JPS582200B2 - エキソウカラハイコウチヨウフクソウオセイチヨウサセルソウチ オヨビ ホウホウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は外部から力を与えて層形成材を含む液体をおお
うべき基質面に接触させる、配向重複成長によって少く
とも１つの基質上に層を形成する方法及び装置に関する
ものである。

配向重複層は電気的成分の製造において特に半導体の分
野において近年非常によく使用されている。

現在では、気相の配向重複成長はほとんど製造工程専用
に使われている。

しかしもし実験室における実験から明らかなごとく配向
重複層が液体の配向重複成長によって得られれば可能な
電気的成分の製造の要求に十分よくあう特質をもつあら
ゆる種類の材料がある。

これは例えば電気冷光ダイオード及びレーザダイオード
の効力に関連する。

以下に述べる方法は１９７３年発行の「薄膜の物理学」
第６巻のＨ，Ｋｒｅｓｓｅｌ氏及びＨ，Ｎｅｌｓｏｎ氏
による「液相の配向重複成長により形成された■一■合
成の薄膜の特性及び用途」という題目においての液相の
配向重複成長に関する広範囲な記述から公知である。

（１）最初は傾いて保持されている黒鉛製舟形容器の中
で、その平底の低いほうの位置に配向重複状に形成され
る材料を含む液状が位置しているのに対して、おおうべ
き基質が平底の高いほうの位置で固定されている傾斜炉
を使う方法（１１７頁）。

配向重複の沈でんの所望の期間、液体が基質上を流れる
ように、該炉を黒鉛製舟形容器と一緒に反対方向に急に
傾ける。

（２）基質を固定した容器内の液体に単につけるだけの
方法（１１８頁）。

（３）各種の液体容器を有する板の下で移動しうるスラ
イド部に基質を埋め込んで特定の液体が該基質をおおう
ようにする複数の室を有する舟形容器を使う方法（１１
９頁）。

変形としては液体容器が連発ピストルの頭部と同様の状
態で環状に配置されている回転する複数の室を有する舟
形容器がある。

これら公知の方法では０．５μ以下の厚さの配向重複層
は繁殖状に製造されることができないという欠点がある
。

更に重力の影響を受けている溶液は一般的には配向重複
成長の後では基質から完全に流れ去ることはないばかり
か、処理された基質に残っている残留液は配同重複層の
余分な不規則な成長を招き、これによって不均等な厚み
の層ができる。

更にガリウム砒素化合物レーザの２つの異なった構成の
製造に現在使われている複数の室を有する舟形容器を使
う方法では、配向重複層の上をスライド部が動くことに
より、スライド部の動きによって黒鉛のほこりが生じた
り、スライド部が摩耗したり、かき傷ができやすいとい
う欠点がある。

更に少量の溶解金属が供給容器の間を通るのが普通であ
る。

従って本方法は他の２つの方法と同様産業上の製造には
不適である。

最後にＳ．Ｙ．Ｌｉｅｎ氏及びＪ．Ｌ．Ｂｅｓｔｅｌ氏
による「遠心力で傾ける技巧によるすきまの液相配向重
複成長」という記事から公知の、おおうべき基質が回転
るつぼに締め付けられている遠心力を応用した方法があ
る。

基質と共に回転するるつぼの下部の液体は遠心力の影響
を受けて上昇し、基質をぬらし、その結果材料は液から
出て基質上に配向重複状に形成されうる。

もし装置が止れば該液は再びケースの下部にたまり、重
力によって基質からしずくとなって落ちる。

同じような方法がドイツ特許第２１２６４８７号に記載
されている。

該特許によると、基質は中央液体供給部の外側で支持さ
れ、装置が回転すると、液体が供給部から流れ出て基質
が置かれている周囲の部屋に入る。

該回転が終ると、液体は基質がある部屋の底にたまり、
排水弁が開くと、排水容器に送られる。

これらの後者２つの場合においても又、基質上の残留液
のために形成済みの層が更に不規則に成長するという欠
点がある。

本発明の目的は層の不規則な成長を防ぐために所望の配
向重複成長が終った後は形成済みの層には残留液が少し
も残らないように基質上に配向重複層を形成する方法を
提供するにある。

更に本方法は実験室での応用に有用であるばかりでなく
、液相から配向車複層を生産的規模で製造するにも有用
である。

外部から力を受けて、層形成材を含む液体は供給室から
まつすぐ前方に流れ出て、配向重複層でおおわれるべき
基質の表面上を通り、排水室に入る。

分離されるべき材料を含む液体が配向重複成長が起る基
質の表面上を流れ、液体の供給がすっかり終った後すぐ
に残留液はすべて外部からの力によって該成長層の表面
から除去されることは重要なことであり、それによって
、層の不ぞろいを招くかもしれないような部分的な成長
は起り得ない。

液体が基質上を流れるようにさせる力は例えば遠心力で
よい。

その場合には液の供給室は回転の中心軸に基質より近い
位置に設ける。

その結果液体は遠心力で配向重複層でおおわれるべき基
質の表面上を流れ、回転の中心軸から基質より離れて位
置する排水室に流れる。

残留液に作用する遠心力が十分な大きさを有するように
おおうべき基質表面を放射方向に向けることが好ましい
。

更には液体が供給室よりほとばしり出て基質の表面上を
通って排水室に行くように供給室の液体に気圧を与える
ということも可能である。

ここで又最後の残留液はすべて、処理された基質表面か
ら残留液を除去する力、この場合には推進ガスの流れに
よって、すっかりぬぐい去られる。

更に本発明の方法の実際の形ではおおわれるべき表面が
お互いに平行又は傾いていて、間に空間をおいて互いに
向きあうように配置された２つの基質があり、液体は該
表面間の空間を通って流れる。

このようにして該２つの基質間を流れる液体がより効果
的に使われ、少くも２つの基質が同時にその上に形成さ
れた層を有するので、該方法を更により経済的にするこ
とが可能である。

本発明方法のより重要な効果は層の形成が流れている液
体から生じ、完全に濃縮された形成されるべき材料と共
に新しい液体が連続的に得られるようにされていること
である。

その結果形成時に濃度が落ちる公知の方法とは著しく異
って、本発明の形成方法は時間的により短かくされうる
。

本発明方法は又、供給室が各から異った配向重複層が形
成されうる異った配向重複液で次から次に満たされるこ
とが可能であって、後の層はその前の層の上から成長す
るので、２つ又はそれ以上の異った配向重複層を重ねて
形成することを可能にする効果も提供する。

このようにして実際に連続している層で半導体を作るこ
とが可能となる。

異った液体は投液器によって供給室に導入され、投液器
はより大きな供給器に接続されている。

少くも１つの基質が上についているケースの内部で回転
する部屋を利用している簡単に記述した本発明の方法を
実施するに適当な装置は、該部屋は基質が取り付けられ
る場所の内側に放射状に位置されている液体供給室と、
基質が取り付けられる場所の外側に、すなわち回転中心
軸からずっと離れて放射状に位置されている排水室を有
するということに特徴を有する。

これら供給室と排水室はおおうべき基質表面のわきを通
る溝により接続されている。

便宜上この溝の壁は、少くも部分的にはお互いに離れて
平行に又は傾いて向きあって部屋に固定されている２つ
の基質のおおわれるべき表面によって構成されている。

本発明装置の構成に関して更に便利なものとしては少く
も２つの溝が回転軸に関して対称的に設けられているも
のがある。

本発明装置を更にくふうして、互いに平行な多数の溝を
直線状又は車輪の輻のように設けてもよい。

直線状の配置は特に気圧で作動するのに役にたつ。

必要に応じてすべての溝に共通な排水室と各溝を介して
接続さわるような供給室を各溝に別々に設けてもよい。

排水室は便利上回転頭部とケースの間に位置する環状の
空所でもよく、その部屋の下にはケースが目ざらのよう
に構成されている。

本発明を更にくふうして、溝の巾を調節可能にできる。

基質表面がきれいな間は基質がしっかりと取り付けられ
るように、基質の取り付け位置にあり溝を設けうる。

特に実用的な構成としては、供給室が一連の異った液で
もよいが所定量の液体を選択的に投入する投液器を有し
、又は該投液器に隣接している。

このようにして装置を大きく変えることなくして多数の
異った配向重複層が次から次と上に成長されうる。

単に液体を経済的に使用するためには、排水室から供給
室への再循環用管を設けることが望ましい。

本発明装置の上記構成のものは本発明の方法を機構の複
雑さや費用をかなりおさえて効果的に使用することを可
能とし、実験室における操作のみならず、基質上に配向
重複層を生産的規模で製造するのにも根本的によく適し
ている。

第１図の断面図はケース１内における回転部２を示す。

該回転部２は前記の先行技術の構成に関連してるつぼ又
は回転舟形容器として述べてもよいが、図面から明らか
な如く、それは更に後で詳述するように内部に部屋や溝
を有するドラム缶又は厚い円盤の外形を有する実際には
円筒状の頭部である。

この回転頭部２は２つの供給室４を回転軸３の付近に有
しており、該室はその軸に平行に延びている。

該供給室４はケース１の上方開口部に設けたカバー５ａ
の孔５を介して、基質上に配向重複層を形成するような
材料の溶液で満たされる。

図示した実施例（第２図）においては、４つの基質６が
あり、これらは対に設けて各対の基質の向かいあってい
る表面間に溝７を形成する。

回転頭部２が回転すると、溶液が供給室４から溝７を通
って排水室６に流れる。

第２ａ図の実施例によると各溝は個々の供給室４と接続
しているが、第２ｂ図及び第４図の実施例ではすべての
溝に共通な供給室４ａを設けている。

図示した実施例では排水室８は回転頭部２を囲む環状空
間になっており、その排水室８の下にはケース１が溝７
を介して推進される溶液が最終的にたまる目ざら９の形
をなしている。

第２ａ図及び第２ｂ図から分るように、基質６は回転頭
部２に設けられているあり溝１０にはめられ、その上で
配向重複成長が行われる基質表面はお互いに向かいあっ
ており、その間の溝７の巾を限定している。

基質は図に示す如く、あり溝にはめられる代りに、基質
を簡単に挿入し溝７の作用部の巾を限定する基質間の間
隔を調節するべく設けた回転頭部２の別の形状の保持部
にはめられるのは無論である。

図示した実施例では２つの溝７を形成する４つ基質６の
みが示されているが、もちろん環状にすなわち断面にお
いて車輪の輻のように配置された多数の基質の上に配向
重複層を形成するかなり多くの溝を、第４図に６つの溝
として示したように設けることができる。

生産的規模で基質上に配向重複層を形成するためには回
転頭部をできるだけ多数の基質が同時に層を持つように
構成することが望ましい。

更に各溝に個々の供給室４を設ける代りに、すべての溝
に共通して供給する中央供給室４ａを設けることができ
、必要に応じて、第２ｂ図から分るように、該中央供給
室も又回転頭部が回転している間は溶液を再補充できる
。

このような構成はもし第３図に示したように回転頭部の
供給室に補給する投液器１２があれば最も効果的に作用
してよい繁殖を得ることができる。

もちろん投液器は回転頭部の個々の供給室に補給するよ
うにも、又供給室に溶液を等しく手軽に満たすことを確
実にするようにも容易に設計されうる。

第３図によると、投液器１２は供給容器１３，１３ａに
接続されており、層形成材を含む液体がそれぞれの供給
容器からソレノイド入力バルブ１４０口から測量タンク
１５に入ってそれを満たす。

入力バルブ１４が閉じた後、所望の出力バルブ１６が図
示してない電気制御系統によって開き、測量されだ液を
それぞれの排水口１７とカバー５ａの孔５を介して供給
室４，４ａに送り出す。

配向重複成長が終了すると、回転頭部は排水口１７と隣
接している供給室４により止まる。

バルブ１４は閉じ、バルブ１６が開いて、測量タンク１
５の内容物は排出されて回転頭部の供給室４に入る。

回転頭部は次の操作が新しい基質の上に層を成長させる
か又は同じ基質上に異った層を成長させるかによって基
質６を変えて又は変えないままで、再び始動されうる。

回転頭部２が回転している間は、バルブ１６が閉じ、バ
ルブ１４が開いて、測量タンク１５の如き投液室は再び
補充されうる。

上記の投液器は重力による流れと電気的に制御されるバ
ルブとを利用しているが、もちろんピストンとシリンダ
ーの組み合せも機械的に推進される流れを得るのに使え
る。

このような組合せでは、バルブは必要に応じて電気的よ
りはむしろ油圧式又は機械的に作動されるのがよい。

上記の如く、もし回転頭部２において１つの中央供給室
を使うなら、該室は回転頭部２が回転している間に補給
又は再補充されうる。

異なった液の測量タンクからの排水は形成されるべき層
の所望の順番に応じた順になされる。

すべての溝７に共通な供給室４ａを含む第４図に示した
実施例においては、液体が個々の溝に等しく配されるの
を確実にするために、供給室の壁で個々の溝の間に放射
状の調節板４ｂを設ける。

第２図は基質間のすきまの巾を調節する装置を示す。

すなわち第２ａ図、第２ｂ図及び第２ｃ図に例示する如
く、るつぼに基質６をはめる部材に調節機能を与えてい
る。

本実施例によると、一方の辺１８ｂに長尺の孔１９を設
けている角板１８のもう一方の辺１８ａに基質６を固定
する。

ネジ２０は該孔１９を通って該るつぼの底２ａにねしこ
まれる。

ネジ２０をはずすと、角板１８は案内溝２１に沿って動
き、基質間の所望の間隔が２つの基質の向きあっている
表面間に設けた定木によって調節されうる。

ネジ２０を再び締めることにより、該間隔はしっかりと
保持される。

第２ｂ図はくさびのようなすきまを有する選択的な実施
例を示す。

このくさび形は角板１８に基質６を取り付けるテーバー
状表面を形成することにより生じる。

溝７の巾を調節する他の方法は容易に考え得る。

配向重複成長の過程の助変数は回転頭部の回転速度及び
溶液の粘性を適切に決めることにより、広範囲に変えて
さまざまな要求や状況に合わせられる。

溝巾の調節範囲は０〜２ｍｍが適当である。回転速度は
２８００ｒ．ｐ．ｍまでで、場合によってはもう少し早
くしてもよい。

第１図及び第２図の装置を使用するには、基質６を回転
頭部２のあり溝１０にはめ、供給室４に所望量の溶液を
入れる。

次に回転頭部２を回転させて、溶媒を供給室から遠心分
離させ、基質の互いに向き合っている表面間の溝７を通
って排水室８に送る。

液体が基質面上を流れている間は、該表面上で配向重複
層が該溶液から成長し、供給室が空になると、すべての
残留液は遠心力によって成長した面からふりはらわれる
。

従って供給室が空になった後は回転速度が増加しうるの
で、成長面をきれいにぬぐう遠心力が増大する。

このようにして残留液が成長面に残って不ぞろいを生じ
易い公知の方法で形成されたものよりずっと均質な配向
重複層か形成される。

基質からふりはらわれ、溝を通って外方の環状空間部に
送られた溶液は目ざら９に流れ落ち、使用済みの溶液１
１はそこにたまって、そこから排水される。

基本的には回転頭部２とケースが一緒に回転するように
回転頭部２はケースに固定されているが、ケースは固定
したままで頭部２のみが回転するように回転頭部をはめ
ることも可能である。

この種の詳細は本装置の構成の理解には不必要と思われ
るので図面には示してない。

本発明装置の実際例においては、軸受２２が配向重複成
長に必要な数百度まで加熱されるのを避けるために熱い
区域の外に配置してある。

第５図は溝７の平行な配列を示す。

この装置は遠心力よりはむしろ気圧で作動する。

気体は弁２４の制御のもとに圧力容器２３から供給室４
ａに補給され、液体を溝７に送る。

排水室８にたまった使用済みの液体は必要に応じてポン
プ２５と返環用管２６によって層形成材を加えた後再使
用されるように供給容器１３に再循環させてもよい。

根本的には所定の数の平行溝が該平行な構成の外側に位
置している回転軸のまわりに回転することは可能である
。

このような場合に４は平行溝群は回転軸のまわりに互い
に向き合って配置される。

もちろん溝の方向は放射方向とは異なる。

液体が基質表面上を流れている間は作動している本集施
例は配向重複成長の実際の要求によく適合する。

本発明の概念内での変形が可能なことは理解できるであ
ろう。

なお本発明においては下記実施例を含むものである。

（１）おおうべき基質表面と液体が共に回転器内で回転
している間は、液体は遠心力の影響を受けて該基質表面
と接しており、該液体が遠心力を受けておおうべき基質
面上を流れるように基質は回転の中心軸から離れて位置
され、液体ははじめは該基質より回転器の回転中心軸に
近いほうに位置され、それから該基質より回転の中心軸
から遠い位置で除去されるような特許請求範囲十に記載
の方法。

（２）液体が気圧を受けて供給室から基質面上を通って
排水室に流されるような特許請求範囲１に記載の方法。

（３）基質を供給室と排水室を接続している溝において
、おおうべき基質面が溝を通って流れる液体に浸るよう
に位置づけた特許請求範囲１に記載の方法。

（４）おおうべき基質面を放射状に位置させた前記（３
）に記載の方法。

（５）おおうべき基質面が互いに平行で離れており、液
体がその間の空間を通って流れるように、２つの基質を
互いに向きあっている溝の壁の位置に位置させる前記（
３）に記載の方法。

（６）溝７の壁を、少くも部分的には互いに離れて回転
頭部２に取り付けられている２つの互いに平行な基質に
より構成した特許請求範囲２に記載の装置。

（７）少くも２つの溝７を回転頭部において回転中心軸
３に関して対称的に設けた特許請求範囲２に記載の装置
。

（８）多数の溝を放射状に設けた特許請求範囲２に記載
の装置。

（９）溝を液体供給容器と排水室の間に直線状に配置し
た、特許請求範囲１又は前記（１）（２）のいずれかに
記載の方法による配向重複成長によって少くも１つの基
質上に少くも１つの層を形成する装置。

（１０）個々の供給室４を各溝７用に設け、すべての溝
を共通の排水室８に接続してある前記（７）， （８）
，（９）のいずれかに記載の装置。

（１１）排水室８は回転頭部２とケース１の間の環状空
間で形成され、該ケースは該回転頭部の下に液の目ざら
９を設けている特許請求範囲２に記載の装置。

（１２）溝７の巾が調節可能となっている特許請求範囲
２に記載の装置。

（１３）基質６の取り付け位置にあり溝１０を設けた特
許請求範囲２に記載の装置。

（１４）供給室４に所定量の同じ液又は違う液を選択的
に補給する投液器を該供給室４の各に設けた前記（９）
に記載の装置。

（１５）排水室と液体供給容器との間に液体再循環用部
材を設けた、特許請求範囲１又は２、又は前記（１）〜
（１４）のいずれかに記載の装置。

【図面の簡単な説明】

第１図は液相から基質上に配向重複層を形成するべく遠
心力によって作動する本発明の１実施例の回転軸を通る
平面における断面図、第２ａ図は第１図■−■線に沿う
部分断面図、第２ｂ図は多数の溝に共通な液体供給室を
含む本発明装置の選択実施例における部分断面図、第２
ｃ図は角板の形状をしたすきま調節部材の詳細図、第３
図は液体を供給室に補給する投液器の概略図、第４図は
多数の放射状に配置された溝を有する本発明装置の選択
実施例の概略図、第５図は溝が互いに平行で直線状に配
置されている別の選択実施例の概略図である。 図中の符号はそれぞれ下記部材を示す。 １・・・ケース、２・・・回転頭部、２ａ・・・回転頭
部の底、３・・・回転中心軸、４・・・供給室、４ａ・
・・中央供給室、４ｂ・・・調節板、５・・・孔、５ａ
・・・カバー、６・・・基質、７・・・溝、８・・・排
水室、９・・・目ざら、１０・・・あり溝、１１・・・
使用済みの液、１２・・・投液器、１３，１３ａ・・・
供給容器、１４・・・ソレノイド入力バルブ、１５・・
・測量タンク、１６・・・ソレノイド出力バルブ、１７
・・・排水口、１８・・・角板１８ａ，１８ｂ、角板の
辺、１９・・・孔、２０・・・ネジ、２１・・・案内溝
、２２・・・軸受、２３・・・圧力容器、２４・・・弁
、２５・・・ポンプ、２６・・・返環用管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体に層形成材を分散させる工程と、層形成材を含
   む該液体を外部から力を与えて供給室から外に流し、お
   おうべき基質面上を通って排水室に送る工程とからなり
   、該基質面から残留液を除去するために、該供給室が空
   になってからでもしばらく該力がかかつていることを特
   徴とする、配向重複層によって少くとも１つの基質上に
   層を形成する方法。 ２ ケース１、その上に少くとも１つの基質６が取り付
   けられる該ケース内の回転頭部２、該回転頭部２の位置
   で該基質６が取り付けられる位置より放射状の内側に設
   けた液体供給室４、該基質６が該回転頭部２に取り付け
   られた位置より放射状の外側に設けた該ケース１内の排
   水室８、及び該供給室４と該排水室８を接続し、おおう
   べき基質面上を通っている該回転頭部２における溝７よ
   り構成されていることを特徴とする、遠心力を利用しな
   から配向重複成長によって少くとも１つの基質上に少く
   とも１つの層を形成する装置。