JP2722833B2 - 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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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 T
e）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。
e）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（Hg
Te）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CdTe結晶が均一な状態で形成
されることが望まれる。
Te）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CdTe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（Me
tal Organic Chemical Vapor 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（Me
tal Organic Chemical Vapor 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HgTe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Cd
Te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HgTe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 CdX Te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HgTe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Cd
Te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HgTe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 CdX Te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1-201926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。
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Hg
Te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Hg
Te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
上でなる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、結晶
生成エネルギーの低い結晶の生成曲線と結晶生成エネル
ギーの高い結晶の生成曲線とをエピタキシャル成長用基
板上に設定するよう予備加熱し、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
基板上に供給し、該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。
上でなる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、結晶
生成エネルギーの低い結晶の生成曲線と結晶生成エネル
ギーの高い結晶の生成曲線とをエピタキシャル成長用基
板上に設定するよう予備加熱し、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
基板上に供給し、該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12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。
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12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 Cdx Teの結晶が形成
される。
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 Cdx 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。
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された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された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13
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Hg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。
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Hg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い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い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×80mm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×80mm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31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31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。
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。
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。
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。
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CdTe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。
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CdTe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/m
in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/m
in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。
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。
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。
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。
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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂地 陽一郎 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−275100（ＪＰ，Ａ)
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、該反応
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た水銀収容部とで構成さ
れ、該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上に三元以上
でなる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、結晶生成エネルギーの低い結晶の生成曲線と結晶生
成エネルギーの高い結晶の生成曲線とをエピタキシャル
成長用基板上に設定するよう予備加熱し、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
ル成長用基板上に供給し、該基板上に 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 |
| EP92400682A EP0505249B1 (en) | 1991-03-18 | 1992-03-16 | Apparatus for growing mixed compound semiconductor and growth method using the same |
| US08/198,641 US6218212B1 (en) | 1991-03-18 | 1994-02-18 | Apparatus for growing mixed compound semiconductor and growth method using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| 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 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04287312A JPH04287312A (ja) | 1992-10-12 |
| JP2722833B2 true JP2722833B2 (ja) | 1998-03-09 |
Family
ID=12912043
Family Applications (1)
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