DE2653049C3

DE2653049C3 - Vorrichtung zur Flüssigphasenepitaxie

Info

Publication number: DE2653049C3
Application number: DE19762653049
Authority: DE
Inventors: Guenter 2080 Pinneberg Bartels; Gerd 2000 Barsbuettel Passig
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1976-11-23
Filing date: 1976-11-23
Publication date: 1979-10-04
Also published as: JPS5365300A; FR2378562A1; GB1553495A; DE2653049A1; DE2653049B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Flüssig- μ phasenepitaxie mit einem Tiegel für die Schmelze und mit einem Substrathalter, der aus einem Stab besteht, an dessen unterem Ende eine Gabel vorgesehen ist, in der das (die) Substrate) gehaltert ist (<.ind).

Zur Herstellung von Granat-Schici.ten auf Granat- ^s Substraten durch Epitaxie aus schmelzflüssigen Lösungen ist aus der DE-OS 24 13 325 eine Vorrichtung zur Halterung der zu beschichtenden Substrate bekannt, in welche die Substrate einspannbar sind und in vertikaler Lage in das Kristallisationsgefäß, z. B. einen Platintiegel ίο mit einer Schmelze, aus welcher die Schichten aufgewachsen werden, eingetaucht werden. Das Substrat wird während des Wachsens der Einkristallschicht in der Schmelze nicht bewegt Nach dem Aufwachsen läuft die Schmelze beim Herausnehmen der vertikal ⁴^ angeordneten Substrate aus dem Tiegel problemlos ab. Von Nachteil beim Aufwachsen ist aber, daß die chemische Zusammensetzung der epitaxialen Schicht und ihre Schichtdicke infolge von Schwerkrafteinflüssen und schwer beeinflußbarer Strömungsverhältnisse innerhalb der Schmelze inhomogen sein können.

Zum epitaktischen Beschichten von Substraten mit Granatschichten ist es darüberhinaus bekannt, die zu beschichtenden Substrate horizontal in den Tiegel einzutauchen (Mat Res. Bull. 9, (1974), S. 885 bis 906). « Bei dieser Befestigungsart der Substrate wird das Substrat in der Schmelze gedreht, um eine in bezug auf ihre Zusammensetzung und Schichtdicke homogene Schicht zu erzielen. Probleme ergeben sich bei dieser Halterung der Substrate beim Ausfahren aus der *>° Schmelze: Die Schmelze muß durch Drehen mit hoher Geschwindigkeit von den Substraten abgeschleudert werden. Das führt einmal infolge der relativ hohen Temperaturen, bei denen der Aufwachsprozeß stattfindet, zu mechanischen Problemen, zum anderen setzt sich ^M das Kristallwachstum unter Schmelztropfenresten fort und es bildet sich ein gestörtes Schichtwachstum in Form von sog. Mesas.

Die beschriebenen Vorrichtungen werden zwar für das Aufwachsen von Granat-Schichten auf Granat-Substraten benutzt, die geschilderten Probleme gelten aber selbstverständlich für das epitaktische Beschichten durch Tauchen eines Substrates in eine schmelzflüssige Lösung ganz allgemein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorteile der beiden bekannten Vorrichtungen für das epitaktische Beschichten aus schmelzflüssiger Lösung durch Tauchen der zu beschichtenden Substrate in die schmelzflüssige Lösung auszunutzen, die geschilderten Nachteile jedoch zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Stab drehbar ist und in die Gabel ein Ring drehbar eingehängt ist, an dem mindestens ein Zugdraht befestigt ist, der mit einem Hebel verbunden ist, und daß an dem Ring eine Halterung für mindestens ein Substrat starr befestigt ist

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht die Halterung aus mindestens drei am Umfang des Ringes in gleichmäßigem Abstand befestigten Drähten.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Drähte so am Umfang des Ringes befestigt, daß Substrate oberhalb und Unterhalb des Ringes zu befestigen sind.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß epitaxiale Schichten aufgewachsen werden können, die sich durch eine hohe Homogenität in bezug auf die chemische Zusammensetzung und die Dicke der Schicht auszeichnen. Darüberhinaus können Schichten sehr guter Kristallqualität erreicht werden, da Mesabildung vermieden wird. Auch wenn mehrere Substrate nebeneinander in dem erfindungsgemäßen Substrathalter angeordnet werden, stören diese nicht gegenseitig das Kristallwachstum auf den Substraten.

Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und ihre Wirkungsweise erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen Substrathalter nach der Erfindung in Seitenansicht (mit Substraten),

Fig.2 den unteren-Teil des Substrathalters gem. F i g. 1 in vergrößerter Form und um 90° gegenüber der Darstellung in F i g. 1 gedreht (ohne Substrate),

Fig.3 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Substrathalters in Seitenansicht (mit Substraten),

Fig.4 den unteren Teil des in Fig.3 dargestellten Substrathalters mit gegenüber der Horizontalen um 80° geneigten Substraten.

F' g. 1 zeigt einen Substrathalter 1, der so eingerichtet ist, daß zwei Substrate 3 horizontal in eine Schmelze eingetaucht werden können. Ein Stab 5 ist drehbar in einer Hülse 7 gehaltert, die Antriebsvorrichtung für die Drehung des Stabes 5 ist nicht dargestellt. Die Verlängerung des Stabes 5 in Richtung auf die Substrate 3 ist eine zweiarmige Gabel 9, in die drehbar ein Ring U eingehängt ist Bei diesem Ausführungsbeispiel sind alle Teile des Substrathalters, die mit der Schmelze in Berührung kommen, aus Metallen hergestellt, die durch die Schmelze nicht angegriffen werden. Hierfür kommt z. B. Platin in Betracht, besonders bewährt haben sich in der Praxis jedoch auch Platinlegierungen, wie z. B. Platin-Gold-Legierungen, vorzugsweise mit 5% Gold. An dem Ring 11 sind vier Drähte 13 starr befestigt, die so aufgebogen sind, daß sie Ausnehmungen 15 aufweisen, in welche die zu beschichtenden Substrate

eingeklemmt werden können. Die Substrate 3 werden in der in Fig. 1 dargestellten horizontalen Lage in einen nicht dargestellten Schmelztiegel eingetaucht und während des Aufwachsens der epitaktischen Schicht gedreht Mit dem Bezugszeichen 17 ist die Drehrichtung angegeben, diese kann aber in konstanten Zeitabständen gewechselt werden. Nach Beendigung des Aufwachsprozesses wird ein am Ring 11 befestigter Zugdraht 19 mit Hilfe eines Kipphebels 21 in seiner Länge so verstellt, daß der Ring 11 mitsamt den an ihm starr befestigten Substraten 3 in eine vertikale Lage gezogen wird. Zum Ablaufen der Schmelze ist eine Neigung der Substrate von etwa 80° gegenüber der Horizontalen günstig. Der Zugdraht 19 ist durch ein Rundblech 25 geführt Dieses Blech schirmt die Schmelzoberfläche gegen Strahluugsverluste weitgehend ab.

In F i g. 2 ist die Gabel 9 gem. F i g. 1 in Vorderansicht und vergrößert dargestellt mit einem um 90° gegenüber der Darstellung gem. Fig. 1 verschwenkten Ring U. Am Ring Ii sind Bohrungen 23 erkennbar, durch welche der zur Befestigung der Substrate erforderlicht Draht 13 geführt und am Ring 11 starr befestigt werden kann.

In den Fig.3 und 4 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Substrathalters für mehr als zwei Substrate dargestellt Es sind für gleiche Teile des Substrathalters die gleichen Bezugszeichen, wie in den Fig. 1 und 2 angegeben, verwendet Die Substrate 3 sind mit Hilfe von Drähten 13 oberhalb und Unterhalb

10

15

20 eines Ringes 11 starr gehaltert Am Ring 11 ist bei dieser Ausföhrungsform nur ein Zugdraht 19 befestigt, dessen Länge mit Hilfe eines Hebels 21 so verstellt werden kann, daß der Ring 11 mit den an ihm befestigten Substraten 3 so verschwenkt wird, daß die Substrate beim Ausfahren aus der Schmelze um etwa 80" gegenüber ihrer horizontalen Lage während des Aufwachsens der epitaxialen Schicht geneigt sind. Auf diese Weise kann die restliche Schmelze gut ablaufen.

Sollen gem. dem Ausführungsbeispiel nach Fig.3 mehrere Substrate zugleich mit einer epitaktischen Schicht versehen werden, hat sich ein Abstand der Substrate von 10 mm bei einem Substratdurchmesser von 32 mm bei einem Schmelzvolumen von ~200 ml als optimal erwiesen.

Im allgemeinen ist. zu sagen, daß der Abstand der Substrate abhängig ist von deren Größe und dem Volumen der Schmelze. Die Ermittlung des erforderlichen Abstandss von Fall zu Fall Hegt im Bereich des fachmännischen Handelns.

Mit Hilfe der beschriebenen Vorrichtvag wurden epitaktische Granat-Schichten der nominalen Zusammensetzung Y^LaotfGaijFes^Ou auf einem Substrat aus Gadolinium-Gallium-Granat GdaGasOu gezüchtet Diese Schichten finden vor allem Verwendung in Blasendomänen-Speicheranordnungen. Solche Magnetspeicher sind z. B. beschrieben in Elektronik 23 (1974), S. 39-42.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Flüssigphasenepitaxie mit einem Tiegel für die Schmelze und mit einem Substrathalter, der aus einem Stab besteht, an dessen ■> unterem Ende eine Gabel vorgesehen ist, in der das (die) Substrate) gehaltert ist (sind), dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (1) drehbar ist und in die Gabel (9) ein Ring (11) drehbar eingehängt ist, an dem mindestens ein Zugdraht (19) befestigt ist, ι η der mit einem Hebel (21) verbunden ist, und daß an dem Ring (11) eine Halterung für mindestens ein Substrat (3) starr befestigt ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung aus mindestens drei am is Umfang des Ringes (11) in gleichmäßigem Abstand befestigten Drähten (13) besteht

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte (13) so am Umfang des Ringes (11) betätigt sind, daß Substrate (3) oberhalb und unterhalb des Ringes (11) zu befestigen sind.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gabel (9), der Ring (11) und die Drähte (13) aus Platin oder einer Platinregierung bestehen.