(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶成長させようとする単結晶の薄膜と格子整合の取れた下地層を調整する自己組織化方法であって、
非単結晶基板上に、有機溶媒に溶解させたＳｉ−Ｎ，Ｎ−Ｈ，Ｓｉ−Ｎ結合のポリシラザンの溶液を塗布する第１ステップと、
前記塗布されたポリシラザンを予め定められた温度及び雰囲気下で処理して、規則的に配列された格子を有するＳｉＯ２膜を自発的に生成させる第２ステップと、
を行なうことを特徴とする自己組織化方法。
【請求項２】
前記第２ステップは、前記ポリシラザンを塗布した非単結晶基板を酸素及び水分が存在する雰囲気中で焼成することを特徴とする請求項１記載の自己組織化方法。
【請求項３】
基板上に単結晶の薄膜を成長させるエピタキシャル成長方法であって、
非単結晶基板上に、有機溶媒に溶解させたＳｉ−Ｎ，Ｎ−Ｈ，Ｓｉ−Ｎ結合のポリシラザンの溶液を塗布する第１ステップと、
前記塗布されたポリシラザンを予め定められた温度及び雰囲気下で処理して、格子が規則的に配列されたＳｉＯ２膜の下地層を形成する第２ステップと、
前記下地層上に該下地層の格子と整合の取れた水晶の単結晶薄膜を成長させる第３ステップと、
を行うことを特徴とするエピタキシャル成長方法。
【請求項４】
前記第２ステップは、前記ポリシラザンを塗布した非単結晶基板を酸素及び水分が存在する雰囲気中で焼成することを特徴とする請求項３記載のエピタキシャル成長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶成長させようとする単結晶の薄膜と格子整合の取れた下地層を調整する自己組織化方法に関し、特にガラスやセラミック等の非単結晶基板上に単結晶エピタキシャル層の成長を可能にしようとする自己組織化方法及びそれを使用したエピタキシャル成長方法に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、単結晶の膜を形成する方法としては、単結晶基板上に結晶方位が揃った単結晶の薄膜を成長させる、いわゆるエピタキシャル成長方法が一般的である。
【０００３】
例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）の単結晶膜は、単結晶サファイア基板上に有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）等によりエピタキシャル成長させる方法が一般的である（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この場合、サファイア基板は、ＧａＮと格子定数が異なるため、サファイア基板上に直接ＧａＮの単結晶を成長させることができず、サファイア基板上に低温形成したＡＩＮやＧａＮのバッファ層を成長させ、このバッファ層で格子の歪みを緩和させてからその上にＧａＮの単結晶を成長させるようになっている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１６２８８７号公報
【特許文献２】特開昭６３−１８８９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、このような従来のエピタキシャル成長方法では、サファイアやＧａＮ等の単結晶基板上に単結晶の膜を成長させるものであったため、基板のコストが高いこと、大型の基板を製造することが困難であること等により、単結晶膜の製造コストが高くなるという問題があった。
【０００７】
また、従来のエピタキシャル成長方法では、上述したように単結晶基板が必須であり、ガラスやセラミック等の非単結晶基板上に単結晶膜をエピタキシャル成長させることができなかった。したがって、この点も、単結晶膜の製造コストが高くなる要因であった。
【０００８】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、ガラスやセラミック等の非単結晶基板上に単結晶エピタキシャル層の成長を可能にしようとする自己組織化方法及びそれを使用したエピタキシャル成長方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明による自己組織化方法は、結晶成長させようとする単結晶の薄膜と格子整合の取れた下地層を調整する自己組織化方法であって、非単結晶基板上に、有機溶媒に溶解させたＳｉ−Ｎ，Ｎ−Ｈ，Ｓｉ−Ｎ結合のポリシラザンの溶液を塗布する第１ステップと、前記塗布されたポリシラザンを予め定められた温度及び雰囲気下で処理して、規則的に配列された格子を有するＳｉＯ２膜を自発的に生成させる第２ステップと、を行なうものである。
【００１０】
このような構成により、非単結晶基板上に、有機溶媒に溶解させたＳｉ−Ｎ，Ｎ−Ｈ，Ｓｉ−Ｎ結合のポリシラザンの溶液を塗布し、上記塗布されたポリシラザンを予め定められた温度及び雰囲気下で処理して、規則的に配列された格子を有するＳｉＯ２膜を自発的に生成させる。
【００１１】
また、前記第２ステップは、前記ポリシラザンを塗布した非単結晶基板を酸素及び水分が存在する雰囲気中で焼成する。これにより、ポリシラザンを塗布した非単結晶基板を酸素及び水分が存在する雰囲気中で焼成する。
【００１３】
また、本発明によるエピタキシャル成長方法は、基板上に単結晶の薄膜を成長させるエピタキシャル成長方法であって、非単結晶基板上に、有機溶媒に溶解させたＳｉ−Ｎ，Ｎ−Ｈ，Ｓｉ−Ｎ結合のポリシラザンの溶液を塗布する第１ステップと、前記塗布されたポリシラザンを予め定められた温度及び雰囲気下で処理して、格子が規則的に配列されたＳｉＯ２膜の下地層を形成する第２ステップと、前記下地層上に該下地層の格子と整合の取れた水晶の単結晶薄膜を成長させる第３ステップと、を行うものである。
【００１４】
このような構成により、非単結晶基板上に、有機溶媒に溶解させたＳｉ−Ｎ，Ｎ−Ｈ，Ｓｉ−Ｎ結合のポリシラザンの溶液を塗布し、上記塗布されたポリシラザンを予め定められた温度及び雰囲気下で処理して、格子が規則的に配列されたＳｉＯ２膜の下地層を形成した後、下地層上に該下地層の格子と整合の取れた水晶の単結晶の薄膜を成長させる。
【００１５】
さらに、前記第２ステップは、前記ポリシラザンを塗布した非単結晶基板を酸素及び水分が存在する雰囲気中で焼成する。これにより、ポリシラザンを塗布した非単結晶基板を酸素及び水分が存在する雰囲気中で焼成する。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１及び３に係る自己組織化方法の発明によれば、ガラスやセラミック等の非単結晶基板上に水晶の単結晶の薄膜を結晶成長させることが可能になる。
【００１８】
さらに、請求項２及び４に係る発明によれば、ポリシラザンの塗膜を大気中の水分と反応させて自己組織化を生じさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による自己組織化方法の実施形態を示すフローチャートである。
【図２】本発明による自己組織化方法の工程を示す説明図である。
【図３】本発明による自己組織化方法において使用する有機−無機ハイブリッド材料の例を示すポリシラザンのＳｉ−Ｎ結合を示す説明図である。
【図４】上記ポリシラザンを焼成して得られるＳｉＯ２膜のＳｉ−Ｏ結合を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明による自己組織化方法の実施形態を示すフローチャートであり、図２はその工程を示す説明図である。この自己組織化方法は、結晶成長させようとする単結晶の薄膜と格子整合の取れた下地層を調整するもので、非単結晶基板上に有機−無機ハイブリッド材料の溶液を塗布する第１ステップＳ１と、塗布された有機−無機ハイブリッド材料を予め定められた温度及び雰囲気下で処理して溶媒を蒸発させ、規則的に配列された格子を自発的に生成させる第２ステップＳ２と、を行うものである。以下、各ステップを詳細に説明する。
【００２３】
先ず、第１ステップＳ１においては、例えば、ガラス基板１上に、有機溶媒に溶解させたＳｉ−Ｏ又はＳｉ−Ｎ結合を持つ無機ポリマーを一定厚みにスピンコート又はスプレーコートする（図２（ａ）参照）。
【００２４】
上記無機ポリマーの具体例は、図３に示すような、例えばＳｉ−Ｎ，Ｎ−Ｈ，Ｓｉ−Ｎ結合のみから構成される完全無機なポリマーであるポリシラザン２であり、キシレン、ミネラルターペン、高沸点芳香族系溶媒等に溶解させて使用される。
【００２５】
次に、第２ステップＳ２においては、ポリシラザン２を塗布したガラス基板１を、例えば内部に発熱抵抗体の熱源３を埋め込んだステージ４上に載置して、大気中（酸素及び水分が存在する雰囲気中）で、例えば室温（２５℃）から４５０℃程度の温度で焼成する（図２（ｂ）参照）。これにより、ポリシラザン２の塗膜が大気中の水分と反応して自己組織化が起こり、水晶と同じ格子定数を有する図４に示すようなＳｉＯ２膜６へ転化する。
【００２６】
この場合、焼成温度が高いほど緻密なＳｉＯ２膜６を形成することができる。しかし、焼成温度は、使用するガラス基板１の軟化温度（ガラス転移点）によって適宜設定される。例えば、軟化温度の高い石英ガラスを使用した場合には、焼成温度を４５０℃程度とすることができ、緻密で高純度なシリカを母体とした規則性の高い膜を得ることができる。
【００２７】
上述のような自己組織化方法によって形成された下地層としてのＳｉＯ２膜６上に、例えばＣＶＤ装置を使用し、基板温度が１００℃〜４００℃の条件下でシランガス（ＳｉＨ４）又はテトラエトキシシランガス（ＴＥＯＳ）、及び酸素ガスを反応室内に導入してＳｉＯ２膜を堆積させた場合には、下地層であるＳｉＯ２膜６の格子と整合した水晶の膜がエピタキシャル成長する。
【００２８】
なお、上記実施形態においては、第２ステップＳ２の焼成を大気中で行う場合について説明したが、本発明はこれに限られず、形成しようとする下地層に応じて反応性気体中又は不活性ガス中で焼成してもよい。
【００２９】
このように、本発明の自己組織化方法を使用すれば、ガラス、セラミック、金属又は他の非単結晶基板上にも単結晶の膜をエピタキシャル成長させることができる。したがって、例えば単結晶ＧａＮと格子整合のとれた下地層を自己組織化可能な有機―無機ハイブリッド材料を使用すれば、ガラス等の非単結晶基板上に単結晶ＧａＮエピタキシャル層を成長させることも可能となる。それ故、大面積のガラス基板上に単結晶ＧａＮエピタキシャル層を成長させて、例えばＬＥＤの作製も可能となり、ＬＥＤの製造コストを大幅に低減することが可能となる。
【００３０】
さらに、本発明の自己組織化方法を使用すれば、例えばガラス基板１上に単結晶シリコンカーバイト（ＳｉＣ）をエピタキシャル成長させて、例えば太陽電池の電力変換器であるインバータの製造コストを低減することも可能となる。
【００３１】
なお、上記実施形態においては、ＣＶＤ装置を使用した化学気相成長によるエピタキシャル成長方法について説明したが、本発明はこれに限られず、エピタキシャル成長させようとする単結晶の膜の種類に応じて種々の公知技術が適用できる。
【符号の説明】
【００３２】
１…ガラス基板（非単結晶基板）
２…ポリシラザン（有機−無機ハイブリッド材料）
６…ＳｉＯ２膜（下地層）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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