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単結晶ダイヤモンド成長用の基材及び単結晶ダイヤモンドの製造方法

国内特許コード P110002307
整理番号 2011-001
掲載日 2011年4月12日
出願番号 特願2010-138027
公開番号 特開2012-001394
登録番号 特許第5545567号
出願日 平成22年6月17日(2010.6.17)
公開日 平成24年1月5日(2012.1.5)
登録日 平成26年5月23日(2014.5.23)
発明者
  • 野口 仁
  • 徳田 規夫
  • 猪熊 孝夫
  • 福井 真
出願人
  • 国立大学法人金沢大学
発明の名称 単結晶ダイヤモンド成長用の基材及び単結晶ダイヤモンドの製造方法
発明の概要 【課題】結晶性の高い単結晶ダイヤモンドをヘテロエピタキシャル成長させることができ、しかも安価で大面積なダイヤモンドを成長させることができるダイヤモンド成長用基材、及び安価に大面積高結晶性単結晶ダイヤモンドを製造する方法を提供する。
【解決手段】単結晶ダイヤモンドを成長させるための基材10,10’であって、少なくとも、種基材11、11’と、該種基材11、11’の前記単結晶ダイヤモンドを成長させる側にヘテロエピタキシャル成長させたイリジウム膜、白金膜、ロジウム膜のいずれか12からなり、前記種基材11,11’は、グラファイト11’か、またはベース基材11a上にグラファイト層11bが形成されたものである単結晶ダイヤモンド成長用の基材。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要



ダイヤモンドは、5.47eVのワイドバンドギャップで絶縁破壊電界強度も10MV/cmと非常に高い。更に物質で最高の熱伝導率を有することから、これを電子デバイスに用いれば、高出力電子デバイスとして有利である。

一方、ダイヤモンドは、ドリフト移動度も高く、Johnson性能指数を比較しても、半導体の中で最も高速電子デバイスとして有利である。

従って、ダイヤモンドは、高周波・高出力電子デバイスに適した究極の半導体と云われている。

そのため、基材に単結晶のダイヤモンドを利用した各種電子デバイスの研究が進められている。





現在、ダイヤモンド半導体作製用の単結晶ダイヤモンドは、多くの場合が高温高圧法(HPHT)で合成されたIb型もしくは純度を高めたIIa型と呼ばれるダイヤモンドである。

しかしながら、HPHTダイヤモンドは結晶性が高いものが得られる一方で大型化が困難で、サイズが大きくなると極端に価格が高くなり、デバイス用基材としての実用化を困難としている。





そこで、大面積でかつ安価なダイヤモンド基材を提供するために、気相法によって合成されたCVD単結晶ダイヤモンドも研究されている。





最近では単結晶ダイヤモンドとして、HPHT単結晶ダイヤモンド基材上に直接気相合成法でホモエピタキシャル成長させたホモエピタキシャルCVD単結晶ダイヤモンドも報告されている(非特許文献1参照)。

当該方法では、基材と成長した単結晶ダイヤモンドとが同材料のため、それらの分離が困難で、そのために、基材に予めイオン注入が必要であることや、成長後も長時間のウェットエッチング分離処理が必要なことなどコストの面で課題がある。また、得られる単結晶ダイヤモンドの結晶性も基材へのイオン注入があるため、ある程度の低下は生じてしまう問題がある。





他の方法としては、単結晶MgO基材(種基材)上にヘテロエピタキシャル成長させた単結晶イリジウム上にCVD法でヘテロエピタキシャル成長させたヘテロエピタキシャルCVD単結晶ダイヤモンドも報告されている(非特許文献2参照)。

しかしながら当該方法では単結晶MgO基板と単結晶イリジウムを介して成長させた単結晶ダイヤモンドとの間で発生する応力(内部応力と熱応力の和)のため、基材と成長させた単結晶ダイヤモンドが細かく割れてしまう問題がある。また、得られる単結晶ダイヤモンドの結晶性も、種基材である入手可能な単結晶MgOの結晶性が充分で無いため、満足のできるレベルではない。

産業上の利用分野



本発明は、単結晶ダイヤモンド成長用の基材及び単結晶ダイヤモンドの製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
単結晶ダイヤモンドを成長させるための基材であって、少なくとも、
種基材と、該種基材の前記単結晶ダイヤモンドを成長させる側にヘテロエピタキシャル成長させたイリジウム膜、白金膜、ロジウム膜のいずれかからなり、
前記種基材は、グラファイトか、またはベース基材上にグラファイト層が形成されたものであることを特徴とする単結晶ダイヤモンド成長用の基材。

【請求項2】
前記ベース基材上にグラファイト層が形成された種基材は、前記グラファイト層が、単結晶シリコン(Si)または単結晶炭化ケイ素(SiC)からなるベース基材の表面上に剥離転写されたものか、前記ベース基材表面にCVD法、スパッター法あるいは熱分解法で形成されたものであることを特徴とする請求項1に記載の単結晶ダイヤモンド成長用の基材。

【請求項3】
前記単結晶シリコンまたは前記単結晶炭化ケイ素からなるベース基材は、厚みが0.03mm以上20.00mm以下であることを特徴とする請求項2に記載の単結晶ダイヤモンド成長用の基材。

【請求項4】
前記グラファイト層は、厚み200nm以下の単層グラフェンまたは多層グラフェンからなるものであることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の単結晶ダイヤモンド成長用の基材。

【請求項5】
前記イリジウム膜、前記白金膜、前記ロジウム膜のいずれかの膜は、前記種基材のグラファイト上にスパッター法でヘテロエピタキシャル成長されたものであることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の単結晶ダイヤモンド成長用の基材。

【請求項6】
前記イリジウム膜、前記白金膜、前記ロジウム膜のいずれかの膜の厚さが、5Å~100μmであることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の単結晶ダイヤモンド成長用の基材。

【請求項7】
請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の単結晶ダイヤモンド成長用の基材の前記イリジウム膜、前記白金膜、前記ロジウム膜側に、予め基材側電極をカソードとした直流放電でダイヤモンド核形成を行うバイアス処理を行い、その後マイクロ波CVD法あるいは直流プラズマCVD法によって単結晶ダイヤモンドをヘテロエピタキシャル成長させることを特徴とする単結晶ダイヤモンドの製造方法。

【請求項8】
請求項7に記載の単結晶ダイヤモンドの製造方法によって成長させた単結晶ダイヤモンドを有する基材から、該成長させた単結晶ダイヤモンドを分離することを特徴とする単結晶ダイヤモンドの製造方法。
産業区分
  • 処理操作
  • 表面処理
  • 半導体
  • 固体素子
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2010138027thum.jpg
出願権利状態 登録
(有)金沢大学ティ・エル・オーは、金沢大学の研究者の出願特許を産業界へ技術移転することを主目的として、金沢大学の教官の出資により設立された技術移転機関です。
ご興味のある方は、下記「問合せ先」へ整理番号と共にご連絡願います。
なお、既に活用のお申し込み・お打合わせ等の段階に入っている場合もございますので、予めご承知おきください。


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