CN1276503C - ZnO/蓝宝石基片及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
提供结晶性优良、没有裂缝的(1，1，，0)ZnO外延生长膜在(0，1，，2)R面蓝宝石上外延生长的ZnO/蓝宝石基片。该ZnO/蓝宝石基片通过使氧化锌膜在(0，1，，2)结晶面与基片表面平行的R面蓝宝石上外延生长、使氧化锌(ZnO)的(1，1，，0)结晶面与该(0，1，，2)结晶面平行而得到，其特征在于，使上述ZnO的(1，1，，0)面的面间隔d为1.623≤d≤1.627。
Description
技术领域
本发明涉及可以用于例如表面波装置用基片材料和、各种工学材料、半导体材料等中的ZnO/蓝宝石基片及其制造方法，更详细地讲，涉及在(0，1，
1，2)R面蓝宝石基片上层压(1，1，
2，0)ZnO膜的ZnO/蓝宝石基片及其制造方法。
现有技术
目前，作为弹性表面波装置等的基片材料，使用各种压电基片。在“JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH 45(1978)346～349”中，作为这种基片材料，公开了通过在(0，1，
1，2)蓝宝石基片上磁控管溅射(1，1，
2，0)ZnO单晶膜形成的结构。
发明内容
使ZnO单结晶膜在R面蓝宝石上外延生长时，可以在较大范围的成膜条件下进行外延生长。但是，本发明者发现，使(1，1，
2，0)ZnO膜在R面蓝宝石上外延生长时，ZnO膜中会产生残留应力，ZnO膜会经常开裂。
本发明的目的是，鉴于上述现有技术的现状，提供没有开裂、可用于各种装置中的质量优良的(1，1，
2，0)ZnO/(0，1，
1，2)R面蓝宝石基片及其制造方法。
本发明者考虑到由于ZnO和蓝宝石的晶格常数不配等引起ZnO膜中的残留应力而发生上述ZnO膜中的裂缝，为了完成上述课题进行了专心研究，结果完成了本发明。
因此，本发明的ZnO/蓝宝石基片通过使氧化锌膜在(0，1，
1，2)结晶面与基片表面平行的R面蓝宝石上外延生长、使氧化锌(ZnO)的(1，1，
2，0)结晶面与该(0，1，
1，2)结晶面平行而得到，在该ZnO/蓝宝石基片中，上述ZnO的(1，1，
2，0)的面间隔d的范围为1.623≤d≤1.627。
本发明的ZnO/蓝宝石基片的制造方法包括制备(0，1，
1，2)结晶面与基片表面平行的R面蓝宝石基片的工序，和使氧化锌在上述R面蓝宝石上外延生长、使氧化锌(ZnO)的(1，1，
2，0)结晶面与上述(0，1，
1，2)结晶面平行且使(1，1，
2，0)面的面间隔d为1.623～1.627的工序。
本发明中的表面波装置具有本发明的ZnO/蓝宝石基片和在该ZnO/蓝宝石基片上形成的至少一个叉指式换能器。
附图说明
图1是本发明的ZnO/蓝宝石基片的立体示意图。
图2是ZnO外延生长膜的(1，1，
2，0)结晶面的面间隔d、X射线衍射峰的积分宽度与在ZnO外延生长膜中有无发生裂缝的关系图。
图3是本发明的一个实施例中用于形成ZnO膜的RF磁控管溅射装置的简要结构图。
图4是X射线衍射峰与积分宽度的关系图。
图5是使用本发明的ZnO/蓝宝石基片的表面波装置的一个例子的立体图。
符号说明
2…Zn靶
3…RF电源
5…磁控管
6…R面蓝宝石基片
7…容器
8…ZnO膜
11…ZnO/R面蓝宝石基片
12，13…叉指式换能器
具体实施方式
下面，通过一边参照附图一边说明本发明中的具体实施例，使得本发明变得清楚。
作为使氧化锌膜在(0，1，
1，2)结晶面与基片表面平行的R面蓝宝石上外延生长、使氧化锌(ZnO)的(1，1，
2，0)结晶面与上述结晶面平行的方法，有各种溅射法、各种CVD法、化学输送法等。特别是在RF磁控管溅射法中，可以在低温下形成高质量的ZnO外延生长膜。在下面的实施例中，将描述使用RF磁控管溅射法使ZnO膜外延生长的方法，但是也可以使用上述其他方法。
在该实施例中，使用在图3中所示的RF磁控管溅射装置1。在RF磁控管溅射装置1中，高频电源3与Zn靶2连接。在Zn靶2的下方配置磁控管5。与Zn靶2相对配置R面蓝宝石基片6。而且，在溅射容器7中导入Ar+O2混合气。还有，通过泵强制排出容器7内的气体。
在RF磁控管溅射的时候，靶2用Ar离子撞击，从靶2中产生Zn粒子。飞出的Zn粒子与氧气反应生成ZnO，堆积在R面蓝宝石基片6上。
在上述溅射的时候，通过选择RF功率、排气导电性、气压和基片温度等溅射条件，如图1所示，ZnO膜8在R面蓝宝石基片6上外延生长。这种情况下的外延生长是指，在R面蓝宝石基片6是(0，1，
1，2)结晶面与基片表面平行的R面蓝宝石的情况下，ZnO膜外延生长，使ZnO膜8的(1，1，
2，0)结晶面处于与(0，1，1，2)结晶面平行的位置。
这种情况，如图1中所示，ZnO与R面蓝宝石基片6满足下述关系。(1，1，
2，0)ZnO//(0，1，
1，2)α-Al2O3、[0001]ZnO//[0，
1，1，1]α-Al2O3，还有，α-Al2O3表示蓝宝石。
在使ZnO在R面蓝宝石基片6上外延生长的溅射条件中，存在某种程度的范围。但是，如果用光学显微镜观察上述得到的ZnO膜，就能看到ZnO膜经常会开裂。
本发明者对于通过改变溅射条件得到的各种ZnO膜，使用X射线衍射进行结晶性分析，同时使用光学显微镜观察裂缝发生状况。结果显示在下面表1中。
还有，下面表1中所示的积分宽度表示如下意思。图4表示ZnO的(1，1，
2，0)面的X射线衍射峰的一个例子。图4的横轴是表示衍射角度的2θ，纵轴表示衍射峰的强度。该衍射峰的高度越高、而且越尖锐m表示结晶性越良好。显示峰的尖锐度使用积分宽度。积分宽度如图4的右侧中所示，在假设与衍射峰高度相同、同时与峰面积相同面积的矩形区域的情况下，用该矩形区域的幅表示。
如果衍射峰越尖锐，则上述积分宽度的值变得越小。因此，积分宽度越小，表示结晶性越优良。
另外，下面的表1中也表示通过X射线衍射测定的在ZnO的(1，1，
2，0)结晶面中的面间隔d。
另外，表1结果中的ZnO膜的(1，1，
2，0)结晶面间隔d和积分宽度以及裂缝的发生状况的关系如图2中所示。
在基片上形成有外延生长膜的结构中，在基片和外延生长膜材料不同的情况下，由于两者的结晶的晶格常数不配，又由于在高温成膜的情况下两者的热膨胀系数的差异等，在外延生长膜中产生应力。如果成膜后该应力残留，外延生长膜的结晶面间隔与没有应力的情况下相比发生变化。这种变化的大小是因应力的大小以及应力的种类即拉伸应力或压缩应力而不同。应力越大，结晶面间隔与没有应力时的结晶面间隔偏离得越大。另外，如果应力变得比某个值大，外延生长膜不能耐受应力，为了缓和该应力则发生裂缝。即可以认为在外延生长膜中发生裂缝是由上述外延生长膜中残留应力引起的。
由图2可明显看出，在使(1，1，
2，0)ZnO膜在R面蓝宝石基片上外延生长的情况下，没有由于应力产生变形的情况下的(1，1，
2，0)面的面间隔是1.6247。如果面间隔偏离1.6247，结晶性降低，于是X射线衍射峰的积分宽度变大。还有，ZnO的面间隔在ZnO整体状态的面间隔为1.6247的时候，压电特性最好，偏离该面间隔造成ZnO的压电特性变差。另外，一般地，如果在蓝宝石基片上形成ZnO外延生长膜，由于蓝宝石基片的A1原子的间隔比Zn原子的间隔窄，形成宽的ZnO面间隔，在文献等中报导了ZnO面间隔形成至1.630。为此，在本发明中通过实施表1中所示的成膜条件，设法形成不比1.6247大的(1，1，
2，0)ZnO外延生长膜，保持ZnO的压电特性与ZnO的整体状态的压电特性为同种程度。另外，可以得知如果面间隔比1.623还小，ZnO膜中容易发生裂缝，而且ZnO的压电特性也不如整体状态的压电特性，是不理想的。
因此，从图2的结果明显得知，通过使得结晶面间隔的范围为1.623～1.627，可以得到结晶性优良、不发生裂缝、高质量而且实用的ZnO外延生长膜。
图5表示作为一例使用根据上述本发明构成的ZnO/蓝宝石基片装置的表面波装置。图5中，表面波装置的电极结构用平面示意图表示，在ZnO/蓝宝石基片11上形成叉指式换能器(IDT)12、13，构成横向型表面波滤波器。还有，使用本发明提供的ZnO/蓝宝石基片的装置不限定于这样的表面波装置，本发明的ZnO/蓝宝石基片，可以使用多种电极结构的表面波装置和表面波装置以外的半导体装置或光学装置等。
在本发明的ZnO/蓝宝石基片中，由于使ZnO在(0，1，
1，2)结晶面与基片表面平行的R面蓝宝石上外延生长，使(1，1，
2，0)ZnO结晶面与(0，1，
1，2)结晶面平行，且上述(1，1，
2，0)面的面间隔d为1.623～1.627，因此，可以提供形成有结晶性优良且不易开裂的ZnO外延生长膜的ZnO/蓝宝石基片。因此，通过使用本发明的ZnO/蓝宝石基片，可以提供特性优良、而且质量稳定的各种装置。
在本发明的制造方法中，在制备了(0，1，
1，2)结晶面与基片表面平行的R面蓝宝石基片之后，使ZnO在该R面蓝宝石基片上外延生长，使ZnO的(1，1，
2，0)结晶面相对(0，1，
1，2)结晶面平行，且使(1，1，
2，0)面的面间隔d为1.623～1.627，因此，可以提供形成有结晶性优良且不易开裂的本发明的ZnO/蓝宝石基片。
另外，在本发明的表面波装置中，在上述ZnO/蓝宝石基片上形成有至少一个叉指式换能器。因此，由于ZnO膜结晶性优良，不易开裂，可以提供特性良好、而且品质差异小的表面波装置。
Claims (3)
1.ZnO/蓝宝石基片，它通过使氧化锌膜在(0，1，
1，2)结晶面与基片表面平行的R面蓝宝石上外延生长、使氧化锌(ZnO)的(1，1，
2，0)结晶面与上述(0，1，
1，2)结晶面平行而得到，
其特征在于，上述ZnO的(1，1，
2，0)的面间隔d为1.623≤d≤1.627。
2.制造权利要求1所述的ZnO/蓝宝石基片的方法，它包括：
制备(0，1，
1，2)结晶面与基片表面平行的R面蓝宝石基片；
使ZnO在上述R面蓝宝石上外延生长，使ZnO的(1，1，
2，0)结晶面与上述(0，1，
1，2)结晶面平行且使(1，1，
2，0)面的面间隔d为1.623～1.627。
3.表面波装置，具有权利要求1所述的ZnO/蓝宝石基片和在该ZnO/蓝宝石基片上形成的至少一个叉指式换能器。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20060920 Termination date: 20100612 |