JPS6065800A - HgCdTe結晶の製造方法 - Google Patents

HgCdTe結晶の製造方法

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JPS6065800A
JPS6065800A JP58172552A JP17255283A JPS6065800A JP S6065800 A JPS6065800 A JP S6065800A JP 58172552 A JP58172552 A JP 58172552A JP 17255283 A JP17255283 A JP 17255283A JP S6065800 A JPS6065800 A JP S6065800A
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/46Sulfur-, selenium- or tellurium-containing compounds
    • C30B29/48AIIBVI compounds wherein A is Zn, Cd or Hg, and B is S, Se or Te

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  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)

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】 本発明はHg5−xCdxTe(1>X>O)結晶の製
造方法に関する。
Hg1.xcdz’l’e は赤外線検出器用として有
用な材料であり、Xの値を変化させることによってその
検出波長領域が変わV%例えばx = 0.2即ちHg
o、5cdo、zTeという組成では8〜14μmの波
長帯に感度がある。この結晶の製造方法は幾つか開発さ
れているが、主なものとして固体再結晶法及びブリッジ
マン法が知られている。
このうち固体再結晶法は結晶母材の融液全急冷固化して
一旦多結晶とした後、熱処理を行fL−)て単結晶化さ
せようとするものであV、均一組成のものが得られると
いう利点はあるが、不純物の排除が不十分なこと、及び
単結晶化が容易でないことから赤外線検出器用としては
十分な特性が得られない。
これに対し、融液を一端から徐々に冷却して単結晶を成
長させるブリッジマン法では、成長方向すなわちアンプ
ルの長手方向に沿って組成比Xが変化するという欠点は
あるが、光電特性的には非常に優れており、所望の組成
となっている部分のみを使用することで特性の優れた赤
外線検出器を製造することが可能である。
しかしながら、こうして製造できる検出器は小面積の個
別の検出器に限られ、応用上重要な大面積のアレー状検
出器を得ることは困難であった。
それは従来のブリッジマン法によるHg1−xCdxT
e結晶の組成比Xの分布が単に長手方向のみでなく、半
径方向にもあったために、所望の組成となっている部分
から採ったウェハー内に大きな組成分布が生じ特性の揃
った大面積の素子を得ることができなかったことによる
すなわち、従来のブリッジマン法で製造したHgx−x
CdxTe結晶を長手方向に縦割りした断面の組成分布
は、第1図(a)に示すように、等組成線1が放物面状
となり、長手方向のみならず半径方向に沿っても組成比
Xが変化してしまう。このため、この結晶を輪切りにし
たウェハーには同心円状に変化する組成分布が残り、こ
れを用いて大面積のアレー状の赤外線検出器を製造する
とウェハー上の場所毎に個々の検出部で特性が大きく異
なってしまい、全体としての機能が損なわれてしまって
いた。
本発明者は、この現象を検討した結果、以下の原因によ
ることを見出した。すなわち、従来のブリッジマン法で
は結晶成長中に既に固体化している部分の温度について
特に考慮を払っていす、低温にさらされて自然に冷却す
るにまかせてぃたため、この固体化した結晶中の熱伝尋
によって固相液相界面、すなわち結晶成長面の近傍では
その中心の方が低温となり、第1図(bJに示すように
等温線2及び固相液相界面3が放物面状となって結晶が
成長する、ため、第1図(a)K示′jような組成分布
が生じていたのである。
本発明の目的は、従来のブリッジマン法における上記の
欠点、すなわち半径方向の組成変化をなくシ、旦つ長手
方向の組成分布も改善しfCHgl−xCdxTe(1
>x)O結晶の製造方法を提供することにある。
本発明によると、所要の組成比をもっHgCdTeの単
体ないしHgTe、CdTe、HgCdTeの化合物の
組合わせからなる母材をアンプル中に真空封入して加熱
溶解した後、前記アンプルの一端から冷却して固体化さ
せた領域を0.5 mm 7時間以下の速度で前記アン
プルの他端に向かって成長させるとき、既に固体化した
部分をHgTe凝固点680℃から500℃の温度範囲
に保ち続けながら全体を固体化し、更に数日から数十日
間にゎたり固体化した全体を前記温度範囲内の一定温度
に保ち、旦つ前記アンプルの自由空間部分は前記一定温
度より高い温度に保ちつづけることを特徴とするHgC
dTe結晶の製造方法が得られる。
以下1本発明の実施例を図面を参照しながら詳しく説明
する。第2図(a)は本発明を実施するために使用する
電気炉を例示した概略図で、第1のヒーター11.及び
第2のヒーター12、及びアンプル移動機構13から成
っている。第1のヒーター11はアンプル14の結晶母
材15を溶解するためのものであり、また第2のヒータ
ー12は固体化した結晶部分をI(g T e の凝固
点680℃から500℃の温度範囲に保持するためのも
のである。
またアンプル移動機構13はアンプル14を電気炉の中
心軸上に配置し、且つ低速度で下方へ移動させるための
ものである。この電気炉の中心軸上での温度分布は、第
2図(b)に示すように、結晶母材の液相点より高い温
度THの領域(イ)、及び680℃から500℃の範囲
内の低温TLの領域(ハ)、及びその中間の温度傾斜領
域(ロンとなるように設定される。
次に、この電気炉を用いてx = 0.2のHg1−x
CdXTe結晶を製造する方法の一例を示す。本発明の
製造方法は大別して材料浴融、及び結晶成長及び熱処理
の3工程から成る。まず、材料溶融工程としてs Hg
+Cd、Teの単体又はHg、Te。
CdTeやHgCdTeの化合物の組合わせを用いて組
成比Xが0.1ないし0.2となるように秤量した母材
15をアンプル14中に真空封入する。このアンプル1
4は第2図(aJ及び(b)に示すように、その一端1
6を高温THの領域(イ)に、すなわちアングル14の
全体が液相点以上となる位置に配置し加熱とロッキング
により溶融混合する。ここで電気炉の温度設定はTHを
820″C,Tt、を650℃としている。またアンプ
ル中の異なるq所で固体化がばらばらに起って多結晶化
してしまうのを防ぐため、温度傾斜領域←)は20〜1
00 ’C/ cmと比較的大きい値に設定する。
アンプル中の母材15を完全に溶融混合した後。
結晶成長工程としてアンプル移動機構13によってアン
プル14を0.2 mm 7時間の速度でゅっ〈夕と下
方、すなわち低温側へ移動させる。これにより、アンプ
ル14の一端16が温度傾斜領域(ロ)に達し、更に低
温領域E→に進むにつれて固体化が始まり、アンプル1
4の移動、と共にもう一方の端17に向かって単結晶が
ゆっくりと成長していく。
この成長中に、すでに固体化した部分が低温領域(ハ)
内に留まるようにすることで、この固体化した部分の温
度はTLすなわちHgTeの凝固点680℃から500
℃の範囲、この実施例では650’Cに保ち続ける。こ
うしてアンプル中のHgCdTeの全体が低温領域(ハ
)に達して結晶化し終わるのを待ってから、アンプル1
4の移動を止める。この時アンプルは第2図(a)の2
点鎖線19の位置すなわち固体化した結晶の全体が温度
TLの低温領域(ハ)に位置し、自由空間18は温度傾
斜領域(ロ)から高温領域(イ)に位置している。こう
して固体化した結晶は680℃から500℃の範囲、こ
の例では650℃に保持され、自由空間はそれ以上の温
度に保持される。
次に熱処理工程としてこの状態を数日から数十日間保ち
、固体化した結晶内で構成原子の拡散を行なわせて濃度
勾配の緩和すなわち組成分布の改善を行なう。この時、
アンプルの自由空間18の温度が結晶部分の温度より低
い場合、結晶中のHg原子が自由空間中へ散逸してアン
グル内壁に析出しHgCdTe 結晶の特性を劣化させ
てしまうため、自由空間部分は結晶部分より高温に保つ
必要がある。この熱処理後、最後にこれを適当な降温速
度で室温まで冷却し、取り出すことによってHgx−x
cdXTe結晶の製造が完了する。
本発明の製造方法によるHg1−zCdzTe 結晶を
長手方向に縦割りした断面の組成分布の例を第3図(a
)に示す。等組成線21はほぼ結晶の全体にわたって平
坦であり、半径方向に沿っての組成変化は全く見られな
い。これは従来の製造方法と異なり、結晶成長中に固体
化している部分を伝わっての冷却がなく、平坦な等混線
、すなわち固相液相界匣が形成されるためである。
更に、全体を固体化した後にそのまま電気炉中に保持し
ておく熱処理工程により、長手方向の組成分布も改善さ
れている。すなわち、全体を固体化してからすぐに冷却
し取り出した結晶では、第3図(b)に示すように、第
1図(a)に示した従来の製造方法と比較して長手方向
の組成分布の改善は見られないのに対し、本発明の製造
方法によるものでは長手方向の組成分布も173程度に
改善された。
更に、熱処理の工程において、試みにアンプルの自由空
間部分の温度を結晶部分の温度よりも10℃低く設定し
て製作し取り出したものではアンプルの自由空間部分に
HgO液滴が付着し、たと共に%Hg Cd T e結
晶中に無数の小さな空孔が生じてしまい、結晶が損なわ
れてし1ったのに対し、本発明の製造方法によるもので
はそのような空孔は生じていない。
また、従来の製造方法による結晶に熱処理を施したもの
では1組成分布に多少の改善は見られたものの、半径方
向の分布もまだ残っており、不十分なものしか得られな
かった。
このように、本発明の製造方法による結晶の所要の組成
比、例えばx = 0.2となっている部分がらとりた
ウェハーは均一な組成となハしがも実可上支障のない組
成となっている部分は長手方向に沿りて3程度度拡大さ
れ、これを用いることでより多くの特性の揃ったアレー
状赤外線検a1器を製作するが可能である。
本発明において、所要の組成比Xの結晶を得るための母
材の組成比にはほぼXから−X程度とすればよく、製造
された結晶から所要の組成比Xとなっている部分を切り
出せばよい。またアンプルの自由空間中へわずかながら
散逸するHgを補う必要があれば、母材にあらかじめ過
剰のHgを加えておけばよい。低温領域(ハ)の温7度
TI、としては固体化した結晶を再び溶融してしまう危
険のない範囲でなるべく高い方が望ましいが、HgTe
の凝固点680℃ から500℃の範囲であれば問題な
く十分効果が得られる。アンプルの移動速度、即ち結晶
成長速度は、上記の実施例では0.2 mm/時間とし
ているが、o、smm/時間以下であれば同様に良質の
単結晶が得られる。また熱処理の時間は長い程効果的で
あるが、実用的には数日から数十日程度が適している。
またこの時の熱処理温度は上記の680℃から500℃
の範囲内であれば、結晶成長中の低温領域(ハ)の温度
TLと異なっていてもかまわないのであるが、同温度の
場合には温度を再設定する必要もなく便利である。
以上説明したように1本発明の製造方法によれば半径方
向の組成変化がなく、かつ長手方向の組成分布も改善さ
れた。赤外線検出器の製造に適したH gx −xCd
xTe (1) x ) Oン結晶が得らレル。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)及び(b)はそれぞれ従来の製造方法によ
る結晶の組成分布を示す図、及び結晶成長中の同相液相
界面を示す断面図、第2図(al及び(b)けそれぞれ
本発明を実施するために使用する電気炉を例示した概念
図、及びこの電気炉中の長手方向に沿った温度分布を示
す図、第3図(al I−1本発明の製造方法−による
結晶の断面の組成分布を示す図、第3図(b)は熱処理
をしていない状態での断面の組成分布を示す図である。 図において、1及び21・・・・・・等組成線、2・・
・・・・等混線%3・・・・・・固相液相界面、4及び
14・・・・・・アンプル、5及び6・・・・・・それ
ぞれ液相及び固相のHgCdTe、11及び12・・・
・・・それぞれ第1及び第2のヒーター、13・・・・
・・アンプル移動機構。 15・−・・・・結晶母材% 16・・・・−・アンプ
ルの一端、17・・・・・・アンプルの他の端、18・
・・・・・アンプルの自由空間である。 畝)(I)) 第1図 (勾 (1)) 第31z C久) 、 (b) 千2図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 所要の組成比をもつHgcdTeの単体ないしHgTe
    、edTe、HgCdTeの化合物の組合わせからなる
    母材をアンプル中に真空封入し加熱溶解した後、前記ア
    ンプルの一端から冷却して固体化させた領域を0.5 
    mm 7時間以下の速度で前記アンプルの他端に向って
    成長させていくとき、既に固体化した部分t−HgTe
     の凝固点680’Cから500℃の温度範囲に保ち続
    けながら全体を固体化し。 更に数日から数十日間にわたり前記固体化した全体を前
    記温度範囲内の一定温度に保ち、且つ前記アンプルの自
    由空間部分は前記一定温度よりも高い温度に保ち続ける
    ことを特徴とするH g Cd Te結晶の製造方法。
JP58172552A 1983-09-19 1983-09-19 HgCdTe結晶の製造方法 Granted JPS6065800A (ja)

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JPH0534315B2 JPH0534315B2 (ja) 1993-05-21

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4919764A (ja) * 1972-02-26 1974-02-21
JPS5163380A (en) * 1974-11-29 1976-06-01 Nippon Electron Optics Lab hg11xcdxte ketsushono seizoho

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4919764A (ja) * 1972-02-26 1974-02-21
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