專利名稱：ZnO/藍(lán)寶石基片及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可以用于例如表面波裝置用基片材料和、各種工學(xué)材料、半導(dǎo)體材料等中的ZnO/藍(lán)寶石基片及其制造方法，更詳細(xì)地講，涉及在(0，1，1，2)R面藍(lán)寶石基片上層壓(1，1，2，0)ZnO膜的ZnO/藍(lán)寶石基片及其制造方法。
現(xiàn)有技術(shù)目前，作為彈性表面波裝置等的基片材料，使用各種壓電基片。在“JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH 45(1978)346～349”中，作為這種基片材料，公開了通過在(0，1，1，2)藍(lán)寶石基片上磁控管濺射(1，1，2，0)ZnO單晶膜形成的結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
使ZnO單結(jié)晶膜在R面藍(lán)寶石上附晶定向生長時，可以在較大范圍的成膜條件下進(jìn)行附晶定向生長。但是，本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，使(1，1，2，0)ZnO膜在R面藍(lán)寶石上附晶定向生長時，ZnO膜中會產(chǎn)生殘留應(yīng)力，ZnO膜會經(jīng)常開裂。
本發(fā)明的目的是，鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀，提供沒有開裂、可用于各種裝置中的質(zhì)量優(yōu)良的(1，1，2，0)ZnO/(0，1，1，2)R面藍(lán)寶石基片及其制造方法。
本發(fā)明者考慮到由于ZnO和藍(lán)寶石的晶格常數(shù)不配等引起ZnO膜中的殘留應(yīng)力而發(fā)生上述ZnO膜中的裂縫，為了完成上述課題進(jìn)行了專心研究，結(jié)果完成了本發(fā)明。
因此，本發(fā)明的ZnO/藍(lán)寶石基片通過使氧化鋅膜在(0，1，1，2)結(jié)晶面與基片表面平行的R面藍(lán)寶石上附晶定向生長、使氧化鋅(ZnO)的(1，1，2，0)結(jié)晶面與該(0，1，1，2)結(jié)晶面平行而得到，在該ZnO/藍(lán)寶石基片中，上述ZnO的(1，1，2，0)的面間隔d的范圍為1.623?！躣≤1.627。
本發(fā)明的ZnO/藍(lán)寶石基片的制造方法包括制備(0，1，1，2)結(jié)晶面與基片表面平行的R面藍(lán)寶石基片的工序，和使氧化鋅在上述R面藍(lán)寶石上附晶定向生長、使氧化鋅(ZnO)的(1，1，2，0)結(jié)晶面與上述(0，1，1，2)結(jié)晶面平行且使(1，1，2，0)面的面間隔d為1.623～1.627的工序。
本發(fā)明中的表面波裝置具有本發(fā)明的ZnO/藍(lán)寶石基片和在該ZnO/藍(lán)寶石基片上形成的至少一個叉指式換能器。


圖1是本發(fā)明的ZnO/藍(lán)寶石基片的立體示意圖。
圖2是ZnO附晶定向生長膜的(1，1，2，0)結(jié)晶面的面間隔d、X射線衍射峰的積分寬度與在ZnO附晶定向生長膜中有無發(fā)生裂縫的關(guān)系圖。
圖3是本發(fā)明的一個實(shí)施例中用于形成ZnO膜的RF磁控管濺射裝置的簡要結(jié)構(gòu)圖。
圖4是X射線衍射峰與積分寬度的關(guān)系圖。
圖5是使用本發(fā)明的ZnO/藍(lán)寶石基片的表面波裝置的一個例子的立體圖。符號說明2…Zn靶3…RF電源5…磁控管6…R面藍(lán)寶石基片7…容器8…ZnO膜11…ZnO/R面藍(lán)寶石基片12，13…叉指式換能器具體實(shí)施方式
下面，通過一邊參照附圖一邊說明本發(fā)明中的具體實(shí)施例，使得本發(fā)明變得清楚。
作為使氧化鋅膜在(0，1，1，2)結(jié)晶面與基片表面平行的R面藍(lán)寶石上附晶定向生長、使氧化鋅(ZnO)的(1，1，2，0)結(jié)晶面與上述結(jié)晶面平行的方法，有各種濺射法、各種CVD法、化學(xué)輸送法等。特別是在RF磁控管濺射法中，可以在低溫下形成高質(zhì)量的ZnO附晶定向生長膜。在下面的實(shí)施例中，將描述使用RF磁控管濺射法使ZnO膜附晶定向生長的方法，但是也可以使用上述其他方法。
在該實(shí)施例中，使用在圖3中所示的RF磁控管濺射裝置1。在RF磁控管濺射裝置1中，高頻電源3與Zn靶2連接。在Zn靶2的下方配置磁控管5。與Zn靶2相對配置R面藍(lán)寶石基片6。而且，在濺射容器7中導(dǎo)入Ar+O2混合氣。還有，通過泵強(qiáng)制排出容器7內(nèi)的氣體。
在RF磁控管濺射的時候，靶2用Ar離子撞擊，從靶2中產(chǎn)生Zn粒子。飛出的Zn粒子與氧氣反應(yīng)生成ZnO，堆積在R面藍(lán)寶石基片6上。
在上述濺射的時候，通過選擇RF功率、排氣導(dǎo)電性、氣壓和基片溫度等濺射條件，如圖1所示，ZnO膜8在R面藍(lán)寶石基片6上附晶定向生長。這種情況下的附晶定向生長是指，在R面藍(lán)寶石基片6是(0，1，1，2)結(jié)晶面與基片表面平行的R面藍(lán)寶石的情況下，ZnO膜附晶定向生長，使ZnO膜8的(1，1，2，0)結(jié)晶面處于與(0，1，1，2)結(jié)晶面平行的位置。
這種情況，如圖1中所示，ZnO與R面藍(lán)寶石基片6滿足下述關(guān)系。(1，1，2，0)ZnO∥(0，1，1，2)α-Al2O3、 ZnO∥
α-Al2O3，還有，α-Al2O3表示藍(lán)寶石。
在使ZnO在R面藍(lán)寶石基片6上附晶定向生長的濺射條件中，存在某種程度的范圍。但是，如果用光學(xué)顯微鏡觀察上述得到的ZnO膜，就能看到ZnO膜經(jīng)常會開裂。
本發(fā)明者對于通過改變?yōu)R射條件得到的各種ZnO膜，使用X射線衍射進(jìn)行結(jié)晶性分析，同時使用光學(xué)顯微鏡觀察裂縫發(fā)生狀況。結(jié)果顯示在下面表1中。
還有，下面表1中所示的積分寬度表示如下意思。圖4表示ZnO的(1，1，2，0)面的X射線衍射峰的一個例子。圖4的橫軸是表示衍射角度的2θ，縱軸表示衍射峰的強(qiáng)度。該衍射峰的高度越高、而且越尖銳m表示結(jié)晶性越良好。顯示峰的尖銳度使用積分寬度。積分寬度如圖4的右側(cè)中所示，在假設(shè)與衍射峰高度相同、同時與峰面積相同面積的矩形區(qū)域的情況下，用該矩形區(qū)域的幅表示。
如果衍射峰越尖銳，則上述積分寬度的值變得越小。因此，積分寬度越小，表示結(jié)晶性越優(yōu)良。
另外，下面的表1中也表示通過X射線衍射測定的在ZnO的(1，1，2，0)結(jié)晶面中的面間隔d。
另外，表1結(jié)果中的ZnO膜的(1，1，2，0)結(jié)晶面間隔d和積分寬度以及裂縫的發(fā)生狀況的關(guān)系如圖2中所示。
在基片上形成有附晶定向生長膜的結(jié)構(gòu)中，在基片和附晶定向生長膜材料不同的情況下，由于兩者的結(jié)晶的晶格常數(shù)不配，又由于在高溫成膜的情況下兩者的熱膨脹系數(shù)的差異等，在附晶定向生長膜中產(chǎn)生應(yīng)力。如果成膜后該應(yīng)力殘留，附晶定向生長膜的結(jié)晶面間隔與沒有應(yīng)力的情況下相比發(fā)生變化。這種變化的大小是因應(yīng)力的大小以及應(yīng)力的種類即拉伸應(yīng)力或壓縮應(yīng)力而不同。應(yīng)力越大，結(jié)晶面間隔與沒有應(yīng)力時的結(jié)晶面間隔偏離得越大。另外，如果應(yīng)力變得比某個值大，附晶定向生長膜不能耐受應(yīng)力，為了緩和該應(yīng)力則發(fā)生裂縫。即可以認(rèn)為在附晶定向生長膜中發(fā)生裂縫是由上述附晶定向生長膜中殘留應(yīng)力引起的。
由圖2可明顯看出，在使(1，1，2，0)ZnO膜在R面藍(lán)寶石基片上附晶定向生長的情況下，沒有由于應(yīng)力產(chǎn)生變形的情況下的(1，1，2，0)面的面間隔是1.6247。如果面間隔偏離1.6247，結(jié)晶性降低，于是X射線衍射峰的積分寬度變大。還有，ZnO的面間隔在ZnO整體狀態(tài)的面間隔為1.6247的時候，壓電特性最好，偏離該面間隔造成ZnO的壓電特性變差。另外，一般地，如果在藍(lán)寶石基片上形成ZnO附晶定向生長膜，由于藍(lán)寶石基片的Al原子的間隔比Zn原子的間隔窄，形成寬的ZnO面間隔，在文獻(xiàn)等中報導(dǎo)了ZnO面間隔形成至1.630。為此，在本發(fā)明中通過實(shí)施表1中所示的成膜條件，設(shè)法形成不比1.6247大的(1，1，2，0)ZnO附晶定向生長膜，保持ZnO的壓電特性與ZnO的整體狀態(tài)的壓電特性為同種程度。另外，可以得知如果面間隔比1.623還小，ZnO膜中容易發(fā)生裂縫，而且ZnO的壓電特性也不如整體狀態(tài)的壓電特性，是不理想的。
因此，從圖2的結(jié)果明顯得知，通過使得結(jié)晶面間隔的范圍為1.623?！?.627，可以得到結(jié)晶性優(yōu)良、不發(fā)生裂縫、高質(zhì)量而且實(shí)用的ZnO附晶定向生長膜。
圖5表示作為一例使用根據(jù)上述本發(fā)明構(gòu)成的ZnO/藍(lán)寶石基片裝置的表面波裝置。圖5中，表面波裝置的電極結(jié)構(gòu)用平面示意圖表示，在ZnO/藍(lán)寶石基片11上形成叉指式換能器(IDT)12、13，構(gòu)成橫向型表面波濾波器。還有，使用本發(fā)明提供的ZnO/藍(lán)寶石基片的裝置不限定于這樣的表面波裝置，本發(fā)明的ZnO/藍(lán)寶石基片，可以使用多種電極結(jié)構(gòu)的表面波裝置和表面波裝置以外的半導(dǎo)體裝置或光學(xué)裝置等。
在本發(fā)明的ZnO/藍(lán)寶石基片中，由于使ZnO在(0，1，1，2)結(jié)晶面與基片表面平行的R面藍(lán)寶石上附晶定向生長，使(1，1，2，0)ZnO結(jié)晶面與(0，1，1，2)結(jié)晶面平行，且上述(1，1，2，0)面的面間隔d為1.623～1.627，因此，可以提供形成有結(jié)晶性優(yōu)良且不易開裂的ZnO附晶定向生長膜的ZnO/藍(lán)寶石基片。因此，通過使用本發(fā)明的ZnO/藍(lán)寶石基片，可以提供特性優(yōu)良、而且質(zhì)量穩(wěn)定的各種裝置。
在本發(fā)明的制造方法中，在制備了(0，1，1，2)結(jié)晶面與基片表面平行的R面藍(lán)寶石基片之后，使ZnO在該R面藍(lán)寶石基片上附晶定向生長，使ZnO的(1，1，2，0)結(jié)晶面相對(0，1，1，2)結(jié)晶面平行，且使(1，1，2，0)面的面間隔d為1.623～1.627，因此，可以提供形成有結(jié)晶性優(yōu)良且不易開裂的本發(fā)明的ZnO/藍(lán)寶石基片。
另外，在本發(fā)明的表面波裝置中，在上述ZnO/藍(lán)寶石基片上形成有至少一個叉指式換能器。因此，由于ZnO膜結(jié)晶性優(yōu)良，不易開裂，可以提供特性良好、而且品質(zhì)差異小的表面波裝置。
權(quán)利要求
1.ZnO/藍(lán)寶石基片，它通過使氧化鋅膜在(0，1，1，2)結(jié)晶面與基片表面平行的R面藍(lán)寶石上附晶定向生長、使氧化鋅(ZnO)的(1，1，2，0)結(jié)晶面與上述(0，1，1，2)結(jié)晶面平行而得到，其特征在于，上述ZnO的(1，1，2，0)的面間隔d為1.623?！躣≤1.627。
2.制造權(quán)利要求1所述的ZnO/藍(lán)寶石基片的方法，它包括制備(0，1，1，2)結(jié)晶面與基片表面平行的R面藍(lán)寶石基片；使ZnO在上述R面藍(lán)寶石上附晶定向生長，使ZnO的(1，1，2，0)結(jié)晶面與上述(0，1，1，2)結(jié)晶面平行且使(1，1，2，0)面的面間隔d為1.623～1.627。
3.表面波裝置，具有權(quán)利要求1所述的ZnO/藍(lán)寶石基片和在該ZnO/藍(lán)寶石基片上形成的至少一個叉指式換能器。
全文摘要
提供結(jié)晶性優(yōu)良、沒有裂縫的(1，1，
文檔編號C30B29/16GK1399332SQ0214135
公開日2003年2月26日 申請日期2002年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月15日
發(fā)明者小池純, 家木英治 申請人:株式會社村田制作所