JPH0449629A - 化合物半導体結晶およびその製造方法 - 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〕 化合物半導体結晶、および該化合物半導体結晶の製造方
法に関し、 基板上にエピタキシャル成長により形成された化合物半
導体結晶が低転位密度と成る結晶、および該結晶の製造
方法を目的とし、 基板上にエピタキシャル成長された化合物半導体結晶が
、線状の加熱領域で熱サイクル焼鈍されて成ることで構
成する。

また基板上に化合物半導体結晶をエピタキシャル成長す
る成長途中、或いは基板上に該結晶をエピタキシャル成
長した後、該結晶に線状の加熱領域を走査させて該結晶
を熱サイクル焼鈍することで構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は化合物半導体結晶、およびその製造方法に係り
、特に基板上にエピタキシャル成長により形成される化
合物半導体結晶が低転位密度で得られるようにした化合
物半導体結晶、およびその製造方法に関する。

赤外線検知素子形成材料としては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、−、Ｃｄ
ｘＴｅ）のような化合物半導体結晶が用いられている。

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層状態に形成する方法として気相、
或いは液相エピタキシャル成長方法が用いられている。

このような化合物半導体結晶の製造に於いて、従来より
カドミウム・テルル（ＣｄＴｅ）　Ｍ板が用いられてい
るが、この基板は高価であるので最近、ＧａＡｓ基板を
用い、その上にＣｄＴｅ結晶、Ｈｇ＋−ｘ　ＣｄｘＴｅ
結晶を順次へテロエピタキシャル成長して複数層に積層
することが行われ□ている。

然し、このようにヘテロエピタキシャル成長したＨｇ＋
−１１Ｃｄｘ　Ｔｅ結晶は転位密度が大であるので、こ
れを所定の範囲内に収める技術が要望されている。

〔従来の技術〕

従来、例えばシリコン（Ｓｉ）基板にガリウム砒素（Ｇ
ａＡｓ）結晶をヘテロエピタキシャル成長する場合、Ｓ
ｉ基板にアルミニウム砒素（Ａ／Ａｓ）層、ＧａＡｓ層
を交互に数１０人の厚さの薄層で多数層積層した歪超格
子層を形成し、この上にＧａＡｓ結晶を積層することで
、形成されるＧａＡｓ結晶の転位密度を低減させる方法
がある。

然し、この方法では上記歪超格子層を形成するのは困難
で煩雑である。

また特開昭５６−６１１７９号に於いて、イオン注入で
不純物原子が導入されて点欠陥を生じた基板を、レーザ
で加熱してイオン注入する以前の状態に戻す方法が開示
されている。

然し、この方法に於いては基板の極く表面層のみの点欠
陥を元の状態に復帰させるに過ぎず、基板上に形成され
た所定の厚さの結晶全体の転位密度を低下させるには不
十分である。

また従来よりＳｉ基板上に多結晶ＳｉをＣＶＤ法で形成
した後、これをレーザアニールして単結晶Ｓｉとする固
相エピタキシャル成長方法もあるが、この方法であると
基板全体を加熱することになる。

また特願昭６１−２２６９９４号、特願昭６２−６１９
６９号に於いて基板上に該基板と格子定数の異なる結晶
をヘテロエピタキシャル成長し、この基板全体の温度を
上昇、或いは下降して熱サイクル焼鈍を行って基板上の
結晶の転位密度を低減させた例もあるが、この場合に於
いても基板全体を加熱している。

〔発明が解決しようとする課題〕

然し、このように基板全体の温度を上下させる熱サイク
ル焼鈍では、基板とエピタキシャル層との間で熱膨張率
の相違が無い場合、基板とエピタキシャル結晶のへテロ
界面に応力が働がない。そのため、エピタキシャル層内
で横方向に走る正、或いは負の転位の移動がなく、その
ため転位の合体消滅が起こらないため、転位の低減が起
こらないといった問題がある。

また転位を移動させるための駆動力は、基板とエピタキ
シャル結晶の境界のへテロ界面からのみエネルギーが与
えられるので、エピタキシャル結晶と基板の両方を加熱
する方法では、転位が移動し難いと言った問題もある。

本発明は上記した問題点を解決し、転位の移動を容易に
して、簡単な方法で容易に転位の消滅した化合物半導体
結晶、および該結晶の製造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本発明の化合物半導体結晶は、第１
図（ａ）および第１図（ｂ）の原理図に示すように、基
板１上にエピタキシャル成長された化合物半導体結晶２
が、線状の加熱領域３で熱サイクル焼鈍されて形成され
ている。

またその化合物半導体結晶の製造方法は、第１図（ａ）
および第１図色）の原理図に示すように、基板１上に化
合物半導体結晶２をエピタキシャル成長する成長途中、
或いは基板１上に該結晶２をエピタキシャル成長した後
、該結晶に線状の加熱領域３を走査させて該結晶２を熱
サイクル焼鈍する。

更に前記化合物半導体結晶２は基板１上に成長された単
一の結晶、或いは積層された組成の異なる複数のへテロ
結晶とする。

また前記加熱領域３が、前記基板上の単一の化合物半導
体結晶か、或いは前記複数の化合物半導体結晶のうちの
所定の結晶に選択的に吸収される波長の光を発生する光
源で形成されるものとする。

また前記加熱領域３を基板１上、或いは基板下より交互
に或いは同時に化合物半導体結晶に走査する。

また前記加熱領域３が化合物半導体結晶２に選択的に形
成されるように、加熱領域形成用光源をオンオフしなが
ら該加熱領域を化合物半導体結晶に走査し、該化合物半
導体結晶に高転位密度領域、或いは低転位密度領域を選
択的に形成し、該化合物半導体結晶の低転位密度領域に
選択的に素子を形成することにある。

〔作　用〕

第１図（ａ）の平面図、第１図（ａ）の断面図の第１図
（ｂ）に示すように、基板１上に化合物半導体結晶２を
形成し、その上より幅が約１ｍｌ１１のレーザ光源の加
熱による加熱領域３を矢印ＡおよびＢ方向に沿って走査
させると、第４図の曲線１１に示すように所定の時間毎
に、ＩＩＡ、　ＩＩＢのピーク値に示すように加熱領域
３が化合物半導体結晶上を周期的に通過することになる
。そしてこの加熱領域３を挟んで化合物半導体結晶２に
温度勾配が生じる。そしてこの温度勾配による温度差に
基づく熱膨張に起因して該結晶内に格子定数差が生じる
。

この状態で加熱領域を移動すると基板上の成る定点１１
Ａでは基板温度Ｔ０から加熱領域の最高温度Ｔ、まで周
期的に変化する。

これは基板と化合物半導体結晶の境界のへテロ界面だけ
で無く、エピタキシャル成長された化合物半導体結晶２
の全体で起こるために、第１図（ａｌおよび第１図（ｂ
）に示すように矢印Ａ方向に示す正方向の転位の移動、
矢印Ｂ方向に示す負方向の転位の移動が生じ、これら正
負の両方向に移動する転位の合体消滅が促進される。

更に第３図に図示するように、基板１上に３〜５μｍの
波長の光を吸収するＨｇＴｅの光吸収片の化合物半導体
結晶２１と、上記波長の光を透過するＣｄＴｅの光透過
用の化合物半導体結晶２２をヘテロエピタキシャル成長
し、光吸収用の化合物半導体結晶のみに吸収される波長
のレーザ光をレーザ光源３４より基板上に照射する。す
ると前記加熱領域３を基板の横方向に沿って移動する際
に形成される温度勾配と共に更に積層されたエピタキシ
ャル結晶の相互の熱膨張率差に起因する転位の移動のた
めの駆動力が加わることになり、より一層の転位の合体
消滅が図れるようになる。

また基板上に前記した光吸収用の化合物半導体結晶と光
透過用の化合物半導体結晶の複数のへテロエピタキシャ
ル結晶を形成後、基板の表面と裏面の両側に設けた光源
を、それぞれ独立に、または同一方向に走査することで
エピタキシャル結晶層の表面と裏面側に加熱領域が形成
されることになり、より一層転位の低下が図れる。

〔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。

第２図に示すようにＧａＡｓ基板１上にＣｄＴｅ結晶３
１をホントウオールエピタキシャル成長方法、分子線エ
ピタキシャル成長方法、或いはＭＯＣＶＤ法を用いて約
１μｍの厚さに形成する。

このＧａＡｓ基板１を石英ガラス製の容器３２内に導入
し、次いでＧａＡｓ基板１を２００℃（Ｔｏ）に容器の
周囲に設けたヒータ３３にて加熱し、Ａｒガスレーザ光
源３４を用いて１１１℃ｍ程度の線状の加熱領域３を形
成し、この加熱領域３の温度が７００℃に成るように調
整する。

次いでこの線状の加熱領域３を走査ミラー（図示せず）
を用いて１ｍｍ　／ｍｉｎの速度で基板の横方向に矢印
Ａ方向、またはＢ方向に沿って移動し、この走査を１０
回程度繰り返す。

ここでＧａＡｓ基板１上にエピタキシャル成長したＣｄ
Ｔｅ結晶３１よりＣｄが蒸発するのを防止するために、
容器３２内に図示しないがＣｄのソース結晶を封入して
Ｃｄの蒸気を容器内に充満して容器３２内をＣｄの雰囲
気とする。

このようにすることで、ＧａＡｓ基板１上に転位密度が
１０６まで減少したＣｄＴｅ結晶３１が得られた。

このような方法を用いないで従来の方法により形成した
ＣｄＴｅ結晶は１０？程度の転位密度を有する。

なお、本実施例ではエピタキシャル成長後に加熱処理を
行ったが、エピタキシャル結晶を所定の厚さで形成後、
この加熱処理を行って、更にエピタキシャル結晶を形成
するようにしても良い。

次いで本発明の第２実施例を第３図に示す。

図示するようにＧａＡｓ基板１上に前記ホットウォール
エピタキシャル成長法、分子線エピタキシャル成長法、
ＭＯＣＶＤ法を用いてＨｇＴｅよりなる光吸収用の化合
物半導体結晶２１を約１μｍの厚さに形成し、その上に
ＣｄＴｅより成る光透過層としての化合物半導体結晶２
２を１μｍの厚さに形成する。

そしてこの基板を透明な石英製の容器３２内に封入し、
該基板上よりレーザ光源３４を用いて２〜３μｍの波長
のレーザ光を照射する。

このレーザ光源は光吸収用の化合物半導体結晶２１に吸
収され、光透過用の化合物半導体結晶２２を透過する波
長の光を照射する光源とする。

そしてこの波長の光は光透過用の化合物半導体結晶２２
を透過して光吸収用の化合物半導体結晶２１にて吸収さ
れ、１ｍｍ程度の幅の加熱領域３が化合物半導体結晶２
１に形成されるように、図示しないがレンズ、ミラー等
の光学系、およびレーザ光源の出射光を調整する。そし
てこのレーザ光を図示しないがミラー等を用いて１ｍｍ
／ｍｉｎ程度の速度で矢印ＡまたはＢ方向に１０往復程
度走査する。

するとこの加熱領域３が格子定数の異なる基板とへテロ
エピタキシャル成長した光透過用の化合物半導体結晶２
２の間に囲まれて移動することになり、この加熱領域の
左右の方向の温度勾配による熱膨張の差に起因する転位
の駆動力とあいまって光吸収用の化合物半導体結晶２１
の縦方向のへテロ界面２１Ａ、２１Ｂにも温度勾配が生
じてより一層転位の移動が生じ易くなる。

またその他の実施例としてＧａＡｓ基板上にＣｄＴｅ結
晶とＨｇＩ−ｘ　Ｃｄｘ　Ｔｅ結晶とを積層し、上記レ
ーザ光を走査する際にレーザ光の照射をオンオフするよ
うにしておき、光吸収層のＨｇ、−、Ｃｄｘ　Ｔ６結晶
内部にレーザ光で加熱された領域、或いは加熱されない
領域を選択的に形成して、高転位密度領域と低転位密度
領域とを選択的に形成し、この低転位密度領域に素子形
成用不純物を導入して赤外線検知素子を形成すると、高
転位密度領域が素子骨Ｍ　ｊＪＩ域となって、素子分離
されたアレイ状の赤外線検知素子が容易に得られる。

また基板の裏面側にも光源を配置し、基板の表裏両面側
より交互に、或いは同時に加熱領域となるレーザ光を照
射するようにしても良い。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように本発明によれば転位密度
の少ない高品質の化合物半導体結晶が容易に得られる効
果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図（ａ）および第１図（ｂ）は本発明の化合物半導
体結晶およびその製造方法の原理図、 第２図は本発明の第１実施例の説明図、第３図は本発明
の第２実施例の説明図、第４図は本発明の方法に於ける
結晶の定点の温度分布図である。 図において、 １は基板（ＧａＡｓ基板）、２は化合物半導体結晶、３
は加熱領域、１１は加熱温度分布曲線、ＩＩＡ、　ＩＩ
Ｂは加熱温度分布曲線のピーク値、２１は化合物半導体
結晶（ＨｇＴｅ）、２１Ａ、２１Ｂはへテロ界面、２２
は化合物半導体結晶（ＣｄＴｅ）　、３１はＣｄＴｅ結
晶、３２は容器、３３はヒータ、３４はレーザ光源を示
す。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板（１）上にエピタキシャル成長された化合物
   半導体結晶（２）が、走査可能の線状の加熱領域（３）
   にて熱サイクル焼鈍されて成ることを特徴とする化合物
   半導体結晶。
2. （２）基板（１）上に化合物半導体結晶（２）をエピタ
   キシャル成長する成長途中、或いはエピタキシャル成長
   した後、該化合物半導体結晶（２）に線状の加熱領域（
   ３）を走査させて該結晶を熱サイクル焼鈍することを特
   徴とする化合物半導体結晶の製造方法。
3. （３）前記基板（１）上に成長された化合物半導体結晶
   （２）が単一の結晶（３１）か、或いは組成の異なる複
   数の化合物半導体結晶（２１、２２）が積層されている
   ことを特徴とする請求項（２）記載の化合物半導体結晶
   の製造方法。
4. （４）前記加熱領域（３）が基板上の単一の結晶（３１
   ）か、前記複数の化合物半導体結晶（２１、２２）のう
   ちの所定の結晶（２１）に、選択的に吸収される波長を
   有する光源（３４）で形成されていることを特徴とする
   請求項（２）、或いは（３）記載の化合物半導体結晶の
   製造方法。
5. （５）前記加熱領域（３）を基板上、或いは基板下より
   交互に、或いは同時に化合物半導体結晶（２）に走査す
   ることを特徴とする請求項（２）、（３）或いは（４）
   記載の化合物半導体結晶の製造方法。
6. （６）前記加熱領域（３）が化合物半導体結晶（２）に
   選択的に形成されるように、加熱領域形成用光源をオン
   オフしながら走査し、該化合物半導体結晶に高転位密度
   領域、或いは低転位密度領域を選択的に形成し、該化合
   物半導体結晶の低転位密度領域に選択的に素子を形成す
   ることを特徴とする請求項（２）、（３）、（４）或い
   は（５）に記載の化合物半導体結晶の製造方法。