JP2612921B2 - Method for producing oxide garnet single crystal - Google Patents

Method for producing oxide garnet single crystal

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は酸化物ガーネット単結晶の製造方法、特には
バブルメモリー、磁気光学素子、マイクロ波素子として
有用とされる酸化物ガーネット単結晶エピタキシヤル膜
の製造方法に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing an oxide garnet single crystal, and more particularly to an oxide garnet single crystal epitaxy useful as a bubble memory, a magneto-optical element, or a microwave element. The present invention relates to a method for producing a film.

(従来の技術) 酸化物ガーネット単結晶の製造は従来から液相エピタ
キシヤル法で行なわれている。これはガーネットエピタ
キシヤル膜成長用縦型成長炉を用いて行なわれており、
この縦型成長炉3は例えば第1図に示したようにY2O3,F
e2O3をフラックスとしてPbO,B2O3と共に溶解した溶融物
を収容するツルボ1を内蔵し、加熱器2で所定温度にま
で加熱するようにされたものとすればよく、この操作は
例えばアルミナなどで作った棒状把持具4の先にホルダ
ー5を取りつけ、このホルダー5にガーネットを成長さ
せるべき基板6を棚段状に配置したものをY2O3,Fe2O3
りなる組成の融液7を収容したルツボ1内に挿入し、所
定時間後にこれを引上げるという方法で行なわれてい
る。
(Prior Art) The production of oxide garnet single crystals has been conventionally performed by a liquid phase epitaxy method. This is performed using a vertical growth reactor for growing garnet epitaxy film,
The vertical growth furnace 3, as shown in FIG. 1 for example Y 2 O 3, F
PbO and e 2 O 3 as a flux, a built-in barnardia japonica 1 containing melt dissolved with B 2 O 3, it is sufficient to that to heat the heating unit 2 to a predetermined temperature, the operation For example, a holder 5 is attached to the tip of a rod-like gripper 4 made of alumina or the like, and a substrate 6 on which a garnet is to be grown is arranged in a shelf on the holder 5 and has a composition of Y 2 O 3 and Fe 2 O 3. Is inserted into the crucible 1 containing the melt 7 and then pulled up after a predetermined time.

(解決されるべき課題) しかし、この従来法では基板6にエピタキシヤル膜を
形成させたのち、この基板6のルツボ1から取り出す工
程において、しばしば基板6にクラックが発生し、目的
とするガーネット単結晶成長膜の取り出しが難しくなる
という問題点がある。
(Problems to be Solved) However, in this conventional method, after an epitaxial film is formed on the substrate 6, cracks often occur in the substrate 6 in the step of taking out the substrate 6 from the crucible 1. There is a problem that it is difficult to take out the crystal growth film.

(課題を解決するための手段) 本発明はこのような不利を解決した酸化物ガーネット
単結晶の製造方法に関するものであり、これは液相エピ
タキシヤル法によって、ホルダーに保持した基板を融液
に挿入して基板上に酸化物ガーネット単結晶を成長させ
ることからなる酸化物ガーネット単結晶の製造方法にお
いて、基板の下方に熱遮蔽板を設けてなることを特徴と
するものである。
(Means for Solving the Problems) The present invention relates to a method for producing an oxide garnet single crystal that has solved such disadvantages, and this method uses a liquid phase epitaxy method to convert a substrate held in a holder into a melt. A method for producing an oxide garnet single crystal, which comprises inserting and growing an oxide garnet single crystal on a substrate, wherein a heat shield plate is provided below the substrate.

すなわち、本発明者らは従来の公知の方法による酸化
物ガーネット単結晶の製造時における基板のクラック発
生を防止する方法について種々検討した結果、このクラ
ッチの発生はエピタキシヤル成長のためにホルダーに固
着されていた基板にその下方に存在するルツボ内の融液
からの輻射熱での加熱によってその上下面に温度差が生
じ、これが原因でクラックが発生するものと推考し、こ
れを防止するためには基板の下方に融液からの輻射熱を
さえぎる熱遮蔽板を設置すればよいということを見出
し、これを取りつけたところ、基板のクラック発生を防
止できるということを確認して本発明を完成させた。
That is, the present inventors have conducted various studies on a method for preventing the occurrence of cracks in a substrate during the production of an oxide garnet single crystal by a conventionally known method. As a result, the occurrence of this clutch was fixed to a holder for epitaxial growth. It is presumed that a difference in temperature occurs between the upper and lower surfaces of the substrate that has been heated by radiant heat from the melt in the crucible that exists below the substrate, which is presumed to cause cracks, and to prevent this, The present inventors have found that a heat shield plate for blocking radiant heat from the melt may be provided below the substrate. When the heat shield plate is attached, it has been confirmed that the occurrence of cracks in the substrate can be prevented, and the present invention has been completed.

(作用) 本発明は液相エピタキシヤル法で基板上に酸化物ガー
ネット単結晶膜を形成させるものであるが、このエピタ
キシヤル法による酸化物ガーネット単結晶の製造は公知
の方法で行えばよい。したがって、これは前記した第1
図に示した方法で行えばよく、この縦型成長炉3は例え
ばタンタル線ヒーターで作られたものとし、ルツボ1は
白金などで作られたものとすればよい。このルツボに収
容される融体は酸化物ガーネットを形成させるものであ
ることから希土類金属酸化物、例えばY2O3、Sm2O3、Lu2
O3、Tb2O3などとFe2O3などの鉄酸化物あるいはCaO、GeO
2、Ga2O3などの非磁性金属酸化物とからなるものとすれ
ばよく、これらは通常フラックスとしてのPbO,B2O3と共
に1,000〜1,100℃で溶融するようにすればよい。また、
ここに使用される基板6はエピタキシヤル成長というこ
とから、酸化物ガーネット単結晶膜と同じ結晶構造を有
するガドリニウム・ガリウム・ガーネット(GGG)、サ
マリウム・ガリウム・ガーネット(SGG)、ネオジム・
ガリウム・ガーネット(NGG)などで作られた2〜4イ
ンチのウエーハ状のものとすればよい。この酸化物ガー
ネット単結晶の製造はこの基板6を例えば白金製のホル
ダー5に棚段状に配置したのち、これに棒状把持具4を
取り付け、この棒状把持具4を操作してホルダー5をル
ツボ1に浸漬し、回転あるいは反転を1〜10分間したの
ち引上げればよい。
(Function) In the present invention, an oxide garnet single crystal film is formed on a substrate by a liquid phase epitaxy method. The production of an oxide garnet single crystal by the epitaxy method may be performed by a known method. Therefore, this is the first
The vertical growth furnace 3 may be made of, for example, a tantalum wire heater, and the crucible 1 may be made of platinum or the like. Since the melt contained in this crucible forms oxide garnet, rare earth metal oxides such as Y 2 O 3 , Sm 2 O 3 , Lu 2
O 3 , Tb 2 O 3 etc. and iron oxides such as Fe 2 O 3 or CaO, GeO
2 , a non-magnetic metal oxide such as Ga 2 O 3, which may be melted at 1,000 to 1,100 ° C. together with PbO and B 2 O 3 as fluxes. Also,
Since the substrate 6 used here is epitaxially grown, gadolinium gallium garnet (GGG), samarium gallium garnet (SGG), neodymium, etc. having the same crystal structure as the oxide garnet single crystal film.
It may be a wafer of 2 to 4 inches made of gallium garnet (NGG) or the like. To manufacture this oxide garnet single crystal, the substrate 6 is placed on a holder 5 made of platinum, for example, in a shelf shape, and a bar-shaped holding tool 4 is attached thereto. Then, the substrate is immersed in 1 and rotated or inverted for 1 to 10 minutes, and then pulled up.

本発明の方法はこの第1図に示した縦型成長炉3を用
いて酸化物ガーネット単結晶を成長させるに当って、ホ
ルダー5に配置された基板7の下方に第2図に示したよ
うに熱遮蔽板8を配置し、融液6からの輻射熱によって
基板7が加熱されないようにするのであるが、この遮蔽
板8は融液6からの輻射熱が約1,000℃と高温であると
いうこと、またフラツクスとして腐蝕性の強いPbOを使
用していることから例えば白金、白金・金合金などのよ
うな耐熱性でかつ耐蝕性の材料で作られたものとする必
要がある。
In the method of the present invention, when growing an oxide garnet single crystal using the vertical growth furnace 3 shown in FIG. 1, as shown in FIG. 2 below the substrate 7 placed on the holder 5. The heat shield plate 8 is disposed on the substrate 7 so that the substrate 7 is not heated by the radiant heat from the melt 6. This shield plate 8 has a high radiant heat from the melt 6 of about 1,000 ° C. In addition, since PbO having high corrosiveness is used as a flux, it is necessary to be made of a heat-resistant and corrosion-resistant material such as platinum, a platinum-gold alloy, or the like.

本発明の方法はこの熱遮蔽板を取りつけたことを特徴
とするものであるが、これによれば基板6が融液7から
の輻射熱にさらされることがないので基板6の上下面で
温度差が生じることがなくなり、したがって基板6の上
にエピタキシヤル法で、酸化物ガーネット単結晶を成長
させたのちホルダー5から取り出してもこれにクラック
が発生することがなく、目的とする酸化物ガーネット単
結晶を歩留りよく、容易に得ることができるという有利
性が与えられる。
The method of the present invention is characterized in that this heat shield plate is attached, but according to this, since the substrate 6 is not exposed to the radiant heat from the melt 7, the temperature difference between the upper and lower surfaces of the substrate 6 is increased. Therefore, even if an oxide garnet single crystal is grown on the substrate 6 by the epitaxial method and then taken out of the holder 5, no crack is generated in the oxide garnet single crystal. The advantage is that crystals can be easily obtained with good yield.

(実施例) つぎに本発明の実施例をあげる。(Example) Next, an example of the present invention will be described.

実施例 4インチΦのガドリニウム・ガリウム・ガーネット
(GGG)ウエーハ4枚を第2図に示したように4インチ
Φの白金製ホルダー中に棚段状に設置し、この下に熱遮
蔽板としての白金製の円板を設置した。
Example 4 Four 4 inch Φ gadolinium gallium garnet (GGG) wafers were placed in a 4 inch Φ platinum holder as shown in FIG. A platinum disk was installed.

ついで、この成長炉内に設置してある白金製の150mm
Φ×300mmHのルツボ中にY2O3 3,451g、Fe2O3 1,880.5g
をフラックスとしてのPbO 2,030.6g.B2O3 270.6gと共に
装入し、1,100℃に加熱して溶融させたのち、ここに上
記したホルダーをアルミナ棒を使用して45rpmで回転さ
せながら挿入し、8分後に引上げ、冷却後ホルダーから
GGGウエーハを取り出したところ、その表面にY3Fe5O12
のエピタキシヤル膜が形成されたウエーハが得られ、こ
れを75回行なって300枚のエピタキシヤル膜GGGウエーハ
を作ったところ、このものクラック発生率は2.0%であ
った。
Next, the platinum 150mm
Y 2 O 3 3,451g during crucible Φ × 300mmH, Fe 2 O 3 1,880.5g
Was charged together with 2,030.6 g of PbO as a flux and 270.6 g of B 2 O 3 , and was heated to 1,100 ° C. to be melted. Then, the holder was inserted into the holder while rotating it at 45 rpm using an alumina rod, and then 8 minutes. Pull up afterwards, cool from holder
When the GGG wafer was taken out, Y 3 Fe 5 O 12
A wafer on which an epitaxial film was formed was obtained, and this was repeated 75 times to produce 300 epitaxial film GGG wafers. The crack generation rate was 2.0%.

しかし、比較のために第2図における白金製円板を使
用しないで、第3図に示したように4枚のGGGウエーハ
だけを棚段状に設置しただけのものとし、これを上記と
同様に処理してエピタキシヤル膜GGGウエーハを作った
ところ、この場合はクラック発生率が16.2%と高い値を
示した。
However, for comparison, the platinum disk shown in FIG. 2 was not used, and only four GGG wafers were installed in a shelf as shown in FIG. In this case, a crack generation rate was as high as 16.2% when an epitaxy film GGG wafer was prepared.

(発明の効果) 本発明は公知のエピタキシヤル法で基板に酸化物ガー
ネット単結晶膜を形成させるに当り、基板の下方に熱遮
蔽板を設けるというものであるが、これによればルツボ
中の融液からの輻射熱がこの熱遮蔽板でさえぎられるの
で基板の上下面における温度差がつくということがなく
なり、したがって基板にクラックが発生することが殆ん
どなくなり、例えば従来法では16.2%にまで達していた
クラック発生率が2%以下と少なくなるので、生産の歩
留りが向上し、生産性を30%も向上させることができる
という有利性が与えられる。
(Effects of the Invention) In the present invention, when a single crystal oxide garnet film is formed on a substrate by a known epitaxy method, a heat shield plate is provided below the substrate. Since the radiant heat from the melt is blocked by this heat shield plate, there is no temperature difference between the upper and lower surfaces of the substrate, so that cracks on the substrate hardly occur. For example, up to 16.2% in the conventional method Since the crack occurrence rate that has been reached is reduced to 2% or less, the production yield is improved, and the advantage that the productivity can be improved by as much as 30% is provided.

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

第1図は本発明の方法で使用されるエピタキシヤル法に
よる縦型成長炉の縦断面図、第2図は本発明の方法によ
る基板のホルダーへの設置を示す縦断面図、第3図は従
来法による基板のホルダーへの設置を示す縦断面図であ
る。 1……ルツボ、2……加熱器、 3……縦型成長炉、4……棒状把持具、 5……ホルダー、6……融液、 7……基板、8……熱遮蔽板。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a vertical growth furnace by an epitaxial method used in the method of the present invention, FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the installation of a substrate on a holder by the method of the present invention, and FIG. It is a longitudinal section showing installation of a substrate in a holder by a conventional method. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Crucible, 2 ... Heater, 3 ... Vertical growth furnace, 4 ... Bar-shaped holding tool, 5 ... Holder, 6 ... Melt, 7 ... Substrate, 8 ... Heat shield plate.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】液相エピタキシヤル法によって、ホルダー
に保持した基板を融液に挿入して基板上に酸化物ガーネ
ット単結晶を成長させることからなる酸化物ガーネット
単結晶の製造方法において、基板の下方に熱遮蔽板を設
けてなることを特徴とする酸化物ガーネット単結晶の製
造方法。
1. A method for producing an oxide garnet single crystal, comprising: inserting a substrate held in a holder into a melt by liquid phase epitaxy to grow an oxide garnet single crystal on the substrate. A method for producing an oxide garnet single crystal, comprising providing a heat shield plate below.
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