(57)【要約】【課題】ダイヤモンド・フィルム層と半導体層の間の結晶格子ミスマッチがＳｉＣ層によって取り除かれ、さらに半導体層の結晶品質が改善され、ダイヤモンド基板の製造工程が単純化され、性能と安定性が高められるダイヤモンド基板とその製造方法を提供する。【解決手段】ダイヤモンド基板を形成する工程でダイヤモンド・フィルム層の変形を防止するためダイヤモンド・フィルム層の下部表面にＳｉＣ層が形成され、次に半導体層がダイヤモンド・フィルム層の上に形成されるか、またはＳｉＣ層の下部表面に直接形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｉＣ層と、ＳｉＣ層上面に形成したダイヤモンド・フィルム層と、ダイヤモンド・フィルム層の変形を妨げるＳｉＣ層およびＳｉＣ層の下面に形成される半導体層と、ダイヤモンド・フィルム層と半導体層間の結晶格子ミスマッチを取り除くＳｉＣ層とから成るダイヤモンド基板。
【請求項２】
ダイヤモンド・フィルム層が、単結晶ダイヤモンド・フィルム層と多結晶ダイヤモンド・フィルム層からなるグループから選ばれた材料である請求項1に記載のダイヤモンド基板。
【請求項３】
ＳｉＣを単結晶ＳｉＣ、多結晶ＳｉＣおよび非晶質ＳｉＣからなるグループから選んだ請求項1に記載のダイヤモンド基板。
【請求項４】
半導体層が窒化アルミニウム(AlN)、BN、AlGaNとGaNからなるグループから選ばれた材料によって形成される請求項1に記載のダイヤモンド基板。
【請求項５】
ダイヤモンド基板が2から8インチの範囲の直径を持つディスク状である請求項1に記載のダイヤモンド基板。
【請求項６】
ダイヤモンド基板の製造方法であって、基層を設け、基層上にＳｉＣ層を形成し、ＳｉＣ層の上部表面にダイヤモンド・フィルム層およびダイヤモンド・フィルム層の変形を妨げるＳｉＣ層を形成し、
基層を取り除き、ＳｉＣ層の下部表面の上に半導体層を、またダイヤモンド・フィルム層と半導体層の間の結晶格子ミスマッチをなくすＳｉＣ層を形成する手順から成るダイヤモンド基板の製造方法。
【請求項７】
基層がシリコン結晶の層である請求項6に記載のダイヤモンド基板の製造方法。
【請求項８】
ダイヤモンド・フィルム層が単結晶ダイヤモンド・フィルム層と多結晶ダイヤモンド・フィルム層からなるグループから選ばれた請求項6に記載のダイヤモンド基板の製造方法。
【請求項９】
ＳｉＣが単結晶ＳｉＣ、多結晶ＳｉＣおよび非晶質ＳｉＣからなるグループから選ばれた請求項6に記載のダイヤモンド基板の製造方法。
【請求項１０】
半導体層は窒化アルミニウム(AlN)、BN、AlGaNとGaNからなるグループから選ばれた材料によって形成される請求項6に記載のダイヤモンド基板の製造方法。
【請求項１１】
ＳｉＣ層と、ＳｉＣ層の上に形成されるダイヤモンド・フィルム層とダイヤモンド・フィルム層を防止するＳｉＣと、ダイヤモンド・フィルム層の上に形成される半導体層より成るダイヤモンド基板。
【請求項１２】
ＳｉＣ層の下部表面に形成される基層を更に含む請求項11に記載のダイヤモンド基板。
【請求項１３】
基層がシリコン・クリスタル層である請求項12に記載のダイヤモンド基板。
【請求項１４】
ダイヤモンド・フィルム層が単結晶ダイヤモンド・フィルム層と多結晶ダイヤモンド・フィルム層からなるグループから選ばれた請求項11に記載のダイヤモンド基板。
【請求項１５】
ＳｉＣが単結晶ＳｉＣ、多結晶ＳｉＣおよび非晶質ＳｉＣからなるグループから選ばれた請求項11に記載のダイヤモンド基板。
【請求項１６】
半導体層がダイヤモンド・フィルム層にグループIII要素でドープ処理を行って形成したＰ型半導体層である請求項11に記載のダイヤモンド基板。
【請求項１７】
半導体層がダイヤモンド・フィルム層にグループV 要素でドープ処理を行って形成したＮ型半導体層である請求項11に記載のダイヤモンド基板。 
【請求項１８】
ダイヤモンド基板が2から8インチの範囲の直径を持つディスク状である請求項11に記載のダイヤモンド基板。
【請求項１９】
ダイヤモンド基板の製造方法であって、基層を設け、基層上にＳｉＣ層を形成し、ＳｉＣ層にダイヤモンド・フィルム層およびダイヤモンド・フィルム層の変形を妨げるＳｉＣ層を形成し、ダイヤモンド・フィルム層上に半導体層を形成する手順から成るダイヤモンド基板の製造方法。
【請求項２０】
ＳｉＣ層を形成した後に基層を取り除く手順を更に含む請求項19に記載のダイヤモンド基板の製造方法。
【請求項２１】
基層がシリコン結晶の層である請求項20に記載のダイヤモンド基板の製造方法。  
【請求項２２】
ダイヤモンド・フィルム層が単結晶ダイヤモンド・フィルム層と多結晶ダイヤモンド・フィルム層からなるグループから選ばれた請求項19に記載のダイヤモンド基板の製造方法。
【請求項２３】
ＳｉＣが単結晶ＳｉＣ、多結晶ＳｉＣおよび非晶質ＳｉＣからなるグループから選ばれた請求項19に記載のダイヤモンド基板の製造方法。
【請求項２４】
半導体層をダイヤモンド・フィルム層にグループIII要素でドープ処理を行ってＰ型半導体層として形成した請求項19に記載のダイヤモンド基板の製造方法。
【請求項２５】
半導体層がダイヤモンド・フィルム層にグループV 要素でドープ処理を行ってＮ型半導体層として形成された請求項19に記載のダイヤモンド基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はダイヤモンド基板とその製造方法に関するものであり、より詳しくは、ダイヤモンドと炭化ケイ素(ＳｉＣ)によって形成する合成層状構造を有するダイヤモンド基板とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤモンドは、遠紫外光から遠赤外光までの光の高光透過率、高弾性表面波速度、高熱伝導度、高硬度、高輻射抵抗、優れた化学的不活性、優れた絶縁特性などの卓越した性質を有し、したがってダイヤモンドは、従来の切削工具と研磨工具に広く利用されてきた。最近、化学蒸着法(CVD)の開発に伴ってダイヤモンドの応用分野は、高周波コミュニケーション装置、吸熱器、オプトエレクトロニクスの光学装置、ダイヤモンド半導体、その他にまで拡大した。
光電性半導体として、発光ダイオード(LED)は30年以上にわたって開発されてきており、赤色、緑色、黄色のＬＥＤは十分に開発された。しかし、青色のＬＥＤの開発は、非常に遅かった。材料とエピタキシーの開発によって、青色と白色ＬＥＤの明るさは、非常に高められた。現在サファイヤ・ウエハーが、エピタキシー基板として製造工程で主に使われている。多結晶窒化アルミニウム(AlN)フィルムおよび単結晶窒化アルミニウム(AlN)フィルムが、バッファ層の役目を果たすものとしてサファイヤ・ウエハー基板に順次形成される。次に、GaNがバッファ層に形成され、このようにして、GaNクリスタルの好ましい特性が得られ、これによってＬＥＤの発光効率と安定性が強化された。
上に述べた従来の工程にはまだ多くの改善すべき分野があり、これまで数多くの研究者が製造工程の改善に力を注いできた。
そのうちのいくつかは、サファイヤ基板の代わりに、上述した優れた特性を持つダイヤモンドを使用する方法である。しかしながら、ダイヤモンドとGaNとの間の結晶格子の適合性は、サファイヤ基板とGaNとの間の結晶格子よりすぐれているが、単結晶ダイヤモンド・フィルム層の表面に単結晶GaNを形成するのは依然として難しい。その上、ダイヤモンド・フィルム層と基層との間に存在する熱応力や、ダイヤモンド・フィルム層の欠陥に起因する内部応力が原因で、ダイヤモンド・フィルム層は容易に変形するか破砕される。上記に述べたこうした問題は、これから解決しなければならない難問である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の観点から、本発明はダイヤモンド基板とその製造方法を提供するものである。本発明の目的は、ダイヤモンド・フィルム層上にＳｉＣ層を形成し、半導体層の結晶の品質を高め、ダイヤモンド・フィルム層が変形するのを防ぎ、それによって、従来の技術に存在する問題を解決することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の目的を達成するため、本発明はダイヤモンド・フィルム層、ＳｉＣ層および半導体層を含む、ダイヤモンド基板を提供する。ダイヤモンド・フィルム層はＳｉＣ層の上部表面に形成され、そのＳｉＣ層がダイヤモンド・フィルム層の変形を防止する。さらに、半導体層がＳｉＣ層の下部表面に形成される。ＳｉＣ層は、ダイヤモンド・フィルム層と半導体層との間の結晶格子ミスマッチをなくし、それによって半導体層結晶の品質が高められる。
【０００５】
ダイヤモンド・フィルム層は、単結晶ダイヤモンド・フィルム層または多結晶ダイヤモンド・フィルム層のいずれであってもよい。ＳｉＣ層は、単結晶ＳｉＣ層、多結晶ＳｉＣ層または非晶質ＳｉＣ層から選ぶことができる。半導体層は、窒化アルミニウム(AlN)、BN、AlGaN、GaNなどの窒化物のうちの1つを選ぶことができる。さらに、窒化物によって形成された半導体層の表面に、電子装置、集積回路、有機発光ダイオード装置、無機発光ダイオード装置、音波装置または化学物質探知装置を製造することが可能である。
【０００６】
更に、本発明はつぎの手順からなるダイヤモンド基板の製造方法を提供する。最初に、基層を設ける。次にその基層の上にＳｉＣ層を形成する。そして次に、ＳｉＣ層上に、ダイヤモンド・フィルム層を形成し、ＳｉＣがダイヤモンド・フィルム層の変形を防止する。最後に、基層を取り除く。ＳｉＣはダイヤモンド・フィルム層と半導体層の間の結晶格子ミスマッチをなくすことができ、そのため完全な単結晶構造の半導体層をＳｉＣ層上に形成することが可能になる。
【０００７】
本発明はＳｉＣ層、ダイヤモンド・フィルム層と半導体層を含む他の種類のダイヤモンド基板を提供する。ダイヤモンド・フィルム層が、ＳｉＣ層上に形成され、ＳｉＣ層がダイヤモンド・フィルム層の変形を防止する。半導体層はダイヤモンド・フィルム層上に形成される。
【０００８】
ダイヤモンド基板には、更にダイヤモンド・フィルム層の下部表面に形成される基層が含まれる。基層は、シリコン結晶の層であっても良い。
ダイヤモンド・フィルム層は、単結晶ダイヤモンド・フィルム層または多結晶ダイヤモンド・フィルム層のいずれであっても良い。 ＳｉＣは、単結晶ＳｉＣ、多結晶ＳｉＣまたは非晶質ＳｉＣから選ぶことができる。半導体層は、ダイヤモンド・フィルム層にグループIII要素でドープ処理を行って形成したＰ型半導体層またはダイヤモンド・フィルム層にグループV 要素でドープ処理を行って形成したＮ型半導体層とすることができる。
電子装置、集積回路、有機発光ダイオード装置、無機発光ダイオード装置、化学物質探出装置または太陽電池装置を、Ｎ型またはＰ型半導体層のダイヤモンド基板の表面に製造することが可能である。
【０００９】
さらに次の手順を含む他のダイヤモンド基板の製造方法を提供する。最初に、基層を設ける。次にその基層の上にＳｉＣ層を形成する。そして次に、ダイヤモンド・フィルム層をＳｉＣ層の上に形成し、そのＳｉＣ層がダイヤモンド・フィルム層の変形を防止する。最後に、ダイヤモンド・フィルム層の上に半導体層を形成する。また、本方法は、基層なしのダイヤモンド基板を得るための、基層を取り除く手順を更に含む。
これによって、ダイヤモンド基板の優れた性能を、より広い分野で完全に利用することが出来る。 
【００１０】
本発明の更なる応用範囲は、以下の詳細な説明から明らかになろう。しかしながら、詳細な説明と具体的な例は、本発明の好ましい実施態様を示しており、図解によってのみ提示されていることが理解されなければならないが、その理由は、この詳細な説明から本発明の精神とその範囲内での各種の変更及び改造が当業者に明らかになるからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明によって提供されるダイヤモンド基板とその製造方法のダイヤモンド基板は、2から8インチの範囲の直径を持つディスク形状である。
【００１２】
図１を参照して説明すると、本発明の最初の実施態様のダイヤモンド基板100は、ダイヤモンド・フィルム層120、ＳｉＣ層130と半導体層140を含む。ダイヤモンド・フィルム層120はＳｉＣ層130の上面に形成され、そのＳｉＣ層によってダイヤモンド・フィルム層120の変形が防止される。
半導体層140は、ＳｉＣ層130の下部表面に形成される。ＳｉＣ層130は、ダイヤモンド・フィルム層120と半導体層140の間の結晶格子ミスマッチをなくすことができ、半導体層140の結晶品質が十分に高められる。
【００１３】
図２A、2B、2C、2Dと2Eを参照して説明すると、本発明の最初の実施態様のダイヤモンド基板の製造方法が提供されている。方法は、次の手順を含む。最初に、基層110(図2A)を設ける。次に、基層110(図2B)の上に、ＳｉＣ層130を形成する。そして次に、ＳｉＣ層130(図2C)の上に、ダイヤモンド・フィルム層120を形成する。次に、基層110(図2D)を取り除く。最後に、ＳｉＣ層130(図2E)の下部表面に、半導体層140を形成する。このようにして、ダイヤモンド基板100が形成される。
【００１４】
第1の実施態様のダイヤモンド基板100は、レーザーによってたとえば、丸形、四辺形または多角形、その他に適切に成形加工することが可能である。基層110は、シリコン結晶の層である。ダイヤモンド・フィルム層120は、単結晶ダイヤモンド・フィルム層または多結晶ダイヤモンド・フィルム層である。ＳｉＣ層130は、単結晶ＳｉＣ、多結晶ＳｉＣまたは非晶質ＳｉＣから選ばれる。半導体層140は、窒化アルミニウム(AlN)、BN、AlGaN、GaNなどの窒化物のうちの1つが選ばれる。  
【００１５】
図3は本発明の第2の実施態様の、窒化物半導体層240の表面に配設した電子装置250を含むダイヤモンド基板200を示したものである。電子装置250は、集積回路、有機発光ダイオード装置、無機発光ダイオード装置、音波(SAW)装置または化学物質探知装置であっても良い。
【００１６】
具体例としてGaN半導体層を有するダイヤモンド基板を取り上げる。高電子移動性と高熱伝導性などの特性を有するため、GaNは青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、次世代短波レーザダイオード、白色光照明、強力マイクロ波コミュニケーション装置に利用することが可能である。その上、GaNは圧電特性、高表面音波速度(5800~5900
m/s)、高電気機械連結定数(K2＝4.3)を有し、したがってGaNは表面音波(SAW)装置の製造に適している。 
【００１７】
したがって、本発明の提供するダイヤモンド基板とその製造方法によれば、GaN半導体層をサファイヤ基板の上に形成する必要はなく、また従来の技術に必要とされたように、バッファ層として多層窒化アルミニウム(AlN)を形成する必要がない。代わって、単結晶GaNをＳｉＣ層上のダイヤモンド・フィルム層の上に直接形成することが可能であり、製造工程が単純化される。それによって製造工程を早め、良好な産出高を得る効果が達成される。さらに、ダイヤモンド基板は高熱伝導性を有するため電子装置が過熱するのを防止できる。特に、本発明のダイヤモンド基板の結晶格子はGaNの結晶格子とよく適合し、したがってその残留応力によってダイヤモンド基板の変形または破砕を防止し、GaNの完全な単結晶構造への結晶化を容易にする。それによって、電子装置の性能と安定性が改善される。
【００１８】
図4は本発明の第3の実施態様によって提供されるダイヤモンド基板300を示す。ダイヤモンド基板300は、基層310、ダイヤモンド・フィルム層320、ＳｉＣ層330と半導体層340を含む。ＳｉＣ層330は、基層310の上面に形成される。ダイヤモンド・フィルム層320はＳｉＣ層330の上面に形成され、そのＳｉＣ層330がダイヤモンド・フィルム層320の変形防止を可能にする。半導体層340は、ダイヤモンド・フィルム層320の上に形成される。
【００１９】
図5A、5B、5C、5Dは、本発明の第３の実施態様のダイヤモンド基板の製造方法を図式的に説明した流れ図である。方法は、次の手順を含む。最初に、基層310(図5A)を設ける。次に、基層310(図5B)の上に、ＳｉＣ層330を形成する。そして次に、ＳｉＣ層330(図5C)の上に、ダイヤモンド・フィルム層320を形成する。最後に、ダイヤモンド・フィルム層320(図5D)の上に、半導体層340を形成する。これによって、ダイヤモンド基板300が形成される。
【００２０】
本実施態様のダイヤモンド基板300は、レーザーによって、たとえば、丸形、四辺形または多角形、その他に適切に成形加工することが可能である。基層310は、シリコン結晶の層である。ダイヤモンド・フィルム層320は、単結晶ダイヤモンド・フィルム層または多結晶ダイヤモンド・フィルム層である。ＳｉＣ層330は、単結晶ＳｉＣ、多結晶ＳｉＣまたは非晶質ＳｉＣから選ぶことができる。
【００２１】
半導体層340は、ダイヤモンド・フィルム層320にGA, Al, B またはInなどのグループIII要素でドープ処理を行って形成したＰ型半導体層またはダイヤモンド・フィルム層320にN、P、As、SbおよびBiなどのグループV要素でドープ処理を行って形成したＮ型半導体層とすることができる。
【００２２】
さらに、上記の実施態様では、ＳｉＣ層または半導体層が形成された後に、基層なしでダイヤモンド基板を製造するために、基板を取り除く手順が更に含まれる。
【００２３】
図6に示すように、本発明の第4の実施態様に記載のダイヤモンド基板400は、ダイヤモンド・フィルム層420、ＳｉＣ層430と半導体層440を含む。ダイヤモンド・フィルム層420はＳｉＣ層430の上面に形成され、そのＳｉＣ層430がダイヤモンド・フィルム層420の変形防止を可能にする。半導体層440は、ダイヤモンド・フィルム層420の上部表面に形成される。
【００２４】
図７A、７B、７C、７D、７Eは、本発明の第４の実施態様のダイヤモンド基板の製造方法を図式的に説明した流れ図である。方法は、次の手順を含む。最初に、基層410(図7A)を設ける。次に、基層410(図7B)の上に、ＳｉＣ層430を形成する。そして次に、ＳｉＣ層430(図7C)の上で、ダイヤモンド・フィルム層420を形成する。次に、ダイヤモンド・フィルム層420(図7D)の上に、半導体層440を形成する。最後に、基層410(図7E)を取り除く。これによって、基層のないダイヤモンド基板400が形成される。
【００２５】
さらに、本発明が提供するダイヤモンド基板は、各種電子装置で広く利用することができる。
【００２６】
図8は、本発明の第5の実施態様の半導体層540の表面に配設された電子装置550を含むダイヤモンド基板500を示している。半導体層は、ドープ処理を行ったダイヤモンド・フィルム層で形成されるＮ型もしくはＰ型半導体層である。電子装置550は、集積回路、有機発光ダイオード装置、無機発光ダイオード装置、化学物質探知装置または太陽電池装置であってもよい。
【００２７】
本発明を上記の様に説明してきたが、同様の具体例は、多くの方法によって変更が可能であることは明白である。こうした変更は、本発明の精神と範囲からの逸脱とは見なされるべきではなく、当業者にとって明らかであろうかかる修正のすべては以下の特許請求の範囲に含まれることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の最初の実施態様のダイヤモンド基板の模式図である。
【図２Ａ】本発明の最初の実施態様のダイヤモンド基板の製造方法を図式的に説明した流れ図である。
【図２Ｂ】本発明の最初の実施態様のダイヤモンド基板の製造方法を図式的に説明した流れ図である。
【図２Ｃ】本発明の最初の実施態様のダイヤモンド基板の製造方法を図式的に説明した流れ図である。
【図２Ｄ】本発明の最初の実施態様のダイヤモンド基板の製造方法を図式的に説明した流れ図である。
【図２Ｅ】本発明の最初の実施態様のダイヤモンド基板の製造方法を図式的に説明した流れ図である。
【図３】本発明の第２の実施態様のダイヤモンド基板の模式図である。
【図４】本発明の第３の実施態様のダイヤモンド基板の模式図である。
【図５Ａ】本発明の第３の実施態様のダイヤモンド基板の製造方法を図式的に説明した流れ図である。
【図５Ｂ】本発明の第３の実施態様のダイヤモンド基板の製造方法を図式的に説明した流れ図である。
【図５Ｃ】本発明の第３の実施態様のダイヤモンド基板の製造方法を図式的に説明した流れ図である。
【図５Ｄ】本発明の第３の実施態様のダイヤモンド基板の製造方法を図式的に説明した流れ図である。
【図６】本発明の第４の実施態様のダイヤモンド基板の模式図である。
【図７Ａ】本発明の第４の実施態様のダイヤモンド基板の製造方法を図式的に説明した流れ図である。
【図７Ｂ】本発明の第４の実施態様のダイヤモンド基板の製造方法を図式的に説明した流れ図である。
【図７Ｃ】本発明の第４の実施態様のダイヤモンド基板の製造方法を図式的に説明した流れ図である。
【図７Ｄ】本発明の第４の実施態様のダイヤモンド基板の製造方法を図式的に説明した流れ図である。
【図７Ｅ】本発明の第４の実施態様のダイヤモンド基板の製造方法を図式的に説明した流れ図である。
【図８】本発明の第５の実施態様のダイヤモンド基板の模式図である。
【符号の説明】
【００２９】
１００  ダイヤモンド基板
１１０  基層
１２０  ダイヤモンド・フィルム層
１３０  ＳｉＣ層
１４０  半導体層
２００  基層
２４０  窒化物半導体層
２５０  電子装置
３００  ダイヤモンド基板
３１０  基層
３２０  ダイヤモンド・フィルム層
３３０  ＳｉＣ層
３４０  半導体層
４００  ダイヤモンド基板
４１０  基層
４２０  ダイヤモンド・フィルム層
４３０  ＳｉＣ層
４４０  半導体層
５００  ダイヤモンド基板
５４０  半導体層
５５０  電子装置
【図１】
2006306719.tif 000003
【図２Ａ】
2006306719.tif 000004
【図２Ｂ】
2006306719.tif 000005
【図２Ｃ】
2006306719.tif 000006
【図２Ｄ】
2006306719.tif 000007
【図２Ｅ】
2006306719.tif 000008
【図３】
2006306719.tif 000009
【図４】
2006306719.tif 000010
【図５Ａ】
2006306719.tif 000011
【図５Ｂ】
2006306719.tif 000012
【図５Ｃ】
2006306719.tif 000013
【図５Ｄ】
2006306719.tif 000014
【図６】
2006306719.tif 000015
【図７Ａ】
2006306719.tif 000016
【図７Ｂ】
2006306719.tif 000017
【図７Ｃ】
2006306719.tif 000018
【図７Ｄ】
2006306719.tif 000019
【図７Ｅ】
2006306719.tif 000020
【図８】
2006306719.tif 000021