JP2002083825A

JP2002083825A - 閉管式熱処理方法

Info

Publication number: JP2002083825A
Application number: JP2000273102A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Saito; 哲男齊藤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2000-09-08
Filing date: 2000-09-08
Publication date: 2002-03-22

Abstract

(57)【要約】【課題】化合物半導体結晶の空孔濃度制御のための
熱処理において、構成元素の解離に伴う結晶欠陥が発生
し、デバイス特性を劣化させる。【解決手段】化合物半導体結晶１７と化合物半導体
結晶を構成する元素からなるソース原料１８とを同一の
閉管１６に各々個別の位置に載置して封入し、独立に温
度制御し、化合物半導体結晶１７を最高温度部に配置
し、ソース原料１８の内最も蒸気圧の高い元素の蒸気圧
が、化合物半導体結晶の最小解離圧の１／２を下回らな
いようにソース原料の温度を制御して、結晶の空孔濃度
を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、化合物半導体結晶
の空孔濃度制御に係わり、特に、ａｓ−ｇｒｏｗｎまた
は熱処理時に導入され易い転位，プレシピテート等の結
晶欠陥の少ない熱処理方法、および本熱処理方法で処理
された結晶を用いるｐｎ接合デバイスに関する。

【０００２】

【従来の技術】III-V 属、II-VI 属の多元化合物半導体
結晶（例えば、ＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＨｇＣｄＴｅなどＡ
ｓ，Ｐ，Ｈｇのような高蒸気圧元素を含む結晶）では、
発光素子、受光素子用等に、ＬＰＥ、ＭＯＣＶＤ、ＭＢ
Ｅ法等の成長で結晶成長が行われている。しかし、各種
結晶成長法や成長条件により、ａｓ−ｇｒｏｗｎ結晶の
空孔濃度は一定でない。

【０００３】近年、半導体製品の製造歩留り向上のた
め、空孔濃度を制御して、キャリア濃度、移動度等の結
晶特性を安定化した結晶を製造することが要求されてい
る。また、ａｓ−ｇｒｏｗｎまたは熱処理工程で導入さ
れる欠陥の低減が要求されている。

【０００４】従来の閉管式熱処理方法では、ＬＰＥ、Ｍ
ＯＣＶＤ、ＭＢＥ法等で成長した化合物半導体結晶を、
石英アンプル等の閉管内に、熱処理用ソース原料ととも
に載置し、封止後、熱処理炉に装着して、所定の温度で
熱処理していた。ここで、ソース原料としては、化合物
半導体結晶の構成元素の中で解離圧の大きい元素（例え
ばＨｇ、Ａｓ、Ｐ等）を選び、単独または、化合物半導
体結晶粉末とを混合したものを用いていた。例えば、Ｉ
ｎＰ結晶とＰ元素単体を閉管中で熱処理する特開平８−
２０８３９６号公報や、ＺｎＳｅ結晶とＺｎ元素単体を
用いる特開平１０−２６５２９９号公報などがある。し
かし、これらの熱処理法は、単一の元素について着目す
れば、初期の目的を達成できるかもしれないが、他の元
素の解離により、結晶表面が荒れたり、欠陥発生の要因
とも成りかねない。

【０００５】図６は従来の熱処理方法を示す図である。
図中、１７は化合物半導体結晶、１８は熱処理用ソー
ス、１６は閉管である。化合物半導体結晶１７と熱処理
用ソース１８は所定の距離を隔てて閉管１６内部に載置
されている。例えばＨｇ_1-xＣｄ_xＴｅ結晶の空孔濃度
制御を行う場合、石英アンプルの閉管１６内に化合物半
導体結晶１７であるＨｇＣｄＴｅ結晶と、ＨｇＣｄＴｅ
結晶中で最も解離圧の大きいＨｇ単体（またはＨｇ単体
とＨｇＣｄＴｅ結晶粉末）の熱処理用ソース１８を封入
し、それぞれの部位で所望の温度に制御してＨｇＣｄＴ
ｅ結晶の空孔濃度制御を行っていた。

【０００６】しかし、この方法では、閉管１６内の空間
の蒸気圧が平衡に達するまで、空間にＨｇＣｄＴｅ結晶
表面から解離したＣｄ、Ｔｅが消費され、ＨｇＣｄＴｅ
結晶の厚さが減少したり、Ｃｄ，Ｔｅの欠損による欠陥
（転位など）が増加する問題が発生していた。また、Ｈ
ｇＣｄＴｅ結晶のＨｇの解離圧よりＨｇソースの蒸気圧
が低下すると、ＨｇＣｄＴｅ結晶表面からＨｇが解離す
るだけでなく、Ｔｅが凝集してプレシピテートを形成
し、このプレシピテートの体積差に伴う欠陥（転位、歪
み）の増加も起こってしまう問題があった。

【０００７】また、ＨｇＣｄＴｅ結晶表面近傍では、Ｃ
ｄ、Ｔｅの供給源がないため、空間に解離したＣｄがＨ
ｇで置換されるため、結晶表面組成（ｘ値）が低下す
る。表面層が低ｘ値化するとエネルギーギャップが小さ
くなり、デバイス（光起電力型ダイオード）の漏れ電流
が増加して、デバイス特性が低下する問題が発生してい
た。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、化合物半導
体結晶の空孔濃度を制御する熱処理において、構成元素
が結晶表面から解離することを防止して結晶欠陥の発生
を抑止し、あるいは過剰構成元素に不足構成元素を供給
して欠陥を消滅させて低欠陥の化合物半導体結晶を得る
ことを目的とする。さらに、結晶表面組成を制御する方
法を提供し、この方法で作製した結晶を用いてｐｎ接合
デバイスの特性を向上することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１による熱処理
は、化合物半導体結晶と化合物半導体結晶を構成するそ
れぞれの元素単体からなる各々のソース原料とを同一の
閉管に封入し、各々個別の位置に配置し、独立に温度制
御し、化合物半導体結晶を最高温度部に配置し、ソース
原料の蒸気圧が、化合物半導体結晶の最小解離圧の１／
２を下回らないようにソース原料の温度を制御する閉管
式熱処理方法である。

【００１０】同じ元素でも単体で存在している場合と結
晶の一部で存在している場合では、同じ圧力を得るのに
必要な温度は単体で存在している場合の方が低い。さら
に、閉管内の空間をある蒸気圧に満たす速度も単体ソー
スは結晶より大きく、空間が平衡に達するまで、結晶の
解離を伴わずに、各単体ソースから空間へ蒸気を供給で
きる。

【００１１】したがって、単体ソースを用いることによ
り、室温から熱処理温度に昇温する熱処理の初期段階に
おいて、結晶表面から閉管の空間への解離を防止でき、
欠陥発生を抑止できる。

【００１２】また、発明者はＨｇＣｄＴｅ結晶におい
て、経験的に熱処理用ソースの蒸気圧が結晶の解離圧の
１／２未満の状態になるとプレシピテート、転位などの
欠陥が生じることを見出している。したがって、請求項
１に係る本発明は、結晶欠陥を増やさないための熱処理
方法である。

【００１３】請求項２による熱処理は、３種以上ｎ種の
元素からなる化合物半導体結晶Ｃ、最も蒸気圧の高い元
素からなるソースＳ₁と他の（ｎ−１）種の元素からな
るソース（Ｓ₂、・・・、Ｓ_n）を用いて行う閉管式熱
処理方法である。

【００１４】結晶および各ソースの温度として、化合物
半導体結晶を最高温度、蒸気圧の高いソースＳ₁を最低
温度、その他のソース（Ｓ₂、・・・、Ｓ_n）を蒸気圧
の逆数の順序で温度の順位を決めることにより、どの元
素も結晶への供給と結晶からの解離を平衡するようにす
る。

【００１５】請求項３による熱処理は、結晶および蒸気
圧の最も高いソース、その他のソースの温度の設定を３
通りの工程で行う閉管式熱処理方法である。

【００１６】第１の工程として、請求項２で示した条件
で、各元素の解離と供給をバランスし、蒸気圧の最も高
いソース温度と結晶の温度で空孔濃度を決める。第２の
工程として、第１の工程と比較して各部位で温度を高く
設定して、結晶中に存在するプレシピテート転位の原因
である蒸気圧の低い元素の凝集部分に蒸気圧の高い元素
を供給して結晶組成に合わせることにより、欠陥を消滅
あるいは低減する。第３の工程は、組成を決める２番目
に高いの蒸気圧のソース原料の部位の温度を高く設定
し、最も蒸気圧の高い元素を２番目に蒸気圧の高い元素
で置換することにより、結晶表面の組成比を変える。熱
処理のどの工程でもそれぞれ効果を発揮するが、通常
は、成長後の結晶を表面処理した後、第２の工程で結晶
欠陥の低減し、第３の工程で表面組成の制御し、第１の
工程で空孔濃度制御することによって、デバイス作製用
に熱処理された結晶が供される。

【００１７】請求項４による熱処理は、蒸気圧の順位が
３番目以降の元素が、２番目の元素と比べて蒸気圧が十
分小さい場合、３番目以降の元素を２番目の元素の設定
温度に合わせる方法である。

【００１８】このような条件であれば、多元結晶であっ
ても、３ゾーンの熱処理炉、あるいは３つの温度コント
ローラで熱処理ができ、装置構成の簡素化や熱処理操作
の簡素化が可能となる。

【００１９】請求項５による熱処理装置は、炉芯管、ヒ
ータ、温度センサ、温度コントローラ、冷却部からなる
水平型の熱処理炉であることを規定している。

【００２０】請求項１乃至４のいずれかに記載の熱処理
を行うために、複数の温度ゾーンを設け、各温度ゾーン
を独立に制御可能とするため、独立のヒータ、温度セン
サ、温度コントローラを設ける。ソース原料、化合物半
導体結晶はそれぞれ収納容器または載置板上に配置さ
れ、閉管内に載置される。各ヒータの間隔と閉管内に載
置された部材の間隔は前もって決められている。閉管を
炉芯へ挿入する際の位置決めが容易であり、加熱された
閉管を急冷するために冷却部への移動が容易な水平型の
熱処理装置である。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は熱処理装置を示す図であ
る。化合物半導体結晶１７と熱処理用ソース１８は石英
製の閉管１６に載置され、閉管１６は真空に排気され、
封止される。化合物半導体結晶１７と熱処理用ソース１
８が各々に対応したヒータ１２部分に設置される様、閉
管１６を炉芯管１１内でスライドさせる。温度コントロ
ーラ１４は各ヒータ１２を熱処理手順に従って設定温度
と時間で制御する。熱処理を終了すると、閉管１６を冷
却部１５に移動し、水または液体窒素などの冷却材で急
冷する。

【００２２】本熱処理を行う結晶は基板の上にII-VI 属
あるいはIII-V 属の多元化合物半導体をＬＰＥ、ＭＯＣ
ＶＤ、ＭＢＥ法などの成長技術で成長したものである。

【００２３】本熱処理方法について、Ｈｇ_0.781Ｃｄ
_0.219Ｔｅを例に、結晶欠陥の低減と組成制御と空孔濃
度制御の具体的な方法を説明する。

【００２４】図２は、３種類の熱処理工程を概念的に示
したものである。ＨｇＣｄＴｅ結晶を構成する元素の
内、最も蒸気圧の高いＨｇをソースＳ₁、その他のＣｄ
およびＴｅをソースＳ₂およびＳ₃、ＨｇＣｄＴｅ結晶
の結晶Ｃを炉内の所定の位置に配置し、その各々の位置
における炉内温度をＴ₁、Ｔ₂、Ｔ₃、Ｔ_Cとする。Ｈ
ｇＣｄＴｅの場合、Ｔｅの蒸気圧はＣｄに比べ１桁以上
小さいので、同一温度（Ｔ₂＝Ｔ₃）として扱う。第１
の工程は全体に温度が低く、空孔濃度制御を行う工程で
ある。第２の工程は全体に温度が高く、結晶欠陥を低減
する工程である。第３の工程はソースＳ₂、Ｓ₃を第１
の工程より高く設定し、結晶表面の組成を制御する工程
である。

【００２５】化合物半導体結晶１７として、２５×２５
×１ｍｍのＣｄ_0.97Ｚｎ_0.03Ｔｅ（１１１）Ｂ面基板上
に、Ｈｇ_0.781Ｃｄ_0.219Ｔｅ結晶をＬＰＥ法で厚さ２
５μｍ成長したものを用いる。

【００２６】ソース１８材料としてＨｇ２ｇ、Ｃｄ１
ｇ、Ｔｅ１ｇを、容量約５００ｃｃの石英製アンプル１
６に上記結晶と共に真空封入する。化合物半導体結晶１
７は、均温化のために、結晶載置用溝を設けたｐ−ＢＮ
（熱分解窒化ボロン）板またはカーボン板上に載置す
る。

【００２７】結晶Ｃは最高温度Ｔ_Cに、Ｈｇより蒸気圧
の低いＣｄなどのソース（Ｓ₂、Ｓ ₃）をその次に高い
温度Ｔ₂に、そして、蒸気圧の最も高いＨｇソ−スＳ₁
を最低温度Ｔ₁にする。具体的な熱処理は以下の通りで
ある。

【００２８】第２の工程の熱処理として、２＿Ｔ_C＝４
１０℃、２＿Ｔ₁＝３５０℃、２＿Ｔ₂＝３７０℃にな
る様に、３０分で昇温し、４時間熱処理する。この工程
では、ＨｇとＣｄが結晶中に存在するＴｅプレシピテー
ト（Ｔｅ元素が凝集したもの）に供給され、ＨｇＣｄＴ
ｅになり、プレシピテートが無くなる。その結果、プレ
シピテート転位に伴う欠陥が合体消滅する。

【００２９】その後、第３の工程の熱処理として、３＿
Ｔ_C＝３７０℃、３＿Ｔ₁＝２４０℃、３＿Ｔ₂＝３７
０℃に設定して、２４時間熱処理する。この工程では、
Ｃｄ蒸気圧が高いために、解離したＨｇと置換して、表
面の結晶組成はＨｇ_0.77Ｃｄ _0.23Ｔｅとなり、ｘ値が高
くなる。更に、ｘ値を高くするには、３＿Ｔ_C、３＿Ｔ
₂をより高くすれば良い。

【００３０】最後に、第１の工程の熱処理として、１＿
Ｔ_C＝３７０℃、１＿Ｔ₁＝２４０℃、１＿Ｔ₂＝２５
０℃に設定し、２４時間熱処理する。この工程では、Ｈ
ｇソースの蒸気圧と結晶から解離するＨｇ解離圧が平衡
し、空孔濃度３×１０¹⁶ｃｍ ^-3になる。空孔濃度を高め
に制御するには、現状の設定温度より温度１＿Ｔ₁を低
くする、あるいは１＿Ｔ_Cを高くすることになる。

【００３１】図３は本熱処理前後のＨｇＣｄＴｅ結晶の
組成勾配を示す図である。直線に近いラインは、熱処理
前のエピ結晶表面から測定したｘ値の深さ方向の変化を
示している。下に凸のラインは、本熱処理により、結晶
表面のｘ値は大きく（ｘ＝０．２３）、基板側に進に従
ってｘ値は小さく（深さ８μｍで、ｘ＝０．２２５）な
り、再び増加をして、図示していないが、基板のｘ（〜
１）値に至る。なお、各熱処理工程において、結晶が
設定された温度で結晶の最小解離圧の１／２を下回らな
いようにＨｇ単体のソース温度が設定されている。ま
た、各熱処理工程において、Ｔ_C≧Ｔ₂≧Ｔ₁ の関係が保持されている。

【００３２】以上の結果、３工程の本熱処理により、結
晶欠陥を低減し、結晶の表面の組成を高ｘ値化し、空孔
濃度制御できた。

【００３３】３工程の熱処理について述べたが、当然、
２工程の熱処理も可能である。

【００３４】例えば、表面組成だけを変えるには、第３
の工程と第１の工程の熱処理を行えば、表面が高ｘ値化
され、空孔濃度制御された結晶が得られる。

【００３５】また、高ｘ値化の必要のない場合（例え
ば、元々ｘ値の高い結晶）、第２の工程と第１の工程の
熱処理を行えば、Ｔｅプレシピテート転位に由来する欠
陥を低減し、空孔濃度制御された結晶が得られる。

【００３６】本熱処理方法の効果は、処理された結晶を
デバイス化することにより明確になる。

【００３７】図４は、ｐｎ接合デバイスの断面構造を示
す図である。図中、１は基板、２はその上にエピ成長し
た化合物半導体結晶、３は絶縁膜、４はイオンプランテ
ーション法で形成したｎ領域、５はｎ電極、６はｐ電極
である。

【００３８】Ｃｄ_0.97Ｚｎ_0.03Ｔｅ基板１の上に、表面
組成がｘ＝０．２１９のＨｇＣｄＴｅエピタキシャル結
晶２を成長した化合物半導体結晶に、上述した３工程の
熱処理を施す。その結果、表面組成はｘ＝０．２３、空
孔濃度は３×１０¹⁶ｃｍ^-3となる。この結晶表面にＺｎ
ＳまたはＣｄＴｅまたはＳｉＮｘの絶縁膜３を形成す
る。所定の開口を形成し、Ｂをイオンインプランテーシ
ョン法で注入し、ｎ領域４を形成し、その直上にｎ電極
５を形成する。ｎ領域４の近傍の絶縁膜３に開口を設
け、ｐ電極６を形成して、ｐｎ接合デバイスを作製す
る。

【００３９】図５はｐｎ接合デバイスの逆方向バイアス
における微分抵抗（ダイオードの電流電圧特性の逆方向
電圧に対する微少電圧変化と微少電流変化の比）を示す
図である。測定曲線は上下２つのグループに分かれてい
る。各グループは複数（８個）のダイオードからなる。
下のグループは従来の熱処理方法（第１の工程のみの熱
処理）で空孔濃度制御した結晶を用いている。上のグル
ープは第２の工程の欠陥低減と第３の工程の組成の高ｘ
値化と第１の工程の空孔濃度制御した結晶を用いてい
る。両グループの微分抵抗の値を比較すると、極大とな
るバイアス約７０ｍＶの所で、後者の方が約１桁高く、
ｐｎ接合として漏れ電流の少ない優れた性能を示してい
る。

【００４０】また、千個程度のダイオードを評価し、統
計的に両者の欠陥素子（ダイオード特性の得られなかっ
た素子数）率で比較すると、前者で約５％から後者で約
１％に改善された。

【００４１】この結果から、蒸気圧の高いＨｇソースだ
けの熱処理ではプレシピテート欠陥を除去できないが、
残りの元素（ＣｄとＴｅ）をソースとして同時に熱処理
すると欠陥を低減できる結果、欠陥率に差を生じたと考
えられる。また、ｐｎ接合の逆方向バイアス時の微分抵
抗値は、ａｓ−ｇｒｏｗｎ結晶の組成勾配が、結晶表面
で最も小さいｘ値（バンドギャップが最も小さい）であ
るために、漏れ電流の増大を招いていたと考えられる。

【００４２】なお、本熱処理法の変形例として、・ソース原料と同族の元素からなる二元化合物半導体結
晶のエネルギーギャップが、化合物半導体結晶を構成す
る二元化合物のエネルギーギャップよりも大きくなる前
記同族の元素の少なくともひとつを前記ソース原料に加
える。

【００４３】例えば、ＺｎはＨｇ，Ｃｄと同じII族であ
り、ＨｇＣｄＴｅの構成二元化合物ＨｇＴｅ（Ｅｇ＝−
０．３ｅＶ），ＣｄＴｅ（Ｅｇ＝１．５３ｅＶ）に対
し、ＺｎＴｅ（Ｅｇ＝２．２６ｅＶ）である。ソースに
Ｚｎを添加すると、Ｈｇ，ＣｄをＺｎが置換し、結晶表
面をよりワイド・ギャップにでき、表面高ｘ値化と同等
の効果が得られる。・ソース原料と同族の元素からなる二元化合物半導体結
晶のエネルギーギャップが、化合物半導体結晶を構成す
る二元化合物のエネルギーギャップよりも大きくなる前
記同族の元素の少なくともひとつでソース原料の一部元
素を置換する。

【００４４】例えば、ＣｄソースをＺｎで置換する場
合、ＺｎはＨｇ，Ｃｄと同じII族であり、Ｃｄソースの
ＨｇＣｄＴｅの構成二元化合物ＣｄＴｅ（Ｅｇ＝１．５
３ｅＶ）に対し、ＺｎＴｅ（Ｅｇ＝２．２６ｅＶ）であ
る。ＣｄソースをＺｎで置換して熱処理すると、Ｈｇ，
ＣｄをＺｎが置換し、結晶表面を請求項４よりワイド・
ギャップにでき、表面高ｘ値化と同等の効果が得られ
る。・ソース原料に、化合物半導体結晶の電気的特性に活性
な不純物元素を加える。などが考えられる。

【００４５】以上、本発明を実施例により説明したが、
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明
の原理を満たす範囲で種々の変形及び改良が可能である
ことは言うまでもない。

【００４６】以上、本発明をまとめると以下の通りであ
る。（付記１）二元以上の化合物半導体結晶と前記化合物半
導体結晶を構成するそれぞれの元素単体からなる個々の
ソース原料を同一の閉管内の個別の部位に載置し、前記
閉管を真空封止し、前記化合物半導体結晶を前記閉管の
他の原料より高温部に配置し、前記ソース原料の蒸気圧
が、前記化合物半導体結晶の最小解離圧の１／２を下回
らないようにソース原料の部位温度を設定することを特
徴とする閉管式熱処理方法。（付記２）化合物半導体結晶Ｃを構成する全ての元素
単体ｎ（≧３）種のソース原料の内、最も蒸気圧の高い
元素単体Ｓ₁を前記閉管の温度Ｔ₁になっている一端に
配置し、前記化合物半導体結晶Ｃを前記閉管の温度Ｔ_C
になっている中央部に配置し、残り（ｎ−１）種の各ソ
ース原料（Ｓ₂、・・・、Ｓ_n）を前記閉管の温度
Ｔ ₂、・・・、Ｔ_nになっている他端に分散配置し、前
記ソース原料（Ｓ₁、Ｓ₂、・・・、Ｓ_n）の蒸気圧が
Ｐ₁、Ｐ₂、・・・、Ｐ_nで、Ｐ₁≧Ｐ₂≧・・・≧Ｐ_n の関係であるとき、前記化合物半導体結晶Ｃの部位温度
及び前記ソースの部位温度を、Ｔ_C≧Ｔ_n≧・・・≧Ｔ₂≧Ｔ₁ の関係で温度制御することを特徴とする付記１記載の閉
管式熱処理方法。（付記３）三元以上の化合物半導体結晶の熱処理にお
いて、前記化合物半導体結晶を構成する全ての元素単体
から成るソース原料（Ｓ₁、・・・、Ｓ_n）の内、最も
蒸気圧の高いソース原料をＳ₁とし、前記化合物半導体
結晶Ｃの部位温度及び前記ソース原料（Ｓ₁、・・・、
Ｓ_n）の部位温度を１＿Ｔ_C、１＿Ｔ₁、・・・、１＿
Ｔ_nとし１＿Ｔ_C≧１＿Ｔ_n≧・・・≧１＿Ｔ₂≧１＿Ｔ₁ の関係で行う第１の熱処理工程と、前記化合物半導体結
晶Ｃの部位温度及び前記ソース原料（Ｓ₁、・・・、Ｓ
_n）の部位温度を２＿Ｔ_C、２＿Ｔ₁、・・・、２＿Ｔ
_nとし２＿Ｔ_C＞１＿Ｔ_C、２＿Ｔ₁＞１＿Ｔ₁、・・・、２
＿Ｔ_n＞１＿Ｔ_n の関係で行う第２の熱処理工程と、前記化合物半導体結
晶Ｃの部位温度及び前記ソース原料（Ｓ₁、・・・、Ｓ
_n）の部位温度を３＿Ｔ_C、３＿Ｔ₁、・・・、３＿Ｔ
_nとし３＿Ｔ_C≧１＿Ｔ_C、３＿Ｔ₁≦１＿Ｔ₁、３＿Ｔ₂＞１＿Ｔ₂、・・・、３＿Ｔ_n＞１＿Ｔ_n の関係で行う第３の熱処理工程と、からなる熱処理工程
の少なくとも１工程含むことを特徴とする付記２記載の
閉管式熱処理方法。（付記４）三元以上の化合物半導体結晶の熱処理にお
いて、前記化合物半導体結晶を構成する全ての元素単体
から成るソース原料（Ｓ₁、・・・、Ｓ_n）の蒸気圧Ｐ
₁、・・・、Ｐ_nがＰ₁≧Ｐ₂＞Ｐ₃≧・・・≧Ｐ_n の関係であるとき、前記ソース原料Ｓ₃、・・・、Ｓ_n
の部位温度を前記ソース原料Ｓ₂の部位温度Ｔ₂に揃え
ることを特徴とする付記３記載の閉管式熱処理方法。（付記５）前記三元以上の化合物半導体結晶の熱処理
において、前記ソース原料と同族の元素からなる二元化
合物半導体結晶のエネルギーギャップが、前記化合物半
導体結晶を構成する二元化合物のエネルギーギャップよ
りも大きくなる前記同族の元素を少なくともひとつ前記
ソース原料に加えることを特徴とする付記２から４のい
ずれかに記載の閉管式熱処理方法。（付記６）前記三元以上の化合物半導体結晶の熱処理
において、前記ソース原料の一部元素を少なくともひと
つの前記同族の元素で置換してソース原料とした熱処理
を行うことを特徴とする付記１から４のいずれかに記載
の閉管式熱処理方法。（付記７）前記三元以上の化合物半導体結晶の熱処理
において、前記ソース原料に、前記化合物半導体結晶の
電気的特性に活性な不純物元素を加えることを特徴とす
る付記１から６のいずれかに記載の閉管式熱処理方法。（付記８）閉管を載置する炉芯管と、前記炉芯管の周
囲に設けた複数のヒータおよび複数の温度センサと、前
記ヒータと前記温度センサで炉芯の温度制御を行うコン
トローラと、熱処理を終えた前記閉管を急冷する冷却部
とを有する水平型炉であり、前記閉管に真空封止された
化合物半導体結晶と前記化合物半導体結晶を構成するそ
れぞれの元素単体からなるソース原料とを独立に温度制
御することが可能であることを特徴とする熱処理装置。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
空孔濃度制御の熱処理において、結晶表面から蒸気圧の
高い元素の解離を防止して結晶欠陥の発生を抑止し、さ
らに、結晶表面組成を制御することができるので、欠陥
の少なく表面組成制御された結晶を製造することが可能
となる。従って、本結晶を用いて、良質なデバイスを製
造でき、係る半導体デバイスの性能向上に寄与するとこ
ろが大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱処理装置を示す図

【図２】熱処理炉の温度分布を示す図

【図３】熱処理前後のＨｇＣｄＴｅ結晶の組成勾配を
示す図

【図４】ｐｎ接合デバイスの断面構造を示す図

【図５】ｐｎ接合デバイスの逆方向バイアスでの微分
抵抗を示す図

【図６】従来の熱処理方法を示す図

【符号の説明】

１基板２エピタキシャル結晶３絶縁膜４ｎ領域５ｎ電極６ｐ電極１１炉芯管１２ヒータ１３温度センサ１４温度コントローラ１５冷却部１６閉管１７化合物半導体結晶１８熱処理用ソース

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】二元以上の化合物半導体結晶と前記化合
物半導体結晶を構成するそれぞれの元素単体からなる個
々のソース原料を同一の閉管内の個別の部位に載置し、前記閉管を真空封止し、前記化合物半導体結晶を前記閉管の他の原料より高温部
に配置し、前記ソース原料の蒸気圧が、前記化合物半導体結晶の最
小解離圧の１／２を下回らないようにソース原料の部位
温度を設定することを特徴とする閉管式熱処理方法。
【請求項２】化合物半導体結晶Ｃを構成する全ての元
素単体ｎ（≧３）種のソース原料の内、最も蒸気圧の高
い元素単体Ｓ₁を前記閉管の温度Ｔ₁になっている一端
に配置し、前記化合物半導体結晶Ｃを前記閉管の温度Ｔ_Cになって
いる中央部に配置し、残り（ｎ−１）種の各ソース原料（Ｓ₂、・・・、
Ｓ_n）を前記閉管の温度Ｔ ₂、・・・、Ｔ_nになってい
る他端に分散配置し、前記ソース原料（Ｓ₁、Ｓ₂、・・・、Ｓ_n）の蒸気圧
がＰ₁、Ｐ₂、・・・、Ｐ_nで、Ｐ₁≧Ｐ₂≧・・・≧Ｐ_n の関係であるとき、前記化合物半導体結晶Ｃの部位温度及び前記ソースの部
位温度を、Ｔ_C≧Ｔ_n≧・・・≧Ｔ₂≧Ｔ₁ の関係で温度制御することを特徴とする請求項１記載の
閉管式熱処理方法。
【請求項３】三元以上の化合物半導体結晶の熱処理に
おいて、前記化合物半導体結晶を構成する全ての元素単体から成
るソース原料（Ｓ₁、・・・、Ｓ_n）の内、最も蒸気圧
の高いソース原料をＳ₁とし、前記化合物半導体結晶Ｃの部位温度及び前記ソース原料
（Ｓ₁、・・・、Ｓ_n）の部位温度を１＿Ｔ_C、１＿Ｔ
₁、・・・、１＿Ｔ_nとし１＿Ｔ_C≧１＿Ｔ_n≧・・・≧１＿Ｔ₂≧１＿Ｔ₁ の関係で行う第１の熱処理工程と、前記化合物半導体結晶Ｃの部位温度及び前記ソース原料
（Ｓ₁、・・・、Ｓ_n）の部位温度を２＿Ｔ_C、２＿Ｔ
₁、・・・、２＿Ｔ_nとし２＿Ｔ_C＞１＿Ｔ_C、２＿Ｔ₁＞１＿Ｔ₁、・・・、２
＿Ｔ_n＞１＿Ｔ_n の関係で行う第２の熱処理工程と、前記化合物半導体結晶Ｃの部位温度及び前記ソース原料
（Ｓ₁、・・・、Ｓ_n）の部位温度を３＿Ｔ_C、３＿Ｔ
₁、・・・、３＿Ｔ_nとし３＿Ｔ_C≧１＿Ｔ_C、３＿Ｔ₁≦１＿Ｔ₁、３＿Ｔ₂＞１＿Ｔ₂、・・・、３＿Ｔ_n＞１＿Ｔ_n の関係で行う第３の熱処理工程と、からなる熱処理工程
の少なくとも１工程含むことを特徴とする請求項２記載
の閉管式熱処理方法。
【請求項４】三元以上の化合物半導体結晶の熱処理に
おいて、前記化合物半導体結晶を構成する全ての元素単体から成
るソース原料（Ｓ₁、・・・、Ｓ_n）の蒸気圧Ｐ₁、・
・・、Ｐ_nがＰ₁≧Ｐ₂＞Ｐ₃≧・・・≧Ｐ_n の関係であるとき、前記ソース原料Ｓ₃、・・・、Ｓ_n
の部位温度を前記ソース原料Ｓ₂の部位温度Ｔ₂に揃え
ることを特徴とする請求項３記載の閉管式熱処理方法。
【請求項５】閉管を載置する炉芯管と、前記炉芯管の周囲に設けた複数のヒータおよび複数の温
度センサと、前記ヒータと前記温度センサで炉芯の温度制御を行うコ
ントローラと、熱処理を終えた前記閉管を急冷する冷却部とを有する水
平型炉であり、前記閉管に真空封止された化合物半導体結晶と前記化合
物半導体結晶を構成するそれぞれの元素単体からなるソ
ース原料とを独立に温度制御することが可能であること
を特徴とする熱処理装置。