JPH01257337A - 気相エピタキシャル成長装置 - 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】 〔概　要〕 水銀を含む化合物半導体の気相エピタキシャル成長装置
に関し、 水銀を担持するキャリアガスを加熱する必要の無い気相
エピタキシャル成長装置を目的とし、水銀を含むキャリ
アガスと、エピタキシャル成長ガスを含むキャリアガス
とをガス導入管を通じて反応管内に導入し、該反応管内
に収容されたサセプタ上の基板を加熱して前記水銀を含
むキャリアガスと他のエピタキシャル成長用ガスを含む
キャリアガスとを反応させて基板上に水銀を含む化合物
半導体のエピタキシャル結晶を製造する装置であって、
前記ガス導入管に連結してキャリアガスが通過し、水銀
を収容する容器を設け、該容器に水銀を微粒子状の液滴
に形成して前記キャリアガスに分散混合させる手段を設
けて構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は気相エピタキシャル成長装置に関する。

赤外線検知素子のような光電変換素子の形成材料として
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（Ｉｌｇ　ｌ−ｘＣｄ　ｘ　Ｔｅ）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、かつ薄膜状態に形成するには、反応管内
に収容されたカドミウムテルル（ＣｄＴｅ）のような化
合物半導体基板上にキャリアガスとしての水素ガスに担
持された水銀、およびキャリアガスにジメチルカドミウ
ム、ジエチルテルルのようなエピタキシャル成長用ガス
を担持して導入し、基板を加熱して前記エピタキシャル
成長用ガスを分解し、この分解した成分を基板に被着さ
せるＭ　ＯＣＶ　Ｄ　（Ｍｅｔａｌ　ＯｒｇａｎｉｃＣ
ｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　ＤｅｐｏｓｉＬｉｏｎ：
有機金属化学気相成長）方法が用いられている。

〔従来の技術〕

従来のこのような気相エピタキシャル成長装置に付いて
述べる。

第４図は従来の気相エピタキシャル成長装置の模式図で
、図示するように石英よりなる反応管１内に、ＣｄＴｅ
の基板２を設置したグラファイトよりなるサセプタ３が
設置され、反応管１の周囲にはサセプタ３を加熱するた
めの高周波誘導コイル４が設置されている。また反応管
１に連なるガス導入管５は三方に分岐され、分岐された
ガス導入管５Ａよりジメチルカドミウムガスを担持した
水素ガス、ガス導入管５Ｂよりジエチルテルルガスを担
持した水素ガス、ガス導入管５Ｃより水銀を担持した水
素ガスがそれぞれ反応管１内に導入される。

また反応管１のガス流出側にはキャップ６が設けられ、
キャップ６を通じてガス排出管７が設けられている。

このような装置を用いて基板上に水銀・カドミウム・テ
ルルの結晶を成長する場合、反応管１内を排気した後、
ガス導入管５Ａ、５Ｂ、５Ｃよりジメチルカドミウムを
担持した水素ガス、ジエチルテルルを担持した水素ガス
、水銀をガス状として担持した水素ガスをそれぞれ反応
管１内に導入し、高周波誘導コイル４に高周波電力を印
加してサセプタ３を加熱することで反応管１内に導入さ
れたガスを反応させて基板２上に水銀・カドミウム・テ
ルルのエピタキシャル層を形成している。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところでガス状の水銀を担持した水素ガスは反応管の管
壁やガス導入管の管壁が冷たい状態では、水銀の蒸気が
冷たい管壁で冷却されて凝結し、付着し易いため、水銀
・カドウミム・テルルの結晶のエピタキシャル成長に必
要な量の水銀を輸送できない。

そのため、第４図に示すようにサセプタ３よりガスの導
入側の反応管１の管壁、および水銀を担持したキャリア
ガスのガス導入管５Ｃにヒータ８を設け、このヒータ８
を加熱することで、水銀蒸気の凝結を防ぎ管壁に付着し
ないようにしている。

゛また第５図に示すように水銀９を収容し、水素ガスの
キャリアガスを導入して容器内に収容されている水銀を
バブルさせて、水銀をガス状にしてキャリアガスに混合
して反応管に導入する蒸発器１０の周囲にもヒータ１１
を設けている。

然し、第４図に示すようなガス導入管５Ｃの周囲のヒー
タ８、および反応管１のサセプタ３よりガス導入側に設
けたヒータ８は２５０°Ｃ程度の温度で加熱しており、
そのためこのヒータ８の加熱によって分岐していないガ
ス導入管５、および反応管ｌ内に導入されてきたジメチ
ルカドミウムガス、或いはジエチルテルルガスのような
エピタキシャル成長用ガスが、基板上に到達する迄に分
解する恐れがあり、所望の組成のエピタキシャル層が基
板上に形成されない問題を生じる。

本発明は上記した問題点を解決し、反応管やガス導入管
を加熱する必要のない気相エピタキシャル成長装置の提
供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

」−記目的を達成する本発明の気相エピタキシャル成長
装置は、水銀を含むキャリアガスと、エピタキシャル成
長ガスを含むキャリアガスとをガス導入管を通じて反応
管内に導入し、該反応管内に収容されたサセプタ上の基
板を加熱して前記水銀を含むキャリアガスと他のエピタ
キシャル成長用ガスを含むキャリアガスとを反応させて
基板上に水銀を含む化合物半導体のエピタキシャル結晶
を製造する装置であって、前記ガス導入管に連結してキ
ャリアガスが通過し、かつ水銀を収容する容器を設け、
該容器内で水銀を微粒子状に形成してキャリアガスに分
散混合させる手段を設ける。

〔作　用〕

水銀を収容せる蒸発器内に水素ガスのようなキャリアガ
スを導入してバブルさせたガス状の水銀は低温のガス導
入管や、低温領域の反応管の壁面に接すると凝結して液
化する。この時のキャリアガスの水銀の分圧は壁面の温
度で決められる水銀の飽和蒸気圧と等しくなる。この圧
力は当初のガス化した水銀の分圧より相当低いので所定
の水銀量を輸送することができない。

水銀を液滴の状態でキャリアガスに分散して輸送する場
合は、液滴が低温の壁面に接触してもキャリアガスの水
銀分圧には変化が無い。キャリアガスの温度と壁の温度
が等しいため、水銀分圧はこれ等の温度での飽和蒸気圧
に等しい。然し、キャリアガス中には水銀は既に液滴で
存在しているのでこの状態のままである。

従ってキャリアガス中には多量の水銀の液滴が存在し、
必要な水銀量を輸送することができる。

更に水銀液滴を帯電させ、それと同じ電位に内壁を保て
ば、液滴が壁に付着しないようにすることができる。即
ち、液滴がガス導入管や反応管の内壁面に近ずこうとす
ると、電磁気力による反損作用を受けるから内壁面に近
ずくごとができない。

このため、水銀を所定量サセプタの基板上に輸送するこ
とができ、所望の組成のエピタキシャル層が得られる。

〔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１図は本発明の装置の要部を示す説明図で、図示する
ように水銀を担持した水素ガスのガス導入管５Ｃの途中
に水銀収容容器２１を設ける。

この容器２１の内部には超音波振動子２２が設置され、
この超音波振動子２２の振動によって容器２１内゛の水
銀２３の液面より水銀が略０．０１〜０．１　μｍの直
径の微粒子と成って飛び出す。この水銀の微粒子は容器
２１の上部の空間を漂い、ガス導入管５Ｃより導入され
たキャリアガスの水素ガス中に分散し、この分散した微
粒子状の水銀の液滴２３八はキャリアガスと共に反応管
ｌ内に導入される。

キャリアガス中の水銀の微粒子の量は、水銀がすべてガ
ス化した場合に２　Ｘｌ０−２気圧となるように調整し
て反応管１内に導入する。また反応管１内には他の分岐
したガス導入管５Ａより水素ガスに担持されたジメチル
カドミウムを３Ｘ１０−’気圧、ガス導入管５Ｂより水
素ガスに担持されたジエチルテルル２　Ｘｌ０−’気圧
の分圧で導入し、基板２の温度が４００℃となるように
サセプタ３を加熱することで、１１ｇｏ、　＊Ｃｄｏ、
　ｚＴｅのエピタキシャル結晶が基板上に成長する。

このようにすれば、超音波振動で容器内の空間部に微粒
子の液滴となって漂う水銀は、反応管およびガス導入管
を加熱しなくとも、必要堵すセプターヒに輸送でき、水
銀容器内を流れるキャリアガスのガス流星を調節するこ
とで所望の分圧の水銀が反応管内に導入される。

また第２の実施例として第２図に示すように、水銀を収
容する容器３１と該容器３１内を上下に移動するピスト
ン３２と、容器３１内に収容され、ガス導入管５Ｃに対
して開閉可能となるシャンク−３３を断熱部材で形成し
、ピストン３２を押し下げて容器３１の水銀供給口３４
より水銀ガス３５を容器３１内に導入した後、ピストン
３２を押し上げて容器３１内の水銀３５を加圧した後、
シャッター３３を開放にして断熱膨張によって水銀の微
粒子を形成し、ガス導入管５Ｃ内の水素ガス内に分散さ
せるようにする。

尚、水銀ガスを水銀液滴とするのに、上記ピストン３２
を押し上げた後、ピストンを下げて断熱膨張させて水銀
液滴を作り、その後、シャッター３３を開放するように
してもよい。

また、第３の実施例として第３図に示すようにチタン製
の容器２１内に収容されている水銀２３上に該水銀２３
の表面より微小空間を隔てて金網４１を設け、この金ｙ
４４１が正電極、容器２１が負電極となるように直流電
源４２を用いて直流電圧を印加し、該水銀２３を超音波
振動させると微粒子状の水銀が帯電した金網４１とは逆
の電荷を帯びることによって９に帯電する。

更に分岐したガス導入管５Ｃ２およびガス導入管５と、
サセプタ３が収容されている位置よりガス導入側の反応
管１の外壁に金属板より成る電極４３を設け、この電極
４３を負となるように直流電源４４を用いて直流電圧を
印加すると前記した負に帯電した水銀２３の微粒子が、
電極４３に対して反撥するため、ガス導入管５Ｃ５５、
および反応管１の内壁に付着しない状態で基板２上に導
入されるため、第１実施例に比較してより高信頼度の気
相エピタキシャル成長装置が得られる。

尚、このような帯電手段を第２実施例に適応することも
可能である。

以上述べたように、本発明によれば、反応管、及びガス
導入管に付着し易いガス状の水銀が微粒子の液滴となっ
てキャリアガス内に分散した状態で反応管内に導入され
るため、反応管、ガス導入管の管壁を加熱しなくとも、
管壁に水銀が付着しなくなり、他のエピタキシャル成長
用ガスがサセプタ−ヒに導入される迄に分解されるよう
な不都合な現象が除去できる。

また水銀を担持するキャリアガスの流星を調節するのみ
で所望の分量の水銀が反応管内に導入されるので、組成
の安定したエピタキシャル結晶が得られる。

更に水銀がガス導入管、および反応管の管壁に付着する
ような現象が除去できるので原料の無駄な消費が避けら
れ、また反応管に水銀の付着が無いために反応管が清浄
に保たれ、高品質のエピタキシャル結晶が得られる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明の気相エピタキ
シャル成長装置によれば、組成の安定した高品質のエピ
タキシャル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図は本発明の気相エピタキシャル成長装置の説明図
、 第２図は本発明の第２実施例の要部を示す説明図、 第３図は本発明の第３実施例の要部を示す説明図、 第４図は従来の気相エピタキシャル成長装置の説明図、 第５図は従来の装置の要部を示す説明図である。 図において、 １は反応管、２は基板、３はサセプタ、５．５Ａ、５Ｂ
。 ５Ｃはガス導入管、２１は水銀収容容器、２２は超音波
振動子、２３は水銀、２３八は水銀液滴、３１は容器、
３２はピストン、３３はシャッター、３４は水銀供給口
、４１は金網、４２．４４は電源、４３は電極を示す。 Ａ１がＸ ５ｃゴ７１１人着 ＋Ｅ’１４　ｌｌ１１２２　ＫｋｌＰＪハ５４ｔ’Ａ　
口第３図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）水銀を含むキャリアガスと、エピタキシャル成長
   ガスを含むキャリアガスとをガス導入管（５、５Ａ５Ｂ
   、５Ｃ）を通じて反応管（１）内に導入し、該反応管（
   １）内に収容されたサセプタ（３）上の基板（２）を加
   熱して前記水銀を含むキャリアガスと他のエピタキシャ
   ル成長用ガスを含むキャリアガスとを反応させて基板上
   に水銀を含む化合物半導体のエピタキシャル結晶を製造
   する装置であって、 前記ガス導入管（５Ｃ）に水銀を収容する容器（２１、
   ３１）を付設し、該容器に水銀を微粒子状の液滴に形成
   して前記キャリアガスに分散混合させる手段を設けたこ
   とを特徴とする気相エピタキシャル成長装置。
2. （２）前記容器（２１）を超音波振動容器とし、該容器
   内に水銀（２３）を収容し、該容器の超音波振動で水銀
   を振動させて微粒子状としてキャリアガスに分散混合し
   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。
3. （３）前記容器（３１）を断熱性のピストン（３２）と
   、ガス導入管に連なるシャッター（３３）を備えた断熱
   性の加圧容器とし、該断熱容器内に水銀（３５）を収容
   し、断熱膨張により水銀を微粒子状としてキャリアガス
   に分散混合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。
4. （４）前記微粒子状となってキャリアガスに分散した水
   銀に電荷を付与する手段（４１、４２、４３）を設ける
   とともに、前記水銀を含むキャリアガスが通過するガス
   導入管（５Ｃ）、およびサセプタよりガスの流入側の反
   応管の内壁を前記水銀に付与した電荷と同一極性に帯電
   させるための電極（４３）を設けたことを特徴とする請
   求項２または請求項３記載の気相エピタキシャル成長装
   置。