JPS623095A - 結晶生長法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は結晶の生長、更に詳しくはダイヤモンドの生長
に関する。

熱力学的に準安定な領域でダイヤモンドを合成する方法
は種々知られている。これらの方法はＲＦグロー放電下
でのダイヤモンＦのマイクロ波プラズマ／化学蒸着で、
°またスパッター法及びイオンビーム付着法のような物
理蒸着法で気相からダイヤモンドを合成する方法がある
。これら各種方法の総説はディー・ブイ・フェトセーフ
（Ｄ、　Ｖ、　Ｆｅｄ５ｅｅｖ）等のルシアン・ケミカ
ル・レビューズ（ＲｕｓｓｉａｎＣｈｅｍｉｃａｌＲｅ
ｖｉｅｗｓ）、５３（５）、　　１９８４年、第４３５
〜４４４頁の雑文に見い出すことができる。

結晶基体上でのもう１つのダイヤモンドの生長法が南ア
フリカ国特許第８２／１）７７号の完全明細書に記載さ
れている。この方法は基体表面に適当な非晶質物質又は
部分的に結晶性の物質の層を付着させる工程及びその被
覆表面に適当なレーザービームを照射する工程を含む。

発明の要約 本発明によれば、基体の表面上又は表面内に目的とする
結晶性物質の形成に必要なイオン、原子又は分子を付着
させる工程と付着物質において固有格子振動（ｃｈａｒ
ａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　１ａｔｔｉｃｅ　ｖｉｂｒａｔ
ｉｏｎｓ）が励起されて共鳴吸収が生ずるように選択さ
れた波長を有するレーザービームを付着物質に前記工程
と同時に照射する工程を含む基体上での結晶生長法が提
供される。照射レーザービームは一般に付着が行われて
いる間に表面に走査せしめられる。

本発明にとって本質的な要件はイオン、原子又は分子に
これらが基体の表面上又は表面内に付着されているとき
にレーザービームを照射するということである。これは
１例えば付着が行われている基体の領域にレーザービー
ムの焦点を合わせ。

当てることによって達成することができる。

イオン、原子又は分子はこの技術分野で公知の任意の方
法１例えば物理蒸着法、化学蒸着法、スパッター法、ク
ラッキング法、イオン注入法及びプラズマ誘導化学蒸着
法で基体の表面上又は表面内に付着させることができる
。

レーザービームは共鳴吸収又は表面加熱に適した連続波
レーザー又はパルスレーザ−であることができる。この
ようなレーザービームは文献に記載されている。例えば
、（ダイヤモンドについては）５μｍの波長領域の、ま
た（ケイ素及びゲルマニウムについてはそれぞれ）９μ
ｍと３０μｍの波長領域のチューナプル輻射線（ｔｕｎ
ａｂｌｅ　ｒａｄｉｏｔｉｏｎ）が用い得る。

本発明の方法を実施する際に観察しなければならない因
子は次の通シである： １、共鳴吸収は（ａ）レーザーを最適波長に同調させる
か、若しくは最適波長で掃引し、又は（ｂ）基体の結晶
軸に対して配向された直線的に偏光された光子ビームを
用いることによって最大にすることができる。

■、結晶生長領域内のエネルギー密度は（ａ）レーザー
強度、（ｂ）レーザーのパルス持続時間及びタイム・ス
トラフチャ−（ｔｉｍｅ　５ｔｒｕｃｔｕｒｅ）、（ｃ
）表面に対する連続波レーザービームの走査又は（ｄ）
基体の熱伝導度を温度制御で約・１０倍まで調整するこ
とで制御することができる。

活性化エネルギーが付着層内の原子に供給することがで
きる。この活性化エネルギーは（ａ）適当に同調された
波長を持つＵＶ光子による原子の電子励起で、又は（ｂ
）高いフリーエネルギーを持つイオン。

原子又は分子の付着で供給することができる。例えば、
炭素の場合、ダイヤモンドの基体表面上でのアセチレン
の縮合及び引き続くクラッキングで上記の付着が達成さ
れる。

適当な不純物又はト９−ノξン）　（ｄｏｐａｎｔｓ）
を制御された量で付着層に導入して結晶生長を速めるこ
ともできる。ダイヤモンドの生長の場合、これは。

例えばＣ＝Ｎラジカルを与えることによって達成するこ
とができる。７．８μｍの波長領域においては共鳴エネ
ルギー転移の可能性があることから、基体（例えば、タ
イプＩａのダイヤモンド）及び付着層の両方に窒素を存
在せしめてもよい。

ヨン（１ｎｉｔｉａｌ　ｄｅｐｔｈ−ｐｒｏｆｉｌｅｄ
　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）で助長することができる。ダ
イヤモンドの場合、低濃度の窒素を基体表面内部に注入
することは（これは格子パラメーターを実質上変えず、
従ってこの表面上での後続結晶生長を妨害しないだろう
）７．８μｍの波長の光子の局在化共鳴吸収をもたらす
と思われる。次に、大きな面積全体にわたって伸開を７
．８μｍの輻射線の強いパルスで誘発させることができ
、そうするとエピタキシー的に生長したダイヤモンドの
薄層が離れる。

結晶生長が起こる基体は結晶性でも、非結晶性でもよい
。基体は好ましくは結晶性のものである。

適当な結晶基体の例はゲルマニウム、ケイ素、砒化ガリ
ウム、アンチモン化インジウム及びモリブデンである。

結晶性基体の特に適当な例はダイヤモンＰである。

粒子ビーム及び放電を含めて他の輻射−による付着物質
に対する独立の照射又は同時照射も生長を速めるために
用いることができる。

本発明の方法が適用される特定の用途は基体上又は基体
内におけるダイヤモンドの生長である。

炭素の層は前記方法のいずれかで基体表面に付着させる
ことができる。特に適当な方法の例は次の通りである。

１、プラズマ誘導化学蒸着法、この方法では、分子状水
素の水素原子への解離を上げるのが有利であり、これは
付着物質に共鳴吸収を誘発するのに用いるものと同じ、
又は異なるレーザービームを用いて達成することができ
る。炭素源の物質（通きる。

２、炭素は適当な固体炭素源１例えばグラファイトから
炭素を昇華させることができる。昇華はレーザービーム
を用いて達成してもよい。

３、高エネルギーの炭素イオンをダイヤモンドの表面内
に注入し、基体表面下の注入イオンにレーザービームの
焦点を合せて当てることができる。

基体上のダイヤモンドの生長はエピタキシャル結晶とし
て、又は多結晶として％あるいは単結晶として行うこと
ができる。生長の本質は基体の性質、基体の温度、炭素
の溶融速度及び基体の表面上又は表面内に付着した炭素
原子の化学的活性のような諸因子依存する。

本発明の方法によれば、ホウ素のようなドーパント原子
を基体上で生長したダイヤモンド５の結晶に導入するこ
とも可能である。本発明の方法によれば、この技術分野
で公知の他のト９−ピング法よりも一層容易に置換位置
に導入するその道すじを見い出すド−パント原子の傾向
を高めることが可能である。これはド−パント原子が格
子位置におるときだけ電気的に活性であるときに特に有
利である。

（外４名）

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）基体の表面上又は表面内に目的とする結晶性物質
   の形成に必要なイオン、原子又は分子を付着させる工程
   と付着物質において固有格子振動が励起されて共鳴吸収
   が生ずるように選択された波長を有するレーザービーム
   を付着物質に前記工程と同時に照射する工程を含むこと
   を特徴とする基体上での結晶生長法。
2. （２）レーザービームが共鳴吸収又は表面加熱に適した
   連続波レーザー又はパルスレーザーである特許請求の範
   囲第（１）項記載の方法。
3. （３）イオン、原子又は分子を物理蒸着法、化学蒸着法
   、スパッター法、クラッキング法、イオン注入法及びプ
   ラズマ誘導化学蒸着法から選択される方法で基体の表面
   上又は表面内に付着させる特許請求の範囲第（１）項又
   は第（２）項記載の方法。
4. （４）基体が結晶性の基体である特許請求の範囲第（１
   ）項乃至第（３）項のいずれか１項に記載の方法。
5. （５）結晶性基体がゲルマニウム、ケイ素、砒化ガリウ
   ム、アンチモン化インジウム及びモリブデンから選択さ
   れる特許請求の範囲第（４）項記載の方法。
6. （６）結晶性基体がダイヤモンドである特許請求の範囲
   第（４）項記載の方法。
7. （７）炭素原子又はイオンがダイヤモンドの表面上又は
   表面内に付着せしめられ、結晶生長がエピタキシャル結
   晶として、若しくは多結晶として、又は単結晶として行
   われる特許請求の範囲第（６）項記載の方法。
8. （８）生長したダイヤモンドの結晶性物質にドーパント
   原子を導入する特許請求の範囲第（７）項記載の方法。