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JP7131474B2 - Diamond layer manufacturing method - Google Patents

Diamond layer manufacturing method Download PDF

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JP7131474B2
JP7131474B2 JP2019088331A JP2019088331A JP7131474B2 JP 7131474 B2 JP7131474 B2 JP 7131474B2 JP 2019088331 A JP2019088331 A JP 2019088331A JP 2019088331 A JP2019088331 A JP 2019088331A JP 7131474 B2 JP7131474 B2 JP 7131474B2
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Description

本発明は、基板上にダイヤモンド層を形成するダイヤモンド層の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a diamond layer manufacturing method for forming a diamond layer on a substrate.

従来より、例えば、特許文献1に、窒素-空孔中心(Nitrogen-Vacancy Center:以下では、NVセンタともいう)を有するダイヤモンド層が提案されている。NVセンタは、電子を捕獲して負電荷であるNV中心となると固体で唯一、室温での光による単一スピンの操作、検出が可能となり、コヒーレンス時間が長くなる。このため、NVセンタを有するダイヤモンド層は、例えば、磁気センサへの適用が検討されている。 Conventionally, for example, Patent Document 1 proposes a diamond layer having nitrogen-vacancy centers (hereinafter also referred to as NV centers). When the NV center captures an electron and becomes a negatively charged NV - center, it is the only solid in the solid that allows manipulation and detection of a single spin by light at room temperature, resulting in a long coherence time. For this reason, diamond layers having NV centers are being studied for application to, for example, magnetic sensors.

上記NVセンタを有するダイヤモンド層は、例えば、次のように製造される。すなわち、まず、主面が所定面(例えば、(111)面)に対して所定のオフ角を有する基板を用意する。この場合、主面では、基板がオフ角を有しているため、原子の段差部であるキンクが形成された状態となっている。そして、この主面上に、マイクロ波を用いたプラズマ化学気相成長(以下では、単にプラズマCVDという)法により、所定面に沿ってダイヤモンド層(すなわち、原子層)を成長させる。 The diamond layer having NV centers is manufactured, for example, as follows. That is, first, a substrate is prepared whose main surface has a predetermined off angle with respect to a predetermined plane (eg, (111) plane). In this case, since the substrate has an off-angle on the main surface, a kink, which is a step portion of atoms, is formed. Then, a diamond layer (that is, an atomic layer) is grown on this main surface along a predetermined surface by plasma-enhanced chemical vapor deposition (hereinafter simply referred to as plasma CVD) using microwaves.

この際、プラズマCVD法では、水素およびメタンに加え、窒素を含む反応ガスを用いてダイヤモンド層を形成する。これにより、ダイヤモンド層を成長させている際に窒素が取り込まれることがあり、窒素が取り込まれることによって窒素と隣接する位置に空孔が形成され易い。このため、NVセンタを有するダイヤモンド層が形成される。 At this time, in the plasma CVD method, a diamond layer is formed using a reactive gas containing nitrogen in addition to hydrogen and methane. As a result, nitrogen may be incorporated during the growth of the diamond layer, and the incorporation of nitrogen tends to form vacancies adjacent to the nitrogen. Thus, a diamond layer with NV centers is formed.

特表2015-107907号公報Japanese Patent Application Publication No. 2015-107907

ところで、例えば、NVセンタを有するダイヤモンド層を磁気センサとして用いる場合には、NVセンタの密度が大きいほど高感度な磁気センサが構成される。このため、現状では、NVセンタを高密度に形成することが望まれている。 By the way, for example, when a diamond layer having NV centers is used as a magnetic sensor, the higher the density of the NV centers, the higher the sensitivity of the magnetic sensor. Therefore, at present, it is desired to form NV centers at a high density.

本発明は上記点に鑑み、NVセンタを高密度に形成できるダイヤモンド層の製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide a method of manufacturing a diamond layer that allows NV centers to be formed at a high density.

上記目的を達成するため、請求項1では、基板(10)上にダイヤモンド層(20)を成長させるダイヤモンド層の製造方法であって、主面(10a)を有すると共に主面が所定面に対して所定のオフ角を有し、主面に初期キンク(11)が形成されている基板を用意することと、主面上に、NVセンタを有するダイヤモンド層(20)を形成することと、を行い、ダイヤモンド層を形成することでは、新たに主面に新キンク(12)を形成することと、窒素およびメタンを含む反応ガスを用いてCVD法を行うことにより、NVセンタを有するダイヤモンド層を所定面の面方向に沿って二次元成長させることと、を行う。 In order to achieve the above object, claim 1 provides a method for producing a diamond layer (20) for growing a diamond layer (20) on a substrate (10), the method having a principal surface (10a) and a principal surface with respect to a predetermined plane. preparing a substrate having a predetermined off-angle and having an initial kink (11) formed on the main surface; and forming a diamond layer (20) having an NV center on the main surface. forming a new kink (12) on the main surface and performing a CVD method using a reaction gas containing nitrogen and methane to form a diamond layer having NV centers. and growing two-dimensionally along the plane direction of the predetermined plane.

これによれば、新キンクを形成する工程を行った後にダイヤモンド層を二次元成長させるため、ダイヤモンド層を成長させる際に窒素が取り込まれ易くなり、NVセンタの高密度化を図ることができる。 According to this, since the diamond layer is two-dimensionally grown after the step of forming the new kink, nitrogen is easily taken in when the diamond layer is grown, and the density of the NV center can be increased.

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。 It should be noted that the reference numerals in parentheses attached to each component etc. indicate an example of the correspondence relationship between the component etc. and specific components etc. described in the embodiments described later.

第1実施形態におけるダイヤモンド層を形成する製造工程を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a manufacturing process for forming a diamond layer in the first embodiment; 図1Aに続くダイヤモンド層を形成する製造工程を示す断面図である。1B is a cross-sectional view showing a manufacturing process for forming a diamond layer following FIG. 1A; FIG. 図1Bに続くダイヤモンド層を形成する製造工程を示す断面図である。FIG. 1B is a cross-sectional view showing a manufacturing process for forming a diamond layer following FIG. 1B; 図1Aの斜視図である。1B is a perspective view of FIG. 1A; FIG. 図1Bの斜視図である。1C is a perspective view of FIG. 1B; FIG. 図1Cの斜視図である。1D is a perspective view of FIG. 1C; FIG. チャンバの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of a chamber. ダイヤモンド層の成長条件を示す図である。It is a figure which shows the growth conditions of a diamond layer. NVセンタを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows NV center. 第3実施形態におけるキンクを形成する工程を示す斜視図である。FIG. 11 is a perspective view showing a step of forming a kink in the third embodiment;

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, in each of the following embodiments, portions that are the same or equivalent to each other will be described with the same reference numerals.

(第1実施形態)
第1実施形態におけるダイヤモンド層の製造方法について、図1A~図1C、図2A~図2Cを参照しつつ説明する。なお、本実施形態の製造方法で製造されるダイヤモンド層20は、例えば、磁気センサ素子等を構成するのに適用されると好適である。また、図1Aは、図2A中のIA-IA線に沿った断面に相当している。図1Bは、図2B中のIB-IB線に沿った断面に相当している。図1Cは、図2C中のIC-IC線に沿った断面に相当している。
(First embodiment)
A method for manufacturing a diamond layer according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1A to 1C and FIGS. 2A to 2C. It should be noted that the diamond layer 20 manufactured by the manufacturing method of the present embodiment is suitable for use in, for example, constructing a magnetic sensor element or the like. Also, FIG. 1A corresponds to a cross section taken along line IA-IA in FIG. 2A. FIG. 1B corresponds to a cross section taken along line IB--IB in FIG. 2B. FIG. 1C corresponds to a cross section along the IC--IC line in FIG. 2C.

まず、図1Aおよび図2Aに示されるように、ダイヤモンド基板10を用意する。本実施形態では、ダイヤモンド基板10として、主面10aが(111)面に対して所定のオフ角を有するものを用意する。なお、本実施形態では、(111)面が所定面に相当している。 First, as shown in FIGS. 1A and 2A, a diamond substrate 10 is prepared. In this embodiment, the diamond substrate 10 is prepared so that the main surface 10a has a predetermined off angle with respect to the (111) plane. In this embodiment, the (111) plane corresponds to the predetermined plane.

なお、オフ角は、大きすぎると、後述するダイヤモンド層20を成長させる際に二次元成長し難くなって結晶性が悪化するため、例えば、10°以下とされることが好ましい。また、ダイヤモンド基板10は、オフ角を有しているため、主面10aに原子の段差部である初期キンク11が形成されている。 If the off-angle is too large, two-dimensional growth becomes difficult when growing the diamond layer 20, which will be described later, and the crystallinity deteriorates. Further, since the diamond substrate 10 has an off-angle, an initial kink 11, which is an atomic step portion, is formed on the main surface 10a.

次に、図1Bおよび図2Bに示されるように、ダイヤモンド基板10の主面10aに対し、新たに複数の新キンク12を形成する工程を行う。つまり、ダイヤモンド基板10の主面10aにおけるキンク11、12を増加させる工程を行う。本実施形態では、マイクロ波を用いたプラズマCVD法によってダイヤモンド層20を三次元的に成長させることにより、この新キンク12を形成する工程を行う。 Next, as shown in FIGS. 1B and 2B, a step of newly forming a plurality of new kinks 12 on the main surface 10a of the diamond substrate 10 is performed. That is, a step of increasing the kinks 11 and 12 on the main surface 10a of the diamond substrate 10 is performed. In this embodiment, the step of forming the new kink 12 is performed by three-dimensionally growing the diamond layer 20 by plasma CVD using microwaves.

具体的には、まず、図3に示されるように、プラズマCVD法を行うためのチャンバ30を用意する。本実施形態のチャンバ30は、ダイヤモンド基板10が載置される載置台31を備えている。そして、載置台31には、ダイヤモンド基板10を加熱するための加熱装置32が収容されている。なお、図3には特に図示していないが、チャンバ30には、マイクロ波が導入される導波管、後述する反応ガスを導入するための配管等がそれぞれ備えられている。 Specifically, first, as shown in FIG. 3, a chamber 30 for plasma CVD is prepared. The chamber 30 of this embodiment includes a mounting table 31 on which the diamond substrate 10 is mounted. A heating device 32 for heating the diamond substrate 10 is accommodated in the mounting table 31 . Although not particularly shown in FIG. 3, the chamber 30 is provided with a waveguide through which microwaves are introduced, a pipe for introducing a reaction gas, which will be described later, and the like.

そして、チャンバ30内の載置台31にダイヤモンド基板10を載置し、プラズマCVD法により、ダイヤモンド層20を(111)面の面方向および当該面方向と交差する方向に沿って三次元成長させる。詳しくは、ダイヤモンド層20を三次元成長させる際には、チャンバ30内に、水素およびメタン等を含む反応ガスを導入し、ダイヤモンド層20を成長させる制御パラメータを調整してダイヤモンド層20を三次元成長させる。本実施形態では、図4に示されるように、ダイヤモンド層20を三次元成長させる際には、反応ガスにおけるメタンの比率が0.5~4%、チャンバ内の真空度が70~150Torr、ダイヤモンド層20の表面温度が700~900℃程度となるようにして行う。なお、ダイヤモンド層20の表面温度は、加熱装置32の温度が適宜設定されることで調整される。 Then, the diamond substrate 10 is placed on the mounting table 31 in the chamber 30, and the diamond layer 20 is three-dimensionally grown along the plane direction of the (111) plane and the direction crossing the plane direction by the plasma CVD method. Specifically, when the diamond layer 20 is grown three-dimensionally, a reactive gas containing hydrogen, methane, etc. is introduced into the chamber 30, and control parameters for growing the diamond layer 20 are adjusted to grow the diamond layer 20 three-dimensionally. grow. In this embodiment, as shown in FIG. 4, when the diamond layer 20 is three-dimensionally grown, the ratio of methane in the reaction gas is 0.5 to 4%, the degree of vacuum in the chamber is 70 to 150 Torr, and diamond The surface temperature of the layer 20 is adjusted to about 700 to 900.degree. The surface temperature of the diamond layer 20 is adjusted by appropriately setting the temperature of the heating device 32 .

この際、本実施形態では、ダイヤモンド層20を三次元成長させる場合には、後述するダイヤモンド層20を二次元成長させる場合より、反応ガスにおけるメタンの比率を高くし、チャンバ30内の真空度を高くしている。また、ダイヤモンド層20を三次元成長させる場合には、後述するダイヤモンド層20を二次元成長させる場合より、ダイヤモンド基板10の温度が低くなるようにしている。 At this time, in the present embodiment, when the diamond layer 20 is grown three-dimensionally, the proportion of methane in the reaction gas is made higher than when the diamond layer 20 is grown two-dimensionally, and the degree of vacuum in the chamber 30 is increased. Raise. Further, when the diamond layer 20 is grown three-dimensionally, the temperature of the diamond substrate 10 is made lower than when the diamond layer 20 is grown two-dimensionally, which will be described later.

このため、ダイヤモンド層20を三次元成長させる場合には、後述するダイヤモンド層20を二次元成長させる場合より、主面10aに堆積するダイヤモンド層20を構成する原子が多くなり、かつダイヤモンド層20を構成する原子の有するエネルギーが低くなる。したがって、ダイヤモンド層20を三次元成長させる場合には、堆積した原子がマイグレーションし難くなる。言い換えると、ダイヤモンド層20を三次元成長させる場合には、堆積した原子がマイグレーションし難くなるように、制御パラメータを調整する。これにより、図1B、図2Bに示されるように、ダイヤモンド層20に新たな新キンク12が形成されつつ、ダイヤモンド層20が三次元成長する。つまり、この工程が終了した後は、初期キンク11に加えて新キンク12が形成された状態となっており、全体のキンク11、12が増加した状態となっている。 Therefore, when the diamond layer 20 is grown three-dimensionally, the number of atoms constituting the diamond layer 20 deposited on the main surface 10a increases, and the diamond layer 20 is grown more than when the diamond layer 20 is grown two-dimensionally, which will be described later. The energy possessed by the constituent atoms is lowered. Therefore, when the diamond layer 20 is grown three-dimensionally, the deposited atoms are less likely to migrate. In other words, when the diamond layer 20 is grown three-dimensionally, the control parameters are adjusted so that the deposited atoms are less likely to migrate. As a result, as shown in FIGS. 1B and 2B, the diamond layer 20 is three-dimensionally grown while a new kink 12 is formed in the diamond layer 20 . In other words, after this step is completed, a new kink 12 is formed in addition to the initial kink 11, and the total number of kinks 11 and 12 is increased.

次に、図1Cおよび図2Cに示されるように、ダイヤモンド基板10の主面10a上に、ダイヤモンド層20を(111)面の面方向に沿って二次元成長させる。本実施形態では、ダイヤモンド層20を二次元成長させる場合には、三次元成長させる際に用いたチャンバ30をそのまま利用する。そして、ダイヤモンド層20を二次元成長させる場合には、チャンバ30内に、水素およびメタンに加え、窒素等を含む反応ガスを導入し、ダイヤモンド層20を成長させる制御パラメータを調整してダイヤモンド層20を二次元成長させる。 Next, as shown in FIGS. 1C and 2C, a diamond layer 20 is two-dimensionally grown on the main surface 10a of the diamond substrate 10 along the plane direction of the (111) plane. In this embodiment, when the diamond layer 20 is grown two-dimensionally, the chamber 30 used for three-dimensional growth is used as it is. When the diamond layer 20 is grown two-dimensionally, a reaction gas containing nitrogen and the like is introduced into the chamber 30 in addition to hydrogen and methane, and the control parameters for growing the diamond layer 20 are adjusted. is grown two-dimensionally.

本実施形態では、図4に示されるように、反応ガスにおけるメタンの比率が0.05~0.15%、チャンバ内の真空度が50~75Torr、ダイヤモンド層20の表面温度が900~1000℃程度となるようにして行う。なお、ダイヤモンド層20の表面温度は、加熱装置32の温度が適宜設定されることで調整される。 In this embodiment, as shown in FIG. 4, the ratio of methane in the reaction gas is 0.05-0.15%, the degree of vacuum in the chamber is 50-75 Torr, and the surface temperature of the diamond layer 20 is 900-1000.degree. Do it to the extent that it is. The surface temperature of the diamond layer 20 is adjusted by appropriately setting the temperature of the heating device 32 .

この際、ダイヤモンド層20を二次元成長させる場合には、三次元成長させる場合より、反応ガスにおけるメタンの比率を低くし、チャンバ30内の真空度を低くしている。また、ダイヤモンド層20を二次元成長させる場合には、ダイヤモンド層20を三次元成長させる場合より、ダイヤモンド基板10の温度が高くなるようにしている。 At this time, when the diamond layer 20 is grown two-dimensionally, the ratio of methane in the reaction gas is made lower than when growing the diamond layer 20 three-dimensionally, and the degree of vacuum in the chamber 30 is made lower. When the diamond layer 20 is grown two-dimensionally, the temperature of the diamond substrate 10 is made higher than when the diamond layer 20 is grown three-dimensionally.

このため、ダイヤモンド層20を二次元成長させる場合には、三次元成長させる場合より、主面10aに堆積する原子が少なくなり、かつダイヤモンド層20を構成する原子の有するエネルギーが高くなる。したがって、堆積した原子が移動し易くなり、移動した原子は、キンク11、12の位置で安定する。これにより、ダイヤモンド層20が(111)面に沿って二次元的に成長する。 Therefore, when the diamond layer 20 is grown two-dimensionally, fewer atoms are deposited on the main surface 10a and the atoms constituting the diamond layer 20 have higher energy than when grown three-dimensionally. Therefore, the deposited atoms move more easily, and the moved atoms stabilize at the positions of the kinks 11 and 12 . As a result, the diamond layer 20 grows two-dimensionally along the (111) plane.

また、ダイヤモンド層20を二次元成長させる際には、反応ガス中に窒素が含まれているため、窒素を取り込みながらダイヤモンド層20が成長する。具体的には、窒素は、ダイヤモンド層20を構成する原子と同様に、キンク11、12の位置で安定し易く、キンク11、12の位置で取り込まれ易い。この場合、本実施形態では、二次元成長させる前に、新キンク12を形成する工程を行っており、キンク11、12を増加させている。このため、ダイヤモンド層20内に取り込まれる窒素が多くなる。 In addition, when the diamond layer 20 is two-dimensionally grown, the diamond layer 20 is grown while incorporating nitrogen because the reaction gas contains nitrogen. Specifically, nitrogen is likely to be stabilized at the positions of the kinks 11 and 12 and easily incorporated at the positions of the kinks 11 and 12 in the same manner as the atoms forming the diamond layer 20 . In this case, in this embodiment, a step of forming a new kink 12 is performed before two-dimensional growth, and the number of kinks 11 and 12 is increased. Therefore, more nitrogen is taken into the diamond layer 20 .

そして、窒素が取り込まれると、窒素と隣接する位置に空孔が形成され、NVセンタが形成される。この場合、本実施形態では、主面10aが(111)面に対して所定のオフ角を有するダイヤモンド基板10を用いている。このため、ダイヤモンド層20を二次元成長させる場合、成長過程で窒素が取り込まれると、当該窒素に対して[111]方向に、次の炭素または空孔が位置することになる。そして、窒素が配置されている部分では、炭素が配置されるよりも空孔となる方がエネルギー的に安定となる。したがって、図5に示されるように、本実施形態では、[111]方向に配向したNVセンタが形成され易い。つまり、本実施形態のようにダイヤモンド層20を二次元成長させることにより、NVセンタの配向も揃えることができる。なお、図5では、窒素をNで示し、炭素をCで示し、空孔をVで示している。 Then, when nitrogen is incorporated, vacancies are formed at positions adjacent to the nitrogen, forming NV centers. In this case, in this embodiment, a diamond substrate 10 is used in which the main surface 10a has a predetermined off-angle with respect to the (111) plane. Therefore, when the diamond layer 20 is two-dimensionally grown, if nitrogen is taken in during the growth process, the next carbon or vacancies are positioned in the [111] direction with respect to the nitrogen. In addition, in the portion where nitrogen is arranged, vacancies are more stable in terms of energy than carbon is arranged. Therefore, as shown in FIG. 5, in the present embodiment, NV centers oriented in the [111] direction are likely to be formed. In other words, by growing the diamond layer 20 two-dimensionally as in this embodiment, the orientation of the NV centers can be aligned. In FIG. 5, N indicates nitrogen, C indicates carbon, and V indicates vacancies.

以上説明したように、本実施形態は、オフ角を有する基板を用い、新キンク12を形成する工程を行った後、ダイヤモンド層20を二次元成長させている。このため、ダイヤモンド層20を成長させる際に窒素が取り込まれ易くなり、NVセンタの高密度化を図ることができる。 As described above, in this embodiment, a substrate having an off-angle is used, and the diamond layer 20 is two-dimensionally grown after the step of forming the new kink 12 is performed. Therefore, nitrogen is easily taken in when the diamond layer 20 is grown, and the density of NV centers can be increased.

(第2実施形態)
第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、三次元成長と二次元成長とを異なるチャンバ30を用いて行うようにしたものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
(Second embodiment)
A second embodiment will be described. This embodiment differs from the first embodiment in that three-dimensional growth and two-dimensional growth are performed using different chambers 30 . Others are the same as those of the first embodiment, so description thereof is omitted here.

本実施形態の基本的な製造方法は上記第1実施形態と同様である。但し、本実施形態では、チャンバ30を二つ用意する。そして、ダイヤモンド層20を三次元成長させる際には、一方のチャンバ30にダイヤモンド基板10を配置して行う。また、ダイヤモンド層20を二次元成長させる際には、他方のチャンバ30にダイヤモンド基板10を配置して行う。なお、各チャンバ30における加熱装置32は、予め所定温度となるように設定されている。 The basic manufacturing method of this embodiment is the same as that of the first embodiment. However, in this embodiment, two chambers 30 are prepared. When the diamond layer 20 is grown three-dimensionally, the diamond substrate 10 is placed in one of the chambers 30 . When the diamond layer 20 is grown two-dimensionally, the diamond substrate 10 is arranged in the other chamber 30 . The heating device 32 in each chamber 30 is set in advance to a predetermined temperature.

これによれば、各チャンバ30内における加熱装置32を予め所定温度に設定しておくことにより、ダイヤモンド層20を三次元成長および二次元成長させる際において、加熱装置32の温度を変化させる必要がない。このため、製造時間の短縮化を図りつつ、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。 According to this, by setting the heating device 32 in each chamber 30 to a predetermined temperature in advance, it is not necessary to change the temperature of the heating device 32 when the diamond layer 20 is grown three-dimensionally and two-dimensionally. do not have. Therefore, the same effects as those of the first embodiment can be obtained while shortening the manufacturing time.

(第3実施形態)
第3実施形態について説明する。第3実施形態は、第1実施形態に対し、新キンク12を形成する工程を変更したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
(Third Embodiment)
A third embodiment will be described. 3rd Embodiment changes the process of forming the new kink 12 with respect to 1st Embodiment. Others are the same as those of the first embodiment, so description thereof is omitted here.

具体的には、新キンク12を形成する工程では、プラズマエッチングを行う。本実施形態では、図6に示されるように、酸素プラズマを用いたプラズマエッチングによって新キンク12を形成する。つまり、主面10aを荒らすことによって新キンク12を形成する。 Specifically, plasma etching is performed in the step of forming the new kink 12 . In this embodiment, as shown in FIG. 6, the new kink 12 is formed by plasma etching using oxygen plasma. That is, the new kink 12 is formed by roughening the main surface 10a.

このように、プラズマエッチングによって新キンク12を形成するようにしても、その後にダイヤモンド層20を二次元成長させることにより、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態では、ダイヤモンド層20を二次元成長させるチャンバ30の加熱装置32の温度を一定に保持しておくことにより、当該加熱装置32の温度を調整する時間が必要ないため、製造時間の短縮化を図ることができる。 Thus, even if the new kink 12 is formed by plasma etching, by growing the diamond layer 20 two-dimensionally after that, the same effects as in the first embodiment can be obtained. In addition, in this embodiment, by keeping the temperature of the heating device 32 of the chamber 30 for two-dimensional growth of the diamond layer 20 constant, it is not necessary to adjust the temperature of the heating device 32, so the manufacturing time is can be shortened.

(他の実施形態)
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately modified within the scope of the claims.

例えば、上記各実施形態において、新キンク12を形成する工程と、ダイヤモンド層20を二次元成長させる工程とを交互に繰り返し行うようにしてもよい。これによれば、ダイヤモンド層20の厚膜化を図ることができる。また、新キンク12を形成する工程を繰り返すため、各工程で新キンク12が同様に形成されることが期待される。このため、NVセンタの高密度化がさらに期待されると共に、各原子層でのNVセンタのばらつきの低減が期待される。 For example, in each of the above embodiments, the step of forming the new kink 12 and the step of two-dimensionally growing the diamond layer 20 may be alternately repeated. According to this, the thickness of the diamond layer 20 can be increased. Also, since the process of forming the new kink 12 is repeated, it is expected that the new kink 12 will be formed in the same way in each process. Therefore, it is expected that the density of the NV centers will be further increased, and that the variation of the NV centers in each atomic layer will be reduced.

また、上記各実施形態において、ダイヤモンド基板10は、(111)面に対してオフ角を有するものではなく、他の面に対して所定のオフ角を有するようにしてもよい。 Further, in each of the above-described embodiments, the diamond substrate 10 may have a predetermined off angle with respect to another plane instead of having an off angle with respect to the (111) plane.

さらに、上記各実施形態において、ダイヤモンド層20が形成されるのであればダイヤモンド基板10ではなく、他の基板を用いてもよい。 Furthermore, in each of the above embodiments, other substrates may be used instead of the diamond substrate 10 as long as the diamond layer 20 is formed thereon.

また、上記第1、第2実施形態において、新キンク12を新たに形成する工程では、反応ガス内に窒素が含まれるようにしてもよい。この場合、新キンク12を新たに形成する際にもNVセンタが形成される可能性があり、さらにNVセンタを高密度に形成できる。 Further, in the first and second embodiments, nitrogen may be contained in the reaction gas in the step of newly forming the new kink 12 . In this case, there is a possibility that NV centers will be formed even when the new kink 12 is newly formed, and the NV centers can be formed at a high density.

10 ダイヤモンド基板
10a 主面
20 ダイヤモンド層
REFERENCE SIGNS LIST 10 diamond substrate 10a main surface 20 diamond layer

Claims (6)

基板(10)上にダイヤモンド層(20)を成長させるダイヤモンド層の製造方法であって、
主面(10a)を有すると共に前記主面が所定面に対して所定のオフ角を有し、前記主面に初期キンク(11)が形成されている前記基板を用意することと、
前記主面上に、窒素-空孔中心を有する前記ダイヤモンド層(20)を形成することと、を行い、
前記ダイヤモンド層を形成することでは、新たに前記主面に新キンク(12)を形成することと、窒素およびメタンを含む反応ガスを用いて化学気相成長法を行うことにより、前記窒素-空孔中心を有する前記ダイヤモンド層を前記所定面の面方向に沿って二次元成長させることと、を行うダイヤモンド層の製造方法。
A method of manufacturing a diamond layer, comprising growing a diamond layer (20) on a substrate (10), comprising:
preparing the substrate having a main surface (10a), the main surface having a predetermined off angle with respect to a predetermined surface, and an initial kink (11) formed on the main surface;
forming said diamond layer (20) having nitrogen-vacancy centers on said major surface;
In forming the diamond layer, a new kink (12) is newly formed on the main surface, and a chemical vapor deposition method is performed using a reaction gas containing nitrogen and methane to form the nitrogen-air layer. growing the diamond layer having hole centers two-dimensionally along the plane direction of the predetermined surface.
前記新キンクを形成することでは、メタンを含む反応ガスを用いて化学気相成長法を行うことにより、前記ダイヤモンド層を前記所定面の面方向、および前記所定面の面方向と交差する方向に沿って三次元成長させることで前記新キンクを形成する請求項1に記載のダイヤモンド層の製造方法。 In the formation of the new kink, chemical vapor deposition is performed using a reactive gas containing methane, so that the diamond layer is grown in the plane direction of the predetermined plane and in a direction crossing the plane direction of the predetermined plane. 2. The method for producing a diamond layer according to claim 1, wherein the new kink is formed by three-dimensional growth along the diamond layer. 前記新キンクを形成する前記三次元成長させること、および前記二次元成長させることでは、それぞれチャンバ(30)内に前記基板を配置して行い、前記三次元成長させることの方が前記二次元成長させることより、前記反応ガスにおけるメタンの比率が高く、前記チャンバ内の真空度が高く、かつ前記基板の温度が低くなるようにする請求項2に記載のダイヤモンド層の製造方法。 The three-dimensional growth for forming the new kink and the two-dimensional growth are each performed by arranging the substrate in a chamber (30), and the three-dimensional growth is the two-dimensional growth. 3. The method for producing a diamond layer according to claim 2, wherein the reaction gas has a high proportion of methane, a high degree of vacuum in the chamber, and a low temperature of the substrate, by allowing the reaction gas to flow. 前記新キンクを形成する前記三次元成長させること、および前記二次元成長させることでは、異なる前記チャンバにそれぞれ前記基板を配置して行う請求項3に記載のダイヤモンド層の製造方法。 4. The method of manufacturing a diamond layer according to claim 3, wherein said three-dimensional growth for forming said new kink and said two-dimensional growth are performed by arranging said substrates in different said chambers respectively. 前記新キンクを形成することでは、前記主面に対してプラズマエッチングを行うことで前記新キンクを形成する請求項1に記載のダイヤモンド層の製造方法。 2. The method for producing a diamond layer according to claim 1, wherein forming the new kink includes forming the new kink by performing plasma etching on the main surface. 前記新キンクを形成すること、および前記二次元成長させることを交互に繰り返し行う請求項1ないし5のいずれか1つに記載のダイヤモンド層の製造方法。 6. The method for producing a diamond layer according to any one of claims 1 to 5, wherein the formation of the new kink and the two-dimensional growth are alternately repeated.
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