JPH01208399A - テルル化水銀カドミウムの光励起気相成長法及び装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、赤外線検出用材料として有用なテルル化水銀
カドミウムを光励起気相成長法により低温で結晶成長さ
せる方法および装置に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に化合物半導体の薄膜結晶成長技術として、原料ガ
スの熱分解を利用した気相成長法が知られている。

原料ガスとして有機金属を用いた気相成長法（有機金属
気相成長法：　Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍ
ｉｃａｌＶａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉ　ｔｉｏｎ、略して
ＭＯＣＶＤ法）は、量産性と結晶成長層の膜厚、組成比
制御性を兼ねそなえている。　ＭＯＣＶＤ法によるテル
ル化水銀カドミうム（ＣｄｘＨｇ１−ｘＴｅ　：略して
ＣＭＴ）薄膜成長に関し、例えばＪｏｕｒｎａｌ　ｏｆ
　　Ｃｒｙｓｔａｌ　　Ｇｒｏｗｔｈ、ｖｏｌ、５５　
（１９８１）　、　ｐ１０７−１１５に開示されており
、第４図においてこれを説明する。薄膜成長は、石英製
の水平反応管内（４０）で、常圧で行う。原料としては
ジメチルカドミウム（Ｍｅ２Ｃｄ）　、　ジエチルテル
ル（Ｅｔ２Ｔｅ）および金属水６Ｍ（Ｈｇ）が用いられ
ている。有機金属（ＭＯ）は、水素ガスをキャリアガス
として反応管内（４０）へ導入される。金属Ｈｇは反応
管内にセットしたＨｇ溜（４１）より供給される。これ
ら原料ガスは高周波コイル（４２）により加熱されたカ
ーボンサセプタ（４３）近傍で熱分解し、同サセプタ上
に置かれたＣｄＴｅ基Ｊ＆（４４）面上にＣＭＴ結晶が
成長する。典型的な基板温度は４２０°Ｃ付近である。

薄膜の組成比ｆＸ）は水銀溜（４１）の温度により制御
され、その温度範囲は２４０°Ｃから３２０℃である。

反応管は水銀蒸気が反応管壁に凝結しないように、外部
より抵抗ヒータ（４５）で加熱される。

テルル化水銀カドミウムの構成物中水銀の蒸気圧は極め
て高く、このため成長温度が高（なれば、結晶中に多量
の水銀空孔が発生し、目的とした組成比（Ｘ）からズレ
を生じるという問題点がある。

５ｕｒｆａｃｅ　５ｃｉｅｎｃｅ　ｖｏｌ、　１０４　
（１９８１）　、　ｐ３６５　３８３によれば、組成比
０．２すなわちＣｄｏ、ｚｌｌｇｏ、８Ｔｅを１５０°
Ｃ以上で加熱した場合、ＣＭＴ結晶中からの水銀の蒸発
が見られることを報告している。

ＭＯＣＶＤ法において、結晶成長温度は主に原料ガスの
熱分解温度による。Ｈｔ２Ｔｅ、　Ｉ’１ｅ２ＣｄＯ熱
分解温度はそれぞれ４００〜５００℃、２００〜３００
°Ｃである。これより、成長温度はＥＬ２Ｔｅの熱分解
温度、４００°Ｃ以上が必要となる。

一般に、ＣＭＴは組成比（Ｘｌにより光を検出する波長
が変化する。３〜５μｍの赤外線を検出するにはＸ値は
０．３．８〜１２μｍの赤外線を検出するにはｘ　＝　
０．２が各々適当とされている。上記波長帯は、大気の
窓とよばれ赤外線センサとして有効であるため、実験者
達が目的とするのは一般に０、２か０．３である。

ＣＭＴ薄膜成長温度が４００”Ｃ以上で、かつ、組成比
Ｘが０．２〜０．３の場合のようにＨｇ組成が大きい場
合、成長膜からのＨｇ蒸発を抑えるために、基板近傍の
水銀蒸気圧を高く保つ必要があり、実際にＨｇ溜の温度
は３００℃以上となる。更に、Ｈｇ溜から基板近傍まで
の反応管壁においても、全１ｉＨｇ凝結防止のため３０
０℃以上に加熱する必要がある。原料ガスが基板に到達
する前にかかる高温部（３００°Ｃ以上のＨｇ溜、反応
管壁）が存在することにより、次のような問題が生ずる
。

ＭｅｚＣｄの熱分解温度は２００℃以上であるから、途
中熱分解し、管壁に付着したり、Ｈｇ蒸気と気相中で反
応を起こす。このため、Ｍｅ２Ｃｄの歩留は低くなり、
更に、気相中での反応により生したダスト（核）が基板
に付着し、成長表面が悪くなる。

また、成長薄膜面内のＨｇ組成比を均一にする場合、基
板近傍でＨｇ蒸気圧を所定の値に保つことが必要である
。このため、管壁を加熱する抵抗ヒータ（４５）の制御
が極めて重要である。しかし、基板加熱のための高周波
コイル（４２）は、抵抗加熱用のヒータ線をも加熱する
ため、温度コントロールは難しい。また、最も重要な基
板近傍の反応管壁の温度コントロールは、高周波コイル
と干渉するため、制御不可能に近いか、あるいは、複雑
な装置構成が必要となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来技術が有する上述した問題点の根本原因はＴｅ系Ｍ
　Ｏ原料の熱分解温度が高い事による。本発明はＣＭＴ
薄膜成長温度を低温とし、従来にない高品質で組成比、
膜厚が均一なＣＭＴ薄膜を得る光励起気相成長法（光Ｍ
ＯＣＶＤ法）および装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により
、テルル化水銀カドミウム（ＣｄｘＨｇ１−ｘＴｅ）単
結晶薄膜を成長させる方法において、水素をキャリアガ
スとして所定量にコントロールされたテルルおよびカド
ミウムのアルキル化合物が連続的に供給されており、成
長圧力がｌ　Ｑ　ｔｏｒｒから常圧にコントロールされ
ている反応管内に、５０℃〜２００℃に温度コントロー
ルされた金属水銀溜と常温〜２５０℃に温度コントロー
ルされたＣｄｘＨｇｔ−ｘＴｅ薄膜を成長させるための
基板を装着したサセプタを設置し、１９０ｎＩｌｌ〜３
００ｎＩ１１の波長を有するエキシマレーザを基板近傍
あるいは基板自身に照射することを特徴とするテルル化
水銀カドミウムの光励起気相成長法である。また基板温
度（サセプタ温度、成長温度）が２５０℃〜４５０℃で
水銀溜−度が２００℃〜３００℃でかつ反応管内成長圧
力がｌ　Ｑ　ｔ６ｒｒ〜５００　ｔｏｒｒであるテルル
化水銀カドミウムの光励起気相成長法である。また、ス
テンレス製反応“管内に基板設置用サセプタと水銀溜を
設置し、反応管に有機金属ガスを導入するだめの装置と
排気系とを有する有機金属気相成長装置（ＭＯＣＶＤ装
置）において、サセプタおよび水銀溜および管壁をそれ
ぞれ独立に温度をコントロールする加熱装置および温度
制御系と基板近傍に光導入部を設置した反応管と光導入
部へエキシマレーザを導入する光学系とを有することを
特徴とするテルル化水銀カドミウムの光励起気相成長装
置である。

〔作用〕

このようにすることにより、低温で従来にない高品質、
かつ、組成比、膜厚均一なＣＭＴ￥Ｘ膜を得ることが可
能となる。

以下、本発明を図面を参照しながら具体的に説明する。

第１図は、本発明を通用した光励起気相成長装置の構成
の一例を示す模式図である。原料のＭｅ２Ｃｄ−、Ｈｔ
２Ｔｅはステンレス製のバブラー内（１１，（２１にあ
り、それぞれ恒温槽（３）、　＋４）に収められている
。

バブラー内は適当な蒸気圧で飽和状態にあり、その蒸気
圧は恒温槽（３）、　（４１の温度で決定する。第５図
にＭｅ２ＣｄとＥｔ２Ｔｅの蒸気圧曲線を示す。これよ
り、たとえば恒温槽（３，４）の温度を３０℃、４０℃
に設定すれば、蒸気圧はＭｅ２Ｃｄが２８ｍｍＨｇ、Ｅ
ｔ２Ｔｅが１８ｍｍＨｇとなる。

反応管内（８）に導入される原料ガス量はバブラー（１
１，（２１へ送り込まれるＨ２ガス流量、すなわちマス
フローコントローラ（Ｍ　Ｆ　Ｃ）　（５）、　＋６）
とこれらのＭＯガスを希釈するＨ２ガス流量、Ｍ　Ｆ　
Ｃ（７１で決定する。たとえば、Ｍ　Ｆ　Ｃ（７）を５
１／分、恒温槽（３，４）の温度がそれぞれ３０℃、４
０℃、ＭＦＣ（５，６）を１０ｍｉ！／分、１００ｍｊ
！／分と設定すると、反応管内のＭｅ２Ｃｄ＋　Ｂｔ２
Ｔｅの濃度は、それぞれ４ｘ　１０’　ｍｏｌ／ｌ、　
７　ｘ　ｌ　０６ｍｏｌ／１となる。

金属Ｈｇは反応管内（８）に置いたＨｇ溜（９）より供
給する。）１　ｇ蒸気圧はＨｇ溜め位置とＨｇ溜、加熱
ヒータ（１０）で制御する。Ｈｇ溜の温度は熱電対（１
１）でモニターし、Ｈｇ溜（９）が５０℃から３００℃
の範囲で目的の設定値で一定温度となるよう加熱ヒータ
（１０）を制御する。ＣＭＴを成長させるための基板は
、カーボンサセプタ（１３）上に置かれ、抵抗加熱ヒク
タ（１４）で昇温される。基板温度はサセプタ（１３）
に埋め込んだ熱電対（１５）でモニターし、基板温度が
常温から４５０℃の範囲で目的の設定値で一定となるよ
うに制御される。

反応管（８）は水平におかれたステンレス製管であり、
基板直上に光導入のための窓（１６）を持つ。

窓部（１６）は各種窓材（たとえば、溶融石英ガラス（
１７））が適用でき、かつ、窓内側に反応ガスが付着し
ないよう、溶融石英ガラス（１７）に向かってＭＦＣ（
１Ｂ）で流量決定されたＨ２ガスをブローできる構造と
なっている。また、反応管（８）の内面へのＨｇが凝結
しないように、外壁は抵抗加熱ヒータ（２５）により５
０℃〜３５０″Ｃの範囲において、目的の設定値で一定
温度となるよう制御する。

光源（１つ）より発した光ビームは光学系、例えばミラ
ー（２０）で折りまげられ、レンズ（２１）、たとえば
焦点距離２００ｗａのシリンドリカルレンズで集光され
、窓部（１６）より導入される。

反応管（８）内部は、数ｔｏｒｒから常圧までの所定の
圧力で成長できるような、排気制御系（２２）、例えば
ロータリーポンプとこの排気量を調整する自動コンダク
タンスバルブよりなる。更に、反応管内を高真空排気す
るための排気系（２３）例えばターボ分子ポンプと、反
応後のガスを処理するための排ガス処理系（２４）を有
する。

下記に上述した装置における具体的最適条件範囲を示す
。この条件範囲より下限では成長は可能であるが成膜速
度が遅く実用に適さない。また、上限においては原料歩
留が悪くなるうえに、未反応の原料ガスが大量に排ガス
処理系に流れるためメンテナンス上問題となる。

Ｍｅ２Ｃｄ恒温槽（３）温度　　　　：２５℃〜３５℃
Ｍｅ２Ｃｄバブラー（１）へ送り込むＨ２ガス流量（５
）：　１０ｍ　（１／分〜１００ｍｅ／分Ｅｔ２Ｔｅ恒
温槽（４）温度　　　　：２５°Ｃ〜４０℃Ｅｔ２Ｔｅ
バブラー（２）へ送り込むＨ２ガス流量（６）：１０ｍ
ｊ！／分〜１００ｍβ／分 希釈Ｈ２ガス流量（７１：　０．５　Ａ　／分〜５ｅ／
分Ｈｇ溜（９）加熱用ヒータ温度（１０）：５０℃〜　
３００℃ 管壁温度（ヒータ（２５）　）　　　：　５０℃〜３５
０℃基板温度〔瓜抗基板上−タ（１４）） ：常温〜４５０℃ 成長圧力　　　　　　　：　１０ｔｏｒｒ〜７６０ｔｏ
ｒｒ上述した構成において、光源と原料ガスの種類はそ
の組み合わせにおいて最適化されていなければならない
。なぜならば、照射波長における原料ガスの光分解効率
が高くなければ、低温での薄膜成長は困難であるからで
ある。

ＭＯガスは紫外域（１９０ｎｍ〜４００ｎｍ）に特異な
吸収スペクトルを持ち、　１９０ｎｍ〜４００ｎｍにあ
る波長の光ビームにより光分解する。分子密度ｎ、長さ
βの媒質に強度Ｉｎの光が入射した場合、媒質で吸収を
受けた後の透過光強度■は Ｉ　＝　Ｉ　ｏｅｘｐ　（−σｎＪ） で表わされる。上述でのσは、吸収断面積と定裳され、
ＭＯガスの光分解の容易さは、入射ビーム波長における
吸収断面積が目安となる。第２図に本発明者が測定した
ＭｅｚＣｄ、　Ｅｔ２Ｔｅの紫外域における吸収スペク
トルをそれぞれ（３０）、（３工）に示す。（３１）よ
りＥｔ２Ｔｅは２４８ｎｍにおいて、吸収のピークを持
つことがわかる。更に、本発明者はこの波長におけるＥ
ｔ２ＴｅとＭｅｚＣｄの吸収断面積をより定したところ
、それぞれ、３．６　Ｘ　Ｉ　Ｑ　”ｃｎｉ、　　４Ｘ
１０ｃｎｌなる値を得た。エキシマレーザはレーザ媒質
用ガスを交換することにより１９０ｎｍ〜４００ｎｍに
いくつかの所定の発振波長を持ち、例えば媒質ガスをＫ
ｒＦとした場合（Ｋ　ｒ　Ｆエキシマレーザ）発振波長
は２４８ｎｍである。これより、本発明者はＭｅｚＣｄ
とＥｔ２Ｔｅが共在する反応管内にＫｒＦエキシマレー
ザ光を照射することにより、ＭＯガスを低温で分解でき
ることを見い出した。更に、同条件においてχｅｃｌエ
キシマレーザ（発振波長３０８ｎｍ）　、Ｘ　ｅ　Ｆエ
キシマレーザ（発振波長３５０ｎｍ）を選択した場合に
は分解できなかった。

これは、第２図から理解できるように、ＭｅｚＣｄとＥ
ｔ２Ｔｅは３００　ｎｍ〜４００　ｎｍにおいてほとん
ど吸収をもたないからである。第１表に各種エキシマレ
ーザ発振波長におけるＭｅｚＣｄ、Ｅむ：　Ｃｄ、　Ｍ
ｅ２Ｔｅ。

Ｅｔ２Ｔｅの吸収断面積を示す。

これより、原料ガスの各レーザ波長における吸収断面積
の関係から、例えば第２表のような組み合わせでの成長
が可能である。

さらに、上述した構成において、基板温度、成長圧力、
Ｈｇ溜の温度の関係においても最適化されていなければ
ならない。これを次に示す２つの場合で説明する。

第２表 （１１基板温度（サセプター温度、成長温度）常温〜２
５０℃の場合 この場合、成長圧力１０　ｔｏｒｒ〜常圧において、Ｈ
ｇ溜の温度は管壁の加熱温度２００℃以下、す・なわち
Ｍｅ２Ｃｄの熱分解温度以下での結晶成長が可能となり
、管壁への原料ガス付着、気相中の核形成反応を抑える
ことができる。これにより、成長薄膜の組成比、厚みの
変動が少なく　（４％以下）従来にない均一、かつ高品
質なＣＭ　Ｔ薄膜結晶成長が実現できる。

成長温度が１５０℃〜２５０℃においては、基板近傍で
のＭｅ２Ｃｄの熱分解が利用できるため、エキシマレー
ザの出力が小さくても（０，５Ｗ程度から）結晶成長が
行える。一方、成長温度が常温〜１５０℃の場合は、エ
キシマレーザはある程度の出力を必要とする（３Ｗ以上
）。これはＭｅ２ＣｄＯ熱分解効率低下分を光分解で補
う必要があるためである。実際に、レーザ出力が０．５
　Ｗの場合、表面が鏡面とならない。

成長圧力に関しては、７００　ｔｏｒｒ以下の減圧状態
が表面状態改善の点で望ましく、特に成長温度が１５０
℃以下の場合には、減圧下でないと鏡面が得られない。

エキシマレーザ出力が大きい場合、気相中でＭｅ２Ｃｄ
ｓ　ＥＬ２　Ｔｅ両者が光分解し、核形成反応を起こし
、このために結晶表面の荒れが起きる。減圧状態では、
ガス濃度が希薄となり、気相中での核形成率が低下する
ため、減圧成長が表面状態改善に有効である。

（２）基板温度　２５０℃〜４５０℃ この場合、従来点間様にＨｇ溜の温度として２００℃〜
３００℃必要である。成長圧力を１気圧で薄膜成長をお
こなった場合、従来法と同様な欠点を有し、特に、成長
薄膜の組成比、厚みの均一性に関する変動（４％〜１２
％）が問題となる。

しかし、成長圧力を１０　ｔｏｒｒ〜５００　ｔｏｒｒ
の減圧下において光照射することにより表面状態改善の
効果がみられる。これは、減圧状態ではガス濃　・度が
希薄となり気相中での核形成率が低下し、更に光照射に
よる表面活性化が加わるため表面状態改善に効果がある
ためである。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例につき説明する。

（実施例１） 第１実施例において、第１図の装置を用い、成長温度が
常温〜１５０℃の範囲で本発明を適用したＣＭＴ薄膜成
長実験結果の一例を説明する。成長温度１５０℃、Ｈｇ
溜湯温度１００℃管壁温度１００℃、希釈Ｈ２、Ｍｅ２
Ｃｄ、　Ｅｔ２Ｔｅ流量をそれぞれ１１／分、４０ｍ１
１分、１００ｍｊ！／分、成長圧力１００ｔｏｒｒ、Ｋ
ｒＦエキシマレーザの出力として３ＷでＣｄＴｅ基板（
結晶方位１１１Ａ面）面上に薄膜成長を行った。成長薄
膜の表面は鏡面であり、膜厚を走査型電子ｖＪＡ微鏡（
ＳＥＭ）で評価したところ、その変動は２〜３％であっ
た。更にフーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴＩＲ）で組
成比を評価したところ、組成比は０．２でその変動は４
％以下であった。

（実施例２） 第２実施例において、本９発明の成長速度に及ぼす効果
を説明する。

ＣＭＴ薄ＩＲの成長速度に関しては、通常のＭＯＣＶＤ
法と同様に各成長温度において希釈Ｈ２流量一定の場合
は原料ガスの供給量に対し、原料ガス供給量一定の場合
は希釈Ｈ２流量の平方根に対し、増加する。第３図に前
者の場合の一例を示す。成長温度２００″Ｃ３希釈１−
１２流量１β／分、ＫｒＦエキシマレーザ出力ＩＷとし
て、Ｍｅ２Ｃｄ流量を１０ｍ　ｌ　／分〜ｌｏｏｍｌ／
分に変化させることによリ、成長速度を１μｍ　／　ｈ
〜１０μｍ　／　ｈまで増加できた。同図に、同様の流
量条件で成長温度４００°Ｃにおいて、従来法により成
長させた場合（すなわちエキシマレーザ非照射）の結果
を破線で示す。これより、本発明による成長法は、成長
速度が早く、Ｍｅ２Ｃｄの歩留りも高いことがわかる。

（実施例３） 第３実施例において、成長温度が２５０℃〜４５０℃の
範囲において本発明を適用したＣＭＴ″ａ膜成長実験結
果の一例を説明する。成長温度４００℃、Ｈｇ溜湯温度
３２０℃管壁温度３３０℃、希釈Ｈ２、Ｍｅｚ　Ｃｄ、
　Ｅｔ２Ｔｅ流口をそれぞれＩＪ／分、４０ｍβ／分、
１００ｍｊ！／分、成長圧力１００ｔｏｒｒ、ＫｒＦエ
キシマレーザの出力としてｌＷで薄膜成長を行った。成
長薄膜の表面は鏡面であり、膜厚を走査型電子顕微鏡（
ＳＥＭ）で評価したところ、その変動は１０％であった
。更にフーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴＩＲ）で組成
比を評価したところ、組成比は０．２でその変動は１２
％であった。

（実施例４） 第４実施例において、本発明におけるエキシマレーザの
繰り返し周波数のすＪ果を説明する。成長温度１５０℃
、Ｈｇ層温度１００°Ｃ１管壁温度１００°Ｃ１希釈Ｈ
２、Ｍｅ２Ｃｄ、　Ｅｔ２Ｔｅ流量をそれぞれ１β／分
、４０ｍＡ／分、１００ｍＪ／分、成長圧力１００Ｌｏ
ｒｒ、ＫｒＦエキシマレーザの照射条件として５ｍＪ、
繰り返し周波数を１００　Ｈｚと５００Ｈｚにおいて薄
膜成長を行った。フーリエ変換型赤外分光光度計（ＦＴ
ＩＲ）により両者の組成比を評価したところ、５００Ｈ
ｚの場合組成比Ｘが１０％程度増加した。更に、走査型
電子顕微１（ＳＥＭ）により両者の膜厚を評価したとこ
ろ、５００　Ｌ（ｚの方が２０％程度はど厚かった。こ
れより、エキシマレーザの繰り返し周波数によりＣＭＴ
薄膜の膜厚、組成比コントロールが行えることが十）か
る。

（実施例５） 第５実施例において、図示していないが、エキシマレー
ザを第１図のサセプタ上部の窓（１６）と代わって、サ
セプタ側面に取り付けた同様の構造をもつ窓より基板表
面と平行に照射して、本発明を通用した場合について説
明する。成長温度１５０℃、Ｈｇ溜温度１００℃、管壁
温度１００　”ｃ、希釈Ｈ２、Ｍｅ２Ｃｄ、　Ｅｔ：　
Ｔｅ流量をそれぞれｉｆｆ／分、４０ｍ１！／分、１０
０ｍＪ／分、成長圧力ＩＱＯｔｏｒｒ、ＫｒＦエキシマ
レーザの照射条件として３Ｗ、照射はサセプタ（１３）
側面に取り付けられた（１６）と同じ構造をもつ窓部よ
り基板（１２）と平行に、基板直上２ｆｉ上方を通過す
るよう照射し、薄膜成長を行った。成長薄膜の表面は鏡
面であり、膜厚を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で評価し
たところ、その変動は２〜３％であった。更にフーリエ
変換赤外分光光度計（ＦＴＩＩ？）で組成比を評価した
ところ、組成比は０．２でその変動は４％以下であった
。本発明において照射方向をかえても、同様の効果があ
ることがわかる。

（実施例６） 第６実施例において、本発明で光源と原料ガスの組み合
わせが異なる場合について説明する。第■実施例と同条
件において、第２表におけるエキシマレーザ、原料ガス
組み合わせでＣＭＴ薄膜成長を行った。

すべての場合において、鏡面の薄膜が得られた。

光源としてＫｒＦエキシマレーザ、原料としてＥＬｚ　
Ｃｄ、　Ｍｅｐ　Ｔｅの組み合わせで成長させた薄膜に
ついて、その組成比、膜厚を第１実施例で説明した成長
薄膜（原料としてＭｅｐ　Ｃｄ、　　Ｅｔ２Ｔｅを用い
た場合）と比較すると、前者の方が組成比で５％、膜厚
で３％はど大きい。これは第１表かられかるように、Ｅ
ｔ２ＣｄのＫｒＦエキシマレーザ波長（２４８ｎｍ）に
おける吸収断面積力＜Ｍｅ２Ｃｄのそれより３倍はど大
きい。このため、Ｅｔ２Ｃｄを用いた方が薄膜中にＣｄ
が余計に取り込まれるため、組成比、膜厚が増加する。

（実施例７） 第７実施例において、第１図の装置を用い、成長温度が
常温〜１５０℃の範囲で本発明を適用したＣＭＴ薄膜成
長実験結果の一例を説明する。成長温度１５０℃、Ｈｇ
面温度５０°Ｃ，管壁温度５０℃、希釈Ｈ２、Ｍｅ２Ｃ
ｄ、　Ｅｔ２Ｔｅ流量をそれぞれ１１／分、４０ｍ１１
分、１００ｍ１１分、成長圧力１００　ｔｏｒｒ、、Ｋ
　ｒ　Ｆエキシマレーザの出力として３ＷでＣｄＴｅ基
板（結晶方位１１１Ａ面）面上に薄膜成長を行った。成
長薄膜の表面は鏡面であり、膜厚を走査型電子顕微鏡（
ＳＥＭ）で評価したところ、その変動は２〜３％であっ
た。更にフーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴＩＲ）で組
成比を評価したところ、組成比は０．５でその変動は４
％以下であった。

以上、本発明の実施例につき説明したが、本発明は上述
の実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思
想に基づく各種変形が可能である。

光源と原料ガスの組み合わせに関し、上述と異なる構成
においても同様に高品質、かつ組成比、膜厚均一なＣＭ
Ｔ薄膜を得ることが可能である。

・光源においても、エキシマレーザ以外に、紫外域で強
力な発光体、例えば超高圧水銀ランプ、あるいはＹＡＧ
レーザの高調波を用いて紫外線を発生させるなどしても
同様の効果が得られる。

光ビームの照射方向に関し、本実施例では基板に対し、
垂直な方向、および平行な方向より照射しているが、例
えば基板に対し斜めに照射しても同様の効果が得られる
。

成長基板に関し、本実施例ではＣｄＴｅ　（１１１）　
Ａ面を用いたが、他の面方位、例えば（１００）面、ま
たは異なる基板材料、例えばＧａＡｓ＋　Ｓｔ、　Ｉｎ
Ｓｂ。

Ａｌ２Ｏ：ｒなどを用いても可能である。

また、上述の実施例で用いた第１図に示す装置と異なる
構成の装置を用いてもよい。加熱源に関し、本実施例で
は抵抗加熱方式をとっているが、例えば赤外ランプなど
も可能である。反応管の構造に関し、本実施例では反応
管材質としてステンレスを用い、光導入窓のくもり防止
のため、ガスパージラインを設けているが、例えば石英
管などの他の材質を用い、また異なる構成の光導入窓の
くもり防止構造を用いることもできる。

更にまた、本発明はＣｄｘＨｇ１−ｘ　Ｔｅを光励起気
相成長させる場合にその効果を説明したが、本発明の基
本原理から、Ｔｅ系原料を用いた他の化合物半導体、例
えばＣｄＴｅ、　ＺｎＴｅ、　Ｚｎｘｔｌｇｌ−ｘＴｅ
等を低温で高品質、かつ、組成比、膜厚が均一な薄膜結
晶を行う場合についても通用できる。

〔効果〕

本発明によれば、低温でのＣＭＴ薄膜成長が可能となる
ため、装置構成において、Ｈｇ蒸気圧を制御するための
反応管壁加熱制御、Ｈｇ溜加熱制御が容易となる。また
、基板到達前の原料ガス気相反応を抑制することができ
るため、原料歩留、表面モフォロジーが向上する。また
更に、成長させるＣＭＴ薄膜の成長速度および／または
組成を容易に制御でき、もって高品質、かつ組成比、膜
厚均一な薄膜を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による光励起ＭＯＣＶＤ”　
装置の構成図、第２図は紫外域における原料ガスの吸収
スペクトルの一測定例としてＭｅ２ＣｄとＥｔ２Ｔｅの
スペクトルを示し、第３図は本発明を適用した原料ガス
供給量による薄膜成長速度コントロールに関する一実験
結果と、比較のために従来法により同様の実験を行った
結果を示すグラフ、第４図は従来法によりＣＭＴ薄膜を
成長させるＭＯＣＶＤ装置の構成図、第５図はＭｅ２Ｃ
ｄ、　Ｅｔ２Ｔｅの蒸気圧曲線を示すグラフである。 １．２・・・バブラー　　３．４・・・恒温槽　　５゜
６・・・原料供給量調整用マスフローコントローラ７・
・・希釈流量調整用マスフローコントローラ８・・・ス
テンレス水平反応管　　９・・・Ｈｇ溜ｌＯ・・・Ｈｇ
溜加熱ヒータ　　１１・・・ＨｇＮ１温度モニタ用熱電
対　　１２・・・基板　　１３・・・基板装着用サセプ
タ　　１４・・・基板加熱用ヒータ　　１５・・・基板
温度モニタ用熱電対　　１６・・・光導入用窓部　　１
７・・・光導入用窓材　　１８・・・光導入用窓フｏ　
−カス流ｆｉｔ　ｉＪＩ　整用マスフローコントローラ
１９・・・光源（エキシマレーザ）　　２０・・・光ビ
ーム導入用ミラー　　２１・・・光ビーム導入用レンズ
２２・・・排気装置　　２３・・・高真空排気装置２４
・・・排ガス処理装置　　２５・・・管壁加熱ヒータ３
０・・・Ｍｅ２Ｃｄの吸収スペクトル　　３１・・・Ｅ
ｔ２Ｔｅの吸収スペクトル　　４０・・・石英水平反応
管４１・・・Ｈｇ溜　　４２・・・高周波コイル　　４
３・・・サセプタ　　４４・・・基板　　４５・・・抵
抗ヒータ出　願　人　　新日本製鐵株式会社 代理人弁理士　　青　　柳　　　稔 蒸気圧 惟温槽温度　　　　　　（０Ｃ） 第５図 １１Ｎ） ０ト 手続補正書（自発） １．事件の表示 昭和６３年特許願第３０１２０号 ２、発明の名称 テルル化水銀カドミウムの光励起気相成長法及び装置３
、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住所　東京都千代田区大手町二丁目６番３号名称　（６
６５）新日本製鐵株式会社 代表者　　棗　　藤　　　　　裕 ４、代　　理　　人　　　〒ｌ　ＯＬ　　　　　ｅ　０
３（８６３）０２２０住　所　　東京都千代田区岩本町
３丁目４番５号第−東ビル氏　名　　（７０１７）弁理
士　　青　　柳　　　　　　稔：１］□７−６浦川正に
より増加する請求項の数　　　な　し８、補正の内容 （１１明細書第１２頁ｌマ行の記載を次の様に補正する
。 ｒｌ＝Ｔｏ　　ｅｘｐ　（−ａｎｌ、）　」（２）同第
１９頁１行の「す、」の後にｒｃｄＴｅ（１１１）Ａ基
板面上への薄膜」を挿入する。 （３）同第１９頁１５行の「Ｗで」、同２０頁９行の「
おいて」および同２１頁ｌ１行の「し、」の後にｒ　Ｃ
ｄＴｅ（ｌｌ’ｌ）　Ａ面上へ」を挿入する。 （４）同第２１頁２行の「平行に照射して」の後に「更
に基板加熱ヒータ（１４）サセプタ（１３）の位置を中
心に対し対称に上下反転させ、基板（１２）表面が下向
きとなるよう配置して」を挿入する。 （５）同第２１頁１０行の「基板直上２ｍｍ上方」を［
基板直下２ｍｍ下方」に補正する。 （６）同第２１頁１６行の「照射方向を」を「照射方向
、基板向きを」に補正する。 （７）図面第３図を別紙のとおり補正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、テル
   ル化水銀カドミウム（Ｃｄ＿ｘＨｇ＿１＿−＿ｘＴｅ）
   単結晶薄膜を成長させる方法において、反応管内に水素
   をキャリアガスとして所定量にコントロールされたテル
   ルおよびカドミウムのアルキル化合物を連続的に供給し
   、該反応管内の成長圧力を１０ｔｏｒｒから常圧にコン
   トロールし、該反応管内に設置した金属水銀溜を５０℃
   〜２００℃に保定し、該反応管内に設置したＣｄ＿ｘＨ
   ｇ＿１＿−＿ｘＴｅ薄膜を成長させるための基板を装着
   したサセプタの温度（成長温度）を常温〜２５０℃に保
   定し、１９０ｎｍ〜３００ｎｍの波長を有するエキシマ
   レーザを該基板近傍あるいは基板自身に照射することを
   特徴とするテルル化水銀カドミウムの光励起気相成長法
   。 ２、成長温度が２５０℃〜４５０℃、金属水銀溜の温度
   が２００℃〜３００℃でかつ反応管内成長圧力が１０ｔ
   ｏｒｒ〜５００ｔｏｒｒである請求項１記載のテルル化
   水銀カドミウムの光励起気相成長法。 ３、反応管内に基板設置用サセプタと水銀溜を設置し、
   該反応管に有機金属を導入するための装置と排気系とを
   有する有機金属気相成長装置（ＭＯＣＶＤ装置）におい
   て、該サセプタおよび水銀溜および管壁をそれぞれ独立
   に温度をコントロールする加熱装置および温度制御系と
   基板上部位置もしくは該サセプタ側面に該基板に平行な
   位置に光導入部を設置した反応管と該光導入部へエキシ
   マレーザを導入する光学系とを有することを特徴とする
   テルル化水銀カドミウムの光励起気相成長装置。