成長法に関するものである
。
ンド単結晶のエピタキシャル成長法に関するものである
。
セ従来技術〉
ダイヤモンド単結晶は物理的及び化学的に極めて安定な
物質であり、半導体材料として大きいバンドギャップ（
５，５ｅＶ ） 、大きいキャリア移動度（電子１８０
Ｑｃｓ！／Ｖ−３、正孔１６００ ｄ ／Ｖ−ｓ ）
、そして大きい熱伝導率（２０Ｗ／（至）・Ｋ）ｔ−持
ちかつ不純物の添加によりｎ型及びｎ型の両導電型箱晶
を得ることが可能なことから、極めて優れた耐環境耐熱
電子素子の材料として有望視されている。しかしながら
、その極めて安定な性質のために、電子素子製作に適し
念大面積高品質の単結晶膜を工業的に量産可能な方法で
作製する製造技術は従来思い出されていなかっ念。
物質であり、半導体材料として大きいバンドギャップ（
５，５ｅＶ ） 、大きいキャリア移動度（電子１８０
Ｑｃｓ！／Ｖ−３、正孔１６００ ｄ ／Ｖ−ｓ ）
、そして大きい熱伝導率（２０Ｗ／（至）・Ｋ）ｔ−持
ちかつ不純物の添加によりｎ型及びｎ型の両導電型箱晶
を得ることが可能なことから、極めて優れた耐環境耐熱
電子素子の材料として有望視されている。しかしながら
、その極めて安定な性質のために、電子素子製作に適し
念大面積高品質の単結晶膜を工業的に量産可能な方法で
作製する製造技術は従来思い出されていなかっ念。
最近の薄膜成長技術の進展により、マイクロ波プラズマ
ＣＶＤ法を利用すれば減圧下で１０００℃程度若しくは
それ以下の低温で天然ダイヤモンド単結晶基板上にダイ
ヤモンド単結晶膜がエピタキシャル成長することがｔ４
かめられｔ０天然ダイヤモンド単結晶以外の基板をして
シリコン単結晶、石英ガラス、炭化珪素多結晶、各種金
属板が用いられて同様の成長が行なわれているが、硬質
の炭素膜（ダイヤモンド状膜と呼ばれる非晶質や多結晶
膜）や多結晶ダイヤモンド膜しか得ることができない。
ＣＶＤ法を利用すれば減圧下で１０００℃程度若しくは
それ以下の低温で天然ダイヤモンド単結晶基板上にダイ
ヤモンド単結晶膜がエピタキシャル成長することがｔ４
かめられｔ０天然ダイヤモンド単結晶以外の基板をして
シリコン単結晶、石英ガラス、炭化珪素多結晶、各種金
属板が用いられて同様の成長が行なわれているが、硬質
の炭素膜（ダイヤモンド状膜と呼ばれる非晶質や多結晶
膜）や多結晶ダイヤモンド膜しか得ることができない。
天然ダイヤモンド単結晶や人工ダイヤモンド単結晶は大
型の結晶全安価に入手する事が不可能であり、これらを
電子素子製作に用いたりエピタキシャル成長用の基板と
して使用すると著しいコスト高を招く結果となる。
型の結晶全安価に入手する事が不可能であり、これらを
電子素子製作に用いたりエピタキシャル成長用の基板と
して使用すると著しいコスト高を招く結果となる。
〈発明の背景〉
上記従来の方法でダイヤモンド単結晶を基板として用い
るとその上にダイヤモンド単結晶膜がエピタキシャル成
長することにより、適当な条件金儲えた他の基板を用い
た場合でもダイヤモンド単結晶がへテロエピタキシャル
成長し得ると期待される。上記マイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ法などのダイヤモンド薄膜作製に適した方法は次の特
徴をもっている。
るとその上にダイヤモンド単結晶膜がエピタキシャル成
長することにより、適当な条件金儲えた他の基板を用い
た場合でもダイヤモンド単結晶がへテロエピタキシャル
成長し得ると期待される。上記マイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ法などのダイヤモンド薄膜作製に適した方法は次の特
徴をもっている。
（１）原料ガスとマイクロ波、放電、紫外光、電子線等
で励起してプラズマ等のエネルギの高い炭素源を用いる
。
で励起してプラズマ等のエネルギの高い炭素源を用いる
。
（２） エネルギーの高い状態を維持する之め減圧雰
囲気とする。
囲気とする。
（３） 黒鉛や遊離炭素等の不要な炭素を除去する定
め水素ガス又は水素イオンを雰囲気に導入する。
め水素ガス又は水素イオンを雰囲気に導入する。
（４） 不要の不純物の混入はダイヤモンド結合の形
成を妨げ、黒鉛や炭素膜の形成を助長する。
成を妨げ、黒鉛や炭素膜の形成を助長する。
（５） さらに基板は通常数１００℃から１０００℃
に加熱される。
に加熱される。
以上の点を考慮してヘテロエピタキシャルＱ３ｄ％の）
ｔめの単結晶基板としては次の点が要求される。
ｔめの単結晶基板としては次の点が要求される。
（１） プラズマ等の高いエネルギー粒子の衝撃及び
高エネルギー状態の炭素や水素の原子０分子。
高エネルギー状態の炭素や水素の原子０分子。
イオンの反応に対して数１００℃以上の温度の減圧下に
おいても構造変化を起こさない物理的、並びに化学的な
安定性を持つ。
おいても構造変化を起こさない物理的、並びに化学的な
安定性を持つ。
（２） ダイヤモンド結合の形成を妨げる様な異種原
子を持たない。
子を持たない。
（３） ダイヤモンド単結晶と同じ原子結合構造（四
面体結合）を持つ。
面体結合）を持つ。
〈発明の目的〉
本発明は上述の問題点に鑑み、炭化珪素（ＳｉＣ）単結
晶を基板として用いることによりダイヤモンド単結晶を
得る製造技術を提供するとともに極めて安定性に優れ念
半導体へテロ接合であるダイヤモンド単結晶と炭化珪素
単結晶とからなるヘテロ接合構造を提供することを目的
とする。
晶を基板として用いることによりダイヤモンド単結晶を
得る製造技術を提供するとともに極めて安定性に優れ念
半導体へテロ接合であるダイヤモンド単結晶と炭化珪素
単結晶とからなるヘテロ接合構造を提供することを目的
とする。
〈発明の概要〉
炭化珪素単結晶はダイヤモンド単結晶と同じ四面体原子
結合を持つ。まｔ、ダイヤモンド単結晶に次ぐほどに物
理的及び化学的に大変安定な物質であり、数１００℃以
上の減圧下の雰囲気において上記高エネルギー粒子の衝
撃や高エネルギー原子０分子、イオンの反応に対して構
造変化を起こすことはない。また炭化珪素単結晶の構成
元素は珪素（Ｓｉ）及びダイヤモンドと同じ炭素（Ｃ）
とからなる。珪素は炭素と同じ第■族に属する元素であ
り、珪素単結晶がダイヤモンドと全く同じ結晶構造（ダ
イヤモンド構造）であることかられ７５ふる様に、珪素
原子はダイヤモンドと同じ四面体結合をする。この念め
珪素原子が不純物としてエピタキシャル成長膜中に導入
されても炭素原子位置が珪素原子に置換されるだけで、
ダイヤモンド結合の形成を妨げることは全くない。この
ため、炭化珪素単結晶は上記ダイヤモンド単結晶のへテ
ロエピタキシャル成長用の基板の条件を全て満たすもの
である。
結合を持つ。まｔ、ダイヤモンド単結晶に次ぐほどに物
理的及び化学的に大変安定な物質であり、数１００℃以
上の減圧下の雰囲気において上記高エネルギー粒子の衝
撃や高エネルギー原子０分子、イオンの反応に対して構
造変化を起こすことはない。また炭化珪素単結晶の構成
元素は珪素（Ｓｉ）及びダイヤモンドと同じ炭素（Ｃ）
とからなる。珪素は炭素と同じ第■族に属する元素であ
り、珪素単結晶がダイヤモンドと全く同じ結晶構造（ダ
イヤモンド構造）であることかられ７５ふる様に、珪素
原子はダイヤモンドと同じ四面体結合をする。この念め
珪素原子が不純物としてエピタキシャル成長膜中に導入
されても炭素原子位置が珪素原子に置換されるだけで、
ダイヤモンド結合の形成を妨げることは全くない。この
ため、炭化珪素単結晶は上記ダイヤモンド単結晶のへテ
ロエピタキシャル成長用の基板の条件を全て満たすもの
である。
従来、炭化珪素単結晶は大形で高品質のものを量産でき
る技術は開発されていなかっ之。しかし近年になって特
願昭５８−７６８４２号で示されるような二部連続ＣＶ
Ｄ法あるいは、一般的な炭化ＣＶＤ法で珪素単結晶基板
上に大面積（２インチ直径）で高品質の炭化珪素単結晶
膜を得ることができる様になった。これらの方法は工業
的量産性に富み非常に優れｔ技術であり、珪素基板を下
に付けたままあるいは珪素基板を酸で除去して単独の炭
化珪素単結晶基板として上記ダイヤモンド単結晶のへテ
ロエピタキシャル成長用基板に用いることができる。
る技術は開発されていなかっ之。しかし近年になって特
願昭５８−７６８４２号で示されるような二部連続ＣＶ
Ｄ法あるいは、一般的な炭化ＣＶＤ法で珪素単結晶基板
上に大面積（２インチ直径）で高品質の炭化珪素単結晶
膜を得ることができる様になった。これらの方法は工業
的量産性に富み非常に優れｔ技術であり、珪素基板を下
に付けたままあるいは珪素基板を酸で除去して単独の炭
化珪素単結晶基板として上記ダイヤモンド単結晶のへテ
ロエピタキシャル成長用基板に用いることができる。
〈実施例〉
ダイヤモンド単結晶成長用の炭化珪素単結晶基板はシラ
ン（ＳｉＨａ）とプロパンＣＣ５Ｈｔ ） ｋ原料ガス
としｔ二部連続ＣＶＤ法で珪素単結晶基板上に成長させ
之後、珪素基板とフッ酸と硝酸の混酸で溶解除去した炭
化珪素単結晶を用い之。厚さは約２０μｍで大きさ９ま
１備×１（至）である。ダイヤモンド単結晶のへテロエ
ピタキシャル成長にはメタンガス（ＣＨ４）ｅ原料ガス
としたマイクロ波プラズマＣＶＤ法を用いた。成長装置
の概略図を図面に示す。マグネトロン１により２．４５
ＧＨｚのマイクロ波を発生し、整合器２．導波管８．プ
ランジャ整合器４全介して石英製反応室７の中央部にプ
ラズマを発生する。枝管５及び６全通して冷却水が導入
・排出され、反応室壁の冷却が行なわれる。石英製支持
管１１上に設置された石英支持台１２上に炭化珪素単結
晶基板１３を設置する。
ン（ＳｉＨａ）とプロパンＣＣ５Ｈｔ ） ｋ原料ガス
としｔ二部連続ＣＶＤ法で珪素単結晶基板上に成長させ
之後、珪素基板とフッ酸と硝酸の混酸で溶解除去した炭
化珪素単結晶を用い之。厚さは約２０μｍで大きさ９ま
１備×１（至）である。ダイヤモンド単結晶のへテロエ
ピタキシャル成長にはメタンガス（ＣＨ４）ｅ原料ガス
としたマイクロ波プラズマＣＶＤ法を用いた。成長装置
の概略図を図面に示す。マグネトロン１により２．４５
ＧＨｚのマイクロ波を発生し、整合器２．導波管８．プ
ランジャ整合器４全介して石英製反応室７の中央部にプ
ラズマを発生する。枝管５及び６全通して冷却水が導入
・排出され、反応室壁の冷却が行なわれる。石英製支持
管１１上に設置された石英支持台１２上に炭化珪素単結
晶基板１３を設置する。
基板１３の加熱は基板加糖用光源１４からの光が石英窓
１５全通して基板１３へ照射されることにより行なわれ
る。基板１３の温度はパイロメーターで直読する。反応
室７にはガス導入用枝管８が設置され、ステンレス製の
反応室支持台９にはガス排気用の枝管１０が設置されて
いる。
１５全通して基板１３へ照射されることにより行なわれ
る。基板１３の温度はパイロメーターで直読する。反応
室７にはガス導入用枝管８が設置され、ステンレス製の
反応室支持台９にはガス排気用の枝管１０が設置されて
いる。
上記構造の装置を用いて以下の順でダイヤモンド単結晶
の成長を行なう。炭化珪素単結晶基板１３″ｆ、設置し
、反応室７内を枝管ｌＯを通して排気しｔ後、枝管８よ
シ水素ガス（Ｈｚ）ｅ導入し反応室７内圧力を約１０
Ｔｏｒｒ（１，８ＫＰａ）とし、マグネトロン１より約
２００Ｗのマイクロ波を発生させて反応室７内の中央部
にプラズマを発生させる。光源１４より光を照射して基
板温度を約８００℃とする。次いで水素ガスに対して０
．５Ｖｏノ％（体積チ）のメタンガス（ＣＨ４）を水素
ガスに混合して枝管８より導入しダイヤモンド単結晶の
成長を行なう。成長中の反応室内圧力は約１０ Ｔｏｒ
ｒ（１，３ＫＰａ）に保持する。１時圏の成長で約１μ
ｍの厚さの膜が成長し、成長速度は毎分約１５ ｎｍで
あっ之。
の成長を行なう。炭化珪素単結晶基板１３″ｆ、設置し
、反応室７内を枝管ｌＯを通して排気しｔ後、枝管８よ
シ水素ガス（Ｈｚ）ｅ導入し反応室７内圧力を約１０
Ｔｏｒｒ（１，８ＫＰａ）とし、マグネトロン１より約
２００Ｗのマイクロ波を発生させて反応室７内の中央部
にプラズマを発生させる。光源１４より光を照射して基
板温度を約８００℃とする。次いで水素ガスに対して０
．５Ｖｏノ％（体積チ）のメタンガス（ＣＨ４）を水素
ガスに混合して枝管８より導入しダイヤモンド単結晶の
成長を行なう。成長中の反応室内圧力は約１０ Ｔｏｒ
ｒ（１，３ＫＰａ）に保持する。１時圏の成長で約１μ
ｍの厚さの膜が成長し、成長速度は毎分約１５ ｎｍで
あっ之。
成長膜を電子線回折及びＸ線回折で構造全解析した結果
、炭化珪素ｍ結晶基板（使用し１基板面方位は（１１１
）面）にエピタキシャル成長し念ダイヤモンド単結晶膜
であることがわかり念。
、炭化珪素ｍ結晶基板（使用し１基板面方位は（１１１
）面）にエピタキシャル成長し念ダイヤモンド単結晶膜
であることがわかり念。
本実施例において炭化珪素単結晶基板は単独膜として用
いたが、その下に珪素や池の基板が付いたままでも良い
。また成長法としてマイクロ波プラズマＣＶＤ法全用い
之が、ダイヤモンド単結晶基板上へのホモエピタキシャ
ル成長や他の基板上へのダイヤモンド状膜（非晶質、多
結晶）の成長に用いられている。他の成長法を用いても
良い。ま念電気伝導度の制御等のために微量の不純物を
エピタキシャル成長途中で反応室７中に導入しても−良
く、基板となる炭化珪素用結晶中に電気伝導度の制御等
の定めに微量の不純物を含んでいても良い。
いたが、その下に珪素や池の基板が付いたままでも良い
。また成長法としてマイクロ波プラズマＣＶＤ法全用い
之が、ダイヤモンド単結晶基板上へのホモエピタキシャ
ル成長や他の基板上へのダイヤモンド状膜（非晶質、多
結晶）の成長に用いられている。他の成長法を用いても
良い。ま念電気伝導度の制御等のために微量の不純物を
エピタキシャル成長途中で反応室７中に導入しても−良
く、基板となる炭化珪素用結晶中に電気伝導度の制御等
の定めに微量の不純物を含んでいても良い。
本実施例で製作した炭化珪素単結晶上のダイヤモンド単
結晶からなる構造は室温でいかなる酸やアルカリにも侵
されることがなく、また１０００℃以、上の高温でも極
めて安定な特質をもつ構造であることがわかっｔ０炭化
珪素屯結晶基板およびダイヤモンド単結晶のそれぞれに
導電型又は電気伝導度を制御するために各種の不純物を
添加することにより、高温でも極めて安定な電気的特性
をもつ半導体へテロ接合が得られ、各種の半導体へテロ
接合素子への応用が可能である。
結晶からなる構造は室温でいかなる酸やアルカリにも侵
されることがなく、また１０００℃以、上の高温でも極
めて安定な特質をもつ構造であることがわかっｔ０炭化
珪素屯結晶基板およびダイヤモンド単結晶のそれぞれに
導電型又は電気伝導度を制御するために各種の不純物を
添加することにより、高温でも極めて安定な電気的特性
をもつ半導体へテロ接合が得られ、各種の半導体へテロ
接合素子への応用が可能である。
〈発明の効果〉
本発明によれば極めて優れた物理的及び化学的安定性を
もつダイヤモンド単結晶を、工業的誼産性にすぐれた方
法で大面積高品質膜として製作することが極めて可能と
なる。本発明によるダイヤモンド単結晶を用いて極力す
ぐれ１耐環境耐熱性をもつ各種半導体素子やＩＣの製作
が可能となり半導体素子の応用範囲が飛躍的に拡大され
る。また、炭化珪素半導体とダイヤモンド半導体からな
る半導体へテロ接合は極めて優れた耐環境耐熱性をもつ
へテロ接合として各種の電子素子等に応用できる。
もつダイヤモンド単結晶を、工業的誼産性にすぐれた方
法で大面積高品質膜として製作することが極めて可能と
なる。本発明によるダイヤモンド単結晶を用いて極力す
ぐれ１耐環境耐熱性をもつ各種半導体素子やＩＣの製作
が可能となり半導体素子の応用範囲が飛躍的に拡大され
る。また、炭化珪素半導体とダイヤモンド半導体からな
る半導体へテロ接合は極めて優れた耐環境耐熱性をもつ
へテロ接合として各種の電子素子等に応用できる。
添附図面は本発明の一実施例を説明する之めの成長装置
の構成図である。 ｌ：マグネトロン、２：整合器、３：導波管、４ニブラ
ンジヤ一整合器、５：冷却水入口、６：冷却水出口、７
：石英反応室、８：ガス導入管、９：反応室支持台、１
０：排気口、１１：石英支持管、１２：石英支持台、１
８：炭化珪素基板、１４：光源、１５：石英窓。
の構成図である。 ｌ：マグネトロン、２：整合器、３：導波管、４ニブラ
ンジヤ一整合器、５：冷却水入口、６：冷却水出口、７
：石英反応室、８：ガス導入管、９：反応室支持台、１
０：排気口、１１：石英支持管、１２：石英支持台、１
８：炭化珪素基板、１４：光源、１５：石英窓。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、ダイヤモンド単結晶膜をエピタキシャル成長させる
成長用下地基板として炭化珪素を用いたことを特徴とす
るダイヤモンド単結晶の製造方法。 ２、炭化珪素の厚さが０．５μｍ以上である特許請求の
範囲第１項記載のダイヤモンド単結晶の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8530087A JPS63252997A (ja) | 1987-04-07 | 1987-04-07 | ダイヤモンド単結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8530087A JPS63252997A (ja) | 1987-04-07 | 1987-04-07 | ダイヤモンド単結晶の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63252997A true JPS63252997A (ja) | 1988-10-20 |
Family
ID=13854739
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8530087A Pending JPS63252997A (ja) | 1987-04-07 | 1987-04-07 | ダイヤモンド単結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63252997A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02153894A (ja) * | 1988-12-05 | 1990-06-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 単結晶ダイアモンド膜複合体の製造方法 |
| JPH02233591A (ja) * | 1989-03-07 | 1990-09-17 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 単結晶ダイヤモンド層の形成法 |
| JPH02233590A (ja) * | 1989-03-07 | 1990-09-17 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 単結晶ダイヤモンド層形成法 |
| JPH04132692A (ja) * | 1990-09-25 | 1992-05-06 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | ダイヤモンド薄膜とその作製方法 |
| US5423475A (en) * | 1993-10-06 | 1995-06-13 | Westinghouse Electric Corporation | Diamond coatings for aluminum alloys |
-
1987
- 1987-04-07 JP JP8530087A patent/JPS63252997A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02153894A (ja) * | 1988-12-05 | 1990-06-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 単結晶ダイアモンド膜複合体の製造方法 |
| JPH02233591A (ja) * | 1989-03-07 | 1990-09-17 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 単結晶ダイヤモンド層の形成法 |
| JPH02233590A (ja) * | 1989-03-07 | 1990-09-17 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 単結晶ダイヤモンド層形成法 |
| US5387310A (en) * | 1989-03-07 | 1995-02-07 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method for producing single crystal diamond film |
| US5400738A (en) * | 1989-03-07 | 1995-03-28 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method for producing single crystal diamond film |
| JPH04132692A (ja) * | 1990-09-25 | 1992-05-06 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | ダイヤモンド薄膜とその作製方法 |
| US5423475A (en) * | 1993-10-06 | 1995-06-13 | Westinghouse Electric Corporation | Diamond coatings for aluminum alloys |
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