JPH06177038A - 分子線エピタキシー法による水銀カドミウムテルル薄膜の形成方法およびそれに用いる基板ホルダー - Google Patents
分子線エピタキシー法による水銀カドミウムテルル薄膜の形成方法およびそれに用いる基板ホルダーInfo
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- JPH06177038A JPH06177038A JP32904992A JP32904992A JPH06177038A JP H06177038 A JPH06177038 A JP H06177038A JP 32904992 A JP32904992 A JP 32904992A JP 32904992 A JP32904992 A JP 32904992A JP H06177038 A JPH06177038 A JP H06177038A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】ＭＢＥ法によりＨｇＣｄＴｅを基板上に成長さ
せる際に、成長中の基板温度の変動を抑制して均一性の
高い高品質なＨｇＣｄＴｅ薄膜を形成する。 【構成】基板ホルダーの黒鉛素材により構成されたサセ
プタの表面上に基板を載置し、この基板上にＨｇＣｄＴ
ｅ薄膜をＭＢＥ法により形成する。
せる際に、成長中の基板温度の変動を抑制して均一性の
高い高品質なＨｇＣｄＴｅ薄膜を形成する。 【構成】基板ホルダーの黒鉛素材により構成されたサセ
プタの表面上に基板を載置し、この基板上にＨｇＣｄＴ
ｅ薄膜をＭＢＥ法により形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、分子線エピタキシー
（以下、ＭＢＥ、と称す）法による水銀カドミウムテル
ル（以下、ＨｇＣｄＴｅ、と称す）薄膜の形成方法およ
びそれに用いる基板ホルダーに関する。
（以下、ＭＢＥ、と称す）法による水銀カドミウムテル
ル（以下、ＨｇＣｄＴｅ、と称す）薄膜の形成方法およ
びそれに用いる基板ホルダーに関する。
【０００２】
【従来の技術】ＭＢＥ法は、超真空中で結晶の個々の構
成元素をそれぞれ別々の蒸発るつぼに入れて、このるつ
ぼを加熱して蒸発させ、出てくる蒸気を分子線の形で加
熱されている基板に当てて、その真空室内で基板ホルダ
ーにより保持されている基板上に単結晶薄膜を成長させ
る方法で、赤外線検出器を製造するためのＨｇＣｄＴｅ
薄膜の形成はこの方法を用いる。
成元素をそれぞれ別々の蒸発るつぼに入れて、このるつ
ぼを加熱して蒸発させ、出てくる蒸気を分子線の形で加
熱されている基板に当てて、その真空室内で基板ホルダ
ーにより保持されている基板上に単結晶薄膜を成長させ
る方法で、赤外線検出器を製造するためのＨｇＣｄＴｅ
薄膜の形成はこの方法を用いる。
【０００３】図４は従来技術のＭＢＥ法およびその基板
ホルダーを示す図である。基板ホルダ２０はサセプタ部
２２とそれを保持する円筒状体部２１とがモリブデンに
より一体的に構成されている。モリブデンのサセプタ部
２２の表面の中央部２４上に基板３が融点約３０℃のガ
リウム９により接着され、分子線の照射前には表面の周
辺部２３はその構成素材のモリブデンが露出している。
また、基板ホルダ２０のサセプタ部２２の裏面に基板温
度をモニターするための熱電対６が接触し、その下の円
筒状体部２１の内側に載置してあるヒータ７の電力を制
御している。
ホルダーを示す図である。基板ホルダ２０はサセプタ部
２２とそれを保持する円筒状体部２１とがモリブデンに
より一体的に構成されている。モリブデンのサセプタ部
２２の表面の中央部２４上に基板３が融点約３０℃のガ
リウム９により接着され、分子線の照射前には表面の周
辺部２３はその構成素材のモリブデンが露出している。
また、基板ホルダ２０のサセプタ部２２の裏面に基板温
度をモニターするための熱電対６が接触し、その下の円
筒状体部２１の内側に載置してあるヒータ７の電力を制
御している。
【０００４】この基板３上に緩衝層としてカドミウムテ
ルル（以下、ＣｄＴｅ、と称す）薄膜をＭＢＥ法により
形成し、その上にＨｇＣｄＴｅをＭＢＥ法により形成す
ると、これらの薄膜２は基板３上に成長され、また露出
せるモリブデンの周辺表面部２３上にも成長堆積され
る。
ルル（以下、ＣｄＴｅ、と称す）薄膜をＭＢＥ法により
形成し、その上にＨｇＣｄＴｅをＭＢＥ法により形成す
ると、これらの薄膜２は基板３上に成長され、また露出
せるモリブデンの周辺表面部２３上にも成長堆積され
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
技術では、周辺表面部２３は、当初は熱輻射率が低い
（熱の放射が起こりにくい）モリブデン表面となってい
るが、これがＭＢＦ成長により熱輻射率が高いＣｄＴｅ
表面やＨｇＣｄＴｅ表面となり放熱作用が大きくなって
いく。しかもモリブデン表面は鏡面状態ではなく凹凸面
となっているからそこに堆積されるＣｄＴｅやＨｇＣｄ
Ｔｅの実効的な表面積は広くなりのその輻射放熱効果は
大となり、このためにサセプタ表面全体の温度が低下し
その中央部２４上の基板３の温度も同様に低下してい
く。
技術では、周辺表面部２３は、当初は熱輻射率が低い
（熱の放射が起こりにくい）モリブデン表面となってい
るが、これがＭＢＦ成長により熱輻射率が高いＣｄＴｅ
表面やＨｇＣｄＴｅ表面となり放熱作用が大きくなって
いく。しかもモリブデン表面は鏡面状態ではなく凹凸面
となっているからそこに堆積されるＣｄＴｅやＨｇＣｄ
Ｔｅの実効的な表面積は広くなりのその輻射放熱効果は
大となり、このためにサセプタ表面全体の温度が低下し
その中央部２４上の基板３の温度も同様に低下してい
く。
【０００６】すなわち、サセプタ部自身の温度を裏面側
の熱電対６で検知し、これによりヒータ電力を制御して
サセプタ部自身の温度を一定にしても、ＣｄＴｅやＨｇ
ＣｄＴｅのＭＢＥ成長による熱輻射による表面温度の低
下には追従できず、この熱的非定常状態におけるＭＢＥ
成長により、サセプタ部２２の表面温度すなわち基板３
の温度を所定の一定な値にしてＣｄＴｅやＨｇＣｄＴｅ
のＭＢＥ成長を進行させていくことは不可能となる。
の熱電対６で検知し、これによりヒータ電力を制御して
サセプタ部自身の温度を一定にしても、ＣｄＴｅやＨｇ
ＣｄＴｅのＭＢＥ成長による熱輻射による表面温度の低
下には追従できず、この熱的非定常状態におけるＭＢＥ
成長により、サセプタ部２２の表面温度すなわち基板３
の温度を所定の一定な値にしてＣｄＴｅやＨｇＣｄＴｅ
のＭＢＥ成長を進行させていくことは不可能となる。
【０００７】すなわち、熱電対により制御しているサセ
プタ自身の温度が成長時間に対して一定となっていて
も、図５（ｂ）に示すように、サセプタ部の表面側の温
度、すなわち基板の温度を赤外線を利用したパイロメー
タ温度計で測定すると堆積するＨｇＣｄＴｅ薄膜の厚み
が増えるにつれてどんどん放熱量が大きくなり、当初約
１９０℃あったものが１時間成長していくと約２４℃低
下し、一定以上の膜厚に達するとほぼ飽和する。
プタ自身の温度が成長時間に対して一定となっていて
も、図５（ｂ）に示すように、サセプタ部の表面側の温
度、すなわち基板の温度を赤外線を利用したパイロメー
タ温度計で測定すると堆積するＨｇＣｄＴｅ薄膜の厚み
が増えるにつれてどんどん放熱量が大きくなり、当初約
１９０℃あったものが１時間成長していくと約２４℃低
下し、一定以上の膜厚に達するとほぼ飽和する。
【０００８】このようにモリブデンによるサセプタ部を
用いると基板が載置されない周辺表面部の影響により、
サセプタ部の表面温度すなわち基板温度がＨｇＣｄＴｅ
薄膜の堆積とともに変化してしまう。ＨｇＣｄＴｅ薄膜
が均一な結晶性を有するためにはその成長時の基板温度
は１℃以内に安定していることが要求され、約１℃変化
しただけでも単結晶が得られなくなる場合が生じる。
用いると基板が載置されない周辺表面部の影響により、
サセプタ部の表面温度すなわち基板温度がＨｇＣｄＴｅ
薄膜の堆積とともに変化してしまう。ＨｇＣｄＴｅ薄膜
が均一な結晶性を有するためにはその成長時の基板温度
は１℃以内に安定していることが要求され、約１℃変化
しただけでも単結晶が得られなくなる場合が生じる。
【０００９】一方、基板温度を安定化させるために薄膜
堆積にともない、一定の割合でヒータへの供給電力を増
加させる方法も考えられるが、薄膜の成長速度を変えた
場合、あるいはＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＧａＡｓやＳ
ｉなどのように基板の大きさ（面積）が異なる場合、放
射される熱量が複雑に変化するのでヒータへの供給電力
を制御して基板を所定の一定温度に維持することは困難
である。
堆積にともない、一定の割合でヒータへの供給電力を増
加させる方法も考えられるが、薄膜の成長速度を変えた
場合、あるいはＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＧａＡｓやＳ
ｉなどのように基板の大きさ（面積）が異なる場合、放
射される熱量が複雑に変化するのでヒータへの供給電力
を制御して基板を所定の一定温度に維持することは困難
である。
【００１０】また基板ホルダーのサセプタ部２２の表面
の全面を基板３で被覆すれば良いわけである。しかしな
がら、基板の大きさはその基板材料の製造技術に影響さ
れ、Ｓｉの場合は３インチ径以上の基板が作れるが、Ｃ
ｄＴｅやＣｄＺｎＴｅでは材料自身が弱く脆いので面積
の小さい基板しか作れず、ＧａＡｓではＳｉとＣｄＴｅ
やＣｄＺｎＴｅの中間の大きさ基板しか作れないから、
使用する基板によってサセプタ部の表面の全面を被覆す
ることができず実用的ではない。
の全面を基板３で被覆すれば良いわけである。しかしな
がら、基板の大きさはその基板材料の製造技術に影響さ
れ、Ｓｉの場合は３インチ径以上の基板が作れるが、Ｃ
ｄＴｅやＣｄＺｎＴｅでは材料自身が弱く脆いので面積
の小さい基板しか作れず、ＧａＡｓではＳｉとＣｄＴｅ
やＣｄＺｎＴｅの中間の大きさ基板しか作れないから、
使用する基板によってサセプタ部の表面の全面を被覆す
ることができず実用的ではない。
【００１１】このように従来技術ではＨｇＣｄＴｅ薄膜
の結晶性および再現性が著しく低く、結晶の電気特性や
この薄膜により製造される赤外線検出器の検出波長帯が
結晶ごとにばらつくという問題があった。
の結晶性および再現性が著しく低く、結晶の電気特性や
この薄膜により製造される赤外線検出器の検出波長帯が
結晶ごとにばらつくという問題があった。
【００１２】さらに従来技術では図４に示すように、熱
電対６が基板ホルダー２０のサセプタ部２２の裏面に接
触している。したがってＨｇＣｄＴｅ薄膜の面均一性を
向上させるために基板ホルダーを回転させると接触抵抗
が変化して図６（ｂ）に示すように熱電対の出力も±５
℃変化しこれによりヒータ電力も不所望に変動してしま
うから、ＨｇＣｄＴｅ薄膜の面均一性を犠牲にして基板
ホルダーの回転を断念せざるを得なかった。
電対６が基板ホルダー２０のサセプタ部２２の裏面に接
触している。したがってＨｇＣｄＴｅ薄膜の面均一性を
向上させるために基板ホルダーを回転させると接触抵抗
が変化して図６（ｂ）に示すように熱電対の出力も±５
℃変化しこれによりヒータ電力も不所望に変動してしま
うから、ＨｇＣｄＴｅ薄膜の面均一性を犠牲にして基板
ホルダーの回転を断念せざるを得なかった。
【００１３】尚、ＨｇＣｄＴｅ薄膜をＭＢＥ法で形成す
る論文は、例えば、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏ
ｌ．Ｂ５（３），Ｍａｙ／Ｊｕｎｅ，１９８７のｐｐ．
７３４−７３８にＷ．Ｅ．Ｈｏｋｅ等により、またＡｐ
ｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５２（１２），２１，Ｍａ
ｒｃｈ，１９８８のｐｐ．９７８−９８０にＭ．Ｄ．Ｌ
ａｎｇｅ等により、またＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙ
ｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ，１１１（１９９１）のｐｐ．
６９８−７１０にＪ．Ｐ．Ｆａｕｒｉｅ等により発表さ
れている。
る論文は、例えば、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏ
ｌ．Ｂ５（３），Ｍａｙ／Ｊｕｎｅ，１９８７のｐｐ．
７３４−７３８にＷ．Ｅ．Ｈｏｋｅ等により、またＡｐ
ｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５２（１２），２１，Ｍａ
ｒｃｈ，１９８８のｐｐ．９７８−９８０にＭ．Ｄ．Ｌ
ａｎｇｅ等により、またＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙ
ｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ，１１１（１９９１）のｐｐ．
６９８−７１０にＪ．Ｐ．Ｆａｕｒｉｅ等により発表さ
れている。
【００１４】したがって本発明の目的は、ＨｇＣｄＴｅ
薄膜の成長時の基板温度の変化による温度低下を防止し
てその結晶性を向上させることである。
薄膜の成長時の基板温度の変化による温度低下を防止し
てその結晶性を向上させることである。
【００１５】本発明の他の目的は、ＨｇＣｄＴｅ薄膜の
成長時に基板の回転を可能にして膜の面均一性を高める
ことである。
成長時に基板の回転を可能にして膜の面均一性を高める
ことである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、基板ホ
ルダーのサセプタの表面が黒鉛素材により構成され、基
板を前記サセプタの表面上に載置し、前記基板上にＨｇ
ＣｄＴｅ薄膜をＭＢＥ成長法により形成する方法にあ
る。ここで熱電対を基板ホルダーのサセプタの裏面に接
触しないようにその近傍に載置して前記基板ホルダーを
回転させながらＭＢＥ成長を行うことが好ましい。
ルダーのサセプタの表面が黒鉛素材により構成され、基
板を前記サセプタの表面上に載置し、前記基板上にＨｇ
ＣｄＴｅ薄膜をＭＢＥ成長法により形成する方法にあ
る。ここで熱電対を基板ホルダーのサセプタの裏面に接
触しないようにその近傍に載置して前記基板ホルダーを
回転させながらＭＢＥ成長を行うことが好ましい。
【００１７】また本発明の他の特徴は、ＭＢＥ法により
ＨｇＣｄＴｅ薄膜を上面上に形成する基板を載置するサ
セプタの表面が黒鉛素材により構成され、かつ回転可能
である基板ホルダーにある。
ＨｇＣｄＴｅ薄膜を上面上に形成する基板を載置するサ
セプタの表面が黒鉛素材により構成され、かつ回転可能
である基板ホルダーにある。
【００１８】かかる本発明では熱輻射率が高い黒鉛素材
で基板を載置するサセプタ表面を構成しているので、Ｍ
ＢＥ成長前から、基板が位置しない表面周辺部からＣｄ
Ｔｅ緩衝層やＨｇＣｄＴｅ薄膜の熱輻射率が高い薄膜が
すでに堆積していると同様に十分の熱輻射放散が行われ
基板温度が低下して安定した状態となる。したがってＣ
ｄＴｅ薄膜やＨｇＣｄＴｅ薄膜の成長を開始し堆積しつ
づける期間中における基板温度の変化が押えられその結
晶性を向上させることができる。
で基板を載置するサセプタ表面を構成しているので、Ｍ
ＢＥ成長前から、基板が位置しない表面周辺部からＣｄ
Ｔｅ緩衝層やＨｇＣｄＴｅ薄膜の熱輻射率が高い薄膜が
すでに堆積していると同様に十分の熱輻射放散が行われ
基板温度が低下して安定した状態となる。したがってＣ
ｄＴｅ薄膜やＨｇＣｄＴｅ薄膜の成長を開始し堆積しつ
づける期間中における基板温度の変化が押えられその結
晶性を向上させることができる。
【００１９】また、熱電対を基板ホルダーのサセプタの
裏面に接触しないようにその近傍に載置することにより
薄膜の成長時に基板の回転を可能とするから、薄膜の面
均一性を高めることができる。
裏面に接触しないようにその近傍に載置することにより
薄膜の成長時に基板の回転を可能とするから、薄膜の面
均一性を高めることができる。
【００２０】
【実施例】次に図面を参照して本発明を説明する。図１
は本発明の第１の実施例を示す分解斜視図（ａ）および
断面図（ｂ）である。基板ホルダー１は表面に黒鉛素材
のＳｉＣを被覆したサセプタ１２とサセプタ１２の周端
を支持するモリブデンからなる円筒状体１１を有してい
る。円筒状体１１の上端面にネジ孔１５を形成しそこに
固定ネジ５を挿入ねじ止めして、固定ピン４を介して基
板３とともにサセプタ１２を円筒状体１１に圧着固定す
る。基板３はサセプタ１２の表面の中央部１４上に搭載
され、ＭＢＥ成長前にはサセプタ１２の表面の周辺部１
３は露出している。
は本発明の第１の実施例を示す分解斜視図（ａ）および
断面図（ｂ）である。基板ホルダー１は表面に黒鉛素材
のＳｉＣを被覆したサセプタ１２とサセプタ１２の周端
を支持するモリブデンからなる円筒状体１１を有してい
る。円筒状体１１の上端面にネジ孔１５を形成しそこに
固定ネジ５を挿入ねじ止めして、固定ピン４を介して基
板３とともにサセプタ１２を円筒状体１１に圧着固定す
る。基板３はサセプタ１２の表面の中央部１４上に搭載
され、ＭＢＥ成長前にはサセプタ１２の表面の周辺部１
３は露出している。
【００２１】また、熱電対６がサセプタ１２の裏面に接
触しないようにその近傍に載置しておりこのように接触
してないことによりその検出温度出力に変化を与えるこ
となく薄膜の成長時に基板ホルダーの回転（図で同一水
平面内での回転）すなわち基板の回転を可能としてい
る。
触しないようにその近傍に載置しておりこのように接触
してないことによりその検出温度出力に変化を与えるこ
となく薄膜の成長時に基板ホルダーの回転（図で同一水
平面内での回転）すなわち基板の回転を可能としてい
る。
【００２２】図３に示すように、基板３はＣｄＺｎＴ
ｅ，ＧａＡｓまたはＳｉ基板である。基板ホルダーを毎
秒１回転の回転速度で回転させて、この基板３の上に緩
衝層としての単結晶ＣｄＴｅ薄膜３１をＭＢＥ法により
毎時１．８μｍの成長速度で５μｍの膜厚に形成し、そ
の上にベース層としての単結晶ＨｇＣｄＴｅ薄膜３２を
ＭＢＥ法により毎時４．９μｍの成長速度で１０μｍ以
上の所定の膜厚に形成し、その上にこの実施例ではｃａ
ｐｐｉｎｇ層としての単結晶ＣｄＴｅ薄膜３３をＭＢＥ
法により２００ｎｍの膜厚に形成する。尚、基板３がＣ
ｄＺｎＴｅの場合には緩衝層としてのＣｄＴｅ薄膜３１
の形成を省略してベース層としてのＨｇＣｄＴｅ薄膜３
２を直接基板上に形成してもよい。
ｅ，ＧａＡｓまたはＳｉ基板である。基板ホルダーを毎
秒１回転の回転速度で回転させて、この基板３の上に緩
衝層としての単結晶ＣｄＴｅ薄膜３１をＭＢＥ法により
毎時１．８μｍの成長速度で５μｍの膜厚に形成し、そ
の上にベース層としての単結晶ＨｇＣｄＴｅ薄膜３２を
ＭＢＥ法により毎時４．９μｍの成長速度で１０μｍ以
上の所定の膜厚に形成し、その上にこの実施例ではｃａ
ｐｐｉｎｇ層としての単結晶ＣｄＴｅ薄膜３３をＭＢＥ
法により２００ｎｍの膜厚に形成する。尚、基板３がＣ
ｄＺｎＴｅの場合には緩衝層としてのＣｄＴｅ薄膜３１
の形成を省略してベース層としてのＨｇＣｄＴｅ薄膜３
２を直接基板上に形成してもよい。
【００２３】図１ではこれらＭＢＥ法による単結晶薄膜
をまとめて参照符号２を用いて示し、これら薄膜２がＭ
ＢＥ法により基板３上に成長すると同時にサセプタ１２
の表面の周辺部１３上にも堆積成長していくことを図示
してある。
をまとめて参照符号２を用いて示し、これら薄膜２がＭ
ＢＥ法により基板３上に成長すると同時にサセプタ１２
の表面の周辺部１３上にも堆積成長していくことを図示
してある。
【００２４】図６（ａ）は、面均一性を高めるために基
板ホルダーを回転させてＭＢＥ成長を行なっている時の
熱電対６の出力を示す。本実施例では熱電対６がサセプ
タ２１の裏面に接触しないように載置しているから熱電
対６の出力が一定となることがわかる。
板ホルダーを回転させてＭＢＥ成長を行なっている時の
熱電対６の出力を示す。本実施例では熱電対６がサセプ
タ２１の裏面に接触しないように載置しているから熱電
対６の出力が一定となることがわかる。
【００２５】図５（ａ）は赤外線を利用したパイロメー
タ温度計で測定したＭＢＥ成長中の基板の温度を示す。
同図から明らかのように成長中の基板温度は１９０℃か
らほとんど変化なくサセプタの表面周辺部からの熱輻射
による放射冷却がほぼ一定であることがわかる。尚、振
動しているのはＣｄＴｅもしくはＨｇＣｄＴｅ薄膜によ
る干渉である。
タ温度計で測定したＭＢＥ成長中の基板の温度を示す。
同図から明らかのように成長中の基板温度は１９０℃か
らほとんど変化なくサセプタの表面周辺部からの熱輻射
による放射冷却がほぼ一定であることがわかる。尚、振
動しているのはＣｄＴｅもしくはＨｇＣｄＴｅ薄膜によ
る干渉である。
【００２６】このようにＣｄＴｅ薄膜やＨｇＣｄＴｅ薄
膜の熱輻射率の高い薄膜のＭＢＥ成長中に基板温度がほ
ぼ一定なので、これら薄膜の結晶特性は温度変化による
攪乱を受けなくなった。
膜の熱輻射率の高い薄膜のＭＢＥ成長中に基板温度がほ
ぼ一定なので、これら薄膜の結晶特性は温度変化による
攪乱を受けなくなった。
【００２７】図７は二結晶Ｘ線回折で調べたＨｇＣｄＴ
ｅ薄膜の結晶性を、従来技術の方法による場合（図７
（ｂ））と本発明の方法による場合（図７（ａ））につ
いて示す。原子の配列が揃っているほどＸ線の散乱が少
ないのでＩｎｔｅｎｓｉｔｙが強くなり、分散しないか
ら回折幅も狭くなる。したがって図７の半値幅（ピーク
値の半分の強度の幅）が狭いほど結晶のなかの原子配列
が揃っているために結晶の均一性が良いわけである。従
来技術の図７（ｂ）では半値幅の角（θ）が数１００ａ
ｒｃｓｅｃであったが、本発明の図７（ａ）では半値幅
の角（θ）が３０ａｒｃｓｅｃ以下に改善されている。
これは、ＨｇＣｄＴｅは成長中に基板温度の低下にとも
なう結晶の劣化（双晶）を起こすことなく、結晶の均一
性が従来の方法に比べて格段に向上したことを示す。ま
た、結晶の電気特性を示す、キャリア濃度、電子もしく
は電子もしくは正孔移動度の膜厚方向における均一性も
１桁近く改善された。
ｅ薄膜の結晶性を、従来技術の方法による場合（図７
（ｂ））と本発明の方法による場合（図７（ａ））につ
いて示す。原子の配列が揃っているほどＸ線の散乱が少
ないのでＩｎｔｅｎｓｉｔｙが強くなり、分散しないか
ら回折幅も狭くなる。したがって図７の半値幅（ピーク
値の半分の強度の幅）が狭いほど結晶のなかの原子配列
が揃っているために結晶の均一性が良いわけである。従
来技術の図７（ｂ）では半値幅の角（θ）が数１００ａ
ｒｃｓｅｃであったが、本発明の図７（ａ）では半値幅
の角（θ）が３０ａｒｃｓｅｃ以下に改善されている。
これは、ＨｇＣｄＴｅは成長中に基板温度の低下にとも
なう結晶の劣化（双晶）を起こすことなく、結晶の均一
性が従来の方法に比べて格段に向上したことを示す。ま
た、結晶の電気特性を示す、キャリア濃度、電子もしく
は電子もしくは正孔移動度の膜厚方向における均一性も
１桁近く改善された。
【００２８】さらに、ＨｇとＣｄの混晶比が膜厚方向で
均一化された結果、ＨｇＣｄＴｅ薄膜の光学特性を示す
赤外透過波形において、従来技術の方法による場合（図
８（ｂ））に比べて、本発明の方法による場合（図８
（ａ））は非常に急峻な立ち上がり特性を示すようにな
った。すなわちＨｇＣｄＴｅにおいてＣｄの濃度が膜厚
方向で均一の場合は図８（ａ）の波形の立ち上がりを説
明する線１００で示すように急峻となり、Ｃｄの濃度が
膜厚方向で不均一の場合は図８（ｂ）の波形の立ち上が
りを説明する線２００で示すようになだらかとなる。
均一化された結果、ＨｇＣｄＴｅ薄膜の光学特性を示す
赤外透過波形において、従来技術の方法による場合（図
８（ｂ））に比べて、本発明の方法による場合（図８
（ａ））は非常に急峻な立ち上がり特性を示すようにな
った。すなわちＨｇＣｄＴｅにおいてＣｄの濃度が膜厚
方向で均一の場合は図８（ａ）の波形の立ち上がりを説
明する線１００で示すように急峻となり、Ｃｄの濃度が
膜厚方向で不均一の場合は図８（ｂ）の波形の立ち上が
りを説明する線２００で示すようになだらかとなる。
【００２９】さらに、本発明ではＣｄＴｅ緩衝層形成か
ら基板回転が可能となったことにより、膜の面均一性が
向上した。その結果、例えば図９に示すように１５ｍｍ
×１５ｍｍの大きさの結晶で、ＨｇとＣｄの混晶比ｘの
面均一性が、基板回転が出来ない従来の方法の場合が
５．３％（図９（ｂ））であったのが、基板回転を行な
う本発明の場合は０．８％（図９（ａ））に改善され
た。また、膜厚のばらつきも、従来の方法の場合が６．
４％（図１０（ｂ））であったのが、本発明の場合は
１．３％（図１０（ａ））に改善された。
ら基板回転が可能となったことにより、膜の面均一性が
向上した。その結果、例えば図９に示すように１５ｍｍ
×１５ｍｍの大きさの結晶で、ＨｇとＣｄの混晶比ｘの
面均一性が、基板回転が出来ない従来の方法の場合が
５．３％（図９（ｂ））であったのが、基板回転を行な
う本発明の場合は０．８％（図９（ａ））に改善され
た。また、膜厚のばらつきも、従来の方法の場合が６．
４％（図１０（ｂ））であったのが、本発明の場合は
１．３％（図１０（ａ））に改善された。
【００３０】本発明の第２の実施例を図２に示す。図２
において図１と同一もしくは類似の機能の箇所は同じ符
号で示してあるから重複する説明は省略する。
において図１と同一もしくは類似の機能の箇所は同じ符
号で示してあるから重複する説明は省略する。
【００３１】この図２の第２の実施例では、基板３がシ
リコンウェハ８上に接着剤９により密着性良く貼り付い
ているので、成長途中で基板がはずれて落下する危険性
は皆無となる。また、基板温度較正用の金属１０も固定
できるので基板温度の成長ごとの再現性を一段と向上さ
せることができる。すなわち、シリコンウェハは鏡面に
磨かれており表面の凹凸状態がたいへん小さく平坦性が
高いので接着剤で基板を貼りつけた場合の密着性（この
場合は表面張力）が、図４の従来技術で表面が荒れてい
るモリブデンに貼りつけた場合よりも良くなる。また、
シリコンは熱伝導性に優れているからサセプタ１２を介
してのヒータ７からの熱が伝わりやすく温度が早く定常
になる。成膜後、基板３を剥がすときに一度加熱して接
着剤の金属を溶かさなければならない。一方、ＨｇＣｄ
Ｔｅ薄膜中のＨｇは非常に揮発性の高い物質である。し
たがって、なるべく低い融点の金属ということで３０℃
で溶けるガリウムを接着剤９として使用する。成膜中
（約２００℃）はガリウムは溶けているが基板３とシリ
コンウェハ８間の表面張力により基板は落下しない。ま
た、基板温度較正金属１０はＨｇＣｄＴｅを成膜する基
板温度に近い融点の金属（例えばスズ融点２３２℃）を
使用する。較正の方法は、金属スズ１０をシリコンウェ
ハ８に貼り付けて基板温度を低いほうから少しずつ上げ
ていき、スズの融点に達すると溶けるからこのとき大量
の蒸気を発し、一瞬成長室の真空度が悪くなりこれを真
空計でモニタしてこの時の熱電対６の表示温度（２３２
℃よりも高くなっている）を一応の目安として成膜温度
を決める。
リコンウェハ８上に接着剤９により密着性良く貼り付い
ているので、成長途中で基板がはずれて落下する危険性
は皆無となる。また、基板温度較正用の金属１０も固定
できるので基板温度の成長ごとの再現性を一段と向上さ
せることができる。すなわち、シリコンウェハは鏡面に
磨かれており表面の凹凸状態がたいへん小さく平坦性が
高いので接着剤で基板を貼りつけた場合の密着性（この
場合は表面張力）が、図４の従来技術で表面が荒れてい
るモリブデンに貼りつけた場合よりも良くなる。また、
シリコンは熱伝導性に優れているからサセプタ１２を介
してのヒータ７からの熱が伝わりやすく温度が早く定常
になる。成膜後、基板３を剥がすときに一度加熱して接
着剤の金属を溶かさなければならない。一方、ＨｇＣｄ
Ｔｅ薄膜中のＨｇは非常に揮発性の高い物質である。し
たがって、なるべく低い融点の金属ということで３０℃
で溶けるガリウムを接着剤９として使用する。成膜中
（約２００℃）はガリウムは溶けているが基板３とシリ
コンウェハ８間の表面張力により基板は落下しない。ま
た、基板温度較正金属１０はＨｇＣｄＴｅを成膜する基
板温度に近い融点の金属（例えばスズ融点２３２℃）を
使用する。較正の方法は、金属スズ１０をシリコンウェ
ハ８に貼り付けて基板温度を低いほうから少しずつ上げ
ていき、スズの融点に達すると溶けるからこのとき大量
の蒸気を発し、一瞬成長室の真空度が悪くなりこれを真
空計でモニタしてこの時の熱電対６の表示温度（２３２
℃よりも高くなっている）を一応の目安として成膜温度
を決める。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、基
板温度がＣｄＴｅ薄膜やＨｇＣｄＴｅ薄膜をＭＢＥ法で
成長中に極めて安定であり、均一性の高い高品質なＨｇ
ＣｄＴｅ薄膜の形成が可能となる。また、本発明により
基板ホルダーのサセプタに固定する基板、例えばＣｄＴ
ｅ基板、ＨｇＣｄＴｅ基板、ＧａＡｓ基板もしくはＳｉ
基板などの大きさ（面積）に制限がなくなり、いかなる
面積の基板においても同様の効果を期待することが可能
となる。さらに、緩衝層としてのＣｄＴｅ薄膜の形成か
らでも基板回転を行なうことができるため、成長膜の面
均一性が向上する。したがって本発明により形成した結
晶を用いれば、良好な動作特性のＨｇＣｄＴｅ赤外線検
出器を得ることができる。
板温度がＣｄＴｅ薄膜やＨｇＣｄＴｅ薄膜をＭＢＥ法で
成長中に極めて安定であり、均一性の高い高品質なＨｇ
ＣｄＴｅ薄膜の形成が可能となる。また、本発明により
基板ホルダーのサセプタに固定する基板、例えばＣｄＴ
ｅ基板、ＨｇＣｄＴｅ基板、ＧａＡｓ基板もしくはＳｉ
基板などの大きさ（面積）に制限がなくなり、いかなる
面積の基板においても同様の効果を期待することが可能
となる。さらに、緩衝層としてのＣｄＴｅ薄膜の形成か
らでも基板回転を行なうことができるため、成長膜の面
均一性が向上する。したがって本発明により形成した結
晶を用いれば、良好な動作特性のＨｇＣｄＴｅ赤外線検
出器を得ることができる。
【図１】本発明の第１の実施例を示す図であり、（ａ）
は分解斜視図、（ｂ）は断面図である。
は分解斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示す図であり、（ａ）
は分解斜視図、（ｂ）は断面図である。
は分解斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図３】本発明の実施例による基板とその上のＭＥＢ法
で成長された薄膜を示す断面図である。
で成長された薄膜を示す断面図である。
【図４】従来技術を示す図であり、（ａ）は分解斜視
図、（ｂ）は断面図である。
図、（ｂ）は断面図である。
【図５】パイロメーター温度計の計測による基板温度の
時間変化を示す図であり、（ａ）は本発明の場合、
（ｂ）は従来技術の場合である。
時間変化を示す図であり、（ａ）は本発明の場合、
（ｂ）は従来技術の場合である。
【図６】基板ホルダーを回転させた際の熱電対の表示温
度であり、（ａ）は本発明の場合、（ｂ）は従来技術の
場合である。
度であり、（ａ）は本発明の場合、（ｂ）は従来技術の
場合である。
【図７】二結晶Ｘ線回折で評価したＨｇＣｄＴｅ薄膜の
結晶性を示す図であり、（ａ）は本発明の場合、（ｂ）
は従来技術の場合である。
結晶性を示す図であり、（ａ）は本発明の場合、（ｂ）
は従来技術の場合である。
【図８】赤外分光により評価したＨｇＣｄＴｅ薄膜の透
過特性を示す図であり、（ａ）は本発明の場合、（ｂ）
は従来技術の場合である。
過特性を示す図であり、（ａ）は本発明の場合、（ｂ）
は従来技術の場合である。
【図９】ＨｇＣｄＴｅ薄膜の結晶の組成の面均一性を示
す図であり、（ａ）は本発明の場合、（ｂ）は従来技術
の場合である。
す図であり、（ａ）は本発明の場合、（ｂ）は従来技術
の場合である。
【図１０】ＨｇＣｄＴｅ薄膜の結晶の膜厚の面均一性を
示す図であり、（ａ）は本発明の場合、（ｂ）は従来技
術の場合である。
示す図であり、（ａ）は本発明の場合、（ｂ）は従来技
術の場合である。
１ 基板ホルダー ２ ＭＢＥ法により成長した薄膜 ３ 基板 ４ 固定ピン ５ 固定ネジ ６ 熱電対 ７ ヒータ ８ シリコンウェーハ ９ 接着剤 １０ 基板温度較正用金属 １１ 基板ホルダーの円筒状体 １２ 基板ホルダーのサセプタ １３ サセプタ表面の周辺部 １４ サセプタ表面の中央部 １５ ネジ孔 ２０ 基板ホルダー ２１ 基板ホルダーの円筒状体部 ２２ 基板ホルダーのサセプタ部 ２３ サセプタ部表面の周辺部 ２４ サセプタ部表面の中央部 ３１ 緩衝層としての単結晶ＣｄＴｅ薄膜 ３２ ベース層としての単結晶ＨｇＣｄＴｅ薄膜 ３３ ｃａｐｐｉｎｇ層としての単結晶ＣｄＴｅ薄膜 １００，２００ 特性図形を説明する線
Claims (8)
- 【請求項１】 基板ホルダーのサセプタの表面が黒鉛素
材により構成され、基板を前記サセプタの表面上に載置
し、前記基板上に水銀カドミウムテルル薄膜を分子線エ
ピタキシー法により形成することを特徴とする水銀カド
ミウムテルル薄膜の形成方法。 - 【請求項２】 熱電対を前記基板ホルダーのサセプタの
裏面に接触しないようにその近傍に載置して前記基板ホ
ルダーを回転させながら前記水銀カドミウムテルル薄膜
の形成を行うことを特徴とする請求項１に記載の水銀カ
ドミウムテルル薄膜の形成方法。 - 【請求項３】 カドミウムテルル薄膜を緩衝層として分
子線エピタキシー法により前記基板上に形成し、その上
に前記水銀カドミウムテルル薄膜を分子線エピタキシー
法により形成することを特徴とする請求項１もしくは請
求項２に記載の水銀カドミウムテルル薄膜の形成方法。 - 【請求項４】 シリコンウェハー上に前記基板を接着
し、前記シリコンウェハーを前記黒鉛素材により構成さ
れたサセプタの表面上に載置することを特徴とする請求
項１、請求項２もしくは請求項３に記載の水銀カドミウ
ムテルル薄膜の形成方法。 - 【請求項５】 前記接着はガリウムにより行うことを特
徴とする請求項４に記載の水銀カドミウムテルル薄膜の
形成方法。 - 【請求項６】 前記シリコンウェハー上に基板温度較正
用の低融点金属を固定することを特徴とする請求項４も
しくは請求項５に記載の水銀カドミウムテルル薄膜の形
成方法。 - 【請求項７】 分子線エピタキシー法により水銀カドミ
ウムテルル薄膜を上面上に形成する基板を載置するサセ
プタの表面がが黒鉛素材により構成され、かつ回転可能
であることを特徴とする基板ホルダー。 - 【請求項８】 前記サセプタの周辺がモリブデンにより
構成された円筒状体により支持されていることを特徴と
する請求項７に記載の基板ホルダー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32904992A JPH06177038A (ja) | 1992-12-09 | 1992-12-09 | 分子線エピタキシー法による水銀カドミウムテルル薄膜の形成方法およびそれに用いる基板ホルダー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32904992A JPH06177038A (ja) | 1992-12-09 | 1992-12-09 | 分子線エピタキシー法による水銀カドミウムテルル薄膜の形成方法およびそれに用いる基板ホルダー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06177038A true JPH06177038A (ja) | 1994-06-24 |
Family
ID=18217045
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32904992A Pending JPH06177038A (ja) | 1992-12-09 | 1992-12-09 | 分子線エピタキシー法による水銀カドミウムテルル薄膜の形成方法およびそれに用いる基板ホルダー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06177038A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7892879B2 (en) | 2004-08-02 | 2011-02-22 | Qinetiq Limited | Manufacture of cadmium mercury telluride on patterned silicon |
| US8021914B2 (en) | 2004-04-06 | 2011-09-20 | Qinetiq Limited | Manufacture of cadmium mercury telluride |
| CN114134562A (zh) * | 2021-11-02 | 2022-03-04 | 中国电子科技集团公司第十一研究所 | 一种碲锌镉衬底载具组件 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63284827A (ja) * | 1987-05-15 | 1988-11-22 | Fujitsu Ltd | 化合物半導体結晶の製造方法 |
| JPH02233585A (ja) * | 1989-03-06 | 1990-09-17 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 基板ホルダ |
| JPH02271998A (ja) * | 1989-04-14 | 1990-11-06 | Nec Corp | Ｈｇ化合物結晶成長方法 |
| JPH02287128A (ja) * | 1989-04-28 | 1990-11-27 | Nec Corp | 基板温度較正方法 |
| JPH0426586A (ja) * | 1990-05-18 | 1992-01-29 | Fujitsu Ltd | 分子線結晶成長用基板ホルダ |
-
1992
- 1992-12-09 JP JP32904992A patent/JPH06177038A/ja active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63284827A (ja) * | 1987-05-15 | 1988-11-22 | Fujitsu Ltd | 化合物半導体結晶の製造方法 |
| JPH02233585A (ja) * | 1989-03-06 | 1990-09-17 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 基板ホルダ |
| JPH02271998A (ja) * | 1989-04-14 | 1990-11-06 | Nec Corp | Ｈｇ化合物結晶成長方法 |
| JPH02287128A (ja) * | 1989-04-28 | 1990-11-27 | Nec Corp | 基板温度較正方法 |
| JPH0426586A (ja) * | 1990-05-18 | 1992-01-29 | Fujitsu Ltd | 分子線結晶成長用基板ホルダ |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8021914B2 (en) | 2004-04-06 | 2011-09-20 | Qinetiq Limited | Manufacture of cadmium mercury telluride |
| US7892879B2 (en) | 2004-08-02 | 2011-02-22 | Qinetiq Limited | Manufacture of cadmium mercury telluride on patterned silicon |
| CN114134562A (zh) * | 2021-11-02 | 2022-03-04 | 中国电子科技集团公司第十一研究所 | 一种碲锌镉衬底载具组件 |
| CN114134562B (zh) * | 2021-11-02 | 2023-08-15 | 中国电子科技集团公司第十一研究所 | 一种碲锌镉衬底载具组件 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19951003 |