JPH0534315B2 - - Google Patents

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JPH0534315B2
JPH0534315B2 JP58172552A JP17255283A JPH0534315B2 JP H0534315 B2 JPH0534315 B2 JP H0534315B2 JP 58172552 A JP58172552 A JP 58172552A JP 17255283 A JP17255283 A JP 17255283A JP H0534315 B2 JPH0534315 B2 JP H0534315B2
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JP
Japan
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ampoule
temperature
crystal
solidified
composition
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JP58172552A
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JPS6065800A (ja
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Toshio Yamagata
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NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0534315B2 publication Critical patent/JPH0534315B2/ja
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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/46Sulfur-, selenium- or tellurium-containing compounds
    • C30B29/48AIIBVI compounds wherein A is Zn, Cd or Hg, and B is S, Se or Te

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はHg1−xCdxTe(1>x>0)結晶の
製造方法に関する。
Hg1−xCdxTeは赤外線検出器用として有用な
材料であり、xの値を変化させることによつてそ
の検出波長領域が変わり、例えばx=0.2即ち
Hg0.8Cd0.2Teという組成では8〜14μmの波長
帯に感度がある。この結晶の製造方法は幾つか開
発されているが、主なものとして固体再結晶法及
びブリツジマン法が知られている。
このうち固体再結晶法は結晶母材の融液を急冷
固化して一旦多結晶とした後、熱処理を行なつて
単結晶化させようとするものであり、均一組成の
ものが得られるという利点はあるが、不純物の排
除が不十分なこと、及び単結晶化が容易でないこ
とから赤外線検出器用としては十分な特性が得ら
れない。
これに対し、融液を一端から徐々に冷却して端
結晶を成長させるブリツジマン法では、成長方向
すなわちアンプルの長手方向に沿つて組成比xが
変化するという欠点はあるが、光電特性的には非
常に優れており、所望の組成となつている部分の
みを使用することで特性の優れた赤外線検出器を
製造することが可能である。
しかしながら、こうして製造できる検出器は小
面積の個別の検出器に限られ、応用上重要な大面
積のアレー状検出器を得ることは困難であつた。
それは従来のブリツジマン法によるHg1
xCdxTe結晶の組成比xの分布が単に長手方向の
みでなく、半径方向にもあつたために、所望の組
成となつている部分から採つたウエハー内に大き
な組成分布が生じ特性の揃つた大面積の素子を得
ることができなかつたことによる。
すなわち、従来のブリツジマン法で製造した
Hg1−xCdxTe結晶を長手方向に縦割りした断面
の組成分布は、第1図aに示すように、等組成線
1が放物面状となり、長手方向のみならず半径方
向に沿つても組成比xが変化してしまう。このた
め、この結晶を輪切りにしたウエハーには同心円
状に変化する組成分布が残り、これを用いて大面
積のアレー状の赤外線検出器を製造するとウエハ
ー上の場所毎に個々の検出部で特性が大きく異な
つてしまい、全体としての機能が損なわれてしま
つていた。
本発明者は、この現象を検討した結果、以下の
原因によることを見出した。すなわち、従来のブ
リツジマン法では結晶成長中に既に固体化してい
る部分の温度について特に考慮を払つていず、低
温にさらされて自然に冷却するにまかせていたた
め、この固体化した結晶中の熱伝導によつて固相
液相界面、すなわち結晶成長面の近傍ではその中
心の方が低温となり、第1図bに示すように等温
線2及び固相液相界面3が放物面状となつて結晶
が成長するため、第1図aに示すような組成分布
が生じていたのである。
本発明の目的は、従来のブリツジマン法におけ
る上記の欠点、すなわち半径方向の組成変化をな
くし、且つ長手方向の組成分布も改善したHg1
xCdxTe(1>x>0結晶の製造方法を提供する
ことにある。
本発明によると、所要の組成比を持つように秤
量したHg,Cd,Teの単体またはHgTe,CdHe,
HgCdTeまたはこれらの組合わせからなる母材を
アンプル中に真空封入して加熱溶解した後、前記
アンプルの一端から冷却して固体化させた領域を
0.5mm/時間以下の速度で前記アンプルの他端に
向かつて成長させるとき、既に固体化した部分を
HgTe凝固点680℃から500℃の温度範囲に保ち続
けながら全体を固体化し、更に数日から数十日間
にわたり固体化した全体を前記温度範囲内の一定
温度に保ち、且つ前記アンプルの自由空間部分は
前記一定温度より高い温度に保ちつづけることを
特徴とするHgCdTe結晶の製造方法が得られる。
以下、本発明の実施例を図面を参照しながら詳
しく説明する。第2図aは本発明を実施するため
に使用する電気炉を例示した概略図で、第1のヒ
ーター11、及び第2のヒーター12、及びアン
プル移動機構13から成つている。第1のヒータ
ー11はアンプル14の結晶母材15を溶解する
ためのものであり、また第2のヒーター12は固
体化した結晶部分をHgTeの凝固点680℃から500
℃の温度範囲に保持するためのものである。また
アンプル移動機構13はアンプル14を電気炉の
中心軸上に配置し、且つ低速度で下方へ移動させ
るためのものである。この電気炉の中心軸上での
温度分布は、第2図bに示すように、結晶母材の
液相点より高い温度THの領域イ、及び680℃から
500℃の範囲内の低温TLの領域ハ、及びその中間
の温度傾斜領域ロとなるように設定される。
次に、この電気炉を用いてx=0.2のHg1
xCdxTe結晶を製造する方法の一例を示す。本発
明の製造方法は大別して材料溶融、及び結晶成長
及び熱処理の3工程から成る。まず、材料溶融工
程として、Hg,Cd,Teの単体又はHgTe,
CdTeやHgCdTeの化合物の組合わせを用いて組
成比xが0.1ないし0.2となるように秤量した母材
15をアンプル14中に真空封入する。このアン
プル14は第2図a及びbに示すように、その一
端16を高温THの領域イに、すなわちアンプル
14の全体が液相点以上となる位置に配置し加熱
とロツキングにより溶融混合する。ここで電気炉
の温度設定はTHを820℃、TLを650℃としている。
またアンプル中の異なる場所で固体化がばらばら
に起つて多結晶化してしまうのを防ぐため、温度
傾斜領域ロは20〜100℃/cmと比較的大きい値に
設定する。
アンプル中の母材15を完全に溶融混合した
後、結晶成長工程としてアンプル移動機構13に
よつてアンプル14を0.2mm/時間の速度でゆつ
くりと下方、すなわち低温側へ移動させる。これ
により、アンプル14の一端16が温度傾斜領域
ロに達し、更に低温領域ハに進むにつれて固体化
が始まり、アンプル14の移動と共にもう一方の
端17に向かつて単結晶がゆつくりと成長してい
く。この成長中に、すでに固体化した部分が低温
領域ハ内に留まるようにすることで、この固体化
した部分の温度はTLすなわちHgTeの凝固点680
℃から500℃の範囲、この実施例では650℃に保ち
続ける。こうしてアンプル中のHgCdTeの全体が
低温領域ハに達して結晶化し終わるのを待つてか
ら、アンプル14の移動を止める。この時アンプ
ルは第2図aの2点鎖線19の位置すなわち固体
化した結晶の全体が温度TLの低温領域ハに位置
し、自由空間18は温度傾斜領域ロから高温領域
イに位置している。こうして固体化した結晶は
680℃から500℃の範囲、この例では650℃に保持
され、自由空間はそれ以上の温度に保持される。
次に熱処理工程としてこの状態を数日から数十
日間保ち、固体化した結晶内で構成原子の拡散を
行なわせて濃度勾配の緩和すなわち組成分布の改
善を行なう。この時、アンプルの自由空間18の
温度が結晶部分の温度より低い場合、結晶中の
Hg原子が自由空間中へ散逸してアンプル内壁に
析出しHgCdTe結晶の特性を劣化させてしまうた
め、自由空間部分は結晶部分より高温に保つ必要
がある。この熱処理後、最後にこれを適当な降温
速度で室温まで冷却し、取り出すことによつて
Hg1−xCdxTe結晶の製造が完了する。
本発明の製造方法によるHg1−xCdxTe結晶を
長手方向に縦割りした断面の組成分布の例を第3
図aに示す。等組成線21はほぼ結晶の全体にわ
たつて平坦であり、半径方向に沿つての組成変化
は全く見られない。これは従来の製造方法と異な
り、結晶成長中に固体化している部分を伝わつて
の冷却がなく、平坦な等温線、すなわち固相液相
界面が形成されるためである。
更に、全体を固体化した後にそのまま電気炉中
に保持しておく熱処理工程により、長手方向の組
成分布も改善されている。すなわち、全体を固体
化してからすぐに冷却し取り出した結晶では、第
3図bに示すように、第1図aに示した従来の製
造方法と比較して長手方向の組成分布の改善は見
られないのに対し、本発明の製造方法によるもの
では長手方向の組成分布も1/3程度に改善された。
更に、熱処理の工程において、試みにアンプル
の自由空間部分の温度を結晶部分の温度よりも10
℃低く設定して製作し取り出したものではアンプ
ルの自由空間部分にHgの液滴が付着したと共に、
HgCdTe結晶中に無数の小さな空孔が生じてしま
い、結晶が損なわれてしまつたのに対し、本発明
の製造方法によるものではそのような空孔は生じ
ていない。
また、従来の製造方法による結晶に熱処理を施
したものでは、組成分布に多少の改善は見られた
ものの、半径方向の分布もまだ残つており、不十
分なものしか得られなかつた。
このように、本発明の製造方法による結晶の所
要の組成比、例えばx=0.2となつている部分か
らとつたウエハーは均一な組成となり、しかも実
用上支障のない組成となつている部分は長手方向
に沿つて3倍程度拡大され、これを用いることで
より多くの特性の揃つたアレー状赤外線検出器を
製作するが可能である。
本発明において、所要の組成比xの結晶を得る
ための母材の組成比にはほぼxから1/2x程度と すればよく、製造された結晶から所要の組成比x
となつている部分を切り出せばよい。またアンプ
ルの自由空間中へわずかながら散逸するHgを補
う必要があれば、母材にあらかじめ過剰のHgを
加えておけばよい。低温領域ハの温度TLとして
は固体化した結晶を再び溶融してしまう危険のな
い範囲でなるべく高い方が望ましいが、HgTeの
凝固点680℃から500℃の範囲であれば問題なく十
分効果が得られる。アンプルの移動速度、即ち結
晶成長速度は、上記の実施例では0.2mm/時間と
しているが、0.5mm/時間以下であれば同様に良
質の単結晶が得られる。また熱処理の時間は長い
程効果的であるが、実用的には数日から数十日程
度が適している。またこの時の熱処理温度は上記
の680℃から500℃の範囲内であれば、結晶成長中
の低温領域ハの温度TLと異なつていてもかまわ
ないのであるが、同温度の場合には温度を再設定
する必要もなく便利である。
以上説明したように、本発明の製造方法によれ
ば半径方向の組成変化がなく、かつ長手方向の組
成分布も改善された、赤外線検出器の製造に適し
たHg1−xCdxTe(1>x>0)結晶が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図a及びbはそれぞれ従来の製造方法によ
る結晶の組成分布を示す図、及び結晶成長中の固
相液相界面を示す断面図、第2図a及びbはそれ
ぞれ本発明を実施するために使用する電気炉を例
示した概念図、及びこの電気炉中の長手方向に沿
つた温度分布を示す図、第3図aは本発明の製造
方法による結晶の断面の組成分布を示す図、第3
図bは熱処理をしていない状態での断面の組成分
布を示す図である。 図において、1及び21……等組成線、2……
等温線、3……固相液相界面、4及び14……ア
ンプル、5及び6……それぞれ液相及び固相の
HgCdTe、11及び12……それぞれ第1及び第
2のヒーター、13……アンプル移動機構、15
……結晶母材、16……アンプルの一端、17…
…アンプルの他の端、18……アンプルの自由空
間である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 所要の組成比をもつように秤量したHg,
    Cd,Teの単体またはHgTe,CdTe,HgCdTeま
    たはこれらの組合わせからなる母材をアンプル中
    に真空封入し加熱溶解した後、前記アンプルの一
    端から冷却して固体化させた領域を0.5mm/時間
    以下の速度で前記アンプルの他端に向つて成長さ
    せていくとき、既に固体化した部分をHgTeの凝
    固点680℃から500℃の温度範囲に保ち続けながら
    全体を固体化し、更に数日から数十日間にわたり
    前記固体化した全体を前記温度範囲内の一定温度
    に保ち、且つ前記アンプルの自由空間部分は前記
    一定温度よりも高い温度に保ち続けることを特徴
    とするHgCdTe結晶の製造方法。
JP58172552A 1983-09-19 1983-09-19 HgCdTe結晶の製造方法 Granted JPS6065800A (ja)

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JP58172552A JPS6065800A (ja) 1983-09-19 1983-09-19 HgCdTe結晶の製造方法

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JPS6065800A JPS6065800A (ja) 1985-04-15
JPH0534315B2 true JPH0534315B2 (ja) 1993-05-21

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JP58172552A Granted JPS6065800A (ja) 1983-09-19 1983-09-19 HgCdTe結晶の製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4919764A (ja) * 1972-02-26 1974-02-21
JPS5163380A (en) * 1974-11-29 1976-06-01 Nippon Electron Optics Lab hg11xcdxte ketsushono seizoho

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JPS6065800A (ja) 1985-04-15

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