JP2511457B2 - 半導体結晶基板 - Google Patents

半導体結晶基板

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JP2511457B2
JP2511457B2 JP62142809A JP14280987A JP2511457B2 JP 2511457 B2 JP2511457 B2 JP 2511457B2 JP 62142809 A JP62142809 A JP 62142809A JP 14280987 A JP14280987 A JP 14280987A JP 2511457 B2 JP2511457 B2 JP 2511457B2
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single crystal
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明和 田中
智 大楽
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Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体結晶基板に関し、特に量子型の赤外
線検出材料である高品質HgCdTe単結晶等の製造に有用で
ある半導体結晶基板に関する。
〔従来の技術〕
量子型の赤外線検出器の材料として、HgCdTe結晶が優
れた特性を有するものとして知られており、この用途に
用いられるHgCdTe結晶は、式: Hg1-zCdzTe(ここで、zは0.1〜0.4の数)で表わされ
る組成のものが用いられる。結晶の組成には高い均一性
が求められ、上記式におけるzのバラツキは結晶全体に
おいて0.01以下であることが必要とされている。
最近、赤外線検出の分野においても従来の単素子型の
スポット的な検出方式から、例えば赤外線像を検出でき
る検出方式が要求されるに至り、検出素子のアレイ化、
二次元化が必要となり、使用されるHgCdTe結晶に高品質
に加え大型であることも要求されるに至っている。
しかし、HgCdTe結晶は、Hgの蒸気圧が非常に高いこ
と、Hgが激しく偏析し易いことなどのために、均一組成
の大型結晶を製造することは極めて困難である。そこ
で、適当な他のバルクの結晶基板の上にHgCdTe結晶をエ
ピタキシャル成長させることによって、大面積HgCdTe結
晶を製造する方法が提案され、使用するバルクの結晶基
板として、CdTe基板及びCdの一部をZnで置換したZnCdTe
基板が知られている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、CdTe単結晶は例えば垂直ブリッジマン法で大
型結晶を得ることができるが、その上にエピタキシャル
成長させるべきHgCdTe結晶との間に、0.2〜0.3%程度の
格子不整合があるため、CdTe単結晶基板を使用するとCd
Te結晶とHgCdTe結晶の界面に多量のミスフィット転位が
発生し、成長したHgCdTe結晶の品質が低いという欠点を
有している。
他方、ZnCdTe結晶はZnの添加によって格子定数の整合
を図ることによって上記のミスフィット転位を解消しよ
うとしたものであるが、例えば垂直ブリッジマン法など
で製造すると、結晶中のZnの偏析が偏析係数で1.3〜1.4
と大きく、結晶の成長に従ってZnの濃度が変化すること
が分った。またブリッジマン法のようなバルク結晶成長
法で育成されたZnCdTe結晶基板は、転位密度が約104〜1
06/cm2で分布して全体的に高く、これらの転位が顕著な
セル構造、リニエージ構造を形成するほか、Teのインク
ルージョンのような結晶欠陥が生じ易いという欠点を有
している。さらに、このZnCdTe結晶は結晶成長温度が10
92℃以上と高温であるため不純物の混入が起り易いた
め、HgCdTe結晶成長用としては十分な品質のものが得難
いという欠点も有している。
そこで本発明の目的は、高品質のHgCdTe単結晶等をエ
ピタキシャル成長させるのに好適である新規な半導体結
晶基板を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、前記問題点を解決するものとして、CdTe単
結晶からなる下層と、該下層上に形成された式(I): ZnxCd1-x(S,Se)yTe1-y (I) 〔式中、x及びyは、0≦x≦0.2,0≦y≦0.2であっ
て、xとyは同時に0でなく、組成中にZn,S及びSeの少
くとも1種が含まれる〕 で表わされる組成を有するエピタキシャル成長法により
形成してなる単結晶の上層とからなる半導体結晶基板を
提供するものである。
本発明の半導体結晶基板の上層単結晶は前記一般式
(I)で表わされる組成を有するものであり、前記の下
層上にエピタキシャル成長法により形成したものである
が、前記のとおり、一般に、xは、0≦x≦0.2、好ま
しくは0.005≦x≦0.10であり、yは、0≦y≦0.2、好
ましくは0.005≦y≦0.10の範囲である。そして、xと
yとは同時に0ではなく、Zn,S及びSeから選ばれる元素
が少なくとも1種存在すればよい。xが0.2を超え、あ
るいはyが0.2を超えると、格子定数のマッチングが逆
に悪くなり、結晶状態の良い膜も得難くなる。
本発明の半導体結晶基板をHgCdTe結晶をその上にエピ
タキシャル成長させるために用いる際には、格子定数が
6.462〜6.467、特に6.464又は6.465であることが好まし
く、一般式(I)におけるx,yはこのような格子定数が
得られるようにZn,S及びSeから選ばれる1種又は2種以
上の元素の種類に応じて決定されるのがよい。Zn,S及び
Seの少なくとも1種が含まれることにより、単結晶の格
子定数が減少する。この格子定数の減少への寄与は、Z
n,S,Seで各々異なるが、単結晶中にZn,S及びSeの少なく
とも1種を適当量含有させることにより、必要とする格
子定数を有する単結晶を得ることができる。上層の結晶
の組成としては、使用される元素により、例えば、ZnxC
d1-xTe,CdSyTe1-y,CdSeyTe1-y,Cd(S,Se)yTe1-y,Znx
Cd1-x(S,Se)yTe1-y等が挙げられる。
上層の結晶組成の中でも特に好ましいものとして、下
記の式(II)または式(III)で表わされる組成を挙げ
ることができる。
ZnpCd1-pTe (II) 〔式中、pは、0.005≦p≦0.10、好ましくは0.01≦
p≦0.06である。〕 CdSeqTe1-q (III) 〔式中、qは、0.005≦q≦0.10、好ましくは0.01≦
q≦0.06である。〕 本発明の半導体結晶基板の下層として用いられるCdTe
単結晶の作成法に特に制限はなく、例えば、垂直ブリッ
ジマン法、THM、スラッシュグロース法、リクリスタリ
ゼーション法等のバルク結晶成長法が挙げられ、直径50
mm以上の大型のCdTe単結晶を製造することができる。
一般式(I)で表わされる組成を有する上層を上記の
下層であるCdTe単結晶上に形成するためのエピタキシャ
ル成長法としては、例えば、液相エピタキシャル成長
法、有機金属気相成長法、分子線エピタキシャル成長
法、真空蒸着法およびホットウォール成長法等が挙げら
れる。中でも液相エピタキシャル成長法は、装置が簡単
で、340〜500℃の低温で結晶成長速度が大きいので好ま
しい方法である。また有機金属気相成長法は、低温で広
い面積にわたって均一組成の上層を成長させ得る上で有
利である。
〔実施例〕
次に、本発明を実施例により詳しく説明する。
実施例1 (1) 下層のCdTe単結晶の作成 内径50mmの石英アンプルに、純度99.9999%のCdおよ
びTeを、CdとTeが当量となりかつその合計量が900gとな
る量入れ真空封入した。次にこのアンプルを結晶成長用
電気炉中で1120℃に昇温して、Cd,Teを融解させ、CdTe
を合成した。その後、2〜3℃/cmの温度勾配の下で電
気炉の温度を0.1℃/hrの速度で冷却して結晶化させた。
得られた結晶は(111)面内の回転双晶を一部に含むが
1〜2個の結晶粒からなっていた。この結晶インゴット
から(111)面のウエハーを結晶切断装置を用いて切り
出し、さらに切断加工によって生じた表面の加工歪みを
臭素−メタノールの研摩液を用いてメカノケミカル研摩
で除去し10×10×1mmのCdTe基板を作成した。
(2) 上層のZnCdTe単結晶の作成 スライドボードを用いる液相エピタキシャル成長法に
より次のようにして作成を行なった。
平均組成Zn0.05Cd0.95Teの多結晶基板をソースとし
て、この上に溶解したTe溶媒を移動させて約500℃で約
3時間放置することにより、ソース中のCd及びZnをTe溶
媒中に十分に溶解、飽和させた。次にこのTe溶媒を
(1)で作成したCdTe基板上に移し、480℃に冷却させ
てZnCdTe層をCdTe基板上にエピタキシャル成長させた。
こうして得られたZnCdTe層は、X線マイクロアナライザ
ーで測定したところ、厚さ約30μm、平均組成Zn0.06Cd
0.94Teであった。Cdの原子比のバラツキは結晶全体にわ
たって0.94±0.005の範囲であり、組成の均一性が極め
て高かった。また、下層のCdTe基板には5×105/cm2
度の転位とこれらの転位に基づくセル構造、リニエージ
構造が認められたが、上層のZnCdTe層の転位密度は全面
にわたって5×104/cm2以下であり、セル構造やリニエ
ージ構造はほとんど認められなかった。また、Teのイン
クルージョンはまったく認められなかった。
実施例2 実施例1の(1)と同様にして作成したCdTe単結晶の
上に、ソースとして平均組成CdSe0.05Te0.95の多結晶基
板を用いた以外は実施例1の(2)と同様にして厚さ25
μm、平均組成CdSe0.06Te0.94(Teの原子比のバラツキ
は結晶全体にわたって0.94±0.005の範囲内)のエピタ
キシャル成長層(CdSeTe層)を形成した。組成の均一性
が極めて高かった。
上層のCdSeTe層の転位密度は全面にわたって5×104/
cm2以下であり、セル構造やリニエージ構造はほとんど
認められず、Teのインクルージョンはまったく認められ
なかった。
〔発明の効果〕
本発明の半導体結晶基板は、格子の整合性の点でHgCd
Te結晶等をエピタキシャル成長させるのに適し、しかも
その上層である一般式(I)の組成を有する層は転移密
度、不純物などの点でも優れているので、高品質のHgCd
Te結晶等を成長させることができる。この基板は一定範
囲で格子定数を適宜調節することができ、赤外線検出器
の材料であるHgCdTe結晶作成用基板のほか、例えば、Cd
Te結晶中のCdを一部Mn,Niで置換した(Mn,Ni)CdTe結晶
などの磁性半導体結晶作成用の基板として有用である。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】CdTe単結晶からなる下層と、該下層上に形
    成された式: ZnxCd1-x(S,Se)yTe1-y [式中、x及びyは、0≦x≦0.2,0≦y≦0.2であっ
    て、xとyは同時に0でなく、組成中にZn,S及びSeの少
    なくとも1種が含まれる] で表わされる組成を有するエピタキシャル成長法により
    形成してなる単結晶の上層とからなる半導体結晶基板。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項記載の半導体結晶基
    板であって、上層が式: ZnpCd1-pTe [式中、pは0.005≦p≦0.10である] で表わされる組成を有するエピタキシャル成長法により
    形成してなる単結晶からなる基板。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第1項記載の半導体結晶基
    板であって、上層が式: CdSeqTe1-q [式中、qは0.005≦q≦0.10である] で表わされる組成を有するエピタキシャル成長法により
    形成してなる単結晶からなる基板。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS569363A (en) * 1979-06-29 1981-01-30 Telecommunications Sa Production of layer having surface composition of hg11xcdxte
JPS582036A (ja) * 1981-06-26 1983-01-07 Fujitsu Ltd 半導体結晶の製造方法
JPS6317299A (ja) * 1986-07-09 1988-01-25 Sumitomo Electric Ind Ltd HgCdTeエピタキシヤル成長用基板及びその製法

Patent Citations (3)

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