(57)【要約】【課題】ダイヤモンド製品に適した単結晶ダイヤモンドを備えるダイヤモンド複合体を提供する。【解決手段】本発明は、ダイヤモンド種結晶からなる基板と、基板の主面上に形成された単結晶ダイヤモンドと、単結晶ダイヤモンドの側面を被覆する炭素質層と、を備え、炭素質層は非ダイヤモンド炭素を含む、ダイヤモンド複合体である。【選択図】図１
2015034114.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤモンド種結晶からなる基板と、
前記基板の主面上に形成された単結晶ダイヤモンドと、
前記単結晶ダイヤモンドの側面を被覆する炭素質層と、を備え、
前記炭素質層は非ダイヤモンド炭素を含む、ダイヤモンド複合体。
【請求項２】
前記炭素質層の１体積％以上が前記非ダイヤモンド炭素である、請求項１に記載のダイヤモンド複合体。
【請求項３】
前記基板の主面は、（００１）面に対するオフ角が０°以上７°以下であり、
前記主面と接する前記基板の側面は、（１００）面に対するオフ角が８°より大きく３７°より小さい第１側面と、（−１００）面に対するオフ角が８°より大きく３７°より小さい第２側面と、（０−１０）面に対するオフ角が８°より大きく３７°より小さい第３側面と、（０１０）面に対するオフ角が８°より大きく３７°より小さい第４側面とを含む、請求項１または請求項２に記載のダイヤモンド複合体。
【請求項４】
前記単結晶ダイヤモンドは０．５ｍｍ以上の厚みを有する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のダイヤモンド複合体。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のダイヤモンド複合体から前記基板または前記炭素質層を除去することにより得られる、ダイヤモンド接合体。
【請求項６】
請求項１から請求項４いずれか１項に記載のダイヤモンド複合体から前記基板および前記炭素質層を除去することにより得られる、単結晶ダイヤモンド。
【請求項７】
請求項６に記載の単結晶ダイヤモンドを備える、工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイヤモンド複合体、ダイヤモンド接合体、単結晶ダイヤモンドおよびこれを備える工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
単結晶ダイヤモンドは、高い硬度、高い熱伝導率、高い光透過性などの優れた性能を有することから、切削工具、研削工具、耐摩工具などの工具、光学部品、半導体、電子部品などの各種製品（以下、「ダイヤモンド製品」ともいう。）に幅広く用いられている。このようなダイヤモンド製品に用いられる単結晶ダイヤモンドとしては、天然ダイヤモンドと合成ダイヤモンドとを挙げることができるが、天然ダイヤモンドは品質のばらつきが大きく、供給量も安定しないことから、現在合成ダイヤモンドが多く用いられている。
【０００３】
上述の合成ダイヤモンドの製造方法の１つとして、高温高圧合成法（ＨＰＨＴ：High  Pressure  High  Temperature  Method）が知られている。この方法により製造される単結晶ダイヤモンドは、品質のばらつきが小さく、供給量も安定しているが、使用される製造設備のコストが高いという問題がある。
【０００４】
また、合成ダイヤモンドの製造方法の他の１つとして、熱フィラメントＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）法、マイクロ波励起プラズマＣＶＤ法およびＤＣプラズマＣＶＤ法などの化学気相合成（ＣＶＤ）法がある。ＣＶＤ法では、基板の表面上に単結晶ダイヤモンド（エピタキシャル成長層）を成長させ、その後、基板と単結晶ダイヤモンドとを分離することにより、単結晶ダイヤモンドを得ることができる。
【０００５】
たとえば、特開２００６−３１５９４２号公報（特許文献１）には、高温高圧合成法により製造された単結晶ダイヤモンドからなる種基板上にマイクロ波励起プラズマＣＶＤ法により単結晶ダイヤモンド（エピタキシャル成長層）を製造する方法が開示されている。このようなＣＶＤ法により得られる単結晶ダイヤモンドは、品質のばらつきが小さく、供給量も安定しており、かつ、上記の高温高圧合成法と比して製造設備のコストは低い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３１５９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ＣＶＤ法により得られる単結晶ダイヤモンドは、エピタキシャル成長層であり、その製造法上、エピタキシャル成長層と基板との間に応力が蓄積し易い。このため、単結晶ダイヤモンドの残留応力が増加し、結果的に、単結晶ダイヤモンドに歪み、クラック、割れなどの不具合が発生する場合がある。不具合が発生した単結晶ダイヤモンドはダイヤモンド製品に用いるには不適である。また、製造直後の単結晶ダイヤモンドに不具合が発生していなくても、大きな残留応力を有しているために、その加工時、加工後の使用時などに不具合が発生することも懸念される。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ダイヤモンド製品に適したダイヤモンド複合体、ダイヤモンド接合体、単結晶ダイヤモンドおよびこれを備える工具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、ＣＶＤ法によって基板上に単結晶ダイヤモンドを製造する場合に、用いる基板を通常とは異なる特異的な態様としたり、ＣＶＤ法における各種条件を通常とは異なる特異的な条件とした場合に、基板上に形成される単結晶ダイヤモンドの表面に非ダイヤモンド炭素を含む炭素質層が形成されたダイヤモンド複合体が形成されることを発見した。そして、このダイヤモンド複合体について鋭意検討を重ねたところ、これより得られる単結晶ダイヤモンドがこれまでのＣＶＤ法による単結晶ダイヤモンドよりも不具合の発生する確率が低いことを知見し、本発明を完成させたものである。
【００１０】
すなわち、本発明は、ダイヤモンド種結晶からなる基板と、基板の主面上に形成された単結晶ダイヤモンドと、単結晶ダイヤモンドの側面を被覆する炭素質層と、を備え、炭素質層は非ダイヤモンド炭素を含む、ダイヤモンド複合体である。
【００１１】
また、本発明は、上記ダイヤモンド複合体から基板または炭素質層を除去することにより得られる、ダイヤモンド接合体である。
【００１２】
また、本発明は、上記ダイヤモンド複合体から基板および炭素質層を除去することにより得られる、単結晶ダイヤモンドである。
【００１３】
また、本発明は、上記単結晶ダイヤモンドを備える工具である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ダイヤモンド製品に適したダイヤモンド複合体、ダイヤモンド接合体、単結晶ダイヤモンドおよびこれを備える工具を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態のダイヤモンド複合体の概略的な断面図である。
【図２】本実施形態の基板の概略的な斜視図である。
【図３】図３（Ａ）〜（Ｄ）は、基板の側面のオフ角を説明するための図であり、図３（Ａ）は基板の一例の概略的な側面図であり、図３（Ｂ）は基板の他の一例の概略的な側面図であり、図３（Ｃ）は基板のさらに他の一例の概略的な上面図であり、図３（Ｄ）は基板のさらに他の一例の概略的な上面図である。
【図４】基板のさらに他の例を示す概略的な側面図である。
【図５】本実施形態のダイヤモンド接合体の概略的な断面図である。
【図６】本実施形態のダイヤモンド接合体の概略的な断面図である。
【図７】本実施形態の単結晶ダイヤモンドの概略的な断面図である。
【図８】本実施形態の工具の一例であるダイヤモンドバイトの概略的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
[本願発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施の形態を列記して説明する。
【００１７】
（１）本発明の第１の態様は、ダイヤモンド種結晶からなる基板と、基板の主面上に形成された単結晶ダイヤモンドと、単結晶ダイヤモンド側面を被覆する炭素質層と、を備え、炭素質層は非ダイヤモンド炭素を含む、ダイヤモンド複合体である。
【００１８】
本発明のダイヤモンド複合体から分離した単結晶ダイヤモンドは残留応力が小さいため、歪み、クラック、割れなどの不具合の発生が抑制される。また、これをダイヤモンド製品に利用した場合、ダイヤモンド製品における不具合の発生が抑制される。したがって、本発明のダイヤモンド複合体によれば、ダイヤモンド製品に適した単結晶ダイヤモンドを提供することができる。
【００１９】
（２）上記ダイヤモンド複合体において、好ましくは炭素質層の１体積％以上が非ダイヤモンド炭素である。これにより、ダイヤモンド複合体から分離される単結晶ダイヤモンドは残留応力がより小さくなり、もって、よりダイヤモンド製品に適した単結晶ダイヤモンドを提供することができる。
【００２０】
（３）また、上記ダイヤモンド複合体において、基板の主面は、（００１）面に対するオフ角が０°以上７°以下であり、主面と接する基板の側面は、（１００）面に対するオフ角が８°より大きく３７°より小さい第１側面と、（−１００）面に対するオフ角が８°より大きく３７°より小さい第２側面と、（０−１０）面に対するオフ角が８°より大きく３７°より小さい第３側面と、（０１０）面に対するオフ角が８°より大きく３７°より小さい第４側面とを含むことが好ましい。これにより、さらにダイヤモンド製品に適した単結晶ダイヤモンドを提供することができる。
【００２１】
（４）また、上記ダイヤモンド複合体において、単結晶ダイヤモンドは０．５ｍｍ以上の厚みを有することができる。上記ダイヤモンド複合体は、単結晶ダイヤモンドの厚みが０．５ｍｍ以上であっても、十分に不具合の発生が抑制されたものとなる。
【００２２】
（５）また、本発明の第２の態様は、上記ダイヤモンド複合体から基板または炭素質層を除去することにより得られる、ダイヤモンド接合体である。本発明のダイヤモンド接合体から分離した単結晶ダイヤモンドは残留応力が小さいため、ダイヤモンド製品に利用した場合、ダイヤモンド製品における不具合の発生が抑制される。したがって、本発明のダイヤモンド接合体によれば、ダイヤモンド製品に適した単結晶ダイヤモンドを提供することができる。
【００２３】
（６）本発明の第３の態様は、上記ダイヤモンド複合体から基板および炭素質層を除去することにより得られる、単結晶ダイヤモンドである。本発明の単結晶ダイヤモンドは残留応力が小さいため、ダイヤモンド製品に利用した場合、ダイヤモンド製品における不具合の発生が抑制される。したがって、本発明の単結晶ダイヤモンドはダイヤモンド製品に適している。
【００２４】
（７）本発明の第４の態様は、上記単結晶ダイヤモンドを備える工具である。本発明の工具によれば、残留応力の小さい単結晶ダイヤモンドを備えるため、単結晶ダイヤモンドでの不具合の発生が抑制される。したがって、工具としての高い性能を有することができる。
【００２５】
[本願発明の実施形態の詳細]
以下、本発明に係るダイヤモンド複合体、ダイヤモンド接合体、単結晶ダイヤモンドおよびこれを備える工具について、さらに詳細に説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。また、本明細書中において、個別の方向を[]で示し、結晶幾何学的に等価な方向を含む総称的な方向を＜＞で示し、個別の面方位を（）で示し、結晶幾何学的に等価な面方位を含む総称的な面方位を｛｝で示す。また、負の指数については、結晶幾何学上は「−」（バー）を指数を表す数字の上に付けて表わすのが一般的であるが、本明細書中では指数を表す数字の前に負の符号（−）を付けて表わす。
【００２６】
＜ダイヤモンド複合体＞
図１は、本実施形態のダイヤモンド複合体の概略的な断面図である。図１を参照し、ダイヤモンド複合体１０は、ダイヤモンド種結晶からなる基板１と、基板１の主面１ａ上に形成された単結晶ダイヤモンド２と、単結晶ダイヤモンド２の表面を被覆する炭素質層３と、を備え、炭素質層３は非ダイヤモンド炭素を含む。
【００２７】
基板１は、立方晶の単結晶構造からなるダイヤモンドである。ダイヤモンド複合体１０の製造法上、基板１が高い結晶性を有することにより、単結晶ダイヤモンド２もまた高い結晶性を有することができるため、基板１は高い結晶性を有することが好ましい。上述の高温高圧法によって製造された単結晶ダイヤモンドは、結晶構造が均質であってその結晶性が高いことから、基板１は、高温高圧法によって製造された単結晶ダイヤモンドであることが好ましい。また、本発明のダイヤモンド複合体から得られる単結晶ダイヤモンドを加工したものであってもよい。通常、基板１の厚みは０．２ｍｍ〜２．０ｍｍ程度であり、その１辺の長さは、３．０ｍｍ以上である。製造される単結晶ダイヤモンド２の成長方向の断面積を大きくする観点からは、１辺の長さは大きいことが好ましいが、実用的には、１つの基板の１辺の長さは３〜１２ｍｍ程度であり、複数の基板を複合させた接合基板の１辺の長さは８〜４０ｍｍ程度である。これよりも大きな基板または接合基板は現時点で入手が困難である。
【００２８】
単結晶ダイヤモンド２は、立方晶の単結晶構造からなるダイヤモンドであって、基板１の主面１ａ上に位置する。具体的には、単結晶ダイヤモンド２はＣＶＤ法により形成されるエピタキシャル成長層であり、その成長方向は図中上方向である。単結晶ダイヤモンド２の上面２ａは、基板１の主面１ａの面方位を引き継いでおり、単結晶ダイヤモンド２の側面２ｂは、基板１の側面１ｂ〜１ｅ（図２参照。）に連なる面であって各側面１ｂ〜１ｅの面方位を引き継いでいる。なお、単結晶ダイヤモンド２が下記の非ダイヤモンド炭素を含まないことはいうまでもない。
【００２９】
炭素質層３は、非ダイヤモンド炭素を含む層であって、単結晶ダイヤモンド２の側面２ｂを被覆している。非ダイヤモンド炭素とは、立方晶の単結晶構造を構成しない炭素を意味する。このような非ダイヤモンド炭素としては、ｓｐ2混成軌道を有するグラファイト、ｓｐ2混成軌道およびｓｐ3混成軌道を含む非晶質カーボンなどを挙げることができる。炭素質層３中におけるグラファイトの有無は、たとえば、Ｘ線回折、ラマン分光法、電子エネルギー損失分光法（ＥＥＬＳ：Electron  Energy-Loss  Spectroscopy）、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ：X-ray  Photoelectron  Spectroscopy）、カソードルミネッサンス（ＣＬ：Cathode  Luminescence）によって確認できる。
【００３０】
また、立方晶の単結晶構造からなるダイヤモンドが高い透明度を有するのに対し、グラファイトの透明度が低いことから、グラファイトの含有量によっては目視によってその有無を確認することもできる。炭素質層３のうちの非ダイヤモンド炭素以外の領域は、単結晶単体以外の構造を有しており、たとえば、多結晶ダイヤモンドによって構成されることができる。炭素質層３の厚みは１０μｍ以上であり、主面２ａに近い部分の厚みはより厚く、主面２ａと反対側の底面に近い部分の厚みはより薄い。炭素質層３は基本的には側面２ｂを被覆しているが、ダイヤモンド複合体の取り扱い等によってその一部が欠落することに伴って、側面２ｂの一部が露出している場合もある。
【００３１】
本実施形態のダイヤモンド複合体に関し、これより得られる単結晶ダイヤモンドにおいて歪み、クラック、割れなどの不具合の発生が抑制されることの理由については明確ではないが、種々の検討の結果から、本発明者らは以下のように推察している。
【００３２】
すなわち、通常、ＣＶＤ法により基板上に単結晶ダイヤモンドを成長させた場合には、単結晶ダイヤモンドは基板の主面上のみならず、基板の側面上にも形成されている。換言すれば、単結晶ダイヤモンドは基板の主面上および側面上に固着している。これは、基板の主面上から単結晶ダイヤモンドが成長するとともに、基板の主面と接する側面上からも単結晶ダイヤモンドが成長して、これらが基板の主面の上方で接合しているためと考えられる。このような単結晶ダイヤモンドは、その成長過程上および形状上、大きい残留応力を有する。
【００３３】
これに対し、本発明のダイヤモンド複合体において、単結晶ダイヤモンドは基板の主面上に形成され、単結晶ダイヤモンドの側面には炭素質層が形成されている。換言すれば、基板の主面上には単結晶ダイヤモンドが固着しており、基板の側面上には炭素質層が固着している。これは、基板の主面上から単結晶ダイヤモンドが成長するとともに、基板の主面と接する側面上から炭素質層が成長して、これらが基板の主面の上方で接合しているためと考えられる。そして、このような構成を有するダイヤモンド複合体において、単結晶ダイヤモンドの残留応力は炭素質層によって分散されあるいは低減されるために、結果的に、不具合の発生が抑制される。
【００３４】
図１に戻り、ダイヤモンド複合体１０において、好ましくは炭素質層の１体積％以上が非ダイヤモンド炭素であり、より好ましくは８体積％以上が、さらに好ましくは２０体積％以上が非ダイヤモンド炭素である。なお、本明細書において「体積％」は各単体ガスの標準状態での値である。この場合、単結晶ダイヤモンド２における不具合の発生がさらに抑制される。この理由は明確ではないが、炭素質層３がさらに脆い構造となることによって単結晶ダイヤモンドの残留応力がより効果的に分散または減少されるためと考えられる。より好ましくは、炭素質層３は非ダイヤモンド炭素からなる。
【００３５】
また、炭素質層３と単結晶ダイヤモンド２との接合力は弱く、容易に両者を分離することができるが、炭素質層３における非ダイヤモンド炭素の割合が高くなるほど、さらに上記接合力は弱くなる。したがって、ダイヤモンド複合体１０において、炭素質層３の１体積％以上、より好ましくは８体積％以上、さらに好ましくは２０体積％以上が非ダイヤモンド炭素である場合、ダイヤモンド複合体１０からの炭素質層３の分離がさらに容易となる。また、このような炭素質層３を有するダイヤモンド複合体１０に関し、目視によって炭素質層３の存在、および炭素質層３と単結晶ダイヤモンド２との境界を確認することがさらに容易となるため、単結晶ダイヤモンド２の分離がさらに容易となる。
【００３６】
また、ダイヤモンド複合体１０において、単結晶ダイヤモンド２の厚み（図中上下方向）が効率的に厚く形成されるためには、基板１の主面１ａは（００１）面であることが好ましい。また、単結晶ダイヤモンド２の結晶の均質性をより高めるためには、基板１の主面は（００１）面に対するオフ角が０°以上７°以下であることが好ましく、１．５°以上６°以下であることがより好ましい。
【００３７】
また、主面１ａの形状は単結晶ダイヤモンド２に影響するため、単結晶ダイヤモンド２の均質性をより高めるためには、主面１ａは平滑化、清浄化されていることが好ましい。したがって、主面１ａに対し、レーザ切断、プラズマエッチング、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive  Ion  Etching）、ダイヤ砥粒を埋め込んだメタルボンドの研磨盤、鋳鉄を用いた研磨盤などを用いた機械研磨、酸化物（Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2など）の研磨盤を用いた化学的機械研磨（ＣＭＰ：Chemical  Mechanical  Polishing）などの各種処理が行われていることが好ましい。たとえば、主面１ａは機械研磨後にプラズマエッチングしてもよく、またはレーザ切断後に化学的機械研磨してもよい。
【００３８】
また、図２を参照し、基板１の主面１ａと接する各側面１ｂ〜１ｅは以下のような面であることが好ましい。すなわち、第１側面としての側面１ｂは、（１００）面に対するオフ角が８°より大きく３７°より小さい面であることが好ましい。第２側面としての側面１ｃは、（−１００）面に対するオフ角が８°より大きく３７°より小さい面であることが好ましい。第３側面としての側面１ｄは、（０−１０）面に対するオフ角が８°より大きく３７°より小さい面であることが好ましい。第４側面としての側面１ｅは、（０１０）面に対するオフ角が８°より大きく３７°より小さい面であることが好ましい。なお、側面１ｂおよび側面１ｃはそれぞれ対向する面であり、側面１ｄおよび側面１ｅはそれぞれ対向する面である。
【００３９】
本発明者らは、この場合に、不具合の少ない単結晶ダイヤモンド２を備えるダイヤモンド複合体１０を特に効率的に製造できることを確認している。この理由は明確ではないが、この角度の場合に、基板１の側面１ｂ〜１ｅ上からのエピタキシャル層の成長に関し、非ダイヤモンド炭素の成長が特に優勢になるためと考えられる。上記各オフ角は、より好ましくは１０°以上３０°以下であり、さらに好ましくは１３°以上２０°以下である。なお、各側面１ｂ〜１ｅのオフ角の大きさ（絶対値）は同じでも異なっていてもよいが、基板１の製作容易性の観点からは、主面１ａに対する角度が対称であることが好ましい。
【００４０】
すなわち、主面１ａが（００１）ジャスト面である場合には、４つの側面１ｂ〜１ｅの全てのオフ角の大きさ（絶対値）が同じであることが好ましい。一方、主面１ａが（００１）面ジャスト面ではなく、（００１）面からオフ角を有する面である場合には、主面１ａに対する側面１ｂ〜１ｅの各角度を同じにすると、主面１ａに関する上記オフ角により、側面１ｂ〜１ｅの各オフ角の大きさ（絶対値）にずれが生じる。このため、主面１ａが（００１）面からオフ角を有する面である場合に、側面１ｂ〜１ｅの各オフ角の大きさ（絶対値）を同じにすることは製作容易性を低下させる。したがって、この場合には側面１ｂ〜１ｅの上記オフ角は異なっていることが好ましい。
【００４１】
ここで、オフ角とは、一般的に、各面の法線を基準にした角度ではなく、各面により近い低指数結晶面の法線を基準にした傾きであり、各面の面方位はオフ角とオフ角の方向によって決定される。また、本明細書において、各面のオフ角に関し、主面（１００）面からの縦方向への傾き角度と主面（１００）面からの横方向への傾き角度とで表している場合には、各傾き方向のベクトルを合成してオフ角へと換算する必要がある。これについて理解を容易とするために、図３（Ａ）〜（Ｄ）を用いて、第１側面としての側面１ｂの（１００）面に対するオフ角について具体的に説明する。なお、側面１ｃ〜１ｅのオフ角についても、側面１ｂの説明と同様の説明となるため、その説明は繰り返さない。
【００４２】
図３（Ａ）は基板の一例の概略的な側面図であり、基板１の主面１ａは（００１）面であり、紙面に平行である図中の矢印は[００１]方向を示す。図３（Ｂ）は基板の他の一例の概略的な側面図であり、基板１の主面１ａは（００１）面であり、紙面に平行である図中の矢印は[００１]方向を示す。図３（Ｃ）は基板のさらに他の一例の概略的な上面図であり、基板１の主面１ａは（００１）面であり、図中の矢印は[０１０]方向を示す。図３（Ｄ）は基板のさらに他の一例の概略的な上面図であり、基板１の主面１ａは（００１）面であり、図中の矢印は[０１０]方向を示す。図３（Ｃ）および（Ｄ）において、紙面を直交するように貫く方向が[００１]方向となる。
【００４３】
側面１ｂは、図３（Ａ）に示すように（１００）面に対する＜００１＞方向へのオフ角α１が８°より大きく３７°より小さい（８°＜α１＜３７°）面であってもよく、図３（Ｂ）に示すように（１００）面に対する＜００−１＞方向へのオフ角α２が８°より大きく３７°より小さい（８°＜α１＜３７°）面であってもよい。また、側面１ｂは、図３（Ｃ）に示すように（１００）面に対する＜０−１０＞方向へのオフ角β１が８°より大きく３７°より小さい（８°＜α１＜３７°）面であってもよく、図３（Ｄ）に示すように（１００）面に対する＜０１０＞方向へのオフ角β２が８°より大きく３７°より小さい（８°＜α１＜３７°）面であってもよい。
【００４４】
上記において、図３（Ａ）および（Ｂ）を用いて、側面１ｂが主面１ａの垂直方向（以下、「主面縦方向」ともいう。）に関してオフする態様を例示し、図３（Ｃ）および（Ｄ）を用いて、側面１ｂが主面１ａの面内方向（以下「主面横方向」ともいう。）に関してオフする態様を例示したが、本実施形態の基板１は上記態様に限られない。たとえば、側面１ｂは、主面縦方向および主面横方向のいずれの方向にもオフするように構成されていもよい。この場合、側面１ｂの（１００）面に対するオフ角は、縦方向および横方向の各傾き方向のベクトルを合成したものがオフ角となる。すなわち、たとえば、側面１ｂが主面（１００）面から＜００１＞方向に２°オフし、かつ＜０１０＞方向に２°オフしている場合、これらのベクトルを合成することにより、側面１ｂのオフ角は＜０１１＞方向に２．８°となる。
【００４５】
なお、各側面１ｂ〜１ｅは、主面１ａと接する面である。したがって、図４に示すように、基板１の各側面１ｂ〜１ｅが多面形状である場合、各側面１ｂ〜１ｅは、図４中の主面１ａと接している面となる。すなわち、図４に示す形状において、図中主面１ａに対し垂直に示される側面のオフ角については特に制限されない。
【００４６】
また、ダイヤモンド複合体１０において、基板１の各側面１ｂ〜１ｅは、その表面粗度が大きいことが好ましい。具体的には、各側面１ｂ〜１ｅの表面粗度は好ましくは０．５μｍ以上であり、より好ましくは１０μｍ以上である。なお、本明細書において表面粗度とは最大高さ粗さ（Ｒｚ）を意味し、たとえば、触針式表面形状測定器、走査型白色干渉顕微鏡、レーザ顕微鏡などによって測定することができる。本明細書では、走査型白色干渉顕微鏡によって測定された値を表面粗度として記載する。
【００４７】
本発明者らは、基板の主面と接する側面の表面粗度が大きい場合に、ダイヤモンド複合体から得られる単結晶ダイヤモンドの残留応力がさらに低くなることを知見している。この理由は明確ではないが、側面の表面形状が荒いことにより、基板１の側面１ｂ〜１ｅ上からのエピタキシャル成長層の成長に関し、非ダイヤモンド炭素の成長が特に優勢になるためと考えられる。
【００４８】
各側面１ｂ〜１ｅの表面粗度を大きくするには、たとえば、各側面１ｂ〜１ｅをレーザ切断により切断された面とすることが好ましい。単結晶ダイヤモンドをレーザ切断により切断した場合、これにより露出する面の表面粗度は大きくなる。また、レーザ切断により各側面１ｂ〜１ｅを形成することにより、各側面１ｂ〜１ｅのオフ角の設計も容易となる。
【００４９】
また、ダイヤモンド複合体１０において、単結晶ダイヤモンド２は好ましくは０．５ｍｍ以上の厚み（たとえば図１中の上下方向）を有し、より好ましくは１ｍｍ以上の厚みを有する。通常、ＣＶＤ法により基板上に単結晶ダイヤモンドを形成させた場合、その厚みが大きくなるほど残留応力による影響が大きく、不具合が発生し易い傾向にある。これに対し、本実施形態のダイヤモンド複合体１０によれば、単結晶ダイヤモンド２の残留応力が小さいため、単結晶ダイヤモンド２の厚みが０．５ｍｍ以上であっても、不具合の発生を十分に抑制することができる。
【００５０】
以上詳述したように、本実施形態のダイヤモンド複合体は、歪み、クラック、割れなどの不具合の発生が抑制された単結晶ダイヤモンドを備えることができる。したがって、このダイヤモンド複合体から分離した単結晶ダイヤモンドをダイヤモンド製品に利用した場合、ダイヤモンド製品における不具合の発生が抑制されるため、ダイヤモンド製品に好適に利用することができる。なかでも、この単結晶ダイヤモンドを切削工具、研削工具、耐摩工具などの工具に用いた場合、その特徴を顕著に発揮することができる。
【００５１】
なお、本実施形態のダイヤモンド複合体は、基板の主面と単結晶ダイヤモンドとの間に他の層を介在していてもよい。他の層としては、たとえば、後述する導電層が挙げられる。ダイヤモンド複合体において、基板の主面と単結晶ダイヤモンドとの間に導電層が介在することにより、単結晶ダイヤモンドと基板との分離が容易となる。
【００５２】
＜ダイヤモンド複合体の作製方法の一例＞
本実施形態に係るダイヤモンド複合体は、たとえば、以下のように作製することができる。
【００５３】
図２を参照し、まず、基板１として、高温高圧法によって作製された単結晶ダイヤモンドを準備する。そして、基板１の主面１ａの（００１）面に対するオフ角が０°以上７°以下となるようにレーザ切断し、さらに、主面１ａの表面を機械研磨などによって平滑化し、アルコールまたは酸（熱混酸）で清浄化する。また、基板２の主面１ａと接する側面１ｂ〜１ｅのそれぞれが、（１００）面に対するオフ角が８°より大きく３７°より小さい面、（−１００）面に対するオフ角が８°より大きく３７°より小さい面、（０−１０）面に対するオフ角が８°より大きく３７°より小さい面、（０１０）面に対するオフ角が８°より大きく３７°より小さい面となるように、各側面をレーザ切断する。
【００５４】
次に、上記処理を行った基板１をＲＩＥ装置内に配置して、機械研磨に起因する主面１ａ上のダメージを除去する。なお、ＲＩＥ装置内において、主面１ａと接する側面１ｂ〜１ｅもプラズマに曝されるため、側面１ｂ〜１ｅ上のダメージまでもが除去されてしまうことが懸念され得る。しかし、側面１ｂ〜１ｅの表面粗度は主面１ａと比して大きく、このような表面は、その表面がプラズマに曝されないようにコーティングを施した場合と同様の機能を有することができる。したがって、プラズマに曝されることによって表面のダメージが除去される主面１ａに対し、側面１ｂ〜１ｅにおいては、プラズマに曝されることによる影響は生じない。
【００５５】
次に、主面１ａを有する単結晶ダイヤモンド層に、カーボン（Ｃ）、窒素（Ｎ）、シリコン（Ｓｉ）、リン（Ｐ）または硫黄（Ｓ）などの不純物をイオン注入する。これにより、主面１ａの表面から１μｍに満たない深さ領域に導電層が形成される。なお、イオン注入における注入エネルギーは２５０〜３５０ｋｅＶが好ましく、その注入量は５×１０15〜５×１０17個／ｃｍ3であることが好ましい。
【００５６】
次に、真空チャンバ内の圧力を７０〜１１０Ｔｏｒｒとした上で、メタンなどの炭化水素ガス、水素ガス、および、不活性ガス、窒素などの添加ガスを導入し、単結晶ダイヤモンドから成るエピタキシャル成長層を主面１ａ上に形成する。具体的には、まず、添加ガスと、水素ガスのみが導入される装置内で８００〜１１００℃に加熱され、その後さらに炭化水素ガスと添加ガスとが導入される。これにより、図１に示すように、エピタキシャル成長層である単結晶ダイヤモンド２が導電層（図１において不図示）上に形成される。また、同時に、単結晶ダイヤモンド２の側面１ｂ〜１ｅを覆うように炭素質層３が形成される。なお、導電層が形成された後の主面１ａの最表面には、ダイヤモンドの結晶構造が保たれているため、上記のように導電層形成後の主面１ａ上に対してエピタキシャル成長層を形成させることができる。
【００５７】
以上のようにして、本実施形態のダイヤモンド複合体を作製することができる。このダイヤモンド複合体に関し、単結晶ダイヤモンドと炭素質層との接合は弱いため、両者を容易に分離することができる。分離の方法としては、レーザ照射による分離、熱混酸（２４０℃、ＨＮＯ3：Ｈ2ＳＯ4＝１：３）による炭素質層の除去による分離、酸素を含む雰囲気中でのアニール処理またはプラズマ処理による炭素質層の除去による分離、物理的衝撃を加えることによる分離、あるいはこれらを組み合わせることによる分離などがある。
【００５８】
また、炭素質層の成長起点、たとえば、図１中の炭素質層３の下部は、基板１の側面１ｂ〜１ｅに固着しているが、炭素質層３と基板１との接合もまた弱いため、この両者もまた容易に分離することができる。さらに、以上のようにして作製されたダイヤモンド複合体によれば、基板と単結晶ダイヤモンドとの間に導電層が介在するため、この導電層を電気化学的にエッチングすることにより、ダイヤモンド複合体から容易に基板を除去することができる。したがって、結果的に、ダイヤモンド複合体から単結晶ダイヤモンドを容易に分離することができる。
【００５９】
また、本発明者らは、上記の作製方法に関し、ＣＶＤ法における条件を{１００}面以外の面における単結晶ダイヤモンドの成長が起こり難く、{１００}面における単結晶ダイヤモンドの成長が特に優勢に起こり易くなる条件にすることにより、さらに効率的にダイヤモンド複合体を形成することができ、また、これから得られる単結晶ダイヤモンドも不具合の発生がさらに抑制された高品質なものであることを知見している。これは、このような条件とすることにより、{１００}面である主面上には単結晶ダイヤモンドが特に成長し易くなり、{１００}面から８°より大きく３７°より小さくオフしている側面上には単結晶ダイヤモンドが特に成長し難くなり、かつ炭素質層の成長が特に優勢となることにより、非ダイヤモンド炭素の割合の高い炭素質層が形成されるためと考えられる。
【００６０】
上記の{１００}面における単結晶ダイヤモンドの成長が優勢となる条件としては、たとえば、（１）真空チャンバ内に導入する炭化水素の量を多くする、（２）真空チャンバ内に窒素ガスを導入する、などの条件が挙げられる。具体的には、上記（１）に関し、真空チャンバ内に導入するガスの総導入量に対する炭化水素ガスの体積割合を５〜２０体積％にすることが好ましく、８〜１５体積％にすることがより好ましい。また、上記（２）に関し、真空チャンバ内に導入するガスの総導入量に対する窒素ガスの体積割合を０．００５〜４体積％にすることが好ましく、０．０２〜１体積％にすることがより好ましい。また、上記（１）および（２）を組み合わせてもよい。なお、炭化水素ガスの体積割合は炭素換算された値である。したがって、たとえば、炭化水素ガスとしてエタンガスを用いた場合は、メタンガスを用いた場合の半分の体積割合となる。
【００６１】
＜ダイヤモンド接合体＞
図５および図６は、本実施形態のダイヤモンド接合体の概略的な断面図である。具体的には、図５は、ダイヤモンド複合体から基板を除去することにより得られるダイヤモンド接合体の概略的な断面図であり、図６は、ダイヤモンド複合体から炭素質層を除去することにより得られるダイヤモンド接合体の概略的な断面図である。
【００６２】
まず、図５を参照し、ダイヤモンド接合体２０は、単結晶ダイヤモンド２と、単結晶ダイヤモンド２の側面２ｂを被覆する炭素質層３とを備え、炭素質層３は非ダイヤモンド炭素を含む。このダイヤモンド接合体２０は上述のダイヤモンド複合体１０から基板１が除去された構成を有しているため、上記と同様の説明は繰り返さない。なお、ダイヤモンド複合体１０から基板１を除去する方法としては、イオン注入層を形成した部分を電気化学的にエッチングする方法、レーザ照射により切断する方法などが挙げられる。
【００６３】
また、図６を参照し、ダイヤモンド接合体３０は、ダイヤモンド種結晶からなる基板１と、基板１の主面１ａ状に形成された単結晶ダイヤモンド２とを備える。このダイヤモンド接合体３０は上述のダイヤモンド複合体１０から炭素質層３が除去された構成を有しているため、上記と同様の説明は繰り返さない。なお、ダイヤモンド複合体から炭素質層３を除去する方法としては、ダイヤモンド接合体３０と炭素質層３とを分離する方法がある。具体的には、レーザ照射による分離、熱混酸（２４０℃、ＨＮＯ3：Ｈ2ＳＯ4＝１：３）による炭素質層の除去による分離、酸素を含む雰囲気中でのアニール処理またはプラズマ処理による炭素質層の除去による分離、物理的衝撃を加えることによる分離、あるいはこれらを組み合わせることによる分離などがある。また、ダイヤモンド複合体１０において、炭素質層３は基板１および単結晶ダイヤモンド２と接合しているものの、その接合力は低いため、炭素質層３は容易に除去することができ、もって、ダイヤモンド接合体３０はダイヤモンド複合体１０から容易に形成することができる。
【００６４】
本実施形態のダイヤモンド接合体は、上述のダイヤモンド複合体から基板または炭素質層を除去することにより得られるものであり、これらが備える単結晶ダイヤモンドは、従来のエピタキシャル成長層である単結晶ダイヤモンドと比して、歪みが少なく、また、クラック、割れなどの不具合の発生頻度が低い。したがって、本実施形態のダイヤモンド接合体は、ダイヤモンド製品に適した単結晶ダイヤモンドを提供することができる。
【００６５】
＜単結晶ダイヤモンド＞
図７は、本実施形態の単結晶ダイヤモンドの概略的な断面図である。図７を参照し、単結晶ダイヤモンド２は、ダイヤモンド複合体１０から基板１および炭素質層３を除去することにより得られる単結晶ダイヤモンドであり、主面２ａと側面２ｂとを備えるエピタキシャル成長層である。
【００６６】
本実施形態の単結晶ダイヤモンドは、上述のダイヤモンド複合体から分離された単結晶ダイヤモンドであり、従来のエピタキシャル成長層である単結晶ダイヤモンドと比して、歪みが少なく、また、クラック、割れなどの発生頻度が低い。したがって、本実施形態の単結晶ダイヤモンドはダイヤモンド製品に好適に用いることができる。
【００６７】
＜工具＞
図８は、本実施形態の工具の一例であるダイヤモンドバイトの概略的な断面図である。図８を参照し、ダイヤモンドバイト５０は、台金４と、ろう付け層５と、メタライズ層６と、単結晶ダイヤモンド２２とを主に備えている。単結晶ダイヤモンド２２は、ろう付け層５およびメタライズ層６を介して台金４に固定されている。単結晶ダイヤモンド２２はすくい面２２ｂおよび逃げ面２２ｃを含み、すくい面２２ｂおよび逃げ面２２ｃの接触部において切れ刃２２ｄが構成されている。
【００６８】
ダイヤモンドバイト５０が備える単結晶ダイヤモンド２２は、上述の単結晶ダイヤモンドが適宜所望の形状に加工されたものであり、換言すれば、本実施形態の工具は上述の単結晶ダイヤモンドを備える工具である。上述の単結晶ダイヤモンドは、従来のエピタキシャル成長層である単結晶ダイヤモンドと比して、歪みが少なく、また、クラック、割れなどの発生頻度が低い。したがって、これを用いた本実施形態の工具によれば、単結晶ダイヤモンド部分における歪み、クラック、割れなどの発生が抑制されるため、長い使用寿命を有することができ、また、工具の破損などによって生じる被加工部材の損傷を抑制することができる。したがって、本実施形態の工具は、工具としての高い性能を有することができる。
【００６９】
また、本発明の工具は、上記ダイヤモンドバイト５０のような工具に限定されず、たとえば、ドリル、エンドミル、ドリル用刃先交換型切削チップ、エンドミル用刃先交換型切削チップ、フライス加工用刃先交換型切削チップ、旋削加工用刃先交換型切削チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップなどの他の切削工具でもよい。また、本発明の工具は切削工具に限られず、研削工具、耐摩工具、部品などでもよい。研削工具としては、ドレッサなどを挙げることができる。耐摩工具、部品としては、ダイス、スクライバー、水または粉末噴出ノズル、ワイヤなどのガイドなどを挙げることができる。
【実施例】
【００７０】
＜検討１＞
検討１においては、側面の面方位が異なる種々の基板を準備し、同条件のＣＶＤ法により各基板上に単結晶ダイヤモンドを形成させたサンプル（Ｎｏ．１〜１０）を作製し、作製された各サンプルの評価を行った。以下、具体的に説明する。
【００７１】
（基板の作製）
図２を参照し、まず、基板として、高温高圧法によって作製されたＩｂタイプの単結晶ダイヤモンドからなる基板１（厚み５００μｍ、５ｍｍ角）を準備した。この基板１の主面１ａの面方位は（００１）面であり、側面１ｂ〜１ｅの各面方位は（１００）面、（−１００）面、（０−１０）面、（０１０）面であった。
【００７２】
準備した基板の主面１ａに関し、（００１）面から[１００]方向に２°オフするように機械研磨し、その後、研磨傷が微分干渉顕微鏡によって観察できない程度にまで機械研磨した後、さらに、酸素ガスおよびＣＦ4ガスを用いたＲＩＥにより厚み方向に２μｍエッチングした。また、準備した基板の側面１ｂ〜１ｅに関し、主面縦方向のオフ角および主面横方向（すなわち、主面面内方向）のオフ角が表１に示す値となるように、各側面をレーザ切断した。
【００７３】
ここで、表１に示すオフ角は絶対値である。すなわち、主面縦方向に関し、図３（Ａ）に示す方向へオフさせた場合と、図３（Ｂ）に示す方向にオフさせた場合との両方を実施し、主面横方向に関し、図３（Ｃ）に示す方向へオフさせた場合と、図３（Ｄ）に示す方向にオフさせた場合との両方を実施した。主面縦方向および主面横方向のそれぞれに関し、いずれの方向へオフさせた場合においても同じ結果であったため、表１では各オフ角を絶対値で示すこととした。
【００７４】
（単結晶ダイヤモンドの形成）
まず、作製した各基板１の主面１ａにカーボンを用いたイオン注入を行った。なお、イオン注入における注入エネルギーは３３０ｋｅＶとし、その注入量は１×１０17個／ｃｍ3とした。これにより、基板１の主面１ａ上の厚み方向内側にわずか（１μｍ未満）に入った部分に、炭素の過剰な導電層が形成された。なお、最表面にはダイヤモンド構造を有する層が残っていた。各基板１を主面１ａが露出するようにマイクロ波プラズマＣＶＤ装置の真空チャンバ内に配置した。そして、基板１を１１００℃の温度で加熱し、真空チャンバ内の圧力を９０Ｔｏｒｒとした後、真空チャンバ内に水素ガス、メタンガス、窒素ガスを導入してマイクロ波プラズマＣＶＤ法を行い、基板１上に０．５ｍｍの厚みの単結晶ダイヤモンド層を形成した。このときの各ガスの混合割合（体積％）は水素ガス：メタンガス：窒素ガス＝９１．５：８：０．５とした。
【００７５】
なお、単結晶ダイヤモンドの形成において、イオン注入処理は必須ではないが、イオン注入処理によって形成された導電層を電気化学エッチングすることによって基板１と単結晶ダイヤモンドを容易に分離できるというメリットがある。また、イオン注入処理を行う場合、行わない場合のいずれにおいても、単結晶ダイヤモンドを得るに際し、レーザー処理によって基板１と単結晶ダイヤモンドを分離する方法を採用することができる。
【００７６】
次に、引き続き、基板１を１１００℃の温度で加熱し、真空チャンバ内の圧力を９０Ｔｏｒｒとした後、真空チャンバ内に水素ガス、メタンガス、窒素ガスを導入してマイクロ波プラズマＣＶＤ法を行い、導電層が形成された側の表面上に１．５ｍｍの厚みの単結晶ダイヤモンドを形成した。なお、このときの各ガスの混合割合（体積％）は水素ガス：メタンガス：窒素ガス＝９１．５：８：０．５とした。
【００７７】
（評価）
サンプル１〜１０に関し、サンプル３、４、７、８および９（実施例）のそれぞれにおいて、基板１上に形成された単結晶の側面を被覆する層が形成されていることが目視により確認された。また、その層に関し、レーザ切断によって単結晶ダイヤモンドから分離してＳＥＭ観察、ラマン分光分析、およびＥＥＬＳ分析の少なくともいずれかを実施したところ、グラファイトを多く含む炭素質層であることが理解された。ただし、観察において、レーザ切断によって飛散したグラファイトは含まれないように注意を払った。
【００７８】
また、サンプル１、２、５、６および１０（比較例）、ならびに炭素質層除去後のサンプル３、４、７、８および９（実施例）に関し、導電層を電気化学エッチングして基板を除去することにより単結晶ダイヤモンドを分離し、分離された単結晶ダイヤモンドにおけるクラックの有無および割れの有無を確認した。なお、クラックとは、結晶内部にある比較的微小な劈開の状態の不具合を意味し、割れとは、亀裂が結晶の表面に現れた、クラックと比して大きな劈開の状態の不具合を意味する。確認においては、大小関係ではなく、劈開が結晶の表面に亀裂として現れているかどうかで区別した。その結果を表１に示す。
【００７９】
表１を参照し、サンプル３、４、７、８および９ではいずれの不具合も確認されなかった。また、サンプル２、６および１０ではクラックの発生が確認され、サンプル５ではクラックおよび割れの発生が確認された。また、サンプル１、２においては、イオン注入しないサンプルを別途作製し、レーザ処理によって基板と単結晶ダイヤモンドとを分離した場合についても同評価を行ったところ、クラックの有無および割れの有無は、それぞれ表１に示すサンプル１、２の各結果と同様であった。すなわち、基板と単結晶ダイヤモンドとの分離方法は、欠陥の発生の評価に関し影響していないことがわかった。
【００８０】
なお、サンプル９に関し、一つの幾何学的方位を示すと、側面１ｂの（１００）面に対する＜０１１＞方向へのオフ角、側面１ｃの（−１００）面に対する＜０−１１＞方向へのオフ角、側面１ｄの（０−１０）面に対する＜１０１＞方向へのオフ角、および側面１ｅの（０１０）面に対する＜−１０１＞方向へのオフ角は、それぞれ８．５°である。また、サンプル１０に関し、側面１ｂの（１００）面に対する＜０１１＞方向へのオフ角、側面１ｃの（−１００）面に対する＜０−１１＞方向へのオフ角、側面１ｄの（０−１０）面に対する＜１０１＞方向へのオフ角、および側面１ｅの（０１０）面に対する＜−１０１＞方向へのオフ角は、それぞれ７．１°である。すなわち、サンプル９、１０に関し、表１に示されるオフ角は、各オフ角の方向をベクトル合成したオフ角である。
【００８１】
【表１】
2015034114.tif 000003
【００８２】
＜検討２＞
検討２においては、側面の面方位、側面の表面粗度が異なる種々の基板を準備し、メタンガスの導入量が異なる各条件のＣＶＤ法により各基板上に単結晶ダイヤモンドを形成させたサンプル（Ｎｏ．１１〜２０）を作製し、作製された各サンプルの評価を行った。以下、具体的に説明する。
【００８３】
（基板の作製）
図２を参照し、まず、基板として、高温高圧法によって作製されたＩｂタイプの単結晶ダイヤモンドからなる基板１（厚み５００μｍ、５ｍｍ角）を準備した。この基板１の主面１ａの面方位は（００１）面であり、側面１ｂ〜１ｅの各面方位は（１００）面、（−１００）面、（０−１０）面、（０１０）面であった。
【００８４】
準備した基板の主面１ａに関し、（００１）面から[１００]方向に２°オフするようにレーザ切断し、その後、研磨傷が微分干渉顕微鏡によって観察できない程度にまで機械研磨した後、さらに、酸素ガスおよびＣＦ4ガスを用いたＲＩＥにより厚み方向に２μｍエッチングした。また、準備した基板の側面１ｂ〜１ｅに関し、主面縦方向のオフ角および主面横方向のオフ角が表２に示す値となるように、各側面をレーザ切断した。
【００８５】
ここで、表２に示すオフ角は絶対値である。すなわち、主面縦方向に関し、図３（Ａ）に示す方向へオフさせた場合と、図３（Ｂ）に示す方向にオフさせた場合との両方を実施し、主面横方向に関し、図３（Ｃ）に示す方向へオフさせた場合と、図３（Ｄ）に示す方向にオフさせた場合との両方を実施した。主面縦方向および主面横方向のそれぞれに関し、いずれの方向へオフさせた場合においても同じ結果であったため、表２では各オフ角を絶対値で示すこととした。
【００８６】
さらに、表２に示すように、サンプル１１〜１４、１７および１９に関し、荷重や回転速度を調整することによって各側面１ｄ〜１ｅを機械研磨し、その表面粗度を小さくした。ただし、研磨の程度については、機械研磨後の側面の表面粗度が、一般的な研磨処理が行われた場合の側面の表面粗度よりも大きくなるように調整した。表２に示す表面粗度の値は、研磨を行ったサンプルについては研磨後の側面の表面粗度、研磨を行わなかったサンプルについてはレーザ切断後の側面の表面粗度の値である。
【００８７】
（単結晶ダイヤモンドの形成）
マイクロ波プラズマＣＶＤ法におけるメタンガスの混合割合（体積％）を６〜１２体積％の範囲で変化させた以外は、検討１と同様の方法により基板１上に導電層および単結晶ダイヤモンドを形成した。なお、各サンプルにおけるメタンガスの混合割合は表２に示す通りであり、この変化に伴って水素ガスの導入量も変化した。ただし、窒素ガスの混合割合は常に０．５体積％とした。
【００８８】
（評価）
サンプル１１〜２０（実施例）の全てにおいて、基板１上の形成された単結晶の側面を被覆する層が形成されていることが目視により確認された。また、その層に関し、レーザ切断によって単結晶ダイヤモンドから分離してＳＥＭ観察、ラマン分光分析、およびＥＥＬＳ分析の少なくともいずれかを実施したところ、グラファイトを多く含む炭素質層であることが理解された。
【００８９】
また、炭素質層除去後のサンプル１１〜２０に関し、導電層を電解エッチングして基板を除去することにより単結晶ダイヤモンドを分離し、分離された単結晶ダイヤモンドの残留応力を測定した。なお、残留応力の測定は、ラマン分光法を用いて行い、具体的には、１３３２ｃｍ-1のピークのシフト量に定数を乗じて応力に換算した。その結果を表２に示す。
【００９０】
表２を参照し、基板の側面の表面粗度が０．２μｍ以上の場合に、残留応力が十分に低下することが確認された。なかでも、基板の側面の表面粗度が０．７μｍ以上場合に、残留応力がより十分に低下することが確認された。また、特に、機械研磨されていない、レーサ切断された側面を有する基板を用いることが好ましいことが確認された。ただし、表面粗度を基板の厚み以上としても、表２に示すような良い結果は得られなかった。また、表２に示す範囲において、ＣＶＤ法におけるメタンガスの導入割合が高いほど、残留応力が小さいことが分かった。また、基板の側面の表面粗度が高く、かつメタンガスの導入割合が高い場合に、特に残留応力が小さいことが分かった。なお、通常のＣＶＤ法により形成されたエピタキシャル成長層である単結晶ダイヤモンドの残留応力は、サンプル１１〜２０の単結晶ダイヤモンドの残留応力よりも大きい。
【００９１】
【表２】
2015034114.tif 000004
【００９２】
今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９３】
１  基板、２  単結晶ダイヤモンド、３  炭素質層、４  台金、５  ろう付け層、１０  ダイヤモンド複合体、２０，３０  ダイヤモンド接合体、４０  単結晶ダイヤモンド。
【図１】
2015034114.tif 000005
【図２】
2015034114.tif 000006
【図３】
2015034114.tif 000007
【図４】
2015034114.tif 000008
【図５】
2015034114.tif 000009
【図６】
2015034114.tif 000010
【図７】
2015034114.tif 000011
【図８】
2015034114.tif 000012