JPH0692796A - エピタキシャル成長による薄膜の製造法 - Google Patents
エピタキシャル成長による薄膜の製造法Info
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- JPH0692796A JPH0692796A JP6483593A JP6483593A JPH0692796A JP H0692796 A JPH0692796 A JP H0692796A JP 6483593 A JP6483593 A JP 6483593A JP 6483593 A JP6483593 A JP 6483593A JP H0692796 A JPH0692796 A JP H0692796A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 エピタキシャル成長による薄膜の製造法にお
いて、割れ等を防止すること。 【構成】 エピタキシャル成長によって得られる単結晶
膜において、基板側から成長方向に向かって、格子定数
のずれを増大させる。特に格子定数のずれを変化率
（０．４〜９）×１０-4％／μｍで増大させることが好
ましい。
いて、割れ等を防止すること。 【構成】 エピタキシャル成長によって得られる単結晶
膜において、基板側から成長方向に向かって、格子定数
のずれを増大させる。特に格子定数のずれを変化率
（０．４〜９）×１０-4％／μｍで増大させることが好
ましい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は単結晶膜の製造法、特に
エピタキシャル成長による単結晶膜の製造法に関する。
エピタキシャル成長による単結晶膜の製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】エピタキシャル成長による単結晶膜の製
造法は、半導体、光学素子、磁性体、磁気光学素子等、
種々の分野で使用される各種の単結晶膜の製造法に広く
使用されている。エピタキシャル成長では、成長させる
べき結晶の格子定数に近い格子定数の結晶基板の面に液
体または気体の原料を接触させて所定の結晶を成長させ
る。これにより結晶性の良い単結晶膜が製造できる。例
えば、ファラデー回転子等の磁気光学素子として知られ
ている磁性ガーネットは、液相の原料を用い、結晶基板
としてＣａ、Ｍｇ、ＺｒドープＧＧＧ単結晶等を使用
し、その表面に１００μｍ以上の膜厚に結晶を成長させ
る液相エピタキシャル成長法（ＬＰＥ）で製造される。
造法は、半導体、光学素子、磁性体、磁気光学素子等、
種々の分野で使用される各種の単結晶膜の製造法に広く
使用されている。エピタキシャル成長では、成長させる
べき結晶の格子定数に近い格子定数の結晶基板の面に液
体または気体の原料を接触させて所定の結晶を成長させ
る。これにより結晶性の良い単結晶膜が製造できる。例
えば、ファラデー回転子等の磁気光学素子として知られ
ている磁性ガーネットは、液相の原料を用い、結晶基板
としてＣａ、Ｍｇ、ＺｒドープＧＧＧ単結晶等を使用
し、その表面に１００μｍ以上の膜厚に結晶を成長させ
る液相エピタキシャル成長法（ＬＰＥ）で製造される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな厚膜を必要とする場合には、往々にして基板と単結
晶膜の間に応力が発達して単結晶膜に歪みが入り、場合
により割れが生じる。従来この問題は結晶基板の格子定
数と単結晶膜の格子定数をできるだけ一致させることに
よって回避できるものと信じられているが、実際には基
板と単結晶膜の化学組成、厚さ、熱膨張係数等の因子が
影響し、格子定数を一致させるだけでは十分ではない。
また、異なる温度で格子定数が一致する２種の膜を交互
に重ねていく方法が提案されているが、この方法では工
程が増え、非常に手間がかかる。
うな厚膜を必要とする場合には、往々にして基板と単結
晶膜の間に応力が発達して単結晶膜に歪みが入り、場合
により割れが生じる。従来この問題は結晶基板の格子定
数と単結晶膜の格子定数をできるだけ一致させることに
よって回避できるものと信じられているが、実際には基
板と単結晶膜の化学組成、厚さ、熱膨張係数等の因子が
影響し、格子定数を一致させるだけでは十分ではない。
また、異なる温度で格子定数が一致する２種の膜を交互
に重ねていく方法が提案されているが、この方法では工
程が増え、非常に手間がかかる。
【０００４】したがって、本発明は結晶基板上にエピタ
キシャル成長法により単結晶膜を成膜するに際し、応力
の発生を防止し、割れの問題を回避することを目的とす
る。
キシャル成長法により単結晶膜を成膜するに際し、応力
の発生を防止し、割れの問題を回避することを目的とす
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、結晶基板上に
エピタキシャル成長法により単結晶膜を形成するに当た
り、初期には基板の格子定数と単結晶膜の格子定数を近
接させておき、成長につれて単結晶膜の格子定数のずれ
を増大させて所定の格子定数とすることを特徴とする単
結晶膜の製造法である。この場合、格子定数のずれは正
負いずれもあり得る。例えば、磁性ガーネットでは、成
長につれて単結晶膜の格子定数の大きさを増大させて所
定の格子定数とする必要がある。図１は後で説明するよ
うに磁性ガーネットの単結晶膜を成長と共に格子定数を
増大させた様子を示す。これにより、７００μｍの膜厚
で割れを生じなかった。
エピタキシャル成長法により単結晶膜を形成するに当た
り、初期には基板の格子定数と単結晶膜の格子定数を近
接させておき、成長につれて単結晶膜の格子定数のずれ
を増大させて所定の格子定数とすることを特徴とする単
結晶膜の製造法である。この場合、格子定数のずれは正
負いずれもあり得る。例えば、磁性ガーネットでは、成
長につれて単結晶膜の格子定数の大きさを増大させて所
定の格子定数とする必要がある。図１は後で説明するよ
うに磁性ガーネットの単結晶膜を成長と共に格子定数を
増大させた様子を示す。これにより、７００μｍの膜厚
で割れを生じなかった。
【０００６】本発明の方法は、従来の常識とは異なり、
出発点で基板と単結晶膜の格子定数が接近していれば、
結晶の成長につれて格子定数は却ってずれた方が良い、
という意外な発見に基づいている。もし従来のように結
晶の成長中に格子定数を一定に保つと割れが生じる率が
本発明の方法に比べて高くなる。このような結果が生じ
る理由は現在のところ解明されていない。割れの原因は
はほぼ次のように推測される。すなわち、基板と単結晶
膜の熱膨張係数の差が充分に大きく、育成温度が充分に
高く、かつ育成した単結晶膜が充分に厚い（例えばＢｉ
置換磁性ガーネット膜の場合１００μｍ以上）と言う条
件が満たされると割れが生じる。これらのいずれが欠け
ても割れの原因となる応力が発生しないか、または、発
生しても割れには至らないかである。まず成長の初期に
基板の格子定数とは異なる格子定数を有する膜が析出す
るとバイメタルモデルによって反りが発生する。更に析
出してくる以後の膜がこの反りによる曲率半径に沿って
成長すれば、この曲率半径は一定となり安定化される。
ここで曲率半径は膜の格子定数の一定な変化に対応す
る。一方、曲率半径に対応する格子定数変化よりも変化
の小さな（例えば格子定数一定の場合等）膜が表面に成
長する場合、表面近傍の格子には引張り応力（膜側に凸
の曲率の場合、すなわち成長初期の膜の格子定数の方が
基板より大きい場合）或いは圧縮応力（膜側に凹、つま
り基板より膜の方が格子定数が小さい場合）を受けて、
膜が厚くなると割れを引き起こすと考えられる。ここで
成長初期の格子定数のずれは基板と膜の熱膨張係数の差
によって発生する。すなわち、室温で格子定数を一致さ
せると熱膨張係数及が異なる場合、育成温度で基板と膜
の格子定数に差異を生じ格子定数のずれが発生する。一
方、育成温度で格子定数を一致させると室温で基板と膜
の格子定数に差異を生じて格子定数のずれが発生し膜育
成後の冷却中に割れてしまう。Ｂｉ置換磁性ガーネット
は測定の結果Ｃａ、Ｚｒ、Ｍｇ添加型ＧＧＧ基板に比べ
約１×１０-6／℃だけ熱膨張係数が大きい。これから育
成温度（例えば８００℃）での格子定数のずれを求め、
バイメタルモデルを用いて初期膜厚（５０μｍ以下）で
の曲率半径を求めると、約１〜２ｍとなる。これより曲
率半径に沿った格子定数変化を求めると、０．５〜１×
１０-4％／μｍとなり実験結果とほぼ一致した。出発点
で基板と単結晶膜の格子定数がどの程度接近していれば
良いかは十分に解明できていないが、完全な一致のほか
に±０．２％程度のずれは許容されるものであり、割れ
を生じない条件は結晶物質毎に容易に決定できる。
出発点で基板と単結晶膜の格子定数が接近していれば、
結晶の成長につれて格子定数は却ってずれた方が良い、
という意外な発見に基づいている。もし従来のように結
晶の成長中に格子定数を一定に保つと割れが生じる率が
本発明の方法に比べて高くなる。このような結果が生じ
る理由は現在のところ解明されていない。割れの原因は
はほぼ次のように推測される。すなわち、基板と単結晶
膜の熱膨張係数の差が充分に大きく、育成温度が充分に
高く、かつ育成した単結晶膜が充分に厚い（例えばＢｉ
置換磁性ガーネット膜の場合１００μｍ以上）と言う条
件が満たされると割れが生じる。これらのいずれが欠け
ても割れの原因となる応力が発生しないか、または、発
生しても割れには至らないかである。まず成長の初期に
基板の格子定数とは異なる格子定数を有する膜が析出す
るとバイメタルモデルによって反りが発生する。更に析
出してくる以後の膜がこの反りによる曲率半径に沿って
成長すれば、この曲率半径は一定となり安定化される。
ここで曲率半径は膜の格子定数の一定な変化に対応す
る。一方、曲率半径に対応する格子定数変化よりも変化
の小さな（例えば格子定数一定の場合等）膜が表面に成
長する場合、表面近傍の格子には引張り応力（膜側に凸
の曲率の場合、すなわち成長初期の膜の格子定数の方が
基板より大きい場合）或いは圧縮応力（膜側に凹、つま
り基板より膜の方が格子定数が小さい場合）を受けて、
膜が厚くなると割れを引き起こすと考えられる。ここで
成長初期の格子定数のずれは基板と膜の熱膨張係数の差
によって発生する。すなわち、室温で格子定数を一致さ
せると熱膨張係数及が異なる場合、育成温度で基板と膜
の格子定数に差異を生じ格子定数のずれが発生する。一
方、育成温度で格子定数を一致させると室温で基板と膜
の格子定数に差異を生じて格子定数のずれが発生し膜育
成後の冷却中に割れてしまう。Ｂｉ置換磁性ガーネット
は測定の結果Ｃａ、Ｚｒ、Ｍｇ添加型ＧＧＧ基板に比べ
約１×１０-6／℃だけ熱膨張係数が大きい。これから育
成温度（例えば８００℃）での格子定数のずれを求め、
バイメタルモデルを用いて初期膜厚（５０μｍ以下）で
の曲率半径を求めると、約１〜２ｍとなる。これより曲
率半径に沿った格子定数変化を求めると、０．５〜１×
１０-4％／μｍとなり実験結果とほぼ一致した。出発点
で基板と単結晶膜の格子定数がどの程度接近していれば
良いかは十分に解明できていないが、完全な一致のほか
に±０．２％程度のずれは許容されるものであり、割れ
を生じない条件は結晶物質毎に容易に決定できる。
【０００７】単結晶膜の格子定数の変化は供給原料の組
成を制御することにより行う。例えばＬＰＥ法ではメル
ト組成の配合比及び育成温度の経時変化により組成を調
整する。一方気相法のＣＶＤ法では気相成膜室に導入す
る成分ガスの組成比を時間的に変化させる。多元同時ス
パッタのターゲットに印加する電力を時間的に変化させ
ることにより組成を調整できる。
成を制御することにより行う。例えばＬＰＥ法ではメル
ト組成の配合比及び育成温度の経時変化により組成を調
整する。一方気相法のＣＶＤ法では気相成膜室に導入す
る成分ガスの組成比を時間的に変化させる。多元同時ス
パッタのターゲットに印加する電力を時間的に変化させ
ることにより組成を調整できる。
【０００８】より具体的に説明すると、例えばＬＰＥ法
により、Ｂｉ置換磁性ガーネット単結晶膜を製造する場
合、Ｂｉx Ｒ3-x Ｆｅ5-w Ｍw Ｏ12（ただしＲはＹ、Ｃ
ａ、Ｐｂ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇ
ｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕより選
択される一種以上の元素、ＭはＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓ
ｃ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｇｅより選択される一種以上の元素で
ある。また通常ｘ＝０〜２、ｗ＝ ０〜２である）を与
える様に計量した材料を、例えばＣａ、Ｍｇ、Ｚｒ添加
ＧＧＧよりなる非磁性単結晶基板上にＬＰＥ成長させ
る。これによりほぼ所定の結晶性を有するＢｉ置換型稀
土類ガーネット材料が生成する。時間の経過と共に育成
温度を低下させ、成分Ｂｉ量を調整し、格子定数を膜厚
と共に増大させる。格子定数に影響するパラメータとし
ては、メルト総量、基板面積、膜成長速度を挙げられ
る。また膜成長速度を決めるパラメータとしては、メル
ト組成比Ｒ1、Ｒ3 、Ｒ4 、Ｒ5 （総称してＲパラメー
タと呼ばれる）が挙げられる。ここに組成比は次のよう
に定義される。 Ｒ1 ＝（Ｆｅ2 Ｏ3 ＋Ｍ2 Ｏ3 ）／ΣＲ2 Ｏ3 Ｒ3 ＝（Ｂｉ2 Ｏ3 ＋ＰｂＯ）／Ｂ2 Ｏ3 Ｒ4 ＝（Ｆｅ2 Ｏ3 ＋Ｍ2 Ｏ3 ＋ΣＲ2 Ｏ3 ）／全量 Ｒ5 ＝Ｂｉ2 Ｏ3 ／ＰｂＯ より具体的に言うと、磁性ガーネットのＲ1 は５／３で
あるのに対して、Ｂｉ置換型ではＲ1 は１０以上に設定
される。従って、基板上に膜が成長するに従って、Ｒ1
は増加していく、またＲ3 、Ｒ4 、Ｒ5 は膜成長により
各式の分子が小さくなり、減少して行く。もっともＲ
3 、Ｒ5 の変化は小さい。厚さ１００μｍを超えるよう
な膜を育成する場合、これらＲパラメータ、特にＲ1 、
Ｒ4 の変化を無視することはできなくなる。経験的に等
温下においてＲ1 増加、Ｒ4 減少により膜組成に含まれ
るＢｉ量は減少し、膜の格子定数は減少してしまう。し
たがって、全体にわたって同一組成の膜すなわち同じ格
子定数を有する単結晶膜を製作する場合、これらを考慮
した勾配で育成温度を低下して行かなければならない。
一方、Ｂｉを増加させる場合、すなわち格子定数を大き
くして行く場合は、上記の勾配より更に大きな勾配で育
成温度を低下することにより実現できる。実施例で説明
するように、格子定数の変化率は（０．４〜９）×１０
-4％／μｍの範囲にあると良いことが分かった。
により、Ｂｉ置換磁性ガーネット単結晶膜を製造する場
合、Ｂｉx Ｒ3-x Ｆｅ5-w Ｍw Ｏ12（ただしＲはＹ、Ｃ
ａ、Ｐｂ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇ
ｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕより選
択される一種以上の元素、ＭはＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓ
ｃ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｇｅより選択される一種以上の元素で
ある。また通常ｘ＝０〜２、ｗ＝ ０〜２である）を与
える様に計量した材料を、例えばＣａ、Ｍｇ、Ｚｒ添加
ＧＧＧよりなる非磁性単結晶基板上にＬＰＥ成長させ
る。これによりほぼ所定の結晶性を有するＢｉ置換型稀
土類ガーネット材料が生成する。時間の経過と共に育成
温度を低下させ、成分Ｂｉ量を調整し、格子定数を膜厚
と共に増大させる。格子定数に影響するパラメータとし
ては、メルト総量、基板面積、膜成長速度を挙げられ
る。また膜成長速度を決めるパラメータとしては、メル
ト組成比Ｒ1、Ｒ3 、Ｒ4 、Ｒ5 （総称してＲパラメー
タと呼ばれる）が挙げられる。ここに組成比は次のよう
に定義される。 Ｒ1 ＝（Ｆｅ2 Ｏ3 ＋Ｍ2 Ｏ3 ）／ΣＲ2 Ｏ3 Ｒ3 ＝（Ｂｉ2 Ｏ3 ＋ＰｂＯ）／Ｂ2 Ｏ3 Ｒ4 ＝（Ｆｅ2 Ｏ3 ＋Ｍ2 Ｏ3 ＋ΣＲ2 Ｏ3 ）／全量 Ｒ5 ＝Ｂｉ2 Ｏ3 ／ＰｂＯ より具体的に言うと、磁性ガーネットのＲ1 は５／３で
あるのに対して、Ｂｉ置換型ではＲ1 は１０以上に設定
される。従って、基板上に膜が成長するに従って、Ｒ1
は増加していく、またＲ3 、Ｒ4 、Ｒ5 は膜成長により
各式の分子が小さくなり、減少して行く。もっともＲ
3 、Ｒ5 の変化は小さい。厚さ１００μｍを超えるよう
な膜を育成する場合、これらＲパラメータ、特にＲ1 、
Ｒ4 の変化を無視することはできなくなる。経験的に等
温下においてＲ1 増加、Ｒ4 減少により膜組成に含まれ
るＢｉ量は減少し、膜の格子定数は減少してしまう。し
たがって、全体にわたって同一組成の膜すなわち同じ格
子定数を有する単結晶膜を製作する場合、これらを考慮
した勾配で育成温度を低下して行かなければならない。
一方、Ｂｉを増加させる場合、すなわち格子定数を大き
くして行く場合は、上記の勾配より更に大きな勾配で育
成温度を低下することにより実現できる。実施例で説明
するように、格子定数の変化率は（０．４〜９）×１０
-4％／μｍの範囲にあると良いことが分かった。
【０００９】そのほか、ＳｉＣ、Ｓｉ系半導体、その他
の結晶等についても本発明が適用できる。
の結晶等についても本発明が適用できる。
実施例１ Ｂｉ2 Ｏ3 、Ｔｂ4 Ｏ7 、Ｎｄ2 Ｏ3 、Ｆｅ2 Ｏ3 にフ
ラックスとしてＰｂＯ、Ｂ2 Ｏ3 を加えたものを下記磁
性ガーネットを与える配合比で使用し、格子定数１２．
４９７ÅのＣａ、Ｍｇ、Ｚｒ添加ＧＧＧよりなる直径２
インチの非磁性単結晶基板上に、温度８１３℃でＬＰＥ
法により単結晶膜を製作した。成長した膜の平均組成は
Ｂｉ0.7 Ｔｂ2.1 Ｎｄ0.2 Ｆｅ5 Ｏ12であり、格子定数
１２．４９４Åであった。この時の成膜条件はメルト総
量２ｋｇ、Ｒ1 ＝２４、Ｒ3 ＝１０、Ｒ4 ＝０．１２、
Ｒ5 ＝０．３であった。次に同様の操作で８１３℃にて
エピタキシャル成長を開始した後、０．６℃／Ｈの速度
で炉温を降下させ、格子定数を１．９×１０-5Å／μｍ
（１．５×１０-4％／μｍ）の割合で変えながら育成を
行った。格子定数は試料を２５℃にて測定した値である
（他の実施例も同様）。膜は７００μｍの厚さまで割れ
は生じなかった。
ラックスとしてＰｂＯ、Ｂ2 Ｏ3 を加えたものを下記磁
性ガーネットを与える配合比で使用し、格子定数１２．
４９７ÅのＣａ、Ｍｇ、Ｚｒ添加ＧＧＧよりなる直径２
インチの非磁性単結晶基板上に、温度８１３℃でＬＰＥ
法により単結晶膜を製作した。成長した膜の平均組成は
Ｂｉ0.7 Ｔｂ2.1 Ｎｄ0.2 Ｆｅ5 Ｏ12であり、格子定数
１２．４９４Åであった。この時の成膜条件はメルト総
量２ｋｇ、Ｒ1 ＝２４、Ｒ3 ＝１０、Ｒ4 ＝０．１２、
Ｒ5 ＝０．３であった。次に同様の操作で８１３℃にて
エピタキシャル成長を開始した後、０．６℃／Ｈの速度
で炉温を降下させ、格子定数を１．９×１０-5Å／μｍ
（１．５×１０-4％／μｍ）の割合で変えながら育成を
行った。格子定数は試料を２５℃にて測定した値である
（他の実施例も同様）。膜は７００μｍの厚さまで割れ
は生じなかった。
【００１０】実施例２ 実施例１と同様な原料を用い、実施例１と同様な非磁性
単結晶基板に、下記磁性ガーネットを与える配合比で使
用し、温度９０８℃でＬＰＥ法によりたっけしょうまく
を製作した。成長した膜の平均組成はＢｉ0.8 Ｔｂ2.1
Ｎｄ0.1 Ｆｅ5Ｏ12であり、格子定数１２．４９１Åで
あった。この時の成膜条件はメルト総量１０ｋｇ、Ｒ1
＝２６、Ｒ3 ＝１０、Ｒ4 ＝０．１８、Ｒ5 ＝０．６で
あった。次に同様の操作で９０８℃にてエピタキシャル
成長を開始した後、膜厚２００μｍまでは０．１℃／Ｈ
で、膜厚２００μｍでは０．３℃／Ｈで降下させ、格子
定数を１．０×１０-5Å／μｍ（０．８×１０-4％／μ
ｍ）の条件で変えながら育成を行った。膜は７００μｍ
の厚さまで割れは生じなかった。 比較例１ 実施例２において、エピタキシャル成長を次のように行
った。温度を０．１℃／Ｈの速度で降下させ、格子定数
を０．４×１０-5Å／μｍ（０．３×１０-4％／μｍ）
の割合で変えながら育成を行った。膜は３５０μｍの厚
さで割れを生じた。
単結晶基板に、下記磁性ガーネットを与える配合比で使
用し、温度９０８℃でＬＰＥ法によりたっけしょうまく
を製作した。成長した膜の平均組成はＢｉ0.8 Ｔｂ2.1
Ｎｄ0.1 Ｆｅ5Ｏ12であり、格子定数１２．４９１Åで
あった。この時の成膜条件はメルト総量１０ｋｇ、Ｒ1
＝２６、Ｒ3 ＝１０、Ｒ4 ＝０．１８、Ｒ5 ＝０．６で
あった。次に同様の操作で９０８℃にてエピタキシャル
成長を開始した後、膜厚２００μｍまでは０．１℃／Ｈ
で、膜厚２００μｍでは０．３℃／Ｈで降下させ、格子
定数を１．０×１０-5Å／μｍ（０．８×１０-4％／μ
ｍ）の条件で変えながら育成を行った。膜は７００μｍ
の厚さまで割れは生じなかった。 比較例１ 実施例２において、エピタキシャル成長を次のように行
った。温度を０．１℃／Ｈの速度で降下させ、格子定数
を０．４×１０-5Å／μｍ（０．３×１０-4％／μｍ）
の割合で変えながら育成を行った。膜は３５０μｍの厚
さで割れを生じた。
【００１１】実施例３ Ｂｉ2 Ｏ3 、Ｈｏ2 Ｏ3 、Ｌａ2 Ｏ3 、Ｙ2 Ｏ3 、Ｆｅ
2 Ｏ3 、Ｇａ2 Ｏ3 にフラックスとしてＰｂＯ、Ｂ2 Ｏ
3 を加えたものを下記磁性ガーネットを与える配合比で
使用し、格子定数１２．５０２ÅのＮｄ3 Ｇａ5 Ｏ12よ
りなる非磁性単結晶基板上に、温度７４５℃でＬＰＥ法
により単結晶膜を作製した。成長した膜の平均組成はＢ
ｉ1.4 Ｈｏ0.10Ｌａ0.2 Ｙ0.4 Ｆｅ4.5 Ｇａ0.5 Ｏ12で
あり、格子定数１２．５０４Åであった。次に同様の操
作で７４５℃にてエピタキシャル成長を開始した後、
１．２℃／Ｈの速度で炉温を降下させ、格子定数を２．
９×１０-5Å／μｍ（２．３×１０-4％／μｍ）の割合
で変えながら育成を行った。膜は５００μｍの厚さまで
割れは生じなかった。 比較例２ 実施例３において、エピタキシャル成長を次のように行
った。温度を５．０℃／Ｈの速度で降下させ、格子定数
を１２×１０-5Å／μｍ（１０×１０-4％／μｍ）の割
合で変えながら育成を行った。膜は１５０μｍの厚さで
割れを生じた。
2 Ｏ3 、Ｇａ2 Ｏ3 にフラックスとしてＰｂＯ、Ｂ2 Ｏ
3 を加えたものを下記磁性ガーネットを与える配合比で
使用し、格子定数１２．５０２ÅのＮｄ3 Ｇａ5 Ｏ12よ
りなる非磁性単結晶基板上に、温度７４５℃でＬＰＥ法
により単結晶膜を作製した。成長した膜の平均組成はＢ
ｉ1.4 Ｈｏ0.10Ｌａ0.2 Ｙ0.4 Ｆｅ4.5 Ｇａ0.5 Ｏ12で
あり、格子定数１２．５０４Åであった。次に同様の操
作で７４５℃にてエピタキシャル成長を開始した後、
１．２℃／Ｈの速度で炉温を降下させ、格子定数を２．
９×１０-5Å／μｍ（２．３×１０-4％／μｍ）の割合
で変えながら育成を行った。膜は５００μｍの厚さまで
割れは生じなかった。 比較例２ 実施例３において、エピタキシャル成長を次のように行
った。温度を５．０℃／Ｈの速度で降下させ、格子定数
を１２×１０-5Å／μｍ（１０×１０-4％／μｍ）の割
合で変えながら育成を行った。膜は１５０μｍの厚さで
割れを生じた。
【００１２】実施例４ Ｙ2 Ｏ3 、Ｌａ2 Ｏ3 、Ｇａ2 Ｏ3 、Ｆｅ2 Ｏ3 にフラ
ックスとしてＰｂＯ、Ｂ2 Ｏ3 を加えたものを下記磁性
ガーネットを与える配合比で使用し、格子定数１２．３
７５ÅのＧＧＧ（Ｇｄ3 Ｇａ5 Ｏ12）よりなる非磁性単
結晶基板上に、温度７４５℃でＬＰＥ法により単結晶膜
を作製した。成長した膜の平均組成はＹ2.9 Ｌａ0.1 Ｆ
ｅ4.5 Ｇａ0.5 Ｏ12、格子定数は１２．３７７Åであっ
た。次に同様の操作で７４５℃にてエピタキシャル成長
を開始した後、１．２℃／Ｈの速度で炉温を降下させて
格子定数を１．０×１０-5Å／μｍ（０．８×１０-4％
／μｍ）の割合で変えながら育成を行った。膜は２００
μｍの厚さまで割れは生じなかった。 実施例５ Ｂｉ2 Ｏ3 、Ｇｄ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 、Ｆｅ2 Ｏ3 、Ｔ
ｉＯ2 にフラックスとしてＰｂＯ、Ｂ2 Ｏ3 を加えたも
のを下記磁性ガーネットを与える配合比で使用し、格子
定数１２．４９７ÅのＣａ、Ｍｇ、Ｚｒ添加ＧＧＧより
なる非磁性単結晶基板上に、温度７４５℃でＬＰＥ法に
より単結晶膜を作製した。成長した膜の平均組成はＢｉ
1.0 Ｇｄ1.4 Ｙｂ0.6 Ｆｅ4.95Ｔｉ0.05Ｏ12、格子定数
１２．４９５Åであった。次に同様の操作で７４５℃に
てエピタキシャル成長を開始した後、１．２℃／Ｈの速
度で炉温を降下させて格子定数を２．３×１０-5Å／μ
ｍ（１．８×１０-4％／μｍ）の割合で変えながら育成
を行った。膜は７００μｍの厚さまで割れは生じなかっ
た。
ックスとしてＰｂＯ、Ｂ2 Ｏ3 を加えたものを下記磁性
ガーネットを与える配合比で使用し、格子定数１２．３
７５ÅのＧＧＧ（Ｇｄ3 Ｇａ5 Ｏ12）よりなる非磁性単
結晶基板上に、温度７４５℃でＬＰＥ法により単結晶膜
を作製した。成長した膜の平均組成はＹ2.9 Ｌａ0.1 Ｆ
ｅ4.5 Ｇａ0.5 Ｏ12、格子定数は１２．３７７Åであっ
た。次に同様の操作で７４５℃にてエピタキシャル成長
を開始した後、１．２℃／Ｈの速度で炉温を降下させて
格子定数を１．０×１０-5Å／μｍ（０．８×１０-4％
／μｍ）の割合で変えながら育成を行った。膜は２００
μｍの厚さまで割れは生じなかった。 実施例５ Ｂｉ2 Ｏ3 、Ｇｄ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 、Ｆｅ2 Ｏ3 、Ｔ
ｉＯ2 にフラックスとしてＰｂＯ、Ｂ2 Ｏ3 を加えたも
のを下記磁性ガーネットを与える配合比で使用し、格子
定数１２．４９７ÅのＣａ、Ｍｇ、Ｚｒ添加ＧＧＧより
なる非磁性単結晶基板上に、温度７４５℃でＬＰＥ法に
より単結晶膜を作製した。成長した膜の平均組成はＢｉ
1.0 Ｇｄ1.4 Ｙｂ0.6 Ｆｅ4.95Ｔｉ0.05Ｏ12、格子定数
１２．４９５Åであった。次に同様の操作で７４５℃に
てエピタキシャル成長を開始した後、１．２℃／Ｈの速
度で炉温を降下させて格子定数を２．３×１０-5Å／μ
ｍ（１．８×１０-4％／μｍ）の割合で変えながら育成
を行った。膜は７００μｍの厚さまで割れは生じなかっ
た。
【００１３】比較例３ 実施例５において、エピタキシャル成長を次のように行
った。温度を７５０℃一定とし、格子定数を−４．０×
１０-5Å／μｍ（３．２×１０-4％／μｍ）の割合で変
えながら育成を行った。膜は５０μｍの厚さで割れを生
じた。
った。温度を７５０℃一定とし、格子定数を−４．０×
１０-5Å／μｍ（３．２×１０-4％／μｍ）の割合で変
えながら育成を行った。膜は５０μｍの厚さで割れを生
じた。
【００１４】以上の実施例及び比較例から、成長させる
べき単結晶膜の格子定数を基板のそれに近接させ、且つ
その変化率を所定の範囲（０．４〜９）×１０-4％／μ
ｍに設定することにより応力の発生を防いで割れを防止
することができることが分かる。また本実施例では、単
結晶膜の不純物に就いて特に言及していないが、ＬＰＥ
法で通常フラックス、るつぼ、原料から混入する不可避
不純物として、膜中にＰｂ、Ｐｔ等が混入する。
べき単結晶膜の格子定数を基板のそれに近接させ、且つ
その変化率を所定の範囲（０．４〜９）×１０-4％／μ
ｍに設定することにより応力の発生を防いで割れを防止
することができることが分かる。また本実施例では、単
結晶膜の不純物に就いて特に言及していないが、ＬＰＥ
法で通常フラックス、るつぼ、原料から混入する不可避
不純物として、膜中にＰｂ、Ｐｔ等が混入する。
【００１５】
【発明の効果】実施例から分かるように、本発明は結晶
基板上にエピタキシャル成長法により単結晶膜を成膜す
るに際し、応力の発生を防止し、割れを防止することが
できる。
基板上にエピタキシャル成長法により単結晶膜を成膜す
るに際し、応力の発生を防止し、割れを防止することが
できる。
【図１】結晶性ガーネットに関する実施例１〜５におけ
る単結晶膜の厚さと格子定数の変化の関係を示すグラフ
である。
る単結晶膜の厚さと格子定数の変化の関係を示すグラフ
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内田 信也 東京都中央区日本橋一丁目13番１号ティー ディーケイ株式会社内
Claims (11)
- 【請求項１】 エピタキシャル成長によって得られる単
結晶膜において、基板側から成長方向に向かって、格子
定数のずれを増大させた単結晶膜。 - 【請求項２】基板から成長方向に向かって組成が勾配を
有する請求項１の単結晶膜。 - 【請求項３】 格子定数のずれを変化率（０．４〜９）
×１０-4％／μｍで増大させた請求項１の単結晶膜。 - 【請求項４】 単結晶膜は磁性ガーネットである請求項
３に記載の単結晶膜。 - 【請求項５】 単結晶膜は液相エピタキシャル法で作製
した請求項４の単結晶膜。 - 【請求項６】 単結晶膜は膜厚が１００μｍ以上である
請求項１ないし５のいずれかに記載の単結晶膜。 - 【請求項７】 基板上に単結晶膜のエピタキシャル成長
を行うに当たり、初期には基板の格子定数と単結晶膜の
格子定数を近接させておき、成長につれて単結晶膜の格
子定数のずれを所定の変化率で増大させたことを特徴と
する単結晶膜の製造法。 - 【請求項８】 格子定数の変化率は（０．４〜９）×１
０-4％／μｍの範囲にある請求項７の単結晶膜の製造
法。 - 【請求項９】 単結晶膜は磁性ガーネットである請求項
８に記載の単結晶膜の製造法。 - 【請求項１０】 単結晶膜は液相エピタキシャル法で製
造される請求項９に記載の単結晶膜の製造法。 - 【請求項１１】 単結晶膜は膜厚が１００μｍ以上であ
る請求項７ないし１０のいずれかに記載の単結晶膜の製
造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06483593A JP3197383B2 (ja) | 1992-03-02 | 1993-03-02 | エピタキシャル成長による薄膜の製造法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7876592 | 1992-03-02 | ||
| JP4-78765 | 1992-03-02 | ||
| JP06483593A JP3197383B2 (ja) | 1992-03-02 | 1993-03-02 | エピタキシャル成長による薄膜の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0692796A true JPH0692796A (ja) | 1994-04-05 |
| JP3197383B2 JP3197383B2 (ja) | 2001-08-13 |
Family
ID=26405947
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06483593A Expired - Lifetime JP3197383B2 (ja) | 1992-03-02 | 1993-03-02 | エピタキシャル成長による薄膜の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3197383B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100437440B1 (ko) * | 2000-03-22 | 2004-06-23 | 티디케이가부시기가이샤 | 자성 석류석 단결정막 및 그 제조 방법, 및 그것을 사용한 패러데이 회전자 |
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| WO2005056887A1 (en) * | 2003-12-11 | 2005-06-23 | Lee, Hun-Su | Method for manufacturing garnet single crystal and garnet single crystal manufactured thereby |
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| JP2012188303A (ja) * | 2011-03-08 | 2012-10-04 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜と光アイソレータ |
| JP2012188302A (ja) * | 2011-03-08 | 2012-10-04 | Sumitomo Metal Mining Co Ltd | ビスマス置換型希土類鉄ガーネット結晶膜と光アイソレータ |
| JP2021098618A (ja) * | 2019-12-20 | 2021-07-01 | 住友金属鉱山株式会社 | ビスマス置換希土類−鉄ガーネット膜の液相エピタキシャル育成方法 |
-
1993
- 1993-03-02 JP JP06483593A patent/JP3197383B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| US6875270B2 (en) | 2000-03-22 | 2005-04-05 | Tdk Corporation | Magnetic garnet single-crystal film and method of producing the same, and Faraday rotator comprising the same |
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| JP2021098618A (ja) * | 2019-12-20 | 2021-07-01 | 住友金属鉱山株式会社 | ビスマス置換希土類−鉄ガーネット膜の液相エピタキシャル育成方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3197383B2 (ja) | 2001-08-13 |
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