JPH0193407A - Semiconductor crystal and production thereof - Google Patents
Semiconductor crystal and production thereofInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、半導体結晶およびその製造方法に関し、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好適な半導体
結晶およびその製造方法に関する。Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor crystal and a method for manufacturing the same, and in particular to a semiconductor crystal substrate useful for manufacturing high-quality HgCdTe single crystals, etc., which are quantum-type infrared detection materials. The present invention relates to a semiconductor crystal suitable for and a method for manufacturing the same.
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：％式％）
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２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。HgCdTe crystal is known to have excellent properties as a material for quantum-type infrared detectors, and the HgCdTe crystal used for this purpose has a composition expressed by the formula: %Formula %). High uniformity is required for the composition of the crystal, and the variation in 2 in the above formula is required to be 0.01 or less over the entire crystal.
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。Recently, in the field of infrared detection, there has been a demand for a detection method that can detect infrared images, for example, instead of the conventional single-element spot detection method. In addition to being of high quality, the HgCdTe crystals used in the manufacturing process are also required to be large in size.
しかし、ＨｇＣｄＴｅ結晶は、Ｈｇの蒸気圧が非常に高
いこと、ｌ１ｇ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ＨｇＣｄ
Ｔｅ結晶をエピタキシャル成長させることによって、大
面積のｌ（ｇＣｄＴｅ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Ｃ
ｄの一部をＺｎで置換したＺｎＣｄＴｅ基板が知られて
いる。However, HgCdTe crystals have very high vapor pressure of Hg and l1g tends to segregate violently.
It is extremely difficult to produce large crystals of uniform composition. Therefore, HgCd was placed on another suitable bulk crystal substrate.
A method for manufacturing large-area l(gCdTe crystals) by epitaxially growing Te crystals has been proposed.
As bulk crystal substrates used, CdTe substrate and C
A ZnCdTe substrate in which a part of d is replaced with Zn is known.
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ＣｄＴｅ結晶とｌＩｇｃｄＴｅ結晶の
界面に多量のミスフィツト転位が発生し、成長したｔ（
ｇＣｄＴｅ結晶の品質が低いという欠点を有している。However, although a large CdTe single crystal can be obtained by, for example, the vertical Bridgman method, there is a gap of 0.2 to
Since there is a lattice mismatch of about 0.3%, when a CdTe single crystal substrate is used, a large number of misfit dislocations occur at the interface between the CdTe crystal and the lIgcdTe crystal, and the grown t(
It has the disadvantage that the quality of the gCdTe crystal is low.
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ツト転位を解
消しようとしたものであるが、例えば垂直ブリッジマン
法などの正常凝固が成立つ方法によって製造すると、Ｚ
ｎのＣｄＴｅに対する偏析係数が１．３〜１．４と大き
いため、結晶中におけるＺｎの偏析により、結晶の成長
に従ってＺｎの濃度が変化する。そのため、得られる結
晶の格子定数が変化して不均一となり、ＨｇＣｄＴｅ結
晶と格子整合の良好な結晶基板を得ることが困難であっ
た。On the other hand, ZnCdTe crystals were created in an attempt to eliminate the misfit dislocations mentioned above by matching the lattice constants by adding Zn.
Since the segregation coefficient of n with respect to CdTe is as large as 1.3 to 1.4, the concentration of Zn changes as the crystal grows due to the segregation of Zn in the crystal. Therefore, the lattice constant of the resulting crystal changes and becomes non-uniform, making it difficult to obtain a crystal substrate with good lattice matching with the HgCdTe crystal.
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、転位が約１０４〜１０
″／−の高い密度で結晶中に分布し、これらの転位によ
って顕著なセル構造、リニエージ構造を形成し、さらに
Ｔｅのインクルージヨンのような結晶欠陥が生じ易いと
いう欠点も有している。In addition, a ZnCdTe crystal substrate grown by a bulk crystal growth method such as the Bridgman method has dislocations of about 104 to 10
It has the disadvantage that it is distributed in the crystal at a high density of Te, and these dislocations form a remarkable cell structure and lineage structure, and that crystal defects such as Te inclusions are likely to occur.
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ために、これら単結晶と格
子定数がほとんど同じでしかも均一である半導体結晶基
板に好適な半導体結晶およびその製造方法を提供するこ
とにある。SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor crystal suitable for a semiconductor crystal substrate having almost the same lattice constant as that of these single crystals and uniform in order to epitaxially grow high-quality HgCdTe single crystals, etc., and a method for manufacturing the same. It is in.
本発明は、上記問題点を解決するために、式（１）：
％式％（）
〔ここで、ｌ、 ｍ、 ｐおよびｑは０以上の数であ
り、ｌおよびｐは同時に０でなぐ、ｍおよびｑは同時に
０でない。〕
で表わされる平均組成を有し、一方向、即ち、結晶の成
長方向に沿って、式（■）：
ａ ＝６．４８２５−０．３８１． ｋ（Ｚｎ） （
１−ｇ） ” （Ｓｅ） −重）−０．１６ｍｋ（Ｍ
ｎ）（１ｇ）（Ｓｅ）Ｎ′１）−１）−〇、６５０５ｐ
ｋ（Ｓ）（１ｇ）”（ｓ（Ｓｅ）−０．４３３ｑｋ（Ｓ
ｅ）（１−ｇ）”（Ｓｅ）−” （ＩＩ）〔ここで、
ｇは固化率、ｋ （Ｚｎ） 、 ｋ （Ｍｎ） 、 ｋ
（Ｓ）およびｋ （Ｓｅ）はそれぞれ、Ｚｎ 、 Ｍ
ｎ 、 ＳおよびＳｅの偏析係数を示し、１２．ｍ、
ｐおよびｑは前記と同じである〕で表わされる格子定数
ａが、少なくとも０≦ｇ≦０．６の範囲で実質的に一定
であるように組成が変化している半導体結晶を提供する
ものである。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention solves the above problems by using the formula (1): , m and q are not 0 at the same time. ] having an average composition expressed by the formula (■): a = 6.4825-0.381. k(Zn) (
1-g) ” (Se)-heavy)-0.16mk(M
n) (1g) (Se)N'1)-1)-〇, 6505p
k(S)(1g)”(s(Se)−0.433qk(S
e) (1-g) “(Se)-” (II) [Here,
g is solidification rate, k (Zn), k (Mn), k
(S) and k(Se) are Zn, M, respectively
Indicates the segregation coefficients of n, S and Se, 12. m,
p and q are the same as described above] The present invention provides a semiconductor crystal whose composition is changed so that the lattice constant a, represented by be.
本発明の半導体結晶の平均組成は、前記のｌ。The average composition of the semiconductor crystal of the present invention is 1 above.
ｍ、ｐおよびｑにより決定されるが、実際の組成は結晶
の一方向（後記するように、正常凝固が成立する際の結
晶成長方向と一致）に沿って変化するものである。しか
し、式（ＩＩ）で表わされる格子定数は一定であり、該
結晶は格子定数が均一である。ドーパントとして添加さ
れている各元素の偏析係数が、ＺｎおよびＳでは１より
大（ｋ（Ｚｎ） 。Although determined by m, p, and q, the actual composition changes along one direction of the crystal (which coincides with the crystal growth direction when normal solidification is established, as described later). However, the lattice constant represented by formula (II) is constant, and the crystal has a uniform lattice constant. The segregation coefficient of each element added as a dopant is greater than 1 (k(Zn)) for Zn and S.
ｋ（Ｓ） ＞ １ ’）で、ＭｎおよびＳｅでは１より
小（ｋ（Ｍｎ）。k(S) >1') and less than 1 for Mn and Se (k(Mn).
ｋ（Ｓｅ） ＜ １ ）であるため、これら２群の元素
の格子定数ａに対する寄与が互いに相殺し合う結果、ａ
は一定となるのである。k(Se) < 1), the contributions of these two groups of elements to the lattice constant a cancel each other out, resulting in a
becomes constant.
各添加元素のＣｄＴｅに対する偏析係数は、単独で添加
する際には、ｋ（Ｚｎ） −１，３５、ｋ（Ｓｅ） ＝
０．９ 。The segregation coefficient of each additive element for CdTe is k(Zn) −1,35, k(Se) = when added alone.
0.9.
ｋ（Ｓ） ＝ １．４、そしてｋ（Ｍｎ） ＝ ０．９
３程度である。k(S) = 1.4, and k(Mn) = 0.9
It is about 3.
２種以上を添加すると若干変動することがあるので、添
加量に応じて偏析係数値は調節する必要がある。If two or more types are added, it may vary slightly, so it is necessary to adjust the segregation coefficient value depending on the amount added.
格子定数ａが実質的に一定であるとは、格子整合上不都
合のない範囲での変動は許容されることを意味し、通常
、変動が±０．０１％の範囲内にあることを意味する。The fact that the lattice constant a is substantially constant means that variation is allowed within a range that does not cause problems in terms of lattice matching, and usually means that the variation is within ±0.01%. .
本発明の結晶では、格子定数ａは、６．４０００〜６．
４８２５Ａの範囲で調整可能であり、これから基板を作
成し、ｔ１ｇｃｄＴｅ結晶をエピタキシャル成長させる
ために用いる場合には、通常、ａ ＝６．４６２〜６．
４７６ Ａの範囲とされ、特に、６．４６４ Ａまたは
６．４６５ Ａが好ましい。In the crystal of the present invention, the lattice constant a is 6.4000 to 6.4000.
It can be adjusted in the range of 4825A, and when a substrate is made from this and used for epitaxial growth of t1gcdTe crystal, a = 6.462 to 6.462A is usually used.
The range is 476 A, with 6.464 A or 6.465 A being particularly preferred.
本発明の結晶は、
式（ＩＩＩ）：
Ｚｎｊ’ Ｍｎ１ｌ’Ｃｄ１−（ｆ’ ＋ｓ’）Ｓｐ’
５ｅｃｌ’Ｔｅ１−＋ｐ’ ＋ｑ’）（■）
〔ここで、Ｎ Ｚ 、 ｍ Ｉ 、 ｐ、Ｊおよびｑ
′は、０以上の数であり、β′およびｐ′は同時にＯで
なく、ｍ′およびｑ′は同時にＯでなく、さらに、式：
％式％
（式中、ｇ′はＯ≦ｇ′≦１の範囲で変化する変数で、
ｋ（Ｚｎ） 、 ｋ（Ｍｎ） 、 ｋ（Ｓ）およびｋ
（Ｓｅ）は、それぞれ、Ｚｎ 、 Ｍｎ 、 Ｓおよ
びＳｅのＣｄＴｅに対する偏析係数を示す）で表わされ
る数値ａ′が少なくとも０≦ｇ′≦０．６の範囲で実質
的に一定であるように選択される数である。〕。The crystal of the present invention has the formula (III): Znj'Mn1l'Cd1-(f' + s') Sp'
5ecl'Te1-+p'+q') (■) [Here, NZ, m I, p, J and q
' is a number greater than or equal to 0, β' and p' are not O at the same time, m' and q' are not O at the same time, and the formula: %formula% (where g' is O≦g' A variable that changes within the range ≦1,
k(Zn), k(Mn), k(S) and k
(Se) represents the segregation coefficient of Zn, Mn, S and Se with respect to CdTe, respectively) is selected such that the numerical value a′ is substantially constant at least in the range of 0≦g′≦0.6. This is the number of ].
で表わされる均一な組成を有する融液を正常凝固させる
ことにより製造することができる。It can be produced by normally solidifying a melt having a uniform composition expressed by:
ＣｄＴｅ結晶中に、Ｚｎ、 Ｍｎ、 ＳまたはＳｅを
添加すると、ＺｎとＭｎはＣｄと置換し、ＳとＳｅはＴ
ｅと置換し、それぞれ置換率に応じてＣｄＴｅ結晶の格
子定数を減少させる作用を示す。When Zn, Mn, S or Se is added to the CdTe crystal, Zn and Mn replace Cd, and S and Se replace T.
e, each exhibits the effect of reducing the lattice constant of the CdTe crystal depending on the substitution rate.
今、元素Ｍの単位置換率当りの格子定数の減少量をｄ、
４、置換率をＣ，とすると、ＣｄＴｅ結晶の格子定数ａ
は、式（Ｖ）
ａ ＝ ６．４８２５ ｄＭｃＭ（Ｖ ）で表わされ
る。一方、正常凝固に従う結晶成長法で結晶を育成する
と、添加元素Ｍの偏析が起るため、得られる結晶中にお
けるＭの濃度（置換率）Ｃ，は、次式
％式％（）
〔ここで、ＣＭＯは添加元素Ｍの平均置換率、ｋは添加
元素ＭのＣｄＴｅに対する偏析係数、そしてｇは固化率
、即ち結晶化される全融液の結晶化した部分の割合を示
す〕
にしたがって変化する。よって、元素ＭをＣｄＴｅに添
加し、正常凝固させた場合、固化率ｇの位置における結
晶の格子定数ａは、式（Ｖ）および（Ｖｌ）から、次式
（■）
ａ’ ＝６．４８２５ ｃｌ＋ｃ１．１ｏｋ（１ｇ）
’−’ （■）で示される値となる。Now, the amount of decrease in the lattice constant per unit substitution rate of element M is d,
4. If the substitution rate is C, then the lattice constant a of the CdTe crystal is
is expressed by the formula (V) a = 6.4825 dMcM(V). On the other hand, when a crystal is grown using a crystal growth method that follows normal solidification, segregation of the added element M occurs, so the concentration of M (substitution rate) C in the obtained crystal is calculated by the following formula % formula % () [Here , CMO is the average substitution rate of the additive element M, k is the segregation coefficient of the additive element M with respect to CdTe, and g is the solidification rate, that is, the proportion of the crystallized part of the total melt to be crystallized]. . Therefore, when element M is added to CdTe and solidified normally, the lattice constant a of the crystal at the solidification rate g is calculated by the following formula (■) from formulas (V) and (Vl): a' = 6.4825 cl+c1.1ok (1g)
The value is indicated by '-' (■).
式（■）かられかるように、偏析係数ｋが１より大きい
元素は、ｇの増加とともに、即ち結晶成長とともに格子
定数ａを次第に増加せしめ、逆にｋが１より小さい元素
はａを次第に減少させるように働く。本発明の結晶は、
この事実に基づいて、ＣｄＴｅに対する偏析係数が１よ
り大きいＺｎおよびＳの少なくとも１種と、偏析係数が
１より小さいＭｎおよびＳｅの少なくとも１種とを添加
元素として用いることによって、両者のａに対する作用
を相殺させ、結晶成長方向に沿って格子定数ａが一定で
あるようにしたものである。As can be seen from equation (■), elements with a segregation coefficient k greater than 1 gradually increase their lattice constant a as g increases, that is, with crystal growth, and conversely, elements with k smaller than 1 gradually decrease a. work to make you The crystal of the present invention is
Based on this fact, by using at least one of Zn and S, which has a segregation coefficient larger than 1, and at least one of Mn and Se, which has a segregation coefficient smaller than 1, as additive elements, the effect of both on a can be improved. , so that the lattice constant a remains constant along the crystal growth direction.
前記式（ＤＩ）は、本発明の結晶を正常凝固により製造
する際の融液の初期組成を示し、式中のｉ １． ｍｌ
、 ｐＪおよびｑ′は、それぞれ初期組成におけるＺ
ｎ、Ｍｎ、ＳおよびＳｅの置換率であり、結晶育成後に
おける式（１）での平均置換率ｌ。The above formula (DI) represents the initial composition of the melt when producing the crystal of the present invention by normal solidification, and i 1. ml
, pJ and q′ are respectively Z at the initial composition
This is the substitution rate of n, Mn, S, and Se, and is the average substitution rate l in formula (1) after crystal growth.
ｍ、ｐおよびｑと対応する値である。また、Ｚｎ 。These are values corresponding to m, p and q. Also, Zn.
Ｍｎ、ＳおよびＳｅの単位置換率当りにもたらされる格
子定数減少量は、それぞれ、Ｚｎで０．３８Ａ、Ｍｎで
０．１６ＡＳＳｅで０．４３３ Ａ、そしてＳで０．６
５０５Ａであるから、前述したところにより、正常凝固
させた場合の格子定数は式（ＩＶ）に従うことを予測す
ることができる。そこで、式（ＩＶ）で表わされるａ′
が少なくとも所望のｇ’（固化率ｇに対応する数値であ
る）の範囲において実質的に一定となるように予めβ′
、ｍ′、ｐ’およびｑ′を選択して、融液の初期組成を
決定し、後に正常凝固に従う方法で結晶育成すれば本発
明の結晶が自動的に得られる。The lattice constant reductions brought about per unit substitution rate for Mn, S, and Se are 0.38 A for Zn, 0.16 for Mn, 0.433 A for ASSe, and 0.6 for S, respectively.
505A, it can be predicted from the above that the lattice constant in the case of normal coagulation follows formula (IV). Therefore, a′ expressed by formula (IV)
β' is set in advance so that β' is substantially constant at least within the desired range of g' (a numerical value corresponding to the solidification rate g).
.
添加元素は、偏析係数が１より大のものとしてＺｎおよ
びＳの１種または２種、１より小のものとしてＭｎおよ
びＳｅの１種または２種を使用できるが、通常それぞれ
１種でよい。実用性の高い組合わせは、ＺｎとＳｅ、お
よびＺｎとＭｎである。As for the additive elements, one or two of Zn and S can be used as those having a segregation coefficient of greater than 1, and one or two of Mn and Se can be used as those having a segregation coefficient of less than 1, but usually one of each is sufficient. Combinations with high practicality are Zn and Se and Zn and Mn.
ＺｎとＳｅを添加する場合のＺｎ／Ｓｅの原子比（１／
ｐ）は、１〜６、特に３．７が好ましい。また、Ｚｎと
Ｍｎを添加する場合には、Ｚｎ／Ｍｎの原子比（１／ｍ
）は、４〜２０、特に１２が好ましい。この好ましい原
子比において、より広い固化率の範囲にわたって格子定
数が一定となる。Zn/Se atomic ratio (1/
p) is preferably 1 to 6, particularly preferably 3.7. In addition, when adding Zn and Mn, the atomic ratio of Zn/Mn (1/m
) is preferably 4 to 20, particularly preferably 12. At this preferred atomic ratio, the lattice constant becomes constant over a wider range of solidification rates.
所望の初期組成を有する融液を調製する方法としては、
ＣｄおよびＴｅの融液に、所定量の上記４種の添加元素
から選ばれた元素を融解せしめて、前記組成をなす融液
を作製する方法、あるいは、Ｃｄ。As a method for preparing a melt having a desired initial composition,
A method of producing a melt having the above composition by melting a predetermined amount of an element selected from the above four types of additive elements into a melt of Cd and Te, or Cd.
Ｔｅおよび上記４元素の内から選ばれた元素を混合して
、所定の組成を有する粉末状混合物とし、これを融解し
て融液となす方法などを挙げることができる。融解温度
、圧力等の条件は、添加する元素の種類、量等によって
適宜決定される。Examples include a method in which Te and an element selected from the above four elements are mixed to form a powder mixture having a predetermined composition, and this is melted to form a melt. Conditions such as melting temperature and pressure are appropriately determined depending on the type and amount of the added element.
このようにして得られた融液を正常凝固させて結晶を育
成する方法としては、例えば垂直ブリッジマン法、ＬＥ
Ｃを含む引上げ法等のバルク結晶成長法が挙げられ、直
径５０龍以上の大型の単結晶を製造することができる。Methods for normal solidification of the thus obtained melt to grow crystals include, for example, the vertical Bridgman method, LE
Bulk crystal growth methods such as C-containing pulling methods can be used, and large single crystals with a diameter of 50 mm or more can be produced.
本発明の半導体結晶から得られる基板上にＨｇＣｄＴｅ
結晶をエピタキシャル成長させる方法としては、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
法およびホントウオール成長法を挙げることができる。HgCdTe on the substrate obtained from the semiconductor crystal of the present invention.
Examples of methods for epitaxially growing crystals include metal organic vapor phase epitaxy, molecular beam epitaxial growth, vacuum evaporation, and real wall growth.
以上、本発明を実施例により詳細に説明する。 The present invention will now be described in detail with reference to Examples.
実施例１
格子定数６．４６３６Ａの結晶製造を試みた。添加元素
としてＺｎとＳｅを用いた。ＺｎとＳｅのＣｄＴｅに対
する偏析係数は、それぞれ１．３５および０．９である
ことが実験的に求められた。式（Ｉｔ／）により、前記
の格子定数がなるべく広い範囲で実現される条件を計算
したところ、ＺｎをＣｄの代りに０．９６モル％、Ｓｅ
をＴｅの代りに３．６モル％置換されるように添加する
と、結晶の固化率が０〜０．６の範囲で±０．００００
４Ａ（±０．０００６％）の誤差内で、また固化率０〜
０．９の範囲では±Ｏ，ＱＯＯ５Ａ （±０．００７７
％）の誤差内で、格子定数が６．４６３６Ａである結晶
が得られることがわかった。この計算結果に基づいて次
のようにして製造を試みた。Example 1 An attempt was made to produce a crystal with a lattice constant of 6.4636A. Zn and Se were used as additive elements. The segregation coefficients of Zn and Se with respect to CdTe were experimentally determined to be 1.35 and 0.9, respectively. Using the formula (It/), we calculated the conditions under which the above lattice constant could be realized over as wide a range as possible, and found that 0.96 mol% of Zn and Se
When 3.6 mol% of Te is added in place of Te, the crystal solidification rate is ±0.0000 in the range of 0 to 0.6.
Within an error of 4A (±0.0006%), and the solidification rate is 0~
In the range of 0.9, ±O, QOO5A (±0.0077
It was found that a crystal with a lattice constant of 6.4636A could be obtained within an error of Based on this calculation result, an attempt was made to manufacture the product as follows.
内径５０ｍｍの石英アンプルに、純度９９．９９９９％
のＣｄ、 Ｔｅ、 ＺｎおよびＳｅを、モル組成比がＣ
ｄ ： Ｔｅ ：Ｚｎ ： Ｓｅ−９９，０４： ９６
．４ ： ０．９６ ： ３．６０で、かつその合計量
が８００ｇとなる量入れ、真空封入（圧カニ１０−’
ｔｏｒｒ以下）した。次に、このアンプルを縦型ブリッ
ジマン炉中で１１４０℃に昇温しで、各元素を融解させ
た。その後、２〜ｂ
の下で炉の温度を０．１℃／ｈの冷却速度で冷却して結
晶化させてインゴットを得た。得られた結晶は（１１１
）面内の回転双晶を一部に含むが大きな結晶粒からなっ
ていた。この結晶インゴットの成長方向に沿った各部分
から５ Ｘ ５ Ｘ １ ｍｓの試料を結晶切断装置に
よって切り出し、原子吸光法によってＺｎ濃度を、Ｉ
ＣＰ （Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ＣｏｕｐｌｅｄＰｌ
ａｓｍａ）法によってＳｅ’７７４度を測定し、またそ
れぞれの格子定数を測定した。その結果、得られた結晶
中のＺ４度およびＳｅ濃度の変化は図１のとおりであり
、また格子定数については、横軸を結晶の成長方向に対
応する固化率とし、縦軸を格子定数として、格子定数の
変化を図示すると図２に実線で示すとおりで、先の計算
で予測されたとおりの結晶が得られた。さらに、結晶中
の転位密度は７ｘｌＯ’ ／ｃｎｌ以下であり、セル構
造も全く見られなかった。99.9999% purity in a quartz ampoule with an inner diameter of 50 mm
Cd, Te, Zn and Se with a molar composition ratio of C
d: Te: Zn: Se-99,04: 96
．． 4: 0.96: 3.60, and the total amount is 800g, vacuum sealed (pressure crab 10-'
torr or less). Next, this ampoule was heated to 1140° C. in a vertical Bridgman furnace to melt each element. Thereafter, the temperature of the furnace was cooled at a cooling rate of 0.1° C./h under 2-b to crystallize, and an ingot was obtained. The obtained crystal is (111
) Although it contained some in-plane rotation twins, it consisted of large crystal grains. A 5 x 5 x 1 ms sample was cut out from each part along the growth direction of this crystal ingot using a crystal cutting device, and the Zn concentration was determined by atomic absorption spectrometry.
CP (Inductively Coupled Pl
Asma) method was used to measure Se'774 degrees, and each lattice constant was also measured. As a result, the changes in Z4 degree and Se concentration in the obtained crystal are as shown in Figure 1, and regarding the lattice constant, the horizontal axis represents the solidification rate corresponding to the crystal growth direction, and the vertical axis represents the lattice constant. The change in the lattice constant is shown by the solid line in FIG. 2, and a crystal as predicted by the previous calculation was obtained. Furthermore, the dislocation density in the crystal was less than 7xlO'/cnl, and no cell structure was observed.
また、結晶のビッカース硬度を測定した結果、６０であ
った。Further, the Vickers hardness of the crystal was measured and was 60.
比較例Ｉ
Ｃｄ、 ＴｅおよびＺｎを、モル組成比がＣｄ ： Ｔ
ｅ ： Ｚｎ ＝９６．３ ： １００ ： ３．７と
なるようにした以外は、実施例１と同様にして結晶を育
成した。Comparative Example I Cd, Te and Zn in a molar composition ratio of Cd:T
A crystal was grown in the same manner as in Example 1 except that e:Zn=96.3:100:3.7.
得られた結晶の格子定数の変化を図２に鎖線で示した。The change in the lattice constant of the obtained crystal is shown in FIG. 2 by a chain line.
また、結晶中の転位密度はｌＸｌ０’／ｃｄ以下であり
、セル構造が一部にみられ、ピンカース硬度は約５０で
あった。Further, the dislocation density in the crystal was less than lXl0'/cd, a cell structure was observed in some parts, and the Pinkers hardness was about 50.
比較例２
Ｃｄ、 ＴｅおよびＳｅを、モル組成比がＣｄ ： Ｔ
ｅ ： ５ｅ＝１００ ： ９５．１ ： ４．９と
なるようにした以外は、実施例１と同様にして結晶を育
成した。Comparative Example 2 Cd, Te and Se with a molar composition ratio of Cd:T
A crystal was grown in the same manner as in Example 1, except that e:5e=100:95.1:4.9.
得られた結晶の格子定数の変化を図２に一点鎖線で示し
た。The change in the lattice constant of the obtained crystal is shown in FIG. 2 by a dashed-dotted line.
また、結晶中の転位密度はｌＸＩＯ３／ｃａｉ以下であ
り、セル構造が一部にみられ、ビッカース硬度は約５３
であった。In addition, the dislocation density in the crystal is less than lXIO3/cai, a cell structure is observed in some parts, and the Vickers hardness is approximately 53.
Met.
実施例
格子定数６．４７８３Ａの結晶製造を試みた。モル組成
比がＣｄ ： Ｔｅ ： Ｚｎ ： Ｍｎ＝８９．２
： １００ ： ０．８ ： １（ｉテある融液か
ら結晶を育成した以外は、実施例１と同様の方法で行な
った。Example An attempt was made to manufacture a crystal with a lattice constant of 6.4783A. The molar composition ratio is Cd:Te:Zn:Mn=89.2
: 100 : 0.8 : 1 (It was carried out in the same manner as in Example 1 except that crystals were grown from a certain melt.
比較例３及び４
モル組成比がＣｄ ： Ｔｅ ： Ｚｎ＝９６．３ ：
１００ ： ３．７（比較例３）、またはＣｄ ：
Ｔｅ ： ５ｅ＝８７ ： １００ ：１３（比較
例４）である融液から結晶を育成した以外は、実施例１
と同様の方法で結晶の製造を試みた。Comparative Examples 3 and 4 Molar composition ratio: Cd:Te:Zn=96.3:
100: 3.7 (Comparative Example 3), or Cd:
Example 1 except that crystals were grown from a melt with Te: 5e = 87: 100: 13 (Comparative Example 4)
An attempt was made to produce crystals using the same method.
実施例２および比較例３．４で得られた結晶の格子定数
と同化率の関係は図４に示すとおりであった。The relationship between the lattice constant and assimilation rate of the crystals obtained in Example 2 and Comparative Example 3.4 was as shown in FIG.
本発明の半導体結晶から得られる基板は、格子の整合性
の点でＨｇＣｄＴｅ結晶をエピタキシャル成長させるの
に適し、しかも、転位密度、機械的強度などの点でも優
れているため、高品質のＨｇＣｄＴｅ結晶を成長させる
ことができる。この結晶は一定範囲で格子定数を適宜調
節することができ、ＨｇＣｄＴｅ結晶作成用基板のほか
、他の結晶作成用の基板として有用である。また、格子
定数が、結晶の固化率によらず、結晶の広い範囲にわた
って一定のものが得られ、大型基板の作製が可能となり
、基板の歩留を向上させることができる。The substrate obtained from the semiconductor crystal of the present invention is suitable for epitaxial growth of HgCdTe crystal in terms of lattice matching, and is also excellent in terms of dislocation density, mechanical strength, etc., so it can be used for high-quality HgCdTe crystal. can be grown. The lattice constant of this crystal can be appropriately adjusted within a certain range, and is useful as a substrate for producing HgCdTe crystals as well as other crystals. Furthermore, a constant lattice constant can be obtained over a wide range of crystals regardless of the solidification rate of the crystals, making it possible to manufacture large substrates and improving the yield of substrates.
図１は実施例で作製した半導体結晶中のＺｎｆＱ度およ
び５ｅｆＱ度の変化を示し、図２、図３は実施例および
比較例で作製した半導体結晶の固化率に対する格子定数
の変化を示す図である。
代理人 弁理士 岩見谷 周 志図１
図２FIG. 1 shows changes in ZnfQ degree and 5efQ degree in semiconductor crystals manufactured in Examples, and FIGS. 2 and 3 are diagrams showing changes in lattice constant with respect to solidification rate of semiconductor crystals manufactured in Examples and Comparative Examples. be. Agent Patent Attorney Zhou Iwamiya Shizu 1 Figure 2
Claims (1)
＿ｐＳｅ＿ｑＴｅ＿１＿−＿（＿ｐ＿＋＿ｑ＿）（ I
）〔ここで、ｌ、ｍ、ｐおよびｑは０以上の数であり、
ｌおよびｐは同時に０でなく、ｍおよびｑは同時に０で
ない〕 で表わされる平均組成を有し、一方向に沿って、式（I
I） ａ＝６．４８２５−０．３８ｌｋ（Ｚｎ）・（１−ｇ）
＾（＾ｋ＾（＾Ｚ＾ｎ＾）＾−＾１＾）−０．１６ｍｋ
（Ｍｎ）（１−ｇ）＾（＾ｋ＾（＾Ｍ＾ｎ＾）＾−＾１
＾）−０．６５０５ｐｋ（Ｓ）（１−ｇ）＾（＾ｋ＾（
＾Ｓ＾）＾−＾１＾）−０．４３３ｑｋ（Ｓｅ）（１−
ｇ）＾（＾ｋ＾（＾Ｓ＾ｅ＾）＾−＾１＾）〔ここで、
ｇは固化率、ｋ（Ｚｎ）、ｋ（Ｍｎ）、ｋ（Ｓ）および
ｋ（Ｓｅ）はそれぞれ、Ｚｎ、Ｍｎ、ＳおよびＳｅのＣ
ｄＴｅに対する偏析係数を示し、ｌ、ｍ、ｐおよびｑは
前記と同じである〕 で表わされる格子定数ａが、少なくとも０≦ｇ≦０．６
の範囲で実質的に一定であるように組成が変化している
半導体結晶。 ２）式（III）： Ｚｎ＿ｌ＿′Ｍｎ＿ｍＣｄ＿１＿−＿（＿ｌ＿′＿＋＿
ｍ＿′＿）Ｓ＿ｐ＿′Ｓｅ＿ｑ＿′Ｔｅ＿１＿−＿（＿
ｐ＿′＿＋＿ｑ＿′＿）（III） 〔ここで、ｌ′、ｍ′、ｐ′およびｑ′は、０以上の数
であり、ｌ′およびｐ′は同時に０でなく、ｍ′および
ｑ′は同時に０でなく、さらに、式： ａ′＝６．４８２５−０．３８ｌ′ｋ（Ｚｎ）（１−ｇ
′）＾（＾ｋ＾（＾Ｚ＾ｎ＾）＾−＾１＾）−０．１６
ｍ′ｋ（Ｍｎ）（１−ｇ′）＾（＾ｋ＾（＾Ｍ＾ｎ＾）
＾−＾１＾）−０．６５０５ｐ′ｋ（Ｓ）（１−ｇ′）
＾（＾ｋ＾（＾Ｓ＾）＾−＾１＾）−０．４３３ｑ′ｋ
（Ｓｅ）（１−ｇ′）＾（＾ｋ＾（＾Ｓ＾ｅ＾）＾−＾
１＾）（IV） （式中、ｇ′は０≦ｇ′≦１の 範囲で変化する変数で、ｋ（Ｚｎ）、ｋ（Ｍｎ）、ｋ（
Ｓ）およびｋ（Ｓｅ）は、それぞれ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｓお
よびＳｅのＣｄＴｅに対する偏析係数を示す）で表わさ
れる数値ａ′が少なくとも０≦ｇ′≦０．６の範囲で実
質的に一定であるように選択される数である。〕。 で表わされる均一な組成を有する融液を正常凝固させる
工程を有する半導体結晶の製造方法。[Claims] 1) Formula (I): Zn_lMn_mCd_1_-_(_l_+_m_)S
_pSe_qTe_1_-_(_p_+_q_)( I
) [Here, l, m, p and q are numbers greater than or equal to 0,
l and p are not 0 at the same time, m and q are not 0 at the same time], and along one direction, the formula (I
I) a=6.4825-0.38lk(Zn)・(1-g)
^(^k^(^Z^n^)^-^1^)-0.16mk
(Mn) (1-g)^(^k^(^M^n^)^-^1
^)-0.6505pk(S)(1-g)^(^k^(
^S^)^-^1^)-0.433qk(Se)(1-
g) ^(^k^(^S^e^)^-^1^) [Here,
g is the solidification rate, k (Zn), k (Mn), k (S) and k (Se) are the C of Zn, Mn, S and Se, respectively.
dTe, where l, m, p, and q are the same as above.] The lattice constant a expressed by:
A semiconductor crystal whose composition varies so that it is substantially constant over a range of . 2) Formula (III): Zn_l_′Mn_mCd_1_−_(_l_′_+_
m_'_)S_p_'Se_q_'Te_1_-_(_
p_'_+_q_'_) (III) [Here, l', m', p' and q' are numbers greater than or equal to 0, l' and p' are not 0 at the same time, and m' and q' are At the same time, it is not 0, and in addition, the formula: a'=6.4825-0.38l'k(Zn)(1-g
')^(^k^(^^Z^n^)^-^1^)-0.16
m'k (Mn) (1-g')^(^k^(^M^n^)
^-^1^)-0.6505p'k(S)(1-g')
^(^k^(^S^)^-^1^)-0.433q'k
(Se) (1-g')^(^k^(^S^e^)^-^
1^) (IV) (In the formula, g' is a variable that changes within the range of 0≦g'≦1, and k (Zn), k (Mn), k (
S) and k(Se) respectively indicate the segregation coefficients of Zn, Mn, S and Se with respect to CdTe), and the numerical values a' are substantially constant in the range of at least 0≦g'≦0.6. The number is chosen to be. ]. A method for manufacturing a semiconductor crystal, comprising a step of normally solidifying a melt having a uniform composition represented by:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24738887A JPH0193407A (en) | 1987-09-30 | 1987-09-30 | Semiconductor crystal and production thereof |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24738887A JPH0193407A (en) | 1987-09-30 | 1987-09-30 | Semiconductor crystal and production thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0193407A true JPH0193407A (en) | 1989-04-12 |
| JPH0476328B2 JPH0476328B2 (en) | 1992-12-03 |
Family
ID=17162687
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0193407A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012131701A (en) * | 2003-07-19 | 2012-07-12 | Samsung Electronics Co Ltd | Semiconductor crystal in alloy form, manufacturing method thereof, and organic electroluminescent device |
-
1987
- 1987-09-30 JP JP24738887A patent/JPH0193407A/en active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012131701A (en) * | 2003-07-19 | 2012-07-12 | Samsung Electronics Co Ltd | Semiconductor crystal in alloy form, manufacturing method thereof, and organic electroluminescent device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0476328B2 (en) | 1992-12-03 |
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