JPS60221385A - 単結晶薄膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は単結晶薄膜を製造する方法に関するものでる。

〔発明の背景〕

単結晶薄膜の製造方法には、従来大別して二種類ある。

その一つは、得ようとする薄膜物質と同一の単結晶基板
を用いるホモエビタキシーであり、他の一つは異なる物
質の単結晶基板を用いるヘテロエピタキシーである。

上述のいずれの方法においても、気相、液相、固相から
単結晶を製造する方法があるが、いずれの方法において
も、基板単結晶の結晶性を、この基板単結晶上に形成さ
れる薄膜に引き継くことにより単結晶薄膜を製造せんと
する、エピタキシャル技術によるものである。したがっ
て、同一・基板を用いるホモエピタキシーの場合には、
基板と薄膜の格子定数が完全に一致するため；滑らかに
結晶性を引き継ぐことができ、なんら問題を生しないが
、ヘテロエピタキシーの場合は、基板と薄膜物質の格子
定数が大きく異なることがあり、このときには基板の結
晶性を引き継いだのでしょ薄膜中に大きな歪を生じ、そ
の結果転移が増大（〜１０９／　ｃｔＲ）あるいは薄膜
結晶が破壊するなどの格子定数の差に由来する欠陥が直
接薄膜中に生しることになり、良質な単結晶薄膜の取得
は不可能であった。

〔発明の概説〕

本発明は上述の欠点を除去することを目的とするもので
あり、さらに詳しくは、基板の結晶性に左右されること
なく、前記基板上に単結晶を成長させる方法を提供する
こと、すなわち基板の結晶性とは独立に単結晶薄膜が成
長できる方法を提供することを目的とする。

したがって、本発明による単結晶薄膜の製造方法は、基
板と単結晶薄膜材料間に当該単結晶薄膜材料より融点の
低い物質の低融点層を介在せしめた積層体を製造し、こ
の積層体をゾーンメルティングし、前記単結晶薄膜材料
を単結晶化することを特徴とするものである。

本発明によれば、基板と単結晶薄膜材料間に前記単結晶
薄膜より融点の低い物質を介在せしめ、ゾーンメルティ
ング法により薄膜の単結晶化を行うため、基板の結晶性
に左右されないとし）う利点を生じる。

〔発明の詳細な説明〕

本発明をさらに詳しく説明する。

本発明による単結晶薄膜の製造方法は、まず、基板と単
結晶薄膜材料間に前記単結晶薄膜材料より低融点を有す
る物質の層、即ち低融点層を決着した積層体を製造する
。

このような積層体における基板としては、成長する単結
晶薄膜と結晶的に独立したものであってよく、このため
基板の材料は、本発明においてなんら限定されるもので
はない。従来この種の技術に用いられている全ての基板
材料、たとえば、Ｓｉなどのほかに、ＳＳＯ２あるいは
タングステン、モリブデンなどの金属基板を用いること
も可能であ単結晶薄膜材料利料としては、ゾーンメルテ
ィングにより単結晶を生じるものであれば、いかなるも
のでもよい。たとえば、Ｇ１３％　ＧａＡｓ、ＩｎＰな
どの半導体薄膜の他、金属絶縁体の単結晶薄膜の製造に
おいても有効である。

この基板と単結晶利料間に決着される低融点層は、前述
の記載からも明らかなように、単結晶薄膜材料より低融
点の物質から成るａ・要がある。これは、ゾーンメルテ
ィング工程において、前記単結晶薄膜材料および低融点
層を溶融し、固化して単結晶薄膜材料を単結晶化すると
き、前記低融点層がまだ溶融しているときに前記単結晶
薄膜材料を固化させ、単結晶化することにより、生成し
た単結晶薄膜が下地の結晶性の影響をなんら受りること
がないようにするためである。

このような低融点層は前記生成される単結晶薄膜の種類
により変化するものであるから、本発明において基本的
に限定されるものではない。製造する単結晶薄膜により
機能的に選択することができる。たとえば、Ｇｅ薄膜を
製造する場合には、Ｓｎ、Ｇａ、　Ｉｎ、　ＰｂなどＧ
ｅより低融点の物質を有効に用いることができる。また
、Ｇａ／Ｉｓ、　ＩｎＰの単結晶を製造する場合におい
ては、たとえば、Ｇａ、　Ｉｎ、　Ｓｎ、ＰｂＳＢ１な
どを有効に用いることができる。

このような積層体をゾーンメルティングし、ｌ′Ｉ結晶
材料を単結晶化する。

〔実施例１〕 基板としてＳｔを用いＧｅ薄膜単結晶の製造を行った。

Ｓ　ｉ　基１ｆｉはトリクロルエチレン、アセトン、メ
タノールで順次洗浄し、充分脱脂した後、アンモニア水
の希釈溶液と過酸化水素の混液で、１５分間流水洗浄を
行い、さらにフン酸の希薄水溶液によって表面をエツチ
ングしてから用いた。

このような基板を真空蒸着装置内にセットし、１０””
　Ｔｏｒｒまで排気後、Ｓｎを０．０５〜０．５　、ｕ
ｍの厚さに抵抗加熱によって蒸着し、引続きＧｅの膜厚
が０．５〜１．５μｍとなるように電子ビーム加熱によ
って蒸着した。このように積層した時の断面図を第１図
に示した。図中、■はＳｉ基板、２は５ｎｌｉｉ　（低
融点層）、３はＧｅ層（単結晶材料層）である。

用いたＳｎおよびＧｅはいずれも純度６Ｎのものであり
、蒸着により形成したＧｅ層３は非晶質体であった（Ｘ
線において確認した）。

次ぎにこのようにして得た積層体を第２図に示すような
高周波加熱装置によってゾーンメルティングによりＧｅ
層３の単結晶化を行った。

この第２図において、４は石英炉芯管、５は押し棒、６
は石英の試料台、７はカーボンのリボンヒータ、８は積
層体、９はカーボンの支持台である。

石英炉芯管４の外側に高周波加熱用コイル（図示せず）
が設けられている。

高周波電源を入れると、リボンヒータ７が加熱され、積
層体８が局所的に溶融し、押し棒５でこの積層体８を徐
々に移動させることにより、溶融部が徐々に固化し、順
次単結晶化する。

このようにして１ηられた結晶は表面に多少の凸凹を有
するものの薄膜全体が単結晶化しており、良好な薄膜が
得られた。これは前述のようにＧｅ腺３の直下のＳｎ膜
２が溶融して固化する前にＧｅ層が固化し、下地の結晶
性の影響を何等受けることなく、Ｇｅが自由し結晶化す
るためである。すなわち最初に溶融固化したＧｅ単結晶
が結晶核になり、Ｇｅ面内に結晶が成長し、薄膜全体が
単結晶化するものである。したがって、基板結晶とＧｅ
結晶管の格子定数の差による歪はＧｅが単結晶化した後
固化するＳｎ層２によって受け持たれ、５ｎＪＥｆ２は
多結晶体となっていた。すなわち、Ｓｎ層２の存在は、
このように基板と薄膜の格子定数が４％も異なる場合に
は重要な役割を果たしていることは明らかである。

〔実施例２〕 ８１基板上にＧａＡｓ薄膜単結晶を製造した。

実施例１と同様な手順によりＧａを０．５〜１μｍ蒸着
後、ＭＯＣＶＤ法によりＧａＡｓを１〜２μｍイリ着さ
せた。その後、アルシンと水素ガスを流しながらゾーン
メルティング法により単結晶化を行った。

この場合も実施例１と同様に良質のＧａＡｓ単結晶薄膜
が得られた。ＧａはＳｉと反応し、低融点層の融点が上
昇しており、２００℃まで昇温しても、ＧａＡｓ膜とＳ
ｉ基板を分離できなかった。したがってＧａのような低
融点物質でもこの方法には有効であることがわかった。

〔実施例３〕 Ｓｉ基板上にＩｎを蒸着後、実施例２と同様にＭＯＣＶ
Ｄ法１こよりＩｎＩ’を１〜２μｍ　Ｎ着させ、フォス
フインと１１２ガスを流しながら、ゾーンメルティング
を行った結果、やはり全体が単結晶化し、本発明の方法
が有効なことがわかった。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明による単結晶薄膜の製造方
法によれば、基板の結晶性とは独立に単結晶薄膜が作製
できるため、基板の選択に大きな自由度があり、Ｓｉば
かりでな（、Ｓｉ０２や金属基板すら用いて小結晶薄膜
が作製できる利点を生しる。

特に、薄膜太陽電池などの作製に際しては、効率の高い
ＧａＡｓやＩｎＰ太陽電池がＳｉやＳｉＯ９などの軽量
かつ安価な基板上に作製が可能になるという大きな利点
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例の積層体の断面図、第２
図はゾーンメルティングに用いた装置の一例の概略図で
ある。 １　・・・Ｓｉ基板、２　・・・Ｓｎ層、３　・・・Ｇ
ｅ層、４　・・・石英炉管、５　・・・押し棒、６　・
・・石英ｔ＆Ｎ台、７　・・・カーボンリボンヒータ、
８　・・・積層体、９　・・・カーボン支持台。 出願人代理人　雨　宮　正　季

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板と単結晶薄膜材料間に当該単結晶薄膜材料よ
   り融点の低い物質の低融点層を介在せしめた積層体を製
   造し、この積層体をゾーンメルティングし、前記単結晶
   薄膜材料を単結晶化することを特徴とする単結晶薄膜の
   製造方法。
2. （２）前記基板として、Ｓｉ、　Ｓｉ０２　、タングス
   テンおよびモリブデンからなる群より選択された一種、
   前記低融点層としてＧａ、　Ｓｎ、　Ｐｂ、　Ｉｎおよ
   びＢｉよりなる群より選択された一種、前記単結晶薄膜
   材料としてＧｅ、　ＧａＡｓおよびＩｎＰよりなる群よ
   り選択された一種を用いることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の単結晶ＮＩ！ｉｌｉの製造方法。