JP2511457B2 - 半導体結晶基板 - Google Patents
半導体結晶基板Info
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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
- semiconductor crystal
- epitaxial growth
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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程
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。
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程
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。
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。
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。
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)
- 【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。 - 【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。 - 【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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62142809A JP2511457B2 (ja) | 1987-06-08 | 1987-06-08 | 半導体結晶基板 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62142809A JP2511457B2 (ja) | 1987-06-08 | 1987-06-08 | 半導体結晶基板 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63306632A JPS63306632A (ja) | 1988-12-14 |
JP2511457B2 true JP2511457B2 (ja) | 1996-06-26 |
Family
ID=15324138
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62142809A Expired - Lifetime JP2511457B2 (ja) | 1987-06-08 | 1987-06-08 | 半導体結晶基板 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2511457B2 (ja) |
Citations (3)
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 |
-
1987
- 1987-06-08 JP JP62142809A patent/JP2511457B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
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 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS63306632A (ja) | 1988-12-14 |
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