(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化亜鉛の単結晶からなる複数個のｃ軸の方向と向きが一致し、ａ軸方向がほぼ合致して接合されている種結晶素材を接合した１次種結晶と、
上記１次種結晶の表面に成膜された２乃至４μｍの以上の厚さの酸化亜鉛薄膜と、からなり、
酸化亜鉛の上記複数個の種結晶素材が接合された上記１次種結晶表面に成膜された上記酸化亜鉛薄膜は気相成長で形成されたこと
を特徴とする酸化亜鉛育成用種結晶。
【請求項２】
酸化亜鉛の単結晶から切り出した複数個のｃ軸の方向と向きが一致し、ａ軸方向がほぼ合致して接合されている種結晶素材を、ｃ軸を延長する方向にｃ軸の向きを揃え、かつ、ａ軸方向をほぼ合致させて当接し、水熱合成法で上記当接部をエピタキシー成長させて接合して１次種結晶とする工程と、
上記１次種結晶表面に気相成長で２乃至４μｍの以上の厚さの酸化亜鉛薄膜を育成する工程と、
からなり、
酸化亜鉛の上記複数個の種結晶素材が接合された上記１次種結晶表面に成膜された上記酸化亜鉛薄膜は気相成長で形成されたこと
を特徴とする酸化亜鉛育成用種結晶の作成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工業用途に利用することができる酸化亜鉛の単結晶を育成する際に用いられる酸化亜鉛育成用種結晶とその作成方法に関し、特にｃ軸方向に長い単結晶を得るのに好適な種結晶とその作成方法である。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体デバイスにおいては、アモルファスシリコンや多結晶シリコンなどを薄膜材料として形成された半導体デバイスが広く用いられているが、近年、薄膜材料として酸化亜鉛（ＺｎＯ）が注目されており、ＺｎＯを薄膜材料として形成した半導体デバイスを、例えば紫外線ＬＥＤ（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）やレーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）、透明トランジスタなどの既存の半導体デバイスに応用したり、新たな用途への研究開発が進められている。
【０００３】
ところで、半導体デバイスを作成するにあたっては、ベース基板上に形成する薄膜の品質が、その電気的特性や光学的特性、信頼性（寿命）などに重大な影響を与えることが知られており、薄膜の品質が良好なほど、電気的、光学的特性や信頼性が良好なものとされる。
【０００４】
このため、ＺｎＯを薄膜材料とした半導体デバイスを作成する場合には、ベース基板上に結晶欠陥のない高品質のＺｎＯ薄膜を形成することが重要になる。
薄膜の品質を決定する要因は、薄膜材料と、ベース基板材料との格子定数の差が挙げられ、この格子定数の差が小さいほど結晶欠陥のない薄膜を成膜できることが知られている。なお、格子定数とは、結晶内で規則正しく並んでいる原子の配列間隔を示すものである。
【０００５】
このため、ＺｎＯ薄膜を形成した半導体デバイスを作成する際には、ＺｎＯの単結晶と格子定数が比較的近いサファイアなどにより形成したベース基板を用いるようにしていた。
しかしながら、サファイアと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、六方晶構造におけるａ軸方向に選択的に結晶成長し、ｃ軸方向には殆ど成長しないという問題がある。
種結晶３を中心としたＺｎＯの単結晶３０の成長を模式的に示す図６（ａ）と、ＺｎＯの単結晶の結晶軸を描いた同図（ｂ）に示すように、ＺｎＯの単結晶からｃ軸に平行な棒状に切り出した種結晶３を使用すると、ａ軸方向の成長によりｒ１、ｒ２、ｒ３と結晶が成長すると、利用できるｃ軸方向の長さはｘ１、ｘ２、ｘ３とむしろ縮小されて行く。即ち、初めの種結晶の長さを越える単結晶は得られないことになる。
【０００７】
従って、ｃ軸方向に大きなＺｎＯ単結晶を得るために、例えば、特開平６−１２０８８によれば、複数の種結晶をそのｃ軸方向が一致するように当接し、当接個所を水熱合成法で接合して長い種結晶とする案が提案されている。
図６（ｃ）に接合された種結晶２２の略図を示すように、１個のＺｎＯ単結晶をｃ軸に沿って切り目を入れ、何本かの種結晶を切り出す。ｃ軸に直角な両端面を互いに当接させて白金線４５で締結し、育成容器内で育成してエピタキシ作用により当接面を接合・一体化させる。
接合時にｃ軸の方向と＋−の向きも揃えておけば、ｃ軸の長い種結晶が得られる。同時に３本のａ軸もその方向を揃えておくことが望ましい。結晶軸の方向を測定して合致させるためにＸ線解析が使用される。
水熱合成法に使用される育成容器及びその育成状況は後述する。
【０００８】
例えば１例として同図（ｃ）に示すように、ｃ軸に沿った長さ７ｍｍ、ｃ軸に直角の断面が３×１．５ｍｍの分割種結晶２２ａ・２２ｂの２本をｃ軸が一致するように当接して白金線４５で締結し、育成容器の結晶育成部のフレーム６１に白金線６２で固定して育成すると、当接面４１が接合して１本となった種結晶２２が得られる。
この種結晶２２を用いて育成した結果、ｃ軸方向に１４ｍｍ、ｃ軸に直角の断面が８×１１ｍｍ程度の結晶が得られ、分割結晶３本を接合した種結晶ではｃ軸方向に２２ｍｍ、ｃ軸に直角の断面が８×１１ｍｍ程度の結晶が得られる。
このように、種結晶を複数本接合することにより、実用的な結晶を得るのに充分な長さを持つ種結晶を得ることができる。
【０００９】
実際に上記の種結晶作成作業を進めると、上記の種結晶の当接時に３本のａ軸の向きに多少の不揃い（方向の不一致）が生じる傾向がある。上述のようにＸ線解析を使って慎重を期しても、種結晶の接合面４１で、ａ軸の方向を完全に一致させることは困難であることが判明した。図６（ｄ）の軸のみを描いた模式図のように種結晶２２ａのａ軸４３と種結晶２２ｂのａ軸４３ａの方向の不一致（Δθ）を避けることは難しい。
【００１０】
種結晶を水熱合成法により成長させ当接面を接合させる際、その接合面はａ軸の不一致に基づく結晶欠陥領域を生じる。これは図３（ｂ）に模式的に示すように、溶液が種結晶の当接部に晶出する際に、当接面でのａ軸の不一致が局所的に影響し、刃状及び螺旋転移を生じて種結晶の表面に達する欠陥領域を生ずると考えられる。
種結晶の当接部の接合が完了後、引き続き水熱合成法でＺｎＯの単結晶を晶出させて単結晶の育成を行っても、この欠陥領域は消滅せず、種結晶の３本のａ軸の方向の不一致が影響して、育成された単結晶に、種結晶の接合部分から種結晶を中心とした同心円状の結晶欠陥領域が成長する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このように、育成後の単結晶に種結晶の接合部で種を中心とした同心円状の結晶欠陥領域を生ずると、得られた単結晶は種結晶の長さ毎の欠陥領域を含むことになり、育成した単結晶の工業的利用価値は少ないと言う問題が生じている。
また、欠陥領域の間隔は初めの種結晶の長さとなるので、接合した種結晶から種結晶を次々に育成しても欠陥領域の間隔の大きな単結晶を得ることはできないと言う問題がある。
【００１２】
本発明は、育成後の単結晶に種結晶の接合部で種を中心とした同心円状の結晶欠陥領域が生じない種結晶の供給を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記のような問題点を解決するために、酸化亜鉛の単結晶からなる複数個のｃ軸の方向と向きが一致し、ａ軸方向がほぼ合致して接合されている種結晶素材を接合した１次種結晶と、上記１次種結晶の表面に成膜された２乃至４μｍの以上の厚さの酸化亜鉛薄膜と、からなり、酸化亜鉛の上記複数個の種結晶素材が接合された上記１次種結晶表面に成膜された上記酸化亜鉛薄膜は気相成長で形成された酸化亜鉛育成用種結晶を提供する。
【００１４】
更にまた、本発明は、酸化亜鉛の単結晶から切り出した複数個のｃ軸の方向と向きが一致し、ａ軸方向がほぼ合致して接合されている種結晶素材を、ｃ軸を延長する方向にｃ軸の向きを揃え、かつ、ａ軸方向をほぼ合致させて当接し、水熱合成法で上記当接部をエピタキシー成長させて接合して１次種結晶とする工程と、上記１次種結晶表面に気相成長で２乃至４μｍの以上の厚さの酸化亜鉛薄膜を育成する工程と、からなり、酸化亜鉛の上記複数個の種結晶素材が接合された上記１次種結晶表面に成膜された上記酸化亜鉛薄膜は気相成長で形成された酸化亜鉛育成用種結晶の作成方法を提供する。
【００１５】
酸化亜鉛の単結晶の表面に気相成長で酸化亜鉛膜を成膜することにより種結晶素材の接合部の結晶構造欠陥を覆い、その上に育成される単結晶に欠陥が及ばないようにする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
種結晶の説明に入る前に、水熱合成法の概略を図２を参照して説明する。
図２は、本出願人が先に提案した単結晶育成容器を用いた単結晶育成装置５１の一例を示した図である。
【００１７】
この図２に示す単結晶育成装置５１は、水熱合成法によって、ＺｎＯの単結晶を育成する際に必要な温度及び圧力を、その内部に加えることができるオートクレーブ５２と、このオートクレーブ５２の内部に収容して使用する育成容器６０とから構成される。
オートクレーブ５２は、例えば鉄を主材とした高張力鋼などによって形成されたオートクレーブ５２の容器本体に、パッキン５７を挟んで蓋体５４を被せて、固着部５５により固着することで、その内部を気密封止するような構造となっている。
【００１８】
オートクレーブ５２内に収容して使用する育成容器６０は、例えば白金（Ｐｔ）などによって形成されており、その形状は略円筒状の容器とされる。そして、その上部には圧力調整部として作用するベローズ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。
【００１９】
このような単結晶育成装置５１では、育成容器６０内の上部側にフレーム６１と貴金属線（白金線）６２を用いてＺｎＯ種結晶３を吊り下げると共に、その下部側に原料６６を配置して種結晶３の育成を行うようにしている。
この場合、ＺｎＯ種結晶３と原料６６との間には、熱対流を制御する内部バッフル板６４が設けられており、この内部バッフル板６４によって、育成容器６０内が溶解領域と成長領域とに区切られている。
内部バッフル板６４には、複数の孔が形成されており、この孔の数によって決定されるバッフル板６４の開口面積により、溶解領域から成長領域への対流量を制御して溶解領域と成長領域との間に温度差が得られるようになっている。
【００２０】
そして、この育成容器６０内に、例えば水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、炭酸カルシウム（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。
【００２１】
また、この図２に示す単結晶育成装置５１では、育成容器６０の外側に外部バッフル板６５が設けられており、この外部バッフル板６５により育成容器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。
【００２２】
また、育成容器６０の上部には、圧力調整部としてベローズ７０が設けられており、このベローズ７０の伸縮によって育成容器６０の内部圧力と外部圧力の均衡を図るようにしている。
【００２３】
このような単結晶育成装置５１の大型のものは、水熱合成法により種結晶からＺｎＯの単結晶の育成まで行うことができる。育成容器内６０内に不純物の混入が殆どなく、工業用途に利用できる口径サイズを有するＺｎＯの単結晶を育成することができる。
なお、種結晶用素材２３ａ、２３ｂ、２３ｃ・・・の当接面の接合のみに使用するなら、種結晶専用の育成容器６０は専用の小型の物でも良い。
【００２４】
本発明の実施の形態の１例を図１を参照して説明する。図１は、本実施の形態としての酸化亜鉛（ＺｎＯ）の種結晶の形成方法の一例を模式的に示した図である。
ＺｎＯの単結晶は六方晶系の結晶であり、結晶軸としてｃ軸とこのｃ軸に垂直な平面内で互いに１２０゜の角度をなす３本のａ（１・２・３）軸が存在する。先ず、図１（ａ）に示すように、ＺｎＯの単結晶４０からｃ軸と１本のａ軸に平行となるようにＺｎＯの単結晶の薄板４６を切り出す。更に同図（ｂ）に斜視図として示すように、ｃ軸に平行に切り出して複数のＺｎＯ種結晶用素材２３ａ、２３ｂ、・・・を用意する。
【００２５】
上記の種結晶用素材２３ａ、２３ｂ、・・・はｃ軸に直角な２面が研磨等で仕上げられる。また、他の面も３本のａ軸を一致させたときに、ほぼ同一断面形状となるようにするのが好ましい。このためにも、１個のＺｎＯの単結晶４０から種結晶用素材２３ａ、２３ｂ、・・・を切り出すのが具合が良いが、別の単結晶から切り出した種結晶用素材を組み合わせてもよい。
なお、本実施の形態では種結晶用素材２３ａ、２３ｂ、・・・はｃ軸に直角に切断した断面形が長方形の形状として描かれているが、あくまでも一例であり、断面形は例えば薄い板状や、円柱状のものであってもよい。
【００２６】
次に、図１（ｃ）に示すように種結晶用素材２３ａ、２３ｂ、・・・の所定の本数を取り、ｃ軸の−ｃ端に次の素材の＋ｃ端が来るようにｃ軸の向きを揃え、接合面４１を当接させ、例えば、白金線で結束する等の方法で固定させる。図では３本の例を示すが、２本でも、４本以上を同時に当接させても良い。
この時、３本のａ軸の方向をできる限り合致するように揃える。前述のように、ｃ軸のプラスマイナスとａ軸の方向を測定して合致させるためにＸ線解析が使用される。
結晶軸が揃えられた上記種結晶用素材２３ａ、２３ｂ、・・・を水熱合成法によって、育成容器の結晶育成部に固定して、上記当接面（接合面４１）がエピタキシー作用により接合・一体化するまで育成する。一体化した種結晶用素材２３ａ、２３ｂ、・・・を１次種結晶２１と呼ぶ。
【００２７】
図１（ｄ）に示すように、水熱合成法で接合された１次種結晶２１の表面にエピタキシャル成長法の一である気相成長法（ＶＰＥ：Vapor Phase Epitaxy）によってＺｎＯ膜２を成膜する。
詳細は後述するが、図３（ａ）にＺｎＯ膜２の成膜状況を模式的に示したように、ある程度のａ軸の方向の不一致による結晶欠陥領域は薄膜の層数が増加すると共に解消する。
このように、１次種結晶２１の当接部４１の結晶欠陥領域が解消するまでＺｎＯ膜２を成膜し種結晶５を得る。通常薄膜の厚さが２乃至４μｍとなると、種結晶５に成膜されたＺｎＯ膜２の表面は工業的に充分欠陥の少ない配向となる。
成膜済みの種結晶５を使用して、再び水熱合成法により、ＺｎＯの単結晶育成を行えば、得られる単結晶のｃ軸方向の長さは充分長く、更に結晶用素材２３ａ、２３ｂ、・・・の当接部４１のａ軸の方向の不一致に起因する同心円状の結晶欠陥領域の発生を防止することができる。
【００２８】
育成された単結晶をスライスすれば、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。
勿論、この単結晶から切り出した種結晶を使用して単結晶を量産しても良い。この場合、中心部の結晶欠陥領域を含まないように１次種結晶２１を切り出せば、この表面には気相成長法によってＺｎＯ膜２を成膜しなくても種結晶５として使用でき、それから得られた単結晶から形成されるウエハーも中心部に結晶欠陥領域を含まないことになる。
【００２９】
ここで、上記の水熱合成法で接合された種結晶用素材２３ａ、２３ｂ、２３ｃ・・・の表面に、気相成長法によってＺｎＯ膜２を成膜すると、ＺｎＯ膜２の表層部には接合部に生じた欠陥の影響が及ばない理由を説明する。
【００３０】
前述のように、水熱合成法で連続してＺｎＯの単結晶を育成すると、種結晶の３本のａ軸の向きに方向の不一致が生じた場合、先に説明したように、種結晶のａ接合部分に結晶欠陥領域が生じ易く、引き続き水熱合成法で育成すると、この欠陥領域が結晶の成長と共に拡大して同心円状に拡大して行く。
水熱合成法では単結晶の表面に単結晶と同一材質の溶液が晶出し、単結晶を構成する。必ずしも理論的に厳密ではないが、晶出の過程で再結晶が起こり、種結晶の表面の構造通りの状態が継続するので、種結晶の表面に欠陥領域があれば、その欠陥を保持したまま成長を続ける傾向が大きいと考えられる。実験的にも、再結晶の過程で欠陥領域が減少、または、消滅する状況は確認できなかった。
一方、気相生成の場合は、基板の表面上に基板と同じ結晶構造をとりながら単結晶が１層づつ堆積する。気相生成では結晶性の高いＺｎＯ薄膜が得られるので、種結晶の表層に堆積する薄膜の結晶構造は、１層毎に、固有の結晶構造に近づく。
【００３１】
ＺｎＯの単結晶と格子定数が比較的近いサファイアをベース基板として用いて気相成長法を行うと、サファイアとＺｎＯの単結晶との間では、格子定数が１８％程度も異なるが、薄膜の厚さを増して行くとサファイアのベース基板上にかなり良好なＺｎＯ薄膜を形成できる。通常格子定数の差は１５％以下が望ましいと言われているが、成膜の厚さによっては欠陥の少ない薄膜表層を得ることが可能である。
格子定数が等しいＺｎＯの単結晶面にＺｎＯ薄膜を形成する場合、４μｍ厚程度も薄膜を形成すると部分的な単結晶面の欠陥は覆われて、欠陥のない表層が得られる。
【００３２】
種結晶素材２３ａ、２３ｂ（既に接合されて１次種結晶となっている）の接合面に発生した結晶欠陥領域４４近傍をｃ軸を含む平面で切断した図３（ａ）を参照して説明する。図では種結晶素材２３ａ、２３ｂの表面に堆積するＺｎＯが小正方形で示され、（１）、（２）、（３）・・・と次々に堆積されてＺｎＯ薄膜が形成される様子を（堆積する層数を極端に圧縮して）模式的に描いている。
【００３３】
第１層（１）は結晶欠陥領域４４付近ではＺｎＯ薄膜は堆積せず、格子欠陥である空格子点となっている。第２層（２）でＺｎＯ薄膜は結晶欠陥領域４４の端部から侵入し、結晶欠陥領域４４近傍の空格子点の間隔が狭くなってくる。第３層（３）では結晶欠陥領域４４近傍の格子点の間隔が更に狭くなる。
第４層（４）で殆ど正常の格子間隔となり、以降５、６層（５）、（６）では正常の層となり、欠陥領域４４を覆い隠している。
水熱合成法で、欠陥の少ない表面から単結晶が育成されると欠陥の少ない単結晶が得られる。
【００３４】
ａ軸方向の狂いによって、種結晶の接合面に結晶欠陥領域４４が形成される理由は次のように考えられる。図３（ｂ）は種結晶素材２３（ａ、ｂ）の接合部の結晶欠陥領域４４をｃ軸に直角に切断して下方から見た模式図である。
図では種結晶素材内部の配列を省略して種結晶素材２３の外部の成長として描いているが、六法晶系の場合はＺｎＯはａ軸に沿って配列される。従って種結晶素材２３ａ側ではａ軸４３方向にが配列し成長し、種結晶素材２３ｂ側ではａ軸４３ａ方向に結晶が成長する。このように、種結晶素材の接合面でも種結晶２３（ａ・ｂ）の当接面の全面に渡って螺旋転移４７ａを形成しながら接合している。実際にはこの図のように整然と並ばず、多結晶が雑然と並ぶ状態に近い配列となると考えて良く、これが結晶欠陥領域４４となっている。
【００３５】
また、図４にｃ軸に直角に切断して、結晶の平面的な成長形態を示すように、僅かに傾いたａ軸４３とａ軸４３ａの２方向の結晶の成長により、刃状転移を起こす場合もある。実際には、結晶欠陥領域４４には螺旋転移や刃状転移、また多結晶状態が不規則に混ざり合い、複雑な結晶欠陥を含んでいる。
【００３６】
気相成長法により、ＺｎＯの成膜が進むに従い、接合面の結晶欠陥が次第に減少するが、同時に、２本のａ軸４３・４３ａがなだらかに接続されるようになる。
図５はａ軸４３・４３ａの変化を気相成長法の成膜程度により誇張した模式図である。
同図（ａ）は円柱状の種結晶２３（ａ、ｂ）のａ軸を含む平面を斜線を施して示している。結晶欠陥領域４４の上下でａ軸４３、４３ａは僅かに方向が不一致である。ＺｎＯ薄膜２を形成するにつれ、ＺｎＯ薄膜２にも種結晶のａ軸４３、４３ａが同方向に延長されて、ＺｎＯ薄膜２の表面に直線となって形成する。
【００３７】
同図（ｃ）に示すように、更にＺｎＯ薄膜２の厚さが厚くなると、次第に結晶欠陥領域４４は覆い隠されるが、この際結晶欠陥領域４４の近傍ではａ軸の方向が緩やかに変えられ、滑らかに接続される。
なお、Ｘ線解析によって慎重に合わせ込まれた場合はａ軸の方向の不一致はごく僅かであり、結晶欠陥領域の影響が除去されれば単結晶としての性能に悪影響を及ぼすことは少ない。
【００３８】
このようにして、欠陥の少ないｃ軸の長い種結晶が得られる。
更に長大な種結晶を得るために、上記の手順で得られたｃ軸長さの長い単結晶から１次種結晶２１、２１、・・・を作成することを繰り返せばよい。但し、１次種結晶２１、２１、・・・の当接部のａ軸の軸方向を必要な精度で合致させることは、かなりの作業工数を要するので、当接・接合個所は少ない方がよい。
一度、量産効果が期待できる長さのＺｎＯの単結晶が得られれば、その長さの１次種結晶を確保し続けることは容易である。
育成した単結晶から、工業用途に使用可能なＺｎＯの単結晶の育成に必要な長さを有する１次種結晶２１を作成することができる。
【００３９】
従って、上記図２に示した単結晶育成装置５１を用いて、再度、水熱合成法によって１次種結晶２１からＺｎＯの単結晶を育成すれば、育成容器内６０において不純物の混入が殆どなく、しかも工業用途に利用できる口径サイズを有するＺｎＯの単結晶を育成することができる。
特に、この場合は、ＺｎＯの単結晶の育成に使用する種結晶２１に結晶欠陥領域が含まれていないので、ＺｎＯの単結晶から良質なＺｎＯウェハーを得ることができる。
【００４０】
従って、このようなＺｎＯウェハーを基材として、この基材上にＺｎＯ薄膜を形成すれば、極めて高品質のＺｎＯ薄膜を形成することが可能になる。
よって、このようなＺｎＯの単結晶を基材とし、この基材上にＺｎＯ薄膜を形成して、例えば紫外線ＬＥＤや、レーザダイオード、透明トランジスタなどの半導体デバイスを作成すれば、電気的・光学的特性や信頼性の優れた半導体デバイスを実現することができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の酸化亜鉛育成用種結晶は、酸化亜鉛の単結晶からなる複数個の種結晶素材を接合した１次種結晶の表面に酸化亜鉛薄膜を成膜するので、これを種結晶として育成される単結晶には種結晶素材の接合部に発生する結晶欠陥領域の影響が及ぼされず良好な酸化亜鉛単結晶を得ることができる。そして、ａ軸と３本のｃ軸の方向と向きを合わせることにより、工業的に充分な精度と大きさの単結晶が得られる効果がある。
したがって、このような種結晶から酸化亜鉛の単結晶を育成すれば、これまでにない工業用途に利用可能なサイズの単結晶を育成することが可能になる。
【００４２】
また、酸化亜鉛の単結晶から切り出した複数個の種結晶素材の接合に水熱合成法で当接部をエピタキシー成長を利用し、１次種結晶表面に酸化亜鉛薄膜を育成する工程には気相成長を用いる酸化亜鉛育成用種結晶の作成方法は、気相成長、水熱合成法の使い分けによりコストダウン、得られた単結晶の品質向上の両面の保証がなされる効果も大きい。
また１次種結晶表面の結晶欠陥領域を覆う酸化亜鉛薄膜の厚さを規定し、作業標準も確立されているのも実施を容易にする効果がある。
【００４３】
この単結晶を第２の種結晶として利用すると、工業用途に利用可能なサイズの単結晶を育成するのに必要な種結晶が結晶軸合わせ等の工数を必要とせずに、安価に供給でき、しかも常に必要なｃ軸長さの種結晶の再生産が行える。
従って、１度形成した種結晶で将来に渡り、種結晶供給が可能となる。
【００４４】
また、本手法を繰り返すことで所要のｃ軸長さの種結晶が得られるので、大型のオートクレーブ導入等による種結晶長大化の要求に対応可能である。
更に、良質のＺｎＯ単結晶が得られることから、例えば紫外線ＬＥＤや、レーザダイオード、透明トランジスタなどの半導体デバイスの電気的・光学的特性や信頼性等の向上が期待できるのも大きな効果である。
【図面の簡単な説明】
【図１】水熱合成法でＺｎＯ単結晶の当接面を接合して長い種結晶を形成する方法を説明する模式図である。
【図２】水熱合成法に使用される単結晶育成装置の断面図である。
【図３】種結晶接合部の結晶欠陥領域近傍の気相成長法による薄膜の形成状況を示す模式図である。
【図４】種結晶接合部の結晶欠陥領域内を示す模式図である。
【図５】種結晶接合部近傍のａ軸の変化の状況を示す模式図である。
【図６】ｃ軸方向に長い種結晶の作成方法を説明する図である。
【符号の説明】
１、２０  基材、２  ＺｎＯ膜、３、５、２２  種結晶、２１  １次種結晶、２３（ａ、ｂ、ｃ、・・・）  種結晶素材、１０、３０、４０  ＺｎＯの単結晶、４１  接合面、４２  ｃ軸、４３、４３ａ  ａ軸、４４  結晶欠陥領域、４５白金線、
１  ＺｎＯ単結晶の薄板、  ４７  刃状転移、  ４７ａ  螺旋転移、５１  単結晶育成装置、５２  オートクレーブ、５４  蓋体、５５  固着部、５６  ヒーター、５７  パッキン、６０  育成容器、６１  フレーム、６２  白金線、６４  内部バッフル板、６５  外部バッフル板、６６  原料、６７  伝熱溶液、７０  ベローズ、７１  育成溶液、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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