JPH06122595A - Growth of zinc oxide single crystal - Google Patents

Growth of zinc oxide single crystal

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JPH06122595A
JPH06122595A JP4276292A JP27629292A JPH06122595A JP H06122595 A JPH06122595 A JP H06122595A JP 4276292 A JP4276292 A JP 4276292A JP 27629292 A JP27629292 A JP 27629292A JP H06122595 A JPH06122595 A JP H06122595A
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JP
Japan
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zno
growth
growing
container
single crystal
Prior art date
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JP4276292A
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Japanese (ja)
Inventor
Yuji Asai
裕次 浅井
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NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To inhibit dissolution of ZnO seed crystals and improve the growth efficiency by charging ZnO and an alkaline solvent in a growth tank, dissolving Zn ions with heating, subsequently putting the seed crystals thereinto and growing ZnO single crystals at a high-temperature and a high-pressure. CONSTITUTION:Into a growth tank 10 the inside of which is coated with Ag, Pt, etc., ZnO sintered materials 1 having 1 to 2mm particle diameter are charged and a baffle plate 3 is set so as to divide the inside of the tank 10 into a raw material pack part 14 and a crystal growth part 16. ZnO seed crystals 7 are hung from a frame 5 and set to the crystal growth part 16. An alkaline solvent prepared by dissolving ZnO at a high-temperature and high-pressure of 360 to 400 deg.C and 500 to 700kg/cm<2> and containing ZnO and Zn ions is then poured into the tank 10 and H2O2 is added thereto so as to adjust the electric conductivity to 10<-3> to 10<-6>l/OMEGA.cm. The crystal growth part 16 and the raw material pack part 14 are subsequently heated respectively up to 360 to 400 deg.C and 380 to 420 deg.C and the objective growth of ZnO single crystals is carried out for 10 to 30day.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、酸化亜鉛(ZnO)の
単結晶の育成方法に関し、更に詳細には、音響電気効果
素子として好適に用いることができるZnO単結晶の育
成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for growing a zinc oxide (ZnO) single crystal, and more particularly to a method for growing a ZnO single crystal which can be suitably used as an acoustoelectric effect element.

【0002】[0002]

【従来の技術】酸化亜鉛(ZnO)は、化学組成がZn
過剰であるn形半導体であり、また、その結晶構造から
圧電体としても注目されてきた物質である。現在、Zn
Oの利用は薄膜によって行われているが、膜が多結晶で
あるため粒界の影響を受け、伝搬損失が大となるため利
用できないという問題があり、このため、高純度ZnO
の単結晶化が重要な課題となっている。
2. Description of the Related Art Zinc oxide (ZnO) has a chemical composition of Zn.
It is an excess n-type semiconductor, and is a substance that has attracted attention as a piezoelectric body due to its crystal structure. Currently Zn
Although the use of O is carried out by a thin film, there is a problem that it cannot be used because the film is polycrystalline and is affected by the grain boundaries and the propagation loss becomes large. Therefore, high-purity ZnO is used.
Single crystallization is an important issue.

【0003】ZnOの単結晶化に関しては、「高純度Z
nO単結晶の水熱育成とストイキオメトリーの評価」
(坂上 登著、昭和63年2月、秋田高専研究紀要第2
3号)が報告されている。この文献には水熱合成法によ
るZnO単結晶の育成が記載されており、この育成法に
よれば、ZnO焼結体を結晶育成装置内の下部に、一
方、ZnO種結晶を該育成装置の上部にそれぞれ配置
し、次いで、KOH及びLiOHから成るアルカリ溶媒
を充填する。この状態で、結晶育成装置内を370〜4
00℃の育成温度、700〜1000kg/cm2の圧
力で運転を行うが、ここで、結晶育成装置内の上部と下
部で、下部の温度が上部の温度より10〜15℃高くな
るように運転することにより、ZnOの単結晶を育成す
る。
Regarding the single crystallization of ZnO, "high-purity Z
Hydrothermal growth of nO single crystal and evaluation of stoichiometry ”
(Noboru Sakagami, February 1988, Bulletin of the Akita National College of Technology No. 2
No. 3) has been reported. This document describes the growth of a ZnO single crystal by a hydrothermal synthesis method. According to this growth method, a ZnO sintered body is placed in the lower part of a crystal growing device, while a ZnO seed crystal is grown in the growing device. Each is placed on top and then filled with an alkaline solvent consisting of KOH and LiOH. In this state, the inside of the crystal growth apparatus is 370-4
The operation is performed at a growth temperature of 00 ° C. and a pressure of 700 to 1000 kg / cm 2 , but here, the operation is performed so that the temperature of the lower part is 10 to 15 ° C. higher than the temperature of the upper part in the upper part and the lower part in the crystal growing device. By doing so, a ZnO single crystal is grown.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようなZnO単結晶の育成においては、結晶育成装置内
の温度上昇につれて、ZnO種結晶がアルカリ溶媒に溶
解してしまう場合があった。即ち、通常、種結晶は、貴
金属線を貫通させることにより吊り下げて設置される
が、貴金属線を貫通されている種結晶の孔部が温度上昇
につれて溶解し、この結果、種結晶が落下してしまい、
単結晶の育成ができなくなるという課題があった。
However, in growing the ZnO single crystal as described above, the ZnO seed crystal may be dissolved in the alkaline solvent as the temperature in the crystal growing apparatus rises. That is, normally, the seed crystal is installed by suspending it by penetrating the noble metal wire, but the pores of the seed crystal penetrating the noble metal wire melt as the temperature rises, and as a result, the seed crystal falls. And
There is a problem that it becomes impossible to grow a single crystal.

【0005】また、このような溶解により、育成させる
はずの種結晶が小さくなったり、最悪の場合には、完全
に消失することもあるという課題があった。また、上述
のような水熱合成法による育成においては、種結晶が六
方晶構造のc軸方向にほとんど成長しないため、上記溶
解により種結晶のc軸方向が短くなると、c軸方向の小
さな結晶しか得られないことになる。更に、従来の方法
では、種結晶として厚さの大きな結晶を用いなければな
らず、コスト的に不利であった。
Further, due to such dissolution, there is a problem that the seed crystal to be grown may become small or, in the worst case, may completely disappear. Further, in the growth by the hydrothermal synthesis method as described above, since the seed crystal hardly grows in the c-axis direction of the hexagonal crystal structure, if the c-axis direction of the seed crystal is shortened by the above-mentioned melting, a small crystal in the c-axis direction Only you can get it. Furthermore, in the conventional method, a crystal having a large thickness has to be used as a seed crystal, which is disadvantageous in cost.

【0006】本発明は、このような従来技術の有する課
題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、水熱合成法による単結晶の育成に際し、種結晶の溶
解を抑制し育成効率を向上したZnO単結晶の育成方法
を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and an object of the present invention is to suppress the dissolution of a seed crystal when growing a single crystal by a hydrothermal synthesis method. It is to provide a method for growing a ZnO single crystal with improved efficiency.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成すべく鋭意研究した結果、アルカリ溶媒にZnOを
溶解させることにより、上記目的が達成できることを見
出し本発明を完成するに至った。
As a result of intensive studies aimed at achieving the above object, the present inventor has found that the above object can be achieved by dissolving ZnO in an alkaline solvent, thereby completing the present invention. .

【0008】従って、本発明のZnO単結晶の育成方法
は、ZnO単結晶を水熱合成法を用いて育成するに当た
り、(1) ZnOとアルカリ溶媒を育成容器内に充填
し、(2) このアルカリ溶媒を加熱してZnイオンを
溶出させた後に、ZnO種結晶を上記育成容器内に設置
し、(3) 次いで、この育成容器を封止し、高温高圧
下でZnO単結晶を育成する、ことを特徴とする。ま
た、本発明のZnO単結晶の育成方法は、ZnO単結晶
を水熱合成法を用いて育成するに当たり、(1) Zn
OとZnイオンを含有するアルカリ溶液とZnO種結晶
とを育成容器内に設置し、(2) 次いで、この育成容
器を封止し、高温高圧下でZnO単結晶を育成する、こ
とを特徴とする。
Therefore, according to the method for growing a ZnO single crystal of the present invention, when growing a ZnO single crystal by using a hydrothermal synthesis method, (1) ZnO and an alkaline solvent are filled in a growth container, and (2) After heating the alkaline solvent to elute Zn ions, a ZnO seed crystal is placed in the above-mentioned growth container, (3) then this growth container is sealed, and a ZnO single crystal is grown under high temperature and high pressure. It is characterized by Further, the method for growing a ZnO single crystal of the present invention includes (1) Zn when growing a ZnO single crystal using a hydrothermal synthesis method.
An alkaline solution containing O and Zn ions and a ZnO seed crystal are placed in a growth container, and (2) this growth container is then sealed to grow a ZnO single crystal under high temperature and high pressure. To do.

【0009】[0009]

【作用】本発明の育成方法において、アルカリ溶媒に溶
解させるZnOの作用機構は明らかではないが、以下の
ようなものであると推定される。即ち、アルカリ溶媒中
におけるZnOの溶解度は、温度上昇とともに大きくな
る。このため、従来の水熱合成法においては、結晶育成
容器内の温度上昇につれて、育成原料であるZnOが溶
解するだけではなく、ZnO種結晶も溶解し始めること
になる。この種結晶の溶解は、アルカリ溶媒におけるZ
nOの溶解量が飽和又は過飽和状態になって始めて進行
しなくなると考えられる。
In the growing method of the present invention, the mechanism of action of ZnO dissolved in an alkaline solvent is not clear, but it is presumed to be as follows. That is, the solubility of ZnO in the alkaline solvent increases as the temperature rises. Therefore, in the conventional hydrothermal synthesis method, as the temperature in the crystal growth container rises, not only the ZnO that is the growth raw material dissolves, but also the ZnO seed crystal begins to dissolve. The dissolution of this seed crystal can be achieved by dissolving Z in an alkaline solvent.
It is considered that the amount of dissolved nO does not proceed until it becomes saturated or supersaturated.

【0010】従って、本発明の育成方法では、ZnOを
アルカリ溶媒に溶解させることにより、アルカリ溶液中
のZnOの溶解量を増大させることにした。これによ
り、上記過飽和等の状態にいち早く到達するので、Zn
O種結晶の溶解が抑制されるものと推定される。よっ
て、育成過程においてZnO種結晶がほとんど溶解せ
ず、ZnO単結晶が育成効率良く得られる。
Therefore, in the growing method of the present invention, the dissolution amount of ZnO in the alkaline solution is increased by dissolving ZnO in the alkaline solvent. As a result, the above-mentioned state of supersaturation is reached sooner,
It is presumed that the dissolution of O seed crystal is suppressed. Therefore, the ZnO seed crystal is hardly dissolved during the growth process, and the ZnO single crystal can be obtained with high growth efficiency.

【0011】次に、本発明のZnO単結晶の育成方法に
ついて詳細に説明する。まず、ZnO単結晶を育成する
原料として用いるZnOとしては、粉末や顆粒状のもの
を用いることができる。但し、イオン化していないZn
O粉末がアルカリ溶液中に浮遊している場合には、この
浮遊粉末がZnO種結晶に付着し、育成せんとする種結
晶に混入することがある。従って、ZnO粉末を用いる
場合は、ZnO粉末を多孔質又は孔あきの容器に充填
し、この容器を育成容器内に設置すれば、ZnO粉末の
浮遊を防止でき、上記種結晶への悪影響を回避すること
ができる。以上のことから、通常は、ZnO焼結体を原
料として用いるのが好ましく、この焼結体は、常法に従
って焼成し製造することができる。得られた焼結体のう
ち1〜2mm程度のものを選別するのがよい。
Next, the method of growing the ZnO single crystal of the present invention will be described in detail. First, as ZnO used as a raw material for growing a ZnO single crystal, powder or granular one can be used. However, non-ionized Zn
When the O powder is suspended in the alkaline solution, the suspended powder may adhere to the ZnO seed crystal and mix with the seed crystal to be grown. Therefore, in the case of using ZnO powder, if the ZnO powder is filled in a porous or perforated container and this container is installed in the growth container, it is possible to prevent the ZnO powder from floating and avoid the adverse effect on the seed crystal. be able to. From the above, it is usually preferable to use a ZnO sintered body as a raw material, and this sintered body can be manufactured by firing according to a conventional method. It is preferable to select one having a diameter of about 1 to 2 mm from the obtained sintered bodies.

【0012】次に、Ag又はPt等を内部に被覆した育
成容器内、あるいはAg又はPt等で作製された育成容
器内に上記ZnO焼結体を充填する。そして、所要に応
じて、該容器内にバッフル板を設置して、ZnO焼結体
を充填した原料充填部とZnO種結晶を配置する結晶育
成部とに区画する。次いで、ZnO種結晶を該容器内の
上方(バッフル板を用いた場合には、結晶育成部)に配
置する。この種結晶としては、気相成長法で作製した単
結晶も用いることができるが、気相成長法によるZnO
単結晶にはLiが入っていないため、その結晶を用いて
水熱合成法により育成を行うと、種結晶と結晶成長する
育成部との整合性が悪くなることから、水熱合成法によ
り得られた結晶を用いるのがよい。
Next, the ZnO sintered body is filled in a growth container having Ag or Pt or the like coated inside or in a growth container made of Ag or Pt or the like. Then, if necessary, a baffle plate is installed in the container to divide into a raw material filling portion filled with a ZnO sintered body and a crystal growth portion in which a ZnO seed crystal is arranged. Next, the ZnO seed crystal is placed in the upper part of the container (in the case of using a baffle plate, a crystal growth part). As this seed crystal, a single crystal prepared by a vapor phase growth method can also be used.
Since the single crystal does not contain Li, if the crystal is grown by the hydrothermal synthesis method, the matching between the seed crystal and the growing portion where the crystal grows deteriorates. It is better to use the obtained crystals.

【0013】次に、KOHとLiOHとから成るアルカ
リ溶媒にZnOを溶解させたアルカリ溶液、即ちZnイ
オンを含有するアルカリ溶液を、該容器に注入する。注
入の割合は、該容器の容積の約80%とするのが好まし
い。ZnOの溶解法は、特に限定されるものではない
が、例えば360〜400℃、500〜700kg/c
2の高温高圧下で行うことができる。また、ZnOと
上記アルカリ溶媒を育成容器に充填し、このまま上記の
ような条件で加熱・加圧してZnイオンを溶出させ、そ
の後にZnO種結晶を育成容器内に設置してもよい。い
ずれの場合においても、ZnOを十分に溶解させ、飽和
又は過飽和に近い状態にするのが好ましい。なお、この
アルカリ溶液を注入する際、得られるZnO単結晶を高
純度化するために、更にH22を注入してもよい。但
し、この場合には、H22の酸化剤としての性質を考慮
して、育成容器内部をPtで被覆するか又は、育成容器
自体をPtで作製する必要がある。
Next, an alkaline solution in which ZnO is dissolved in an alkaline solvent composed of KOH and LiOH, that is, an alkaline solution containing Zn ions is poured into the container. The injection rate is preferably about 80% of the volume of the container. The dissolution method of ZnO is not particularly limited, but is, for example, 360 to 400 ° C., 500 to 700 kg / c.
It can be performed under high temperature and pressure of m 2 . Alternatively, ZnO and the above-mentioned alkaline solvent may be filled in a growth container, and the ZnO seed crystal may be placed in the growth container after heating and pressurizing under the above conditions to elute Zn ions. In any case, it is preferable that ZnO is sufficiently dissolved to bring it into a saturated or supersaturated state. When the alkaline solution is injected, H 2 O 2 may be further injected in order to highly purify the obtained ZnO single crystal. However, in this case, and taking into consideration the nature of the H 2 0 2 oxidizing agent, the internal growth vessel or coated with Pt, it is necessary to produce a growth vessel itself Pt.

【0014】次に、該育成容器を他の容器、例えばオー
トクレーブ内に設置し、圧力媒体をこのオートクレーブ
内に充填して該容器を浸漬する。この圧力媒体として
は、高温高圧下で腐食性の弱い物質であればよく、蒸留
水が好ましい。かかる圧力媒体は、育成容器をオートク
レーブ内に設置した際に残存する内容積(以下、「フリ
ー内容積」という。)に対する充填率に応じて、その育
成温度にて圧力を発生するが、この圧力が育成容器内の
圧力と同等あるいは若干高めになるように、圧力媒体の
充填率を調整することにより育成容器を保護する機能を
果たす。上記の溶媒及び溶媒濃度において、圧力媒体と
して蒸留水を用いる場合には、その充填率は、オートク
レーブのフリー内容積の約60〜80%程度とするのが
よい。
Next, the growing container is placed in another container, for example, an autoclave, a pressure medium is filled in the autoclave, and the container is immersed. The pressure medium may be any substance that is weakly corrosive under high temperature and high pressure, and distilled water is preferable. The pressure medium generates pressure at the growth temperature according to the filling rate with respect to the internal volume (hereinafter, referred to as "free internal volume") remaining when the growth container is installed in the autoclave. Adjusts the filling rate of the pressure medium so that the pressure becomes equal to or slightly higher than the pressure in the growth container, thereby fulfilling the function of protecting the growth container. When distilled water is used as the pressure medium in the above solvent and solvent concentration, its filling rate is preferably about 60 to 80% of the free internal volume of the autoclave.

【0015】次に、該オートクレーブを加熱炉内に設置
し、上記育成容器の温度を上昇させて、上記結晶育成部
と原料充填部とを所定温度に加熱する。この際、結晶育
成部の温度を原料充填部の温度より約5〜25℃低くす
るのがよい。即ち、結晶育成部の温度は360〜400
℃、原料充填部温度は380〜420℃とするのが好ま
しい。そして、この状態のまま10〜30日間定常運転
して結晶を育成し、その後、加熱炉を停止して室温に下
げ、ZnO単結晶を取り出す。
Next, the autoclave is placed in a heating furnace, the temperature of the growth container is raised, and the crystal growth part and the raw material charging part are heated to a predetermined temperature. At this time, it is preferable that the temperature of the crystal growth part is lower by about 5 to 25 ° C. than the temperature of the raw material filling part. That is, the temperature of the crystal growth part is 360 to 400.
C., and the temperature of the raw material filling part is preferably 380 to 420.degree. Then, in this state, a steady operation is performed for 10 to 30 days to grow a crystal, then the heating furnace is stopped and the temperature is lowered to room temperature, and a ZnO single crystal is taken out.

【0016】ここで、得られるZnO単結晶を、圧電性
半導体、特に音響効果型探触子材料、超音波増幅材料及
び圧電トランスデューサー等に利用する適性を向上させ
るためには、上記注入するH22の濃度を適宜調整し
て、ZnO単結晶の電気伝導度を10-3〜10-61/Ω
・cm程度に調整することができる。この場合、H22
濃度をアルカリ溶媒1lに対して0.02〜0.1mo
l未満とするのがよい。
Here, in order to improve the suitability of the obtained ZnO single crystal for use in piezoelectric semiconductors, particularly acoustic effect type probe materials, ultrasonic amplification materials, piezoelectric transducers, etc. The electrical conductivity of ZnO single crystal is adjusted to 10 -3 to 10 -6 1 / Ω by appropriately adjusting the concentration of 2 O 2.
・ Can be adjusted to about cm. In this case, H 2 O 2
The concentration is 0.02-0.1mo for 1 liter of alkaline solvent
It is preferably less than 1.

【0017】また、H22濃度を上記の値より大きくし
てZnO単結晶を育成し、育成後の単結晶にAl等の3
価金属をドープして電気伝導度を上記の値に調整するこ
とも可能である。H22濃度がアルカリ溶媒1lに対し
0.1mol以上の場合には、ZnO単結晶中に15〜
120ppmのAlを拡散させれば、ZnO単結晶の電
気伝導度を10-3〜10-61/Ω・cmに調整すること
ができる。拡散方法としては、例えばAl(OH)3
はAl2(CO33溶液中にZnO単結晶を浸漬し、次
いで、大気中又はO2気流中700〜1000℃で25
〜300hr拡散処理すればよい。溶液濃度はZnO単
結晶の大きさ及び溶液量によって異なるが、ZnO単結
晶の大きさが5×5×5mmの大きさで、溶液量が5m
lの場合には、Al濃度が50〜200ppmの溶液を
用いるのがよい。
Further, the ZnO single crystal was grown with the H 2 O 2 concentration higher than the above value, and the single crystal after the growth was mixed with Al or the like.
It is also possible to dope a valent metal and adjust the electrical conductivity to the above value. When the H 2 O 2 concentration is 0.1 mol or more with respect to 1 l of the alkaline solvent, the amount of the H 2 O 2 in the ZnO single crystal is
By diffusing 120 ppm of Al, the electrical conductivity of the ZnO single crystal can be adjusted to 10 −3 to 10 −6 1 / Ω · cm. As a diffusion method, for example, a ZnO single crystal is dipped in an Al (OH) 3 or Al 2 (CO 3 ) 3 solution, and then, in the air or in an O 2 stream at 700 to 1000 ° C. for 25 hours.
Diffusion processing may be performed for up to 300 hours. Although the solution concentration varies depending on the size of the ZnO single crystal and the amount of the solution, the size of the ZnO single crystal is 5 × 5 × 5 mm and the amount of the solution is 5 m.
In the case of 1, it is preferable to use a solution having an Al concentration of 50 to 200 ppm.

【0018】更に、H22を用いずに育成したZnO単
結晶の場合においても、ZnO単結晶中にLiを15〜
120ppm拡散させれば、ZnO単結晶中の電気伝導
度を10-3〜10-61/Ω・cmに調整することができ
る。拡散方法としては、例えば、LiOH溶液中にZn
O単結晶を浸漬し、次いで、大気中又はO2気流中80
0〜1000℃で100〜300hr拡散処理すればよ
い。溶液濃度はZnO単結晶の大きさ及び溶液量によっ
て異なるが、ZnO単結晶が5×5×5mmの大きさ
で、溶液量が5mlの場合にはLi濃度が50〜200
ppmの溶液を用いるのがよい。
Further, even in the case of a ZnO single crystal grown without using H 2 O 2 , 15 to 15% of Li is contained in the ZnO single crystal.
By diffusing 120 ppm, the electrical conductivity in the ZnO single crystal can be adjusted to 10 −3 to 10 −6 1 / Ω · cm. As a diffusion method, for example, Zn in a LiOH solution is used.
Immerse O single crystal, then in air or O 2 stream 80
The diffusion treatment may be performed at 0 to 1000 ° C. for 100 to 300 hours. The solution concentration varies depending on the size of the ZnO single crystal and the amount of the solution, but when the size of the ZnO single crystal is 5 × 5 × 5 mm and the amount of the solution is 5 ml, the Li concentration is 50 to 200.
It is better to use a ppm solution.

【0019】また、上述の如く、ZnO単結晶を音響効
果型探触子材料等に適用する際には、30cm2/V・
sec以上のモビリティー(キャリアの移動度)を有
し、該単結晶内における電気伝導度のバラツキが102
1/Ω・cm以内であることが一層好ましい。モビリテ
ィーの調整は、上述の育成方法のZnO焼結体の焼成に
おいて、予め不純物重金属を除去することにより行うこ
とができる。従来の方法ではZnO単結晶中にPb等の
不純物が混入し、モビリティーを下げることがあった。
Pbは、ZnO粉末中に約5ppm含まれているが、例
えば、Znの蒸留を繰り返し、高純度のZnを精製した
後、このZnを用いて高純度のZn粉末を製造すること
ができる。更に、本発明に係るZnO単結晶を音響効果
型探触子材料に使用する場合には、原料充填部と結晶育
成部との温度差△Tを、育成過程の前半より後半に小さ
くなるように制御して、電気伝導度のバラツキを102
1/Ω・cm以内にすることができ、このように処理す
るのが好ましい。この温度差△Tを、具体的には育成期
前半においては10〜25℃、後半においては5〜10
℃とすることにより、電気伝導度のバラツキを抑制する
ことができる。
Further, as described above, when the ZnO single crystal is applied to the acoustic effect type probe material or the like, 30 cm 2 / V ·
It has mobility (mobility of carrier) of sec or more, and variation in electric conductivity in the single crystal is 10 2
More preferably, it is within 1 / Ω · cm. The mobility can be adjusted by removing the impurity heavy metal in advance during the firing of the ZnO sintered body according to the above-described growth method. In the conventional method, impurities such as Pb are mixed in the ZnO single crystal, which may reduce the mobility.
Although about 5 ppm of Pb is contained in the ZnO powder, for example, Zn can be used to produce high-purity Zn powder after the high-purity Zn is purified by repeating distillation of Zn. Further, when the ZnO single crystal according to the present invention is used for the acoustic effect type probe material, the temperature difference ΔT between the raw material filling portion and the crystal growing portion is made smaller in the latter half of the first half of the growing process. By controlling, the variation of electrical conductivity is 10 2
It can be within 1 / Ω · cm, and it is preferable to treat in this way. This temperature difference ΔT is specifically 10 to 25 ° C. in the first half of the growing period and 5 to 10 in the latter half.
By setting the temperature to be ° C, variations in electrical conductivity can be suppressed.

【0020】[0020]

【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明する
が、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 (実施例1及び2) (単結晶の育成)ZnO粉末500gと蒸留水500g
とを混合した後、2〜3mmの球状に成形し、100℃
で2時間乾燥させた。得られた乾燥体を、酸素雰囲気
下、Al23容器中1100℃で24時間焼結し、得ら
れたZnO焼結体から粒径1〜2mmのものをふるい分
けして選別した。
The present invention will be described in detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. (Examples 1 and 2) (Growth of single crystal) 500 g of ZnO powder and 500 g of distilled water
After mixing and, molded into a spherical shape of 2-3 mm, 100 ℃
And dried for 2 hours. The obtained dried body was sintered in an Al 2 O 3 container at 1100 ° C. for 24 hours in an oxygen atmosphere, and a ZnO sintered body having a particle size of 1 to 2 mm was sieved and selected.

【0021】200gのZnO焼結体1を、図1に示す
育成容器10に充填した。この育成容器10は、熱電対
挿入部12、12’を備え、内径30mm×高さ300
mmのほぼ円筒形状をなし、内容積は250mlであ
り、また、その内部にはPtが被覆されている。次い
で、育成容器10内に開口率5%のバッフル板3を設置
して、該容器10内を原料充填部14と結晶育成部16
とに区画した。そして、Ptフレーム5に、A形状;5
×10×1mm、又はB形状;5×10×0.5mmの
ZnO種結晶7を15個吊り下げ、このフレーム5を上
記結晶育成部16に配置した。この際、種結晶7に貴金
属線の一例であるPt線9を貫通させ、このPt線9の
両端をフレーム5に締結することにより、種結晶7をフ
レーム5に固定した。
200 g of ZnO sintered body 1 was filled in the growth container 10 shown in FIG. This growth container 10 is provided with thermocouple insertion portions 12 and 12 ', and has an inner diameter of 30 mm and a height of 300.
It has a substantially cylindrical shape of mm, the inner volume is 250 ml, and the inside thereof is coated with Pt. Next, the baffle plate 3 having an opening ratio of 5% is installed in the growing container 10 and the inside of the container 10 is filled with the raw material filling portion 14 and the crystal growing portion 16.
It was divided into Then, on the Pt frame 5, an A shape; 5
Fifteen ZnO seed crystals 7 of × 10 × 1 mm or B shape; 5 × 10 × 0.5 mm were suspended, and this frame 5 was placed in the crystal growth part 16. At this time, the seed crystal 7 was fixed to the frame 5 by penetrating the Pt wire 9 which is an example of a noble metal wire and fastening both ends of the Pt wire 9 to the frame 5.

【0022】育成容器10に、3molのKOHと1.
5molのLiOHに380℃及び700kg/cm2
の条件下でZnOを溶解して得られたアルカリ溶液を、
注入した。ここで、ZnOは、十分に溶解しており飽和
あるいは過飽和状態である。また、アルカリ溶液の注入
量は、育成容器10の内容積の80%とした。そして、
更に、アルカリ溶媒1lに対して0.06molのH2
2を注入した。
In a growth container 10, 3 mol of KOH and 1.
380 ° C. and 700 kg / cm 2 in 5 mol of LiOH
The alkaline solution obtained by dissolving ZnO under the conditions of
Injected. Here, ZnO is sufficiently dissolved and is in a saturated or supersaturated state. The injection amount of the alkaline solution was 80% of the inner volume of the growth container 10. And
Furthermore, 0.06 mol of H 2 is added to 1 liter of the alkaline solvent.
O 2 was injected.

【0023】次いで、図2に示すように、育成容器10
をオートクレーブ20内に設置し、熱電対18、18
を’配置した後に、オートクレーブ20に蒸留水22を
注入した。注入量はオートクレーブ20の内容積の70
%とした。次に、オートクレーブ20をキャップ24に
より封止し、このオートクレーブ20を電気炉30内に
設置した。この電気炉30は、育成温度の微調整を可能
にすべく上下2段型の構成となっており、かつ、熱電対
32、34を備えている。
Next, as shown in FIG. 2, the growth container 10
Is installed in the autoclave 20 and the thermocouples 18, 18
Was placed, and then distilled water 22 was injected into the autoclave 20. The injection amount is 70% of the internal volume of the autoclave 20.
%. Next, the autoclave 20 was sealed with the cap 24, and the autoclave 20 was installed in the electric furnace 30. The electric furnace 30 has a two-stage upper and lower structure to enable fine adjustment of the growth temperature, and is equipped with thermocouples 32 and 34.

【0024】次いで、結晶育成部16の温度が、原料充
填部14の温度より常に低くなるようにして昇温し、結
晶育成部を380℃、原料充填部を395℃に昇温し
た。このままの状態で20日間定常運転し、その後に電
気炉を室温に下げてから、ZnO単結晶を取り出した。 (比較例1及び2)上記3molのKOHと1.5mo
lのLiOHとから成るアルカリ溶媒にZnOを溶解し
なかった以外は実施例1及び2と同様の操作を行った。
Next, the temperature of the crystal growing portion 16 was raised so that it was always lower than the temperature of the raw material filling portion 14, and the temperature of the crystal growing portion was raised to 380 ° C. and the raw material filling portion was raised to 395 ° C. In this state, steady operation was performed for 20 days, after which the electric furnace was cooled to room temperature, and then the ZnO single crystal was taken out. (Comparative Examples 1 and 2) The above 3 mol of KOH and 1.5 mo
The same operation as in Examples 1 and 2 was performed except that ZnO was not dissolved in an alkaline solvent composed of 1 liter of LiOH.

【0025】(性能評価)上記各例で得られたZnO単
結晶につき、厚さを測定し、その平均値(15個)を表
1に示す。育成中に溶解していた種結晶の個数を併記す
る。
(Performance Evaluation) The thickness of the ZnO single crystal obtained in each of the above examples was measured, and the average value (15 pieces) is shown in Table 1. The number of seed crystals dissolved during the growth is also shown.

【0026】[0026]

【表1】 [Table 1]

【0027】表1に示したように、本実施例において
は、種結晶は1個も溶解していないことがわかる。ま
た、種結晶の厚さも減少していない。このことから、種
結晶の厚さを、従来法と比較して1/3〜1/4程度薄
くすることが可能となる。
As shown in Table 1, it can be seen that no seed crystal is dissolved in this example. Moreover, the thickness of the seed crystal is not reduced. From this, it becomes possible to reduce the thickness of the seed crystal by about 1/3 to 1/4 as compared with the conventional method.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
アルカリ溶媒にZnOを溶解させることとしたため、水
熱合成法による単結晶の育成に際し、種結晶の溶解を抑
制し育成効率を向上したZnO単結晶の育成方法を提供
することができる。即ち、育成に際し、種結晶の溶解が
ほとんど進行しないため、種結晶の大きさを最小限に押
さえることができ、経済的に有利である。
As described above, according to the present invention,
Since ZnO is dissolved in an alkaline solvent, it is possible to provide a method for growing a ZnO single crystal in which dissolution of a seed crystal is suppressed and growth efficiency is improved when growing a single crystal by a hydrothermal synthesis method. That is, during the growth, the dissolution of the seed crystal hardly progresses, so that the size of the seed crystal can be minimized, which is economically advantageous.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る育成容器の一例を示す略示的斜視
図である。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example of a growth container according to the present invention.

【図2】本発明に係る結晶育成装置の一例を示す略示的
断面図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing an example of a crystal growing apparatus according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ZnO焼結体 3 バッフル板 5 フレーム 7 ZnO種結晶 9 Pt線 10 育成容器 12、12’ 熱電対挿入部 14 原料充填部 16 結晶育成部 18、18’ 熱電対 20 オートクレーブ 22 蒸留水 24 キャップ 30 電気炉 32、34 熱電対 1 ZnO Sintered Body 3 Baffle Plate 5 Frame 7 ZnO Seed Crystal 9 Pt Wire 10 Growth Container 12, 12 'Thermocouple Insertion Section 14 Raw Material Filling Section 16 Crystal Growth Section 18, 18' Thermocouple 20 Autoclave 22 Distilled Water 24 Cap 30 Electric furnace 32, 34 thermocouple

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ZnO単結晶を水熱合成法を用いて育成
するに当たり、(1) ZnOとアルカリ溶媒を育成容
器内に充填し、(2) このアルカリ溶媒を加熱してZ
nイオンを溶出させた後に、ZnO種結晶を上記育成容
器内に設置し、(3) 次いで、この育成容器を封止
し、高温高圧下でZnO単結晶を育成する、ことを特徴
とするZnO単結晶の育成方法。
1. When growing a ZnO single crystal using a hydrothermal synthesis method, (1) ZnO and an alkaline solvent are filled in a growth container, and (2) this alkaline solvent is heated to produce Z.
After elution of n ions, a ZnO seed crystal is placed in the above-mentioned growth container, (3) this growth container is then sealed, and a ZnO single crystal is grown at high temperature and high pressure. Single crystal growth method.
【請求項2】 ZnOを育成容器の下部に充填し、Zn
O種結晶を育成容器の上部に充填し、且つ育成容器の下
部がその上部より高温になるように調整することを特徴
とする請求項1記載の育成方法。
2. ZnO is filled in the lower part of the growth container to
2. The growing method according to claim 1, wherein the O seed crystal is filled in the upper part of the growing container, and the lower part of the growing container is adjusted to have a higher temperature than the upper part thereof.
【請求項3】 育成容器の上部及び下部を360〜40
0℃及び380〜420℃に加熱することを特徴とする
請求項1又は2記載の育成方法。
3. The growth container has an upper portion and a lower portion of 360 to 40.
The growing method according to claim 1 or 2, wherein heating is performed at 0 ° C and 380 to 420 ° C.
【請求項4】 ZnOを360〜400℃、500〜7
00kg/cm2の高温高圧下で上記アルカリ溶媒に溶
解させて、Znイオンを溶出させることを特徴とする請
求項1〜3のいずれか1つの項に記載の育成方法。
4. ZnO at 360 to 400 ° C. and 500 to 7
The Zn ion is eluted by being dissolved in the alkaline solvent under a high temperature and high pressure of 00 kg / cm 2 to elute Zn ions.
【請求項5】 育成容器内に充填するZnOが、焼結体
であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つの
項に記載の育成方法。
5. The growing method according to claim 1, wherein the ZnO filled in the growing container is a sintered body.
【請求項6】 ZnO単結晶を水熱合成法を用いて育成
するに当たり、(1) ZnOとZnイオンを含有する
アルカリ溶液とZnO種結晶とを育成容器内に設置し、
(2) 次いで、この育成容器を封止し、高温高圧下で
ZnO単結晶を育成する、ことを特徴とするZnO単結
晶の育成方法。
6. When growing a ZnO single crystal using a hydrothermal synthesis method, (1) an alkaline solution containing ZnO and Zn ions and a ZnO seed crystal are placed in a growth container,
(2) Then, the growth container is sealed, and a ZnO single crystal is grown under high temperature and high pressure.
【請求項7】 ZnOを育成容器の下部に充填し、Zn
O種結晶を育成容器の上部に充填し、且つ育成容器の下
部がその上部より高温になるように調整することを特徴
とする請求項6記載の育成方法。
7. ZnO is filled in the lower part of the growth container to obtain Zn
7. The growing method according to claim 6, wherein the O seed crystal is filled in the upper part of the growing container, and the lower part of the growing container is adjusted to have a higher temperature than the upper part thereof.
【請求項8】 育成容器の上部及び下部を360〜40
0℃及び380〜420℃に加熱することを特徴とする
請求項6又は7記載の育成方法。
8. The upper and lower parts of the growing container are set to 360 to 40.
The growing method according to claim 6 or 7, wherein heating is performed at 0 ° C and 380 to 420 ° C.
【請求項9】 ZnOを360〜400℃、500〜7
00kg/cm2の高温高圧下で溶解させて、ZnOと
Znイオンを含有するアルカリ溶液を調製することを特
徴とする請求項6〜8のいずれか1つの項に記載の育成
方法。
9. ZnO at 360 to 400 ° C. and 500 to 7
9. The growing method according to claim 6, wherein the alkaline solution containing ZnO and Zn ions is prepared by dissolving under high temperature and high pressure of 00 kg / cm 2 .
【請求項10】 育成容器内に充填するZnOが、焼結
体であることを特徴とする請求項6〜9のいずれか1つ
の項に記載の育成方法。
10. The growing method according to claim 6, wherein the ZnO filled in the growing container is a sintered body.
【請求項11】 ZnO種結晶として、水熱合成法によ
り得られたZnO単結晶を用いることを特徴とする請求
項1〜10のいずれか1つの項に記載の育成方法。
11. The growing method according to claim 1, wherein a ZnO single crystal obtained by a hydrothermal synthesis method is used as the ZnO seed crystal.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006225213A (en) * 2005-02-21 2006-08-31 Tosoh Corp Zinc oxide single crystal, substrate for epitaxial growth obtained from the same, and methods for manufacturing them
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CN104109900A (en) * 2014-06-17 2014-10-22 北京石晶光电科技股份有限公司济源分公司 Growth method of novel piezoelectric crystal for surface acoustic waves, dedicated separation blade and dedicated crystal rack

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