JPS6321300A - エピタキシヤル成長基板用ＣｄＴｅ単結晶及びその製造方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、エピタキシャル成長用基板の作製に好適なＣ
ｄ　Ｔ　＠単結晶及びその製造方法に関するものである
。本発明に従うＣｄＴｅ単結晶は結晶性にことに優れ、
そこから切出されたＣｄＴｅ基板は例えばＴ（ｇＣｄＴ
ｅをエピタキシャル成長せしめるに好適な表面モル７オ
ロジー（形態）を具備する。本発明は、ＣｄＴｅ基板を
用いてエピタキシャル成長により作製されるデバイス、
例えば赤外線検出器の特性向上に有益である。

従来技術 一般にＣｄ　Ｔ　＠単結晶は、ｃｄ及びＴ・原料を収納
した結晶成長用アンプルと所定の温度分布を有する加熱
炉との相対的垂直移動を与えることにより、高温部で生
じた融液を次第に凝固せしめることにより作製されてき
た。垂直ブリッジマン法においてはアンプルが降下され
る。

ｃｄの蒸気圧はＣｄ　Ｔ　ａの融点である１０９２℃に
おいてＴ・の蒸気圧に比較して１桁大きく、１気圧位で
ある。このため結晶成長中アンプル内の原料の入ってい
ない上方空間にＣｄが蒸発する。

この現象が主原因となって、目標とする高品質のＣｄＴ
ｅ単結晶を得ることは仲々困難である。蒸発しゃすいＣ
ｄの蒸発を抑制するために、修正型垂直ブリッジマン法
、Ｔ　ＨＭ　（Ｔｒａｖ＠ｌ　１　ｌｎｇ　Ｈｅａｔ＠
ｒＭｅｔｈｏｄ）法等が提唱されている。例えばＴＨＭ
法では、真空アンプル内に予め合成したＣｄＴｅ多結晶
及びＴ・と蒸気圧制御用Ｃｄとが封入される。

このアンプルを所定の温度分布を持つ炉内に置き、アン
プルを降下、或いは炉を上昇させることにより一度Ｔ・
融体に溶解させたＣｄＴｅが単結晶として再析出せしめ
られる。

こうした従来からの改善法は、生成するＣ　ｄ　Ｔ　ｅ
単結晶のインゴット内比抵抗分布の均一化、高抵抗化、
化学当量比のずれの僅少化等を主眼とするものであり、
基板の結晶性に関するものではなかった。

ところで、最近、ＣｄＴｅ単結晶基板上にエピタキシャ
ル成長をもたらすことにより作成されたデバイス、例え
ばＣｄＴｅ基板にＨｇＣｄＴｅをエピタキシャル成長せ
しめた赤外線検出器の製作が盛んになっているが、エピ
タキシャル成長膜の表面モル７オｐジー（形態）にはＣ
ｄ　Ｔ　ｅ基板の単結晶の結晶性が大きな影響を与える
といわれている。

しかし、このエピタキシャル成長後の表面モルフオルジ
ー（形ａ）を良好にする結晶の製造は前述したような改
善法の概念内では処理できない問題と思われ、その根元
的原因追求と新たな対応策の確立が必要とされている。

発明の概要 こうした要求に答えるべく、本発明者等は研究を重ねた
結果、ＣｄＴｅ単結晶の場合、伝導型がｐ型の場合、−
本線状の顕著な亜粒界を有するセル構造が発現するが、
驚くべきことに、ｃｄＴ・単結晶をｎ型とすると、この
顕著な線状の亜粒界が消散してぼやけたものとなること
を見い出した。

上記のユニークな知見に基いて、本発明は、伝導型がｎ
型であることを特徴とするエピタキシャル成長基板用Ｃ
ｄＴｅ単結晶を提供する。

こうしたＣｄＴｅ単結晶は、結晶成長アンプル内のＣｄ
Ｔｅ単結晶の占有する容積を除いた空間部分においてＣ
ｄ蒸気圧が［Ｌ５〜５気圧の範囲、好ましくはα８〜２
気圧の範囲となるよう原料Ｃｄ過剰量を調整することに
より再現性良く製造しうることも判明した。従って、本
発明はまた、ＣｄＴｅ単結晶を結晶成長用アンプル内で
加熱及び冷却により成長せしめるに当り、該アンプル内
のＣｄ　Ｔ　ｅ単結晶の占有する容積を除いた空間部分
でのＣｄ蒸気圧を結晶成長時の温度において（Ｌ５〜５
気圧の範囲、好ましくはα８〜２気圧の範囲となるよう
原料Ｃｄ過剰量を調整することを特徴とする！Ｉ！！！
１ＣｄＴｅ単結晶の製造方法を提供する。

発明の詳細な説明 ＣｄＴｅ単結晶は、後に説明するように原料Ｃｄ量過剰
となるよう秤取されたＣｄ及びＴ・原料を結晶成長用ア
ンプルに装入し、そしてアンプルを排気しそして封着後
、アンプルを所定の湿度分布の下で加熱及び冷却するこ
とにより成長せしめられる。結晶成長方法については、
通常的に用いられている垂直・水平ブリッジマン法がこ
こでも用いられる。

こうしたＣｄＴｅ単結晶の成長中、用いた結晶成長用ア
ンプルの寸法形状及び排気度、加熱炉の温度分布その他
の育成条件等に依存して、成る量のＣｄがアンプル内の
ＣｄＴｅ単結晶の占有する容積を除いた空間部分に蒸発
する。先に説明した通り、この空間部分のＣｄ蒸気圧に
依存して、生成するＣｄＴ＠単結晶のｐ型及びｎ型の伝
導型及び結晶性は大きく変わる。

本発明に従えば、原料ＣｄはＴ・より過剰とされそして
その過剰量は該空間部分のＣｄ蒸気圧が０．５気圧以上
となるように為される。過剰量が多すぎると生成ＣｄＴ
ｅ単結晶の性状への悪影響が生ずるのでＣｄ蒸気圧がＣ
ｄＴｅ単結晶成長時の温度において１５〜５気圧となる
よう選択される。好ましくはα８〜２気圧とされる。

ＣｄＴｅ単結晶は、ｐ型とｎ型との伝導型の変化により
そのミクロ結晶組織が変化する。第１（ａ）図はｐ型の
代表的組織を図解示したものでありそして第１　（ｂ）
図はｎ型の代表的組織を図解示したちのである。ｐ゛型
の第１（＆）図においてセル構造の亜粒界は一本線状に
きわめて顕著に現出する。ところが、ｃｄ蒸気圧を臨界
値以上とすることによりこれがｎ型に変ると、亜粒界は
ぼやけて消散する。

これらはエッチビットの分布の差異により判定できる。

ここで、亜粒界とは、単結晶の内部で方位が若干ずれて
いる（厳密な定義は難しいが、例えば約０．１°程度の
方位のずれ）場合に生じる小傾角粒界を云う。亜粒界の
発生原因としては、不純物による過冷却状態が結晶成長
中に生じた場合、あるいは転位がエネルギー的に安定な
状態になるためにセル構造分布をとる場合等が考えられ
る。セル構造とト型及びｎ型との明確な因果関係は解明
されていないが、とにかくこうしたユニークな結晶性の
差異がｐ型及びｎ型に応じて生じることは興味ある事実
である。

本発明の骨子は、後にエピタキシャル成長させても受継
がれない程度に充分ぼやけた消散状態のビット分布を有
するｎ型Ｃｄ　Ｔ　ｅ単結晶基板をエピタキシャル成長
用基板として使用すると、表面モル７オロジー（形Ｍ）
の優れたエピタキシャル成長が実現可能となる点にある
。

更に、Ｃｄ過剰量の調節により、比抵抗の制御も可能で
あり、高抵抗ＣｄＴｅのみでなく小〜中抵抗のＣｄＴｅ
単結晶の製造も可能となる。

以上はＣｄＴｅにのみついて言及したが、本発明はＣｄ
Ｔｅのような半導体を構成する構成元素のうちの一元素
の蒸気圧が高い場合で、単結晶中に欠陥（空孔）を生じ
やすい場合に適用しうるちのであり、ＣｄＴｓ　、Ｈｇ
ＣｄＴ＊、Ｚ　ｎ　Ｔ　＠、ＨｇＴ＊、ＣｄＳ・等の■
−■族化合物半導体、或いはこの種の■−■族化合物半
導体に対しても応用可能であることは明らかである。

発明の効果 高結晶性のＣｄＴｅ単結晶を高い再現性の下で安定して
作製することが可能となり、エッチビットの分布も均一
化し、この単結晶がら切出された基板を使用してエピタ
キシャル成長により作られた各種デバイスの機能向上を
図ることができ、工業的利用価値は大きい。

内径２インチの石英製アンプルにＣｄ及びＴ・原料を種
々の比率で装入し、真空排気した後、封止した。このア
ンプルを１１５０’Ｃに設定された上段炉と８００℃に
設定した下段炉とから成る電気炉を用いて垂直ブリッジ
マン法によって結晶成長せしめた。垂直ブリッジマン法
のアンプル降下速度は１ｍｓ／Ｈｒそして温度勾配は３
℃／ｅ１１とした。

本実施例の結晶成長アンプル及び成長条件の下では、Ｃ
ｄ過剰量が約α９ｇ未満ではＣｄ　Ｔ　ｅ単結晶はｐ型
となりそして約Ｑ、９り以上ではｎ型となった。このα
９りのＣｄ過剰量はアンプル上方空間のＣｄ蒸気圧約１
気圧に相当した。

生成Ｃｄ　Ｔ　＊単結晶の結晶性評価は、ＣｄＴｅ単結
晶を（１１１）面で切断し、（１１１）面を鏡面研磨、
エツチングした後、Ｎａｋａｇａｖａエッチャント（Ｈ
Ｆ：３Ｏ−１Ｈｚ（ｈ　：　２０　ｍ、Ｈ２Ｏ：　２１
　ＷＩｔ）にてエツチングして、エッチピッＦの分布を
観察することにより行った。第１（ａ）及び第１（ｂ）
図に示すように、第１（ａ）図のｐｍ結晶では、ビット
の分布が一本線状の顕著な亜粒界を有するセル構造を為
しているが、第１　（ｂ）図のｎ型結晶ではセルの境界
が一本線状から分散したビット分布となっている。

更に、生成ＣｄＴｅ単結晶の結晶性を確認する為二結晶
ｘ締回折法を用いてロッキングカーブを測定した。これ
は、第−結晶と第二結晶を用い、第二結晶（測定サンプ
ル）を回転させながらＸ線カウンターによりＸ線回折強
度を測定するものであり、Ｘ線単一波長によるものと同
じ結晶の完全度を調べることが出来る。Ｘ線源としては
ＣｕＫαを用いた。ロッキングカーブ（Ｘ線強度Ｉ−回
転角θ）のピークの半値巾（ピークの腫のところでのピ
ーク巾）の値は完全な結晶程小さい。また、結晶度が不
完全な程ピークがスプリットしやすく、また半値巾は広
い。

その結果、表１に示すようにｐ型結晶では、ピークがス
プリットする傾向が認められたが、ｎ型結晶ではピーク
のスプリットも無く、ピーク半値巾も小さく、結晶性の
良い単結晶であることが確認された。

この実施法により９０％以上の確率で良好な単結晶が製
造でき、再現性も高いことが確認された。

表１　ｘ線回折測定結果 第１（ａ）及び１（ｂ）図は、ＣｄＴｅ単結晶のｐ型及
びｎ型それぞれのセル構造を図解的に示す説明図である
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）伝導型がｎ型であることを特徴とするエピタキシャ
   ル成長基板用ＣｄＴｅ単結晶。 ２）Ｎａｋａｇａｗａエッチャントによる転位ピット分
   布がセル状分布ではなく分散したピット分布となつてい
   る特許請求の範囲第１項記載の単結晶。 ３）ＣｄＴｅ単結晶を結晶成長用アンプル内で加熱及び
   冷却により成長せしめるに当り、該アンプル内のＣｄＴ
   ｅ単結晶の占有する容積を除いた空間部分でのＣｄ蒸気
   圧を結晶成長時の温度において０．５〜５気圧の範囲と
   なるよう原料Ｃｄ過剰量を調製することを特徴とするｎ
   型ＣｄＴｅ単結晶の製造方法。