JPH10316491A - 高純度ダイヤモンドの合成方法 - Google Patents
高純度ダイヤモンドの合成方法Info
- Publication number
- JPH10316491A JPH10316491A JP12201697A JP12201697A JPH10316491A JP H10316491 A JPH10316491 A JP H10316491A JP 12201697 A JP12201697 A JP 12201697A JP 12201697 A JP12201697 A JP 12201697A JP H10316491 A JPH10316491 A JP H10316491A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- diamond
- oxygen
- reaction
- purity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 炭素を含有する有機系ガス、或は無機系ガ
ス、或は前記有機系ガスと無機系ガスとを混合した混合
ガスを、水素ガスで希釈したガスを反応ガスとして用い
る気相合成法によるダイヤモンドの合成方法において、
上記反応ガスに酸素含有ガスを添加して非ダイヤモンド
成分を除去する際に、酸素含有ガスに含まれる窒素のよ
うな不純物のため、高純度のダイヤモンドが得にくい。 【解決手段】 シリコン基板１の表面に気相合成法によ
りダイヤモンドを合成する際に、反応ガスとしてＣＨ4
とＨ2に加え、酸素ガスを添加した混合ガスを用いる。
ス、或は前記有機系ガスと無機系ガスとを混合した混合
ガスを、水素ガスで希釈したガスを反応ガスとして用い
る気相合成法によるダイヤモンドの合成方法において、
上記反応ガスに酸素含有ガスを添加して非ダイヤモンド
成分を除去する際に、酸素含有ガスに含まれる窒素のよ
うな不純物のため、高純度のダイヤモンドが得にくい。 【解決手段】 シリコン基板１の表面に気相合成法によ
りダイヤモンドを合成する際に、反応ガスとしてＣＨ4
とＨ2に加え、酸素ガスを添加した混合ガスを用いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は耐環境性半導体及び
光学コーティング等の分野の新材料として利用するのに
好適なダイヤモンドを気相合成法により製造する方法に
関し、特に、不純物が少ない高純度ダイヤモンドの気相
合成方法に関する。
光学コーティング等の分野の新材料として利用するのに
好適なダイヤモンドを気相合成法により製造する方法に
関し、特に、不純物が少ない高純度ダイヤモンドの気相
合成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ダイヤモンドはあらゆる物質の中で最も
硬く、最も熱伝導性が良く、最も音の伝達が速いという
優れた物性を持つことから、例えば、硬質工具や耐摩耗
コーティング、ヒートシンク、スピーカの振動板や高周
波フィルタ等への応用が考えられている。さらに、バン
ドギャップが広い、電子移動度が大きい、また、紫外か
ら赤外域にかけて透明性に優れ、化学的にも安定である
という種々の特質を持っており、これらの優れた物性を
活かして、耐環境性デバイス、紫外領域の発光・受光デ
バイス、マイクロ波パワーデバイス、並びに光学材料・
光学部品等広範囲の応用が考えられており、シリコンを
凌ぐ次世代材料として期待されている。近年、気相合成
法によって極めて低い温度と圧力下でダイヤモンドを合
成することが可能となった。この気相合成ダイヤモンド
は天然ダイヤモンドと同様に高硬度、高熱伝導性、高耐
食性、高絶縁性を有し、また、不純物制御により高温で
動作可能な、耐環境性に優れた半導体としても他の材料
にはない有用性が知られている。
硬く、最も熱伝導性が良く、最も音の伝達が速いという
優れた物性を持つことから、例えば、硬質工具や耐摩耗
コーティング、ヒートシンク、スピーカの振動板や高周
波フィルタ等への応用が考えられている。さらに、バン
ドギャップが広い、電子移動度が大きい、また、紫外か
ら赤外域にかけて透明性に優れ、化学的にも安定である
という種々の特質を持っており、これらの優れた物性を
活かして、耐環境性デバイス、紫外領域の発光・受光デ
バイス、マイクロ波パワーデバイス、並びに光学材料・
光学部品等広範囲の応用が考えられており、シリコンを
凌ぐ次世代材料として期待されている。近年、気相合成
法によって極めて低い温度と圧力下でダイヤモンドを合
成することが可能となった。この気相合成ダイヤモンド
は天然ダイヤモンドと同様に高硬度、高熱伝導性、高耐
食性、高絶縁性を有し、また、不純物制御により高温で
動作可能な、耐環境性に優れた半導体としても他の材料
にはない有用性が知られている。
【０００３】ダイヤモンドの気相合成法においては、炭
素含有ガスを水素ガスで希釈した反応ガスをプラズマや
熱等により分解し、さらに励起状態にすることによりダ
イヤモンドを基体上に成長させる。その際、同時に成長
する非ダイヤモンド成分をプラズマや熱等によって原子
状態となった水素により除去することでダイヤモンドの
みを基体上に成長させることができる。しかし、気相合
成法によりダイヤモンドを形成する際には、プラズマや
熱等を利用しているため、チャンバーの内壁、基体、フ
ィラメント等からの不純物の混入は避けられない。この
不純物は微量であってもダイヤモンドの電気的な特性や
熱伝導性等に多大な影響を及ぼすため、ダイヤモンドを
半導体材料、あるいはその関連材料として利用する場合
には特に大きな問題になっている。
素含有ガスを水素ガスで希釈した反応ガスをプラズマや
熱等により分解し、さらに励起状態にすることによりダ
イヤモンドを基体上に成長させる。その際、同時に成長
する非ダイヤモンド成分をプラズマや熱等によって原子
状態となった水素により除去することでダイヤモンドの
みを基体上に成長させることができる。しかし、気相合
成法によりダイヤモンドを形成する際には、プラズマや
熱等を利用しているため、チャンバーの内壁、基体、フ
ィラメント等からの不純物の混入は避けられない。この
不純物は微量であってもダイヤモンドの電気的な特性や
熱伝導性等に多大な影響を及ぼすため、ダイヤモンドを
半導体材料、あるいはその関連材料として利用する場合
には特に大きな問題になっている。
【０００４】例えば、メタンと水素の混合ガスを反応ガ
スとして、プラズマＣＶＤ法によりシリコン基板上にダ
イヤモンドを合成する場合に、ダイヤモンド膜中へ基板
材料のシリコンが混入することが、文献［Ｊ．Ｒｕａ
ｎ，Ｗ．Ｊ．Ｃｈｏｙｋｅ ａｎｄ Ｗ．Ｄ．Ｐａｒｔ
ｌｏｗ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５８，２９５
（１９９１）］により、確認されている。これに対し
て、成長速度の増大や結晶性の向上などを目的として、
反応ガス中に二酸化炭素等の酸素含有ガスを導入した技
術が、特開昭６３−１１７９９６に開示されている。こ
の技術は、炭化水素と水素とを混合した反応ガスに、二
酸化炭素を適量添加することにより、炭化水素に水素だ
けを混合した場合に比べて、気相合成法において、ダイ
ヤモンドと同時に析出する非ダイヤモンド成分を、より
効果的に除去することで結晶性を向上させると共に、成
長速度の増大を可能にするというものである。
スとして、プラズマＣＶＤ法によりシリコン基板上にダ
イヤモンドを合成する場合に、ダイヤモンド膜中へ基板
材料のシリコンが混入することが、文献［Ｊ．Ｒｕａ
ｎ，Ｗ．Ｊ．Ｃｈｏｙｋｅ ａｎｄ Ｗ．Ｄ．Ｐａｒｔ
ｌｏｗ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５８，２９５
（１９９１）］により、確認されている。これに対し
て、成長速度の増大や結晶性の向上などを目的として、
反応ガス中に二酸化炭素等の酸素含有ガスを導入した技
術が、特開昭６３−１１７９９６に開示されている。こ
の技術は、炭化水素と水素とを混合した反応ガスに、二
酸化炭素を適量添加することにより、炭化水素に水素だ
けを混合した場合に比べて、気相合成法において、ダイ
ヤモンドと同時に析出する非ダイヤモンド成分を、より
効果的に除去することで結晶性を向上させると共に、成
長速度の増大を可能にするというものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記二
酸化炭素のような酸素以外の成分を含有するガスは、一
般にガス製造工程で不純物として窒素が含まれるため、
ダイヤモンドの結晶性を著しく低下させる。さらに、ダ
イヤモンドを半導体材料として利用しようとした場合、
窒素はダイヤモンドに対してドーパントになるため、電
気伝導度などの電気特性に多大な影響を及ぼすことから
利用が極めて困難になるという問題があった。
酸化炭素のような酸素以外の成分を含有するガスは、一
般にガス製造工程で不純物として窒素が含まれるため、
ダイヤモンドの結晶性を著しく低下させる。さらに、ダ
イヤモンドを半導体材料として利用しようとした場合、
窒素はダイヤモンドに対してドーパントになるため、電
気伝導度などの電気特性に多大な影響を及ぼすことから
利用が極めて困難になるという問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る高
純度ダイヤモンドの合成方法は、上記課題を解決するた
めに、炭素を含有する有機系ガス、あるいは無機系ガ
ス、あるいは前記有機系ガスと無機系ガスとを混合した
混合ガスを、水素ガスで希釈したガスを反応ガスとして
用いる気相合成法によるダイヤモンドの合成方法におい
て、上記反応ガスに酸素ガスを添加することを特徴とし
ている。それゆえ、気相合成法によりダイヤモンドを形
成する際に、ダイヤモンド中への不純物の混入を防止
し、高純度化ができる。
純度ダイヤモンドの合成方法は、上記課題を解決するた
めに、炭素を含有する有機系ガス、あるいは無機系ガ
ス、あるいは前記有機系ガスと無機系ガスとを混合した
混合ガスを、水素ガスで希釈したガスを反応ガスとして
用いる気相合成法によるダイヤモンドの合成方法におい
て、上記反応ガスに酸素ガスを添加することを特徴とし
ている。それゆえ、気相合成法によりダイヤモンドを形
成する際に、ダイヤモンド中への不純物の混入を防止
し、高純度化ができる。
【０００７】請求項２の発明に係る高純度ダイヤモンド
の合成方法は、上記添加する酸素ガスの酸素原子数と、
上記反応ガス中の炭素原子数との比が、炭素原子数１に
対して、酸素原子数が、０．００１以上、０．１以下で
あることを特徴としている。それゆえ、反応ガス中の炭
素原子数に対して、添加する酸素ガスの比率の許容幅を
広く取ることができる。
の合成方法は、上記添加する酸素ガスの酸素原子数と、
上記反応ガス中の炭素原子数との比が、炭素原子数１に
対して、酸素原子数が、０．００１以上、０．１以下で
あることを特徴としている。それゆえ、反応ガス中の炭
素原子数に対して、添加する酸素ガスの比率の許容幅を
広く取ることができる。
【０００８】請求項３の発明に係る高純度ダイヤモンド
の合成方法は、上記反応ガスに添加する酸素ガスの量
を、少なくとも合成初期と終了時とで異ならせたことを
特徴としている。それゆえ、添加する酸素の量は合成中
にどのように変化させても差し支えない。例えば、成長
初期には添加する酸素の量を少なく設定しておき、その
後、段階的に増加させていく、或はその逆にする等、そ
の組み合わせは自在に変化させることが可能である。
の合成方法は、上記反応ガスに添加する酸素ガスの量
を、少なくとも合成初期と終了時とで異ならせたことを
特徴としている。それゆえ、添加する酸素の量は合成中
にどのように変化させても差し支えない。例えば、成長
初期には添加する酸素の量を少なく設定しておき、その
後、段階的に増加させていく、或はその逆にする等、そ
の組み合わせは自在に変化させることが可能である。
【０００９】請求項４の発明に係る高純度ダイヤモンド
の合成方法は、合成初期に添加する酸素ガスの量を、合
成終了時の酸素ガスの量より少なくしたことを特徴とし
ている。それゆえ、ダイヤモンドの表面付近のみを高純
度にするような場合、成長初期には、酸素原子数／炭素
原子数の比率を小さくする、或いは、酸素添加を行わな
いで充分に大きい成長速度で合成し、成長の途中で酸素
の添加量を段階的に増加させる等して、酸素原子数／炭
素原子数の比率を、０．１より大きくなるようにしても
酸素添加の効果を得ることができる。
の合成方法は、合成初期に添加する酸素ガスの量を、合
成終了時の酸素ガスの量より少なくしたことを特徴とし
ている。それゆえ、ダイヤモンドの表面付近のみを高純
度にするような場合、成長初期には、酸素原子数／炭素
原子数の比率を小さくする、或いは、酸素添加を行わな
いで充分に大きい成長速度で合成し、成長の途中で酸素
の添加量を段階的に増加させる等して、酸素原子数／炭
素原子数の比率を、０．１より大きくなるようにしても
酸素添加の効果を得ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る高純度ダイヤ
モンドの合成方法の実施の形態について、図面に基づい
て説明する。
モンドの合成方法の実施の形態について、図面に基づい
て説明する。
【００１１】［実施例１］本実施例は、マイクロ波プラ
ズマＣＶＤ法にて、シリコン基板上にダイヤモンド薄膜
を形成する例である。シリコン基板の前処理として、粒
径１／４μｍのダイヤモンド粉末のエタノール懸濁液に
シリコン基板を浸漬し、超音波で３０分撹拌する。これ
は、基板の表面にナノメートルスケールの微細な傷をつ
けることによって核発生密度を向上させるためである。
エタノールで脱脂洗浄した後、図１に示すマイクロ波プ
ラズマＣＶＤ装置の基板ホルダー２に、シリコン基板１
を装着する。次に、真空ポンプ７にてチャンバー５内を
２×１０-7Ｔｏｒｒまで減圧した後、ＣＨ4を３ｓｃｃ
ｍ、Ｈ2を３００ｓｃｃｍ、Ｏ2を０．３ｓｃｃｍにそれ
ぞれ設定して、ガス導入口４からチャンバー５に導入
し、反応圧力を５０Ｔｏｒｒに保つ。基板ヒーター３に
て基板温度を８５０℃に設定して、マイクロ波発生器６
にてマイクロ波パワーを１．３ｋＷとしてプラズマを発
生させる。
ズマＣＶＤ法にて、シリコン基板上にダイヤモンド薄膜
を形成する例である。シリコン基板の前処理として、粒
径１／４μｍのダイヤモンド粉末のエタノール懸濁液に
シリコン基板を浸漬し、超音波で３０分撹拌する。これ
は、基板の表面にナノメートルスケールの微細な傷をつ
けることによって核発生密度を向上させるためである。
エタノールで脱脂洗浄した後、図１に示すマイクロ波プ
ラズマＣＶＤ装置の基板ホルダー２に、シリコン基板１
を装着する。次に、真空ポンプ７にてチャンバー５内を
２×１０-7Ｔｏｒｒまで減圧した後、ＣＨ4を３ｓｃｃ
ｍ、Ｈ2を３００ｓｃｃｍ、Ｏ2を０．３ｓｃｃｍにそれ
ぞれ設定して、ガス導入口４からチャンバー５に導入
し、反応圧力を５０Ｔｏｒｒに保つ。基板ヒーター３に
て基板温度を８５０℃に設定して、マイクロ波発生器６
にてマイクロ波パワーを１．３ｋＷとしてプラズマを発
生させる。
【００１２】以上の条件を固定して合成を４時間行う。
その結果、厚さ約１．２μｍの高純度ダイヤモンド薄膜
が得られた。形成された高純度ダイヤモンド薄膜のフォ
トルミネセンススペクトルを図２に示す。測定はアルゴ
ンレーザーによる波長４８８０Åのレーザー光を励起光
源として、５０００〜９０００Åの範囲で分光器を用い
て行った。５２２０Å付近にダイヤモンドによる鋭いピ
ークと６０００Å付近にピークを持つブロードな発光帯
がわずかに見られるのみである。以上のことから、反応
ガスとしてＣＨ4と、Ｈ2と、Ｏ2との混合ガスを用いる
ことによりシリコン基板からのコンタミネーションを防
止することができ、マイクロ波プラズマＣＶＤ法によっ
て不純物のない高純度のダイヤモンド薄膜が得られるこ
とがわかる。
その結果、厚さ約１．２μｍの高純度ダイヤモンド薄膜
が得られた。形成された高純度ダイヤモンド薄膜のフォ
トルミネセンススペクトルを図２に示す。測定はアルゴ
ンレーザーによる波長４８８０Åのレーザー光を励起光
源として、５０００〜９０００Åの範囲で分光器を用い
て行った。５２２０Å付近にダイヤモンドによる鋭いピ
ークと６０００Å付近にピークを持つブロードな発光帯
がわずかに見られるのみである。以上のことから、反応
ガスとしてＣＨ4と、Ｈ2と、Ｏ2との混合ガスを用いる
ことによりシリコン基板からのコンタミネーションを防
止することができ、マイクロ波プラズマＣＶＤ法によっ
て不純物のない高純度のダイヤモンド薄膜が得られるこ
とがわかる。
【００１３】［比較例１］本比較例は、マイクロ波プラ
ズマＣＶＤ法にて、反応ガスに酸素を添加しないでシリ
コン基板上にダイヤモンド薄膜を形成する例である。シ
リコン基板の前処理条件および装置は実施例１と同様で
ある。反応ガスとしてＣＨ4とＨ2の混合ガスを用い、ガ
ス流量はＣＨ4が３ｓｃｃｍ、Ｈ2が３００ｓｃｃｍで、
基板温度は８５０℃とし、以上の条件を固定し、反応圧
力を５０Ｔｏｒｒに設定して合成を４時間行う。その結
果、厚さ約０．９μｍのダイヤモンド薄膜が得られた。
形成されたダイヤモンド薄膜のフォトルミネセンススペ
クトルを図３に示す。
ズマＣＶＤ法にて、反応ガスに酸素を添加しないでシリ
コン基板上にダイヤモンド薄膜を形成する例である。シ
リコン基板の前処理条件および装置は実施例１と同様で
ある。反応ガスとしてＣＨ4とＨ2の混合ガスを用い、ガ
ス流量はＣＨ4が３ｓｃｃｍ、Ｈ2が３００ｓｃｃｍで、
基板温度は８５０℃とし、以上の条件を固定し、反応圧
力を５０Ｔｏｒｒに設定して合成を４時間行う。その結
果、厚さ約０．９μｍのダイヤモンド薄膜が得られた。
形成されたダイヤモンド薄膜のフォトルミネセンススペ
クトルを図３に示す。
【００１４】測定条件は実施例１と同様である。６００
０Å付近にピークを持つブロードな発光帯に加え、７３
７０Åに発光ピークが見られる。この発光ピークは膜中
に混入した基板のシリコンによるものであることが、文
献［Ｊ．Ｒｕ−ａｎ，Ｗ．Ｊ．Ｃｈｏｙｋｅ ａｎｄ
Ｗ．Ｄ．Ｐａｒｔｌｏｗ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ．５８，２９５（１９９１）］より、明白である。実
施例１と比較例１から、反応ガスの中に酸素ガスを添加
することによりシリコン基板からのコンタミネーション
を防止することができ、高純度なダイヤモンド薄膜が得
られることがわかる。
０Å付近にピークを持つブロードな発光帯に加え、７３
７０Åに発光ピークが見られる。この発光ピークは膜中
に混入した基板のシリコンによるものであることが、文
献［Ｊ．Ｒｕ−ａｎ，Ｗ．Ｊ．Ｃｈｏｙｋｅ ａｎｄ
Ｗ．Ｄ．Ｐａｒｔｌｏｗ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ．５８，２９５（１９９１）］より、明白である。実
施例１と比較例１から、反応ガスの中に酸素ガスを添加
することによりシリコン基板からのコンタミネーション
を防止することができ、高純度なダイヤモンド薄膜が得
られることがわかる。
【００１５】［実施例２］本実施例は、ＥＣＲマイクロ
波プラズマＣＶＤ法にて、シリコン基板上にダイヤモン
ド薄膜を形成する例である。先ず、シリコン基板１１
を、図４に示すＥＣＲマイクロ波プラズマＣＶＤ装置の
基板ホルダー１２に装着する。次に真空ポンプ１７に
て、チャンバー１５内を１×１０-6Ｔｏｒｒまで減圧し
た後、反応ガスとしてＣＨ4を２ｓｃｃｍ、Ｈ2を１００
ｓｃｃｍに設定して、ガス導入口１４からチャンバー１
５に導入し、反応圧力を０．１Ｔｏｒｒに保つ。基板加
熱用ヒーターにて基板温度を６００℃に加熱して、シリ
コン基板１１に−１００Ｖの直流電圧を印加して、シリ
コン基板１１をＥＣＲ条件の位置に設置する。マイクロ
波発振器１６にてマイクロ波パワーを５．０ｋＷ、磁気
コイル１８にて電流を３００Ａ流して、最大磁場が１３
００Ｇａｕｓｓになるようにすると、シリコン基板１１
の位置での磁場が８７５ＧａｕｓｓとなりＥＣＲ条件を
満たす。このようにしてプラズマを発生させる。
波プラズマＣＶＤ法にて、シリコン基板上にダイヤモン
ド薄膜を形成する例である。先ず、シリコン基板１１
を、図４に示すＥＣＲマイクロ波プラズマＣＶＤ装置の
基板ホルダー１２に装着する。次に真空ポンプ１７に
て、チャンバー１５内を１×１０-6Ｔｏｒｒまで減圧し
た後、反応ガスとしてＣＨ4を２ｓｃｃｍ、Ｈ2を１００
ｓｃｃｍに設定して、ガス導入口１４からチャンバー１
５に導入し、反応圧力を０．１Ｔｏｒｒに保つ。基板加
熱用ヒーターにて基板温度を６００℃に加熱して、シリ
コン基板１１に−１００Ｖの直流電圧を印加して、シリ
コン基板１１をＥＣＲ条件の位置に設置する。マイクロ
波発振器１６にてマイクロ波パワーを５．０ｋＷ、磁気
コイル１８にて電流を３００Ａ流して、最大磁場が１３
００Ｇａｕｓｓになるようにすると、シリコン基板１１
の位置での磁場が８７５ＧａｕｓｓとなりＥＣＲ条件を
満たす。このようにしてプラズマを発生させる。
【００１６】以上の条件を固定して核発生を１０分行
う。次に、反応ガスをＣＨ4と、Ｈ2と、Ｏ2との混合ガ
スにして、ガス流量はＣＨ4が１ｓｃｃｍ、Ｈ2が１００
ｓｃｃｍ、Ｏ2が０．１ｓｃｃｍで基板温度は６５０℃
とし、基板に＋１５０Ｖの直流電圧を印加する。マイク
ロ波パワーを５ｋＷとし磁気コイル１８にて磁場を印加
して、基板をＥＣＲ条件の位置に設置する。以上の条件
を固定し、反応圧力を０．１Ｔｏｒｒに設定して成長を
２時間行う。
う。次に、反応ガスをＣＨ4と、Ｈ2と、Ｏ2との混合ガ
スにして、ガス流量はＣＨ4が１ｓｃｃｍ、Ｈ2が１００
ｓｃｃｍ、Ｏ2が０．１ｓｃｃｍで基板温度は６５０℃
とし、基板に＋１５０Ｖの直流電圧を印加する。マイク
ロ波パワーを５ｋＷとし磁気コイル１８にて磁場を印加
して、基板をＥＣＲ条件の位置に設置する。以上の条件
を固定し、反応圧力を０．１Ｔｏｒｒに設定して成長を
２時間行う。
【００１７】その結果、厚さ約０．３μｍの高純度ダイ
ヤモンド薄膜が得られた。形成された高純度ダイヤモン
ド薄膜のフォトルミネセンススペクトルを図５に示す。
測定はアルゴンレーザーによる波長４８８０Åのレーザ
ー光を励起光源として、５０００〜９０００Åの範囲で
分光器を用いて行った。５２２０Å付近にダイヤモンド
のラマン線による鋭いピークと６０００Å付近にピーク
を持つブロードな発光帯のみが見られる。
ヤモンド薄膜が得られた。形成された高純度ダイヤモン
ド薄膜のフォトルミネセンススペクトルを図５に示す。
測定はアルゴンレーザーによる波長４８８０Åのレーザ
ー光を励起光源として、５０００〜９０００Åの範囲で
分光器を用いて行った。５２２０Å付近にダイヤモンド
のラマン線による鋭いピークと６０００Å付近にピーク
を持つブロードな発光帯のみが見られる。
【００１８】［比較例２］本比較例は、ＥＣＲマイクロ
波プラズマＣＶＤ法にて、シリコン基板上にダイヤモン
ド薄膜を形成する例である。核発生の条件は実施例２と
同様である。核発生を行った後、反応ガスをＣＨ4とＨ2
の混合ガスにして、ガス流量はＣＨ4が１ｓｃｃｍ、Ｈ2
が１００ｓｃｃｍ、で基板温度は６５０℃とし、シリコ
ン基板に＋１５０Ｖの直流電圧を印加する。次に、マイ
クロ波パワーを５ｋＷとし磁気コイル１８にて磁場を印
加して、基板をＥＣＲ条件の位置に設置する。以上の条
件を固定し、反応圧力を０．１Ｔｏｒｒに設定して成長
を２時間行う。形成されたダイヤモンド薄膜は厚さ約
０．２μｍであった。
波プラズマＣＶＤ法にて、シリコン基板上にダイヤモン
ド薄膜を形成する例である。核発生の条件は実施例２と
同様である。核発生を行った後、反応ガスをＣＨ4とＨ2
の混合ガスにして、ガス流量はＣＨ4が１ｓｃｃｍ、Ｈ2
が１００ｓｃｃｍ、で基板温度は６５０℃とし、シリコ
ン基板に＋１５０Ｖの直流電圧を印加する。次に、マイ
クロ波パワーを５ｋＷとし磁気コイル１８にて磁場を印
加して、基板をＥＣＲ条件の位置に設置する。以上の条
件を固定し、反応圧力を０．１Ｔｏｒｒに設定して成長
を２時間行う。形成されたダイヤモンド薄膜は厚さ約
０．２μｍであった。
【００１９】このダイヤモンド薄膜のフォトルミネセン
ススペクトルを図６に示す。測定条件は実施例２と同様
である。６０００Å付近にピークを持つブロードな発光
帯に加え、７３７０Åに発光ピークが見られる。この発
光ピークは膜中に混入した基板のシリコンによるもので
あることが、文献［Ｊ．Ｒｕａｎ，Ｗ．Ｊ．Ｃｈｏｙｋ
ｅ ａｎｄ Ｗ．Ｄ．Ｐａｒｔｌｏｗ，Ａｐｐｌ．Ｐｈ
ｙｓ．Ｌｅｔｔ．５８，２９５（１９９１）］より、明
白である。実施例２と比較例２から、ＥＣＲマイクロ波
プラズマＣＶＤ法においても反応ガスの中に酸素ガスを
添加することによりシリコン基板のからのコンタミネー
ションを防止することができ、高純度なダイヤモンド薄
膜が得られることがわかる。
ススペクトルを図６に示す。測定条件は実施例２と同様
である。６０００Å付近にピークを持つブロードな発光
帯に加え、７３７０Åに発光ピークが見られる。この発
光ピークは膜中に混入した基板のシリコンによるもので
あることが、文献［Ｊ．Ｒｕａｎ，Ｗ．Ｊ．Ｃｈｏｙｋ
ｅ ａｎｄ Ｗ．Ｄ．Ｐａｒｔｌｏｗ，Ａｐｐｌ．Ｐｈ
ｙｓ．Ｌｅｔｔ．５８，２９５（１９９１）］より、明
白である。実施例２と比較例２から、ＥＣＲマイクロ波
プラズマＣＶＤ法においても反応ガスの中に酸素ガスを
添加することによりシリコン基板のからのコンタミネー
ションを防止することができ、高純度なダイヤモンド薄
膜が得られることがわかる。
【００２０】［実施例３］本実施例は、熱フィラメント
ＣＶＤ法にて、モリブデン基板上にダイヤモンド薄膜を
形成する例である。モリブデン基板２１の前処理とし
て、粒径１０μｍのダイヤモンド粉末のエタノール懸濁
液にモリブデン基板２１を浸漬し、超音波で１時間撹拌
する。エタノールで脱脂洗浄した後、図７に示す熱フィ
ラメントＣＶＤ装置の基板ホルダー２２に装着する。真
空ポンプ２７で、８×１０-7Ｔｏｒｒまで減圧した後、
反応ガスとしてＣ2Ｈ5と、Ｈ2との混合ガスに、Ｏ2を添
加したガスを用い、ガス流量はＣ2Ｈ5を５ｓｃｃｍ、Ｈ
2を５００ｓｃｃｍ、Ｏ2を１ｓｃｃｍとしてガス導入口
２４からチャンバー２５に導入する。タングステンフィ
ラメント２３の温度を２０００℃、フィラメント２３と
モリブデン基板２１との間の距離を８ｍｍにすると、フ
ィラメントの輻射熱によって基板温度は８００℃に上昇
する。
ＣＶＤ法にて、モリブデン基板上にダイヤモンド薄膜を
形成する例である。モリブデン基板２１の前処理とし
て、粒径１０μｍのダイヤモンド粉末のエタノール懸濁
液にモリブデン基板２１を浸漬し、超音波で１時間撹拌
する。エタノールで脱脂洗浄した後、図７に示す熱フィ
ラメントＣＶＤ装置の基板ホルダー２２に装着する。真
空ポンプ２７で、８×１０-7Ｔｏｒｒまで減圧した後、
反応ガスとしてＣ2Ｈ5と、Ｈ2との混合ガスに、Ｏ2を添
加したガスを用い、ガス流量はＣ2Ｈ5を５ｓｃｃｍ、Ｈ
2を５００ｓｃｃｍ、Ｏ2を１ｓｃｃｍとしてガス導入口
２４からチャンバー２５に導入する。タングステンフィ
ラメント２３の温度を２０００℃、フィラメント２３と
モリブデン基板２１との間の距離を８ｍｍにすると、フ
ィラメントの輻射熱によって基板温度は８００℃に上昇
する。
【００２１】反応圧力を２０Ｔｏｒｒに設定して３時間
合成を行う。その結果、厚さ約２．５μｍの高純度ダイ
ヤモンド薄膜が得られた。形成された高純度ダイヤモン
ド薄膜のフォトルミネセンススペクトルを図８に示す。
測定はアルゴンレーザーによる波長４８８０Åのレーザ
ー光を励起光源として、５０００〜９０００Åの範囲で
分光器を用いて行った。５２２０Å付近にダイヤモンド
のラマン線による鋭いピークのみが見られる。
合成を行う。その結果、厚さ約２．５μｍの高純度ダイ
ヤモンド薄膜が得られた。形成された高純度ダイヤモン
ド薄膜のフォトルミネセンススペクトルを図８に示す。
測定はアルゴンレーザーによる波長４８８０Åのレーザ
ー光を励起光源として、５０００〜９０００Åの範囲で
分光器を用いて行った。５２２０Å付近にダイヤモンド
のラマン線による鋭いピークのみが見られる。
【００２２】［比較例３］本比較例は熱フィラメントＣ
ＶＤ法にて、モリブデン基板上にダイヤモンド薄膜を形
成する例である。基板前処理条件および装置は実施例３
と同様である。反応ガスとしてＣ2Ｈ5とＨ2の混合ガス
を用い、ガス流量はＣ2Ｈ5が５ｓｃｃｍ、Ｈ2が５００
ｓｃｃｍで、他の条件は実施例３の場合と同様にして合
成した。形成されたダイヤモンド薄膜は厚さ約２μｍで
あった。このダイヤモンド薄膜のフォトルミネセンスス
ペクトルを図９に示す。測定条件は実施例３と同様であ
る。５２２０Å付近にダイヤモンドの鋭いピークと７２
４０Å付近にピークを持つブロードな発光帯とが見られ
る。このブロードな発光帯は膜中に混入したフィラメン
トのタングステンによるものである。
ＶＤ法にて、モリブデン基板上にダイヤモンド薄膜を形
成する例である。基板前処理条件および装置は実施例３
と同様である。反応ガスとしてＣ2Ｈ5とＨ2の混合ガス
を用い、ガス流量はＣ2Ｈ5が５ｓｃｃｍ、Ｈ2が５００
ｓｃｃｍで、他の条件は実施例３の場合と同様にして合
成した。形成されたダイヤモンド薄膜は厚さ約２μｍで
あった。このダイヤモンド薄膜のフォトルミネセンスス
ペクトルを図９に示す。測定条件は実施例３と同様であ
る。５２２０Å付近にダイヤモンドの鋭いピークと７２
４０Å付近にピークを持つブロードな発光帯とが見られ
る。このブロードな発光帯は膜中に混入したフィラメン
トのタングステンによるものである。
【００２３】比較例３と実施例３から、熱フィラメント
ＣＶＤ法において反応ガスの中に酸素ガスを添加するこ
とによりフィラメントのタングステンからのコンタミネ
ーションを防止することができ、高純度なダイヤモンド
薄膜が得られることがわかる。
ＣＶＤ法において反応ガスの中に酸素ガスを添加するこ
とによりフィラメントのタングステンからのコンタミネ
ーションを防止することができ、高純度なダイヤモンド
薄膜が得られることがわかる。
【００２４】以上の実施例と比較例の合成条件と測定結
果を表１にまとめる。
果を表１にまとめる。
【００２５】
【表１】
【００２６】本発明においては、反応ガス中に酸素ガス
を添加して、高純度ダイヤモンドを気相合成法により成
長させる。添加された酸素ガスは他の反応ガスと同様に
プラズマや熱フィラメント等によって分解され、励起状
態になる。励起状態になった酸素は不純物元素と反応し
て、ダイヤモンド中へのこれらの不純物の混入を阻止
し、その結果、高純度のダイヤモンドが得られる。上記
のような効果が得られる酸素ガスの量は、特に限定され
るものではないが、成長速度や純度等を考慮すると、酸
素原子数と炭素原子数の比率［Ｏ］／［Ｃ］を０．００
１以上、０．１以下にすることが好ましい。［Ｏ］／
［Ｃ］が０．１より大きい場合は、高純度なダイヤモン
ドは得られるが、成長速度が小さくなるため、成長時間
が非常に長くなり現実的でない。一方、［Ｏ］／［Ｃ］
が０．００１より小さい場合は、成長速度の低下はない
が、酸素の添加効果が充分得られないため純度が低くな
る。
を添加して、高純度ダイヤモンドを気相合成法により成
長させる。添加された酸素ガスは他の反応ガスと同様に
プラズマや熱フィラメント等によって分解され、励起状
態になる。励起状態になった酸素は不純物元素と反応し
て、ダイヤモンド中へのこれらの不純物の混入を阻止
し、その結果、高純度のダイヤモンドが得られる。上記
のような効果が得られる酸素ガスの量は、特に限定され
るものではないが、成長速度や純度等を考慮すると、酸
素原子数と炭素原子数の比率［Ｏ］／［Ｃ］を０．００
１以上、０．１以下にすることが好ましい。［Ｏ］／
［Ｃ］が０．１より大きい場合は、高純度なダイヤモン
ドは得られるが、成長速度が小さくなるため、成長時間
が非常に長くなり現実的でない。一方、［Ｏ］／［Ｃ］
が０．００１より小さい場合は、成長速度の低下はない
が、酸素の添加効果が充分得られないため純度が低くな
る。
【００２７】以上のように、酸素原子数と炭素原子数の
比［Ｏ］／［Ｃ］を０．００１以上、０．１以下にする
ことにより、従来よりも極めて高純度のダイヤモンドを
充分に大きい成長速度で得ることができる。また、用途
に応じてダイヤモンド薄膜の表面付近のみを高純度にす
る等の場合、成長初期では［Ｏ］／［Ｃ］を０．００１
より小さくしておく、或いは、酸素添加を行わないで、
充分に大きい成長速度で合成し、成長の途中で酸素の添
加量を段階的に増加させる等して、［Ｏ］／［Ｃ］が
０．１より大きくなるようにしても酸素添加の効果を得
ることができる。
比［Ｏ］／［Ｃ］を０．００１以上、０．１以下にする
ことにより、従来よりも極めて高純度のダイヤモンドを
充分に大きい成長速度で得ることができる。また、用途
に応じてダイヤモンド薄膜の表面付近のみを高純度にす
る等の場合、成長初期では［Ｏ］／［Ｃ］を０．００１
より小さくしておく、或いは、酸素添加を行わないで、
充分に大きい成長速度で合成し、成長の途中で酸素の添
加量を段階的に増加させる等して、［Ｏ］／［Ｃ］が
０．１より大きくなるようにしても酸素添加の効果を得
ることができる。
【００２８】
【発明の効果】炭素含有ガスを水素ガスで希釈した反応
ガスを用いて気相合成法によりダイヤモンドを合成する
方法において、反応ガス中に酸素ガスを導入することに
よりダイヤモンドに混入する不純物を除去して高純度化
することが可能になる。
ガスを用いて気相合成法によりダイヤモンドを合成する
方法において、反応ガス中に酸素ガスを導入することに
よりダイヤモンドに混入する不純物を除去して高純度化
することが可能になる。
【図１】本発明の実施例１及び比較例１に使用したマイ
クロ波プラズマＣＶＤ装置。
クロ波プラズマＣＶＤ装置。
【図２】実施例１で得られた高純度ダイヤモンド薄膜の
フォトルミネセンススペクトル。
フォトルミネセンススペクトル。
【図３】比較例１で得られたダイヤモンド薄膜のフォト
ルミネセンススペクトル。
ルミネセンススペクトル。
【図４】本発明の実施例２及び比較例２に使用したＥＣ
Ｒマイクロ波プラズマＣＶＤ装置。
Ｒマイクロ波プラズマＣＶＤ装置。
【図５】実施例２で得られた高純度ダイヤモンド薄膜の
フォトルミネセンススペクトル。
フォトルミネセンススペクトル。
【図６】比較例２で得られたダイヤモンド薄膜のフォト
ルミネセンススペクトル。
ルミネセンススペクトル。
【図７】本発明の実施例３及び比較例３に使用した熱フ
ィラメントＣＶＤ装置。
ィラメントＣＶＤ装置。
【図８】実施例３で得られた高純度ダイヤモンド薄膜の
フォトルミネセンススペクトル。
フォトルミネセンススペクトル。
【図９】比較例３で得られたダイヤモンド薄膜のフォト
ルミネセンススペクトル。
ルミネセンススペクトル。
１、１１、２１；基板 ２、１２、２２；基板ホルダー ３、１３；基板加熱用ヒータ ４、１４、２４；ガス導入口 ５、１５、２５；チャンバー ６、１６；マイクロ波発生器 ７、１７、２７；真空ポンプ １８；マグネットコイル ２３；フィラメント
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 幡 俊雄 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 高木 悛公 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】 炭素を含有する有機系ガス、あるいは無
機系ガス、あるいは前記有機系ガスと無機系ガスとを混
合した混合ガスを、水素ガスで希釈したガスを反応ガス
として用いる気相合成法によるダイヤモンドの合成方法
において、上記反応ガスに酸素ガスを添加することを特
徴とする高純度ダイヤモンドの合成方法。 - 【請求項２】 上記添加する酸素ガスの酸素原子数と、
上記反応ガス中の炭素原子数との比が、炭素原子数１に
対して、酸素原子数が、０．００１以上、０．１以下で
あることを特徴とする請求項１記載の高純度ダイヤモン
ドの合成方法。 - 【請求項３】 上記反応ガスに添加する酸素ガスの量
を、少なくとも合成初期と終了時とで異ならせたことを
特徴とする請求項１、又は２記載の高純度ダイヤモンド
の合成方法。 - 【請求項４】 合成初期に添加する酸素ガスの量を、合
成終了時の酸素ガスの量より少なくしたことを特徴とす
る請求項１、２、又は３記載の高純度ダイヤモンドの合
成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12201697A JP4480192B2 (ja) | 1997-05-13 | 1997-05-13 | 高純度ダイヤモンドの合成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12201697A JP4480192B2 (ja) | 1997-05-13 | 1997-05-13 | 高純度ダイヤモンドの合成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10316491A true JPH10316491A (ja) | 1998-12-02 |
| JP4480192B2 JP4480192B2 (ja) | 2010-06-16 |
Family
ID=14825497
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12201697A Expired - Fee Related JP4480192B2 (ja) | 1997-05-13 | 1997-05-13 | 高純度ダイヤモンドの合成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4480192B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103710748A (zh) * | 2013-12-12 | 2014-04-09 | 王宏兴 | 一种高质量高速度单晶金刚石薄膜的生长方法 |
| CN114318529A (zh) * | 2021-11-26 | 2022-04-12 | 长沙新材料产业研究院有限公司 | 一种金刚石及其合成工艺 |
-
1997
- 1997-05-13 JP JP12201697A patent/JP4480192B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103710748A (zh) * | 2013-12-12 | 2014-04-09 | 王宏兴 | 一种高质量高速度单晶金刚石薄膜的生长方法 |
| CN114318529A (zh) * | 2021-11-26 | 2022-04-12 | 长沙新材料产业研究院有限公司 | 一种金刚石及其合成工艺 |
| CN114318529B (zh) * | 2021-11-26 | 2023-12-12 | 航天科工(长沙)新材料研究院有限公司 | 一种金刚石及其合成工艺 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4480192B2 (ja) | 2010-06-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5368897A (en) | Method for arc discharge plasma vapor deposition of diamond | |
| JPS59128281A (ja) | 炭化けい素被覆物の製造方法 | |
| JPH05506064A (ja) | 電子用途用ダイヤモンド載置基板 | |
| US8158011B2 (en) | Method of fabrication of cubic boron nitride conical microstructures | |
| JPH059735A (ja) | ダイヤモンドの気相合成方法 | |
| US5624719A (en) | Process for synthesizing diamond in a vapor phase | |
| JP3861346B2 (ja) | ダイヤモンド合成方法 | |
| JP2020105040A (ja) | 基板上のグラフェン膜の直接成膜法及び走査型プローブ顕微鏡用カンチレバー | |
| JPH03240959A (ja) | 窒化炭素薄膜の合成方法 | |
| JP4480192B2 (ja) | 高純度ダイヤモンドの合成方法 | |
| Huang et al. | Growth of diamond films with high surface smoothness | |
| JPH06316402A (ja) | 光照射併用プラズマｃｖｄ法による硬質窒化ホウ素の製造法 | |
| JP3190100B2 (ja) | 炭素材料作製装置 | |
| JP2803396B2 (ja) | ダイヤモンド薄膜合成装置 | |
| JPH0448757B2 (ja) | ||
| JP3219832B2 (ja) | 炭化珪素薄膜の作製方法 | |
| JPH0518794B2 (ja) | ||
| JPS63265890A (ja) | ダイヤモンド薄膜又はダイヤモンド状薄膜の製造方法 | |
| JPH03141199A (ja) | 単結晶ｃｖｄダイヤモンドの製造方法 | |
| JP2636167B2 (ja) | ダイヤモンドの気相合成法 | |
| JPH04300291A (ja) | ダイヤモンド膜作製方法 | |
| JPS63282200A (ja) | ダイヤモンドの化学気相成長方法 | |
| Nayak et al. | Electron beam activated plasma chemical vapour deposition of polycrystalline diamond films | |
| JPS60127292A (ja) | ダイヤモンドの製造法 | |
| JPH05306193A (ja) | ダイヤモンド膜の被覆方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040419 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20040419 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070118 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070123 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070323 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070529 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070726 |
|
| A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20070817 |
|
| A912 | Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20070914 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100203 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100316 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130326 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent (=grant) or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130326 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140326 Year of fee payment: 4 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |