JP2003146799A

JP2003146799A - 酸化亜鉛育成用種結晶とその作成方法

Info

Publication number: JP2003146799A
Application number: JP2001342344A
Authority: JP
Inventors: Kenji Yoshioka; 賢冶吉岡; Hiroshi Yoneyama; 博米山; Yutaka Shimizu; 湯隆清水; Koji Horikawa; 晃司堀川
Original assignee: Tokyo Denpa Co Ltd
Current assignee: Tokyo Denpa Co Ltd
Priority date: 2001-11-07
Filing date: 2001-11-07
Publication date: 2003-05-21
Anticipated expiration: 2021-11-07
Also published as: JP4041302B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ｃ軸方向の長さが長く、接合部に結晶欠陥領
域のない酸化亜鉛（ＺｎＯ）の種結晶を得る。【解決手段】酸化亜鉛の単結晶を種結晶として、水熱
合成法で単結晶を育成する場合、六方晶構造のａ軸方向
に選択的に結晶成長し、ｃ軸方向には殆ど成長しないの
で、種結晶のｃ軸長さより長い単結晶は得られない。従
って種結晶用素材２３ａ、２３ｂ、・・・の所定本数
を、水熱合成法でｃ軸方向に接合した１次種結晶２１を
使用する。この時、僅かなａ軸の方向の不一致（図
（ｄ）のΔθ）により、同心円状の結晶欠陥領域が接合
面４１に発生する。この結晶欠陥領域の影響を防止する
ために気相成長法（ＶＰＥ）によって、１次種結晶２１
の表面に所定厚さのＺｎＯ膜２を成膜し、結晶欠陥領域
がＺｎＯ膜２の表面まで到達しないようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工業用途に利用す
ることができる酸化亜鉛の単結晶を育成する際に用いら
れる酸化亜鉛育成用種結晶とその作成方法に関し、特に
ｃ軸方向に長い単結晶を得るのに好適な種結晶とその作
成方法である。

【０００２】

【従来の技術】従来から、半導体デバイスにおいては、
アモルファスシリコンや多結晶シリコンなどを薄膜材料
として形成された半導体デバイスが広く用いられている
が、近年、薄膜材料として酸化亜鉛（ＺｎＯ）が注目さ
れており、ＺｎＯを薄膜材料として形成した半導体デバ
イスを、例えば紫外線ＬＥＤ（ＬＥＤ：Light Emitting
Diode）やレーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）、透
明トランジスタなどの既存の半導体デバイスに応用した
り、新たな用途への研究開発が進められている。

【０００３】ところで、半導体デバイスを作成するにあ
たっては、ベース基板上に形成する薄膜の品質が、その
電気的特性や光学的特性、信頼性（寿命）などに重大な
影響を与えることが知られており、薄膜の品質が良好な
ほど、電気的、光学的特性や信頼性が良好なものとされ
る。

【０００４】このため、ＺｎＯを薄膜材料とした半導体
デバイスを作成する場合には、ベース基板上に結晶欠陥
のない高品質のＺｎＯ薄膜を形成することが重要にな
る。薄膜の品質を決定する要因は、薄膜材料と、ベース
基板材料との格子定数の差が挙げられ、この格子定数の
差が小さいほど結晶欠陥のない薄膜を成膜できることが
知られている。なお、格子定数とは、結晶内で規則正し
く並んでいる原子の配列間隔を示すものである。

【０００５】このため、ＺｎＯ薄膜を形成した半導体デ
バイスを作成する際には、ＺｎＯの単結晶と格子定数が
比較的近いサファイアなどにより形成したベース基板を
用いるようにしていた。しかしながら、サファイアとＺ
ｎＯの単結晶との間では、格子定数が１８％程度異なる
ため、サファイアにより形成したベース基板上に高品質
のＺｎＯ薄膜を形成するには、通常よりかなり厚く薄膜
を形成する必要があり、採算上の問題からも、工業的に
はある程度の品質で妥協せざるを得なかった。

【０００６】そこで、例えばベース基板上に極めて高品
質のＺｎＯ薄膜を安価に形成するには、ベース基板をＺ
ｎＯ薄膜と格子定数が同じＺｎＯの単結晶によって形成
することが考えられるが、これまでの技術では、ベース
基材として利用することができる大きさを持つＺｎＯの
単結晶を育成することができなかった。水熱合成法によ
る酸化亜鉛（ＺｎＯ）単結晶の育成においては、六方晶
構造におけるａ軸方向に選択的に結晶成長し、ｃ軸方向
には殆ど成長しないという問題がある。種結晶３を中心
としたＺｎＯの単結晶３０の成長を模式的に示す図６
（ａ）と、ＺｎＯの単結晶の結晶軸を描いた同図（ｂ）
に示すように、ＺｎＯの単結晶からｃ軸に平行な棒状に
切り出した種結晶３を使用すると、ａ軸方向の成長によ
りｒ１、ｒ２、ｒ３と結晶が成長すると、利用できるｃ
軸方向の長さはｘ１、ｘ２、ｘ３とむしろ縮小されて行
く。即ち、初めの種結晶の長さを越える単結晶は得られ
ないことになる。

【０００７】従って、ｃ軸方向に大きなＺｎＯ単結晶を
得るために、例えば、特開平６−１２０８８によれば、
複数の種結晶をそのｃ軸方向が一致するように当接し、
当接個所を水熱合成法で接合して長い種結晶とする案が
提案されている。図６（ｃ）に接合された種結晶２２の
略図を示すように、１個のＺｎＯ単結晶をｃ軸に沿って
切り目を入れ、何本かの種結晶を切り出す。ｃ軸に直角
な両端面を互いに当接させて白金線４５で締結し、育成
容器内で育成してエピタキシ作用により当接面を接合・
一体化させる。接合時にｃ軸の方向と＋−の向きも揃え
ておけば、ｃ軸の長い種結晶が得られる。同時に３本の
ａ軸もその方向を揃えておくことが望ましい。結晶軸の
方向を測定して合致させるためにＸ線解析が使用され
る。水熱合成法に使用される育成容器及びその育成状況
は後述する。

【０００８】例えば１例として同図（ｃ）に示すよう
に、ｃ軸に沿った長さ７ｍｍ、ｃ軸に直角の断面が３×
１．５ｍｍの分割種結晶２２ａ・２２ｂの２本をｃ軸が
一致するように当接して白金線４５で締結し、育成容器
の結晶育成部のフレーム６１に白金線６２で固定して育
成すると、当接面４１が接合して１本となった種結晶２
２が得られる。この種結晶２２を用いて育成した結果、
ｃ軸方向に１４ｍｍ、ｃ軸に直角の断面が８×１１ｍｍ
程度の結晶が得られ、分割結晶３本を接合した種結晶で
はｃ軸方向に２２ｍｍ、ｃ軸に直角の断面が８×１１ｍ
ｍ程度の結晶が得られる。このように、種結晶を複数本
接合することにより、実用的な結晶を得るのに充分な長
さを持つ種結晶を得ることができる。

【０００９】実際に上記の種結晶作成作業を進めると、
上記の種結晶の当接時に３本のａ軸の向きに多少の不揃
い（方向の不一致）が生じる傾向がある。上述のように
Ｘ線解析を使って慎重を期しても、種結晶の接合面４１
で、ａ軸の方向を完全に一致させることは困難であるこ
とが判明した。図６（ｄ）の軸のみを描いた模式図のよ
うに種結晶２２ａのａ軸４３と種結晶２２ｂのａ軸４３
ａの方向の不一致（Δθ）を避けることは難しい。

【００１０】種結晶を水熱合成法により成長させ当接面
を接合させる際、その接合面はａ軸の不一致に基づく結
晶欠陥領域を生じる。これは図３（ｂ）に模式的に示す
ように、溶液が種結晶の当接部に晶出する際に、当接面
でのａ軸の不一致が局所的に影響し、刃状及び螺旋転移
を生じて種結晶の表面に達する欠陥領域を生ずると考え
られる。種結晶の当接部の接合が完了後、引き続き水熱
合成法でＺｎＯの単結晶を晶出させて単結晶の育成を行
っても、この欠陥領域は消滅せず、種結晶の３本のａ軸
の方向の不一致が影響して、育成された単結晶に、種結
晶の接合部分から種結晶を中心とした同心円状の結晶欠
陥領域が成長する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このように、育成後の
単結晶に種結晶の接合部で種を中心とした同心円状の結
晶欠陥領域を生ずると、得られた単結晶は種結晶の長さ
毎の欠陥領域を含むことになり、育成した単結晶の工業
的利用価値は少ないと言う問題が生じている。また、欠
陥領域の間隔は初めの種結晶の長さとなるので、接合し
た種結晶から種結晶を次々に育成しても欠陥領域の間隔
の大きな単結晶を得ることはできないと言う問題があ
る。

【００１２】本発明は、育成後の単結晶に種結晶の接合
部で種を中心とした同心円状の結晶欠陥領域が生じない
種結晶の供給を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は上記のような問
題点を解決するために、酸化亜鉛の単結晶からなる複数
個の種結晶素材を接合した１次種結晶と、上記１次種結
晶の表面に成膜された酸化亜鉛薄膜と、からなる酸化亜
鉛育成用種結晶を提供する。また、本発明の酸化亜鉛育
成用種結晶は、酸化亜鉛の上記複数個の種結晶素材はｃ
軸の方向と向きが一致して接合され、かつ酸化亜鉛の上
記複数個の種結晶素材はａ軸方向がほぼ合致して接合さ
れている。更に、酸化亜鉛の上記複数個の種結晶素材が
接合された上記１次種結晶表面に成膜された上記酸化亜
鉛薄膜は気相成長で形成されている。

【００１４】更にまた、本発明は、酸化亜鉛の単結晶か
ら切り出した複数個の種結晶素材のｃ軸の方向と向きを
揃え、かつ、ａ軸方向をほぼ合致させて当接し、水熱合
成法で上記当接部をエピタキシー成長させて接合して１
次種結晶とする工程と、上記１次種結晶表面に気相成長
で酸化亜鉛薄膜を育成する工程と、からなる酸化亜鉛育
成用種結晶の作成方法を提供する。そして、上記酸化亜
鉛薄膜は２乃至４μｍ以上の厚さとされている。

【００１５】酸化亜鉛の単結晶の表面に気相成長で酸化
亜鉛膜を成膜することにより種結晶素材の接合部の結晶
構造欠陥を覆い、その上に育成される単結晶に欠陥が及
ばないようにする。

【００１６】

【発明の実施の形態】種結晶の説明に入る前に、水熱合
成法の概略を図２を参照して説明する。図２は、本出願
人が先に提案した単結晶育成容器を用いた単結晶育成装
置５１の一例を示した図である。

【００１７】この図２に示す単結晶育成装置５１は、水
熱合成法によって、ＺｎＯの単結晶を育成する際に必要
な温度及び圧力を、その内部に加えることができるオー
トクレーブ５２と、このオートクレーブ５２の内部に収
容して使用する育成容器６０とから構成される。オート
クレーブ５２は、例えば鉄を主材とした高張力鋼などに
よって形成されたオートクレーブ５２の容器本体に、パ
ッキン５７を挟んで蓋体５４を被せて、固着部５５によ
り固着することで、その内部を気密封止するような構造
となっている。

【００１８】オートクレーブ５２内に収容して使用する
育成容器６０は、例えば白金（Ｐｔ）などによって形成
されており、その形状は略円筒状の容器とされる。そし
て、その上部には圧力調整部として作用するベローズ７
０が育成容器６０の内部を密閉した状態で取り付けられ
ている。

【００１９】このような単結晶育成装置５１では、育成
容器６０内の上部側にフレーム６１と貴金属線（白金
線）６２を用いてＺｎＯ種結晶３を吊り下げると共に、
その下部側に原料６６を配置して種結晶３の育成を行う
ようにしている。この場合、ＺｎＯ種結晶３と原料６６
との間には、熱対流を制御する内部バッフル板６４が設
けられており、この内部バッフル板６４によって、育成
容器６０内が溶解領域と成長領域とに区切られている。
内部バッフル板６４には、複数の孔が形成されており、
この孔の数によって決定されるバッフル板６４の開口面
積により、溶解領域から成長領域への対流量を制御して
溶解領域と成長領域との間に温度差が得られるようにな
っている。

【００２０】そして、この育成容器６０内に、例えば水
酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、炭酸カルシウム（Ｎａ２
ＣＯ３）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）などの強アルカリ
溶液を注入し、またオートクレーブ５２と育成容器６０
との間に伝熱のために例えば純水などの伝熱溶液６７を
注入して、ヒーター５６、５６・・によって、オートク
レーブ５２を加熱することで、育成容器６０内では、溶
解領域において強アルカリ溶液に原料６６が溶解した育
成溶液７１が生成される。そして、この育成溶液７１が
内部バッフル板６４を介して成長領域に供給され、Ｚｎ
Ｏ種結晶３を育成するようにしている。

【００２１】また、この図２に示す単結晶育成装置５１
では、育成容器６０の外側に外部バッフル板６５が設け
られており、この外部バッフル板６５により育成容器６
０の外側の対流を制限することで、育成容器６０内の領
域間においてＺｎＯ種結晶３の成長に必要な温度差が得
られるようにしている。

【００２２】また、育成容器６０の上部には、圧力調整
部としてベローズ７０が設けられており、このベローズ
７０の伸縮によって育成容器６０の内部圧力と外部圧力
の均衡を図るようにしている。

【００２３】このような単結晶育成装置５１の大型のも
のは、水熱合成法により種結晶からＺｎＯの単結晶の育
成まで行うことができる。育成容器内６０内に不純物の
混入が殆どなく、工業用途に利用できる口径サイズを有
するＺｎＯの単結晶を育成することができる。なお、種
結晶用素材２３ａ、２３ｂ、２３ｃ・・・の当接面の接
合のみに使用するなら、種結晶専用の育成容器６０は専
用の小型の物でも良い。

【００２４】本発明の実施の形態の１例を図１を参照し
て説明する。図１は、本実施の形態としての酸化亜鉛
（ＺｎＯ）の種結晶の形成方法の一例を模式的に示した
図である。ＺｎＯの単結晶は六方晶系の結晶であり、結
晶軸としてｃ軸とこのｃ軸に垂直な平面内で互いに１２
０゜の角度をなす３本のａ（１・２・３）軸が存在す
る。先ず、図１（ａ）に示すように、ＺｎＯの単結晶４
０からｃ軸と１本のａ軸に平行となるようにＺｎＯの単
結晶の薄板４６を切り出す。更に同図（ｂ）に斜視図と
して示すように、ｃ軸に平行に切り出して複数のＺｎＯ
種結晶用素材２３ａ、２３ｂ、・・・を用意する。

【００２５】上記の種結晶用素材２３ａ、２３ｂ、・・
・はｃ軸に直角な２面が研磨等で仕上げられる。また、
他の面も３本のａ軸を一致させたときに、ほぼ同一断面
形状となるようにするのが好ましい。このためにも、１
個のＺｎＯの単結晶４０から種結晶用素材２３ａ、２３
ｂ、・・・を切り出すのが具合が良いが、別の単結晶か
ら切り出した種結晶用素材を組み合わせてもよい。な
お、本実施の形態では種結晶用素材２３ａ、２３ｂ、・
・・はｃ軸に直角に切断した断面形が長方形の形状とし
て描かれているが、あくまでも一例であり、断面形は例
えば薄い板状や、円柱状のものであってもよい。

【００２６】次に、図１（ｃ）に示すように種結晶用素
材２３ａ、２３ｂ、・・・の所定の本数を取り、ｃ軸の
−ｃ端に次の素材の＋ｃ端が来るようにｃ軸の向きを揃
え、接合面４１を当接させ、例えば、白金線で結束する
等の方法で固定させる。図では３本の例を示すが、２本
でも、４本以上を同時に当接させても良い。この時、３
本のａ軸の方向をできる限り合致するように揃える。前
述のように、ｃ軸のプラスマイナスとａ軸の方向を測定
して合致させるためにＸ線解析が使用される。結晶軸が
揃えられた上記種結晶用素材２３ａ、２３ｂ、・・・を
水熱合成法によって、育成容器の結晶育成部に固定し
て、上記当接面（接合面４１）がエピタキシー作用によ
り接合・一体化するまで育成する。一体化した種結晶用
素材２３ａ、２３ｂ、・・・を１次種結晶２１と呼ぶ。

【００２７】図１（ｄ）に示すように、水熱合成法で接
合された１次種結晶２１の表面にエピタキシャル成長法
の一である気相成長法（ＶＰＥ：Vapor Phase Epitax
y）によってＺｎＯ膜２を成膜する。詳細は後述する
が、図３（ａ）にＺｎＯ膜２の成膜状況を模式的に示し
たように、ある程度のａ軸の方向の不一致による結晶欠
陥領域は薄膜の層数が増加すると共に解消する。このよ
うに、１次種結晶２１の当接部４１の結晶欠陥領域が解
消するまでＺｎＯ膜２を成膜し種結晶５を得る。通常薄
膜の厚さが２乃至４μｍとなると、種結晶５に成膜され
たＺｎＯ膜２の表面は工業的に充分欠陥の少ない配向と
なる。成膜済みの種結晶５を使用して、再び水熱合成法
により、ＺｎＯの単結晶育成を行えば、得られる単結晶
のｃ軸方向の長さは充分長く、更に結晶用素材２３ａ、
２３ｂ、・・・の当接部４１のａ軸の方向の不一致に起
因する同心円状の結晶欠陥領域の発生を防止することが
できる。

【００２８】育成された単結晶をスライスすれば、Ｚｎ
Ｏウエハーとなり、工業的に使用するのに充分な大きさ
の基板が最終製品として得られる。勿論、この単結晶か
ら切り出した種結晶を使用して単結晶を量産しても良
い。この場合、中心部の結晶欠陥領域を含まないように
１次種結晶２１を切り出せば、この表面には気相成長法
によってＺｎＯ膜２を成膜しなくても種結晶５として使
用でき、それから得られた単結晶から形成されるウエハ
ーも中心部に結晶欠陥領域を含まないことになる。

【００２９】ここで、上記の水熱合成法で接合された種
結晶用素材２３ａ、２３ｂ、２３ｃ・・・の表面に、気
相成長法によってＺｎＯ膜２を成膜すると、ＺｎＯ膜２
の表層部には接合部に生じた欠陥の影響が及ばない理由
を説明する。

【００３０】前述のように、水熱合成法で連続してＺｎ
Ｏの単結晶を育成すると、種結晶の３本のａ軸の向きに
方向の不一致が生じた場合、先に説明したように、種結
晶のａ接合部分に結晶欠陥領域が生じ易く、引き続き水
熱合成法で育成すると、この欠陥領域が結晶の成長と共
に拡大して同心円状に拡大して行く。水熱合成法では単
結晶の表面に単結晶と同一材質の溶液が晶出し、単結晶
を構成する。必ずしも理論的に厳密ではないが、晶出の
過程で再結晶が起こり、種結晶の表面の構造通りの状態
が継続するので、種結晶の表面に欠陥領域があれば、そ
の欠陥を保持したまま成長を続ける傾向が大きいと考え
られる。実験的にも、再結晶の過程で欠陥領域が減少、
または、消滅する状況は確認できなかった。一方、気相
生成の場合は、基板の表面上に基板と同じ結晶構造をと
りながら単結晶が１層づつ堆積する。気相生成では結晶
性の高いＺｎＯ薄膜が得られるので、種結晶の表層に堆
積する薄膜の結晶構造は、１層毎に、固有の結晶構造に
近づく。

【００３１】ＺｎＯの単結晶と格子定数が比較的近いサ
ファイアをベース基板として用いて気相成長法を行う
と、サファイアとＺｎＯの単結晶との間では、格子定数
が１８％程度も異なるが、薄膜の厚さを増して行くとサ
ファイアのベース基板上にかなり良好なＺｎＯ薄膜を形
成できる。通常格子定数の差は１５％以下が望ましいと
言われているが、成膜の厚さによっては欠陥の少ない薄
膜表層を得ることが可能である。格子定数が等しいＺｎ
Ｏの単結晶面にＺｎＯ薄膜を形成する場合、４μｍ厚程
度も薄膜を形成すると部分的な単結晶面の欠陥は覆われ
て、欠陥のない表層が得られる。

【００３２】種結晶素材２３ａ、２３ｂ（既に接合され
て１次種結晶となっている）の接合面に発生した結晶欠
陥領域４４近傍をｃ軸を含む平面で切断した図３（ａ）
を参照して説明する。図では種結晶素材２３ａ、２３ｂ
の表面に堆積するＺｎＯが小正方形で示され、（１）、
（２）、（３）・・・と次々に堆積されてＺｎＯ薄膜が
形成される様子を（堆積する層数を極端に圧縮して）模
式的に描いている。

【００３３】第１層（１）は結晶欠陥領域４４付近では
ＺｎＯ薄膜は堆積せず、格子欠陥である空格子点となっ
ている。第２層（２）でＺｎＯ薄膜は結晶欠陥領域４４
の端部から侵入し、結晶欠陥領域４４近傍の空格子点の
間隔が狭くなってくる。第３層（３）では結晶欠陥領域
４４近傍の格子点の間隔が更に狭くなる。第４層（４）
で殆ど正常の格子間隔となり、以降５、６層（５）、
（６）では正常の層となり、欠陥領域４４を覆い隠して
いる。水熱合成法で、欠陥の少ない表面から単結晶が育
成されると欠陥の少ない単結晶が得られる。

【００３４】ａ軸方向の狂いによって、種結晶の接合面
に結晶欠陥領域４４が形成される理由は次のように考え
られる。図３（ｂ）は種結晶素材２３（ａ、ｂ）の接合
部の結晶欠陥領域４４をｃ軸に直角に切断して下方から
見た模式図である。図では種結晶素材内部の配列を省略
して種結晶素材２３の外部の成長として描いているが、
六法晶系の場合はＺｎＯはａ軸に沿って配列される。従
って種結晶素材２３ａ側ではａ軸４３方向にが配列し成
長し、種結晶素材２３ｂ側ではａ軸４３ａ方向に結晶が
成長する。このように、種結晶素材の接合面でも種結晶
２３（ａ・ｂ）の当接面の全面に渡って螺旋転移４７ａ
を形成しながら接合している。実際にはこの図のように
整然と並ばず、多結晶が雑然と並ぶ状態に近い配列とな
ると考えて良く、これが結晶欠陥領域４４となってい
る。

【００３５】また、図４にｃ軸に直角に切断して、結晶
の平面的な成長形態を示すように、僅かに傾いたａ軸４
３とａ軸４３ａの２方向の結晶の成長により、刃状転移
を起こす場合もある。実際には、結晶欠陥領域４４には
螺旋転移や刃状転移、また多結晶状態が不規則に混ざり
合い、複雑な結晶欠陥を含んでいる。

【００３６】気相成長法により、ＺｎＯの成膜が進むに
従い、接合面の結晶欠陥が次第に減少するが、同時に、
２本のａ軸４３・４３ａがなだらかに接続されるように
なる。図５はａ軸４３・４３ａの変化を気相成長法の成
膜程度により誇張した模式図である。同図（ａ）は円柱
状の種結晶２３（ａ、ｂ）のａ軸を含む平面を斜線を施
して示している。結晶欠陥領域４４の上下でａ軸４３、
４３ａは僅かに方向が不一致である。ＺｎＯ薄膜２を形
成するにつれ、ＺｎＯ薄膜２にも種結晶のａ軸４３、４
３ａが同方向に延長されて、ＺｎＯ薄膜２の表面に直線
となって形成する。

【００３７】同図（ｃ）に示すように、更にＺｎＯ薄膜
２の厚さが厚くなると、次第に結晶欠陥領域４４は覆い
隠されるが、この際結晶欠陥領域４４の近傍ではａ軸の
方向が緩やかに変えられ、滑らかに接続される。なお、
Ｘ線解析によって慎重に合わせ込まれた場合はａ軸の方
向の不一致はごく僅かであり、結晶欠陥領域の影響が除
去されれば単結晶としての性能に悪影響を及ぼすことは
少ない。

【００３８】このようにして、欠陥の少ないｃ軸の長い
種結晶が得られる。更に長大な種結晶を得るために、上
記の手順で得られたｃ軸長さの長い単結晶から１次種結
晶２１、２１、・・・を作成することを繰り返せばよ
い。但し、１次種結晶２１、２１、・・・の当接部のａ
軸の軸方向を必要な精度で合致させることは、かなりの
作業工数を要するので、当接・接合個所は少ない方がよ
い。一度、量産効果が期待できる長さのＺｎＯの単結晶
が得られれば、その長さの１次種結晶を確保し続けるこ
とは容易である。育成した単結晶から、工業用途に使用
可能なＺｎＯの単結晶の育成に必要な長さを有する１次
種結晶２１を作成することができる。

【００３９】従って、上記図２に示した単結晶育成装置
５１を用いて、再度、水熱合成法によって１次種結晶２
１からＺｎＯの単結晶を育成すれば、育成容器内６０に
おいて不純物の混入が殆どなく、しかも工業用途に利用
できる口径サイズを有するＺｎＯの単結晶を育成するこ
とができる。特に、この場合は、ＺｎＯの単結晶の育成
に使用する種結晶２１に結晶欠陥領域が含まれていない
ので、ＺｎＯの単結晶から良質なＺｎＯウェハーを得る
ことができる。

【００４０】従って、このようなＺｎＯウェハーを基材
として、この基材上にＺｎＯ薄膜を形成すれば、極めて
高品質のＺｎＯ薄膜を形成することが可能になる。よっ
て、このようなＺｎＯの単結晶を基材とし、この基材上
にＺｎＯ薄膜を形成して、例えば紫外線ＬＥＤや、レー
ザダイオード、透明トランジスタなどの半導体デバイス
を作成すれば、電気的・光学的特性や信頼性の優れた半
導体デバイスを実現することができる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の酸化亜鉛
育成用種結晶は、酸化亜鉛の単結晶からなる複数個の種
結晶素材を接合した１次種結晶の表面に酸化亜鉛薄膜を
成膜するので、これを種結晶として育成される単結晶に
は種結晶素材の接合部に発生する結晶欠陥領域の影響が
及ぼされず良好な酸化亜鉛単結晶を得ることができる。
そして、ａ軸と３本のｃ軸の方向と向きを合わせること
により、工業的に充分な精度と大きさの単結晶が得られ
る効果がある。したがって、このような種結晶から酸化
亜鉛の単結晶を育成すれば、これまでにない工業用途に
利用可能なサイズの単結晶を育成することが可能にな
る。

【００４２】また、酸化亜鉛の単結晶から切り出した複
数個の種結晶素材の接合に水熱合成法で当接部をエピタ
キシー成長を利用し、１次種結晶表面に酸化亜鉛薄膜を
育成する工程には気相成長を用いる酸化亜鉛育成用種結
晶の作成方法は、気相成長、水熱合成法の使い分けによ
りコストダウン、得られた単結晶の品質向上の両面の保
証がなされる効果も大きい。また１次種結晶表面の結晶
欠陥領域を覆う酸化亜鉛薄膜の厚さを規定し、作業標準
も確立されているのも実施を容易にする効果がある。

【００４３】この単結晶を第２の種結晶として利用する
と、工業用途に利用可能なサイズの単結晶を育成するの
に必要な種結晶が結晶軸合わせ等の工数を必要とせず
に、安価に供給でき、しかも常に必要なｃ軸長さの種結
晶の再生産が行える。従って、１度形成した種結晶で将
来に渡り、種結晶供給が可能となる。

【００４４】また、本手法を繰り返すことで所要のｃ軸
長さの種結晶が得られるので、大型のオートクレーブ導
入等による種結晶長大化の要求に対応可能である。更
に、良質のＺｎＯ単結晶が得られることから、例えば紫
外線ＬＥＤや、レーザダイオード、透明トランジスタな
どの半導体デバイスの電気的・光学的特性や信頼性等の
向上が期待できるのも大きな効果である。

【図面の簡単な説明】

【図１】水熱合成法でＺｎＯ単結晶の当接面を接合して
長い種結晶を形成する方法を説明する模式図である。

【図２】水熱合成法に使用される単結晶育成装置の断面
図である。

【図３】種結晶接合部の結晶欠陥領域近傍の気相成長法
による薄膜の形成状況を示す模式図である。

【図４】種結晶接合部の結晶欠陥領域内を示す模式図で
ある。

【図５】種結晶接合部近傍のａ軸の変化の状況を示す模
式図である。

【図６】ｃ軸方向に長い種結晶の作成方法を説明する図
である。

【符号の説明】

１、２０基材、２ＺｎＯ膜、３、５、２２種結
晶、２１１次種結晶、２３（ａ、ｂ、ｃ、・・・）
種結晶素材、１０、３０、４０ＺｎＯの単結晶、４１
接合面、４２ｃ軸、４３、４３ａａ軸、４４結
晶欠陥領域、４５白金線、１ＺｎＯ単結晶の薄板、
４７刃状転移、４７ａ螺旋転移、５１単結晶育
成装置、５２オートクレーブ、５４蓋体、５５固
着部、５６ヒーター、５７パッキン、６０育成容
器、６１フレーム、６２白金線、６４内部バッフル
板、６５外部バッフル板、６６原料、６７伝熱溶
液、７０ベローズ、７１育成溶液、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者清水湯隆東京都大田区中央５丁目６番11号東京電波株式会社内 (72)発明者堀川晃司東京都大田区中央５丁目６番11号東京電波株式会社内Ｆターム(参考） 4G077 AA02 AA03 BB07 CB03 DB01 ED01 HA02 HA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化亜鉛の単結晶からなる複数個の種結
晶素材を接合した１次種結晶と、上記１次種結晶の表面に成膜された酸化亜鉛薄膜と、か
らなることを特徴とする酸化亜鉛育成用種結晶。
【請求項２】酸化亜鉛の上記複数個の種結晶素材はｃ
軸の方向と向きが一致して接合されたことを特徴とする
請求項１に記載の酸化亜鉛育成用種結晶。
【請求項３】酸化亜鉛の上記複数個の種結晶素材はａ
軸方向がほぼ合致して接合されていることを特徴とする
請求項１に記載の酸化亜鉛育成用種結晶。
【請求項４】酸化亜鉛の上記複数個の種結晶素材が接
合された上記１次種結晶表面に成膜された上記酸化亜鉛
薄膜は気相成長で形成されたことを特徴とする請求項１
に記載の酸化亜鉛育成用種結晶。
【請求項５】酸化亜鉛の単結晶から切り出した複数個
の種結晶素材を、ｃ軸を延長する方向にｃ軸の向きを揃
え、かつ、ａ軸方向をほぼ合致させて当接し、水熱合成
法で上記当接部をエピタキシー成長させて接合して１次
種結晶とする工程と、上記１次種結晶表面に気相成長で酸化亜鉛薄膜を育成す
る工程と、からなることを特徴とする酸化亜鉛育成用種
結晶の作成方法。
【請求項６】上記酸化亜鉛薄膜は２乃至４μｍ以上の
厚さとされていることを特徴とする請求項５記載の酸化
亜鉛育成用種結晶の作成方法。