JPH02293391A - ホットウォールエピタキシャル成長方法 - 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】 〔概　要〕 ホットウォールエピタキシャル成長方法に関し、基板上
に該基板と組成の異なる化合物半導体結晶を所望の結晶
成長方向でエピタキシャル成長できるようにしたホント
ウォールエピタキシャル成長方法を目的とし、 真空室内に設置され、上部が開放で内部に蒸気圧がそれ
ぞれ異なる原子で構成されたエピタキシャル成長用ソー
ス材料を収容したソース坩堝上にエピタキシャル成長用
基板を設置し、該ソース坩堝内のソース材料を加熱して
該ソース材料の蒸発成分を基板上に被着してエビタギシ
ャル成長する方法に於いて、 前記ソース坩堝の上部の開口部と、エピタキシャル成長
用基板の基板表面との間に、エビクキシャル成長用ソー
ス材料の蒸発成分の内で、エピタキシャル結晶成長面を
所定の結晶成長面に規制する低薫気圧分子の濃度を大き
く保つような空間部を形成し、該空間部で形成された低
蒸気圧分子濃度の大きい雰囲気に基板を曝してエピタキ
シャル成長することで構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明はホットウォールエピタキシャル成長方法に係り
、特に基板上に化合物半導体のエビ多キシャル結晶が所
定の結晶成長方向で形成され得るようにしたホントウォ
ールエピタキシャル成長方法に関する。

ホットウォールエピタキシャル成長方法は、鉛テルル（
ＰｂＴｅ）や、鉛・錫・テルル（ＰｂｓｎＴｅ）等の■
■族の化合物半導体結晶や、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）
に代表されるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶や、カドミ
ウムテルル（ＣｄＴｅ）等のＩＩ−Ｖｌ族化合物半導体
結晶を用いた光デバイスの形成、および集積回路の結晶
製造技術として確立しつつある。

このホットウォールエピタキシャル成長方法は高真空に
排気された室内に、形成すべき化合物半導体結晶のソー
ス材料を収容し、かつ側壁が加熱されたソース坩堝を配
設し、該坩堝の開口部にエピタキシャル層を形成する基
板を設置し、その坩堝内の蒸発した成分を、基板にエピ
タキシャル層として付着させるようにしている。そのた
め、閉管型気相成長方法と類似しており、ソース材料の
蒸発した成分がホットウォールの側壁に衝突しながら基
板上に到達するため、熱平衡に近い状態でエピタキシャ
ル成長でき、形成される結晶層内に偏析を発生しない均
一な組成、および均一なキャリア濃度の薄層状態の結晶
が得られる。

また赤外線形成用材料としては、エネルギーハンドギャ
ップの狭い水銀・カドミウム・テルル（Ｈｇ＋−ｘ　ｃ
ｄＸＴｅ）のような化合物半導体結晶が用いられており
、このような化合物半導体結晶を素子形成に都合が良い
ように大面積でかつ薄膜状態に形成するために前記Ｈｇ
＋−ｘ　Ｃｄ）Ｉ　Ｔｅと格子定数が近接したカドミウ
ムテルル（ＣｄＴｅ）基板の上に、Ｈｇ＋−ｘ　Ｃｄ．
　Ｔｅ結晶をエピタキシャル成長している。

ところで、上記ＣｄＴｅの結晶は大面積の単結晶が得難
く、そのため大面積の単結晶が比較的容易に得やすいガ
リウム砒素（ＧａＡｓ　）基板上に、前記したホノトウ
ォールエピタキシャル成長方法を用いてＣｄＴｅのエピ
タキシャル層を形成し、これを基板結晶として用いてそ
の上にＨｇＩ−ＸＣｄＸＴｅのエピタキシャル結晶を形
成している。

〔従来の技術〕

第３図は従来のホットウォールエピタキシャル成長装置
の説明図で、ＧａＡｓ基板上にＣｄＴｅのエピタキシャ
ル層を形成する装置である。

図示するように１０−　７ｔｏｒｒ程度の高真空に排気
された真空室１内には、上部が開放ソース坩堝２が設置
され、このソース坩堝２の上部にはＧａＡｓより成るエ
ピタキシャル成長用基板３を保持し、この基板を加熱す
るヒータ４を内蔵した基板設置台５が設けられている。

上記ソース坩堝２内には、ブリッジマン法で形成したＣ
ｄＴｅの単結晶より成るソース材料６が収容され、エピ
タキシャル成長用基板として結晶成長面が（１００”）
面のＧａＡｓ単結晶が用いられている。

更にエピタキシャル成長用基板の表面論と基板設置台５
の底部道との距離は１〜１．５価程度に接近させて基板
設置台上に設置し、このソース坩堝２の側壁２＾のヒー
タ７を５００″Ｃの温度で加熱し、前記基板を３５０゜
Ｃ程度の温度で加熱することで、ＣｄＴｅのソース材料
より蒸発した成分を基板上に付着してＧａＡｓ基板上に
ＣｄＴｅのエビクキシャル結晶を成長している。

また上記ソース坩堝内にカドミウム・亜鉛・テルル（　
ＣｄＺｎＴｅ）よりなるソース材料を収容し、ＧａＡｓ
基板上にＣｄＺｎＴｅのエピタキシャル層を成長する方
法も採られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

然し、上記した従来の方法で結晶成長面が（１００）の
ＧａＡｓの単結晶を用い、その上にＣｄＴｅのエピタキ
シャル結晶を成長した場合、形成されるＣｄＴｅのエピ
タキシャル結晶は（１００）面、または（１　１　１）
面、或いは上記（’１００）面と（１１１）面の両方の
結晶成長面が混在したエピタキシャル結晶が形成される
不都合が生じる。

このように結晶成長面が異なったり、或いは結晶成長面
が混在したエピタキシャル結晶を有する基板をエピタキ
シャル成長用基板として用いると、該基板上には所望の
結晶成長面を有するｏｇ，−ＸＣｄｘＴｅのエピタキシ
ャル層が形成されない不都合がある。

本発明は上記した問題点を解決し、所定の結晶成長面を
有するＧａＡｓ基板上に、所定の結晶成長面を存するＣ
ｄＴｅのエピタキシャル結晶が確実に得られるようにし
たホントウォールエピタキシャル成長方法の提供を目的
とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するための本発明のホットウォールエピ
タキシャル成長方法は、第１図の原理図に示すようにエ
ピタキシャル成長用ソース材料を収容したソース坩堝２
の上部の開口部１ｌと、エピタキシャル成長用基板３の
基板表面３Ａとの間に、エピタキシャル成長用ソース材
料の蒸発成分の内で、エピタキシャル結晶成長面を所定
の結晶成長面に規制する低蒸気圧分子の濃度を太き《保
つような空間部１２を形成し、該空間部１２で形成され
た低蒸気圧分子濃度の大きい雰囲気にエピタキシャル成
長用基板３を曝してエピタキシャル成長することにある
。

〔作　用〕

ＣｄＴｅのソース材料を高真空中で加熱するとＣｄ原子
とＴｅ．分子に成って蒸発する。

そして（１００）面の成長面を有するＧａＡｓ基板の表
面上で、ＣｄＴｅの蒸気の雰囲気中のＴｅ．分子の占め
る濃度が、Ｃｄ原子の占める濃度より大であると（１０
０）面の成長面を有するＣｄＴｅのエピタキシャル層が
形成されやすいことを本発明者等は実験的に確かめた。

ところでＴｅの沸点は１気圧で１３９０’Ｃで、Ｃｄの
沸点は７６７”Ｃであり、Ｃｄ分子の方がＴｅｚ分子よ
りも蒸発し易く蒸気圧が高い。そのため、基板表面と坩
堝の開口部との間の距離を、従来の１〜１．５　ｍから
１５ｍｍとその間隔を広げて、坩堝の開口部より奥まっ
た位置に基板を設置するようにし、坩堝の開口部と基板
設置台の底部の間の隙間より蒸気圧の高いＣｄ原子を排
気することで、基板表面にＴｅ．分子の占める濃度が大
きいＴｅリッチのＣｄＴｅの蒸気の雰囲気を形成し、こ
のＴｅ’ＪンチのＣｄＴｅの蒸気の雰囲気でＧａＡｓ基
坂上にＣｄＴｅのエピタキシャル層を成長すると、Ｇａ
Ａｓ基板上に（１００）面の結晶成長面を有するＣｄＴ
ｅのエピタキシャル結晶を形成することができる。

〔実　施　例〕 以下、図面を用いながら本発明の一実施例につき詳細に
説明する。

第２図は本発明のホットウォールエピタキシャル成長方
法の一実施例の要部説明図である。

図示するように、本発明の方法を実施するホットウォー
ルエピタキシャル成長装置に於いては、石英よりなり基
板を加熱するヒータ４を備えた基板設置台５に（１００
）面の結晶成長面を有し、直径が３５ＩＩＩＩｌのＧａ
Ａｓよりなるエピタキシャル成長用基板３を設置する。

そしてこのエピタキシャル成長用基板３を、ブリッジマ
ン法で形成したＣｄＴｅの単結晶より成るソース材料６
を収容したソース坩堝２の開口部ｌｌ上に設置する． このエピタキシャル成長用基板３の表面３Ａと、基板設
置台５の底面５Ａとの距離！は、従来の１．５鵡より１
５＋ｗ程度に大きく保ち、基板設置台５の底面５Ａより
見て基板表面３＾の位置が、従来の場合におけるよりも
奥の方向に位置するように配置する。

そしてソース材料６のＣｄＴｅより蒸発した蒸発成分の
内の蒸気圧の大きいＣｄ分子ｌ３が選択的に充分排気さ
れるように、坩堝の開口部１１と基板設置台の底面５＾
との間の寸法ｄを所定の寸法に保つ．このようなソース
材料６を収容したソース坩堝２とエピタキシャル成長用
基板３を設置した基板設置台５とを収容した室（図示せ
ず）内を１０−　’　ｔｏ『ｒの真空度に成る迄排気す
る。

次いでＧａＡｓよりなるエピタキシャル成長用基板３を
３５０゜Ｃの温度に加熱し、ソース材料６を５００゜Ｃ
程度の温度に加熱し、室内を所定の排気速度で排気しな
がらエピタキシャル成長すると基板上に１μｌＩ／時間
の速度でＣｄＴｅの結晶がエピタキシャル成長する。

このようにすると蒸気圧の高いＣｄ原子１３は選択的に
基板設置台５の底面５八と、坩堝の開口部１ｌとの隙間
より排気されて除去され、基板設置台５の側壁部５Ｂと
奥まった位置に配置されるエピタキシャル成長用基板３
とで形成された空間部１２にはＣｄＴｅの蒸発成分の内
で低蒸気圧のＴｅ２分子１４の濃度の高い成分が形成さ
れ、この雰囲気内でＧａＡｓ基板上にエピタキシャル層
を形成すると（１００）面のＣｄＴｅの結晶が形成され
る。

このようにして形成された厚さが４μｍのＣｄＴｅのエ
ピタキシャル結晶を、Ｘ線回折法で検査したところ、結
晶性を示すＸ線回折ピークの半値幅（ＦＷＨＭ）が、（
４００）面で３００秒の値を示し、そして良好な結晶性
を有する単結晶であることをｌＩＩＩ認した。

以上述べたように、本発明の方法によれば、基板上に所
定の結晶方位の成長面を有する化合物半導体のエピタキ
シャル結晶が再現性良く形成され、このようなエピタキ
シャル結晶を有する基板を用い、その上に’ｇ＋−ｘ　
Ｃｄ＋＋　Ｔｅのエピタキシャル層を形成した材料を用
いて赤外線検知素子を形成すると高品位の検知素子が得
られる。

なお、ＣｄＴｅのエピタキシャル層の代わりに、ＣｄＺ
ｎＴｅのソース材料を用いてＣｄＺｎＴｅのエピタキシ
ャル結晶を形成する場合にも本発明は適応できる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明の方法によれば、所定の結晶方
向を有するエピタキシャル層が基板上に再現性良く形成
されるので、このようなエピタキシャル結晶を用いて赤
外線検知素子を形成すれば、高品位な赤外線検知素子が
得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法の原理図、 第２図は本発明の方法の一実施例の説明図、第３図は従
来のホットウォールエピタキシャル成長方法の説明図で
ある。 図に於いて、 ２はソース坩堝、３はエピタキシャル成長用基板、４は
ヒータ、５は基板設置台、５Ａは基板設置台の底面、５
Ｂは基板設置台の側壁、６はソース材料、ｌ１は開口部
、１２は空間部、ｌ３は高蒸気圧分子（Ｃｄ分子）、ｌ
４は低蒸気圧分子（　Ｔｅ２分子）を示す。 第１図 ，，−−４″−７− 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　真空室内に設置され、上部が開放で内部に蒸気圧がそ
   れぞれ異なる原子で構成されたエピタキシャル成長用ソ
   ース材料（６）を収容したソース坩堝（２）上にエピタ
   キシャル成長用基板（３）を設置し、該ソース坩堝内の
   ソース材料を加熱して該ソース材料の蒸発成分を基板上
   に被着してエピタキシャル成長する方法に於いて、 前記ソース坩堝（２）の上部の開口部（１１）と、エピ
   タキシャル成長用基板（３）の基板表面との間に、エピ
   タキシャル成長用ソース材料の蒸発成分の内で、エピタ
   キシャル結晶成長面を所定の結晶成長面に規制する低蒸
   気圧分子（１４）の濃度を大きく保つような空間部（１
   ２）を形成し、該空間部で形成された低蒸気圧分子濃度
   の大きい雰囲気に基板を曝してエピタキシャル成長する
   ことを特徴とするホットウォールエピタキシャル成長方
   法。