(57)【要約】 【課題】  ダイヤモンド基材の継ぎ目の直上部分における、ＣＶＤダイヤモンドの機械的強度を高めること。【解決手段】ダイヤモンド基材２の主面が（００１）面と略平行な面を有し、該ダイヤモンド基材２の４つの側面として（０１０）面と略平行な結晶面および（１００）面と略平行な結晶面とを各々２面ずつ有し、該ダイヤモンド基材２の主面を共有するように複数の該ダイヤモンド基材２を配置し、該主面が単一の表面を有するようにしたダイヤモンドＣＶＤ成長用基板１であって、該ダイヤモンド基材２の主面は（００１）面から＜１１０＞方向に０．０５°〜１０°オフアングルされた同一の面を各々有し、かつ該ダイヤモンド基材２の主面の公差が±０．０５°以下であることを特徴とするダイヤモンドＣＶＤ成長用基板１である。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤモンド基材の主面が（００１）面と略平行な面を有し、
該ダイヤモンド基材の４つの側面として（０１０）面と略平行な結晶面および（１００）面と略平行な結晶面とを各々２面ずつ有し、
該ダイヤモンド基材の主面を共有するように複数の該ダイヤモンド基材を配置し、
該主面が単一の表面を有するようにしたダイヤモンドＣＶＤ成長用基板であって、
該ダイヤモンド基材の主面は（００１）面から＜１１０＞方向に０．０５°〜１０°オフアングルされた同一の面を各々有し、
かつ該ダイヤモンド基材の主面の公差が±０．０５°以下であることを特徴とするダイヤモンドＣＶＤ成長用基板。
【請求項２】
ダイヤモンド基材の厚さの公差が５μｍ以下であり、
かつダイヤモンドＣＶＤ成長用基板の主面全体における平行度が５μm以下、平坦度がλ以下であることを特徴とする、請求項１に記載のダイヤモンドＣＶＤ成長用基板。
【請求項３】
ダイヤモンド基材のうち同一な結晶面を有する側面を重ね合わせ、これらが直列となるように基材ホルダーに配置したものを第１列目として、
第２列目は第１列目の各基材の継ぎ目とは異なる位置に継ぎ目が形成されるように各基材を配置し、
以下同様にして隣接する列の基材の継ぎ目が重ならないように各基材を配置することを特徴とする、請求項１〜２に記載のダイヤモンドＣＶＤ成長用基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートシンクや切削工具等に用いられる大型のダイヤモンド単結晶基板を得るのに有用なダイヤモンドＣＶＤ成長用基板に関し、特に、複数のダイヤモンド基材を配置して形成したダイヤモンドＣＶＤ成長用基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ダイヤモンド単結晶基板の合成方法として、ＣＶＤ法が広く用いられている。
【０００３】
ダイヤモンドの成長におけるＣＶＤ法は、例えば常圧，１１００Ｋ以上の条件下において、炭化水素ガス等からダイヤモンドの合成を行う単結晶の成長方法であり、他の方法に比べて、大型の単結晶の成長を容易に行うことができるという利点がある。ＣＶＤ法の中でも特に、成長させるＣＶＤ基板と同種の基板を用いるホモエピタキシャル成長は、ＣＶＤ基板の結晶性も高くなり理想的である。しかしながら、これを大型のダイヤモンドＣＶＤ基板の成長に適用する場合、大型のダイヤモンド基板が現状では入手困難である。そのため、白金・ニッケル・ケイ素等の異種基板の上にＣＶＤダイヤモンドをヘテロエピタキシャル成長させる技術が知られている（特許文献１）。
【０００４】
ところが、異種基板上にヘテロエピタキシャル成長を行うと、ＣＶＤダイヤモンドと異種基板との格子定数の差によって、成長したＣＶＤダイヤモンドに格子欠陥が生じるため、ダイヤモンドＣＶＤ基板の結晶度は低下する。
【０００５】
そのため、小型のダイヤモンド基材を碁盤目状に複数配置して、この上に単一な基板と同様にしてダイヤモンドをＣＶＤ法により成長させ、より大きなダイヤモンドＣＶＤ基板を得ることが試みられている（非特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−２２４２２５号公報
【０００７】
【非特許文献１】Ｎｅｗ  Ｄｉａｍｏｎｄｓ，Ｖｏｌ．１９，Ｎｏ．４，２４−２５（２００３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、非特許文献１に示す方法では、成長するダイヤモンドＣＶＤ基板の結晶度は、タイル状に並べた基材の主面及び側面の面方位の結晶的な整合性、各基材の大きさ・直角度など幾何的な整合性によって左右されていた。特に、各ダイヤモンド基材の継ぎ目の直上部分において、各ダイヤモンド基材から成長したＣＶＤダイヤモンドを各々完全に接合させることは困難であり、そのために該継ぎ目の直上におけるＣＶＤダイヤモンドの機械的強度が弱くなり、最悪の場合はＣＶＤダイヤモンドが各ダイヤモンド基材の直上に当たる場所で割れてしまうという問題点があった。
【０００９】
また、非特許文献１に示す方法では、ダイヤモンド基材を碁盤目状に配置する際に、各ダイヤモンド基材間の継ぎ目に段差が生じやすく、該段差からＣＶＤダイヤモンドの異常成長が起こるため、該継ぎ目の直上部分におけるＣＶＤダイヤモンドの機械的強度を更に低下させてしまうという問題点があった。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ダイヤモンド基材の継ぎ目の直上部分における、ＣＶＤダイヤモンドの機械的強度を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、タイル状に並べたダイヤモンド基材の結晶方位を各々改善すると、成長するＣＶＤダイヤモンドのダイヤモンド基材の継ぎ目の直上における機械的強度が改善するという知見を得て本発明を完成した。
【００１２】
すなわち、請求項１記載の発明は、ダイヤモンド基材の主面が（００１）面と略平行な面を有し、該ダイヤモンド基材の４つの側面として（０１０）面と略平行な結晶面および（１００）面と略平行な結晶面とを各々２面ずつ有し、該ダイヤモンド基材の主面を共有するように複数の該ダイヤモンド基材を配置し、該主面が単一の表面を有するようにしたダイヤモンドＣＶＤ成長用基板であって、該ダイヤモンド基材の主面は（００１）面から＜１１０＞方向に０．０５°〜１０°オフアングルされた同一の面を各々有し、かつ該ダイヤモンド基材の主面の公差が±０．０５°以下であることを特徴とするダイヤモンドＣＶＤ成長用基板である。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成に加えて、ダイヤモンド基材の厚さの公差が５μｍ以下であり、他の基材と接するダイヤモンド基材の平行度が５μm以下、該ダイヤモンド基材の平坦度がλ以下であることを特徴とするダイヤモンドＣＶＤ成長用基板である。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１〜２記載の構成に加えて、ダイヤモンド基材のうち同一な結晶面を有する側面を重ね合わせ、これらが直列となるように基材ホルダーに配置したものを第１列目として、第２列目は第１列目の各基材の継ぎ目とは異なる位置に継ぎ目が形成されるように各基材を配置し、以下同様にして隣接する列の基材の継ぎ目が重ならないように各基材を配置することを特徴とするダイヤモンドＣＶＤ成長用基板である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のダイヤモンドＣＶＤ成長用基板を用いると、各ダイヤモンド基材の主面の結晶面がほぼ一致しているため、各ダイヤモンド基材から成長したＣＶＤダイヤモンドの接合を容易にして、ダイヤモンド基材の継ぎ目の直上におけるＣＶＤダイヤモンドの機械的強度を高めることが出来るという効果を奏する。
【００１６】
また、上記構成に加えて、ダイヤモンド基材の厚さを揃えて基材の平行度及び平坦度を高めることで、ダイヤモンド基材の相互間に発生していた段差を最小化させることができるため、ダイヤモンド基材の継ぎ目におけるＣＶＤダイヤモンドの異常成長を防ぎ、ダイヤモンド基材の継ぎ目の直上におけるＣＶＤダイヤモンドの機械的強度を高めることが出来るという効果を奏する。
【００１７】
また、上記構成に加えて、各ダイヤモンド基材の継ぎ目と、隣接する列のダイヤモンド基材の継ぎ目とが重ならないように配置することで、ＣＶＤダイヤモンドの異常成長を防ぐことについて、より高い効果を奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下において、本発明の実施形態に係るダイヤモンドＣＶＤ成長用基板の最良の形態について説明する。図１に示すように、本発明に係るダイヤモンドＣＶＤ成長用基板１は、ダイヤモンド基材２を複数配置したものである。
【００１９】
本実施形態に用いるダイヤモンド基材２としては、図２に示すように、主面２ａとして（００１）面から＜１１０＞方向に向かって０．５°〜１０°のオフアングルθをなす面を有し、この他に（０１０）面と略平行な面からなる２つの側面２ｂ，２ｃ、および（１００）面と略平行な面からなる２つの側面２ｄ，２ｅを有するものを用いる。そして、各基材の主面について同一のオフアングルを選択し、主面の公差が±０．０５°以内になるようにする。ここで、ダイヤモンドの主面２ａにオフアングルθを持たせる必要があるのは、ダイヤモンドの主面表面に微小なステップ構造を持たせ、主面上におけるＣＶＤダイヤモンドの成長を促進させるためである。
【００２０】
また、ダイヤモンド基材の厚さの公差が５μｍ以下であることが好ましい。そして、上記のように各ダイヤモンド基材２の主面２ａの面方位及び厚さを調整し、かつ各ダイヤモンド基材２の平坦度を高める方法としては、下記に示すような研磨方法を用いることが好ましい。
【００２１】
ダイヤモンド基材２の主面２ａの面方位を調整し平坦度を高める方法の例として、研磨対象のダイヤモンド基材２を、ゴニオメータを有する研磨ホルダーに取り付け、研磨を行うことが挙げられる。ゴニオメータを用いて角度調整を行うことで、微小角度の調整も可能となる。
【００２２】
上記工程により形成したダイヤモンド基材２を、各ダイヤモンド基材２の主面が単一の大きな主面となるように、基板ホルダー４に配置してこれを固定する。基板ホルダー４の素材としては、モリブデン，タンタル，タングステン等のように高温でも機械的強度を維持できるような素材であることが好ましい。ダイヤモンド基材２の基板ホルダー４への固定方法としては、圧入，焼き嵌め，カシメ，ロー付け等の、公知の技術が適用可能である。
【００２３】
本実施形態におけるダイヤモンド基材２の配置に際しては、各ダイヤモンド基材２を図４のように、いわゆる「馬踏み貼り」の要領で配置することが好ましい。具体的には、第１列目のダイヤモンド基材２を、各基材の主面のオフアングルする方向が同一となるように、かつ長さ方向が直列となるように基材ホルダー４に配置し（図４（ａ））、第１列目に隣接する第２列目は、第１列目の各基材の継ぎ目とは異なる位置に継ぎ目が形成されるように各基材を配置する（図４（ｂ））。このようにして、隣接する列のダイヤモンド基材２の継ぎ目が重ならないように各基材を配置していく（図４（ｃ））。
【００２４】
ダイヤモンド基材２を「馬踏み貼り」の要領で配置することが好ましいのは、ダイヤモンド基材２の四隅５が集中するのを防ぐためである。従来技術のようにダイヤモンド基材２を碁盤目状に配置した場合、４個の四隅５が一箇所に集中し、こうした場所ではＣＶＤダイヤモンドの異常成長が顕著に見られた（図５（ａ））。しかしながら、ダイヤモンド基材２を「馬踏み貼り」の要領で配置すれば、四隅５を分散させることができるのである（図５（ｂ））。
【００２５】
各ダイヤモンド基材２の配置・固定を行った後の、ダイヤモンドＣＶＤ成長用基板１の主面全体における平行度が５μm以下、該ダイヤモンド基材の平坦度がλ以下であることが好ましい。
【００２６】
ダイヤモンドＣＶＤ成長用基板１の主面全体の平行度・平坦度を高める方法としては、例えばダイヤモンドＣＶＤ成長用基板１の主面を研磨して平坦度を行うことが挙げられる。ダイヤモンドＣＶＤ成長用基板全体として研磨を行うことにより、各ダイヤモンド基材間の継ぎ目に生じた段差を抑えることができる。
【００２７】
本発明に係る、ダイヤモンド基材２の主面２ａの面方位を調整し平坦度を高める方法、およびダイヤモンドＣＶＤ成長用基板１の主面全体の平行度・平坦度を高める方法で用いる研磨は、例えばスカイフ研磨など公知の手段を用いることが出来る。また、ここで用いる研磨とは、単に研磨方法に限られるものではなく、同様の作用を有する方法、例えばエッチング等の方法も適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係るダイヤモンドＣＶＤ成長用基板を説明する図である。
【図２】本発明に係るダイヤモンド基材を説明する図である。
【図３】本発明に係るダイヤモンド基材を「馬踏み貼り」の要領で配置したところを説明する図である。
【図４】本発明に用いるダイヤモンド基材の四隅の集中に対する望ましい対策について説明する図である。
【符号の説明】
【００２９】
１     ダイヤモンドＣＶＤ成長用基板
２     ダイヤモンド基材
２ａ    底面
２ｂ〜２ｅ    側面
３      ダイヤモンド基材の＜１１０＞方向
４      基材ホルダー
５      ダイヤモンド基材の四隅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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