JP2004095843A - 電子デバイス用基板および電子デバイス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板2上に、面心立方構造の(111)配向膜または六方最密構造の(0001)配向膜である金属薄膜4と、ウルツァイト型構造の(0001)配向膜であるウルツァイト型薄膜5とを有し、これら両薄膜は、面内における結晶方位が相異なる少なくとも2種の結晶粒を含む多結晶膜であり、金属薄膜4が(111)配向膜である場合、金属薄膜4面内の<1−10>軸とウルツァイト型薄膜5面内の<11−20>軸とが平行であり、金属薄膜4が(0001)配向膜である場合、金属薄膜4面内の<11−20>軸とウルツァイト型薄膜5面内の<11−20>軸とが平行である電子デバイス用基板。
【選択図】 なし
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子デバイス用基板、具体的には、ウルツァイト型結晶構造を有する薄膜をSi単結晶基板上に備え、薄膜バルク振動子、SAW(弾性表面波)素子等の圧電効果利用のデバイス、LED(発光ダイオード)、レーザーダイオードなどの半導体発光素子、IC用のヒートシンク、光変調器、光スイッチ、OEIC(光・電子集積回路:opto−electronic integrated circuits )等の光学素子などに適用される電子デバイス用基板と、この基板を用いた電子デバイスとに関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体結晶基板であるSi基板上に、酸化物、窒化物などの機能膜を形成して集積化した電子デバイスが考案されている。例えば、半導体基板と誘電体薄膜とを組み合わせることにより、集積度のさらに高いLSI、SOI技術による誘電体分離LSIが検討されている。さらに、誘電体の一種である強誘電体からなる薄膜を用いると、不揮発性メモリ、赤外線センサ、光変調器および光スイッチ、OEIC等が構成可能である。また、半導体基板と超伝導体薄膜との組み合わせでは、SQUID、ジョセフソン素子、超伝導トランジスタ、電磁波センサ、超伝導配線LSIなどが構成可能であり、半導体基板と圧電体薄膜との組み合わせでは、SAW素子、コンボルバ、コリメータ、メモリ素子、イメージスキャナ、薄膜バルク振動子、フィルタなどが構成可能である。
【0003】
これらの機能膜を用いた電子デバイスにおいて、最適なデバイス特性を実現し、かつその再現性を確保するためには、機能膜の結晶性をできるだけ高くすることが望ましい。代表的な圧電体として広く知られているZnOやAlNはウルツァイト型の結晶構造をもっており、結晶の<0001>方向、すなわちc軸方向で高い圧電性が現れる。そのため、これらの材料を機能膜として用いる電子デバイスにおいては、機能膜をc面単一配向の高結晶性膜とすることが好ましい。
【0004】
このような事情から、本発明者の発明者らは、特開平11−260835号公報において、Si単結晶基板上に、ZrO2等からなるバッファ層を単結晶膜(エピタキシャル膜)として設け、その上に、Pt等からなる金属薄膜を単結晶膜として設け、さらに、その上に、ZnOやAlN等からなるウルツァイト型結晶構造をもつウルツァイト型薄膜を形成することにより、ウルツァイト型薄膜をc面単一配向の単結晶膜として設けることを提案している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
Si単結晶基板を用いた薄膜バルク振動子では、製造工程においてSi単結晶基板をKOH溶液などによって異方性エッチングすることによりビアホールを形成するため、Si(100)面が基板表面と平行となるように配向したSi単結晶基板を用いる必要がある。
【0006】
本発明の目的は、Si(100)基板上に、電極や反射層などとして利用される金属薄膜を有し、この金属薄膜上に、c面単一配向で高結晶性のウルツァイト型結晶構造の機能性薄膜を設けた構造を有し、優れた特性を示す電子デバイスを提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記(1)〜(12)の本発明により達成される。
(1) 少なくとも表面がSi(100)単結晶からなる基板上に、面心立方構造または六方最密構造を有する金属薄膜と、ウルツァイト型結晶構造を有するウルツァイト型薄膜をこの順で有し、
金属薄膜は、面心立方構造の(111)面が基板表面と平行となるように配向した(111)配向膜であるか、六方最密構造の(0001)面が基板表面と平行となるように配向した(0001)配向膜であり、
ウルツァイト型薄膜は、(0001)面が基板表面と平行になるように配向した(0001)配向膜であり、
金属薄膜およびウルツァイト型薄膜は、面内における結晶方位が相異なる少なくとも2種の結晶粒を含む多結晶膜であり、
金属薄膜が(111)配向膜である場合、金属薄膜面内の<1−10>軸とウルツァイト型薄膜面内の<11−20>軸とが平行となるように、ウルツァイト型薄膜が金属薄膜上にエピタキシャル成長しており、
金属薄膜が(0001)配向膜である場合、金属薄膜面内の<11−20>軸とウルツァイト型薄膜面内の<11−20>軸とが平行となるように、ウルツァイト型薄膜が金属薄膜上にエピタキシャル成長している電子デバイス用基板。
(2) 金属薄膜は、面内における結晶方位の相異なる2種の結晶粒を含み、
金属薄膜が(111)配向膜である場合、前記2種の結晶粒はそれぞれの<1−10>軸同士が直交しており、
金属薄膜が(0001)配向膜である場合、前記2種の結晶粒はそれぞれの<11−20>軸同士が直交している上記(1)の電子デバイス用基板。
(3) 基板と金属薄膜との間にバッファ層が存在し、このバッファ層は、その(001)面が基板と平行となり、かつ、面内の<100>軸が基板のSi(100)単結晶面内の<010>軸と平行となるようにエピタキシャル成長している上記(2)の電子デバイス用基板。
(4) 金属薄膜が(111)配向膜である場合、金属薄膜に含まれる前記2種の結晶粒の一方において、その<1−10>軸がバッファ層面内の<100>軸と平行であり、前記2種の結晶粒の他方において、その<1−10>軸がバッファ層面内の<010>軸と平行であり、
金属薄膜が(0001)配向膜である場合、金属薄膜に含まれる前記2種の結晶粒の一方において、その<11−20>軸がバッファ層面内の<100>軸と平行であり、前記2種の結晶粒の他方において、その<11−20>軸がバッファ層面内の<010>軸と平行である上記(3)の電子デバイス用基板。
(5) ウルツァイト型薄膜に含まれる前記2種の結晶粒の一方において、その<11−20>軸が、基板のSi(100)単結晶面内の<010>軸と平行であり、ウルツァイト型薄膜に含まれる前記2種の結晶粒の他方において、その<11−20>軸が、基板のSi(100)単結晶面内の<010>軸と直交している上記(4)の電子デバイス用基板。
(6) バッファ層が酸化ジルコニウムを主成分とする上記(3)〜(5)のいずれかの電子デバイス用基板。
(7) 金属薄膜の平均結晶粒径がウルツァイト型薄膜の平均結晶粒径よりも大きい上記(1)〜(6)のいずれかの電子デバイス用基板。
(8) 金属薄膜は、Pt、Au、Ir、Os、Re、Pd、RhおよびRuの少なくとも1種を主成分とする上記(1)〜(7)のいずれかの電子デバイス用基板。
(9) ウルツァイト型薄膜は、Al、GaおよびInから選択される少なくとも1種とNとを主成分とするAlGaInN型薄膜であるか、酸化亜鉛を主成分とするZnO型薄膜である上記(1)〜(8)のいずれかの電子デバイス用基板。
(10) 金属薄膜は、X線回折における(111)面または(0002)面の反射のロッキングカーブの半値幅が3°以下である上記(1)〜(9)のいずれかの電子デバイス用基板。
(11) 上記(1)〜(10)のいずれかの電子デバイス用基板のウルツァイト型薄膜上に、第2の金属薄膜を有し、ウルツァイト型薄膜を挟む一対の金属薄膜が電極として機能する電子デバイス。
(12) ウルツァイト型薄膜が圧電性を有するものであり、薄膜バルク振動子として機能する上記(11)の電子デバイス。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明の電子デバイスの構成例を、図1に模式的に示す。図1に示す電子デバイスは、基板2上に、バッファ層3、金属薄膜4およびウルツァイト型薄膜5をこの順で形成してなる電子デバイス用基板のウルツァイト型薄膜5上に、第2の金属薄膜6を形成したものである。ウルツァイト型薄膜5を挟む金属薄膜4および第2の金属薄膜6は、電極として機能する。基板2は、全体または表面付近がSi(100)単結晶から構成される。
【0009】
金属薄膜4およびウルツァイト型薄膜5
金属薄膜4は、面心立方構造を有する結晶または六方最密構造を有する結晶から構成される。ウルツァイト型薄膜5は、ウルツァイト型結晶構造を有する結晶から構成される。
【0010】
金属薄膜4は、面心立方構造である場合、その(111)面が基板2表面と平行となるように配向した(111)配向膜であり、六方最密構造である場合、その(0001)面が基板2表面と平行となるように配向した(0001)配向膜である。ウルツァイト型薄膜5は、ウルツァイト型結晶の(0001)面が基板2表面と平行になるように配向した(0001)配向膜である。
【0011】
本発明において、金属薄膜4およびウルツァイト型薄膜5はいずれも、面内における結晶方位が相異なる少なくとも2種の結晶粒を含む多結晶膜である。すなわち、これら両薄膜は、(111)配向や(0001)配向の単一配向膜ではあるが、単結晶膜ではない。
【0012】
本明細書における単一配向膜とは、X線回折による測定を行ったとき、目的とする面以外のものの反射のピーク強度が目的とする面の最大ピーク強度の10%以下、好ましくは5%以下である膜である。例えば、(0001)単一配向膜、すなわちc面単一配向膜は、膜の2θ−θX線回折で(000L)面以外の反射ピークの強度が、(000L)面反射の最大ピーク強度の10%以下、好ましくは5%以下の膜である。なお、本明細書において(000L)は、(0001)や(0002)などの等価な面を総称する表示である。また、例えば(111)単一配向膜は、(LLL)面以外の反射ピークの強度が、(LLL)面反射の最大ピーク強度の10%以下、好ましくは5%以下の膜である。なお、(LLL)は、(111)や(222)などの等価な面を総称する表示である。
【0013】
結晶方位は、結晶格子の向きを表す。単結晶では、すべての結晶格子の向きが同一である。一方、一般的に、無配向の多結晶体では1つの結晶粒内ではすべての結晶格子の向きが同一である(結晶方位が揃っている)が、その結晶方位は、他の結晶粒における結晶方位とは異なる。すなわち、結晶粒単位での結晶方位はランダムである。本発明における金属薄膜4およびウルツァイト型薄膜5は、一般的な多結晶体と同様に結晶粒単位での結晶方位がランダムであってもよいが、同一の結晶方位をもつ複数の結晶粒が存在してもよい。本発明において薄膜が、結晶方位の相異なる少なくとも2種の結晶粒を含むとは、同一の結晶方位をもつ結晶粒をまとめて1種と数えたときに、これが2種以上存在するということである。
【0014】
金属薄膜4が(111)配向膜である場合、ウルツァイト型薄膜5は、その面内の<11−20>軸と金属薄膜4面内の<1−10>軸とが平行となるように、金属薄膜4上にエピタキシャル成長している。一方、金属薄膜4が(0001)配向膜である場合、ウルツァイト型薄膜5は、その面内の<11−20>軸と金属薄膜4面内の<11−20>軸とが平行となるように、金属薄膜4上にエピタキシャル成長している。すなわち、(111)配向の金属薄膜4の特定の結晶粒に注目したとき、その結晶粒の<1−10>軸は、その結晶粒上に成長したウルツァイト型薄膜5の結晶粒の<11−20>軸と平行になっている。また、(0001)配向の金属薄膜4の特定の結晶粒に注目したとき、その結晶粒の<11−20>軸は、その結晶粒上に成長したウルツァイト型薄膜5の結晶粒の<11−20>軸と平行になっている。
【0015】
なお、本明細書では、結晶軸をたとえば<11−20>のように表示するが、この場合の「−2」とは上線を付した2を意味する。また、他の結晶軸や結晶面の表示におけるマイナス符号も、同様な意味である。
【0016】
金属薄膜4の平均結晶粒径をdMで表し、ウルツァイト型薄膜5の平均結晶粒径をdWで表したとき、好ましくは
1<dM/dWであり、より好ましくは
5≦dM/dW、さらに好ましくは
10≦dM/dW
である。後述する製造方法を用いた場合、dWを大きく変更することは困難であり、dWの範囲は、通常、1〜100nm、特に5〜50nmである。一方、dMは、製造条件を制御することにより比較的容易に変更できることがわかった。dMをdWよりも大きくすれば、金属薄膜4の大きな結晶粒上に、ウルツァイト型薄膜5の結晶粒が複数存在することになる。これら複数の結晶粒はいずれも、金属薄膜4の前記大きな結晶粒上にエピタキシャル成長しているため、前記複数の結晶粒において、膜面内における結晶軸の配向は同一である。すなわち、前記複数の結晶粒は、全体として1つの結晶(単結晶)と見なすことができるので、ウルツァイト型薄膜5の結晶性は優れたものとなり、電子デバイスとして優れた特性が得られる。
【0017】
ただし、dMを著しく大きくすることは困難であり、再現性よく実現できる範囲は、通常、
dM/dW≦1000であり、特に
dM/dW≦50
である。
【0018】
なお、ウルツァイト型薄膜5における前記複数の結晶粒は、膜面内における結晶軸の配向が同一であるにもかかわらず、隣り合う結晶粒との境界は明確である。この境界は透過型電子顕微鏡(TEM)において確認できる。また、走査型電子顕微鏡(SEM)の二次電子像では、凸状の結晶粒が並び、結晶粒界は溝状に凹んだものとなる。
【0019】
本明細書における平均結晶粒径は、以下のようにして求める。まず、TEM像において、視野面積を視野中の結晶粒の個数で除して、結晶粒1個あたりの平均面積を求める。次いで、この平均面積を有する円を想定し、その直径を求めて平均結晶粒径とする。
【0020】
前述したように、金属薄膜4は、面内における結晶方位がランダムであってもよいが、本発明では、適切なバッファ層3を設けることにより、以下に説明するように、面内における結晶方位の相異なる結晶粒が2種だけ存在する金属薄膜4を再現性よく形成することができる。
【0021】
図2および図3では、基板2、バッファ層3、金属薄膜4およびウルツァイト型薄膜5のそれぞれについて、表面原子によって形成される多角形を使って面内における結晶軸の配向を示す。金属薄膜3は、図2では面心立方構造の結晶から構成され、図3では六方最密構造の結晶から構成されている。
【0022】
基板2の(100)面とバッファ層3の(001)面とは、格子定数の相違が小さいため、すなわち前記特開平11−260835号公報に記載されている格子の不整合度が小さいため、基板2のSi(100)面の四角形にバッファ層3の(001)面の四角形が重なるように、バッファ層3はエピタキシャル成長する。
【0023】
図2において、バッファ層3の(001)面と金属薄膜4の(111)面とは格子定数の相違が小さいため、バッファ層3の(001)面の四角形と金属薄膜4の(111)面の六角形とが重なるように、金属薄膜4はエピタキシャル成長する。ただし、(111)面の六角形の一辺は、(001)面の四角形の直交する2辺のいずれに対しても整合性が高いため、(111)面の六角形は、図示するように向きが2種類となる。すなわち、金属薄膜4は、互いの<1−10>軸同士が直交した2種の結晶粒から構成されることになる。
【0024】
図3は、金属薄膜4の六角形が(0001)面であるほかは図2と同じであり、この(0001)面の六角形も、図2と同様に向きが2種類となる。この場合、金属薄膜4は、互いの<11−20>軸同士が直交した2種の結晶粒から構成されることになる。
【0025】
図2および図3に示される2種の結晶粒の個数比は特に限定されないが、通常、全結晶粒中における一方の結晶粒の個数比は0.1〜0.9程度となる。
【0026】
ウルツァイト型薄膜5の(0001)面における六角形は、金属薄膜4の(111)面の六角形と重なるようにエピタキシャル成長する。したがって、図2においては、金属薄膜4面内の<1−10>軸とウルツァイト型薄膜5面内の<11−20>軸とが平行となるように、ウルツァイト型薄膜5が金属薄膜4上にエピタキシャル成長する。また、図3においては、金属薄膜4面内の<11−20>軸とウルツァイト型薄膜5面内の<11−20>軸とが平行となるように、ウルツァイト型薄膜5が金属薄膜4上にエピタキシャル成長する。
【0027】
また、図2および図3において、ウルツァイト型薄膜5に含まれる前記2種の結晶粒の一方において、その<11−20>軸は、基板2のSi(100)単結晶面内の<010>軸と平行となり、ウルツァイト型薄膜5に含まれる前記2種の結晶粒の他方において、その<11−20>軸は、基板2のSi(100)単結晶面内の<010>軸と直交している。
【0028】
なお、実際の膜中においては結晶格子に歪みが生じていることもあるため、本明細書において直交または平行と表現している結晶軸同士であっても、厳密には直交していなかったり平行ではなかったりすることがある。ただし、本発明における直交または平行は、格子歪みなどに起因する直交または平行からの微小なずれを許容する概念とする。
【0029】
本発明の電子デバイス用基板において、金属薄膜は主に電極として機能する。ZnOやAlNなどのウルツァイト型化合物薄膜を機能膜として利用した電子部品、たとえば、光変調器、薄膜バルク振動子などでは、機能膜の厚さ方向に電界を印加することにより、部品としての諸機能が発現する。このような用途では、機能膜の下側に電極が必要となる。また、LEDやレーザーダイオード等の発光素子では、高輝度化が重要である。半導体薄膜の高品質化によっても高輝度化は達成可能であるが、素子中に発光光を反射する機能を設ければ、高輝度化を容易に達成できることがある。例えば、反射層として働く薄膜を素子中の適当な位置に配置して、素子外部への発光の放出を助長することが可能である。本発明における金属薄膜は、このような反射層として機能させることができる。また、金属薄膜は、薄膜積層体中において応力を吸収する役割を果たすので、金属薄膜の上に形成される薄膜のクラック発生を防ぐ効果も示す。
【0030】
また、金属薄膜は、その上に形成される薄膜との間で格子定数を好ましくマッチングさせることにより、結晶性の高い薄膜を形成する役割を果たす。このためには、金属薄膜は結晶性および表面平坦性に優れることが好ましい。
【0031】
高特性の電子デバイス用基板を製造するためには、金属薄膜4およびウルツァイト型薄膜4が結晶性および表面平坦性に優れるものであることが好ましい。具体的には、金属薄膜4では、X線回折における面心立方構造(111)面または六方最密構造(0002)面の反射のロッキングカーブの半値幅が3°以下となる程度の結晶性を有していることが好ましく、ウルツァイト型薄膜5では、X線回折における(0002)面の反射のロッキングカーブの半値幅が3°以下となる程度の結晶性を有していることが好ましい。
【0032】
金属薄膜4およびウルツァイト型薄膜5におけるロッキングカーブの半値幅の下限値は特になく、小さいほど好ましいが、現在のところ、ロッキングカーブの半値幅の下限値は、一般に0.5°程度である。
【0033】
なお、薄膜の表面を研磨して、平坦性を向上させてもよい。研磨には、アルカリ溶液等を用いる化学的研磨、コロイダルシリカ等を用いる機械的研磨、化学的研磨と機械的研磨との併用などを利用すればよい。
【0034】
金属薄膜4は、Pt、Au、Ir、Os、Re、Pd、RhおよびRuの少なくとも1種を主成分とすることが好ましく、これらの金属の単体またはこれらの金属を含む合金から構成されることが好ましい。なお、Pt、Au、Ir、PdおよびRhは面心立方構造となり、Os、ReおよびRuは六方最密構造となる。
【0035】
金属薄膜の厚さは用途により異なるが、好ましくは5〜500nm、より好ましくは50〜250nmであり、結晶性、表面性を損なわない程度に薄いことが好ましい。より具体的には、反射鏡として十分に機能させるためには、厚さを30nm以上とすることが好ましく、100nm以下の厚さで十分な反射能が得られる。また、電極として十分に機能させるためには、厚さを50〜500nmとすることが好ましい。
【0036】
ウルツァイト型薄膜5の組成は特に限定されず、目的とする電子デバイス用基板に必要な特性が得られるように適宜決定すればよい。例えば、組成によって格子定数および熱膨張係数を調整することが可能なので、電子デバイス用基板上に形成する薄膜の格子定数や熱膨張係数に応じた組成を選択すればよい。ただし、好ましくは、以下に説明するAlGaInN型薄膜またはZnO型薄膜からウルツァイト型薄膜5を構成する。
【0037】
AlGaInN型薄膜は、Al、GaおよびInから選択される少なくとも1種とNとを主成分とする。その組成は特に限定されないが、実質的にGaxInyAl1−x−yN(0≦x≦1、0≦x+y≦1)で表される組成を有することが好ましい。AlGaInN型薄膜は、n型やp型の半導体膜であってもよい。半導体化した場合には、窒化物半導体装置の一部として利用することができる。半導体化を行う場合には、例えばSiやMgなど、GaxInyAl1−x−yNの半導体化において公知のドーピング元素を添加すればよい。また、P−N接合やダブルヘテロ接合をもつように多層化した構成としてもよい。ZnO型薄膜は、酸化亜鉛を主成分とし、好ましくは実質的にZnOから構成される。ZnO型薄膜にLiを添加すると、抵抗が高くなったり強誘電性が現れたりするため、必要に応じLiまたはLiの酸化物を添加してもよい。
【0038】
ウルツァイト型薄膜5の厚さは、好ましくは5nm〜50μm、より好ましくは0.1〜10μmである。ウルツァイト型薄膜5が薄すぎると、用途によっては高特性の電子デバイス用基板が得られなくなる。一方、ウルツァイト型薄膜5が厚すぎると、生産性が低くなる。なお、本発明の電子デバイス用基板をSAW素子用の基板に適用する場合、ウルツァイト型薄膜5を伝搬する弾性表面波が伝搬速度の遅いSi基板の影響を受けないように、ウルツァイト型薄膜5の厚さを3μm程度以上とすることが好ましい。
【0039】
ウルツァイト型薄膜5は、組成の異なる2種以上の薄膜を積層したものであってもよく、厚さ方向において組成が徐々に変化する傾斜構造膜であってもよい。
【0040】
バッファ層3
バッファ層3の組成および結晶性は、その上にどのような金属薄膜4を形成するかによって適宜選択する。
【0041】
金属薄膜4を、面内における結晶方位がランダムな多結晶膜とする場合には、SiO2などの酸化ケイ素、Si3N4などの窒化ケイ素、Al2O3などの酸化アルミニウム、または、AlNなどの窒化アルミニウムからバッファ層3を構成すればよい。また、バッファ層3の構成材料としては、これらの酸化物および窒化物から選択される2種以上の化合物を含有する酸化物、窒化物または酸窒化物を用いてもよい。このうち窒化アルミニウムは結晶質であることが好ましく、そのほかの化合物は非晶質であることが好ましい。
【0042】
金属薄膜4を、図2および図3に示されるように、面内における結晶方位の相異なる2種の結晶粒から構成する場合には、酸化ジルコニウムを主成分とするバッファ層3を設けることが好ましい。
【0043】
酸化ジルコニウムを主成分とするバッファ層は、ZrO2などの酸化ジルコニウムだけから構成することが最も好ましいが、希土類元素の酸化物を含有する安定化ジルコニアであってもよい。本明細書において希土類元素とは、ランタノイド、ScおよびYから選択される元素である。
【0044】
希土類元素の酸化物は、Yb2O3、Tm2O3、Er2O3、Y2O3、Ho2O3、Gd2O3、Dy2O3、Tb2O3、Pr2O3、Nd2O3、CeO2、Eu2O3、Sm2O3、La2O3、Sc2O3およびLu2O3から少なくとも1種を選択することが好ましく、その上に形成される薄膜に対する格子定数のマッチングを考慮すると、Yb2O3、Sc2O3およびLu2O3から少なくとも1種を選択することがより好ましい。希土類元素を2種以上含むとき、その比率は任意である。
【0045】
酸化ジルコニウムを主成分とするバッファ層3は、化学量論組成の酸化物から構成されることが好ましいが、化学量論組成から偏倚していてもよい。
【0046】
ZrO2は、高温から室温にかけて立方晶→正方晶→単斜晶と相転移を生じる。立方晶を安定化するために希土類元素を添加したものが、安定化ジルコニアである。Zr1−xRxO2−δ膜の結晶性はxの範囲に依存する。Jpn. J. Appl. Phys. 27 (8)L1404−L1405 (1988)に報告されているように、xが0.2未満である組成域では正方晶または単斜晶の結晶になる。
【0047】
図2および図3に示される結晶方位をもつ金属薄膜4を形成するためには、酸化ジルコニウムを主成分とするバッファ層を、単斜晶または正方晶であって、その(001)面が基板2と平行に配向した(001)配向膜として形成することが好ましく、特に単斜晶(001)配向膜として形成することが好ましい。
【0048】
酸化ジルコニウムを主成分とするバッファ層では、酸化ジルコニウムの純度が高いほど絶縁抵抗も高くなり、リーク電流も小さくなることから、絶縁特性を必要とする場合には酸化ジルコニウムの純度は高いほうが好ましい。薄膜中の酸素を除く構成元素中におけるZrの比率は、好ましくは93mol%超、より好ましくは95mol%以上、さらに好ましくは98mol%以上、最も好ましくは99.5mol%以上である。高純度の酸化ジルコニウム薄膜において、酸素およびZrを除く構成元素は、通常、希土類元素やPなどである。なお、Zrの比率の上限は、現在のところ99.99mol%程度である。また、現在の高純度化技術ではZrO2とHfO2との分離は難しいので、ZrO2の純度は、通常、Zr+Hfでの純度を指している。したがって、本明細書におけるZrO2の純度は、HfとZrとを同元素とみなして算出された値であるが、HfO2は本発明におけるバッファ層においてZrO2と全く同様に機能するため、問題はない。
【0049】
酸化ジルコニウムを主成分とするバッファ層には、特性改善のために添加物を導入してもよい。例えば、CaやMgなどのアルカリ土類元素をドーピングすると、膜のピンホールが減少し、リークを抑制することができる。また、AlおよびSiは、膜の抵抗率を向上させる効果がある。さらに、Mn、Fe、Co、Niなどの遷移元素は、膜中において不純物による準位(トラップ準位)を形成することができ、この準位を利用することにより導電性の制御が可能になる。
【0050】
酸化ジルコニウムを主成分とするバッファ層の好ましい厚さは、好ましくは5〜500nm、より好ましくは10〜50nmである。このバッファ層が薄すぎたり厚すぎたりすると、結晶性、表面性および絶縁性のすべてを同時に満足することが困難となる。一方、そのほかのバッファ層、すなわち、酸化ケイ素などから構成される前記したバッファ層の厚さも、表面性および絶縁性を考慮して、酸化ジルコニウムを主成分とするバッファ層と同程度とすることが好ましい。
【0051】
なお、バッファ層は、組成の異なる2種以上の薄膜を2層以上積層した積層体であってもよく、厚さ方向において組成が徐々に変化する傾斜構造膜であってもよい。積層体からなるバッファ層としては、たとえば、酸化ケイ素薄膜と窒化アルミニウム薄膜とを2層または3層以上交互に積層したものや、窒化ケイ素薄膜と窒化アルミニウム薄膜とを2層または3層以上交互に積層したものが挙げられる。これらの積層構造バッファ層において、各薄膜の積層順は特に限定されない。このような積層構造とすることで、薄膜振動子に用いた場合に、バッファ層を音響反射膜として機能させることができる。この場合、バッファ層を構成する各薄膜の厚さは、反射させるべき音波の波長の1/4程度とすることが好ましい。
【0052】
基板2
基板2の表面は、Si単結晶の(100)面から構成される。基板2全体がSi(100)単結晶から構成されていてもよく、基板2の表面付近だけがSi(100)単結晶から構成されていてもよい。条件によっては基板上に形成される各種薄膜にクラックが生じる場合があるが、基板の厚さを好ましくは10〜100μm程度、より好ましくは25〜75μm程度と薄くすることにより、このようなクラックの発生を抑えることができる。
【0053】
本発明で用いるSi単結晶基板は、サファイア基板やSiC単結晶基板に比べ安価であるため、安価な電子デバイス用基板が実現できる。
【0054】
電子デバイス
本発明の電子デバイス用基板は、そのままで、または、ウルツァイト型薄膜5上に第2の金属薄膜6を設けることで、LEDやレーザーダイオードのほか、前述したように、不揮発性メモリ、赤外線センサ、光変調器、光スイッチ、OEIC、SQUID、ジョセフソン素子、超伝導トランジスタ、電磁波センサ、超伝導配線LSI、SAW素子、コンボルバ、コリメータ、メモリ素子、イメージスキャナ、薄膜バルク共振器、各種フィルタなどの様々なデバイスに適用可能である。
【0055】
薄膜バルク振動子
Si基板上に圧電膜等の機能膜を設けた電子デバイスの一例として、薄膜バルク振動子の構成例を図5に示す。
【0056】
図5に示す薄膜バルク振動子は、Si(100)単結晶からなり、ビアホール1が形成された基板2を有し、基板2上に、バッファ層3、金属薄膜(下部電極)4、ウルツァイト型薄膜(圧電膜)5および第2の金属薄膜(上部電極)6をこの順で設けたものである。ビアホール1は、図中下面側からSi(100)単結晶を異方性エッチングすることにより形成したものであり、このビアホール1により、その上に積層された薄膜がダイヤフラムを構成している。基板2の下面は、ダイボンド剤10によりパッケージ11の底面に接着され、パッケージ11の上部は蓋13により封止されている。なお、この構造は、基板上に各薄膜を形成し、エッチング加工した後、ダイシング装置を用いてチップに分割し、このチップをパッケージに接着することにより作製した。パッケージ11内には、外部と連絡する外部接続端子A、Bが存在し、これらは、ワイヤ12を介して金属薄膜4、第2の金属薄膜6とそれぞれ電気的に接続している。
【0057】
基板2は、ビヤホール1をSi単結晶の異方性エッチングにより形成する必要上、基板表面と平行に立方晶(100)面が配向したSi(100)単結晶から構成される。
【0058】
窒化物半導体装置
本発明において、半導体化したウルツァイト型窒化物をウルツァイト型薄膜5に用いれば、窒化物半導体薄膜を有する半導体基板を提供できる。
【0059】
本発明の電子デバイス用基板を窒化物半導体装置に適用する場合、窒化物からなるウルツァイト型薄膜を半導体化する構成とすることが好ましいが、必要に応じ、ウルツァイト型薄膜上に窒化物半導体層を形成する構成としてもよい。そして、さらに電極などを付加して窒化物半導体装置を構成する。
【0060】
窒化物からなるウルツァイト型薄膜上にさらに窒化物半導体層を設ける理由は、以下のとおりである。窒化物からなるウルツァイト型薄膜を形成する際に、基板温度が高いと成長核を均一に形成することが比較的難しくなるため、良好な表面性が得られにくくなる。一方、基板温度が低いと、成長核が均一に形成されても結晶性を良好とすることが比較的難しくなる。したがって、単一の窒化物薄膜からなるウルツァイト型薄膜において、良好な表面性と高結晶性とを両立させることが困難な場合には、窒化物からなるウルツァイト型薄膜を比較的低温で形成して下地とした後、その上に窒化物半導体層を比較的高温で形成すればよい。この場合において、ウルツァイト型薄膜と窒化物半導体層とは組成が異なっていてもよく、同じであってもよい。
【0061】
窒化物半導体層は、半導体化したAlGaInN型薄膜と同様に形成することができる。窒化物半導体層の厚さは、その機能によっても異なるが、通常、2nm〜5μm程度とすることが好ましい。
【0062】
本発明の電子デバイス用基板を利用した窒化物半導体装置の用途は特に限定されず、窒化物半導体層の高結晶性および平坦性を利用した各種用途に好ましく適用できる。具体的には、例えば、1層の窒化物半導体層上にショットキー電極を形成してショットキーダイオードを構成したり、複数の窒化物半導体層を設けてpn接合を形成し、ダイオード、トランジスタ、太陽電池等を構成したり、さらに活性層を設けて発光ダイオードを構成したり、共振構造としてレーザーダイオードを構成したりすることができる。
【0063】
製造方法
本発明の電子デバイス用基板を製造するに際し、各薄膜の形成方法は特に限定されないが、バッファ層および金属薄膜の形成には、本出願人による特開平8−109099号公報に記載された方法に準じて蒸着法を用いることが好ましい。また、ウルツァイト型薄膜の形成には、スパッタリング法、MOVPE(有機金属気相成長)法またはMBE(分子線エピタキシー)法を用いることが好ましく、特に、スパッタリング法を用いることが好ましい。MOVPE法では基板温度を1000℃程度と高くする必要があるが、本発明者らの実験によれば、スパッタリング法では、基板を外部から加熱しなくても高結晶性のウルツァイト型薄膜の形成が可能であることがわかった。ただし、結晶性をより高くするためには、基板を200℃以上の温度まで加熱することが好ましい。なお、基板の加熱温度の上限は特にないが、通常の加熱手段である電気ヒータを用いる場合、800℃を超える温度まで基板を加熱することは困難であり、また、800℃を超える温度まで基板を加熱してもウルツァイト型薄膜の結晶性は顕著には向上しないので、基板の加熱温度は800℃を超える必要はない。また、スパッタリング法はMOVPE法と異なり、薄膜の内部応力を多種類の条件、例えばガス圧、基板−ターゲット間距離、入力パワーなどによって自在に制御できるので、内部応力を小さくすることが容易である。
【0064】
本発明において、金属薄膜4の平均結晶粒径dMを大きくすることにより前記dM/dWを大きくするため、および、図2および図3に示すように、面内における結晶方位の相異なる2種の結晶粒を形成するためには、金属薄膜4を、以下に説明する条件下で形成することが望ましい。
【0065】
この条件としては、まず、金属薄膜4を蒸着法により形成するに際し、形成初期に、真空槽中に酸素プラズマを導入することである。酸素プラズマの導入は、たとえば、酸素ガスを真空槽中に導入するとともに、真空槽内に高周波電界を印加することで行うことができる。酸素プラズマを導入する期間は、形成開始時(膜厚がゼロのとき)から膜厚が1〜50nmとなるまでの間、特に5〜20nmとなるまでの間とすることが好ましい。ただし、酸素プラズマ導入期間を上記のように制御しても、金属薄膜4の膜厚(最終膜厚)が薄い場合には金属薄膜4に混入する酸素量が多くなりすぎて好ましくないため、酸素プラズマ導入終了時の膜厚が、最終膜厚の50%を超えないように、特に20%を超えないように、酸素プラズマ導入期間を制御することが好ましい。蒸着時の酸素プラズマの導入量は、酸素ガスの導入量で表して1〜100sccm、特に5〜50sccmとすることが好ましい。酸素導入期間が短すぎたり酸素プラズマ導入量が少なすぎたりすると、所望の金属薄膜が得られにくい。一方、酸素導入期間が長すぎたり酸素プラズマ導入量が多すぎたりすると、金属薄膜に酸素が多量に混入し、良好な特性が得られなくなる。
【0066】
また、金属薄膜4を蒸着法により形成する際の基板温度は、好ましくは300〜800℃、より好ましくは500〜600℃である。基板温度が低すぎると、良好な結晶性をもつ金属薄膜が得られなくなったり、金属薄膜とバッファ層との密着性が悪化したりする。一方、基板温度が高すぎると、金属薄膜の表面性が悪化したり、ピンホールが発生したりする。
【0067】
また、金属薄膜の成膜速度は、好ましくは0.01〜1nm/s、より好ましくは0.02〜0.1nm/sである。成膜速度が遅すぎると、残留ガス等による金属薄膜中へのコンタミネーションが生じやすくなることや、金属薄膜の形成に長時間を要して製造時のスループットが低下することなどの問題が起こる。一方、成膜速度が速すぎると、金属薄膜の結晶性が悪化したり、結晶粒径が小さくなりすぎたりする。
【0068】
【実施例】
以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。
【0069】
実施例1
表面が(100)面となるように切断、鏡面研磨したSi単結晶からなる厚さ250μm、抵抗率1000Ω・cmのSi(100)基板2を準備し、その表面を、40%フッ化アンモニウム水溶液によりエッチング洗浄した。この基板2上に、ZrO2からなるバッファ層3、Ptからなる金属薄膜4およびAlNからなるウルツァイト型薄膜5を以下の手順で形成し、電子デバイス用基板サンプルを得た。
【0070】
まず、図4に示す蒸着装置101を用い、その真空槽101a内に設置された、回転軸104およびモータ105による回転機構と、ヒータ106による加熱機構とを備えた基板ホルダ103に、基板2を固定し、真空槽内を6×10−4Paまで油拡散ポンプにより排気した。次に、基板洗浄面をSi酸化物により保護するために、まず、基板を20rpmで回転させ、酸化性ガス供給装置107の酸化性ガス供給ノズル108から、酸素を基板付近に25cc/分の割合で導入しながら、600℃に加熱した。これにより熱酸化が生じて、基板表面に厚さ約1nmのSi酸化物層が形成された。
【0071】
次に、基板2を900℃に加熱し、20rpmで回転させると共にノズル108から酸素ガスを25cc/分の割合で導入しながら、Zr蒸発部109から金属Zrを蒸発させて基板2表面に供給した。これにより、前工程で形成したSi酸化物の還元とバッファ層3の形成とを行った。このバッファ層3の厚さは、10nmとした。
【0072】
次に、バッファ層3を表面に有する基板2を600℃に加熱し、20rpmで回転させながら、厚さ150nmの金属薄膜4を蒸着法により形成した。蒸着に際しては、蒸着開始時から膜厚が10nmとなるまで、酸素ガス流量10sccm、RF出力100Wで酸素プラズマを導入した。なお、金属薄膜4の成膜速度は、0.06nm/sとした。
【0073】
次に、金属薄膜4上に、Ar+N2雰囲気中におけるRFマグネトロンスパッタリング法を用いて厚さ1.7μmのウルツァイト型薄膜5を形成した。ターゲットには金属Alを用い、基板温度は200℃とした。
【0074】
得られたサンプルにおける各薄膜の結晶性を、X線回折により評価した。サンプルのθ−2θX線回折の結果を図7に示す。図7では、基板2に由来するSiの回折線を除き、AlN(0002)、Pt(111)およびZrO2(002)の各面の面間隔に相当する回折線だけが認められる。この結果から、バッファ層3はZrO2(001)単一配向膜、金属薄膜4はPt(111)単一配向膜、ウルツァイト型薄膜5はAlN(0001)単一配向膜であることがわかる。
【0075】
図8にPt(111)のX線ロッキングカーブを、図9にAlN(0002)のX線ロッキングカーブをそれぞれ示す。ロッキングカーブの半値幅は、Ptからなる金属薄膜4が0.62°、AlNからなるウルツァイト型薄膜5が1.2°であり、これらがともに配向性の高い膜であることがわかる。
【0076】
サンプルを作製する際に、各薄膜形成後に反射高速電子線回折(RHEED:Reflection High Energy Electron Diffraction)による評価を行った。RHEED評価は、膜面内における結晶軸の配向の指標となる。図10に、AlNからなるウルツァイト型薄膜5のRHEEDパターンを示す。図10に示すパターンは、電子線がAlN単結晶の(0001)面に対して[2−1−10]方向から入射したときのパターンと、[10−10]方向から入射したときのパターンとが重なったものである。図10に示すRHEEDパターンは、Si(100)基板2のSi[010]と等価な方向およびそこから30°回転させた方向で観察された。また、Ptからなる金属薄膜4のRHEEDパターンでは、Pt(111)面に対して[1−10]方向と[11−2]方向から電子線を入射させたときのパターンとが重なったパターンが、Si[010]と等価な方向およびそこから30°回転させた方向で観察された。この結果から、このサンプルにおける基板および各薄膜の面内における結晶方位は、図4に示すものとなっていることがわかった。図4における結晶方位は、図2におけるそれと等価である。
【0077】
作製したサンプルの金属薄膜4をその上面から撮影したTEM像を、図11に示す。図11から、金属薄膜4が、粒径200nm程度の結晶粒から構成された多結晶膜であることがわかる。
【0078】
ウルツァイト型薄膜5形成後にその上面から撮影したSEM像を、図12に示す。図12では、膜表面に、径が数十ナノメートルの粒状の凸部が認められ、隣り合う凸部の間は溝状に凹んでいる。図12から、ウルツァイト型薄膜5は、面内における粒径が数十ナノメートルの結晶粒から構成された多結晶膜であることがわかる。ウルツァイト型薄膜5形成後にその上面から撮影したTEM像を、図13に示す。図13では、径10〜20nm程度の六角形が連なった模様が見られる。この結果と、図12に示すSEM像とから、ウルツァイト型薄膜5は、粒径10〜20nm程度の結晶粒から構成されていることがわかる。
【0079】
金属薄膜4の平均結晶粒径dMとウルツァイト型薄膜5の平均結晶粒径dWとを前記した手順で求め、dM/dWを算出したところ、
dM=194nm、
dW=10.6nm、
dM/dW=18.3
であった。
【0080】
なお、図13に示すウルツァイト型薄膜5のTEM像では、右下にモアレ模様の帯が見られ、ここを境にして格子の方向が30°ずれている。この帯は、下地であるPt結晶粒の境界に相当し、この境界を挟んで下地のPt結晶の面内方位が30°ずれているものと考えられる。AlNの結晶粒は、より大きなPt結晶粒上にエピタキシャル成長しており、一つのPt結晶粒上に存在するすべてのAlN結晶粒は、面内の方位がほぼ一致するように成長している。
【0081】
また、図13では、隣り合い、かつ面内方位が同じである結晶粒の間に、格子の歪みや欠陥が見られる。これらは、AlNのそれぞれの結晶粒が柱状に成長する際に、隣接する結晶粒同士が周期性が僅かにずれた状態で結合する結果として現れる歪みに起因していると考えられる。
【0082】
実施例2
基板2上に、バッファ層3、金属薄膜(下部電極)4およびウルツァイト型薄膜(圧電膜)5を実施例1と同様にして形成し、その上に、Alからなる厚さ300nmの第2の金属薄膜(上部電極)6をスパッタリング法により形成することにより、薄膜バルク振動子を作製した。基板2には、KOH溶液による異方性エッチングによりビアホールを形成した。
【0083】
この薄膜バルク振動子の特性を測定したところ、共振周波数frが1.786GHz、反共振周波数faが1.835GHz、実効的電気機械結合係数(fa2−fr2)/fr2が5.5%、共振・反共振のインピーダンス差が約50dBである良好な共振特性が得られた。この実効的電気機械結合係数は、単結晶AlNの材料定数から計算によって求めた値である6%に近いものである。
【0084】
実施例3
表面が(100)面となるように切断、鏡面研磨したSi単結晶からなる厚さ250μm、抵抗率500Ω・cmのSi(100)基板2を準備し、洗浄した後、厚さ1.4μmのAlN膜と厚さ0.8μmのSiO2膜とをこの順で交互に繰り返し積層し、さらに厚さ50nmのAlN膜を1層形成することにより、合計9層の膜からなるバッファ層3を得た。各膜はスパッタリング法により形成した。バッファ層3において、SiO2膜は非晶質膜であり、AlN膜はc軸配向膜であることがX線回折より確認された。このバッファ層3上に、Ptからなる厚さ150nmの金属薄膜4およびZnOからなる厚さ0.8μmのウルツァイト型薄膜5を形成して、電子デバイス用基板サンプルとした。金属薄膜4は、基板温度600℃、成膜速度0.06nm/sで蒸着法により形成した。ウルツァイト型薄膜5は、Ar+O2雰囲気中におけるRFマグネトロンスパッタリング法を用い、ターゲットをZnOとして、基板加熱は行わずに形成した。
【0085】
このサンプルについて、X線回折、RHEEDおよびTEMにより結晶構造の解析を行ったところ、金属薄膜4およびウルツァイト型薄膜5は、それぞれ(111)単一配向および(0001)単一配向の多結晶膜であり、また、金属薄膜4面内の<1−10>軸とウルツァイト型薄膜5面内の<11−20>とが平行であることが確認された。ウルツァイト型薄膜5において、ZnO(0002)のロッキングカーブの半値幅は2.5°であり、高結晶性の膜であることが確認された。また、金属薄膜4およびウルツァイト型薄膜5の結晶粒径をTEMおよびSEMにより測定したところ、
dM=200nm、
dW=19nm、
dM/dW=10.5
であった。
【0086】
実施例4
基板2上に、バッファ層3、金属薄膜(下部電極)4およびウルツァイト型薄膜(圧電膜)5を実施例3と同様にして形成し、その上にAlからなる厚さ300nmの第2の金属薄膜(上部電極)6をスパッタリング法により形成することにより、薄膜バルク振動子を作製した。この構造では、AlN膜とSiO2膜との積層体からなるバッファ層3が音響反射膜として機能するため、ビアホールは形成しなかった。
【0087】
この薄膜バルク振動子の特性を測定したところ、共振周波数frが2.0GHz、反共振周波数faが2.06GHz、実効的電気機械結合係数(fa2−fr2)/fr2が6.0%、共振・反共振のインピーダンス差が約50dBである良好な共振特性が得られた。この実効的電気機械結合係数は、単結晶ZnOの材料定数から計算によって求めた値に近いものであった。
【0088】
【発明の効果】
本発明では、多結晶膜である金属薄膜上に、ウルツァイト型化合物をエピタキシャル成長させて結晶性の良好な多結晶ウルツァイト型薄膜を形成できる。金属薄膜は、電子デバイス中において電極層や反射層として利用できるので、本発明では、電子デバイスに、その特性低下を招くことなく電極層や反射層を組み込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電子デバイスの構成例を示す断面図である。
【図2】本発明の電子デバイス用基板において、基板およびその上に形成される各薄膜の面内における結晶方位を示す模式図である。
【図3】本発明の電子デバイス用基板において、基板およびその上に形成される各薄膜の面内における結晶方位を示す模式図である。
【図4】本発明の電子デバイス用基板において、基板およびその上に形成される各薄膜の面内における結晶方位を示す模式図である。
【図5】薄膜バルク振動子の構成例を示す断面図である。
【図6】本発明の電子デバイス用基板の製造に用いられる蒸着装置の一例を示す図である。
【図7】実施例で作製したSi(100)/ZrO2/Pt/AlN積層構造のθ−2θX線回折の結果を示す回折線図である。
【図8】実施例で作製したSi(100)/ZrO2/Pt/AlN積層構造におけるPt(111)のX線ロッキングカーブである。
【図9】実施例で作製したSi(100)/ZrO2/Pt/AlN積層構造におけるAlN(0002)のX線ロッキングカーブである。
【図10】結晶構造を示す図面代用写真であって、実施例で作製したSi(100)/ZrO2(001)/Pt(111)/AlN(0001)積層構造におけるAlN(0001)のRHEEDパターンであり、電子線の入射方向はSi[010]方向である。
【図11】結晶構造を示す図面代用写真であって、実施例で作製したSi(100)/ZrO2(001)/Pt(111)積層構造におけるPt(111)を、上面から撮影したTEM像である。
【図12】結晶構造を示す図面代用写真であって、実施例で作製したSi(100)/ZrO2(001)/Pt(111)/AlN(0001)積層構造におけるAlN(0001)を、上面から撮影したSEM像である。
【図13】結晶構造を示す図面代用写真であって、実施例で作製したSi(100)/ZrO2(001)/Pt(111)/AlN(0001)積層構造におけるAlN(0001)を、上面から撮影したTEM像である。
【符号の説明】
2 基板
3 バッファ層
4 金属薄膜
5 ウルツァイト型薄膜
6 第2の金属薄膜
Claims (12)
- 少なくとも表面がSi(100)単結晶からなる基板上に、面心立方構造または六方最密構造を有する金属薄膜と、ウルツァイト型結晶構造を有するウルツァイト型薄膜をこの順で有し、
金属薄膜は、面心立方構造の(111)面が基板表面と平行となるように配向した(111)配向膜であるか、六方最密構造の(0001)面が基板表面と平行となるように配向した(0001)配向膜であり、
ウルツァイト型薄膜は、(0001)面が基板表面と平行になるように配向した(0001)配向膜であり、
金属薄膜およびウルツァイト型薄膜は、面内における結晶方位が相異なる少なくとも2種の結晶粒を含む多結晶膜であり、
金属薄膜が(111)配向膜である場合、金属薄膜面内の<1−10>軸とウルツァイト型薄膜面内の<11−20>軸とが平行となるように、ウルツァイト型薄膜が金属薄膜上にエピタキシャル成長しており、
金属薄膜が(0001)配向膜である場合、金属薄膜面内の<11−20>軸とウルツァイト型薄膜面内の<11−20>軸とが平行となるように、ウルツァイト型薄膜が金属薄膜上にエピタキシャル成長している電子デバイス用基板。 - 金属薄膜は、面内における結晶方位の相異なる2種の結晶粒を含み、
金属薄膜が(111)配向膜である場合、前記2種の結晶粒はそれぞれの<1−10>軸同士が直交しており、
金属薄膜が(0001)配向膜である場合、前記2種の結晶粒はそれぞれの<11−20>軸同士が直交している請求項1の電子デバイス用基板。 - 基板と金属薄膜との間にバッファ層が存在し、このバッファ層は、その(001)面が基板と平行となり、かつ、面内の<100>軸が基板のSi(100)単結晶面内の<010>軸と平行となるようにエピタキシャル成長している請求項2の電子デバイス用基板。
- 金属薄膜が(111)配向膜である場合、金属薄膜に含まれる前記2種の結晶粒の一方において、その<1−10>軸がバッファ層面内の<100>軸と平行であり、前記2種の結晶粒の他方において、その<1−10>軸がバッファ層面内の<010>軸と平行であり、
金属薄膜が(0001)配向膜である場合、金属薄膜に含まれる前記2種の結晶粒の一方において、その<11−20>軸がバッファ層面内の<100>軸と平行であり、前記2種の結晶粒の他方において、その<11−20>軸がバッファ層面内の<010>軸と平行である請求項3の電子デバイス用基板。 - ウルツァイト型薄膜に含まれる前記2種の結晶粒の一方において、その<11−20>軸が、基板のSi(100)単結晶面内の<010>軸と平行であり、ウルツァイト型薄膜に含まれる前記2種の結晶粒の他方において、その<11−20>軸が、基板のSi(100)単結晶面内の<010>軸と直交している請求項4の電子デバイス用基板。
- バッファ層が酸化ジルコニウムを主成分とする請求項3〜5のいずれかの電子デバイス用基板。
- 金属薄膜の平均結晶粒径がウルツァイト型薄膜の平均結晶粒径よりも大きい請求項1〜6のいずれかの電子デバイス用基板。
- 金属薄膜は、Pt、Au、Ir、Os、Re、Pd、RhおよびRuの少なくとも1種を主成分とする請求項1〜7のいずれかの電子デバイス用基板。
- ウルツァイト型薄膜は、Al、GaおよびInから選択される少なくとも1種とNとを主成分とするAlGaInN型薄膜であるか、酸化亜鉛を主成分とするZnO型薄膜である請求項1〜8のいずれかの電子デバイス用基板。
- 金属薄膜は、X線回折における(111)面または(0002)面の反射のロッキングカーブの半値幅が3°以下である請求項1〜9のいずれかの電子デバイス用基板。
- 請求項1〜10のいずれかの電子デバイス用基板のウルツァイト型薄膜上に、第2の金属薄膜を有し、ウルツァイト型薄膜を挟む一対の金属薄膜が電極として機能する電子デバイス。
- ウルツァイト型薄膜が圧電性を有するものであり、薄膜バルク振動子として機能する請求項11の電子デバイス。
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