積層構造物
【課題】過度に複雑な、成長後の加工処理(post growth processing)が最小限に抑えられ、第２のいっそう厚い層と比べて非常に異なる特性を有する薄いダイヤモンド層を有する構造体を合成することが可能となる方法を提供する。
【解決手段】互いに接触している少なくとも２つの層（２０，２２）であって、各々の層は広いバンドギャップの材料でできており、各々の層は少なくとも１つの性質が他の層と相違している前記少なくとも２つの層（２０，２２）を有する生成物を製造する方法。
【解決手段】互いに接触している少なくとも２つの層（２０，２２）であって、各々の層は広いバンドギャップの材料でできており、各々の層は少なくとも１つの性質が他の層と相違している前記少なくとも２つの層（２０，２２）を有する生成物を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層構造物、とりわけ、積層されたダイヤモンド構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤモンドの幾つかの用途のためには、互いに原子接触をして相違する特性を持っている２つ以上のダイヤモンド層を有することが必要である。１つの例は、積層構造物が、例えば、ＷＯ０１／１８８８２Ａ１に記述されているようなデバイスを造るのに使用することができる電子機器の中に存在する。
積層ダイヤモンド構造物を造る１つの方法は、イオン注入法を用いることによる。ダイヤモンドに諸イオンを打ち込んで、層の頂部に、異なる特性を持つｎ型半導体層又はｐ型半導体層を創り出すことができる。この方法には、イオン注入の間、ダイヤモンドに損傷が生じるという不都合がある。そのことによって、重要な諸特性（例えば、キャリヤの寿命及び移動度）の永久劣化が生じることがある。更に、ダイヤモンドにうまく注入することのできるイオンの種類と濃度は制限されており、そのプロセスはしばしば、複雑な注入後アニーリング(post implantation annealing)を必要とする。
【０００３】
化学蒸着（ＣＶＤ）によって、所望の厚さまでのエピ層(epi-layers)、即ち、エピタキシャル成長層、が与えられるが、ＣＶＤプロセスによると、２、３の非常に特殊な欠陥及び不純物を該層の中に組み入れることが可能になる。このことは、次の例によって、最もうまく説明される。ホウ素をドープしたダイヤモンド層は、当該技術で知られているＣＶＤプロセスを用いて、高純度の単結晶基体上で成長させることができる。基体は、天然ダイヤモンド、又はＣＶＤ若しくは高圧高温（ＨＰＨＴ）法によって合成されたダイヤモンドから加工してもよい。これによって、二層構造が生成される。従来の専門用語を用いれば、このダイヤモンド構造は、ｐｉ特性（即ち、真性半導体界面に鋭いｐ型によって示される特性）を有する。この方法で造られるであろう典型的な二層デバイス構造の多くは、それら層の１つが非常に薄いもの（２０μｍ未満）である必要がある。例えば、厚さ５００μｍの高純度ダイヤモンド層上の、厚さ１０μｍのホウ素をドープしたダイヤモンド層である。精確な厚さと鋭い界面とを必要とするこの形態の構造は、合成プロセスをかなり制御すること、及び／又は成長した後の構造を慎重に機械加工処理することを必要とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＣＶＤプロセスは、薄いエピ層を合成するのには役立つが、一定のドーパントを含有する層のみが合成されるという欠点がある。例えば、高温高圧合成によって、ダイヤモンドの中にニッケル、コバルト及び窒素を高濃度で（炭素原子に対し５ｐｐｍを超えて）組み入れる方法が提供されることは周知であるが、今までのところ、これは、ＣＶＤ法を用いて可能ではなかった。このように、ニッケルを含有する薄い（２０μｍ未満の）エピ層と、いっそう厚い（１００μｍを超える）ホウ素をドープした層とから成るダイヤモンド構造を造るためには、Ｎｉを含有する適切に調製された基体であって（操作及び加工処理を容易にするために）典型的には２００μｍを超える厚さを有する基体を作り、次いで、ＣＶＤ法を用いて、所要のホウ素濃度を含有する（１００μｍを超える）上張り層(overlayer)を合成することが必要であろう。成長の後、例えば、１０μｍのＮｉをドープした層と、１００μｍのＢをドープした層とから成る構造であって厚さの許容誤差が約２μｍ未満である構造に仕上げるために、機械加工にかなりの注意を払う必要があろう。
【０００５】
米国特許第５,５８７,２１０号明細書は、ダイヤモンド基体から、ＣＶＤによるダイヤモンド層を分離する方法を記述する。この方法には、ダイヤモンド基体にイオン注入を行う工程と、このようにして、イオン注入が起こった前記基体の表面下に、非ダイヤモンド炭素の損傷層を創り出す工程と、イオン注入が起こった前記基体の表面上でダイヤモンドを成長させる工程と、前記ダイヤモンド基体を電気化学的にエッチングを行って、前記損傷層を除去する工程とを包含する。結果として得られる生成物は、自立ＣＶＤ層であって、その表面に薄い（即ち、１０００ｎｍ未満の）ダイヤモンドの層が結合している該ＣＶＤ層である。
ダイヤモンド基体上に成長するＣＶＤダイヤモンド層は、純粋なＣＶＤダイヤモンドである。ＣＶＤダイヤモンド層は、ドーピングを行うべきであるとか、そうでなければ、加工処理を行ってそれの電子特性若しくは他の諸特性を変化させるべきであるという示唆は全く存在しない。
【０００６】
この米国特許明細書はまた、ダイヤモンド基体に、適当な原子のイオン注入によるドーピングを行って、ｎ型及びｐ型の半導体を創り出すことができることをも示唆している。ダイヤモンド基体にイオン注入を行って、そのような半導体特性を創り出す場合、注入領域は、そのドーパント含有量が著しく変化する。最大で最も均一なドーパント濃度の領域は、イオン注入が起こった表面の下方に存在する。イオン注入が起こった表面の近辺の領域は、ドーパントをほとんど又は全く含有しないし、且つ均一濃度のドーパントも全く含有しない。このように、基体とＣＶＤダイヤモンド層の間の界面のいずれの側の材料も、実質的に純粋なダイヤモンドとなる。
更に、イオン注入によるドーピングは常に、格子損傷と関連しており、該イオン注入は、ドープした層の電子特性が悪くなるように変性するという点で、該ドーパントから得られる利点を実質的に低下させる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（発明の概要）
本発明によると、互いに接触している少なくとも２つの層であって、各々の層は広いバンドギャップの材料でできており、各々の層は少なくとも１つの性質が他の層と相違している前記少なくとも２つの層を有する生成物を製造する方法において、
(i) 広いバンドギャップの材料でできた基体であって、表面と、特定の特性を持つ、該表面付近の領域とを有する該基体を与える工程、
(ii) 前記表面を通して前記基体にイオン注入を行って、その表面の下に損傷層を形成する工程、
(iii) イオン注入が起こった前記基体の表面の少なくとも一部分の上に、広いバンドギャップの材料でできた層を、化学蒸着によって成長させる工程であって、該成長した層の材料が、表面であってそこを通ってイオン注入が起こる該表面の付近の基体領域の特性と相違する特性を有する該工程、及び
(iv) 前記損傷層を通じて、前記基体を切り離す工程、
を包含する、上記製造方法が提供される。
【０００８】
イオン注入は、基体の中に深く入り込むことができ、イオン注入が起こる表面の実質的に下方に損傷層を創り出すイオンを用いて行われるべきである。このことを達成するのに適したイオンは典型的には、低原子質量、好ましくは２１未満の原子質量、いっそう好ましくは１３未満の原子質量のイオンである。適切なイオンの例は、ヘリウムイオン及び水素イオンである。イオン注入のためのイオンは好ましくは、高エネルギーのものであり、例えば５ｋｅＶを超えるエネルギーを有している。損傷層の精確な深さは、注入するイオンのエネルギー及び種類（即ち、質量）を操作することによって精確に制御することができる。イオン注入の投与量は、典型的には、１×１０１５ｃｍ−２を超える。
【０００９】
損傷層は通常、イオン注入が起こった表面の下方０．０５〜２００μｍ、典型的には０．３〜１０μｍの深さに存在する。
イオン注入が起こる表面と損傷層との間の基体領域は、イオン注入によるドーピング損傷が実質的にないのが好ましい。
【００１０】
広いバンドギャップの材料は、炭化ケイ素、窒化ガリウム等である場合があり、好ましくはダイヤモンドである。
諸層は通常、それら層に種々の電気的性質を与える特性が、互いに相違している。生成物は、互いに接触している二つの層のみを含んでなるか、二を超える層を含んでなることがある。生成物が二を超える層から成る場合、互いに接触している、隣接する層は、異なる特性を有している。それら隣接する層の間の界面は、異なる特性を有する二つの領域の間の鋭く明確な界面と定める。このことは、重要な特徴であり、とりわけ、積層された生成物が電子工学装置の用途に使用される予定である場合、そうである。
【００１１】
イオン注入が起こる表面は、平面であるか又は非平面であることがある。このように、隣接する層の間の界面もまた、平面であるか又は非平面であることがある。非平面であるである場合、そのプロフィルは、積層された生成物を構成要素として含んでなるデバイスに、特別の有用な特徴を与えるように設計することができる。
基体は、天然ダイヤモンド、又は合成ダイヤモンド、とりわけ、ＣＶＤによるダイヤモンドである場合がある。成長した広いバンドギャップの材料の層は、ＣＶＤによるダイヤモンド、又はドープトＣＶＤダイヤモンドであることがある。
本発明の１つの特定の形態において、イオン注入が起こった表面の付近の基体領域は、均一にドープする。ドーパントは、窒素；ホウ素；ニッケル；コバルト；鉄；リン；イオウ；又は、他の元素であって、置換によって格子位置を占めることができるか、そうでなければ、有用な特性、とりわけ電子特性を持つ領域を与えることのできる前記元素；から選定することができる。
基体と、成長した広いバンドギャップの材料の層とは、同一の厚さを有しているか、又は厚さが相違している。それら層は通常、厚さが相違している。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の方法によると、過度に複雑な、成長後の加工処理(post growth processing)が最小限に抑えられ；しかも、第２のいっそう厚い層と比べて非常に異なる特性を有する薄いダイヤモンド層を有する構造体を合成することが可能となる。これらの構造体は、例えば、電子工学装置の用途に使用される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１（ａ）〜図１（ｃ）は、本発明の実施例における工程を概略的に例示する。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（本実施態様の説明）
次に、添付図面を参照して、本発明を例示する。図１（ａ）に関し、ダイヤモンド基体１０は、上部表面１２及び下部表面１４を有している。矢印１６によって例示されるように、表面１２を通してダイヤモンド基体１０の中に、高エネルギーイオンを注入する。イオンは典型的には、水素イオン等の軽い原子のものである。水素イオンのエネルギーは典型的には、２０ｋｅＶ〜５ＭｅＶの間にある。投与量は典型的には、１×１０１５ｃｍ−２〜１×１０２０ｃｍ−２の間である。それらイオンは、点線１８で示される深さまで入り込む。層１８と表面１２の間のダイヤモンド領域２２は、あまり損傷を受けない。なぜなら、注入されたイオンの衝突断面積は、高エネルギーでは小さいが、それらエネルギーが低下する時、急激に増大するからである。このように、イオンが注入される該表面層は比較的損傷を受けず、損傷の大部分は、後続の切り離し(release)のために必要な狭い損傷層（領域１８）に限定される。表面１２下の領域１８の深さは、０．０５μｍ〜２００μｍの範囲であり、いっそう典型的には０．３μｍ〜１０μｍの範囲である場合がある。
ダイヤモンド基体１０は、天然のものでもよいし、又は化学蒸着（ＣＶＤ）若しくは高圧高温（ＨＰＨＴ）技術によって合成してもよい。このダイヤモンドは、ある特殊な組み入れられた欠陥に関連する電子特性を有している。ダイヤモンド内部における可能性のある最も広い範囲のドーパント、不純物又は欠陥のために、いずれかのダイヤモンド源からこのダイヤモンド基体を選定し、それを用いて該ダイヤモンドの特性を適合させる。ダイヤモンド基体の表面は、平坦（例えば、研磨面）であることもあり；又は、該基体表面は、曲面であることもあり；又は、トレンチ若しくは突出した形状等の非平面的形状を有していることもあり；該基体表面は、例えば、電子デバイス構造体の素子を形成することができる。この後者の可能性が生じるのは、イオン注入の特質が、基体の高さの巨視的変化には関係なく、所定の深さに至るまでイオンの入り込みを可能にすることであるからである。これによって、他の如何なる手段によっても、ダイヤモンドに容易には達成されないデバイス構造が、与えられる。本発明の一例において、基体中のドーパント（例えば、ニッケル、コバルト又は鉄）は、ダイヤモンドの成長段階から存在していてもよい。ドーパントが、基体の成長段階から存在するので、基体のダイヤモンドには、イオン注入のドーピングと関連があると思われるイオン損傷がなく、また、ドーパントの均一性は、独自の合成技術の均一性であり、イオン注入に関連する全く不均一なドーピングプロフィルではない。
【００１５】
次いで、異なる特性のエピタキシャルダイヤモンド層２０を、ＣＶＤによって基体１０の表面１２に成長させる（図１（ｂ））。ＣＶＤによってダイヤモンド成長物を生成するのに必要な条件は、当該技術では周知である。層２０の厚さは典型的には、表面１２と損傷層１８の間に限定される領域２２より大きくなる。この領域は、成長層２０の特性と異なる特性を有している。その特性が、ドーパントによって該領域に付与されるとき、そのドーパントは、該領域の隅々まで均一に分布していると思われる。このように、表面１２は、過度成長層２０の特性と領域２２の特性との間に、非常に鋭い境界を与える。
次いで、酸エッチ液の中に生成物を浸漬するか、アニーリングを行うか、又は、適切な電気化学的エッチングを使用することによって、該ダイヤモンド基体は、領域１８に沿って切り離す。結果として得られる生成物（図１（ｃ））は積層生成物であって、その中のダイヤモンド層２０が、ダイヤモンド層２２の特性と異なる特性を有している。界面２４は、それら２つの層の特性の間に鋭い境界を与えている。
【００１６】
切り離した層２２の中の注入による損傷は、概して小さい。なぜなら、イオンエネルギーがほとんど使い果たされる（これは、該イオンエネルギーが損傷層１８に到達するときに起こる）まで、イオン損傷は小さいからである。しかし、平坦な（好ましくは、研磨された）表面を持つ基体を使用する場合、必要とされる深さよりもいっそう大きい深さまで（例えば、５μｍまで）注入を行い、次いで、切り離しの後、研磨を行うことにより、切り離し済み層２２の厚さの一部分を除去して、より薄い最終の層２２（例えば、３μｍ）を残すことによって、このイオン損傷の効果を更に減少させることが可能となる。このことは好都合であることがある。なぜなら、残りのダイヤモンドの部分は、より大きいエネルギーのイオンのみにその部分を横切らせたのであり、イオン損傷はそのエネルギーに比例していっそう小さく、しかも、損傷層１８に隣接する比較的激しく損傷した領域は、次いで、完全に除去されるからである。
【００１７】
そのプロセスは、２回以上繰り返すことができる。例えば、本発明によって形成されたより厚い層２０に付着している薄い頂部層２２を含んでなる二層構造体は、層２２の表面２６を通して層２０の中に更に注入を行って、層２０中に損傷層を与えることができる。ＣＶＤにより層２２の表面２６に厚いダイヤモンド層を成長させ、次いで、その試料は、注入による損傷層に沿って切り離す。その結果は、層２０の薄い部分と新たなＣＶＤダイヤモンド層の間に挟まれた薄い層２２を含んでなる三層構造体である。
【実施例１】
【００１８】
当該技術において既知のＣＶＤ法を用いて造った、厚さ６００μｍの高純度ダイヤモンド基体は、先ず、２ＭｅＶの酸素イオンで１×１０１７ｃｍ−２の投与量まで注入を行う。厚い（３００μｍ）のホウ素をドープした単結晶のＣＶＤ層であって、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）によって測定したとき、２×１０１９Ｂ原子／ｃｍ−３を有している該ＣＶＤ層を、この基体の表面上に成長させる。成長した後、その積層した生成物は、電気化学的にエッチングを行って、２種類の試料：即ち、(i) 再使用することのできる高純度ダイヤモンド層、及び、(ii) １μｍの高純度ダイヤモンド層と、該高純度ダイヤモンド層と接触している３００μｍのホウ素をドープしたダイヤモンド層とから成る二層生成物を造る。この二層生成物は、電子工学装置の用途を有する。
【実施例２】
【００１９】
ＣＶＤ法を用いて造った、厚さ６２０μｍのホウ素をドープした（１×１０１９ｃｍ−３）ダイヤモンド基体は、先ず、２ＭｅＶの水素イオンで１×１０１９ｃｍ−２の投与量まで注入を行う。厚い（３００μｍ）の高純度単結晶のＣＶＤダイヤモンド層をこの基体の表面の上に成長させる。成長した後、その積層した生成物は、電気化学的にエッチングを行って、２種類の試料：即ち、(i) 再使用することのできるホウ素をドープしたダイヤモンドプレート、及び、(ii) １０μｍのホウ素をドープしたダイヤモンド層と、３００μｍの高純度ダイヤモンド層とから成る二層生成物を造る。この二層生成物は、電子工学装置の用途を有する。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層構造物、とりわけ、積層されたダイヤモンド構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイヤモンドの幾つかの用途のためには、互いに原子接触をして相違する特性を持っている２つ以上のダイヤモンド層を有することが必要である。１つの例は、積層構造物が、例えば、ＷＯ０１／１８８８２Ａ１に記述されているようなデバイスを造るのに使用することができる電子機器の中に存在する。
積層ダイヤモンド構造物を造る１つの方法は、イオン注入法を用いることによる。ダイヤモンドに諸イオンを打ち込んで、層の頂部に、異なる特性を持つｎ型半導体層又はｐ型半導体層を創り出すことができる。この方法には、イオン注入の間、ダイヤモンドに損傷が生じるという不都合がある。そのことによって、重要な諸特性（例えば、キャリヤの寿命及び移動度）の永久劣化が生じることがある。更に、ダイヤモンドにうまく注入することのできるイオンの種類と濃度は制限されており、そのプロセスはしばしば、複雑な注入後アニーリング(post implantation annealing)を必要とする。
【０００３】
化学蒸着（ＣＶＤ）によって、所望の厚さまでのエピ層(epi-layers)、即ち、エピタキシャル成長層、が与えられるが、ＣＶＤプロセスによると、２、３の非常に特殊な欠陥及び不純物を該層の中に組み入れることが可能になる。このことは、次の例によって、最もうまく説明される。ホウ素をドープしたダイヤモンド層は、当該技術で知られているＣＶＤプロセスを用いて、高純度の単結晶基体上で成長させることができる。基体は、天然ダイヤモンド、又はＣＶＤ若しくは高圧高温（ＨＰＨＴ）法によって合成されたダイヤモンドから加工してもよい。これによって、二層構造が生成される。従来の専門用語を用いれば、このダイヤモンド構造は、ｐｉ特性（即ち、真性半導体界面に鋭いｐ型によって示される特性）を有する。この方法で造られるであろう典型的な二層デバイス構造の多くは、それら層の１つが非常に薄いもの（２０μｍ未満）である必要がある。例えば、厚さ５００μｍの高純度ダイヤモンド層上の、厚さ１０μｍのホウ素をドープしたダイヤモンド層である。精確な厚さと鋭い界面とを必要とするこの形態の構造は、合成プロセスをかなり制御すること、及び／又は成長した後の構造を慎重に機械加工処理することを必要とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＣＶＤプロセスは、薄いエピ層を合成するのには役立つが、一定のドーパントを含有する層のみが合成されるという欠点がある。例えば、高温高圧合成によって、ダイヤモンドの中にニッケル、コバルト及び窒素を高濃度で（炭素原子に対し５ｐｐｍを超えて）組み入れる方法が提供されることは周知であるが、今までのところ、これは、ＣＶＤ法を用いて可能ではなかった。このように、ニッケルを含有する薄い（２０μｍ未満の）エピ層と、いっそう厚い（１００μｍを超える）ホウ素をドープした層とから成るダイヤモンド構造を造るためには、Ｎｉを含有する適切に調製された基体であって（操作及び加工処理を容易にするために）典型的には２００μｍを超える厚さを有する基体を作り、次いで、ＣＶＤ法を用いて、所要のホウ素濃度を含有する（１００μｍを超える）上張り層(overlayer)を合成することが必要であろう。成長の後、例えば、１０μｍのＮｉをドープした層と、１００μｍのＢをドープした層とから成る構造であって厚さの許容誤差が約２μｍ未満である構造に仕上げるために、機械加工にかなりの注意を払う必要があろう。
【０００５】
米国特許第５,５８７,２１０号明細書は、ダイヤモンド基体から、ＣＶＤによるダイヤモンド層を分離する方法を記述する。この方法には、ダイヤモンド基体にイオン注入を行う工程と、このようにして、イオン注入が起こった前記基体の表面下に、非ダイヤモンド炭素の損傷層を創り出す工程と、イオン注入が起こった前記基体の表面上でダイヤモンドを成長させる工程と、前記ダイヤモンド基体を電気化学的にエッチングを行って、前記損傷層を除去する工程とを包含する。結果として得られる生成物は、自立ＣＶＤ層であって、その表面に薄い（即ち、１０００ｎｍ未満の）ダイヤモンドの層が結合している該ＣＶＤ層である。
ダイヤモンド基体上に成長するＣＶＤダイヤモンド層は、純粋なＣＶＤダイヤモンドである。ＣＶＤダイヤモンド層は、ドーピングを行うべきであるとか、そうでなければ、加工処理を行ってそれの電子特性若しくは他の諸特性を変化させるべきであるという示唆は全く存在しない。
【０００６】
この米国特許明細書はまた、ダイヤモンド基体に、適当な原子のイオン注入によるドーピングを行って、ｎ型及びｐ型の半導体を創り出すことができることをも示唆している。ダイヤモンド基体にイオン注入を行って、そのような半導体特性を創り出す場合、注入領域は、そのドーパント含有量が著しく変化する。最大で最も均一なドーパント濃度の領域は、イオン注入が起こった表面の下方に存在する。イオン注入が起こった表面の近辺の領域は、ドーパントをほとんど又は全く含有しないし、且つ均一濃度のドーパントも全く含有しない。このように、基体とＣＶＤダイヤモンド層の間の界面のいずれの側の材料も、実質的に純粋なダイヤモンドとなる。
更に、イオン注入によるドーピングは常に、格子損傷と関連しており、該イオン注入は、ドープした層の電子特性が悪くなるように変性するという点で、該ドーパントから得られる利点を実質的に低下させる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（発明の概要）
本発明によると、互いに接触している少なくとも２つの層であって、各々の層は広いバンドギャップの材料でできており、各々の層は少なくとも１つの性質が他の層と相違している前記少なくとも２つの層を有する生成物を製造する方法において、
(i) 広いバンドギャップの材料でできた基体であって、表面と、特定の特性を持つ、該表面付近の領域とを有する該基体を与える工程、
(ii) 前記表面を通して前記基体にイオン注入を行って、その表面の下に損傷層を形成する工程、
(iii) イオン注入が起こった前記基体の表面の少なくとも一部分の上に、広いバンドギャップの材料でできた層を、化学蒸着によって成長させる工程であって、該成長した層の材料が、表面であってそこを通ってイオン注入が起こる該表面の付近の基体領域の特性と相違する特性を有する該工程、及び
(iv) 前記損傷層を通じて、前記基体を切り離す工程、
を包含する、上記製造方法が提供される。
【０００８】
イオン注入は、基体の中に深く入り込むことができ、イオン注入が起こる表面の実質的に下方に損傷層を創り出すイオンを用いて行われるべきである。このことを達成するのに適したイオンは典型的には、低原子質量、好ましくは２１未満の原子質量、いっそう好ましくは１３未満の原子質量のイオンである。適切なイオンの例は、ヘリウムイオン及び水素イオンである。イオン注入のためのイオンは好ましくは、高エネルギーのものであり、例えば５ｋｅＶを超えるエネルギーを有している。損傷層の精確な深さは、注入するイオンのエネルギー及び種類（即ち、質量）を操作することによって精確に制御することができる。イオン注入の投与量は、典型的には、１×１０１５ｃｍ−２を超える。
【０００９】
損傷層は通常、イオン注入が起こった表面の下方０．０５〜２００μｍ、典型的には０．３〜１０μｍの深さに存在する。
イオン注入が起こる表面と損傷層との間の基体領域は、イオン注入によるドーピング損傷が実質的にないのが好ましい。
【００１０】
広いバンドギャップの材料は、炭化ケイ素、窒化ガリウム等である場合があり、好ましくはダイヤモンドである。
諸層は通常、それら層に種々の電気的性質を与える特性が、互いに相違している。生成物は、互いに接触している二つの層のみを含んでなるか、二を超える層を含んでなることがある。生成物が二を超える層から成る場合、互いに接触している、隣接する層は、異なる特性を有している。それら隣接する層の間の界面は、異なる特性を有する二つの領域の間の鋭く明確な界面と定める。このことは、重要な特徴であり、とりわけ、積層された生成物が電子工学装置の用途に使用される予定である場合、そうである。
【００１１】
イオン注入が起こる表面は、平面であるか又は非平面であることがある。このように、隣接する層の間の界面もまた、平面であるか又は非平面であることがある。非平面であるである場合、そのプロフィルは、積層された生成物を構成要素として含んでなるデバイスに、特別の有用な特徴を与えるように設計することができる。
基体は、天然ダイヤモンド、又は合成ダイヤモンド、とりわけ、ＣＶＤによるダイヤモンドである場合がある。成長した広いバンドギャップの材料の層は、ＣＶＤによるダイヤモンド、又はドープトＣＶＤダイヤモンドであることがある。
本発明の１つの特定の形態において、イオン注入が起こった表面の付近の基体領域は、均一にドープする。ドーパントは、窒素；ホウ素；ニッケル；コバルト；鉄；リン；イオウ；又は、他の元素であって、置換によって格子位置を占めることができるか、そうでなければ、有用な特性、とりわけ電子特性を持つ領域を与えることのできる前記元素；から選定することができる。
基体と、成長した広いバンドギャップの材料の層とは、同一の厚さを有しているか、又は厚さが相違している。それら層は通常、厚さが相違している。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の方法によると、過度に複雑な、成長後の加工処理(post growth processing)が最小限に抑えられ；しかも、第２のいっそう厚い層と比べて非常に異なる特性を有する薄いダイヤモンド層を有する構造体を合成することが可能となる。これらの構造体は、例えば、電子工学装置の用途に使用される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１（ａ）〜図１（ｃ）は、本発明の実施例における工程を概略的に例示する。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（本実施態様の説明）
次に、添付図面を参照して、本発明を例示する。図１（ａ）に関し、ダイヤモンド基体１０は、上部表面１２及び下部表面１４を有している。矢印１６によって例示されるように、表面１２を通してダイヤモンド基体１０の中に、高エネルギーイオンを注入する。イオンは典型的には、水素イオン等の軽い原子のものである。水素イオンのエネルギーは典型的には、２０ｋｅＶ〜５ＭｅＶの間にある。投与量は典型的には、１×１０１５ｃｍ−２〜１×１０２０ｃｍ−２の間である。それらイオンは、点線１８で示される深さまで入り込む。層１８と表面１２の間のダイヤモンド領域２２は、あまり損傷を受けない。なぜなら、注入されたイオンの衝突断面積は、高エネルギーでは小さいが、それらエネルギーが低下する時、急激に増大するからである。このように、イオンが注入される該表面層は比較的損傷を受けず、損傷の大部分は、後続の切り離し(release)のために必要な狭い損傷層（領域１８）に限定される。表面１２下の領域１８の深さは、０．０５μｍ〜２００μｍの範囲であり、いっそう典型的には０．３μｍ〜１０μｍの範囲である場合がある。
ダイヤモンド基体１０は、天然のものでもよいし、又は化学蒸着（ＣＶＤ）若しくは高圧高温（ＨＰＨＴ）技術によって合成してもよい。このダイヤモンドは、ある特殊な組み入れられた欠陥に関連する電子特性を有している。ダイヤモンド内部における可能性のある最も広い範囲のドーパント、不純物又は欠陥のために、いずれかのダイヤモンド源からこのダイヤモンド基体を選定し、それを用いて該ダイヤモンドの特性を適合させる。ダイヤモンド基体の表面は、平坦（例えば、研磨面）であることもあり；又は、該基体表面は、曲面であることもあり；又は、トレンチ若しくは突出した形状等の非平面的形状を有していることもあり；該基体表面は、例えば、電子デバイス構造体の素子を形成することができる。この後者の可能性が生じるのは、イオン注入の特質が、基体の高さの巨視的変化には関係なく、所定の深さに至るまでイオンの入り込みを可能にすることであるからである。これによって、他の如何なる手段によっても、ダイヤモンドに容易には達成されないデバイス構造が、与えられる。本発明の一例において、基体中のドーパント（例えば、ニッケル、コバルト又は鉄）は、ダイヤモンドの成長段階から存在していてもよい。ドーパントが、基体の成長段階から存在するので、基体のダイヤモンドには、イオン注入のドーピングと関連があると思われるイオン損傷がなく、また、ドーパントの均一性は、独自の合成技術の均一性であり、イオン注入に関連する全く不均一なドーピングプロフィルではない。
【００１５】
次いで、異なる特性のエピタキシャルダイヤモンド層２０を、ＣＶＤによって基体１０の表面１２に成長させる（図１（ｂ））。ＣＶＤによってダイヤモンド成長物を生成するのに必要な条件は、当該技術では周知である。層２０の厚さは典型的には、表面１２と損傷層１８の間に限定される領域２２より大きくなる。この領域は、成長層２０の特性と異なる特性を有している。その特性が、ドーパントによって該領域に付与されるとき、そのドーパントは、該領域の隅々まで均一に分布していると思われる。このように、表面１２は、過度成長層２０の特性と領域２２の特性との間に、非常に鋭い境界を与える。
次いで、酸エッチ液の中に生成物を浸漬するか、アニーリングを行うか、又は、適切な電気化学的エッチングを使用することによって、該ダイヤモンド基体は、領域１８に沿って切り離す。結果として得られる生成物（図１（ｃ））は積層生成物であって、その中のダイヤモンド層２０が、ダイヤモンド層２２の特性と異なる特性を有している。界面２４は、それら２つの層の特性の間に鋭い境界を与えている。
【００１６】
切り離した層２２の中の注入による損傷は、概して小さい。なぜなら、イオンエネルギーがほとんど使い果たされる（これは、該イオンエネルギーが損傷層１８に到達するときに起こる）まで、イオン損傷は小さいからである。しかし、平坦な（好ましくは、研磨された）表面を持つ基体を使用する場合、必要とされる深さよりもいっそう大きい深さまで（例えば、５μｍまで）注入を行い、次いで、切り離しの後、研磨を行うことにより、切り離し済み層２２の厚さの一部分を除去して、より薄い最終の層２２（例えば、３μｍ）を残すことによって、このイオン損傷の効果を更に減少させることが可能となる。このことは好都合であることがある。なぜなら、残りのダイヤモンドの部分は、より大きいエネルギーのイオンのみにその部分を横切らせたのであり、イオン損傷はそのエネルギーに比例していっそう小さく、しかも、損傷層１８に隣接する比較的激しく損傷した領域は、次いで、完全に除去されるからである。
【００１７】
そのプロセスは、２回以上繰り返すことができる。例えば、本発明によって形成されたより厚い層２０に付着している薄い頂部層２２を含んでなる二層構造体は、層２２の表面２６を通して層２０の中に更に注入を行って、層２０中に損傷層を与えることができる。ＣＶＤにより層２２の表面２６に厚いダイヤモンド層を成長させ、次いで、その試料は、注入による損傷層に沿って切り離す。その結果は、層２０の薄い部分と新たなＣＶＤダイヤモンド層の間に挟まれた薄い層２２を含んでなる三層構造体である。
【実施例１】
【００１８】
当該技術において既知のＣＶＤ法を用いて造った、厚さ６００μｍの高純度ダイヤモンド基体は、先ず、２ＭｅＶの酸素イオンで１×１０１７ｃｍ−２の投与量まで注入を行う。厚い（３００μｍ）のホウ素をドープした単結晶のＣＶＤ層であって、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）によって測定したとき、２×１０１９Ｂ原子／ｃｍ−３を有している該ＣＶＤ層を、この基体の表面上に成長させる。成長した後、その積層した生成物は、電気化学的にエッチングを行って、２種類の試料：即ち、(i) 再使用することのできる高純度ダイヤモンド層、及び、(ii) １μｍの高純度ダイヤモンド層と、該高純度ダイヤモンド層と接触している３００μｍのホウ素をドープしたダイヤモンド層とから成る二層生成物を造る。この二層生成物は、電子工学装置の用途を有する。
【実施例２】
【００１９】
ＣＶＤ法を用いて造った、厚さ６２０μｍのホウ素をドープした（１×１０１９ｃｍ−３）ダイヤモンド基体は、先ず、２ＭｅＶの水素イオンで１×１０１９ｃｍ−２の投与量まで注入を行う。厚い（３００μｍ）の高純度単結晶のＣＶＤダイヤモンド層をこの基体の表面の上に成長させる。成長した後、その積層した生成物は、電気化学的にエッチングを行って、２種類の試料：即ち、(i) 再使用することのできるホウ素をドープしたダイヤモンドプレート、及び、(ii) １０μｍのホウ素をドープしたダイヤモンド層と、３００μｍの高純度ダイヤモンド層とから成る二層生成物を造る。この二層生成物は、電子工学装置の用途を有する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに接触している少なくとも２つの層であって、各々の層は広いバンドギャップの材料でできており、各々の層は少なくとも１つの性質が他の層と相違している前記少なくとも２つの層を有する生成物を製造する方法において、
(i) 広いバンドギャップの材料でできた基体であって、表面と、特定の特性を持つ該表面付近の領域とを有する該基体を与える工程、
(ii) 前記表面を通して前記基体にイオン注入を行って、その表面の下に損傷層を形成する工程、
(iii) イオン注入が起こった前記基体の表面の少なくとも一部分の上に、広いバンドギャップの材料でできた層を、化学蒸着によって成長させる工程であって、該成長した層の材料が、表面であってそこを通ってイオン注入が起こる該表面の付近の基体領域の特性と相違する特性を有する該工程、及び
(iv) 前記損傷層を通じて、前記基体を切り離す工程、
を包含する、上記製造方法。
【請求項２】
イオン注入に用いるイオンは、低原子質量のイオンである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
イオン注入に用いるイオンは、２１未満の原子質量を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
イオン注入に用いるイオンは、１３未満の原子質量を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
イオンは、ヘリウムイオン又は水素イオンである、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
イオン注入に、高エネルギーのイオンを用いる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
イオン注入に用いるイオンは、５ｋｅＶを超えるエネルギーを有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
イオン注入の投与量は、１×１０１５ｃｍ−２を超える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
損傷層を通じて基体を切り離す工程は、酸エッチング、アニーリング、又は電気化学的エッチングによって達成する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
損傷層は、イオン注入が起こった表面の下方０．０５〜２００μｍの深さに存在する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
損傷層は、イオン注入が起こった表面の下方０．３〜１０μｍの深さに存在する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
成長した層は、イオン注入が起こった基体の全表面を覆っている、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
諸層は、それら層に種々の電気的性質を与える特性が、互いに相違する、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
広いバンドギャップの材料はダイヤモンドである、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
基体は、天然ダイヤモンド又は合成ダイヤモンドである、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
基体は、ＣＶＤによるダイヤモンドである、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
成長した広いバンドギャップの材料の層は、ホウ素をドープしたダイヤモンドである、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
イオン注入が起こった表面の付近の基体領域は、均一にドープされる、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
ドーパントは、窒素、ホウ素、ニッケル、コバルト、鉄、リン及びイオウから選定する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
基体と、成長した広いバンドギャップの材料の層とは、厚さが相違する、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
イオン注入が起こる表面が平面である、請求項１〜２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
イオン注入が起こる表面が非平面である、請求項１〜２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
添付図面に関連して、本明細書に実質的に記述されている、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
いずれかの実施例に実質的に記述されている、請求項１に記載の方法。
【請求項１】
互いに接触している少なくとも２つの層であって、各々の層は広いバンドギャップの材料でできており、各々の層は少なくとも１つの性質が他の層と相違している前記少なくとも２つの層を有する生成物を製造する方法において、
(i) 広いバンドギャップの材料でできた基体であって、表面と、特定の特性を持つ該表面付近の領域とを有する該基体を与える工程、
(ii) 前記表面を通して前記基体にイオン注入を行って、その表面の下に損傷層を形成する工程、
(iii) イオン注入が起こった前記基体の表面の少なくとも一部分の上に、広いバンドギャップの材料でできた層を、化学蒸着によって成長させる工程であって、該成長した層の材料が、表面であってそこを通ってイオン注入が起こる該表面の付近の基体領域の特性と相違する特性を有する該工程、及び
(iv) 前記損傷層を通じて、前記基体を切り離す工程、
を包含する、上記製造方法。
【請求項２】
イオン注入に用いるイオンは、低原子質量のイオンである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
イオン注入に用いるイオンは、２１未満の原子質量を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
イオン注入に用いるイオンは、１３未満の原子質量を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
イオンは、ヘリウムイオン又は水素イオンである、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
イオン注入に、高エネルギーのイオンを用いる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
イオン注入に用いるイオンは、５ｋｅＶを超えるエネルギーを有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
イオン注入の投与量は、１×１０１５ｃｍ−２を超える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
損傷層を通じて基体を切り離す工程は、酸エッチング、アニーリング、又は電気化学的エッチングによって達成する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
損傷層は、イオン注入が起こった表面の下方０．０５〜２００μｍの深さに存在する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
損傷層は、イオン注入が起こった表面の下方０．３〜１０μｍの深さに存在する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
成長した層は、イオン注入が起こった基体の全表面を覆っている、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
諸層は、それら層に種々の電気的性質を与える特性が、互いに相違する、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
広いバンドギャップの材料はダイヤモンドである、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
基体は、天然ダイヤモンド又は合成ダイヤモンドである、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
基体は、ＣＶＤによるダイヤモンドである、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
成長した広いバンドギャップの材料の層は、ホウ素をドープしたダイヤモンドである、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
イオン注入が起こった表面の付近の基体領域は、均一にドープされる、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
ドーパントは、窒素、ホウ素、ニッケル、コバルト、鉄、リン及びイオウから選定する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
基体と、成長した広いバンドギャップの材料の層とは、厚さが相違する、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
イオン注入が起こる表面が平面である、請求項１〜２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
イオン注入が起こる表面が非平面である、請求項１〜２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
添付図面に関連して、本明細書に実質的に記述されている、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
いずれかの実施例に実質的に記述されている、請求項１に記載の方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１０−２７２８７９（Ｐ２０１０−２７２８７９Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５７７５６（Ｐ２０１０−１５７７５６）
【出願日】平成２２年７月１２日（２０１０．７．１２）
【分割の表示】特願２００３−５４４８０１（Ｐ２００３−５４４８０１）の分割
【原出願日】平成１４年１１月１２日（２００２．１１．１２）
【出願人】（５０３４５８０４３）エレメント シックス リミテッド (45)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月１２日（２０１０．７．１２）
【分割の表示】特願２００３−５４４８０１（Ｐ２００３−５４４８０１）の分割
【原出願日】平成１４年１１月１２日（２００２．１１．１２）
【出願人】（５０３４５８０４３）エレメント シックス リミテッド (45)
【Ｆターム（参考）】
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