KR20240021807A - 다이아몬드 기판 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 마이크로파 플라즈마 CVD법, 직류 플라즈마 CVD법, 열 필라멘트 CVD법, 또는 아크방전 플라즈마제트 CVD법에 의해, 하지기판 상에 수소희석 메탄을 주원료가스로 하여 (111)배향 다이아몬드결정을 에피택셜 성장에 의해 제조하는 방법으로서, 성장속도를 3.8μm/h 미만으로 하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 기판의 제조방법이다. 이에 따라, 규정된 조건으로 CVD함으로써 얻어지는 고배향 (111) 다이아몬드 베이스 기판 상에 동일하게 규정된 조건으로 CVD함으로써 얻어지는 NV축이 [111]배향, 또한 고밀도의 NVC를 갖는, 전자·자기 디바이스에 적용가능한 다이아몬드결정, 및 그의 제조방법이 안정적으로 제공된다.
Description
본 발명은, 다이아몬드 기판, 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
다이아몬드는, 실온에서 5.47eV라는 넓은 밴드갭을 갖고, 와이드 밴드갭 반도체로서 알려져 있다.
와이드 밴드갭 반도체 중에서도, 다이아몬드는, 절연파괴 전계강도가 10MV/cm로 매우 높아, 고전압 동작이 가능하다. 또한, 이미 알려진 물질로서 최고의 열전도율을 갖고 있는 점에서 방열성도 우수하다. 게다가, 캐리어 이동도나 포화 드리프트속도가 매우 크기 때문에, 고속 디바이스로서 적합하다.
그 때문에, 다이아몬드는, 고주파·대전력 디바이스로서의 성능을 나타내는 Johnson 성능지수를, 탄화규소나 질화갈륨과 같은 반도체와 비교해도 가장 높은 값을 나타내며, 궁극의 반도체라고 일컬어지고 있다.
나아가 다이아몬드에는, 결정 중에 존재하는 질소-공공(空孔) 센터(NVC)가 있어, 실온에서 단일 스핀을 조작 및 검출하는 것이 가능하고, 그 상태를 광검출 자기공명으로 이미징할 수 있는 특징이 있다. 이 특징을 살려, 자기장, 전기장, 온도, 압력 등의 고감도 센서로서 폭넓은 분야에서의 응용이 기대되고 있다.
M. Hatano et al., OYOBUTURI 85, 311(2016)
상기 서술한 바와 같이, 다이아몬드는, 반도체 재료나 전자·자기 디바이스용 재료로서의 실용화가 기대되고 있으며, 대면적이고 고품질인 다이아몬드 기판의 공급이 요망되고 있다. 특히, 중요도가 높은 NVC 디바이스 용도에서는, NV축이 고배향인 것이 필요하고, 그 때문에 다이아몬드 표면은 NV축이 [111]방향으로 정렬된 (111)결정면인 것이 바람직하다(비특허문헌 1).
또한, 예를 들어 의료용 MRI분야에의 적용을 고려하면, 자기센서부가 되는 다이아몬드 기판이 대구경이면, 보다 넓은 영역을 효율 좋게 측정할 수 있는 장치를 실현할 수 있다. 또한, 제조비용적으로도 유리하다.
특허문헌 1에는, 화학기상성장(CVD)법에 따른 헤테로에피택셜 성장으로, 다이아몬드 (111)결정을 형성하는 기술에 대하여 보고되어 있다. 그러나, 마무리된 사이즈나 특성이 충분한 레벨에 있는지 불분명하다.
이에 우리들은, 전자·자기 디바이스에 적용가능한 대구경이고 고품질인 단결정 다이아몬드 (111)을 갖는 적층기판, 대구경 단결정 다이아몬드 (111) 자립기판, 상기 적층기판의 제조방법 및 자립기판의 제조방법에 관한 발명을 행하였다(특허문헌 2).
그러나, 단결정 다이아몬드 (111)을 80μm 두께 이상으로 두껍게 형성하거나, 반복하여 결정성장을 행하거나 하고 있으면, 결정배향에 대한 재현성에 문제가 있는 것을 알 수 있게 되었다.
예를 들어, 베이스 기판에 헤테로다이아몬드 (111)을 이용한 경우에도, 결정성장 도중에 배향성이 (001)로 바뀌는 경우가 있었다. 베이스 다이아층이 되는 언도프 다이아몬드여도, NVC층이 되는 N도프 다이아몬드여도, 배향성 변화의 문제가 발생하고 있었다.
본 발명은, 상기 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 규정된 조건으로 CVD함으로써 얻어지는 고배향 (111) 다이아몬드 베이스 기판 상에 동일하게 규정된 조건으로 CVD함으로써 얻어지는 NV축이 [111]배향, 또한 고밀도의 NVC를 갖는, 전자·자기 디바이스에 적용가능한 다이아몬드결정, 및 그의 제조방법을 안정적으로 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서는, 마이크로파 플라즈마 CVD법, 직류 플라즈마 CVD법, 열 필라멘트 CVD법, 또는 아크방전 플라즈마제트 CVD법에 의해, 하지기판 상에 수소희석 메탄을 주원료가스로 하여 (111)배향 다이아몬드결정을 에피택셜 성장에 의해 제조하는 방법으로서, 성장속도를 3.8μm/h 미만으로 하는 다이아몬드 기판의 제조방법을 제공한다.
이러한 다이아몬드 기판의 제조방법이면, 규정된 조건으로 CVD함으로써 얻어지는 고배향 (111) 다이아몬드 베이스 기판 상에 동일하게 규정된 조건으로 CVD함으로써 얻어지는 NV축이 [111]배향, 또한 고밀도의 NVC를 갖는, 전자·자기 디바이스에 적용가능한 다이아몬드결정, 및 그의 제조방법을 안정적으로 제공할 수 있다.
이때, 상기 (111)배향 다이아몬드결정을 에피택셜 성장에 의해 제조하는 방법에 있어서, 상기 하지기판 상에 수소희석 메탄을 주원료가스로 하고, 도펀트로서 질소가스를 첨가하면서 (111)배향 질소도프 다이아몬드결정을 제조할 수 있다.
이러한 다이아몬드 기판의 제조방법이면, 얻어지는 NV축이 [111]배향, 또한 고밀도의 NVC를 갖는, 전자·자기 디바이스에 적용가능한 다이아몬드결정, 및 그의 제조방법을 보다 안정적으로 제공할 수 있다.
이때, 상기 마이크로파 플라즈마 CVD법, 직류 플라즈마 CVD법, 열 필라멘트 CVD법, 또는 아크방전 플라즈마제트 CVD법에 의한 성장 중의 상기 하지기판의 온도를 600℃ 내지 1050℃의 범위로 하는 것이 바람직하다.
이러한 온도범위이면, 아몰퍼스 카본이나 그라파이트 등의 비(非)다이아몬드상이 성장하지 않고, 성장속도가 지나치게 높아지지 않아, (111) 성장을 추종할 수 있고, (001)성장이 우세가 되는 경우가 없기 때문에 바람직하다.
이때, 상기 하지기판을, 단결정 다이아몬드 (111)의 단층기판으로 할 수 있다.
이러한 하지기판이면, 보다 고품질의 다이아몬드 기판을 제조할 수 있기 때문에 바람직하다.
이때, 상기 하지기판이 상기 단결정 다이아몬드 (111)로서, 주표면이 결정면 방위 (111)에 대하여, 결정축 [-1-12]방향 또는 그의 3회 대칭방향으로, -8.0° 이상 -0.5° 이하 또는 +0.5° 이상 +8.0° 이하의 범위에서 오프각을 갖는 것으로 하는 것이 바람직하다.
이러한 범위에서 오프각을 갖는 것으로 하면, 스텝플로우 성장을 하기 쉽고, 힐록(ヒロック), 이상성장입자, 전위결함 등이 적은 고품질 단결정 다이아몬드층이 되기 때문에 바람직하다.
이때, 상기 단결정 다이아몬드 (111)로 이루어지는 상기 하지기판을, 고온고압합성 단결정 다이아몬드, 헤테로에피택셜 단결정 다이아몬드, CVD합성 호모에피택셜 다이아몬드, 및 이들을 조합한 단결정 다이아몬드로 할 수 있다.
이러한 하지기판이면, 더욱 고품질의 다이아몬드 기판을 제조할 수 있기 때문에 바람직하다.
또한, 본 발명에서는, 상기 하지기판을, 하층기판과 이 하층기판 상의 중간층으로 이루어지는 적층구조로 할 수도 있다.
이러한 하지기판이면, 보다 한층 고품질의 다이아몬드 기판을 제조할 수 있기 때문에 바람직하다.
이때, 상기 중간층의 최표면을, Ir, Rh, Pd, Pt, Cu, Ni, Fe, Cr, Mn 및 Ti로부터 선택되는 금속층으로 할 수 있다.
이러한 금속층을 이용하면, 핵형성 처리(바이어스 처리)했을 때에 다이아몬드핵이 고밀도가 되기 쉽고, 그 위에 단결정 다이아몬드층이 형성되기 쉬워지기 때문에 바람직하다.
이때, 상기 하층기판을, 단일의 Si, MgO, Al2O3, SiO2, Si3N4, SiC, Ir, Rh, Pd, Pt, Cu, Ni, Fe, Cr, Mn 및 Ti로 이루어지는 기판, 또는, Si, MgO, Al2O3, SiO2, Si3N4, SiC, Ir, Rh, Pd, Pt, Cu, Ni, Fe, Cr, Mn 및 Ti로부터 선택되는 적층체로 할 수 있다.
이들 재료는, 하지기판의 주표면의 결정면 방위(오프각을 포함한다)의 설정이 용이하고, 비교적 가격이 저가이며, 용이하게 입수할 수 있는 것이기 때문에 바람직하다.
이때, 상기 하층기판이 (111)면 방위를 주표면으로 하거나, 또는 상기 하층기판과 상기 중간층의 사이에 (111)면 방위를 주표면으로 하는 층을 추가로 포함하는 것으로 할 수 있다.
이러한 다이아몬드 기판의 제조방법이면, 보다 효율적으로 에피택셜 성장이 가능해지기 때문에 바람직하다.
이때, 상기 하층기판의 상기 (111)면 방위의 주표면이, 결정면 방위 (111)에 대하여, 결정축 [-1-12]방향 또는 그의 3회 대칭방향으로, -8.0° 이상 -0.5° 이하 또는 +0.5° 이상 +8.0° 이하의 범위에서 오프각을 갖는 것으로 할 수 있다.
이러한 범위에서 오프각을 갖는 것으로 하면, 스텝플로우 성장을 하기 쉽고, 힐록, 이상성장입자, 전위결함 등이 적은 고품질 단결정 다이아몬드층이 되기 때문에 바람직하다.
또한, 본 발명에서는, 상기 다이아몬드 기판의 제조방법에 있어서, 상기 하지기판 상에 형성하는 다이아몬드의 총두께를, 80~2000μm로 할 수 있다.
이러한 총두께이면, (111)고배향 결정을 얻기 쉽기 때문에 바람직하다.
또한, 본 발명에서는, 상기 다이아몬드 기판의 제조방법에 있어서, CVD를 행하는 챔버에는 Si함유의 부재를 사용하지 않는 것이 바람직하다.
이러한 다이아몬드 기판의 제조방법이면, 다이아몬드결정 중에 Si가 혼입되지 않기 때문에 바람직하다.
이때, 상기 CVD를 행하는 챔버의 엿보기창에, 사파이어를 이용하는 것이 바람직하다.
이러한 다이아몬드 기판의 제조방법이어도, 다이아몬드결정 중에 Si가 혼입되지 않기 때문에 바람직하다.
또한, 본 발명에서는, 상기 다이아몬드 기판의 제조방법에 의해 얻어진 상기 (111)배향 다이아몬드결정을 포함하는 적층기판으로부터, 상기 하지기판을 제거하여, (111)배향 다이아몬드 기판을 얻을 수 있다.
이러한 다이아몬드 기판의 제조방법이면, 자립구조의 다이아몬드 기판으로 할 수 있고, 실사용에서의 노이즈의 원인을 줄일 수 있기 때문에 바람직하다.
또한, 본 발명에서는, 상기 다이아몬드 기판의 제조방법에 의해 얻어진 상기 (111)배향 다이아몬드결정을 포함하는 적층기판으로부터, 상기 하지기판, 상기 하층기판, 또는 상기 중간층과 하층기판의 양방을 제거하여, (111)배향 다이아몬드 기판을 얻을 수도 있다.
이러한 다이아몬드 기판의 제조방법이어도, 자립구조의 다이아몬드 기판으로 할 수 있고, 실사용에서의 노이즈의 원인을 줄일 수 있기 때문에 바람직하다.
또한, 본 발명에서는, 상기 다이아몬드 기판의 제조방법에 의해 얻어진, 상기 (111)배향 다이아몬드결정의 표면을, 평활화하는 것이 바람직하다.
이러한 다이아몬드 기판의 제조방법이면, 전자·자기 디바이스용 기판으로서 보다 호적한 다이아몬드 기판이 되기 때문에 바람직하다.
또한, 본 발명에서는, 다이아몬드 기판으로서, X선회절장치로, 극점법(極点法)에 의해, X선발생부로서 대음극(對陰極) Cu를 이용하고, 출력 45kV 200mA, 평가회절면 (111), 회절각도2θ=43.9°, 스텝폭 1°의 조건으로의 측정에서, (111)면이 기판 주표면 법선방향을 향하고 있을 때의 (111)면 회절피크가 검출되고, 한편 (001)면이 기판 주표면 법선방향을 향하고 있을 때의 (111)면 회절피크가 검출되지 않는 것인 다이아몬드 기판을 제공한다.
이러한 다이아몬드 기판이면, 규정된 조건으로 CVD함으로써 얻어지는 고배향 (111) 다이아몬드 베이스 기판 상에 동일하게 규정된 조건으로 CVD함으로써 얻어지는 NV축이 [111]배향, 또한 고밀도의 NVC를 갖는, 전자·자기 디바이스에 적용가능한 다이아몬드결정으로 이루어지는 기판이 된다.
이때, 상기 다이아몬드 기판을, X선회절장치로, Out-of-plane법에 의해, X선발생부로서 대음극 Cu를 이용하고, 출력 45kV 200mA, 평가회절면 (111), 회절각도2θ=43.9°, 스텝폭 0.001°의 조건으로의 측정에서, 로킹커브 반값폭이, 0.90° 이하인 것이 바람직하다.
이러한 다이아몬드 기판이면, 보다 고품질의 다이아몬드결정으로 이루어지는 기판으로 할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 다이아몬드 기판의 제조방법에 따르면, HPHT, 헤테로 및 호모에피택셜 다이아몬드의 베이스 기판 상에, 고결정성이고, NV축이 [111]고배향, 또한 고밀도의 NVC를 갖는, 전자·자기 디바이스에 적용가능한 다이아몬드 기판을 제공하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명의 다이아몬드 기판에 따르면, 고결정성이고, NV축이 [111]고배향, 또한 고밀도의 NVC를 갖는, 전자·자기 디바이스에 적용가능한 다이아몬드 기판이 된다.
도 1은 본 발명에 따른 단층기판의 하지기판 상에 (111)배향 질소도프 다이아몬드결정을 형성한 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 적층구조의 하지기판 상에 (111)배향 질소도프 다이아몬드결정을 형성한 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 적층구조의 하지기판 상에 (111)배향 다이아몬드결정, (111)배향 질소도프 다이아몬드결정을 형성한 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 (111)배향 질소도프 다이아몬드결정/(111)배향 다이아몬드결정을 남긴 다이아몬드 기판의 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 면 방위를 설명하는 도면이다.
도 6은 실시예 1의 연마완료 질소언도프 단결정 (111)배향 다이아몬드 기판의 XRD극점법의 측정결과를 나타내는 도면이다.
도 7은 실시예 1의 연마완료 질소언도프 단결정 (111)배향 다이아몬드 기판의 XRD극점법의 측정결과의 입체표시의 결과를 나타내는 도면이다.
도 8은 실시예 1의 (111)배향 질소도프 다이아몬드결정의 여기광 파장 532nm에 있어서의 형광스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 9는 EBSD법에 의한 분석결과를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 적층구조의 하지기판 상에 (111)배향 질소도프 다이아몬드결정을 형성한 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 적층구조의 하지기판 상에 (111)배향 다이아몬드결정, (111)배향 질소도프 다이아몬드결정을 형성한 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 (111)배향 질소도프 다이아몬드결정/(111)배향 다이아몬드결정을 남긴 다이아몬드 기판의 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 면 방위를 설명하는 도면이다.
도 6은 실시예 1의 연마완료 질소언도프 단결정 (111)배향 다이아몬드 기판의 XRD극점법의 측정결과를 나타내는 도면이다.
도 7은 실시예 1의 연마완료 질소언도프 단결정 (111)배향 다이아몬드 기판의 XRD극점법의 측정결과의 입체표시의 결과를 나타내는 도면이다.
도 8은 실시예 1의 (111)배향 질소도프 다이아몬드결정의 여기광 파장 532nm에 있어서의 형광스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 9는 EBSD법에 의한 분석결과를 나타내는 도면이다.
상기 서술한 바와 같이, 전자·자기 디바이스용에는, 다이아몬드결정이 (111)고배향이고, 질소도프한 경우의 NV축이 [111]고배향, 또한 고밀도의 NVC를 갖는 다이아몬드 기판을 안정적으로 얻는 것이 요구되고 있었다.
본 발명자들은, 상기 과제에 대하여 예의 검토를 거듭한 결과, 본 발명의 다이아몬드 기판의 제조방법이면, 규정된 조건으로 CVD함으로써 얻어지는 고배향 (111) 다이아몬드 베이스 기판 상에 동일하게 규정된 조건으로 CVD함으로써 얻어지는 NV축이 [111]배향, 또한 고밀도의 NVC를 갖는, 전자·자기 디바이스에 적용가능한 다이아몬드결정, 및 그의 제조방법을 안정적으로 제공할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성시켰다.
즉, 본 발명은, 마이크로파 플라즈마 CVD법, 직류 플라즈마 CVD법, 열 필라멘트 CVD법, 또는 아크방전 플라즈마제트 CVD법에 의해, 하지기판 상에 수소희석 메탄을 주원료가스로 하여 (111)배향 다이아몬드결정을 에피택셜 성장에 의해 제조하는 방법으로서, 성장속도를 3.8μm/h 미만으로 하는 다이아몬드 기판의 제조방법이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하는데, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다.
이하, 도면을 참조하여 설명한다.
먼저, 본 명세서에서 사용하는 용어에 대하여 정의한다.
본 명세서에서는, 주표면이 (111)면인 결정층, 결정막을, 간단히 「(111)층」, 「(111)막」이라고 한다. 예를 들어, 주표면이 (111)면인 단결정 다이아몬드층은 「단결정 다이아몬드 (111)층」이라고 한다.
또한, 오프각의 관계를 도 5에 나타낸다. 도 5에는, 주면이 (111)면인 기판의, [-1-12]방향과 그의 3회 대칭방향인, [-12-1], [2-1-1]방향과 오프각의 개념도를 나타내었다. 한편, 본 명세서에서는,
[112]방향을, [-1-12]방향으로 표시한다.
(다이아몬드 기판)
본 발명에서는, 다이아몬드 기판으로서, X선회절장치로, 극점법에 의해, X선발생부로서 대음극 Cu를 이용하고, 출력 45kV 200mA, 평가회절면 (111), 회절각도2θ=43.9°, 스텝폭 1°의 조건으로의 측정에서, (111)면이 기판 주표면 법선방향을 향하고 있을 때의 (111)면 회절피크가 검출되고, 한편 (001)면이 기판 주표면 법선방향을 향하고 있을 때의 (111)면 회절피크가 검출되지 않는 것인 다이아몬드 기판을 제공한다.
이때, 상기 다이아몬드 기판을, X선회절장치로, Out-of-plane법에 의해, X선발생부로서 대음극 Cu를 이용하고, 출력 45kV 200mA, 평가회절면 (111), 회절각도2θ=43.9°, 스텝폭 0.001°의 조건으로의 측정에서, 로킹커브 반값폭이, 0.90° 이하인 것이 바람직하다. 로킹커브 반값폭의 하한값은 특별히 한정되지 않는데, 예를 들어 0.01° 이상으로 할 수 있다.
이러한 NV축이 [111]고배향, 또한 고밀도의 NVC를 갖는, 고품질의 다이아몬드 기판은, 전자·자기 디바이스에 적용가능하며, 이하와 같은 방법으로 제조할 수 있다.
(다이아몬드 기판의 제조방법)
본 발명은, 마이크로파 플라즈마 CVD법, 직류 플라즈마 CVD법, 열 필라멘트 CVD법, 또는 아크방전 플라즈마제트 CVD법에 의해, 하지기판 상에 수소희석 메탄을 주원료가스로 하여 (111)배향 다이아몬드결정을 에피택셜 성장에 의해 제조하는 방법으로서, 성장속도를 3.8μm/h 미만으로 하는 다이아몬드 기판의 제조방법이다.
성장속도가 3.8μm/h 이상이면, (111)배향 성장에서 (001)배향 성장으로 결정성장 모드가 바뀌기 때문에, 원하는 (111)고배향 결정이 얻어지지 않는다.
반대로 성장속도를 3.8μm/h 미만으로 억제하고 있으면, (111)배향을 유지한 채로 성장이 계속되어, 원하는 (111)고배향 결정을 얻을 수 있다. 단, 3.3μm/h 이하로 하면, 보다 결정성장이 안정되어 바람직하다. 성장속도는 낮으면 낮을수록 바람직하고, 그 하한값은 특별히 한정되지 않는데, 예를 들어 0.1μm/h 이상으로 할 수 있다.
이때, 상기 (111)배향 다이아몬드결정을 에피택셜 성장에 의해 제조하는 방법에 있어서, 상기 하지기판 상에 수소희석 메탄을 주원료가스로 하고, 도펀트로서 질소가스를 첨가하면서 (111)배향 질소도프 다이아몬드결정을 제조할 수 있다.
이때, 상기 마이크로파 플라즈마 CVD법, 직류 플라즈마 CVD법, 열 필라멘트 CVD법, 또는 아크방전 플라즈마제트 CVD법에 의한 성장 중의 상기 하지기판의 온도를 600℃ 내지 1050℃의 범위로 하는 것이 바람직하다.
600℃ 이상이면, 아몰퍼스 카본이나 그라파이트 등의 비다이아몬드상이 성장하지 않고, 한편 1050℃ 이하이면, 성장속도가 지나치게 높아지지 않아, (111) 성장을 추종할 수 있고, (001)성장이 우세가 되는 경우가 없다.
이때, 상기 하지기판을, 단결정 다이아몬드 (111)의 단층기판으로 할 수 있다.
도 1에 하지기판(1) 상에 (111)배향 질소도프 다이아몬드결정(NVC함유 다이아몬드층)(2)을 형성한 기판을 나타낸다.
이때, 상기 하지기판이 상기 단결정 다이아몬드 (111)로서, 주표면이 결정면 방위 (111)에 대하여, 결정축 [-1-12]방향 또는 그의 3회 대칭방향으로, -8.0° 이상 -0.5° 이하 또는 +0.5° 이상 +8.0° 이하의 범위에서 오프각을 갖는 것으로 하는 것이 바람직하다.
이러한 범위에서 오프각을 갖는 것으로 하면, 스텝플로우 성장을 하기 쉽고, 힐록, 이상성장입자, 전위결함 등이 적은 고품질 단결정 다이아몬드층이 된다.
이때, 상기 단결정 다이아몬드 (111)로 이루어지는 상기 하지기판을, 고온고압합성 단결정 다이아몬드, 헤테로에피택셜 단결정 다이아몬드, CVD합성 호모에피택셜 다이아몬드, 및 이들을 조합한 단결정 다이아몬드로 할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 상기 하지기판을, 하층기판과 이 하층기판 상의 중간층으로 이루어지는 적층구조로 할 수도 있다.
도 2에 적층구조의 하지기판(하층기판(3), 중간층(4)) 상에 (111)배향 질소도프 다이아몬드결정(5)을 형성한 기판을 나타낸다.
중간층은, 1층이어도 되고, 복수층의 적층체여도 된다. 중간층의 최표면은, Ir, Rh, Pd, Pt, Cu, Ni, Fe, Cr, Mn 및 Ti로부터 선택되는 금속층으로 하는 것이 바람직하다. 이러한 금속층을 이용하면, 핵형성 처리(바이어스 처리)했을 때에 다이아몬드핵이 고밀도가 되기 쉽고, 그 위에 단결정 다이아몬드층이 형성되기 쉬워지기 때문에 바람직하다.
이때, 상기 하층기판을, 단일의 Si, MgO, Al2O3, SiO2, Si3N4, SiC, Ir, Rh, Pd, Pt, Cu, Ni, Fe, Cr, Mn 및 Ti로 이루어지는 기판, 또는, Si, MgO, Al2O3, SiO2, Si3N4, SiC, Ir, Rh, Pd, Pt, Cu, Ni, Fe, Cr, Mn 및 Ti로부터 선택되는 적층체로 할 수 있다.
이들 재료는, 하지기판의 주표면의 결정면 방위(오프각을 포함한다)의 설정이 용이하다. 게다가, 비교적 가격이 저가이며, 용이하게 입수할 수 있는 것이다.
당연히, 하지기판으로서, 하층기판과 중간층이 동일한 재료로 구성되는 것도 포함된다. 한편, Ir, Rh, Pd, Pt, Cu, Ni, Fe, Cr, Mn 및 Ti의 각 단일재료로 이루어지는 기판을 하지기판으로서 이용할 수도 있다.
이때, 상기 하층기판이 (111)면 방위를 주표면으로 하거나, 또는 상기 하층기판과 상기 중간층의 사이에 (111)면 방위를 주표면으로 하는 층을 추가로 포함하는 것으로 할 수 있다.
이것이면, 에피택셜 성장을 보다 효율 좋게 행하는 것이 가능해진다.
이때, 상기 하층기판의 상기 (111)면 방위의 주표면이, 결정면 방위 (111)에 대하여, 결정축 [-1-12]방향 또는 그의 3회 대칭방향으로, -8.0° 이상 -0.5° 이하 또는 +0.5° 이상 +8.0° 이하의 범위에서 오프각을 갖는 것으로 할 수 있다.
이러한 범위에서 오프각을 갖는 것으로 하면, 스텝플로우 성장을 하기 쉽고, 힐록, 이상성장입자, 전위결함 등이 적은 고품질 단결정 다이아몬드층으로 할 수 있다.
오프각이 -0.5°보다 크고 +0.5 보다 작은 범위에서는, 스텝방향으로의 성장이 행해지기 어렵기 때문에, 양호한 결정이 얻어지지 않는다. 또한 오프각이 -8.0°보다 작은 범위 및 +8.0°보다 큰 범위에서는, 장시간 성장을 행하면 다결정화하기 때문에, 양질의 단결정이 얻어지지 않는다.
또한, 본 발명에서는, 상기 다이아몬드 기판의 제조방법에 있어서, 상기 하지기판 상에 형성하는 다이아몬드의 총두께를, 80~2000μm로 할 수 있다.
이러한 총두께이면, (111)고배향 결정을 얻기 쉽다.
80μm 이상의 두께이면, 전위결함이 적고 배향성이 높다. 한편, 2000μm 이하의 두께이면, 성장초기와 플라즈마에 대한 성장위치가 동일하기 때문에, 기판온도의 상승, 및 성장속도의 상승이 일어나지 않고, 이상성장이 많아지는 경우가 없다.
해당 다이아몬드 기판의 제조를 행하는 통상의 CVD장치의 챔버 내벽은 스테인리스, 스테이지류는 스테인리스 및 몰리브덴, 절연물류는 Si3N4, SiC, Al2O3, BN 등, 엿보기창은 SiO2가 사용되고 있다. 이러한 통상의 CVD장치로, 다이아몬드 제조를 행하면, 다이아몬드결정 중에 Si가 혼입되고, 이것은 규소-공공 센터(SiVC)를 형성하여, 다이아몬드 기판을 전자·자기센서에 사용하는 경우의 노이즈원이 된다.
이에, 본 발명에서는, 상기 다이아몬드 기판의 제조방법에 있어서, CVD를 행하는 챔버에는 Si함유의 부재를 사용하지 않는 것이 바람직하다.
특히, Si혼입원으로 생각되는 것은 CVD를 행하는 챔버의 엿보기창이다. 따라서, 상기 CVD를 행하는 챔버의 엿보기창에, 사파이어를 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는, 상기 다이아몬드 기판의 제조방법에 의해 얻어진 상기 (111)배향 다이아몬드결정을 포함하는 적층기판으로부터, 상기 하지기판을 제거하여, (111)배향 다이아몬드 기판을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 상기 다이아몬드 기판의 제조방법에 의해 얻어진 상기 (111)배향 다이아몬드결정을 포함하는 적층기판으로부터, 상기 하지기판, 상기 하층기판, 또는 상기 중간층과 하층기판의 양방을 제거하여, (111)배향 다이아몬드 기판을 얻을 수도 있다.
NVC함유 부분의 존재비율을 크게 한 것에서는, 실사용에서의 노이즈의 원인을 줄일 수 있기 때문에, 고감도의 전자·자기 디바이스의 실현이 가능해진다.
도 3에는, 적층구조의 하지기판(하층기판(3), 중간층(4)) 상에, (111)배향 다이아몬드결정(6), 나아가 (111)배향 질소도프 다이아몬드결정(5)의 순으로 형성한 경우의 다이아몬드 기판을 나타낸다.
도 4에는, 하지기판 부분을 제거하여, (111)배향 질소도프 다이아몬드결정(5)/(111)배향 다이아몬드결정(6)의 자립구조 기판으로 한 경우를 나타낸다.
또한, 본 발명에서는, 상기 다이아몬드 기판의 제조방법에 의해 얻어진, 상기 (111)배향 다이아몬드결정의 표면을, 평활화하는 것이 바람직하다.
평활화를 행하려면, 기계적 연마, 화학·기계적 연마, 플라즈마 처리, 스퍼터 처리, 화학에칭 등을 행하면 좋다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예를 이용하여 본 발명을 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
하지기판으로서, 직경 20.0mm, 두께 1.0mm, 주표면이 (111)면이고, 결정면 방위 (111)에 대하여, 결정축 [-1-12]방향으로 +4°의 오프각을 갖는, 편면연마된 단결정 MgO 기판(이하, 「단결정 MgO (111)기판」이라고 한다)을 준비하였다.
다음으로, 준비한 단결정 MgO (111)기판의 표면에, RF 마그네트론 스퍼터법에 의해 단결정 Ir막의 중간층을 형성하였다. 단결정 Ir막의 형성에는, 직경 6인치(150mm), 두께 5.0mm, 순도 99.9% 이상의 Ir을 타깃으로 한, 고주파(RF) 마그네트론 스퍼터법(13.56MHz)을 이용하였다.
하층기판인 단결정 MgO (111)기판을 800℃로 가열하고, 베이스 프레셔가 6×10-7Torr(약 8.0×10-5Pa) 이하가 된 것을 확인한 후, Ar가스를 50sccm으로 도입하였다. 다음으로, 배기계로 통하는 밸브의 개구도를 조절하여 압력을 3×10-1Torr(약 39.9Pa)로 한 후, RF 전력 1000W를 입력하여 15분간 성막을 행하였다. 이에 따라, 두께 1.0μm의 단결정 Ir막이 얻어졌다.
상기 서술한 바와 같이 하여 얻어진, 단결정 MgO (111)기판 상에 단결정 Ir막을 적층시킨 것(Ir (111)막/단결정 MgO (111)기판)은, 단결정 MgO (111)기판에 부여된 오프각을 따라, 헤테로에피택셜 성장한다. 이 단결정 Ir막을, 파장λ=1.54Å의 X선회절·Out-of-plane법으로 분석한 결과, 표면이 (111)면이고, 결정면 방위 (111)에 대하여, 결정축 [-1-12]방향으로 +4°의 오프각이 부여되어 있었다. 또한, Ir (111) 귀속의 2θ=40.7°에 있어서의 회절피크의 반값폭(FWHM)이 0.142°였다. 이 단결정 Ir막을, 이하, 「Ir (111)막」이라고 한다.
다음으로, 다이아몬드의 핵형성을 행하기 위한 전처리로서, 핵형성 처리(바이어스 처리)를 행하였다. 처리실 내의 직경 25mm의 평판형 전극 상에, Ir (111)막측을 위로 하여 Ir (111)막/단결정 MgO (111)기판을 세트하였다. 베이스 프레셔가 1×10-6Torr(약 1.3×10-4Pa) 이하가 된 것을 확인한 후, 수소희석 메탄가스(CH4/(CH4+H2)=5.0vol.%)를, 처리실 내에 500sccm의 유량으로 도입하였다. 배기계로 통하는 밸브의 개구도를 조정하여, 압력을 100Torr(약 1.3×104Pa)로 한 후, Ir (111)막/단결정 MgO (111)기판측 전극에 음전압을 인가하여 90초간 플라즈마에 노출시키고, Ir (111)막/단결정 MgO (111)기판의 Ir (111)막 표면을 바이어스 처리하였다.
상기 서술한 바와 같이 하여 제작한 Ir (111)막/단결정 MgO (111)기판 상에, 마이크로파 플라즈마 CVD법에 의해 (111)배향 다이아몬드결정을 헤테로에피택셜 성장시켰다. 바이어스 처리를 행한 Ir (111)막/단결정 MgO (111)기판을, 마이크로파 플라즈마 CVD장치의 챔버 내에 세트하고, 베이스 프레셔가 1×10-6Torr(약 1.3×10-4Pa) 이하가 된 것을 확인한 후, 기판온도를 860~970℃로 하여 원료인 메탄가스, 수소가스의 혼합가스를,
메탄가스 3.0000vol.%,
수소가스 97.0000vol.%
의 체적비로, 챔버 내에 500sccm의 유량으로 도입하였다. 배기계로 통하는 밸브의 개구도를 조정하여, 챔버 내의 프레셔를 110Torr(약 1.5×104Pa)로 한 후, 3500W의 마이크로파를 인가하여 99시간 성막을 행함으로써, 두께가 약 140μm에 도달할 때까지 성막을 행하였다(성장속도 1.4μm/h).
이와 같이 하여, Ir (111)막/단결정 MgO (111)기판 상에, (111)배향 다이아몬드결정을 헤테로에피택셜 성장시켜, 적층기판을 얻었다.
이후, Ir (111)막/단결정 MgO (111)기판을 제거하여 자립기판화를 행하였다. 우선, 단결정 MgO (111)기판을 에칭제거한 후, Ir (111)막을 연마로 제거하였다. 그 결과, 직경 20mm, (111)배향 다이아몬드결정 140μm의 자립기판((111)배향 다이아몬드 기판)이 얻어졌다.
해당 (111)배향 다이아몬드 기판의 (111)배향 다이아몬드결정의 표면을 스카이프(scaife) 연마가공하여 평활화하고 경면으로 마무리하였다. (111)배향 다이아몬드결정의 표면을, 광학식 표면조도계(ZYGO사 New View 5032)로, 290μm×218μm 영역을 측정한 결과, 평균 표면거칠기Ra=0.4(nm)였다(연마완료 질소언도프 단결정 (111)배향 다이아몬드 기판).
다음으로 해당 연마완료 질소언도프 단결정 (111)배향 다이아몬드 기판에 대하여, X선회절 분석을 행하였다.
분석에는, X선회절(XRD)장치(RIGAKU SmartLab, X선파장λ=1.54Å)로, 결정 최표면으로부터 결정성을 측정하였다.
우선, 극점법으로 결정배향을 보았다. 스테이지 상에 시료 표면을 상향으로 세트하고, X선발생부로서 대음극 Cu를 이용하고, 출력 45kV 200mA, 시료를 직경방향(α) 및 둘레방향(β)으로 이동시키면서, 평가회절면 (111), 회절각도2θ=43.9°에 대하여 스텝폭 1°의 조건으로 측정을 행하였다.
그 결과, (111)면이 기판 주표면 법선방향을 향하고 있을 때의 (111)면 회절피크가 검출되고, 한편 (001)면이 기판 주표면 법선방향을 향하고 있을 때의 (111)면 회절피크가 검출되지 않는 것이었다. 결과를 도 6에 나타낸다.
도 6에 나타내는 바와 같이, (111)면이 기판 주표면 법선방향을 향하고 있을 때의 (111)면 회절피크가, α=0°, β=0° 부근에 관측되었다. 또한, (111)면이 기판 주표면 측면방향을 향하고 있을 때의 (111)면 회절피크가, α=70.6°, β가 120° 간격 부근에 관측되었다. 도 7에 도 6의 결과의 입체표시결과를 나타낸다. 명백히 (111)배향의 결정이었다.
한편 (001)면이 기판 주표면 법선방향을 향하고 있을 때의 (111)면 회절피크는, α=54.7°, β가 90° 간격으로 검출되는데, 본 발명의 연마완료 질소언도프 단결정 (111)배향 다이아몬드 기판에서는 검출되지 않았다.
다음으로, 상기와 동일한 XRD장치를 이용하여, Out-of-plane법으로 결정배향을 보았다. X선발생부로서 대음극 Cu를 이용하고, 출력 45kV 200mA, 평가회절면 (111), 회절각도2θ=43.9°, 입사각도ω=23~29°, 스텝폭 0.001°, 주사속도 1°/min의 조건으로 로킹커브를 취한 결과, 오프각 +5°, 로킹커브 반값폭은 0.665°였다.
따라서, 해당 연마완료 질소언도프 단결정 (111)배향 다이아몬드 기판은, (111)고배향의 결정이었다. 이러한 기판을 전자·자기 디바이스에 적용하면, 고성능 디바이스를 얻을 수 있다.
나아가, 해당 연마완료 질소언도프 단결정 (111)배향 다이아몬드 기판에 대하여, 전술한 마이크로파 플라즈마 CVD법에 의해, 메탄가스, 수소가스, 나아가 질소가스를 첨가한 혼합가스를,
메탄가스 0.4000vol.%,
수소가스 99.5995vol.%
질소가스 0.0005vol.%
의 체적비로, 챔버 내에 500sccm의 유량으로 도입하였다. 마이크로파 전력 3500W, 프레셔 110Torr(약 1.5×104Pa)로, 8시간 압력, 마이크로파 전력은 동일한 채로 하였다. 기판온도를 680℃로 한 후, 해당 조건으로, 5시간 성막을 행함으로써, 질소도프층((111)배향 질소도프 다이아몬드결정)을 두께 약 8μm에 도달할 때까지 성막을 행하였다(성장속도 1.6μm/h). 이와 같이 하여, (111)배향 질소도프 다이아몬드결정/연마완료 질소언도프 단결정 (111)배향 다이아몬드 적층기판을 얻었다.
마지막으로, 마무리된 (111)배향 질소도프 다이아몬드결정/연마완료 질소언도프 단결정 (111)배향 다이아몬드 적층기판에 대하여 SIMS, PL의 각 분석을 행하였다.
2차 이온질량분석(SIMS)장치(CAMECA IMS-7f)로 (111)배향 질소도프 다이아몬드결정/연마완료 질소언도프 단결정 (111)배향 다이아몬드 적층기판 중의 질소농도[N]를 측정하였다. 그 결과, (111)배향 질소도프 다이아몬드결정/연마완료 질소언도프 단결정 (111)배향 다이아몬드 적층기판 최표면으로부터 약 8μm의 깊이에 있어서의 질소농도[N]는, [N]=6×1017atoms/cm3이었다.
다음으로, 포토루미네선스(PL)장치(일본분광 NRS-4500)로, 여기광 파장 532nm, 여기광 강도 0.02mW, 적산시간 1초, 적산횟수 3회, 대물렌즈 100배, 실온측정(약 298K)의 조건으로 측정하였다. 그 결과, NV-센터(NVC)광(파장 637nm)의 날카로운 피크가 보였다. 한편, 실리콘 공공 센터광(파장 738nm)은 검출되지 않았다. 결과를 도 8에 나타낸다.
따라서, 얻어진 (111)배향 질소도프 다이아몬드결정은, NV축이 [111]배향, 또한 NVC가 고밀도로 형성된, (111)배향 질소도프 다이아몬드결정이었다. 해당 (111)배향 질소도프 다이아몬드결정을, 전자·자기 디바이스에 적용하면, 고성능 디바이스가 된다. 예를 들어 고감도의 자기센서를 얻을 수 있다.
(실시예 2)
기판온도를 800~850℃, 성막시간을 45시간, 성장속도를 0.7μm/h로 한 것 이외는, 실시예 1과 동일하게 연마완료 질소언도프 단결정 (111)배향 다이아몬드 기판을 제작하였다.
(실시예 3)
기판온도를 860~1020℃, 원료인 메탄가스, 수소가스의 혼합가스를,
메탄가스 4.0000vol.%,
수소가스 96.0000vol.%
의 체적비, 성막시간을 100시간, 성장속도를 2.4μm/h로 한 것 이외는, 실시예 1과 동일하게 연마완료 질소언도프 단결정 (111)배향 다이아몬드 기판을 제작하였다.
(비교예 1)
실시예 1과 동일하게 제작한 Ir (111)막/단결정 MgO (111)기판 상에, 마이크로파 플라즈마 CVD법에 의해 다이아몬드결정을 헤테로에피택셜 성장시켰다. 바이어스 처리를 행한 Ir (111)막/단결정 MgO (111)기판을, 마이크로파 플라즈마 CVD장치의 챔버 내에 세트하고, 베이스 프레셔가 1×10-6Torr(약 1.3×10-4Pa) 이하가 된 것을 확인한 후, 기판온도를 830~1090℃로 하여 원료인 메탄가스, 수소가스의 혼합가스를,
메탄가스 3.0000vol.%,
수소가스 97.0000vol.%
의 체적비로, 챔버 내에 2000sccm의 유량으로 도입하였다. 배기계로 통하는 밸브의 개구도를 조정하여, 챔버 내의 프레셔를 110Torr(약 1.5×104Pa)로 한 후, 3500W의 마이크로파를 인가하여 96시간 성막을 행함으로써, 두께가 약 500μm에 도달할 때까지 성막을 행하였다(성장속도 5.2μm/h).
이와 같이 하여, Ir (111)막/단결정 MgO (111)기판 상에, 다이아몬드결정을 헤테로에피택셜 성장시켜, 적층기판을 얻었다.
이후, Ir (111)막/단결정 MgO (111)기판을 제거하여 자립기판화를 행하였다. 우선, 단결정 MgO (111)기판을 에칭제거한 후, Ir (111)막을 연마로 제거하였다. 그 결과, 직경 20mm, 언도프 단결정 다이아몬드막의 자립기판(다이아몬드 기판)이 얻어졌다. 해당 다이아몬드 기판의 표면을 스카이프 연마가공하고 경면으로 마무리하여, 연마완료 질소언도프 단결정 다이아몬드 기판을 얻었다.
다음으로 해당 연마완료 질소언도프 단결정 다이아몬드 기판에 대하여, 실시예 1과 동일하게 결정방위를 조사하기 위해, X선회절 분석을 행하였다. 나아가, 시료 단면을 전자선회절법의 일종인 전자 후방산란 회절법(EBSD법)으로도 분석을 행하였다. EBSD법에 의한 분석결과를 도 9에 나타낸다.
(비교예 2)
기판온도를 860~1060℃, 원료인 메탄가스, 수소가스의 혼합가스를,
메탄가스 6.0000vol.%,
수소가스 94.0000vol.%
의 체적비로, 챔버 내에 500sccm의 유량으로 도입하고, 성막시간을 20시간, 성장속도를 3.9μm/h로 한 것 이외는, 비교예 1과 동일하게 연마완료 질소언도프 단결정 다이아몬드 기판을 제작하였다.
성막조건을 표 1에 나타낸다.
[표 1]
도 9로부터 알 수 있는 바와 같이, 성장속도가 3.8μm/h 미만이면 (111)배향이고, (001)배향이 되지 않았다.
한편, 본 발명은, 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는 예시이며, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고, 동일한 작용효과를 나타내는 것은, 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
Claims (19)
- 마이크로파 플라즈마 CVD법, 직류 플라즈마 CVD법, 열 필라멘트 CVD법, 또는 아크방전 플라즈마제트 CVD법에 의해, 하지기판 상에 수소희석 메탄을 주원료가스로 하여 (111)배향 다이아몬드결정을 에피택셜 성장에 의해 제조하는 방법으로서, 성장속도를 3.8μm/h 미만으로 하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 기판의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (111)배향 다이아몬드결정을 에피택셜 성장에 의해 제조하는 방법에 있어서, 상기 하지기판 상에 수소희석 메탄을 주원료가스로 하고, 도펀트로서 질소가스를 첨가하면서 (111)배향 질소도프 다이아몬드결정을 제조하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 기판의 제조방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 마이크로파 플라즈마 CVD법, 직류 플라즈마 CVD법, 열 필라멘트 CVD법, 또는 아크방전 플라즈마제트 CVD법에 의한 성장 중의 상기 하지기판의 온도를 600℃ 내지 1050℃의 범위로 하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 기판의 제조방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하지기판을, 단결정 다이아몬드 (111)의 단층기판으로 하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 기판의 제조방법. - 제4항에 있어서,
상기 하지기판이 상기 단결정 다이아몬드 (111)로서, 주표면이 결정면 방위 (111)에 대하여, 결정축 [-1-12]방향 또는 그의 3회 대칭방향으로, -8.0° 이상 -0.5° 이하 또는 +0.5° 이상 +8.0° 이하의 범위에서 오프각을 갖는 것으로 하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 기판의 제조방법. - 제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 단결정 다이아몬드 (111)로 이루어지는 상기 하지기판을, 고온고압합성 단결정 다이아몬드, 헤테로에피택셜 단결정 다이아몬드, CVD합성 호모에피택셜 다이아몬드, 및 이들을 조합한 단결정 다이아몬드로 하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 기판의 제조방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하지기판을, 하층기판과 이 하층기판 상의 중간층으로 이루어지는 적층구조로 하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 기판의 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 중간층의 최표면을, Ir, Rh, Pd, Pt, Cu, Ni, Fe, Cr, Mn 및 Ti로부터 선택되는 금속층으로 하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 기판의 제조방법. - 제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 하층기판을, 단일의 Si, MgO, Al2O3, SiO2, Si3N4, SiC, Ir, Rh, Pd, Pt, Cu, Ni, Fe, Cr, Mn 및 Ti로 이루어지는 기판, 또는, Si, MgO, Al2O3, SiO2, Si3N4, SiC, Ir, Rh, Pd, Pt, Cu, Ni, Fe, Cr, Mn 및 Ti로부터 선택되는 적층체로 하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 기판의 제조방법. - 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하층기판이 (111)면 방위를 주표면으로 하거나, 또는 상기 하층기판과 상기 중간층의 사이에 (111)면 방위를 주표면으로 하는 층을 추가로 포함하는 것으로 하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 기판의 제조방법. - 제10항에 있어서,
상기 하층기판의 상기 (111)면 방위의 주표면이, 결정면 방위 (111)에 대하여, 결정축 [-1-12]방향 또는 그의 3회 대칭방향으로, -8.0° 이상 -0.5°이하 또는 +0.5°이상 +8.0°이하의 범위에서 오프각을 갖는 것으로 하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 기판의 제조방법. - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 다이아몬드 기판의 제조방법에 있어서, 상기 하지기판 상에 형성하는 다이아몬드의 총두께를, 80~2000μm로 하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 기판의 제조방법.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 다이아몬드 기판의 제조방법에 있어서, CVD를 행하는 챔버에는 Si함유의 부재를 사용하지 않는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 기판의 제조방법.
- 제13항에 있어서,
상기 CVD를 행하는 챔버의 엿보기창에, 사파이어를 이용하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 기판의 제조방법. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 다이아몬드 기판의 제조방법에 의해 얻어진 상기 (111)배향 다이아몬드결정을 포함하는 적층기판으로부터, 상기 하지기판을 제거하여, (111)배향 다이아몬드 기판을 얻는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 기판의 제조방법.
- 제7항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 다이아몬드 기판의 제조방법에 의해 얻어진 상기 (111)배향 다이아몬드결정을 포함하는 적층기판으로부터, 상기 하지기판, 상기 하층기판, 또는 상기 중간층과 하층기판의 양방을 제거하여, (111)배향 다이아몬드 기판을 얻는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 기판의 제조방법.
- 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 기재된 다이아몬드 기판의 제조방법에 의해 얻어진, 상기 (111)배향 다이아몬드결정의 표면을, 평활화하는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 기판의 제조방법.
- 다이아몬드 기판으로서, X선회절장치로, 극점법에 의해, X선발생부로서 대음극 Cu를 이용하고, 출력 45kV 200mA, 평가회절면 (111), 회절각도2θ=43.9°, 스텝폭 1°의 조건으로의 측정에서, (111)면이 기판 주표면 법선방향을 향하고 있을 때의 (111)면 회절피크가 검출되고, 한편 (001)면이 기판 주표면 법선방향을 향하고 있을 때의 (111)면 회절피크가 검출되지 않는 것을 특징으로 하는 다이아몬드 기판.
- 제18항에 있어서,
상기 다이아몬드 기판을, X선회절장치로, Out-of-plane법에 의해, X선발생부로서 대음극 Cu를 이용하고, 출력 45kV 200mA, 평가회절면 (111), 회절각도2θ=43.9°, 스텝폭 0.001°의 조건으로의 측정에서, 로킹커브 반값폭이, 0.90° 이하인 것을 특징으로 하는 다이아몬드 기판.
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