JPH04362083A - Ii−vi族化合物半導体多結晶の合成方法 - Google Patents
Ii−vi族化合物半導体多結晶の合成方法Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
水平ブリッジマン法による結晶成長における容器の構造
に適用して特に有効な技術に関し、例えばCdTeのよ
うなII−VI族化合物半導体多結晶の合成に利用して
好適な技術に関する。
るためには、先ずII族元素とVI族元素から化合物半
導体の多結晶を合成する必要がある。従来、II−VI
族化合物半導体の合成は密閉型アンプル内にII族元素
と、VI族元素を各々単体として真空封入し、電気炉で
融点以上に昇温して直接合成を行っていた。この種の合
成方法を適用した発明としては、例えば原料の入った石
英アンプルを金属製ボンベ内に入れ、ボンベとアンプル
との間にはアンプル内の原料と同等の材料を充填して加
熱し、アンプル内の圧力上昇分に見合う圧力を外部から
印加させてアンプルの破壊を防止しつつ合成する方法(
特開昭58−157140号)や、石英アンプル内の圧
力に見合った圧力を原料元素の蒸気圧に基づいて決定し
、該圧力を外部から加えながら反応を進行させる方法(
特開昭64−22399号)がある。
族化合物半導体のうちCdTe単結晶は赤外線検出器(
赤外線CCD、温度センサ等)や放射線検出器用の基板
としての用途がある。このうち赤外線検出器にあっては
、CdTe基板の上にHgCdTe層を形成し、基板を
透過した赤外線をHgCdTe層で捕らえて電圧に変換
して検出するため、CdTe単結晶基板は赤外線の透過
率が高くかつ透過率の波長依存性が少ないことが望まれ
ている。しかるに上記先願発明の方法のように石英アン
プルを使用して合成したCdTe多結晶にあっては、ア
ンプル材料の成分たるSi(シリコン)が合成多結晶中
に不純物として混入し、このCdTe多結晶から育成さ
れたCdTe単結晶基板を用いた赤外線検出器にあって
は基板の赤外線透過率が波長によって変化してしまい、
所望の特性が得られないという問題点があることが分か
った。
もので、その目的とするところは、CdTe単結晶基板
の赤外線透過率の波長依存性を低減し、CdTe単結晶
基板を用いた赤外線検出器の特性を向上させ得るような
CdTe多結晶合成技術を提供することにある。
本発明は、2以上の原料元素を半密閉型のpBN製内側
容器内に配置し、さらにこの内側容器を耐熱性の外側容
器に入れて真空封止したのち、これらを加熱装置によっ
て加熱して昇温させ、上記pBN製容器内の原料元素を
融解、反応させてから徐々に温度を下げることにより結
晶を育成するようにしたものである。
適用した場合について説明する。図1には、本実施例の
CdTe多結晶の合成に使用する装置の構成例が示され
ている。図1において、1は高圧炉であり、この高圧炉
1には配管2aを介して真空ポンプ6が、また配管2b
を介して加圧装置3がそれぞれ接続されており、真空ポ
ンプ6により高圧炉1内の空気を排気した後配管2bよ
りN2ガス等を導入して内部ガスを置換し、さらに加圧
装置3によりN2ガス等を圧入して高圧炉1内の圧力を
調整できるように構成されている。また、高圧炉1には
第3の配管2cが接続されており、その途中に設けられ
たバルブ7を開いて炉内に圧入されたガスを排気できる
ように構成されている。上記加圧装置3としては、例え
ば高圧ガスボンベを使用し、そのガスの圧力を減圧弁で
減圧してそれを圧力コントローラ8を通して高圧炉1内
に供給させ、所望の圧力に設定するような構成が考えら
れる。そして、この実施例では、上記高圧炉1の中心に
pBN製内側容器4aと石英製外側容器4bとからなる
二重構造の合成容器4が配置され、この合成容器4を包
囲するようにヒータ5が設けられている。
示されている。この実施例の内側容器4aは、特に限定
されないが、茶筒状構造になっている。すなわち、内側
容器4aは、一端が閉塞、他端が開口された円筒41と
、この円筒41の開口端の外形と同一もしくは僅かに大
きな内径を有する開口部を持つ円筒状蓋体42とから構
成され、円筒41の開口端より原料元素を入れてから円
筒状蓋体42を円筒41の開口端に嵌合させることで容
器内に封入するように構成されている。円筒41と円筒
状蓋体42はともにpBN製である。
口端側に向かって径が徐々に大きくなるように形成され
ており、これによって合成後の多結晶を取り出し易くさ
れている。一方、上記円筒状蓋体42は開口端側が大径
、閉塞端側が小径となるように形成され、大径部42a
と小径部42bとの間にはテーパ部42cが形成されて
いる。これによって、円筒状蓋体42を円筒41に嵌合
させるときに、円筒41の端部が円筒状蓋体42のテー
パ部42cに当接するまで押し込むことによって、作業
者が異なっても容易に所定長さだけ嵌合させることがで
きる。さらに、上記円筒状蓋体42のテーパ部42cに
は、細孔42dが形成されており、嵌合状態で外側の圧
力を下げることにより容器内部を真空にできるようにな
っている。
の合成方法について説明する。先ず、純度が6N(99
.9999%)のII族元素のCdと、同じく純度が6
NのVI族元素のTeを、化学当量比になるように秤量
し、それを内側容器4aの円筒41内に入れて円筒状蓋
体42で蓋をする。次に、その内側容器4aを外側容器
4b内に入れ、外側容器4b内が2×1/106Tor
r以下になるまで真空に引いてからバーナーで封止する
。そして、上記二重密閉容器4をヒータ5とともに高圧
炉1内に収納した後、加圧装置3により、高圧炉1内に
2kg/cm2Gの圧力のN2ガスを供給する。原料合
成時の容器内圧力の上昇による容器の破壊を防止するた
めである。 上記N2ガスの供給開始と同時に、ヒータ5による二重
密閉容器4の加熱を開始する。炉内温度が、Teの融点
を超えた時点(例えば600℃)または容器温度が急速
に上昇したことを検出した時点でヒータ5への供給電力
を下げると共に、加圧装置3により高圧容器1内の圧力
を4kg/cm2Gまで高める。
がり始めるので、ヒータ5による加熱力を再び高め、二
重密閉容器4の温度をCdTeの融点である1092℃
以上に上昇させ、容器内の化合物を完全に融解させる。 その後、組成の均一化を行うため、容器温度を1100
℃〜1130℃付近に1時間保持する。この間に、高圧
容器1内の圧力を2kg/cm2Gまで減圧しながらヒ
ータ5への給電を停止して、炉冷により室温まで冷却し
て容器を取り出す。
をブロック状に分割し、そのブロックを粒状のZnTe
塊とともに逆円錐台状のpBN製るつぼに入れ、さらに
このるつぼを石英製アンプルに入れて真空封止し、例え
ば図3に示すような縦型炉内に設置して、垂直グラディ
エント・フリージング法により単結晶を育成する。上記
石英製アンプル10は、下部にCd蒸気圧制御用のリザ
ーバ部11を有するものを使用すると良い。また、ヒー
タ14はるつぼ載置部とリザーバ部11を別々の温度に
加熱できるものを用いるのがよい。
CdTe多結晶ブロック3個(1.5kg)を所定量の
ZnTeとともにpBN製るつぼ13に入れ、図3に示
す装置によってCdTe単結晶の成長を行なった。Zn
Teの量はCdTe単結晶中のZnの含有量が3mol
%となるように決定した。また、石英製アンプル10の
リザーバ部11には純度6NのCdを10g入れた。石
英製アンプル10は内部を約2×1/106Torrに
真空引きしてからバーナーで封止した。ヒータ14に給
電して融点以上まで加熱、昇温してから、アンプル10
内が1.3atmとなるようにリザーバ部11を約79
5℃に加熱しながらルツボ底側が低くなるような温度勾
配を保ちつつ徐々に冷却して固化させた。
取り出して、単結晶ウェハを切り出してエッチングした
後赤外線透過率を測定した。図4にその測定結果を示す
。同図より、上記実施例によって得られたCdTe単結
晶は、波長2μm−20μmの範囲に亘って、赤外線透
過率が約60%で一定であることが分かる。一方、比較
のため、図1における内側容器4aを石英製容器とした
ものでCdTe多結晶を合成し、さらにこの合成多結晶
を用いて図3の装置で単結晶の育成を行なった。育成さ
れたCdTe結晶を取り出して、単結晶ウェハを切り出
してエッチングした後赤外線透過率を測定した。図5に
その測定結果を示す。同図より、従来方法によって得ら
れたCdTe単結晶は、波長2−4μmで赤外線透過率
が60%であったものが波長4μmから透過率が徐々に
下がり、波長20μmでは37%まで低下していること
が分かる。
石英製のものを使用したが、容器の材質はこれに限定さ
れるものでなく耐熱性のあるもので高純度品であれば良
い。望ましくは真空引きしたのち気密状態に封止しやす
い材質がよい。また、上記実施例ではpBN製内側容器
4aの形状を茶筒状としているがそれに限定されるもの
でない。ただし、内側容器4aを上部が解放された皿状
にするとCdとTeの合成反応時に原料が容器から溢れ
てしまう。また、内側容器4aを縦方向に長い形状にす
ると、合成進行中に生じたCdTeが原料融液の表面に
浮き上がって蓋のように融液を覆うため、その後、融液
が突沸すると容器が破裂するおそれがある。従って、内
側容器4aの形状としては、実施例のように横長でかつ
蓋付きのものが望ましい。
原料元素を半密閉型のpBN製内側容器内に配置し、さ
らにこの内側容器を耐熱性の外側容器に入れて真空封止
したのち、これらを加熱装置によって加熱して昇温させ
、上記pBN製容器内の原料元素を融解、反応させてか
ら徐々に温度を下げることにより結晶を育成するように
したので、CdTe単結晶基板の赤外線透過率の波長依
存性を低減し、CdTe単結晶基板を用いた赤外線検出
器の特性を向上させることができるという効果がある。
を示す断面正面図である。
断面図である。
成されたCdTe単結晶の赤外線透過率の測定結果を示
すグラフである。
成されたCdTe単結晶の赤外線透過率の測定結果を示
すグラフである。
Claims (2)
- 【請求項1】 2以上の原料元素を半密閉型のpBN
製内側容器内に配置し、さらにこの内側容器を耐熱性の
外側容器に入れて真空封止したのち、これらを加熱装置
によって加熱して昇温させ、上記pBN製容器内の原料
元素を融解、反応させてから徐々に温度を下げることに
より結晶を育成するようにしたことを特徴とするII−
VI族化合物半導体多結晶の合成方法。 - 【請求項2】 上記外側容器は石英製であることを特
徴とする請求項1記載のII−VI族化合物半導体多結
晶の合成方法。
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CN116555912A (zh) * | 2023-05-29 | 2023-08-08 | 武汉拓材科技有限公司 | 一种碲化镉多晶料的制备装置 |
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- 1991-06-07 JP JP3163495A patent/JP2517803B2/ja not_active Expired - Lifetime
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