WO2006054580A1 - ＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶 - Google Patents

ＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶 Download PDF

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compound semiconductor
crystal
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Atsutoshi Arakawa
Ryuichi Hirano
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Nippon Mining & Metals Co., Ltd.
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    • Y10S977/824—Group II-VI nonoxide compounds, e.g. CdxMnyTe

Definitions

  • the present invention relates to a group VI-VI compound semiconductor single crystal, and more particularly to a CdTe-based compound semiconductor single crystal useful as a substrate for an optical device such as an infrared sensor.
  • CdTe compound semiconductor single crystals are composed of Group 13 (3B) elements such as A1 (aluminum), Ga (gallium), In (indium), F (fluorine), C1 (chlorine), Br ( Contains a small amount of Group 17 (7B) elements such as bromine) and 1 (iodine), Group 14 (4B) elements such as Ge (germanium) and Sn (tin), and transition metal elements such as V (vanadium) In addition, it has the property of exhibiting n-type conductivity when a sufficient amount of a Group 13 (3B) element or a Group 17 (7B) element is doped.
  • Group 13 (3B) elements such as A1 (aluminum), Ga (gallium), In (indium), F (fluorine), C1 (chlorine), Br ( Contains a small amount of Group 17 (7B) elements such as bromine) and 1 (iodine)
  • Group 14 (4B) elements such as Ge (germanium) and Sn (tin)
  • transition metal elements
  • the high-resistance CdTe compound semiconductor single crystal thus obtained is used as a substrate for photorefractive elements, electro-optic elements (EO elements), and radiation detection elements.
  • EO elements electro-optic elements
  • radiation detection elements when used in the above applications, it is known that the higher the resistance of the CdTe compound semiconductor single crystal substrate, the better the device characteristics, and the resistivity is desired to be 1 ⁇ 10 8 Q cm or more. ing.
  • the dopant Ga concentration is set to 5 ⁇ 10 16 to 5 ⁇ 10 18 cm 3 and other impurity atom concentrations are set.
  • CdTe single crystal is disclosed in which the 7 X 10 1 4 cm 3 or less.
  • In or V is used as a dopant, high concentration is required to increase the resistance, and crystallinity deteriorates. Therefore, Ga is used as a dopant. According to the powerful technology, a high resistivity of IX 10 8 ⁇ cm or more can be realized in a CdTe single crystal.
  • Patent Document 2 in C1 concentration in the crystal is 0. 1 ⁇ 5.
  • Oppmwt, CdTe single crystal is disclosed a resistivity of 1. OX 10 9 ⁇ cm at room temperature .
  • CdTe compound semiconductor single crystals are widely used as substrates for infrared sensors in the vicinity of the 2 to 20 ⁇ m band.
  • a pn junction diode in which p-type and n-type HgCdTe epitaxial layers are formed on a CdZnTe substrate is used.
  • CdZnTe substrates high-quality p-type and n-type HgCdTe epitaxial layers are important, and substrates that do not adversely affect the epitaxial layer are more important than the electrical characteristics of the substrate. Yes.
  • impurities in the substrate may diffuse into the epitaxial layer and adversely affect the pn characteristics. For this reason, a technique for doping a small amount of impurities used to form a high resistance substrate for a radiation detector as described above is desired.
  • Patent Document 1 JP-A-5-70298
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 11-228299
  • the substrate for an optical device is in terms of ohmic properties with an electrode as in the case of an optical device using GaAs or ⁇ , which is a III-V compound semiconductor single crystal.
  • Low resistance is more advantageous, and is considered important in terms of increasing device productivity in the future.
  • CdTe-based compound semiconductor single crystals have the property of easily having low resistance when the first (1A) group element such as Li or Na is contained in the crystal.
  • the first (1A) group element such as Li or Na
  • impurities such as Group 1 (1A) elements and Group 13 (3B) elements are mixed in uncontrolled depending on the purity in the raw material. Therefore, in order to obtain the desired resistivity even if the Group 1 (1A) element is added to reduce the resistance of the crystal, the amount added must be adjusted for each raw crystal. This is thought to be due to the low resistance as a result of offsetting the effects of Group 1 (1A) elements and Group 13 (3B) elements. In such a case, the first (1A) group element and the thirteen (3B) group element are contained at a high concentration. There can be.
  • such a CdTe-based compound semiconductor single crystal has a resistivity within a predetermined range, but even if a large amount of impurities are contained in the crystal, there is a problem that device characteristics are deteriorated. is there. Therefore, it can be said that it is important as a substrate for optical devices that the CdTe compound semiconductor single crystal has a low resistivity, taking into consideration the amount of impurities in a range that does not affect the epitaxial layer.
  • An object of the present invention is to provide a CdTe compound semiconductor single crystal useful as a substrate for an optical device such as an infrared sensor by defining the resistivity and the amount of impurities contained in the CdTe compound semiconductor single crystal.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and is a CdTe-based compound semiconductor single crystal for optical devices, in which 5 X 10 14 to 6 X 10 15 cm 3 are contained in the crystal.
  • the total amount of Group 13 (3B) elements and Group 17 (7B) elements contained in the crystal is less than 2 ⁇ 10 15 cm 3 1A) It should be less than the total amount of group elements, and the resistivity should be 10 ⁇ : ⁇ 0 4 ⁇ cm. That is, in order to use a CdTe-based compound semiconductor single crystal as a substrate for an optical device, it is not possible to guarantee good device characteristics simply by keeping the resistivity within a predetermined range. The amount of impurities was specified.
  • the CdTe-based compound semiconductor means a compound semiconductor containing Cd or Te as a main component in which part or all of Cd and Te are substituted. Examples thereof include CdTe, CdZnTe, and CdHgTe.
  • the first (1A) group element is a force that means a group of H, Li, Na, K, Rb, and Cs.
  • the crystal contains Ge, Sn as Group 14 (4B) elements, and Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni as transition metal elements, and is contained in the crystals.
  • the total amount of 13 (3B) group elements, 17 (7B) group elements, 14 (4B) group elements Ge and Sn, and transition metal elements Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co and Ni are 2 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3 and less than the total amount of the first (1A) group elements. Since these elements also have the property of making the CdTe compound semiconductor single crystal high resistance like the Group 13 (3B) element, it is desirable that the concentration be lower than the Group 1 (1A) element concentration.
  • the concentration of impurities contained in the CdTe compound semiconductor single crystal is defined, but this may be reduced in resistance depending on the purity of the raw material when producing the CdTe compound semiconductor single crystal. This is because it is difficult to remove undesired impurities (here, Group 13 (3B) elements, etc.) below the detection limit.
  • the impurity concentration should be as low as possible! Desire! /, Noha!
  • CdTe-based compound semiconductor single crystals exhibit low-resistance p-type conductivity when they contain a small amount of Group 1 (1A) elements such as Li and Na, and dope the Group 1 (1A) elements.
  • Group 1 (1A) elements such as Li and Na
  • dope the Group 1 (1A) elements When the amount is increased, the resistivity decreases, and when the doping amount is decreased, the resistivity increases. Therefore, the present inventors examined the relationship between resistivity and device characteristics of CdTe compound semiconductor single crystals.
  • a CdZnTe single crystal substrate which is one of CdTe-based compound semiconductor single crystals, is used.
  • a non-doped p-type conductive HgCdTe buffer layer is formed on the substrate, and an In-doped n layer is further formed thereon.
  • a type HgCdTe active layer was formed and an epitaxy crystal with a simple optical device structure was fabricated.
  • the mobility and current-voltage characteristics (IV characteristics) of the electrode formed on the surface of the epitaxial crystal are measured, and the gap between the electrode formed on the back surface of the substrate and the electrode on the surface of the epitaxial crystal is measured. The IV characteristics were evaluated.
  • the concentration of impurities other than Group 1 (1A) in the CdZnTe single crystal was reduced as much as possible. That is, Al, Ga, In of Group 13 (3B) elements, F, Cl, Br, I, Group 17 (7B) elements, which are impurities that control CdZnTe single crystal to high resistance, 14 (4B) group of Ge, Sn, and transition metal elements of Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni The total amount was less than 5 ⁇ 10 14 cm 3 .
  • the resistivity of the CdZnTe single crystal is 10 to: L0 4 Qcm.
  • the resistivity was 10 ⁇ cm when the concentration of the first (1A) group element was 6 ⁇ 10 15 cm 3 , and 10 4 ⁇ cm when the concentration was 5 ⁇ 10 14 cm ⁇ 3 .
  • the concentration of the first (1A) group element in the single crystal must be 5X 10 14 to 6X 10 15 cm 3. It turned out to be.
  • the Group 1 (1A) element and other impurity elements for example, Ga, which is a Group 13 (3B) element, and Ga
  • C1, a 17 (7B) group element was mixed, and the relationship between the impurity content (concentration) in the obtained CdZnTe single crystal and the device characteristics was investigated.
  • Sn, Ge of the group 14 (4B) element only by the group 13 (3B) element and the group 17 (7B) element, Ti, V, Cr of the transition metal element, Mn, Fe, Co, and Ni also have the property of making CdTe compound semiconductor single crystals high resistance.
  • the total amount of Group 1 (18) elements in the crystal is 5 10 14 to 6 10 15 and the total amount of Group 13 (3B) + Group 17 (7B) elements is Less than the total amount of Group 1 (1A) elements, Ge, Sn of Group 14 (4B) elements, and Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni of transition metal elements
  • the total amount less than the total amount of Group 1 (1A) elements and making the total amount of impurities other than Group 1 (1A) elements less than 2 X 10 15 cm 3 , low resistance (10 to : L0 4
  • the inventors have found that a p-type CdTe compound semiconductor single crystal with good electrical characteristics can be realized with a resistance of ⁇ cm), and have completed the present invention.
  • the impurities other than the Group 1 (1A) element are mixed in exceeding the detection limit, if they are less than 2 X 10 15 cnf 3 and less than the Group 1 (1A) element, it will be profitable. This means that it does not affect the device characteristics of an optical device made from a compound semiconductor single crystal.
  • the CdTe compound semiconductor single crystal for optical devices is used in the scope of the claims of the present application, but the CdTe compound semiconductor single crystal is not only used as a substrate but on a different substrate such as Si.
  • the first (1A) group contained in the crystal is a 5 X 10 14 ⁇ 6 10 15 « 11- 3, the total amount of the 13 (38) group element and second 17 (7B) group elements contained in the crystal 2 X 10 15 cm 3 And less than the total amount of the first (1A) group element to suppress a decrease in crystal purity due to dopants and other impurities, thereby avoiding a decrease in electrical characteristics due to a decrease in crystal purity. while, it is possible to realize a low resistivity (10 ⁇ 10 4 ⁇ cm).
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a crystal growth apparatus using a VGF method.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of a CdZnTe single crystal substrate.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of an epitaxy crystal in which an HgCdTe epitaxy layer is grown on a CdZnTe single crystal substrate.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a crystal growth apparatus for growing the CdZnTe single crystal of this embodiment by the VGF method.
  • reference numeral 10 denotes a high-pressure vessel, and a quartz ampule 11 having a reservoir portion 11 a is disposed at the center of the high-pressure vessel 10.
  • a pBN crucible 13 is disposed in the quartz ampule 11, and a heater 12 is provided so as to surround the quartz ampule 11.
  • the configuration of the heater 12 is not particularly limited. However, as in this embodiment, the portion corresponding to the crucible 13 and the portion corresponding to the reservoir portion 11a can be heated to different temperatures, and the inside of the high-pressure vessel 10 can be heated. For example, a three-stage multi-stage structure is desirable so that the temperature distribution can be controlled with great strength.
  • CdTe and ZnTe polycrystals synthesized from raw materials obtained by purifying Cd, Zn, Te in advance by distillation or zone purification were used as CdZnTe single crystal growth raw materials.
  • the impurity level can be changed depending on the method and man-hour (cost) required for high-purity raw materials.
  • Cd 14 which is a readily volatile element is put in the reservoir 11a of the quartz ampule 11, and 3850g of CdZnTe raw material 15 is put in the pBN crucible 13 and placed in the quartz ampule 11 and then quartz. Ampoule 11 was sealed.
  • a CdTe polycrystal containing a predetermined amount of Li which is a first (1A) group element produced according to the CdTe polycrystal production method disclosed in JP-A-2003-277197 is divided into blocks. And a granular ZnTe block was used as the CdZnTe raw material 15.
  • the heater 12 is heated and heated to melt the CdZnTe raw material 15 in the crucible 13, and the heater 12 is heated to a predetermined temperature, for example, 770 to 830 ° C, to control the vapor pressure. At the same time, the crucible 13 was heated. [0040] Further, while controlling the amount of electric power supplied to each heater with a control device (not shown) so that a desired temperature distribution is generated in the high-pressure vessel 10, the temperature in the heating furnace is gradually lowered to reduce the CdZnTe unit. Crystals were grown. A CdZnTe single crystal ingot having a diameter of 110 mm and a length of 70 mm was obtained by growing for 300 hours at a growth rate of 0.24 mmZhr.
  • the obtained CdZnTe single crystal was cut out to obtain a CdZnTe single crystal substrate 101, and the content of the impurity element was measured with a GDMS (Glow Discharge Mass Spectrometer) against the substrate.
  • the (1A) group element concentration was 4.2 X 10 15 cm— 3 , which was in the range of 5 X 10 ”to 6 X 10 15 cm— 3 .
  • the 13th (3B) of Ga, In, A1 The total amount of group elements and 17 (7B) group elements such as C1 was 1.9 X 10 15 cm 3 , which was smaller than the concentration of group 1 (1A) elements.
  • the CdZnTe single crystal substrate 101 was mirror-etched with a bromine methanol solution to sequentially form an In electrode 104 and an Au electrode 105 (see FIG. 2).
  • the resistivity of the CdZnTe single crystal substrate was 5. OX lC ⁇ Q cm, and was in the range of 10 to: ⁇ 0 4 ⁇ cm.
  • a 0.05 / zm HgCdTe buffer layer 102 and a 0.95 m In-dope n-type HgCdTe are formed on the substrate.
  • the active layer 103 was sequentially grown by the MBE method to produce an epitaxial crystal.
  • an In electrode 104 and an Au electrode 105 were formed in sequence (see Fig. 3), and the mobility was measured by the van der Bau method, and the voltage when the voltage was applied (current / z A level) IV Characteristics were measured.
  • the mobility at the liquid nitrogen temperature of the epitaxy crystal was 125000 cm 2 ZV's, and there was no deterioration in the IV characteristics after a voltage was applied for 150 hours at room temperature. Furthermore, the IV characteristics between the electrode formed on the back surface of the substrate and the electrode on the epitaxial crystal surface were evaluated and confirmed to be ohmic.
  • Example 1 As CdZnTe raw materials, a CdTe polycrystal containing a smaller amount of Li than in Example 1 and a granular ZnTe lump were used. A CdZnTe single crystal ingot having a diameter of 110 mm and a length of 70 mm was obtained in the same manner as in Example 1.
  • the obtained CdZnTe single crystal was cut out to obtain a CdZnTe single crystal substrate 101, and the concentration of the impurity element contained in the substrate was measured by GDMS (Glow Discharge Mass Spectrometer).
  • 8 X 10 was in the range of ⁇ 6 X 10 15 cm- 3.
  • the total amount of Group 13 (3B) elements of Ga, In, A1 and Group 17 (7B) elements such as C1 is 4.6 X 10 14 cm 3, which is higher than the concentration of Group 1 (1A) elements. It was small.
  • the CdZnTe single crystal substrate 101 was mirror-etched with a bromine methanol solution to sequentially form an In electrode 104 and an Au electrode 105 (see FIG. 2).
  • the resistivity of the CdZnTe single crystal substrate was 7.6 7.10 3 ⁇ « ⁇ , and was in the range of 10 to: ⁇ 0 4 ⁇ cm.
  • a 0.05 / zm HgCdTe buffer layer 102 and a 0.95 m In-dope n-type HgCdTe were formed on the substrate.
  • the active layer 103 was sequentially grown by the MBE method to produce an epitaxial crystal.
  • an In electrode 104 and an Au electrode 105 were sequentially formed (see Fig. 3), and the mobility was measured by the van der Pauw method, and the IV characteristics when a voltage was applied (current / zA level) were measured.
  • the mobility at the liquid nitrogen temperature of the epitaxy crystal was 127000 cm 2 ZV's, and no deterioration was seen in the IV characteristics after 150 hours of voltage application at room temperature. Furthermore, the IV characteristics between the electrode formed on the back surface of the substrate and the electrode on the surface of the epitaxial crystal were evaluated and confirmed to be ohmic.
  • a CdZnTe single crystal was grown while changing the concentration of Li contained in the CdTe polycrystal used as the CdZnTe raw material 15, and the resistivity and impurity concentration in the obtained CdZnTe single crystal were measured.
  • the electrical characteristics of the epitaxial crystal obtained by growing the HgCdTe epitaxial layer on the CdZnTe single crystal substrate were measured.
  • Table 3 shows the measurement results of resistivity, group 1 (1A) element concentration, group 13 (3B) + group 17 (7B) element concentration of CdZnTe substrate, and mobility and IV degradation characteristics of epitaxy crystals.
  • Table 4 shows the measurement results.
  • the concentration of the first (1A) group element in the CdZnTe single crystal substrate was 8.7X10 cm " 3 and was in the range of 5 X 10 14 to 6 X 10 15 cm 3. 3B) + No. 17 (7B) group elements concentration was not size than the large instrument 2.
  • the resistivity of the single crystal substrate is greatly affected by the 13th (3B) + 17th (7B) group elements, and the resistance is higher than that of Example 2 which is 4.5 10 4 0 «11 and 10 4 0« 11.
  • the mobility of the epitaxial crystal at liquid nitrogen temperature is 111000 cm 2 ZV's, and the IV characteristics after applying voltage for 150 hours at room temperature are 75% higher than the current value at initial application. % And the crystallinity is inferior.
  • the concentration of the first (1A) group element in the CdZnTe single crystal substrate was 4.1 X 10 15 cm “ 3 and was in the range of 5 X 10 14 to 6 X 10 15 cm 3 13 (3B) + Group 17 (7B) element concentration is 1.2X10 16 cm 3, which is larger than Group 1 (1A) element concentration 2.
  • OX10 15 cm 3 The resistivity of the CdZnTe single crystal substrate was 8. OX 10 5 Qcm and 10 4 ⁇ cm higher than Comparative Example 1. The resistivity was an order of magnitude higher than that of Comparative Example 1.
  • the 13 (3B) + 17 (7B) element concentration is large and the difference between the 1 (1A) group element concentration is large and the CdZnTe single crystal is made to have high resistance. (7B) group element This is thought to be due to the greater impact.
  • the mobility at the liquid nitrogen temperature of the epitaxy crystal is 109000 cm 2 ZV's, and the IV characteristics after applying the voltage for 150 hours at room temperature are 55% compared to the current value at the initial application, and the deterioration of the IV characteristics is also significant. It can be seen that the crystallinity is further deteriorated as the total amount of impurities increases. From this, it can be seen that the electrical characteristics decrease as the resistivity of the CdZnTe single crystal substrate increases.
  • the 1 (1A) group element concentration in the CdZnTe single crystal substrate was greater than 6 ⁇ 10 15 cm 3 at 8.5 X 10 15 cm "3. Also, the 13 (3B) + Group 17 (7B) element concentration is 1.8X10 15 cm 3, which is smaller than Group 1 (1A) element concentration 2. OX10 15 cm 3 is smaller than CdZnTe single crystal substrate The resistivity was 1.5 ⁇ cm, which was less than 10 ⁇ cm, and the mobility of the epitaxy crystal at liquid nitrogen temperature was 8700 Ocm 2 ZV's.
  • the characteristics were not measurable, and it was found that the electrical characteristics were poor compared to the working examples, so that if the concentration of the first (1A) group element was too large, the crystallinity of the CdZnTe single crystal was reduced, and It is considered that the electrical characteristics deteriorate because the conductivity of the first (1A) group element diffuses into the n-type epitaxial crystal.
  • the concentration of the first (1A) group element in the CdZnTe single crystal substrate was 5.1 ⁇ 10 15 cm ” 3 and was in the range of 5 10 14 to 6 10.
  • 3B) +17 (7B) group element concentration was 2.5 10 and the group 1 (18) element concentration was also smaller than 2.
  • OX10 15 cm “ 3 the resistivity of the CdZnTe single crystal substrate was in the range of 4.5X lC ⁇ Qc m becomes 10 to 10 4 Qcm.
  • the mobility at the liquid nitrogen temperature of the epitaxial crystal is 112000cm 2 ZV's, and the IV characteristics after applying the voltage for 150 hours at room temperature is 70% compared to the current value at the initial application.
  • the CdZnTe compound semiconductor single crystal for optical devices doped with the first (1A) group element to be p-type low resistance is included in the crystal.
  • the total amount of Group 1 (1 A) elements is 5 X 10 14 to 6 X 10 15 cm 3
  • the total amount of Group 13 (3B) + Group 17 (7B) elements contained in the crystal is 2 X 10 15 less than cm 3 and the first (1A) group element
  • the resistivity can be 10 to 10 4 Q cm.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be changed without departing from the gist thereof.
  • the present invention can also be applied to the case where other CdTe-based compound semiconductor single crystals (for example, CdTe single crystals) are made to have a low resistance.
  • the force described for the Group 1 (1A) element and the Group 13 (3B) + Group 17 (7B) element contained in the CdZnTe single crystal is controlled to have a high resistance.
  • the impurity concentration contained in the CdZnTe single crystal is large, the crystal purity is lowered and the electrical characteristics are lowered. Therefore, it is desirable to make the impurity concentration as small as possible.

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Abstract

　ＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶の抵抗率と含有不純物量を規定し、赤外線センサ等の光デバイス用の基板として有用なＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶を提供する。 　光デバイス用のＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶であって、前記結晶中に５×１０14～６×１０15ｃｍ-3の第１（１Ａ）族元素を含み、前記結晶中に含まれる第１３（３Ｂ）族元素と第１７（７Ｂ）族元素の総量が２×１０15ｃｍ-3未満であり、かつ前記第１（１Ａ）族元素の総量よりも少なくなるようにして、抵抗率が１０～１０4Ωｃｍとなるようにした。

Description

明 細 書
CdTe系化合物半導体単結晶
技術分野
[0001] 本発明は、 Π— VI族化合物半導体単結晶に関し、特に、赤外線センサ等の光デバ イス用の基板として有用な CdTe系化合物半導体単結晶に関する。
背景技術
[0002] 一般に、 CdTe系化合物半導体単結晶は、 A1 (アルミニウム） , Ga (ガリウム） , In (ィ ンジゥム)等の第 13 (3B)族元素、 F (フッ素）， C1 (塩素）， Br (臭素）， 1 (ヨウ素)等の 第 17 (7B)族元素、 Ge (ゲルマニウム）， Sn (スズ)等の第 14 (4B)族元素、 V (バナ ジゥム)等の遷移金属元素が少量含まれると高抵抗となり、さらに、第 13 (3B)族元素 や第 17 (7B)族元素が充分量ドーピングされると n型導電性を示すという性質を有す る。このようにして得られる高抵抗の CdTe系化合物半導体単結晶は、フォトリフラク ティブ素子や電気光学素子 (EO素子）、放射線検出素子用の基板として用いられる 。また、前記用途に用いられる場合、 CdTe系化合物半導体単結晶基板が高抵抗な ほどデバイス特性が向上することが知られており、その抵抗率は 1 X 108 Q cm以上で あることが望まれている。
[0003] 例えば、特許文献 1には、高抵抗のフォトリフラクティブ結晶を得るために、ドーパン トしての Gaの濃度を 5 X 1016〜5 X 1018cm 3とし、その他の不純物原子濃度を 7 X 10 14cm 3以下とした CdTe単結晶が開示されている。また、 Inや Vをドーパントとして用 いると、高抵抗にするためには高濃度のドーピングが必要となり結晶性が悪くなるの でドーパントして Gaを用いている。力かる技術によれば、 CdTe単結晶において、 I X 108 Ω cm以上の高 、抵抗率を実現することができる。
[0004] また例えば、特許文献 2には、結晶中の C1濃度が 0. 1〜5. Oppmwtで、室温での 抵抗率が 1. O X 109 Ω cmである CdTe単結晶が開示されている。
[0005] 一方、 CdTe系化合物半導体単結晶は、 2〜20 μ m帯近傍の赤外線センサー用の 基板として広く用いられている。具体的には CdZnTe基板上に p型と n型の HgCdTe ェピタキシャル層を形成した pn接合ダイオードが用いられて ヽる。この光デバイス用 CdZnTe基板にお!、ては、良質な p型と n型の HgCdTeェピタキシャル層が重要とさ れており、基板の電気特性よりもェピタキシャル層に悪影響が出ない基板が重要とさ れている。ところが、基板中の不純物がェピタキシャル層へ拡散して pn特性に悪影 響を及ぼすことが懸念される。このため、前述したような放射線検出器向け等の高抵 抗基板にするために用いられる不純物を少量ドーピングする技術は望まれて ヽな ヽ 特許文献 1：特開平 5 - 70298号公報
特許文献 2：特開平 11― 228299号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] 上述したように、フォトリフラクティブ素子や電気光学素子 (EO素子）、放射線検出 素子用の CdTe系化合物半導体単結晶については、必要な電気特性、およびその 単結晶を実現させるための技術が積極的に提案されている一方、光デバイス用の C dTe系化合物半導体単結晶につ 、ては十分に検討されて 、るとは言えな!/、。これは 、光デバイス用 CdZnTe基板については、良質な p型と n型の HgCdTeェピタキシャ ル層が重要とされてきており、不純物が少ない方がェピタキシャル層へ拡散して pn 特性に悪影響を及ぼす可能性が少な 、と 、う程度にとどまって 、るためである。
[0007] し力しながら、一般的に光デバイス用基板は、 III—V族化合物半導体単結晶であ る GaAsや ΙηΡを用いた光デバイスの例のように、電極とのォーミック性の点で低抵抗 の方が有利であり、今後、デバイスの生産性を高めていく観点で重要と考えられる。
[0008] ところで、 CdTe系化合物半導体単結晶は、結晶中に Liや Na等の第 1 (1A)族元 素が含まれると、容易に低抵抗となる性質を持っている。しかし、従来、 CdTe系化合 物半導体単結晶を製造する場合、原料中の純度によっては、第 1 (1A)族元素や第 13 (3B)族元素等の不純物が制御されずに混入してしまうことにより、結晶の低抵抗 化のために第 1 (1A)族元素を添加しても所望の抵抗率を得るためにはその添加量 を原料結晶毎に調整する必要があった。これは、第 1 (1A)族元素と第 13族（3B)族 元素のそれぞれの効果が相殺した結果として低抵抗を示して 、たと考えられる。そし て、このような場合は、第 1 (1A)族元素と第 13 (3B)族元素が高濃度で含有されて いることちありうる。
[0009] すなわち、このような CdTe系化合物半導体単結晶は所定の範囲の抵抗率を有し て 、ても、結晶中に多量の不純物が含有されて ヽるためデバイス特性が低下すると いう問題がある。したがって、ェピタキシャル層へ影響の出ない範囲の不純物量を充 分に考慮した上で、かつ低抵抗率の CdTe系化合物半導体単結晶であることが、光 デバイス用基板として重要であるといえる。
[0010] 本発明は、 CdTe系化合物半導体単結晶の抵抗率と含有不純物量を規定し、赤外 線センサ等の光デバイス用の基板として有用な CdTe系化合物半導体単結晶を提供 することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0011] 本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、光デバイス用の CdTe 系化合物半導体単結晶であって、前記結晶中に 5 X 1014〜6 X 1015cm 3の第 1 (1A )族元素を含み、前記結晶中に含まれる第 13 (3B)族元素と第 17 (7B)族元素の総 量が 2 X 1015cm 3未満であり、かつ前記第 1 (1A)族元素の総量よりも少なくなるよう にし、抵抗率を 10〜： ί04Ω cmとしたものである。すなわち、 CdTe系化合物半導体単 結晶を光デバイス用の基板として用いるためには、その抵抗率を所定の範囲内にす るだけでは良好なデバイス特性を保証できな 、ので、結晶基板中に含まれる不純物 量を規定するようにした。
[0012] このように、第 13 (3B)族元素と第 17 (7B)族元素の総量が第 1 (1A)族元素濃度 よりも小さければ、少量含有されていたとしても CdTe系化合物半導体単結晶を高抵 抗にする効果は少な 、ので、低抵抗の CdTe系化合物半導体単結晶を実現できる。 なお、 CdTe系化合物半導体とは、 Cdと Teの一部あるいは全部を置換した Cd若しく は Teを主成分とする化合物半導体を意味し、例えば CdTeや CdZnTe、 CdHgTe等 がある。また、第 1 (1A)族元素とは、 H、 Li、 Na、 K、 Rb、 Csの族を意味する力 本 発明では容易に低抵抗となる性質を持っていると認知されている Li、 Na、 Kの不純 物量を対象とした。一方、第 13 (3Β)族元素としては、高抵抗となる性質を有すると認 知されている Al、 Ga、 Inを対象とし、第 17 (7B)族元素としては F、 Cl、 Br、 Iを対象と した。 [0013] さらに、結晶中に第 14 (4B)族元素である Ge、 Sn、及び遷移金属元素である Ti、 V、 Cr、 Mn、 Fe、 Co、 Niを含み、前記結晶中に含まれる第 13 (3B)族元素、第 17 ( 7B)族元素、第 14 (4B)族元素である Ge, Sn、及び遷移金属元素である Ti、 V、 Cr 、 Mn、 Fe、 Co、 Niの総量は 2 X 1015cm— 3未満で、かつ前記第 1 (1A)族元素の総量 よりも少なくなるようにした。これらの元素も第 13 (3B)族元素と同様に CdTe系化合 物半導体単結晶を高抵抗にする性質を有するので、第 1 (1A)族元素濃度より低濃 度とするのが望ましい。
[0014] なお、本発明では CdTe系化合物半導体単結晶中に含まれる不純物濃度を規定し ているが、これは CdTe系化合物半導体単結晶を製造する際の原料純度によっては 、低抵抗ィ匕に好ましくない不純物 (ここでは第 13 (3B)族元素等)を検出限界以下に 除去することは困難であるためであり、良好な電気特性を得るためには不純物濃度 ができるだけ小さ!/、ことが望まし！/、のは!、うまでもな!/、。
[0015] 以下に、本発明を完成するに至った経緯について説明する。
[0016] 一般に、 CdTe系化合物半導体単結晶は、 Liや Na等の第 1 (1A)族元素が少量含 まれると低抵抗の p型導電性を示し、第 1 (1A)族元素のドーピング量を多くすると抵 抗率が低下し、ドーピング量を少なくすると抵抗率が大きくなるという性質を有する。 そこで、本発明者等は、 CdTe系化合物半導体単結晶の抵抗率とデバイス特性の関 係について検討した。
[0017] 具体的には CdTe系化合物半導体単結晶の一つである CdZnTe単結晶基板を用 いて、該基板上にノンドープで p型導電性となる HgCdTeバッファ層と、さらにその上 に Inドープ n型 HgCdTe活性層を形成し、簡易的な光デバイス構造のェピタキシャ ル結晶を作製した。そして、このェピタキシャル結晶の表面に形成した電極を用いて その移動度と電流—電圧特性 (I—V特性)を測定するとともに、基板裏面に形成した 電極とェピタキシャル結晶表面の電極との間の I—V特性を評価した。なお、本実験 では、 CdZnTe単結晶中の第 1 (1A)族以外の不純物濃度はできるだけ低減するよう にした。すなわち、 CdZnTe単結晶を高抵抗に制御する不純物である、第 13 (3B) 族元素のうちの Al、 Ga、 In、第 17 (7B)族元素のうちの F、 Cl、 Br、 I、第 14 (4B)族 元素のうちの Ge、 Sn、及び遷移金属元素のうちの Ti、 V、 Cr、 Mn、 Fe、 Co、 Niの 総量は 5 X 1014cm 3未満であった。
[0018] その結果、 CdZnTe単結晶の抵抗率が 10〜： L04Qcmであるときに良好な電気特 性が得られることが判明した。なお、第 1 (1A)族元素の濃度が 6X 1015cm 3のときに 抵抗率は 10 Ω cmとなり、 5 X 1014cm— 3のときに 104 Ω cmとなった。
[0019] つまり、抵抗率が lOQcmよりも小さい場合は相当量の第 1(1A)族元素がドーピン グされて 、ることとなるために、 CdTe系化合物半導体単結晶の純度が低下してしま い電気特性が低下すると考えられた。一方、抵抗率が 104Qcmよりも大きい場合は、 電極を形成したときに電極と CdTe系化合物半導体単結晶基板との接触抵抗が大き くォーミック特性が低くなるために、電気特性が悪くなると考えられた。
[0020] これより、低抵抗 CdTe系化合物半導体単結晶を実現するためには、単結晶中の 第 1 (1A)族元素の濃度を 5X 1014〜6X 1015cm 3とすることが必要であることが判明 した。
[0021] 次に、第 1 (1A)族元素をドーピングされて p型低抵抗とされた CdZnTe単結晶中に 含まれる不純物の量とデバイス特性の関係について検討した。これは、 CdZnTe単 結晶を製造する際の原料の純度によっては第 1(1A)族元素以外の不純物元素が混 入されるおそれがあり、これらの不純物元素が CdZnTe単結晶の抵抗率や当該 CdZ nTe単結晶基板を用いた光デバイスの特性に影響を及ぼすカゝらである。具体的には 、 p型低抵抗 CdZnTe単結晶を育成する際に、意図的に第 1(1A)族元素と他の不 純物元素（例えば、第 13 (3B)族元素である Gaと第 17(7B)族元素である C1)を混入 させて、得られた CdZnTe単結晶中の不純物含有量 (濃度）とデバイス特性との関係 について検討した。
[0022] その結果、第 13(3B)+第 17(7B)族元素の総量が第 1(1A)族元素の総量よりも 多いと CdZnTe単結晶の抵抗率が 104Ω cmより大きくなるため、デバイス特性が低下 することが判明した。つまり、第 1(1A)族元素よりも第 13(3B)+第 17(7B)族元素 によって抵抗率が支配されるために容易に高抵抗になったと考えられる。
[0023] また、第 13(3B) +第 17 (7B)族元素の総量が第 1(1A)族元素の総量よりも少な いが、 2X1015cm3以上となる場合は、 CdZnTe単結晶のデバイス特性が悪ィ匕するこ とが判明した。悪化の原因は、第 13(3B) +第 17(7B)族元素がェピタキシャル層へ 拡散したためと考えられた。なお、この場合、抵抗率は 10〜： ί04Ω cmを満たしていた
[0024] 逆に、第 13 (3B)族元素の総量が第 1(1A)族元素の総量よりも少なぐかつ 2X10 15cm 3未満となる場合は、 CdZnTe単結晶のデバイス特性は結晶中に含まれる第 1 ( 1A)族元素の総量に従うことが判明した。すなわち、上述した検討結果をまとめると 表 1のようになる。
[0025] [表 1]
Figure imgf000008_0001
[0026] また、第 13(3B)族元素と第 17(7B)族元素だけでなぐ第 14(4B)族元素のうちの Sn, Geや、遷移金属元素のうちの Ti、 V、 Cr、 Mn、 Fe、 Co、 Niも CdTe系化合物 半導体単結晶を高抵抗にする性質を有する。そこで、上記第 13(3B) +第 17(7B) 族元素の場合と同様に実験を行ったところ、表 2に示す結果が得られ、第 1(1A)族 元素の総量とこれらの不純物元素の総量との間に表 1と同様な傾向が確認できた。こ れより、 CdTe系化合物半導体単結晶に含まれる第 1(1A)族元素以外の不純物 (第 13(3B)族元素，第 17(7B)族元素，第 14(4B)族元素のうちの Ge、 Sn、及び遷移 金属元素のうちの Ti、 V、 Cr、 Mn、 Fe、 Co、 Niの総量が、 2X 1015cm— 3以上となる 場合はデバイス特性が悪ィ匕することが分力ゝつた。
[0027] [表 2]
Figure imgf000008_0002
[0028] 以上のことから、結晶中の第1(1八)族元素の総量を5 1014〜6 1015とするととも に、第 13(3B)+第 17(7B)族元素の総量を第 1(1A)族元素の総量よりも少なぐさ らに第 14(4B)族元素のうちの Ge、 Sn、及び遷移金属元素のうちの Ti、 V、 Cr、 Mn 、 Fe、 Co、 Niの総量を第 1 (1A)族元素の総量よりも少なくし、かつ、第 1 (1A)族元 素以外の上記不純物の総量を 2 X 1015cm 3未満とすることにより、低抵抗（10〜： L04 Ω cm)で、電気特性の良好な p型 CdTe系化合物半導体単結晶を実現できることを 見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、第 1 (1A)族元素以外の上記不純物 が検出限界を超えて混入していても、 2 X 1015cnf 3未満であって第 1 (1A)族元素より 少なければ、カゝかる CdTe系化合物半導体単結晶により作製された光デバイスのデ バイス特性に影響しな ヽことを意味する。
[0029] なお、本願の特許請求の範囲にぉ 、て、光デバイス用の CdTe系化合物半導体単 結晶としたが、 CdTe系化合物半導体単結晶とは基板としてだけでなぐ例えば Siな どの異種基板上に CdTe系化合物半導体ェピタキシャル単結晶を成長し、その上面 に p型と n型の HgCdTeを形成した pn接合ダイオードとした場合についても同様に当 てはまる。
発明の効果
[0030] 本発明によれば、第 1 (1A)族元素がドーピングされた光デバイス用の CdTe系化 合物半導体単結晶にお 、て、前記結晶中に含まれる第 1 ( 1 A)族元素の総量を 5 X 1014〜6 1015«11—3とするとともに、前記結晶中に含まれる第13 (38)族元素と第17 (7B)族元素の総量は 2 X 1015cm 3未満で、かつ前記第 1 (1A)族元素の総量よりも 少なくして、ドーパント及びその他の不純物による結晶純度の低下を抑えるようにした ので、結晶純度の低下に伴う電気特性の低下を回避しつつ、低抵抗率（10〜104 Ω cm)を実現することができる。
[0031] したがって、力かる CdTe系化合物半導体単結晶を赤外線センサ等の光デバイス 用基板として用いることで、優れた電気特性 (移動度、 I V劣化特性等)をもつェピ タキシャル結晶により作製された光デバイスを提供することができる。
図面の簡単な説明
[0032] [図 1]VGF法による結晶成長装置の概略構成図である。
[図 2]CdZnTe単結晶基板の構造を示す断面図である。
[図 3]CdZnTe単結晶基板上に HgCdTeェピタキシャル層を成長させたェピタキシャ ル結晶の構造を示す断面図である。
符号の説明
[0033] 101 CdZnTe単結晶基板 102 HgCdTeバッファ層
103 Inドープ HgCdTe活性層
104 In電極
105 Au電極
発明を実施するための最良の形態
[0034] 以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
[0035] 図 1は、本実施形態の CdZnTe単結晶を VGF法により成長させる結晶成長装置の 概略構成図である。
[0036] 図 1中、符号 10は高圧容器であり、この高圧容器 10の中心にはリザーバ部 11aを 有する石英アンプル 11が配置されている。また、石英アンプル 11内には pBN製ルツ ボ 13が配置され、石英アンプル 11を包囲するようにヒータ 12が設けられている。なお 、ヒータ 12の構成は、特に制限されないが、本実施形態のように、ルツボ 13に対応 する部分とリザーバ部 11aに対応する部分とを別々の温度に加熱でき、かつ高圧容 器 10内の温度部分布を細力べ制御できるように例えば 3段の多段型構造とするのが 望ましい。
[0037] また、予め Cd, Zn, Teを蒸留や帯域精製などにより高純度化した原料により合成 した CdTe、 ZnTe多結晶を CdZnTe単結晶成長原料として用いた。この原料高純度 化に要する方法と工数 (コスト）の程度により、不純物レベルを変えることができる。
[0038] (実施例 1)
まず、石英アンプル 11のリザーバ部 11aに易揮発性元素である Cd単体 14を 15g 入れるととも〖こ、 pBN製ルツボ 13に CdZnTe原料 15を 3850g入れて石英アンプル 1 1内に配置した後、石英アンプル 11を封止した。このとき、例えば、特開 2003— 277 197号公報に開示されている CdTe多結晶の製造方法に従って製造された第 1 (1A )族元素である Liを所定量含む CdTe多結晶をブロック状に分割したものと、粒状の Z nTe塊を CdZnTe原料 15として用いた。
[0039] そして、ヒータ 12で加熱昇温してルツボ 13内の CdZnTe原料 15を融解し、ヒータ 1 2でリザーバ部 11aを所定温度、例えば、 770〜830°Cに加熱して蒸気圧制御を行う とともに、ルツボ 13を加熱した。 [0040] さらに、高圧容器 10内に所望の温度分布が生じるように各ヒータへの供給電力量 を制御装置（図示しな 、）で制御しながら加熱炉内の温度を徐々に下げて CdZnTe 単結晶を成長させた。そして、 0. 24mmZhrの成長速度で、 300時間成長させるこ とにより、直径 110mm、長さ 70mmの CdZnTe単結晶インゴットを得た。
[0041] 得られた CdZnTe単結晶を切り出して CdZnTe単結晶基板 101とし、該基板につ Vヽて GDMS (グロ一放電質量分析計)で含有不純物元素濃度を測定したところ、 Li を含む第 1 (1A)族元素濃度は 4. 2 X 1015cm— 3で、 5 X 10"〜6 X 1015cm— 3の範囲 内であった。また、 Ga, In, A1の第 13 (3B)族元素と、 C1等の 17 (7B)族元素の総量 は 1. 9 X 1015cm 3であり、第 1 (1A)族元素濃度よりも小さかった。
[0042] また、前記 CdZnTe単結晶基板 101に臭素メタノール溶液で鏡面エッチングを施し 、 In電極 104と Au電極 105を順次形成した（図 2参照）。そして、ファンデルパゥ法に より抵抗率を測定した結果、 CdZnTe単結晶基板の抵抗率は 5. O X lC^ Q cmであり 、 10〜： ί04Ω cmの範囲内であった。
[0043] またさらに、前記 CdZnTe単結晶基板 101に臭素メタノール溶液で鏡面エッチング を施した後、該基板上に 0. 05 /z mの HgCdTeバッファ層 102と 0. 95 mの Inドー プ n型 HgCdTe活性層 103を MBE法により順次成長させ、ェピタキシャル結晶を作 製した。そして、ァニール後に In電極 104と Au電極 105を順次形成して（図 3参照） 、ファンデルバウ法により移動度を測定するとともに、電圧を印カロ（電流/ z Aレベル)し たときの I V特性を測定した。その結果、ェピタキシャル結晶の液体窒素温度にお ける移動度は 125000cm2ZV' sで、室温で 150時間電圧を印加した後の I—V特性 に劣化は見られなカゝつた。さら〖こ、基板裏面に形成した電極とェピタキシャル結晶表 面の電極との間の I—V特性を評価し、ォーミックであることを確認した。
[0044] (実施例 2)
CdZnTe原料として、実施例 1よりも少量の Liを含む CdTe多結晶をブロック状に分 割したものと、粒状の ZnTe塊を用いた。そして、実施例 1と同様の方法で直径 110m m、長さ 70mmの CdZnTe単結晶インゴットを得た。
[0045] 得られた CdZnTe単結晶を切り出して CdZnTe単結晶基板 101とし、該基板につ Vヽて GDMS (グロ一放電質量分析計)で含有不純物元素濃度を測定したところ、 Li を含む第 1 (1A)族元素濃度は 5. 8 X 10"cm— 3で、 5 X 10"〜6 X 1015cm— 3の範囲 内であった。また、 Ga, In, A1の第 13 (3B)族元素と、 C1等の 17 (7B)族元素の総量 は 4. 6 X 1014cm 3であり、第 1 (1A)族元素濃度よりも小さかった。
[0046] また、前記 CdZnTe単結晶基板 101に臭素メタノール溶液で鏡面エッチングを施し 、 In電極 104と Au電極 105を順次形成した（図 2参照）。そして、ファンデルパゥ法に より抵抗率を測定した結果、 CdZnTe単結晶基板の抵抗率は 7. 6 Χ 103 Ω «ηであり 、 10〜： ί04Ω cmの範囲内であった。
[0047] またさらに、前記 CdZnTe単結晶基板 101に臭素メタノール溶液で鏡面エッチング を施した後、該基板上に 0. 05 /z mの HgCdTeバッファ層 102と 0. 95 mの Inドー プ n型 HgCdTe活性層 103を MBE法により順次成長させ、ェピタキシャル結晶を作 製した。そして、 In電極 104と Au電極 105を順次形成して（図 3参照）、ファンデルパ ゥ法により移動度を測定するとともに、電圧を印加（電流/ z Aレベル)したときの I V 特性を測定した。その結果、ェピタキシャル結晶の液体窒素温度における移動度は 127000cm2ZV' sで、室温で 150時間電圧を印加した後の I—V特性に劣化は見ら れなかった。さらに、基板裏面に形成した電極とェピタキシャル結晶表面の電極との 間の I—V特性を評価し、ォーミックであることを確認した。
[0048] (比較例）
同様の方法により、 CdZnTe原料 15となる CdTe多結晶中に含まれる Liの濃度を 変えて CdZnTe単結晶を成長させ、得られた CdZnTe単結晶中の抵抗率及び不純 物濃度を測定した。 また、該 CdZnTe単結晶基板に HgCdTeェピタキシャル層を成 長させて得られたェピタキシャル結晶の電気特性を測定した。
[0049] CdZnTe基板の抵抗率、第 1 (1A)族元素濃度、第 13 (3B) +第 17 (7B)族元素 濃度の測定結果を表 3に、ェピタキシャル結晶の移動度及び I V劣化特性の測定 結果を表 4に示す。
[0050] [表 3] C d Z n T e単結晶基板
Figure imgf000013_0001
[0051] [表 4]
ェピタキシャル結晶
Figure imgf000013_0002
[0052] 比較例 1では、 CdZnTe単結晶基板中の第 1 (1A)族元素濃度は 8.7X10 cm"3 で 5 X 1014〜6 X 1015cm 3の範囲内であった力 第 13 (3B) +第 17 (7B)族元素濃 度は 3.2X1015cm3で第 1(1A)族元素濃度よりも大きぐ 2. OX1015cm3よりも大き い値であった。このとき、 CdZnTe単結晶基板の抵抗率は第 13 (3B) +第 17(7B) 族元素に大きく影響され、 4.5 1040«11と1040«11ょりも大きぐ実施例 2に比較し て抵抗率が 1桁高くなつた。また、ェピタキシャル結晶の液体窒素温度における移動 度は 111000cm2ZV'sで、室温で 150時間電圧を印加した後の I—V特性は初期 印加時の電流値に比べ 75%となり、結晶性も劣ることがわかる。
[0053] 比較例 2では、 CdZnTe単結晶基板中の第 1 (1A)族元素濃度は 4.1 X 1015cm"3 で 5 X 1014〜6 X 1015cm 3の範囲内であった力 第 13 (3B) +第 17 (7B)族元素濃 度は 1.2X1016cm3で第 1(1A)族元素濃度よりも大きぐ 2. OX1015cm3よりも大き い値であった。このとき、 CdZnTe単結晶基板の抵抗率は、 8. OX 105Qcmと 104Ω cmよりも大きぐ比較例 1に比較して抵抗率が更に 1桁高くなつた。これは、比較例 1 に比べて第 13(3B)+第 17(7B)族元素濃度が大きぐ第 1(1A)族元素濃度との差 が大きいために、 CdZnTe単結晶を高抵抗にする第 13 (3B) +第 17(7B)族元素の 影響がより大きく表れたためと考えられる。また、ェピタキシャル結晶の液体窒素温度 における移動度は 109000cm2ZV'sで、室温で 150時間電圧を印加した後の I—V 特性は初期印加時の電流値に比べ 55%となり、 I V特性劣化も著しぐ不純物の総 量が多くなると結晶性がさらに劣ることがわかる。これより、 CdZnTe単結晶基板の抵 抗率が高くなるに従って電気特性は低下することが分力る。
[0054] 比較例 3では、 CdZnTe単結晶基板中の第 1 (1A)族元素濃度は 8.5 X 1015cm"3 で 6X1015cm3よりも大きい値であった。また、第 13(3B)+第 17(7B)族元素濃度 は 1.8X1015cm3で第 1(1A)族元素濃度よりも小さぐ 2. OX1015cm3よりも小さい 値であった。このとき、 CdZnTe単結晶基板の抵抗率は 1.5 Ω cmとなり、 10 Ω cmよ りも小さくなつた。また、ェピタキシャル結晶の液体窒素温度における移動度は 8700 Ocm2ZV'sで、室温で 150時間電圧を印加した後の I—V特性は測定不能となり、実 施例に比較して電気特性は悪いことが分力つた。これより、第 1(1A)族元素濃度が 大きすぎると、 CdZnTe単結晶の結晶性が低下し、かつ第 1(1A)族元素が n型ェピ タキシャル結晶に拡散して導電性が劣化するために電気特性は低下すると考えられ る。
[0055] 比較例 4では、 CdZnTe単結晶基板中の第 1 (1A)族元素濃度は 5.1 X 1015cm"3 で5 1014〜6 10 の範囲内でぁった。また、第 13(3B)+第 17(7B)族元素 濃度は 2.5 10 で第1(1八)族元素濃度ょりも小さカったカ 2. OX1015cm"3 よりも大きい値であった。このとき、 CdZnTe単結晶基板の抵抗率は、 4.5X lC^Qc mとなり 10〜104Qcmの範囲内であった。し力し、ェピタキシャル結晶の液体窒素温 度における移動度は 112000cm2ZV'sで、室温で 150時間電圧を印加した後の I —V特性は初期印加時の電流値に比べ 70%となり、実施例に比較して電気特性は 悪いことが分力つた。これより、第 13(3B) +第 17(7B)族元素濃度が大きすぎると、 CdZnTe単結晶の結晶性が低下するために電気的特性は低下すると考えられる。
[0056] このように、本実施形態では、第 1 (1A)族元素をドーピングされて p型低抵抗とされ た光デバイス用の CdZnTe化合物半導体単結晶にお 、て、前記結晶中に含まれる 第 1 (1 A)族元素の総量が 5 X 1014〜6 X 1015cm 3で、前記結晶中に含まれる第 13 ( 3B) +第 17 (7B)族元素の総量は 2 X 1015cm 3未満で、かつ前記第 1 ( 1 A)族元素 の総量よりも少なくすることで、ドーパント及びその他の不純物による結晶純度の低下 を抑えるとともに、抵抗率を 10〜104 Q cmにすることができる。これにより、結晶純度 の低下に伴う電気特性の低下を回避できるので、力かる CdTe系化合物半導体単結 晶を赤外線センサ等の光デバイス用基板として用いることで、優れた電気特性 (移動 度、 I—V劣化特性等)をもつェピタキシャル結晶により作製された光デバイスを提供 することができる。
[0057] 以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが 、本発明は上記実施形態に限定されるものではなぐその要旨を逸脱しない範囲で 変更可能である。例えば、 CdZnTe単結晶を基板とした場合について説明したが、 その他の CdTe系化合物半導体単結晶（例えば CdTe単結晶）を低抵抗にする場合 にも適用することができる。
[0058] また、上記実施形態では CdZnTe単結晶中に含まれる第 1 (1A)族元素と第 13 (3 B) +第 17 (7B)族元素について説明した力 CdZnTe単結晶を高抵抗に制御する 性質を有する第 14 (4B)族元素のうちの Ge、 Sn、及び遷移金属元素のうちの Ti、 V 、 Cr、 Mn、 Fe、 Co、 Niとの間でも同様な傾向があるので、これらの不純物元素濃度 を第 1 (1A)族元素濃度よりも小さくすることが望ましい。また、 CdZnTe単結晶中に 含まれる不純物濃度が大き 、と結晶純度が低下して電気特性が低下するため、不純 物濃度はできるだけ小さくすることが望まし 、ことは 、うまでもな!/、。

Claims

請求の範囲
[1] 光デバイス用の CdTe系化合物半導体単結晶であって、
前記結晶中に 5 X 10"〜6 X 1015cm 3の第 1 (1A)族元素が含まれるとともに、 前記結晶中に含まれる第 13 (3B)族元素と第 17 (7B)族元素の総量は 2 X 1015cm — 3未満で、かつ前記第 1 (1A)族元素の総量よりも少なぐ
抵抗率が 10〜： ί04 Ω cmであることを特徴とする CdTe系化合物半導体単結晶。
[2] 結晶中に第 14 (4B)族元素、及び遷移金属元素をさらに含み、
前記結晶中に含まれる第 13 (3B)族元素、第 17 (7B)族元素、第 14 (4B)族元素 である Ge、 Sn、及び遷移金属元素である Ti、 V、 Cr、 Mn、 Fe、 Co、 Niの総量は 2 X 1015cm 3未満で、かつ前記第 1 (1A)族元素の総量よりも少ないことを特徴とする 請求項 1に記載の CdTe系化合物半導体単結晶。
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