JPH0769789A - 高配向性ダイヤモンド薄膜 - Google Patents
高配向性ダイヤモンド薄膜Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 結晶粒界が少なくキャリアの移動度が高いと
共に、大面積の薄膜が得られる高配向性ダイヤモンド薄
膜を提供する。 【構成】 高配向性ダイヤモンド薄膜は、気相合成によ
って形成されたダイヤモンド薄膜である。そして、この
薄膜表面積の９５％以上がダイヤモンドの（１００）結
晶面又は（１１１）結晶面で構成されており、隣接する
（１００）結晶面又は（１１１）結晶面について、その
結晶面方位を表すオイラー角｛α，β，γ｝の差｛△
α，△β，△γ｝が｜△α｜≦１°、｜△β｜≦１°、
｜△γ｜≦１°を同時に満足する。
共に、大面積の薄膜が得られる高配向性ダイヤモンド薄
膜を提供する。 【構成】 高配向性ダイヤモンド薄膜は、気相合成によ
って形成されたダイヤモンド薄膜である。そして、この
薄膜表面積の９５％以上がダイヤモンドの（１００）結
晶面又は（１１１）結晶面で構成されており、隣接する
（１００）結晶面又は（１１１）結晶面について、その
結晶面方位を表すオイラー角｛α，β，γ｝の差｛△
α，△β，△γ｝が｜△α｜≦１°、｜△β｜≦１°、
｜△γ｜≦１°を同時に満足する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は結晶粒子が無秩序に配列
した多結晶ダイヤモンド薄膜と異なり、結晶粒子が高度
に配向した高配向性ダイヤモンド薄膜に関し、特にダイ
ヤモンド半導体センサ、電子デバイス、集積回路、電子
部品及び光学部品等に応用するのに好適の高配向性ダイ
ヤモンド薄膜に関する。
した多結晶ダイヤモンド薄膜と異なり、結晶粒子が高度
に配向した高配向性ダイヤモンド薄膜に関し、特にダイ
ヤモンド半導体センサ、電子デバイス、集積回路、電子
部品及び光学部品等に応用するのに好適の高配向性ダイ
ヤモンド薄膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】ダイヤモンドは耐熱性及び熱伝導性が優
れており、そのバンドギャップは約５．４ｅＶと大き
い。ダイヤモンドは電気的に絶縁体であり、その絶縁破
壊電圧は、例えばシリコンの約３０倍以上もある。
れており、そのバンドギャップは約５．４ｅＶと大き
い。ダイヤモンドは電気的に絶縁体であり、その絶縁破
壊電圧は、例えばシリコンの約３０倍以上もある。
【０００３】このダイヤモンド薄膜を気相により合成す
る技術が公知である（特公昭５９−２７７５４号、特公
昭６１−３３２０号）。このダイヤモンド合成方法にお
いては、鏡面研磨されたＳｉ基板をダイヤペースト又は
粉末により機械研磨して表面に庇をつけ、その後、この
基板をＣＨ4を１％含有するＣＨ4＋Ｈ2の混合ガスの気
流中におき、この状態でマイクロ波を照射することによ
り基板周囲にプラズマを生起させる。そうすると、基板
上にダイヤモンド粒子が堆積し、多結晶のダイヤモンド
膜が被着される。
る技術が公知である（特公昭５９−２７７５４号、特公
昭６１−３３２０号）。このダイヤモンド合成方法にお
いては、鏡面研磨されたＳｉ基板をダイヤペースト又は
粉末により機械研磨して表面に庇をつけ、その後、この
基板をＣＨ4を１％含有するＣＨ4＋Ｈ2の混合ガスの気
流中におき、この状態でマイクロ波を照射することによ
り基板周囲にプラズマを生起させる。そうすると、基板
上にダイヤモンド粒子が堆積し、多結晶のダイヤモンド
膜が被着される。
【０００４】また、ボロン（Ｂ）原子をドーピングする
ことによりＰ型半導体を合成する技術も公知である（特
開昭５９−１３７３９６号）。更に、半導体ダイヤモン
ド薄膜を使用して、耐熱性が優れたダイオード及びトラ
ンジスタ等の電子デバイスを製作する技術が開示されて
いる（K.Miyata, D.L.Dreifus, and K.Kobashi, Applie
d Physics Letters, Vol.60, No.4, p.480(1992)及びA.
J.Tessmer,K.Das,andD.L.Dreifus,Diamond and Related
Materials,Vol.1,p.89(1992)）。
ことによりＰ型半導体を合成する技術も公知である（特
開昭５９−１３７３９６号）。更に、半導体ダイヤモン
ド薄膜を使用して、耐熱性が優れたダイオード及びトラ
ンジスタ等の電子デバイスを製作する技術が開示されて
いる（K.Miyata, D.L.Dreifus, and K.Kobashi, Applie
d Physics Letters, Vol.60, No.4, p.480(1992)及びA.
J.Tessmer,K.Das,andD.L.Dreifus,Diamond and Related
Materials,Vol.1,p.89(1992)）。
【０００５】なお、単結晶ダイヤモンド基板上には、気
相合成により単結晶薄膜を合成できることが公知であ
る。
相合成により単結晶薄膜を合成できることが公知であ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、特公昭５９−
２７７５４号及び特公昭６１−３３２０号の方法では、
基板上にダイヤモンドの結晶が無秩序に配向した所謂多
結晶薄膜しか合成できない。このような多結晶薄膜で
は、薄膜表面の凹凸が０．１から０．５μｍと大きく、
またダイヤモンド結晶粒子間に存在する粒界によりキャ
リアが散乱又はトラップされるために電気的特性が劣る
という問題がある。
２７７５４号及び特公昭６１−３３２０号の方法では、
基板上にダイヤモンドの結晶が無秩序に配向した所謂多
結晶薄膜しか合成できない。このような多結晶薄膜で
は、薄膜表面の凹凸が０．１から０．５μｍと大きく、
またダイヤモンド結晶粒子間に存在する粒界によりキャ
リアが散乱又はトラップされるために電気的特性が劣る
という問題がある。
【０００７】単結晶ダイヤモンド基板上に形成した単結
晶薄膜ではこのような問題は存在しないが、通常、入手
できる単結晶基板の面積が高々５mm×５mmにすぎず、実
際的な電子部品及び光学部品等に応用するには小さすぎ
るという難点がある。
晶薄膜ではこのような問題は存在しないが、通常、入手
できる単結晶基板の面積が高々５mm×５mmにすぎず、実
際的な電子部品及び光学部品等に応用するには小さすぎ
るという難点がある。
【０００８】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、結晶粒界が少なくキャリアの移動度が高い
と共に、大面積の薄膜が得られる高配向性ダイヤモンド
薄膜を提供することを目的とする。
のであって、結晶粒界が少なくキャリアの移動度が高い
と共に、大面積の薄膜が得られる高配向性ダイヤモンド
薄膜を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明に係る高配向性ダ
イヤモンド薄膜は、気相合成によって形成されたダイヤ
モンド薄膜であって、薄膜表面積の９５％以上がダイヤ
モンドの（１００）又は（１１１）結晶面から構成され
ており、隣接する（１００）又は（１１１）結晶面につ
いて、その結晶面方位を示すオイラー角｛α、β、γ｝
の差｛△α、△β、△γ｝が｜△α｜≦１°、｜△β｜
≦１°、｜△γ｜≦１°を同時に満足することを特徴と
する。
イヤモンド薄膜は、気相合成によって形成されたダイヤ
モンド薄膜であって、薄膜表面積の９５％以上がダイヤ
モンドの（１００）又は（１１１）結晶面から構成され
ており、隣接する（１００）又は（１１１）結晶面につ
いて、その結晶面方位を示すオイラー角｛α、β、γ｝
の差｛△α、△β、△γ｝が｜△α｜≦１°、｜△β｜
≦１°、｜△γ｜≦１°を同時に満足することを特徴と
する。
【００１０】図１は本発明に係る（１００）結晶面が高
度に配向したダイヤモンド薄膜表面の構造を模式的に示
す。薄膜面内に相互に直交するＸ軸及びＹ軸を定義し、
薄膜表面の法線方向をＺ軸と定義する。ｉ番目及びそれ
に隣接するｊ番目のダイヤモンド結晶面の結晶面方位を
表すオイラー角を夫々｛αi，βi，γi｝、｛αj，
βj，γj｝とし、両者の角度差を｛△α，△β，△γ｝
とする。
度に配向したダイヤモンド薄膜表面の構造を模式的に示
す。薄膜面内に相互に直交するＸ軸及びＹ軸を定義し、
薄膜表面の法線方向をＺ軸と定義する。ｉ番目及びそれ
に隣接するｊ番目のダイヤモンド結晶面の結晶面方位を
表すオイラー角を夫々｛αi，βi，γi｝、｛αj，
βj，γj｝とし、両者の角度差を｛△α，△β，△γ｝
とする。
【００１１】オイラー角｛α、β、γ｝は基準結晶面を
基準座標のＺ、Ｙ、Ｚ軸の周りに角度α、β、γの順に
回転して得られる結晶面の配向を表す。
基準座標のＺ、Ｙ、Ｚ軸の周りに角度α、β、γの順に
回転して得られる結晶面の配向を表す。
【００１２】本発明においては、｜△α｜≦１°、｜△
β｜≦１°、｜△γ｜≦１°を同時に満足する高配向性
ダイヤモンド薄膜であるため、結晶が高度に配向し、単
結晶膜と同様にキャリアの移動度が高い。
β｜≦１°、｜△γ｜≦１°を同時に満足する高配向性
ダイヤモンド薄膜であるため、結晶が高度に配向し、単
結晶膜と同様にキャリアの移動度が高い。
【００１３】（１１１）結晶面についても同様にオイラ
ー角の角度差の絶対値がいずれも１°以下である場合
に、結晶が高度に配向し、キャリアの移動度が高くな
る。このような高配向性ダイヤモンド薄膜は、例えば、
シリコン基板を鏡面研磨した後、メタンガスを含有する
気相中で基板に負のバイアスを印加しつつマイクロ波を
照射することにより形成することができる。
ー角の角度差の絶対値がいずれも１°以下である場合
に、結晶が高度に配向し、キャリアの移動度が高くな
る。このような高配向性ダイヤモンド薄膜は、例えば、
シリコン基板を鏡面研磨した後、メタンガスを含有する
気相中で基板に負のバイアスを印加しつつマイクロ波を
照射することにより形成することができる。
【００１４】配向したダイヤモンド粒子の合成について
は例えばB.R.Stoner and J.T.Glass, Applied Physics
Letters,Vol.60,No.6,p.698,1992年に述べられている。
しかし、約５０％の粒子が配向しているだけで、残る粒
子の配向は無秩序である。
は例えばB.R.Stoner and J.T.Glass, Applied Physics
Letters,Vol.60,No.6,p.698,1992年に述べられている。
しかし、約５０％の粒子が配向しているだけで、残る粒
子の配向は無秩序である。
【００１５】
【作用】本願第１発明においては、合成されたダイヤモ
ンド薄膜表面の９５％以上が（１００）結晶面で覆われ
ており、本願第２発明においては、ダイヤモンド薄膜表
面の９５％以上が（１１１）結晶面で覆われている。
ンド薄膜表面の９５％以上が（１００）結晶面で覆われ
ており、本願第２発明においては、ダイヤモンド薄膜表
面の９５％以上が（１１１）結晶面で覆われている。
【００１６】同種の結晶面は同一の成長速度を有するた
めに、長時間ダイヤモンド薄膜の合成を継続すれば、薄
膜表面の凹凸は無くなるか、又は従来の多結晶ダイヤモ
ンド薄膜に比して極めて小さくなる。また、薄膜成長を
続けると、前記結晶面間の間隙は減少し、結局は結晶面
同士が直接に接触するか重なるかして、薄膜表面の１０
０％が結晶面で覆い尽くされるという結果となる。
めに、長時間ダイヤモンド薄膜の合成を継続すれば、薄
膜表面の凹凸は無くなるか、又は従来の多結晶ダイヤモ
ンド薄膜に比して極めて小さくなる。また、薄膜成長を
続けると、前記結晶面間の間隙は減少し、結局は結晶面
同士が直接に接触するか重なるかして、薄膜表面の１０
０％が結晶面で覆い尽くされるという結果となる。
【００１７】図１に示したような高配向性ダイヤモンド
薄膜でも、ダイヤモンド結晶粒子間には粒界が存在する
が、結晶面が強く配向しているために結晶面間の角度差
が小さく、従来の多結晶薄膜に比べると、キャリア散乱
が大幅に低下する。また、粒界に存在する欠陥密度が低
減するために、キャリアのトラップも低減する。このよ
うな理由で、本発明に係る高配向性ダイヤモンド薄膜の
電気的特性は従来の多結晶薄膜に比して大幅に向上す
る。
薄膜でも、ダイヤモンド結晶粒子間には粒界が存在する
が、結晶面が強く配向しているために結晶面間の角度差
が小さく、従来の多結晶薄膜に比べると、キャリア散乱
が大幅に低下する。また、粒界に存在する欠陥密度が低
減するために、キャリアのトラップも低減する。このよ
うな理由で、本発明に係る高配向性ダイヤモンド薄膜の
電気的特性は従来の多結晶薄膜に比して大幅に向上す
る。
【００１８】このような電気的特性の向上は、請求項１
に記載したように、被覆率を所定の条件に限定すると共
に、｜△α｜、｜△β｜、｜△γ｜を所定値以下に限定
することにより得られる。これは後述する実施例１の実
験データから得られた条件である。これらの条件を満た
さない高配向性ダイヤモンド薄膜は、電気的特性が低
い。
に記載したように、被覆率を所定の条件に限定すると共
に、｜△α｜、｜△β｜、｜△γ｜を所定値以下に限定
することにより得られる。これは後述する実施例１の実
験データから得られた条件である。これらの条件を満た
さない高配向性ダイヤモンド薄膜は、電気的特性が低
い。
【００１９】本発明の高配向性ダイヤモンド薄膜は直径
数インチのシリコンウエハ等に成膜できるので、単結晶
ダイヤモンドにおけるような面積に対する制限はない。
このため、大面積の高配向性ダイヤモンド薄膜を得るこ
とができる。
数インチのシリコンウエハ等に成膜できるので、単結晶
ダイヤモンドにおけるような面積に対する制限はない。
このため、大面積の高配向性ダイヤモンド薄膜を得るこ
とができる。
【００２０】そして、本発明の高配向性ダイヤモンド薄
膜においては、上述した理由で粒界によるキャリア散乱
及びトラップの影響が極めて小さいために、後述する実
施例１及び２から明らかなように、従来の多結晶薄膜に
比してキャリア移動度が１００倍以上と大きい。このた
め、本発明に係る高配向性ダイヤモンド薄膜を用いて電
子センサ、電子デバイス、電子集積回路、ヒートシンク
及び表面弾性波素子等を製造すると、その電気的特性
は、従来の多結晶ダイヤモンド薄膜を使用した素子の場
合と比較して著しく向上する。
膜においては、上述した理由で粒界によるキャリア散乱
及びトラップの影響が極めて小さいために、後述する実
施例１及び２から明らかなように、従来の多結晶薄膜に
比してキャリア移動度が１００倍以上と大きい。このた
め、本発明に係る高配向性ダイヤモンド薄膜を用いて電
子センサ、電子デバイス、電子集積回路、ヒートシンク
及び表面弾性波素子等を製造すると、その電気的特性
は、従来の多結晶ダイヤモンド薄膜を使用した素子の場
合と比較して著しく向上する。
【００２１】このようなデバイス及び集積回路へ高配向
性膜を応用する場合には、その目的に応じて、基板上に
形成された高配向性ダイヤモンド薄膜として使用する
か、基板を除去した高配向性ダイヤモンド薄膜として使
用するか、又は不純物をドープした高配向性ダイヤモン
ド薄膜と真性の絶縁性薄膜とを積層した積層薄膜等とし
て使用することができる。
性膜を応用する場合には、その目的に応じて、基板上に
形成された高配向性ダイヤモンド薄膜として使用する
か、基板を除去した高配向性ダイヤモンド薄膜として使
用するか、又は不純物をドープした高配向性ダイヤモン
ド薄膜と真性の絶縁性薄膜とを積層した積層薄膜等とし
て使用することができる。
【００２２】
【実施例】以下、本発明の実施例について、本発明にて
規定した範囲から外れる比較例と比較して説明する。実施例１ （ステップ１）高配向性ダイヤモンド薄膜を形成する基
板として、直径１インチ、方位（１００）のシリコンウ
エハを用いた。このシリコン基板をマイクロ波化学気相
蒸着装置に入れ、メタン：２％及び水素：９８％の混合
ガスを、圧力２５Torr、流量３００cc／分の条件で流
し、基板温度を６５０℃にして１５分間マイクロ波を照
射した。なお、マイクロ波入力パワーはほぼ１０００Ｗ
であったが、基板温度を６５０℃に維持できるようにマ
イクロ波の入力パワーを微調整した。これと同時に、前
記基板に負のバイアス電圧を印加した。負バイアスによ
る電流量は１０mA／cm2であった。
規定した範囲から外れる比較例と比較して説明する。実施例１ （ステップ１）高配向性ダイヤモンド薄膜を形成する基
板として、直径１インチ、方位（１００）のシリコンウ
エハを用いた。このシリコン基板をマイクロ波化学気相
蒸着装置に入れ、メタン：２％及び水素：９８％の混合
ガスを、圧力２５Torr、流量３００cc／分の条件で流
し、基板温度を６５０℃にして１５分間マイクロ波を照
射した。なお、マイクロ波入力パワーはほぼ１０００Ｗ
であったが、基板温度を６５０℃に維持できるようにマ
イクロ波の入力パワーを微調整した。これと同時に、前
記基板に負のバイアス電圧を印加した。負バイアスによ
る電流量は１０mA／cm2であった。
【００２３】（ステップ２）その後、メタン：０．５
％、水素：９９．４％、酸素：０．１％、圧力３０Tor
r、ガス流量３００cc／分、基板温度８００℃で８０時
間にわたり、ダイヤモンド薄膜の合成を続けた。その結
果、膜厚が約２０μｍの高配向したダイヤモンド薄膜を
合成できた。
％、水素：９９．４％、酸素：０．１％、圧力３０Tor
r、ガス流量３００cc／分、基板温度８００℃で８０時
間にわたり、ダイヤモンド薄膜の合成を続けた。その結
果、膜厚が約２０μｍの高配向したダイヤモンド薄膜を
合成できた。
【００２４】電子顕微鏡観察により、この薄膜表面の９
８％が（１００）結晶面で覆われていることがわかっ
た。また、薄膜の断面写真から各結晶面の高低差は０．
１μｍ以下であった。
８％が（１００）結晶面で覆われていることがわかっ
た。また、薄膜の断面写真から各結晶面の高低差は０．
１μｍ以下であった。
【００２５】更に、この薄膜表面の法線方向から±１０
°の角度で２枚の電子顕微鏡写真を撮影し、各写真にお
いて、（１００）結晶面の傾きを測定したところ、隣接
する結晶面の傾きの差は｜△α｜≦１°、｜△β｜≦１
°、｜△γ｜≦１°であり、（△α）2＋（△β）2＋
（△γ）2＝１．５であった。
°の角度で２枚の電子顕微鏡写真を撮影し、各写真にお
いて、（１００）結晶面の傾きを測定したところ、隣接
する結晶面の傾きの差は｜△α｜≦１°、｜△β｜≦１
°、｜△γ｜≦１°であり、（△α）2＋（△β）2＋
（△γ）2＝１．５であった。
【００２６】（ステップ３）この高配向膜上に、更にＰ
型半導体ダイヤモンド薄膜を積層した。Ｐ型半導体ダイ
ヤモンド薄膜の合成条件はメタン：０．５％、水素：９
９．５％、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）：０．１ppm、ガス圧３
０Torr、ガス流量３００cc／分、基板温度８００℃で７
時間合成を続けたものである。この結果、下地の高配向
膜と同一の表面形態をもつ厚さが１．５μｍのＰ型半導
体ダイヤモンド薄膜層が積層された。この半導体ダイヤ
モンド層のホール移動度を測定した結果、１１５cm2/V・
秒であった。この値は通常の多結晶ダイヤモンド薄膜
（約cm2/V・秒）の１００倍以上であった。
型半導体ダイヤモンド薄膜を積層した。Ｐ型半導体ダイ
ヤモンド薄膜の合成条件はメタン：０．５％、水素：９
９．５％、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）：０．１ppm、ガス圧３
０Torr、ガス流量３００cc／分、基板温度８００℃で７
時間合成を続けたものである。この結果、下地の高配向
膜と同一の表面形態をもつ厚さが１．５μｍのＰ型半導
体ダイヤモンド薄膜層が積層された。この半導体ダイヤ
モンド層のホール移動度を測定した結果、１１５cm2/V・
秒であった。この値は通常の多結晶ダイヤモンド薄膜
（約cm2/V・秒）の１００倍以上であった。
【００２７】（ステップ４）（ステップ１）の条件にお
いて、メタン濃度及び基板温度を下記表１に示すように
変更して、ステップ２，３に示す条件で同様の実験を繰
り返した。但し、表１の試料１は上述のステップ１の条
件のものである。
いて、メタン濃度及び基板温度を下記表１に示すように
変更して、ステップ２，３に示す条件で同様の実験を繰
り返した。但し、表１の試料１は上述のステップ１の条
件のものである。
【００２８】
【表１】
【００２９】試料２では、薄膜表面の９６％が（１０
０）結晶面で覆われ、４％は面間の間隙であった。隣接
するどの結晶面についても｜△α｜≦１°、｜△β｜≦
１°、｜△γ｜≦１°が成り立った。また、（△α）2
＋（△β）2＋（△γ）2の値は２．４であった。
０）結晶面で覆われ、４％は面間の間隙であった。隣接
するどの結晶面についても｜△α｜≦１°、｜△β｜≦
１°、｜△γ｜≦１°が成り立った。また、（△α）2
＋（△β）2＋（△γ）2の値は２．４であった。
【００３０】これに対し、試料４，５では夫々薄膜表面
の９２％、９０％が（１００）結晶面で覆われ、また、
隣接するいずれの結晶面でも｜△α｜＞１°、｜△β｜
＞１°、｜△γ｜＞１°となった。また、試料４，５に
おける（△α）2＋（△β）2＋（△γ）2の値は夫々
６．８、１２．０であった。
の９２％、９０％が（１００）結晶面で覆われ、また、
隣接するいずれの結晶面でも｜△α｜＞１°、｜△β｜
＞１°、｜△γ｜＞１°となった。また、試料４，５に
おける（△α）2＋（△β）2＋（△γ）2の値は夫々
６．８、１２．０であった。
【００３１】試料３では薄膜表面の９５％が（１００）
結晶面で覆われ、△α、△β、△γの絶対値については
１°以下の場合も、１°以上の場合も見られた。（△
α）2＋（△β）2＋（△γ）2の値は３．８であった。
従って、試料１，２は本発明の実施例、試料３〜５は比
較例である。
結晶面で覆われ、△α、△β、△γの絶対値については
１°以下の場合も、１°以上の場合も見られた。（△
α）2＋（△β）2＋（△γ）2の値は３．８であった。
従って、試料１，２は本発明の実施例、試料３〜５は比
較例である。
【００３２】次に、これらの試料１〜５についてホール
移動度を測定した。そのホール移動度の測定結果を図２
に示す。図２からわかるように、試料１，２と、試料
４，５ではホール移動度が大きく異なる。これにより電
気的特性に優れた高配向膜としては請求項１にて規定し
た条件が必要となることが結論される。
移動度を測定した。そのホール移動度の測定結果を図２
に示す。図２からわかるように、試料１，２と、試料
４，５ではホール移動度が大きく異なる。これにより電
気的特性に優れた高配向膜としては請求項１にて規定し
た条件が必要となることが結論される。
【００３３】実施例２ 実施例１の（ステップ２）において、メタン：０．５
％、水素：９９．５％、ジボラン（Ｂ2Ｈ6 ）：０．１pp
m、ガス圧：３０Torr，ガス流量：３００cc/分、基板温
度８００℃で８０時間合成を続けて高配向性のダイヤモ
ンド薄膜を合成し、実施例１と同様の解析を行った。こ
の結果、反応ガスが異なるにも拘らず、実施例１とほぼ
同じ結果を得た。これにより、Ｐ型半導体の高配向性ダ
イヤモンド薄膜においても、本発明にて規定した範囲に
入る場合に、その電気的特性が優れていることが結論さ
れる。
％、水素：９９．５％、ジボラン（Ｂ2Ｈ6 ）：０．１pp
m、ガス圧：３０Torr，ガス流量：３００cc/分、基板温
度８００℃で８０時間合成を続けて高配向性のダイヤモ
ンド薄膜を合成し、実施例１と同様の解析を行った。こ
の結果、反応ガスが異なるにも拘らず、実施例１とほぼ
同じ結果を得た。これにより、Ｐ型半導体の高配向性ダ
イヤモンド薄膜においても、本発明にて規定した範囲に
入る場合に、その電気的特性が優れていることが結論さ
れる。
【００３４】実施例３ 実施例１の試料１について測定したラマンスペクトルを
図３に示す。１３３３cm-1のシャープなバンドはダイヤ
モンドに由来するが、結晶欠陥が少ない高品質なダイヤ
モンドほどこのバンド幅（Full Width at Half Maximu
m:ＦＷＨＭ）が小さいことが知られている。極めて高品
質の天然ダイヤモンドではこのバンド幅は約１．５cm-1
である。これに対し従来の多結晶ダイヤモンド薄膜では
１０〜１５cm-1である。下記表２には実施例１で製作し
たダイヤモンド薄膜についてのラマンバンド幅の測定結
果をまとめた。この表２から明らかなように、本願発明
の実施例に係る高配向性ダイヤモンド薄膜（試料１，
２）は結晶欠陥密度も低いことが分かる。
図３に示す。１３３３cm-1のシャープなバンドはダイヤ
モンドに由来するが、結晶欠陥が少ない高品質なダイヤ
モンドほどこのバンド幅（Full Width at Half Maximu
m:ＦＷＨＭ）が小さいことが知られている。極めて高品
質の天然ダイヤモンドではこのバンド幅は約１．５cm-1
である。これに対し従来の多結晶ダイヤモンド薄膜では
１０〜１５cm-1である。下記表２には実施例１で製作し
たダイヤモンド薄膜についてのラマンバンド幅の測定結
果をまとめた。この表２から明らかなように、本願発明
の実施例に係る高配向性ダイヤモンド薄膜（試料１，
２）は結晶欠陥密度も低いことが分かる。
【００３５】
【表２】
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、高配向
性膜の薄膜表面積の９５％以上がダイヤモンドの（１０
０）結晶面で構成されているか、又は（１１１）結晶面
で構成されており、隣接する（１００）結晶面又は（１
１１）結晶面について、その結晶面方位を表すオイラー
角｛α，β，γ｝の差｛△α，△β，△γ｝が｜△α｜
≦１°、｜△β｜≦１°、｜△γ｜≦１°を同時に満足
するので、単結晶膜と同様に、そのキャリアの移動度が
極めて高く、電気的特性が優れていると共に、結晶欠陥
密度も低く、更に、単結晶上に成長させる必要がないの
で、大面積のダイヤモンド薄膜を得ることができ、半導
体センサ、電子デバイス、集積回路、電子部品、及び光
学部品等における耐熱性が要求される用途に使用するの
に極めて有効である。
性膜の薄膜表面積の９５％以上がダイヤモンドの（１０
０）結晶面で構成されているか、又は（１１１）結晶面
で構成されており、隣接する（１００）結晶面又は（１
１１）結晶面について、その結晶面方位を表すオイラー
角｛α，β，γ｝の差｛△α，△β，△γ｝が｜△α｜
≦１°、｜△β｜≦１°、｜△γ｜≦１°を同時に満足
するので、単結晶膜と同様に、そのキャリアの移動度が
極めて高く、電気的特性が優れていると共に、結晶欠陥
密度も低く、更に、単結晶上に成長させる必要がないの
で、大面積のダイヤモンド薄膜を得ることができ、半導
体センサ、電子デバイス、集積回路、電子部品、及び光
学部品等における耐熱性が要求される用途に使用するの
に極めて有効である。
【図１】高配向性ダイヤモンド薄膜の表面とオイラー角
との関係を示す模式図であり、（ａ）は結晶面の基準配
向を示し、（ｂ）は（１００）結晶面が高度に配向した
ダイヤモンド薄膜の表面形態を示す。
との関係を示す模式図であり、（ａ）は結晶面の基準配
向を示し、（ｂ）は（１００）結晶面が高度に配向した
ダイヤモンド薄膜の表面形態を示す。
【図２】各試料のホール移動度の測定結果を示すグラフ
図である。
図である。
【図３】試料１のラマンシフトとラマン強度との関係を
示すグラフ図である。
示すグラフ図である。
フロントページの続き (72)発明者 西村 耕造 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 宮田 浩一 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 橘 武史 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 ブライアン・ライズ・ストーナー アメリカ合衆国，ノースカロライナ州 27603， ローリ，ブロード・オークス・ プレイス，2659
Claims (6)
- 【請求項１】 気相合成によって形成されたダイヤモン
ド薄膜であって、その薄膜表面積の９５％以上がダイヤ
モンドの（１００）結晶面から構成されており、隣接す
る（１００）結晶面について、その結晶面方位を表すオ
イラー角｛α，β，γ｝の差｛△α，△β，△γ｝が｜
△α｜≦１°、｜△β｜≦１°、｜△γ｜≦１°を同時
に満足することを特徴とする高配向性ダイヤモンド薄
膜。 - 【請求項２】 気相合成によって形成されたダイヤモン
ド薄膜であって、その薄膜表面積の９５％以上がダイヤ
モンドの（１１１）結晶面から構成されており、隣接す
る（１１１）結晶面について、その結晶面方位を示すオ
イラー角｛α，β，γ｝の差｛△α，△β，△γ｝が｜
△α｜≦１°、｜△β｜≦１°、｜△γ｜≦１°を同時
に満足することを特徴とする高配向性ダイヤモンド薄
膜。 - 【請求項３】 前記ダイヤモンド薄膜が非ダイヤモンド
基板上に形成されたものであることを特徴とする請求項
１又は２に記載の高配向性ダイヤモンド薄膜。 - 【請求項４】 前記ダイヤモンド薄膜が一旦非ダイヤモ
ンド基板上に形成された後、前記非ダイヤモンド基板が
機械的又は化学的に除去された自立性のものであること
を特徴とする請求項１又は２に記載の高配向性ダイヤモ
ンド薄膜。 - 【請求項５】 前記ダイヤモンド薄膜が不純物をドープ
した半導体ダイヤモンド薄膜であることを特徴とする請
求項１乃至４のいずれか１項に記載の高配向性ダイヤモ
ンド薄膜。 - 【請求項６】 前記ダイヤモンド薄膜が不純物をドープ
した半導体薄膜と、真性の絶縁性薄膜とを積層したもの
であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項
に記載の高配向性ダイヤモンド薄膜。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US6200593A | 1993-05-14 | 1993-05-14 | |
| US08/062,005 | 1993-05-14 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0769789A true JPH0769789A (ja) | 1995-03-14 |
| JP3549227B2 JP3549227B2 (ja) | 2004-08-04 |
Family
ID=22039600
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31555893A Expired - Lifetime JP3549227B2 (ja) | 1993-05-14 | 1993-12-15 | 高配向性ダイヤモンド薄膜 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5523160A (ja) |
| JP (1) | JP3549227B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007524554A (ja) * | 2003-02-06 | 2007-08-30 | ジェンヴァック エアロスペイス コーポレイション | 自立ダイヤモンド構造および方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB9309346D0 (en) * | 1993-05-06 | 1993-06-16 | Kobe Steel Europ Ltd | Preparation of nucleated silicon surfaces |
| GB2300425A (en) * | 1995-05-01 | 1996-11-06 | Kobe Steel Europ Ltd | Nucleation of diamond films using an electrode |
| US6037240A (en) * | 1997-01-23 | 2000-03-14 | Daimlerchrysler Ag | Growth substrate having growth nuclei made of diamonds and/or diamond-like carbon arranged on its growth surface as well as process for a uniform nucleation on the growth substrate |
| DE19702311A1 (de) * | 1997-01-23 | 1998-07-30 | Daimler Benz Ag | Wachstumssubstrat mit auf seiner Wachstumsoberfläche angeordneten Wachstumskeimen aus Diamant und/oder diamantähnlichem Kohlenstoff sowie Verfahren zum gleichmäßigen Bekeimen des Wachstumssubstrats |
| JP4646752B2 (ja) * | 2004-11-29 | 2011-03-09 | 株式会社神戸製鋼所 | 高配向ダイヤモンド膜及びその製造方法並びに高配向ダイヤモンド膜を備えた電子デバイス |
| JP4613314B2 (ja) * | 2005-05-26 | 2011-01-19 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 単結晶の製造方法 |
| US9469918B2 (en) | 2014-01-24 | 2016-10-18 | Ii-Vi Incorporated | Substrate including a diamond layer and a composite layer of diamond and silicon carbide, and, optionally, silicon |
| JP7477130B2 (ja) | 2018-03-29 | 2024-05-01 | Ｏｒｂｒａｙ株式会社 | ダイヤモンド結晶 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5927754A (ja) * | 1982-08-04 | 1984-02-14 | Nippon Steel Corp | 非晶質合金薄帯製造用ノズル |
| JPS59137396A (ja) * | 1983-01-25 | 1984-08-07 | Natl Inst For Res In Inorg Mater | Ｐ型半導体ダイヤモンドの合成法 |
| JPS6012747A (ja) * | 1983-07-01 | 1985-01-23 | Sumitomo Electric Ind Ltd | エレクトロニクスデバイス用ヒートシンクおよびその製造法 |
| JPS613320A (ja) * | 1984-06-18 | 1986-01-09 | Ricoh Co Ltd | 磁気記録媒体 |
| JP2597976B2 (ja) * | 1985-03-27 | 1997-04-09 | 株式会社東芝 | 半導体装置及びその製造方法 |
| JPS61251158A (ja) * | 1985-04-30 | 1986-11-08 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 放熱基板 |
| EP0262601B1 (en) * | 1986-09-26 | 1993-03-10 | Sumitomo Electric Industries Limited | Thermistor and method for producing the same |
| US4863529A (en) * | 1987-03-12 | 1989-09-05 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Thin film single crystal diamond substrate |
| JP2590161B2 (ja) * | 1987-12-15 | 1997-03-12 | 導電性無機化合物技術研究組合 | Ｍｉｓ型電界効果トランジスタの製造法 |
| JPH0823600B2 (ja) * | 1988-03-25 | 1996-03-06 | 日本原子力研究所 | 遠隔駆動中性子照射キャプセルと中性子照射の遠隔制御方法 |
| JPH02273960A (ja) * | 1989-04-14 | 1990-11-08 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ダイヤモンドヒートシンク |
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| JP2775903B2 (ja) * | 1989-10-04 | 1998-07-16 | 住友電気工業株式会社 | ダイヤモンド半導体素子 |
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-
1993
- 1993-12-15 JP JP31555893A patent/JP3549227B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1995
- 1995-06-06 US US08/466,922 patent/US5523160A/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3549227B2 (ja) | 2004-08-04 |
| US5523160A (en) | 1996-06-04 |
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