JP4697514B2 - ダイヤモンド単結晶基板の製造方法およびダイヤモンド単結晶基板 - Google Patents
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また、高圧合成法では10mm径以上の大型化は困難であることから、これを気相合成の種基板として用いて、大型単結晶基板を得る試みも進んでいる(例えば、特許文献2参照)。
(1)気相合成法により種基板であるダイヤモンド単結晶から単結晶を成長させる、ダイヤモンド単結晶基板の製造方法であって、単結晶成長前に該種基板の機械的に研磨された表面を反応性イオンエッチングにより0.5μm以上400μm未満エッチング除去し、かつ、種基板の側面を50nm以上エッチング除去してから単結晶を成長させることを特徴とする、ダイヤモンド単結晶基板の製造方法。
(2)気相合成法により種基板であるダイヤモンド単結晶から単結晶を成長させた、ダイヤモンド単結晶基板であって、単結晶成長前に、前記種基板の機械的に研磨された表面を反応性イオンエッチングにより0.5μm以上400μm未満エッチング除去し、かつ、種基板の側面を50nm以上エッチング除去してから単結晶成長させて得られたダイヤモンド単結晶基板。
(4)常温におけるホール測定で得られた水素化表面伝導層の正孔移動度が900cm2/V・sec以上であることを特徴とする上記(2)又は(3)に記載のダイヤモンド単結晶基板。
(5)ダイヤモンド単結晶を種基板上に気相合成するためのダイヤモンド単結晶種基板であって、機械的に研磨済みの表面が、反応性イオンエッチングにより0.5μm以上400μm未満エッチング除去され、かつ、種基板の側面が50nm以上エッチング除去されたダイヤモンド単結晶種基板。
本発明者らは、種基板であるダイヤモンド単結晶上にダイヤモンド単結晶を気相成長させた際に応力が蓄積される現象を、2次元面分布の測定ができる顕微ラマン分光装置を利用して詳細に解析した。その結果、種基板にあらかじめ存在する、機械的な研磨傷が多い領域から単結晶成長した部分には、ダイヤモンドの標準的なラマンシフト量である1332cm−1から前後に数cm−1ずれた領域が存在していることを発見した。ラマンシフトは結晶格子の固有振動数に起因して生じることから、ダイヤモンド固有のシフト量からずれた領域は結晶格子が通常より狭まって、あるいは拡がって歪んだ状態なっている。このことから、機械的な研磨傷が多い領域から成長した単結晶は、通常領域よりも歪みが大きいことが分かった。
さらに、前記種基板の側面について同様の観察を行ったところ、同様の加工変質層が認められた。この種基板側面の加工変質層は、側面研磨済みの種基板だけでなく、レーザー切断で成形された種基板にも認められ、レーザー加工による加工変質層の影響も示唆された。
以下に、本発明を実施例に基づき詳細に説明する。
種基板としては高温高圧合成法で製造されたダイヤモンド単結晶を用いた。基板サイズは縦横4mm、厚さ0.5mmの板状で主面・側面の面方位は{100}である。また、主面は機械的に研磨済みであり、側面はレーザーによる切断・成形後に重クロム酸処理を行ってカーボン層を除去済みである。表面粗さ(Rmax)は0.1μmであった。また、2次元面分布の計測ができる顕微ラマン分光装置により、主面側のラマンシフト分布を計測した結果、歪みのないダイヤモンド単結晶のラマンシフト量である1332cm−1(以下、「標準シフト量」と称す)から前後に0.1cm−1以内のずれ(以下、標準シフトからのずれ量を、「歪みシフト量」と称す)に収まることが確認された。さらに、別に用意した種基板の透過電子顕微鏡観察により、種基板の主面には図1に例示するような加工変質層が存在していることが確認された。
前記の種基板の主面及び側面を、公知の高周波電極間放電型(CCP)のRIEによりエッチング除去した。エッチング条件を表1に示す。
次に、エッチング後の種基板上に公知のマイクロ波プラズマCVD法でダイヤモンド単結晶を気相成長させた。成長条件を表2に示す。
表3はエッチング厚と、エッチング後の表面粗さ、加工変質層密度、単結晶成長後のラマン最大歪みシフト量、ホール測定における正孔移動度をまとめたものである。
本比較例は、種基板のエッチングを行わなかったことを除いて実施例1と同様の条件で試験を行った。エッチングを行わずに、表2に示した条件でダイヤモンド単結晶を成長させたところ、加工変質層から成長した単結晶領域で結晶の歪みが計測された(図4参照)。ラマン分光による最大歪みシフト量は2.5cm−1、正孔移動度は100cm2/V・secで、いずれも半導体基板として使用するには不十分な値であった。
本比較例は、種基板主面のエッチング厚を0.4μm、側面のエッチング厚を0.04μmとしたことを除いて実施例1と同様の条件で試験を行った。エッチング後、大部分の加工変質層は除去されたが、一部の深い加工変質層がエッチングされずそのまま残った。この基板に表2に示した条件でダイヤモンド単結晶を成長させたところ、比較例1と同様に加工変質層からの成長領域で結晶の歪みが認められた。ラマン分光による最大歪みシフト量は1.1cm−1、正孔移動度は220cm2/V・secで、比較例1よりは改善するものの、半導体基板として使用するには不十分な値であった。
比較例1、2についての評価結果を表3に示す。
本実施例は種基板主面のエッチング厚を0.6μm、側面のエッチング厚を0.06μmと比較的薄くした例である。
複数の種基板を用いて実施した結果、エッチング後の加工変質層は、縦横4mm角の種基板上に1ヶ所計測されるものと、計測されないものが存在した(すなわち0〜1個/16mm2)。この基板に表2の条件でダイヤモンド単結晶を成長させたところ、一見結晶の歪みは認められなかったが、結晶全面のラマン分光を計測したところ、最大歪みシフト量は0.3cm−1と、わずかな歪みが認められた。正孔移動度は910cm2/V・secで、比較的高速の性能を示した。
本比較例は主面エッチング厚を450μm、側面エッチング厚を45μmとしたことを除いて実施例1と同様の条件で試験を行った。
エッチング後には表面がRmax=10.1μmと若干荒れた。加工変質層は認められなかったが、その後のダイヤモンド単結晶の成長で初期表面荒れに起因する成長むらが認められた。その結果、ラマン分光の最大シフト量は0.6cm−1、正孔移動度は410cm2/V・secで、高性能の半導体基板として使用するには不十分な値であった。
2 エッチング前の種基板側面
3 エッチング前のダイヤモンド単結晶種基板
4 加工変質層
5 エッチング除去層
6 エッチング後のダイヤモンド単結晶種基板
7 種基板から気相成長した単結晶層
8 加工変質層から成長した歪み領域
Claims (5)
- 気相合成法により種基板であるダイヤモンド単結晶から単結晶を成長させる、ダイヤモンド単結晶基板の製造方法であって、単結晶成長前に該種基板の機械的に研磨された表面を反応性イオンエッチングにより0.5μm以上400μm未満エッチング除去し、かつ、種基板の側面を50nm以上エッチング除去してから単結晶を成長させることを特徴とする、ダイヤモンド単結晶基板の製造方法。
- 気相合成法により種基板であるダイヤモンド単結晶から単結晶を成長させた、ダイヤモンド単結晶基板であって、単結晶成長前に、前記種基板の機械的に研磨された表面を反応性イオンエッチングにより0.5μm以上400μm未満エッチング除去し、かつ、種基板の側面を50nm以上エッチング除去してから単結晶成長させて得られたダイヤモンド単結晶基板。
- 単結晶成長後表面の顕微ラマン分光で得られるダイヤモンド固有ラマンシフトが、歪みのないダイヤモンドの標準ラマンシフト量である1332cm−1から、0.5cm−1以下のずれの範囲内にあることを特徴とする請求項2に記載のダイヤモンド単結晶基板。
- 常温におけるホール測定で得られた水素化表面伝導層の正孔移動度が900cm2/V・sec以上であることを特徴とする請求項2又は3に記載のダイヤモンド単結晶基板。
- ダイヤモンド単結晶を種基板上に気相合成するためのダイヤモンド単結晶種基板であって、機械的に研磨済みの表面が、反応性イオンエッチングにより0.5μm以上400μm未満エッチング除去され、かつ、種基板の側面が50nm以上エッチング除去されたダイヤモンド単結晶種基板。
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04244000A (ja) * | 1991-01-28 | 1992-09-01 | Nec Corp | ダイヤモンド針の研磨方法 |
JPH06183892A (ja) * | 1992-06-08 | 1994-07-05 | Air Prod And Chem Inc | 大サイズ単結晶の製造方法 |
JPH06191991A (ja) * | 1991-10-08 | 1994-07-12 | Kobe Steel Ltd | ダイヤモンド膜の形成方法 |
WO2001096634A1 (en) * | 2000-06-15 | 2001-12-20 | Element Six (Pty) Ltd | Thick single crystal diamond layer method for making it and gemstones produced from the layer |
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---|---|---|---|---|
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JPH06191991A (ja) * | 1991-10-08 | 1994-07-12 | Kobe Steel Ltd | ダイヤモンド膜の形成方法 |
JPH06183892A (ja) * | 1992-06-08 | 1994-07-05 | Air Prod And Chem Inc | 大サイズ単結晶の製造方法 |
WO2001096634A1 (en) * | 2000-06-15 | 2001-12-20 | Element Six (Pty) Ltd | Thick single crystal diamond layer method for making it and gemstones produced from the layer |
JP2005512929A (ja) * | 2001-12-14 | 2005-05-12 | エレメント シックス リミテッド | 着色ダイヤモンド |
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