JPH04287333A - 金属蒸気発生装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は金属蒸気発生装置に係り
、特に易蒸発性の水銀蒸気発生装置に関する。

【０００２】赤外線検知素子形成材料としてエネルギー
バンドギャップの狭い水銀・カドミウム・テルル（Ｈｇ
１−ｘ　Ｃｄｘ　Ｔｅ）の化合物半導体結晶が用いられ
ている。このＨｇ１−ｘ　Ｃｄｘ　Ｔｅの結晶は、水銀
・テルル（ＨｇＴｅ）とカドミウム・テルル（ＣｄＴｅ
）の混晶半導体であり、混晶比を変えることにより、検
知できる赤外線の波長を変えることができる。近年は一
枚の化合物半導体結晶のウェハに多数個の赤外線検知素
子を配置した赤外線検知素子アレイが開発されているが
、この赤外線検知素子アレイの高性能化を図るために、
ＨｇＴｅとＣｄＴｅの組成が一枚のウェハ内の全領域で
均一な組成と成ることが要求される。

【０００３】

【従来の技術】このようなＨｇ１−ｘ　Ｃｄｘ　Ｔｅの
結晶はＣｄＴｅのような半導体基板上にエピタキシャル
結晶として薄層状態に形成されている。このＨｇ１−ｘ
　Ｃｄｘ　Ｔｅのエピタキシャル結晶を製造するには図
５に示すように、水銀を収容した水銀蒸発器１を加熱し
、該加熱により蒸発した水銀蒸気を、周囲が加熱された
ガス供給用のノズルセルより成るガス導入管２内に流し
、有機金属気相エピタキシャル成長装置の反応容器（図
示せず）内に流入する。

【０００４】そして反応容器内に収容されているエピタ
キシャル成長用基板を加熱し、該容器内に流入された水
銀ガスの水銀と、ジメチルカドミウム、或いはジイソプ
ロピルテルル等の他のエピタキシャル成長用原料ガスの
熱分解による金属原子とを反応させてエピタキシャル成
長用基板に被着し、Ｈｇ１−ｘ　Ｃｄｘ　Ｔｅのエピタ
キシャル結晶を成長している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】然し、図５に示した従
来の水銀蒸発器１では、仮に水銀蒸発器の温度を０．１
　℃の高精度に制御したとしても、該蒸発器１の内壁に
付着している水銀３Ａと、蒸発器の中央部の水銀３Ｂと
では温度差があり、この温度差に依って対流を生じる。 この液状の水銀がガス状の水銀となるための解離圧は、
水銀の液面の表面の温度で決まるが、前記した対流によ
り水銀表面に温度の変動を生じ、この温度変動により、
水銀が液状よりガス状になる解離圧が変動して水銀蒸発
器１より流出する水銀ガスの濃度が不安定になる。そし
てこの濃度が不安定となった水銀ガスが、ガス供給用の
ノズルセルより成るガス導入管２の先端部にまで到達す
る問題がある。

【０００６】従って、エピタキシャル成長装置の反応容
器内に時間の経過とともに、均一な濃度の水銀ガスが供
給されない問題を生じ、形成されるＨｇ１−ｘ　Ｃｄｘ
　Ｔｅのエピタキシャル結晶が所定の組成に制御できな
い問題がある。

【０００７】本発明は上記した問題点を解決し、水銀の
ような易蒸発性のエピタキシャル成長用ガスが、そのガ
スの濃度が所定の値で供給されるようにした金属蒸気発
生装置、および該装置を用いて気相エピタキシャル成長
装置の提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の金属蒸気発生装
置は、易蒸発性金属原子を含むガスが通過するガス導入
管内に、加熱により易蒸発性金属原子と合金形成が可能
な金属膜を設けるとともに、該ガス導入管の外側に前記
金属膜を加熱する加熱ヒータとを設け、該金属膜を加熱
するとともに該金属膜の一方より他方に向かって易蒸発
性金属原子を含むガスを流入し、該ガスと金属膜で形成
された合金より易蒸発性金属原子を拡散移動させること
を特徴とする。

【０００９】また易蒸発性金属原子を含むガスが通過す
るガス導入管内に加熱により易蒸発性金属原子と合金形
成が可能な金属膜を、開口部を多数備えた支持部材に充
填して配置するとともに、該ガス導入管の外側に該金属
膜を加熱する加熱ヒータとを設け、該金属膜を易蒸発性
金属原子と合金形成が可能な液相化温度以上の温度で加
熱すると共に、該金属膜の一方より易蒸発性金属原子よ
りなるガスを導入し、該ガスと液状の金属で形成された
液相の合金金属より易蒸発性金属原子を拡散移動させる
ことを特徴とする。

【００１０】更に前記拡散移動する易蒸発性金属原子を
水銀とし、該原子と合金可能な金属を金、または白金と
したことを特徴とする。更に前記金属膜、或いは金属膜
を保持する支持部材を加熱する加熱ヒータを、ガス導入
管の長手方向に沿って複数個に分割して配置し、前記金
属膜、或いは支持部材の加熱温度を部分的に変化させる
ことで、易蒸発性金属原子の移動、或いは停止、および
該原子の濃度を制御するようにしたことを特徴とするも
のである。

【００１１】

【作用】本発明の金属蒸気発生装置では、図１（ａ）に
示すように、水銀蒸発器１より加熱された水銀蒸気がノ
ズルセルよりなるガス導入管２内に輸送される。そして
この水銀蒸気により加熱された合金形成用の金属膜４に
水銀が衝突して合金を形成する。この金属膜４は厚さが
１００　μｍ　程度と薄いために、合金を形成する過程
で水銀は均一に拡散し、金属膜４のガス流入側と反対側
に迄移動する。そして金属膜の両側の水銀蒸気の蒸気圧
の差に依って水銀蒸気はノズルセルよりなるガス導入管
２のガス流出側に向かって拡散する。

【００１２】そしてこの金属膜を加熱する加熱ヒータ５
の加熱温度によって合金が形成された金属膜４よりガス
導入管２のガス流出側に拡散する水銀の濃度が制御され
るようになる。

【００１３】そして例えば図３に示すように金属膜とし
て金を用い、この金属膜を３００　℃の温度に加熱する
と、Ｐ点に示すように水銀が９０原子％、金が１０原子
％の合金が得られ、この合金膜より水銀が拡散する。

【００１４】また図４に示すように金属膜として白金を
用い、この金属膜を３００　℃の温度に加熱すると、Ｑ
点に示すように水銀が９０原子％、白金が１０原子％の
合金が得られ、この合金膜より水銀が拡散する。

【００１５】また図１（ｂ）に示すように、開口部６を
有する多孔状の支持部材７に前記した金属膜４を充填し
、この支持部材７を加熱ヒータ５で加熱して水銀と金属
膜を構成する金属との合金の液状にし、この液状の合金
内部を水銀を拡散させるようにしても良い。この金属膜
を白金、或いは金で形成されているために、この蒸気圧
は水銀に比べて極めて小さいために水銀のみが拡散して
通過する。

【００１６】そして例えば、金属膜として白金を用い、
この金属膜を４８０　℃の温度に加熱すると、Ｒ点に示
すように水銀が７０原子％、白金が３０原子％の合金が
得られ、この液状の合金を水銀が拡散してガス流出側に
向かう。

【００１７】このようにして水銀蒸発器１内の液状水銀
より解離された水銀ガスを、金属膜、或いは液状の金属
膜に一度トラップし、水銀と合金を形成した後、この合
金より水銀のみを拡散で取り出すと、液状水銀より直接
水銀ガスを取り出す場合に比較して水銀ガスの濃度を安
定して取り出すことができる。

【００１８】そしてこの金属膜のガス流出側は流入側に
比べて圧が低いため、ガス流出側より合金膜に拡散した
水銀のみが放出され、これによって合金膜内部で非平衡
状態となるために、合金膜に水銀が追加されるように拡
散する。これが平衡状態を保つまで拡散されるので、一
定の蒸気圧を有する水銀が拡散により安定して供給され
る。

【００１９】また図２（ａ）および図２（ｂ）に示すよ
うに、金属膜４、或いは金属膜４を保持した支持部材７
の各々に加熱ヒータ５を設け、この金属膜４、或いは支
持部材７をガス導入管２の長手方向に多数配設し、この
加熱ヒータ５によって長手方向にそって温度勾配を付け
ることで、液体水銀より解離した水銀ガスを金属膜４、
或いは支持部材７に保持した液状の金属に一度トラップ
することで、水銀ガスの流れの揺らぎを少なくできる。 そして固相、或いは液状の合金より水銀が拡散によって
解離することになり、液体単体の水銀よりガス状の水銀
が解離する場合よりも、濃度の揺らぎが少なくなる。

【００２０】更に前記したガス導入管の長手方向に配置
された金属膜、支持部材に保持され金属膜に温度勾配を
付すと、水銀の供給量を調節することができる。

【００２１】

【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（ａ）に示すように、水銀蒸発器１の
内部に水銀３を収容し、ノズルセルよりなるガス導入管
２には、白金、或いは金よりなり厚さが約１００　μｍ
　程度の金属膜４を設置する。そして水銀蒸発器１の水
銀３を２５０　℃の温度に加熱ヒータ５にて加熱すると
、２５０　℃の水銀の蒸気圧は０．１　気圧であるので
、ノズルセルよりなるガス導入管２に設置された金属膜
４に到達する。

【００２２】そしてこの金属膜４をガス導入管２の外側
に設けた加熱ヒータ５により３００　℃の温度に加熱す
ると、図４のＱ点に示すように白金が１０原子％、水銀
が９０原子％の合金膜となり、更に水銀蒸気を水銀蒸発
器より供給すると、水銀が白金より拡散係数が大である
ので、水銀のみが合金膜を通過して拡散してガス流出側
に移動する。

【００２３】この水銀原子の拡散は白金の金属膜の厚さ
と、金属膜の温度に依存するので、この金属膜の厚さを
均一な厚さに保つと、均一な蒸気圧を有する水銀蒸気が
得られる。

【００２４】他の実施例としてこの金属膜を図２（ａ）
に示すように、ガス導入管２の長手方向に多数配設し、
この金属膜を加熱する加熱ヒータ５の温度を順次可変に
してこのガス導入管の温度分布を形成して水銀蒸気の拡
散を制御しても良い。

【００２５】また他の実施例として図１（ａ）に示すよ
うに、直径が１００　μｍ　程度の多数の開口部６を設
けてセラミックよりなる支持部材７に前記した白金の金
属膜４を充填し、この金属膜を４８０　℃迄の温度に加
熱すると図４の点Ｒに示すように、３０原子％の白金と
７０原子％の水銀よりなる液状の合金が得られ、この液
状の合金を通過して水銀がガス流出側に拡散する。

【００２６】このように液状の合金膜を形成すると、固
相状態に金属膜を保つ場合に比較して水銀の拡散量が安
定して得られる。更に図２（ｂ）に示すように、この金
属膜を充填した支持部材をガス導入管２の長手方向に多
数配設し、この支持部材の各々に加熱ヒータを備えた構
造とすると、より均一な水銀蒸気が得られる。

【００２７】なお、本実施例では金属膜を白金膜とした
が、金膜を用いても良い。例えば金膜を３００　℃に加
熱すると、図３に示すように水銀が９０原子％、金が１
０原子％の合金膜が得られ、この合金膜を水銀が拡散移
動してガス流出側に移動する。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の装置を用い
ると、時間の経過に対して常に均一な濃度の水銀蒸気が
安定して得られ、この原料ガスを用いることにより、均
一な組成のＨｇ１−ｘ　Ｃｄｘ　Ｔｅのエピタキシャル
結晶が得られ、この結晶を用いて光検知素子を形成する
と、高品質な光検知素子が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の装置の実施例の説明図である。

【図２】　　本発明の装置の実施例の説明図である。

【図３】　　本発明に用いる金と水銀の合金状態図であ
る。

【図４】　　本発明に用いる白金と水銀の合金状態図で
ある。

【図５】　　従来の装置の説明図である。

【符号の説明】

１　　水銀蒸発器 ２　　ガス導入管 ３，３Ａ，３Ｂ　　水銀 ４　　金属膜 ５　　加熱ヒータ ６　　開口部 ７　　支持部材

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　易蒸発性金属原子を含むガスが通過す
   るガス導入管（２）　内に、加熱により易蒸発性金属原
   子と合金形成が可能な金属膜（４）　を設けるとともに
   、該ガス導入管の外側に前記金属膜（４）　を加熱する
   加熱ヒータ（５）　を設け、該金属膜（４）　を加熱す
   るとともに該金属膜（４）　の一方より他方に向かって
   易蒸発性金属原子を含むガスを流入し、該ガスと金属膜
   で形成された合金より易蒸発性金属原子を拡散移動させ
   ることを特徴とする金属蒸気発生装置。
2. 【請求項２】　　易蒸発性金属原子を含むガスが通過す
   るガス導入管（２）　内に加熱により易蒸発性金属原子
   と合金形成が可能な金属膜（４）　を、多数の開口部（
   ６）　を有する支持部材（７）　に充填して配置すると
   ともに、該ガス導入管（２）　の外側に該金属膜（４）
   　を加熱する加熱ヒータ（５）　と設け、該金属膜（４
   ）　を、前記易蒸発性原子と合金形成が可能な液相化温
   度以上の温度で加熱すると共に、該金属膜（４）　の一
   方より易蒸発性金属原子を含むガスを導入し、該ガスと
   液状の金属で形成された液相金属より易蒸発性金属原子
   を拡散移動させることを特徴とする金属蒸気発生装置。
3. 【請求項３】　　請求項１、或いは２に記載の拡散移動
   する易蒸発性金属原子を水銀とし、該原子と合金可能な
   金属を金、または白金としたことを特徴とする金属蒸気
   発生装置。
4. 【請求項４】　　請求項１、或いは２に記載の金属膜（
   ４）　、或いは金属膜（４）を保持する支持部材（７）
   　を加熱する加熱ヒータ（５）　を、ガス導入管（２）
   　の長手方向に沿って複数個に分割して配置し、前記金
   属膜（４）　、或いは支持部材（７）　の加熱温度を部
   分的に変化させることで、易蒸発性金属原子の移動、或
   いは停止、および該易蒸発性金属原子の濃度を制御する
   ようにしたことを特徴とする金属蒸気発生装置。