[发明专利]金刚石晶体

说明书

【课题】实现能够形成为大面积、且作为高取向性而能够实现FWHM的降低的金刚石晶体。【解决手段】将金刚石晶体形成为具有位错集中区域的块体的晶体，各位错集中区域的间隔设为10nm以上且4000nm以下。金刚石晶体的表面中的晶体主面的晶体取向设为(100)、(111)、(110)中的任一种。平面方向的外形形状为方形、圆形、或者设置有定向平面的圆形，在为方形的情况下，一条边的尺寸设定为8.0mm以上，在为圆形的情况下，直径设定为8.0mm以上。

技术领域

本发明涉及一种金刚石晶体。

背景技术

金刚石晶体作为终极的半导体用材料而受到期待。其理由是，金刚石晶体具有高导热率、较高的电子迁移率和空穴迁移率、较高的绝缘击穿电场强度、低介电损耗以及较宽的带隙等众多的作为半导体用材料而无与伦比的优异的特性。其带隙约为5.5eV，在现有的半导体用材料中具有极高的值。特别是近年来不断开发出利用其较宽的带隙的紫外发光元件、具有优异的高频特性的电场效应晶体管、散热板等。

若考虑将金刚石晶体用于半导体用途，则需要几英寸直径的大小。其理由是，当将Si等半导体的生产线中使用的装置也应用于金刚石晶体的情况下，如果是不足几英寸直径的小型基板的话，那么将难以应用。

进一步地，对于金刚石晶体，除了大小之外，还要求高取向性。在金刚石晶体中存在单晶和多晶。在所谓的多晶金刚石晶体中，在金刚石晶体的晶粒之间存在晶粒边界。由于该晶粒边界，载流子发生散射或被捕集，因此存在即便能够形成几英寸直径左右的大小，多晶金刚石的电气特性也较差的问题。

另一方面，在单晶金刚石晶体中，不存在上述电气特性的劣化。但是现状是，能够获得的单晶金刚石晶体的大小最高不过为5.0mm见方左右，无法应用于上述的现有的半导体生产线中。即，存在应用于电子部件等用途时尺寸过小的问题。

对此，专利文献1公开了具有高取向性并且能够形成为大面积的金刚石晶体。

专利文献1所记载的金刚石晶体是在取向(100)的Si基板上通过气相合成而形成的金刚石薄膜。进一步地，其特征在于，该薄膜的表面积的95％以上由金刚石的(100)晶面构成，关于邻接的(100)晶面，表示其晶面取向的欧拉角{α,β,γ}的差值{Δα,Δβ,Δγ}同时满足|Δα|≤1°、|Δβ|≤1°、|Δγ|≤1°。通过这样的金刚石晶体构造，能够获得晶粒边界较少且载流子的迁移率较高、并且大面积的金刚石薄膜。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本发明专利第3549227号公报

发明内容

发明所要解决的问题

但是，在引用文献1所记载的金刚石晶体中，尚未消除晶粒边界。因而，即便实现了大面积化，只要存在晶粒边界，能够作为半导体使用的面积就被限制在不存在晶粒边界的面积内。对此，若要真正实现作为半导体用途的大面积化，必须消除晶粒边界。

进一步，若想要在消除了晶粒边界的基础上实现金刚石晶体的进一步大型化，则内在于金刚石晶体中的位错的集中区域数也会相应地增加。因而，本发明的申请人验证了在大型化的同时位错的集中区域的间隔与金刚石晶体的取向性的关联性。

另外，位错集中区域是指，在朝向金刚石晶体的内部延伸的同时在金刚石晶体的厚度(金刚石晶体的生长方向)上伸长的位错的集中区域(作为参考，参照日本发明专利第6269368号公报)。进一步地，域是指被上述位错集中区域包围的区域。