JP4109014B2 - A seed crystal for growing zinc oxide, a method for growing a zinc oxide seed crystal, and a growing apparatus therefor. - Google Patents

A seed crystal for growing zinc oxide, a method for growing a zinc oxide seed crystal, and a growing apparatus therefor. Download PDF

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Description

【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に係わり、単結晶育成時の結晶欠陥領域発生を防止するのに好適な種結晶に関する。
【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】
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ZnO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ZnO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、酸化亜鉛単結晶から切り出した種結晶が用いられ、この種結晶から単結晶の育成を図るが、結晶は六方晶構造におけるa軸方向に選択的に結晶成長する傾向がある。
【0007】
一般に、上記の種結晶を酸化亜鉛単結晶から形成するには、図8に示すように切り出されて使用されることが多い。図8(b)は酸化亜鉛単結晶から切り出された種結晶、同図(c)は育成容器内で種結晶の保持方法の1例を示す模式図である。
なお、図8(a)に六方晶系に属する酸化亜鉛単結晶の外形の概略とその結晶軸が示されている。六方晶系の結晶軸はc軸、c軸に直角で互いに120゜の角度をなす3本のa(1、2、3)軸の計4本である。
【0008】
先ず、酸化亜鉛単結晶から長手方向がc軸に沿うよう(c軸に平行)に板状の種結晶を切り出す。次いで、種結晶の板をc軸に沿うように分割し、図8(b)に示す拍子木型の種結晶を切り出す。単結晶育成時にはc軸方向には殆ど成長しないので、c軸が最も長くなるよう配慮して切り出される。
単結晶育成装置の育成容器内の上部側のフレーム61にZnO種結晶を装着する。例えば、貴金属線(白金線)62を用いてフレーム61にZnO種結晶を吊り下げる手法で種結晶の育成を行うようにしている。
なお、水熱合成法に使用される育成装置の構造等は後述する。
【0009】
成長過程で結晶欠陥を少なくするために、種結晶の表面は充分に清浄な面とする必要があり、研磨またはラッピング工程により表面が仕上げられ、洗浄工程も念入りに施される。
これらの工数を削減するのに種結晶の表面はなるべく少ない面数で構成されるのが望ましく、同図(b)に示すような、c軸方向に長い拍子木型の直方体とされることが多い。
【0010】
育成容器内の種結晶の成長状況は次のようになる。先ず、水熱合成法ではc軸方向の成長速度は非常に遅く、成長はあまり期待できない。
次にc軸に直角方向の成長の様子を図8(d)を参照して説明する。図は種結晶のc軸に直角な断面を取り、育成装置内でa軸方向に沿って結晶が育成される様子を模式的に示す。
前述のように、水熱合成法ではc軸方向には殆ど成長しないので、種結晶をc軸方向に複数本接合したり、サファイヤ基板にZn0の厚膜を付けて種結晶とする等種々の方法が試みられ、提案されている。
【0011】
図8(d)では1例として、種結晶は図8(b)のように切り出され、種結晶21の断面形状は、c軸及び1本のa軸(図ではa1軸)に平行な2面(110、110)とc軸に平行で1本のa軸(図ではa1軸)に直交する2面(120、120)とで形成される長方形である。ここでは、結晶成長の現象のみを説明し、理由となる各面の結晶格子の形態、原子・分子の配列状況等の説明は後述する。
なお、通常、c軸及び1本のa軸(図8(d)ではa1軸)に平行な面110をm面と呼び、理想的に単結晶が成長すれば、c軸に直角な断面形状は6個のm面で周囲を囲まれた正六角形に近い形となる。
【0012】
育成容器内で種結晶21の周囲に結晶が成長して行くが、面110の表面に平行に成長する面115が成長速度も速く、面110に平行に面の大きさが拡大する傾向も強い。分子の配列も欠陥の少ない良好な結晶面が得られる。
面120では分子の配列が不規則で、面に平行に種結晶の配列に沿って、面に平行に延びることができず、この面120と30゜の傾きを持つ2本のa軸(図ではa2、a3軸)の影響も受け、結晶の成長方向が定まらず、様々な転移を含んだ結晶欠陥領域44となりやすい。
【0013】
一方、面115の端部では、a2、a3軸の影響を受け、あたかも、面115から60゜折り曲がったように結晶欠陥領域44の表面に沿って結晶が成長する。
従って、結晶の成長が進むと、a1軸に対する面115の関係と同等なa2軸に平行な面112、a3軸に平行な面113が成長し、結晶欠陥領域44が2等辺三角形となって封止される形となる。
面115、面112、面113で結晶欠陥領域44を含んで種結晶をカバーすると、以降は欠陥の少ない単結晶がa1、a2、a3軸に平行に六角形を形成しながら成長して行く。
即ち、種結晶のm面以外の面、例えば任意のa軸に直交する(他の2本のa軸とは30゜傾く)面120、120の表面近傍では結晶欠陥領域44、44が内包される。m面以外の面では程度の差こそあれ、結晶欠陥領域の発生が認められる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
このように、m面以外の種結晶の表面では育成後の単結晶に結晶欠陥領域が発生し、育成された単結晶の中心部の種結晶近傍に品質の悪い部分を含むことが多い。品質の悪い部分は使用に耐えないから、切り出したウエハーの歩留まりの悪化が問題であり、良品の選別工程等も追加され、コストアップも無視できない問題となる。
【0015】
また、種結晶を切り出す単結晶は従来大きなものは入手できず、複数種結晶をc軸方向に連結したり、サファイヤ基板にZnOの厚膜を付けそれを切り出す等していたがいずれも欠点が多かった。c軸方向に充分長いZnOの種結晶の入手も切望されている。
【0016】
本発明は、育成後の単結晶に種結晶近傍で結晶欠陥領域が生じない種結晶の供給及び種結晶の育成方法及び育成容器の提供を目的とする。
【0017】
【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切り出された酸化亜鉛育成用種結晶であって、
上記種結晶のc軸に平行な表面を形成する平面は、3つのa軸のそれぞれに平行な2面からなる6面のm面から構成される六辺形である酸化亜鉛育成用種結晶を提供する。
【0019】
また、本発明は、酸化亜鉛の単結晶から切り出された酸化亜鉛育成用種結晶であって、上記種結晶を構成する表面形状の1面は、中心軸がc軸に平行な円柱面で構成された酸化亜鉛育成用種結晶をも提供する。
【0020】
本発明は、前部容器内で、酸化亜鉛種結晶原料である粉末酸化亜鉛と水素ガスとを反応させ亜鉛に還元し、
酸化亜鉛単結晶育成の核となる核用酸化亜鉛単結晶を予め挿入した後部容器内に還元された上記亜鉛を導き、
上記後部容器内に酸素ガスを供給して、上記核用酸化亜鉛単結晶を核として酸化亜鉛種結晶を育成する酸化亜鉛種結晶の育成方法を提供する。
【0021】
更に、本発明は、酸化亜鉛種結晶原料である粉末酸化亜鉛を装入し、水素ガスを供給して亜鉛に還元する前部容器と
酸化亜鉛種結晶の核となる核用酸化亜鉛単結晶を装入し、上記亜鉛を上記前部容器より導入し、酸素ガスを供給して上記核用酸化亜鉛単結晶を核として酸化亜鉛種結晶を育成する後部容器とを、
備えた、酸化亜鉛種結晶の育成装置を提供する。
【0022】
【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。
【0023】
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。
【0024】
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70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。
【0025】
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。
【0026】
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(Na2CO3)、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、ZnO種結晶3を育成するようにしている。
【0027】
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60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。
【0028】
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。
【0029】
このような単結晶育成装置51は、水熱合成法により種結晶からZnOの単結晶の育成を行うことができる。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。
【0030】
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)の種結晶の形状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42とこのc軸42に垂直な平面内で互いに120゜の角度をなす3本のa(1・2・3)軸43が存在する。図1(a)は種結晶を切り出すZnOの単結晶40を斜視図として示している。
先ず、図1(a)に示すように、ZnOの単結晶40からc軸42と1本のa軸43(図ではa1軸)に平行となるようにZnOの単結晶の薄板46を切り出す。
この薄板46から種結晶21を形成するが、結晶欠陥領域の発生の少ない種結晶の形状をc軸に垂直な断面として同図(b〜h)に示している。
【0031】
c軸と任意のa軸に平行な面はm面と呼ばれ、単結晶の表面のc軸に平行な平面は上記のm面で形成される。
前述のように、種結晶のm面をベースとして成長した結晶は欠陥が少なく成長速度も速いことが知られている。従って、種結晶の表面のc軸に平行な平面を上記のm面で形成すればm面から成長する結晶は良好な品質でしかも成長も速くなる。
種結晶は長手方向をc軸に平行に切り出されるので、種結晶のc軸に直角な断面を取れば、この断面形状を規定する外周の線(断面の外形線)は種結晶のc軸に平行な面と断面とした平面との交線となる。即ち、種結晶の断面の外形線のうちa(1〜3)軸のいずれかと平行な線は、その面がm面であることを示す。
【0032】
種結晶として最も理想的な形状は、同図(b)に示す、6面全てがm面であるように形成された断面が正六角形の種結晶21bである。a1軸に沿った(平行な)110、110の互いに平行な2面のm面と、a2軸に沿った112、112の互いに平行な2面のm面、及びa3軸に沿った113、113の互いに平行な2面のm面、の計6個のm面から構成されている。正六角形の断面を有する種結晶から育成される単結晶は安定した成長が期待できる。
断面の外形線の長さ(c軸に直角に計ったm面の幅)は任意に変えても良いので、同系の形として正六角形でなくても、同図(c)に示すような薄い板状の種結晶21c、または同図(g)の六角形でも良い。ここではこれらを総合して六辺形と呼ぶ。
これらの形状は、各m面を形成するための研削・研磨工程の工数が多く必要で、コストが掛かるが、特に正六角形の種結晶21bから得られた単結晶の品質は最高となる。
【0033】
次に、同図(d)、(e)に示す2組の平行なm面の組で構成した場合では、上記3組のm面のうち1組の辺の長さが0となったと考えて良い。
これらの種結晶21d、21eは六角形と同様、m面のみで結晶欠陥領域の発生は原理的に無い。即ち、(d)はa1軸に沿った110、110の互いに平行な2面のm面と、a3軸に沿った113、113の互いに平行な2面のm面の4面から構成される四辺形(平行四辺形)であり、(e)はa1軸に沿った110、110の互いに平行な2面のm面と、a2軸に沿った112、112の互いに平行な2面のm面の4面から構成される四辺形である。
【0034】
これら平行四辺形の断面を持つ種結晶は、簡単な取付治具に多数の種結晶を取り付けて、種結晶形成のための研削・研磨加工を同時に行うことができ、研磨工数を削減することが可能で、得られた単結晶の品質と種結晶のコストがバランスして実用性が高い。
また、1組の平行なm面と、1面づつの別々なm面2面で構成される同図(f)に示す種結晶21fも本例のバリエーションと考えられる。
【0035】
なお、同図(c)の種結晶21cの場合、1本のa1軸に沿った(互いに平行な)2枚のm面(110、110)の間隔を近づけると、両端のm面(112、113、112、113)の長さは次第に短くなってくる。即ち、両端にa1軸と直交する平面120のある同図(h)と極めて近くなる。
平面120では図5(d)に示すように結晶欠陥領域を発生するが、種結晶の板厚がある程度薄くなれば図5(d)に示す結晶欠陥領域44の2等辺三角形は非常に小さくなり、この程度の結晶欠陥領域は育成された単結晶の歩留まりに対して影響せず、実用上ほとんど無視できる。
このように、種結晶を長方形断面の薄板状とすれば、少なくとも幅の広い2面を互いに平行なm面とし、他をm面以外で構成しても実用的には使用可能であり、板厚の薄い薄板状として、同図(h)に示す種結晶21hのように1組の平行なm面(110、110)と直交する平面2面(120、120)で構成して、種結晶加工のコストを低減してもよい。
【0036】
ここで、m面で欠陥の少ない結晶面が成長する理由を鋼球モデルにより説明する。鋼球モデルとは、結晶を構成する分子または原子の代わりに格子定数(結晶格子の距離)に等しい直径の鋼球を格子点に配置したものである。
先ず、図3を参照して、鋼球モデルで六方晶系の単結晶構造を説明する。図3(a)は六方晶系の鋼球の配置方法を斜視図として示し、同図(b)は鋼球モデルを+c軸方向から投影したもので、A、B層の重なり具合を示したものである。格子定数は同図(b)でKで示されるので、直径Kの鋼球を結晶の原子または分子と見立てて、隙間のないように(表面が接して)配置されている。
【0037】
六方晶系の単結晶はA層とB層が交互に重なって形成される。
同図(a)の最下段の図は、A層に属する互いに接している7個の鋼球(A1、A2、・・・A7)を取り出して描いている。これらの鋼球は互いに接しながら1平面上に無数に並んでA層を構成している。
7個の鋼球はA1を中心としてその外周にA2、・・・A7の6個の鋼球が隣り合った鋼球と接して、鋼球の中心を結べば1辺の長さがKの正六角形を形成する。
通常、同図(b)に示す、A層の鋼球A1〜A4の中心を結ぶ平行四辺形を基本格子とする。最小の構成要素は鋼球A1〜A3の中心を結ぶ正三角形であり、正三角形の1辺の長さが格子定数(K)となる。
結晶軸a1、a2、a3は1直線上の3個の鋼球の中心を通る直線となる。そして軸a1、a2、a3はc軸に直角で互いに120゜隔てて配置され、c軸に直角である。この3本のa軸は互いに同等であって、c軸を中心として結晶を60゜づつ廻転すると各a軸は重なる(軸の向きの制限はない)。
【0038】
A層の隣り合った3個の鋼球に接するように鋼球を配置するとB層が形成される。
例えばB層の鋼球B1はA層の鋼球(A1、A2、A3)に接するようにA層の鋼球3個で形成される窪みに配置される。同図(b)で鋼球B1の中心はOB1の符号の点となる。同様に鋼球B2はA層の鋼球(A1、A4、A5)に接し、鋼球B2の中心はOB2の符号の点となる。また、鋼球B3は鋼球(A1、A6、A7)に接し、鋼球B3の中心は点OB3となる。
B層を形成する鋼球も互いに接し、1平面上に無数に並んでB層を構成している。A層を構成する鋼球の中心をそれぞれOB1、OB2、OB3・・・等と移動すればB層となる。
【0039】
B層の上には第2のA層が配置される。同図(b)のように+c軸方向から見ると初めのA層の鋼球と第2のA層の鋼球が全く重なって見える。即ち、鋼球A2の上に鋼球A12が、鋼球A4の上に鋼球A14・・・と重なって行く。
更にこの第2のA層の上に第2のB層が配置されるが、第1のB層と第2のB層も、+c軸方向から見ると全く重なる位置に配置される。このようにして、六方晶系の結晶の配置がなされる。
なお、剛体と考えられる鋼球の場合はc軸に沿った格子定数は1.633Kとなるが、実際の結晶では多少異なった値を示す。
【0040】
ここで、六方晶系の単結晶で通常見られる面の説明をする。結晶を育成する上で主要な面はc軸と1本のa軸に平行な面(m面と呼ばれる)であり、これと対比されるのがc軸に平行で1本のa軸に直交する面である。
m面では順調に単結晶が成長し、成長速度も大きく、c軸に平行で1本のa軸に直交する面では結晶欠陥領域が発生し易いことは既に述べた。
c軸に直交する(a軸に平行)平面では鋼球は最も密に配置される。最小の隙間で隣り合った鋼球は互いに接している。その様子は図3(b)に示され、鋼球密度(単位平面内の鋼球数)は最大となる。
【0041】
m面とc軸に平行で1本のa軸に直交する面につき、図4を参照して説明する。図は結晶表面近傍の鋼球モデルの投影図である。図の添字の最後の1は+c軸方向から見た平面図、2はAA線による断面を示す側面図であり、3は外部から結晶表面を見た正面図である。
なお、鋼球モデルでは変化しないが、実際の結晶では、表面に近い層の格子定数は内部のそれとは異なり分子間の距離が違うのが普通である。
【0042】
図4(a)はc軸と1本のa軸に平行なm面110が表面の場合を示す。
ここでは同図(a1)、(a2)に一点鎖線で示すように、結晶の表面(m面110)を最も外方に配置された鋼球の中心を通る面とする。
同図(a2)に示すように、表面に位置するA層の鋼球A21と下のA層の鋼球A21と同等の鋼球と、やや内側に配置されたB層の鋼球B21の計3個が断面とされ、図ではA層の鋼球(と同等の鋼球の列)が結晶の表面の最外部を形成し、B層の鋼球は内部に引き込んで配置されて1列の窪みを形成している。
【0043】
外部からZnO分子相当の鋼球B20が供給され表面に近づいて捕捉されると、2列のA層の間の窪みに落ち込み、一点鎖線で示された位置でA層の鋼球2個とB層の鋼球2個と接して安定な位置を占める。鋼球B20が表面に付くことで新しいB層が形成され、鋼球直径の6割程度表面が外方に移動して結晶は成長する。
鋼球B20と同等な位置に鋼球が次々と配置され、完全にB層の窪みを埋めると、今度はB層が結晶表面となり、A層は内部に引き込んだ位置になるが、表面全体としての形はA層とB層が入れ替わっただけで図4(a1〜a3)と全く同形である。次々と鋼球(分子)が付着しても、鋼球の配列が不変で、常に格子定数Kとc軸方向の格子定数(鋼球の場合1.633K)がそのまま現れ、水熱合成法で欠陥の生じにくい面の状態にあることが分かる。結晶の成長が速いことも、分子配列の形や格子定数が変化せず、表面に分子が安定して付着するためと考えられる。
【0044】
同図(b)はc軸に平行で1本のa軸に直交する面120を示す。(a)と同様に、結晶の表面を最も外方に配置された鋼球の中心を通る面を表面120とし、1点鎖線で示す。
同図(b1)に示すように、表面に位置するA層の鋼球2個の距離は格子定数Kとはかなり異なり(1.732K)、A層の鋼球2個と同一平面にあるB層の鋼球1個がクサビ型となり、2個のクサビ型の間に表面と接する位置に引き込んだ位置にあるA層の鋼球2個とB層の鋼球1個(1点鎖線で示す)で同形のクサビ型を形成し、表面と接する位置まで引き込んで外部に面している。
この面120はジグザグ状の溝が繰り返し並ぶことになり、分子が捕捉されやすい位置では、本来の格子定数と異なっているため、分子個々で勝手な配列となり、規則正しい分子配列の成長が起こり難く、結晶欠陥が生じやすい面となっている。
【0045】
実際の分子レベルでは、図のように表面120が広い面で形成されることはなく、表面には劈開面である各a軸に沿ったm面が不規則に並んいると考えられる。従って、結晶は個々のm面に直角に成長し、成長するに従い互いに干渉して結晶欠陥領域が形成される。
【0046】
また、面の端部では、あたかも、現表面に平行なa軸より他のa軸の影響を強く受けたように結晶の成長方向が変わってくる。例えば図4(a1)で右端の鋼球A20が種結晶の面の端部とすると、a1軸よりa3軸の影響が強まり、a3軸に平行な方向に表面が折れ曲がって成長する傾向がある。
従って図5(d)に示すように、面115から面113と、a3軸に平行な方向に表面が折れ曲がってm面が成長する。やがて種結晶表層の結晶欠陥領域をm面が覆い尽くすとその後は正常なm面として成長して行く。
このように、単結晶成長の面から種結晶のc軸に平行な表面にm面が多いほど欠陥の少ない結晶が速く成長することになる。
【0047】
この点から図1(b〜g)までの種結晶の形を見直してみると、種結晶21b〜21g)は全てc軸に平行な表面をm面のみで構成されている。
種結晶研磨工程を減らすため種結晶21(d、e)の平行四辺形であれば、簡単な治具に同時に多数の同形種結晶を取り付けて1回の研磨工程で多数の種結晶を得ることができる。
図1(h)に示す種結晶はa軸に直角な面120を含むが、a1軸に平行なm面110の長さに対し、a軸に直角な面120の長さを短くすることにより、結晶欠陥領域の大きさを実用上支障ない程度に少なくすることができる。このように、種結晶21hはm面以外の面120の長さが可能な限り薄くすれば、結晶欠陥領域の発生を最小とすることができる。
【0048】
ところで、今まで述べた種結晶を使用して、実際にZnOの単結晶を水熱合成法で育成すると、種結晶のc軸に直角な断面の形状により、育成された単結晶の品質に差があることが認められる。特に育成したZnO単結晶からc軸に直角にウェハーを切り出し(cカットと呼ばれる)、更に細分して、そのまま、発光素子として使用する場合に顕著に現れる。
m面以外の種結晶の表面では育成後の単結晶に結晶欠陥領域が発生し、育成された単結晶の中心部の種結晶近傍に品質の悪い部分を含むことが多いことは既に説明したが、この結晶欠陥領域の影響はかなり広範に及び、例えば図8(d)に示す二等辺三角形状の結晶欠陥領域44のみならず、その外周のかなりの部分まで、発光素子としては具合の悪い区域が広がっている。
【0049】
フォトルミネッセンス(Photoluminescence )強度の分布を、ZnO単結晶を発光素子として使用した場合の品質評価法とすることができる。フォトルミネッセンスを簡単に説明すると、物質が可視光・紫外光などの放射によって刺激され、それより長い周期の光を放射する現象(その光を蛍光・燐光と呼ぶ)である。図5(a)は、cカットZnOに選択的にレーザを照射し、横軸のフォトンエネルギに対応する発光の強度分布を模式的に示している。理想的なフォトルミネッセンス特性が破線で描いた曲線で示され、3.3eV付近にピークがある。このピークの波長は紫外域の約375nmであり、紫外発光素子の実現に必要な波長である。
【0050】
図5(b)に、試料としたcカットZnOのc軸に直角に切断研磨した表面の略図を示す。中央部にほぼ正方形の種結晶21があり、左右の非m面に二等辺三角形の結晶欠陥領域44が形成されている。
更に、破線で六角形に区画された外周面91の内部の種結晶周辺部92が、発光素子としては具合の悪い結晶欠陥の多い部分であり、その外側がほぼ良質な結晶部分と認められた。図5(a)のAは外周の良質な結晶部分と見なされた部分の、Bは種結晶周辺部の特性を示している。
測定したZnO結晶は、不純物混入や酸素欠陥の原因が完全には除去されておらず、A、Bとも3.3eV付近のピーク値が低いが、特にBの低下が大きい。
【0051】
六方晶系に属するZnOの単結晶育成では、種結晶21と結晶欠陥領域44を中心としたかなり広い範囲に、結晶欠陥の多い種結晶周辺部が存在しており、この部分のZnO単結晶は発光素子としては使用できない。これは発光素子製造用のウェハーの歩留まりが大幅に悪くなることを示している。
また、この結晶欠陥の多い部分の外周面91が、ほぼ正六角形に形成されないと良質な結晶部分93が形成されないと考えられる。
【0052】
これらを総合すると、ZnO単結晶を発光素子として使用する場合の歩留まりを加味した種結晶の断面形としては、図6(a)に示す正六角形断面(図1(b)も同形)が最適となる。
但し、既に述べたように、正六角形断面のZn0の種結晶の外形の研磨加工は工数の増加等、コスト上は不利な点が多い。
一つの便法として、種結晶のc軸に直角な断面を模式的に描いた図6(b)に示すように、種結晶の表面形状を構成する面として、中心軸がc軸に平行な円柱形を採用すると、研磨加工その他は殆ど機械加工で行うことができる。仕上加工まで円筒研磨と類似の機械加工で済むので、円柱形以外の他の全ての種結晶が平面ラッピング類似の加工法を要するのに比べ、完全自動化も容易で、加工コストの低減が期待できる。
種結晶の表面形状として、上記の円柱形表面部分以外は特に制約はない。通常の円柱の上下底面に相当する面は単結晶の持つ結晶面そのままでも良いが、予め、c軸に直角な平面に加工した方が機械加工上は好ましい。
【0053】
円柱面上の1点で、その点を通る円柱面の接線とm面とのなす角が円柱面とm面の誤差角となる。誤差角は円柱面上のa1〜a3軸の通るm面同士の交点94(6ヶ所)で最大で、30゜となり、3本のa軸から30゜づつ離れた各中点で最小の0゜となる。
少なくとも、図で斜線を施した部分は結晶欠陥領域95となるが、誤差0の点の付近では、誤差角の変化がなだらかなので、早期にm面が広い範囲に渡って形成され易い。
従って、比較的速く結晶欠陥領域95を覆い尽くした正六角形の外周面91を獲得し、その外部に良質な結晶部分が形成される。
正六角形断面の種結晶と比べると、結晶欠陥領域の多少の存在は種結晶の機械加工の費用が安い点でカバーできる可能性もある。
【0054】
従来、種結晶となる大きな単結晶の入手は非常に困難で、小型の単結晶から切り出した複数の単結晶をc軸方向につなぎ合わせたり、異種基板の表面にZnOの厚膜を育成するなどして少しでも大きな種結晶を得る努力を余儀なくされた。上記のように、種結晶としてはc軸方向に長く、且つ、c軸に直角な断面が六角柱のZnO単結晶が理想的である。
次に、気相成長法による種結晶として使用できるZnO単結晶の育成方法を説明する。
【0055】
以下に説明する気相成長法(Chemical Vapor Deposition )によるZnO単結晶の育成方法は、化学気相輸送法とも言うべき方法を採用しており、図7を参照して説明する。図7は化学気相輸送法によってZnO種結晶を育成する育成容器80の一例を模式的な断面図として示している。
【0056】
育成容器80は、前部容器80aと後部容器80bを結合した形状とされ、連絡孔85を介して内部のガスが連絡可能とされている。図では、一例として、これらの容器は円筒形状とされ、後部容器80bに外部との連絡孔86を設けている。
前部容器80aにはパイプ83が、後部容器80bにはパイプ84が貫通して、それぞれ、外部からガスを供給可能とされている。
予め、前部容器80a内にはZnO種結晶の原料となる焼結したZnO粉末87が装入され、後部容器80b内には種結晶の核となる核用ZnO単結晶88が装入されている。
【0057】
前部容器80a内のZnO粉末87を約1300゜C近辺の高温雰囲気に置き、パイプ83に還元ガスである水素ガス(H2 )を流し、ZnO粉末に吹き付ける。高温下でZnOは酸素を奪われて還元され、ZnとH2O となる。
【0058】
遊離したZnは連絡孔85を介して後部容器80b内に導かれる。後部容器80b内にはパイプ84を介して酸素ガス(O2 )が供給される。遊離したZnと酸素は単結晶88を核として単結晶として析出し、ZnOの単結晶89を成長させる。
この化学気相輸送法によると、単結晶89のc軸の成長方向は気流の流れ方向に誘導され、c軸方向に長い、純度の高いZnO単結晶(製品である種結晶)が得られる。
また、この化学気相輸送法によると、cカット面が正六角形に近い理想的な種結晶を得る確率も高い。このように、還元、単結晶育成を専用の育成容器に分離したので、効率よく種結晶の育成が行われる。
なお、これらの反応は大気圧付近で行い得るので、容器80内の圧力は大気圧とすることができる。
また、過剰の水素ガスは外部との連絡孔86に接続されたイグナイタ(Igniter )で燃焼後排出すれば危険性もない。
【0059】
このような種結晶を使用して育成された単結晶をスライスすれば、歩留まりの良いZnO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。また、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。
【0060】
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。
【0061】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の酸化亜鉛の単結晶から切り出された酸化亜鉛育成用種結晶は、少なくとも幅の広い2面を互いに平行なm面とした薄板状とすれば、他をm面以外で構成しても実用的には歩留まりの現象を無視できる程度の結晶欠陥領域の大きさで、種結晶加工のコストを最低にできる効果を有する。
【0062】
また、種結晶の断面をm面2面と、他のa軸に沿ったm面2面から構成される平行四辺形断面の種結晶は、加工コストも比較的少ない種結晶を得ることができる。さらに、6面のm面から構成される六角形の種結晶を使用すれば全てm面で構成できるのでさらに安定した品質の酸化亜鉛単結晶を得ることができる。
【0063】
ZnO単結晶を発光素子として使用する場合の種結晶の断面形としては、m面の長さのほぼ等しい正六角形に近い断面を持った種結晶が、理論的には結晶欠陥領域は発生せず、種結晶表面の直近から、良質な結晶部分が形成されるので最適である。
正六角形断面の種結晶の機械加工を安価に済ますために、軸芯がc軸に平行な円柱形とされた種結晶は、種結晶の形状を研磨加工その他で形成する上で非常に簡単であり、種結晶の加工コストの少ない点で優れている。結晶欠陥領域の厚さも少なく、比較的速く正六角形の外周面を獲得して良質な結晶部分が形成される。正六角形断面の種結晶と比較して、多少の歩留まりの悪さは機械加工の低廉さでキャンセルされる利点がある。
【0064】
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。
【0065】
種結晶を自作するのに化学気相輸送法の採用により、焼結したZnO粉末から容易に、c軸方向に長い、純度の高いZnO単結晶を得ることができ、種結晶を容易に入手可能とした利点は大きい。
更に、育成容器を酸化亜鉛還元の前部容器と単結晶育成の後部容器に区分して良質な種結晶用酸化亜鉛単結晶が育成可能となったのも大きな効果である。
【図面の簡単な説明】
【図1】ZnO単結晶から切り出される種結晶の各種の断面を示す模式図である。
【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】鋼球モデルにより六方晶系の結晶状態、結晶格子、結晶軸を説明する斜視及び正投影による模式図である。
【図4】a軸に平行及び直角の2方向の種結晶表面の分子配列状況を鋼球モデルの投影図として示した模式図である。
【図5】ZnO単結晶のフォトルミネッセンス強度の測定結果のグラフと単結晶断面の測定位置を示す略図である。
【図6】ZnO種結晶の正六角形及び円形の断面形状を模式的に示す図である。
【図7】化学気相輸送法を使用したZnO種結晶育成のための育成容器の1形態を示す断面図である。
【図8】酸化亜鉛単結晶から種結晶を切り出す従来方法と種結晶近傍に発生する結晶欠陥領域を説明する模式図である。
【符号の説明】
3、21 種結晶、10、20、40 ZnOの単結晶、42 c軸、43、 a軸(a1〜a3)、44、95 結晶欠陥領域、45 結晶格子(単位格子)、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、
A1、A2、・・・ A層を構成する鋼球、B1、B2、・・・ B層を構成する鋼球、110 種結晶のm面、112、113、115 単結晶表面(m面)、120 種結晶のa軸に直角な面、OB1、OB2、OB3 B層を構成する鋼球の中心の投影位置、K 格子定数、
80 育成容器、80a 前部容器、80b 後部容器、83 パイプ、84 パイプ、85、86 連絡孔、87 ZnO粉末、88 核用ZnO単結晶、
89 ZnO単結晶(種結晶・・・製品)、91 外周面、92 種結晶周辺部、93 良質な結晶部分 94 m面同士の交点(6ヶ所)、
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a seed crystal for growing zinc oxide that can be used for industrial applications and is suitable for preventing generation of a crystal defect region during single crystal growth. Relates to crystals.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in semiconductor devices, semiconductor devices formed using amorphous silicon, polycrystalline silicon, or the like as a thin film material have been widely used. In recent years, zinc oxide (ZnO) has attracted attention as a thin film material. Semiconductor devices formed as thin film materials can be applied to existing semiconductor devices such as UV LEDs (Light Emitting Diodes), laser diodes (LDs), and transparent transistors, or research and development for new applications. It is being advanced.
[0003]
By the way, when manufacturing semiconductor devices, it is known that the quality of the thin film formed on the base substrate has a significant effect on its electrical characteristics, optical characteristics, reliability (lifetime), etc. The better the quality, the better the electrical and optical characteristics and reliability.
[0004]
For this reason, when producing a semiconductor device using ZnO as a thin film material, it is important to form a high-quality ZnO thin film without crystal defects on the base substrate.
Factors that determine the quality of the thin film include the difference in the lattice constant between the thin film material and the base substrate material. It is known that the smaller the difference in the lattice constant, the more the thin film without crystal defects can be formed. Note that the lattice constant indicates an arrangement interval of atoms regularly arranged in the crystal.
[0005]
When producing a semiconductor device having a ZnO thin film formed thereon, a base substrate formed of sapphire having a lattice constant relatively close to that of a ZnO single crystal has been used.
However, since the lattice constant differs between sapphire and a single crystal of ZnO by about 18%, in order to form a high-quality ZnO thin film on a base substrate formed of sapphire, it is necessary to form the thin film considerably thicker than usual. Because of the problem of profitability, there was no choice but to compromise with a certain level of quality industrially.
[0006]
Therefore, for example, in order to form an extremely high quality ZnO thin film on the base substrate at low cost, it is conceivable to form the base substrate with a single crystal of ZnO having the same lattice constant as that of the ZnO thin film. A ZnO single crystal having a size that can be used as a base substrate could not be grown.
In growth of a zinc oxide (ZnO) single crystal by a hydrothermal synthesis method, a seed crystal cut out from the zinc oxide single crystal is used, and the single crystal is grown from this seed crystal. The crystal has an a-axis in a hexagonal crystal structure. There is a tendency for crystals to grow selectively in the direction.
[0007]
In general, in order to form the seed crystal from a zinc oxide single crystal, it is often cut out and used as shown in FIG. FIG. 8 (b) is a seed crystal cut out from a zinc oxide single crystal, and FIG. 8 (c) is a schematic diagram showing an example of a method for holding the seed crystal in the growth vessel.
FIG. 8A shows an outline of a zinc oxide single crystal belonging to the hexagonal system and its crystal axis. The hexagonal crystal axes are a total of four a-axis, three a (1, 2, 3) axes perpendicular to the c-axis and forming an angle of 120 ° with each other.
[0008]
First, a plate-like seed crystal is cut out from a zinc oxide single crystal so that its longitudinal direction is along the c-axis (parallel to the c-axis). Next, the plate of the seed crystal is divided along the c-axis, and a time-tree type seed crystal shown in FIG. 8B is cut out. When the single crystal is grown, it grows almost in the c-axis direction, and therefore, the c-axis is cut out in consideration of the longest length.
A ZnO seed crystal is mounted on the upper frame 61 in the growth vessel of the single crystal growth apparatus. For example, seed crystals are grown by a technique in which a ZnO seed crystal is suspended from a frame 61 using a noble metal wire (platinum wire) 62.
The structure of the growing apparatus used for the hydrothermal synthesis method will be described later.
[0009]
In order to reduce crystal defects during the growth process, the surface of the seed crystal needs to be a sufficiently clean surface, the surface is finished by a polishing or lapping process, and a cleaning process is also carefully performed.
In order to reduce these man-hours, it is desirable that the surface of the seed crystal be configured with as few faces as possible, and in many cases, the seed crystal has a long wooden shape that is long in the c-axis direction as shown in FIG. .
[0010]
The growth of seed crystals in the growth vessel is as follows. First, in the hydrothermal synthesis method, the growth rate in the c-axis direction is very slow, and growth cannot be expected so much.
Next, the state of growth in the direction perpendicular to the c-axis will be described with reference to FIG. The figure shows a cross-section perpendicular to the c-axis of the seed crystal and schematically shows how the crystal is grown along the a-axis direction in the growth apparatus.
As described above, since the hydrothermal synthesis method hardly grows in the c-axis direction, various seed crystals such as bonding a plurality of seed crystals in the c-axis direction or adding a thick Zn0 film to a sapphire substrate to form a seed crystal. Methods have been tried and proposed.
[0011]
In FIG. 8D, as an example, the seed crystal is cut out as shown in FIG. 8B, and the cross-sectional shape of the seed crystal 21 is 2 parallel to the c axis and one a axis (a1 axis in the figure). It is a rectangle formed by the plane (110, 110) and two planes (120, 120) parallel to the c-axis and perpendicular to one a-axis (a1 axis in the figure). Here, only the phenomenon of crystal growth will be described, and the explanation of the crystal lattice form of each face, the state of arrangement of atoms and molecules, etc. will be described later.
Normally, a plane 110 parallel to the c-axis and one a-axis (a1 axis in FIG. 8D) is called an m-plane, and if a single crystal grows ideally, a cross-sectional shape perpendicular to the c-axis. Is a shape close to a regular hexagon surrounded by six m-planes.
[0012]
A crystal grows around the seed crystal 21 in the growth vessel, but the surface 115 that grows parallel to the surface 110 has a high growth rate and has a strong tendency to increase the size of the surface parallel to the surface 110. . A good crystal plane with few defects in the molecular arrangement can be obtained.
In the plane 120, the arrangement of the molecules is irregular and cannot extend along the arrangement of the seed crystal parallel to the plane and parallel to the plane. Then, under the influence of the a2 and a3 axes), the crystal growth direction is not determined, and the crystal defect region 44 including various transitions is likely to be formed.
[0013]
On the other hand, at the end of the surface 115, the crystal grows along the surface of the crystal defect region 44 as if bent by 60 ° from the surface 115 under the influence of the a2 and a3 axes.
Therefore, as the crystal growth proceeds, a surface 112 parallel to the a2 axis and a surface 113 parallel to the a3 axis, which are equivalent to the relationship of the surface 115 with respect to the a1 axis, grow, and the crystal defect region 44 becomes an isosceles triangle and is sealed. It will be stopped.
When the seed crystal is covered with the surface 115, the surface 112, and the surface 113 including the crystal defect region 44, thereafter, a single crystal with few defects grows while forming a hexagon parallel to the a1, a2, and a3 axes.
That is, crystal defect regions 44 and 44 are included in the vicinity of the surface of the seed crystal other than the m-plane, for example, the surfaces 120 and 120 orthogonal to any a-axis (inclined by 30 ° with respect to the other two a-axes). The The occurrence of crystal defect regions is recognized to some extent on the surfaces other than the m-plane.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, on the surface of the seed crystal other than the m-plane, a crystal defect region is generated in the grown single crystal, and a poor quality portion is often included in the vicinity of the seed crystal at the center of the grown single crystal. Since the poor quality part cannot be used, there is a problem that the yield of the cut wafer is deteriorated, a non-defective product sorting step is added, and the cost increase cannot be ignored.
[0015]
In addition, single crystals for cutting out seed crystals have not been available in the past, and multiple seed crystals were connected in the c-axis direction, or a thick ZnO film was cut out on a sapphire substrate. There were many. It is also desired to obtain a ZnO seed crystal that is sufficiently long in the c-axis direction.
[0016]
An object of the present invention is to supply a seed crystal in which a crystal defect region does not occur in the vicinity of the seed crystal in the grown single crystal, and to provide a seed crystal growing method and a growing container.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention is a zinc oxide growing seed crystal cut out from a single crystal of zinc oxide,
The plane forming the surface parallel to the c-axis of the seed crystal is It is a hexagon consisting of six m-planes consisting of two planes parallel to each of the three a-axes. A seed crystal for growing zinc oxide is provided.
[0019]
Also The present invention is a seed crystal for growing zinc oxide cut out from a single crystal of zinc oxide, and one surface of the surface shape constituting the seed crystal is a cylindrical surface whose central axis is parallel to the c-axis. A seed crystal for growing zinc oxide is also provided.
[0020]
In the present invention, the zinc oxide seed crystal raw material powder zinc oxide and hydrogen gas are reacted in the front container to reduce to zinc,
Introducing the zinc oxide single crystal for nucleus to be the nucleus of zinc oxide single crystal growth, the reduced zinc is introduced into the rear container,
Provided is a method for growing a zinc oxide seed crystal in which oxygen gas is supplied into the rear container and a zinc oxide seed crystal is grown using the zinc oxide single crystal for nuclei as a nucleus.
[0021]
Furthermore, the present invention includes a front container charged with zinc oxide, which is a zinc oxide seed crystal raw material, and supplied with hydrogen gas to be reduced to zinc.
A zinc oxide single crystal for nuclei as a nucleus of a zinc oxide seed crystal is charged, the zinc is introduced from the front vessel, oxygen gas is supplied, and the zinc oxide single crystal is used as a nucleus for the zinc oxide single crystal. And rear container to cultivate
Provided is a device for growing a zinc oxide seed crystal.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Before describing the seed crystal, the outline of the hydrothermal synthesis method will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a diagram showing an example of a single crystal growth apparatus 51 using the single crystal growth vessel previously proposed by the present applicant.
[0023]
The single crystal growing apparatus 51 shown in FIG. 2 includes an autoclave 52 that can apply the temperature and pressure required for growing a ZnO single crystal by hydrothermal synthesis, and the inside of the autoclave 52. It is comprised from the growth container 60 accommodated and used for.
The autoclave 52 is covered with a lid 54 with a packing 57 sandwiched between a container body of the autoclave 52 made of, for example, high-strength steel mainly composed of iron, and fixed inside by a fixing portion 55. The structure is hermetically sealed.
[0024]
The growth container 60 that is accommodated and used in the autoclave 52 is formed of, for example, platinum (Pt) or the like, and the shape thereof is a substantially cylindrical container. And the bellows 70 which acts as a pressure adjustment part is attached to the upper part in the state which sealed the inside of the growth container 60. As shown in FIG.
[0025]
In such a single crystal growing apparatus 51, the ZnO seed crystal 3 is suspended using the frame 61 and the noble metal wire (platinum wire) 62 on the upper side in the growth vessel 60, and the raw material 66 is disposed on the lower side thereof. The seed crystal 3 is grown.
In this case, an internal baffle plate 64 that controls thermal convection is provided between the ZnO seed crystal 3 and the raw material 66, and the inside of the growth vessel 60 is divided into a melting region and a growth region by the internal baffle plate 64. It is delimited.
A plurality of holes are formed in the internal baffle plate 64, and the counter flow rate from the dissolution region to the growth region is controlled by the opening area of the baffle plate 64 determined by the number of holes. A temperature difference can be obtained.
[0026]
Then, a strong alkali solution such as sodium hydroxide (NaOH), calcium carbonate (Na 2 CO 3), potassium hydroxide (KOH), or the like is injected into the growth container 60 and transmitted between the autoclave 52 and the growth container 60. For example, a heat transfer solution 67 such as pure water is injected for heat, and the autoclave 52 is heated by the heaters 56, 56... A dissolved growth solution 71 is generated.
Then, the growth solution 71 is supplied to the growth region via the internal baffle plate 64 so that the ZnO seed crystal 3 is grown.
[0027]
Further, in the single crystal growing apparatus 51 shown in FIG. 2, an external baffle plate 65 is provided outside the growth vessel 60, and the convection outside the growth vessel 60 is restricted by the external baffle plate 65, so that the growth is performed. A temperature difference necessary for the growth of the ZnO seed crystal 3 is obtained between the regions in the container 60.
[0028]
In addition, a bellows 70 is provided as a pressure adjusting unit on the upper part of the growing container 60, and the internal pressure of the growing container 60 and the external pressure are balanced by the expansion and contraction of the bellows 70.
[0029]
Such a single crystal growing apparatus 51 can grow a single crystal of ZnO from a seed crystal by a hydrothermal synthesis method. A ZnO single crystal having a caliber size that can be used for industrial applications can be grown with almost no impurities mixed in the growth vessel 60.
[0030]
An example of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of the shape of a seed crystal of zinc oxide (ZnO) as the present embodiment. A single crystal of ZnO is a hexagonal crystal, and the three a (1 · 2 · 3) axes 43 that form an angle of 120 ° with each other in a plane perpendicular to the c-axis 42 and the c-axis 42 as crystal axes. Exists. FIG. 1A shows a perspective view of a ZnO single crystal 40 from which a seed crystal is cut.
First, as shown in FIG. 1A, a ZnO single crystal thin plate 46 is cut out from a ZnO single crystal 40 so as to be parallel to a c-axis 42 and one a-axis 43 (a1 axis in the figure).
The seed crystal 21 is formed from the thin plate 46, and the shape of the seed crystal in which the generation of the crystal defect region is small is shown as a cross section perpendicular to the c-axis in FIGS.
[0031]
A plane parallel to the c-axis and an arbitrary a-axis is called an m-plane, and a plane parallel to the c-axis on the surface of the single crystal is formed by the m-plane.
As described above, it is known that a crystal grown based on the m-plane of the seed crystal has few defects and a high growth rate. Therefore, if a plane parallel to the c-axis of the surface of the seed crystal is formed with the m-plane, the crystal grown from the m-plane has good quality and grows quickly.
Since the seed crystal is cut in the longitudinal direction parallel to the c-axis, if a cross section perpendicular to the c-axis of the seed crystal is taken, the outer circumferential line (cross-sectional outline) defining this cross-sectional shape is aligned with the c-axis of the seed crystal. It is a line of intersection between the parallel plane and the cross-section plane. That is, a line parallel to any of the a (1 to 3) axes in the outline of the cross section of the seed crystal indicates that the surface is an m plane.
[0032]
The most ideal shape as a seed crystal is a seed crystal 21b having a regular hexagonal cross section formed so that all six surfaces are m-planes, as shown in FIG. Two parallel m-planes 110 and 110 along the a1 axis, two parallel m-planes 112 and 112 along the a2 axis, and 113 and 113 along the a3 axis These are composed of a total of six m-planes, two m-planes parallel to each other. A single crystal grown from a seed crystal having a regular hexagonal cross section can be expected to grow stably.
Since the length of the outline of the cross section (the width of the m-plane measured at right angles to the c-axis) may be arbitrarily changed, even if it is not a regular hexagon as a similar shape, it is thin as shown in FIG. The plate-shaped seed crystal 21c or the hexagonal shape shown in FIG. Here, these are collectively called a hexagon.
These shapes require many man-hours for the grinding and polishing steps for forming each m-plane, and cost is high, but the quality of the single crystal obtained from the regular hexagonal seed crystal 21b is particularly high.
[0033]
Next, in the case where the two sets of parallel m-planes shown in (d) and (e) of FIG. 3 are used, it is considered that the length of one set of the three sets of m-planes is 0. Good.
These seed crystals 21d and 21e are only m-planes as in the hexagonal shape, and no crystal defect region is generated in principle. That is, (d) is a four-sided structure composed of two m-planes 110 and 110 parallel to the a1 axis and two m-planes 113 and 113 parallel to the a3 axis. (E) is two m-planes of 110 and 110 parallel to each other along the a1 axis and two m-planes of 112 and 112 parallel to each other along the a2 axis. It is a quadrilateral composed of four sides.
[0034]
These seed crystals with a parallelogram cross section can be attached to a large number of seed crystals on a simple mounting jig and can simultaneously perform grinding and polishing for seed crystal formation, reducing the number of polishing steps. It is possible, and the practicality is high in balance between the quality of the obtained single crystal and the cost of the seed crystal.
In addition, a seed crystal 21f shown in FIG. 5 (f), which is composed of a set of parallel m-planes and two separate m-planes, each of which is considered as a variation of this example.
[0035]
In the case of the seed crystal 21c in FIG. 5C, when the distance between two m-planes (110, 110) along one a1 axis (parallel to each other) is reduced, m-planes (112, 113, 112, 113) are gradually shortened. That is, it is very close to FIG. 2H where there are planes 120 perpendicular to the a1 axis at both ends.
In the plane 120, a crystal defect region is generated as shown in FIG. 5D. If the plate thickness of the seed crystal is reduced to some extent, the isosceles triangle of the crystal defect region 44 shown in FIG. 5D becomes very small. Such a crystal defect region does not affect the yield of the grown single crystal and can be ignored in practical use.
Thus, if the seed crystal has a thin plate shape with a rectangular cross section, at least two wide surfaces can be used as a m-plane parallel to each other and other than the m-plane can be used practically. As a thin thin plate shape, it is composed of two planes (120, 120) perpendicular to a pair of parallel m-planes (110, 110) like a seed crystal 21h shown in FIG. Processing costs may be reduced.
[0036]
Here, the reason why a crystal plane with few defects grows on the m-plane will be described with a steel ball model. In the steel ball model, steel balls having a diameter equal to the lattice constant (distance of the crystal lattice) are arranged at lattice points instead of the molecules or atoms constituting the crystal.
First, referring to FIG. 3, a hexagonal single crystal structure will be described using a steel ball model. FIG. 3 (a) shows a method of arranging hexagonal steel balls as a perspective view, and FIG. 3 (b) is a projection of the steel ball model from the + c-axis direction and shows the overlapping state of the A and B layers. Is. Since the lattice constant is indicated by K in FIG. 4B, the steel balls having a diameter K are regarded as crystal atoms or molecules, and are arranged so that there is no gap (the surface is in contact).
[0037]
A hexagonal single crystal is formed by alternately overlapping A layers and B layers.
The lowermost drawing in FIG. 6A shows seven steel balls (A1, A2,... A7) belonging to the A layer that are in contact with each other. These steel balls are in contact with each other and constitute an A layer in an infinite number of lines on one plane.
Seven steel balls are centered on A1, and on the outer circumference, six steel balls A2, ... A7 are in contact with adjacent steel balls, and the length of one side is K if the centers of the steel balls are connected. A regular hexagon is formed.
Usually, a parallelogram connecting the centers of the A-layer steel balls A1 to A4 shown in FIG. The smallest component is an equilateral triangle connecting the centers of the steel balls A1 to A3, and the length of one side of the equilateral triangle is the lattice constant (K).
Crystal axes a1, a2, and a3 are straight lines passing through the centers of three steel balls on one straight line. The axes a1, a2, and a3 are arranged at right angles to the c axis and 120 degrees apart from each other, and are perpendicular to the c axis. The three a-axes are equivalent to each other, and when the crystal is rotated by 60 ° around the c-axis, the a-axes overlap (there is no restriction on the orientation of the axes).
[0038]
When the steel balls are arranged so as to be in contact with three adjacent steel balls of the A layer, the B layer is formed.
For example, the B-layer steel ball B1 is disposed in a recess formed by three A-layer steel balls so as to be in contact with the A-layer steel balls (A1, A2, A3). In FIG. 5B, the center of the steel ball B1 is a point indicated by a symbol OB1. Similarly, the steel ball B2 is in contact with the A-layer steel balls (A1, A4, A5), and the center of the steel ball B2 is a point designated by OB2. The steel ball B3 is in contact with the steel balls (A1, A6, A7), and the center of the steel ball B3 is a point OB3.
The steel balls forming the B layer are also in contact with each other, and the B layer is configured innumerably on one plane. If the center of the steel ball constituting the A layer is moved to OB1, OB2, OB3.
[0039]
A second A layer is disposed on the B layer. As seen from the + c-axis direction, the first A-layer steel ball and the second A-layer steel ball appear to completely overlap each other as shown in FIG. That is, the steel ball A12 overlaps with the steel ball A14 over the steel ball A4.
Further, the second B layer is disposed on the second A layer, and the first B layer and the second B layer are also disposed at positions completely overlapping when viewed from the + c-axis direction. In this way, hexagonal crystals are arranged.
In the case of a steel ball considered to be a rigid body, the lattice constant along the c-axis is 1.633K, but an actual crystal shows a slightly different value.
[0040]
Here, the surface normally seen in a hexagonal single crystal will be described. The main plane for growing a crystal is a plane parallel to the c-axis and one a-axis (referred to as the m-plane), and contrasted with this is parallel to the c-axis and perpendicular to one a-axis. It is a surface to do.
It has already been described that a single crystal grows smoothly on the m-plane, has a high growth rate, and a crystal defect region tends to occur on a plane parallel to the c-axis and perpendicular to one a-axis.
In the plane perpendicular to the c-axis (parallel to the a-axis), the steel balls are arranged most densely. The adjacent steel balls are in contact with each other with the smallest gap. The state is shown in FIG. 3B, and the steel ball density (the number of steel balls in the unit plane) is maximized.
[0041]
The plane parallel to the m-plane and the c-axis and perpendicular to the single a-axis will be described with reference to FIG. The figure is a projection of a steel ball model near the crystal surface. The last one of the subscripts in the figure is a plan view seen from the + c-axis direction, 2 is a side view showing a section taken along line AA, and 3 is a front view showing the crystal surface from the outside.
Although it does not change in the steel ball model, in an actual crystal, the lattice constant of the layer close to the surface is different from that in the inside and the distance between molecules is usually different.
[0042]
FIG. 4A shows a case where the m-plane 110 parallel to the c-axis and one a-axis is the surface.
Here, as indicated by the alternate long and short dash line in FIGS. 1A and 1A, the surface of the crystal (m-plane 110) is a plane that passes through the center of the outermost steel ball.
As shown in the figure (a2), a total of steel balls A21 of the A layer located on the surface, steel balls equivalent to the steel balls A21 of the lower A layer, and steel balls B21 of the B layer disposed slightly inside In the figure, the A-layer steel balls (rows of equivalent steel balls) form the outermost surface of the crystal, and the B-layer steel balls are drawn inside and arranged in a row. A depression is formed.
[0043]
When a steel ball B20 corresponding to ZnO molecules is supplied from outside and is captured by approaching the surface, it falls into a recess between two rows of A layers, and two steel balls of A layer and B at the position indicated by the dashed line Occupies a stable position in contact with two steel balls of the layer. When the steel ball B20 is attached to the surface, a new B layer is formed, and the surface grows outward by about 60% of the diameter of the steel ball, and the crystal grows.
When the steel balls are arranged one after another at the same position as the steel ball B20 and completely fill the recess of the B layer, this time, the B layer becomes the crystal surface, and the A layer becomes the position drawn inside, but the entire surface The shape of is exactly the same as FIG. 4 (a1 to a3) just by switching the A layer and the B layer. Even if steel balls (molecules) adhere to each other one after another, the arrangement of the steel balls remains unchanged, and the lattice constant K and the lattice constant in the c-axis direction (1.633K for steel balls) always appear as they are. It can be seen that the surface is in a state where defects are hardly generated. The fast crystal growth is also thought to be due to the fact that the molecular arrangement and lattice constant do not change, and the molecules adhere stably to the surface.
[0044]
FIG. 5B shows a single plane 120 that is parallel to the c-axis and perpendicular to the a-axis. Similarly to (a), a surface passing through the center of the steel ball arranged on the outermost surface of the crystal is defined as a surface 120, which is indicated by a one-dot chain line.
As shown in the figure (b1), the distance between the two A-layer steel balls located on the surface is considerably different from the lattice constant K (1.732K), and B is in the same plane as the two A-layer steel balls. One steel ball in the layer becomes a wedge type, two steel balls in the A layer and one steel ball in the B layer (shown by a one-dot chain line) in a position drawn between the two wedge types in contact with the surface ) To form the same wedge shape and pull it to the position where it touches the surface to face the outside.
This surface 120 will have zigzag-shaped grooves repeatedly arranged, and in a position where molecules are likely to be trapped, since it differs from the original lattice constant, it becomes an arbitrary arrangement for each molecule, and it is difficult for regular molecular arrangement growth to occur. It is a surface where crystal defects are likely to occur.
[0045]
At the actual molecular level, the surface 120 is not formed as a wide surface as shown in the figure, and it is considered that m surfaces along the a-axis that are cleavage surfaces are irregularly arranged on the surface. Therefore, the crystals grow at right angles to the individual m-planes, and as they grow, they interfere with each other to form crystal defect regions.
[0046]
In addition, at the end of the surface, the crystal growth direction changes as if the influence of the other a-axis is stronger than the a-axis parallel to the current surface. For example, if the rightmost steel ball A20 in FIG. 4 (a1) is the end of the seed crystal surface, the influence of the a3 axis is stronger than the a1 axis, and the surface tends to bend and grow in a direction parallel to the a3 axis.
Accordingly, as shown in FIG. 5D, the surface 115 is bent from the surface 115 to the surface 113, and the m-plane grows in a direction parallel to the a3 axis. Eventually, when the m-plane covers the crystal defect region of the seed crystal surface layer, it grows as a normal m-plane thereafter.
Thus, as the number of m-planes increases from the surface of single crystal growth to the surface parallel to the c-axis of the seed crystal, a crystal with fewer defects grows faster.
[0047]
From this point, when the shape of the seed crystal from FIG. 1 (b to g) is reviewed, the seed crystals 21b to 21g) are all composed of only the m-plane surface parallel to the c-axis.
If the parallelogram of the seed crystal 21 (d, e) is used in order to reduce the seed crystal polishing process, a large number of isomorphous seed crystals can be simultaneously attached to a simple jig to obtain a large number of seed crystals in one polishing process. Can do.
The seed crystal shown in FIG. 1 (h) includes a surface 120 perpendicular to the a axis, but by shortening the length of the surface 120 perpendicular to the a axis relative to the length of the m surface 110 parallel to the a1 axis. In addition, the size of the crystal defect region can be reduced to such an extent that there is no practical problem. As described above, if the length of the surface 120 other than the m-plane is made as thin as possible, the seed crystal 21h can minimize the generation of a crystal defect region.
[0048]
By the way, when a single crystal of ZnO is actually grown by the hydrothermal synthesis method using the seed crystal described so far, the quality of the grown single crystal differs depending on the cross-sectional shape perpendicular to the c-axis of the seed crystal. It is recognized that there is. In particular, it appears remarkably when a wafer is cut out from a grown ZnO single crystal at right angles to the c-axis (referred to as c-cut), further subdivided, and used as it is as a light emitting element.
Although it has already been explained that a crystal defect region occurs in the single crystal after growth on the surface of the seed crystal other than the m-plane, and there are often poor quality portions in the vicinity of the seed crystal at the center of the grown single crystal. The influence of the crystal defect region is quite wide. For example, not only the crystal defect region 44 having an isosceles triangle shape shown in FIG. Is spreading.
[0049]
The distribution of photoluminescence intensity can be used as a quality evaluation method when a ZnO single crystal is used as a light emitting element. To briefly explain photoluminescence, it is a phenomenon in which a substance is stimulated by radiation such as visible light or ultraviolet light and emits light having a longer period (this light is called fluorescence or phosphorescence). FIG. 5A schematically shows the intensity distribution of light emission corresponding to the photon energy on the horizontal axis by selectively irradiating the c-cut ZnO with laser. The ideal photoluminescence characteristic is shown by a curve drawn with a broken line, and has a peak in the vicinity of 3.3 eV. The wavelength of this peak is about 375 nm in the ultraviolet region, and is a wavelength necessary for realizing an ultraviolet light emitting element.
[0050]
FIG. 5B shows a schematic view of the surface cut and polished at right angles to the c-axis of c-cut ZnO as a sample. There is a substantially square seed crystal 21 in the center, and isosceles triangular crystal defect regions 44 are formed on the left and right non-m-planes.
Further, the seed crystal peripheral portion 92 inside the outer peripheral surface 91 partitioned into hexagons by broken lines is a portion having many crystal defects which are bad for a light emitting element, and the outside thereof is recognized as a crystal portion having a good quality. . In FIG. 5A, A shows the characteristic of the peripheral portion considered as a high-quality crystal portion, and B shows the characteristics of the seed crystal peripheral portion.
In the measured ZnO crystal, the cause of impurity contamination and oxygen defects has not been completely removed, and both A and B have low peak values in the vicinity of 3.3 eV, but the decrease in B is particularly large.
[0051]
In the growth of ZnO single crystals belonging to the hexagonal system, a seed crystal peripheral portion with many crystal defects exists in a fairly wide range centering on the seed crystal 21 and the crystal defect region 44. It cannot be used as a light emitting element. This indicates that the yield of the wafer for manufacturing the light emitting device is greatly deteriorated.
Further, it is considered that a high-quality crystal portion 93 is not formed unless the outer peripheral surface 91 of the portion having many crystal defects is formed in a substantially regular hexagon.
[0052]
In summary, the regular hexagonal cross section shown in FIG. 6 (a) (FIG. 1 (b) is also the same shape) is optimal as the cross-sectional shape of the seed crystal in consideration of the yield when using a ZnO single crystal as a light emitting device. Become.
However, as already described, polishing the outer shape of the Zn0 seed crystal having a regular hexagonal cross section has many disadvantages in terms of cost, such as an increase in the number of steps.
As one convenient method, as shown in FIG. 6 (b) schematically depicting a cross section perpendicular to the c-axis of the seed crystal, the central axis is parallel to the c-axis as a surface constituting the surface shape of the seed crystal. When the cylindrical shape is adopted, polishing and other operations can be performed almost by machining. Since machining similar to cylindrical polishing is sufficient until finishing, all seed crystals other than cylindrical shapes require processing methods similar to planar lapping, making it easier to fully automate and reduce processing costs. .
The surface shape of the seed crystal is not particularly limited except for the above cylindrical surface portion. The plane corresponding to the upper and lower bottom surfaces of a normal cylinder may be the crystal plane of the single crystal as it is, but it is preferable in terms of machining that it is processed in advance into a plane perpendicular to the c-axis.
[0053]
At one point on the cylindrical surface, the angle formed by the tangent of the cylindrical surface passing through that point and the m-plane is the error angle between the cylindrical surface and the m-plane. The maximum error angle is 30 ° at the intersection 94 (six locations) between the m planes of the a1 to a3 axes on the cylindrical surface, and the minimum is 0 ° at each midpoint 30 ° apart from the three a axes. It becomes.
At least the hatched portion in the figure becomes the crystal defect region 95, but since the change in the error angle is gentle in the vicinity of the error zero point, the m-plane is easily formed over a wide range at an early stage.
Accordingly, a regular hexagonal outer peripheral surface 91 covering the crystal defect region 95 relatively quickly is obtained, and a high-quality crystal portion is formed outside thereof.
Compared with a seed crystal having a regular hexagonal cross section, the presence of some crystal defect regions may be covered by the low cost of machining the seed crystal.
[0054]
Conventionally, it is very difficult to obtain a large single crystal as a seed crystal, and a plurality of single crystals cut out from a small single crystal are connected in the c-axis direction, a thick ZnO film is grown on the surface of a different substrate, etc. I had to make an effort to obtain a seed crystal as large as possible. As described above, an ideal seed crystal is a ZnO single crystal that is long in the c-axis direction and has a hexagonal prism in cross section perpendicular to the c-axis.
Next, a method for growing a ZnO single crystal that can be used as a seed crystal by a vapor phase growth method will be described.
[0055]
A method for growing a ZnO single crystal by the vapor phase growth method (Chemical Vapor Deposition) described below employs a method that can be called a chemical vapor transport method, and will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows a schematic cross-sectional view of an example of a growth vessel 80 for growing a ZnO seed crystal by a chemical vapor transport method.
[0056]
The growth container 80 has a shape in which the front container 80 a and the rear container 80 b are combined, and the internal gas can be communicated through the communication hole 85. In the figure, as an example, these containers have a cylindrical shape, and the rear container 80b is provided with a communication hole 86 to the outside.
A pipe 83 passes through the front container 80a and a pipe 84 passes through the rear container 80b, so that gas can be supplied from the outside.
In advance, sintered ZnO powder 87 as a raw material for the ZnO seed crystal is charged in the front container 80a, and a ZnO single crystal 88 for nucleus as a seed crystal nucleus is charged in the rear container 80b. Yes.
[0057]
The ZnO powder 87 in the front container 80a is placed in a high-temperature atmosphere around about 1300 ° C., and hydrogen gas (H 2 ) And sprayed onto the ZnO powder. At high temperatures, ZnO is deprived of oxygen and reduced, and Zn and H 2 O.
[0058]
The liberated Zn is introduced into the rear container 80b through the communication hole 85. In the rear vessel 80b, oxygen gas (O 2 ) Is supplied. The liberated Zn and oxygen precipitate as a single crystal with the single crystal 88 as a nucleus to grow a single crystal 89 of ZnO.
According to this chemical vapor transport method, the growth direction of the c-axis of the single crystal 89 is induced in the flow direction of the air flow, and a high-purity ZnO single crystal (product seed crystal) that is long in the c-axis direction is obtained.
In addition, according to this chemical vapor transport method, there is a high probability that an ideal seed crystal having a c-cut surface close to a regular hexagon will be obtained. As described above, since reduction and single crystal growth are separated into a dedicated growth vessel, seed crystals are efficiently grown.
In addition, since these reactions can be performed near atmospheric pressure, the pressure in the container 80 can be atmospheric pressure.
Further, if excessive hydrogen gas is discharged after combustion by an igniter connected to an external communication hole 86, there is no danger.
[0059]
If a single crystal grown using such a seed crystal is sliced, a ZnO wafer with a high yield is obtained, and a substrate large enough for industrial use can be obtained as a final product. A single crystal may be mass-produced using a seed crystal cut out from the single crystal.
[0060]
Therefore, if such a ZnO wafer is used as a base material and a ZnO thin film is formed on this base material, an extremely high quality ZnO thin film can be formed.
Therefore, if such a ZnO single crystal is used as a base material and a ZnO thin film is formed on this base material to produce a semiconductor device such as an ultraviolet LED, a laser diode, or a transparent transistor, the electrical / optical A semiconductor device having excellent characteristics and reliability can be realized.
[0061]
【The invention's effect】
As described above, the zinc oxide growth seed crystal cut out from the zinc oxide single crystal of the present invention has a thin plate shape in which at least two wide surfaces are parallel m surfaces. Even if constituted by other than the above, the size of the crystal defect region is practically negligible so that the yield of the seed crystal processing can be minimized.
[0062]
In addition, a seed crystal having a parallelogram section composed of two m-planes and a m-plane along the other a-axis can obtain a seed crystal with relatively low processing cost. . Furthermore, if hexagonal seed crystals composed of six m-planes are used, all hexagonal seed crystals can be composed of m-planes, so that a more stable quality zinc oxide single crystal can be obtained.
[0063]
When using a ZnO single crystal as a light-emitting device, the cross-sectional shape of the seed crystal is a seed crystal having a cross section close to a regular hexagon with the same length of the m-plane, but no crystal defect region is theoretically generated. It is optimal because a high-quality crystal part is formed immediately near the seed crystal surface.
In order to reduce the cost of machining a seed crystal having a regular hexagonal cross section, a seed crystal having a cylindrical core whose axis is parallel to the c-axis is very easy to form the seed crystal by polishing or other means. It is excellent in that the processing cost of the seed crystal is low. The thickness of the crystal defect region is small, and a regular hexagonal outer peripheral surface is acquired relatively quickly to form a high-quality crystal portion. Compared to a seed crystal having a regular hexagonal cross section, some of the poor yields have the advantage of being canceled by low machining costs.
[0064]
Furthermore, since a high-quality ZnO single crystal can be obtained, it is a great effect that improvement in electrical and optical characteristics and reliability of semiconductor devices such as ultraviolet LEDs, laser diodes, and transparent transistors can be expected.
[0065]
By adopting the chemical vapor transport method to make the seed crystal by itself, it is possible to easily obtain a ZnO single crystal with high purity that is long in the c-axis direction from the sintered ZnO powder, and the seed crystal can be easily obtained. The advantages are great.
Furthermore, it is a great effect that the growth container can be divided into a front container for zinc oxide reduction and a rear container for single crystal growth to grow a good quality zinc oxide single crystal for seed crystal.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing various cross sections of a seed crystal cut out from a ZnO single crystal.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a single crystal growing apparatus used in a hydrothermal synthesis method.
FIG. 3 is a schematic diagram by perspective and orthographic projection for explaining a hexagonal crystal state, a crystal lattice, and a crystal axis by a steel ball model.
FIG. 4 is a schematic diagram showing the state of molecular arrangement on the surface of a seed crystal in two directions parallel and perpendicular to the a-axis as a projection diagram of a steel ball model.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a measurement result of a photoluminescence intensity of a ZnO single crystal and a measurement position of a cross section of the single crystal.
FIG. 6 is a diagram schematically showing a regular hexagonal shape and a circular cross-sectional shape of a ZnO seed crystal.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing one embodiment of a growth vessel for growing a ZnO seed crystal using a chemical vapor transport method.
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining a conventional method of cutting a seed crystal from a zinc oxide single crystal and a crystal defect region generated in the vicinity of the seed crystal.
[Explanation of symbols]
3, 21 seed crystal, 10, 20, 40 ZnO single crystal, 42 c-axis, 43, a-axis (a1 to a3), 44, 95 crystal defect region, 45 crystal lattice (unit lattice), 51 single crystal growth apparatus , 52 Autoclave, 54 Lid, 55 Adhering part, 56 Heater, 57 Packing, 60 Growth container, 61 Frame, 62 Platinum wire, 64 Internal baffle plate, 65 External baffle plate, 66 Raw material, 67 Heat transfer solution, 70 Bellows, 71 growing solution,
A1, A2, ... Steel balls constituting layer A, B1, B2, ... Steel balls constituting layer B, 110 m-plane of seed crystal, 112, 113, 115 Single crystal surface (m-plane), 120 plane perpendicular to the a-axis of the seed crystal, OB1, OB2, OB3 Projected position of the center of the steel ball constituting the B layer, K lattice constant,
80 growth container, 80a front container, 80b rear container, 83 pipe, 84 pipe, 85, 86 communication hole, 87 ZnO powder, 88 ZnO single crystal for nucleus,
89 ZnO single crystal (seed crystal ... product), 91 outer peripheral surface, 92 seed crystal peripheral part, 93 high quality crystal part 94 intersections of 6 m faces (six places),

Claims (2)

酸化亜鉛の単結晶から切り出された酸化亜鉛育成用種結晶であって、
上記種結晶のc軸に平行な表面を形成する平面は、3つのa軸のそれぞれに平行な2面からなる6面のm面から構成される六辺形であること
を特徴とする酸化亜鉛育成用種結晶。
A seed crystal for growing zinc oxide cut from a single crystal of zinc oxide,
The zinc oxide characterized in that the plane forming the surface parallel to the c-axis of the seed crystal is a hexagon composed of six m-planes composed of two faces parallel to each of the three a-axes. Seed crystal for growth.
酸化亜鉛の単結晶から切り出された酸化亜鉛育成用種結晶であって、
上記種結晶を構成する表面形状の1面は、中心軸がc軸に平行な円柱面で構成されたこと
を特徴とする酸化亜鉛育成用種結晶。
A seed crystal for growing zinc oxide cut from a single crystal of zinc oxide,
One surface of the surface shape constituting the seed crystal is a cylindrical surface whose center axis is parallel to the c-axis.
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