DE3781016T2 - Verfahren zur zuechtung eines multikomponent-kristalls. - Google Patents

Verfahren zur zuechtung eines multikomponent-kristalls.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Züchtung eines Kristalls, der drei Elemente (im folgenden als Multikomponent-Kristall bezeichnet) enthält.
  • Einkristalle einer Halbleiterverbindung, ein Oxid oder dergleichen, werden bei einer breiten Auswahl von Festkörper-Vorrichtungen auf dem Gebiete der Mikroelektronik, in optoelektronischen Geräten, etc. verwendet.
  • Unlängst wurden neue Materialien, bestehend aus einer Vielzahl von Elementen, entwickelt, um die Funktionen der Vorrichtungen zu verbessern und um ihnen zusätzliche Funktionen zu verleihen. Beispielsweise, werden Mischkristalle oder feste Lösungen, bestehend aus drei oder mehr Elementen, verwendet, da die physikalischen Eigenschaften (beispielsweise die Gitterkonstante, der Bandabstand, die Lichtreflexion, der thermische Ausdehnungskoeffizient, die Mobilität der Elektronen und ihr Zurückhalten) und die chemischen Eigenschaften (die Oberflächenenergie, die Beständigkeit gegenüber Chemikalien, etc.) von Zweikomponent-Halbleiterverbindungen bedingungslos festgelegt ist, je nach Elementen, aus denen der Zweikomponent-Halbleiter hergestellt ist. Daher können diese Eigenschaften nicht künstlich verbessert oder kontrolliert werden.
  • Die Vorteile solcher Multikomponent-Mischkristalle liegen darin, daß bei ihren Elementbestandteilen, ihren Eigenschaften oder dergleichen eine größere Auswahlbreite besteht und es daher möglich ist, eine Auswahl von Halbleiterverbindungen zu erhalten, die die gewünschten Eigenschaften aufweisen. Diese Tatsache ist dieselbe im Fall eines Einkristalls aus einem Oxid, der aus mehr als drei Elementen als Bestandteil besteht.
  • Der Multikomponent-Kristall kann mittels einer Auswahl von Verfahren hergestellt werden. Bei einem Verfahren, bei dem ein Multikomponent-Kristall in einem abgeschlossenen Reagenzglas aus der Schmelze eines Materials, das aus mehreren Elementen besteht, gezüchtet wird, können das Vertikal-Verfahren nach Bridgman; das Verfahren, bei dem sich eine Heizquelle bewegt, oder dergleichen angewendet werden.
  • Die JP-A-58-91096 beschreibt ein Verfahren zur Züchtung von Kristallen in einem verschlossenen Behälter, der einem Temperaturgradienten unterworfen wird, der am Reaktionsarm entlang nach unten verläuft.
  • Fig. 5 erläutert ein Beispiel für das Verfahren zur Züchtung eines Kristalls einer Multikomponent- Halbleiterverbindung durch das herkömmliche Vertikal- Verfahren nach Bridgman, wobei Fig. 5 (a) eine Phase des Mischkristall-Wachstums zeigt und Fig. 5 (b) die Temperaturverteilung eines Ofens, zeigt, der bei diesem Verfahren eingesetzt wird. Nun folgt eine Beschreibung dieses Verfahrens an Hand eines Falls, bei dem ein Mischkristall der Zusammensetzung A1-xBxC (worin A, B, C für kompatible Elemente stehen und die Bedingung 0< x< 1 gilt) hergestellt wird.
  • Nachdem ein Mischkristall (ein Impfkristall) der Zusammensetzung A1-xBxC auf dem Boden des Reagenzglases 51, das aus Quarz etc. hergestellt ist, angeordnet worden ist, werden vorbestimmte Mengen des Materials 52 für einen Mischkristall, beispielsweise A1-xC1-x und BxCx, auf den Impfkristall gegeben. Dann wird der Druck in Reagenzglas 51 verringert, um einen Vakuumzustand herzustellen. Das resultierende Reagenzglas 51 unter Vakuum wird an eine bestimmte Stelle in einem Ofen gebracht (nicht abgebildet), der die in Fig. 5 (b) gezeigte Temperaturverteilung aufweist, so daß die Materialien 52 des Mischkristalls zum Schmelzen gebracht werden. Der Impfkristall beginnt zu wachsen, wenn er mit der Schmelze 52 der Materialien in Berührung kommt. Danach wird das Reagenzglas 51 langsam in Richtung eines in Fig. 5 (a) gezeigten Pfeils nach unten bewegt, so daß sich die Flüssig-Fest-Grenzfläche in dem Reagenzglas 51 nach unten bewegt. Auf diese Weise wird ein Mischkristall hergestellt, indem der kristalline Teil 53 wachsen gelassen wird.
  • Fig. 6 erläutert ein Beispiel für das Verfahren zur Züchtung eines Mischkristalls für Halbleiterverbindungen durch das herkömmliche Verfahren, bei dem sich eine Heizquelle bewegt, wobei Fig. 6 (a) schematisch eine Phase des Mischkristall-Wachstums zeigt und Fig. 6 (b) die Temperaturverteilung eines Ofens zeigt, der bei diesem Verfahren eingesetzt wird. Bei diesem Beispiel werden die Ausgangsmaterialien, beispielsweise A1-xC1-x (64) und BxCx (65), so entlang der vertikalen Achse des Reagenzglases 61 angeordnet, daß sie sich gegenüberstehen. Die Temperaturverteilung wird so kontrolliert, daß sich teilweise die geschmolzene Zone 62 bildet. Der weitere Verlauf dieses Verfahrens zur Herstellung eines Mischkristalls 63 ist im wesentlichen derselbe wie bei dem Vertikal-Verfahren nach Bridgman.
  • Bei diesen früheren Verfahren ist es jedoch schwierig, einen einheitlichen Kristall ohne Gitterdefekte, wie Leerstellen, herzustellen. Ferner ist es unmöglich, eine stöchiometrische Zusammensetzung zu kontrollieren, weil der Teil der kompatiblen Elemente im Ausgangsmaterial, der einen höheren Dampfdruck aufweist, beim Schmelzen des Ausgangsmaterials verdampft. Tatsächlich stellen das Ausgangsmaterial des Mischkristalls sowie der resultierende Mischkristall selbst, meistens solche Verbindungen dar, die im geschmolzenen Zustand höhere Dampfdrücke aufweisen.
  • Beispielsweise verdampfen, wenn ein Mischkristall der Zusammensetzung Cd1-xZnxTe nach den herkömmlichen Verfahren hergestellt wird, dessen Komponenten Cadmium und Zink, die im geschmolzenen Zustand höhere Dampfdrücke besitzen, leicht, und der resultierende Kristall enthält Cd- und Zn- Leerstellen und wird meistens zu einem Leiter vom P-Typ. Somit sind die früheren Verfahren hinsichtlich der Kontrolle der Zusammensetzung in einem Kristall und der stöchiometrischen Kontrolle gänzlich unzureichend. Darum ist es in der herkömmlichen Technik auf Grund der Schwankungen der in Zusammensetzung und der Abweichung in der Stöchiometrie schwierig, Multikomponent-Kristalle mit stabilen oder konstanten Eigenschaften in einer höheren Ausbeute herzustellen.
  • Die Fr-A-2255949 beschreibt eine Vorrichtung zur Züchtung eines Multikomponent-Kristalls, die einen verschlossenen Reaktionsbehälter mit einer Reaktionszone und mit einer mit der Reaktionszone über eine Durchgangsöffnung in Verbindung stehenden Dampfdruck-Kontrollzone aufweist. Während der Verwendung werden Ausgangsmaterial für den Multikomponent-Kristall in die Reaktionszone und Dampfdruck-Kontrollmaterial in die Dampfdruck-Kontrollzone eingebracht. Die Temperatur in der Dampfdruck-Kontrollzone wird eingestellt und auf einem vorbestimmten Wert gehalten, um den Kristall aus einer Schmelze unter kontrollierten Bedingungen herzustellen. Somit entspricht diese Beschreibung dem beschreibenden Teil in Anspruch 1.
  • In der Fr-A-2255949 wird ein Zweikomponent-Kristall gezüchtet. Das Element einer dieser Komponenten wird auch als Dampfdruck-Kontrollzone verwendet. Jedoch ist der Multikomponent-Kristall erfindungsgemäß ein Mischkristall aus einer II.-VI.-Gruppen-Halbleiterverbindung aus Cd-Zn- Te, und das Dampfdruck-Kontrollmaterial ist eine Cd-Zn- Legierung.
  • In der Praxis ist es notwendig, wenn der stöchiometrische Multikomponent-Kristall in einem verschlossen Reaktionsbehälter aus der Schmelze des Ausgangsmaterials gezüchtet wird, den Dampfdruck in dem verschlossenen Reaktionsbehälter auf dem Wert unter Kontrolle zu halten, der zur Erzeugung der stöchiometrischen Verbindung geeignet ist. Wie oben erwähnt, ist es erfindungsgemäß möglich, den Dampfdruck in der gesamten Reaktionszone dadurch zu kontrollieren, indem der verschlossene Reaktionsbehälter mit der Dampfdruck-Kontrollzone, die darin das Dampfdruck- Kontrollmaterial, bestehend aus einer Cd-Zn-Legierung, enthält, bereitgestellt wird und indem die genannte Dampfdruck-Kontrollzone auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten wird, um das genannte Dampfdruck-Kontrollmaterial zu verdampfen, so daß ein solcher Dampfdruck erzeugt wird, der geeignet ist, um die stöchiometrische Verbindung zu erhalten. Somit ermöglicht es die Erfindung, den Multikomponent-Kristall zu züchten, der in der Zusammensetzung und in der Abweichung von der Stöchiometrie wenig Änderungen sowie eine verringerte Anzahl von Gitterdefekten aufweist.
  • Es werden nun die Ausführungsformen der Erfindung ausführlich an Hand von Beispielen, unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen beschrieben, die folgende Bedeutung haben:
  • Fig. 1 (a) zeigt eine schematische Zeichnung einer Vorrichtung, die verwendet wird, wenn das erfindungsgemäße Verfahren bei dem horizontalen Dreitemperatur-Verfahren nach Bridgman angewendet wird,
  • Fig. 1 (b) zeigt ein Beispiel der Temperaturverteilung in der Vorrichtung aus Fig. 1 (a),
  • Fig. 2 (a) zeigt eine schematische Zeichnung einer Vorrichtung, die verwendet wird, wenn das erf indungsgemäße Verfahren bei dem vertikalen Dreitemperatur-Verfahren nach Bridgman angewendet wird,
  • Fig. 2 (b) zeigt ein Beispiel der Temperaturverteilung in der Vorrichtung aus Fig. 2 (a),
  • Fig. 3 ist eine Zeichnung, die die Beziehung zwischen der Temperatur in der Dampfdruck-Kontrollzone und dem spezifischen Widerstand der erfindungsgemäß hergestellten Kristalle sowie ein Vergleichsbeispiel zeigt.
  • Fig. 4 stellt die Zn-Konzentration in dem nach Beispiel 2 bis 4 hergestellten Mischkristall bezüglich des Erstarrungsverhältnisses dar.
  • Fig. 5 und Fig. 6 sind schematische Zeichnungen, die das herkömmliche Verfahren für die Züchtung von Kristallen zeigen.
  • Fig. 1 (a) zeigt eine Vorrichtung, die eingesetzt wird, wenn das erfindungsgemäße Verfahren bei dem horizontalen Dreitemperatur-Verfahren nach Bridgman angewendet wird. Fig. 1 (b) zeigt ein Beispiel der Temperaturverteilung die durch einen Ofen in der Vorrichtung von Fig. 1 (a) kontrolliert wird, worin T&sub1; eine Temperatur darstellt, die höher ist als der Schmelzpunkt eines Mischkristalls, T&sub2; für eine Temperatur steht, die niedriger als der Schmelzpunkt, jedoch höher als T&sub3; ist, und T&sub3; bedeutet eine Temperatur, die zum Erhitzen des Dampfdruck-Kontrollmaterials 6 notwendig ist, welches erforderlich ist, um den Dampfdruck in dem geeigneten Bereich zu halten, um die stöchiometrische Verbindung zu erhalten. Die in Fig. 1 (a) gezeigte Vorrichtung besteht hauptsächlich aus dem aus einem Material wie Quarz hergestellten Reagenzglas 1, das durch das Trennelement 2, welches eine kleine Öffnung aufweist in die Reaktionszone 3 und die Dampfdruck-Kontrollzone 4 geteilt ist und das unter Vakuum oder einer Inertgas-Atmosphäre steht. In der Reaktionszone 3 ist ein aus Material wie Quarz, Graphit oder BN hergestelltes Schiff angebracht, das mit dem Ausgangsmaterial für einen Multikomponent-Kristall beschickt wird. Andererseits ist die Dampfdruck-Kontrollzone 4 zur Messung der Temperatur des genannten Dampfdruck- Kontrollmaterials 6 mit einem Thermoelement 7 zum Messen der Temperatur des genannten Dampfdruck-Kontrollmaterials 6 ausgestattet, so daß die Temperatur in dem Ofen 8 gemäß der zu messenden Temperatur eingestellt wird. Ofen 8 ist um das Reagenzglas 1 entlang der horizontalen Achse des Reagenzglases 1 aufgestellt und besteht aus einer Vielzahl von Teilen, wovon jedes unabhängig kontrolliert werden kann.
  • Es wird ein erfindungsgemäßes Verfahren unter Bezugnahme auf ein Beispiel zur Züchtung eines Mischkristalls einer ternären II-VI-Gruppen- Halbleiterverbindung der Zusammensetzung Cd1-xZnxTe in der in Fig. 1 (a) gezeigten Vorrichtung erläutert.
  • Zunächst wird das in Fig. 1 (a) gezeigte Schiff 5 mit einem Gemisch aus Cd1-xTe1-x und ZnxTex als Ausgangsmaterialien für einen Mischkristall beschickt. Unter den Elementen, die den genannten Mischkristall, Cd1-xZnxTe, bilden, besitzen Cd und Zn höhere Dampfdrücke. Somit ist es notwendig, die Dampfdrücke dieser zwei Elemente gleichzeitig unter Kontrolle zu halten um einen stöchiometrischen Mischkristall aus Cd1-xZnxTe, zu erhalten. Darum wird Dampfdruck-Kontrollzone 4 mit einer Legierung der Zusammensetzung Cd1-yZny (0< y< 1) als Dampfdruck-Kontrollmaterial 6 beschickt, so daß ein zum Erhalt der stöchiometrischen Verbindung geeigneter Dampfdruck erzeugt wird, wenn die Temperatur in der Dampfdruck-Kontrollzone 4 auf T&sub3; gehalten wird. Der Wert y in der Legierung kann festgelegt werden, so daß der oben erwähnte Dampfdruck gemäß eines gewünschten Wertes x erzeugt wird.
  • Dann wird Reagenzglas 1 zur Erzeugung eines Vakuums entlüftet. In diesem Zustand wird Dampfdruck-Kontrollzone 4 von außen mittels Ofen 8 auf die Temperatur T&sub3; erhitzt, um Cd und Zn zu verdampfen und um den Dampfdruck in Reagenzglas 1 so zu halten, daß er zur Erzeugung der stöchiometrischen Verbindung geeignet ist.
  • Andererseits wird die Reaktionszone 3 mittels Ofen 8 auf die Temperatur T&sub1; erhitzt, um die genannten Materialien des Mischkristalls, mit denen Schiff 5 beschickt worden war, zum Schmelzen zu bringen. Die resultierende Schmelze 9 berührt einen Mischkristall (Impfkristall), der an einem Ende von Schiff 5 angeordnet worden ist [das rechte Ende in Fig. 1 (a)], um das Kristallwachstum zu starten.
  • Danach wird Reagenzglas 1 langsam in die durch den Pfeil in Fig. 1 (a) angedeutete Richtung bewegt, so daß die Fest-Flüssig-Grenzfläche ebenfalls bewegt wird, um den Kristall 10 zu züchten [die in Fig. 1 (a) gezeigte Phase]. Nachdem die Kristallisation beendet ist, wird Reagenzglas 1 geöffnet, um den gezüchteten Mischkristall, Cd1-xZnxTe, herauszunehmen.
  • Obwohl gemäß der oben erwähnten Ausführungsform das Reagenzglas 1 bezüglich des stationären Ofens 8 bewegt wird, ist dies keine unbedingt notwendige erf indungsgemäße Eigenschaft. Somit können die Fest-Flüssig-Grenzfläche zwischen Schmelze 9 in Schiff 5 und der wachsende Kristall 10 durch Kontrolle der Verteilung oder des Profils der Temperatur in Reagenzglas 1 bewegt werden. Im dem Fall, bei dem die Verteilung oder das Profil der Temperatur in Ofen 8 kontrolliert wird, wird Schiff 5 in einem stationären Zustand gehalten, so daß es zur Verbesserung der Kristallordnung möglich ist, das Auftreten von Gitterdefekten auf Grund von Schwingung zu verhindern.
  • Fig. 2 (a) erläutert eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine Vorrichtung zeigt, die bei dem vertikalen Dreitemperatur-Verfahren von Bridgman angewendet wird. Fig. 2 (b) erläutert eine Temperaturverteilung in der Vorrichtung von Fig. 2 (a), bei der T&sub1;, T&sub2; und T&sub3; dieselben Temperaturen wie in Fig. 1 (b) bedeuten.
  • Gemäß dieser Ausführungsform wird das Reagenzglas 21 in einem vertikal angebrachten Ofen befestigt. Reagenzglas 21 besitzt eine obere Reaktionszone 23 und eine untere Dampfdruck-Kontrollzone 24, die durch die Trennwand 22, die eine kleine Öffnung aufweist, geteilt werden. Dampfdruck- Kontrollzone 24 wird mit Dampfdruck-Kontrollmaterial 26 beschickt und durch eine Wand des Reagenzglases mit dem Thermoelement 27 verbunden, um die Temperatur des Materials 26 zu detektieren. In der oberen Reaktionszone 23 hängt der Tiegel 25 vom oberen Ende von Reagenzglas 21 herab und wird mit einem Impfkristall und Ausgangsmaterial beschickt.
  • Wenn ein Multikomponent-Kristall in dieser Vorrichtung hergestellt wird, ist der Vorgang im wesentlichen derselbe wie in Fig. 1. Und zwar wird nach der Beschickung von Reagenzglas 21 mit Dampfdruck-Kontrollmaterial 26 und Ausgangsmaterial 9 der Druck im Reagenzglas verringert, um sie unter Vakuum abzuschließen. Glas 21 wird in Ofen 28 in einer festen Lage angeordnet, um Dampfdruck- Kontrollmaterial 26 unter Erzeugung eines vorbestimmten Dampfdruckes in Glas 21 zu verdampfen. Die resultierende Schmelze 29 wird mit dem Impfkristall in Berührung gebracht. Dann wird Glas 21 zur Züchtung eines Kristalls entlang eines in Fig. 2 (a) gezeigten Pfeils bewegt. Nachdem das Kristallwachstum beendet ist, wird der resultierende Kristall aus dem Reagenzglas 21 herausgenommen.
  • Des weiteren kann an Stelle der Trennwand, die die Durchgangsöffnung aufweist, eine Kapillare verwendet werden.
  • Außerdem kann der Ofen relativ zu einem stationären Reagenzglas bewegt werden.
  • Nun werden einige Beispiele gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert.
    • Beispiel 1
  • Es wurde ein Mischkristall aus Cd0,95Zn0,05Te unter Verwendung der in Fig. 1 (a) gezeigten Vorrichtung hergestellt.
  • Zunächst wurde Schiff 5 in Reaktionszone 3, wie in Fig. 1 (a) gezeigt, mit den Ausgangsmaterial-Elementen Cd, Zn und Te in einer vorbestimmten Menge beschickt. Gleichzeitig wurde Dampfdruck-Kontrollzone 4 mit Dampfdruck-Kontrollmaterial 6 einer Legierung, bestehend aus Cd0,99Zn0,01, beschickt.
  • Dann wurde Reagenzglas 1 auf einen Druck, niedriger als 266,6·10&supmin;&sup6; Pa (2·10&supmin;&sup6; Torr), evakuiert. Anschließend wurden die Temperaturen T&sub1;, T&sub2; und T&sub3; von Ofen 8 auf 1110º C, 1050ºC bzw. 800 bis 830ºC eingestellt, um die Ausgangsmaterial-Elemente in Schiff 5 zum Schmelzen zu bringen und um den Dampfdruck in Reaktionszone 1 auf einem vorbestimmten Druck zu halten. Schließlich wurde Reagenzglas 1 in Richtung des in Fig. 1 (a) angedeuteten Pfeils mit einer Geschwindigkeit von 3 mm/h bewegt, um einem Kristall zu züchten.
  • Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen spezifischem Widerstand oder Resistivität des resultierenden Mischkristalls und Temperatur in der Dampfdruck- Kontrollzone 4.
  • Schiff 5 war aus Quarz hergestellt, der mit einem durch thermisches Cracken von hochreinem Benzol gebildeten Kohlenstoffilm beschichtet war. Von den Ausgangselementen wurde Cd mit 10%iger Salpetersäure/Ethanol-Lösung angeätzt, während Zn und Te vor der Verwendung mit 10%iger Chlorwasserstoffsäure angeätzt wurden.
  • Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß es erf indungsgemäß möglich ist, die Leitfähigkeit von p- und n-Typ durch Kontrolle der Temperatur in der Dampfdruck-Kontrollzone zu kontrollieren und Kristalle aus CdZnTe zu erhalten, die einen höheren spezifischen Widerstand, in der Größenordnung von 10&sup8;&Omega;-cm, als ein nicht dotierter Kristall und eine äußerst exzellente Qualität aufweisen.
  • Als Vergleichsbeispiel wurde ein Mischkristall unter ähnlichen Bedingungen wie in obigem Beispiel hergestellt, außer daß nur Cd in die Dampfdruck-Kontrollzone 4 gegeben wurde, um den Dampfdruck in dem Reaktionssystem nur mit Cd zu kontrollieren. Weiterhin wird in Fig. 3 die Beziehung zwischen dem spezifischen Widerstand des resultierenden Mischkristalls und der Temperatur in der Dampfdruck- Kontrollzone 4 gezeigt. Bei diesem Vergleichsbeispiel wurde, wenn Cd in kleiner Menge verwendet wurde, Zn in der Dampfdruck-Kontrollzone kondensiert. Als Ergebnis überschritt Te die Stöchiometrie in Schiff 5. Daher kondensierte Te in der Dampfdruck-Kontrollzone 4 unter Bildung einer Legierung mit dem genannten Cd. Als Ergebnis fiel der Dampfdruck in dem Reaktionssystem stark ab, so daß die Kristallzüchtung nicht auf normalem Wege durchgeführt werden konnte. Des weiteren waren, wie in Fig. 3 gezeigt, der spezifische Widerstand oder die Resistivität der resultierenden Kristalls ebenfalls gering.
    • Beispiel 2
  • Ein Mischkristall aus Cd0,96Zn0,04Te wurde in derselben Vorrichtung wie in Fig. 1 (a) gezeigt hergestellt. Schiff 5 aus Quarz, der mit Kohlenstoff beschichtet war, wurde mit den vorbestimmtem Mengen Cd, Zn und Te in Reagenzglas 3 beschickt. In die Dampfdruck-Kontrollzone 4 wurde eine Legierung aus Cd0,96Zn0,04 als Dampfdruck- Kontrollmaterial gegeben. Dann wurde das Innere von Reagenzglas 1 mit hochreinem Argongas ersetzt und der Druck unter einen Wert von 1066,4·10&supmin;&sup7; Pa (8·10&supmin;&sup7; Torr) verringert. Anschließend wurde Reagenzglas 1 verschlossen.
  • Der Temperaturgradient in Ofen 8 wurde auf T&sub1;=1400º C, T&sub2;= 1080ºC bzw. T&sub3;= 820ºC eingestellt, um das Ausgangsmaterial in Schiff 5 zum Schmelzen zu bringen, wobei der Dampfdruck in Reagenzglas 1 auf einem vorbestimmten Wert gehalten wurde.
  • Dann wurden die Temperaturen T&sub1; und T&sub2; mit einer Geschwindigkeit von 0,2ºC/Stunde durch Kontrolle der Bereiche in Ofen 8, die den Temperaturen T&sub1; und T&sub2; entsprachen, verringert, während sowohl T&sub3; als auch der Dampfdruck im Reagenzglas konstant gehalten wurden, um die Temperaturverteilung in dem Glas unter Züchtung eines Mischkristalls aus der Schmelze des Ausgangsmaterials zu verändern.
  • Fig. 4 zeigt die Zn-Konzentration in dem resultierenden Mischkristall, bezogen auf dessen Erstarrungsgeschwindigkeit.
    • Beispiele 3 und 4
  • Es wurde dasselbe Verfahren wie in Beispiel 2 wiederholt, außer daß Legierungen aus Cd0,98Zn0,02 und Cd0,99Zn0,01 als Dampfdruck-Kontrollmaterial verwendet wurden.
  • Die oben erwähnten Beziehungen zwischen der Zn- Konzentration und der Erstarrungsgeschwindigkeit für die Beispiele 3 und 4 sind ebenfalls in Fig. 4 gezeigt.
  • Aus Fig. 4 geht hervor, daß die in Beispiel 2 bis 4 erhaltenen Mischkristalle niedrigere, durch die folgende Gleichung bestimmte Seigerungskoeffizienten k aufweisen:
  • C = kCo(1-g)k-1
  • (worin C die Zn-Konzentration in einem Kristall bedeutet. Co für die Anfangskonzentration an Zn steht und g das Erstarrungsverhältnis darstellt). Insbesondere erniedrigte sich in einem Mischkristall, der aus einer Legierung erhalten worden ist, die höhere Zn-Konzentrationen enthielt, der Seigerungskoeffizient stark, und die Verteilung in der Zn-Konzentration, die in einen vorbestimmten zulässigen Bereich fällt (beispielsweise fällt die Zn- Konzentration in dem Kristall in den Bereich von 4,0 bis 0,5 mol-%), wurde viel konstanter, was zu einer Verbesserung in der Produktivität oder Ausbeute von annehmbaren Kristallen führte.
  • Der erhaltene Mischkristall zeigte unter allen Dampfdrücken einen höheren spezifischen Widerstand von mehr als 10&sup5;&Omega;-cm und kann somit ohne jedes Dotierungsmittel zu einem Kristall mit einem hohen spezifischen Widerstand oder einer hohen Resistivität werden. Des weiteren zeigte der erfindungsgemäß erhaltene Kristall eine verbesserte Ätz- Vertiefungsdichte von 5000 bis 40 000 Vertiefungen/cm², was, bezogen auf herkömmliche Kristalle, um eine Größenordnung höher liegt. In diesem Kristall wurden keine Gitterdefekte, wie ein Zwillings-, Mehrkristall etc., beobachtet. Bei der Verteilung der Ätz-Vertiefungen wurden keine zellulären Strukturen beobachtet.
  • Somit kann dieses Verfahren zur Kristallzüchtung unter Kontrolle der Temperaturverteilung in dem Ofen die Kristalleigenschaften im Vergleich zu einem Verfahren, bei dem entweder der Ofen oder der Kristall bewegt wird, stark verbessern. Folglich ermöglicht es das erf indungsgemäße Verfahren, die Zusammensetzung des resultierenden Kristalls stöchiometrisch zu kontrollieren, um einheitliche Multikomponent-Kristalle von hoher Qualität herzustellen und um die Ausbeute, die auf den verringerten Seigerungskoeffizienten zurückzuführen ist, zu verbessern.

Claims (2)

1. Verfahren zur Züchtung eines Multikomponent-Kristalles in einem abgeschlossenen Reaktionsbehälter (1), wobei der Behälter eine Reaktionszone (3), die mit einem Ausgangsmaterial für den Multikomponent-Kristall beladen ist, und eine Dampfdruck-Kontrollzone (4) aufweist, die mit der Reaktionszone über eine Durchgangsöffnung oder über Durchgangsöffnungen (2) verbunden ist, wobei die Dampfdruck-Kontrollzone (4) mit einem Dampfdruck-Kontrollmaterial beladen ist und die Temperatur in der Dampfdruck-Kontrollzone (4) auf einen vorbestimmten Wert eingestellt und auf diesem gehalten wird, um den Kristall (10) aus einer Schmelze (9) unter kontrollierten Bedingungen zu züchten, dadurch gekennzeichnet, daß der Mehrkomponent-Kristall ein Mischkristall aus einer II-VI-Gruppen-Halbleiterverbindung aus Cd-Zn-Te und das Dampfdruck-Kontrollmaterial eine Legierung von Cd-Zn ist.
2. Verfahren zur Züchtung eines Multikomponent-Kristalles nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kristall mit dem horizontalen Drei-Temperatur-Verfahren nach Bridgman gezüchtet wird.
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6437488A (en) * 1987-08-03 1989-02-08 Katsumi Mochizuki Production of single crystal of compound semiconductor and device therefor
JP2754765B2 (ja) * 1989-07-19 1998-05-20 富士通株式会社 化合物半導体結晶の製造方法
JP3129236B2 (ja) * 1996-07-15 2001-01-29 住友電気工業株式会社 円筒形容器内流体の対流抑制方法
FR2816755B1 (fr) * 2000-11-13 2002-12-20 Commissariat Energie Atomique Procede de croissance d'un materiau semi-conducteur massif de type ii-vi
WO2002080225A2 (en) * 2001-03-30 2002-10-10 Technologies And Devices International Inc. Method and apparatus for growing submicron group iii nitride structures utilizing hvpe techniques
US20060011135A1 (en) * 2001-07-06 2006-01-19 Dmitriev Vladimir A HVPE apparatus for simultaneously producing multiple wafers during a single epitaxial growth run
US6613143B1 (en) * 2001-07-06 2003-09-02 Technologies And Devices International, Inc. Method for fabricating bulk GaN single crystals
US20070032046A1 (en) * 2001-07-06 2007-02-08 Dmitriev Vladimir A Method for simultaneously producing multiple wafers during a single epitaxial growth run and semiconductor structure grown thereby
US7501023B2 (en) 2001-07-06 2009-03-10 Technologies And Devices, International, Inc. Method and apparatus for fabricating crack-free Group III nitride semiconductor materials
US7161110B2 (en) * 2002-07-08 2007-01-09 Czt, Inc. Melting and vaporizing apparatus and method
US8524213B2 (en) * 2003-12-30 2013-09-03 Genzyme Corporation Polymeric materials, their preparation and use
US7641733B2 (en) 2004-09-01 2010-01-05 Rensselaer Polytechnic Institute Method and apparatus for growth of multi-component single crystals
PL1817347T3 (pl) 2004-11-24 2017-10-31 Albumedix As Sposób sieciowania kwasu hialuronowego za pomocą diwinylosulfonu
US8093094B2 (en) * 2008-06-12 2012-01-10 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Blocking contacts for N-type cadmium zinc telluride
CN103088409B (zh) * 2013-01-31 2015-03-25 中国科学院上海技术物理研究所 一种垂直提拉生长碲锌镉单晶的装置和方法
CN108660512A (zh) * 2018-04-18 2018-10-16 苏州西奇狄材料科技有限公司 一种thm炉及其生产碲化镉或碲锌镉单晶体的方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4404265A (en) * 1969-10-01 1983-09-13 Rockwell International Corporation Epitaxial composite and method of making
US4368098A (en) * 1969-10-01 1983-01-11 Rockwell International Corporation Epitaxial composite and method of making
US3877883A (en) * 1973-07-13 1975-04-15 Rca Corp Method of growing single crystals of compounds
FR2255949B1 (de) * 1973-12-28 1976-10-08 Radiotechnique Compelec
FR2416729A1 (fr) * 1978-02-09 1979-09-07 Radiotechnique Compelec Perfectionnement au procede de fabrication d'un monocristal de compose iii-v''
US4200818A (en) * 1978-08-01 1980-04-29 Westinghouse Electric Corp. Resin impregnated aromatic polyamide covered glass based slot wedge for large dynamoelectric machines
US4379733A (en) * 1981-10-02 1983-04-12 Hughes Aircraft Company Bicameral mode crystal growth apparatus and process
JPS6041036B2 (ja) * 1982-08-27 1985-09-13 財団法人 半導体研究振興会 ＧａＡｓ浮遊帯融解草結晶製造装置
JPS5938185A (ja) * 1982-08-27 1984-03-01 Mac Gregor Far East Ltd 折り畳み式ハツチカバ−
US4632710A (en) * 1983-05-10 1986-12-30 Raytheon Company Vapor phase epitaxial growth of carbon doped layers of Group III-V materials
US4568397A (en) * 1984-09-12 1986-02-04 Raytheon Company Metalorganic vapor phase epitaxial growth of group II-VI semiconductor materials
US4689094A (en) * 1985-12-24 1987-08-25 Raytheon Company Compensation doping of group III-V materials
US4704258A (en) * 1986-04-01 1987-11-03 Grumman Aerospace Corporation Method and apparatus for growth of single crystal material in space

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EP0244987A1 (de) 1987-11-11
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