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SUBSTRATE FOR GROWING SINGLE CRYSTAL DIAMOND, AND METHOD FOR PRODUCING THE SINGLE CRYSTAL DIAMOND

Patent code P110002307
File No. 2011-001
Posted date Apr 12, 2011
Application number P2010-138027
Publication number P2012-001394A
Patent number P5545567
Date of filing Jun 17, 2010
Date of publication of application Jan 5, 2012
Date of registration May 23, 2014
Inventor
  • (In Japanese)野口 仁
  • (In Japanese)徳田 規夫
  • (In Japanese)猪熊 孝夫
  • (In Japanese)福井 真
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人金沢大学
Title SUBSTRATE FOR GROWING SINGLE CRYSTAL DIAMOND, AND METHOD FOR PRODUCING THE SINGLE CRYSTAL DIAMOND
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate for growing diamond heteroepitaxially growable of single crystal diamond having high crystallinity and inexpensively growable of diamond having a large area, and to provide a method for producing inexpensively single crystal diamond having a large area and high crystallinity.
SOLUTION: The substrates 10, 10’ for growing single crystal diamond comprise at least each seed substrate 11, 11’ and either 12 of an iridium film, a platinum film and a rhodium film heteroepitaxially grown on the side on which single crystal diamond is to be grown, of each seed substrate 11, 11’, wherein each seed substrate 11, 11’ is graphite 11’ or a substrate acquired by forming a graphite layer 11b on a base substrate 11a.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)



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。

Field of industrial application (In Japanese)



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。

Scope of claims (In Japanese)
【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。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2010138027thum.jpg
State of application right Registered
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