DE3872644T2 - Verfahren zum erzeugen von monokristallinen quecksilber-cadmium-tellurid-schichten. - Google Patents

Verfahren zum erzeugen von monokristallinen quecksilber-cadmium-tellurid-schichten.

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Description

  • Die Erfindung betrifft industrielle Verfahren zur Herstellung von Halbleitermaterialien für optoelektronische Vorrichtungen und insbesondere ein Verfahren zum Erzeugen von monokristallinen Quecksilber- Cadmium- Telluridschichten mit jedem möglichen Verhältnis Cadmium/Quecksilber
  • Gegenwärtig wird dieses Material für sehr geeignet gehalten, um optoelektronische Vorrichtungen herzustellen, die bei großen Wellenlängen arbeiten. Aufgrund der geringen Energielücke zwischen den Valenz- und den Leitungsbändern ist es insbesondere geeignet für die Herstellung von Fotodetektoren für Infrarotstrahlungen mit Wellenlängen zwischen 8 und 14um. Die notwendige Energie zur Erzeugung von Elektronenlochpaaren im Halbleiter ist nämlich nur 0,1 eV. Damit können optoelektronische Vorrichtungen zum Ermitteln von Strahlungen niedriger Energie hergestellt werden, beispielsweise zum Nachweis von Strahlung, wie sie von einem Gegenstand bei Raumtemperatur abgegeben wird.
  • Mit Vorrichtungen dieser Art können ein- oder zweidimensionale Bereiche erzeugt werden, welche die photosensiven Elemente von Hochleistungs-Abbildungssystemen bilden. Solche Systeme können Wärmebilder erzeugen, die für viele Anwendungsfälle nützlich sind, beispielsweise zur Diagnose von Krankheiten, zur Erzeugung von Umweltbelastungskarten von einem Satelliten aus, zur Sichtbarmachung von Gegenständen oder Personen unter Bedingungen schlechter Sichtbarkeit etc.
  • Bekanntlich werden Hochleistungs-Elektronikgeräte unter Verwendung eines Basis-Halbleitermaterials hergestellt, das als Einkristall zur Verfügung steht. Nur in diesem Fall hat das Material an allen Punkten seines Volumens konstante und genau bekannte physikalische Eigenschaften, so daß die mit dem Gerät zu erzielenden Leistungen optimiert werden können. Außerdem muß der Einkristall eine möglichst genaue Gitter-Periodenzahl haben, um unerwünschte Reduzierungen des quantitativen Wirkungsgrades der Photoerfassung zu vermeiden.
  • Solche Eigenschaften können besser durch epitaktische Wachstumstechniken erreicht werden, die auch die Ausführung großer Flächen gestatten, die für die Herstellung von Photodetektorbereichen notwendig sind. Techniken mit Flüssig- und Dampfphase sind allgemein bekannt. Erstere wird gegenwärtig am meisten verwendet.
  • Epitaktisches Wachstum mit Flüssigphase besteht darin, daß auf einem monokristallinen Substrat Legierungen mit Zusammensetzungen abgelagert werden, die von den Zusammensetzungen geeigneter Wachstumslösungen abhängen. Wenn man von Lösungen ausgeht, in denen geschmolzenes Tellur als Lösungsmittel wirkt und Cadmium und Quecksilber als gelöste Stoffe, dann werden monokristalline Schichten der Dreifachverbindung Quecksilber-Cadmium-Tellurid auf der Zweifachverbindung Cadmium-Tellurid abgelagert, die im allgemeinen als Substrat dient. Die Ablagerung bringt dabei das Substrat in Berührung mit der leicht übersättigten Lösung.
  • Bisher wurde eine Wachstumslösung in einem Zyklus erzeugt, der von dem abweicht, in welchem epitaktisches Wachstum erfolgt. Das Herstellungsverfahren bestand darin, daß in einer Quarzampulle geeignete Mengen von Tellur, Cadmium und Quecksilber eingeschlossen wurden, die dann bei einer Temperatur von mehr als 500ºC für ungefähr 10 Stunden homogenisiert und schließlich rasch abgeschreckt wurden, um die homogene Zusammensetzung der Flüssigkeit zu erhalten.
  • Leider wird diese Wachstumstechnik ebenso wie die Dampfphasentechnik wesentlich erschwert durch die starke Verdampfungstendenz des Quecksilbers. Diese Eigenschaft wird begünstigt durch die Notwendigkeit, den Wachstumsprozeß bei Temperaturen ablaufen zu lassen, die bei etwa 500ºC liegen. Die Quecksilberverdampfung verursacht Abweichungen der Zusammensetzung während der thermischen Wachstumszyklen sowohl bei Einkristall-Stoffen als auch bei den dadurch erzeugten Lösungen (für die Flüssigphasentechniken).
  • Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurden verschiedene Verfahren vorgeschlagen, mit denen die Lösungszusammensetzung geschützt werden kann. In dem Artikel "Semiconductors and Semimetals", Academic Press, Band 18, 1981, Seiten 70-84 wird ein Verfahren angegeben, bei dem in eine verschlossene Ampulle sowohl die Lösung als auch das Substrat eingegeben wird, auf dem die Ablagerung dadurch erfolgt, daß dieses mit der Lösung und dem Feststoffin Berührung gebracht wird. Dieses Verfahren wurde jedoch aufgrund der Schwierigkeiten wieder aufgegeben, die sich bei der Steuerung der Wachstumsphasen innerhalb der verschlossenen Ampulle ergeben, und aufgrund der Unmöglichkeit, Strukturen mit unterschiedlichen Schichtzusammensetzungen zu erzeugen.
  • In der Zeitschrift "Journal of Electronic Materials", Band 9, Nr. 6, Seiten 945-961 sowie Band 10, Nr. 6, Seiten 1069-1985 (Autor T. C. Harman) und in der US-PS 4 642 142 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem die Lösung und das Substrat in eine Reaktionskammer eingegeben werden, die eine wasserstoffreiche Atmosphäre bei atmosphärischem Druck hat; die Lösungszusammensetzung wird durch eine Quecksilberquelle innerhalb der Reaktionskammer konserviert. Die Quelle besteht aus einem Quecksilberbad, das bei einer Temperatur gehalten wird, die geringer als diejenige der Wachstumslösung ist, jedoch ausreicht, um einen Quecksilber-Partialdruck zu erzeugen, der gleich demjenigen des Lösungsgleichgewichtes ist. Das wird dadurch erreicht, daß die Reaktionskammer in einen Ofen mit zwei Zonen unterschiedlicher Temperaturen eingebracht wird.
  • Bei diesem Verfahren muß entsprechend der bekannten Literatur die Lösung in einer Phase erzeugt werden, die der Wachstumsphase vorangeht. Dabei können sich Nachteile ergeben, die ihre Ursache in möglichen Kontaminierungen der Lösung während der Behandlung haben; außerdem ist der Prozeß mit Sicherheit länger.
  • Die aufgezeigten Nachteile werden durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung monokristalliner Quecksilber-Cadmium-Tellurid-Schichten vermieden, das es gestattet, in einer einzigen Phase sowohl die Wachstumslösung als auch das epitaktische Wachstum zu erzeugen, wodurch sich die Vorbereitungsoperationen für die Ampulle erübrigen, die lang sind und sich schädlich auf die Reinheit des Materials auswirken.
  • Die Erfindung erlaubt es, in verschiedenen Phasen Stoffe mit Zusammensetzungen herzustellen, die kontinuierlich zwischen solchen extremer Zweifachverbindungen CdTe und HgTe ausgewählt werden können, ohne daß dadurch die Menge der Elemente und Verbindungen verändert wird, die zu Beginn des Verfahrens in das Schmelzgefäß eingebracht worden sind. Alternativ können Schichten mit unterschiedlicher Zusammensetzung auf demselben Substrat und aus derselben Lösung dadurch erhalten werden, daß der thermische Zyklus in verschiedene Phasen aufgeteilt wird, die von außen gesteuert werden können.
  • Ausgehend von dem Verfahren, das aus der US-PS 4 642 142 bekannt ist, betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen von monokristallinen Quecksilber-Cadmium-Tellurid-Schichten durch epitaxiales Wachstum auf einem Cadmium-Tellurid-Substrat, das man innerhalb eines Reaktors mit zwei miteinander kommunizierenden Zonen durchführt, die auf unterschiedlichen und gesteuerten Temperaturen gehalten werden, wobei man
  • - eine geschmolzene Lösung, die Tellur, Cadmium und Quecksilber enthält, zur Anordnung in einem Schmelzgefäß bereitstellt, das sich im Reaktor in der Zone mit der höheren Temperatur befindet,
  • - ein Quecksilberbad im Reaktor in der Zone mit der niedrigeren Temperatur anordnet und es so erwärmt, daß man im gesamten Reaktor eine Quecksilberdampf-Atmosphäre erhält,
  • - aufgrund der Absorption von im Dampfzustand befindlichem Quecksilber den Quecksilbergehalt in der geschmolzenen Lösung durch den Quecksilber-Dampfdruck steuert und die Lösung als Effekt der thermischen Agitation bei der höheren Temperatur homogenisiert,
  • - die Lösung und das Quecksilberbad langsam so abkühlt, daß eine Übersättigung der Lösung entsteht und ihre Zusammensetzung konstant bleibt,
  • - das Wachstumssubstrat in Berührung mit der Lösung bringt und das epitaxiale Wachstum des monokristallinen Quecksilber-Cadmium-Tellurids durchführt.
  • Gemäß der Erfindung ist dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß man zum Bereitstellen der Lösung:
  • - zu Beginn eine gewichtsmäßig bestimmte Menge von Tellur im Hohlraum des Schmelzgefäßes anordnet und schmilzt, wobei man den Hohlraum mit einer Teilabdeckung aus Cadmium-Tellurid versieht,
  • - die geschmolzene Substanz im Hohlraum durch Absorption von dampfförmigem Quecksilber in eine Lösung von Quecksilber in Tellur umwandelt,
  • - durch Drehung des Schmelzgefäßes die Lösung des Quecksilbers in Tellur in Kontakt mit der Teilabdeckung für eine Zeit bringt, die ausreicht, um die Lösung bei der höheren Temperatur zu sättigen,
  • - durch eine der vorrangegangen Drehung entgegengesetze Drehung die gesättigte Quecksilber- und Cadmium-Lösung in Tellur von der Halbabdeckung trennt.
  • Diese und weitere Merkmale der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert, das in der Zeichnung in nicht einschränkender Weise dargestellt ist. In dieser zeigen:
  • Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Reaktors für epitaktisches Wachstum,
  • Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Schmelzgefäßes der Fig. 1 und
  • Fig. 3 ein Zeitdiagramm zur Darstellung der Temperaturverläufe der im Reaktor befindlichen Bäder.
  • Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Reaktor besteht aus einer Quarzröhre TQ, in der ein Wasserstoff-Fluß bei atmosphärischem Druck gehalten wird, um Oxidationserscheinungen zu vermeiden. Im linken Bereich befindet sich ein Quecksilberbad BM, das bei einer Temperatur THg gehalten wird, während sich auf der rechten Seite das Wachstums-Schmelzgefäß befindet. Dieses hat einen Schieber PS, welcher ein Cadmium-Tellurid-Substrat SS aufnimmt, sowie einen festen Teil PF, der einen Hohlraum für die Wachstumslösung enthält, welche bei einer Temperatur Tsol gehalten wird. Auf den Hohlraum ist ein Cadmium-Tellurid-Substrat CS so gelegt, daß es als Teilabdeckung wirkt.
  • ST1 und ST2 bezeichnen zwei Temperaturfühler, die eine genaue Messung der Temperaturen des Quecksilberbades und der Wachstumslösung gestatten, die in dem Hohlraum enthalten sind. Darüber hinaus umgibt ein nicht gezeichneter Zweizonenofen die Quarzröhre, so daß das Quecksilberbad und die Lösung bei den genannten Temperaturen THg bzw. Tsol gehalten werden.
  • Nachdem optimale Wachstumsbedingungen erreicht worden sind, wird die aus Tellur, Cadmium und Quecksilber der gewünschten Anteile bestehende Lösung in Berührung mit dem Substrat gebracht, wozu der Schieber PS des Schmelzgefäßes bewegt, und in dieser Position für eine Zeit gehalten wird, die ausreicht, um die gewünschte Schichtdicke von Quecksilber-Cadmium-Tellurid abzulagern.
  • Die Erfindung betrifft denjenigen Teil des Verfahrens, der dem epitaktischen Wachstum vorangeht, und bezieht sich insbesondere auf die Art und Weise der Erzeugung der gewünschten Wachstumslösung, ausgehend von einer gewichtsmäßig bestimmten Menge von Tellur, von einer Hohlraumabdeckung aus Cadmium-Tellurid und von einem Quecksilberbad, worauf ein besonderer thermischer Zyklus unter geeigneten Bedingungen folgt.
  • Die Wachstumslösung wird vollständig innerhalb des Wachstums- Schmelzgefäßes erzeugt (in situ), wozu von außen Quecksilber und Cadmium-Anteile unter Steuerung der Temperaturen des Quecksilberbades und des Wachstums-Schmelzgefäßes, welches Tellur enthält, zudosiert werden. Wie bereits erwähnt, werden diese Temperaturen erreicht durch einen Zweizonenofen, der das Quarzrohr TQ umgibt. Die Temperatur des Quecksilberbades bestimmt die Quecksilberanteile in der Wachstumslösung, während die Temperatur in der Nähe des Wachstums-Schmelzgefäßes die Cadmiumanteile bestimmt.
  • Nachdem die gewünschte Tellurmenge in den Hohlraum des Wachstums- Schmelzgefäßes eingebracht worden ist, wird das Substrat SS auf den Schieber PS gelegt.
  • Das Wachstums-Schmelzgefäß ohne das Quecksilberbad wird in das Quarzrohr eingeführt, welches durch den Zweizonenofen auf die thermischen Betriebsbedingungen gebracht worden ist. Die Temperatur im Schmelzgefäß erreicht etwa 500ºC, so daß das Tellur schmilzt und nach einem Zeitraum von etwa einer halben Stunde dessen Temperatur stabilisiert ist.
  • Jetzt wird das Quecksilberbad in das Quarzrohr eingeführt und seine Temperatur progressiv auf den Wert THg im linken Teil des Ofens erhöht. Das hat zur Folge, daß eine Quecksilberdampfatmospähre mit einem Druck erzeugt wird, der durch die Temperatur bestimmt wird, die im allgemeinen etwa 230ºC beträgt. Damit kann nun die lange Absorptionsphase des Quecksilbers durch das geschmolzene Tellur beginnen, so daß allmählich Quecksilber in der Tellurlösung erhalten wird. Gleichzeitig zu dieser Bildungsphase läuft auch eine Homogenisierungsphase der Lösung ab.
  • Der Quecksilberpartialdruck der Lösung ist genau gleich dem Quecksilberbaddruck bei der Temperatur THg. Wenn daher die Temperatur THg durch den Zweizonenofen gesteuert wird, wird auch die Quecksilberkonzentration in der Wachstumslösung gesteuert.
  • Die Lösung wird mit Cadmium dadurch angereichert, daß sie in Berührung mit dem Cadmium-Tellurid-Substrat TS gebracht wird, das als Teilabdeckung auf dem Hohlraum liegt, der die Lösung enthält, wobei die unterschiedlichen chemischen Potentiale von Quecksilber- und Cadmiumverbindungen mit Tellur ausgenutzt werden. Der Kontakt wird dadurch erreicht, daß das Wachstums-Schmelzgefäß, das den Hohlraum mit dem Quecksilber in der Tellurlösung enthält, um etwa 900 um seine Achse a-a gedreht wird. Durch diese Drehung wird das Sättigungssubstrat CS eine Seitenwand des Hohlraumes, wodurch ein Verschütten der Lösung verhindert wird, und gleichzeitig der Kontakt hergestellt wird. Zu diesem Zeitpunkt beginnt eine Auflösungsphase des Sättigungssubstrates CS mit einer Cadmium- (und Tellur-) Anreicherung, bis die Wachstumslösung eine Gleichgewichtszusammensetzung erreicht, bei der die Anteile der einzelnen Elemente nur durch die Temperaturen bestimmt werden.
  • Nach einem Zeitraum von etwa eineinhalb Stunden, der erforderlich ist, um das Gleichgewicht zwischen festen und flüssigen Phasen zu erreichen, welches auch durch die Quecksilberdampfphase beeinflußt wird, wird das Schmelzgefäß wieder in seine horizontale Lage gebracht, so daß das Sättigungssubstrat von der Wachstumslösung getrennt wird.
  • Zu diesem Zeitpunkt bestimmen die Quecksilber- und Cadmium-Konzentrationen die Zusammensetzung der auf dem Substrat abzulagernden, festen Einkristallschichten.
  • Durch Bewegung des Schiebers PS wird das Substrat dann in Berührung mit der Lösung gebracht, die durch eine geeignete Temperaturabsenkung leicht übersättigt ist; in dieser Stellung wird es für etwa 10 Minuten gehalten, so daß die gewünschte Stärke des abgelagerten Feststoffes erzielt wird.
  • Die Trennung zwischen festen und flüssigen Phasen, die dadurch erreicht wurde, daß das Schmelzgefäß erneut in die horizontale Lage gebracht worden ist, wurde notwendig, um zu verhindern, daß die Lösung unter neuen Bedingungen ein neues Gleichgewicht einnahm. Diese Tatsache würde verhindern, Übersättigungsbedingungen zu erreichen, die notwendig sind, um epitaktische Schichtablagerungen zu erreichen.
  • Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Wachstums-Schmelzgefäßes mit dem Hohlraum, der die Lösung und das Sättigungssubstrat enthält; die Bezugszeichen entsprechen denjenigen der Fig. 1.
  • Die Temperaturverläufe in der Lösung und im Quecksilberbad über der Zeit sind in einem rechtwinkligen Koordinatensystem der Fig. 3 eingetragen und mit A bzw. B beizeichnet.
  • Der Teil der Kurve A, der vom Ursprung zum Punkt 1 verläuft und etwa einer halben Stunde entspricht, gibt die Schmelzdauer des Tellurs an. Zwischen den Punkten 1 und 2 mit einer Zeitspanne von etwa zwei Stunden ist eine Sättigung des Tellurs durch Quecksilber vorhanden, so daß am Punkt 2 das Schmelzgefäß gedreht wird und die Sättigungsphase des Cadmiums beginnt. Diese Phase dauert etwa eineinhalb Stunden, bis Punkt 3 erreicht ist. Hier wird die Lösung von dem Sättigungssubstrat getrennt und wird die Temperatur um 2 oder 30 für eine halbe Stunde gesenkt, bis Punkt 4 erreicht ist, wo sich die Lösung im Übersättigungszustand befindet. Jetzt kann das epitaktische Wachstum beginnen, das am Punkt 5 einsetzt und am Punkt 6 endet.
  • Die Kurve B, die sich auf die Temperatur des Quecksilberbades bezieht, beginnt bei Raumtemperatur eine halbe Stunde, nachdem die Erhitzung des Tellurs begonnen hat, und erreicht die Temperatur, die erforderlich ist, um den gewünschten Partialdruck von Quecksilberdampf zu erzeugen. Am Punkt 7 wird die Lösung gebildet, und deren Zusammensetzung muß nur während des epitaktischen Wachstums auf dem Substrat gehalten werden. Zu diesem Zweck wird auch das Quecksilberbad einer gesteuerten Abkühlung von einigen zehntel Graden je Minute unterworfen, was zwischen den Punkten 7 und 8 abläuft. Um allerdings Veränderungen in der Zusammensetzung der Lösung zu verhindern, muß das Verhältnis zwischen den Zeitableitungen der Temperaturen gleich dem Verhältnis zwischen den Zeitableitungen der entsprechenden Dampfdrücke sein.
  • Die Betriebsbedingungen und die Ergebnisse, die während eines typischen Wachstumsprozesses einer monokristallinen Quecksilber-Cadmium-Tellurid-Schicht erzielt werden, werden nachfolgend erläutert. Wenn das Quecksilberbad bei einer konstanten Temperatur von etwa 230ºC und die Wachstumslösung bei einer Temperatur von 485ºC gehalten werden, ergibt sich eine Zusammensetzung mit Prozentanteilen entsprechend 0,55 Quecksilber und 0,45 Cadmium. Durch Absenkung der Lösungstemperatur auf 470ºC stellt sich eine Lösungszusammensetzung und damit eine Zusammensetzung der abgelagerten Kristallschichten ein, deren Prozentanzeile 0,80 Quecksilber und 0,20 Cadmium entsprechen.
  • Bei einer um 2º oder 3º geringeren Temperatur ergeben sich Übersättigungsbedingungen, die den Wachstumsbeginn erlauben. Die Temperatur des Quecksilberbades während der Wachstumsphase nimmt um 0,2ºC/min. ab, wobei das Verhältnis der Gradienten etwa 1,2 entspricht.
  • Auf diese Weise werden monokristalline Schichten mit einer Dicke zwischen 20 und 40um und einer guten Morphologie auf einem Substrat von 3 cm² erhalten, wobei eine Lösung von 0,8 Mol verwendet wird.
  • Wenn monokristalline Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung gewünscht sind, wird nach der Ablagerung der ersten Schicht das Substrat SS erneut in eine Wartestellung gebracht und werden durch geeignete Veränderung der thermischen Bedingungen die Lösung und das Sättigungssubstrat CS erneut in Kontakt miteinander gebracht. Nachdem sich die neuen Gleichgewichtsbedingungen eingestellt haben, wird der Kontakt durch eine geeignete Drehung des Schmelzgefäßes unterbrochen, die Wachstumslösung ist erneut übersättigt, und nachdem das Substrat SS erneut in Berührung mit der Lösung gebracht worden ist, werden Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung abgelagert. Dieser Zyklus kann mehrmals wiederholt werden, um eine Mehrzahl von Schichten zu erhalten, ohne daß die Notwendigkeit besteht, die im Quarzrohr befindlichen Verbindungen zu behandeln, wozu lediglich auf die Temperaturen und Positionen der Reaktorelemente eingewirkt wird, die alle von außen gesteuert werden können. Auf diese Weise können monokristalline Cadmium- Quecksilber-Tellurid-Kristalle hoher Reinheit erzeugt werden.

Claims (3)

1. Verfahren zum Erzeugen von monokristallinen Quecksilber-Cadmium-Tellurid-Schichten durch epitaxiales Wachstum auf einem Cadmium-Tellurid-Substrat, das man innerhalb einen Reaktors (TQ) mit zwei miteinander kommunizierenden Zonen durchführt, die auf unterschiedlichen und gesteuerten Temperaturen gehalten werden, wobei man:
- eine geschmolzene Lösung, die Tellur, Cadmium und Quecksilber enthält, zur Anordnung in einem Schmelzgefäß, das sich im Reaktor (TQ) in der Zone mit der höheren Temperatur befindet, bereitstellt;
- ein Quecksilberbad (BM) im Reaktor in der Zone mit der niedrigeren Temperatur anordnet und es so erwärmt, daß man im gesamten Reaktor eine Quecksilberdampfatmosphäre erhält;
- aufgrund der Absorption von im Dampf zustand befindlichem Quecksilber den Quecksilbergehalt in der geschmolzenen Lösung durch den Quecksilber-Dampfdruck steuert und die Lösung als Effekt der thermischen Agitation bei der höheren Temperatur homogenisiert;
- die Lösung und das Quecksilberbad langsam so abkühlt, daß eine Übersättigung der Lösung entsteht und ihre Zusammensetzung konstant bleit;
- das Wachstumssubstrat (SS) in Kontakt mit der Lösung bringt und das epitaxiale Wachstum des monokristallinen Quecksilber-Cadmium- Tellurids durchführt;
dadurch gekennzeichnet, daß man zum Bereitstellen der Lösung:
- zu Beginn eine gewichtsmäßig bestimmte Menge von Tellur im Hohlraum des Schmelzgefäßes anordnet und schmilzt, wobei man den Hohlraum mit einer Teilabdeckung (CS) aus Cadmiumtellurid versieht;
- die geschmolzene Substanz im Hohlraum durch Absorption von dampfförmigem Quecksilber in eine Lösung von Quecksilber in Tellur umwandelt;
- durch Drehung des Schmelzgefäßes die Lösung des Quecksilbers in Tellur in Kontakt mit der Teilabdeckung (CS) für eine ausreichend lange Zeit bringt, um die Lösung bei der höheren Temperatur zu sättigen;
- durch eine der vorhergehenden Drehung entgegengesetzte Drehung die gesättigte Quecksilber- und Cadmium-Lösung in Tellur von der Halbabdeckung trennt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die gewünschte Zusammensetzung der Lösung des Quecksilbers und Cadmiums im Tellur dadurch erhält, daß man auf die niedrigere Temperatur des Quecksilberbads (BM) und auf die höhere Temperatur, auf die die Lösung während der Kontaktphase mit der Teilabdeckung (CS) angehoben worden ist, einwirkt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Zusammensetzung der Lösung während des gesamten epitaxialen Wachstums dadurch konstant hält, daß man gleichzeitig die Temperaturen der Lösung und des Quecksilberbads erniedrigt, während man das Verhältnis zwischen den Ableitungen dieser Temperaturen über der Zeit gleich dem Verhältnis zwischen den Ableitungen der jeweiligen Teildrücke über der Temperatur hält.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
US5264190A (en) * 1990-04-19 1993-11-23 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Liquid phase epitaxial film growth apparatus
JPH042689A (ja) * 1990-04-19 1992-01-07 Mitsubishi Electric Corp ヘテロエピタキシャル液相成長方法
US5512511A (en) * 1994-05-24 1996-04-30 Santa Barbara Research Center Process for growing HgCdTe base and contact layer in one operation
US6902619B2 (en) * 2001-06-28 2005-06-07 Ntu Ventures Pte. Ltd. Liquid phase epitaxy
CA2649322C (en) 2008-09-30 2011-02-01 5N Plus Inc. Cadmium telluride production process
CN102677162A (zh) * 2012-05-09 2012-09-19 中国科学院上海技术物理研究所 一种全自动控制的液相外延设备及控制方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4642142A (en) * 1982-05-19 1987-02-10 Massachusetts Institute Of Technology Process for making mercury cadmium telluride

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US4906325A (en) 1990-03-06

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