JPH04321592A - 結晶成長方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ＨｇＣｄＴｅ等の水
銀を含む化合物の結晶を成長させる結晶成長方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】水銀を含む化合物の結晶を成長させる場
合、水銀が加熱により蒸発するため、結晶成長は、通常
、密閉装置内で行なわれる。たとえば、水銀を含む化合
物の液相エピタキシャル成長を行なう縦型ディッピング
法では、密閉された装置内で水銀を含む原料融液中に基
板を浸漬し、温度を徐々に下降させていくことにより、
エピタキシャル成長を行なう。

【０００３】このような水銀を含む化合物の結晶成長に
おいて、結晶成長を行なうための密閉装置に水銀を導入
するには、従来、装置を開けて、アンプルに収容された
水銀をアンプルから装置内に移し変える方法が取られて
いた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、アンプルから
水銀を移し変える従来の方法では、水銀表面に浮く少量
の酸化物等の不純物が原料に混入する恐れがあった。ま
た、水銀の移し変え作業を大気中で行なうと、酸素およ
び水が水銀中に混入し、これらを除去することは困難で
あった。このような不純物の混入のために、形成する化
合物の残留不純物密度が高くなったり、ばらついたりす
るという問題が生じた。

【０００５】この発明の目的は、水銀を含む化合物の結
晶成長方法において、以上に示したような酸化物の混入
ならびに酸素および水の混入を防ぐことによって、純度
の高い結晶を成長するための方法を提供することにある
。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明に従う結晶成長
方法は、密閉された結晶成長装置内で、水銀を含む原料
を用いて結晶を成長させる方法において、結晶成長装置
内に水銀を供給するため、結晶成長装置に水銀蒸留装置
を接続し、大気に触れないような雰囲気下で、水銀蒸留
装置によって蒸留された水銀を結晶成長装置内に供給す
ることを特徴としている。

【０００７】この発明に用いられる水銀蒸留装置は、水
銀を精製するための蒸留装置である。この発明に従う水
銀蒸留装置は特に限定されるものではなく、水銀を蒸留
するため用いられるいかなる装置も含むことができる。 水銀蒸留装置として好ましいものには、たとえば、減圧
下で連続的に水銀を蒸留することができる大幸式蒸留装
置等を挙げることができる。

【０００８】

【作用】この発明に従う結晶成長方法では、密閉された
結晶成長装置内に水銀を供給するため、この装置に水銀
蒸留装置を接続する。そして、水銀蒸留装置により精製
した水銀を結晶成長装置内に供給する。したがって、元
の水銀中に含まれる酸化物等の不純物を取除いて、結晶
成長装置に水銀を供給することができる。また、水銀は
大気に触れないような雰囲気下で水銀蒸留装置から供給
されるため、大気中の酸素および水分が水銀中に混入す
ることが阻止される。

【０００９】

【実施例】図１に示すような装置を用いて、この発明に
従い、液相エピタキシャル成長を行なった。この装置は
、エピタキシャル成長装置２０および水銀蒸留装置４０
を備えている。

【００１０】エピタキシャル成長装置２０において、石
英管１からなる反応室２の底部にカーボンサセプタ３が
設置され、その上にるつぼ４が収められている。るつぼ
４には原料融液５が貯留される。石英管１上部の周囲に
は、石英管１よりも内径の大きな石英管６が設けられて
おり、石英管６の下端部は石英管１の外壁に継ぎ部７で
接続されている。そして、石英管１の上部、石英管６の
管壁および継ぎ部７により、環状溝２４が形成されてい
る。また、蓋体８が石英管１上方の開口部を覆うように
設けられ、蓋体８の脚部は環状溝２４に嵌込まれる。継
ぎ部７から延びる石英管６の上端には、フランジ１１が
形成され、ＳＵＳ製の円板状蓋板１２が被せられること
により密閉され、還流室１３が形成されている。また、
円板状蓋板１２には、バルブ１７が取付けられたガス供
給管１５が接続されている。反応室２内には、基板２０
を保持するカーボン製のホルダ１９が設けられている。 ホルダ１９は、蓋板１２および蓋体８を突抜けて反応室
２にまで延びる支持軸１８により支持されている。さら
に石英管１の外周にメインヒータ２１、環状溝２４の外
周にサブヒータ２２が設けられている。

【００１１】上記のように構成されたエピタキシャル成
長装置において、反応室２の周囲に設けられた環状溝２
４に水銀を貯留し、その周囲に設けられたサブヒータ２
２によって水銀を加熱する。加熱により、水銀は反応室
２内へ気化する。一方、反応室２の上方に設けられた還
流室１３内では、気化した水銀が冷却され、環状溝２４
内へ還流される。水銀の蒸気圧は、反応室２内の原料融
液から気化する水銀の蒸気圧とバランスするよう、ヒー
タ２１およびサブヒータ２２によって温度制御が行なわ
れる。このようにして、反応室全体の水銀の蒸気圧は、
平行状態により近付くよう調整されるため、原料融液に
おける水銀の組成変動はくいとめられる。

【００１２】一方、水銀蒸留装置４０において、蒸留す
べき水銀を貯留するための水銀留３４が設けられ、水銀
留３４は、コック３４ａを介してビニール管により蒸留
部３１と接続されている。蒸留部３１の周囲には、マン
トルヒータ３９が設けられている。蒸留部３１は、二重
管構造の冷却器３２に接続され、冷却器３２の下端には
、蒸留後、冷却された水銀を受けるための水銀受器３３
が設けられている。また、水銀受器３３の下端には、コ
ック３０が設けられたビニール管４４がつながれている
。水銀受器３３とエピタキシャル成長装置の還流室１３
は、このビニール管４４により接続される。また、冷却
器３２内には、冷却管３２ａおよび内管３２ｂが設けら
れている。冷却管３２ａは、冷却水（図に矢印で示す）
により冷却される一方、内管３２ｂは、トラップ３５を
介してビニール管４１と接続されている。ビニール管４
１は、水銀蒸留装置４０内を減圧にするため、減圧用コ
ック４６を介して真空ポンプ（図示せず）に接続される
。さらに、トラップ３５は、魔法瓶３７に収容される。

【００１３】このように構成された水銀蒸留装置では、
水銀留３４に蒸留すべき水銀を収容し、コック３４ａを
開けた後、ビニール管４１を介して真空ポンプ（図示せ
ず）により蒸留装置内の排気を行なう。排気によって、
水銀留３４に収容されていた水銀は蒸留部３１まで到達
する。蒸留部３１に到達した水銀をマントルヒータ３９
により加熱して蒸発させ、冷却器３２で凝集させる。こ
のとき、冷却器３２には、矢印で示すように冷却水が流
される。凝集された水銀は、水銀受器３３に受けられ、
必要に応じてコック３０を開けば、ビニール管４４を通
じて蒸留された水銀がエピタキシャル成長装置２０内に
供給される。

【００１４】上記装置を用いて、以下のとおり液相エピ
タキシャルを行なった。まず、純度６ナインのＴｅ２２
６ｇ、純度６ナインのＨｇ８０．０ｇおよび純度６ナイ
ンのＣｄＴｅ５．３２ｇを真空封入して７００℃で２時
間溶融した後、冷却させたものを原料として調製し、こ
れを内径５０ｍｍの石英製るつぼ４に収容した。一方、
基板２０として、縦１５ｍｍ、横１５ｍｍおよび厚み１
ｍｍのＣｄ０．９６Ｚｎ０．０４Ｔｅ（１１１）をカー
ボン製のホルダ１９に取付けた。また、水銀蒸留装置に
より水銀の蒸留を行ない、初留を捨てた後、ビニール管
４４に設けられたコック３０を閉め、水銀蒸留装置とエ
ピタキシャル成長装置とを、図に示すようにビニール管
４４を介して接続した。次に、蓋体８ａを環状溝２４か
ら浮かせた状態で、蓋板１２により石英管６を密封し、
ガス供給管１５よりクライオポンプを用いて、系全体が
１×１０−６Ｔｏｒｒ以下となるまで排気を行なった。 十分な排気の後、水銀蒸留装置４０のコック３０を徐々
に開け、精製された水銀を少量ずつ滴下して、環状溝２
４内に深さが約４０ｍｍとなるまで貯留させた。このよ
うにして、大気に触れない状態で精製された水銀をエピ
タキシャル成長装置内に導入することができた。水銀の
チャージが終了した後、さらに１時間程度排気を行なっ
た。その後、Ｐｄ膜を通して純化したＨ２　を４００Ｔ
ｏｒｒとなるまで還流室１３および反応室１２に導入し
た。そして、蓋体８ａを下ろしその脚部を環状溝２４に
収容された水銀に付けた。このようにして反応室２を密
閉した後、バルブ１７を閉めて還流室１３内を密閉した
。

【００１５】以上のようにして準備した装置において、
エピタキシャル成長を行なった。まず、メインヒータ２
１およびサブヒータ２２を作動させ、環状溝２４に貯留
された水銀および原料融液５の昇温を開始した。原料融
液５が５００℃および環状溝２４の水銀が２５０℃とな
ったとき、ホルダ１９に取付けた石英パドル（図示省略
）を原料融液５中に下ろし、そのまま３０ＲＰＭで回転
させて攪拌を約１時間行なった。攪拌の後、原料融液の
温度を５℃／分の速度で４７２℃まで下降させ、かつ環
状溝２４の水銀の温度を３℃／分の速度で２３５℃まで
下降させた。このような速やかな降温の後、原料融液の
温度を０．１℃／分の速度で下降させ、４７０℃となっ
たときに基板を原料融液に浸漬し、原料融液の温度が４
６５℃となった時点で、支持軸１８を上昇させて基板２
０を引上げエピタキシャル成長を終了させた。引き続き
系全体を２００℃に保持したまま２４時間熱処理を行な
った後、系全体を急冷した。

【００１６】基板上には、厚さが約２０μｍのＨｇ１−
ｘ　ＣｄｘＴｅ（ｘ＝０．２２）が成長していた。ホー
ル測定で、この成長層の電気的特性を調べたところ、７
７Ｋにおいて、ｎ型でキャリア密度が３×１０１４ｃｍ
−３、移動度が１．８×１０５　ｃｍ２Ｖ−１Ｓ−１で
あった。一方、従来法に従ってアンプルから環状溝に水
銀を移し変えた後、それ以降の工程を上記と同様にして
エピタキシャル成長させた。得られた成長層は、キャリ
ア密度が６〜１０×１０１４ｃｍ−３、移動度が１〜１
．５×１０５　ｃｍ２　Ｖ−１Ｓ−１であった。このこ
とより、この発明に従えば、従来よりもキャリア密度を
減少させることができ、したがって、より高純度のエピ
タキシャル成長層が得られることが明らかになった。

【００１７】なお、上記実施例では、液相エピタキシャ
ル成長法の一例について示したが、この発明は液相エピ
タキシャル成長法に限定されず、種々の結晶成長法に適
用できるものである。たとえば、この発明は、Ｈｇを含
む化合物の液体カプセル法にも適用できる。また、形成
される結晶も単結晶に限られず、バルク結晶を形成する
場合においてもこの発明は同様の効果を奏し得る。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に従えば
、水銀の酸化物、酸素および水等の不純物を混入させる
ことなく、結晶成長装置に精製された水銀を供給するこ
とができる。したがって、この発明は、水銀を含む化合
物について不純物がより少ない高純度の結晶を成長させ
るために効果的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に従う結晶成長方法を行なうための装
置の一例を示す部分断面図である。

【符号の説明】

２０　　エピタキシャル成長装置 ４０　　水銀蒸留装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　密閉された結晶成長装置内で、水銀を
   含む原料を用いて、結晶を成長させる結晶成長方法にお
   いて、前記結晶成長装置内に、水銀を供給するため、前
   記結晶成長装置に水銀蒸留装置を接続し、大気に触れな
   いような雰囲気下で、前記水銀蒸留装置によって蒸留さ
   れた水銀を前記結晶成長装置内に供給することを特徴と
   する結晶成長方法。