JP2730144B2 - 単結晶ダイヤモンド層形成法 - Google Patents
単結晶ダイヤモンド層形成法Info
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- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/02—Elements
- C30B29/04—Diamond
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- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
- Y10S117/918—Single-crystal waveguide
- Y10S117/919—Organic
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、良好な結晶性、平坦な表面、良好な電気的
特性、及び良好な光学的特性を有する単結晶ダイヤモン
ド層を形成する方法に関する。
特性、及び良好な光学的特性を有する単結晶ダイヤモン
ド層を形成する方法に関する。
［従来の技術］ ダイヤモンドは、大きい禁制帯幅、大きい電子移動
度、大きいホール移動度、大きい飽和電子移動度、高い
熱伝導度、低い誘電率及び高い透明度を持つ。したがっ
て、半導体の材料、例えば耐熱性及び耐放射線性を有す
る半導体素子、及び高速高出力半導体素子等の材料、並
びに青色及び紫外光の発光素子として使用することが期
待されている。
度、大きいホール移動度、大きい飽和電子移動度、高い
熱伝導度、低い誘電率及び高い透明度を持つ。したがっ
て、半導体の材料、例えば耐熱性及び耐放射線性を有す
る半導体素子、及び高速高出力半導体素子等の材料、並
びに青色及び紫外光の発光素子として使用することが期
待されている。
近年、メタン等の炭化水素ガスを原料として用い、高
周波放電等の手段で原料ガスを分解励起し、気相中でダ
イヤモンドを合成する方法が開発されている［メイニア
（R.Mania）等，クリスタル・リサーチ・アンド・テク
ノロジー（Crystal Research and Technology），16,78
5（1981）］。
周波放電等の手段で原料ガスを分解励起し、気相中でダ
イヤモンドを合成する方法が開発されている［メイニア
（R.Mania）等，クリスタル・リサーチ・アンド・テク
ノロジー（Crystal Research and Technology），16,78
5（1981）］。
半導体においては、高純度で結晶性のよいダイヤモン
ド単結晶だけではなく、適当な不純物（ドーパント）を
適量含んだ価電子制御可能な結晶性のよいダイヤモンド
単結晶も必要である。
ド単結晶だけではなく、適当な不純物（ドーパント）を
適量含んだ価電子制御可能な結晶性のよいダイヤモンド
単結晶も必要である。
超高圧下で合成したダイヤモンド単結晶の上に単結晶
ダイヤモンド層を成長させることができ、ホウ素等の不
純物をドーピングすることで単結晶ダイヤモンド層がＰ
型半導体の性質を示すことが確認されている［藤森（N.
Fujimori）等，バキューム（Vacuum），36,99（198
6）］。
ダイヤモンド層を成長させることができ、ホウ素等の不
純物をドーピングすることで単結晶ダイヤモンド層がＰ
型半導体の性質を示すことが確認されている［藤森（N.
Fujimori）等，バキューム（Vacuum），36,99（198
6）］。
しかし、従来の炭化水素ガス及び水素ガスを用いる単
結晶ダイヤモンド層成長法で、不純物ドーピングを行う
と、例えば（110）面では表面の凹凸が激しく、（100）
面では、部分的な異常成長が発生する、という問題があ
った。また、半導体素子の電気的特性についても、例え
ばショットキー・ダイオードを作製した場合、逆方向リ
ーク電流が大きいという問題があった。
結晶ダイヤモンド層成長法で、不純物ドーピングを行う
と、例えば（110）面では表面の凹凸が激しく、（100）
面では、部分的な異常成長が発生する、という問題があ
った。また、半導体素子の電気的特性についても、例え
ばショットキー・ダイオードを作製した場合、逆方向リ
ーク電流が大きいという問題があった。
［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、表面が平坦であり、結晶性がすぐれ
ており、良好な電気的特性を示す単結晶ダイヤモンド層
を形成することにある。
ており、良好な電気的特性を示す単結晶ダイヤモンド層
を形成することにある。
［課題を解決するための手段］ 本発明の要旨は、炭素含有化合物を含んで成る原料物
質を反応器に供給して反応させ、単結晶ダイヤモンド層
を気相中で単結晶基板の（100）面上に成長させること
から成り、原料物質が酸素含有化合物を0.8〜2.4モル％
の濃度で含有することを特徴とする単結晶ダイヤモンド
層形成法に存する。
質を反応器に供給して反応させ、単結晶ダイヤモンド層
を気相中で単結晶基板の（100）面上に成長させること
から成り、原料物質が酸素含有化合物を0.8〜2.4モル％
の濃度で含有することを特徴とする単結晶ダイヤモンド
層形成法に存する。
本発明において、使用する原料物質は、水素ガス、炭
素含有化合物及び酸素含有化合物を含有して成り、ガス
状で反応器に供給される。本発明は、原料物質がドーパ
ントを含有する場合に特に有効である。原料物質は、不
活性ガスを含有することが好ましい。
素含有化合物及び酸素含有化合物を含有して成り、ガス
状で反応器に供給される。本発明は、原料物質がドーパ
ントを含有する場合に特に有効である。原料物質は、不
活性ガスを含有することが好ましい。
炭素含有化合物としては、たとえばメタン、エタン、
プロパン、ブタン等のパラフィン系炭素水素；エチレ
ン、プロピレン、ブチレン等のオレフィン系炭化水素；
アセチレン、アリレン等のアセチレン系炭化水素；ブタ
ジエン等のジオレフィン系炭化水素；シクロプロパン、
シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン等の脂
環式炭化水素；シクロブタジエン、ベンゼン、トルエ
ン、キシレン、ナフタレン等の芳香族炭化水素；アセト
ン、ジエチルケトン、ベンゾフェノン等のケトン類；メ
タノール、エタノール等のアルコール類；トリメチルア
ミン、トリエチルアミンなどのアミン類；炭酸ガス、一
酸化炭素などを挙げることができる。これらは、１種を
単独で用いることもできるし、２種以上を併用すること
もできる。あるいは炭素含有化合物は、グラファイト、
石炭、コークスなどの炭素原子のみから成る物質であっ
てもよい。
プロパン、ブタン等のパラフィン系炭素水素；エチレ
ン、プロピレン、ブチレン等のオレフィン系炭化水素；
アセチレン、アリレン等のアセチレン系炭化水素；ブタ
ジエン等のジオレフィン系炭化水素；シクロプロパン、
シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン等の脂
環式炭化水素；シクロブタジエン、ベンゼン、トルエ
ン、キシレン、ナフタレン等の芳香族炭化水素；アセト
ン、ジエチルケトン、ベンゾフェノン等のケトン類；メ
タノール、エタノール等のアルコール類；トリメチルア
ミン、トリエチルアミンなどのアミン類；炭酸ガス、一
酸化炭素などを挙げることができる。これらは、１種を
単独で用いることもできるし、２種以上を併用すること
もできる。あるいは炭素含有化合物は、グラファイト、
石炭、コークスなどの炭素原子のみから成る物質であっ
てもよい。
酸素含有化合物としては、酸素、水、一酸化炭素、二
酸化炭素、過酸化水素が容易に入手できるゆえ好まし
い。
酸化炭素、過酸化水素が容易に入手できるゆえ好まし
い。
不活性ガスは、例えば、アルゴン、ヘリウム、ネオ
ン、クリプトン、キセノン、ラドンである。
ン、クリプトン、キセノン、ラドンである。
ドーパントとしては、例えば、ホウ素、リチウム、窒
素、リン、硫黄、塩素、ヒ素又はセレンなどを含む化合
物あるいは単体を用いる。
素、リン、硫黄、塩素、ヒ素又はセレンなどを含む化合
物あるいは単体を用いる。
原料物質において、水素ガスのモル数Ａ、不活性ガス
のモル数Ｂ、炭素含有化合物に含まれる炭素原子のモル
数Ｃ及び酸素含有化合物に含まれる酸素原子のモル数Ｄ
が、式： 0.02≦Ｘ＜0.5 及び 0.01≦Ｙ＜１ ［但し、 である。］ を満足することが好ましい。Ｘ＜0.02では表面の平坦性
が失われ、Ｘ≧0.5では、グラファイト成分が析出す
る。また、Ｙ＜0.01ではダイヤモンド層の結晶性が悪く
なり、Ｙ≧１ではダイヤモンド層の形成が阻害される。
のモル数Ｂ、炭素含有化合物に含まれる炭素原子のモル
数Ｃ及び酸素含有化合物に含まれる酸素原子のモル数Ｄ
が、式： 0.02≦Ｘ＜0.5 及び 0.01≦Ｙ＜１ ［但し、 である。］ を満足することが好ましい。Ｘ＜0.02では表面の平坦性
が失われ、Ｘ≧0.5では、グラファイト成分が析出す
る。また、Ｙ＜0.01ではダイヤモンド層の結晶性が悪く
なり、Ｙ≧１ではダイヤモンド層の形成が阻害される。
単結晶基板として、単結晶ダイヤモンドのほか、単結
晶ダイヤモンドの格子定数（a0:3.567Å）と基板の格子
定数ａとの差が、 を満たす単結晶基板、例えば、酸化マグネシウム（a:4.
213Å）、Ni（a:3.524Å）、Cu（a:3.6147Å）、Ni/Cu
合金、β−Si−Ｃ（a:4.36Å）、α−SiC（a:3.0807
Å）、Ｃ−BN（a:3.615Å）、AlN（a:3.104Å）、PbTiO
3（a:3.90Å）、Ba2TiO4（a:3.994Å）、GaN（a:3.180
Å）、ZnO（a:3.2407Å）、ZnS（a:3.820Å）、ZrO
2（a:3.64Å）、酸化物超電導体Tl2Ba2Ca2Cu3O10（a:3.
85Å）、Y1Ba3Cu3O7-X（a:3.89Å）などを使用すること
ができる。
晶ダイヤモンドの格子定数（a0:3.567Å）と基板の格子
定数ａとの差が、 を満たす単結晶基板、例えば、酸化マグネシウム（a:4.
213Å）、Ni（a:3.524Å）、Cu（a:3.6147Å）、Ni/Cu
合金、β−Si−Ｃ（a:4.36Å）、α−SiC（a:3.0807
Å）、Ｃ−BN（a:3.615Å）、AlN（a:3.104Å）、PbTiO
3（a:3.90Å）、Ba2TiO4（a:3.994Å）、GaN（a:3.180
Å）、ZnO（a:3.2407Å）、ZnS（a:3.820Å）、ZrO
2（a:3.64Å）、酸化物超電導体Tl2Ba2Ca2Cu3O10（a:3.
85Å）、Y1Ba3Cu3O7-X（a:3.89Å）などを使用すること
ができる。
ダイヤモンドの気相成長法にはマイクロ波プラズマCV
D法、熱フィラメントCVD法、RFブラズマCVD法、DCプラ
ズマCVD法、プラズマジェット法、化学輸送法等がある
が、本発明の効果は、形成法の如何によらず、いずれの
方法においても発揮される。1KHz以上の交流電界を用い
たプラズマCVD法、特にマイクロ波プラズマCVD法が、反
応器等からの形成ダイヤモンド層への汚染が少ないの
で、好ましい。反応器内の圧力は、通常、10-4〜103Tor
rである。基板の温度は、基板の種類に応じて異なる
が、700℃〜1000℃に保つことが好ましい。
D法、熱フィラメントCVD法、RFブラズマCVD法、DCプラ
ズマCVD法、プラズマジェット法、化学輸送法等がある
が、本発明の効果は、形成法の如何によらず、いずれの
方法においても発揮される。1KHz以上の交流電界を用い
たプラズマCVD法、特にマイクロ波プラズマCVD法が、反
応器等からの形成ダイヤモンド層への汚染が少ないの
で、好ましい。反応器内の圧力は、通常、10-4〜103Tor
rである。基板の温度は、基板の種類に応じて異なる
が、700℃〜1000℃に保つことが好ましい。
平坦でかつ良好な電気的特性を有する単結晶ダイヤモ
ンド層を合成するためには、気相中での炭素成分の過飽
和度が高く熱力学的に平衡に近い状態で安定してエピタ
キシャル成長する必要がある。しかし、過飽和度を高め
るために炭素含有化合物の供給量を高めると層の平坦性
は良くなるものの、層中にグラファイト成分の混入、及
び反応管内のグラファイトの析出による条件の変化とい
った問題が生じる。炭素含有化合物に酸素含有化合物を
微量添加した場合に、酸素含有化合物が分解され、活性
な酸素ラジカル又は水酸基ラジカルが生成する。このラ
ジカルは炭素含有化合物の分解を促進し、かつ副生グラ
ファイトと選択的に反応し、これを除去する。このため
気相中での炭素成分の過飽和状態の中で安定したダイヤ
モンドの単結晶形成が可能になり、平坦な表面を有しか
つ良好な電気的特性及び光学的特性をもつ単結晶ダイヤ
モンド層が得られる。
ンド層を合成するためには、気相中での炭素成分の過飽
和度が高く熱力学的に平衡に近い状態で安定してエピタ
キシャル成長する必要がある。しかし、過飽和度を高め
るために炭素含有化合物の供給量を高めると層の平坦性
は良くなるものの、層中にグラファイト成分の混入、及
び反応管内のグラファイトの析出による条件の変化とい
った問題が生じる。炭素含有化合物に酸素含有化合物を
微量添加した場合に、酸素含有化合物が分解され、活性
な酸素ラジカル又は水酸基ラジカルが生成する。このラ
ジカルは炭素含有化合物の分解を促進し、かつ副生グラ
ファイトと選択的に反応し、これを除去する。このため
気相中での炭素成分の過飽和状態の中で安定したダイヤ
モンドの単結晶形成が可能になり、平坦な表面を有しか
つ良好な電気的特性及び光学的特性をもつ単結晶ダイヤ
モンド層が得られる。
以下、本発明の好ましい態様を第１図及び第２図を参
照して説明する。
照して説明する。
第１図は、本発明で使用する装置の好ましい態様を示
す概略図である。水素ガス１、メタンガス（炭素含有化
合物）２、ジボラン（B2H6）ガス３が質量流量計５で計
量されたのち混合され反応器６に供給される。酸素ガス
（酸素含有化合物）４が質量流量計５で計量されたの
ち、ジボランガス３と反応するので、ジボランガスと別
の供給ラインから反応器６に供給される。反応器６に入
った混合ガスは、マイクロ波７により分解される。メタ
ンの分解より生成した炭素は数百度に加熱された単結晶
基板８に到達し、単結晶基板上でダイヤモンド層及びグ
ラファイト層が生成する。グラファイトは水素の分解で
生成した水素原子又は酸素の分解で生成した酸素原子と
反応して除去される。反応器６は真空ポンプ９により減
圧される。
す概略図である。水素ガス１、メタンガス（炭素含有化
合物）２、ジボラン（B2H6）ガス３が質量流量計５で計
量されたのち混合され反応器６に供給される。酸素ガス
（酸素含有化合物）４が質量流量計５で計量されたの
ち、ジボランガス３と反応するので、ジボランガスと別
の供給ラインから反応器６に供給される。反応器６に入
った混合ガスは、マイクロ波７により分解される。メタ
ンの分解より生成した炭素は数百度に加熱された単結晶
基板８に到達し、単結晶基板上でダイヤモンド層及びグ
ラファイト層が生成する。グラファイトは水素の分解で
生成した水素原子又は酸素の分解で生成した酸素原子と
反応して除去される。反応器６は真空ポンプ９により減
圧される。
第２図は、液状物をガス状で反応器に供給する器具を
示す断面図である。水素ガス11が質量流量計12を通過し
て、ガラス容器13内の液状物14を通過して、反応器に入
る。こうして水素ガスとともに、水又はメタノールなど
の液状物がガス状で反応器に導入される。液状物の温度
を上昇し、反応器への液状物の導入量を増加するため
に、加熱用ヒーター15が備えられている。
示す断面図である。水素ガス11が質量流量計12を通過し
て、ガラス容器13内の液状物14を通過して、反応器に入
る。こうして水素ガスとともに、水又はメタノールなど
の液状物がガス状で反応器に導入される。液状物の温度
を上昇し、反応器への液状物の導入量を増加するため
に、加熱用ヒーター15が備えられている。
［実施例］ 以下、実施例及び比較例を示し、さらに具体的に本発
明を説明する。
明を説明する。
実施例１並びに比較例１及び２ 第１図に示す装置を用いて単結晶ダイヤモンド層を形
成した。反応器は内径44mm、長さ600mmの石英ガラス製
であった。基板として1.5mm×2.0mm（厚さ0.3mm）のダ
イヤモンド単結晶の（100）面を用いた。原料ガスとし
てメタン−水素−ジボラン混合ガス（比較例１及び比較
例２）、あるいはメタン−水素−ジボラン−酸素混合ガ
ス（実施例１）を用いた。原料ガス総流量は、100sccm
であった。マイクロ波の周波数は2.45Hz、マイクロ波の
パワーは300Wであった。反応条件を第１表に示す。
成した。反応器は内径44mm、長さ600mmの石英ガラス製
であった。基板として1.5mm×2.0mm（厚さ0.3mm）のダ
イヤモンド単結晶の（100）面を用いた。原料ガスとし
てメタン−水素−ジボラン混合ガス（比較例１及び比較
例２）、あるいはメタン−水素−ジボラン−酸素混合ガ
ス（実施例１）を用いた。原料ガス総流量は、100sccm
であった。マイクロ波の周波数は2.45Hz、マイクロ波の
パワーは300Wであった。反応条件を第１表に示す。
得られた層の厚さは、約１μであった。
比較例１では、グラファイト成分のない良質なダイヤ
モンド層が得られるものの、層の表面粗さが2000Å程度
であった。比較例２のようにメタン濃度を増加させる
と、表面粗さが100Å以下で平坦なダイヤモンド層が得
られるが、電子線回折によればアモルファス成分の存在
が確認された。
モンド層が得られるものの、層の表面粗さが2000Å程度
であった。比較例２のようにメタン濃度を増加させる
と、表面粗さが100Å以下で平坦なダイヤモンド層が得
られるが、電子線回折によればアモルファス成分の存在
が確認された。
一方、実施例１では、表面粗さが100Å以下で平坦性
をもつ層が形成し、層の電子線回折によれば原子レベル
で平坦な単結晶であることを示すストリークパターンが
得られた。
をもつ層が形成し、層の電子線回折によれば原子レベル
で平坦な単結晶であることを示すストリークパターンが
得られた。
ダイヤモンド層の上に電極を形成し、ショットキーダ
イオードを試作した。ダイオードの順方向電流Ifと逆方
向漏れ電流Irからダイオード特性の評価を行った。比較
例１及び比較例２で得られたダイオードは逆方向漏れ電
流が順方向電流の10分の１以上で良好な整流性が得られ
なかった。比較例１及び比較例２におけるダイオード特
性を第３図及び第４図に示す。一方、実施例１で得られ
たダイオードは逆方向漏れ電流が順方向電流の1000分の
１以下である良好な整流性が得られた。実施例１におけ
るダイオード特性を第５図に示す。
イオードを試作した。ダイオードの順方向電流Ifと逆方
向漏れ電流Irからダイオード特性の評価を行った。比較
例１及び比較例２で得られたダイオードは逆方向漏れ電
流が順方向電流の10分の１以上で良好な整流性が得られ
なかった。比較例１及び比較例２におけるダイオード特
性を第３図及び第４図に示す。一方、実施例１で得られ
たダイオードは逆方向漏れ電流が順方向電流の1000分の
１以下である良好な整流性が得られた。実施例１におけ
るダイオード特性を第５図に示す。
得られた層の性質の結果を第２表に示す。
実施例２及び比較例３ 実施例１と同様の手順で、水素100sccm、メタン10scc
m、B2H6（H2希釈10ppm）10sccm、CO2 2sccmを反応器に
供給し、圧力40Torr、基板温度830℃で２時間反応し、
厚さ1.2μのダイヤモンド層を形成した（実施例２）。
得られた層は、表面粗さが100Å以下で良好な結晶性を
有する単結晶であり、高いホール移動度（約1000cm2/V
・秒）を示した。これから作製したショットキーダイオ
ードは良好な整流性を示した。
m、B2H6（H2希釈10ppm）10sccm、CO2 2sccmを反応器に
供給し、圧力40Torr、基板温度830℃で２時間反応し、
厚さ1.2μのダイヤモンド層を形成した（実施例２）。
得られた層は、表面粗さが100Å以下で良好な結晶性を
有する単結晶であり、高いホール移動度（約1000cm2/V
・秒）を示した。これから作製したショットキーダイオ
ードは良好な整流性を示した。
一方、CO2を添加しない以外は同様の条件でダイヤモ
ンド層を形成した（比較例３）。得られた層にはグラフ
ァイト成分が混入し、良好な結晶性、電気的特性が得ら
れなかった。
ンド層を形成した（比較例３）。得られた層にはグラフ
ァイト成分が混入し、良好な結晶性、電気的特性が得ら
れなかった。
実施例３及び比較例４ 実施例１と同様の手順で、水素100sccm、メタン10scc
m、B2H6（H2希釈10ppm）10sccm、CO 3sccmを反応器に
供給し、圧力40Torr、基板温度830℃で２時間反応し、
厚さ1.5μのダイヤモンド層を形成した（実施例３）。
得られた層は、表面粗さが100Å以下で良好な結晶性を
有する単結晶であり、高いホール移動度（約1000cm2/V
・秒）を示した。これから作製したショットキーダイオ
ードは良好な整流性を示した。
m、B2H6（H2希釈10ppm）10sccm、CO 3sccmを反応器に
供給し、圧力40Torr、基板温度830℃で２時間反応し、
厚さ1.5μのダイヤモンド層を形成した（実施例３）。
得られた層は、表面粗さが100Å以下で良好な結晶性を
有する単結晶であり、高いホール移動度（約1000cm2/V
・秒）を示した。これから作製したショットキーダイオ
ードは良好な整流性を示した。
一方、COを供給しない以外は同様の条件でダイヤモン
ド層を形成した（比較例４）。得られた層にはグラファ
イト成分が混入し、良好な結晶性、電気的特性が得られ
なかった。
ド層を形成した（比較例４）。得られた層にはグラファ
イト成分が混入し、良好な結晶性、電気的特性が得られ
なかった。
実施例４及び比較例５ 実施例１と同様の手順で、水素100sccm、アルゴン50s
ccm、メタン15sccm、B2H6（H2希釈10ppm）10sccm、O2
2sccmを反応器に供給し、圧力80Torr、基板温度850℃で
２時間反応し、厚さ２μのダイヤモンド層を形成した
（実施例４）。得られた層は、表面粗さが100Å以下で
良好な結晶性を有する単結晶であり、高いホール移動度
（約1000cm2/V・秒）を示した。これから作製したショ
ットキーダイオードは良好な整流性を示した。
ccm、メタン15sccm、B2H6（H2希釈10ppm）10sccm、O2
2sccmを反応器に供給し、圧力80Torr、基板温度850℃で
２時間反応し、厚さ２μのダイヤモンド層を形成した
（実施例４）。得られた層は、表面粗さが100Å以下で
良好な結晶性を有する単結晶であり、高いホール移動度
（約1000cm2/V・秒）を示した。これから作製したショ
ットキーダイオードは良好な整流性を示した。
一方、O2を供給しない以外は同様の条件でダイヤモン
ド層を形成した（比較例５）。得られた層にはグラファ
イト成分が混入し、良好な結晶性、電気的特性が得られ
なかった。
ド層を形成した（比較例５）。得られた層にはグラファ
イト成分が混入し、良好な結晶性、電気的特性が得られ
なかった。
不活性ガスの反応系への供給は、気相中での炭素成分
の過飽和状態を安定させる働きがあるので、供給しない
場合の２倍以上の形成速度で高品質ダイヤモンドのエピ
タキシャル成長が可能となることがわかる。
の過飽和状態を安定させる働きがあるので、供給しない
場合の２倍以上の形成速度で高品質ダイヤモンドのエピ
タキシャル成長が可能となることがわかる。
実施例５及び比較例６ 実施例１と同様の手順で、水素がトータルで100scc
m、メタン10sccm、B2H6（H2希釈10ppm）10sccm、H2O 2
sccm（飽和蒸気圧換算）を反応器に供給し、圧力40Tor
r、基板温度830℃で２時間反応し、厚さ1.1μのダイヤ
モンド層を形成した（実施例５）。なお、 H2Oを供給するために第２図の器具を使用した。得られ
た層は、表面粗さが100Å以下で良好な結晶性を有する
単結晶であり、高いホール移動度（約1000cm2/V・秒）
を示し、これから作製したショットキーダイオードは良
好な整流性を示した。
m、メタン10sccm、B2H6（H2希釈10ppm）10sccm、H2O 2
sccm（飽和蒸気圧換算）を反応器に供給し、圧力40Tor
r、基板温度830℃で２時間反応し、厚さ1.1μのダイヤ
モンド層を形成した（実施例５）。なお、 H2Oを供給するために第２図の器具を使用した。得られ
た層は、表面粗さが100Å以下で良好な結晶性を有する
単結晶であり、高いホール移動度（約1000cm2/V・秒）
を示し、これから作製したショットキーダイオードは良
好な整流性を示した。
一方、H2Oを供給しない以外は同様の条件でダイヤモ
ンド層を形成した（比較例６）。得られた層にはグラフ
ァイト成分が混入し、良好な結晶性、電気的特性が得ら
れなかった。
ンド層を形成した（比較例６）。得られた層にはグラフ
ァイト成分が混入し、良好な結晶性、電気的特性が得ら
れなかった。
実施例６及び比較例７ 実施例１と同様の手順で、水素がトータルで100scc
m、メタノール8sccm（飽和蒸気圧換算）、B2H6（H2希釈
10ppm）10sccm、O2 1sccmを反応器に供給し、圧力40To
rr、基板温度830℃で２時間反応し、厚さ1.5μのダイヤ
モンド層を形成した（実施例６）。なお、メタノールを
供給するために第２図の器具を使用した。得られた層
は、表面粗さが100Å以下で良好な結晶性を有する単結
晶であり、高いホール移動度（約1000cm2/V・秒）を示
した。これから作製したショットキーダイオードは良好
な整流性を示した。
m、メタノール8sccm（飽和蒸気圧換算）、B2H6（H2希釈
10ppm）10sccm、O2 1sccmを反応器に供給し、圧力40To
rr、基板温度830℃で２時間反応し、厚さ1.5μのダイヤ
モンド層を形成した（実施例６）。なお、メタノールを
供給するために第２図の器具を使用した。得られた層
は、表面粗さが100Å以下で良好な結晶性を有する単結
晶であり、高いホール移動度（約1000cm2/V・秒）を示
した。これから作製したショットキーダイオードは良好
な整流性を示した。
一方、O2を添加しない以外は同様の条件でダイヤモン
ド層を形成した（比較例７）。得られた層にはグラファ
イト成分が混入し、良好な結晶性、電気的特性が得られ
なかった。
ド層を形成した（比較例７）。得られた層にはグラファ
イト成分が混入し、良好な結晶性、電気的特性が得られ
なかった。
炭素成分の供給源としてアルコールを用いる場合に、
低コストで高品質ダイヤモンドのエピタキシャル成長が
可能であることがわかる。
低コストで高品質ダイヤモンドのエピタキシャル成長が
可能であることがわかる。
実施例７及び比較例８ 実施例１と同様の手順で、単結晶基板として酸化マグ
ネシウム（MgO）の（100）面を用い、水素50sccm、アル
ゴン50sccm、メタン10sccm、B2H6（H2希釈10ppm）10scc
m、O2 2sccmを反応器に供給し、圧力40Torr、基板温度
800℃で、２時間反応し、厚さ0.9μのダイヤモンド層を
形成した（実施例７）。得られた層は、表面粗さが100
Å以下の良好な結晶性を有する単結晶であった。これか
ら作製したショットキーダイオードは良好な整流性を示
した。
ネシウム（MgO）の（100）面を用い、水素50sccm、アル
ゴン50sccm、メタン10sccm、B2H6（H2希釈10ppm）10scc
m、O2 2sccmを反応器に供給し、圧力40Torr、基板温度
800℃で、２時間反応し、厚さ0.9μのダイヤモンド層を
形成した（実施例７）。得られた層は、表面粗さが100
Å以下の良好な結晶性を有する単結晶であった。これか
ら作製したショットキーダイオードは良好な整流性を示
した。
一方、O2を供給しない以外は同様の条件でダイヤモン
ド層を形成した。MgO基板が一部還元されるとともに、
層にグラファイト成分が混入し、良好な結晶性の層が得
られなかった。
ド層を形成した。MgO基板が一部還元されるとともに、
層にグラファイト成分が混入し、良好な結晶性の層が得
られなかった。
［発明の効果］ 本発明によれば、良好な結晶性及び平坦な表面を有す
る単結晶ダイヤモンド層を単結晶基板上にエピタキシャ
ル成長できる。従来は天然又は高圧法によってのみ得ら
れていた高品質の単結晶ダイヤモンドが気相合成で容易
に得られる。この層を用いて作製した電気デバイスは良
好な特性を示し、耐環境デバイスとして用いることがで
きる。
る単結晶ダイヤモンド層を単結晶基板上にエピタキシャ
ル成長できる。従来は天然又は高圧法によってのみ得ら
れていた高品質の単結晶ダイヤモンドが気相合成で容易
に得られる。この層を用いて作製した電気デバイスは良
好な特性を示し、耐環境デバイスとして用いることがで
きる。
厚いダイヤモンド層を形成することによって、ダイヤ
モンド単結晶光学部品、あるいはヒートシンクにも用い
ることができる。さらに、良好な結晶性を維持したまま
単結晶ダイヤモンド粒子を巨大化できるので、砥粒及び
宝石を製造することができる。
モンド単結晶光学部品、あるいはヒートシンクにも用い
ることができる。さらに、良好な結晶性を維持したまま
単結晶ダイヤモンド粒子を巨大化できるので、砥粒及び
宝石を製造することができる。
第１図は、本発明で使用する装置の好ましい態様を示す
概略図である。 １……水素ガス、２……メタンガス、 ３……ジボランガス、４……酸素ガス、 ５……質量計量計、６……反応器、 ７……マイクロ波、８……単結晶基板、 ９……真空ポンプ。 第２図は、液状物をガス状で供給する器具を示す断面図
である。 11……水素ガス、12……質量流量計、 13……ガラス容器、14……液状物、 15……加熱用ヒーター。 第３図、第４図及び第５図は、比較例１、比較例２及び
実施例１のそれぞれで得られたダイヤモンド層のダイオ
ード特性を示す図である。
概略図である。 １……水素ガス、２……メタンガス、 ３……ジボランガス、４……酸素ガス、 ５……質量計量計、６……反応器、 ７……マイクロ波、８……単結晶基板、 ９……真空ポンプ。 第２図は、液状物をガス状で供給する器具を示す断面図
である。 11……水素ガス、12……質量流量計、 13……ガラス容器、14……液状物、 15……加熱用ヒーター。 第３図、第４図及び第５図は、比較例１、比較例２及び
実施例１のそれぞれで得られたダイヤモンド層のダイオ
ード特性を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−183198（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−252997（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−290592（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−197391（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】炭素含有化合物を含んで成る原料物質を反
応器に供給して反応させ、単結晶ダイヤモンド層を気相
中で単結晶基板の（100）面上に成長させることから成
り、原料物質が酸素含有化合物を0.8〜2.4モル％の濃度
で含有することを特徴とする単結晶ダイヤモンド層形成
法。
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| JP1054476A JP2730144B2 (ja) | 1989-03-07 | 1989-03-07 | 単結晶ダイヤモンド層形成法 |
| DE69009799T DE69009799T2 (de) | 1989-03-07 | 1990-03-07 | Verfahren zur Herstellung einer Einkristallschicht aus Diamant. |
| EP90104346A EP0386727B1 (en) | 1989-03-07 | 1990-03-07 | Method for producing single crystal diamond film |
| US07/987,557 US5400738A (en) | 1989-03-07 | 1992-12-08 | Method for producing single crystal diamond film |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1054476A JP2730144B2 (ja) | 1989-03-07 | 1989-03-07 | 単結晶ダイヤモンド層形成法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02233590A JPH02233590A (ja) | 1990-09-17 |
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Family
ID=12971723
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1054476A Expired - Fee Related JP2730144B2 (ja) | 1989-03-07 | 1989-03-07 | 単結晶ダイヤモンド層形成法 |
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| EP (1) | EP0386727B1 (ja) |
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| DE4027580A1 (de) * | 1990-08-31 | 1992-03-05 | Lux Benno | Verbundkoerper, verfahren zu dessen herstellung und dessen verwendung |
| EP0611331B1 (en) * | 1991-11-05 | 1997-06-11 | Research Triangle Institute | Chemical vapor deposition of diamond films using water-based plasma discharges |
| JP3491237B2 (ja) * | 1993-09-24 | 2004-01-26 | 日本テキサス・インスツルメンツ株式会社 | 半導体装置の積層導電膜構造 |
| JP3051912B2 (ja) * | 1996-09-03 | 2000-06-12 | 科学技術庁無機材質研究所長 | リンドープダイヤモンドの合成法 |
| CN1210445C (zh) * | 2000-06-15 | 2005-07-13 | 六号元素(控股)公司 | 厚的单晶金刚石层、其制备方法和由该层生产的宝石 |
| US6833027B2 (en) * | 2001-09-26 | 2004-12-21 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Method of manufacturing high voltage schottky diamond diodes with low boron doping |
| GB0130004D0 (en) * | 2001-12-14 | 2002-02-06 | Diamanx Products Ltd | Coloured diamond |
| GB0130005D0 (en) * | 2001-12-14 | 2002-02-06 | Diamanx Products Ltd | Boron doped diamond |
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| GB2433737B (en) * | 2002-11-21 | 2007-08-15 | Element Six Ltd | Optical quality diamond material |
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| EP1996751A2 (en) * | 2006-02-07 | 2008-12-03 | Target Technology Company, LLC. | Materials and methods for the manufacture of large crystal diamonds |
| GB0813491D0 (en) | 2008-07-23 | 2008-08-27 | Element Six Ltd | Diamond Material |
| GB0813490D0 (en) * | 2008-07-23 | 2008-08-27 | Element Six Ltd | Solid state material |
| US10273598B2 (en) * | 2009-12-22 | 2019-04-30 | Element Six Technologies Limited | Synthetic CVD diamond |
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| JPS59154965A (ja) * | 1983-02-22 | 1984-09-04 | Tamagawa Kikai Kk | 魚体の処理装置 |
| JPS59164607A (ja) * | 1983-03-11 | 1984-09-17 | Showa Denko Kk | ダイヤモンド合成法 |
| JPS60127298A (ja) * | 1983-12-09 | 1985-07-06 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ダイヤモンドの気相合成法 |
| JPS60191097A (ja) * | 1984-03-08 | 1985-09-28 | Mitsubishi Metal Corp | 人工ダイヤモンドの析出生成方法 |
| JPS61183198A (ja) * | 1984-12-29 | 1986-08-15 | Kyocera Corp | ダイヤモンド膜の製法 |
| JPS61158899A (ja) * | 1985-07-31 | 1986-07-18 | Kyocera Corp | ダイヤモンド膜の製法 |
| JPS6270295A (ja) * | 1985-09-24 | 1987-03-31 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ｎ型半導体ダイヤモンド膜の製造法 |
| JPS632897A (ja) * | 1986-06-21 | 1988-01-07 | Yoichi Hirose | 気相法によるダイヤモンドの合成法 |
| JPH0768078B2 (ja) * | 1986-07-11 | 1995-07-26 | 京セラ株式会社 | ダイヤモンド膜の製造方法 |
| US5373171A (en) * | 1987-03-12 | 1994-12-13 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Thin film single crystal substrate |
| US4863529A (en) * | 1987-03-12 | 1989-09-05 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Thin film single crystal diamond substrate |
| JPS63252997A (ja) * | 1987-04-07 | 1988-10-20 | Sharp Corp | ダイヤモンド単結晶の製造方法 |
| JPH01197391A (ja) * | 1988-02-01 | 1989-08-09 | Idemitsu Petrochem Co Ltd | ダイヤモンドの合成方法 |
| JPH01290592A (ja) * | 1988-05-16 | 1989-11-22 | Idemitsu Petrochem Co Ltd | ダイヤモンドの合成方法 |
-
1989
- 1989-03-07 JP JP1054476A patent/JP2730144B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1990
- 1990-03-07 DE DE69009799T patent/DE69009799T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-03-07 EP EP90104346A patent/EP0386727B1/en not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-12-08 US US07/987,557 patent/US5400738A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5400738A (en) | 1995-03-28 |
| EP0386727B1 (en) | 1994-06-15 |
| EP0386727A1 (en) | 1990-09-12 |
| JPH02233590A (ja) | 1990-09-17 |
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