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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Züchtung eines Kristalls, der drei Elemente (im folgenden
als Multikomponent-Kristall bezeichnet) enthält.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Es werden nun die Ausführungsformen der Erfindung
ausführlich an Hand von Beispielen, unter Bezugnahme auf
die beigelegten Zeichnungen beschrieben, die folgende
Bedeutung haben:
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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,
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Fig. 1 (b) zeigt ein Beispiel der
Temperaturverteilung in der Vorrichtung aus Fig. 1 (a),
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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,
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Fig. 2 (b) zeigt ein Beispiel der
Temperaturverteilung in der Vorrichtung aus Fig. 2 (a),
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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.
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Fig. 4 stellt die Zn-Konzentration in dem nach
Beispiel 2 bis 4 hergestellten Mischkristall bezüglich des
Erstarrungsverhältnisses dar.
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Fig. 5 und Fig. 6 sind schematische Zeichnungen, die
das herkömmliche Verfahren für die Züchtung von Kristallen
zeigen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Des weiteren kann an Stelle der Trennwand, die die
Durchgangsöffnung aufweist, eine Kapillare verwendet
werden.
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Außerdem kann der Ofen relativ zu einem stationären
Reagenzglas bewegt werden.
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Nun werden einige Beispiele gemäß des
erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert.
Beispiel 1
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Es wurde ein Mischkristall aus Cd0,95Zn0,05Te unter
Verwendung der in Fig. 1 (a) gezeigten Vorrichtung
hergestellt.
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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.
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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.
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Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen spezifischem
Widerstand oder Resistivität des resultierenden
Mischkristalls und Temperatur in der Dampfdruck-
Kontrollzone 4.
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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.
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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;Ω-cm, als ein nicht dotierter Kristall und eine
äußerst exzellente Qualität aufweisen.
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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
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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.
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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.
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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.
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Fig. 4 zeigt die Zn-Konzentration in dem resultierenden
Mischkristall, bezogen auf dessen
Erstarrungsgeschwindigkeit.
Beispiele 3 und 4
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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.
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Die oben erwähnten Beziehungen zwischen der Zn-
Konzentration und der Erstarrungsgeschwindigkeit für die
Beispiele 3 und 4 sind ebenfalls in Fig. 4 gezeigt.
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Aus Fig. 4 geht hervor, daß die in Beispiel 2 bis 4
erhaltenen Mischkristalle niedrigere, durch die folgende
Gleichung bestimmte Seigerungskoeffizienten k aufweisen:
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C = kCo(1-g)k-1
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(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.
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Der erhaltene Mischkristall zeigte unter allen
Dampfdrücken einen höheren spezifischen Widerstand von mehr
als 10&sup5;Ω-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.
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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.