JPH11171690A - 酸化物単結晶育成用ホルダー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の基板上に酸化物単結晶を育成する際
に、基板間の間隔を大きくすることなく、基板上に均一
な膜厚の酸化物単結晶膜を形成することができる酸化物
単結晶育成用ホルダーを得る。 【解決手段】 酸化物単結晶育成用ホルダー１０は、リ
ング状部１２を含む。リング状部１２の中央部に、連結
部を介して回転軸取付部１６を形成する。リング状部１
２の円周上に、等間隔で脚部１８ａ〜１８ｄを形成し、
脚部１８ａ〜１８ｄに基板を保持するための保持部２０
ａ，２０ｂを形成する。保持部２０ａ，２０ｂの間にお
いて、脚部１８ａ，１８ｃに攪拌翼２２を形成する。保
持部２０ａ，２０ｂに基板を保持し、ホルダー１０を回
転させることによって、攪拌翼２２が酸化物単結晶膜の
成分を溶融した融液を攪拌し、融液中の酸化物単結晶成
分を均一にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は酸化物単結晶育成
用ホルダーに関し、特にたとえば、液相エピタキシャル
法によって基板上に酸化物単結晶膜を作製する際に用い
られる酸化物単結晶育成用ホルダーに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、液相エピタキシャル法によって、
基板上に酸化物単結晶膜を形成するには、酸化物単結晶
の成分を溶融した融液を過冷却状態にし、この融液に円
板状の基板を接触させていた。このとき、基板の中心部
を中心として、基板を回転させることにより、融液を攪
拌している。このようにすることによって、基板上に酸
化物単結晶が育成する過程において、基板周辺の融液中
に含まれる酸化物単結晶成分の量を均一化し、均一な膜
厚を得ることができる。

【０００３】基板上に酸化物単結晶膜を形成するとき、
量産化の方法として、複数の基板を同時に融液に接触さ
せる方法がとられている。この場合、複数の基板は、そ
の面が互いに対向するように間隔を隔てて、酸化物単結
晶育成用ホルダーに保持される。そして、ホルダーを回
転させることにより、これらの基板が回転させられ、融
液中に浸漬される。それにより、複数の基板上に、同時
に酸化物単結晶膜が形成される。

【０００４】このような酸化物単結晶育成用ホルダーと
しては、たとえば図１４および図１５に示すようなホル
ダーがある。このホルダー１は、白金で形成される。ホ
ルダー１は、リング状部２を含む。リング状部２は、短
い円筒状に形成される。リング状部２には、連結部３を
介して、回転軸取付部４が形成される。回転軸取付部４
は円筒状に形成され、モータなどの駆動源に接続された
回転軸が取り付けられるようになっている。この回転軸
取付部４は、リング状部２の中心部に配置される。

【０００５】リング状部２の円周に沿って、等間隔で４
つの脚部５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが形成される。これら
の脚部５ａ〜５ｄは、リング状部２の中心軸と平行とな
るように形成される。脚部５ａ〜５ｄには、それぞれ２
つの保持部６ａ，６ｂが形成される。これらの保持部６
ａ，６ｂは、それぞれの脚部５ａ〜５ｄの長手方向の中
間部と端部に形成される。これらの保持部６ａ，６ｂに
は、酸化物単結晶膜を形成するための基板が保持され
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなホルダーを用いて量産すると、基板上に形成された
単結晶膜の膜厚に、面内ばらつきが生じ、特性の良好な
酸化物単結晶膜が得られないという問題がある。これ
は、複数の基板上に酸化物単結晶を育成する過程におい
て、基板間の融液の攪拌が十分でないためであると考え
られる。つまり、複数の基板を同時に融液中に浸漬した
場合、基板間においては、基板の中心部に向かうにした
がって、回転による攪拌作用が小さくなる。そのため、
酸化物単結晶の成長が進むと、融液中に含まれる酸化物
単結晶成分が基板の中心部に向かうにしたがって少なく
なり、基板の中心部ほど酸化物単結晶の育成速度が遅く
なって、膜厚にばらつきが生じるものと考えられる。

【０００７】そこで、酸化物単結晶膜の膜厚の均一性を
よくするために、基板間の融液の攪拌作用を大きくする
必要がある。そのために、基板間の間隔を大きくするこ
とが考えられる。しかしながら、基板間の間隔を大きく
するためには、ホルダーを長くする必要があり、全ての
基板を融液に浸漬させるために、融液量を増やす必要が
ある。

【０００８】それゆえに、この発明の主たる目的は、基
板上に酸化物単結晶を育成する際に、基板間の間隔を大
きくすることなく、基板上に均一な膜厚の酸化物単結晶
膜を形成することができる酸化物単結晶育成用ホルダー
を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、液相エピタ
キシャル法によって基板上に酸化物単結晶膜を形成する
際に用いられる酸化物単結晶育成用ホルダーであって、
複数の基板を保持するための保持部を有し、複数の基板
のための保持部の間に酸化物単結晶膜の成分を溶融した
融液を攪拌するための攪拌翼が形成された、酸化物単結
晶育成用ホルダーである。この酸化物単結晶育成用ホル
ダーにおいて、攪拌翼は着脱可能に形成することができ
る。

【００１０】攪拌翼を形成することにより、基板を保持
した酸化物単結晶育成用ホルダーを回転させたときに、
攪拌翼によって酸化物単結晶成分を溶融した融液が攪拌
される。それにより、融液中の酸化物単結晶成分を均一
化させることができる。攪拌翼を着脱可能に形成するこ
とにより、酸化物単結晶育成用ホルダーへの基板の取り
付けが容易となる。

【００１１】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、この発明の酸化物単結晶
育成用ホルダーの一例を示す正面図であり、図２はその
平面図である。以後、この酸化物単結晶育成用ホルダー
を、単にホルダーという。このホルダー１０は、白金で
形成される。ホルダー１０は、リング状部１２を含む。
リング状部１２は、短い円筒状に形成される。リング状
部１２には、連結部１４を介して、回転軸取付部１６が
形成される。回転軸取付部１６は円筒状に形成され、モ
ータなどの駆動源に接続された回転軸が取り付けられる
ようになっている。連結部１４は、回転軸取付部１６か
ら放射状に延びるように形成され、その端部がリング状
部１２に取り付けられる。これらの連結部１４によっ
て、回転軸取付部１６は、リング状部１２の中心部に配
置される。

【００１３】リング状部１２の円周に沿って、等間隔で
４つの脚部１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄが形成され
る。これらの脚部１８ａ〜１８ｄは、リング状部１２の
中心軸と平行となるように形成される。脚部１８ａ〜１
８ｄには、それぞれ２つの保持部２０ａ，２０ｂが形成
される。これらの保持部２０ａ，２０ｂは、それぞれの
脚部１８ａ〜１８ｄの長手方向の中間部と端部に形成さ
れる。これらの保持部２０ａ，２０ｂには、酸化物単結
晶膜を形成するための基板が保持される。

【００１４】さらに、保持部２０ａ，２０ｂの中間部
に、攪拌翼２２が形成される。攪拌翼２２は、対向する
脚部１８ａ，１８ｃのそれぞれに形成され、脚部１８
ａ，１８ｃから内側に向かって延びるように形成され
る。もちろん、攪拌翼２２は、全ての脚部１８ａ〜１８
ｄに形成されてもよく、少なくとも１つの脚部に形成さ
れていればよい。

【００１５】このホルダー１０を用いて、図３に示す製
造装置により、酸化物単結晶が育成される。この製造装
置３０は、るつぼ３２を含む。るつぼ３２中には、作製
しようとする酸化物単結晶膜の原料を溶融した融液３４
が入れられている。そして、ホルダー１０の保持部２０
ａ，２０ｂには、たとえば２枚の円板状の基板３６，３
８が保持される。これらの基板３６，３８は、それぞれ
の面が対向するようにして、間隔を隔てて保持される。

【００１６】融液３４は過冷却状態に保たれ、ホルダー
１０を下降させることにより、基板３６，３８が、るつ
ぼ３２中の融液３４に浸漬される。このとき、ホルダー
１０は、回転軸取付部１６を中心として回転させられ
る。このように、ホルダー１０を回転させることによ
り、攪拌翼２２によって融液３４が攪拌され、融液中の
酸化物単結晶成分が均一に分布することになり、基板３
６，３８上に均一な膜厚を有する酸化物単結晶膜が形成
される。

【００１７】なお、ホルダー１０としては、図４および
図５に示すように、２つの保持部２０ａ，２０ｂの間に
おいて、脚部１８ａ〜１８ｄの内側に攪拌翼２２を形成
したものでもよい。ここでは、対向する脚部１８ａ，１
８ｃから延びる支持片２４によって、蝶型の攪拌翼２２
が支持されている。このようなホルダー１０において
も、回転することにより、攪拌翼２２によって融液３４
が攪拌され、融液中の酸化物単結晶成分が均一に分布す
ることになり、基板３６，３８上に均一な膜厚を有する
酸化物単結晶膜が形成される。

【００１８】さらに、図６および図７に示すように、脚
部１８ｃ，１８ｄの外側に攪拌翼２２を形成してもよ
い。ここでは、保持部２０ａ，２０ｂの間において、脚
部１８ｃ，１８ｄの外側に向かって、２つの片が広がる
ようにして延びる攪拌翼２２が形成されている。このホ
ルダー１０では、回転することにより、脚部１８ａ〜１
８ｄの外側において融液３４が攪拌される。しかしなが
ら、攪拌翼２２があることにより、融液３４の攪拌作用
が大きくなり、基板３６，３８の間にある融液も攪拌さ
れる。そのため、融液中の酸化物単結晶成分が均一に分
布することになり、基板３６，３８上に均一な膜厚を有
する酸化物単結晶膜が形成される。もちろん、攪拌翼２
２は、全ての脚部１８ａ〜１８ｄに形成されてもよく、
少なくとも１つの脚部に形成されていればよい。

【００１９】また、図８および図９に示すように、攪拌
翼２２を着脱可能にすることもできる。この場合、脚部
１８ａ〜１８ｄのそれぞれには、基板用の保持部２０
ａ，２０ｂの間に、別の保持部２４が形成される。この
保持部２４には、図１０および図１１に示すような攪拌
翼２２が保持される。攪拌翼２２は、円板状の支持板２
２ａを含む。この支持板２２ａの両面に、湾曲した板材
２２ｂが放射状に配置されている。この攪拌翼２２の支
持板２２ａが、ホルダー１０の保持部２４に保持され
る。そして、攪拌翼２２の上下の保持部２０ａ，２０ｂ
に基板３６，３８が保持され、ホルダー１０が回転させ
られる。ホルダー１０が回転すると、攪拌翼２２の板材
２２ｂによって、融液３４が攪拌され、融液中の酸化物
単結晶成分が均一に分布することになり、基板３６，３
８上に均一な膜厚を有する酸化物単結晶膜が形成され
る。

【００２０】さらに、図１２に示すように、３つ以上の
基板を保持する場合、たとえば基板用の保持部２０ａ，
２０ｂ，２０ｃ，２０ｄが、それぞれの脚部１８ａ〜１
８ｄの内側に形成される。そして、それぞれの保持部２
０ａ〜２０ｄの間に、攪拌翼２２用の保持部２４が形成
される。そして、保持部２０ａ〜２０ｄに基板３６，３
８，４０，４２を保持し、保持部２４に攪拌翼２２を保
持して、ホルダー１０が回転させられる。それにより、
全ての基板３６，３８，４０，４２の間において融液３
４が攪拌され、融液中の酸化物単結晶成分が均一に分布
することになり、基板３６，３８，４０，４２上に均一
な膜厚を有する酸化物単結晶膜が形成される。

【００２１】これらの方法によれば、基板間の間隔を大
きくしなくてもよいため、同じ枚数の基板に酸化物単結
晶膜を形成するのであれば、従来のホルダーを使用した
場合に比べて、融液の量を増やす必要がない。

【００２２】

【実施例】（実施例１）攪拌翼を固定したホルダーを用
いて、液相エピタキシャル法によって、直径７６．２ｍ
ｍのガドリニウムガリウムガーネット（Ｇｄ₃ Ｇａ₅ Ｏ
₁₂）基板（以下、ＧＧＧ基板という。）上に、鉄イット
リウムガーネット（Ｙ₃ Ｆｅ₅ Ｏ₁₂）単結晶膜（以下、
ＹＩＧ単結晶膜という。）を形成した。まず、２枚の基
板を４０ｍｍ間隔でホルダーに取り付けた。そして、基
板の回転軸をるつぼの中心軸と一致させて、１００ｒｐ
ｍで回転させながら、下降速度１５０ｍｍ／分で、下側
のＧＧＧ基板が融液の液面上約１０ｍｍの位置にくるま
で下降させた。この位置で、ＧＧＧ基板を十分に予熱し
たのち、１００ｒｐｍで回転させながら、下降速度１５
０ｍｍ／分で下降させて、過冷却状態の融液に接触させ
た。この状態で、ＧＧＧ基板を１００ｒｐｍで回転させ
ながら、ＧＧＧ基板の表面に２０分間ＹＩＧ単結晶の育
成を行った。ＹＩＧ単結晶の育成終了後、ＧＧＧ基板を
１００ｒｐｍで回転させながら、上昇速度１５０ｍｍ／
分で、下側のＧＧＧ基板が液面上約１０ｍｍの位置にく
るまで上昇させ、融液から分離した。そののち、ＧＧＧ
基板を５００ｒｐｍで１分間回転させ、ＧＧＧ基板に付
着した融液を振り切った。得られたＹＩＧ単結晶膜の膜
厚を、光学式膜厚測定装置を用いて膜厚測定した。測定
は、ＧＧＧ基板の使用面を２次元的に５ｍｍ間隔で測定
し、測定値より膜厚の標準偏差値を算出した。そして、
その結果を表１に示した。表１からわかるように、攪拌
翼を固定したホルダーを用いると、どのホルダーを用い
た場合においても、ＧＧＧ基板の両面に、膜厚の標準偏
差値が０．２５μｍ以下である、膜厚の均一な単結晶膜
を形成することができた。

【００２３】

【表１】

【００２４】（実施例２）図８および図９に示すホルダ
ーを用いて、２枚のＧＧＧ基板にＹＩＧ単結晶膜を形成
した。このホルダーに２枚のＧＧＧ基板を取り付け、こ
れらの間に攪拌翼を取り付けた。そして、実施例１と同
様にして、ＧＧＧ基板上にＹＩＧ単結晶を育成した。こ
うして得られたＹＩＧ単結晶膜の膜厚を測定し、標準偏
差値を算出して表１に示した。その結果、ＹＩＧ単結晶
膜の膜厚の標準偏差値が、ＧＧＧ基板の両面とも０．２
２μｍ以下である、膜厚の均一なＹＩＧ単結晶膜を得る
ことができた。また、攪拌翼が着脱可能であるため、基
板を傷つけることなく、ホルダーに取り付けることが容
易となった。

【００２５】（実施例３）図１２に示すホルダーを用い
て、４枚のＧＧＧ基板にＹＩＧ単結晶膜を形成した。こ
のホルダーに、４０ｍｍ間隔で４枚のＧＧＧ基板を取り
付け、これらの間に攪拌翼を取り付けた。そして、実施
例１と同様にして、ＧＧＧ基板上にＹＩＧ単結晶を育成
した。こうして得られたＹＩＧ単結晶膜の膜厚を測定
し、標準偏差値を算出して表２に示した。表２におい
て、４枚のＧＧＧ基板の上から順に、α，β，γ，δと
した。その結果、ＹＩＧ単結晶膜の膜厚の標準偏差値
が、全てのＧＧＧ基板において、両面とも０．２５μｍ
以下である、膜厚の均一なＹＩＧ単結晶膜を得ることが
できた。

【００２６】

【表２】

【００２７】（比較例）図１４および図１５に示す従来
のホルダーを用いて、２枚のＧＧＧ基板にＹＩＧ単結晶
膜を形成した。このホルダーに、２枚のＧＧＧ基板を取
り付け、実施例１と同様にして、ＧＧＧ基板上にＹＩＧ
単結晶を育成した。こうして得られたＹＩＧ単結晶膜の
膜厚を測定し、標準偏差値を算出して表１に示した。そ
の結果、ＹＩＧ単結晶膜の膜厚の標準偏差値が、下側基
板の上面と上側基板の下面で０．７０μｍ以上であっ
た。

【００２８】さらに、図１および図２に示すこの発明の
ホルダーを用いた場合と比較例について、上側基板の下
面に形成されたＹＩＧ単結晶膜の膜厚分布を測定して図
１３に示した。図１３から、この発明のホルダーを用い
ることにより、基板中央部の膜厚の薄い部分が平滑化さ
れ、上側基板の下面の膜厚の標準偏差値が小さくなった
ことがわかる。

【００２９】

【発明の効果】この発明によれば、複数の基板上に酸化
物単結晶膜を形成する場合においても、攪拌翼の形成さ
れたホルダーを回転させることによって、融液の攪拌作
用が大きくなり、融液の量を増やすことなく、均一な膜
厚を有する酸化物単結晶膜を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の酸化物単結晶育成用ホルダーの一例
を示す正面図である。

【図２】図１に示す酸化物単結晶育成用ホルダーの平面
図である。

【図３】図１および図２に示すホルダーを用いて基板上
に酸化物単結晶を育成するための製造装置を示す図解図
である。

【図４】この発明の酸化物単結晶育成用ホルダーの他の
例を示す正面図である。

【図５】図４に示す酸化物単結晶育成用ホルダーの平面
図である。

【図６】この発明の酸化物単結晶育成用ホルダーのさら
に他の例を示す正面図である。

【図７】図６に示す酸化物単結晶育成用ホルダーの平面
図である。

【図８】この発明の酸化物単結晶育成用ホルダーの別の
例を示す正面図である。

【図９】図８に示す酸化物単結晶育成用ホルダーの平面
図である。

【図１０】図８および図９に示す酸化物単結晶育成用ホ
ルダーに取り付けられる攪拌翼の一例を示す平面図であ
る。

【図１１】図１０に示す攪拌翼の正面図である。

【図１２】この発明の酸化物単結晶育成用ホルダーのさ
らに別の例を示す正面図である。

【図１３】図１，図２に示す酸化物単結晶育成用ホルダ
ーと図１４，図１５に示す従来の酸化物単結晶育成用ホ
ルダーを用いた場合におけるＹＩＧ単結晶膜の膜厚分布
を示すグラフである。

【図１４】従来の酸化物単結晶育成用ホルダーの一例を
示す正面図である。

【図１５】図１４に示す従来の酸化物単結晶育成用ホル
ダーの平面図である。

【符号の説明】

１０ ホルダー １２ リング状部 １４ 連結部 １６ 回転軸取付部 １８ａ〜１８ｄ 脚部 ２０ａ，２０ｂ 保持部 ２２ 攪拌翼

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液相エピタキシャル法によって基板上に
   酸化物単結晶膜を形成する際に用いられる酸化物単結晶
   育成用ホルダーであって、 複数の前記基板を保持するための保持部を有し、複数の
   前記基板のための前記保持部の間に前記酸化物単結晶膜
   の成分を溶融した融液を攪拌するための攪拌翼が形成さ
   れた、酸化物単結晶育成用ホルダー。
2. 【請求項２】 前記攪拌翼は着脱可能に形成された、請
   求項１に記載の酸化物単結晶育成用ホルダー。