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公開番号2025175289
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-12-01
出願番号2025143474,2021183681
出願日2025-08-29,2021-11-10
発明の名称下地基板及び単結晶ダイヤモンド積層基板並びにそれらの製造方法
出願人信越化学工業株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類C30B 29/04 20060101AFI20251121BHJP(結晶成長)
要約【課題】電子・磁気デバイスに適用可能な、大面積(大口径)であり、高結晶性でヒロック、異常成長粒子、転位欠陥等が少なく、高純度かつ低応力の、高品質な単結晶ダイヤモンド層を製膜することが可能な下地基板の製造方法を提供する。
【解決手段】単結晶ダイヤモンド積層基板用の下地基板の製造方法であって、初期基板を準備する工程と、前記初期基板上に少なくとも単結晶Ir膜又は単結晶MgO膜を含む単層又は積層膜からなる中間層を形成する工程とを有し、前記中間層を構成する単結晶Ir膜又は単結晶MgO膜の形成を、ミストCVD法を用いて行う下地基板の製造方法。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
単結晶ダイヤモンド積層基板用の下地基板の製造方法であって、
初期基板を準備する工程と、
前記初期基板上に少なくとも単結晶ＭｇＯ膜を含む単層又は積層膜からなる中間層を形成する工程と
を有し、
前記中間層を構成する単結晶ＭｇＯ膜の形成を、ミストＣＶＤ法を用いて行うことを特徴とする下地基板の製造方法。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記初期基板を、単結晶Ｓｉ基板、単結晶α－Ａｌ
２
Ｏ
３
基板、単結晶Ｆｅ基板、単結晶Ｎｉ基板、及び、単結晶Ｃｕ基板のいずれかとすることを特徴とする請求項１に記載の下地基板の製造方法。
【請求項３】
前記中間層を、さらに、単結晶イットリア安定化ジルコニア膜、単結晶ＳｒＴｉＯ
３
膜及び単結晶Ｒｕ膜の少なくともいずれか１つを含む積層膜とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の下地基板の製造方法。
【請求項４】
前記初期基板を、Ｓｉ｛１１１｝基板、α－Ａｌ
２
Ｏ
３
｛０００１｝基板、Ｆｅ｛１１１｝基板、Ｎｉ｛１１１｝基板、及び、Ｃｕ｛１１１｝基板のいずれかとし、
前記中間層を、少なくともＭｇＯ｛１１１｝膜を含むものとすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の下地基板の製造方法。
【請求項５】
前記中間層を、さらに、イットリア安定化ジルコニア｛１１１｝膜、ＳｒＴｉＯ
３
｛１１１｝膜、Ｒｕ｛０００１｝の少なくともいずれか１つを含むものとすることを特徴とする請求項４に記載の下地基板の製造方法。
【請求項６】
前記初期基板の最表面を、立方晶面方位｛１１１｝に対して、結晶軸＜－１－１２＞方向にオフ角を付けたものとする、又は、六方晶面方位｛０００１｝に対して、結晶軸＜１０－１０＞若しくは＜１１－２０＞方向にオフ角を付けたものとすることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の下地基板の製造方法。
【請求項７】
前記初期基板の最表面のオフ角を、＋０．５～＋１５．０°又は－０．５～－１５．０°の範囲とすることを特徴とする請求項６に記載の下地基板の製造方法。
【請求項８】
前記中間層の最表面を、立方晶面方位｛１１１｝に対して、結晶軸＜－１－１２＞方向にオフ角を付けたものとする、又は、六方晶面方位｛０００１｝に対して、結晶軸＜１０－１０＞若しくは＜１１－２０＞方向にオフ角を付けたものとすることを特徴とする請求項４から請求項７のいずれか１項に記載の下地基板の製造方法。
【請求項９】
前記中間層の最表面のオフ角を、＋０．５～＋１５．０°又は－０．５～－１５．０°の範囲とすることを特徴とする請求項８に記載の下地基板の製造方法。
【請求項１０】
前記初期基板を、Ｓｉ｛００１｝基板、α－Ａｌ
２
Ｏ
３
｛１１－２０｝基板、Ｆｅ｛００１｝基板、Ｎｉ｛００１｝基板、及び、Ｃｕ｛００１｝基板のいずれかとし、
前記中間層を、少なくともＭｇＯ｛００１｝膜を含むものとすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の下地基板の製造方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、下地基板及び単結晶ダイヤモンド積層基板並びにそれらの製造方法に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
ダイヤモンドは、室温で５．４７ｅＶという広いバンドギャップを持ち、ワイドバンドギャップ半導体として知られている。
【０００３】
半導体の中でも、ダイヤモンドは、絶縁破壊電界強度が１０ＭＶ／ｃｍと非常に高く、高電圧動作が可能である。また、既知の物質として最高の熱伝導率を有していることから放熱性にも優れている。さらに、キャリア移動度や飽和ドリフト速度が非常に大きいため、高速デバイスとして適している。
【０００４】
そのため、ダイヤモンドは、高周波・大電力デバイスとしての性能を示すＪｏｈｎｓｏｎ性能指数を、炭化ケイ素や窒化ガリウムといった半導体と比較しても最も高い値を示し、究極の半導体と言われている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
Ｈ．Ｙａｍａｄａ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．１０４，１０２１１０（２０１４）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、ダイヤモンドは、半導体材料や電子・磁気デバイス用材料としての実用化が期待されており、大面積かつ高品質なダイヤモンド基板の供給が望まれている。
【０００７】
現在、ダイヤモンド半導体作製用の単結晶ダイヤモンドは、高温高圧法（ＨＰＨＴ）で合成されたＩｂ型と呼ばれるダイヤモンドがほとんどである。このＩｂ型ダイヤモンドは、窒素不純物を多く含み、かつ最大でも８ｍｍ角程度のサイズ迄しか得られず、実用性は低い。また、ＨＰＨＴ基板（ＨＰＨＴ法により合成されたダイヤモンド基板）を多数個並べて繋ぎあわせるモザイク法と呼ばれるものも提案させている（非特許文献１）が、継目の不完全性の問題は残されている。
【０００８】
それに対して、気相合成（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）法では、多結晶ダイヤモンドならば、高純度に６インチ（１５０ｍｍ）径程度の大面積なダイヤモンドが得られるものの、通常電子デバイスに適する、単結晶化が困難であった。これは、ダイヤモンドを形成するための下地基板として、ダイヤモンドとの間の格子定数及び線膨張係数の差が小さい適当な材料の組み合わせが実現されず、例えば、ダイヤモンドと単結晶Ｓｉとの格子定数の差は、３４．３％にもなるため、下地基板表面にダイヤモンドをヘテロエピタキシャル成長させることが非常に困難である。
【０００９】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、電子・磁気デバイスに適用可能な、大面積（大口径）であり、高結晶性でヒロック、異常成長粒子、転位欠陥等が少なく、高純度かつ低応力の、高品質な単結晶ダイヤモンド層を製膜することが可能な下地基板及びその製造方法を提供することを目的とする。また、そのような単結晶ダイヤモンド層を有する単結晶ダイヤモンド積層基板及び単結晶ダイヤモンド自立構造基板の製造方法を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を解決するために、本発明は、単結晶ダイヤモンド積層基板用の下地基板の製造方法であって、初期基板を準備する工程と、前記初期基板上に少なくとも単結晶Ｉｒ膜又は単結晶ＭｇＯ膜を含む単層又は積層膜からなる中間層を形成する工程とを有し、前記中間層を構成する単結晶Ｉｒ膜又は単結晶ＭｇＯ膜の形成を、ミストＣＶＤ法を用いて行うことを特徴とする下地基板の製造方法を提供する。
（【００１１】以降は省略されています）

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