JPH02263433A - Liquid phase epitaxial growth - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔概 要〕
液相エピタキシャル成長方法に関し、
基板とエピタキシャル結晶層との間で基板とエピタキシ
ャル結晶層の構成原子が相互に拡散して生じる相互拡散
層が形成されない状態で基板上にエピタキシャル結晶層
を成長するのを目的とし、基板上に形成予定のエピタキ
シャル結晶層の構成原子を含む原子で形成された結晶層
を前記基板上に予め形成後、該基板を前記エピタキシャ
ル結晶層の構成原子のガスの雰囲気内で加熱して、前記
基板上の結晶層に前記エピタキシャル結晶の構成原子が
気相拡散した気相拡散層を形成し、次いで前記基板をエ
ピタキシャル結晶層形成用溶融メルトに接触させて基板
上にエピタキシャル結晶層を形成することで構成する。[Detailed Description of the Invention] [Summary] Regarding the liquid phase epitaxial growth method, the substrate is grown in a state where no interdiffusion layer is formed between the substrate and the epitaxial crystal layer, which is caused by mutual diffusion of constituent atoms of the substrate and the epitaxial crystal layer. For the purpose of growing an epitaxial crystal layer on the substrate, a crystal layer made of atoms containing constituent atoms of the epitaxial crystal layer to be formed on the substrate is formed in advance on the substrate, and then the substrate is grown on the epitaxial crystal layer. is heated in an atmosphere of a gas containing the constituent atoms of the epitaxial crystal to form a vapor phase diffusion layer in which the constituent atoms of the epitaxial crystal are diffused in the vapor phase in the crystal layer on the substrate, and then the substrate is heated in a molten melt for forming an epitaxial crystal layer. It is constructed by forming an epitaxial crystal layer on a substrate in contact with the substrate.
〔産業上の利用分野］ 本発明は液相エピタキシャル成長方法に関する。[Industrial application field] The present invention relates to a liquid phase epitaxial growth method.
赤外線検知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、テルルの化合物半導体（
Ｈｇ＋−ｘ ＣｄＸＴｅ）が用いられている。Compound semiconductors of mercury, cadmium, and tellurium (with narrow energy band gaps) are used as forming materials for infrared sensing elements.
Hg+-xCdXTe) is used.
このようなＩｌｇ、□ＣｄＸＴｅの結晶を素子形成に都
合が良いように、均一な組成で薄層状態でかつ大面積に
形成するために装置が簡単な液相エピタキシャル成長方
法が用いられている。In order to conveniently form such Ilg and □CdXTe crystals in device formation, a liquid phase epitaxial growth method with a simple device is used to form a thin layer with a uniform composition and a large area.
〔従来の技術］
従来の液相エピタキシャル成長方法は、第５図に示すよ
うに、一対の円柱状の石英より成るエピタキシャル成長
用治具１にＣｄＴｅのようなエピタキシャル成長用基ｖ
ｉ２を挟み、水銀（Ｈｇ） 、カドミウム（Ｃｄ）およ
びテルル（Ｔｅ）を溶融固化したエピタキシャル結晶層
成長用メルト（合金）３を、該基板２の対向位置に配置
した状態でアンプル４内に封止した後、該アンプルを加
熱して前記メルトを溶融する。[Prior Art] As shown in FIG. 5, in the conventional liquid phase epitaxial growth method, an epitaxial growth substrate such as CdTe is placed in a pair of cylindrical quartz epitaxial growth jigs 1.
A melt (alloy) 3 for epitaxial crystal layer growth, which is made by melting and solidifying mercury (Hg), cadmium (Cd), and tellurium (Te), is placed in an opposite position to the substrate 2 and sealed in an ampoule 4. After stopping, the ampoule is heated to melt the melt.
次いで該アンプル４を１８０度回軸回転、基板２に溶融
したエピタキシャル成長用メルト３を接触させた後、溶
融メルトの温度を降下させることで基板上にＨｇ＋−Ｘ
Ｃｄｘ Ｔｅのエピタキシャル結晶層を液相エピタキシ
ャル成長させている。Next, the ampoule 4 is rotated by 180 degrees, the molten epitaxial growth melt 3 is brought into contact with the substrate 2, and the temperature of the molten melt is lowered to form Hg+-X on the substrate.
An epitaxial crystal layer of CdxTe is grown by liquid phase epitaxial growth.
ところで上記ＣｄＴｅの基板２は大面積の結晶が得難く
、そのため、容易に入手できるサファイア基板の表面に
ＣｄＴｅの結晶をＭＯＣＶＤ法等の手法により形成し、
このＣｄＴｅの結晶を形成したサファイア基板をエピタ
キシャル成長用基板として用い、このＣｄＴｅ結晶を形
成したサファイア基板の上にｌａｇＸＣｄＸＴｅの液相
エピタキシャル結晶層を形成している。By the way, it is difficult to obtain a large-area crystal for the CdTe substrate 2, so CdTe crystals are formed on the surface of an easily available sapphire substrate by a method such as MOCVD.
The sapphire substrate on which this CdTe crystal is formed is used as a substrate for epitaxial growth, and a liquid phase epitaxial crystal layer of lagXCdXTe is formed on the sapphire substrate on which this CdTe crystal is formed.
ここで直接サファイア基板上にｔ１ｇ＋−ｘ ＣｄＸＴ
ｅの液相エピタキシャル層を形成しない理由は、サファ
イア結晶とＨｇ＋−ｘ Ｃｄｘ Ｔｅの結晶とは格子定
数の差が大きいために、サファイア基板上に”ｇｌ−ｘ
Ｃｄ、 Ｔｅの結晶核が形成されず、従ってサファイ
ア基板上にＨｇ＋−ｘ ＣｄＸＴｅのエピタキシャル層
を成長することは困難であるためである。Here, t1g+-x CdXT is directly placed on the sapphire substrate.
The reason for not forming a liquid phase epitaxial layer of ``gl-x
This is because crystal nuclei of Cd and Te are not formed, and therefore it is difficult to grow an epitaxial layer of Hg+-x CdXTe on a sapphire substrate.
ところで従来の方法で、上記したＣｄＴｅの結晶の上に
ｆｉｇ、−ＸＣｄｘＴｅの結晶層を液相エピタキシャル
成長する際、第６図（ａ）および第６図（ｂ）に示すよ
うにサファイア基板１１の加熱によってサファイア基板
上のＣｄＴｅ結晶層１２中のＣｄ原子と、その上に形成
されるｌ１ｇ、□ＣｄＸＴｅのエピタキシャル結晶層１
３．のＨｇが相互に拡散し易（、ＣｄＴｅ結晶層１２と
Ｈｇ、ＸＣｄＸＴｅのエピタキシャル結晶層１３との境
界位置でＣｄＴｅ結晶層と）Ｉｇ＋−、ＣｄＸＴｅのエ
ピタキシャル結晶層との相互拡散層１４が形成される問
題がある。By the way, when a crystal layer of - Cd atoms in the CdTe crystal layer 12 on the sapphire substrate and the l1g, □CdXTe epitaxial crystal layer 1 formed thereon by
3. Hg easily diffuses into each other (with the CdTe crystal layer 12 at the boundary between the CdTe crystal layer 12 and the Hg, There is a problem.
この相互拡散Ｎ１４の組成は、エピタキシャル結晶のｔ
（ｇｌ−ｘ Ｃｄ＋ｃ Ｔｅの組成と一敗しないため、
このような相互拡散層１４を存するエピタキシャル層を
用いて赤外線検知素子を形成すると所定の波長に感度を
有しない不都合が有ったり、或いは検知すべき波長に対
して感度の悪い検知素子が形成さる不都合を生じる。The composition of this interdiffusion N14 is t of the epitaxial crystal.
(In order to avoid failure with the composition of gl-x Cd + c Te,
If an infrared sensing element is formed using an epitaxial layer including such an interdiffusion layer 14, there is a problem that the infrared sensing element is not sensitive to a predetermined wavelength, or a sensing element that is insensitive to the wavelength to be detected is formed. cause inconvenience.
本発明は上記した問題点を解決するもので、サファイア
基板上に形成されたＣｄＴｅの結晶層とその上に形成さ
れるＨｇ＋−ｘ Ｃｄ）Ｂ Ｔｅのエピタキシャル結晶
層とが相互拡散しない状態でＨｇ＋−ｘ Ｃｄ工Ｔｅの
エピタキシャル結晶層・が得られるようにした液相エピ
タキシャル成長方法の提供を目的とする。The present invention solves the above-mentioned problems, and allows Hg+ An object of the present invention is to provide a liquid phase epitaxial growth method that allows an epitaxial crystal layer of Cd-Te to be obtained.
ｒ課題を解決するための手段〕
一ト記目的を達成する本発明の液相エピタキシャル成長
方法は、第１図（ａ）より第１図（ｄ）迄に示すように
、基板２１上に形成予定のエピタキシャル結晶層２２の
構成原子を含む原子で形成された結晶層２３を前記基板
−ヒに予め形成後、該基板２１を前記エピタキシャル結
晶層２２の構成原子のガスの雰囲気内で加熱して、前記
基板２１上の結晶層２３に前記エピタキシャル結晶の構
成原子の気相拡散層２４を形成し、次いで前記基板２１
をエピタキシャル結晶層形成用溶融メルトに接触させて
基板上にエピタキシャル結晶層２２を形成することにあ
る。Means for Solving the Problem] The liquid phase epitaxial growth method of the present invention that achieves the above objectives is to provide a liquid phase epitaxial growth method for forming a substrate 21 on a substrate 21, as shown in FIG. 1(a) to FIG. 1(d). After forming a crystal layer 23 made of atoms containing atoms constituting the epitaxial crystal layer 22 in advance on the substrate 21, heating the substrate 21 in an atmosphere of a gas containing the atoms constituting the epitaxial crystal layer 22, A vapor phase diffusion layer 24 of constituent atoms of the epitaxial crystal is formed on the crystal layer 23 on the substrate 21, and then the substrate 21 is
The purpose is to form an epitaxial crystal layer 22 on the substrate by bringing the substrate into contact with a molten melt for forming an epitaxial crystal layer.
第１図（ａ）より第１図（ｄ）迄に示すように、ＣｄＴ
ｅの結晶層２３を予め形成したサファイア基板２１を、
Ｈｇ、Ｃｄ、 Ｔｅ原子で構成されたエピタキシャル成
長用の溶融したメルトからの蒸発したガス雰囲気内に長
時間曝すと、ＣｄＴｅの結晶層２３中にｌ１ｇ原子が拡
散して、ＣｄＴｅ結晶層２３が基板上に形成すべきエピ
タキシャル結晶層２２の構成原子と同一のｌ１ｇ５Ｃｄ
、 Ｔｅの原子で構成されることになり、基板上に直接
１１ｇ、、−０Ｃｄ、 Ｔｅのエピタキシャル結晶層２
２が形成された状態に近い状態になり、従来のようなＣ
ｄＴｅ結晶層とＨｇ＋−ｘ Ｃｄｘ Ｔｅのエピタキシ
ャル結晶層の間の相互拡散層は殆ど形成されなくなる。As shown in FIG. 1(a) to FIG. 1(d), CdT
A sapphire substrate 21 on which a crystal layer 23 of e is formed in advance,
When exposed for a long time to an evaporated gas atmosphere from a melt for epitaxial growth composed of Hg, Cd, and Te atoms, l1g atoms diffuse into the CdTe crystal layer 23, and the CdTe crystal layer 23 is formed on the substrate. l1g5Cd, which is the same as the constituent atoms of the epitaxial crystal layer 22 to be formed in
, -0Cd, Te epitaxial crystal layer 2 is formed directly on the substrate.
2 is formed, and the conventional C
Almost no interdiffusion layer is formed between the dTe crystal layer and the Hg+-x Cdx Te epitaxial crystal layer.
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。Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第２図は本発明の方法に用いたアンプルを加熱するため
の加熱炉の温度と時間の関係図である。FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the temperature and time of the heating furnace for heating the ampoule used in the method of the present invention.
前記した第５図に示すように、一対の円柱状のエピタキ
シャル成長用治具１に予め、ＣｄＴｅ結晶層２３を気相
成長させたサファイアから成るエピタキシャル成長用基
板２１を設置し、この基板の対向する位置にＨｇ、 Ｃ
ｄおよびＴｅよりなるエピタキシャル成長用メルト３を
配置した状態でアンプル４を封止した後、該アンプルを
加熱炉内の炉芯管（図示せず）内に設置する。As shown in FIG. 5 described above, an epitaxial growth substrate 21 made of sapphire on which a CdTe crystal layer 23 has been grown in vapor phase is placed in advance on a pair of cylindrical epitaxial growth jigs 1, and the substrates are placed at opposing positions. Hg, C
After sealing the ampoule 4 with the epitaxial growth melt 3 made of d and Te disposed therein, the ampoule is placed in a furnace core tube (not shown) in a heating furnace.
次いで加熱炉を加熱し、加熱炉の温度が第２図に示すよ
うに５００°Ｃに成った段階で基板を第３図（ａ）の状
態で２時間保つ。すると約５００°Ｃの温度で溶融した
メルトからの蒸発した１１ｇ原子がＣｄＴｅの結晶層２
３内に拡散する。Next, the heating furnace is heated, and when the temperature of the heating furnace reaches 500° C. as shown in FIG. 2, the substrate is kept in the state shown in FIG. 3(a) for 2 hours. Then, 11g atoms evaporated from the melt melted at a temperature of about 500°C form the CdTe crystal layer 2.
Diffusion within 3.
この場合、５００°Ｃの温度で、２時間保つ条件ではＣ
ｄＴｅの結晶層２３の表面より２μｍ程度の厚さまで１
１ｇ原子が拡散するので、予めサファイア基板２１の上
に２μｍ程度の厚さのＣｄＴｅの結晶層２３を予め形成
しておくと、このＣｄＴｅの結晶層の殆どが水銀を含む
ＣｄＴｅの結晶層になる。In this case, at a temperature of 500°C and kept for 2 hours, C
1 to a thickness of about 2 μm from the surface of the dTe crystal layer 23.
Since 1g atoms diffuse, if a CdTe crystal layer 23 with a thickness of about 2 μm is formed in advance on the sapphire substrate 21, most of this CdTe crystal layer will become a CdTe crystal layer containing mercury. .
次いでアンプルを第３図（ｂ）に示すようにしてサファ
イア基板と溶融したエピタキシャル成長用メルトとを接
触させ、メルトの温度を１“Ｃ／１分の割合で降下させ
る基板」二にＨｇ＋−ｘ ＣｄＸＴｅのエピタキシャル
層が形成される。Next, the sapphire substrate is brought into contact with the molten epitaxial growth melt as shown in FIG. 3(b), and the temperature of the melt is lowered at a rate of 1"C/1 min." An epitaxial layer of is formed.
このようにして形成されたＨｇ１−．１ＣｄＸＴｅのエ
ピタキシャル結晶の深さ方向のＸ値を測定したところ第
４図に示すような結果が得られ、従来のようなＣｄＴｅ
結晶層２３とその上に形成される”ｇ＋−ｘ ＣｄＸＴ
ｅのエピタキシャル結晶層２４との間の相互拡散層は殆
ど形成されず、サファイア基板２１上より直接Ｈｇ＋−
ｘ Ｃｄｘ Ｔｅのエピタキシャル結晶層が形成された
形となるため、このようなサファイア基板を検知素子形
成材料に用いると、所望の波長に高感度を有する高信頼
度の赤外線検知素子が得られる。Thus formed Hg1-. When we measured the X value in the depth direction of the epitaxial crystal of 1CdXTe, we obtained the results shown in Figure 4.
The crystal layer 23 and the "g+-x CdXT" formed thereon
Almost no interdiffusion layer is formed between the sapphire substrate 21 and the epitaxial crystal layer 24, and Hg+-
Since an epitaxial crystal layer of x Cdx Te is formed, if such a sapphire substrate is used as a sensing element forming material, a highly reliable infrared sensing element having high sensitivity to a desired wavelength can be obtained.
なお、ＣｄＴｅ結晶層の代わりにＣｄ＋−ｙＺｎ、 Ｔ
ｅを形成した基板を用い、Ｈｇ、 Ｃｄ、 Ｚｎ、 Ｔ
ｅから成るメルトを用い、ｌｉｇｘ Ｃｄｙ Ｚｎ２Ｔ
ｅのエピタキシャル結晶層（ｘ＋ｙ ＋ｚ ＝１）を成
長させる場合も同様なことが可能となる。Note that Cd+-yZn, T
Hg, Cd, Zn, T
Using a melt consisting of e, ligx Cdy Zn2T
The same thing can be done when growing an epitaxial crystal layer (x+y+z=1) of e.
〔発明の効果］
以Ｆの説明から明らかなように本発明によれば、基板と
その上に形成されるエピタキシャル結晶層との間で相互
拡散層が形成されないため、このようなエピタキシャル
結晶を用いて検知素子を形成すれば、高感度で高信頼度
の赤外線検知素子が得られる効果がある。[Effects of the Invention] As is clear from the explanation in F below, according to the present invention, no mutual diffusion layer is formed between the substrate and the epitaxial crystal layer formed thereon. If the sensing element is formed using the same method, a highly sensitive and highly reliable infrared sensing element can be obtained.
第１図（ａ）より第１図（ｄ）までは、は本発明の方法
を示す工程図、
第２図は本発明の方法に用いる加熱炉の温度プロフィル
図、
第３図（ａ）および第３図（ｂ）は本発明の方法の手順
を示す断面図、
第４図は本発明の方法で形成したＨｇ、−、Ｃｄ、 Ｔ
ｅの結晶層の厚さとＸ値との関係図、
第５図は従来の液相エピタキシャル成長方法の説明図、
第６図（ａ）は従来の方法で形成したエピタキシャル層
の組成図、
第６図（ｂ）は従来の方法で形成したエピタキシャル層
の断面図である。
図において、
２１は基板（サファイア基板）、２２はエピタキシャル
結晶層（Ｈｇ、−９ＣｄＸＴｅ、またはＩｌｇ、 Ｃｄ
ｙＺｎ。
Ｔｅエピタキシャル結晶層）、２３は結晶層（ＣｄＴｅ
、またはＣｄ＋−ｙ ＺｎｙＴｅ結晶層）、２４は気相
拡散層（Ｈｇ。
Ｃｄ。
Ｔｅ。
またはＨｇ。
ｄｙ
Ｚｎ。
Ｔｅ層）
を示す。
第３図
ＡさヒＸイ凛ヒのｍ係図
第４図1(a) to 1(d) are process diagrams showing the method of the present invention, FIG. 2 is a temperature profile diagram of the heating furnace used in the method of the present invention, and FIG. 3(a) and FIG. 3(b) is a cross-sectional view showing the procedure of the method of the present invention, and FIG. 4 is a cross-sectional view of Hg, -, Cd, T formed by the method of the present invention.
Figure 5 is an explanatory diagram of the conventional liquid phase epitaxial growth method. Figure 6 (a) is a composition diagram of the epitaxial layer formed by the conventional method. (b) is a cross-sectional view of an epitaxial layer formed by a conventional method. In the figure, 21 is a substrate (sapphire substrate), 22 is an epitaxial crystal layer (Hg, -9CdXTe, or Ilg, Cd
yZn. (Te epitaxial crystal layer), 23 is a crystal layer (CdTe epitaxial crystal layer)
, or Cd+-y ZnyTe crystal layer), and 24 indicates a gas phase diffusion layer (Hg. Cd. Te. or Hg. dy Zn. Te layer). Figure 3: A Sahi X I Rinhi's m diagram Figure 4
Claims (1)
２）の構成原子を含む原子で形成された半導体結晶層（
２３）を前記基板上に予め形成後、該基板を前記エピタ
キシャル結晶層の構成原子のガスの雰囲気内で加熱して
、前記基板上の半導体結晶層に前記エピタキシャル結晶
層の構成原子が気相拡散された気相拡散層（２４）を形
成し、次いで前記基板（２１）をエピタキシャル結晶層
形成用溶融メルトに接触させて基板上にエピタキシャル
結晶層を形成することを特徴とする液相エピタキシャル
成長方法。Epitaxial crystal layer (2) to be formed on the substrate (21)
2) A semiconductor crystal layer (
23) is formed on the substrate in advance, and then the substrate is heated in an atmosphere of a gas containing the constituent atoms of the epitaxial crystal layer to vapor phase diffuse the constituent atoms of the epitaxial crystal layer into the semiconductor crystal layer on the substrate. A liquid phase epitaxial growth method characterized in that a vapor phase diffusion layer (24) is formed, and then the substrate (21) is brought into contact with a molten melt for forming an epitaxial crystal layer to form an epitaxial crystal layer on the substrate.
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| JPH02263433A true JPH02263433A (en) | 1990-10-26 |
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| JPS5913697A (en) * | 1982-07-12 | 1984-01-24 | Fujitsu Ltd | Liquid phase epitaxial growth device |
| JPS62145736A (en) * | 1985-12-20 | 1987-06-29 | Fujitsu Ltd | Liquid phase epitaxial growth |
-
1989
- 1989-04-03 JP JP1085073A patent/JP2596122B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPS5913697A (en) * | 1982-07-12 | 1984-01-24 | Fujitsu Ltd | Liquid phase epitaxial growth device |
| JPS62145736A (en) * | 1985-12-20 | 1987-06-29 | Fujitsu Ltd | Liquid phase epitaxial growth |
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