JPH02181938A - 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］ 分解温度が異なる二種類以上の原料ガスをエピタキシャ
ル成長用ガスとして用いる気相エピタキシャル成長袋Ｊ
に関し、 反応管内に導入された分解温度の異なる二種Ｊ−ｎ以上
の原料ガスが、基板上でエピタキシャル成長に適合した
所望の組成になるような反応管構造を目的とし、 エピタキシャル成長用基板を設置したサセプタを反応管
内に設置し、該基板上にエピタキシャル成長用の分解温
度の異なる複数の原料ガスを導入し、前記基板を加熱し
て原料ガスを分解して基板上にエピタキシャル層を形成
する装置に於いて、前記基板上で反応管内に導入される
原料ガスの通路の断面積が、原料ガスの移動方向に沿っ
て小さく成る流速制御手段を前記反応管に設けて構成す
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係り、特にエピ
タキシャル成長用反応管に関する。

赤外線検知素子形成材料としてエネルギーバンドギャン
ブの狭い水銀・カドミウム・テルル（１１ｇ−ｘ　Ｃｄ
、　Ｔｅ）よりなる化合物半導体結晶が用いられている
。

このようなＩＩｇ＋−ｘ　ｃａ、　Ｔｅの結晶をエピタ
キシャル成長する際、ＣｄＴｅのような基板を設置した
サセプタを反応管内に設置し、該基板上に水銀（ｆｉｇ
）、ジメチルカドミウム（Ｃｄ　（Ｃｔｂ）　ｚ　）　
、ジエチルテルル（Ｔｅ　（Ｃｚｌｌｓ）　２　）のよ
うな分解温度のそれぞれ異なるエピタキシャル成長用原
料ガスを、キャリアガスの水素ガスと共に反応管内に導
入し、基板を設置したサセプタを加熱することで反応管
内に導入された原料ガスを分解し、基板上に”ｇ＋−ｘ
　ＣｄＸＴｅの結晶をエピタキシャル成長している。

り３を設置し、該反応管１のガス導入管４よりキャリア
ガスの水素ガスとともに、水銀蒸発器５を通過した前記
キャリアガスに担持された水銀ガス、ジメチルカドミウ
ム蒸発器６を通過した前記キャリアガスに担持されたジ
メチルカドミウムガス、ジエチルテルル蒸発器７を通過
した前記キャリアガスに担持されたジエチルテルルガス
等よりなる原料ガスを、反応管１内に導入する。そして
前記反応管１の周囲に設けた高周波誘導コイル８に高周
波電力を通電してサセプタ３を加熱し、その上の基板２
を加熱し、反応管１内に導入された上記原料ガスを基板
上で熱分解して、基板−ヒにＩｌｇ、−。

Ｃｄ、　Ｔｅのエピタキシャル層を形成している。

〔従来の技術〕

従来の気相エピタキシャル成長装置に付いて第５図を用
いて説明する。

図示するように断面が円形、或いは長方形を呈した反応
管１内に、ＣｄＴｅよりなるエピタキシャル成長用基板
２を載置したカーボンよりなるサセブ〔発明が解決しよ
うとする課題〕 このようなエピタキシャル成長装置を用いて基板２上に
Ｈｇ＋−ｘ　Ｃｄｘ　Ｔｅの結晶を気相エピタキシャル
成長する際、ジメチルカドミウム（Ｃｄ（ＣＬ）ｚ）の
分解温度が約２００　”Ｃで、ジエチルテルル（Ｔｅ（
ＣｚＨｓ）ｚ）の分解温度が約４００　’Ｃであるので
、基板の温度を分解温度の高いジエチルテルルの分解温
度に近接した４００　”Ｃの温度に設定して気相エピタ
キシャル成長している。

そしてジメチルカドミウムが分解して基板に付着したＣ
ｄ原子と、基板に付着したジエチルテルルが分解反応し
てＣｄＴｅが形成される。Ｃｄはジエチルテルル分解に
対して触媒的に作用する。このためＣｄＴｅの形成温度
はＩＩｇＴｅの形成温度より低い。

また一方、ジエチルテルルが分解したＴｅ原子が前記基
板に付着して、反応管内に導入された水銀ガスのＨｇ原
子と反応して水銀テルル（ｌＩｇＴｅ）が形成される。

そして更に前記形成されたＣｄＴｅとＨｇＴｅが反応し
てｌ１ｇ、−、Ｃｄ、　Ｔｅのエピタキシャル結晶が形
成される。

ところで、このような従来の装置では、分解温度の低い
ジメチルカドミウムのガスは基板に到達する前に、反応
管内がサセプタの加熱により加熱されているため殆ど分
解するが、ジエチルテルルは分解温度が高いために未だ
充分に分解していない。

そのため反応管内に於いて原料ガス内に占めるＣｄの量
が、ガスの入口側より出口側に到る程少なくなり、この
状態を第６図に示す。

エピタキシャル成長用基板は直径が２インチ程度あり、
基板上に流れている反応ガスの内、ガスの移動方向より
みて上流のガスは、下流側のガスに比較してＣｄ原子が
過剰になる傾向がある。

このためにサセプタを回転するような構造をとっている
が、このような構造に於いても均一な組成のエピタキシ
ャル結晶を得ようとすると基板を自転および公転させる
ような複雑な機構を必要とし、装置の構造が煩雑になる
問題がある。

本発明は上記した問題点を解決し、基板上で均一な組成
のエピタキシャル層が得られる簡単な構造の気相エピタ
キシャル成長装置の水平型反応管の提供を目的とする。

〔課題を解決するだめの手段〕

上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、第１図の原理図に示すようにエビタキシセル成長
用基板１１を設置したサセプタ１２を反応管１３内に設
置し、該基板１１上にエピタキシャル成長用の分解温度
の異なる複数の原料ガスを導入し、前記基板を加熱して
原料ガスを分解して基板」二にエピタキシャル層を形成
する装置に於いて、前記基板１１上で反応管１３に導入
される原料ガスの通路の断面積が、原料ガスの移動方向
に沿って小さく成る流速制御手段１４を前記反応管１３
に設けている。

〔作　用〕

エピタキシャル成長基板にｌ１ｇ、□Ｃｄ、　Ｔｅのエ
ピタキシャル結晶が形成される過程に付いて説明すると
、原料ガスのジメチルカドミウム（（Ｃ１１３）　ｚｃ
ｄ　）は基板の近傍で熱分解しメチルカドミウム（Ｃ１
ｌｚ）Ｃｄ　。

或いはＣｄ原子に分解され、この分解されたＣｄ原子は
速やかに基板に吸着され、基板に吸着されているジエチ
ルテルル（（Ｃｚｌｌ、）　２Ｔｅ　）と反応してＣｄ
Ｔｅを生じる。

一方、ジエチルテルルは基板近傍で熱分解し、エチルテ
ルル（Ｃ２１１ｓ）ＴｅまたはＴｅ原子を生しる。そし
てエチルテルルまたはＴｅ原子は基板上で反応ガスとし
て搬送されてきたＨｇ原子を吸着して反応しＨｇＴｅを
生じる。

そしてこのＣｄＴｅとＨｇ　Ｔ　ｅが反応してＨｇ＋−
、Ｃｄｘ　Ｔｅのエピタキシャル結晶が形成される。

ところで上記したようにジメチルカドミウムの分解温度
は２００°Ｃ近傍で低く、またジエチルテルルの分解温
度は４００°Ｃ近傍で高（、基板の設定温度は分解温度
の高いジエチルテルルの分解温度に設定しているため、
この基板を加熱する（ナセプタの加熱によって基板に到
達する迄にジメチルカドミウムは殆ど１００％分解され
、基板に到達する迄に一部の量が分解されたジエチルテ
ルルのＴｅと反応してＣｄＴｅが形成されるが、反応管
内の基板に到達するまでの反応ガスは、Ｃｄ原子が過剰
になっている状態である。

一方、ジエチルテルルは分解温度が高いために基板上に
到達する迄に１００％分解されていないが、このジエチ
ルテルルの一部が分解されて基板上に付着してＴｅ原子
となり、原料ガスとして搬送されてきた１１ｇ原子が前
記Ｔｅ原子と反応する。

そして基板−ヒのガスの下流方向側の反応ガス内では、
Ｃｄ原子の占める比率が小さい状態に成っており、その
ためＴｅ原子に取り込まれたｌ１ｇ原子が、Ｃｄ原子に
比して過剰の状態になり、Ｈｇ原子がＣｄ原子に比して
過剰の状態になった＋Ｉｇ、□ＣｄＸ　Ｔｅの結晶が形
成される。

そこで本発明のように、基板上でガスの下流方向側に向
かって原料ガスの流路の断面積が小さ（なるようにして
原料ガスの流速を大にし、これによってジエチルテルル
の分解量を低下させることでＴｅの基板上に付着する量
を減らし、それによってＴｅに反応して結合するＩｌｇ
の量も減らすようにすると水銀、カドミウムおよびテル
ルの各原子が所望の組成となったＨｇ、−、ＣｄＸＴｅ
の結晶が得られる。

〔実施例〕

以下、図面を用いて本発明の一実施例につき詳細に説明
する。

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
である。

第１図に示すように、本発明の反応管１３は例えば断面
形状が５０ｍｍＸ６０ｍｍの長方形を呈しており、Ｃｄ
Ｔｅの基板１１を設置しカーボンよりなるサセプタ１２
と対向する反応管１３の内壁部１３４に基板１１の上方
に向かって斜め方向に延びる石英製の板状部材よりなる
流速制御手段１４を設ける。

この板状部材の基板に対する角度は、基板上の全領域に
わたって所望の組成のＨｇ、−Ｘ　Ｃｄｘ　Ｔｅのエピ
タキシャル層を得るのに適したガスの流速が得られるよ
うな角度にする。

そしてバルブ１５を開放にして水素ガスを反応管内に導
入するとともに、バルブ１６．１７．１８を開放にして
水銀蒸発器５、ジメチルカドミウム蒸発器６、ジエチル
テルル蒸発器７を通過して、これら水銀、ジメチルカド
ミウムおよびジエチルテルルの原料ガスを担持した水素
ガスを例えば４ｎ／ｍｉｎの流量で反応管１３に導入し
、高周波コイル８に通電してサセプタ１２を加熱して反
応管内に導入された原料ガスを分解して基板」−にｌ１
ｇ＋−ｘ　Ｃｄ、　Ｔｅのエピタキシャル結晶を気相成
長する。

この板状部材１４によって該反応管内に導入される反応
ガスの流路の断面積が、矢印Ａに示す反応ガスの移動方
向に沿って絞られた形状となっている。このようにすれ
ば第４図に示すように基板の下流側に沿って原料ガスの
流速が大なるなるため、ガスの下流方向に向かってジエ
チルテルルの分解量が低くなる。

そのため、第３図に示すように、ジエチルテルルガスの
分解量、これに伴うｔｌｇＴｅの生成量が基板のガスの
下流側に到る程低くなる傾向になり、基板のガスの下流
側に到る程Ｃｄ原子が消費されて、Ｃｄの占める比率の
小さいジメチルカドミウムガスが到達するのとあいまっ
て水銀、カドミウムおよびテルルの原子が基板−ヒに所
望の組成のエピタキシャル結晶を得るのに適した状態で
供給され、基板−トにガスの移動方向に沿って水銀、カ
ドミウムテルルの組成が均一と成ったＨｇ１−ｘ　Ｃｄ
Ｘ　Ｔｅのエピタキシャル結晶が得られる。

尚、本実施例では流速制御手段を反応管の内壁より基板
の方向に向かって斜め方向に延びる石英製の板状部材で
形成したが、この板状部材を半円筒状の形状に形成して
も良い。

このような反応管の構造にすれば、複雑な回転機構を必
要としない簡単で、しかも反応ガスの移動方向に沿って
組成の均一なエピタキシャル結晶が得られる。

また反応管の断面形状は長方形のものを用いたが断面形
状が円形でも良い。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように本発明の気相エピタキシ
ャル成長用反応管の構造によれば、簡単な装置構造で、
反応ガスの移動方向に沿って組成変ｖ１を生じない高品
質のエピタキシャル結晶が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の原理図、 第２図は本発明の気相エピタキシャル成長装置の一実施
例を示す説明図、 第３図は本発明の装置に於ける流速とジエチルテルルの
分解量との関係図、 第４図は本発明の装置に於ける反応管の流速の分布図、 第５図は従来の気相エピタキシャル成長装置の説明図、 第６図は従来の装置に於ける不都合な状態図である。 １ムンｈｔＰｔＤＦ’ｆＧ 、￥売り一１麓！ハ・甲理図 第１図 ／１３ｉ民管 ８コイル 図において、 ５は水銀蒸発器、６はジメチルカドミウム蒸発器、７は
ジエチルテルル蒸発器、１１はエピタキシャル成長用基
板、１２はサセプタ、１３は反応管、１３＾は内壁面、
１４は流速制御手段、１５．１６．１７．１８はバルブ
を示す。 ７４迎−一”−’ｆｔ＋Ｎ８ｒｔ３”：３．＋１　頗ｓ
Ｌ−神ＪＥｔＴｔｔ　巨＃ｆｌＪ代理人　弁理士　　井
　桁　貞　− 寄 ／ｇ、’Ｆ６　ｅＲｐ　ｈ！　、＝１≦’ｊ＞　３？Ｃ
１ｉ　　；”ｘｆｒ（、ｆ）Ｌ）Ｌｑｆｈ％１（Ｈｙ下
ｅ乃主Ｅ＼」【）１〆闇そト弓ロ第３図 ４＊ｍ　４ｔＸ　ｒ−ｈ　ｖｈ　Ａ＆　Ｖ−ン、’ｙｔ
／ｌ＋’ｐ　ｍデルル リε釆ｎシｇＴ−ご７穴シヤル桟゛侵ン１のτ！９．ｙ
の第５図 浸り冬へ吐のガ゛ズ３九万了匍褐たＩｆ瀉−名１＋−牙
きｔｌ」洟）ブイで態図第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 エピタキシャル成長用基板（１１）を設置したサセプタ
   （１２）を反応管（１３）内に設置し、該基板上にエピ
   タキシャル成長用の分解温度の異なる複数の原料ガスを
   導入し、前記基板を加熱して原料ガスを分解して基板上
   にエピタキシャル層を形成する装置に於いて、 前記基板（１１）上で反応管（１３）内に導入される原
   料ガスの通路の断面積が、原料ガスの移動方向に沿って
   小さく成る流速制御手段（１４）を前記反応管に設けた
   ことを特徴とする気相エピタキシャル成長装置。