JPH08119791A - 基板上に層を形成するための方法及び装置 - Google Patents
基板上に層を形成するための方法及び装置Info
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- JPH08119791A JPH08119791A JP7041218A JP4121895A JPH08119791A JP H08119791 A JPH08119791 A JP H08119791A JP 7041218 A JP7041218 A JP 7041218A JP 4121895 A JP4121895 A JP 4121895A JP H08119791 A JPH08119791 A JP H08119791A
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- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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- C30B19/06—Reaction chambers; Boats for supporting the melt; Substrate holders
- C30B19/064—Rotating sliding boat system
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- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B19/00—Liquid-phase epitaxial-layer growth
- C30B19/02—Liquid-phase epitaxial-layer growth using molten solvents, e.g. flux
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 改善された成長条件で基板上に結晶層を形成
する。 【構成】 層形成材料を含む液７を、被覆すべき基板２
ａの表面上に流す。液の一方の側において層形成材料の
濃度が最高となるように、液の流れの方向に垂直な方向
に層形成材料の濃度勾配を形成する。
する。 【構成】 層形成材料を含む液７を、被覆すべき基板２
ａの表面上に流す。液の一方の側において層形成材料の
濃度が最高となるように、液の流れの方向に垂直な方向
に層形成材料の濃度勾配を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、前記特許請求の範囲
第１項の前提部に記載されたような、基板の表面上に形
成しようとする層の材料を含んだ液体を流動させること
により目的とする層を形成するための方法と形成するた
めの装置に関するものである。より具体的に言えば、こ
の発明は、短結晶、多結晶、アモルファスまたはその他
の基板上に単結晶薄層および多結晶薄層を形成する方法
に関するもので、この場合上記基板は上記の薄層（エピ
タキシャル）と同じ物質または上記の薄層の物質とは異
なる物質から成るものである。
第１項の前提部に記載されたような、基板の表面上に形
成しようとする層の材料を含んだ液体を流動させること
により目的とする層を形成するための方法と形成するた
めの装置に関するものである。より具体的に言えば、こ
の発明は、短結晶、多結晶、アモルファスまたはその他
の基板上に単結晶薄層および多結晶薄層を形成する方法
に関するもので、この場合上記基板は上記の薄層（エピ
タキシャル）と同じ物質または上記の薄層の物質とは異
なる物質から成るものである。
【０００２】
【発明の背景】種々の材料からその薄い結晶層を生成す
ることは数多の用途に関連して非常に重要なことであ
る。半導体技術の分野におけるその様な用途の実例は薄
層の太陽電池（ソーラセル）である。この様な用途およ
びその他多数の用途においては、少数（マイノリティ）
電荷キャリアの寿命（ライフタイム）は長いことを要
し、更に、少なくともその結晶層の厚さに比べてその少
数キャリアの自由行程長が大きいという程度まで長いこ
とを要する。この様な理由で、全体的に欠陥密度の低
い、または電荷キャリアの再結合中心の密度が多い他の
層に比べて上記の様な用途に対し常に優れているという
ことになる。溶液からの液相エピタキシャル法で形成し
た結晶半導体層は、それを適切な条件下で生成したと仮
定すれば、比較的低い欠陥密度を、特に比較的低い電荷
キャリアの再結合中心に持っている。
ることは数多の用途に関連して非常に重要なことであ
る。半導体技術の分野におけるその様な用途の実例は薄
層の太陽電池（ソーラセル）である。この様な用途およ
びその他多数の用途においては、少数（マイノリティ）
電荷キャリアの寿命（ライフタイム）は長いことを要
し、更に、少なくともその結晶層の厚さに比べてその少
数キャリアの自由行程長が大きいという程度まで長いこ
とを要する。この様な理由で、全体的に欠陥密度の低
い、または電荷キャリアの再結合中心の密度が多い他の
層に比べて上記の様な用途に対し常に優れているという
ことになる。溶液からの液相エピタキシャル法で形成し
た結晶半導体層は、それを適切な条件下で生成したと仮
定すれば、比較的低い欠陥密度を、特に比較的低い電荷
キャリアの再結合中心に持っている。
【０００３】一般に、欠陥が非常に少ない高品質の層を
作るには、高級な従って高価な基板を使用することが必
要になる。一方、上記の様な薄層のベース材料として、
その結晶性、体積特性および表面形態学的性質が完全な
ものでない非常に安価な基板を使用することに関心が高
まっている。この様なベース材料上に高品質の結晶層を
形成するために、通常、その結晶層の形成温度を可能な
限り低く維持するように努める。
作るには、高級な従って高価な基板を使用することが必
要になる。一方、上記の様な薄層のベース材料として、
その結晶性、体積特性および表面形態学的性質が完全な
ものでない非常に安価な基板を使用することに関心が高
まっている。この様なベース材料上に高品質の結晶層を
形成するために、通常、その結晶層の形成温度を可能な
限り低く維持するように努める。
【０００４】低い生成温度による利点は、ベース材料と
の不要な相互作用を低減又は除去することができそれに
より高品質の結晶層が得られることで、それは、エネル
ギの節減と共に、その層の再結合中心が非常に少なく、
従って欠陥密度が低いというその層自身の事実によって
明らかにされる。熱力学的な理由によって、成長温度が
高くなれば原子欠陥（アトミック・ディクエクト）の密
度が高くなる。溶液から結晶を成長させるとき、通常
は、その結晶材料の融点より遥かに低い温度で成長操作
を行う。材料の溶液とそれに続く再結晶化に必要な高温
度は、回避される。
の不要な相互作用を低減又は除去することができそれに
より高品質の結晶層が得られることで、それは、エネル
ギの節減と共に、その層の再結合中心が非常に少なく、
従って欠陥密度が低いというその層自身の事実によって
明らかにされる。熱力学的な理由によって、成長温度が
高くなれば原子欠陥（アトミック・ディクエクト）の密
度が高くなる。溶液から結晶を成長させるとき、通常
は、その結晶材料の融点より遥かに低い温度で成長操作
を行う。材料の溶液とそれに続く再結晶化に必要な高温
度は、回避される。
【０００５】しかし、溶液からの結晶成長法を使用する
ときには、時折りその溶液を高度に過飽和（スーパーサ
チュレーション）状態にすることを要する。その溶液の
体積全体が過飽和状態になると、不要な、一様な自然発
生的な核が、その寄生成長現象を伴って、発生する。こ
の様な不所望な核成長は、溶液の不飽和化をもたらし、
意図する結晶化プロセスにとって不都合である。
ときには、時折りその溶液を高度に過飽和（スーパーサ
チュレーション）状態にすることを要する。その溶液の
体積全体が過飽和状態になると、不要な、一様な自然発
生的な核が、その寄生成長現象を伴って、発生する。こ
の様な不所望な核成長は、溶液の不飽和化をもたらし、
意図する結晶化プロセスにとって不都合である。
【０００６】この技術の上記した状態における別の不都
合は、溶液の過飽和状態を一定に維持するためには、成
長装置中である温度差を維持せねばならないことであ
る。
合は、溶液の過飽和状態を一定に維持するためには、成
長装置中である温度差を維持せねばならないことであ
る。
【０００７】従って、この発明の目的は、改善された成
長条件で進めることができる、基板上に結晶層を形成す
る方法を提供することである。この目的は、特許請求の
範囲中の特徴として記載された内容によって達成され
る。その、更に有利な形態は特許請求の範囲のうちの従
属項に開示されている。
長条件で進めることができる、基板上に結晶層を形成す
る方法を提供することである。この目的は、特許請求の
範囲中の特徴として記載された内容によって達成され
る。その、更に有利な形態は特許請求の範囲のうちの従
属項に開示されている。
【０００８】この発明によれば、具体的に次の利点が得
られる。遠心力を巧みに利用することによって、液相か
らの被着（デポジション）工程中、結晶成長の駆動力を
増強することができる。遠心力は、ドイツ国特許出願第
３６０４２６０号「３次元半導体構造を製造するための
液相エピタキシャル法」に記載されている液相エピタキ
シャル成長装置で、溶液を基板上に導きかつ所望の層厚
さが得られた後その層を再び取り除くために使用され
た。この発明の場合には、液体溶液を輸送し位置付けす
るために遠心力を使用するのではなく、詳しく言えば、
結晶成長のための駆動力を増強するために、すなわち、
成長表面における溶液の局部的な過飽和を制御するため
に遠心力を利用するものである。この手法によって、結
晶成長の制御性が大幅に改善される。
られる。遠心力を巧みに利用することによって、液相か
らの被着（デポジション）工程中、結晶成長の駆動力を
増強することができる。遠心力は、ドイツ国特許出願第
３６０４２６０号「３次元半導体構造を製造するための
液相エピタキシャル法」に記載されている液相エピタキ
シャル成長装置で、溶液を基板上に導きかつ所望の層厚
さが得られた後その層を再び取り除くために使用され
た。この発明の場合には、液体溶液を輸送し位置付けす
るために遠心力を使用するのではなく、詳しく言えば、
結晶成長のための駆動力を増強するために、すなわち、
成長表面における溶液の局部的な過飽和を制御するため
に遠心力を利用するものである。この手法によって、結
晶成長の制御性が大幅に改善される。
【０００９】結晶性基板の場合には、これは成長速度を
増加させ得るという積極的な作用を有し、従って低い温
度でも厚い層厚を得ることができる。異質の基板および
非結晶性基板の場合には、高い過飽和とそれによって基
板表面における核発生の可能性の増加と溶液のバルク中
に寄生核発生することが低下することにより成長法が容
易になる。
増加させ得るという積極的な作用を有し、従って低い温
度でも厚い層厚を得ることができる。異質の基板および
非結晶性基板の場合には、高い過飽和とそれによって基
板表面における核発生の可能性の増加と溶液のバルク中
に寄生核発生することが低下することにより成長法が容
易になる。
【００１０】この発明における遠心力の使用により、溶
液の飽和状態をその場で（ｉｎ ｓｉｔｕ）一定に保つ
ことができる。溶液の過飽和状態を一定に保つことは、
更に、等温（ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ）成長装置で行うこ
とができる。
液の飽和状態をその場で（ｉｎ ｓｉｔｕ）一定に保つ
ことができる。溶液の過飽和状態を一定に保つことは、
更に、等温（ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ）成長装置で行うこ
とができる。
【００１１】また別の利点は、表面形態学的性質が完全
でないという様な、低品質の基板の場合の成長作用が改
善されることである。基板表面上では、溶液中における
層形成材料の温度が増加して、その材料を基板に押し付
ける様な圧力を加える。
でないという様な、低品質の基板の場合の成長作用が改
善されることである。基板表面上では、溶液中における
層形成材料の温度が増加して、その材料を基板に押し付
ける様な圧力を加える。
【００１２】この発明による方法は、ガラス或は特に太
陽電池製作用の屋根かわらの様な如何なるベース材料の
上にも、高級な、単結晶又は多結晶の半導体層の成長と
いうような、更に難しい成長プロセスに対しても特別な
利点をもたらすという見込みがある。この発明の方法を
使用すると、ラチスマッチングに欠陥の発生が予測され
るヘテロエピタキシャル法（たとえば、Ｇｅ上にＳｉを
成長させる）にも良い結果をもたらすことが予想され
る。
陽電池製作用の屋根かわらの様な如何なるベース材料の
上にも、高級な、単結晶又は多結晶の半導体層の成長と
いうような、更に難しい成長プロセスに対しても特別な
利点をもたらすという見込みがある。この発明の方法を
使用すると、ラチスマッチングに欠陥の発生が予測され
るヘテロエピタキシャル法（たとえば、Ｇｅ上にＳｉを
成長させる）にも良い結果をもたらすことが予想され
る。
【００１３】
【詳細な説明】以下、図面を参照してこの発明を詳細に
説明する。なお、この説明は本発明の一例であって、こ
の発明は図１に示された実施例の構成および関連説明に
限定されるものではない。
説明する。なお、この説明は本発明の一例であって、こ
の発明は図１に示された実施例の構成および関連説明に
限定されるものではない。
【００１４】この発明の方法を実施するには、遠心力分
離機形式に作られた装置を必要とする。この装置は、図
１に断面図として示された、円筒状対称形をなするつぼ
１０を具え、その円筒中心軸を中心として回転可能に取
り付けられている。この回転のために、るつぼ１０は、
対称軸方向に延びるロータ軸４に強固に結合されてい
る。
離機形式に作られた装置を必要とする。この装置は、図
１に断面図として示された、円筒状対称形をなするつぼ
１０を具え、その円筒中心軸を中心として回転可能に取
り付けられている。この回転のために、るつぼ１０は、
対称軸方向に延びるロータ軸４に強固に結合されてい
る。
【００１５】るつぼ１０は、液状溶融溶液７を収容する
貯槽３を有し、また頂部はふた５で閉じられている。る
つぼ１０は、更に、２重壁式の切頭円錐体を有し、その
内表面および／または外表面１ａ、１ｂには、基板また
は供給パネル２ａ、２ｂを固着することができるように
なっている。この供給パネルの機能については次ぎに説
明する。上記の内側円筒状壁と外側円筒状壁の間の環状
空間の上部は、狭い間隙８を残して、閉じられている。
上記２つの壁の間の空間の下部は、実質的に円筒状対称
形の貯槽３の中に延びている。貯槽３はるつぼ１０と一
体に構成されている。この貯槽３は、それと一体化構成
のるつぼ１０の回転によって基板と溶液とが接触する程
度に、溶液が満たされる。好ましい実施例においてはる
つぼ１０の軸線は垂直である。
貯槽３を有し、また頂部はふた５で閉じられている。る
つぼ１０は、更に、２重壁式の切頭円錐体を有し、その
内表面および／または外表面１ａ、１ｂには、基板また
は供給パネル２ａ、２ｂを固着することができるように
なっている。この供給パネルの機能については次ぎに説
明する。上記の内側円筒状壁と外側円筒状壁の間の環状
空間の上部は、狭い間隙８を残して、閉じられている。
上記２つの壁の間の空間の下部は、実質的に円筒状対称
形の貯槽３の中に延びている。貯槽３はるつぼ１０と一
体に構成されている。この貯槽３は、それと一体化構成
のるつぼ１０の回転によって基板と溶液とが接触する程
度に、溶液が満たされる。好ましい実施例においてはる
つぼ１０の軸線は垂直である。
【００１６】上記とは別の好ましい実施例では、円筒状
体の軸線は、垂線に対し０乃至９０度の角度に予め調整
されるか、可変角度にされている。図１に示された様な
２重壁式の切頭円錐体の代わりに２重壁式の円筒体もる
つぼ１０として使用することができる。双方の壁に取り
付けられた基板の、垂線に対する向きは極めて重要であ
る。るつぼを回転させると、上記２つの壁の間の空間に
ある液体に遠心力と重力が働く。作動時、この遠心力と
重力の合成力（ｒｅｓｕｌｔａｎｔ）は、可能な限り、
基板表面に対し垂直でなければならない。従って、基板
は、内側円筒状壁および外側円筒状壁の向きとは独立
に、遠心力と重力の合成力が基板面に垂直となるような
形に取り付けることができる。また、瞬時ｒｐｍの関数
として基板面の向きに対して可変的に基板を取り付ける
ことができる。
体の軸線は、垂線に対し０乃至９０度の角度に予め調整
されるか、可変角度にされている。図１に示された様な
２重壁式の切頭円錐体の代わりに２重壁式の円筒体もる
つぼ１０として使用することができる。双方の壁に取り
付けられた基板の、垂線に対する向きは極めて重要であ
る。るつぼを回転させると、上記２つの壁の間の空間に
ある液体に遠心力と重力が働く。作動時、この遠心力と
重力の合成力（ｒｅｓｕｌｔａｎｔ）は、可能な限り、
基板表面に対し垂直でなければならない。従って、基板
は、内側円筒状壁および外側円筒状壁の向きとは独立
に、遠心力と重力の合成力が基板面に垂直となるような
形に取り付けることができる。また、瞬時ｒｐｍの関数
として基板面の向きに対して可変的に基板を取り付ける
ことができる。
【００１７】溶媒中に溶解された物質が溶媒よりも軽い
か重いか、あるいは溶媒と溶質の対応する体積に関する
原子重量あるいは分子量が重いか軽いかに従って、基板
は内側円筒状壁あるいは外側円筒状壁（勿論、２重円筒
状空間の内部）に形成される。例えば、ガリウム中のシ
リコンの溶液からシリコン層を形成するために、ガリウ
ムがシリコン層を形成するために、ガリウムがシリコン
よりも重いために、基板は内側壁上に形成される。２重
円筒が回転すると、遠心力（＋重力）の作用の結果とし
て、基板２ａ上を覆う溶液の濃度が高くなる。ｒｐｍに
より、この濃度の上昇により基板２ａとの界面すなわち
成長面の溶液に局部的過飽和を生じさせる。この過濃度
の程度は対応する相ダイアグラムのデータ、幾何学的デ
ータから、さらに回転軸のｒｐｍのような動作データか
ら充分正確に概算することができる。以上の動作により
基板２ａ上に結晶層１１が成長する。
か重いか、あるいは溶媒と溶質の対応する体積に関する
原子重量あるいは分子量が重いか軽いかに従って、基板
は内側円筒状壁あるいは外側円筒状壁（勿論、２重円筒
状空間の内部）に形成される。例えば、ガリウム中のシ
リコンの溶液からシリコン層を形成するために、ガリウ
ムがシリコン層を形成するために、ガリウムがシリコン
よりも重いために、基板は内側壁上に形成される。２重
円筒が回転すると、遠心力（＋重力）の作用の結果とし
て、基板２ａ上を覆う溶液の濃度が高くなる。ｒｐｍに
より、この濃度の上昇により基板２ａとの界面すなわち
成長面の溶液に局部的過飽和を生じさせる。この過濃度
の程度は対応する相ダイアグラムのデータ、幾何学的デ
ータから、さらに回転軸のｒｐｍのような動作データか
ら充分正確に概算することができる。以上の動作により
基板２ａ上に結晶層１１が成長する。
【００１８】ここに示した例では、１０ｇ程度の加速度
（ｇ＝重力加速度）が必要である。いずれの場合も、基
板上に溶液を輸送するために、現在の技術による方法に
対して充分と考えられる加速度よりも高い遠心加速度を
選択する必要がある。
（ｇ＝重力加速度）が必要である。いずれの場合も、基
板上に溶液を輸送するために、現在の技術による方法に
対して充分と考えられる加速度よりも高い遠心加速度を
選択する必要がある。
【００１９】このことを再度図２に概略的に示す。部分
断面で示すこの曲線は、ω＝０及びω＞０（ωは坩堝の
角速度）における円筒（シリンダ）の軸の半径の関数と
してＧａ溶液中のＳｉ原子の相対濃度σｒｅｌを再現し
たものである。
断面で示すこの曲線は、ω＝０及びω＞０（ωは坩堝の
角速度）における円筒（シリンダ）の軸の半径の関数と
してＧａ溶液中のＳｉ原子の相対濃度σｒｅｌを再現し
たものである。
【００２０】結晶層１１の被着（デポジション）の終了
時に、るつぼのｒｐｍは高くされる。同時に、溶液は結
晶層の表面から引き離され、狭い間隙（ギャップ）８を
通って外側上方へ流れ、内部空間６に入る。るつぼ１０
は減速されると、溶液はそこから開孔９を通って貯蔵３
の下部に戻る。
時に、るつぼのｒｐｍは高くされる。同時に、溶液は結
晶層の表面から引き離され、狭い間隙（ギャップ）８を
通って外側上方へ流れ、内部空間６に入る。るつぼ１０
は減速されると、溶液はそこから開孔９を通って貯蔵３
の下部に戻る。
【００２１】異質の基板上に高品位の結晶層を被着させ
るときは、多くの場合、核発生の障壁を解決しなければ
ならない。これらの核発生の障壁は、基板表面上の遠心
力の作用によって発生される溶液の過飽和を増大させる
ことによって解決することができる。溶液全体中で核に
必要となる体操する過飽和は溶液中に核が生じるように
なり、その結果、核が成長し続けて溶液を非飽和状態に
し、異なる基板上に所望の付着が生じるのを防止するこ
とができる。
るときは、多くの場合、核発生の障壁を解決しなければ
ならない。これらの核発生の障壁は、基板表面上の遠心
力の作用によって発生される溶液の過飽和を増大させる
ことによって解決することができる。溶液全体中で核に
必要となる体操する過飽和は溶液中に核が生じるように
なり、その結果、核が成長し続けて溶液を非飽和状態に
し、異なる基板上に所望の付着が生じるのを防止するこ
とができる。
【００２２】基板の表面が滑らかでないが、例えば、あ
る程度粗く、細孔がある場合は、ｒｐｍが充分に大であ
れば遠心分離機を用いて層を形成するように作用する溶
解した物質を得ることができ、液の表面張力が高くて
も、圧力をかけることにより、基板表面における細かい
空洞に侵入し、体積を元に戻す（リバウンド）。溶解し
た物質が基板に押し込まれる圧力は遠心分離機のｒｐｍ
によって調整することができ、上に述べたように表面に
おける濃度が高くなったために、基板表面における溶解
した物質の好ましい被着が得られる。基板表面における
この好ましい被着によって、結晶物質に寄って充填され
るベース材料の体積および空洞を元に戻す（リバウンド
する）ことができる。その結果、付着が継続し、適正な
状態の下で形成される付着性結合に加えてベース材料と
積極的に接続されたコヒーレントな結晶層が形成され
る。
る程度粗く、細孔がある場合は、ｒｐｍが充分に大であ
れば遠心分離機を用いて層を形成するように作用する溶
解した物質を得ることができ、液の表面張力が高くて
も、圧力をかけることにより、基板表面における細かい
空洞に侵入し、体積を元に戻す（リバウンド）。溶解し
た物質が基板に押し込まれる圧力は遠心分離機のｒｐｍ
によって調整することができ、上に述べたように表面に
おける濃度が高くなったために、基板表面における溶解
した物質の好ましい被着が得られる。基板表面における
この好ましい被着によって、結晶物質に寄って充填され
るベース材料の体積および空洞を元に戻す（リバウンド
する）ことができる。その結果、付着が継続し、適正な
状態の下で形成される付着性結合に加えてベース材料と
積極的に接続されたコヒーレントな結晶層が形成され
る。
【００２３】ベース材料（あるいは基板）が２重円筒の
例えば位置２ａに設置され、被付着物質の供給パネルが
２重シリンダ中の例えば位置２ｂに取り付けられ、装置
が前述の濃度勾配（図２）を接続することを意図してい
るので、回転容器内の溶液中の特に軽い分子は基板上に
被着され、一方物質が位置２ｂの供給パネルから溶解す
る。溶解した物質の濃度勾配の結果として、物質が溶解
する供給パネルから物質が基板あるいはベース材料へ向
かう方向に連続的にいどうして、溶解した物質が結晶層
として被着される。この移動は装置が完全に等温である
ときも生じる。
例えば位置２ａに設置され、被付着物質の供給パネルが
２重シリンダ中の例えば位置２ｂに取り付けられ、装置
が前述の濃度勾配（図２）を接続することを意図してい
るので、回転容器内の溶液中の特に軽い分子は基板上に
被着され、一方物質が位置２ｂの供給パネルから溶解す
る。溶解した物質の濃度勾配の結果として、物質が溶解
する供給パネルから物質が基板あるいはベース材料へ向
かう方向に連続的にいどうして、溶解した物質が結晶層
として被着される。この移動は装置が完全に等温である
ときも生じる。
【００２４】この方法に対しては、ベース材料と結晶層
を付着するための供給パネルとの缶の温度差を生成する
ために、あるいは温度差を維持するために基板の輸送を
必要としない。成長層の開始から予定の終了まで結晶層
は完全に等温的に成長する。このことは、所望の結晶層
の成長前面は勿論のこと、反対側の供給基板（供給パネ
ル）の溶解面は成長の全成長期間中を通じて同じ温度を
保つことができる。このようにして、一様な特性をもっ
た結晶物質を得ることができる。材料の溶液から特に厚
い均質の層を成長させることは、相ダイヤグラムが複雑
なときは上述の等温被着により嘉納になり、あるいは相
当に容易になる。
を付着するための供給パネルとの缶の温度差を生成する
ために、あるいは温度差を維持するために基板の輸送を
必要としない。成長層の開始から予定の終了まで結晶層
は完全に等温的に成長する。このことは、所望の結晶層
の成長前面は勿論のこと、反対側の供給基板（供給パネ
ル）の溶解面は成長の全成長期間中を通じて同じ温度を
保つことができる。このようにして、一様な特性をもっ
た結晶物質を得ることができる。材料の溶液から特に厚
い均質の層を成長させることは、相ダイヤグラムが複雑
なときは上述の等温被着により嘉納になり、あるいは相
当に容易になる。
【００２５】基板の供給源が存在するときは、溶液の飽
和の状態は一定に維持されるので、溶解度が概して低い
低温においても、特に厚く且つ結晶性の一様な層を被着
させることができる。結晶層の厚みは、特定の温度にお
ける溶液中の物質の量によって制限されることはない。
和の状態は一定に維持されるので、溶解度が概して低い
低温においても、特に厚く且つ結晶性の一様な層を被着
させることができる。結晶層の厚みは、特定の温度にお
ける溶液中の物質の量によって制限されることはない。
【００２６】しかしながら、供給パネルから基板の方向
への物質の輸送による飽和状態の維持は、供給パネル２
ｂと基板２ａとの間にさらに温度差を与えるという事実
によって一層増強することができる。
への物質の輸送による飽和状態の維持は、供給パネル２
ｂと基板２ａとの間にさらに温度差を与えるという事実
によって一層増強することができる。
【００２７】先ず、ベース材料としての金属「基板」上
に多結晶層を形成するための被着を行うために、顕微鏡
的に滑らかな面を有するモールドを用いる。この滑らか
な面は、例えば、所謂「光捕獲」型の太陽電池（太陽電
池に入射する光及び反射される光をより有効に利用する
太陽電池）を作るためのものである場合には、適当な方
法により種々の形状にすることが出来る。但し、結晶材
料はモールドの表面に付着してはならない。このような
モールド用の材料としては、例えば、幾つかのタイプの
グラファイトを用いることができる。上述したように、
この種のモールド上に、結晶層を被着した後、金属溶媒
のフィルムを、形成された結晶層の表面上で固化するよ
うにする。結晶層上に凝固させる金属フィルムの厚さ
は、形成される金属と結晶材料からなる２重層が自ら支
持しうる（セルフサポーティング）ことが出来るような
厚さに選択することが出来、また、調整することが出来
る。このようにして形成した２重層を、この段階で、モ
ールドから剥離させる（リフトする）れば、金属ベース
材料、即ち、「基板」上に所要の結晶フィルムが形成さ
れた構成が得られる。
に多結晶層を形成するための被着を行うために、顕微鏡
的に滑らかな面を有するモールドを用いる。この滑らか
な面は、例えば、所謂「光捕獲」型の太陽電池（太陽電
池に入射する光及び反射される光をより有効に利用する
太陽電池）を作るためのものである場合には、適当な方
法により種々の形状にすることが出来る。但し、結晶材
料はモールドの表面に付着してはならない。このような
モールド用の材料としては、例えば、幾つかのタイプの
グラファイトを用いることができる。上述したように、
この種のモールド上に、結晶層を被着した後、金属溶媒
のフィルムを、形成された結晶層の表面上で固化するよ
うにする。結晶層上に凝固させる金属フィルムの厚さ
は、形成される金属と結晶材料からなる２重層が自ら支
持しうる（セルフサポーティング）ことが出来るような
厚さに選択することが出来、また、調整することが出来
る。このようにして形成した２重層を、この段階で、モ
ールドから剥離させる（リフトする）れば、金属ベース
材料、即ち、「基板」上に所要の結晶フィルムが形成さ
れた構成が得られる。
【００２８】例えば、被着された結晶層が半導体材料で
構成されている場合には、このようにして得られた構造
は、多くの用途、特に、太陽電池に要求される、高品質
の平坦な（プレーナ）金属−半導体接触を提供する。
構成されている場合には、このようにして得られた構造
は、多くの用途、特に、太陽電池に要求される、高品質
の平坦な（プレーナ）金属−半導体接触を提供する。
【００２９】従来例に示されているように、遠心分離機
を用いた場合には、結晶層をエピタキシャル「ドープさ
れたマルチレーヤ（多重層）（ｄｏｐｅｄ ｍｕｌｔｉ
ｌａｙｅｒｓ）」の形で、あるいは、組成的に異なる
「ヘテロエピタキシャル（ｈｅｔｅｒｏｅｐｉｔａｘｉ
ａｌ）マルチレーヤ」の形で被着させることが出来る。
このようなマルチレーヤは、自動化した装置を用いて、
単一のエピタキシャル工程で被着することが出来る。用
いる材料及びプロセスについて、適切なパラメータを選
択すれば、例えば、太陽電池に必要な構造素子、即ち、
太陽電池の機能に必須の部分を、単一のエピタキシャル
処理工程で形成することが出来る。
を用いた場合には、結晶層をエピタキシャル「ドープさ
れたマルチレーヤ（多重層）（ｄｏｐｅｄ ｍｕｌｔｉ
ｌａｙｅｒｓ）」の形で、あるいは、組成的に異なる
「ヘテロエピタキシャル（ｈｅｔｅｒｏｅｐｉｔａｘｉ
ａｌ）マルチレーヤ」の形で被着させることが出来る。
このようなマルチレーヤは、自動化した装置を用いて、
単一のエピタキシャル工程で被着することが出来る。用
いる材料及びプロセスについて、適切なパラメータを選
択すれば、例えば、太陽電池に必要な構造素子、即ち、
太陽電池の機能に必須の部分を、単一のエピタキシャル
処理工程で形成することが出来る。
【００３０】前述したように、溶融体から形成した結晶
性基板材料を用いる必要がないということは、この方法
の利点の１つである。更に、結晶層を形成する間中、被
着される結晶材料の溶融温度よりも相当低い温度を用い
ることが出来る。また、上述した装置を用いると、従来
の一般的な拡散法、これは、当然のことながら、非常に
高い温度で行う必要があり、また、ｐ−ｎトランジスタ
のような層構造の製造に用いられる方法であるが、この
拡散法が完全に不要となる。それに代わって、上述した
方法により、例えば、ｐ−ｎ層のような結晶性多重層
を、自動化した装置を用いて、低い温度で単一のエピタ
キシャル工程で形成することができる。
性基板材料を用いる必要がないということは、この方法
の利点の１つである。更に、結晶層を形成する間中、被
着される結晶材料の溶融温度よりも相当低い温度を用い
ることが出来る。また、上述した装置を用いると、従来
の一般的な拡散法、これは、当然のことながら、非常に
高い温度で行う必要があり、また、ｐ−ｎトランジスタ
のような層構造の製造に用いられる方法であるが、この
拡散法が完全に不要となる。それに代わって、上述した
方法により、例えば、ｐ−ｎ層のような結晶性多重層
を、自動化した装置を用いて、低い温度で単一のエピタ
キシャル工程で形成することができる。
【図１】この発明の方法を実施するための１実施例の、
概略断面図である。
概略断面図である。
【図２】層の形成に用いる溶液における材料、例えば、
ガリウム（Ｇａ）中のシリコン（Ｓｉ）、の濃度勾配の
形成を説明するための図である。
ガリウム（Ｇａ）中のシリコン（Ｓｉ）、の濃度勾配の
形成を説明するための図である。
１ａ 円筒状対称形状内面 １ｂ 円筒状対称形状外面 ２ａ 基板 ２ｂ 供給パネル ３ 液貯留部 ４ 軸 ７ 液 １０ るつぼ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成７年４月２０日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 基板上に層を形成するための方法及び
装置
装置
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、前記特許請求の範囲
第１項の前提部に記載されたような、基板の表面上に形
成しようとする層の材料を含んだ液体を流動させること
により目的とする層を形成するための方法と形成するた
めの装置に関するものである。より具体的に言えば、こ
の発明は、単結晶、多結晶、アモルファスまたはその他
の基板上に単結晶薄層および多結晶薄層を形成する方法
に関するもので、この場合上記基板は上記の薄層（エピ
タキシャル）と同じ物質または上記の薄層の物質とは異
なる物質から成るものである。
第１項の前提部に記載されたような、基板の表面上に形
成しようとする層の材料を含んだ液体を流動させること
により目的とする層を形成するための方法と形成するた
めの装置に関するものである。より具体的に言えば、こ
の発明は、単結晶、多結晶、アモルファスまたはその他
の基板上に単結晶薄層および多結晶薄層を形成する方法
に関するもので、この場合上記基板は上記の薄層（エピ
タキシャル）と同じ物質または上記の薄層の物質とは異
なる物質から成るものである。
【０００２】
【発明の背景】種々の材料からその薄い結晶層を生成す
ることは数多の用途に関連して非常に重要なことであ
る。半導体技術の分野におけるその様な用途の実例は薄
層の太陽電池（ソーラセル）である。この様な用途およ
びその他多数の用途においては、少数（マイノリティ）
電荷キャリアの寿命（ライフタイム）は長いことを要
し、更に、少なくともその結晶層の厚さに比べてその少
数キャリアの自由行程長が大きいという程度まで長いこ
とを要する。この様な理由で、全体的に欠陥密度の低
い、または電荷キャリアの再結合中心の密度が低い層
は、再結合中心の密度が高い他の層に比べて上記の様な
用途に対し常に優れているということになる。溶液から
の液相エピタキシャル法で形成した結晶半導体層は、そ
れを適切な条件下で生成したと仮定すれば、比較的低い
欠陥密度を、特に比較的低い電荷キャリアの再結合中心
に持っている。
ることは数多の用途に関連して非常に重要なことであ
る。半導体技術の分野におけるその様な用途の実例は薄
層の太陽電池（ソーラセル）である。この様な用途およ
びその他多数の用途においては、少数（マイノリティ）
電荷キャリアの寿命（ライフタイム）は長いことを要
し、更に、少なくともその結晶層の厚さに比べてその少
数キャリアの自由行程長が大きいという程度まで長いこ
とを要する。この様な理由で、全体的に欠陥密度の低
い、または電荷キャリアの再結合中心の密度が低い層
は、再結合中心の密度が高い他の層に比べて上記の様な
用途に対し常に優れているということになる。溶液から
の液相エピタキシャル法で形成した結晶半導体層は、そ
れを適切な条件下で生成したと仮定すれば、比較的低い
欠陥密度を、特に比較的低い電荷キャリアの再結合中心
に持っている。
【０００３】一般に、欠陥が非常に少ない高品質の層を
作るには、高級な従って高価な基板を使用することが必
要になる。一方、上記の様な薄層のベース材料として、
その結晶性、体積特性および表面形態学的性質が完全な
ものでない非常に安価な基板を使用することに関心が高
まっている。この様なベース材料上に高品質の結晶層を
形成するために、通常、その結晶層の形成温度を可能な
限り低く維持するように努める。
作るには、高級な従って高価な基板を使用することが必
要になる。一方、上記の様な薄層のベース材料として、
その結晶性、体積特性および表面形態学的性質が完全な
ものでない非常に安価な基板を使用することに関心が高
まっている。この様なベース材料上に高品質の結晶層を
形成するために、通常、その結晶層の形成温度を可能な
限り低く維持するように努める。
【０００４】低い生成温度による利点は、ベース材料と
の不要な相互作用を低減又は除去することができそれに
より高品質の結晶層が得られることで、それは、エネル
ギの節減と共に、その層の再結合中心が非常に少なく、
従って欠陥密度が低いというその層自身の事実によって
明らかにされる。熱力学的な理由によって、成長温度が
高くなれば原子欠陥（アトミック・ディクエクト）の密
度が高くなる。溶液から結晶を成長させるとき、通常
は、その結晶材料の融点より遥かに低い温度で成長操作
を行う。材料の溶融とそれに続く再結晶化に必要な高温
度は、回避される。
の不要な相互作用を低減又は除去することができそれに
より高品質の結晶層が得られることで、それは、エネル
ギの節減と共に、その層の再結合中心が非常に少なく、
従って欠陥密度が低いというその層自身の事実によって
明らかにされる。熱力学的な理由によって、成長温度が
高くなれば原子欠陥（アトミック・ディクエクト）の密
度が高くなる。溶液から結晶を成長させるとき、通常
は、その結晶材料の融点より遥かに低い温度で成長操作
を行う。材料の溶融とそれに続く再結晶化に必要な高温
度は、回避される。
【０００５】しかし、溶液からの結晶成長法を使用する
ときには、時折りその溶液を高度に過飽和（スーパーサ
チュレーション）状態にすることを要する。その溶液の
体積全体が過飽和状態になると、不要な、一様な自然発
生的な核が、その寄生成長現象を伴って、発生する。こ
の様な不所望な核成長は、溶液の不飽和化をもたらし、
意図する結晶化プロセスにとって不都合である。
ときには、時折りその溶液を高度に過飽和（スーパーサ
チュレーション）状態にすることを要する。その溶液の
体積全体が過飽和状態になると、不要な、一様な自然発
生的な核が、その寄生成長現象を伴って、発生する。こ
の様な不所望な核成長は、溶液の不飽和化をもたらし、
意図する結晶化プロセスにとって不都合である。
【０００６】この技術の上記した状態における別の不都
合は、溶液の過飽和状態を一定に維持するためには、成
長装置中である温度差を維持せねばならないことであ
る。
合は、溶液の過飽和状態を一定に維持するためには、成
長装置中である温度差を維持せねばならないことであ
る。
【０００７】従って、この発明の目的は、改善された成
長条件で進めることができる、基板上に結晶層を形成す
る方法を提供することである。この目的は、特許請求の
範囲中の特徴として記載された内容によって達成され
る。その、更に有利な形態は特許請求の範囲のうちの従
属項に開示されている。
長条件で進めることができる、基板上に結晶層を形成す
る方法を提供することである。この目的は、特許請求の
範囲中の特徴として記載された内容によって達成され
る。その、更に有利な形態は特許請求の範囲のうちの従
属項に開示されている。
【０００８】この発明によれば、具体的に次の利点が得
られる。遠心力を巧みに利用することによって、液相か
らの被着（デポジション）工程中、結晶成長の駆動力を
増強することができる。遠心力は、ドイツ国特許出願第
３６０４２６０号「３次元半導体構造を製造するための
液相エピタキシャル法」に記載されている液相エピタキ
シャル成長装置で、溶液を基板上に導きかつ所望の層厚
さが得られた後その層を再び取り除くために使用され
た。この発明の場合には、液体溶液を輸送し位置付けす
るために遠心力を使用するのではなく、詳しく言えば、
結晶成長のための駆動力を増強するために、すなわち、
成長表面における溶液の局部的な過飽和を制御するため
に遠心力を利用するものである。この手法によって、結
晶成長の制御性が大幅に改善される。
られる。遠心力を巧みに利用することによって、液相か
らの被着（デポジション）工程中、結晶成長の駆動力を
増強することができる。遠心力は、ドイツ国特許出願第
３６０４２６０号「３次元半導体構造を製造するための
液相エピタキシャル法」に記載されている液相エピタキ
シャル成長装置で、溶液を基板上に導きかつ所望の層厚
さが得られた後その層を再び取り除くために使用され
た。この発明の場合には、液体溶液を輸送し位置付けす
るために遠心力を使用するのではなく、詳しく言えば、
結晶成長のための駆動力を増強するために、すなわち、
成長表面における溶液の局部的な過飽和を制御するため
に遠心力を利用するものである。この手法によって、結
晶成長の制御性が大幅に改善される。
【０００９】結晶性基板の場合には、これは成長速度を
増加させ得るという積極的な作用を有し、従って低い温
度でも厚い層厚を得ることができる。異質の基板および
非結晶性基板の場合には、高い過飽和とそれによって基
板表面における核発生の可能性の増加と溶液のバルク中
に寄生核の発生することが低下することにより成長プロ
セスが容易になる。
増加させ得るという積極的な作用を有し、従って低い温
度でも厚い層厚を得ることができる。異質の基板および
非結晶性基板の場合には、高い過飽和とそれによって基
板表面における核発生の可能性の増加と溶液のバルク中
に寄生核の発生することが低下することにより成長プロ
セスが容易になる。
【００１０】この発明における遠心力の使用により、溶
液の飽和状態をその場で（ｉｎ ｓｉｔｕ）一定に保つ
ことができる。溶液の過飽和状態を一定に保つことは、
更に、等温（ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ）成長装置で行うこ
とができる。
液の飽和状態をその場で（ｉｎ ｓｉｔｕ）一定に保つ
ことができる。溶液の過飽和状態を一定に保つことは、
更に、等温（ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ）成長装置で行うこ
とができる。
【００１１】また別の利点は、表面形態学的性質が完全
でないという様な、低品質の基板の場合の成長作用が改
善されることである。基板表面上では、溶液中における
層形成材料の濃度が増加して、その材料を基板に押し付
ける様な圧力を加える。
でないという様な、低品質の基板の場合の成長作用が改
善されることである。基板表面上では、溶液中における
層形成材料の濃度が増加して、その材料を基板に押し付
ける様な圧力を加える。
【００１２】この発明による方法は、ガラス或は特に太
陽電池製作用の屋根かわらの様な如何なるベース材料の
上にも、高級な、単結晶又は多結晶の半導体層の成長と
いうような、更に難しい成長プロセスに対しても特別な
利点をもたらすという見込みがある。この発明の方法を
使用すると、ラチスマッチングに欠陥の発生が予測され
るヘテロエピタキシャル法（たとえば、Ｇｅ上にＳｉを
成長させる）にも良い結果をもたらすことが予想され
る。
陽電池製作用の屋根かわらの様な如何なるベース材料の
上にも、高級な、単結晶又は多結晶の半導体層の成長と
いうような、更に難しい成長プロセスに対しても特別な
利点をもたらすという見込みがある。この発明の方法を
使用すると、ラチスマッチングに欠陥の発生が予測され
るヘテロエピタキシャル法（たとえば、Ｇｅ上にＳｉを
成長させる）にも良い結果をもたらすことが予想され
る。
【００１３】
【詳細な説明】以下、図面を参照してこの発明を詳細に
説明する。なお、この説明は本発明の一例であって、こ
の発明は図１に示された実施例の構成および関連説明に
限定されるものではない。
説明する。なお、この説明は本発明の一例であって、こ
の発明は図１に示された実施例の構成および関連説明に
限定されるものではない。
【００１４】この発明の方法を実施するには、遠心力分
離機形式に作られた装置を必要とする。この装置は、図
１に断面図として示された、円筒状対称形をなするつぼ
１０を具え、その円筒中心軸を中心として回転可能に取
り付けられている。この回転のために、るつぼ１０は、
対称軸方向に延びるロータ軸４に強固に結合されてい
る。
離機形式に作られた装置を必要とする。この装置は、図
１に断面図として示された、円筒状対称形をなするつぼ
１０を具え、その円筒中心軸を中心として回転可能に取
り付けられている。この回転のために、るつぼ１０は、
対称軸方向に延びるロータ軸４に強固に結合されてい
る。
【００１５】るつぼ１０は、液状溶融溶液７を収容する
貯槽３を有し、また頂部はふた５で閉じられている。る
つぼ１０は、更に、２重壁式の切頭円錐体を有し、その
内表面および／または外表面１ａ、１ｂには、基板また
は供給パネル２ａ、２ｂを固着することができるように
なっている。この供給パネルの機能については次ぎに説
明する。上記の内側円筒状壁と外側円筒状壁の間の環状
空間の上部は、狭い間隙８を残して、閉じられている。
上記２つの壁の間の空間の下部は、実質的に円筒状対称
形の貯槽３の中に延びている。貯槽３はるつぼ１０と一
体に構成されている。この貯槽３は、それと一体化構成
のるつぼ１０の回転によって基板と溶液とが接触する程
度に、溶液が満たされる。好ましい実施例においてはる
つぼ１０の軸線は垂直である。
貯槽３を有し、また頂部はふた５で閉じられている。る
つぼ１０は、更に、２重壁式の切頭円錐体を有し、その
内表面および／または外表面１ａ、１ｂには、基板また
は供給パネル２ａ、２ｂを固着することができるように
なっている。この供給パネルの機能については次ぎに説
明する。上記の内側円筒状壁と外側円筒状壁の間の環状
空間の上部は、狭い間隙８を残して、閉じられている。
上記２つの壁の間の空間の下部は、実質的に円筒状対称
形の貯槽３の中に延びている。貯槽３はるつぼ１０と一
体に構成されている。この貯槽３は、それと一体化構成
のるつぼ１０の回転によって基板と溶液とが接触する程
度に、溶液が満たされる。好ましい実施例においてはる
つぼ１０の軸線は垂直である。
【００１６】上記とは別の好ましい実施例では、円筒状
体の軸線は、垂線に対し０乃至９０度の角度に予め調整
されるか、可変角度にされている。図１に示された様な
２重壁式の切頭円錐体の代わりに２重壁式の円筒体もる
つぼ１０として使用することができる。双方の壁に取り
付けられた基板の、垂線に対する向きは極めて重要であ
る。るつぼを回転させると、上記２つの壁の間の空間に
ある液体に遠心力と重力が働く。作動時、この遠心力と
重力の合成力（ｒｅｓｕｌｔａｎｔ）は、可能な限り、
基板表面に対し垂直でなければならない。従って、基板
は、内側円筒状壁および外側円筒状壁の向きとは独立
に、遠心力と重力の合成力が基板面に垂直となるような
形に取り付けることができる。また、瞬時ｒｐｍの関数
として基板面の向きに対して可変的に基板を取り付ける
ことができる。
体の軸線は、垂線に対し０乃至９０度の角度に予め調整
されるか、可変角度にされている。図１に示された様な
２重壁式の切頭円錐体の代わりに２重壁式の円筒体もる
つぼ１０として使用することができる。双方の壁に取り
付けられた基板の、垂線に対する向きは極めて重要であ
る。るつぼを回転させると、上記２つの壁の間の空間に
ある液体に遠心力と重力が働く。作動時、この遠心力と
重力の合成力（ｒｅｓｕｌｔａｎｔ）は、可能な限り、
基板表面に対し垂直でなければならない。従って、基板
は、内側円筒状壁および外側円筒状壁の向きとは独立
に、遠心力と重力の合成力が基板面に垂直となるような
形に取り付けることができる。また、瞬時ｒｐｍの関数
として基板面の向きに対して可変的に基板を取り付ける
ことができる。
【００１７】溶媒中に溶解された物質が溶媒よりも軽い
か重いか、あるいは溶媒と溶質の対応する体積に関する
原子重量あるいは分子量が重いか軽いかに従って、基板
は内側円筒状壁あるいは外側円筒状壁（勿論、２重円筒
状空間の内部）に取り付けられる。例えば、ガリウム中
のシリコンの溶液からシリコン層を形成するためには、
ガリウムがシリコンよりも重いために、基板は内側壁上
に取り付けられる。２重円筒が回転すると、遠心力（＋
重力）の作用の結果として、基板２ａ上を覆う溶液の濃
度が高くなる。ｒｐｍに応じて、この濃度の上昇により
基板２ａとの界面すなわち成長面の溶液に局部的過飽和
が生じる。この過飽和の程度は、対応する相ダイアグラ
ムのデータから、幾何学的データから、さらに回転軸の
ｒｐｍのような動作データから充分正確に算定すること
ができる。以上の動作により基板２ａ上に結晶層１１が
成長する。
か重いか、あるいは溶媒と溶質の対応する体積に関する
原子重量あるいは分子量が重いか軽いかに従って、基板
は内側円筒状壁あるいは外側円筒状壁（勿論、２重円筒
状空間の内部）に取り付けられる。例えば、ガリウム中
のシリコンの溶液からシリコン層を形成するためには、
ガリウムがシリコンよりも重いために、基板は内側壁上
に取り付けられる。２重円筒が回転すると、遠心力（＋
重力）の作用の結果として、基板２ａ上を覆う溶液の濃
度が高くなる。ｒｐｍに応じて、この濃度の上昇により
基板２ａとの界面すなわち成長面の溶液に局部的過飽和
が生じる。この過飽和の程度は、対応する相ダイアグラ
ムのデータから、幾何学的データから、さらに回転軸の
ｒｐｍのような動作データから充分正確に算定すること
ができる。以上の動作により基板２ａ上に結晶層１１が
成長する。
【００１８】ここに示した例では、１０ｇ程度の加速度
（ｇ＝重力加速度）が必要である。いずれの場合も、基
板上に溶液を輸送するために、現在の技術による方法に
対して充分と考えられる加速度よりも高い遠心加速度を
選択する必要がある。
（ｇ＝重力加速度）が必要である。いずれの場合も、基
板上に溶液を輸送するために、現在の技術による方法に
対して充分と考えられる加速度よりも高い遠心加速度を
選択する必要がある。
【００１９】このことを再度図２に概略的に示す。部分
断面で示すこの曲線は、ω＝０及びω＞０（ωは坩堝の
角速度）における円筒（シリンダ）の軸方向半径の関数
としてＧａ溶液中のＳｉ原子の相対濃度σｒｅｌを再現
したものである。
断面で示すこの曲線は、ω＝０及びω＞０（ωは坩堝の
角速度）における円筒（シリンダ）の軸方向半径の関数
としてＧａ溶液中のＳｉ原子の相対濃度σｒｅｌを再現
したものである。
【００２０】結晶層１１の被着（デポジション）の終了
時に、るつぼのｒｐｍは高くされる。同時に、溶液は結
晶層の表面から引き離され、狭い間隙（ギャップ）８を
通って外側上方へ流れ、内部空間６に入る。るつぼ１０
は減速されると、溶液はそこから開孔９を通って貯蔵３
の下部に戻る。
時に、るつぼのｒｐｍは高くされる。同時に、溶液は結
晶層の表面から引き離され、狭い間隙（ギャップ）８を
通って外側上方へ流れ、内部空間６に入る。るつぼ１０
は減速されると、溶液はそこから開孔９を通って貯蔵３
の下部に戻る。
【００２１】異質の基板上に高品位の結晶層を被着させ
るときは、多くの場合、核発生の障壁を解決しなければ
ならない。これらの核発生の障壁は、基板表面上の遠心
力の作用によって発生される溶液の過飽和の増大によっ
て解決することができる。溶液全体中で核発生に必要と
なる対応する過飽和により、溶液中に核が生じるように
なり、その結果、核が成長し続けて溶液を非飽和状態に
し、異なる基板上に所望の付着が生じるのを防止するこ
とができる。
るときは、多くの場合、核発生の障壁を解決しなければ
ならない。これらの核発生の障壁は、基板表面上の遠心
力の作用によって発生される溶液の過飽和の増大によっ
て解決することができる。溶液全体中で核発生に必要と
なる対応する過飽和により、溶液中に核が生じるように
なり、その結果、核が成長し続けて溶液を非飽和状態に
し、異なる基板上に所望の付着が生じるのを防止するこ
とができる。
【００２２】基板の表面が滑らかでないが、例えば、あ
る程度粗く、細孔がある場合は、ｒｐｍが充分に大であ
れば、遠心分離機中で、層を形成するように作用する溶
解した物質を、たとえその液の表面張力が高くても、圧
力により、基板表面における細かい空洞に侵入させ、体
積を元に戻す（リバウンド）ことができる。溶解した物
質が基板に押し込まれる圧力は遠心分離機のｒｐｍによ
って調整することができ、上に述べたように表面におけ
る濃度が高くなったために、基板表面における溶解した
物質の好ましい被着が得られる。基板表面におけるこの
好ましい被着によって、結晶物質によって充填されるベ
ース材料の体積および空洞を元に戻す（リバウンドす
る）ことができる。その結果、付着が継続し、適正な状
態の下で形成される付着性結合に加えてベース材料と積
極的に接続されたコヒーレントな結晶層が形成される。
る程度粗く、細孔がある場合は、ｒｐｍが充分に大であ
れば、遠心分離機中で、層を形成するように作用する溶
解した物質を、たとえその液の表面張力が高くても、圧
力により、基板表面における細かい空洞に侵入させ、体
積を元に戻す（リバウンド）ことができる。溶解した物
質が基板に押し込まれる圧力は遠心分離機のｒｐｍによ
って調整することができ、上に述べたように表面におけ
る濃度が高くなったために、基板表面における溶解した
物質の好ましい被着が得られる。基板表面におけるこの
好ましい被着によって、結晶物質によって充填されるベ
ース材料の体積および空洞を元に戻す（リバウンドす
る）ことができる。その結果、付着が継続し、適正な状
態の下で形成される付着性結合に加えてベース材料と積
極的に接続されたコヒーレントな結晶層が形成される。
【００２３】ベース材料（あるいは基板）が２重円筒の
例えば位置２ａに設置され、被付着物質の供給パネルが
２重シリンダ中の例えば位置２ｂに取り付けられている
と、この装置は前述の濃度勾配（図２）を維持しようと
するので、回転容器内の溶液中の特に軽い分子は基板上
に被着され、一方上記被付着物質は位置２ｂの供給パネ
ルから溶解する。溶解した物質の濃度勾配の結果とし
て、物質が溶解する供給パネルから物質が基板あるいは
ベース材料へ向かう方向に連続的に移動して、溶解した
物質が結晶層として被着される。この移動は装置が完全
に等温であるときも生じる。
例えば位置２ａに設置され、被付着物質の供給パネルが
２重シリンダ中の例えば位置２ｂに取り付けられている
と、この装置は前述の濃度勾配（図２）を維持しようと
するので、回転容器内の溶液中の特に軽い分子は基板上
に被着され、一方上記被付着物質は位置２ｂの供給パネ
ルから溶解する。溶解した物質の濃度勾配の結果とし
て、物質が溶解する供給パネルから物質が基板あるいは
ベース材料へ向かう方向に連続的に移動して、溶解した
物質が結晶層として被着される。この移動は装置が完全
に等温であるときも生じる。
【００２４】この方法に対しては、ベース材料と結晶層
を付着するための供給パネルとの間の温度差を生成する
ために、あるいはこの温度差を維持するために基板の移
動を必要としない。成長層の開始から予定の終了まで結
晶層は完全に等温的に成長する。このことは、所望の結
晶層の成長前面は勿論のこと、反対側の供給基板（供給
パネル）の溶解面は成長の全成長期間中を通じて同じ温
度を保つことができる。このようにして、一様な特性を
もった結晶物質を得ることができる。材料の溶液から特
に厚い均質の層を成長させることは、相ダイヤグラムが
複雑なときは上述の等温被着により可能になり、あるい
は相当に容易になる。
を付着するための供給パネルとの間の温度差を生成する
ために、あるいはこの温度差を維持するために基板の移
動を必要としない。成長層の開始から予定の終了まで結
晶層は完全に等温的に成長する。このことは、所望の結
晶層の成長前面は勿論のこと、反対側の供給基板（供給
パネル）の溶解面は成長の全成長期間中を通じて同じ温
度を保つことができる。このようにして、一様な特性を
もった結晶物質を得ることができる。材料の溶液から特
に厚い均質の層を成長させることは、相ダイヤグラムが
複雑なときは上述の等温被着により可能になり、あるい
は相当に容易になる。
【００２５】基板の供給源が存在するときは、溶液の飽
和の状態は一定に維持されるので、溶解度が概して低い
低温においても、特に厚く且つ結晶性の一様な層を被着
させることができる。結晶層の厚みは、特定の時点にお
ける溶液中の物質の量によって制限されることはない。
和の状態は一定に維持されるので、溶解度が概して低い
低温においても、特に厚く且つ結晶性の一様な層を被着
させることができる。結晶層の厚みは、特定の時点にお
ける溶液中の物質の量によって制限されることはない。
【００２６】しかしながら、供給パネルから基板の方向
への物質の輸送による飽和状態の維持は、供給パネル２
ｂと基板２ａとの間にさらに温度差を与えるという事実
によって一層増強することができる。
への物質の輸送による飽和状態の維持は、供給パネル２
ｂと基板２ａとの間にさらに温度差を与えるという事実
によって一層増強することができる。
【００２７】先ず、ベース材料としての金属「基板」上
に多結晶層を形成するための被着を行うために、顕微鏡
的に滑らかな面を有するモールドを用いる。この滑らか
な面は、例えば、所謂「光捕獲」型の太陽電池（太陽電
池に入射する光及び反射される光をより有効に利用する
太陽電池）を作るためのものである場合には、適当な方
法により種々の形状にすることが出来る。但し、結晶材
料はモールドの表面に付着してはならない。このような
モールド用の材料としては、例えば、幾つかのタイプの
グラファイトを用いることができる。上述したように、
この種のモールド上に、結晶層を被着した後、金属溶媒
の一部分すなわち薄いフィルムを、形成された結晶層の
表面上で固化するようにする。結晶層上に凝固させる金
属フィルムの厚さは、形成される金属と結晶材料からな
る２重層が自ら支持する（セルフサポーティング）こと
が出来るような厚さに選択することが出来、また、調整
することが出来る。このようにして形成した２重層を、
次に、モールドから剥離させる（リフトする）と、金属
ベース材料、即ち、「基板」上に所要の結晶フィルムが
形成された構成が得られる。
に多結晶層を形成するための被着を行うために、顕微鏡
的に滑らかな面を有するモールドを用いる。この滑らか
な面は、例えば、所謂「光捕獲」型の太陽電池（太陽電
池に入射する光及び反射される光をより有効に利用する
太陽電池）を作るためのものである場合には、適当な方
法により種々の形状にすることが出来る。但し、結晶材
料はモールドの表面に付着してはならない。このような
モールド用の材料としては、例えば、幾つかのタイプの
グラファイトを用いることができる。上述したように、
この種のモールド上に、結晶層を被着した後、金属溶媒
の一部分すなわち薄いフィルムを、形成された結晶層の
表面上で固化するようにする。結晶層上に凝固させる金
属フィルムの厚さは、形成される金属と結晶材料からな
る２重層が自ら支持する（セルフサポーティング）こと
が出来るような厚さに選択することが出来、また、調整
することが出来る。このようにして形成した２重層を、
次に、モールドから剥離させる（リフトする）と、金属
ベース材料、即ち、「基板」上に所要の結晶フィルムが
形成された構成が得られる。
【００２８】例えば、被着された結晶層が半導体材料で
構成されている場合には、このようにして得られた構造
は、多くの用途、特に、太陽電池に要求される、高品質
の平坦な（プレーナ）金属−半導体接触を提供する。
構成されている場合には、このようにして得られた構造
は、多くの用途、特に、太陽電池に要求される、高品質
の平坦な（プレーナ）金属−半導体接触を提供する。
【００２９】従来例に示されているように、遠心分離機
を用いた場合には、結晶層をエピタキシャル「ドープさ
れたマルチレーヤ（多重層）（ｄｏｐｅｄ ｍｕｌｔｉ
ｌａｙｅｒｓ）」の形で、あるいは、組成的に異なる
「ヘテロエピタキシャル（ｈｅｔｅｒｏｅｐｉｔａｘｉ
ａｌ）マルチレーヤ」の形で被着させることが出来る。
このようなマルチレーヤは、自動化した装置を用いて、
単一のエピタキシャル工程で被着することが出来る。用
いる材料及びプロセスについて、適切なパラメータを選
択すれば、例えば、太陽電池に必要な構造素子、即ち、
太陽電池の機能に必須の部分を、単一のエピタキシャル
処理工程で形成することが出来る。
を用いた場合には、結晶層をエピタキシャル「ドープさ
れたマルチレーヤ（多重層）（ｄｏｐｅｄ ｍｕｌｔｉ
ｌａｙｅｒｓ）」の形で、あるいは、組成的に異なる
「ヘテロエピタキシャル（ｈｅｔｅｒｏｅｐｉｔａｘｉ
ａｌ）マルチレーヤ」の形で被着させることが出来る。
このようなマルチレーヤは、自動化した装置を用いて、
単一のエピタキシャル工程で被着することが出来る。用
いる材料及びプロセスについて、適切なパラメータを選
択すれば、例えば、太陽電池に必要な構造素子、即ち、
太陽電池の機能に必須の部分を、単一のエピタキシャル
処理工程で形成することが出来る。
【００３０】前述したように、溶融体から形成した結晶
性基板材料を用いる必要がないということは、この方法
の利点の１つである。更に、結晶層を形成する間中、被
着される結晶材料の溶融温度よりも相当低い温度を用い
ることが出来る。また、上述した装置を用いると、従来
の一般的な拡散法、これは、当然のことながら、非常に
高い温度で行う必要があり、また、ｐ−ｎトランジスタ
のような層構造の製造に用いられる方法であるが、この
拡散法が完全に不要となる。それに代わって、上述した
方法により、例えば、ｐ−ｎ層のような結晶性多重層
を、自動化した装置を用いて、低い温度で単一のエピタ
キシャル工程で形成することができる。
性基板材料を用いる必要がないということは、この方法
の利点の１つである。更に、結晶層を形成する間中、被
着される結晶材料の溶融温度よりも相当低い温度を用い
ることが出来る。また、上述した装置を用いると、従来
の一般的な拡散法、これは、当然のことながら、非常に
高い温度で行う必要があり、また、ｐ−ｎトランジスタ
のような層構造の製造に用いられる方法であるが、この
拡散法が完全に不要となる。それに代わって、上述した
方法により、例えば、ｐ−ｎ層のような結晶性多重層
を、自動化した装置を用いて、低い温度で単一のエピタ
キシャル工程で形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の方法を実施するための１実施例の、
概略断面図である。
概略断面図である。
【図２】層の形成に用いる溶液における材料、例えば、
ガリウム（Ｇａ）中のシリコン（Ｓｉ）、の濃度勾配の
形成を説明するための図である。
ガリウム（Ｇａ）中のシリコン（Ｓｉ）、の濃度勾配の
形成を説明するための図である。
【符号の説明】 １ａ 円筒状対称形状内面 １ｂ 円筒状対称形状外面 ２ａ 基板 ２ｂ 供給パネル ３ 液貯留部 ４ 軸 ７ 液 １０ るつぼ
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小沼 光晴 ドイツ連邦共和国 デー−70195 シユト ウツトガルト ゾマーハルデンシユトラー セ 10
Claims (12)
- 【請求項１】 層を形成するための材料を含む液を、被
覆すべき基板の表面上に流す、少なくとも１つの基板上
に層を形成するための方法であって、上記液の一方の側
において上記層を形成する材料の濃度が最高となるよう
に、上記液の流れの方向に垂直な方向に上記層を形成す
る材料の濃度勾配を形成することを特徴とする、少なく
とも１つの基板上に層を形成するための方法。 - 【請求項２】 上記層を形成する材料の濃度が最高とな
る上記液の側に、上記基板が設けられることを特徴とす
る、請求項１の方法。 - 【請求項３】 上記液に対して遠心力を作用させること
を特徴とする、請求項１または２の方法。 - 【請求項４】 上記遠心力と重力の合力により基板の表
面に垂直な成分を得ることを特徴とする、請求項３の方
法。 - 【請求項５】 上記遠心力と重力の合力が基板の表面に
垂直であることを特徴とする、請求項４の方法。 - 【請求項６】 上記基板が１つの壁面から、上記液が動
作状態において上記基板と上記壁面に接触するような距
離に配置されることを特徴とする、請求項１の方法。 - 【請求項７】 上記壁面が供給パネルによって形成さ
れ、上記供給パネルが上記層を形成する材料を含んでい
ることを特徴とする、請求項６の方法。 - 【請求項８】 上記供給パネルと基板との間に温度差が
設定されることを特徴とする、請求項７の方法。 - 【請求項９】 円筒軸を中心に回転することができるよ
うに取り付けられ、かつ、液体溶液を収容するための貯
留部を有する円筒状の対称形状を有するるつぼであっ
て、該るつぼは円筒状の対称形状の外面と円筒状の対称
形状の内面とを備え、これらの外面と内面は、その間に
上記液が流れる空間が形成され、かつ、１以上の基板が
上記内面と外面の内壁面に、これらの内壁面間の空間に
向けて配置できるような距離だけ互いに隔てられている
ことを特徴とする、請求項１の方法を実施するための装
置。 - 【請求項１０】 上記内面と外面の内壁面に、これらの
内壁面間の空間に向けて、１以上の供給パネルを取付け
ることができることを特徴とする、請求項９の装置。 - 【請求項１１】 基板の表面が垂直平面内に配置される
か、または、垂直平面と角度を成すように取付けられる
ことを特徴とする、請求項９の装置。 - 【請求項１２】 上記内壁面間の空間が、その下方に上
記貯留部に対向する入口端を有し、その上方に出口端を
有することを特徴とする、請求項９の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4401626.3 | 1994-01-20 | ||
| DE4401626A DE4401626A1 (de) | 1994-01-20 | 1994-01-20 | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung kristalliner Schichten |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08119791A true JPH08119791A (ja) | 1996-05-14 |
Family
ID=6508340
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7041218A Withdrawn JPH08119791A (ja) | 1994-01-20 | 1995-01-20 | 基板上に層を形成するための方法及び装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5503103A (ja) |
| EP (1) | EP0664350A1 (ja) |
| JP (1) | JPH08119791A (ja) |
| DE (1) | DE4401626A1 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10007946B4 (de) * | 2000-02-22 | 2004-04-29 | Friedhelm Scharmann | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Keramikschichten |
| US6902619B2 (en) * | 2001-06-28 | 2005-06-07 | Ntu Ventures Pte. Ltd. | Liquid phase epitaxy |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3697330A (en) * | 1970-03-27 | 1972-10-10 | Sperry Rand Corp | Liquid epitaxy method and apparatus |
| US3713883A (en) * | 1970-05-27 | 1973-01-30 | Western Electric Co | Method of and apparatus for growing crystals from a solution |
| GB1423594A (en) * | 1972-03-24 | 1976-02-04 | Nippon Electric Co | Manufacture of semiconductor single crystals |
| IL74938A (en) * | 1984-05-01 | 1988-12-30 | Hughes Aircraft Co | Doped and undoped single crystal multilayered structures |
| USH557H (en) * | 1986-11-07 | 1988-12-06 | The United States Of America As Represented By The Department Of Energy | Epitaxial strengthening of crystals |
| US5162297A (en) * | 1987-06-11 | 1992-11-10 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Liquid phase epitaxial growth of high temperature superconducting oxide wafer |
| JP2706319B2 (ja) * | 1989-06-20 | 1998-01-28 | 東洋アルミニウム株式会社 | 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
| US5314571A (en) * | 1992-05-13 | 1994-05-24 | Midwest Research Institute | Crystallization from high temperature solutions of Si in copper |
| US5314869A (en) * | 1992-09-16 | 1994-05-24 | The Texas A & M University System | Method for forming single phase, single crystalline 2122 BCSCO superconductor thin films by liquid phase epitaxy |
-
1994
- 1994-01-20 DE DE4401626A patent/DE4401626A1/de not_active Withdrawn
-
1995
- 1995-01-19 EP EP95100725A patent/EP0664350A1/de not_active Withdrawn
- 1995-01-20 US US08/375,796 patent/US5503103A/en not_active Expired - Fee Related
- 1995-01-20 JP JP7041218A patent/JPH08119791A/ja not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5503103A (en) | 1996-04-02 |
| DE4401626A1 (de) | 1995-07-27 |
| EP0664350A1 (de) | 1995-07-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020402 |