(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイヤモンド基板が載置される基板ホルダを備え、前記基板ホルダに対して、直接、マイクロ波を給電することで発生するプラズマによるＣＶＤ（化学気相堆積法）によって前記ダイヤモンド基板上にダイヤモンドを成長させるプラズマＣＶＤ装置であって、
前記基板ホルダは、前記ダイヤモンド基板の上面が前記基板ホルダの上面よりも上方に位置することとなる箇所に、前記ダイヤモンド基板が載置される載置面を有し、
前記基板ホルダの上面には、上方に開口した凹部が形成され、
前記載置面は、前記凹部の底面であり、
前記凹部の深さは、前記ダイヤモンド基板の厚さよりも小さく、
前記基板ホルダは、上方に向けて先細りした錐状構造で、かつ、下半分が筒構造を有する
プラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】
前記基板ホルダは、上方に向けて先細りした円錐状構造を有する
請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項３】
プラズマＣＶＤ装置によるダイヤモンドの成長方法であって、
前記プラズマＣＶＤ装置が備える基板ホルダの載置面に、ダイヤモンド基板の上面が前記基板ホルダの上面よりも上方に位置することとなるように、前記ダイヤモンド基板を載置する載置ステップと、
前記基板ホルダに対して、直接、マイクロ波を給電することで発生するプラズマによるＣＶＤによって前記ダイヤモンド基板上にダイヤモンドを成長させる成長ステップとを含み、
前記基板ホルダの上面には、上方に開口した凹部が形成され、
前記ダイヤモンド基板が載置される載置面は、前記凹部の底面であり、
前記凹部の深さは、前記ダイヤモンド基板の厚さよりも小さく、
前記基板ホルダは、上方に向けて先細りした錐状構造で、かつ、下半分が筒構造を有する
ダイヤモンドの成長方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマＣＶＤ装置、及び、プラズマＣＶＤ装置によるダイヤモンドの成長方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイドバンドギャップ半導体であるダイヤモンドは、他の半導体材料と比べて非常に優れた物性やユニークな特性を有しているため、次世代パワーデバイスや量子コンピュータ等への応用が期待されている。
【０００３】
従来、ダイヤモンドデバイスは、高温高圧法（ＨＰＨＴ）で合成されたダイヤモンド基板上にプラズマ化学気相堆積法（プラズマＣＶＤ）を用いてホモエピタキシャル成長を行うことで、アンドープダイヤモンドや、不純物をドープしたｐ形又はｎ形ダイヤモンドが合成されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
非特許文献１によれば、プラズマＣＶＤによって、ダイヤモンドの成長速度として、２５μｍ／ｈの速度が達成されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】T. Teraji, et al, “High rate growth and electrical/optical properties of high-quality homoepitaxial diamond (100) films” Diamond and Related Materials Volume 14, 2005, Pages 255-260
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許文献１の成長速度では、実用化のためには十分とはいえず、さらなる合成時間の短縮化及び合成時の省エネルギー化によってダイヤモンドの低コスト化を図る必要があり、成長速度のさらなる高速化が望まれている。
【０００７】
そこで、本発明は、ダイヤモンドのさらなる高速成長を可能にするプラズマＣＶＤ装置及びダイヤモンドの成長方法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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の一形態に係るプラズマＣＶＤ装置は、ダイヤモンド基板が載置される基板ホルダを備え、前記基板ホルダに対して、直接、マイクロ波を給電することで発生するプラズマによるＣＶＤ（化学気相堆積法）によって前記ダイヤモンド基板上にダイヤモンドを成長させるプラズマＣＶＤ装置であって、前記基板ホルダは、前記ダイヤモンド基板の上面が前記基板ホルダの上面よりも上方に位置することとなる箇所に、前記ダイヤモンド基板が載置される載置面を有する。
【０００９】
これにより、ダイヤモンド基板の上面が基板ホルダの上面よりも上方に位置する状態で、基板ホルダに対して直接マイクロ波を給電する基板直接給電方式によるプラズマＣＶＤが行われるので、基板ホルダの端部ではなく、ダイヤモンド基板において、マイクロ波の電界集中による高密度プラズマが発生しダイヤモンド基板上にダイヤモンドが高速にエピタキシャル成長される。
【００１０】
ここで、前記基板ホルダの上面には、上方に開口した凹部が形成され、前記載置面は、前記凹部の底面であり、前記凹部の深さは、前記ダイヤモンド基板の厚さよりも小さくてもよい。
【００１１】
これにより、ダイヤモンド基板は、凹部に収容されるので、プラズマの発生時に衝撃力を受けた場合、あるいは、その後の成長中におけるプラズマＣＶＤ装置の振動等によって力を受けた場合に、ダイヤモンド基板が基板ホルダから落下してしまうことが防止される。
【００１２】
また、前記基板ホルダは、上方に向けて先細りした錐状構造で、かつ、下半分が筒構造を有してもよい。具体的には、前記基板ホルダは、上方に向けて先細りした円錐状構造を有してもよい。 
【００１３】
これにより、基板ホルダの先細りした先端部分、つまり、ダイヤモンド基板が載置される箇所において、供給されたマイクロ波の電界集中が起こり易くなり、高密度プラズマが基板近傍に発生する事によりダイヤモンドの成長が促進される。
【００１４】
また、上記目的を達成するために、本発明の一形態に係るプラズマＣＶＤ装置によるダイヤモンドの成長方法は、プラズマＣＶＤ装置によるダイヤモンドの成長方法であって、前記プラズマＣＶＤ装置が備える基板ホルダの載置面に、ダイヤモンド基板の上面が前記基板ホルダの上面よりも上方に位置することとなるように、前記ダイヤモンド基板を載置する載置ステップと、前記基板ホルダに対して、直接、マイクロ波を給電することで発生するプラズマによるＣＶＤによって前記ダイヤモンド基板上にダイヤモンドを成長させる成長ステップとを含む。そして、基板ホルダの上面には、上方に開口した凹部が形成され、ダイヤモンド基板が載置される載置面は、凹部の底面であり、凹部の深さは、前記ダイヤモンド基板の厚さよりも小さく、基板ホルダは、上方に向けて先細りした錐状構造で、かつ、下半分が筒構造を有する。
【００１５】
これにより、ダイヤモンド基板の上面が基板ホルダの上面よりも上方に位置する状態で、基板直接給電方式によるプラズマＣＶＤが行われるので、基板ホルダの端部ではなく、ダイヤモンド基板においてマイクロ波の電界集中による高密度プラズマが発生しダイヤモンド基板上にダイヤモンドが高速成長される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、ダイヤモンドのさらなる高速成長を可能にするプラズマＣＶＤ装置及びダイヤモンドの成長方法が実現される。
【００１７】
よって、ダイヤモンドデバイスの次世代パワーデバイスや量子コンピュータ等への応用が期待される今日において、本発明の実用的価値は極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施の形態におけるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す模式図
【図２Ａ】図１に示された基板ホルダの外観図
【図２Ｂ】図２ＡのＩＩＢ−ＩＩＢ線を含む断面で切断して得られる基板ホルダの断面図
【図３】プラズマＣＶＤ装置におけるマイクロ波の電界集中とプラズマの状態を示す図
【図４】真性ダイヤモンド膜を成長させた実験例１の実験条件及び実験結果を示す図
【図５】実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置及び参考例に係る装置によって得られたダイヤモンドの成長速度をそのときのメタン分圧と対応させてプロットした図
【図６】低抵抗ダイヤモンド膜を成長させた実験例２の実験条件を示す図
【図７】図６に示された実験例２の実験結果を示す図
【図８】図６に示された実験例２によるダイヤモンドの成長後における基板ホルダの外観写真を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００２０】
図１は、実施の形態におけるプラズマＣＶＤ装置１０の構成を示す模式図である。このプラズマＣＶＤ装置１０は、ダイヤモンド基板３０が載置される基板ホルダ２０を備え、基板ホルダ２０に対して直接マイクロ波を給電する方式（基板直接給電方式）で発生するプラズマによるＣＶＤ（化学気相堆積法）によってダイヤモンド基板３０上にダイヤモンドの薄膜をエピタキシャル成長させる装置であり、例えば、アリオス社製の基板直接給電方式プラズマＣＶＤ装置である。なお、「基板ホルダ２０に対して直接マイクロ波を供給する」とは、基板ホルダ２０が収容された空間（チャンバ等）に通ずる石英窓等の窓を介する（窓の外部から内部に供給する）ことなく、基板ホルダ２０にマイクロ波を供給することである。
【００２１】
マイクロ波の導入については、導波管１２から同軸変換し、同軸構造体１４の途中で真空シールを行い、真空のチャンバ１６に導入し、同軸構造体１４の先端がアンテナ１４ａとなり、チャンバ１６内にマイクロ波が導入される。アンテナ１４ａの直径は、マイクロ波の均一電界を得るために、波長λを考慮して、例えば、１０ｍｍである。アンテナ１４ａは、先端に電界が集中するように（１／４）λの長さであり、アンテナ１４ａの先端部を基板ホルダ２０としてダイヤモンド基板３０に直接マイクロ波が給電される。また、チャンバ１６は、球形であり、その中心にダイヤモンド基板３０を置く構造となっており、これにより、さらに電界集中が起こり易くなっている。すなわち基板ホルダ２０から放射されたマイクロ波電力は、球面のチャンバ１６で反射され、再び焦点位置である基板ホルダ２０に戻る。その結果、ダイヤモンド基板３０の近傍にのみ高密度のプラズマ１５が発生する。
【００２２】
図２Ａは、図１に示された基板ホルダ２０の外観図である。なお、本図では、便宜上、基板ホルダ２０に載置されるダイヤモンド基板３０の図示が省略されている。
【００２３】
基板ホルダ２０は、上述したように、ダイヤモンド基板３０に直接マイクロ波を給電するためのアンテナ１４ａの一部であり、かつ、ダイヤモンド基板３０を載置するためのホルダであり、高融点材料（例えば、モリブデン）で構成される。この基板ホルダ２０は、図示されるように、およそ、下半分２０ａが筒構造（具体的には、円柱構造）を有し、上半分２０ｂが、上面周縁が面取り加工され、上方に向けて先細りした錐状構造（具体的には、円錐状構造）を有する。このような錐状構造により、基板ホルダ２０の先細りした先端部分、つまり、ダイヤモンド基板３０が載置される箇所において、供給されたマイクロ波の電界集中が起こり易くなり、高密度プラズマが基板近傍に発生する事によりダイヤモンドの成長が促進される。なお、「上」、「上方」とは、プラズマＣＶＤ装置１０を水平面に設置した状態で使用する場合における鉛直上方を指す。
【００２４】
また、基板ホルダ２０の上半分２０ｂの上方先端には、平坦な面（上面２２）が形成されている。その上面２２には、上方に開口した凹部２４が形成され、凹部２４の底面が、ダイヤモンド基板３０が載置される載置面２４ａとなっている。このように、ダイヤモンド基板３０が凹部に収容されるので、プラズマの発生時に衝撃力を受けた場合、あるいは、その後の成長中におけるプラズマＣＶＤ装置１０の振動等によって力を受けた場合に、ダイヤモンド基板３０が基板ホルダ２０から落下してしまうことが防止される。
【００２５】
ここで、特徴的な構造として、この基板ホルダ２０は、ダイヤモンド基板３０が基板ホルダ２０の上面２２よりも上方に位置することとなる箇所に、ダイヤモンド基板３０が載置される載置面２４ａを有する。この特徴について、図２Ｂを用いて詳細に説明する。
【００２６】
図２Ｂは、図２ＡのＩＩＢ−ＩＩＢ線を含む断面で切断して得られる基板ホルダ２０の断面図である。本図では、基板ホルダ２０に載置されるダイヤモンド基板３０も併せて図示されている。
【００２７】
本図から分かるように、ダイヤモンド基板３０の上面３０ａが基板ホルダ２０の上面２２よりも上方に位置している。つまり、ダイヤモンド基板３０は、基板ホルダ２０の凹部２４に収容されているが、凹部２４から上方に露出している。言い換えると、凹部２４の深さは、ダイヤモンド基板３０の厚さよりも小さい。
【００２８】
このような基板ホルダ２０の構造により、ダイヤモンド基板３０の上面３０ａが基板ホルダ２０の上面２２よりも上方に位置する状態で、基板直接給電方式によるプラズマＣＶＤが行われるので、基板ホルダ２０の端部ではなく、ダイヤモンド基板３０においてマイクロ波の電界集中による高密度プラズマが発生し、ダイヤモンド基板３０上にダイヤモンドの薄膜が高速にエピタキシャル成長される。
【００２９】
図３は、プラズマＣＶＤ装置におけるマイクロ波の電界集中とプラズマの状態を示す図である。ここでは、マイクロ波のパワー密度（電界集中の度合い）の分布について、参考例に係る基板ホルダ４０を用いた場合のマイクロ波のパワー密度の分布（図３の（ａ））と、本実施の形態に係る基板ホルダ２０を用いた場合のマイクロ波のパワー密度の分布（図３の（ｂ））とプラズマ１５の状態が示されている。なお、参考例に係る基板ホルダ４０とは、図３の（ａ）に示されるように、ダイヤモンド基板３０の上面３０ａが基板ホルダ４０の上面４２よりも下方に位置する構造を有する基板ホルダである。
【００３０】
図３の（ａ）に示されるように、ダイヤモンド基板３０の上面３０ａが基板ホルダ４０の上面４２よりも下方に位置する構造を有する参考例に係る基板ホルダ４０によれば、基板ホルダ４０の端部（エッジ）においてマイクロ波の電界集中が起こる。
【００３１】
一方、図３の（ｂ）に示されるように、ダイヤモンド基板３０の上面３０ａが基板ホルダ２０の上面２２よりも上方に位置する構造を有する本実施の形態に係る基板ホルダ２０によれば、ダイヤモンド基板３０の上面及び端部においてマイクロ波の電界集中が起こる。これにより、プラズマＣＶＤにおいて、ダイヤモンド基板３０においてマイクロ波の電界集中が起こり、高密度のプラズマ１５が基板近傍に発生しダイヤモンド基板３０上にダイヤモンドが高速成長される。
【００３２】
次に、以上のように構成された本実施の形態におけるプラズマＣＶＤ装置１０によるダイヤモンドの成長についての実験例を示す。
【００３３】
（実験例１）
まず、実験例１として、真性（アンドープ）ダイヤモンド膜の成長例を説明する。
【００３４】
図４は、真性ダイヤモンド膜を成長させた実験例１の実験条件及び実験結果を示す図である。ここでは、比較のために、図３の（ａ）に示された参考例に係る基板ホルダ４０を用いた実験（図４の（ａ））と、本実施の形態に係る基板ホルダ２０を用いた実験（図４の（ｂ））とが示されている。なお、用いられたダイヤモンド基板３０は、ＨＰＨＴＩｂ型ダイヤモンド（１００）単結晶（大きさが１ｍｍ×１ｍｍ×０．３ｍｍｔ）である。
【００３５】
実験条件については、図４の「ザグリ直径（ｍｍ）」、「ザグリ深さ（ｍｍ）」、「マイクロ波投入電力（Ｗ）」、「圧力（ｋＰａ）」、「基板温度（℃）」、「水素（ｓｃｃｍ）」、「メタン（ｓｃｃｍ）」、「メタン分圧（ｋＰａ）」、「成長時間（ｍｉｎ）」に示される通りである。ここで、「ザグリ」とは、基板ホルダに形成された凹部である。
【００３６】
実験結果については、ダイヤモンド基板３０上に成長したダイヤモンドに関する「膜厚（μｍ）」、「成長速度（μｍ／ｈ）」に示される通りである。
【００３７】
この実験結果から分かるように、参考例に係る基板ホルダ４０を用いたプラズマＣＶＤによれば、４２０分の成長時間で膜厚が１μｍ以下のダイヤモンドが成長したことから、ダイヤモンドの成長速度として、０．１４μｍ／ｈ以下となる。
【００３８】
一方、本実施の形態に係る基板ホルダ２０を用いたプラズマＣＶＤによれば、８２分の成長時間で膜厚が３５９μｍのダイヤモンドが成長したことから、ダイヤモンドの成長速度として、２６０μｍ／ｈという極めて高い値が得られた。
【００３９】
図５は、本実施の形態に係る基板ホルダ２０を用いたプラズマＣＶＤ装置１０によって得られたダイヤモンドの成長速度、及び、参考例に係る他の装置によって得られたダイヤモンドの成長速度（μｍ／ｈ）について、そのときのメタン分圧（ｋＰａ）と対応させてプロットした図である。本図のプロットにおいて、白丸は、本実施の形態に係る基板ホルダ２０を用いたプラズマＣＶＤ装置１０によるデータ（上記実験例１での実験結果を含む）を示し、「＊」は、図３の（ａ）に示された参考例に係る基板ホルダ４０を用いた参考例１に係る基板直接給電方式プラズマＣＶＤ装置によるデータを示し、四角は、ミシガン州立大学が発表した参考例２に係るデータ（非特許文献２；Yajun Gu,et al, “Microwave plasma reactor design for high pressure and high power density diamond synthesis”, Diamond and Related Materials Volume 24, April 2012, Pages 210-214）を示し、三角は、上記非特許文献１に記載された参考例３に係るデータを示す。
【００４０】
本図から分かるように、ダイヤモンドの成長速度はメタン分圧に依存するが、本実施の形態に係る基板ホルダ２０を用いたプラズマＣＶＤ装置１０によれば、メタン分圧を考慮したとしても、他の装置に比べ、極めて高い成長速度が得られている。
【００４１】
（実験例２）
次に、実験例２として、低抵抗（ホウ素ドープ）ダイヤモンド膜の成長例を説明する。
【００４２】
図６は、低抵抗ダイヤモンド膜を成長させた実験例２の実験条件を示す図である。ここでは、比較のために、図３の（ａ）に示された参考例に係る基板ホルダ４０を備えるプラズマＣＶＤ装置による実験（図６の（ａ））と、本実施の形態に係る基板ホルダ２０を備えるプラズマＣＶＤ装置１０による実験（図６の（ｂ））とが示されている。なお、用いられたダイヤモンド基板３０は、上記実験例１と同様のＨＰＨＴＩｂ型ダイヤモンド（１００）単結晶（大きさが１ｍｍ×１ｍｍ×０．３ｍｍｔ）である。また、ホウ素の濃度については、１０２０Ｂ atoms/cm3以上の高濃度ホウ素ドープダイヤモンドを成長させた。実験条件において、「ＴＭＢ」は、Trimethylboronである。
【００４３】
本図に示されるように、実験例２では、参考例及び実施の形態ともに、２時間の成長時間で、プラズマＣＶＤによるダイヤモンドのエピタキシャル成長を行った。
【００４４】
図７は、図６に示された実験例２の実験結果を示す図である。ここでは、参考例に係る図６の（ａ）に対応する実験結果が図７の（ａ）に示され、本実施の形態に係る図６の（ｂ）に対応する実験結果が図７の（ｂ）に示されている。実験結果として、成長したダイヤモンドの上面の「光学顕微鏡像」、「異常成長粒子密度（ｃｍ−２）」、「抵抗率＠室温（Ω・ｃｍ）」、「膜厚（μｍ）」、「成長速度（μｍ／ｈ）」が示されている。
【００４５】
本図に示された「光学顕微鏡像」及び「異常成長粒子密度（ｃｍ−２）」から分かるように、本実施の形態に係る基板ホルダ２０を用いたプラズマＣＶＤ装置１０によれば、異常成長粒子がないダイヤモンドのエピタキシャル成長が実現されている。また、本図に示された「膜厚（μｍ）」、「成長速度（μｍ／ｈ）」から分かるように、本実施の形態に係る基板ホルダ２０を用いたプラズマＣＶＤ装置１０によれば、参考例に係る基板ホルダ４０を用いたプラズマＣＶＤ装置に比べ、２倍以上のダイヤモンドの成長速度が得られた。
【００４６】
図８は、図６に示された実験例２によるダイヤモンドの成長後における基板ホルダの外観写真を示す図である。ここでは、参考例に係る図６の（ａ）に対応する外観写真が図８の（ａ）に示され、本実施の形態に係る図６の（ｂ）に対応する外観写真が図８の（ｂ）に示されている。
【００４７】
本図に示される写真から分かるように、参考例に係る基板ホルダ４０には、凹部の端部（エッジ）には、気相中のメタンから変換された炭素膜３２が付着している。一方、本実施の形態に係る基板ホルダ２０には、そのような炭素膜は付着しておらず、高効率に気相中のメタンがダイヤモンド基板３０上のＣＶＤダイヤモンド膜に変換されていることが分かる。
【００４８】
以上のように、本実施の形態におけるプラズマＣＶＤ装置１０は、ダイヤモンド基板３０が載置される基板ホルダ２０を備え、基板ホルダ２０に対して、直接、マイクロ波を給電することで発生するプラズマによるＣＶＤ（化学気相堆積法）によってダイヤモンド基板３０上にダイヤモンドを成長させる装置であって、基板ホルダ２０は、ダイヤモンド基板３０の上面３０ａが基板ホルダ２０の上面２２よりも上方に位置することとなる箇所に、ダイヤモンド基板３０が載置される載置面２４ａを有する。
【００４９】
これにより、ダイヤモンド基板３０の上面３０ａが基板ホルダ２０の上面２２よりも上方に位置する状態で、基板ホルダ２０に対して基板直接給電方式によるプラズマＣＶＤが行われるので、基板ホルダ２０の端部ではなく、ダイヤモンド基板３０においてマイクロ波の電界集中が起こり、高密度のプラズマ１５が基板近傍に発生しダイヤモンド基板３０上にダイヤモンドが高速にエピタキシャル成長される。
【００５０】
また、基板ホルダ２０の上面２２には、上方に開口した凹部２４が形成され、載置面２４ａは、凹部２４の底面であり、凹部２４の深さは、ダイヤモンド基板３０の厚さよりも小さい。
【００５１】
これにより、ダイヤモンド基板３０は、凹部２４に収容されるので、プラズマの発生時に衝撃力を受けた場合、あるいは、その後の成長中におけるプラズマＣＶＤ装置１０の振動等によって力を受けた場合に、ダイヤモンド基板３０が基板ホルダ２０から落下してしまうことが防止される。
【００５２】
また、基板ホルダ２０は、上方に向けて先細りした錐状構造を有する。より具体的には、基板ホルダ２０は、上方に向けて先細りした円錐状構造を有する。
【００５３】
これにより、基板ホルダ２０の先細りした先端部分、つまり、ダイヤモンド基板３０が載置される箇所において、供給されたマイクロ波の電界集中が起こり易くなり、高密度プラズマが基板近傍に発生する事によりダイヤモンドの成長が促進される。
【００５４】
また、本実施の形態におけるダイヤモンドの成長方法は、プラズマＣＶＤ装置１０によるダイヤモンドの成長方法であって、プラズマＣＶＤ装置１０が備える基板ホルダ２０の載置面２４ａに、ダイヤモンド基板３０の上面３０ａが基板ホルダ２０の上面２２よりも上方に位置することとなるように、ダイヤモンド基板３０を載置する載置ステップと、基板ホルダ２０に対して、直接、マイクロ波を給電することで発生するプラズマによるＣＶＤによってダイヤモンド基板３０上にダイヤモンドを成長させる成長ステップとを含む。
【００５５】
これにより、ダイヤモンド基板３０の上面３０ａが基板ホルダ２０の上面２２よりも上方に位置する状態で、基板ホルダ２０に対して基板直接給電方式によるプラズマＣＶＤが行われるので、基板ホルダ２０の端部ではなく、ダイヤモンド基板３０においてマイクロ波の電界集中による高密度プラズマが発生しダイヤモンド基板３０上にダイヤモンドが高速にエピタキシャル成長される。
【００５６】
以上、本発明のプラズマＣＶＤ装置及びダイヤモンドの成長方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、実施の形態における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本発明の範囲内に含まれる。
【００５７】
例えば、上記実施の形態及び実験例では、基板ホルダ２０には凹部２４が形成されたが、凹部２４は、必ずしも必要ではない。つまり、基板ホルダ２０の上面２２は、凹凸のない平坦面であってもよい。その場合には、ダイヤモンド基板３０が載置される面（載置面２４ａ）は、基板ホルダ２０の上面２２となる。基板ホルダ２０の上面２２のサイズ、ダイヤモンド基板３０のサイズ、プラズマの発生態様等の条件によっては、ダイヤモンド基板３０が基板ホルダ２０から落下することを防止する必要がないケースもあり得るからである。
【００５８】
また、上記実施の形態及び実験例では、基板ホルダ２０の下半分２０ａが筒構造を有し、上半分２０ｂが上方に向けて先細りした錐状構造を有したが、基板ホルダ２０の構造は、このような構造に限られない。例えば、基板ホルダ２０は、全体として、円錐構造を有していてもよいし円柱状等の柱状でも逆円錐状でも良い。
【００５９】
また、上記実施の形態及び実験例では、基板ホルダ２０の上面２２には、円形の開口を有する凹部２４が形成されたが、凹部２４の構造は、このような形状に限られず、例えば、矩形の開口を有する凹部であってもよい。
【００６０】
また、上記実施の形態及び実験例では、基板ホルダ２０は、モリブデンで構成されたが、他の材料、例えば、タングステン、タンタル、石英又はセラミックなどで構成されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、ダイヤモンドをエピタキシャル成長させるプラズマＣＶＤ装置として、例えば、ワイドバンドギャップ半導体としてのダイヤモンドを高速に成長させる基板直接給電方式のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置として、利用できる。
【符号の説明】
【００６２】
１０  プラズマＣＶＤ装置
１２  導波管
１４  同軸構造体
１４ａ  アンテナ
１５  プラズマ
１６  チャンバ
２０  基板ホルダ
２０ａ  基板ホルダの下半分
２０ｂ  基板ホルダの上半分
２２  基板ホルダの上面
２４  凹部
２４ａ  載置面
３０  ダイヤモンド基板
３０ａ  ダイヤモンド基板の上面
【図１】
0006709491.tif 000002
【図２Ａ】
0006709491.tif 000003
【図２Ｂ】
0006709491.tif 000004
【図３】
0006709491.tif 000005
【図４】
0006709491.tif 000006
【図５】
0006709491.tif 000007
【図６】
0006709491.tif 000008
【図７】
0006709491.tif 000009
【図８】
0006709491.tif 000010