JPH02278718A - 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〕 化合物半導体の気相エピタキシャル成長装置に関し、 易蒸発性の水銀原子を含む化合物半導体結晶の成長時に
、成長した結晶より水銀原子が解離して蒸発するのを防
止するのを目的とし、 エピタキシャル成長ガスの原料液体を収容廿る蒸発器と
、該蒸発器に連なりエピタキシャル成長用基板を収容せ
る反応容器とを含み、 前記蒸発器内に導入したキャリアガスに担持されたエピ
タキシャル成長ガスを反応容器内に導入し、前記エピタ
キシャル成長用基板を加熱することで工はタキシセル成
長用ガスを分解し、基板上に化合物半導体のエピタキシ
ャル結晶を製造する装置に於いて、 前記反応容器内の圧力を前記蒸発器内の圧力より高圧に
する手段を設けたことで構成する。

〔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。

赤丼′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（Ｈｇｌ−ｘｃｄｘ　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、エピタキ
シャル成長用ガスの原料液体の水言艮、ジメチルカドミ
ウムおよびジエチルテルル収容せる蒸発器内にキャリア
ガスとしての水素ガスを導入し、該キャリアガスとして
の水素ガスに担持された水銀、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エピ
タキシャル成長用基板を設置している反応容器内に導入
する。

そしてエピタキシャル成長用基板を設置しているグラフ
ァイトよりなるサセプタを加熱して基板を加熱するとと
もに、反応容器内を加熱して前記反応容器内に導入され
た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　Ｏ　Ｃ　Ｖ　Ｄ　（Ｍｅｔａ
ｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；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ついて
述べる。

第３図は従来の気相エピタキシャル成長装置で反応容器
内の圧力と蒸発器内の圧力を１気圧の等圧にて用いる装
置の模式図で、図示するように石英よりなる反応容器１
内に、エピタキシャル成長用のＣｄＴｅの基板２を設置
したカーボン製のサセプタ３を設置し、該反応容器ｌの
周囲にサセプタ３を加熱するための高周波誘導コイル４
を設置する。

更に反応容器管１に連なるガス導入管５は分岐され、分
岐されたガス導入管５八に水銀６を収容した水銀蒸発器
７が接続され、更に分岐されたガス導入管５Ｂに図示し
ないがジエチルテルルを収容した蒸発器が接続され、ま
た分岐されたガス導入管５Ｃには図示しないがジメチル
カドミウムを収容した蒸発器が接続されている。そして
各蒸発器に連なるガス導入管５Ａ．５Ｂ，５Ｃのそれぞ
れより、水銀を担持した水素ガス、ジエチルテルルを担
持して水素ガス、ジメチルカドミウム担持した水素ガス
がそれぞれ反応管ｌ内に導入される。

また反応容器１のガス流出側には内部が中空のキャップ
８が設けられ、該キャップ８を介してガス排出管９を通
じてエピタキシャル成長後の廃ガスが排出される構造と
なっている。

そして反応容器１の周囲に設けた高周波誘導コイルに通
電することでサセプタ３を加熱し、反応容器内に導入さ
れたエピタキシャル成長用ガスを分解して基板上にエピ
タキシャル成長用ガスの成分を付着することでエピタキ
シャル結晶を成長している。

また従来の装置として第４図に示すようにガス排出管９
の途中に排気ポンプ１０を設けるとともに、ガス導入管
５に圧力計１１とニードルバルブより成る圧力調整器１
２を設け、排気ポンプ１０で反応容器１内を排気して反
応容８１内を減圧にした状態でエピタキシャル成長用ガ
スを反応容器１内に導入してエピタキシャル成長する減
圧エピタキシャル成長装置がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところでＣｄＴｅｉ板上にエピタキシャル成長するＨｇ
＋□Ｃｄ．　Ｔｅのエピタキシャル層の水銀は、易蒸発
性の原子であり、エピタキシャル成長時の基板の加熱温
度に対応した所定の解離圧によって成長中のＨｇ，−、
　ｃａＸＴｅのエピタキシャル結晶より蒸発している。

そのため、このＣｄＴｅ基板の上にＨｇｌ−ｘ　Ｃｄｘ
　Ｔｅの結晶をエピタキシャル成長するには、上記した
水銀の解離圧以上の分圧で水銀ガスを供給する必要があ
る。

このように反応容器内で、成長するＨｇｌ−ｘ　Ｃｄ。

Ｔｅのエピタキシャル結晶中に於ける水銀の解離圧以上
の分圧で水銀ガスを供給するには、前記した第３図に示
した反応容器と蒸発器を常圧で設定した装置に於いては
、反応容器内の水銀ガスの分圧を成長中のＨｇｌ−ｘ　
Ｃｄｘ　Ｔｅのエピタキシャル層の解離圧より高く保っ
て供給する必要があり、そのために水銀蒸発器を高温で
加熱して水銀ガスの分圧を上記した解離圧以上の圧力で
供給する必要がある。

また反応容器内の圧力を蒸発器内の圧力より減圧にする
第４図に示した装置では、反応容器内の圧力が１気圧以
下であるので、反応容器内の水銀ガスの分圧が解離圧よ
り更に低下する傾向にある。

そのため、第３図で示した反応容器の圧力を常圧で設定
する装置よりも更に高温で水銀蒸発器を加熱して水銀ガ
スの分圧を高める方法を採らねば成らず、このように高
温で水銀蒸発器を加熱すると、ジメチルカドミウム、ジ
エチルテルルと混合する際、これ等の有機金属を分解す
るような不都合がある。

本発明は上記した問題点を解決し、反応容器内で成長中
の”ｇ＋−ｘ　Ｃｄｘ　Ｔｅのエピタキシャル結晶より
水銀原子が蒸発する解離圧を下回らない水銀分圧を有す
る水銀ガスが供給できるようにした装置の提供を目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

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ピタキシャル成長
ガスの原料液体を収容せる蒸発器７と、該蒸発器に連な
りエピタキシャル成長用基板２を収容せる反応容器１と
を含み、 前記蒸発器７内に導入したキャリアガスに担持されたエ
ピタキシャル成長ガスを反応容器１内に導入し、前記エ
ピタキシャル成長用基板２を加熱することでエピタキシ
ャル成長用ガスを分解し、基板上に化合物半導体のエピ
タキシャル結晶を製造する装置に於いて、 前記反応容器１内の圧力を、前記蒸発器７内の圧力より
高圧にする加圧手段２１を設けたことにある。

〔作　用〕

本発明の装置は、解離圧の高い水銀を収容する蒸発器内
の圧力よりも反応容器内の圧力を高めることで、反応容
器内のガス（エピタキシャル成長用ガスとキャリアガス
）の全体の圧力を高め、それによって反応管内に導入さ
れている水銀ガスの分圧をも高めるようにする。

そしてこの反応容器内の圧力を加圧する加圧力をＡｍ　
Ｈｔｌすることで反応容器内に於けるガスの全圧を高め
ることで反応容器内に於ける水銀ガスの分圧を高め、そ
れによってエピタキシャル成長中のＨｇ＋−ｘ　Ｃｄ）
（Ｔｅ結晶より水銀原子が蒸発する水銀の解離圧より、
反応容器内の水銀原子の分圧を高く保つことができる。

これによって、エピタキシャル成長中のＨｇ＋−ｘ　Ｃ
ｄｘ　Ｔｅの結晶より水銀が蒸発するのを防ぎ水銀原子
の不足しない高品質のｌｌｌ−＋−ｘＣｄ、　Ｔｅのエ
ピタキシャル結晶が成長できる。

〔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
例を示す模式図である。

図示するように本発明の装置が従来の装置と異なる点は
、反応容器１と蒸発器（水銀蒸発器７）との間のガス導
入管５に反応容器１内を加圧する加圧器２１を設けた点
と、ガス排出管９にニードルバルブより成る流量制御器
２５を設けた点にある。

また加圧器２１のガス導入側にはニードルバルブのよう
な流量制御器２２を設け、加圧器２１のガス排出側には
圧力計２３と開閉バルブ２４を設ける。

このような本発明の装置の動作に付いて説明する。

図示するように、キャップ８を開いてエピタキシャル成
長用基板２をサセプタ３上に設置した後、キャンプ８を
閉じて反応容器１内を排気する。

次いで水銀蒸発器７内に水素ガスを導入する。

この蒸発器の温度を温度制御器２６により２５０　’Ｃ
の温度に保つと、この温度に該当して蒸発器内の水銀の
分圧は０．０９気圧の圧力となる。

次いで水銀蒸発器７内に導入する水素ガスの流量を０．
３　ＳＬＭ（Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｌｉｔｅｒ／Ｍｉｎ、
　０　”Ｃ１気圧）とし、エピタキシャル成長ガスとキ
ャリアガスとの全体のガスの流量を６ＳＬＭとして流す
と、水銀ガスの濃度は薄められ、その分圧は１気圧のも
とでは第（１）式のように成る。

０．３　Ｘｏ、０９／６　＝０．００４５気圧・・・・
・・・・・（１）次いで開閉バルブ２４を開放にし、流
量制御器２５を閉じて加圧器２１のピストン２７を上部
に押し上げて加圧器内を３気圧に加圧する。するとボイ
ルの法則（気体の圧力はその容積に反比例する）により
水銀の分圧は０．００４５Ｘ３　＝０．０１３５気圧に
なる。

ここでＨｇｌ−ｘ　Ｃｄ、　Ｔｅ（ｘ＝０．２）のエピ
タキシャル結晶を得るための基板の加熱温度は４１０″
Ｃであり、この温度に於ける水銀の分圧ＰＭ、は、文献
（ＴｕｎｇＪ、Ｖａｃｕｍ　５ｏｃｉｅｔｙ　Ｔｅｃｈ
ｎｏｌｏｇｙ　２１　（１）　１９８２　ｐ、１１７）
により第（２）弐で与えられる。

１０ｇ＋ｏ　Ｐ）Ｉｇ＝　−６５３６／（Ｔ　＋２７３
）＋７．５６２１”””（２）第（２）式より算出して
Ｐ　Ｍ、　＝　０．００９８気圧を得る。

このエピタキシャル成長温度に於けるＨｇｌ−１ＩＣｄ
ＸＴｅのエピタキシャル結晶より水銀が蒸発する解離圧
（上記したＰ。−０，００９８気圧）は、水銀蒸発器を
加圧しない時の反応容器内に於ける水銀の分圧の値の０
．００４５気圧より大きいために、もし反応容器内を加
圧しないとＨｇｌ−ｘ　Ｃｄｘ　Ｔｅの結晶より水銀原
子が解離する。

これに対して本実施例に於けるように、反応容器内の圧
力を、上記加圧器２１を用いて例えば３気圧に加圧する
と、反応容器内に於ける水銀分圧は０．０１３５気圧に
なり１．水銀ガスの分圧がＨｇ１−ｘ　ＣｄｘＴｅの結
晶より解離する水銀の解離圧の０．００９８気圧より大
になるので、ＩＩＬ−ｘ　ＣｄＸＴｅのエピタキシャル
結晶より水銀が解離するのが抑えられ、水銀原子の不足
しないエピタキシャル結晶が得られる。

このようにして反応容器内の圧力を蒸発器の圧力を高め
た状態でエピタキシャル成長すると、反応容器内に占め
るガスの全圧が高くなり、それに伴って反応容器内の水
銀ガスの分圧も高くなるので、成長中のＨｇ１−ｘ　Ｃ
ｄｘ　Ｔｆ３結晶からの水銀の解離圧より高くなるため
、水銀原子の不足を生じない組成の均一なｌ−１ｇ１−
ＸＣｄえＴｅ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、エピタキシャル成長している
１１ｇ１−ＸＣｄＸＴｅの結晶より水銀原子が解離しな
いので、水銀原子の不足しない高品質のＩｌｇ、−ｘ　
Ｃｄ、　Ｔｅのエピタキシャル結晶が得られる効果があ
る。

閉バルブ、２６は温度制御器、２７はピストンを示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の原理図、 第２図は本発明の装置の一実施例を示す模式図、第３図
は従来の常圧型気相エピタキシャル成長装置の模式図、 第４図は従来の減圧型気相エピタキシャル成長装置の模
式図である。 図において、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 エピタキシャル成長ガスの原料液体を収容せる蒸発器（
   ７）と、該蒸発器に連なりエピタキシャル成長用基板（
   ２）を収容せる反応容器（１）とを含み、前記蒸発器内
   に導入したキャリアガスに担持されたエピタキシャル成
   長ガスを反応容器内に導入し、前記エピタキシャル成長
   用基板を加熱することでエピタキシャル成長用ガスを分
   解し、基板上に化合物半導体のエピタキシャル結晶を製
   造する装置に於いて、 前記反応容器（１）内の圧力を、前記蒸発器（７）内の
   圧力より高圧にす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。