DE1646789B2 - Two-layer body, consisting of a monocrystalline substrate and a heteroepitactic film, and method for its production - Google Patents

Two-layer body, consisting of a monocrystalline substrate and a heteroepitactic film, and method for its production

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Description

bis 333 ist es schließlich bekannt, polykristalline undto 333 it is finally known to be polycrystalline and

einkristalline Schichten durch Zersetzung von dampf-monocrystalline layers due to the decomposition of vapor

35 förmigen Metallhalog;niden und Sauerstoff lieferndem Gas an heißen Substraten abzuscheiden. Das Abscheiden von Einkristalloxiden auf einem Substrat ist jedoch sehr schwierig, wenn das als Einkristall abzuscheidende Oxid ein Komplex ist, weil dann die 40 Gefahr besteht, daß verschiedene andere Oxide eben-35 shaped metal halides and oxygen-supplying To deposit gas on hot substrates. The deposition of single crystal oxides on a substrate however, it is very difficult if the oxide to be deposited as a single crystal is a complex, because then the 40 There is a risk that various other oxides

Die Erfindung betrifft einen Zweischichtkörper, falls abgeschieden werden könnten,
bestehend aus einem einkristallinen Substrat und Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde,The invention relates to a two-layer body, if it could be deposited
consisting of a monocrystalline substrate and The invention is based on the object

einem heteroepitaktisch aufgewachsenen Film. Die einen Zweischichtkörper, bestehend aus einem einErfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Her- kristallinen Substrat und einem heteroepitaktisch aufstellung eines solchen Zweischichtkörpers. 45 gewachsenen FrIm, zur Verfügung zu stellen.a film that grew up heteroepitactically. The one two-layer body consisting of one one invention also relates to a method for Hercrystalline substrate and a heteroepitaxial erection such a two-layer body. 45 grown FrIm to make available.

Kristalle mit Granatstruktur haben in den letzten Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurchCrystals with a garnet structure have in recent times this object is achieved according to the invention

Jahren technologische und wissenschaftliche Be- gelöst, daß das Substrat aus Magnesiumoxid, λ-AIudeutung erlangt. Viele dieser Kristalle haben magne- miniumoxid oder einem Spinell und der aufgewachsene tische Eigenschaften, die sie für Meßzwecke geeignet Film aus einem Granat besteht,
machen. Zum Beispiel sind dünne Kristalle von be- so Der Granat wird hier als festes Material mit der stimmten magnetischen Granaten transparent und FormelYears of technological and scientific resolution that the substrate made of magnesium oxide has λ-A meaning. Many of these crystals have mag- nium oxide or a spinel and the grown-up table properties that make them suitable for measuring purposes consists of a garnet film,
do. For example, thin crystals of so The garnet becomes transparent here as a solid material with the correct magnetic garnets and formula

zeigen einen magnetischoptischen Effekt, wenn polari- {M3'} [M2"] (M3'") O12 show a magneto-optical effect when polar- {M 3 '} [M 2 "] (M 3 '") O 12

siertes Licht auf den Kristall trifft. Solch ein magnetischoptischer Effekt kann für Anzeigezwecke benutzt definiert, worin M' wenigstens eines der Elemente Y1 werden. Wissenschaftlich kann dieser Effekt benutzt 55 La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Ym, Yb, Lu, werden, um magnetische Strukturen, Elektronen- Ca und Bi, M" wenigstens eines der Elemente Fe, In, absorptionsspektren usw. zu studieren. Auch unmagne- Sc, Mg, Zr, Sb, Al und Ga und M'" wenigstens eines tische Granate haben nützliche Eigenschaften, z. B. der Elemente Fe, Al, Ga, Si, Ge und V ist. Besonders kann Y3Al5O12 als ein Laser-Trägermaterial benutzt bevorzugt wegen ihrer magnetischen Eigenschaften werden. 60 sind die Seltenerdmetalle-Eisen-Granate. Nach einerized light hits the crystal. Such a magneto-optical effect used for display purposes can be defined as where M 'become at least one of the elements Y 1 . Scientifically, this effect can be used 55 La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Ym, Yb, Lu, to create magnetic structures, electrons - Ca and Bi, M "at least one of the elements Study Fe, In, absorption spectra, etc. Also, unmagne- Sc, Mg, Zr, Sb, Al and Ga and M '"of at least one table garnet have useful properties, e.g. B. the elements Fe, Al, Ga, Si, Ge and V is. In particular, Y 3 Al 5 O 12 can be used as a laser substrate preferably because of its magnetic properties. 60 are the rare earth iron garnets. After a

Einkristallgranate läßt man nach Verneuil, Ausgestaltung der Erfindung ist der aufgewachsene hydrothermisch und nach Schmelzflußtechniken wach- Film ein Granat der Zusammensetzung Y3Fe5O12, sen. Im industriellen Maßstab werden die Einkristall- Gd3Fe5O12 oder YjAl2O12. Y3Al5Oj2 ist ein unmagnegranate im allgemeinen nach Schmelzfiußtechniken tischer Granat.Single crystal garnets are allowed according to Verneuil, embodiment of the invention, the grown hydrothermally and by melt flow techniques wax film is a garnet of the composition Y 3 Fe 5 O 12 , sen. The single crystal Gd 3 Fe 5 O 12 or YjAl 2 O 12 are used on an industrial scale. Y 3 Al 5 Oj 2 is a non-magnet grenade, generally using fused garnet techniques.

hergestellt, bei denen der Granat aus einer geschmol- 65 In der obigen Formel stellen M3', M2", M3'" zenen Salzlösung wächst. Diese Methoden sind nicht Stellungen in dem Granatmaterial dar, die je als übertragbar auf das Aufwachsen dünner Einkristall- c-, a- und d-Stellungen bezeichnet werden. Die in granatfilme hoher Qualität. diesen Stellungen in den Granaten vorhandenen be-prepared in which the garnet from a geschmol- 65 In the above formula, M 3 'M 2', M 3 'represent "Zenen saline growing. These methods are not positions in the garnet material that are each referred to as transferable to the growth of thin single crystal c, a and d positions. The in high quality garnet films. these positions in the grenades

kannten Elemente werden unten aufgeführt und mit ihrem Oxidationszustand bezeichnet:known elements are listed below and denoted by their oxidation state:

c-Stellungen — Y3+, La3+, Pr3+, Nd3*, Sm3^1 Eu3-, Gd3+, Tb3+, Dy3+ Ho3+ Er3+ Tm3+, Yb3+, Lu3+, Ca2+, Bi3+ 'c positions - Y 3+ , La 3 +, Pr 3 +, Nd 3 *, Sm 3 ^ 1 Eu 3 -, Gd 3+ , Tb 3+ , Dy3 + Ho 3+ Er 3 + Tm 3 +, Yb 3 + , Lu 3 +, Ca 2 +, Bi 3 + '

a-Stellungen — Fe3-, In3+, Sc3+, Mg2+, Zr4+, Sb5-, Al3+, Ga3-,a positions - Fe 3 -, In 3 +, Sc 3 +, Mg 2 +, Zr 4 +, Sb 5 -, Al 3 +, Ga 3 -,

d-Stellungen — Fe3-, Al3+, Ga3i\ Si1+, Ge4+, Vs*.d positions - Fe 3 -, Al 3 +, Ga 3i \ Si 1 +, Ge 4 +, V s *.

Granate können rein, gemischt oder substituiert sein. Typische Beispiele für reine Granate sind Y3Fe5O1S und Tb3Fe5O12. Beispiele für gemischte Granate sind LaxY3_xFe5012, PrxY3-^Fe5O,,, Ni^Y3-SFe5O12, Nd1Gd3-JFe5O12, NdxSm3-^Fe5O1O, worin χ einen g-«ßten Wert von je 0,5,1,3, 2,1,4, 0,35 haben kann. Obgleich La, Pr und Nd in gemischten Granaten, wie La3Fe5O12, Pr11Fe5O12 und Nd3Fe5O12, vorbanden sind, sind sie nicht in reinen Granaten vorhanden. Substituierte Granate sind zum BeispielGrenades can be pure, mixed or substituted. Typical examples of pure garnets are Y 3 Fe 5 O 1 S and Tb 3 Fe 5 O 12 . Examples of mixed garnets are La x Y 3 _ x Fe 5 0 12 , Pr x Y 3 - ^ Fe 5 O ,,, Ni ^ Y 3 -SFe 5 O 12 , Nd 1 Gd 3 -JFe 5 O 12 , Nd x Sm 3 - ^ Fe 5 O 1 O, where χ can have a maximum value of 0.5, 1.3, 2.1.4, 0.35 each. Although La, Pr and Nd are present in mixed garnets such as La 3 Fe 5 O 12 , Pr 11 Fe 5 O 12 and Nd 3 Fe 5 O 12 , they are not present in pure garnets. Substituted garnets are for example

{Y3} [Fe2]{Y 3 } [Fe 2 ]

1212th

[Fe2] (Fe3-^Si,) O12 [Fe 2 ] (Fe 3 - ^ Si,) O 12

Andere Eisen enthaltenden Granate sind Sm3Fe6O12, Eu3Fe5O12, Dy3Fe5O12, Gd3Fe5O12, Ho3Fe5O12, Er3Fe5O12, Tm3Fe5O12, Yb3Fe5O12, Lu3Fe5O12. Der klassische Granat ist Ca3Fe2Si3O12.Other iron containing garnets are Sm 3 Fe 6 O 12 , Eu 3 Fe 5 O 12 , Dy 3 Fe 5 O 12 , Gd 3 Fe 5 O 12 , Ho 3 Fe 5 O 12 , Er 3 Fe 5 O 12 , Tm 3 Fe 5 O 12 , Yb 3 Fe 5 O 12 , Lu 3 Fe 5 O 12 . The classic garnet is Ca 3 Fe 2 Si 3 O 12 .

Die Erfindung stellt ferner ein Verfahren zur Herstellung des Zweischichtkörpers der Erfindung zur Verfügung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß Halogenide der den Granat bildenden Metalle verdampft werden und die Dämpfe mit einem Wasser und Sauerstoff enthaltenden Gas an der erhitzten Substratoberflüche zur Bildung von Granat auf dieser Fläche zur Reaktion gebracht werden.The invention also provides a method of making the two-layer body of the invention Available, which is characterized in that halides of the metals forming the garnet evaporate and the vapors are heated with a gas containing water and oxygen Substrate surfaces are reacted to form garnet on this surface.

Nach dem Verfahren der Erfindung wird für Magnesiumoxid als Substrat eine (lOO)-Fläche zur Abscheidung verwendet.According to the method of the invention, a (100) surface is used for magnesium oxide as a substrate Deposition used.

Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung werden die verdampften Halogenide mit einem inertenTrägergas zum Substrat transportiert.In a further embodiment of the method of the invention, the vaporized halides are transported to the substrate with an inert carrier gas.

In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zum epitaktischen Aufwachsen eines einkristallinea Granatfilms auf ein einkristallines Substrat ohne Granatstruktur dargestellt.In the drawing is an apparatus for epitaxial growth of a single crystal garnet film shown on a single crystal substrate without a garnet structure.

Die Vorrichtung enthält eine Kammer 1 mit einem Zugang 2 zum Einbringen von Gasen in das eine Ende der Kammer 1 und einen Exhauster 5 an dem anderen Ende der Kammer. Die Kammer ist mit Heizvorrichtungen 6, 7 und 8 zum Regulieren der Temperatur an bestimmten Stellen im Innern der Kammer umgeben. Im Innern der Kammer 1 befinden sich mehrere im Abstand voneinander angeordnete Tiegel 10 und 11. Die Tiegel sind im Abstand voneinander angeordnet, um in dem Bereich von dem durch die jeweiligen Heizvorrichtungen erhitzten Gebiet zu sein. Ferner ist in der Kammer ein Quarzträger 13 vorhanden, auf den die Substrate oder Saatkristalle 12 aufgebracht worden sind. Die Ausdrücke Substrat und Kristalle sind hier untereinander auswechselbar. Die Kristalle befinden sich in Kammer 1, so daß sie einer Mischung von strömenden Gasen von den Zugängen 2 und 14 ausgesetzt sind. Zugang 2 ist mit einer Quelle (nicht dargestellt) inerter Trägergase, wie Helium und Argon, verbunden. Zugang 14 ist mit einer Quelle (nicht dargestellt) für Gase, wie Sauerstoff und Wasserdampf, Kohlendioxid und Wasserstoff, verbunden.The device contains a chamber 1 with an access 2 for introducing gases into one end the chamber 1 and an exhauster 5 at the other end of the chamber. The chamber is with heating devices 6, 7 and 8 to regulate the temperature at certain points inside the chamber. In the interior of the chamber 1 there are several crucibles 10 and 11 arranged at a distance from one another. The crucibles are spaced from each other to be in the area of which by the respective Heating devices to be heated area. Furthermore, a quartz carrier 13 is present in the chamber, on which the substrates or seed crystals 12 have been applied. The terms substrate and crystals are interchangeable here. The crystals are in chamber 1 so that they are a mixture of flowing gases from accesses 2 and 14 are exposed. Access 2 is with a source (not shown) inert carrier gases such as helium and argon. Access 14 is with a source (not shown) for gases such as oxygen and water vapor, carbon dioxide and hydrogen.

Die Substrate 12, auf denen das Granatkristallmaterial wächst, sind Einkristalle, die nicht vom Granattyp sind. Zur Erläuterung der Anordnung nach dem Verfahren der Erfindung wird MgO als Substrat gewählt. Andere einkristallinen Substrate sind, wie oben angegeben ist, α-Α12Ο3 und Spinelle, wie MgAl2O1 und andere Spinelle, die als Metalle einerseits Li, Mg, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn oder Cd und andererseits Al, Cr, Mn, Fe, Ti in einem dem Spinelltyp entsprechenden Verhältnis enthalten.The substrates 12 on which the garnet crystal material grows are single crystals that are not of the garnet type. To explain the arrangement according to the method of the invention, MgO is chosen as the substrate. Other monocrystalline substrates are, as stated above, α-Α1 2 Ο 3 and spinels, such as MgAl 2 O 1 and other spinels, which are used as metals on the one hand Li, Mg, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn or Cd and on the other hand, contain Al, Cr, Mn, Fe, Ti in a proportion corresponding to the type of spinel.

Außer der vorstehend beschriebenen Vorrichtung können auch andere Vorrichtungen zur Herstellung des Zweischichtkörpers nach der Erfindung benutzt werden. Bestandteile der Kammer können aus Quarz, Aluminium oder anderen Materialien bestehen, die nicht eine Verunreinigung der sich ergebenden Granatstruktur zur FoI^ haben.In addition to the device described above, other devices for manufacturing of the two-layer body can be used according to the invention. Components of the chamber can be made of quartz, Aluminum or other materials are made that do not contaminate the resulting garnet structure to have foI ^.

Die Substrate 12 können durch Spaltung von MgO (vom optischen Grad) entlang einer {100}-SpaItebene oder durch Schneiden des MgO in der Ebene der gewünschten Konfiguration entlang seiner anderen Kristallflächen zubereitet werden. Die Substrate werden, um einen Kristall mit einer ausgewählten Größe und einer ausgewählten kristallographischen Ebene zu erzeugen, flachgeschliffen und in einer sauren Ätzlösung chemisch poliert. Die Substrate 12 befinden sich auf dem Träger 13 innerhalb der Kammer 1, und es kann ein Granatfilm, wie es im einzelnen nachfolgend beschrieben wird, abgeschieden werden.The substrates 12 can be formed by cleaving MgO (optical grade) along a {100} split plane or by cutting the MgO in the plane of the desired configuration along its other Crystal faces are prepared. The substrates are selected to make a crystal with a Size and a selected crystallographic plane, ground flat and in one acid etching solution chemically polished. The substrates 12 are located on the carrier 13 within the chamber 1, and a garnet film as described in detail below can be deposited.

Die Ausgangsstoffe 15 und 16 zur Erzeugung des aufgewachsenen Granatfilms auf den Substraten 12 sind in den Behältern 10 und 11 enthalten und werden zwecks Verdampfung durch Heizvorrichtungen 6 und 7 erhitzt. Metallhalogenide, die als Ausgangsstoffe benutzt werden, sind in den Behältern 10 und 11 untergebracht. Halogenide vom Y. La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Tm, Dy, Ho, Er, Yb, Lu, Ca und Bi sind in dem einen Behälter und vom Fe, In, Sc, Mg, Zr, Sb, Al, Ga, Si, Ge und V in dem anderen Behälter. Sobald erhitzt wird, verdampft langsam das feste Metallhalogenid.The starting materials 15 and 16 for producing the garnet film grown on the substrates 12 are contained in containers 10 and 11 and are heated by heating devices 6 for evaporation and 7 heated. Metal halides, which are used as raw materials, are in containers 10 and 11 housed. Halides of Y. La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Tm, Dy, Ho, Er, Yb, Lu, Ca and Bi in one container and from Fe, In, Sc, Mg, Zr, Sb, Al, Ga, Si, Ge and V in the other container. Once heated, the solid metal halide slowly evaporates.

Gleichzeitig mit dem Erhitzen der Ausgangsstoffe 15 und 16 läßt man die obengenannten Gase durch die Zugänge 2 und 14 einströmen. Der größte Teil der Gase, und die Dämpfe der Ausgangsstoffe reagieren an der erhitzten Oberfläche des Substrats zu einem epitaktisch aufgewachsenen Granatfilm auf den Substraten ohne Granatstruktur.Simultaneously with the heating of the starting materials 15 and 16, the abovementioned gases are allowed through the entrances 2 and 14 flow in. Most of the gases and the vapors of the starting materials react on the heated surface of the substrate to an epitaxially grown garnet film on the substrates without garnet structure.

Nach dem epitaktischen Aufwuchsen des Granalfilms auf den Substraten kann der Zweischichtkörper entfernt und in eine andere Umgebung gebracht werden, z. B. zur späteren Verarbeitung in eine übliche Vakuum-Depositionskammer (nicht dargestellt), was von der besonderen far den Zweischichtkörper bestimmten Verwendung abhängt.After the epitaxial growth of the granal film the two-layer body on the substrates can be removed and moved to a different environment, z. B. for later processing in a conventional vacuum deposition chamber (not shown) what determined by the special one for the two-layer body Usage depends.

Für die Bildung der bevorzugten Seltenenerdmetall-Eisen-Granat-Filme werden die entsprechenden Eisenhalogenide und die gewünschten Seltenerdmetalle ausgewählt. So werden zur Bildung der besonders bevorzugten epitaktisch aufgewachsenen Filme die Halogenide von Yttrium, Gadolinium und Eisen benutzt. Die Wahl des besonderen Halogenids, wie Chloride, Bromide, Jodide und Fluoride, wird durch deren Zersetzungstemperatur und andere im Zusammenhang mit dieser Verfahrensführung bekannte Faktoren bestimmt.For the formation of the preferred rare earth iron garnet films the appropriate iron halides and the desired rare earth metals are selected. Thus, in forming the particularly preferred epitaxially grown films, the halides are used used by yttrium, gadolinium and iron. The choice of the particular halide, such as chlorides, Bromides, iodides and fluorides, is related by their decomposition temperature and others known factors are determined with this procedure.

Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Zweischichtkörpers derThe implementation of the method according to the invention for producing the two-layer body of

Erfindung wird in den folgenden Beispielen ausführlicher beschrieben.The invention is described in more detail in the following examples.

Beispiel 1example 1

Ein Substrat, MgO, wird durch Spalten des Kristalls entlang einer {100}-Spaltebene mit annähernd 18 χ 12 mm Dimensionen hergestellt. Nach dem Spalten wird das Substrat flachgeschliffen. Diese Substrate werden dann chemisch poliert durch Erhitzen auf 125°C für 20 Minuten in einer konzentrierten H3PO4-Ätzlösung. Nach dem Ätzen werden die Substrate zürn gründlichen Spülen in heißes Wasser gegeben.A substrate, MgO, is made by cleaving the crystal along a {100} cleavage plane approximately 18 χ 12 mm in dimensions. After splitting, the substrate is ground flat. These substrates are then chemically polished by heating at 125 ° C. for 20 minutes in a concentrated H 3 PO 4 etching solution. After etching, the substrates are placed in hot water for thorough rinsing.

Eine zylindrisch geformte Quarz- oder Aluminiumvorrichtung nach F i g. 1 mit einem inneren Durchmesser von 54 mm wird als Abscheidungskammer benutzt. Ein Quarz- oder Aluminiumträger wird benutzt, um den MgO-Kristall in der Mitte der Kammer zu halten. Quarz- oder Aluminiumschmelztiegel 10 und 11 enthalten die Ausgangsstoffe 15 und 16. Die Schmelztiegel sind jeweils sorgfältig in der Kammer mit dem jeweiligen Ausgangsstoff mit individuell kontrollierten elektrischen Heizvorrichtungen angebracht. In diesem Beispiel sind die als Ausgangsstoffe verwendeten Metallhalogenide FeBr2 und YCl3. Die Temperatur wird für FeBr2 bei 700D C und für YCl3 bei 115O0C gehalten, um für die beiden Reaktionsmittel genügend Dampfdruck zu erzeugen. Der Kristall wird bei 1150°C gehalten. Nachdem die Kristalle und die Behälter in der Kammer genau örtlieh angebracht und auf die verwendete Temperatur erhitzt worden sind, wird Argon mit 2,8317 · 101 entstünde durch die Röhre geleitet und führt dabei die FeBr2- und YCl3-Dämpfe zu dem MgO-Kristall. Sauerstoff wird in 2,8317 · 104 cm3/Stunde bei Raumtemperatur durch Wasser geblasen und in das Reaktionsgebiet direkt frontal auf den MgO-Kristall durch die vorgesehene öffnung mit einem Innendurchmesser von 10 mm einer Borsilikatglas- oder Aluminiumröhre an dem einen Ende der Kammer, gezeigt in F i g. 1 als öffnung 14, gebracht. Die H2O-, O2-, FeBr8- und YCl3-Dämpfe reagieren in dem Bereich des MgO-Kristalis. Die Reaktion wird 1 Stunde lang fortgeführt, dann läßt man die Heizvorrichtungen und das Substrat annähernd 2 Stunden lang abkühlen. Der gebildete epitaktisch aufgewachsene Granatfilm ist in einem Bereich von 18 · 12 mm annähernd 5 μπι dick. Der Film zeigt die charakteristischen ferromagnetischen Eigenschaften vom Yttrium-Eisen-Granat und wird mittels der Röntgenbeugungsbilder identifiziert. *5 Die Reaktion, durch die der Granatfilm gebildet wird, kann folgendermaßen dargestellt werden:A cylindrically shaped quartz or aluminum device as shown in FIG. 1 with an inner diameter of 54 mm is used as a deposition chamber. A quartz or aluminum support is used to hold the MgO crystal in the center of the chamber. Quartz or aluminum crucibles 10 and 11 contain the starting materials 15 and 16. The crucibles are each carefully placed in the chamber with the respective starting material with individually controlled electrical heating devices. In this example the metal halides used as starting materials are FeBr 2 and YCl 3 . The temperature is maintained for FeBr 2 at 700 D C and YCl 3 at 115o C 0 to produce for the two reactant sufficient vapor pressure. The crystal is kept at 1150 ° C. After the crystals and the containers have been placed in the chamber and heated to the temperature used, argon with 2.8317 · 10 1 is passed through the tube and leads the FeBr 2 and YCl 3 vapors to the MgO -Crystal. Oxygen is blown through water at 2.8317 · 10 4 cm 3 / hour at room temperature and into the reaction area directly frontally onto the MgO crystal through the provided opening with an inner diameter of 10 mm of a borosilicate glass or aluminum tube at one end of the chamber , shown in FIG. 1 as opening 14, brought. The H 2 O, O 2 , FeBr 8 and YCl 3 vapors react in the area of the MgO crystal. The reaction is continued for 1 hour, then the heaters and substrate are allowed to cool for approximately 2 hours. The epitaxially grown garnet film formed is approximately 5 μm thick in an area of 18 * 12 mm. The film shows the characteristic ferromagnetic properties of yttrium iron garnet and is identified by means of the X-ray diffraction images. * 5 The reaction by which the garnet film is formed can be represented as follows:

6 YC13(„) + 106 YC1 3 (") + 10

+ 19 H2O(i) 1150°C
MgO+ 19 H 2 O (i) 1150 ° C
MgO

2 Y3Fe6O12,,, + 18 HCl,« + 20 HBr<,>,2 Y 3 Fe 6 O 12 ,,, + 18 HCl, «+ 20 HBr <,>,

worin (ρ) Gas und <S) fest bedeutet.where (ρ) means gas and < S ) means solid.

Beispiel 2Example 2

Es werden das Verfahren und die Vorrichtung, die in dem Beispiel 1 beschrieben sind, in diesem BeispielThe method and apparatus described in Example 1 become in this example

3 YCl3(g) + 5 AlCUw + 12 H1O w benutzt mit der Ausnahme, daß AlCl3 bei 180°C und YCl3 bei 11500C an Stelle der dort beschriebenen Ausgangsstoffe benutzt werden. Anstatt Sauerstoff wird Argon durch Wasser geblasen, um Wasserdampf zu erzeugen. Die Reaktion, durch die der Granatfilm gebildet wird, kann wie folgt dargestellt werden:3 YCl 3 (g) + 5 + 12 AlCUw H 1 O w used with the exception that AlCl 3 is used at 180 ° C and YCl 3 at 1150 0 C in place of the starting materials described therein. Instead of oxygen, argon is blown through water to create water vapor. The reaction by which the garnet film is formed can be represented as follows:

115O0C
MgO115O 0 C
MgO

Y3Al5O1200 + 24 HClY 3 Al 5 O 1200 + 24 HCl

(rt(rt

Beispiel 3Example 3

Es werden das Verfahren und die Vorrichtung, die in dem Beispiel 1 beschrieben sind, in diesem Beispiel benutzt mit der Ausnahme, daß anstatt des beschrie5 6 GdCl3,,, + 10 FeBr^ + 19 H2O(lrt + - O!(rt benen hergestellten MgO-Kristalls ein Flach-Al2O3-Kristall (Saphir), der mechanisch und chemisch poliert worden ist, als Substrat benutzt wird. GdCl3 wird an Stelle von YCl3 benutzt. Die Reaktion, durch die der Granatfilm gebildet wird, kann wie folgt wiedergegeben werden:The method and apparatus described in Example 1 are used in this example, with the exception that instead of the one described, 6 GdCl 3 ,,, + 10 FeBr ^ + 19 H 2 O (lrt + - O ! ( In the next MgO crystal produced, a flat Al 2 O 3 crystal (sapphire), which has been mechanically and chemically polished, is used as the substrate. GdCl 3 is used in place of YCl 3. The reaction through which the garnet film is formed can be played as follows:

11500C1150 0 C

2 Gd3Fe5O12O) + 18 HCl(rt + 20 HBr07)2 Gd 3 Fe 5 O 12 O) + 18 HCl (rt + 20 HBr 07 )

Beispiel 4Example 4

Es werden das Verfahren und die Vorrichtung, die in dem Beispiel 1 beschrieben sind, in diesem Beispiel benutzt mit der Ausnahme, daß GdJ3 bei ~ 10000C an Stelle von YCl3 benutzt wird. Es wird ein Gd3Fe5O12-Granatfibm gebildet.There are the method and apparatus described in Example 1, in this example, used with the exception that GdJ used at ~ 1 000 0 C instead of YCl 3. 3 A Gd 3 Fe 5 O 12 garnet fiber is formed.

Beispiel 5Example 5

Es werden das Verfahren und die Vorrichtung, die in dem Beispiel 1 beschrieben sind, mit der Ausnahme benutzt, daß eine {110}-MgO-Ebene als Substrat an Stelle einer {110}-Spaltebene benutzt wird. Die {110}-Ebene wird durch genaue Orientierung des MgO-Kristalls hergestellt, indem man ihn mit einer Diamantsäge unter Bestimmung der Orientierunj durch Röntgenstrahlen-Laue-Techniken schneidet, me chanisch poliert und dann chemisch poliert. Da; chemische Polieren wird durch Wässern des Kristall· in einer 3 : 1 H3PO4- : H,SO4-Lösung bei 100 bh 120° C, gefolgt von einer heißen Wasserspülung, einei verdünnten HCl-Spülung und schließlich einer Spülunj mit destilliertem Wasser vorgenommen.The method and apparatus described in Example 1 are used, except that a {110} -MgO plane is used as the substrate in place of a {110} cleavage plane. The {110} plane is made by precisely orienting the MgO crystal by cutting it with a diamond saw while determining the orientation by X-ray Laue techniques, mechanically polishing it, and then chemically polishing it. There; Chemical polishing is carried out by soaking the crystal in a 3: 1 H 3 PO 4 -: H, SO 4 solution at 100 bh 120 ° C, followed by a hot water rinse, a dilute HCl rinse and finally a rinse with distilled water performed.

Beispiel 6Example 6

Es werden das Verfahren und die Vorrichtung, dii in dem Beispiel 5 beschrieben sind, mit der Ausnahmi benutzt, daß eine {lll}-Ebene an Stelle einer {110} Ebene benutzt wird.The method and apparatus described in Example 5 are used, with the exception of FIG uses a {III} level instead of a {110} level.

88th

Ausnahme benutzt, daß eine {110}- oder eineException uses a {110} or a

Beispiel 7 MgO-Ebene an Stelle einer {100}-Ebene und <Example 7 MgO plane instead of a {100} plane and <

an Stelle von YCl3 benutzt werden. Die Reaktican be used in place of YCl 3 . The reacti

Es werden das Verfahren und die Vorrichtung, die die Bildung des Granatfilms kann wie folgt ν in dem Beispiel 1 beschrieben worden sind, mit der 5 gegeben werden:There will be the method and apparatus capable of forming the garnet film as follows ν have been described in example 1, with which 5 are given:

1150'C1150'C

GdBr3((7) + 10 FcBr2,,, i 19 H2O,,,) r ■■ - OtW —— > 2 Gd3Fe5O12,,, |- 38 HBr1 GdBr 3 ((7) + 10 FcBr 2 ,,, i 19 H 2 O ,,,) r ■■ - O tW --— > 2 Gd 3 Fe 5 O 12 ,,, | - 38 HBr 1

(110) oder (Hl)MgO(110) or (Hl) MgO

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (5)

Es ist von Bedeutung, daß die Filme in einem fehler- PatentansDriiche· freien und möglichst guten Zustand erhalten werden. y ' Dieses wird am besten durch ein chemisches Dampf-It is important that the films are obtained in a condition that is free from defects and is as good as possible. y 'This is best done by a chemical vapor 1. Zweischichtkörper, bestehend aus einem ein- abscheidungsverfahren erreicht, weil die Granatfilme, kristallinen Substrat und einem heteroepitaktisch 5 so wie sie gewachsen sind, verwendet werden können, aufgewachsenen Film, dadurch ge kenn- während Granate, die nach anderen Technmen gezeichne t, daß das Substrat aus Magnesium- wachsen sind, geschnitten und mechanisch poliert oxid, «-Aluminiumoxid oder einem Spinell und werden müssen, wodurch viele Fehler eingeführt der aufgewachsene Film aus einem Granat besteht. werden.1. Two-layer body, consisting of a single deposition process, achieved because the garnet films, crystalline substrate and a heteroepitaxial 5 can be used as they are grown, Grown-up film, characterized by grenade, drawn according to other techniques t that the substrate are made of magnesium wax, cut and mechanically polished oxide, «-aluminium oxide or a spinel and must be introduced, causing many errors the grown film consists of a garnet. will. 2. Zweischichtkörper nach Anspruch 1, da- xo Es ist bekannt, em Halbleitermaterial auf e.nem durch gekennzeichnet, daß der aufgewachsene Halbleitersubstrat epitaktisch abzuscheiden (z. B. Film ein Granat der Zusammensetzung Y3Fe5O12, USA.-Patentschriften 3 089 788, 3 170 823 und Gd3Fe5O12 oder Y3Al5O12 ist. 3152 933). Die betreffenden Abscheidungsverfahren2. Two-layer body according to claim 1, da- xo It is known em semiconductor material on e.nem characterized in that the grown semiconductor substrate is deposited epitaxially (z. B. film a garnet of the composition Y 3 Fe 5 O 12 , USA patents 3,089,788, 3,170,823 and Gd 3 Fe 5 O 12 or Y 3 Al 5 O 12. 3152 933). The relevant deposition processes 3. Verfahren zur Herstellung des Zweischicht- sind nicht ohne weiteres auf ein epitaktisches Abkörpers nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- 15 scheiden von Nichthalbleitern auf Nichthalbleiterzeichnet, daß Halogenide der den Granat bildenden Substraten zu übertragen.3. Processes for making the two-layer are not readily based on an epitaxial abutment according to claim 1 or 2, characterized in that the distinction is drawn from non-semiconductors to non-semiconductors, that halides of the substrates forming the garnet are transferred. Metalle verdampft werden und die Dämpfe mit Es ist ferner bekannt (Literaturangaben Nr. 10Metals are evaporated and the vapors with It is also known (literature reference No. 10 einem Wasser und Sauerstoff enthaltenden Gas bis 12 in dem nachveröffenthchten Aufsatz in RCA-a gas containing water and oxygen up to 12 in the post-published article in RCA- an der erhitzten Substratoberfläche zur Bildung Review, Juni 1970, S. 355 bis 371), heteroepitaktischon the heated substrate surface to the Education Review, June 1970, pp. 355 to 371), heteroepitaxial von Granat auf dieser Fläche zur Reaktion ge- ao aufgewachsene Schichten herzustellen, indem manto produce layers of garnet grown on this surface for reaction by bracht werden. Silizium oder ein anderes Halbleitermaterial auf einembe brought. Silicon or other semiconductor material on one 4. Verfahren zur Herstellung des Zweischicht- geeigneten Substrat epitaktisch abscheidet. Ein epikörpers nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, taktisches Aufwachsen von Granat auf einem gedaß für Magnesiumoxid als Substrat eine (100)- eigneten Substrat und insbesondere auf einem nicht Fläche zur Abscheidung verwendet wird. 25 aus Granat bestehenden Substrat ist dort nicht be-4. Process for the production of the two-layer suitable substrate is deposited epitaxially. An epic body according to claim 3, characterized in that tactical growing of garnets on a gedass for magnesium oxide as a substrate a (100) - suitable substrate and in particular on a not Area is used for deposition. 25 substrate consisting of garnet is not 5. Verfahren zur Herstellung des Zweischicht- schrieben.5. Process for producing the two-layer writing. körpers nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn- Aus J. Applied Physics 35 (1964), Heft 12, S. 3630Body according to claim 3 or 4, characterized in that from J. Applied Physics 35 (1964), issue 12, p. 3630 zeichnet, daß die verdampften Halogenide mit ist es bekannt, Stoffe mit Granatstruktur durch Abeinem inerten Trägergas zum Substrat transportiert scheiden von Granat auf Granat aus einem Reaktionswerden. 30 gas herzustellen. Ein epitaktisches Aufwachsen von draws that the vaporized halides with it is known to substances with garnet structure by Abeinem inert carrier gas transported to the substrate separate from garnet on garnet from a reaction. 30 to produce gas. An epitaxial growth of Granat auf Nichtgranat ist auch dort nicht beschrieben.Garnet on non-garnet is not described there either. Aus Journ. Electrochem. Soc. 96 (1949), S. 318From Journ. Electrochem. Soc. 96 (1949), p. 318
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