(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度差法により、ダイヤモンドの種結晶上に新たなダイヤモンド結晶を育成するダイヤモンド単結晶の合成方法において、ダイヤモンドの種結晶に、温度差法で合成したダイヤモンド単結晶よりＸ線トポグラフにより結晶欠陥の観察されない部分を切り出した結晶片を用いることを特徴とする、針状欠陥によるエッチピットの数が３×１０5 ケ／ｃｍ2 以下である無色透明な低欠陥IIａ型合成ダイヤモンド単結晶の合成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の合成方法により合成されたことを特徴とする無色透明な低欠陥IIａ型合成ダイヤモンド単結晶。
【請求項３】
大きさが０．１カラット以上である請求項２に記載の無色透明な低欠陥IIａ型合成ダイヤモンド単結晶。
【請求項４】
モノクロメーター又は半導体基板用の請求項２又は３に記載の無色透明な低欠陥IIａ型合成ダイヤモンド単結晶。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光学部品、分光結晶、モノクロメーター、レーザー窓材、アンビル、半導体基板などに用いられる結晶欠陥や歪の少ない高品質ダイヤモンド単結晶及びその合成方法に関するものである。
更に本発明は分光用結晶、耐熱半導体、大電力デパイス基板等として用いられる低欠陥ダイヤモンド単結晶及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ダイヤモンドは高硬度、高強度で熱伝導性、耐食性にも優れ、光の透過性がよい。このことからダイヤモンド結晶は、ヒートシンク、線引き用ダイス、精密加工用バイト、光学部品、レーザー窓、超高圧発生用アンビル、など幅広い用途に適用されている。
天然に産出するダイヤモンドは、そのほとんどがＩａ型と呼ばれ、窒素を１０００ｐｐｍ程度含む。このダイヤモンドの窒素は凝集した形で結晶内に分布するため、結晶欠陥や内部歪が大きく、また、赤外領域にこの窒素による光の吸収がある。また原石により、バラツキが大きい。そのため、適用できる用途がヒートシンクや工具関係に限られていた。
また、窒素不純物が数ｐｐｍ以下の高純度品はIIａ型とよばれ、このようなダイヤモンドは天然産出総量の約２％程度と非常に希少なものである。天然のIIａ型ダイヤモンドは不純物が少なく、無色透明で光の透過特性が優れているため、光学部品、レーザー窓材等に用いられている。しかしながら、地球内部での複雑な成長過程を経てきたことを反映し、結晶内部に欠陥や、歪がかなり多く残留する。このため、モノクロメーターや半導体基板など高度な結晶性が要求され用途には適用できない。また、天然のIIａ型は産出量が少なく、極めて高価なもので、入手しにくいという問題もある。
【０００３】
超高圧高温下で人工的に合成される通常のダイヤモンドはＩｂ型と呼ばれ、数１００ｐｐｍの窒素を含む。この窒素は、ダイヤモンド結晶中に孤立置換型不純物として含まれるため、赤外領域および紫外領域に窒素不純物による光の吸収があり、光学部品や窓材には使えない。また、結晶内部で窒素の分布に大きなムラがあり、そのため結晶内に欠陥や歪が多い。
又、この種のダイヤモンド単結晶中の針状欠陥は１０6 ケ／ｃｍ2 以上であった。
一方、ダイヤモンド合成時に、溶媒中にＡｌやＴｉなどの窒素ゲッターを添加することで、窒素を数ｐｐｍ程度にまで除去できることが知られている。しかし、窒素ゲッターを溶媒中に添加すると一般に結晶中に内包物が多く取り込まれやすくなり、良質な結晶の歩留まりが大きく低下する。このため、従来の合成IIａ型ダイヤモンドは天然のIIａ型ダイヤモンドより、製造コストが大幅に高くなり、工業生産は行われていなかった。しかし、本発明者らは、窒素除去効率の高いIVａ族元素を窒素ゲッターとし、同時に内包物が結晶中に取り込まれないように工夫することで、窒素量０．１ｐｐｍ以下の、内包物の無いIIａ型ダイヤモンドの安定合成が可能であること見いだした。
【０００４】
従来、ダイヤモンドは宝飾、研削砥石、ヒートシンク、音響振動板等に用いられてきた。近年、上記の他にＸ線領域での分光用結晶や、半導体ダイヤモンド基板などが新たな用途としてクローズアップされてきた。これらには、ダイヤの持つ優れた物性を極限まで高めた状態で用いられるため、低欠陥のダイヤモンドが必要とされている。
低欠陥ダイヤモンドは、天然結晶では比較的少ない。人工的に高圧を用いて合成されるダイヤモンド、特にその中でもIIa 型といわれる不純物窒素量の非常に少ないダイヤモンドは、欠陥の少ないことが報告されているため、従来低欠陥ダイヤモンドが必要とされる分野では、上記人工ダイヤモンドがよく用いれらてきた。しかし更に低欠陥のダイヤモンドを必要とされつつある。現状では比較的欠陥の少ない人工ダイヤモンドの中から探し出して用いており、要求に耐える程の結晶性を持つダイヤモンドは、数が非常に少なく高価となる。
【０００５】
一方で、ダイヤモンドの質を改善するために、ダイヤモンドを様々な状態で後処理する事が知られている。
例えば研削砥石の砥粒として用いられるダイヤモンド結晶粒の後処理としては特開昭６２−１０７０８８号公報の水素プラズマ処理により原料砥粒表面の改質を行うことや、特開平７−１６５４９４号公報の介在物含有部分を分離除去した後、還元性雰囲気中で加熱処理して靱性を向上することが提案されている。
宝飾に関しては、主として多彩な色彩をつけるなどのために、放射線や中性子線照射、電子線照射による欠陥導入後、３００〜８００℃で加熱処理することにより、多彩な色彩をつけられることが知られている（「原子力工業」，第４０巻第７号７１頁、１９９４年）。これらの処理は、電子線照射などによる炭素原子の低位置からの僅かなずれなどを回復させるのではないかと言われている。しかし歪みなどの、炭素原子の低位置からの大きなずれに対しては、回復の例がない。
【０００６】
一方、電子材料的な用途には結晶性を変えることを目的とした報告が幾つかある。例えば特開平２−７７１７６号公報では、破壊試験機の押圧子によるリングクラック形成後、６００℃の水素プラズマ処理を施すことでダイヤ表面に多数の結晶欠陥を設け、発光強度を増大させる例がある。また酸素処理後に水素プラズマ処理することにより、その上に形成された金属との界面を改質して良好なショットキ接合を形成した例（特開平５−２４９９０号公報）、酸素雰囲気中で加熱することにより、ダイヤモンドを損傷することなく絶縁性などを阻害する要因を除去する例（特開平６−１４４９９５号公報）、ダイヤ表面にイオン注入後、水素プラズマ処理する事によりイオン注入時の結晶の破壊を回復する例（Y.Mori他Jpn J.Appl Phys, 31(1992), L1191) などがある。しかし以上の例は、特に結晶の表面のみを改質させることを目的としており、結晶全体に関しては結晶性が向上したとの例はない。
【０００７】
このほか、ダイヤモンドを７ＧＰａ、１０００℃以上の高温高圧下で加熱処理することによりダイヤモンドが変形することが報告されている。この方法では十分にダイヤを構成する炭素原子が移動し得ることが知られている。
しかしこのような高圧下での処理には、高価な高圧装置が必要となるばかりか、一般に圧力の掛かり方が不均一であるために、常温常圧までダイヤモンドを下ろす過程で再度欠陥が導入されてしまうという問題点があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
天然のダイヤモンドは、結晶内部に多くの欠陥や大きな歪がある。天然IIａ型ダイヤモンドは不純物が少ないものの、欠陥や歪などの結晶性に関しては良くない。そのため、加工中にキレツが入りやすく、また、超高圧発生用アンビル、ＦＴ−ＩＲ用コンプレッションセル、レーザーの窓材など、ダイヤモンドとしての強度を必要とする用途に用いた時、場合によってはすぐに壊れてしまうという問題があった。また、モノクロメーターや半導体基板などは結晶性が要求されるため適用できない。
これに対し、合成ダイヤモンド、特に温度差法と呼ばれる方法で合成された単結晶は、結晶性に関しては天然のものに比べてはるかに優れている。表１に各種ダイヤモンドの結晶性を、線源にＣｕＫαを用いたＸ線回析ロッキングカーブの半値幅で評価した結果を示す。
【０００９】
【表１】
0004291886.tif 000002
【００１０】
ここでロッキングカーブ半値幅は、第一結晶に合成ダイヤモンド結晶（００４）を用いて２結晶法により、Ｘ線回析強度曲線（ロッキングカーブ）を測定し、その曲線の半値幅を求めたものである。結晶中に欠陥や歪が多いとロッキングカーブがブロード化するため、この半値幅が小さいのは、結晶性に優れていることを示す。表１より天然ダイヤモンドはＩａ型、IIａ型ともかなり多くの欠陥や歪が存在し、合成ダイヤモンド（温度差法により合成）の方がはるかに結晶性に優れていることがわかる。合成ダイヤモンドでも合成IIａ型は窒素不純物による欠陥、歪がないため、高い結晶性のものが安定して得られている。
しかし、温度差法により合成された合成IIａ型ダイヤモンドでもその結晶性は完全とはいえず、Ｘ線トポグラフにより結晶中の欠陥を観察すると、針状の転位欠陥が多数認められる。この欠陥は合成ダイヤモンド特有の欠陥で、通常の、温度差法による合成のＩｂ型合成ダイヤモンドにもよく見られるものである。この結晶欠陥のため、合成IIａ型ダイヤモンドでも、モノクロメーターや半導体基板など高度な結晶性が要求される用途には適用できなかった。
本発明はこれら従来技術の問題点を解消することができる、結晶欠陥や歪の少ない高品質のダイヤモンド単結晶を合成する方法を提供することを目的とするものである。
【００１１】
本発明は、上記従来の提案とは異なり、少なくとも０．１ｃｔ以上の、好ましくは１ｃｔ程度以上の電子材料的な用途に効率よく用いることのできる低欠陥のダイヤモンドを、比較的安価で容易に製造する方法を提供しようとするものである。
本発明は、更に針状欠陥が少なく、かつ歪みのない高品質低欠陥ダイヤモンド単結晶を合成する方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、下記（１）〜（４）を特徴とする低欠陥ダイヤモンド単結晶及びその合成方法によって達成することができる。
【００１３】
（１）温度差法により、ダイヤモンドの種結晶上に新たなダイヤモンド結晶を育成するダイヤモンド単結晶の合成方法において、ダイヤモンドの種結晶に、温度差法で合成したダイヤモンド単結晶よりＸ線トポグラフにより結晶欠陥が観察されない部分を切り出した結晶片を用いることを特徴とする、針状欠陥によるエッチピットの数が３×１０5 ケ／ｃｍ2 以下である無色透明な低欠陥IIａ型合成ダイヤモンド単結晶の合成方法。
【００１４】
（２）前記（１）に記載の合成方法により合成されたことを特徴とする無色透明な低欠陥IIａ型合成ダイヤモンド単結晶。
（３）大きさが０．１カラット以上である前記（２）に記載の無色透明な低欠陥IIａ型合成ダイヤモンド単結晶。
【００１５】
（４）モノクロメーター又は半導体基板用の前記（２）又は（３）に記載の無色透明な低欠陥IIａ型合成ダイヤモンド単結晶。
【００１７】
【発明の実施の形態】
従来工業用に作られてきたＩｂ型では、結晶性を悪くする原因は多岐にわたっていた。中でも不純物窒素の不均一分布が結晶性に大きく影響を及ぼしており、このために種結晶にどんな単結晶を用いても、結晶性はそれほど変わり無かった。これに対し、より結晶性の高い高純度なIIａ型ダイヤモンドは、窒素の影響がないため、結晶性を悪くする原因は別にある。調査の結果、針状の欠陥が結晶性悪化の主因であることがわかった。この針状の欠陥の原因について調査したところ、温度差法による合成ダイヤモンド中の線状欠陥は、ほとんどが種結晶部を起点として発生していることがわかった。図１にＸ線トポグラフによる観察から求めた針状欠陥の状態を示す。ところで、従来は種結晶には、直径５００μｍ程度の砥粒用の合成ダイヤモンドが使われるのが一般的であった。このような粒状のダイヤモンドは膜成長法と呼ばれる方法で合成されており、５００μｍ以下の小さなダイヤモンド粒しか得られないが、自形のはっきりした単結晶であるため、これまで種結晶として使われてきた。しかし、このダイヤモンドは、温度差法で合成されるダイヤモンドよりはるかに結晶欠陥が多いことがＸ線トポグラフの実験の結果明らかになった。この種結晶として用いたダイヤモンド粒の結晶欠陥が、図１に示すような、温度差法による合成結晶の針状欠陥の発生原因の一つと考えられる。
そこで、本発明者等は、針状欠陥の低減には種結晶に欠陥の少ないものを用いると効果的であると考え、一度温度差法で合成した単結晶の欠陥のない部分を切り出し、これを種結晶としてIIａ型ダイヤモンド単結晶を合成したところ、従来にない低欠陥、高品質のダイヤモンドが合成できることがわかり、本発明に至った。
【００１８】
すなわち、本発明は結晶欠陥の少ないダイヤモンド単結晶の合成方法であって、温度差法によるダイヤモンド単結晶合成方法において、種結晶に結晶欠陥のないダイヤモンド単結晶を用いることを特徴とする。種結晶中の欠陥の評価はＸ線トポグラフで行うのが好ましい。種結晶とする実際のダイヤモンドには、空孔などの点欠陥や、不純物、積層欠陥、針状欠陥、歪みといった種々の欠陥が存在する。これらの欠陥の中で、Ｘ線トポグラフで検出できる欠陥がなければよいことを見出した。
Ｘ線トポグラフと呼ばれる方法は幾つもあるが、この場合は通常、ラング法と呼ばれる方法でかまわない。Ｘ線としてＭｏＫα1 線を用い、ダイヤモンド結晶の（２２０）面や（１１１）面などの回折による像を、ラングカメラで撮影することにより行なう。このラング法で確認できる欠陥は、撮影装置にもよるが、５μｍ程度以上で、１μｍ程度までは分解能を高めることができる。
【００１９】
また、種結晶の表面（成長面）部のみ欠陥がなくてもよく、種結晶表面の欠陥評価はＸ線トポグラフ以外に、エッチングによるエッチピットの発生状態から簡便に行うことができる。また、温度差法で合成したダイヤモンド単結晶は、天然ダイヤモンドや膜成長法による合成ダイヤモンド粒には見られない無欠陥部が部分的に見られ、この無欠陥部を切り出して種結晶とするのが好ましい。このとき、切り出す前にあらかじめ、Ｘ線トポグラフまたはエッチングテストにより結晶内もしくは結晶表面の分布状態を調べ、その結果より結晶内もしくは表面に欠陥のない部分を切り出して種結晶とすればよい。また、種結晶内に歪のないものを用いても効果的で、種結晶中の歪は、偏光顕微鏡で容易に調べることができる。
ここで、エッチングテストはＫＮＯ3 などの溶融塩をエッチング剤として用い、白金などのルツボ内で６００〜７００℃の温度条件で数分〜数時間ダイヤモンド結晶をエッチングして結晶表面のエッチピットの有無を目視で調べることにより行う。
【００２０】
図１のＡ−Ａ断面で切断したダイヤモンドを、上記の溶融塩中に浸漬すると、図２（ａ）のようなエッチングピットの分布状態を示した。図２（ｓ）の断面（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）で切断した面のエッチピットの分布状態を図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示した。エッチピットは、中心部で最も密度が高く、周辺部ではエッチピットの比較的少ない部分と、ほとんどない部分が規則的に配列している。注目すべき事項は、種結晶の直上部は、エッチピットの密度が高くなる。そして、低欠陥のダイヤモンド単結晶の性能を左右するのは、前記エッチピットの密度の高い部分、即ち、エッチピットの密集部でのエッチピットの密度である。従って本発明では、エッチピットの密集部でのエッチピット数で、ダイヤモンド単結晶の性能を評価した。その結果３×１０5 ケ／ｃｍ2 以下のダイヤモンドは、モノクロメーターや半導体基板として利用できることがわかった。本願発明における「針状欠陥によるエッチピットの数が３×１０5 ケ／ｃｍ2 以下」という構成は、エッチピットの密度の高い部分におけるエッチピットの数が３×１０5 ケ／ｃｍ2 以下であることを規定したものである。
【００２１】
一般に単結晶の結晶性を向上させる方法の一つとして、アニール処理と呼ばれる加熱処理を単結晶に施すものがある。しかし、ダイヤモンドは、構成する炭素原子間の結合エネルギが大きく、大気圧付近では欠陥や歪みは除去することは難しいと考えられてきた。。
しかし本発明者らは、０．１ｃｔ以上の結晶性の特に優れたダイヤモンド単結晶において、非酸化性の雰囲気中で１１００℃以上１６００℃以下の温度で加熱処理を行なうことにより、ダイヤモンド中に内包する欠陥や歪みが一部除去され、結晶性が向上することを見いだし、モリブデンの特性Ｘ線（波長０．７０９ｎｍ）を用いた回折強度の半値幅（以下、Ｘ線の半値幅と略す）の減少でこのことを確認した。
１１００℃未満では、一部の点欠陥等が減少することが知られているが、Ｘ線の半値幅で確認できるほどは結晶性は向上しない。また１６００℃を越えると歪みなどは減少するものの、表面の黒鉛化が進み、表面が大きく荒れてしまうので実用的でない。
【００２２】
また、この加熱処理に用いるダイヤモンドとしては、IIａ型のような固体状の異物を含まないことが必要で、かつ加熱処理前のＸ線の半値幅が理論半値幅の５倍以下であることが好ましい。前記した低欠陥ダイヤモンド単結晶の合成方法によって得られたダイヤモンドを加熱処理に付すことができる。これにより、針状欠陥が少ない上に歪みが殆んどない良質なダイヤモンド単結晶が得られる。加熱処理されるダイヤモンド結晶中に、固体状の異物が存在すると、ダイヤモンドの熱膨張の違いにより、加熱処理後に異物を中心として歪みや欠陥が返って増えてしまう。理論半値幅の５倍を越えると、結晶中にも異物を含有していることが多く、また欠陥や歪みが多すぎて、加熱処理を行なってもＸ線の半値幅はほとんど変化しない。
なお、加熱処理前のダイヤモンドの結晶性の判断基準として、Ｘ線の半値幅で示した。半値幅測定に用いるＸ線の種類は特に限定されるものではないが、測定の誤差は少なくするなどの理由から、モリブデンの特性Ｘ線（波長０．７０９ｎｍ）と同程度以下の波長のＸ線を用いることが好ましい。
【００２３】
加熱処理を行なう時の雰囲気としては、非酸化性雰囲気であることが必要で、酸素の分圧が１０Ｔｏｒｒ以下であることが好ましい。酸素以外の成分に関しては特に限定されないが、例えば窒素やアルゴンなどの不活性ガスの他、なかでも、水素を含むガスによるプラズマを利用することが好ましい。酸素分圧が１０Ｔｏｒｒを超えるとダイヤモンド表面のグラファイト化またはエッチングが急激にすすみ、表面に凹凸が生じたり結晶の形が変わるなど、実用的ではない。
加熱処理時間にもよるが、水素を含むガスによるプラズマは上記温度範囲ではほとんどダイヤ表面をエッチングしない。その一方で表面のグラファイト化を避け、表面の再結晶化等の効果があると本発明者らは考えている。
【００２４】
また加熱処理するダイヤモンド単結晶には予め弗硝酸処理しておくことが好ましく、加熱処理方法としては特に限定されない。例えばマイクロ波プラズマ加熱や、高周波誘導加熱、赤外線照射加熱、抵抗加熱などが挙げられる。加熱処理後にはグラファイト成分除去処理を行なうことが好ましい。グラファイト成分除去処理用としては、クロム酸処理や、硝酸と硫酸の混合液による処理法、低温での水素プラズマ処理などが挙げられる。たとえ水素プラズマ雰囲気等でも、高温での加熱により最表面などが一部グラファイト化を起こしている場合があるため、これを除去することにより、結晶性の向上化されたダイヤモンドのみを取り出すことができる。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明を下記実施例により更に詳細に説明するが限定を意図するものではない。
（実施例１）図３にダイヤモンド合成に用いた試料室構成（温度差法）を示す。ここで炭素源１には合成ダイヤ粉末を用いた。溶媒２には高純度のＦｅ及びＣｏを用い、溶媒組成はＦｅ／Ｃｏ＝６０／４０（重量比）とし、種結晶溶解防止のため、炭素を約４重量％溶媒に添加した。さらに溶媒に、窒素ゲッターとしてＴｉを１．５重量％添加した。そして、種結晶３には、温度差法により合成した約１カラット（直径５ｍｍ）のＩｂ型ダイヤモンド単結晶より０．５×０．５×０．３ｍｍに切り出したもので、Ｘ線トポグラフによる観察では結晶欠陥の見られないものを選んだ。炭素源と種結晶部に約３０℃の温度差がつくように加熱用黒鉛ヒーター５内にセットし、超高圧発生装置を用いて、圧力５・５ＧＰａ、温度１３００℃で７０時間保持して種結晶上にダイヤモンドを育成した。その結果約１カラットの無色透明な、内包物のほとんどない良質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得られた。ＥＳＲで結晶中の窒素量を測定した結果０．１ｐｐｍ以下であった。紫外可視、赤外のスペクトルを測定したところ、ダイヤモンド自体の吸収以外、不純物による吸収は見られなかった。得られたダイヤモンドの偏光透過顕微鏡で偏光透過像を観察し、歪を評価した結果、ほとんど歪がないことが判った。また、第一結晶に合成ダイヤモンド結晶（００４）面を用いて２結晶法によるＸ線回析のロッキングカーブ（Ｘ線源はＣｕＫα）の半値幅を測定したところ、４．２ａｒｃｓｅｃであった。さらにＸ線トポグラフにより結晶内の欠陥を観察するとほとんど欠陥が見られなかった。次に，同じダイヤモンドをＫＮＯ3 溶融塩（６００〜７００℃）中に１時間投入し、エッチピットの密集部でのエッチピットの数で評価すると２×１０2 ケ／ｃｍ2 であった。
【００２６】
（実施例２）
温度差法により合成したＩｂ型ダイヤモンドを厚み０．３ｍｍにスライスカットし、Ｘ線トポグラフで針状欠陥の分布を観察し、欠陥の見られない部分より０．５×０．５ｍｍの結晶片を切り出し、これを種結晶にした。この他は実施例１と同様にしてIIａ型ダイヤモンドを合成した。その結果、実施例１と同様の欠陥のほとんどない高品質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得られた。得られた結晶のエッチピット密度は、エッチピットの密集部で３×１０2 ケ／ｃｍ2 であった。
【００２７】
（参考例１）
温度差法により合成したＩｂ型ダイヤモンドを厚み０．３ｍｍにスライスカットし、Ｘ線トポグラフにより結晶欠陥の分布を調べた。次にこれを硝酸カリウム内で６５０℃で１時間処理し、表面をエッチングした。Ｘ線トポグラフで見られた結晶欠陥に対応する部分にエッチピットが３×１０6 ケ／ｃｍ2 みられた。エッチピットの少ない部分（２×１０3 ケ／ｃｍ2 ）より０．５×０．５ｍｍの結晶片を切り出し、これを種結晶にした。この他は実施例１と同様にしてIIａ型ダイヤモンドを合成した。その結果、欠陥の少ない（平均して５×１０3 ケ／ｃｍ2 のエッチピット密度の）高品質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得られた。
【００２８】
（参考例２）
温度差法により合成したＩｂ型ダイヤモンドを厚み０．３ｍｍにスライスカットし、０．５×０．５ｍｍの結晶片を切り出した。これらを偏光顕微鏡で観察して歪による透過像の見られないものを選び、種結晶にした。この他は実施例１と同様にしてIIａ型ダイヤモンドを合成した。その結果、欠陥の少ない（平均して５×１０3 ケ／ｃｍ2 のエッチピット密度の）高品質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得られた。
【００２９】
（実施例３）
実施例１により合成した低欠陥IIａ型ダイヤモンドを厚み０．３ｍｍにスライスカットし、０．５×０．５ｍｍの結晶片を切り出し、種結晶にした。この他は実施例１と同様にしてIIａ型ダイヤモンドを合成した。その結果、実施例１と同様の欠陥のほとんどない（平均して５×１０2ケ／ｃｍ2 のエッチピット密度の）高品質なIIａ型ダイヤモンド結晶が得られた。
【００３０】
（比較例）
種結晶に市販の砥粒用合成ダイヤモンド（直径０．５ｍｍ）を用いた他は実施例１と同様にIIａ型ダイヤモンドを合成、評価した。約１カラットの無色透明な、IIａ型ダイヤモンド結晶が得られた。窒素不純物量０．１ｐｐｍ以下で、紫外可視、赤外のスペクトルには不純物による吸収は見られなかった。しかし、偏光透過顕微鏡による歪観察で、若干の歪が認められた。また、ロッキングカーブの半値幅を測定したところ、５．８ａｒｃｓｅｃでやや結晶性がよくなかった。Ｘ線トポグラフにより結晶内の欠陥を観察すると多くの針状欠陥が見られた。エッチピットの密集部での密度は５×１０6 ケ／ｃｍ2 であった。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の合成ダイヤモンドは不純物が少なく、結晶欠陥や歪が少ないため、モノクロメーターや半導体基板など、ダイヤモンドの高度な結晶性が要求される用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は温度差法による合成ダイヤモンド結晶中の針状欠陥の分布状態を示す概念図である。
【図２】図２（ｅ）は合成ダイヤモンド結晶の（１００）面に沿った切断面（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）を示す概念図であり、図２（ａ）〜（ｄ）は各切断面上のエッチピットの分布状態を示す模式図である。
【図３】図３は温度差法によるダイヤモンド単結晶合成用の試料室構成を示す概略説明図である。
【符号の説明】
１：炭素源
２：溶媒金属
３：種結晶
４：絶縁体
５：黒鉛ヒーター
６：圧力溶媒
【図１】
0004291886.tif 000003
【図２】
0004291886.tif 000004
【図３】
0004291886.tif 000005