JPH09295892A - 単結晶ダイヤモンド膜の形成方法 - Google Patents
単結晶ダイヤモンド膜の形成方法Info
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- JPH09295892A JPH09295892A JP10796896A JP10796896A JPH09295892A JP H09295892 A JPH09295892 A JP H09295892A JP 10796896 A JP10796896 A JP 10796896A JP 10796896 A JP10796896 A JP 10796896A JP H09295892 A JPH09295892 A JP H09295892A
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Landscapes
- Led Devices (AREA)
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 大面積の単結晶ダイヤモンド膜を低コストで
得ることができると共に、合成途中でダイヤモンド膜が
基板から剥離されることがなく、高い再現性で気相合成
することができる単結晶ダイヤモンド膜の形成方法を提
供する。 【解決手段】 単結晶ダイヤモンド膜は、（１１１）結
晶面を有する白金若しくは白金を５０原子％以上含有す
る白金合金からなる基板、又はこれらの単結晶膜を有す
る基板上に１×１０7乃至５×１０8ｃｍ-2の核形成密度
で気相合成することにより得られる。また、ダイヤモン
ドの連続膜が形成されるまでの原料ガス中の炭素濃度を
０．１モル％を超え１モル％以下として気相合成するこ
とが好ましい。
得ることができると共に、合成途中でダイヤモンド膜が
基板から剥離されることがなく、高い再現性で気相合成
することができる単結晶ダイヤモンド膜の形成方法を提
供する。 【解決手段】 単結晶ダイヤモンド膜は、（１１１）結
晶面を有する白金若しくは白金を５０原子％以上含有す
る白金合金からなる基板、又はこれらの単結晶膜を有す
る基板上に１×１０7乃至５×１０8ｃｍ-2の核形成密度
で気相合成することにより得られる。また、ダイヤモン
ドの連続膜が形成されるまでの原料ガス中の炭素濃度を
０．１モル％を超え１モル％以下として気相合成するこ
とが好ましい。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はトランジスタ、ダイ
オード及び各種センサ等の電子装置、ヒートシンク、表
面弾性波素子、Ｘ線窓、光学関連材料、耐摩耗材料及び
装飾材料、並びにそれらのコーティング等に適用される
単結晶ダイヤモンド膜の形成方法に関する。
オード及び各種センサ等の電子装置、ヒートシンク、表
面弾性波素子、Ｘ線窓、光学関連材料、耐摩耗材料及び
装飾材料、並びにそれらのコーティング等に適用される
単結晶ダイヤモンド膜の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ダイヤモンドは耐熱性が優れ、エネルギ
ーギャップが５．５ｅＶと大きいことが特徴であり、通
常は絶縁体であるが、不純物をドーピングすることによ
り半導体化することができる。また、ダイヤモンドは絶
縁破壊電圧及び飽和ドリフト速度が大きいと共に、誘電
率が小さいという優れた電気的特性を有する。このよう
な電気的特性を利用して、ダイヤモンドは、高温、高周
波又は高電界用の電子デバイス並びにセンサの材料とし
て使用されることが期待されている。
ーギャップが５．５ｅＶと大きいことが特徴であり、通
常は絶縁体であるが、不純物をドーピングすることによ
り半導体化することができる。また、ダイヤモンドは絶
縁破壊電圧及び飽和ドリフト速度が大きいと共に、誘電
率が小さいという優れた電気的特性を有する。このよう
な電気的特性を利用して、ダイヤモンドは、高温、高周
波又は高電界用の電子デバイス並びにセンサの材料とし
て使用されることが期待されている。
【０００３】また、ダイヤモンドのエネルギーギャップ
が大きいことを利用した紫外線等の短波長領域にも対応
する光センサ及び発光素子への応用、熱伝導率が大き
く、比熱が小さいことを利用した放熱基板材料への応
用、物質中において最も硬いという特性を利用した表面
弾性波素子への応用、高い光透過性及び屈折率を利用し
たＸ線窓及び光学材料への応用、並びに、優れた化学安
定性及び耐薬品性を利用した化学電極及びバイオセンサ
への応用等が研究されている。典型的なダイヤモンドの
応用例を下記表１乃至３に示す。
が大きいことを利用した紫外線等の短波長領域にも対応
する光センサ及び発光素子への応用、熱伝導率が大き
く、比熱が小さいことを利用した放熱基板材料への応
用、物質中において最も硬いという特性を利用した表面
弾性波素子への応用、高い光透過性及び屈折率を利用し
たＸ線窓及び光学材料への応用、並びに、優れた化学安
定性及び耐薬品性を利用した化学電極及びバイオセンサ
への応用等が研究されている。典型的なダイヤモンドの
応用例を下記表１乃至３に示す。
【０００４】
【表１】
【０００５】
【表２】
【０００６】
【表３】
【０００７】これらの種々の応用において、その特性を
最大限に発揮させるためには、結晶の構造欠陥を低減し
た高品質の単結晶ダイヤモンドを合成することが必要で
ある。現在、単結晶ダイヤモンドは天然ダイヤモンドの
採掘によって得られるか、又は、高温高圧条件で人工的
に合成することにより得られることは公知である。この
バルクダイヤモンドと呼ばれるダイヤモンドの単結晶
は、天然においても、高温高圧合成によっても、得られ
る結晶面の大きさは最大で１ｃｍ2程度であり、しか
も、製造コストが極めて高いものとなる。このため、ダ
イヤモンドの工業的な利用は、研磨用粉末、精密切削用
刃先及び光学窓等のような特定の分野に限定されてい
る。
最大限に発揮させるためには、結晶の構造欠陥を低減し
た高品質の単結晶ダイヤモンドを合成することが必要で
ある。現在、単結晶ダイヤモンドは天然ダイヤモンドの
採掘によって得られるか、又は、高温高圧条件で人工的
に合成することにより得られることは公知である。この
バルクダイヤモンドと呼ばれるダイヤモンドの単結晶
は、天然においても、高温高圧合成によっても、得られ
る結晶面の大きさは最大で１ｃｍ2程度であり、しか
も、製造コストが極めて高いものとなる。このため、ダ
イヤモンドの工業的な利用は、研磨用粉末、精密切削用
刃先及び光学窓等のような特定の分野に限定されてい
る。
【０００８】従って、ダイヤモンドの優れた特性を利用
して、種々の分野に応用化するためには、低コストで大
面積の単結晶ダイヤモンド膜を気相合成する技術を確立
することが必要である。単結晶ダイヤモンド膜を気相合
成する方法としては、気相成長させる基板として、単結
晶のバルクダイヤモンド又は立方晶窒化ホウ素を使用す
る方法がある。しかしながら、これらの基板を使用して
ダイヤモンドを気相成長させても、大面積の結晶面を得
ることは困難である。
して、種々の分野に応用化するためには、低コストで大
面積の単結晶ダイヤモンド膜を気相合成する技術を確立
することが必要である。単結晶ダイヤモンド膜を気相合
成する方法としては、気相成長させる基板として、単結
晶のバルクダイヤモンド又は立方晶窒化ホウ素を使用す
る方法がある。しかしながら、これらの基板を使用して
ダイヤモンドを気相成長させても、大面積の結晶面を得
ることは困難である。
【０００９】また、その他の基板に気相合成されたダイ
ヤモンド膜は、一般的に、ダイヤモンド粒子が不規則に
凝集した多結晶体であり、この多結晶ダイヤモンドは粒
界が高密度に存在している。ダイヤモンド結晶粒子がほ
ぼ一定方向に揃った高配向膜を合成することができるこ
とは報告されているが、これらも多結晶体であり、膜中
に粒界が存在する。このような高配向のダイヤモンド膜
を半導体ダイヤモンドとして使用した場合、ダイヤモン
ド膜中を流れるキャリアである電子又はホール等の荷電
粒子が、粒界によりトラップされたり散乱されたりする
ために、高配向膜であっても粒界が少ないバルクダイヤ
モンドと比較して電気的特性が劣る。その結果、多結晶
ダイヤモンド膜を電子デバイス及びセンサとして実用化
するためには、その性能が不十分である。
ヤモンド膜は、一般的に、ダイヤモンド粒子が不規則に
凝集した多結晶体であり、この多結晶ダイヤモンドは粒
界が高密度に存在している。ダイヤモンド結晶粒子がほ
ぼ一定方向に揃った高配向膜を合成することができるこ
とは報告されているが、これらも多結晶体であり、膜中
に粒界が存在する。このような高配向のダイヤモンド膜
を半導体ダイヤモンドとして使用した場合、ダイヤモン
ド膜中を流れるキャリアである電子又はホール等の荷電
粒子が、粒界によりトラップされたり散乱されたりする
ために、高配向膜であっても粒界が少ないバルクダイヤ
モンドと比較して電気的特性が劣る。その結果、多結晶
ダイヤモンド膜を電子デバイス及びセンサとして実用化
するためには、その性能が不十分である。
【００１０】そこで、本願発明者等は、大面積の単結晶
ダイヤモンド膜を低コストで得ることができる方法とし
て、白金を基板としてダイヤモンド薄膜を合成する方法
を開示している（橘、横田、西村、宮田、小橋、新谷：
「新谷法による白金単結晶基板上のダイヤモンド薄膜へ
テロエピタキシャル成長」第５６回応用物理学会学術講
演会予稿集、ｐ．３７５（１９９５））。これは、白金
の単体又は白金を５０％以上含有する合金の（１１１）
結晶面を基板にして、ダイヤモンド膜をヘテロエピタキ
シャル成長させるものである。
ダイヤモンド膜を低コストで得ることができる方法とし
て、白金を基板としてダイヤモンド薄膜を合成する方法
を開示している（橘、横田、西村、宮田、小橋、新谷：
「新谷法による白金単結晶基板上のダイヤモンド薄膜へ
テロエピタキシャル成長」第５６回応用物理学会学術講
演会予稿集、ｐ．３７５（１９９５））。これは、白金
の単体又は白金を５０％以上含有する合金の（１１１）
結晶面を基板にして、ダイヤモンド膜をヘテロエピタキ
シャル成長させるものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな白金の単体又は白金を含有する合金等を基板として
ダイヤモンド膜を成長させても、必ずしも単結晶ダイヤ
モンド膜が得られるわけではなく、同一条件で成膜して
も、多結晶膜が形成されることがあるという問題点があ
る。また、ダイヤモンド膜と基板との密着性が低い場合
には、合成の途中でダイヤモンド膜が剥離することがあ
る。
うな白金の単体又は白金を含有する合金等を基板として
ダイヤモンド膜を成長させても、必ずしも単結晶ダイヤ
モンド膜が得られるわけではなく、同一条件で成膜して
も、多結晶膜が形成されることがあるという問題点があ
る。また、ダイヤモンド膜と基板との密着性が低い場合
には、合成の途中でダイヤモンド膜が剥離することがあ
る。
【００１２】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、大面積の単結晶ダイヤモンド膜を低コスト
で得ることができると共に、合成途中でダイヤモンド膜
が基板から剥離されることがなく、高い再現性で気相合
成することができる単結晶ダイヤモンド膜の形成方法を
提供することを目的とする。
のであって、大面積の単結晶ダイヤモンド膜を低コスト
で得ることができると共に、合成途中でダイヤモンド膜
が基板から剥離されることがなく、高い再現性で気相合
成することができる単結晶ダイヤモンド膜の形成方法を
提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明に係る単結晶ダイ
ヤモンド膜の形成方法は、（１１１）結晶面を有する白
金又は白金を５０原子％以上含有する白金合金からなる
基板上に、１×１０7乃至５×１０8ｃｍ-2の核形成密度
で気相合成によりダイヤモンド膜を形成することを特徴
とする。
ヤモンド膜の形成方法は、（１１１）結晶面を有する白
金又は白金を５０原子％以上含有する白金合金からなる
基板上に、１×１０7乃至５×１０8ｃｍ-2の核形成密度
で気相合成によりダイヤモンド膜を形成することを特徴
とする。
【００１４】本発明に係る他の単結晶ダイヤモンド膜の
形成方法は、基体上に（１１１）結晶面を有する白金又
は白金を５０原子％以上含有する白金合金の単結晶膜を
被覆したものを基板として、この基板上に１×１０7乃
至５×１０8ｃｍ-2の核形成密度で気相合成によりダイ
ヤモンド膜を形成することを特徴とする。
形成方法は、基体上に（１１１）結晶面を有する白金又
は白金を５０原子％以上含有する白金合金の単結晶膜を
被覆したものを基板として、この基板上に１×１０7乃
至５×１０8ｃｍ-2の核形成密度で気相合成によりダイ
ヤモンド膜を形成することを特徴とする。
【００１５】この気相合成時において、ダイヤモンドの
連続膜が形成されるまでの原料ガス中の炭素濃度は０．
１モル％を超え１モル％以下とすることが好ましい。ま
た、ダイヤモンド膜を気相合成する前に、前記基板の表
面に、粒径が５０μｍ以上のダイヤモンド粉末又はダイ
ヤモンドペーストを使用したバフ研磨又は超音波処理に
よる傷つけ処理を施すことが好ましい。
連続膜が形成されるまでの原料ガス中の炭素濃度は０．
１モル％を超え１モル％以下とすることが好ましい。ま
た、ダイヤモンド膜を気相合成する前に、前記基板の表
面に、粒径が５０μｍ以上のダイヤモンド粉末又はダイ
ヤモンドペーストを使用したバフ研磨又は超音波処理に
よる傷つけ処理を施すことが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】本願発明者等が前記課題を解決す
るために鋭意実験研究を重ねた結果、以下の知見を見い
出した。即ち、（１１１）結晶面を有する白金若しくは
白金を５０原子％以上含有する白金合金からなる基板、
又は（１１１）結晶面を有する白金若しくは白金を５０
原子％以上含有する白金合金の単結晶膜が被覆された基
板上に、１×１０7乃至５×１０8ｃｍ-2の核形成密度で
気相合成すると、単結晶ダイヤモンド膜を高い再現性で
得ることができる。
るために鋭意実験研究を重ねた結果、以下の知見を見い
出した。即ち、（１１１）結晶面を有する白金若しくは
白金を５０原子％以上含有する白金合金からなる基板、
又は（１１１）結晶面を有する白金若しくは白金を５０
原子％以上含有する白金合金の単結晶膜が被覆された基
板上に、１×１０7乃至５×１０8ｃｍ-2の核形成密度で
気相合成すると、単結晶ダイヤモンド膜を高い再現性で
得ることができる。
【００１７】従来のヘテロエピタキシャル膜の形成にお
いては、核形成密度を大きくすること、即ち５×１０9
ｃｍ-2以上であることが重要な条件になっており、１×
１０7乃至５×１０8 ｃｍ-2の範囲で形成された核の表
面上にダイヤモンドの単結晶膜が成長することは到底予
想できないことであった。これは、ヘテロエピタキシャ
ル成長によって異種基板間に単結晶膜を形成する場合
に、核の形成密度が高いほど膜厚が薄い時点で連続膜が
形成されるからである。
いては、核形成密度を大きくすること、即ち５×１０9
ｃｍ-2以上であることが重要な条件になっており、１×
１０7乃至５×１０8 ｃｍ-2の範囲で形成された核の表
面上にダイヤモンドの単結晶膜が成長することは到底予
想できないことであった。これは、ヘテロエピタキシャ
ル成長によって異種基板間に単結晶膜を形成する場合
に、核の形成密度が高いほど膜厚が薄い時点で連続膜が
形成されるからである。
【００１８】ところで、ダイヤモンド膜を白金基板上に
気相合成する際には、ダイヤモンドの結晶粒子が白金基
板に十分なじむことが重要となり、これにより、ダイヤ
モンド膜は白金基板の結晶方位を受け継いで成長するの
で、単結晶ダイヤモンド膜が形成されやすくなる。
気相合成する際には、ダイヤモンドの結晶粒子が白金基
板に十分なじむことが重要となり、これにより、ダイヤ
モンド膜は白金基板の結晶方位を受け継いで成長するの
で、単結晶ダイヤモンド膜が形成されやすくなる。
【００１９】しかしながら、ダイヤモンドの核形成密度
を５×１０8 ｃｍ-2よりも大きくすると、ダイヤモンド
粒子が白金になじむことができなくなる。従って、基板
の結晶性を十分に反映できず、多結晶性のダイヤモンド
膜を生成することができない。一方、核形成密度を１×
１０7 ｃｍ-2未満とすると、結晶粒子間の距離が大きく
なりすぎて相互作用が弱くなり、方位整合されなくな
る。従って、本発明においては、ダイヤモンドの核形成
密度を１×１０7乃至５×１０8ｃｍ-2とする。
を５×１０8 ｃｍ-2よりも大きくすると、ダイヤモンド
粒子が白金になじむことができなくなる。従って、基板
の結晶性を十分に反映できず、多結晶性のダイヤモンド
膜を生成することができない。一方、核形成密度を１×
１０7 ｃｍ-2未満とすると、結晶粒子間の距離が大きく
なりすぎて相互作用が弱くなり、方位整合されなくな
る。従って、本発明においては、ダイヤモンドの核形成
密度を１×１０7乃至５×１０8ｃｍ-2とする。
【００２０】更に、単結晶ダイヤモンド膜の形成におい
ては、ダイヤモンドの結晶が白金に一旦沈み込んでから
エピタキシャル成長することが好ましい。このようにし
てダイヤモンド膜が成長すると、ダイヤモンド膜と白金
基板との界面で両者が入り交じるので、ダイヤモンド膜
の基板への密着性も向上させることができ、これによ
り、合成途中でダイヤモンド膜が基板から剥離すること
がない。また、ダイヤモンド膜の気相成長時において、
一旦、連続膜が形成されると、白金基板の特徴を受け継
ぐことができなくなる。従って、連続膜が形成されるま
でに、十分にダイヤモンドの結晶が白金基板となじみ、
結晶方位を受け継ぐようにすることが好ましい。
ては、ダイヤモンドの結晶が白金に一旦沈み込んでから
エピタキシャル成長することが好ましい。このようにし
てダイヤモンド膜が成長すると、ダイヤモンド膜と白金
基板との界面で両者が入り交じるので、ダイヤモンド膜
の基板への密着性も向上させることができ、これによ
り、合成途中でダイヤモンド膜が基板から剥離すること
がない。また、ダイヤモンド膜の気相成長時において、
一旦、連続膜が形成されると、白金基板の特徴を受け継
ぐことができなくなる。従って、連続膜が形成されるま
でに、十分にダイヤモンドの結晶が白金基板となじみ、
結晶方位を受け継ぐようにすることが好ましい。
【００２１】連続膜が形成されるまでの気相成長時の原
料ガス中の炭素濃度が１モル％を超えると、ダイヤモン
ドの結晶粒子が白金基板になじむための時間的な猶予が
与えられなくなる。一方、気相成長時の原料ガス中の炭
素濃度を０．１モル％以下とすると、ダイヤモンド膜は
成長しないので、連続膜が形成されることがない。従っ
て、本発明においては、気相合成時において、ダイヤモ
ンドの連続膜が形成されるまでの原料ガス中の炭素濃度
は０．１モル％を超え１モル％以下とすることが好まし
い。
料ガス中の炭素濃度が１モル％を超えると、ダイヤモン
ドの結晶粒子が白金基板になじむための時間的な猶予が
与えられなくなる。一方、気相成長時の原料ガス中の炭
素濃度を０．１モル％以下とすると、ダイヤモンド膜は
成長しないので、連続膜が形成されることがない。従っ
て、本発明においては、気相合成時において、ダイヤモ
ンドの連続膜が形成されるまでの原料ガス中の炭素濃度
は０．１モル％を超え１モル％以下とすることが好まし
い。
【００２２】また、本発明において、ダイヤモンド膜を
気相合成する前に、予め基板表面に、ダイヤモンド粉末
又はダイヤモンドペーストを使用して、バフ研磨又は超
音波処理によって傷つけ処理が施されていると、単結晶
ダイヤモンド膜が形成されやすくなる。これは、傷付け
処理により形成された基板の表面の凹凸が、基板内部へ
の炭素の拡散を促進する効果を有するからであり、特
に、ダイヤモンド粉末又はダイヤモンドペーストのダイ
ヤモンド粒子の粒径が５０μｍ以上であると、適切な核
発生密度を得ることができる。
気相合成する前に、予め基板表面に、ダイヤモンド粉末
又はダイヤモンドペーストを使用して、バフ研磨又は超
音波処理によって傷つけ処理が施されていると、単結晶
ダイヤモンド膜が形成されやすくなる。これは、傷付け
処理により形成された基板の表面の凹凸が、基板内部へ
の炭素の拡散を促進する効果を有するからであり、特
に、ダイヤモンド粉末又はダイヤモンドペーストのダイ
ヤモンド粒子の粒径が５０μｍ以上であると、適切な核
発生密度を得ることができる。
【００２３】一方、バフ研磨に使用するダイヤモンド粉
末又はダイヤモンドペーストのダイヤモンド粒子の粒径
が３００μｍを超えると、基板表面に形成される凹凸が
大きくなりすぎるので、ダイヤモンド膜の凹凸も著しく
なり、実用上の問題が発生する。また、超音波処理に使
用するダイヤモンド粉末又はダイヤモンドペーストのダ
イヤモンド粒子の粒径が３００μｍを超えると、粒径が
大きすぎて基板表面において有効な超音波振動が発生し
なくなるので、凹凸が形成されにくくなる。従って、バ
フ研磨又は超音波処理による傷付け処理に使用するダイ
ヤモンド粉末又はダイヤモンドペーストのダイヤモンド
粒子の粒径は５０乃至３００μｍとすることが好まし
い。
末又はダイヤモンドペーストのダイヤモンド粒子の粒径
が３００μｍを超えると、基板表面に形成される凹凸が
大きくなりすぎるので、ダイヤモンド膜の凹凸も著しく
なり、実用上の問題が発生する。また、超音波処理に使
用するダイヤモンド粉末又はダイヤモンドペーストのダ
イヤモンド粒子の粒径が３００μｍを超えると、粒径が
大きすぎて基板表面において有効な超音波振動が発生し
なくなるので、凹凸が形成されにくくなる。従って、バ
フ研磨又は超音波処理による傷付け処理に使用するダイ
ヤモンド粉末又はダイヤモンドペーストのダイヤモンド
粒子の粒径は５０乃至３００μｍとすることが好まし
い。
【００２４】
【実施例】以下、本発明の実施例方法により単結晶ダイ
ヤモンド膜を形成した結果について説明する。
ヤモンド膜を形成した結果について説明する。
【００２５】先ず、マイクロ波ＣＶＤ装置を使用して、
基板上にダイヤモンド膜を気相合成した。
基板上にダイヤモンド膜を気相合成した。
【００２６】図１はダイヤモンド膜を気相合成するため
のマイクロ波ＣＶＤ装置を示す模式図である。マイクロ
波電源１０と、アイソレータ１１と、チューナー１２と
からなるマイクロ波発生部から発生するマイクロ波は、
導波管１３を介してプランジャ１７に向かう。そして、
導波管１７の途中には、石英管１４が設けられており、
石英管１４の上部には原料ガスの導入口１６が配設され
ており、下部には真空ポンプへの排出口１５が設けられ
ている。そして、石英管１４内の導波管１３が交差する
位置に、基板ホルダ１８が配設されており、この基板ホ
ルダ１８上に基板１９が設置されるようになっている。
なお、基板ホルダ１８は昇降装置により昇降するように
なっている。
のマイクロ波ＣＶＤ装置を示す模式図である。マイクロ
波電源１０と、アイソレータ１１と、チューナー１２と
からなるマイクロ波発生部から発生するマイクロ波は、
導波管１３を介してプランジャ１７に向かう。そして、
導波管１７の途中には、石英管１４が設けられており、
石英管１４の上部には原料ガスの導入口１６が配設され
ており、下部には真空ポンプへの排出口１５が設けられ
ている。そして、石英管１４内の導波管１３が交差する
位置に、基板ホルダ１８が配設されており、この基板ホ
ルダ１８上に基板１９が設置されるようになっている。
なお、基板ホルダ１８は昇降装置により昇降するように
なっている。
【００２７】このようにして構成されたマイクロ波ＣＶ
Ｄ装置においては、基板１９を基板ホルダ１８上に設置
し、排出口１５を介してロータリーポンプにより反応器
である石英管１４内を真空排気した後、導入口１６を介
して原料ガスを反応器である石英管１４内に流して、石
英管１４内を所望の圧力に保持する。次に、マイクロ波
電源１０から導波管１３を介して、石英管１４からなる
反応器内にマイクロ波を導入し、プラズマ９を発生させ
る。次いで、マイクロ波投入電力と基板位置を設定して
基板温度を調整すると、基板１９上にダイヤモンド膜を
気相合成することができる。
Ｄ装置においては、基板１９を基板ホルダ１８上に設置
し、排出口１５を介してロータリーポンプにより反応器
である石英管１４内を真空排気した後、導入口１６を介
して原料ガスを反応器である石英管１４内に流して、石
英管１４内を所望の圧力に保持する。次に、マイクロ波
電源１０から導波管１３を介して、石英管１４からなる
反応器内にマイクロ波を導入し、プラズマ９を発生させ
る。次いで、マイクロ波投入電力と基板位置を設定して
基板温度を調整すると、基板１９上にダイヤモンド膜を
気相合成することができる。
【００２８】本実施例においては、基板として純度が９
９．９９％、直径が１２ｍｍ、厚さが２ｍｍで、（１１
１）結晶面を有する単結晶白金基板を使用し、原料ガス
を毎分１００ｃｃとして気相合成した。その他の条件に
ついては下記表４に示す。
９．９９％、直径が１２ｍｍ、厚さが２ｍｍで、（１１
１）結晶面を有する単結晶白金基板を使用し、原料ガス
を毎分１００ｃｃとして気相合成した。その他の条件に
ついては下記表４に示す。
【００２９】
【表４】
【００３０】このようにして気相合成を実施した結果、
実施例１及び２は共に、結晶方位が揃った粒状のダイヤ
モンドが析出した。その後、同様の条件で更に気相合成
を続けると、実施例Ｎｏ．１については２０時間後、実
施例Ｎｏ．２については１０時間後に隣接した粒状のダ
イヤモンドが融合し、（１１１）結晶面を有する連続的
な単結晶ダイヤモンド膜が形成された。
実施例１及び２は共に、結晶方位が揃った粒状のダイヤ
モンドが析出した。その後、同様の条件で更に気相合成
を続けると、実施例Ｎｏ．１については２０時間後、実
施例Ｎｏ．２については１０時間後に隣接した粒状のダ
イヤモンドが融合し、（１１１）結晶面を有する連続的
な単結晶ダイヤモンド膜が形成された。
【００３１】また、実施例１と同様の条件で、核形成密
度を変化させてダイヤモンド膜を気相合成した。そし
て、得られた試料を顕微鏡で観察し、形成されたダイヤ
モンド粒子の総面積に対して、基板に方位整合したダイ
ヤモンド粒子の面積の割合を算出することにより、方位
整合性を評価した。
度を変化させてダイヤモンド膜を気相合成した。そし
て、得られた試料を顕微鏡で観察し、形成されたダイヤ
モンド粒子の総面積に対して、基板に方位整合したダイ
ヤモンド粒子の面積の割合を算出することにより、方位
整合性を評価した。
【００３２】図２は横軸に核形成密度をとり、縦軸に方
位整合性をとって、核形成密度とダイヤモンド結晶粒子
の方位整合性との関係を示すグラフ図である。図２に示
すように、核形成密度が１０7ｃｍ-2未満及び５×１０8
ｃｍ-2を超える範囲においては、基板に方位整合したダ
イヤモンド粒子の割合が極めて低くなった。一方、核形
成密度が１０7ｃｍ-2乃至５×１０8ｃｍ-2の範囲におい
ては、ダイヤモンドの方位整合性が５０％を超え、良好
な結果となった。
位整合性をとって、核形成密度とダイヤモンド結晶粒子
の方位整合性との関係を示すグラフ図である。図２に示
すように、核形成密度が１０7ｃｍ-2未満及び５×１０8
ｃｍ-2を超える範囲においては、基板に方位整合したダ
イヤモンド粒子の割合が極めて低くなった。一方、核形
成密度が１０7ｃｍ-2乃至５×１０8ｃｍ-2の範囲におい
ては、ダイヤモンドの方位整合性が５０％を超え、良好
な結果となった。
【００３３】更に、実施例２と同様の条件で、原料ガス
中の一酸化炭素ガスの含有率を変化させることにより、
炭素濃度を変化させてダイヤモンド膜を気相合成した。
そして、得られたダイヤモンド膜の表面形態を顕微鏡で
観察し、結晶性を評価した。その結果を下記表５に示
す。なお、表中において、−はダイヤモンド膜が形成さ
れなかったことを示す。
中の一酸化炭素ガスの含有率を変化させることにより、
炭素濃度を変化させてダイヤモンド膜を気相合成した。
そして、得られたダイヤモンド膜の表面形態を顕微鏡で
観察し、結晶性を評価した。その結果を下記表５に示
す。なお、表中において、−はダイヤモンド膜が形成さ
れなかったことを示す。
【００３４】
【表５】
【００３５】上記表５に示すように、原料ガス中の炭素
濃度が０．１モル％を超え、１．０モル％以下の範囲に
おいては、単結晶のダイヤモンド膜が得られた。
濃度が０．１モル％を超え、１．０モル％以下の範囲に
おいては、単結晶のダイヤモンド膜が得られた。
【００３６】更に、（１１１）結晶面を有する単結晶チ
タン酸ストロンチウム（SrTiO3）を基体として、この基
体の表面にマグネトロンスパッタ法及びＲＦスパッタ法
により白金の薄膜を１μｍ蒸着したものを基板として、
実施例Ｎｏ．１と同様の条件でダイヤモンド膜を気相合
成した。これを実施例Ｎｏ．３とする。但し、白金薄膜
の蒸着においては、基体温度を５００乃至８００℃に保
持して蒸着した。また、得られた白金薄膜をＲＨＥＥＤ
（反射ヒード：Reflection High Energy Electron Diff
raction ）で評価すると、この白金薄膜はチタン酸スト
ロンチウムとエピタキシャルな関係にあって、（１１
１）結晶面を有する単結晶膜であった。
タン酸ストロンチウム（SrTiO3）を基体として、この基
体の表面にマグネトロンスパッタ法及びＲＦスパッタ法
により白金の薄膜を１μｍ蒸着したものを基板として、
実施例Ｎｏ．１と同様の条件でダイヤモンド膜を気相合
成した。これを実施例Ｎｏ．３とする。但し、白金薄膜
の蒸着においては、基体温度を５００乃至８００℃に保
持して蒸着した。また、得られた白金薄膜をＲＨＥＥＤ
（反射ヒード：Reflection High Energy Electron Diff
raction ）で評価すると、この白金薄膜はチタン酸スト
ロンチウムとエピタキシャルな関係にあって、（１１
１）結晶面を有する単結晶膜であった。
【００３７】そして、この気相合成により得られたダイ
ヤモンド膜は、基板とエピタキシャルな関係にあって、
（１１１）結晶面を有する単結晶ダイヤモンド膜であっ
た。このように、適切な基体の表面に白金薄膜が蒸着さ
れたものを基板としてダイヤモンド膜を気相合成したも
のについても、実施例Ｎｏ．１及び２と同様に、単結晶
ダイヤモンド膜が形成される。
ヤモンド膜は、基板とエピタキシャルな関係にあって、
（１１１）結晶面を有する単結晶ダイヤモンド膜であっ
た。このように、適切な基体の表面に白金薄膜が蒸着さ
れたものを基板としてダイヤモンド膜を気相合成したも
のについても、実施例Ｎｏ．１及び２と同様に、単結晶
ダイヤモンド膜が形成される。
【００３８】また、実施例Ｎｏ．３と同様の条件で作製
された基板に、種々の粒子径を有するダイヤモンド粒子
からなるダイヤモンド粉末又はダイヤモンドペーストを
使用して、バフ研磨又は超音波処理によって傷つけ処理
を施し、実施例Ｎｏ．１と同様の条件でダイヤモンド膜
を気相合成した。そして、ダイヤモンド核の形成密度と
得られたダイヤモンド膜の結晶性を評価した。その結果
を下記表６に示す。
された基板に、種々の粒子径を有するダイヤモンド粒子
からなるダイヤモンド粉末又はダイヤモンドペーストを
使用して、バフ研磨又は超音波処理によって傷つけ処理
を施し、実施例Ｎｏ．１と同様の条件でダイヤモンド膜
を気相合成した。そして、ダイヤモンド核の形成密度と
得られたダイヤモンド膜の結晶性を評価した。その結果
を下記表６に示す。
【００３９】
【表６】
【００４０】上記表６に示すように、気相合成の前に基
板表面に傷つけ処理をする場合、傷付け処理に使用する
ダイヤモンド粉末又はダイヤモンドペーストのダイヤモ
ンド粒子径を大きくするにつれて、気相合成時における
ダイヤモンドの核形成密度が低下している。従って、こ
の粒子径が５０乃至３００μｍの範囲において、核形成
密度が本発明の好ましい範囲となり、気相合成により得
られるダイヤモンド膜は単結晶となる。
板表面に傷つけ処理をする場合、傷付け処理に使用する
ダイヤモンド粉末又はダイヤモンドペーストのダイヤモ
ンド粒子径を大きくするにつれて、気相合成時における
ダイヤモンドの核形成密度が低下している。従って、こ
の粒子径が５０乃至３００μｍの範囲において、核形成
密度が本発明の好ましい範囲となり、気相合成により得
られるダイヤモンド膜は単結晶となる。
【００４１】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
（１１１）結晶面を有する白金、白金合金又はそれらの
単結晶膜上にダイヤモンド膜を気相合成するので、大面
積の単結晶ダイヤモンド膜を低コストで得ることができ
る。また、この気相合成時に、核形成密度を適切に規制
しているので、基板とダイヤモンド膜との密着性を向上
させることができ、合成途中でダイヤモンド膜が基板か
ら剥離することがなく、高い精度で単結晶ダイヤモンド
膜を形成することができる。また、気相合成に使用する
炭化水素ガスの濃度を適切に規制し、気相合成の前に基
板に所望の粒子径のダイヤモンド粉末等を使用して、バ
フ研磨又は超音波処理によって傷付け処理を施すと、よ
り一層高い精度で単結晶ダイヤモンド膜を形成すること
ができる。このように、本発明によって単結晶ダイヤモ
ンド膜を高い精度で形成することが可能になったので、
従来実用化が困難であった種々の分野において、単結晶
ダイヤモンドを広範に応用することができ、本発明はこ
の種の技術分野の発展に多大の貢献をなす。
（１１１）結晶面を有する白金、白金合金又はそれらの
単結晶膜上にダイヤモンド膜を気相合成するので、大面
積の単結晶ダイヤモンド膜を低コストで得ることができ
る。また、この気相合成時に、核形成密度を適切に規制
しているので、基板とダイヤモンド膜との密着性を向上
させることができ、合成途中でダイヤモンド膜が基板か
ら剥離することがなく、高い精度で単結晶ダイヤモンド
膜を形成することができる。また、気相合成に使用する
炭化水素ガスの濃度を適切に規制し、気相合成の前に基
板に所望の粒子径のダイヤモンド粉末等を使用して、バ
フ研磨又は超音波処理によって傷付け処理を施すと、よ
り一層高い精度で単結晶ダイヤモンド膜を形成すること
ができる。このように、本発明によって単結晶ダイヤモ
ンド膜を高い精度で形成することが可能になったので、
従来実用化が困難であった種々の分野において、単結晶
ダイヤモンドを広範に応用することができ、本発明はこ
の種の技術分野の発展に多大の貢献をなす。
【図１】ダイヤモンド膜を気相合成するためのマイクロ
波ＣＶＤ装置を示す模式図である。
波ＣＶＤ装置を示す模式図である。
【図２】横軸に核形成密度をとり、縦軸に方位整合性を
とって、核形成密度とダイヤモンド結晶粒子の方位整合
性との関係を示すグラフ図である。
とって、核形成密度とダイヤモンド結晶粒子の方位整合
性との関係を示すグラフ図である。
１０；マイクロ波電源 １１；アイソレータ １２；チューナー １３；導波管 １４；石英管 １５；排出口 １６；導入口 １７；プランジャ １８；基板ホルダ １９；基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０３Ｈ 9/25 7259−5Ｊ Ｈ０３Ｈ 9/25 Ｃ
Claims (5)
- 【請求項１】 （１１１）結晶面を有する白金又は白金
を５０原子％以上含有する白金合金からなる基板上に、
１×１０7乃至５×１０8ｃｍ-2の核形成密度で気相合成
によりダイヤモンド膜を形成することを特徴とする単結
晶ダイヤモンド膜の形成方法。 - 【請求項２】 基体上に（１１１）結晶面を有する白金
又は白金を５０原子％以上含有する白金合金の単結晶膜
を被覆したものを基板として、この基板上に１×１０7
乃至５×１０8ｃｍ-2の核形成密度で気相合成によりダ
イヤモンド膜を形成することを特徴とする単結晶ダイヤ
モンド膜の形成方法。 - 【請求項３】 ダイヤモンドの連続膜が形成されるまで
の原料ガス中の炭素濃度を０．１モル％を超え１モル％
以下として気相合成することを特徴とする請求項１又は
２に記載の単結晶ダイヤモンド膜の形成方法。 - 【請求項４】 ダイヤモンド膜を気相合成する前に、予
め前記基板の表面に、粒径が５０乃至３００μｍである
ダイヤモンド粉末又はダイヤモンドペーストを使用した
バフ研磨による傷付け処理を施すことを特徴とする請求
項１乃至３のいずれか１項に記載の単結晶ダイヤモンド
膜の形成方法。 - 【請求項５】 ダイヤモンド膜を気相合成する前に、予
め前記基板の表面に、粒径が５０乃至３００μｍである
ダイヤモンド粉末又はダイヤモンドペーストを使用した
超音波処理による傷つけ処理を施すことを特徴とする請
求項１乃至３のいずれか１項に記載の単結晶ダイヤモン
ド膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10796896A JP3728469B2 (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 単結晶ダイヤモンド膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10796896A JP3728469B2 (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 単結晶ダイヤモンド膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09295892A true JPH09295892A (ja) | 1997-11-18 |
| JP3728469B2 JP3728469B2 (ja) | 2005-12-21 |
Family
ID=14472641
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10796896A Expired - Lifetime JP3728469B2 (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 単結晶ダイヤモンド膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3728469B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6068883A (en) * | 1996-06-12 | 2000-05-30 | Matushita Electric Industrial Co., Ltd. | Process for forming diamond films by nucleation |
| JP2006096640A (ja) * | 2004-09-30 | 2006-04-13 | Kobe Steel Ltd | 単結晶ダイヤモンド合成用基板及び単結晶ダイヤモンド膜の製造方法 |
| JP2010528469A (ja) * | 2007-05-22 | 2010-08-19 | ソウル オプト デバイス カンパニー リミテッド | 発光ダイオードおよびその製造方法 |
-
1996
- 1996-04-26 JP JP10796896A patent/JP3728469B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6068883A (en) * | 1996-06-12 | 2000-05-30 | Matushita Electric Industrial Co., Ltd. | Process for forming diamond films by nucleation |
| JP2006096640A (ja) * | 2004-09-30 | 2006-04-13 | Kobe Steel Ltd | 単結晶ダイヤモンド合成用基板及び単結晶ダイヤモンド膜の製造方法 |
| JP2010528469A (ja) * | 2007-05-22 | 2010-08-19 | ソウル オプト デバイス カンパニー リミテッド | 発光ダイオードおよびその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3728469B2 (ja) | 2005-12-21 |
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