[發明專利]金剛石晶體

在審

• 申請號: 201880001511.1
• 申請日: 2018-03-29
• 公開（公告）號: CN110546316A
• 公開（公告）日: 2019-12-06
• 發明（設計）人: 金圣祐;藤居大毅;木村豐;小山浩司
• 申請（專利權）人: 安達滿納米奇精密寶石有限公司
• 主分類號: C30B29/04
• 分類號: C30B29/04;C23C16/27
• 代理公司: 11372 北京聿宏知識產權代理有限公司
• 代理人: 吳大建;霍玉娟<國際申請>=PCT/JP

【課題】實現能夠形成為大面積、且作為高取向性而能夠實現FWHM的降低的金剛石晶體。【解決手段】將金剛石晶體形成為具有位錯集中區域的塊體的晶體，各位錯集中區域的間隔設為10nm以上且4000nm以下。金剛石晶體的表面中的晶體主面的晶體取向設為(100)、(111)、(110)中的任一種。平面方向的外形形狀為方形、圓形、或者設置有定向平面的圓形，在為方形的情況下，一條邊的尺寸設定為8.0mm以上，在為圓形的情況下，直徑設定為8.0mm以上。

技術領域

本發明涉及一種金剛石晶體。

背景技術

金剛石晶體作為終極的半導體用材料而受到期待。其理由是，金剛石晶體具有高導熱率、較高的電子遷移率和空穴遷移率、較高的絕緣擊穿電場強度、低介電損耗以及較寬的帶隙等眾多的作為半導體用材料而無與倫比的優異的特性。其帶隙約為5.5eV，在現有的半導體用材料中具有極高的值。特別是近年來不斷開發出利用其較寬的帶隙的紫外發光元件、具有優異的高頻特性的電場效應晶體管、散熱板等。

若考慮將金剛石晶體用于半導體用途，則需要幾英寸直徑的大小。其理由是，當將Si等半導體的生產線中使用的裝置也應用于金剛石晶體的情況下，如果是不足幾英寸直徑的小型基板的話，那么將難以應用。

進一步地，對于金剛石晶體，除了大小之外，還要求高取向性。在金剛石晶體中存在單晶和多晶。在所謂的多晶金剛石晶體中，在金剛石晶體的晶粒之間存在晶粒邊界。由于該晶粒邊界，載流子發生散射或被捕集，因此存在即便能夠形成幾英寸直徑左右的大小，多晶金剛石的電氣特性也較差的問題。

另一方面，在單晶金剛石晶體中，不存在上述電氣特性的劣化。但是現狀是，能夠獲得的單晶金剛石晶體的大小最高不過為5.0mm見方左右，無法應用于上述的現有的半導體生產線中。即，存在應用于電子部件等用途時尺寸過小的問題。

對此，專利文獻1公開了具有高取向性并且能夠形成為大面積的金剛石晶體。

專利文獻1所記載的金剛石晶體是在取向(100)的Si基板上通過氣相合成而形成的金剛石薄膜。進一步地，其特征在于，該薄膜的表面積的95％以上由金剛石的(100)晶面構成，關于鄰接的(100)晶面，表示其晶面取向的歐拉角{α,β,γ}的差值{Δα,Δβ,Δγ}同時滿足|Δα|≤1°、|Δβ|≤1°、|Δγ|≤1°。通過這樣的金剛石晶體構造，能夠獲得晶粒邊界較少且載流子的遷移率較高、并且大面積的金剛石薄膜。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本發明專利第3549227號公報

發明內容

發明所要解決的問題

但是，在引用文獻1所記載的金剛石晶體中，尚未消除晶粒邊界。因而，即便實現了大面積化，只要存在晶粒邊界，能夠作為半導體使用的面積就被限制在不存在晶粒邊界的面積內。對此，若要真正實現作為半導體用途的大面積化，必須消除晶粒邊界。

進一步，若想要在消除了晶粒邊界的基礎上實現金剛石晶體的進一步大型化，則內在于金剛石晶體中的位錯的集中區域數也會相應地增加。因而，本發明的申請人驗證了在大型化的同時位錯的集中區域的間隔與金剛石晶體的取向性的關聯性。

另外，位錯集中區域是指，在朝向金剛石晶體的內部延伸的同時在金剛石晶體的厚度(金剛石晶體的生長方向)上伸長的位錯的集中區域(作為參考，參照日本發明專利第6269368號公報)。進一步地，域是指被上述位錯集中區域包圍的區域。