JPH05315275A - 化合物半導体基板の熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 化合物半導体基板を水銀雰囲気内で熱処理す
る装置に関し、熱処理した基板を急冷することが可能
で、高温で水銀蒸気に耐え得る高価な封止バルブを必要
としない装置の提供を目的とする。 【構成】 シール材22を挟んでフランジ23により締結可
能で二分割でき、水銀雰囲気内で熱処理すべきHgCdTe基
板３を載置する基板支持台２を収容する熱処理容器1A,1
B と、該熱処理容器1A,1B の一方の容器1Bに該容器1A,1
B 内を排気し、封止バルブ26を備え、上記容器1Bとの接
続部で水銀21によって封止される凹部27を備えた排気管
25を設け、前記熱処理容器1A,1B の基板支持台２の設置
領域と、水銀21で封止される凹部27とが、別個の温度領
域となるように加熱できる加熱炉28とよりなることで構
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体基板、特に
水銀・カドミウム・テルル（HgCdTe）の化合物半導体基
板に水銀を拡散させるための熱処理装置に関する。

【０００２】HgCdTe結晶の化合物半導体基板はエネルギ
ーギャップが狭く、赤外線検知素子形成材料として広く
用いられ、現在ではHgCdTe結晶をガリウム砒素（GaAs）
基板、或いはシリコン（Si）基板のような他の異種基板
上に成長し、この成長したHgCdTe結晶に赤外線検知素子
を形成することも試みられている。

【０００３】そのため、HgCdTe結晶の化合物半導体基板
も大型の基板が形成されるようになり、赤外線検知素子
を形成するために、該HgCdTe結晶の電気導電型をｎ型、
或いはｐ型の導電型に必要に応じて制御して形成するた
めの熱処理や、或いは該HgCdTe結晶のキャリア濃度を制
御するための熱処理を必要としており、大型化したHgCd
Te基板が容易に熱処理できるような装置が望まれる。

【０００４】

【従来の技術】従来の化合物半導体基板、特にHgCdTe基
板に水銀を拡散するための熱処理装置としては、HgCdTe
基板と水銀粒とを石英ガラスやパイレックスガラス等で
形成し、一端を封止したガラス管内に真空に排気しなが
ら封入し、該HgCdTe基板と水銀粒とを封入したガラス管
を、熱処理炉内に設置し、所定の温度で加熱して熱処理
していた。

【０００５】ところが、この方法であると、ガラス管を
封止したり、熱処理後、封止したガラス管を割って熱処
理した製品を取り出す必要がある。また、一旦使用した
ガラス管の再使用も困難である等の問題があり、工程が
煩雑となったり、ガラス管を破損させるために熱処理に
於けるコストも高くなる欠点がある。

【０００６】またガラス管を用いているため、熱処理の
途中でガラス管が破損して熱処理すべき化合物半導体基
板が不良となる恐れもある。本出願人は以前に特開平2-
100331号に於いて、上記した問題点を解決する半導体基
板の熱処理装置を提案している。

【０００７】この熱処理装置は図３に示すように、左右
に二分割可能な石英ガラスよりなる熱処理容器1A,1B の
片方の容器1A内に、基板支持台２にHgCdTe基板３を立て
た状態で設置し、この熱処理容器1A,1B は加熱ヒータ４
を備えた耐圧容器５内に設置されている。

【０００８】更に該熱処理容器1A,1B は、各容器1A,1B
の開放端部に耐熱性のゴムよりなるＯリング６を挟んだ
状態で加圧棒７により、加圧されて封止されている。ま
た耐圧容器５には該容器５内に水素、またはヘリウムガ
ス等のガスを導入するためのガス導入管８が設置され、
更に耐圧容器５内を加圧するための加圧装置（窒素ガス
ボンベ等を用いたガス導入装置）９、或いは該容器５内
を減圧にするための排気ポンプ等の減圧装置11が設置さ
れている。また基板を立てて支持する基板支持台２上に
は水銀を収容した水銀収容容器12が設置されている。

【０００９】このような装置を用いて熱処理を実施する
には、熱処理容器1A,1B を左右に開いて耐圧容器５内に
ガス導入管８を通じて水素ガスを流しながら、片方の熱
処理容器1A内にHgCdTe基板３を立てた基板支持台２を設
置するとともに、水銀を収容する水銀収容容器12を設置
する。

【００１０】更に分割した熱処理容器1A,1B の片方の容
器1Bと、前記HgCdTe基板３を設置せる熱処理容器1Aとに
Ｏリング６を介した状態で、該分割された熱処理容器1
A,1Bの両方の端部を加圧棒７で加圧して締めつける。次
いで耐圧容器５内に加圧装置９を用いて窒素ガスを3Kg/
cm² の圧力に成る迄導入する。

【００１１】次いで、加熱ヒータ４で耐圧容器５内が26
0 ℃の温度になる迄加熱し、24時間その状態で保持す
る。次いで加熱ヒータ４を切り、室温迄放冷した後、耐
圧容器５内の窒素ガスを、外部にリークさせて該耐圧容
器５内の圧力を常圧に戻した後、前記加圧棒７を緩めて
熱処理容器1A,1B を開いてHgCdTe基板３を取り出して熱
処理を実施していた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】然し、この従来の装置
では、二分割可能な熱処理容器1A,1B の接続にＯリング
６を用いており、かつ熱処理容器1A,1B の両端に設けた
加圧棒７で押しつける構造であるため、気密性が低く、
水銀蒸気が漏れだし、耐圧容器５内を汚染する欠点があ
る。

【００１３】また加熱ヒータ４が耐圧容器５内に設置さ
れているため、熱処理装置全体の構造が複雑となり、装
置全体の容量が大きくなる欠点がある。更に熱処理容器
1A,1B の周囲を加熱ヒータ４を備えた耐圧容器５で囲ん
だ構造であり、耐圧容器５内の圧力を常圧に戻した状態
で加圧棒７を緩めて熱処理されたHgCdTe基板３を取り出
すために、加熱ヒータ４の電源を切断してから、かなり
の時間を経過した後、HgCdTe基板３を熱処理容器1A,1B
より取り出すことになるので、熱処理したHgCdTe基板３
を急冷することが困難である。

【００１４】そのため、熱処理したHgCdTe基板３を急冷
することが出来ないので、特に水銀の空孔濃度を所望の
値に制御して所定のキャリア濃度を有するようにしてｐ
型の導電型を付与することが出来なくなり、ｐ型の導電
型のHgCdTe結晶を形成することが困難と成る欠点を有す
る。

【００１５】本発明は上記した問題点を解決し、操作性
が良く、装置がコンパクトで、かつ急激な冷却が可能で
安全な熱処理装置の提供を目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の化合物半導体結
晶の熱処理装置は、請求項１に示すように、シール材を
挟んでフランジにより締結可能で二分割でき、水銀雰囲
気内で熱処理すべき化合物半導体基板を載置する基板支
持台を収容する熱処理容器と、該熱処理容器の一方の容
器に該容器内を排気し、封止バルブを備え、上記容器と
の接続部で水銀によって封止される凹部を備えた排気管
を設け、前記熱処理容器の基板支持台の設置領域と、水
銀で封止される凹部とが、別個の温度領域となるように
加熱できる加熱炉とよりなることを特徴とする。

【００１７】また請求項２に示すように、前記分割可能
な熱処理容器内に冷却媒体を通過させる冷却管を設ける
とともに、該熱処理容器の外周全体に冷却媒体を通過さ
せる冷却管を前記熱処理容器に埋設して設けたことを特
徴とする。

【００１８】また請求項３に示すように、前記分割可能
な熱処理容器がステンレス鋼で形成され、該分割容器の
接続箇所が弗化物よりなる耐熱ゴム製、或いは該容器よ
り軟質の金属薄膜よりなるシール材を介してネジで締結
固定されていることを特徴とする。

【００１９】また請求項４に示すように、前記化合物半
導体基板が水銀を含む２−６族化合物半導体基板である
ことを特徴とする。また請求項５に示すように、前記冷
却媒体を通過させる冷却管が、化合物半導体基板を載置
する基板支持台近傍に迄延長して設置され、前記基板設
支持台が熱伝導率の高い材料で形成されていることを特
徴とする。

【００２０】また請求項６に示すように、前記熱処理容
器の排気管の接続部の凹部が、該容器を加熱する加熱炉
の低温領域に配置され、該容器と接続する排気管と封止
バルブとを、冷却可能としたことを特徴とするものであ
る。

【００２１】

【作用】本発明の装置では、熱処理容器を二分割可能と
し、片方の熱処理容器には水銀と熱処理すべき化合物半
導体基板とを設置し、他方の熱処理容器と弗素化合物よ
り成る耐熱性のＯリング、または熱処理容器の形成材料
より軟質のニッケル、或いはアルミニウム等の金属薄板
のシール材を介してフランジでネジ止めする。そして熱
処理容器はステンレス製とする。このようにフランジを
用いて固くネジ止めして締結することで、水銀蒸気が熱
処理容器外へ漏洩するのを防止することができる。

【００２２】また熱処理容器と該容器内を排気する排気
管の接続部に凹部を設け、この凹部内に水銀を充填する
ことで、真空に排気した熱処理容器内の真空度を保つよ
うにする。またこの凹部を熱処理容器を加熱する加熱炉
の低温領域に設置することで蒸発した水銀によって封止
バルブが損傷しないようにする。

【００２３】この熱処理時に封止バルブを備えた排気管
を水冷して、蒸発した水銀蒸気を凝結して熱処理容器と
排気管の接続部の凹部内に還流させる。この操作で封止
バルブを熱による損傷から保護することが可能となる。

【００２４】ｐ型の導電型を付与するためには、HgCdTe
結晶を急冷する必要があり、そのために冷却用の液体窒
素、或いは冷却水を通過するための冷却管が熱処理容器
内に設置されている。また上記した冷却用の液体窒素、
或いは冷却水を通過するための冷却管が該熱処理容器に
埋設するようにして設けられており、これによって急冷
が可能となる。

【００２５】また化合物半導体基板を設置する設置治具
が熱伝導率の高いカーボン、或いは炭化珪素の材料で形
成されているので、急冷を行った場合でも基板が均一に
急冷され、キャリア濃度が均一なｐ型のHgCdTe結晶が得
られる。

【００２６】本発明の装置によると熱処理容器内を排気
する排気管と熱処理容器との間を水銀を用いて封止する
ことが可能であり、現時点では入手が困難な、高温で水
銀蒸気に曝されても腐蝕されない高温用封止バルブを必
要とせず、構造が簡単で操作が容易で、安全な熱処理装
置が得られる。

【００２７】

【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。図１は本発明の熱処理装置の説明図であ
る。図示するように二分割が可能で、内径が約90mmのSU
S304製の熱処理容器1A,1B の片方の熱処理容器1A内に、
直径が３インチのHgCdTe基板３を載置し、熱伝導率の良
いカーボン、或いは炭化珪素、或いは熱分解された窒化
硼素（P-BN) より成る基板支持台２が設置され、他方の
熱処理容器1Bとはフランジ23の間に弗素ゴム製の耐熱ゴ
ム、或いはニッケル、或いはアルミニウムよりなり、前
記熱処理容器1A,1B より軟質の金属薄膜よりなるシール
材22を挟んでネジ24にて固く締結されている。

【００２８】この熱処理容器1A,1B の内部は、排気管25
に連なる排気ポンプ( 図示せず) で排気され、この排気
管25と熱処理容器1A,1B の一方の容器1Bと、排気管25の
接続部には凹部27が設けられ、この凹部27内を水銀21で
充填して熱処理容器1A,1B と排気管25の間を水銀にて封
止している。

【００２９】またこの排気管25と封止バルブ26の周囲を
被覆するように、冷却管29が設置されて該排気管25と封
止バルブ26とを水冷し、蒸発した水銀21を液化して凹部
27内に還流し、また封止バルブ26が水銀21の蒸気で破損
しないようにしている。

【００３０】また熱処理容器1A,1B 内には冷却管31が該
容器1A,1B に埋設するように設置され、更に該熱処理容
器1A,1B の内部にも別個の冷却管32が延長して設置さ
れ、該冷却管32上に基板支持台２が設置されている。そ
してこの熱処理したHgCdTe基板３を急冷する必要がある
時には、この冷却管31と冷却管32の両方の冷却管内部に
液体窒素、或いは冷却水を循環させて熱処理後のHgCdTe
基板３を急冷可能な状態にして置く。

【００３１】そしてこの熱処理容器1A,1B は水銀21が収
容されている凹部27の位置まで加熱炉28内に挿入される
ように成っており、この加熱炉28は基板支持台２を設置
している領域は高温加熱領域とし、水銀21が収容されて
いる凹部27の位置は低温領域に加熱される構造となって
いる。

【００３２】このような本発明の熱処理装置を用いてHg
CdTe基板を熱処理する場合の操作方法に付いて述べる。
図2(a)に示すように、熱処理容器1A,1B の片方の熱処理
容器1A内に、直径が３インチのHgCdTe基板３を載置した
基板支持台２を設置し、水銀21を50g 秤量して充填し、
他の熱処理容器1Bとを、フランジ23の間に耐熱性の弗素
化合物のゴムよりなるＯリング、またはニッケル、或い
はアルミニウムの金属薄板よりなるシール材22を挟んで
ネジ24を用いて締結して固定する。

【００３３】このネジ止めした時点で水銀21は、HgCdTe
基板３が設置された基板支持台２が存在する側の熱処理
容器1A内に存在するようにする。そして熱処理容器1Bの
一端部に接続された排気管25より排気ポンプ( 図示せ
ず) で熱処理容器1A,1B 内を排気して封止バルブ26を閉
じる。この封止バルブ26は三方弁にして、不活性ガス、
或いは水素ガスを熱処理容器1A,1B 内に流入したり、或
いは該容器1A,1B 内を排気したり、この操作を繰り返し
該熱処理容器1A,1B内の空気を除去する。この時点では
水銀は未だ片方の熱処理容器1A内にある。

【００３４】図2(b)に示すように、熱処理容器1A,1B 内
の空気を追い出した後、封止バルブ26を閉じて熱処理容
器1A,1B を傾け、水銀21を一方の熱処理容器1Bと排気管
25の接続部の凹部27内に入れる。この時点で水銀21で一
方の熱処理容器1Bと排気管25の接続部の凹部27内が封止
され、かつ余分の水銀21が一方の熱処理容器1B内に流入
する程度の水銀を予め熱処理容器1A,1B 内に充填してお
く。

【００３５】次いで図2(c)に示すように、この熱処理容
器1A,1B を加熱炉28内に挿入し、所定の温度に保持して
熱処理を行う。例えば、ｎ型の導電型をHgCdTe基板３に
付与するには、熱処理容器1A,1B の内で熱処理容器1Aの
HgCdTe基板３が設置されている領域の温度が250 ℃の温
度となるように、また水銀21の温度は240 ℃に設定し、
24時間保持する。

【００３６】またHgCdTe基板３に1 ×10¹⁶/cm³のキャリ
ア濃度で、ｐ型の導電型を付与するには、熱処理容器1
A,1B のHgCdTe基板３が設置されている領域の温度が350
℃の温度となるように、また水銀21の温度は240 ℃に
設定し、24時間保持する。

【００３７】この熱処理の時点で、封止バルブ26と排気
管25の周囲を冷却する冷却管27の中に冷却水を通して水
冷することで、蒸発した水銀蒸気を凝結して液化し、還
流して一方の熱処理容器1Bと排気管25の接続領域の凹部
27に戻す。このようにすることで、封止バルブ26を保護
することが可能となる。

【００３８】またこのように熱処理したHgCdTe基板３は
ｎ型の導電型を付与する場合は、熱処理後に徐冷すると
良いので、加熱炉28の電源を切断してそのまま保ち、徐
冷する。

【００３９】またこのように熱処理したHgCdTe基板３に
ｐ型の導電型を付与する場合は、熱処理後、急冷する必
要があるので、熱処理容器1A,1B に埋設した冷却管31、
熱処理容器1A,1B 内に延長して設置された冷却管32に液
体窒素を蒸発した低温ガス、或いは冷却水を流して熱処
理したHgCdTe基板３を急冷すると良い。

【００４０】以上の方法でｐ型、或いはｎ型の何れの導
電型でもHgCdTe基板３に付与できる。また本実施例では
熱処理容器1A,1B を加熱する加熱炉28を横型にしている
が、縦型炉を用いても良い。またHgCdTe基板３は水平に
設置しても、或いは本実施例のように垂直に設置しても
何れでも良い。

【００４１】このような本発明の熱処理装置によると、
熱処理容器がフランジを用いてネジにより固く締結され
ているので、水銀蒸気が外部に漏洩するような事故が発
生しない。

【００４２】また熱処理容器1A,1B の片方の容器1Bと、
該容器内を排気する排気管の接続部の凹部内に水銀が充
填されて容器1A,1B 内を封止しているので、従来のよう
な高温で水銀蒸気の腐蝕に耐える高価な封止バルブを必
要としない。

【００４３】また熱処理したHgCdTe基板を急冷すること
ができるので、ｐ型の導電型を付与したHgCdTe基板を形
成することが可能となる。

【００４４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の装置による
と、熱処理容器と該熱処理容器内を排気する排気管とを
水銀で分離できるので、水銀蒸気に耐え、かつ高温に耐
える高価なバルブが不要となり、装置構造、操作が簡単
で、水銀蒸気が外部に漏洩しない安全な装置が得られ、
かつ熱処理後、基板を急冷することも可能となるので、
急冷が必要なｐ型の導電型を有するHgCdTe基板も容易に
形成することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の熱処理装置の説明図である。

【図２】 本発明の熱処理装置の操作の説明図である。

【図３】 従来の熱処理装置の説明図である。

【符号の説明】

1A,1B 熱処理容器 2 基板支持台 3 HgCdTe基板 21 水銀 22 シール材 23 フランジ 24 ネジ 25 排気管 26 封止バルブ 27 凹部 28 加熱炉 29,31,32 冷却管

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シール材（22) を挟んでフランジ(23)に
   より締結可能で二分割でき、水銀雰囲気内で熱処理すべ
   き化合物半導体基板(3) を載置する基板支持台(2) を収
   容する熱処理容器(1A,1B) と、 該熱処理容器(1A,1B) の一方の容器(1B)に該容器(1A,1
   B) 内を排気し、封止バルブ(26)を備え、上記容器(1B)
   との接続部で水銀(21)によって封止される凹部(27)を備
   えた排気管(25)を設け、 前記熱処理容器(1A,1B) の基板支持台(2) の設置領域
   と、水銀(21)で封止される凹部(27)とが、別個の温度領
   域となるように加熱できる加熱炉(28)とよりなることを
   特徴とする化合物半導体基板の熱処理装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の分割可能な熱処理容器(1
   A,1B) 内に冷却媒体を通過させる冷却管(32)を設けると
   ともに、該熱処理容器(1A,1B) の外周全体に冷却媒体を
   通過させる冷却管(31)を、該容器(1A,1B) に埋設して設
   けたことを特徴とする化合物半導体基板の熱処理装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の分割可能な熱処理容器(1
   A,1B) がステンレス鋼で形成され、該分割容器の接続箇
   所が弗化物よりなる耐熱ゴム製、或いは該容器より軟質
   の金属薄膜よりなるシール材(22)を介してネジ(24)で締
   結固定されていることを特徴とする化合物半導体基板の
   熱処理装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の化合物半導体基板(3) が
   水銀を含む２−６族化合物半導体基板であることを特徴
   とする化合物半導体基板の熱処理装置。
5. 【請求項５】 請求項２記載の冷却媒体を通過させる冷
   却管(31)が、化合物半導体基板(3) を載置する基板支持
   台(2) 近傍に迄延長して設置され、請求項１記載の基板
   設支持台(2) が熱伝導率の高い材料で形成されているこ
   とを特徴とする化合物半導体基板の熱処理装置。
6. 【請求項６】 請求項１記載の熱処理容器(1A,1B) の排
   気管(25)の接続部の凹部(27)が、該容器(1A,1B) を加熱
   する加熱炉(28)の低温領域に配置され、該容器(1A,1B)
   と接続する排気管(25)と封止バルブ(26)とを、冷却可能
   としたことを特徴とする化合物半導体基板の熱処理装
   置。