JPH04287312A - 気相エピタキシャル成長装置および気相エピタキシャル成長方法 - Google Patents
気相エピタキシャル成長装置および気相エピタキシャル成長方法Info
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体結晶、特に
水銀テルルとカドミウムテルルの混晶の化合物半導体結
晶の水銀・カドミウム・テルルの気相エピタキシャル成
長装置、および気相エピタキシャル成長方法に関する。
水銀テルルとカドミウムテルルの混晶の化合物半導体結
晶の水銀・カドミウム・テルルの気相エピタキシャル成
長装置、および気相エピタキシャル成長方法に関する。
【0002】水銀・カドミウム・テルル(Hg1−x
Cdx Te)の化合物半導体結晶はエネルギーバンド
ギャップが小で赤外線検知素子形成材料として用いられ
ており、このHg1−x Cdx Te結晶は、その組
成(x値)が変動すると赤外線を検知する応答波長が異
なるため、基板上に形成したHg1−x Cdx Te
のエピタキシャル結晶の全領域の範囲でこのx値が均一
な値を有することが望まれる。
Cdx Te)の化合物半導体結晶はエネルギーバンド
ギャップが小で赤外線検知素子形成材料として用いられ
ており、このHg1−x Cdx Te結晶は、その組
成(x値)が変動すると赤外線を検知する応答波長が異
なるため、基板上に形成したHg1−x Cdx Te
のエピタキシャル結晶の全領域の範囲でこのx値が均一
な値を有することが望まれる。
【0003】このHg1−x Cdx Te結晶は、水
銀テルル(HgTe)とカドミウムテルル(CdTe)
の混晶であるので、基板の全領域上でHgTe結晶とC
dTe結晶が均一な状態で形成されることが望まれる。
銀テルル(HgTe)とカドミウムテルル(CdTe)
の混晶であるので、基板の全領域上でHgTe結晶とC
dTe結晶が均一な状態で形成されることが望まれる。
【0004】
【従来の技術】このような化合物半導体結晶の気相成長
は、図5に示すように、水銀を収容する水銀蒸発器1、
ジメチルカドミウムを収容するジメチルカドミウム蒸発
器3、ジイソプロピルテルルを収容するジイソプロピル
テルル蒸発器2内にキャリアガスとしての水素ガスを導
入し、この水素ガスに担持された水銀、ジメチルカドミ
ウム、ジイソプロピルテルルのガスを反応管4の基板設
置台5上に載置されたガリウム砒素基板のようなエピタ
キシャル成長用基板6上に導入し、この基板設置台5を
加熱することで、その上のエピタキシャル成長用基板6
を加熱し、反応管4内に導入された上記水銀、ジメチル
カドミウム、ジイソプロピルテルルのガスを熱分解して
その成分を基板上に被着する有機金属気相成長方法(M
etal Organic Chemical Vap
or Deposition ;MOCVD方法)が用
いられている。
は、図5に示すように、水銀を収容する水銀蒸発器1、
ジメチルカドミウムを収容するジメチルカドミウム蒸発
器3、ジイソプロピルテルルを収容するジイソプロピル
テルル蒸発器2内にキャリアガスとしての水素ガスを導
入し、この水素ガスに担持された水銀、ジメチルカドミ
ウム、ジイソプロピルテルルのガスを反応管4の基板設
置台5上に載置されたガリウム砒素基板のようなエピタ
キシャル成長用基板6上に導入し、この基板設置台5を
加熱することで、その上のエピタキシャル成長用基板6
を加熱し、反応管4内に導入された上記水銀、ジメチル
カドミウム、ジイソプロピルテルルのガスを熱分解して
その成分を基板上に被着する有機金属気相成長方法(M
etal Organic Chemical Vap
or Deposition ;MOCVD方法)が用
いられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
混晶の化合物半導体結晶の気相成長では、例えばHgT
eの生成エネルギーがCdTeの生成エネルギーよりも
大で、上記した水銀、ジメチルカドミウム、ジイソプロ
ピルテルルのガスを混合して同時に反応管内に導入した
場合、上記混合ガスが基板上に到達する以前の加熱領域
内ではHgTeの分子が形成され、更に混合ガスの流れ
る下流側の基板上の近傍でCdTe分子が形成されるた
め、基板上においてはHgTeとCdTeの分子が所定
の割合で混合された混晶が形成され難く、そのため、基
板上の全領域にわたってx値が均一なHg1−x Cd
x Teの結晶が得られ難い問題がある。
混晶の化合物半導体結晶の気相成長では、例えばHgT
eの生成エネルギーがCdTeの生成エネルギーよりも
大で、上記した水銀、ジメチルカドミウム、ジイソプロ
ピルテルルのガスを混合して同時に反応管内に導入した
場合、上記混合ガスが基板上に到達する以前の加熱領域
内ではHgTeの分子が形成され、更に混合ガスの流れ
る下流側の基板上の近傍でCdTe分子が形成されるた
め、基板上においてはHgTeとCdTeの分子が所定
の割合で混合された混晶が形成され難く、そのため、基
板上の全領域にわたってx値が均一なHg1−x Cd
x Teの結晶が得られ難い問題がある。
【0006】このような化合物半導体結晶の気相成長装
置として、特開昭63−318733 号に於いて、図
6(a)に示すように、エピタキシャル成長用基板6の
上に貫通孔7を設けたグラファイト製の予備加熱板8A
を設け、この予備加熱板8Aを用いて反応管4内に導入
されるエピタキシャル成長用ガスを予め予備加熱して反
応速度を高めた装置が開示されているが、この場合に於
いては予備加熱板8Aおよび予備加熱板に到達する迄に
分解し易いエピタキシャル成長用ガスと分解し難いエピ
タキシャル成長用ガスが混合された状態で導入されるた
めに、基板上に到達する以前に分解し易いエピタキシャ
ル成長用ガスより分解された分子と、分解し難いエピタ
キシャル成長用ガスより分解された分子が形成されるこ
とになり好ましくない。
置として、特開昭63−318733 号に於いて、図
6(a)に示すように、エピタキシャル成長用基板6の
上に貫通孔7を設けたグラファイト製の予備加熱板8A
を設け、この予備加熱板8Aを用いて反応管4内に導入
されるエピタキシャル成長用ガスを予め予備加熱して反
応速度を高めた装置が開示されているが、この場合に於
いては予備加熱板8Aおよび予備加熱板に到達する迄に
分解し易いエピタキシャル成長用ガスと分解し難いエピ
タキシャル成長用ガスが混合された状態で導入されるた
めに、基板上に到達する以前に分解し易いエピタキシャ
ル成長用ガスより分解された分子と、分解し難いエピタ
キシャル成長用ガスより分解された分子が形成されるこ
とになり好ましくない。
【0007】また本出願人は以前に特開平1−2019
26号に於いて、図6(b)に示すように、基板設置台
5に対向して加熱部材9を設け、この加熱部材を用いて
ガス導入管10−1,10−2,10−3より導入され
たエピタキシャル成長用ガスの内、分解し難いガスを分
解してエピタキシャル成長することを提案したが、この
場合も前記したのと同様に基板に到達する以前に分解し
易いエピタキシャル成長用ガスと分解し難いエピタキシ
ャル成長用ガスが混合された状態で加熱領域内に導入さ
れるために、基板上に到達する以前に分解し易いエピタ
キシャル成長用ガスより分解された分子と、分解し難い
エピタキシャル成長用ガスより分解された分子が形成さ
れることになり好ましくない。
26号に於いて、図6(b)に示すように、基板設置台
5に対向して加熱部材9を設け、この加熱部材を用いて
ガス導入管10−1,10−2,10−3より導入され
たエピタキシャル成長用ガスの内、分解し難いガスを分
解してエピタキシャル成長することを提案したが、この
場合も前記したのと同様に基板に到達する以前に分解し
易いエピタキシャル成長用ガスと分解し難いエピタキシ
ャル成長用ガスが混合された状態で加熱領域内に導入さ
れるために、基板上に到達する以前に分解し易いエピタ
キシャル成長用ガスより分解された分子と、分解し難い
エピタキシャル成長用ガスより分解された分子が形成さ
れることになり好ましくない。
【0008】本発明は上記した問題点を解決し、生成速
度の遅いHgTeが形成されるエピタキシャル成長用ガ
スと、生成速度の速いCdTeが形成されるエピタキシ
ャル成長用ガスとが区別されて基板上に到達するように
すると共に、HgTeが生成される下部領域に予備加熱
部を設置して生成速度を高め、このHgTeの分子が基
板に到達した時点で生成速度の速いCdTe分子を構成
するCd原子が上記HgTe分子内を拡散してエピタキ
シャル成長用基板の直上で結合するようにして、基板上
に均一な組成のHg1−x Cdx Teのエピタキシ
ャル結晶を形成するようにする。
度の遅いHgTeが形成されるエピタキシャル成長用ガ
スと、生成速度の速いCdTeが形成されるエピタキシ
ャル成長用ガスとが区別されて基板上に到達するように
すると共に、HgTeが生成される下部領域に予備加熱
部を設置して生成速度を高め、このHgTeの分子が基
板に到達した時点で生成速度の速いCdTe分子を構成
するCd原子が上記HgTe分子内を拡散してエピタキ
シャル成長用基板の直上で結合するようにして、基板上
に均一な組成のHg1−x Cdx Teのエピタキシ
ャル結晶を形成するようにする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の気相エピタキシ
ャル成長装置は、互いに生成速度の異なる結晶同士が結
合して混晶のエピタキシャル結晶を形成する装置に於い
て、反応管内に設けられ、エピタキシャル成長用基板を
載置する基板設置台と、該基板設置台に隣接してエピタ
キシャル成長用ガスを予熱するため、そのガス流入側に
設けた予備加熱部と、前記反応管の入口より該反応管内
に水平方向に延び、予備加熱部と基板設置台の境界近傍
迄到達するように設けた第1の仕切り板と、前記反応管
の入口より該反応管内に水平方向に延び、予備加熱部の
表面近傍に到達する第2の仕切り板と、前記第1の仕切
り板と反応管の内壁で形成され、前記反応管のガス入口
側に設けた第1のガス導入部に連通する上部領域と、前
記第1の仕切り板と第2の仕切り板とで形成され、前記
反応管のガス入口側に設けた第2のガス導入部に連通し
、生成速度の遅い結晶を構成する成分が形成される下部
領域と、前記予備加熱部のガス流入側の位置で前記下部
領域内に合流する第3のガス導入部を設けたことを特徴
とする。
ャル成長装置は、互いに生成速度の異なる結晶同士が結
合して混晶のエピタキシャル結晶を形成する装置に於い
て、反応管内に設けられ、エピタキシャル成長用基板を
載置する基板設置台と、該基板設置台に隣接してエピタ
キシャル成長用ガスを予熱するため、そのガス流入側に
設けた予備加熱部と、前記反応管の入口より該反応管内
に水平方向に延び、予備加熱部と基板設置台の境界近傍
迄到達するように設けた第1の仕切り板と、前記反応管
の入口より該反応管内に水平方向に延び、予備加熱部の
表面近傍に到達する第2の仕切り板と、前記第1の仕切
り板と反応管の内壁で形成され、前記反応管のガス入口
側に設けた第1のガス導入部に連通する上部領域と、前
記第1の仕切り板と第2の仕切り板とで形成され、前記
反応管のガス入口側に設けた第2のガス導入部に連通し
、生成速度の遅い結晶を構成する成分が形成される下部
領域と、前記予備加熱部のガス流入側の位置で前記下部
領域内に合流する第3のガス導入部を設けたことを特徴
とする。
【0010】また前記下部領域に合流する第3のガス導
入部を通過するガスが水銀ガスで、第2のガス導入部を
通過するガスが周期律表第六族元素を含むエピタキシャ
ル成長用ガスで、第1のガス導入部を通過するガスが周
期律表第二族元素を含むエピタキシャル成長用ガスであ
ることを特徴とする。
入部を通過するガスが水銀ガスで、第2のガス導入部を
通過するガスが周期律表第六族元素を含むエピタキシャ
ル成長用ガスで、第1のガス導入部を通過するガスが周
期律表第二族元素を含むエピタキシャル成長用ガスであ
ることを特徴とする。
【0011】また第1、第2および第3のガス導入部が
複数本のノズルで構成され、これ等の各ノズルごとにエ
ピタキシャル成長用ガスの濃度、および流量が独立に制
御できるようにしたことを特徴とする。
複数本のノズルで構成され、これ等の各ノズルごとにエ
ピタキシャル成長用ガスの濃度、および流量が独立に制
御できるようにしたことを特徴とする。
【0012】また第3のガス導入部に連なる蒸発器が加
熱用のヒータを備えた水銀泡立て部と、該水銀泡立て部
に連通管で連通し、室温雰囲気に設置された水銀収容部
とで構成され、前記水銀収容部の水銀を上下に移動させ
る手段を備えたことを特徴とする。
熱用のヒータを備えた水銀泡立て部と、該水銀泡立て部
に連通管で連通し、室温雰囲気に設置された水銀収容部
とで構成され、前記水銀収容部の水銀を上下に移動させ
る手段を備えたことを特徴とする。
【0013】更に水銀蒸発器の水銀収容部に冷却手段を
設け、水銀収容部の水銀を上下に移動させる手段を作動
させて、水銀泡立て部の水銀を反応管内に導入すること
で、水銀を含む化合物半導体結晶とカドミウムをむ化合
物半導体結晶とを交互に積層して超格子構造のエピタキ
シャル結晶が形成可能と成るようにする。
設け、水銀収容部の水銀を上下に移動させる手段を作動
させて、水銀泡立て部の水銀を反応管内に導入すること
で、水銀を含む化合物半導体結晶とカドミウムをむ化合
物半導体結晶とを交互に積層して超格子構造のエピタキ
シャル結晶が形成可能と成るようにする。
【0014】更にエピタキシャル成長用基板上に三元以
上の混晶を気相成長させる方法に於いて、エピタキシャ
ル成長用ガスの一部を反応管内で混合した後、該基板に
隣接した予備加熱部上を通過させ、その後、他のエピタ
キシャル成長用ガスを混合して前記エピタキシャル成長
用基板上にエピタキシャル成長層を成長することを特徴
とする。
上の混晶を気相成長させる方法に於いて、エピタキシャ
ル成長用ガスの一部を反応管内で混合した後、該基板に
隣接した予備加熱部上を通過させ、その後、他のエピタ
キシャル成長用ガスを混合して前記エピタキシャル成長
用基板上にエピタキシャル成長層を成長することを特徴
とする。
【0015】
【作用】図1 に示すようにエピタキシャル成長用基板
6のガスの移動方向よりみて、ガスの流入側に隣接して
予備加熱部8を設け、最下部の第3のガス導入部13よ
り導入された水銀ガスと、その上の第2のガス導入部1
2より導入されたジイソプロピルテルルガスを反応させ
て生成速度の遅いHgTeの分子をまず形成する。
6のガスの移動方向よりみて、ガスの流入側に隣接して
予備加熱部8を設け、最下部の第3のガス導入部13よ
り導入された水銀ガスと、その上の第2のガス導入部1
2より導入されたジイソプロピルテルルガスを反応させ
て生成速度の遅いHgTeの分子をまず形成する。
【0016】そして最上部の第1のガス導入部11より
ジメチルカドミウムガスを流して、基板の直上の近傍で
上記HgTeの分子とジメチルカドミウムガスより分解
されたCd分子が反応するようにしてHg1−x Cd
x Teの結晶が形成される。
ジメチルカドミウムガスを流して、基板の直上の近傍で
上記HgTeの分子とジメチルカドミウムガスより分解
されたCd分子が反応するようにしてHg1−x Cd
x Teの結晶が形成される。
【0017】このことを図4を用いて説明する。図4の
曲線21は前記した水銀、ジメチルカドミウム、ジイソ
プロピルテルルガスを混合して同時に反応管内に導入し
た場合の、ガスの移動方向に於けるCdTeの生成量を
示す。 また図4の曲線22は前記した水銀、ジメチルカドミウ
ム、ジイソプロピルテルルガスのエピタキシャル成長用
ガスを混合して同時に反応管内に導入した場合の、ガス
の移動方向に於けるHgTeの生成量を示す。
曲線21は前記した水銀、ジメチルカドミウム、ジイソ
プロピルテルルガスを混合して同時に反応管内に導入し
た場合の、ガスの移動方向に於けるCdTeの生成量を
示す。 また図4の曲線22は前記した水銀、ジメチルカドミウ
ム、ジイソプロピルテルルガスのエピタキシャル成長用
ガスを混合して同時に反応管内に導入した場合の、ガス
の移動方向に於けるHgTeの生成量を示す。
【0018】この図より反応管が200 ℃となるBの
加熱領域に上記エピタキシャル成長用ガスが導入される
と、先ずCdTeの生成が起こるが、HgTeは生成に
必要なエネルギーがCdTeより高く、CdTeの生成
より遅れてHgTeの生成が始まる。そこで水銀ガスと
ジイソプロピルテルルガスを本発明の予備加熱部で予備
加熱することで、矢印Cに示すように、CdTeの生成
曲線21とHgTeの生成曲線22とをエピタキシャル
成長用基板の直上に設定できる。
加熱領域に上記エピタキシャル成長用ガスが導入される
と、先ずCdTeの生成が起こるが、HgTeは生成に
必要なエネルギーがCdTeより高く、CdTeの生成
より遅れてHgTeの生成が始まる。そこで水銀ガスと
ジイソプロピルテルルガスを本発明の予備加熱部で予備
加熱することで、矢印Cに示すように、CdTeの生成
曲線21とHgTeの生成曲線22とをエピタキシャル
成長用基板の直上に設定できる。
【0019】更に上記Hgガスおよびジイソプロピルテ
ルルガスのガス導入管を複数本の内径の細いノズルで構
成し、このノズルの各々に別個にエピタキシャル成長用
ガスの濃度や、流量を制御して流すと、反応管内に於け
るエピタキシャル成長用ガスの流速が、反応管の中央と
内壁に沿った部分で差が無くなり、更に正確な組成の制
御が可能となる。
ルルガスのガス導入管を複数本の内径の細いノズルで構
成し、このノズルの各々に別個にエピタキシャル成長用
ガスの濃度や、流量を制御して流すと、反応管内に於け
るエピタキシャル成長用ガスの流速が、反応管の中央と
内壁に沿った部分で差が無くなり、更に正確な組成の制
御が可能となる。
【0020】またこのようにジメチルカドミウムガスよ
り分解されたCd分子をHgガスとジイソプロピルテル
ルガスの混合ガスが反応して形成れたHgTeの分子内
に拡散させることで、Cd分子を形成するジメチルカド
ミウムのガス流量、ガスの濃度( 分圧)を制御するこ
とで、基板上でのCd、Te、Hgの分子の濃度比が精
度良く制御できるようになる。
り分解されたCd分子をHgガスとジイソプロピルテル
ルガスの混合ガスが反応して形成れたHgTeの分子内
に拡散させることで、Cd分子を形成するジメチルカド
ミウムのガス流量、ガスの濃度( 分圧)を制御するこ
とで、基板上でのCd、Te、Hgの分子の濃度比が精
度良く制御できるようになる。
【0021】また図3に示すように第3のガス導入部1
3に接続する水銀蒸発器の構造を、水銀収容部23と水
銀泡立て部24に区別し、これ等を連通管25で接続し
、水銀泡立て部24をヒータ26で加熱し、水銀収容部
を室温、或いは室温以下に冷却し、エピタキシャル成長
時にHgを供給する際に、水銀収容部23のポンプを押
し下げると、水銀が細管の連通管25を通過する間にH
gの温度が所定の設定温度の250 ℃に到達し、キャ
リアガスによって反応管内に導入される。
3に接続する水銀蒸発器の構造を、水銀収容部23と水
銀泡立て部24に区別し、これ等を連通管25で接続し
、水銀泡立て部24をヒータ26で加熱し、水銀収容部
を室温、或いは室温以下に冷却し、エピタキシャル成長
時にHgを供給する際に、水銀収容部23のポンプを押
し下げると、水銀が細管の連通管25を通過する間にH
gの温度が所定の設定温度の250 ℃に到達し、キャ
リアガスによって反応管内に導入される。
【0022】また上記ガスを反応管内に導入しない場合
には、ポンプを押し上げてHgを総て水銀収容部23内
に戻すと、この水銀収容部内は室温に保たれているため
、水銀の蒸気は殆ど発生しない。そのため、高温に加熱
されると合金を形成しやすために製造が困難な水銀の開
閉バルブが不要となる。
には、ポンプを押し上げてHgを総て水銀収容部23内
に戻すと、この水銀収容部内は室温に保たれているため
、水銀の蒸気は殆ど発生しない。そのため、高温に加熱
されると合金を形成しやすために製造が困難な水銀の開
閉バルブが不要となる。
【0023】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例につき詳
細に説明する。図1 に示すように、本発明の気相エピ
タキシャル成長装置は、反応管4 内に80mm×80
mm程度で、厚さが約5mm 程度のカーボンよりなる
予備加熱板よりなる予備加熱部8を、エピタキシャル成
長用ガスのガス流入側に、エピタキシャル成長用基板6
を載置する基板設置台5に隣接して設ける。この予備加
熱部8は石英棒を箱型に形成した架台35等を用いて設
置する。
細に説明する。図1 に示すように、本発明の気相エピ
タキシャル成長装置は、反応管4 内に80mm×80
mm程度で、厚さが約5mm 程度のカーボンよりなる
予備加熱板よりなる予備加熱部8を、エピタキシャル成
長用ガスのガス流入側に、エピタキシャル成長用基板6
を載置する基板設置台5に隣接して設ける。この予備加
熱部8は石英棒を箱型に形成した架台35等を用いて設
置する。
【0024】そして前記反応管4のガス入口側より予備
加熱部8と基板設置台5との境界近傍迄到達するように
、前記予備加熱部8上の反応管内を水平方向に仕切る第
1の仕切り板31を設け、該第1の仕切り板31で仕切
られた上部領域32と下部領域33は反応管4 のガス
入口側に設けた第1のガス導入部11、および第2のガ
ス導入部12に連通するように設け、前記予備加熱部8
のガス流入側の端部近傍の位置で前記第1の仕切り板3
1で仕切られた下部領域33内に第3のガス導入部13
を合流させるようにする。
加熱部8と基板設置台5との境界近傍迄到達するように
、前記予備加熱部8上の反応管内を水平方向に仕切る第
1の仕切り板31を設け、該第1の仕切り板31で仕切
られた上部領域32と下部領域33は反応管4 のガス
入口側に設けた第1のガス導入部11、および第2のガ
ス導入部12に連通するように設け、前記予備加熱部8
のガス流入側の端部近傍の位置で前記第1の仕切り板3
1で仕切られた下部領域33内に第3のガス導入部13
を合流させるようにする。
【0025】また下部領域33の底部には、反応管4の
ガス入口側より前記予備加熱部8の表面に到達するよう
な第2の仕切り板34を石英棒38等を用いて設ける。 また基板設置台5のガスの流出側に反応管4を横方向に
仕切る第3の仕切り板36を石英棒38を箱型に組み立
てた架台35を用いて設置する。
ガス入口側より前記予備加熱部8の表面に到達するよう
な第2の仕切り板34を石英棒38等を用いて設ける。 また基板設置台5のガスの流出側に反応管4を横方向に
仕切る第3の仕切り板36を石英棒38を箱型に組み立
てた架台35を用いて設置する。
【0026】この第3の仕切り板36はエピタキシャル
成長用基板6上でガスが層流状態で流れるようにするの
を保つために設ける。そして前記第3のガス導入部13
を通過するガスが水銀ガスで、第2のガス導入管12を
通過するガスが周期律表第六族元素のテルルを含むジイ
ソプロピルテルルガスのエピタキシャル成長用ガスで、
第1のガス導入管11を通過するガスが周期律表第二族
元素のカドミウムを含むジメチルカドミウムガスのエピ
タキシャル成長用ガスとする。
成長用基板6上でガスが層流状態で流れるようにするの
を保つために設ける。そして前記第3のガス導入部13
を通過するガスが水銀ガスで、第2のガス導入管12を
通過するガスが周期律表第六族元素のテルルを含むジイ
ソプロピルテルルガスのエピタキシャル成長用ガスで、
第1のガス導入管11を通過するガスが周期律表第二族
元素のカドミウムを含むジメチルカドミウムガスのエピ
タキシャル成長用ガスとする。
【0027】このガス導入部11,12,13は一本の
ガス導入管で形成しても良く、或いは図2に示すように
ガス導入部11,12,13の各々を、石英部材37で
形成し、この石英部材37に細い内径のノズル11−1
,11−2 …、12−1,12−2 …、13−1,
13−2…を複数本、埋設して形成しても良い。そして
このノズル11−1,11−2 …のそれぞれには、ジ
メチルカドミウム蒸発器3が、ノズル12−1,12−
2 …のそれぞれにはジイソプロピルテルルの蒸発器2
が、ノズル13−1,13−2 …のそれぞれには水銀
の蒸発器1が各々別個に接続された構造とする。
ガス導入管で形成しても良く、或いは図2に示すように
ガス導入部11,12,13の各々を、石英部材37で
形成し、この石英部材37に細い内径のノズル11−1
,11−2 …、12−1,12−2 …、13−1,
13−2…を複数本、埋設して形成しても良い。そして
このノズル11−1,11−2 …のそれぞれには、ジ
メチルカドミウム蒸発器3が、ノズル12−1,12−
2 …のそれぞれにはジイソプロピルテルルの蒸発器2
が、ノズル13−1,13−2 …のそれぞれには水銀
の蒸発器1が各々別個に接続された構造とする。
【0028】このようにガス導入部11,12,13を
複数のノズル11−1,11−2 …、12−1,12
−2 …、13−1,13−2 …で構成し、これら各
ノズル11−1,11−2 …、12−1,12−2
…、13−1,13−2 …内に流入されるエピタキシ
ャル成長用ガスの濃度、および流量を各ノズル毎に独立
に制御できるようにする。このようにすると、一本のガ
ス導入管であると、反応管の内壁に近づく程ガスの流速
が小となり、反応管の中央ではガスの流速が最も大とな
って反応管内で速度分布が形成される欠点が除去できる
。
複数のノズル11−1,11−2 …、12−1,12
−2 …、13−1,13−2 …で構成し、これら各
ノズル11−1,11−2 …、12−1,12−2
…、13−1,13−2 …内に流入されるエピタキシ
ャル成長用ガスの濃度、および流量を各ノズル毎に独立
に制御できるようにする。このようにすると、一本のガ
ス導入管であると、反応管の内壁に近づく程ガスの流速
が小となり、反応管の中央ではガスの流速が最も大とな
って反応管内で速度分布が形成される欠点が除去できる
。
【0029】また図3に示すように、第3のガス導入部
13に連なる水銀蒸発器はヒータ26を備え、水素のキ
ャリアガス導入部39からの水素ガスにより水銀を泡立
てする水銀泡立て部24と、該水銀泡立て部24に連通
管25で連通し、室温、或いは室温以下の雰囲気に設置
された水銀収容部23とで構成され、該水銀収容部23
の水銀を上下に移動させるポンプ27を備えている。こ
のポンプ27の周囲には弗素ゴム製のOリング28が設
置され、水銀収容部23の内部を気密状態に保っている
。
13に連なる水銀蒸発器はヒータ26を備え、水素のキ
ャリアガス導入部39からの水素ガスにより水銀を泡立
てする水銀泡立て部24と、該水銀泡立て部24に連通
管25で連通し、室温、或いは室温以下の雰囲気に設置
された水銀収容部23とで構成され、該水銀収容部23
の水銀を上下に移動させるポンプ27を備えている。こ
のポンプ27の周囲には弗素ゴム製のOリング28が設
置され、水銀収容部23の内部を気密状態に保っている
。
【0030】また上記水銀収容部23に、図示しないが
冷却装置を取りつけ、ポンプ27を上下に移動させて水
銀泡立て部24の水銀を反応管器内に導入、或いは導入
停止することで、エピタキシャル成長用基板上にCdT
eの結晶とHgTeの結晶とを交互に積層して超格子構
造のエピタキシャル結晶を形成するようにしている。
冷却装置を取りつけ、ポンプ27を上下に移動させて水
銀泡立て部24の水銀を反応管器内に導入、或いは導入
停止することで、エピタキシャル成長用基板上にCdT
eの結晶とHgTeの結晶とを交互に積層して超格子構
造のエピタキシャル結晶を形成するようにしている。
【0031】このような本発明の気相エピタキシャル成
長装置を用いてGaAs基板上にHg1−x Cdx
Teの結晶を気相エピタキシャル成長する場合について
述べる。図1に示すように、直径3インチのGaAs基
板よりなるエピタキシャル成長用基板6を反応管4内に
導入する。
長装置を用いてGaAs基板上にHg1−x Cdx
Teの結晶を気相エピタキシャル成長する場合について
述べる。図1に示すように、直径3インチのGaAs基
板よりなるエピタキシャル成長用基板6を反応管4内に
導入する。
【0032】そして反応管4内を排気した後、予備加熱
部8とエピタキシャル成長用基板6を400 ℃の温度
に加熱し、キャリアガスの水素ガスの総流量を8 リッ
トル/minとし、水銀蒸発器1、ジイソプロピルテル
ル蒸発器2、ジメチルカドミウム蒸発器3 内に流入し
て泡立てし、これら水銀を担持したキャリアガスの分圧
を1 ×10−2気圧、ジイソプロピルテルルを担持し
たキャリアガスの分圧を5 ×10−4気圧、ジメチル
カドミウムを担持したキャリアガスの分圧を5 ×10
−5気圧に設定して、エピタキシャル成長した。
部8とエピタキシャル成長用基板6を400 ℃の温度
に加熱し、キャリアガスの水素ガスの総流量を8 リッ
トル/minとし、水銀蒸発器1、ジイソプロピルテル
ル蒸発器2、ジメチルカドミウム蒸発器3 内に流入し
て泡立てし、これら水銀を担持したキャリアガスの分圧
を1 ×10−2気圧、ジイソプロピルテルルを担持し
たキャリアガスの分圧を5 ×10−4気圧、ジメチル
カドミウムを担持したキャリアガスの分圧を5 ×10
−5気圧に設定して、エピタキシャル成長した。
【0033】なお、水銀が反応管に付着するのを防止す
るために水銀ガスが通過する経路、および反応管はヒー
タ26で250 ℃の温度に加熱した。成長は、まず図
示しないが、反応管4 に接続されている水素ガス専用
のガス導入管よりエピタキシャル成長用基板を600
℃の温度に加熱した状態で反応管内に30分流して表面
の酸化膜を除去した後、ジイソプロピルテルルとジメチ
ルカドミウムを担持したキャリアガスのみを反応管内に
流入して、エピタキシャル成長用基板上にCdTe層を
バッファ層として形成する。
るために水銀ガスが通過する経路、および反応管はヒー
タ26で250 ℃の温度に加熱した。成長は、まず図
示しないが、反応管4 に接続されている水素ガス専用
のガス導入管よりエピタキシャル成長用基板を600
℃の温度に加熱した状態で反応管内に30分流して表面
の酸化膜を除去した後、ジイソプロピルテルルとジメチ
ルカドミウムを担持したキャリアガスのみを反応管内に
流入して、エピタキシャル成長用基板上にCdTe層を
バッファ層として形成する。
【0034】次いで水銀、ジイソプロピルテルルとジメ
チルカドミウムを担持したキャリアガスを反応管内に流
入し、Hg1−x Cdx Te(x=0.2)結晶を
10μm の厚さに形成した。
チルカドミウムを担持したキャリアガスを反応管内に流
入し、Hg1−x Cdx Te(x=0.2)結晶を
10μm の厚さに形成した。
【0035】そしてこのHg1−x Cdx Te結晶
をX 線回折装置を用いて、その成分を測定したところ
、直径が3 インチのエピタキシャル成長用基板の上で
のx 値は0.2 ±0.002の範囲内に収まり均一
な組成のHg1−x Cdx Te結晶が得られた。
をX 線回折装置を用いて、その成分を測定したところ
、直径が3 インチのエピタキシャル成長用基板の上で
のx 値は0.2 ±0.002の範囲内に収まり均一
な組成のHg1−x Cdx Te結晶が得られた。
【0036】また上記本発明の水銀蒸発器を用いること
で、GaAs基板上にCdTe結晶、HgTe結晶を組
とした超格子層が周期的に形成された超格子結晶が容易
に得られた。 以上述べたように本発明の気相エピタキシャル成長装置
を用いて基板上にHg1−x Cdx Te結晶をエピ
タキシャル成長すると、基板の全領域の範囲で組成(x
値) の変動の少ないHg1−x Cdx Te結晶が
得られる。
で、GaAs基板上にCdTe結晶、HgTe結晶を組
とした超格子層が周期的に形成された超格子結晶が容易
に得られた。 以上述べたように本発明の気相エピタキシャル成長装置
を用いて基板上にHg1−x Cdx Te結晶をエピ
タキシャル成長すると、基板の全領域の範囲で組成(x
値) の変動の少ないHg1−x Cdx Te結晶が
得られる。
【0037】
【発明の効果】以上述べたように本発明の気相エピタキ
シャル成長装置によれば、比較的簡単な装置で大面積の
組成変動の少ないHg1−x Cdx Teのエピタキ
シャル結晶が得られ、該結晶を用いて赤外線検知素子を
形成すると、電気的特性の良好な検知素子が得られる効
果がある。
シャル成長装置によれば、比較的簡単な装置で大面積の
組成変動の少ないHg1−x Cdx Teのエピタキ
シャル結晶が得られ、該結晶を用いて赤外線検知素子を
形成すると、電気的特性の良好な検知素子が得られる効
果がある。
【図1】 本発明の気相エピタキシャル成長装置の説
明図である。
明図である。
【図2】 本発明のガス導入部の他の実施例の説明図
である。
である。
【図3】 本発明の水銀蒸発器の説明図である。
【図4】 本発明の装置を説明するためのCdTeと
HgTeの生成曲線である。
HgTeの生成曲線である。
【図5】 従来の装置の説明図である。
【図6】 従来の改良された装置の説明図である。
1 水銀蒸発器
2 ジイソプロピルテルル蒸発器
3 ジメチルカドミウム蒸発器
4 反応管
5 基板設置台
6 エピタキシャル成長用基板
8 予備加熱部
11 第1のガス導入部
12 第2のガス導入部
13 第3のガス導入部
11−1,11−2 、12−1,12−2 、13−
1,13−2ノズル21 CdTeの生成曲線 22 HgTeの生成曲線 23 水銀収容部 24 水銀泡立て部 25 連通管 26 ヒータ 27 ポンプ 28 Oリング 31 第1の仕切り板 32 上部領域 33 下部領域 34 第2の仕切り板 35 架台 36 第3の仕切り板 37 石英部材 38 石英棒 39 キャリアガス導入管
1,13−2ノズル21 CdTeの生成曲線 22 HgTeの生成曲線 23 水銀収容部 24 水銀泡立て部 25 連通管 26 ヒータ 27 ポンプ 28 Oリング 31 第1の仕切り板 32 上部領域 33 下部領域 34 第2の仕切り板 35 架台 36 第3の仕切り板 37 石英部材 38 石英棒 39 キャリアガス導入管
Claims (6)
- 【請求項1】 互いに生成速度の異なる結晶同士が結
合して三元以上の混晶のエピタキシャル結晶を形成する
装置に於いて、反応管(4) 内に設けられ、エピタキ
シャル成長用基板(6) を載置する基板設置台(5)
と、該基板設置台(5) に隣接してエピタキシャル
成長用ガスを予熱するため、その流入側に設けた予備加
熱部(8) と、前記反応管(4) の入口より該反応
管(4) 内に水平方向に延び、予備加熱部(8)と基
板設置台(5) の境界近傍迄到達するように設けた第
1の仕切り板(31)と、前記反応管(4) の入口よ
り該反応管(4) 内に水平方向に延び、予備加熱部(
8)に到達する第2の仕切り板(34)と、前記第1の
仕切り板(31)と反応管(4) の内壁で形成され、
該反応管(4) のガス入口側に設けた第1のガス導入
部(11)に連通する上部領域(32)と、前記第1の
仕切り板(31)と第2の仕切り板(34)とで形成さ
れ、前記反応管(4)のガス入口側に設けた第2のガス
導入部(12)に連通し、生成速度の遅い結晶を構成す
る成分が形成される下部領域(33)と、前記予備加熱
部(8) のガス流入側の位置で前記下部領域(33)
内に合流する第3のガス導入部(13)を設けたことを
特徴とする気相エピタキシャル成長装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の下部領域に合流する第
3のガス導入部(13)を通過するガスが水銀ガスで、
第2のガス導入部(12)を通過するガスが周期律表第
六族元素を含むエピタキシャル成長用ガスで、第1のガ
ス導入部(11)を通過するガスが周期律表第二族元素
を含むエピタキシャル成長用ガスであることを特徴とす
る気相エピタキシャル成長装置。 - 【請求項3】 請求項1記載の第1、第2および第3
のガス導入部(11,12,13)が複数本のノズル(
11−1,11−2…、12−1,12−2 …、13
−1,13−2 …) で構成され、これ等の各ノズル
(11−1,11−2…、12−1,12−2 …、1
3−1,13−2 …) ごとにエピタキシャル成長用
ガスの濃度、および流量が独立に制御できるようにした
ことを特徴とする気相エピタキシャル成長装置。 - 【請求項4】 請求項1記載の第3のガス導入部(1
3)に連なる蒸発器が加熱用のヒータ(26)を備えた
水銀泡立て部(24)と、該水銀泡立て部(24)に連
通管(25)で連通した水銀収容部(23)とで構成さ
れ、該水銀収容部(23)の水銀を上下に移動させる手
段(27)を備えたことを特徴とする気相エピタキシャ
ル成長装置。 - 【請求項5】 請求項4記載の蒸発器の水銀収容部(
23)に冷却手段を設け、水銀収容部(23)の水銀を
上下に移動させる手段(27)を作動させて、水銀泡立
て部(24)の水銀を反応管内に導入することで、水銀
を含む化合物半導体結晶とカドミウムを含む化合物半導
体結晶とを交互に積層して超格子構造のエピタキシャル
結晶が形成可能と成るようにしたことを特徴とする請求
項1記載の気相エピタキシャル成長装置。 - 【請求項6】 エピタキシャル成長用基板(6) 上
に三元以上の混晶を気相成長させる方法に於いて、エピ
タキシャル成長用ガスの一部を反応管(4)内で混合し
た後、該基板(6) に隣接した予備加熱部(8) 上
を通過させ、その後、他のエピタキシャル成長用ガスの
混合して前記エピタキシャル成長用基板(6) 上にエ
ピタキシャル成長層を成長することを特徴とする気相エ
ピタキシャル成長方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3052339A JP2722833B2 (ja) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | 気相エピタキシャル成長装置および気相エピタキシャル成長方法 |
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