JPH111392A - 単結晶ダイヤモンドの製造方法および製造装置 - Google Patents
単結晶ダイヤモンドの製造方法および製造装置Info
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- JPH111392A JPH111392A JP10043325A JP4332598A JPH111392A JP H111392 A JPH111392 A JP H111392A JP 10043325 A JP10043325 A JP 10043325A JP 4332598 A JP4332598 A JP 4332598A JP H111392 A JPH111392 A JP H111392A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 プラズマＣＶＤ法および熱フィラメント法の
いずれの方法によっても、安定に大面積の単結晶ダイヤ
モンドを製造する方法、およびその製造装置を提供す
る。 【解決手段】 初期の単結晶ダイヤモンド基材５０とし
て、その主表面および側面が低指数面からなる平板を用
い、その単結晶ダイヤモンド基材５０に単結晶ダイヤモ
ンドをホモエピタキシャル気相成長させることによっ
て、大面積の単結晶ダイヤモンドを形成する。単結晶ダ
イヤモンド基材５０の保持手段としては、炭素との化合
物を形成し難い材質からなるか、または、そのような材
料を被覆したものを用いる。この製造方法および装置に
より、基材表面に安定して単結晶ダイヤモンドを成長さ
せることができ、その結果、大面積の良質な単結晶ダイ
ヤモンドをより短時間で形成することができる。
いずれの方法によっても、安定に大面積の単結晶ダイヤ
モンドを製造する方法、およびその製造装置を提供す
る。 【解決手段】 初期の単結晶ダイヤモンド基材５０とし
て、その主表面および側面が低指数面からなる平板を用
い、その単結晶ダイヤモンド基材５０に単結晶ダイヤモ
ンドをホモエピタキシャル気相成長させることによっ
て、大面積の単結晶ダイヤモンドを形成する。単結晶ダ
イヤモンド基材５０の保持手段としては、炭素との化合
物を形成し難い材質からなるか、または、そのような材
料を被覆したものを用いる。この製造方法および装置に
より、基材表面に安定して単結晶ダイヤモンドを成長さ
せることができ、その結果、大面積の良質な単結晶ダイ
ヤモンドをより短時間で形成することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、気相合成法を用い
た単結晶ダイヤモンドの製造方法および製造装置に関
し、特に、切削工具，精密工具，半導体材料，電子部
品，光学部品などに用いられる、１０ｍｍ×１０ｍｍ程
度以上の比較的大型の単結晶ダイヤモンドの製造方法お
よび製造装置に関するものである。
た単結晶ダイヤモンドの製造方法および製造装置に関
し、特に、切削工具，精密工具，半導体材料，電子部
品，光学部品などに用いられる、１０ｍｍ×１０ｍｍ程
度以上の比較的大型の単結晶ダイヤモンドの製造方法お
よび製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ダイヤモンドは、高硬度，高熱伝導率，
透明度などの数多くの優れた性質を有することから、各
種工具，光学部品，半導体，電子部品などの材料として
幅広く用いられており、今後さらに重要性が増すものと
考えられる。
透明度などの数多くの優れた性質を有することから、各
種工具，光学部品，半導体，電子部品などの材料として
幅広く用いられており、今後さらに重要性が増すものと
考えられる。
【０００３】ダイヤモンドは、過去には天然に産出する
ものが工業用に使用されていたが、現在では人工的に合
成されたものが中心に用いられている。従来から、多結
晶ダイヤモンドについては、プラズマＣＶＤ（Chemical
Vapor Deosition）などの気相合成法によって比較的大
型のものが人工的に製造されていた（たとえば「応用物
理，第55巻第７号，1986, p640〜p653」参照）。しかし
ながら、このような多結晶ダイヤモンドは、基板１上に
形成された多結晶ダイヤモンド層が均一でないため、研
磨した際に十分平滑な面が得られないなどの問題があっ
た。よって、ダイヤモンドの用途の中でも特に平滑な面
を必要とする超精密工具や光学部品、半導体などに用い
られる場合は、結晶方位に均一な多結晶ダイヤモンドを
用いることが必要であった。このような単結晶ダイヤモ
ンドは天然にも産出されるが、極めて稀少であるため、
従来から人工的に製造する方法が検討されている。
ものが工業用に使用されていたが、現在では人工的に合
成されたものが中心に用いられている。従来から、多結
晶ダイヤモンドについては、プラズマＣＶＤ（Chemical
Vapor Deosition）などの気相合成法によって比較的大
型のものが人工的に製造されていた（たとえば「応用物
理，第55巻第７号，1986, p640〜p653」参照）。しかし
ながら、このような多結晶ダイヤモンドは、基板１上に
形成された多結晶ダイヤモンド層が均一でないため、研
磨した際に十分平滑な面が得られないなどの問題があっ
た。よって、ダイヤモンドの用途の中でも特に平滑な面
を必要とする超精密工具や光学部品、半導体などに用い
られる場合は、結晶方位に均一な多結晶ダイヤモンドを
用いることが必要であった。このような単結晶ダイヤモ
ンドは天然にも産出されるが、極めて稀少であるため、
従来から人工的に製造する方法が検討されている。
【０００４】気相合成技術を用いた単結晶ダイヤモンド
の従来の製造方法として、炭素源として炭化水素，酸化
炭素，アルコール，アセトンなどの少なくとも１つ以上
の炭素源を水素，酸素，水，窒素，ハロゲン等と混合し
た原料ガスを用いて、直流，低周波交流，高周波または
マイクロ波を用いてその原料ガスを分解し活性化して発
生させた、低温あるいは高温のプラズマを用いて基材に
単結晶ダイヤモンドを気相成長させるプラズマ気相成長
法や、高温加熱したタングステンフィラメント等の熱電
子放射材を使用して基材に単結晶ダイヤモンドを気相成
長させる熱フィラメント法が挙げられる。また、これら
のうちのいずれの気相成長法を用いた場合においても、
使用する基材の種類により、単結晶ダイヤモンドの基材
上に単結晶ダイヤモンドをホモエピタキシャル成長させ
る方法と、非ダイヤモンド基材上に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方法とが採用され得
る。また、ホモエピタキシャル成長を用いた場合におい
て、基材の面積を大きくする目的で、複数個の単結晶ダ
イヤモンドを同一平面内に隣接させて接合した基材を使
用するモザイク成長（特開平３−７５２９８号公報，Di
amond and RelatedMaterial 4(1995) p1025-1031 等参
照）などの方法がある。
の従来の製造方法として、炭素源として炭化水素，酸化
炭素，アルコール，アセトンなどの少なくとも１つ以上
の炭素源を水素，酸素，水，窒素，ハロゲン等と混合し
た原料ガスを用いて、直流，低周波交流，高周波または
マイクロ波を用いてその原料ガスを分解し活性化して発
生させた、低温あるいは高温のプラズマを用いて基材に
単結晶ダイヤモンドを気相成長させるプラズマ気相成長
法や、高温加熱したタングステンフィラメント等の熱電
子放射材を使用して基材に単結晶ダイヤモンドを気相成
長させる熱フィラメント法が挙げられる。また、これら
のうちのいずれの気相成長法を用いた場合においても、
使用する基材の種類により、単結晶ダイヤモンドの基材
上に単結晶ダイヤモンドをホモエピタキシャル成長させ
る方法と、非ダイヤモンド基材上に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方法とが採用され得
る。また、ホモエピタキシャル成長を用いた場合におい
て、基材の面積を大きくする目的で、複数個の単結晶ダ
イヤモンドを同一平面内に隣接させて接合した基材を使
用するモザイク成長（特開平３−７５２９８号公報，Di
amond and RelatedMaterial 4(1995) p1025-1031 等参
照）などの方法がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来のホモエピタキシ
ャル成長では、成長の途中で双晶や二次核が成長するこ
とにより側面に異常成長を有し、加えて基材保持台から
成長してくる多結晶ダイヤモンドにより横方向へ広がら
ないという問題があった。ヘテロエピタキシャル成長で
は、上面の方位が揃う技術は進歩してきたものの、面内
における方位の整合が今のところは解決しきれていな
い。またモザイク成長では単結晶ダイヤモンド基材同士
の接合部が不整合で界面として残り、そこに異常成長が
生じるため大面積の単結晶ダイヤモンドにはならず、界
面の形成をなくすためには基材同士の角度を完全に揃え
なければならないという問題があった。
ャル成長では、成長の途中で双晶や二次核が成長するこ
とにより側面に異常成長を有し、加えて基材保持台から
成長してくる多結晶ダイヤモンドにより横方向へ広がら
ないという問題があった。ヘテロエピタキシャル成長で
は、上面の方位が揃う技術は進歩してきたものの、面内
における方位の整合が今のところは解決しきれていな
い。またモザイク成長では単結晶ダイヤモンド基材同士
の接合部が不整合で界面として残り、そこに異常成長が
生じるため大面積の単結晶ダイヤモンドにはならず、界
面の形成をなくすためには基材同士の角度を完全に揃え
なければならないという問題があった。
【０００６】また従来は、基材保持台として、シリコン
やシリコンカーバイド、キュービックボロンナイトライ
ドなどのような、炭素と反応して化合物を形成し易い材
料を用いていたため、基材近傍に単結晶ダイヤモンドの
成長を妨げる多結晶ダイヤモンドが生成するという問題
があった。
やシリコンカーバイド、キュービックボロンナイトライ
ドなどのような、炭素と反応して化合物を形成し易い材
料を用いていたため、基材近傍に単結晶ダイヤモンドの
成長を妨げる多結晶ダイヤモンドが生成するという問題
があった。
【０００７】これらのような従来の問題点を解消するた
め、本発明は、プラズマＣＶＤ法および熱フィラメント
法のいずれの方法によっても、安定に大面積の単結晶ダ
イヤモンドを製造する方法、およびその製造装置を提供
することを目的とする。
め、本発明は、プラズマＣＶＤ法および熱フィラメント
法のいずれの方法によっても、安定に大面積の単結晶ダ
イヤモンドを製造する方法、およびその製造装置を提供
することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する請求
項１に記載の本発明の単結晶ダイヤモンドの製造方法
は、単結晶ダイヤモンド基材として、その主表面および
側面が低指数面からなるものを用い、その基材に単結晶
ダイヤモンドをホモエピタキシャル気相成長させること
によって、大面積の単結晶ダイヤモンドを形成すること
を、主たる特徴としている。
項１に記載の本発明の単結晶ダイヤモンドの製造方法
は、単結晶ダイヤモンド基材として、その主表面および
側面が低指数面からなるものを用い、その基材に単結晶
ダイヤモンドをホモエピタキシャル気相成長させること
によって、大面積の単結晶ダイヤモンドを形成すること
を、主たる特徴としている。
【０００９】ここで、「低指数面」とは、ミラー指数表
示で、｛１００｝｛１１０｝｛１１１｝およびこれらの
面に対して５°以内の角度をなす面、ならびに｛３１
１｝｛３３１｝｛５１１｝｛５５１｝｛７１１｝面およ
びこれらの面に対して１°以内の角度をなす面の全てを
指すものと定義される。
示で、｛１００｝｛１１０｝｛１１１｝およびこれらの
面に対して５°以内の角度をなす面、ならびに｛３１
１｝｛３３１｝｛５１１｝｛５５１｝｛７１１｝面およ
びこれらの面に対して１°以内の角度をなす面の全てを
指すものと定義される。
【００１０】このように、単結晶ダイヤモンド基材とし
て、その主表面および側面が、エネルギー的に安定な低
指数面からなるものを用いることにより、基材表面に安
定して単結晶ダイヤモンドを成長させることができ、そ
の結果、大面積の良質な単結晶ダイヤモンドを形成する
ことができる。
て、その主表面および側面が、エネルギー的に安定な低
指数面からなるものを用いることにより、基材表面に安
定して単結晶ダイヤモンドを成長させることができ、そ
の結果、大面積の良質な単結晶ダイヤモンドを形成する
ことができる。
【００１１】本発明の好ましい実施例においては、請求
項２に記載のように、単結晶ダイヤモンド基材の側面を
構成する低指数面における単結晶ダイヤモンドの気相成
長速度がより速くなる気相成長条件を使用する。このよ
うな気相成長条件を選ぶことにより、大面積の単結晶ダ
イヤモンドをより短い時間で形成することができ、生産
効率が向上する。
項２に記載のように、単結晶ダイヤモンド基材の側面を
構成する低指数面における単結晶ダイヤモンドの気相成
長速度がより速くなる気相成長条件を使用する。このよ
うな気相成長条件を選ぶことにより、大面積の単結晶ダ
イヤモンドをより短い時間で形成することができ、生産
効率が向上する。
【００１２】単結晶ダイヤモンド基材として、請求項３
に記載のように、その主表面が、｛１００｝面に対する
傾きが５°以内の正方形の面からなり、４つの側面が、
｛１００｝面に対する傾きが５°以内の面または｛１１
０｝面に対する傾きが５°以内の面を用いることが好ま
しい。
に記載のように、その主表面が、｛１００｝面に対する
傾きが５°以内の正方形の面からなり、４つの側面が、
｛１００｝面に対する傾きが５°以内の面または｛１１
０｝面に対する傾きが５°以内の面を用いることが好ま
しい。
【００１３】このような低指数面からなる基材の側面に
おける単結晶ダイヤモンドの気相成長速度の指標とし
て、〈１００〉方向の気相成長速度Ｖ〈１００〉と〈１
１１〉方向の気相成長速度Ｖ〈１１１〉との比、すなわ
ちＶ〈１００〉／Ｖ〈１１１〉で定義される成長速度比
が用いられ、ホモエピタキシャル成長を行なう条件は、
基材の側面の面方位に合わせて決定する。具体的には基
材の側面が｛１００｝面であるときは成長速度比が１．
６２以上、特に好ましくは３0.5 以上の〈１００〉配向
成長条件で成長させる。また、側面が｛１１０｝面であ
るときは成長速度比が０．８１〜０．９２、特に好まし
くは０．５×３0.5 の〈１１０〉配向成長条件で成長さ
せ、側面が｛１１１｝面であるときは成長速度比が０．
６４以下、特に好ましくは３-0.5以下の〈１１１〉配向
成長条件で成長させる。側面が２つの面方位で構成され
ているときは、どちらかの面方位に合わせた条件で成長
させる。これにより、その側面の延長上はその方位への
成長が最も速いため異常成長が形成しにくくなり、異常
成長の含まれる領域を限定することが可能となる。
おける単結晶ダイヤモンドの気相成長速度の指標とし
て、〈１００〉方向の気相成長速度Ｖ〈１００〉と〈１
１１〉方向の気相成長速度Ｖ〈１１１〉との比、すなわ
ちＶ〈１００〉／Ｖ〈１１１〉で定義される成長速度比
が用いられ、ホモエピタキシャル成長を行なう条件は、
基材の側面の面方位に合わせて決定する。具体的には基
材の側面が｛１００｝面であるときは成長速度比が１．
６２以上、特に好ましくは３0.5 以上の〈１００〉配向
成長条件で成長させる。また、側面が｛１１０｝面であ
るときは成長速度比が０．８１〜０．９２、特に好まし
くは０．５×３0.5 の〈１１０〉配向成長条件で成長さ
せ、側面が｛１１１｝面であるときは成長速度比が０．
６４以下、特に好ましくは３-0.5以下の〈１１１〉配向
成長条件で成長させる。側面が２つの面方位で構成され
ているときは、どちらかの面方位に合わせた条件で成長
させる。これにより、その側面の延長上はその方位への
成長が最も速いため異常成長が形成しにくくなり、異常
成長の含まれる領域を限定することが可能となる。
【００１４】本発明の他の好ましい実施例においては、
請求項４に記載のように、単結晶ダイヤモンド基材とし
て、その主表面が｛１００｝面に対する傾きが５°以内
の正方形の面からなり、４つの側面が、｛１００｝面に
対する傾きが５°以内の面からなるものを用い、かつ、
｛１１１｝面に対する単結晶ダイヤモンドの気相成長速
度が最も速くなる気相成長条件を使用する。
請求項４に記載のように、単結晶ダイヤモンド基材とし
て、その主表面が｛１００｝面に対する傾きが５°以内
の正方形の面からなり、４つの側面が、｛１００｝面に
対する傾きが５°以内の面からなるものを用い、かつ、
｛１１１｝面に対する単結晶ダイヤモンドの気相成長速
度が最も速くなる気相成長条件を使用する。
【００１５】このように、〈１１０〉配向条件に代えて
〈１１１〉配向条件を使用することによって、〈１１
０〉配向条件の場合のような、成長が進むにつれて｛１
１０｝側面の厚さが徐々に薄くなるという現象が生じな
いため、より大面積の単結晶ダイヤモンド基材を形成し
易くなるという利点がある。
〈１１１〉配向条件を使用することによって、〈１１
０〉配向条件の場合のような、成長が進むにつれて｛１
１０｝側面の厚さが徐々に薄くなるという現象が生じな
いため、より大面積の単結晶ダイヤモンド基材を形成し
易くなるという利点がある。
【００１６】本発明においては、請求項５に記載のよう
に、単結晶ダイヤモンド基材の主表面および側面に単結
晶ダイヤモンドを気相成長させた後に、気相成長前の側
面と異なる低指数面が新たな側面を構成するように、前
記主表面に略垂直な面で切断して単結晶ダイヤモンドを
切出すことによって、ホモエピタキシャル成長の途中で
異常成長した双晶や二次核を除去している。
に、単結晶ダイヤモンド基材の主表面および側面に単結
晶ダイヤモンドを気相成長させた後に、気相成長前の側
面と異なる低指数面が新たな側面を構成するように、前
記主表面に略垂直な面で切断して単結晶ダイヤモンドを
切出すことによって、ホモエピタキシャル成長の途中で
異常成長した双晶や二次核を除去している。
【００１７】また、本発明の好ましい実施例において
は、請求項６に記載のように、単結晶ダイヤモンド基材
として、｛１００｝面に対する傾きが５°以内の面から
なる４つの側面からなるものを用い、主表面に略垂直な
面で切断して略直方体形状の単結晶ダイヤモンドを切り
出す工程の前に、さらに次の工程を備える。すなわち、
４つの側面の各々の下側から成長する傾斜面の上端が単
結晶ダイヤモンド基材の上側の主表面の高さに到達した
とき、またはその前の段階で、上面から単結晶ダイヤモ
ンド基材の上側の主表面位置まで、および、下面から傾
斜面の上端まで研磨により除去する工程をさらに備え
る。
は、請求項６に記載のように、単結晶ダイヤモンド基材
として、｛１００｝面に対する傾きが５°以内の面から
なる４つの側面からなるものを用い、主表面に略垂直な
面で切断して略直方体形状の単結晶ダイヤモンドを切り
出す工程の前に、さらに次の工程を備える。すなわち、
４つの側面の各々の下側から成長する傾斜面の上端が単
結晶ダイヤモンド基材の上側の主表面の高さに到達した
とき、またはその前の段階で、上面から単結晶ダイヤモ
ンド基材の上側の主表面位置まで、および、下面から傾
斜面の上端まで研磨により除去する工程をさらに備え
る。
【００１８】このように、４つの側面の各々の下側から
成長する傾斜面の上端が単結晶ダイヤモンド基材の上側
の主表面の高さに到達したとき、またはその前の段階
で、研磨による除去工程を行なうのは、傾斜面が単結晶
ダイヤモンド基材の上側の主表面まで到達してもなお成
長を続けたとしても、それによって形成されるのは本製
造方法では不要となる部位であり、より大型の単結晶ダ
イヤモンドをより早く形成する本発明の目的に反する結
果となるからである。
成長する傾斜面の上端が単結晶ダイヤモンド基材の上側
の主表面の高さに到達したとき、またはその前の段階
で、研磨による除去工程を行なうのは、傾斜面が単結晶
ダイヤモンド基材の上側の主表面まで到達してもなお成
長を続けたとしても、それによって形成されるのは本製
造方法では不要となる部位であり、より大型の単結晶ダ
イヤモンドをより早く形成する本発明の目的に反する結
果となるからである。
【００１９】但し、最も大きな面積の必要な部位の単結
晶ダイヤモンドを成長させて製造効率を高くするという
観点からは、４つの各側面の下側から出現してくる傾斜
面が単結晶ダイヤモンドの基材の上側の表面まで達した
段階（図４（ｂ）において破線で示した位置まで成長し
た段階）で次の工程に進むことが好ましい。
晶ダイヤモンドを成長させて製造効率を高くするという
観点からは、４つの各側面の下側から出現してくる傾斜
面が単結晶ダイヤモンドの基材の上側の表面まで達した
段階（図４（ｂ）において破線で示した位置まで成長し
た段階）で次の工程に進むことが好ましい。
【００２０】さらに、本発明の他の好ましい実施例にお
いては、請求項７に記載のように、単結晶ダイヤモンド
基材として、｛１１０｝面に対する傾きが５°以内の面
からなる４つの側面からなるものを用い、主表面に略垂
直な面で切断して略直方体形状の単結晶ダイヤモンドを
切り出す工程の前に、さらに次の工程を備える。まず、
４つの側面の各々に、上下に対向して成長する、｛１１
１｝面に対する傾きが５°以内の１対の傾斜面が、該１
対の傾斜面同士が交わる線が稜線をなすまで成長して、
４つの側面に平行な成長面が消失するとき、またはその
前の段階で、主表面が成長して形成された上側の面か
ら、上記稜線を含む平面まで除去して、｛１００｝面に
対する傾きが５°以内の面からなる新たな成長開始主表
面を形成する。次に、その新たな成長開始主表面上に、
単結晶ダイヤモンドを気相成長させるた後、下面から前
記新たな成長開始主表面までを除去する。
いては、請求項７に記載のように、単結晶ダイヤモンド
基材として、｛１１０｝面に対する傾きが５°以内の面
からなる４つの側面からなるものを用い、主表面に略垂
直な面で切断して略直方体形状の単結晶ダイヤモンドを
切り出す工程の前に、さらに次の工程を備える。まず、
４つの側面の各々に、上下に対向して成長する、｛１１
１｝面に対する傾きが５°以内の１対の傾斜面が、該１
対の傾斜面同士が交わる線が稜線をなすまで成長して、
４つの側面に平行な成長面が消失するとき、またはその
前の段階で、主表面が成長して形成された上側の面か
ら、上記稜線を含む平面まで除去して、｛１００｝面に
対する傾きが５°以内の面からなる新たな成長開始主表
面を形成する。次に、その新たな成長開始主表面上に、
単結晶ダイヤモンドを気相成長させるた後、下面から前
記新たな成長開始主表面までを除去する。
【００２１】このように、１対の傾斜面同士が交わる線
が稜線をなすまで成長して、単結晶ダイヤモンド基材の
４つの側面に平行な成長面が消失するとき、またはその
前の段階で、主表面が成長して形成された上側の面か
ら、上記稜線を含む平面まで除去し、その後に単結晶ダ
イヤモンドを切り出す工程を行なうのは、単結晶ダイヤ
モンド基材の４つの側面に平行な成長面が消失した段階
（図９（ｂ）に破線で示した位置まで成長した段階）か
らさらに成長を続けて行なっても、成長後の単結晶ダイ
ヤモンド基板から切り出せる単結晶ダイヤ面の大きさは
増加せず、本製造方法では不良となる多結晶ダイヤモン
ド部位が増加するだけであり、より大型の単結晶ダイヤ
モンドをより早く形成する本願発明の目的に反する結果
となるからである。但し、切り出せる単結晶ダイヤモン
ドの面積を最も大きくして製造効率を高くするという観
点からは、４つの各側面のそれぞれが上記１対の傾斜面
の成長によってちょうど消失した段階で次の工程に進む
ようにすることが好ましい。
が稜線をなすまで成長して、単結晶ダイヤモンド基材の
４つの側面に平行な成長面が消失するとき、またはその
前の段階で、主表面が成長して形成された上側の面か
ら、上記稜線を含む平面まで除去し、その後に単結晶ダ
イヤモンドを切り出す工程を行なうのは、単結晶ダイヤ
モンド基材の４つの側面に平行な成長面が消失した段階
（図９（ｂ）に破線で示した位置まで成長した段階）か
らさらに成長を続けて行なっても、成長後の単結晶ダイ
ヤモンド基板から切り出せる単結晶ダイヤ面の大きさは
増加せず、本製造方法では不良となる多結晶ダイヤモン
ド部位が増加するだけであり、より大型の単結晶ダイヤ
モンドをより早く形成する本願発明の目的に反する結果
となるからである。但し、切り出せる単結晶ダイヤモン
ドの面積を最も大きくして製造効率を高くするという観
点からは、４つの各側面のそれぞれが上記１対の傾斜面
の成長によってちょうど消失した段階で次の工程に進む
ようにすることが好ましい。
【００２２】主表面に略垂直な面で切断して略直方体形
状の単結晶ダイヤモンドを切出す上記工程は、請求項８
に記載のように、｛１００｝面に対する傾きが５°以内
の面が切断前の側面を構成する場合には、｛１１０｝面
に対する傾きが５°以内の面が新たな側面を構成するよ
うに切出し、｛１１０｝面に対する傾きが５°以内の面
が切断前の側面を構成する場合には、｛１００｝面に対
する傾きが５°以内の面が新たな側面になるように切出
す工程を含む。
状の単結晶ダイヤモンドを切出す上記工程は、請求項８
に記載のように、｛１００｝面に対する傾きが５°以内
の面が切断前の側面を構成する場合には、｛１１０｝面
に対する傾きが５°以内の面が新たな側面を構成するよ
うに切出し、｛１１０｝面に対する傾きが５°以内の面
が切断前の側面を構成する場合には、｛１００｝面に対
する傾きが５°以内の面が新たな側面になるように切出
す工程を含む。
【００２３】また、本発明の単結晶ダイヤモンドの製造
方法においては、請求項９に記載のように、切断前の側
面が｛１００｝面に対する傾きが５°以内の面からなる
単結晶ダイヤモンドを、｛１１０｝面に対する傾きが５
°以内の面が新たな側面を構成するように切出す工程
と、切断前の側面が｛１１０｝面に対する傾きが５°以
内の面からなる単結晶ダイヤモンドを、新たな側面が
｛１００｝面に対する傾きが５°以内の面が新たな側面
を構成するように切出す工程とを、交互に繰り返すこと
によって、大面積の単結晶ダイヤモンドが形成される。
方法においては、請求項９に記載のように、切断前の側
面が｛１００｝面に対する傾きが５°以内の面からなる
単結晶ダイヤモンドを、｛１１０｝面に対する傾きが５
°以内の面が新たな側面を構成するように切出す工程
と、切断前の側面が｛１１０｝面に対する傾きが５°以
内の面からなる単結晶ダイヤモンドを、新たな側面が
｛１００｝面に対する傾きが５°以内の面が新たな側面
を構成するように切出す工程とを、交互に繰り返すこと
によって、大面積の単結晶ダイヤモンドが形成される。
【００２４】上記本発明の単結晶ダイヤモンドの製造方
法を良好に実現可能にする本発明の単結晶ダイヤモンド
の製造装置は、請求項１０に記載のとおり、反応容器
と、この反応容器内へダイヤモンドを気相合成するため
の原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、反応容器内
のガスを排出し、減圧するための排気手段と、反応容器
内において単結晶ダイヤモンド基材を保持するための基
材保持手段とを備え、基材保持手段の少なくとも単結晶
ダイヤモンド基材を載置する領域の近傍が、炭素との化
合物を形成し難い材質からなるか、または、炭素との化
合物を形成し難い材料を被覆したものからなっている。
法を良好に実現可能にする本発明の単結晶ダイヤモンド
の製造装置は、請求項１０に記載のとおり、反応容器
と、この反応容器内へダイヤモンドを気相合成するため
の原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、反応容器内
のガスを排出し、減圧するための排気手段と、反応容器
内において単結晶ダイヤモンド基材を保持するための基
材保持手段とを備え、基材保持手段の少なくとも単結晶
ダイヤモンド基材を載置する領域の近傍が、炭素との化
合物を形成し難い材質からなるか、または、炭素との化
合物を形成し難い材料を被覆したものからなっている。
【００２５】この構成によれば、基材保持台からダイヤ
モンドが析出することが抑制されるため、単結晶ダイヤ
モンドの成長を妨げる多結晶ダイヤモンドの生成を抑制
される。その結果、励起されたダイヤモンドの前駆体が
保持台上で捕らわれにくくなって、基材側面に到達する
確率が増加するため、大面積の単結晶ダイヤモンドの製
造をより速く行なうことが可能となる。
モンドが析出することが抑制されるため、単結晶ダイヤ
モンドの成長を妨げる多結晶ダイヤモンドの生成を抑制
される。その結果、励起されたダイヤモンドの前駆体が
保持台上で捕らわれにくくなって、基材側面に到達する
確率が増加するため、大面積の単結晶ダイヤモンドの製
造をより速く行なうことが可能となる。
【００２６】このような基材保持手段として、請求項１
１に記載のように、少なくとも単結晶ダイヤモンド基材
を載置する領域の近傍が、銅，白金，イリジウム，モリ
ブデン，グラファイト，金，銀，ニッケルおよびコバル
トのうちのいずれかの材料からなるか、またはこれらの
材料のうちのいずれかを被覆したものであることが好ま
しい。
１に記載のように、少なくとも単結晶ダイヤモンド基材
を載置する領域の近傍が、銅，白金，イリジウム，モリ
ブデン，グラファイト，金，銀，ニッケルおよびコバル
トのうちのいずれかの材料からなるか、またはこれらの
材料のうちのいずれかを被覆したものであることが好ま
しい。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。
て、図面を参照しながら説明する。
【００２８】（実施の形態１）図１０は、本発明の実施
の形態１における実験に使用した、ダイヤモンド気相合
成用のマイクロ波ＣＶＤ装置を示す模式図である。図１
０に示すマイクロ波ＣＶＤ装置においては、マイクロ波
電源４、アイソレータおよびチューナ５等からなるマイ
クロ波発生部から発生するマイクロ波は、導波管６を介
してプランジャ１０へ向かう。そして、導波管の途中の
位置には、反応容器としての石英管７が設けられてお
り、この石英管７の上部には原料ガスの導入口９が、下
部には排出口８が設けられている。石英管７内の導波管
６と交差する位置に、基材ホルダ１が配置されており、
この基材ホルダ１上に基材２が設置されるようになって
いる。
の形態１における実験に使用した、ダイヤモンド気相合
成用のマイクロ波ＣＶＤ装置を示す模式図である。図１
０に示すマイクロ波ＣＶＤ装置においては、マイクロ波
電源４、アイソレータおよびチューナ５等からなるマイ
クロ波発生部から発生するマイクロ波は、導波管６を介
してプランジャ１０へ向かう。そして、導波管の途中の
位置には、反応容器としての石英管７が設けられてお
り、この石英管７の上部には原料ガスの導入口９が、下
部には排出口８が設けられている。石英管７内の導波管
６と交差する位置に、基材ホルダ１が配置されており、
この基材ホルダ１上に基材２が設置されるようになって
いる。
【００２９】図１（ａ）および図４（ａ）に示す上面５
０ａが正方形の｛１００｝面、側面５０ａ，５０ｂも
｛１００｝面の、厚さが０．５ｍｍ以上の単結晶ダイヤ
モンドを基材（以下「素基材」と記す）５０とし、前述
したマイクロ波ＣＶＤ装置のモリブデン製の基材ホルダ
上に設置し、成長速度比がほぼ３0.5 である〈１００〉
優先配向成長条件、具体的にはメタン濃度１０±０．５
％のメタン−水素系混合ガスを用い、反応容器内圧力１
４０±５Ｔｏｒｒ、基材温度１０００±１０℃に維持し
た条件でホモエピタキシャル成長を行なったところ、図
１（ｂ），図３（ａ）および図４（ｂ）に示すように成
長し、素基材の側面５０ａ，５０ｂの下部から傾斜面５
１が出現するとともに、上面四隅には異常成長部１１
（図４（ｂ）参照）が生じ、上面四隅の各上コーナ部に
は、落ち部分５２が生じる。
０ａが正方形の｛１００｝面、側面５０ａ，５０ｂも
｛１００｝面の、厚さが０．５ｍｍ以上の単結晶ダイヤ
モンドを基材（以下「素基材」と記す）５０とし、前述
したマイクロ波ＣＶＤ装置のモリブデン製の基材ホルダ
上に設置し、成長速度比がほぼ３0.5 である〈１００〉
優先配向成長条件、具体的にはメタン濃度１０±０．５
％のメタン−水素系混合ガスを用い、反応容器内圧力１
４０±５Ｔｏｒｒ、基材温度１０００±１０℃に維持し
た条件でホモエピタキシャル成長を行なったところ、図
１（ｂ），図３（ａ）および図４（ｂ）に示すように成
長し、素基材の側面５０ａ，５０ｂの下部から傾斜面５
１が出現するとともに、上面四隅には異常成長部１１
（図４（ｂ）参照）が生じ、上面四隅の各上コーナ部に
は、落ち部分５２が生じる。
【００３０】その後さらに、図１（ｃ）に示すように
｛１００｝側面の延長上に異常成長が生じずに成長し、
傾斜面５１の上端が、図３（ｂ）において破線で示す位
置、すなわち素基材５０の上側の主表面５０ａの位置に
到達する。この段階で、図２（ａ）に破線で示す下面か
ら傾斜面５１の上端までを研磨により除去し、その後さ
らに、図２（ｂ）に破線で示す部分、すなわち、上面か
ら上面四隅の落ち部分５２の下端まで研磨し、落ち部分
５２を消失させることにより、図２（ｃ）および図４
（ｃ）に示すように、異常成長部１１を含む直方体形状
のダイヤモンド基板５３を形成する。この基板５３を、
図２（ｃ）および図４（ｃ）に示す切り出し線１２位置
で、ＹＡＧレーザによる切断加工を施すことにより、図
５（ａ）および図８（ａ）に示すような、上面が正方形
の｛１００｝面からなり、かつ、４つの側面が｛１１
０｝面からなる平板状の単結晶ダイヤモンド基板（素基
材）６０に成形する。
｛１００｝側面の延長上に異常成長が生じずに成長し、
傾斜面５１の上端が、図３（ｂ）において破線で示す位
置、すなわち素基材５０の上側の主表面５０ａの位置に
到達する。この段階で、図２（ａ）に破線で示す下面か
ら傾斜面５１の上端までを研磨により除去し、その後さ
らに、図２（ｂ）に破線で示す部分、すなわち、上面か
ら上面四隅の落ち部分５２の下端まで研磨し、落ち部分
５２を消失させることにより、図２（ｃ）および図４
（ｃ）に示すように、異常成長部１１を含む直方体形状
のダイヤモンド基板５３を形成する。この基板５３を、
図２（ｃ）および図４（ｃ）に示す切り出し線１２位置
で、ＹＡＧレーザによる切断加工を施すことにより、図
５（ａ）および図８（ａ）に示すような、上面が正方形
の｛１００｝面からなり、かつ、４つの側面が｛１１
０｝面からなる平板状の単結晶ダイヤモンド基板（素基
材）６０に成形する。
【００３１】次に、成長条件を成長速度比が０．５×３
0.5 である〈１１０〉優先配向成長条件、具体的にはメ
タン濃度３±０．５％のメタン−水素系混合ガスを用
い、反応容器内圧力１４０±５Ｔｏｒｒ、基材温度１０
５０±１０℃に維持した条件で成長させたところ、図５
（ｂ）および図７（ａ）に示すように成長した。以上の
工程によって、図５（ａ）および図８（ａ）に示す素基
材６０の４つの側面のそれぞれの上下端から、図５
（ｂ）および図８（ｂ）に示すように傾斜面６１，６２
が出現する。素基材６０の四隅には異常成長部１１が生
じるが、｛１１０｝側面延長上には異常成長が形成され
ずに大きくなる。
0.5 である〈１１０〉優先配向成長条件、具体的にはメ
タン濃度３±０．５％のメタン−水素系混合ガスを用
い、反応容器内圧力１４０±５Ｔｏｒｒ、基材温度１０
５０±１０℃に維持した条件で成長させたところ、図５
（ｂ）および図７（ａ）に示すように成長した。以上の
工程によって、図５（ａ）および図８（ａ）に示す素基
材６０の４つの側面のそれぞれの上下端から、図５
（ｂ）および図８（ｂ）に示すように傾斜面６１，６２
が出現する。素基材６０の四隅には異常成長部１１が生
じるが、｛１１０｝側面延長上には異常成長が形成され
ずに大きくなる。
【００３２】そして、異常成長のない面が表面として現
れるようにするために、図５（ｃ）に示すように各側面
の上下の傾斜面６１，６２の交線が稜線６３をなすまで
成長した段階（図７（ｂ）において破線で示す位置まで
成長した段階）で、上面から稜線６４を含む平面位置ま
で研磨により除去し、図６（ａ）に示す成長開始面６４
ａを有する基板６４を形成する。その後、〈１００〉優
先配向成長条件を適用して、成長開始面６４ａ上にホモ
エピタキシャル成長させて、図６（ｂ）に示すように基
板６４上に単結晶ダイヤモンド層６５を形成する。その
後、単結晶ダイヤモンド層６５より下の基板６４を下面
から研磨して除去し、図６（ｃ）および図８（ｃ）に示
す、異常成長部１１を四隅に含む平板状の単結晶ダイヤ
モンド層６５を得る。この単結晶ダイヤモンド層６５
に、図６（ｃ）に示す切出し線１２の位置でＹＡＧレー
ザにより切断加工を施し、図１（ａ）に示すような、上
面および４つの側面がすべて｛１００｝面からなる、異
常成長部を含まない単結晶ダイヤモンドに成形する。以
上のような工程を繰り返すことによって、大面積の平板
状単結晶ダイヤモンドを得ることができる。
れるようにするために、図５（ｃ）に示すように各側面
の上下の傾斜面６１，６２の交線が稜線６３をなすまで
成長した段階（図７（ｂ）において破線で示す位置まで
成長した段階）で、上面から稜線６４を含む平面位置ま
で研磨により除去し、図６（ａ）に示す成長開始面６４
ａを有する基板６４を形成する。その後、〈１００〉優
先配向成長条件を適用して、成長開始面６４ａ上にホモ
エピタキシャル成長させて、図６（ｂ）に示すように基
板６４上に単結晶ダイヤモンド層６５を形成する。その
後、単結晶ダイヤモンド層６５より下の基板６４を下面
から研磨して除去し、図６（ｃ）および図８（ｃ）に示
す、異常成長部１１を四隅に含む平板状の単結晶ダイヤ
モンド層６５を得る。この単結晶ダイヤモンド層６５
に、図６（ｃ）に示す切出し線１２の位置でＹＡＧレー
ザにより切断加工を施し、図１（ａ）に示すような、上
面および４つの側面がすべて｛１００｝面からなる、異
常成長部を含まない単結晶ダイヤモンドに成形する。以
上のような工程を繰り返すことによって、大面積の平板
状単結晶ダイヤモンドを得ることができる。
【００３３】なお、本実施の形態においては、図５
（ａ）に示した｛１１０｝側面を有する単結晶基材を素
基材とするホモエピタキシャル成長工程において、〈１
１０〉優先配向成長条件を用いたが、以下に示す理由に
より、〈１１０〉優先配向成長条件の代わりに〈１１
１〉方向の成長速度が最も速くなる〈１１１〉優先配向
成長条件を用いることによっても、本願発明の目的を果
たすことができる。
（ａ）に示した｛１１０｝側面を有する単結晶基材を素
基材とするホモエピタキシャル成長工程において、〈１
１０〉優先配向成長条件を用いたが、以下に示す理由に
より、〈１１０〉優先配向成長条件の代わりに〈１１
１〉方向の成長速度が最も速くなる〈１１１〉優先配向
成長条件を用いることによっても、本願発明の目的を果
たすことができる。
【００３４】点からホモエピタキシャル成長させること
によって形成されるダイヤモンドの孤立粒子は、通常は
｛１００｝面および｛１１１｝面の２種類の面から構成
されることが一般に知られている。これは、｛１００｝
面への〈１００〉方向の成長および｛１１１｝面への
〈１１１〉方向の成長が主として生じ、その他の面へは
比較的成長しにくいためである。そのため、各配向成長
条件を特定する指標としての成長速度比が〈１００〉方
向の気相成長速度Ｖ〈１００〉と〈１１１〉方向の気相
成長速度Ｖ〈１１１〉との比として定義されることから
もわかるように、〈１１０〉方向および〈１１１〉方向
の成長速度の大小関係によって、その他の低指数面への
成長速度が決まることが知られている。
によって形成されるダイヤモンドの孤立粒子は、通常は
｛１００｝面および｛１１１｝面の２種類の面から構成
されることが一般に知られている。これは、｛１００｝
面への〈１００〉方向の成長および｛１１１｝面への
〈１１１〉方向の成長が主として生じ、その他の面へは
比較的成長しにくいためである。そのため、各配向成長
条件を特定する指標としての成長速度比が〈１００〉方
向の気相成長速度Ｖ〈１００〉と〈１１１〉方向の気相
成長速度Ｖ〈１１１〉との比として定義されることから
もわかるように、〈１１０〉方向および〈１１１〉方向
の成長速度の大小関係によって、その他の低指数面への
成長速度が決まることが知られている。
【００３５】上述のように図５（ａ）に示した素基材に
〈１１０〉優先配向成長条件を適用した場合、成長速度
比が０．５×３0.5 となって、〈１１１〉方向の気相成
長速度が〈１００〉方向の気相成長速度よりも速いため
に、〈１１１〉方向の気相成長の影響が大きい。したが
って、気相成長後の形状は、図７（ａ）に示すようにな
り、成長が進むにつれて、図７（ｂ）に示すように｛１
１０｝面の厚さが徐々に薄くなり、その結果、異常成長
が生じない領域の厚さも薄くなる。しかしながら、図５
（ａ）に示した素基材に〈１１０〉優先配向成長条件を
適用する代わりに〈１１１〉優先配向成長条件を適用す
ると、異常成長が生じない領域の厚さを薄くすることな
く成長させることが可能である。すなわち、主表面が
｛１００｝面で側面が｛１１０｝面の素基材にホモエピ
タキシャル成長させる場合には、側面への成長速度が最
も速くなる〈１１０〉配向成長条件とは異なる〈１１
１〉配向成長条件を適用することによっても、本発明の
目的を達成することができる。
〈１１０〉優先配向成長条件を適用した場合、成長速度
比が０．５×３0.5 となって、〈１１１〉方向の気相成
長速度が〈１００〉方向の気相成長速度よりも速いため
に、〈１１１〉方向の気相成長の影響が大きい。したが
って、気相成長後の形状は、図７（ａ）に示すようにな
り、成長が進むにつれて、図７（ｂ）に示すように｛１
１０｝面の厚さが徐々に薄くなり、その結果、異常成長
が生じない領域の厚さも薄くなる。しかしながら、図５
（ａ）に示した素基材に〈１１０〉優先配向成長条件を
適用する代わりに〈１１１〉優先配向成長条件を適用す
ると、異常成長が生じない領域の厚さを薄くすることな
く成長させることが可能である。すなわち、主表面が
｛１００｝面で側面が｛１１０｝面の素基材にホモエピ
タキシャル成長させる場合には、側面への成長速度が最
も速くなる〈１１０〉配向成長条件とは異なる〈１１
１〉配向成長条件を適用することによっても、本発明の
目的を達成することができる。
【００３６】次に、本実施の形態におけるＹＡＧレーザ
による切断工程で最も大きな面積の単結晶ダイヤモンド
を得るための方法について説明する。図２（ｃ），図４
（ｃ），図６（ｃ），図８（ｃ）等に基づいて説明し
た、切出し線１２位置でのＹＡＧレーザによる切断工程
では、単結晶ダイヤモンド基材の側面上に、単結晶ダイ
ヤモンド基材の初期の１辺の長さの５０％以下の厚さの
単結晶ダイヤモンドが成長した段階で行なわれる。これ
は、単結晶ダイヤモンド基材の側面上に、初期の１辺の
長さの５０％を越える厚さの単結晶ダイヤモンドが成長
した段階で行なわれると、切出しによって異常成長では
ない部分が多く除去されることになり、より大きな面積
の単結晶ダイヤモンドをより速く形成するという本願発
明の目的に反する結果となるからである。ただし、製造
効率を最も高くするためには、基材側面へ初期の１辺の
長さの約５０％の厚さだけ成長した段階で切出すことが
好ましい。
による切断工程で最も大きな面積の単結晶ダイヤモンド
を得るための方法について説明する。図２（ｃ），図４
（ｃ），図６（ｃ），図８（ｃ）等に基づいて説明し
た、切出し線１２位置でのＹＡＧレーザによる切断工程
では、単結晶ダイヤモンド基材の側面上に、単結晶ダイ
ヤモンド基材の初期の１辺の長さの５０％以下の厚さの
単結晶ダイヤモンドが成長した段階で行なわれる。これ
は、単結晶ダイヤモンド基材の側面上に、初期の１辺の
長さの５０％を越える厚さの単結晶ダイヤモンドが成長
した段階で行なわれると、切出しによって異常成長では
ない部分が多く除去されることになり、より大きな面積
の単結晶ダイヤモンドをより速く形成するという本願発
明の目的に反する結果となるからである。ただし、製造
効率を最も高くするためには、基材側面へ初期の１辺の
長さの約５０％の厚さだけ成長した段階で切出すことが
好ましい。
【００３７】基材を切出す段階における基材の側面への
単結晶ダイヤモンドの成長厚さの好ましい範囲は、図９
を参照して次のように説明される。まず、｛１００｝面
への〈１００〉方向の成長厚さが基材の初期の１辺の長
さの約２２％の段階で、正方形の各片をなす切出し線１
２位置、すなわち四隅とも｛１１０｝面で切断して、異
常成長部１１を除去した四角柱状に切出す場合を考え
る。この場合、図９（ａ）に示すように、初期の基材か
ら切取られるコーナ部の三角形の面積ｓ１と、切取った
後あらたなコーナ部として残る成長部分の面積ｓ２とが
ほぼ同一になるため、切取った基材の平面積は、結果と
して初期の基材の平面積とほぼ等しくなる。したがっ
て、｛１００｝面への〈１００〉方向の成長厚さが基材
の初期の１辺の長さの約２２％を越えない段階で四隅と
も｛１１０｝面で切断して異常成長部１１を除去した四
角柱状に切出しても、もとの基材の平面積と同じかそれ
よりも小さい平面積の基材しか得られない。すなわち、
正方形の平面形状に切出す場合には、｛１００｝面への
〈１００〉方向の成長厚さが、少なくとも基材の初期の
１辺の長さの約２２％を越えた段階で切出すことが必要
である。
単結晶ダイヤモンドの成長厚さの好ましい範囲は、図９
を参照して次のように説明される。まず、｛１００｝面
への〈１００〉方向の成長厚さが基材の初期の１辺の長
さの約２２％の段階で、正方形の各片をなす切出し線１
２位置、すなわち四隅とも｛１１０｝面で切断して、異
常成長部１１を除去した四角柱状に切出す場合を考え
る。この場合、図９（ａ）に示すように、初期の基材か
ら切取られるコーナ部の三角形の面積ｓ１と、切取った
後あらたなコーナ部として残る成長部分の面積ｓ２とが
ほぼ同一になるため、切取った基材の平面積は、結果と
して初期の基材の平面積とほぼ等しくなる。したがっ
て、｛１００｝面への〈１００〉方向の成長厚さが基材
の初期の１辺の長さの約２２％を越えない段階で四隅と
も｛１１０｝面で切断して異常成長部１１を除去した四
角柱状に切出しても、もとの基材の平面積と同じかそれ
よりも小さい平面積の基材しか得られない。すなわち、
正方形の平面形状に切出す場合には、｛１００｝面への
〈１００〉方向の成長厚さが、少なくとも基材の初期の
１辺の長さの約２２％を越えた段階で切出すことが必要
である。
【００３８】しかしながら、｛１００｝面への〈１０
０〉方向の成長厚さが基材の初期の１辺の長さの約２２
％を越えない段階であっても、図９（ｂ）に示すよう
に、コーナ部においては切出し線１２位置、すなわち
｛１１０｝面で切断して、側面に｛１００｝面および
｛１１０｝面を含む異常成長部１１を除去した八角柱状
に切出すことにより、初期の基材よりも平面積の大きい
単結晶ダイヤモンド基材をうることができる。
０〉方向の成長厚さが基材の初期の１辺の長さの約２２
％を越えない段階であっても、図９（ｂ）に示すよう
に、コーナ部においては切出し線１２位置、すなわち
｛１１０｝面で切断して、側面に｛１００｝面および
｛１１０｝面を含む異常成長部１１を除去した八角柱状
に切出すことにより、初期の基材よりも平面積の大きい
単結晶ダイヤモンド基材をうることができる。
【００３９】また、｛１００｝面への〈１００〉方向の
成長厚さが基材の初期の１辺の長さの約５０％の段階
で、正方形の切出し線１２位置、すなわち四隅とも｛１
１０｝面で切断して、異常成長部１１を除去した四角柱
状に切出す場合、図９（ｃ）からわかるように、初期の
基材の約２倍の平面積の新たな基材が得られ、異常成長
部１１を除く単結晶ダイヤモンドの歩留りという観点か
ら、最も効率がよい。ただし、５０％を越えて成長させ
た後に切断した場合には、異常成長部１１を除去するた
めに単結晶ダイヤモンド部が余分に除去されるだけであ
って、５０％の場合と同じ平面積しか得られない。した
がって、｛１００｝面への〈１００〉方向の成長厚さが
基材の初期の１辺の長さの５０％以下の段階で、四隅を
｛１１０｝面で切断して切出すことが好ましく、５０％
の段階で切出すことが最適である。
成長厚さが基材の初期の１辺の長さの約５０％の段階
で、正方形の切出し線１２位置、すなわち四隅とも｛１
１０｝面で切断して、異常成長部１１を除去した四角柱
状に切出す場合、図９（ｃ）からわかるように、初期の
基材の約２倍の平面積の新たな基材が得られ、異常成長
部１１を除く単結晶ダイヤモンドの歩留りという観点か
ら、最も効率がよい。ただし、５０％を越えて成長させ
た後に切断した場合には、異常成長部１１を除去するた
めに単結晶ダイヤモンド部が余分に除去されるだけであ
って、５０％の場合と同じ平面積しか得られない。した
がって、｛１００｝面への〈１００〉方向の成長厚さが
基材の初期の１辺の長さの５０％以下の段階で、四隅を
｛１１０｝面で切断して切出すことが好ましく、５０％
の段階で切出すことが最適である。
【００４０】（実施の形態２）次に、熱フィラメント法
を適用してダイヤモンド単結晶を気相合成する、本発明
の実施の形態２について説明する。
を適用してダイヤモンド単結晶を気相合成する、本発明
の実施の形態２について説明する。
【００４１】図１１は、実験に使用したダイヤモンド気
相合成用の熱フィラメントＣＶＤ装置を示す模式図であ
る。同図に示す熱フィラメントＣＶＤ装置においては、
反応容器２１に原料ガスの導入口２２および排出口２３
が設けられている。反応容器２１内には、交流電源２４
によって電流が流されることによって赤熱されるタング
ステンフィラメント２５が配設されている。このタング
ステンフィラメント２５の下方には、単結晶ダイヤモン
ド基材２６を載置するためのモリブデン製の基材ホルダ
２７が配置されている。タングステンフィラメント２５
の赤熱によって高温となる基材ホルダ２７の下部に冷却
水を供給するため、冷却水の導入口２８および排出口２
９が設けられている。
相合成用の熱フィラメントＣＶＤ装置を示す模式図であ
る。同図に示す熱フィラメントＣＶＤ装置においては、
反応容器２１に原料ガスの導入口２２および排出口２３
が設けられている。反応容器２１内には、交流電源２４
によって電流が流されることによって赤熱されるタング
ステンフィラメント２５が配設されている。このタング
ステンフィラメント２５の下方には、単結晶ダイヤモン
ド基材２６を載置するためのモリブデン製の基材ホルダ
２７が配置されている。タングステンフィラメント２５
の赤熱によって高温となる基材ホルダ２７の下部に冷却
水を供給するため、冷却水の導入口２８および排出口２
９が設けられている。
【００４２】単結晶ダイヤモンド基材２６として、上記
実施の形態１と同様に、図１（ａ）および図４（ａ）に
示す上面５０ａが正方形の｛１００｝面、側面５０ａ，
５０ｂも｛１００｝面の、厚さが０．５ｍｍ以上の単結
晶ダイヤモンドを基材（素基材）５０とし、前述したマ
イクロ波ＣＶＤ装置のモリブデン製の基材ホルダ上に設
置し、成長速度比がほぼ３0.5 である〈１００〉優先配
向成長条件、具体的にはメタン濃度１．３％のメタン−
水素系混合ガスを用い、反応容器内圧力１００Ｔｏｒ
ｒ、基材温度８５０℃に維持した条件でホモエピタキシ
ャル成長を行なったところ、図１（ｂ），図３（ａ）お
よび図４（ｂ）に示すように成長し、素基材の側面５０
ａ，５０ｂの下部から傾斜面５１が出現するとともに、
上面四隅には異常成長部１１（図４（ｂ）参照）が生
じ、上面四隅の各上コーナ部には、落ち部分５２が生じ
る。
実施の形態１と同様に、図１（ａ）および図４（ａ）に
示す上面５０ａが正方形の｛１００｝面、側面５０ａ，
５０ｂも｛１００｝面の、厚さが０．５ｍｍ以上の単結
晶ダイヤモンドを基材（素基材）５０とし、前述したマ
イクロ波ＣＶＤ装置のモリブデン製の基材ホルダ上に設
置し、成長速度比がほぼ３0.5 である〈１００〉優先配
向成長条件、具体的にはメタン濃度１．３％のメタン−
水素系混合ガスを用い、反応容器内圧力１００Ｔｏｒ
ｒ、基材温度８５０℃に維持した条件でホモエピタキシ
ャル成長を行なったところ、図１（ｂ），図３（ａ）お
よび図４（ｂ）に示すように成長し、素基材の側面５０
ａ，５０ｂの下部から傾斜面５１が出現するとともに、
上面四隅には異常成長部１１（図４（ｂ）参照）が生
じ、上面四隅の各上コーナ部には、落ち部分５２が生じ
る。
【００４３】その後さらに、図１（ｃ）に示すように
｛１００｝側面の延長上に異常成長が生じずに成長し、
傾斜面５１の上端が、図３（ｂ）において破線で示す位
置、すなわち素基材５０の上側の主表面５０ａの位置に
到達する。この段階で、図２（ａ）に破線で示す下面か
ら傾斜面５１の上端までを研磨により除去し、その後さ
らに、図２（ｂ）に破線で示す部分、すなわち、上面か
ら上面四隅の落ち部分５２の下端まで研磨し、落ち部分
５２を消失させることにより、図２（ｃ）および図４
（ｃ）に示すように、異常成長部１１を含む直方体形状
のダイヤモンド基板５３を形成する。この基板５３を、
図２（ｃ）および図４（ｃ）に示す切り出し線１２位置
で、ＹＡＧレーザによる切断加工を施すことにより、図
５（ａ）および図８（ａ）に示すような、上面が正方形
の｛１００｝面からなり、かつ、４つの側面が｛１１
０｝面からなる平板状の単結晶ダイヤモンド基板（素基
材）６０に成形する。
｛１００｝側面の延長上に異常成長が生じずに成長し、
傾斜面５１の上端が、図３（ｂ）において破線で示す位
置、すなわち素基材５０の上側の主表面５０ａの位置に
到達する。この段階で、図２（ａ）に破線で示す下面か
ら傾斜面５１の上端までを研磨により除去し、その後さ
らに、図２（ｂ）に破線で示す部分、すなわち、上面か
ら上面四隅の落ち部分５２の下端まで研磨し、落ち部分
５２を消失させることにより、図２（ｃ）および図４
（ｃ）に示すように、異常成長部１１を含む直方体形状
のダイヤモンド基板５３を形成する。この基板５３を、
図２（ｃ）および図４（ｃ）に示す切り出し線１２位置
で、ＹＡＧレーザによる切断加工を施すことにより、図
５（ａ）および図８（ａ）に示すような、上面が正方形
の｛１００｝面からなり、かつ、４つの側面が｛１１
０｝面からなる平板状の単結晶ダイヤモンド基板（素基
材）６０に成形する。
【００４４】次に、成長条件を成長速度比が０．５×３
0.5 である〈１１０〉優先配向成長条件、具体的にはメ
タン濃度１．２％のメタン−水素系混合ガスを用い、反
応容器内圧力１００Ｔｏｒｒ、基材温度８５０℃に維持
した条件で成長させたところ、図５（ｂ）および図７
（ａ）に示すように成長した。以上の工程によって、図
５（ａ）および図８（ａ）に示す素基材６０の４つの側
面のそれぞれの上下端から、図５（ｂ）および図８
（ｂ）に示すように傾斜面６１，６２が出現する。素基
材６０の四隅には異常成長部１１が生じるが、｛１１
０｝側面延長上には異常成長が形成されずに大きくな
る。
0.5 である〈１１０〉優先配向成長条件、具体的にはメ
タン濃度１．２％のメタン−水素系混合ガスを用い、反
応容器内圧力１００Ｔｏｒｒ、基材温度８５０℃に維持
した条件で成長させたところ、図５（ｂ）および図７
（ａ）に示すように成長した。以上の工程によって、図
５（ａ）および図８（ａ）に示す素基材６０の４つの側
面のそれぞれの上下端から、図５（ｂ）および図８
（ｂ）に示すように傾斜面６１，６２が出現する。素基
材６０の四隅には異常成長部１１が生じるが、｛１１
０｝側面延長上には異常成長が形成されずに大きくな
る。
【００４５】そして、異常成長のない面が表面として現
れるようにするために、図５（ｃ）に示すように各側面
の上下の傾斜面６１，６２の交線が稜線６３をなすまで
成長した段階（図７（ｂ）において破線で示す位置まで
成長した段階）で、上面から稜線６４を含む平面位置ま
で研磨により除去し、図６（ａ）に示す成長開始面６４
ａを有する基板６４を形成する。その後、〈１００〉優
先配向成長条件を適用して、成長開始面６４ａ上にホモ
エピタキシャル成長させて、図６（ｂ）に示すように基
板６４上に単結晶ダイヤモンド層６５を形成する。その
後、単結晶ダイヤモンド層６５より下の基板６４を下面
から研磨して除去し、図６（ｃ）および図８（ｃ）に示
す、異常成長部１１を四隅に含む平板状の単結晶ダイヤ
モンド層６５を得る。この単結晶ダイヤモンド層６５
に、図６（ｃ）に示す切出し線１２の位置でＹＡＧレー
ザにより切断加工を施し、図１（ａ）に示すような、上
面および４つの側面がすべて｛１００｝面からなる、異
常成長部を含まない単結晶ダイヤモンドに成形する。以
上のような工程を繰り返すことによって、大面積の平板
状単結晶ダイヤモンドを得ることができる。
れるようにするために、図５（ｃ）に示すように各側面
の上下の傾斜面６１，６２の交線が稜線６３をなすまで
成長した段階（図７（ｂ）において破線で示す位置まで
成長した段階）で、上面から稜線６４を含む平面位置ま
で研磨により除去し、図６（ａ）に示す成長開始面６４
ａを有する基板６４を形成する。その後、〈１００〉優
先配向成長条件を適用して、成長開始面６４ａ上にホモ
エピタキシャル成長させて、図６（ｂ）に示すように基
板６４上に単結晶ダイヤモンド層６５を形成する。その
後、単結晶ダイヤモンド層６５より下の基板６４を下面
から研磨して除去し、図６（ｃ）および図８（ｃ）に示
す、異常成長部１１を四隅に含む平板状の単結晶ダイヤ
モンド層６５を得る。この単結晶ダイヤモンド層６５
に、図６（ｃ）に示す切出し線１２の位置でＹＡＧレー
ザにより切断加工を施し、図１（ａ）に示すような、上
面および４つの側面がすべて｛１００｝面からなる、異
常成長部を含まない単結晶ダイヤモンドに成形する。以
上のような工程を繰り返すことによって、大面積の平板
状単結晶ダイヤモンドを得ることができる。
【００４６】本実施の形態の場合においても、上記実施
の形態１の場合と同様に、主表面が｛１００｝面で側面
が｛１１０｝面の素基材にホモエピタキシャル成長させ
る場合には、側面への成長速度が最も速くなる〈１１
０〉配向成長条件とは異なる〈１１１〉配向成長条件を
適用することによっても、本発明の目的を達成すること
ができることは言うまでもない。
の形態１の場合と同様に、主表面が｛１００｝面で側面
が｛１１０｝面の素基材にホモエピタキシャル成長させ
る場合には、側面への成長速度が最も速くなる〈１１
０〉配向成長条件とは異なる〈１１１〉配向成長条件を
適用することによっても、本発明の目的を達成すること
ができることは言うまでもない。
【００４７】なお、上記各実施の形態においては、素基
材の主表面および各側面、気相成長により成長させる
面、切出し工程における切出し面のそれぞれの面方位
が、｛１００｝面，｛１１０｝面，｛１１１｝面等によ
り構成される場合について述べたが、必ずしもそのよう
な面方位にちょうど一致する必要はなく、これらの面の
面方位が、上述の低指数面の定義に包含される範囲の面
方位であれば、本発明の目的を果たすことができる。
材の主表面および各側面、気相成長により成長させる
面、切出し工程における切出し面のそれぞれの面方位
が、｛１００｝面，｛１１０｝面，｛１１１｝面等によ
り構成される場合について述べたが、必ずしもそのよう
な面方位にちょうど一致する必要はなく、これらの面の
面方位が、上述の低指数面の定義に包含される範囲の面
方位であれば、本発明の目的を果たすことができる。
【００４８】また、今回開示された実施の形態はすべて
の点で例示であって、制限的なものではないと考えられ
るべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではな
く、前掲の特許請求の範囲によって示され、特許請求の
範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれ
ることが意図される。
の点で例示であって、制限的なものではないと考えられ
るべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではな
く、前掲の特許請求の範囲によって示され、特許請求の
範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれ
ることが意図される。
【００４９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基材をエピタキシャル成長させ、双晶や二次核のような
異常成長のない領域だけを切出しながら成長させてい
き、かつ基材保持台からのダイヤモンドの析出を抑制す
ることにより、横方向に成長したダイヤモンド中へ基材
保持台から成長してくる二次的なダイヤモンドの取込を
なくすことができるため、大面積の単結晶ダイヤモンド
の製造が可能となる。これにより、従来不可能であった
大口径単結晶ダイヤモンド窓や、単結晶ダイヤモンドウ
ェハなどの新製品開発の可能性が開かれる。
基材をエピタキシャル成長させ、双晶や二次核のような
異常成長のない領域だけを切出しながら成長させてい
き、かつ基材保持台からのダイヤモンドの析出を抑制す
ることにより、横方向に成長したダイヤモンド中へ基材
保持台から成長してくる二次的なダイヤモンドの取込を
なくすことができるため、大面積の単結晶ダイヤモンド
の製造が可能となる。これにより、従来不可能であった
大口径単結晶ダイヤモンド窓や、単結晶ダイヤモンドウ
ェハなどの新製品開発の可能性が開かれる。
【図１】（ａ）は、本発明の各実施の形態において使用
される、上面が正方形の｛１００｝面で、側面も｛１０
０｝面である初期の単結晶ダイヤモンド基材を示す斜視
図、（ｂ）は、（ａ）に示した単結晶ダイヤモンド基材
に所定の気相成長をさせた場合の成長途中の形状を示す
斜視図、（ｃ）は、各側面の下端から成長した傾斜面の
上端が、初期の単結晶ダイヤモンド基材の上主表面の高
さに到達したときの単結晶ダイヤモンド基材の形状を示
す斜視図である。
される、上面が正方形の｛１００｝面で、側面も｛１０
０｝面である初期の単結晶ダイヤモンド基材を示す斜視
図、（ｂ）は、（ａ）に示した単結晶ダイヤモンド基材
に所定の気相成長をさせた場合の成長途中の形状を示す
斜視図、（ｃ）は、各側面の下端から成長した傾斜面の
上端が、初期の単結晶ダイヤモンド基材の上主表面の高
さに到達したときの単結晶ダイヤモンド基材の形状を示
す斜視図である。
【図２】（ａ）は図１（ｃ）に示した単結晶ダイヤモン
ド基材の下面から傾斜面の上端までを研磨により除去し
た後の単結晶ダイヤモンド基材の形状を示す斜視図、
（ｂ）は（ａ）に示した単結晶ダイヤモンド基材の上面
から、上面四隅の落ち部分が消滅するまで研磨により除
去した後の、単結晶ダイヤモンド基材の形状を示す斜視
図、（ｃ）は（ｂ）の工程により形成された単結晶ダイ
ヤモンド基材の切出し位置を示す斜視図である。
ド基材の下面から傾斜面の上端までを研磨により除去し
た後の単結晶ダイヤモンド基材の形状を示す斜視図、
（ｂ）は（ａ）に示した単結晶ダイヤモンド基材の上面
から、上面四隅の落ち部分が消滅するまで研磨により除
去した後の、単結晶ダイヤモンド基材の形状を示す斜視
図、（ｃ）は（ｂ）の工程により形成された単結晶ダイ
ヤモンド基材の切出し位置を示す斜視図である。
【図３】（ａ）は、図１（ｂ）に示した成長途中の単結
晶ダイヤモンド基材を、その一つの側面側から見た図、
（ｂ）は、図１（ｂ）に示した状態から図１（ｃ）に示
した状態に至る成長過程の側面側から見た形状の変化を
説明するための模式図である。
晶ダイヤモンド基材を、その一つの側面側から見た図、
（ｂ）は、図１（ｂ）に示した状態から図１（ｃ）に示
した状態に至る成長過程の側面側から見た形状の変化を
説明するための模式図である。
【図４】（ａ）は図１（ａ）に示した初期の単結晶ダイ
ヤモンド基材の平面図、（ｂ）は図１（ｂ）に示した気
相成長途中の単結晶ダイヤモンド基材の平面図、（ｃ）
は図２（ｃ）に示した切出し工程前の単結晶ダイヤモン
ド基材の平面図である。
ヤモンド基材の平面図、（ｂ）は図１（ｂ）に示した気
相成長途中の単結晶ダイヤモンド基材の平面図、（ｃ）
は図２（ｃ）に示した切出し工程前の単結晶ダイヤモン
ド基材の平面図である。
【図５】（ａ）は、本発明の各実施の形態において使用
される、上面が正方形の｛１００｝面で、側面が｛１１
０｝面である初期の単結晶ダイヤモンド基材を示す斜視
図、（ｂ）は、（ａ）に示した単結晶ダイヤモンド基材
に所定の気相成長をさせた場合の成長途中の形状を示す
斜視図、（ｃ）は、各側面の上下端から相対向して成長
した１対の傾斜面の交線が稜線をなすまでに成長した段
階の単結晶ダイヤモンド基材の形状を示す斜視図であ
る。
される、上面が正方形の｛１００｝面で、側面が｛１１
０｝面である初期の単結晶ダイヤモンド基材を示す斜視
図、（ｂ）は、（ａ）に示した単結晶ダイヤモンド基材
に所定の気相成長をさせた場合の成長途中の形状を示す
斜視図、（ｃ）は、各側面の上下端から相対向して成長
した１対の傾斜面の交線が稜線をなすまでに成長した段
階の単結晶ダイヤモンド基材の形状を示す斜視図であ
る。
【図６】（ａ）は図５（ｃ）に示した単結晶ダイヤモン
ド基材の上面から、１対の傾斜面の交線がなす稜線を含
む平面まで、研磨により除去した後の単結晶ダイヤモン
ド基材の形状を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）に示した単
結晶ダイヤモンド基材の上面を成長開始面として所定の
気相成長をさせた後の形状を示す斜視図、（ｃ）は
（ｂ）の工程により形成された単結晶ダイヤモンド基材
の下面から成長開始面までを研磨により除去の単結晶ダ
イヤモンド基材の形状を、その後の切出し工程における
切出し位置を含めて示す斜視図である。
ド基材の上面から、１対の傾斜面の交線がなす稜線を含
む平面まで、研磨により除去した後の単結晶ダイヤモン
ド基材の形状を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）に示した単
結晶ダイヤモンド基材の上面を成長開始面として所定の
気相成長をさせた後の形状を示す斜視図、（ｃ）は
（ｂ）の工程により形成された単結晶ダイヤモンド基材
の下面から成長開始面までを研磨により除去の単結晶ダ
イヤモンド基材の形状を、その後の切出し工程における
切出し位置を含めて示す斜視図である。
【図７】（ａ）は、図５（ｂ）に示した成長途中の単結
晶ダイヤモンド基材を、その一つの側面側から見た図、
（ｂ）は、図５（ｂ）に示した状態から図５（ｃ）に示
した状態に至る成長過程の側面側から見た形状の変化を
説明するための模式図である。
晶ダイヤモンド基材を、その一つの側面側から見た図、
（ｂ）は、図５（ｂ）に示した状態から図５（ｃ）に示
した状態に至る成長過程の側面側から見た形状の変化を
説明するための模式図である。
【図８】（ａ）は図５（ａ）に示した初期の単結晶ダイ
ヤモンド基材の平面図、（ｂ）は図５（ｂ）に示した気
相成長途中の単結晶ダイヤモンド基材の平面図、（ｃ）
は図６（ｃ）に示した切出し工程前の単結晶ダイヤモン
ド基材の平面図である。
ヤモンド基材の平面図、（ｂ）は図５（ｂ）に示した気
相成長途中の単結晶ダイヤモンド基材の平面図、（ｃ）
は図６（ｃ）に示した切出し工程前の単結晶ダイヤモン
ド基材の平面図である。
【図９】基材を切出す段階における基材の側面への単結
晶ダイヤモンドの成長厚さの好ましい範囲を説明するた
めの平面図であり、そのうち（ａ）は、｛１００｝面へ
の〈１００〉方向の成長厚さが基材の初期の１辺の長さ
の約２２％に段階で、正方形の切出し線１２位置で切断
して四角柱状に切出す場合の平面図、（ｂ）は、｛１０
０｝面への〈１００〉方向の成長厚さが、（ａ）と同様
に基材の初期の１辺の長さの約２２％に段階で、コーナ
部においては切出し線１２位置で切断して八角柱状に切
出す場合の平面図、（ｃ）は、｛１００｝面への〈１０
０〉方向の気相成長厚さが基材の初期の１辺の長さの約
５０％になった段階で、正方形の切出し線１２位置で切
断して四角柱状に切出す場合の平面図である。
晶ダイヤモンドの成長厚さの好ましい範囲を説明するた
めの平面図であり、そのうち（ａ）は、｛１００｝面へ
の〈１００〉方向の成長厚さが基材の初期の１辺の長さ
の約２２％に段階で、正方形の切出し線１２位置で切断
して四角柱状に切出す場合の平面図、（ｂ）は、｛１０
０｝面への〈１００〉方向の成長厚さが、（ａ）と同様
に基材の初期の１辺の長さの約２２％に段階で、コーナ
部においては切出し線１２位置で切断して八角柱状に切
出す場合の平面図、（ｃ）は、｛１００｝面への〈１０
０〉方向の気相成長厚さが基材の初期の１辺の長さの約
５０％になった段階で、正方形の切出し線１２位置で切
断して四角柱状に切出す場合の平面図である。
【図１０】本発明の実施の形態１の実験に使用した、マ
イクロ波ＣＶＤ装置の模式図である。
イクロ波ＣＶＤ装置の模式図である。
【図１１】本発明の実施の形態２の実験に使用した、ダ
イヤモンド気相合成用の熱フィラメントＣＶＤ装置を示
す模式図である。
イヤモンド気相合成用の熱フィラメントＣＶＤ装置を示
す模式図である。
１，２７ 基材ホルダ（基材保持手段） ２，２６ 単結晶ダイヤモンド基材 ３ プラズマ発生領域 ４ マイクロ波電源 ５ チューナ ６ 導波管 ７ 石英管（反応容器） ８．２３ 排出口 ９，２２ 導入口 １０ プランジャ １１ 異常成長領域 ２１ 反応容器 ２４ 交流電源 ２５ タングステンフィラメント ５０，６０ 初期の単結晶ダイヤモンド基材（素基材） ５０ａ，６０ａ 素基材の主表面 ５０ｂ，５０ｃ，６０ｂ，６０ｃ 素基材の側面 ５１，６１，６２ 傾斜面 ６３ １対の傾斜面の交線がなす稜線 ６４ａ 成長開始面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 熊澤 佳明 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内
Claims (11)
- 【請求項１】 単結晶ダイヤモンド基材上に単結晶ダイ
ヤモンドを気相から合成する単結晶ダイヤモンドの製造
方法であって、 前記単結晶ダイヤモンド基材として、その主表面および
側面が低指数面からなるものを用いる、単結晶ダイヤモ
ンドの製造方法。 - 【請求項２】 前記単結晶ダイヤモンド基材の前記側面
を構成する低指数面における単結晶ダイヤモンドの気相
成長速度が、他に現れる全ての面方向への成長速度より
速くなる気相成長条件を使用する、請求項１記載の単結
晶ダイヤモンドの製造方法。 - 【請求項３】 前記単結晶ダイヤモンド基材として、そ
の主表面が｛１００｝面に対する傾きが５°以内の正方
形の面からなり、４つの側面が｛１００｝面に対する傾
きが５°以内の面または｛１１０｝面に対する傾きが５
°以内の面からなるものを用い、側面が｛１００｝面の
ときはメタン濃度８％以上、基板温度１０００℃以下の
〈１００〉面配向条件を適用し、側面が｛１１０｝面の
ときは〈１１０〉面配向条件を適用する、請求項１また
は２記載の単結晶ダイヤモンドの製造方法。 - 【請求項４】 前記単結晶ダイヤモンド基材として、そ
の主表面が｛１００｝面に対する傾きが５°以内の正方
形の面からなり、４つの側面が、｛１１０｝面に対する
傾きが５°以内の面からなるものを用い、かつ、｛１１
１｝面方位に対する単結晶ダイヤモンドの気相成長速度
が〈１００〉方向への成長速度と比べて３0.5 倍以上の
速さである、メタン濃度１．５％以下、基板温度１１０
０℃以上の〈１１１〉配向条件を使用する、請求項１記
載の単結晶ダイヤモンドの製造方法。 - 【請求項５】 前記単結晶ダイヤモンド基材の前記主表
面および前記側面に単結晶ダイヤモンドを気相成長させ
た後に、気相成長前の側面と異なる低指数面が新たな側
面を構成するように、少なくとも前記主表面に略垂直な
面で切断する工程を含むことによって単結晶ダイヤモン
ドを切出すことを特徴とする、請求項１ないし４のいず
れかに記載の単結晶ダイヤモンドの製造方法。 - 【請求項６】 前記単結晶ダイヤモンド基材として、
｛１００｝面に対する傾きが５°以内の面からなる４つ
の側面からなるものを用い、 前記主表面に略垂直な面で切断して略直方体形状の単結
晶ダイヤモンドを切り出す工程の前に、 前記４つの側面の各々の下側から成長する傾斜面の上端
が前記単結晶ダイヤモンド基材の上側の主表面の高さに
到達したとき、またはその前の段階で、上面から前記単
結晶ダイヤモンド基材の上側の主表面位置まで、およ
び、下面から前記傾斜面の上端まで研磨により除去する
工程をさらに備えた、請求項５記載の単結晶ダイヤモン
ドの製造方法。 - 【請求項７】 前記単結晶ダイヤモンド基材として、
｛１１０｝面に対する傾きが５°以内の面からなる４つ
の側面からなるものを用い、 前記主表面に略垂直な面で切断して略直方体形状の単結
晶ダイヤモンドを切り出す工程の前に、 前記４つの側面の各々に、上下に対向して成長する、
｛１１１｝面に対する傾きが５°以内の１対の傾斜面
が、該１対の傾斜面同士が交わる線が稜線をなすまで成
長して、前記４つの側面に平行な成長面が消失すると
き、またはその前の段階で、前記主表面が成長して形成
された上側の面から、前記稜線を含む平面まで除去し
て、｛１００｝面に対する傾きが５°以内の面からなる
新たな成長開始主表面を形成する工程と、 前記新たな成長開始主表面上に、単結晶ダイヤモンドを
気相成長させる工程と、 下面から前記新たな成長開始主表面までを除去する工程
とをさらに備えた、請求項５記載の単結晶ダイヤモンド
の製造方法。 - 【請求項８】 前記主表面に略垂直な面で切断して略直
方体形状の単結晶ダイヤモンドを切出す前記工程が、
｛１００｝面に対する傾きが５°以内の面が切断前の側
面を構成する場合には、｛１１０｝面に対する傾きが５
°以内の面が新たな側面を構成するように切出し、｛１
１０｝面に対する傾きが５°以内の面が切断前の側面を
構成する場合には、｛１００｝面に対する傾きが５°以
内の面が新たな側面になるように切出す工程を含む、請
求項５記載の単結晶ダイヤモンドの製造方法。 - 【請求項９】 前記主表面に略垂直な面で切断して略直
方体形状の単結晶ダイヤモンドを切出す前記工程におい
て、切断前の側面が｛１００｝面に対する傾きが５°以
内の面からなる単結晶ダイヤモンドを、｛１１０｝面に
対する傾きが５°以内の面が新たな側面を構成するよう
に切出す工程と、切断前の側面が｛１１０｝面に対する
傾きが５°以内の面からなる単結晶ダイヤモンドを、新
たな側面が｛１００｝面に対する傾きが５°以内の面が
新たな側面を構成するように切出す工程とを、交互に繰
り返すことを特徴とする、請求項８記載の単結晶ダイヤ
モンドの製造方法。 - 【請求項１０】 単結晶ダイヤモンド基材上に単結晶ダ
イヤモンドを気相から合成する単結晶ダイヤモンドの製
造装置であって、 反応容器と、 前記反応容器内へ、ダイヤモンドを気相合成するための
原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、 前記反応容器内のガスを排出し、減圧するための排気手
段と、 前記反応容器内において単結晶ダイヤモンド基材を保持
するための基材保持手段とを備え、 前記基材保持手段の少なくとも単結晶ダイヤモンド基材
を載置する領域の近傍が、炭素との化合物を形成し難い
材質からなるか、または、炭素との化合物を形成し難い
材料を被覆したものである、単結晶ダイヤモンドの製造
装置。 - 【請求項１１】 前記基材保持手段の少なくとも単結晶
ダイヤモンド基材を載置する領域の近傍が、銅，白金，
イリジウム，モリブデン，グラファイト，金，銀，ニッ
ケルおよびコバルトのうちのいずれかの材料からなる
か、またはこれらの材料のうちのいずれかを被覆したも
のである、請求項１０記載の単結晶ダイヤモンドの製造
装置。
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