[发明专利]金刚石复合体、衬底、金刚石、包括金刚石的工具、以及制造金刚石的方法

说明书

提供一种能缩短分离衬底和金刚石层的分离时间的金刚石复合体、衬底和制造金刚石的方法、以及从所述金刚石复合体获得的金刚石和包括所述金刚石的工具。所述金刚石复合体包括：包括金刚石籽晶并在主表面中具有沟槽的衬底，形成在所述衬底的主表面上的金刚石层，以及在距所述衬底和所述金刚石层之间的界面恒定深度处形成在衬底侧上的非金刚石层。

技术领域

本发明涉及一种金刚石复合体、衬底、金刚石、包括金刚石的工具、以及制造金刚石的方法。

背景技术

金刚石具有许多优良特性，例如高硬度、高热导率、高透光率、宽带隙等等。因此，金刚石广泛用作用于各种工具、光学部件、半导体、以及电子部件的材料，且预期在未来会变得更加重要。

作为金刚石的工业应用，除了天然形成的金刚石之外，主要使用具有稳定质量的人工合成金刚石。目前，大多数人造金刚石单晶在具有约一千几百摄氏度至两千几百摄氏度的温度以及大于或等于几万大气压的环境(金刚石可稳定存在于这些条件下)下被工业合成。因为生成这种高温和高压的超高压容器非常昂贵且在尺寸上受限，因此通过高温高压合成方法的大尺寸单晶的合成具有局限性。对于包含作为杂质的氮(N)且假设为黄色的Ib型金刚石来说，通过高温高压合成方法制造并销售1cm直径级别的金刚石。但是，这个等级的尺寸被认为是基本上到达了上限。而且，对于没有杂质且无色而且透明的IIa型金刚石来说，高温高压合成方法仅允许合成具有小于或等于约几毫米直径的更小的金刚石。

另一方面，除了高温高压合成方法之外，已经建立化学气相合成方法(以下也称为化学气相沉积(CVD)方法)作为用于合成金刚石的方法。这种方法允许形成具有约6英寸直径的相对较大的合成金刚石，其典型地为多晶薄膜。但是，当金刚石在金刚石的应用中用作超精度工具或需要特别平坦表面的光学部件时，应当使用需要杂质浓度的精确控制以及高载流子迁移率的半导体等的单晶金刚石。因此，已经常规地考虑通过借助化学气相合成方法的外延生长获得单晶金刚石的方法。

通常，外延生长包括其中生长物质生长在同质衬底上的同质外延生长，以及其中生长物质生长在异质衬底上的异质外延生长。其中，同质外延生长被认为对于单晶合成来说更实用，因为所获得的单晶具有优良结晶度。

通过同质外延生长，可通过在借助高温高压合成获得的Ib型金刚石衬底上通过由气相外延生长高纯度金刚石而获得大于通过高温高压合成方法获得的IIa型金刚石的IIa型金刚石。

但是，当同质外延生长用于合成金刚石时，会出现怎样移除衬底以及怎样再利用衬底的问题。当通过使用Ib型金刚石等通过化学气相合成获得IIa型金刚石薄膜作为衬底时，有必要通过某一方法从生长的金刚石层移除Ib型金刚石衬底。对于这种方法来说，可采用用于分离外延薄膜和衬底的方法，且激光切片是一种典型的方法。但是，对于具有增大面积的金刚石来说，金刚石应当具有更厚的厚度以便承受切片，且切片变得不太成功。

因此，PTD 1(日本专利申请公开No.2008-031503)已经提出了一种用于通过借助化学气相合成方法在金刚石衬底上生长金刚石层，从生长表面以高到难以劣化最外层表面的结晶度的能量注入离子以直接在金刚石衬底上形成离子注入层，且随后通过电化学技术蚀刻注入层，在不造成损伤的情况下分离/脱层金刚石衬底以及金刚石层的方法。但是，使用PTD 1(日本专利申请公开No.2008-031503)的技术，需要12小时才能分离4平方毫米的金刚石单晶衬底以及其上生长的金刚石，这会延长制造工艺。

PTD 2(日本专利申请公开No.2011-195407)以及PTD 3(日本专利申请公开No.2011-195411)已经提出一种通过使用具有预定pH以及电导率的蚀刻溶液作为非金刚石层的蚀刻溶液，而以相对较短的时间在其中交替层叠金刚石层、通过将离子注入金刚石而获得的电导性非金刚石层、以及金刚石层而制成的结构体中分离金刚石层的方法。

引用文献列表

专利文献

PTD 1：日本专利申请公开No.2008-031503