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JP2003221298A - Seed crystal for growing zinc oxide, method and apparatus for growing zinc oxide seed crystal - Google Patents

Seed crystal for growing zinc oxide, method and apparatus for growing zinc oxide seed crystal

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Publication number
JP2003221298A
JP2003221298A JP2002142973A JP2002142973A JP2003221298A JP 2003221298 A JP2003221298 A JP 2003221298A JP 2002142973 A JP2002142973 A JP 2002142973A JP 2002142973 A JP2002142973 A JP 2002142973A JP 2003221298 A JP2003221298 A JP 2003221298A
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JP
Japan
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seed crystal
crystal
zinc oxide
axis
planes
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JP2002142973A
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Japanese (ja)
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JP4109014B2 (en
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Mitsuru Sato
充 佐藤
Katsumi Maeda
克己 前田
Kenji Yoshioka
賢治 吉岡
Hiroshi Yoneyama
博 米山
Yutaka Shimizu
湯隆 清水
Koji Horikawa
晃司 堀川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Denpa Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Denpa Co Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To determine the shape of a seed crystal for growing a zinc oxide single crystal that has good efficiency and quality. <P>SOLUTION: When a single crystal is grown by a hydrothermal synthesis method using the seed crystal that is cut from the single crystal of zinc oxide, the m planes of the seed crystal grow into a crystal having good quality and other planes than the m planes produce crystal defect areas. Therefore, the planes that form the surfaces parallel to the c axis of the seed crystal are formed to have at least two m planes that are parallel to each other along any a axes. Moreover, the planes that form the surfaces parallel to the c axis of the seed crystal form a tetragon that is constituted by two m planes parallel to each other and two m planes along another a axis, or a hexagon that is constituted by six m planes. In particular, when the grown single crystal is cut into a c-cut wafer to form a light emitting device, the single crystal free from any defect area that is grown from the seed crystal having a regular hexagonal cross section is used. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

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

【0001】[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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a zinc oxide growing seed crystal used for growing a zinc oxide single crystal that can be used for industrial purposes, and to prevent occurrence of a crystal defect region during single crystal growth. Seed crystals suitable for prevention.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art Conventionally, in semiconductor devices,
Semiconductor devices formed using amorphous silicon or polycrystalline silicon as a thin film material have been widely used. In recent years, zinc oxide (ZnO) has attracted attention as a thin film material. , For example, UV LED (LED: Light Emitting)
Diodes, laser diodes (LDs: Laser Diodes), transparent transistors, and other existing semiconductor devices are being applied, and research and development for new applications are underway.

【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。
By the way, in manufacturing a semiconductor device, it is known that the quality of a thin film formed on a base substrate has a significant influence on its electrical characteristics, optical characteristics, reliability (lifetime) and the like. Therefore, the better the quality of the thin film, the better the electrical and optical characteristics and the reliability.

【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。
Therefore, when forming a semiconductor device using ZnO as a thin film material, it is important to form a high quality ZnO thin film having no crystal defects on the base substrate. The factor that determines the quality of the thin film is the difference in the lattice constant between the thin film material and the base substrate material, and it is known that the smaller the difference in the lattice constant, the better the film can be formed without crystal defects. The lattice constant means the arrangement interval of atoms that are regularly arranged in the crystal.

【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。
When forming a semiconductor device having a ZnO thin film, a base substrate made of sapphire or the like having a lattice constant relatively close to that of a ZnO single crystal has been used. However, since the lattice constant of sapphire differs from that of ZnO single crystal by about 18%, it is necessary to form a thin film with a considerably larger thickness than usual in order to form a high-quality ZnO thin film on a base substrate formed of sapphire. However, in terms of profitability, industrial quality had to be compromised to some extent.

【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Z
nO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。
Therefore, for example, in order to inexpensively form a ZnO thin film of extremely high quality on a base substrate, the base substrate is formed by Z
It may be formed by using a ZnO single crystal having the same lattice constant as that of the nO thin film, but it has been impossible to grow a ZnO single crystal having a size that can be used as a base material by the conventional techniques. It was In growing a zinc oxide (ZnO) single crystal by a hydrothermal synthesis method, a seed crystal cut out from a zinc oxide single crystal is used, and the single crystal is grown from this seed crystal, but the crystal has an a-axis in a hexagonal structure. The crystal tends to grow selectively in the direction.

【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。
Generally, in order to form the above seed crystal from a zinc oxide single crystal, it is often cut out and used as shown in FIG. FIG. 8B is a seed crystal cut out from a zinc oxide single crystal, and FIG. 8C is a schematic diagram showing an example of a method for holding the seed crystal in the growth container. Note that FIG. 8A shows an outline of a zinc oxide single crystal belonging to the hexagonal system and its crystal axis. The crystal axis of the hexagonal system is the c-axis, and three a (1, 2,
3) A total of four axes.

【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。
First, a plate-shaped seed crystal is cut out from a zinc oxide single crystal so that the longitudinal direction is along the c-axis (parallel to the c-axis).
Next, the seed crystal plate was divided along the c-axis, and
Cut out the time signature type seed crystal shown in (b). Since almost no growth occurs in the c-axis direction when a single crystal is grown, the c-axis is cut out so as to be the longest. A ZnO seed crystal is mounted on the upper frame 61 in the growth container of the single crystal growth apparatus. For example, a seed crystal is grown by a method of suspending a ZnO seed crystal on a frame 61 using a noble metal wire (platinum wire) 62. The structure of the growing device used in the hydrothermal synthesis method will be described later.

【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。
In order to reduce crystal defects in the growth process,
The surface of the seed crystal needs to be a sufficiently clean surface, and 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 is composed of as few faces as possible, and in many cases, it is a timepiece-shaped rectangular parallelepiped long in the c-axis direction as shown in FIG. .

【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。
The growth state of the seed crystal in the growth container 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 manner of growth in the direction perpendicular to the c-axis will be described with reference to FIG. The figure shows a cross section of the seed crystal at right angles to the c-axis, and schematically shows how the crystal is grown along the a-axis in the growing apparatus. As described above, since the hydrothermal synthesis method hardly grows in the c-axis direction, a plurality of seed crystals are bonded in the c-axis direction, or a sapphire substrate is attached with a ZnO thick film to form a seed crystal. Methods have been tried and proposed.

【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(1
10、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。
As an example in FIG. 8D, the seed crystal is shown in FIG.
The cross-sectional shape of the seed crystal 21 cut out as shown in (b) is
Two planes (1) parallel to the c-axis and one a-axis (a1 axis in the figure)
10, 110) and one a-axis (a1 in the figure) parallel to the c-axis.
It is a rectangle formed by two surfaces (120, 120) orthogonal to the axis. Here, only the phenomenon of crystal growth will be described, and the explanation will be given later regarding the form of the crystal lattice on each surface, the arrangement state of atoms and molecules, etc. In addition, normally, the plane 110 parallel to the c-axis and one a-axis (a1 axis in FIG. 8D) is
If a single crystal ideally grows, the cross-sectional shape perpendicular to the c-axis will be a regular hexagon surrounded by six m-planes.

【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11
5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。
A crystal grows around the seed crystal 21 in the growth container, and the surface 11 grows parallel to the surface of the surface 110.
In No. 5, the growth rate is fast, and there is a strong tendency that the size of the surface expands parallel to the surface 110. With respect to the molecular arrangement, a good crystal plane with few defects can be obtained. The arrangement of molecules on the surface 120 is irregular,
It cannot extend parallel to the plane parallel to the plane and parallel to the plane, and is also affected by this plane 120 and two a-axes (a2 and a3 axes in the figure) having a 30 ° inclination. A crystal defect region 44 in which the crystal growth direction is not defined and various transitions are included
It is easy to become.

【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11
2、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、a
3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。
On the other hand, at the end of the surface 115, crystals are grown along the surface of the crystal defect region 44 as if they were bent by 60 ° from the surface 115 under the influence of the a2 and a3 axes. Therefore, as the crystal growth progresses, a plane 112 parallel to the a2 axis and a plane 113 parallel to the a3 axis, which are equivalent to the relation of the plane 115 to the a1 axis, grow, and the crystal defect region 44 becomes an isosceles triangle and is sealed. It will be stopped. Surface 115, surface 11
2. When the seed crystal is covered by the plane 113 including the crystal defect region 44, the single crystals with few defects are a1, a2, and a after that.
It grows while forming a hexagon parallel to the three axes. That is, planes other than the m-plane of the seed crystal, for example, planes 120 and 120 orthogonal to any a-axis (inclined by 30 ° with respect to the other two a-axes).
In the vicinity of the surface of, the crystal defect regions 44, 44 are included.
Occurrence of crystal defect regions is recognized on the planes other than the m-plane to some extent.

【0014】[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。
As described above, a crystal defect region occurs in the grown single crystal on the surface of the seed crystal other than the m-plane, and a quality defect is generated in the vicinity of the seed crystal in the central portion of the grown single crystal. Often includes bad parts. Since the poor quality part cannot be used, the yield of the cut wafers is a problem, the step of selecting good products is added, and the cost increase cannot be ignored.

【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。
Conventionally, a large single crystal for cutting out a seed crystal has not been available, and a plurality of seed crystals have been connected in the c-axis direction, or a ZnO thick film has been formed on a sapphire substrate and cut out. However, there were many drawbacks. It has been earnestly desired to obtain a ZnO seed crystal long enough in the c-axis direction.

【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。
It is an object of the present invention 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, a method for growing the seed crystal, and a growth container.

【0017】[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任意のa軸に沿った互い
に平行なm面を少なくとも2面を有する酸化亜鉛育成用
種結晶を提供する。
In order to solve the above problems, the present invention provides a seed crystal for growing zinc oxide, which is cut out from a single crystal of zinc oxide, and has a c-axis of the seed crystal. The planes forming the parallel surfaces provide a seed crystal for growing zinc oxide having at least two m-planes parallel to each other along any a-axis.

【0018】また、上記種結晶の上記c軸に平行な上記
表面を形成する上記平面は、任意の上記a軸に沿った互
いに平行な上記m面2面と、他のa軸に沿ったm面2面
から構成される四辺形である酸化亜鉛育成用種結晶と、
上記種結晶の上記c軸に平行な上記表面を形成する上記
平面は、6面のm面から構成される六辺形である酸化亜
鉛育成用種結晶をも提供する。
The planes forming the surface parallel to the c-axis of the seed crystal are the m-plane two planes parallel to each other along the arbitrary a-axis and the m planes along the other a-axis. A quadrilateral zinc oxide growing seed crystal composed of two faces,
The plane forming the surface parallel to the c-axis of the seed crystal also provides a hexagonal zinc oxide growing seed crystal composed of six m-planes.

【0019】さらにまた、上記種結晶の上記c軸に平行
な上記表面を形成する上記平面は、6面のm面から構成
され、且つ、上記表面によって構成されるc軸に直角な
断面は正六角形とされている。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。。
Furthermore, the plane forming the surface parallel to the c-axis of the seed crystal is composed of six m-planes, and the cross section of the surface perpendicular to the c-axis is regular. It is a square. Further, the present invention is a seed crystal for growing zinc oxide, which is 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】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。
According to the present invention, a zinc oxide single crystal for a nucleus which serves as a nucleus for growing a zinc oxide single crystal by reacting powder zinc oxide as a zinc oxide seed crystal raw material with hydrogen gas in a front container to reduce to zinc. Lead the reduced zinc into the rear container pre-inserted, supply oxygen gas into the rear container, of the zinc oxide seed crystal to grow a zinc oxide seed crystal with the nucleus zinc oxide single crystal as a nucleus Provide a training method.

【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。
Further, the present invention is characterized in that a powder zinc oxide as a zinc oxide seed crystal raw material is charged and a front container for supplying hydrogen gas to reduce to zinc and a zinc oxide for a nucleus serving as a nucleus of the zinc oxide seed crystal. A single crystal was charged, the zinc was introduced from the front container, and a rear container was provided to grow a zinc oxide seed crystal using the nucleus zinc oxide single crystal as a nucleus by supplying oxygen gas.
An apparatus for growing a zinc oxide seed crystal is provided.

【0022】[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。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Before starting the description of a seed crystal, an outline of a 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 container previously proposed by the applicant.

【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。
The single-crystal growing apparatus 51 shown in FIG. 2 includes an autoclave 52 capable of applying the temperature and pressure necessary for growing a ZnO single crystal by hydrothermal synthesis, and an autoclave 52. A growth container 60 is housed and used inside the container 52. The autoclave 52 is configured such that the container body of the autoclave 52 formed of, for example, iron as a main material, such as high-strength steel, is covered with a lid 54 with a packing 57 sandwiched between the container main body and the fixing portion 55 to fix the inside thereof. The structure is hermetically sealed.

【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7
0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。
The growth container 60, which is used by being housed in the autoclave 52, is made of, for example, platinum (Pt) and has a substantially cylindrical shape. And, a bellows 7 acting as a pressure adjusting portion is provided on the upper portion thereof.
0 is attached in a state where the inside of the growth container 60 is sealed.

【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。
In such a single crystal growing apparatus 51, the ZnO seed crystal 3 is hung using the frame 61 and the noble metal wire (platinum wire) 62 on the upper side in the growth container 60, and
The raw material 66 is arranged on the lower side thereof to grow the seed crystal 3. In this case, the ZnO seed crystal 3 and the raw material 66
An internal baffle plate 64 for controlling heat convection is provided between the and, and the inside of the growth container 60 is divided into a melting region and a growth region by the internal baffle plate 64.
A plurality of holes are formed in the inner baffle plate 64,
The opening area of the baffle plate 64, which is determined by the number of the holes, controls the counter flow rate from the melting region to the growth region to obtain a temperature difference between the melting region and the growth region.

【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(Na2
CO3)、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、Zn
O種結晶3を育成するようにしている。
Then, for example, sodium hydroxide (NaOH) and calcium carbonate (Na2) are placed in the growth container 60.
CO3), potassium hydroxide (KOH) or other strong alkaline solution is injected, and the autoclave 52 and the growth container 60 are used.
A heat transfer solution 67, such as pure water, is injected for heat transfer between the two and heating the autoclave 52 with the heaters 56, 56, ... A growth solution 71 in which the raw material 66 is dissolved in the solution is generated. Then, the growth solution 71 is supplied to the growth region through the internal baffle plate 64, and Zn
The O seed crystal 3 is grown.

【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6
0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。
Further, the single crystal growth apparatus 51 shown in FIG.
Then, an external baffle plate 65 is provided outside the growth container 60. With this external baffle plate 65, the growth container 6 is provided.
By limiting the convection outside 0, the temperature difference necessary for growing the ZnO seed crystal 3 is obtained between the regions in the growth container 60.

【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。
A bellows 70 is provided on the upper part of the growing container 60 as a pressure adjusting portion, and the expansion and contraction of the bellows 70 balances the internal pressure and the external pressure of the growing container 60.

【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。
Such a single crystal growing apparatus 51 can grow a ZnO single crystal from a seed crystal by a hydrothermal synthesis method. Almost no impurities are mixed in the growth container 60, and a ZnO single crystal having a diameter size that can be used for industrial purposes can be grown.

【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。
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) according to the present embodiment. The ZnO single crystal is a hexagonal crystal, and has a c-axis 42 as a crystal axis and three a (1, 2, 3) axes 43 which form an angle of 120 ° with each other in a plane perpendicular to the c-axis 42. Exists. FIG. 1A shows a perspective view of a ZnO single crystal 40 from which a seed crystal is cut out. 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 with few crystal defect regions is shown in the same drawing (b to h) as a cross section perpendicular to the c-axis.

【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。
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 above-mentioned m-plane. As described above, it is known that the crystal grown based on the m-plane of the seed crystal has few defects and a high growth rate. Therefore, if the plane parallel to the c-axis on the surface of the seed crystal is formed by the above-mentioned m-plane, the crystal grown from the m-plane will have good quality and the growth will be fast. Since the seed crystal is cut out 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 peripheral line (outline of the cross section) that defines this cross-sectional shape is the c-axis of the seed crystal. It is the line of intersection of the parallel plane and the plane of the cross section. That is, in the outline of the cross section of the seed crystal, a (1
~ 3) A line parallel to any of the axes indicates that the surface is the m-plane.

【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。
The most ideal shape of the seed crystal is a seed crystal 21b having a regular hexagonal cross section, which is formed so that all six surfaces are m-planes, as shown in FIG. Two parallel m-planes of 110, 110 parallel to each other along the a1 axis, two parallel m-planes of 112, 112 along the a2 axis, and 113, 113 along the a3 axis. It is composed of two m-planes parallel to each other, a total of 6 m-planes.
Stable growth can be expected for a single crystal grown from a seed crystal having a regular hexagonal cross section. Since the length of the outline of the cross section (width of the m-plane measured at right angles to the c-axis) may be arbitrarily changed,
The shape of the same system need not be a regular hexagon, but may be a thin plate-like seed crystal 21c as shown in FIG. 6C or a hexagon as shown in FIG. Here, these are collectively called a hexagon. These shapes require a large number of man-hours for the grinding / polishing process for forming each m-plane and are costly, but the quality of the single crystal obtained from the regular hexagonal seed crystal 21b is particularly highest.

【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。
Next, in the case of the two sets of parallel m-planes shown in FIGS. 3D and 3E, one of the three sets of m-planes has a side length of 0. You can think that it has become. In principle, these seed crystals 21d and 21e have no crystal defect region in the m-plane only, like the hexagons. That is, (d) is the two m-planes of 110 and 110 parallel to each other along the a1 axis,
a, m of two 113, 113 parallel to each other along the 3 axis
It is a quadrilateral (parallelogram) composed of four faces,
(E) is a quadrilateral consisting of four 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. is there.

【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。
The seed crystals having these parallelogram cross sections are
A large number of seed crystals can be attached to a simple attachment jig, and grinding and polishing processes for seed crystal formation can be performed at the same time, which can reduce the number of polishing steps and the quality and seed of the obtained single crystal. The cost of crystals is balanced and the practicality is high. Also,
The seed crystal 21f shown in FIG. 6F, which is composed of a pair of parallel m-planes and two separate m-planes, is also considered to be a variation of this example.

【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(1
10、110)の間隔を近づけると、両端のm面(11
2、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(12
0、120)で構成して、種結晶加工のコストを低減し
てもよい。
In the case of the seed crystal 21c shown in FIG.
Two m-planes (1 parallel to each other) along one a1 axis
10 and 110) are close to each other, the m-plane (11
(2, 113, 112, 113) gradually becomes shorter. That is, it is very close to the same figure (h) with the planes 120 orthogonal to the a1 axis at both ends. In the plane 120, FIG.
Although a crystal defect region is generated as shown in FIG. 5D, if the plate thickness of the seed crystal becomes thin to some extent, the isosceles triangle of the crystal defect region 44 shown in FIG. 5D becomes very small. The defect region does not affect the yield of the grown single crystal and can be practically ignored. As described above, when the seed crystal has a thin plate shape with a rectangular cross section, it is practically usable even if at least two wide surfaces are m-planes parallel to each other and the other surfaces are not m-planes. As a thin thin plate, a plane 2 planes (12 planes) orthogonal to a pair of parallel m planes (110 110) like a seed crystal 21h shown in FIG.
0, 120) to reduce the cost of seed crystal processing.

【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。
Here, the reason why a crystal plane with few defects grows on the m-plane will be described with a steel ball model. The steel ball model is a steel ball having a diameter equal to the lattice constant (distance of the crystal lattice) arranged at lattice points instead of the molecules or atoms constituting the crystal. First, referring to FIG. 3, a hexagonal single crystal structure in a steel ball model will be described. FIG. 3 (a) shows a hexagonal steel ball arranging method as a perspective view, and FIG. 3 (b) shows a steel ball model projected from the + c-axis direction, showing the degree of overlap between layers A and B. It is a thing. Since the lattice constant is indicated by K in FIG. 3B, the steel balls having a diameter K are regarded as atoms or molecules of crystals and arranged so that there are no gaps (the surfaces are in contact with each other).

【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、a
2、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1
20゜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6
0゜づつ廻転すると各a軸は重なる(軸の向きの制限は
ない)。
The hexagonal single crystal is formed by alternately superposing A layers and B layers. The lowermost diagram of FIG. 3A shows seven steel balls (A1, A2, ...
・ A7) is taken out and drawn. These steel balls are arranged in innumerable numbers on one plane while being in contact with each other to form an A layer. The seven steel balls are centered around A1 and have A2 around their outer circumference.
.. If six steel balls of A7 are in contact with the adjacent steel balls and the centers of the steel balls are connected, a regular hexagon with one side length K is formed.
Usually, a parallelogram connecting the centers of the A-layer steel balls A1 to A4 shown in FIG. The minimum 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, a
2 and a3 are straight lines passing through the centers of three steel balls on one straight line. The axes a1, a2, a3 are perpendicular to the c-axis and are 1
They are separated by 20 ° and are perpendicular to the c-axis. The three a-axes are equivalent to each other, and the crystal is centered on the c-axis.
When rotated by 0 °, each a-axis overlaps (there is no restriction on the axis direction).

【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、O
B3・・・等と移動すればB層となる。
When the steel balls are arranged so as to contact the three adjacent steel balls of the A layer, the B layer is formed. For example, the steel balls B1 of the B layer are arranged in a recess formed by the three steel balls of the A layer so as to contact the steel balls (A1, A2, A3) of the A layer. In the same figure (b), the center of the steel ball B1 is the point of reference numeral OB1. Similarly, the steel ball B2 is in contact with the steel balls (A1, A4, A5) of the A layer, and the center of the steel ball B2 is a point indicated by the symbol OB2. Also,
Steel ball B3 is in contact with steel balls (A1, A6, A7), and steel ball B3
The center of is the point OB3. The steel balls forming the B layer are also in contact with each other and arranged innumerably on one plane to form the B layer. A
The centers of the steel balls forming the layers are respectively OB1, OB2, and O.
If you move to B3 ...

【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。
A second A layer is disposed on the B layer. When viewed from the + c-axis direction as shown in FIG. 7B, the first steel ball of the A layer and the second steel ball of the A layer appear to overlap each other. That is, steel ball A12 is on steel ball A2, and steel ball A14 is on steel ball A4.
It overlaps with ... Furthermore, a second layer is formed on this second layer A.
B layer is arranged, but the first B layer and the second B layer are also +
When they are viewed from the c-axis direction, they are arranged at positions that completely overlap. In this way, the hexagonal crystals are arranged. In addition,
In the case of a steel ball that is considered to be a rigid body, the lattice constant along the c-axis is 1.633K, but the actual crystal shows a slightly different value.

【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。
Here, the plane that is usually found in a hexagonal single crystal will be described. The main plane for growing a crystal is the plane parallel to the c-axis and one a-axis (called the m-plane), and the contrast is parallel to the c-axis and orthogonal to one a-axis. It is the side to do. It has already been described that a single crystal grows smoothly on the m-plane, the growth rate is high, and a crystal defect region is likely to occur on a plane parallel to the c-axis and orthogonal to one a-axis. Steel balls are arranged most densely on a plane orthogonal to the c-axis (parallel to the a-axis). Steel balls that are adjacent to each other with a minimum gap contact each other. The state is shown in FIG. 3B, and the steel ball density (the number of steel balls in the unit plane) is maximized.

【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。
The plane parallel to the m-plane and the c-axis and orthogonal 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 1 in the figure suffix is +
2 is a side view showing a cross section taken along the line AA, and 3 is a front view of the crystal surface as seen from the outside. Although it does not change in the steel ball model, in actual crystals, the lattice constant of the layer close to the surface is different from that of the inside, and the distance between molecules is usually different.

【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1
10)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。
FIG. 4 (a) shows m parallel to the c-axis and one a-axis.
The case where the surface 110 is a surface is shown. Here, in the figure (a1),
As indicated by a chain line in (a2), the surface of the crystal (m-plane 1
Let 10) be the surface that passes through the center of the steel ball arranged at the outermost side. As shown in (a2) of the figure, a total of a steel ball A21 of the A layer located on the surface, a steel ball equivalent to the steel ball A21 of the lower A layer, and a steel ball B21 of the B layer arranged slightly inside is measured. Three pieces are cross-sections, and in the figure, the steel balls of layer A (the equivalent row of steel balls) form the outermost part of the surface of the crystal, and the steel balls of layer B are arranged so as to be pulled inward and arranged in one row. It forms a depression.

【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(a
1〜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。
When a steel ball B20 corresponding to ZnO molecules is supplied from the outside and is approached and captured by the surface, the steel ball B20 falls into the recess between the two rows of the A layer, and the steel ball of the A layer 2 at the position indicated by the chain line. It occupies a stable position in contact with two steel balls of layer B. A new B layer is formed by attaching the steel ball B20 to the surface, the surface moves outward by about 60% of the diameter of the steel ball, and crystals grow. Steel balls are arranged one after another at the same position as steel ball B20,
When the cavities of the B layer are completely filled, the B layer becomes the crystal surface and the A layer is at the position where it is pulled inward, but the shape of the entire surface is that the A layer and the B layer are simply exchanged. a
It has the same shape as 1 to a3). Even if steel balls (molecules) are attached one after another, the arrangement of steel balls does not change, 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 less likely to occur. It is also considered that the fast crystal growth is because the shape of the molecular arrangement and the lattice constant do not change and the molecules are stably attached to the surface.

【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。
FIG. 6B shows a plane 120 parallel to the c-axis and orthogonal to the a-axis. Similar to (a), the surface that passes through the center of the steel ball disposed on the outermost side of the crystal is the surface 120.
Is indicated by a one-dot chain line. As shown in (b1) of the figure, the distance between the two steel balls of the A layer located on the surface is significantly different from the lattice constant K (1.732K), and the two steel balls of the A layer are in the same plane B. One layer of steel balls is wedge type, and it is in a position where it is drawn in between the two wedge types in a position in contact with the surface.
Two layer steel balls and one layer B steel ball (indicated by a dashed line) form a wedge-shaped mold of the same shape, and are drawn to a position in contact with the surface to face the outside. Since zigzag grooves are repeatedly arranged on this surface 120 and the lattice constant is different from the original lattice constant at a position where molecules are easily trapped, each molecule becomes a self-arranged array and growth of a regular molecular array is difficult to occur. The surface is apt to cause crystal defects.

【0045】実際の分子レベルでは、図のように表面1
20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。
At the actual molecular level, the surface 1
It is considered that 20 is not formed as a wide surface, and m-planes along each a-axis that is a cleavage plane are irregularly arranged on the surface. Therefore, 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】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。
At the edge of the plane, the crystal growth direction changes as if it was strongly influenced by the other a-axis than the a-axis parallel to the current surface. For example, when the steel ball A20 at the right end in FIG. 4 (a1) is the end of the plane of the seed crystal, the influence of the a3 axis becomes stronger than the a1 axis, and the surface tends to grow in a direction parallel to the a3 axis. Therefore, as shown in FIG. 5D, the surface is bent from the surface 115 to the surface 113 in the direction parallel to the a3 axis, and the m-plane grows. When the m-plane completely covers the crystal defect region of the seed crystal surface layer, the m-plane grows thereafter as a normal m-plane. As described above, as the number of m-planes increases on the surface parallel to the c-axis of the seed crystal from the plane of single crystal growth, the crystal with fewer defects grows faster.

【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1
20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。
From this point, when the shapes of the seed crystals shown in FIGS. 1 (b to g) are reviewed, all the seed crystals 21b to 21g) are c.
The surface parallel to the axis is composed of only the m-plane. In order to reduce the seed crystal polishing step, if the seed crystal 21 (d, e) is a parallelogram, a large number of isomorphic seed crystals can be simultaneously attached to a simple jig to obtain a large number of seed crystals in one polishing step. You can The seed crystal shown in FIG. 1 (h) includes a plane 120 perpendicular to the a-axis, but by shortening the length of the plane 120 perpendicular to the a-axis with respect to the length of the m-plane 110 parallel to the a1-axis. The size of the crystal defect region can be reduced to such an extent that there is no practical problem. In this way, the seed crystal 21h has a surface 1 other than the m-plane.
If the length of 20 is made as thin as possible, the occurrence of crystal defect regions can be minimized.

【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。
By the way, when a ZnO single crystal is actually grown by the hydrothermal synthesis method using the seed crystal described above,
It is recognized that there is a difference in the quality of the grown single crystal depending on the shape of the cross section of the seed crystal perpendicular to the c-axis. In particular, a wafer was cut out from the grown ZnO single crystal at a right angle to the c-axis (c
(It is called “cut”), and when it is further subdivided and used as it is as a light emitting element, it appears remarkably. On the surface of the seed crystal other than the m-plane, a crystal defect region occurs in the grown single crystal,
Although it has already been explained that a poor quality portion is often included in the vicinity of the seed crystal at the center of the grown single crystal, the influence of this crystal defect region is quite wide and, for example, as shown in FIG. Not only the equilateral triangular crystal defect region 44, but also a considerable part of the outer periphery thereof is a region in which the light emitting element is unwell.

【0049】フォトルミネッセンス(Photoluminescenc
e )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。
Photoluminescence (Photoluminescenc
e) The intensity distribution can be used as a quality evaluation method when a ZnO single crystal is used as a light emitting element. Briefly describing photoluminescence, it is a phenomenon in which a substance is stimulated by radiation such as visible light and ultraviolet light, and emits light having a longer period (the 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 when the c-cut ZnO is selectively irradiated with a laser. The ideal photoluminescence characteristic is shown by a curve drawn by a broken line, and has a peak near 3.3 eV. The wavelength of this peak is about 375 nm in the ultraviolet region.
Which is the wavelength required to realize the ultraviolet light emitting device.

【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。
FIG. 5B shows a sample of c-cut ZnO.
Figure 3 shows a schematic view of a surface that has been cut and polished perpendicular to the c-axis. A substantially square seed crystal 21 is provided at the center, and isosceles crystal defect regions 44 are formed on the left and right non-m-planes. Furthermore,
It was recognized that the seed crystal peripheral portion 92 inside the outer peripheral surface 91, which was divided into hexagons by the broken line, was a portion with many crystal defects that was unsatisfactory as a light emitting element, and the outside thereof was a substantially good crystal portion. In FIG. 5A, A indicates the characteristics of the peripheral portion considered to be a good quality crystal portion, and B indicates the characteristics of the peripheral portion of the seed crystal. In the measured ZnO crystal, the cause of the contamination of impurities and the oxygen defect was not completely removed, and both A and B had low peak values near 3.3 eV, but the decrease of B was particularly large.

【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。
In the growth of a single crystal of ZnO belonging to the hexagonal system, a seed crystal peripheral portion having many crystal defects exists in a fairly wide area centered on the seed crystal 21 and the crystal defect region 44, and ZnO in this portion is present. Single crystals cannot be used as light emitting devices. This indicates that the yield of wafers for manufacturing light emitting devices is significantly deteriorated. Further, it is considered that a good quality crystal part 93 is not formed unless the outer peripheral surface 91 of the part having many crystal defects is formed into a substantially regular hexagon.

【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。
Taking all of these into consideration, the cross-sectional shape of the seed crystal in consideration of the yield when a ZnO single crystal is used as a light-emitting element is shown in FIG.
(B) has the same shape) is optimal. However, as described above, polishing the outer shape of the seed crystal of ZnO having a regular hexagonal cross section has many disadvantages in terms of cost, such as an increase in the number of steps. As one expedient, as shown in FIG. 6 (b), which is a schematic drawing of 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. If a columnar shape is adopted, polishing and other processes can be performed mostly by machining. Since machining similar to cylindrical polishing can be done until finishing, compared to all the seed crystals other than the cylindrical shape requiring a processing method similar to plane lapping, complete automation is easy and processing cost can be expected to be reduced. . The surface shape of the seed crystal is not particularly limited except for the above-mentioned cylindrical surface portion. The planes corresponding to the upper and lower bottom surfaces of a normal cylinder may be the crystal planes of the single crystal as they are, but it is preferable in terms of machining that the planes are machined into planes perpendicular to the c-axis in advance.

【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。
At one point on the cylindrical surface, the angle between the tangent to the cylindrical surface passing through the 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 intersections 94 (6 places) of the m-planes passing through the a1 to a3 axes on the cylindrical surface, and is 0 ° at the minimum at each midpoint separated from the three a axes by 30 °. Becomes At least the shaded portion in the figure becomes the crystal defect region 95, but since the change in the error angle is gentle near the point of error 0, the m-plane is likely to be formed over a wide range early. Therefore, the regular hexagonal outer peripheral surface 91 which covers the crystal defect region 95 relatively quickly is obtained, and a good quality crystal portion is formed on the outside thereof. Compared with a seed crystal having a regular hexagonal cross section, the existence of some crystal defect regions may be covered by the low cost of machining the seed crystal.

【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Z
nO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。
Conventionally, it has been 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 joined together in the c-axis direction, or Z is formed on the surface of a different substrate.
Efforts were made to obtain even larger seed crystals by growing thick nO films. As described above, the ideal seed crystal is a ZnO single crystal that is long in the c-axis direction and has a hexagonal column-shaped 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 the vapor phase growth method will be described.

【0055】以下に説明する気相成長法(Chemical Vap
or 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Zn
O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。
The chemical vapor deposition method (Chemical Vap
As a method for growing a ZnO single crystal by (or Deposition), a method which should be called a chemical vapor transport method is adopted, which will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows Zn by the chemical vapor transport method.
An example of a growth container 80 for growing an O seed crystal is shown as a schematic cross-sectional view.

【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。
The growth container 80 has a shape in which the front container 80a and the rear container 80b are combined, and the internal gas can communicate with each other 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 penetrates the front container 80a and a pipe 84 penetrates the rear container 80b so that gas can be supplied from the outside.
In advance, a sintered ZnO powder 87, which is a raw material of a ZnO seed crystal, is charged in the front container 80a, and a ZnO single crystal 88 for a nucleus, which is a seed crystal nucleus, is charged in the rear container 80b. There is.

【0057】前部容器80a内のZnO粉末87を約1
300゜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、Z
nとH2O となる。
About 1 part of ZnO powder 87 in the front container 80a is added.
It is placed in a high temperature atmosphere near 300 ° C., hydrogen gas (H 2 ) as a reducing gas is flown through the pipe 83, and sprayed onto the ZnO powder. At high temperature ZnO is deprived of oxygen and reduced,
n and H 2 O.

【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8
4を介して酸素ガス(O2 )が供給される。遊離したZ
n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。
The released Zn is introduced into the rear container 80b through the communication hole 85. Pipe 8 in the rear container 80b
Oxygen gas (O 2 ) is supplied via 4. Free Z
n and oxygen are deposited as a single crystal with the single crystal 88 as a nucleus,
A ZnO single crystal 89 is grown. 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) long in the c-axis direction is obtained. Further, according to this chemical vapor transport method, there is a high probability that an ideal seed crystal whose c-cut plane is close to a regular hexagon is obtained. In this way, the reduction and single crystal growth are separated into a dedicated growth container, so that the seed crystal can be efficiently grown. Since these reactions can be performed near atmospheric pressure, the pressure in the container 80 can be atmospheric pressure. Further, there is no danger if the excess hydrogen gas is discharged after being burned by an igniter connected to the communication hole 86 with the outside.

【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。
By slicing a single crystal grown using such a seed crystal, a ZnO wafer having a good yield is obtained, and a substrate having a size sufficient for industrial use is obtained as a final product. Also, a single crystal may be mass-produced by using a seed crystal cut out from this single crystal.

【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。
Therefore, if such a ZnO wafer is used as a base material and a ZnO thin film is formed on this base material, a ZnO thin film of extremely high quality 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 form a semiconductor device such as an ultraviolet LED, a laser diode, or a transparent transistor, electrical and optical It is possible to realize a semiconductor device having excellent characteristics and reliability.

【0061】[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。
As described above, the seed crystal for growing zinc oxide, which is 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 m-planes parallel to each other. , The size of the crystal defect region is such that the yield phenomenon can be practically ignored even if the others are composed of other than the m-plane,
It has the effect of minimizing the cost of seed crystal processing.

【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。
Also, the cross section of the seed crystal was defined as two m-planes and another a
A seed crystal having a parallelogram cross section composed of two m-planes along the axis can provide a seed crystal with relatively low processing cost. Furthermore, if a hexagonal seed crystal composed of six m-planes is used, all of them can be composed of m-planes, so that a zinc oxide single crystal of even more stable quality can be obtained.

【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。
As a cross-sectional shape of a seed crystal when a ZnO single crystal is used as a light-emitting element, a seed crystal having a cross section close to a regular hexagon whose m-plane lengths are almost equal to each other is theoretically It does not occur, and a high quality crystal part is formed in the immediate vicinity of the seed crystal surface, which is optimal. In order to reduce the cost of machining a seed crystal with a regular hexagonal cross section, a cylindrical seed crystal whose axis is parallel to the c-axis is very easy to form 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 also small, and a regular hexagonal outer peripheral surface is obtained relatively quickly to form a good quality crystal portion. Compared with a seed crystal having a regular hexagonal cross section, some poor yield has an advantage that it is canceled due to low machining cost.

【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。
Furthermore, since a high-quality ZnO single crystal can be obtained, it can be expected to improve the electrical / optical characteristics and reliability of semiconductor devices such as ultraviolet LEDs, laser diodes and transparent transistors. Is.

【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。
By adopting the chemical vapor transport method to self-produce the seed crystal, a ZnO single crystal long in the c-axis direction and having high purity can be easily obtained from the sintered ZnO powder, and the seed crystal is easily produced. The advantages of making it available to Further, it is also a great effect that the growth container can be divided into a front part container for zinc oxide reduction and a rear part container for single crystal growth to grow a good quality zinc oxide single crystal for seed crystals.

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

【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。
FIG. 1 is a schematic view showing various cross sections of a seed crystal cut out from a ZnO single crystal.

【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。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a single crystal growth apparatus used in a hydrothermal synthesis method.

【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。
FIG. 3 is a schematic view by perspective view and orthographic projection for explaining a hexagonal crystal state, a crystal lattice, and a crystal axis by a steel ball model.

【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。
FIG. 4 is a schematic diagram showing the molecular arrangement of the seed crystal surface in two directions parallel and at right angles to the a-axis as a projection view of a steel ball model.

【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。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a measurement result of photoluminescence intensity of a ZnO single crystal and a measurement position of a cross section of the single crystal.

【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。
FIG. 6 is a diagram schematically showing regular hexagonal and circular cross-sectional shapes of a ZnO seed crystal.

【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。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing one form of a growth container for growing a ZnO seed crystal using a chemical vapor transport method.

【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。
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating 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.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3、21 種結晶、10、20、40 ZnOの単結
晶、42 c軸、43、a軸(a1〜a3)、44、9
5 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、O
B3 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)、
3, 21 seed crystal, 10, 20, 40 ZnO single crystal, 42 c-axis, 43, a-axis (a1 to a3), 44, 9
5 crystal defect region, 45 crystal lattice (unit cell), 51
Single crystal growing device, 52 autoclave, 54 lid, 55 fixing part, 56 heater, 57 packing,
60 growth container, 61 frame, 62 platinum wire, 64
Inner baffle plate, 65 Outer baffle plate, 66 raw material, 67 heat transfer solution, 70 bellows, 71 growing solution, A1, A2, ... Steel balls forming layer A, B1,
B2, ... Steel balls constituting layer B, 110 m-plane of seed crystal, 112, 113, 115 single crystal surface (m-plane),
Planes perpendicular to the a-axis of 120 seed crystals, OB1, OB2, O
B3 Projected position of center of steel ball constituting B layer, K lattice constant, 80 growth container, 80a front container, 80b rear container, 83 pipe, 84 pipe, 85, 86 connecting hole, 87 ZnO powder, 88 for nuclear ZnO single crystal, 89
ZnO single crystal (seed crystal ... product), 91 outer peripheral surface,
92 seed crystal peripheral part, 93 good quality crystal part 94 m
Intersections of faces (6 places),

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉岡 賢治 東京都大田区中央5丁目6番11号 東京電 波株式会社内 (72)発明者 米山 博 東京都大田区中央5丁目6番11号 東京電 波株式会社内 (72)発明者 清水 湯隆 東京都大田区中央5丁目6番11号 東京電 波株式会社内 (72)発明者 堀川 晃司 東京都大田区中央5丁目6番11号 東京電 波株式会社内 Fターム(参考) 4G077 AA02 BB07 CB03 ED02 HA02 HA12 KA01 KA03 KA07 KA11   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Kenji Yoshioka             5-6-11 Chuo, Ota-ku, Tokyo TEPCO             Nami Co., Ltd. (72) Inventor Hiroshi Yoneyama             5-6-11 Chuo, Ota-ku, Tokyo TEPCO             Nami Co., Ltd. (72) Inventor Yutaka Shimizu             5-6-11 Chuo, Ota-ku, Tokyo TEPCO             Nami Co., Ltd. (72) Inventor Koji Horikawa             5-6-11 Chuo, Ota-ku, Tokyo TEPCO             Nami Co., Ltd. F term (reference) 4G077 AA02 BB07 CB03 ED02 HA02                       HA12 KA01 KA03 KA07 KA11

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 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任意のa軸に沿った互いに平行な
m面を少なくとも2面有することを特徴とする酸化亜鉛
育成用種結晶。
1. A zinc oxide growing seed crystal cut out from a zinc oxide single crystal, wherein planes forming a surface parallel to the c-axis of the seed crystal are parallel to each other along arbitrary a-axes. A seed crystal for growing zinc oxide, which has at least two faces.
【請求項2】 上記種結晶の上記c軸に平行な上記表面
を形成する上記平面は、任意の上記a軸に沿った互いに
平行な上記m面2面と、他のa軸に沿ったm面2面から
構成される四辺形であることを特徴とする請求項1に記
載の酸化亜鉛育成用種結晶。
2. The planes forming the surface parallel to the c-axis of the seed crystal are the two m-planes parallel to each other along the arbitrary a-axis and the m planes along the other a-axis. The seed crystal for growing zinc oxide according to claim 1, wherein the seed crystal is a quadrangle composed of two faces.
【請求項3】 上記種結晶の上記c軸に平行な上記表面
を形成する上記平面は、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請求項1に記載の酸化亜鉛育
成用種結晶。
3. The oxidation according to claim 1, wherein the plane forming the surface parallel to the c-axis of the seed crystal is a hexagon composed of six m-planes. Seed crystals for growing zinc.
【請求項4】 上記種結晶の上記c軸に平行な上記表面
を形成する上記平面は、6面のm面から構成され、且
つ、上記表面によって構成されるc軸に直角な断面は正
六角形であることを特徴とする請求項1に記載の酸化亜
鉛育成用種結晶。
4. The plane forming the surface parallel to the c-axis of the seed crystal is composed of 6 m-planes, and a cross section of the surface perpendicular to the c-axis is a regular hexagon. The seed crystal for growing zinc oxide according to claim 1, wherein
【請求項5】 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。
5. A seed crystal for growing zinc oxide, which is cut out from a single crystal of zinc oxide, wherein 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, characterized in that
【請求項6】 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て亜鉛に還元
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こと
を特徴とする酸化亜鉛種結晶の育成方法。
6. A zinc oxide single crystal for nuclei, which is a nucleus for growing a zinc oxide single crystal, by reacting powdered zinc oxide, which is a zinc oxide seed crystal raw material, with hydrogen gas in a front container to reduce to zinc. In a pre-inserted rear container, the reduced zinc is introduced, oxygen gas is supplied into the rear container, and a zinc oxide seed crystal is grown with the zinc oxide single crystal for nuclei as nuclei. Method for growing zinc oxide seed crystal.
【請求項7】 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、備えたことを特徴とする酸
化亜鉛種結晶の育成装置。
7. A front container for charging powdered zinc oxide, which is a raw material for zinc oxide seed crystals, and supplying hydrogen gas to reduce to zinc, and a zinc oxide single crystal for nuclei which serves as nuclei of the zinc oxide seed crystals. Introducing the zinc from the front container, and supplying an oxygen gas, the rear container for growing a zinc oxide seed crystal with the zinc oxide single crystal for nuclei as a nucleus, the oxidation characterized by the following: Zinc seed crystal growth device.
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