JPH02239184A - 光励起気相成長方法および装置 - 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） 本発明は光励起気相成長方法および装置に関するもので
ある。詳しく述べると本発明は、低温において化合物半
導体などの単結晶薄膜の結晶成長を行なう光励起気相成
長方法および装置に関するものである。

（従来の技術） 存機金属熱分解気相成長法（Ｍｅｔａｌ　　Ｏｒｇａｎ
ｆｃＣｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　　Ｄｅｐｏｓｉｔ
ｉｏｎ　：以下、ＭＯＣＶＤ法と称する。）は、量産性
と結晶成長層の膜厚、組成比制御性を兼ね備えているこ
とから、近年高性能半導体素子を作製するための重要な
技術となっている。

ＭＯＣＶＤ法によるテルル化水銀カドミウム（Ｃｄ−Ｈ
ｇＩ−、Ｔｅ：以下、ＣＭＴと称する。）薄膜成長に関
し、例えばジャーナル　オブ　クリスタル　グロウス、
第５５巻（１９８１年）、第１０７頁〜第１１５頁（Ｊ
ｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ＣｒｙｓｔａｌＧｒｏｗｔｈ，　
ｖｏｌ．５５　（１９８１）．　ｐｌ０７−０５）に開
示されている。この技術においては、第５図に示すよう
に、薄膜成長は石英製の水平反応管３０内で常圧にて行
なわれる。原料としては、ジメチルカドミウム（Ｍｅ２
Ｃｄ）、ジエチルテルル（Ｅｔ２’ｒｅ）および金属水
銀（Ｈｇ）が用いられている。

有機金属（ＭＯ）であるＭｅ２ＣｄおよびＥｔ２Ｔｅは
、水素ガスをキャリアガスとして、反応管３０の一方の
側端部に設けられた原料ガス導入口３］７より反応管３
０内に導入される。また、Ｈｇは、反応管３０の底部壁
面上に載置された水銀溜３２より供給される。反応管３
０のさらに他方の側端部寄りには、底部壁面上に流線形
状を有するカーボンサセブタ３３が配置してあり、この
カーボンサセプタ３３上にはＣｄＴｅ基仮３４が載置し
てある。反応管３０内に導入されたＭＯガスは高周波コ
イル３５によって加熱されたカーボンサセプタ３３近傍
で熱分解し、一方、水銀溜３２よりはＨｇ蒸気が供給さ
れるため、サセプタ３３上に置かれたＣｄＴｅ基板３４
面上にＣＭＴ結晶が成長する。典型的な基板温度は４２
０゜Ｃ付近である。薄膜の組成比（ｘ）は水銀溜３２の
温度により制御され、その温度範囲は２４０℃から３２
０℃である。また、このように水銀溜３２を加熱するこ
とにより水銀蒸気を発生させるため、反応管３０の管壁
の温度が低いと、水銀蒸気が該管壁に凝結してしまう。

このようなことのないように反応管３０の管壁は外部よ
り抵抗ヒータ３６で加熱される。

ところで、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くなれば、
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。サーフェス
　サイエンス、第１０４巻（１９８１年）、第３６５頁
〜第３８３頁（Ｓｕｒｆａｃｅ　　　Ｓｃｉｅｎｃｅ　
　ｖｏｌ．　　１０４　　（１９８１），　ｐ３８５−
３８３）によれば、組成比０．２、すなわち、Ｃｄ．２
Ｈｇ．，．Ｔｅを１５０℃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が報告されてい
る。

また、ＭＯＣＶＤ法においては、結晶成長温度は主に原
料ガスの熱分解温度による。Ｅｔ２ＴｅとＭｅ２Ｃｄの
熱分解温度はそれぞれ４００〜５００℃および２００〜
３００℃である。このためＣＭＴ結晶の成長温度は、Ｅ
ｔ２Ｔｅの熱分解温度である４００℃以上が必要となる
。

このようにＣＭＴ薄膜成長温度は４００６Ｃ以上であり
、かつ組成比Ｘが０６　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３４近傍の水銀蒸気圧を高く保つ必要があり、
実際に水銀溜３１の温度は、３００℃以上となる。さら
に、水銀溜３１から基板３４近傍までの反応管３０の管
壁においても、金属Ｈｇ凝結防止のため３００℃以上に
加熱する必要がある。原料ガスが基板３４に到達する前
にかかる高温部（３００゜Ｃ以上の水銀溜３１、反応管
３０の管壁）が存在することにより次のような問題が生
じる。

すなわち、Ｍｅ２Ｃｄの熱分解温度は２００゜Ｃ以上で
あることから途中で熱分解し、Ｈｇ蒸気と気相中で反応
を起す。このため気相中で反応により生じたＨｇ−Ｃｄ
の核が基板３４上に落下して付着し、成長表面が悪くな
るというものであった。

このような観点から、化合物半導体薄膜の気相成長方法
において、成長温度の低温化が望まれている。本発明者
らは先に、このような要望に応じるべく、１９０〜３０
０ｎｍの波長を有するエキシマーレーザーの照射によっ
て原料ガスを基板近傍で分解させる光励起気相成長法を
提唱した（特願昭６３−３０１２０号）。この方法にお
いてＣＭＴ結晶を成長させようとする場合には、例えば
、第６図に示すような装置構成が用いられる。すなわち
、水平反応管４０に、有機金属を導入するための原料ガ
ス導入系と反応管の排気を行なう排気系を接続し、また
反応管４０内部に基板設置用サセブタ４３と水銀溜４２
を設置する。さらにこの反応管の管壁には、サセプタ４
３に対し垂直な方向、平行な方向あるいは斜め方向に位
置する管壁に光導入用窓４７を設ける。そして、光導入
用窓４７からは、光源４８より放たれたエキシマーレー
ザービームが光学系、例えばミラー４９で反射され、レ
ンズ５０で集光されて反応管４０内に導入される。反応
管４０内に導入されたレーザービームは、基板４４に対
し垂直な方向ないしは斜め方向から基板４４に入射され
る、あるいは、基板４４に対し平行な方向から基板４４
近傍を通過する。なお、この反応装置には、基板加熱用
コイルヒータ４５および管壁加熱ヒータ４６が備えられ
ており、カーボンサセプタ４３および反応管４０管壁を
あらかじめ設定された所定の温度に保持するために、必
要に応じて、サセプタ４３および反応管４０管壁をそれ
ぞれ加熱できるようにされている。また水銀溜４２の外
周面には水銀溜加熱用コイルヒータ５１が設けられてお
り、このコイルヒータ５１により加熱して水銀溜の温度
をあらかじめせりていされた所定の温度に保持し、反応
管４０内の水銀蒸気圧を所定のものとするようにされて
いる。

ここで、Ｅ　ｔ２　Ｔｅ，Ｍｅ２　ＣｄなどのＭＯガス
は、紫外域、殊に１９０ｎｍ〜３００ｎｍの波長領域に
特異な吸収スペクトルを持ち、この領域に波長を有する
光ビームの照射によって光分解するが、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
安となり、用いられるＭＯガスが高い吸収ピークを示す
波長の光を照射することにより効率のよい光分解が可能
となり、これによって、気相成長の低温化が図られる。

例えば、Ｍｅ２ＣｄおよびＥｔ２Ｔｅの組合せにおいて
、ＫｒＦエキシマーレーザー（２４８ｎｍ）を用いた場
合、気相成長温度をＭｅ２Ｃｄの熱分解温度以下のもの
、具体的には常温〜２００℃の範囲のものとすることが
可能となる。

しかしながら、本発明者らがさらに検討を重ねた結果、
このように光励起気相成長方法によって、低温域、具体
的には１５０℃未満の温度において、化合物半導体薄膜
の結晶成長を行なった場合、ＭＯガスの分解により生起
した炭化水素あるいは炭化水素ラジカルが成長薄膜中に
吸着されてしまうことを見い出した（藤井智、藤田恭久
および井内徹、ジャーナル　オブ　クリスタル　グロウ
ス９３　（１９８８）　、第７５０　〜７５４頁　［Ｓ
．Ｆｕｊｉｉ，　Ｙ．Ｆｕｊ１ｔａ．　Ｔ．Ｉｕｃｈｉ
．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｇｒｏｗｔ
ｈ　９３（１９８８），　ｐｐ．７５０−７５４１　）
　．このように化合物半導体薄膜中に吸着された炭化水
素ラジカルはダングリングボンドとして作用し、例えば
、作製された化合物半導体薄膜を赤外線センサデバイス
として用いた場合、光学的に励起されたキャリアーを捕
捉してしまうこととなる。このような炭化水素不純物は
、例えば、水素雰囲気中２００゜Ｃで１時間のアニーリ
ング処理によって除去することは可能であったが、操作
上繁雑なものとなってしまうものであった。

（発明が解決しようとする課題） 従って、本発明は改良された光励起気相成長方法および
装置を提供することを目的とするものである。本発明は
また、結晶成長温度を低温としても成長薄膜への炭化水
素の混入がなく、高品質で組成比、膜厚が均一な結晶薄
膜を得ることができる光励起気相成長方法および装置を
提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 上記諸目的は、反応管内に１ないしそれ以上の有機金属
をキャリアガスに伴送させて所定量づつ連続的に供給し
、反応管内に設置された基板ないしその近傍に前記有機
金属が吸収性を示す１９０〜３００ｎｍの波長を有する
光を照射して前記有機金属を光分解し、前記基板上に単
結晶薄膜を成長させる方法において、前記基板に対して
、３０Ｑｎｍ以上の波長を有する別の光をさらに照射す
ることを特徴とする光励起気相成長方法によって達成さ
れる。

本発明はまた、反応管内に配置した水銀溜より水銀蒸気
をさらに供給し、基板上に水銀を含む化合物の単結晶薄
膜を成長させる光励起気相成長方法を示すものである。

本発明はさらに、単結晶薄膜の成長温度が、有機金属の
熱分解温度以下のものである光励起気相成長方法を示す
ものである。

−Ｌ記諸目的はさらに、反応管内に基板設置用サセプタ
が設置され、かつこの反応管に該反応管内へ有機金属を
導入するための原料ガス導入系と該反応管内の排気を行
なう排気系が接続されており、さらにこの反応管の管壁
に光導入部を設け、この光導入部を通じて前記基板設置
用サセプタ上に保持される基板ないしその近傍に前記有
機金属が吸収性を示す１９０〜３００ｎｍの波長を有す
る光を照射する光学系を設けた光励起気相成長装置にお
いて、前記反応管の管壁にはさらに別の光導入部が設け
られており、またこの別の光導入部を通じて前記基板に
対して、３００ｎｍ以上の波長を有する別の光を照射す
る光学系とを有することを特徴とする光励起気相成長装
置によっても達成される。

本発明はまた、反応管内にはさらに水銀溜が設置されて
いる光励起気相成長装置を示すものである。

（作用） 原料ガスである有機金属は、１９０〜３０００ｍの波長
を有する光を照射されることによって、基板近傍で光分
解され、これによって生起した金属原子が基板表面に凝
縮あるいは付着する（なお、この金属原子同志が基板表
面上で化学反応を起こして化合物を形成する。）。

しかして、本発明においては、このようにして単結晶薄
膜をエビタキシャルに成長させる基板に、３００ｎｍ以
上の波長を有する光を照射する。これにより、基板材料
にバンドギャップ以上のフォトンエネルギーを与え、基
板表面を活性化させる。

従って、基板と飛来する金属原子との相互作用が強めら
れ、基板に凝縮ろるいは付着した金属原子に結合しよう
とする炭化水素ないしは炭化水素ラジカルに対する解離
性が強くなって、成長する薄膜中に炭化水素ないしは炭
化水素ラジカルの混入する確率が低くなるものである。

以下、本発明を実施態様に基づきより詳細に説明する。

第１図は本発明の光励起気相成長装置の一実施態様であ
るＣｄＴｅ結晶気相成長装置の構成を示す模式図である
。

この気相成長装置において、原料となるＭ　ｅ　２Ｃｄ
およびＥｔ２Ｔｅはそれぞれステンレス製のバブラー１
，２内にあり、それぞれ恒温槽３，４に納められている
。なお、Ｍｅ２Ｃｄに代えて、ジエチルカドミウム、ジ
プロビルカドミウム、ジブチルカドミウム、ジイソブチ
ルカドミウム、ジイソアミルカドミウムなどの他のアル
キル化カドミウム等を、またＥｔ２Ｔｅに代えて、ジメ
チルテルル、ジイソブ口ピルテルル、ジターシャリブチ
ルテルルなどの他のアルキル化テルル、ジアリルテルル
、ジメチルアリルテルルなどのアルケニル化テルル、あ
るいは２．５−ジハイド口テルロフエン等をそれぞれ原
料として用いることも可能である。バブラー１．２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
，４の温変で決定する。第２図にＭｅ２ＣｄとＥｔ２Ｔ
ｅの蒸気圧曲線を示す。これにより例えば恒温槽３，４
の温度をそれぞれ３０℃、４０゜Ｃに設定すれば、蒸気
圧はＭｅ２Ｃｄが２８ｍｍＨｇ，Ｅｔ２　Ｔｅが１８ｍ
ｍＨｇとなる。なお、Ｍｅ２Ｃｄの恒温槽３の温度とし
ては、０〜６０℃、より好ましくは２５〜３５℃程度が
、またＥｔ２Ｔｅの恒温槽４の温度としては、０〜６０
℃、より好ましくは２５〜４０℃程度が適当である。

水平反応管８内に導入される原料ガス量はバブラー１，
２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（ＭＦＣ）５．６とこれらのＭＯガスを希
釈するＨ２ガス流量、ＭＦＣ７で決定する。例えばＭＦ
Ｃ７を５ρ／分、恒温槽３，４の温度がそれぞれ３０℃
、４０°Ｃ１またＭＦＣ５．６をそれぞれ１０ｍｌ／分
、１００ｍｌ／分と設定すると、水平反応管８内のＭ　
ｅ　２Ｃｄ，Ｅｔ２Ｔｅの濃度は、それぞれ４Ｘ１０’
ｍｏ　１／．１２　、７Ｘ１０−’ｍｏ　１／Ｎとなる
。なお、Ｍｅ２Ｃｄバブラー１に送り込むＨ２ガス流量
としては１〜５００ｒｎｌ／分、より好ましくは１０〜
１００ｍｌ．／分程度が、Ｅｔ２Ｔｅバブラー２に送り
込むＨ２ガス流量としては１〜５００ｍｌＺ分、より好
ましくは１０〜１００ｍ．１／分程度が、また希釈Ｈ２
ガス流全としては０．１〜２０ｇ／分、より好ましくは
０．５〜５Ω／分程度がそれぞれ適当である。上記した
恒温槽３，４の温度およびこれらのＨ２ガス流世が、示
された最適条件範囲より低いものであると、成長は可能
であるが成膜速度が遅く実用的ではなく、一方、最適条
件範囲より高いものであると原料歩留りが悪くなる上に
未反応の原料ガスが後述する排ガス処理系に多量に流れ
るためにメインテナンス上で問題となる。

この実施態様において、これらの原料ガスが送り込まれ
る水平反応管８は、ステンレス鋼製の管体であるが、石
英製の管体などの使用も可能である。

この水平反応管８の内部の上部壁面には、流線形状をな
した基板設置用カーボンサセプタ１２が下方を向いて配
置されており、この上には基板１３が載置され成長面は
下方を向いている。基板１３は、カーボンサセプタ１２
下部に取り付けられた抵抗加熱ヒータ１４で必要に応じ
て加熱され、基板１３の温度は、カーボンサセプタ１２
内に埋め込んだ熱電対１５でモニターし、基板温度が常
温〜５００℃、特に好ましくは５０〜２５０℃の範囲の
所定の設定温度値で一定となるように制御される。この
実施態様において、基板１３の載置に関し、成長表面を
下向きとしているが、後述する他の実施態様におけるよ
うにカーボンサセプタ１２を反応管下部内壁に設置し、
上向きとする構成としてもよい。なお、基板温度が３０
０℃を越えるものであっても、ＣｄＴｅ単結晶薄膜の成
長自体は当然に実施可能であるが、この場合、本発明が
本来目的とする成長温度の低温化による成長薄膜の高品
質化、組成比および膜厚の均一性といった面を達成する
ことができなくなるものとなる。

また基板の加熱手段としては、高周波誘導加熱、赤外線
ランプによる加熱などを用いることもできる。

基板１３としては、結晶方位（１　１　１）面のＣｄＴ
ｅ基板を好適なものの１つとして挙げることができるが
、他の面方位、例えば（１００）面、さらに、例えばＧ
ａＡｓ，ＳｔＳ　ＩｎＳｂ１Ａ１２　０３などのその他
の基板材料も用いられ得る。

この実施態様の光励起気相反応装置においては、反応管
８は、サセプタ１２側方に位置する管壁に第１の光導入
用窓１６を有する。この第１の光導入用窓１６は、例え
ば溶融石英ガラスなどのような適当な窓材によって構成
されており、かつ窓内側に反応ガスが付着しないよう第
１の光導入用窓１６に向かってＭＦＣ１７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。なお、
このような光導入用窓のくもり防止手段として、例えば
本発明者らによる特願昭６３−２３０６５０号に開示さ
れるような技術などを用いることもできる。この第１の
導入用窓１６からは、第１光源１８より放たれた前記有
機金属が吸収性を示す１９０〜３００ｎｍの波長を有す
る光ビームが、第１光学系、例えばミラー１９で屈折さ
れ、レンズ２０、例えば焦点距離２００ｍｍのシリンド
リ力ルレンズで集光されて反応管８内に導入される。

なお、この実施態様においては、有機金属を光分解する
ために照射される当該第１の光ビームが、基板１３に対
し平行な方向から基板１３の直下を通過するように照射
される構成をとるが、後述する別の実施態様におけるよ
うに第１の光ビームが基板１３に対し垂直な方向から照
射される構成としても、あるいは基板１３に対し斜め方
向から入射するように照射される構成としてもよい。

有機金属ガスは紫外域、殊に１９０ｎｍ〜３００ｎｍに
特異な吸収スペクトルを持ち、この波長領域の光ビーム
の照射によって光分解するが、有機金属ガスの光分解の
容易さは、入射ビーム波長における吸収断面積が目安と
なり、用いられる有機金属ガスが高い吸収ピークを示す
波長の光を照射することにより効率のよい光分解が可能
となり、気相成長の低温化が図られる。従って、原料ガ
スを分解するために用いられるこの第１の光ビームとし
ては、分解しようとする原料ガスの組合せに応じて最適
なものが選択されるが、Ｍｅ２ＣｄおよびＥｔ２Ｔｅの
組合せにおいては、ＫｒＦエキシマーレーザー（２４８
ｎｍ）が最適である。なお、エキシマーレーザは高出力
であり、かっレーザ媒質用ガスを交換することにより、
ＸｅＢｒ（２８２ｎｍ）　、ＫｒＣＩ　　（２２２ｎｍ
）　、ＡｒＦ　（１９３ｎｍ）というように１９０ｎｍ
〜３００ｎｍの範囲においていくつかの所定の発振波長
を出すことができるために、原料ガス分解用の光ビーム
として好ましいものとして挙げることができる。しかし
ながら、原料ガス分解用の第１の光としては、エキシマ
ーレーザーに限定されるものではなく、例えば、超高圧
水銀ランプ等の他の光源から発せられる１９０ｎｍ〜３
００ｎｍの領域に波長を有する光を用いることも可能で
ある。また、本発明においては、前記したように基板温
度を有機金属の熱分解温度以下の低温域のものとして、
結晶成長を行なうものであるために、基板近傍における
有機金属の熱による分解はほとんど期待できず、主とし
て光の作用によって有機金属を分解することとなるため
に、この第１の光はある程度以上の出力を必要とする。

例えば、この実施態様におけるように原料ガスとしてＭ
ｅ２ＣｄおよびＥｔ２Ｔｅを用い常温〜２５０℃の成長
温度条件とした場合には、ＫｒＦエキシマーレーザーの
出力としては、３Ｗ以上であることが望まれる。

さらに、本実施態様の光励起気相成長装置においては、
基板ｌ３の直下に位置する反応管８の管壁に、第２の光
導入用窓２１が形成されている。

この第２の光導入用窓２１は、第１の光導入用窓１６と
同様に、例えば溶融石英ガラスなどのような適当な窓材
によって構成されており、この第２の光導入用窓２ｌか
らは、第２の光源ｌ１より放たれた３００ｎｍ以上の波
長を有する第２の光ビームが光学系、例えばミラー１２
で反射され、レンズ１３、例えば焦点距離２００ｍｍの
レンズで集光されて反応管８内の基板１３表面に照射さ
れる。なお、この実施態様においては、基板１３表面を
活性化するための第２の光ビームが、基板１３に対し垂
直な方向から照射される構成をとるが、後述する別の実
施態様におけるように、基板１３に対し斜め方向から入
射するように照射される構成としてもよい。

基板１．３表面に照射される３００ｎｍ以上の波長を有
する第２の光としては、所定の成長温度において、基板
１３材料のバンドギャップ以上のフォ１・ンエネルギー
を与え基板１３表面を活性化することのできるものであ
れば特に限定されるものではないが、３００ｎｍ〜８０
０ｎｍの範囲の波長のものが好ましく、具体的にはＡｒ
レーザーＹＡＧレーザー、Ｈｅ−Ｎｅレーザーなどが例
示される。なお本発明において基板１３表面を活性化す
る第２の光として、３００ｎｍ以上の波長を有する光を
用いるのは、反応管８内に導入されるＭｅ２　Ｃ　ｄ，
　Ｅ　ｔ２　Ｔ　ｅなどのような原料ガスが３００ｎｍ
以下の波長領域に吸収波長を有しているために、３００
ｎｍ以下の波長領域の光であると、光が原料ガスに吸収
され、基板１３に十分な量が到達しない虞れがあるため
である。またこの第２の光の出力としては、用いられる
成長ｌＲ度条件および基板の材質などによっても異なる
が、Ａｒレーザーを第２の光として用いた場合、その出
力は５０〜８００ｍＷ程度が適当である。

さらに水平反応管８の内部において、１０−３ｔｏ　ｒ
　ｒ”ｌ０００　ｔ　ｏ　ｒ　ｒ，より好ましくは１０
ｔｏｒｒ〜７６０ｔｏｒｒの範囲内の所定の圧力で結晶
成長が行なえるように、水平反応管８には、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
スバルブよりなる排気制御装置２５が接続されている。

さらに、水平反応管８には、水平反応管８内を高真空排
気するだめの例えばターボ式ポンプよりなる高真空排気
装置２６と、反応後の排ガスを処理するための排ガス装
置２７とが接続されている。

第３図は本発明の光励起気相成長装置の別の実施態様で
あるＣＭＴ結晶気相成長装置の措成を示す模式図である
。

この実施態様においては、水平反応管８内に水銀蒸気を
供給するための水銀溜りを配置し、流線形状をなした基
板設置用カーボンサセプタ１２を反応管８の内部の下部
壁面に取付けた以外、第１図に示した気相成長装置とほ
ぼ同様の構成をとるものである。以下、その構成をＣＭ
Ｔ結晶成長条件とともにより詳しく述べる。

まず、原料ガスの供給系は、第１図に示した実施態様に
おけるものと同様であり、Ｍｅ２ＣｄおよびＥｔ２Ｔｅ
はそれぞれバブラー１．２内にあり、それぞれ恒温槽３
，４に納められている。また水平反応管８内に導入され
る原料ガス量はバブラー１，２へ送り込まれるＨ２ガス
流量を制御するマスフローコントローラ（ＭＦＣ）５．
６とこれらのＭＯガスを希釈するＨ２ガス流量を制御す
るＭＦＣ７で決定する。また、恒温槽３．４の温度条件
、各バブラー１．２に送り込むＨ２ガス流量条件および
希釈Ｈ２ガス流量条件としても前記ＣｄＴｅ結晶成長の
場合と同程度のものが適当である。さらに、ＣｄＴｅ結
晶成長の場合と同様に、Ｍｅ２ＣｄおよびＥｔ２Ｔｅに
代えて、前記したようなその他の有機カドミウム化合物
および有機テルル化合物をそれぞれ用いることができる
。

これらの原料ガスが送り込まれるステンレス鋼製管体か
らなる水平反応管８の内部には、水銀溜りが載置してあ
り、この水銀溜９より金属Ｈｇ蒸気が反応管８内に供給
される。Ｈｇ蒸気圧は水銀溜９の位置と水銀溜加熱ヒー
タ１０で制御する。

水銀溜の温度は、熱電対１１でモニターし、水銀溜９が
５０℃〜２００℃の範囲で所定の設定値で一定温度とな
るように加熱ヒータ１０を制御する。

この水平反応管８内において、前記水銀溜９の設けられ
た部位より後方に位置する反応管８下部内壁には、第１
図に示す実施態様と同様に、流線形状をなした基板設置
用カーボンサセプタ１２が配置されており、この上には
基板１３が載置されている。基板１３は、カーボンサセ
プタ１２下部に取り付けられた抵抗加熱ヒータ１４で必
要に応じて加熱され、基板１３の温度は、カーボンサセ
プタ１２内に埋め込んだ熱電対１５でモニターし、基板
温度が常温〜５００℃、特に好ましくは５０〜２５０℃
の範囲の所定の設定温度値で一定となるように制御され
る。なお、基板温度が３００゜Ｃを越えるものであって
も、ＣＭＴ単結晶薄膜の成長自体は当然に実施可能であ
るが、この場合、本発明が本来目的とする成長温度の低
温化による成長薄膜の高品質化、組成比および膜厚の均
一性といった面を達成することができなくなるものとな
る。特にこの実施態様における場合、前記したような水
銀溜の温度および反応管の管壁温度を、Ｍｅ２Ｃｄの熱
分解温度である２００℃以上のものとしなければならず
、気相中における核形成の問題あるいは成長薄膜の組成
比制御の困難性などが生起してくる虞れがあるためであ
る。

なお、基板１３としては、前記ＣｄＴｅ結晶成長の場合
において例示したものと同様のものを用いることができ
る。

この実施態様の光励起気相反応装置においては、反応管
８は、サセプタ１２直上に位置する管壁に溶融石英ガラ
スなどのような適当な窓材によって構成された第１の光
導入用窓１６を有する。またこの窓１６内側に反応ガス
が付着しないよう第１の光導入用窓１６に向かってＭＦ
Ｃ１７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。この第１の導入用窓１６からは、第１光源
１８より放たれた前記有機金属が吸収性を示す１９０〜
３００ｎｍの波長を有する光ビームが、第１光学系、例
えばミラー１９で反射され、レンズ２０で集光されて反
応管８内に導入される。なお、有機金届を光分解するの
に用いられるこの第１の光としては、前記ＣｄＴｅ結晶
成長において例示したものと同様のものが用いられる。

また、本実施態様の光励起気相成長装置において、第２
の光導入用窓２１は、基板１３の斜め上方に位置する反
応管８の管壁に形成されている。

従って、この第２の光導入用窓２１からは、第２の光源
１１より放たれた３００ｎｍ以上の波長を有する第２の
光ビームが光学系、例えばミラー１２で屈折され、レン
ズ１３で集光されて反応管８内の基板１３表面に斜め方
向から照射される。なお、基板１３表面を活性化するの
に照射されるこの第２の光としても、前記ＣｄＴｅ結晶
成長において例示したものと同様のものが用いられる。

また、第２の光導入用窓２１の横成材質も前記と同様で
ある。

また、この実施態様においても、水平反応管８の内部に
おいて、１０’　ｔ　ｏ　ｒ　ｒ〜１０００　ｔ　ｏｒ
ｒ，より好ましくは１０ｔｏｒｒ〜７６０　ｔ　ｏｒｒ
の範囲内の所定の圧力で結晶成長が行なえるように、水
平反応管８には、前記と同様の排気制御装置２５が接続
されている。さらに、水平反応管８内を高真空排気する
ための高真空排気装置２６と、反応後の排ガスを処理す
るだめの排ガス装？２７も水平反応管８に接続されてい
る。

またこの実施態様においては、水平反応管８の外周面は
、管壁加熱用ヒータ２８で覆われており、この管壁加熱
用ヒータ２８で管壁を５０〜４００゜Ｃ、好ましくは５
０〜３００℃の範囲における所定の設定値で一定温度と
なるよう制御することで、水；［反応管８の内壁面への
Ｈｇの凝結を防止している。

以上は、ＣｄＴｅ単結晶薄膜およびＣＭＴ　（Ｃｄ　Ｘ
　Ｈ　ｇ　＋　−ｘ　Ｔ　ｅ　）単結晶薄膜の気相成長
を例にとり、本発明の光励起気相成長方法および光励起
気相成長装置を説明したが、本発明は他の化合物半導体
、例えばＺｎＴｅ，Ｇａｙ　Ａρ１−Ｘ　Ａ　Ｓ、Ｍｎ
．Ｈｇ＋−ｘ　ＴｅＳＭｇ．Ｈｇ１−ｘ　ＴｅＳＣｄ。

Ｚ　ｎ　ｙ　Ｈ　ｇ　１−ｘ■Ｔｅなどはもちろん、元
素半導体やその他の各種物質の気相成長にも同様に適応
でき、炭化水素ないしは炭化水素ラジカルの混入の問題
なく成長温度を低温化することができ、高品質でかつ組
成比および膜厚の均一な結晶薄膜を形成することができ
る。

（実施例） 以下本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。

実施例１ 第１図に示すような装置を用い、ＣｄＴｅ結晶薄膜を成
長させた。

すなわち、Ｈ２ガスをキャリアーガスとして、水平反応
管８内に、Ｍｅ２ＣｃｆおよびＥｔ２ＴｅをそれぞれＩ
Ｘ１０−６ｍｏｌ／Ω、１ｘｌ．０−！ｊｍｏ１／Ωの
流量で送り込んだ。

一方、反応管８内に設置されたカーボンサセプタ１２上
に５ｍｍ角のＣｄＴｅ基板（結晶方位１１］．面）１３
を保持し、サセプタ温度を１００°Ｃに設定し、反応管
８内の圧力をｌＱＱｔｏｒｒとした。

そして、第１の光導入用窓１６より基板１３に平行な方
向から基板］，３直下にＫｒＦエキシマーレーザ（１バ
ルス　１５ｍＪ　　繰返し周波数５００Ｈｚ）を照射し
、同時に第２の光導入用窓２１より基板１３に対し垂直
な方向からＡｒレーザー（出力１００ｍＷ）を基板１３
表面に直接的に連続照射して、基板面上に膜厚２μｍの
ＣｄＴｅ薄膜成長を行なった。

得られたＣｄＴｅ薄膜の赤外吸光分析を行なったところ
、第４図に示すスペクトルチャートに見られるように、
炭化水素ないしは炭化水素ラジカルに帰因する吸収バン
ドはなく、これらの成分の結品薄膜への混入はないもの
と思われた。

比較例１ 比較のために、Ａｒレーザーの照射を行なわない以外は
、実施例１と同様の条件において、基板面」二に膜厚２
μｍのＣｄＴｅ薄膜成長を行なった。

得られたＣｄＴｅ薄膜の赤外吸光分析を実施例１と同様
に行なったところ、第４図に示すスペクトルチャー｝・
に見られるように、２９００ｃｍ−’付近にＣ−Ｈ伸縮
振動による吸収バンドおよび１２００ｃｍ’付近にハイ
ドロカーボンラジカルのＣ−Ｈ変角振動による吸収バン
ドが見られた。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明によれば低温で結晶薄膜成長
を行なった場合における結晶薄膜中への炭化水素ないし
は炭化水素ラジカルの混入を防止でき、高品質でかつ組
成比および膜厚の均一な結晶薄膜をより容易に得ること
ができるものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光励起気相成長装置の一実施態様の構
成を示す模式図、第２図はＭｅ２Ｃｄ，Ｅｔ２Ｔｅの蒸
気圧曲線を示すグラフ、第３図は本発明の光励起気相成
長装置の別の実施態様の構成を示す模式図、第４図は本
発明の実施例および比較例において得られたＣｄＴｅ薄
膜の赤外吸収スペクトルチャート、第５図は従来の気相
成長装置の一例の構成を示す模式図であり、また第６図
は従来の光励起気相成長装置の一例の構成を示す模式図
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フ、 ７・・・希釈流量調整用マスフローコントローラ、８・
・・水平反応管、　９・・・水銀溜、１０・・・水銀溜
加熱ヒータ、 １１・・・水銀溜温度モニタ用熱電対、１２・・・基板
装着用カーボンサセプタ、１３・・・・・・基板、　１
４・・・基板加熱用ヒータ、１５・・・基板温度モニタ
用熱電対、 １６・・・第１の光導入用窓、 １７・・・第１の光導入用窓ブローガス流量調整用マス
フローコントローラ、 １８・・・第１光源、１９・・・ミラー、２０・・・レ
ンズ、２１・・・第２の光導入用窓、 ２２・・・第２光源、２３・・・ミラー、２４・・・レ
ンズ、２５・・・排気装置、　２６・・・高真空排気装
置、２７・・・排ガス処理装置、　２８・・・管壁加熱
ヒータ、３０・・・水平反応管、　３１・・・ガス導入
口、３２・・・水銀溜、　３３・・・サセプタ、　３４
・・・基板、３５・・・高周波コイル、　３６・・・抵
抗加熱ヒータ、４０・・・水平反応管、　４２・・・水
銀溜、４３・・・サセプタ、　４４・・・基板、４５・
・・高周波コイル、　４６・・・抵抗加熱ヒータ、４７
・・・光導入用窓、 ４８・・・エキシマーレーザー光源、 ４９・・・ミラー　５０・・・レンズ、５１・・・水銀
溜加熱用コイルヒー夕。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）反応管内に１ないしそれ以上の有機金属をキャリ
   アガスに伴送させて所定量づつ連続的に供給し、反応管
   内に設置された基板ないしその近傍に前記有機金属が吸
   収性を示す１９０〜３００ｎｍの波長を有する光を照射
   して前記有機金属を光分解し、前記基板上に単結晶薄膜
   を成長させる方法において、前記基板に対して、３００
   ｎｍ以上の波長を有する別の光をさらに照射することを
   特徴とする光励起気相成長方法。
2. （２）反応管内に配置した水銀溜より水銀蒸気をさらに
   供給し、基板上に水銀を含む化合物の単結晶薄膜を成長
   させる請求項１に記載の光励起気相成長方法。
3. （３）単結晶薄膜の成長温度が、有機金属の熱分解温度
   以下のものである請求項１または２に記載の光励起気相
   成長方法。
4. （４）反応管内に基板設置用サセプタが設置され、かつ
   この反応管に該反応管内へ有機金属を導入するための原
   料ガス導入系と該反応管内の排気を行なう排気系が接続
   されており、さらにこの反応管の管壁に光導入部を設け
   、この光導入部を通じて前記基板設置用サセプタ上に保
   持される基板ないしその近傍に前記有機金属が吸収性を
   示す１９０〜３００ｎｍの波長を有する光を照射する光
   学系を設けた光励起気相成長装置において、前記反応管
   の管壁にはさらに別の光導入部が設けられており、また
   この別の光導入部を通じて前記基板に対して、３００ｎ
   ｍ以上の波長を有する別の光を照射する光学系とを有す
   ることを特徴とする光励起気相成長装置。
5. （５）反応管内にはさらに水銀溜が設置されていること
   を特徴とする請求項４に記載の光励起気相成長装置。