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JPH0476328B2 - - Google Patents
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JPH0476328B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0476328B2
JPH0476328B2 JP62247388A JP24738887A JPH0476328B2 JP H0476328 B2 JPH0476328 B2 JP H0476328B2 JP 62247388 A JP62247388 A JP 62247388A JP 24738887 A JP24738887 A JP 24738887A JP H0476328 B2 JPH0476328 B2 JP H0476328B2
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Japan
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crystal
formula
lattice constant
range
cdte
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Application number
JP62247388A
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Japanese (ja)
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JPH0193407A (en
Inventor
Akikazu Tanaka
Yoshihiko Sho
Satoru Seto
Toshio Kawasaki
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Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
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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] [Industrial Application Field] The present invention relates to a semiconductor crystal and a method for manufacturing the same, and in particular to a high quality semiconductor crystal that is a quantum type infrared detection material.
The present invention relates to a semiconductor crystal suitable for a semiconductor crystal substrate useful for manufacturing HgCdTe single crystals, etc., and a method for manufacturing the same.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

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。
HgCdTe as a material for quantum infrared detectors
The HgCdTe crystal used for this purpose is known to have excellent properties.
A composition represented by the formula: Hg 1-z Cd z Te (where z is a number from 0.1 to 0.4) is used. High uniformity is required for the composition of the crystal, and z in the above formula
It is required that the variation in the entire crystal be 0.01 or less.

最近、赤外線検出の分野においても従来の単素
子型のスポツ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つている。
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 that are used in this process are 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、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結晶をエピタキシヤル成長
させることによつて、大面積の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。
However, in HgCdTe crystals, it is extremely difficult to produce large crystals with a uniform composition because Hg has a very high vapor pressure and Hg tends to segregate violently. Therefore, a method of manufacturing a large-area HgCdTe crystal by epitaxially growing an HgCdTe crystal on another suitable bulk crystal substrate was proposed. A ZnCdTe substrate in which a portion of Zn is substituted with Zn is known.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかし、CdTe単結晶は例えば垂直ブリツジマ
ン法で大型結晶を得ることができるが、その上に
エピタキシヤル成長させるべき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
HgCdTe結晶の界面に多量のミスフイツト転位が
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。
However, although large CdTe single crystals can be obtained by, for example, the vertical Bridgeman method, there is a lattice mismatch of about 0.2 to 0.3% between the CdTe single crystal and the HgCdTe crystal that is epitaxially grown on it.
When using a CdTe single crystal substrate, CdTe crystal and
The disadvantage is that a large number of misfit dislocations occur at the interface of the HgCdTe crystal, and the quality of the grown HgCdTe crystal is low.

他方、ZnCdTe結晶はZnの添加によつて格子定
数の整合を図ることによつて上記のミスフイツト
転位を解消しようとしたものであるが、例えば垂
直ブリツジマン法などの正常凝固が成立つ方法に
よつて製造すると、Zn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、結晶の成長に従つて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つた。
On the other hand, ZnCdTe crystals have been developed in an attempt to eliminate the misfit dislocations mentioned above by matching the lattice constants by adding Zn, but it has been attempted to eliminate the misfit dislocations described above by matching the lattice constants through the addition of Zn. When manufactured, the segregation coefficient of Zn with respect to CdTe is as large as 1.3 to 1.4, so the concentration of Zn changes as the crystal grows due to segregation of Zn in the crystal. As a result, 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、ブリツ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
104〜106/cm2の高い密度で結晶中に分布し、これ
らの転位によつて顕著なセル構造、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, ZnCdTe crystal substrates grown by bulk crystal growth methods such as the Bridziman method have approximately 100% dislocations.
Distributed in the crystal at a high density of 10 4 to 10 6 /cm 2 , these dislocations form a remarkable cell structure and lineage structure, and the disadvantage is that crystal defects such as Te inclusions are likely to occur. It also has

そこで本発明の目的は、高品質のHgCdTe単結
晶等をエピタキシヤ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。
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, and a method for manufacturing the same, in order to epitaxially grow high-quality HgCdTe single crystals, etc. It's about doing.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は、上記問題点を解決するために、式
(): ZnlMnnCd1-(l+n)SpSeqTe1-(p+q) () 〔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、即ち、結
晶の成長方向に沿つて、式(): a=6.4825−0.38lk(Zn)(1−g)(k(Zn)-1) −0.16mk(Mn)(1−g)(k(Mn)-1) −0.6505pk(S)(1−g)(k(S)-1) −0.433qk(Se)(1−g)(k(Se)-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を提供するものである。
In order to solve the above problems, the present invention solves the above problems by formula (): Zn l Mn n Cd 1-(l+n) S p Se q Te 1-(p+q) () [where 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
is not 0 at the same time. ], and along one direction, i.e., the direction of crystal growth, the formula (): a=6.4825−0.38lk(Zn)(1−g) (k(Zn)−1) − 0.16mk(Mn)(1-g) (k(Mn)-1) −0.6505pk(S)(1-g) (k(S)-1) −0.433qk(Se)(1-g) (k (Se)-1) [Here, g is solidification rate, k (Zn), k (Mn), k
(S) and k(Se) represent the segregation coefficients of Zn, Mn, S and Se, respectively, and l, m, p and q are the same as above]. ≦
The present invention provides a semiconductor crystal whose composition is substantially constant within a range of 0.6.

本発明の半導体結晶の平均組成は、前記のl,
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)に沿つて変化す
るものである。しかし、式()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),
k(S)>1)で、MnおよびSeでは1より小(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。
The average composition of the semiconductor crystal of the present invention is the above l,
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 expressed by formula () is constant, and the lattice constant of the crystal is uniform. The segregation coefficient of each element added as a dopant is larger than 1 for Zn and S (k(Zn),
k(S)>1), and smaller than 1 (k
(Mn), k(Se)<1), the contributions of these two groups of elements to the lattice constant a cancel each other out, and as a result, 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,
k(S)=1.4、そしてk(Mn)=0.93程度である。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。
The segregation coefficient of each additive element for CdTe is k(Zn) = 1.35, k(Se) = 0.9,
k(S)=1.4, and k(Mn)=about 0.93. 2
If more than one species is added, it may vary slightly, so the segregation coefficient value needs to be adjusted 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 a range of ±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、HgCdTe結晶をエピタキシヤル成長さ
せるために用いる場合には、通常、a=6.462〜
6.476Aの範囲とされ、特に、6.464Aまたは
6.465Aが好ましい。
In the crystal of the present invention, the lattice constant a is 6.4000~
It can be adjusted in the range of 6.4825A, and when a substrate is created from this and used for epitaxial growth of HgCdTe crystal, a = 6.462 ~
6.476A range, especially 6.464A or
6.465A is preferred.

本発明の結晶は、 式(): Znl′Mnn′Cd1-(l+n) Sp′Seq′Te1-(p+q) () 〔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(Zn)-1) −0.16m′k(Mn)(1−g′)(k(Mn)-1) −0.6505p′k(S)(1−g′)(k(S)-1) −0.433q′k(Se)(1−g′)(k(Se)-1) () (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。〕。
The crystal of the present invention has the formula (): Zn l ′Mn n ′Cd 1-(l+n) S p ′Se q ′Te 1-(p+q) () [where 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′ is not 0 at the same time, and furthermore, the formula: a′=6.4825−0.38l′k(Zn)(1−g′) (k(Zn)−1) −0.16m′k(Mn)(1−g ′) (k(Mn)-1) −0.6505p′k(S)(1−g′) (k(S)-1) −0.433q′k(Se)(1−g′) (k(Se )-1) () (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) are
The number a', which 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. ].

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Te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 a CdTe crystal, Zn and Mn replace Cd, and S and Se replace Te, each having the effect of decreasing the lattice constant of the CdTe crystal depending on the substitution rate. show.

今、元素Mの単位置換率当りの格子定数の減少
量をdM、置換率をCMとすると、CdTe結晶の格子
定数aは、式() a=6.4825−dMCM () 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の偏析を起るた
め、得られる結晶中におけるMの濃度(置換率)
CMは、次式 CM=CMOk(1−g)k-1 () 〔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〕 にしたがつて変化する。よつて、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()および
()から、次式() a=6.4825−dMCMOk(1−g)k-1 () で示される値となる。
Now, if the amount of decrease in the lattice constant per unit substitution rate of element M is d M and the substitution rate is C M , then the lattice constant a of the CdTe crystal is expressed by the formula () a=6.4825−d M C M () It will be done. 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) in the resulting crystal
C M is calculated by the following formula C M = C MO k(1-g) k-1 () [Here, C MO 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 portion of the total melt to be crystallized]. Therefore, the element M is CdTe
When solidified normally, the lattice constant a of the crystal at the solidification rate g is calculated from equations () and () by the following equation () a=6.4825-d M C MO k(1-g) k -1 () indicates the value.

式()からわかるように、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つて、両者のaに対する作
用が相殺させ、結晶成長方向に沿つて格子定数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 a segregation coefficient k smaller than 1 gradually decrease a. to work. Based on this fact, the crystal of the present invention uses at least one of Zn and S, which has a segregation coefficient of greater than 1, and at least one of Mn and Se, which has a segregation coefficient of less than 1, as additive elements for CdTe. Therefore, the two effects on a cancel each other out, and the lattice constant a increases along the crystal growth direction.
is kept constant.

前記式()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
l′,m′,p′およびq′は、それぞれ初期組成におけ
るZn,Mn,SおよびSeの置換率であり、結晶育
成後における式()での平均置換率l,m,p
およびqと対応する値である。また、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
0.16A、Seで0.433A、そしてSで0.6505A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()に従うことを予測するこ
とができる。そこで、式()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l′,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 above formula () shows the initial composition of the melt when producing the crystal of the present invention by normal solidification, and the formula () in the formula
l', m', p' and q' are respectively the substitution rates of Zn, Mn, S and Se in the initial composition, and the average substitution rates l, m, p in equation () after crystal growth.
and the value corresponding to q. Also, Zn, Mn,
The amount of lattice constant reduction brought about per unit substitution rate of S and Se is 0.38A for Zn and 0.38A for Mn, respectively.
0.16A, 0.433A for Se, and 0.6505A for S, so it can be predicted from the above that the lattice constant in the case of normal coagulation will follow the formula (). Therefore, l', m', p' and q' are prepared in advance so that a' expressed by formula () is substantially constant at least within the range of the desired g' (a numerical value corresponding to the solidification rate g). The crystal of the present invention can be automatically obtained by selecting , determining the initial composition of the melt, and later growing the crystal by a method that follows normal solidification.

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。
Added elements are those with a segregation coefficient greater than 1.
One or two types of Zn and S, and one or two types of Mn and Se can be used as smaller than 1 type, but usually only one type of each is sufficient. Practical combinations 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
(l/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(l/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
範囲にわたつて格子定数が一定となる。
When Zn and Se are added, the Zn/Se atomic ratio (l/p) is preferably 1 to 6, particularly 3.7. Further, when adding Zn and Mn, the Zn/Mn atomic ratio (l/m) is preferably 4 to 20, particularly 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,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、量等によつて適宜決定される。
A method for preparing a melt having a desired initial composition is to add a predetermined amount of the above 4 to a Cd and Te melt.
By melting the elements selected from the added elements of the seeds,
A method for producing a melt having the above composition, or
Examples include a method in which Cd, 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、例えば垂直ブリツ
ジマン法、LECを含む引上げ法等のバルク結晶
成長法が挙げられ、直径50mm以上の大型の単結晶
を製造することができる。
Examples of methods for growing crystals by normally solidifying the melt obtained in this way include bulk crystal growth methods such as the vertical Bridgeman method and the pulling method including LEC. can be manufactured.

本発明の半導体結晶から得られる基板上に
HgCdTe結晶をエピタキシヤ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
ヤル成長法、真空蒸着法およびホツトウオール成
長法を挙げることができる。
On a substrate obtained from the semiconductor crystal of the present invention
Examples of methods for epitaxially growing HgCdTe crystals include metal organic vapor phase epitaxy, molecular beam epitaxial growth, vacuum evaporation, and hot wall growth.

〔実施例〕〔Example〕

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()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±
0.00004A(±0.0006%)の誤差内で、また固化率
0〜0.9の範囲では±0.0005A(±0.0077%)の誤
差内で、格子定数が6.4636Aである結晶が得られ
ることがわかつた。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 relative to CdTe were experimentally determined to be 1.35 and 0.9, respectively. Using formula (), we calculated the conditions under which the above lattice constant could be achieved over as wide a range as possible, and found that if Zn was added in place of Cd at 0.96 mol% and Se in place of Te at 3.6 mol%, ± within the range of crystal solidification rate of 0 to 0.6
It was found that a crystal with a lattice constant of 6.4636A could be obtained within an error of 0.00004A (±0.0006%), and within an error of ±0.0005A (±0.0077%) in the solidification rate range of 0 to 0.9. 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、モル組成氏がCd:
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
力:10-6torr以下)した。次に、このアンプルを
縦型ブリツジマン炉中で1140℃に昇温して、各元
素を融解させた。その後、2〜3℃/cmの温度勾
配の下で炉の温度を0.1℃/hの冷却速度で冷却
して結晶化させてインゴツトを得た。得られた結
晶は(111)面内の回転双晶を一部に含むが大き
な結晶粒からなつていた。この結晶インゴツトの
成長方向に沿つた各部分から5×5×1mmの試料
を結晶切断装置によつて切り出し、原子吸光法に
よつてZn濃度を、ICP(Inductively Coupled
Plasma)法によつてSe濃度を測定し、またそれ
ぞれ格子定数を測定した。その結果、得られた結
晶中のZn濃度および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
7×104/cm2以下であり、セル構造も全く見られ
なかつた。
A quartz ampoule with an inner diameter of 50 mm and a purity of 99.9999%.
Cd, Te, Zn and Se, molar composition Mr. Cd:
Te:Zn:Se=99.04:96.4:0.96:3.60 and a total amount of 800 g was added and vacuum sealed (pressure: 10 -6 torr or less). Next, this ampoule was heated to 1140°C in a vertical Bridgmann furnace to melt each element. Thereafter, the temperature of the furnace was cooled at a cooling rate of 0.1°C/h under a temperature gradient of 2 to 3°C/cm to crystallize, thereby obtaining an ingot. The obtained crystals contained some rotational twins in the (111) plane, but were composed of large crystal grains. A sample of 5 x 5 x 1 mm was cut out from each part along the growth direction of this crystal ingot using a crystal cutting device, and the Zn concentration was measured using atomic absorption spectrometry.
The Se concentration was measured by the Plasma method, and the lattice constants were also measured. As a result, the changes in the Zn concentration and Se concentration in the obtained crystal are shown in Figure 1. 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 7×10 4 /cm 2 , and no cell structure was observed at all.

また、結晶のビツカース硬度を測定した結果、
60であつた。
In addition, as a result of measuring the Vickers hardness of the crystal,
It was 60.

比較例 1 Cd,TeおよびZnを、モル組成比がCd:Te:
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 1 Cd, Te and Zn with a molar composition ratio of Cd:Te:
Crystals were grown in the same manner as in Example 1, except that 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1×105/cm2以下で
あり、セル構造が一部にみられ、ビツカース硬度
は約50であつた。
Further, the dislocation density in the crystal was less than 1×10 5 /cm 2 , a cell structure was observed in some parts, and the Vickers hardness was about 50.

比較例 2 Cd,TeおよびSeを、モル組成比がCd:Te:
Se=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:Te:
A crystal was grown in the same manner as in Example 1 except that Se=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1×105/cm2以下で
あり、セル構造が一部にみられ、ビツカース硬度
は約53であつた。
Further, the dislocation density in the crystal was less than 1×10 5 /cm 2 , a cell structure was observed in some parts, and the Vickers hardness was about 53.

実施例 2 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=89.2:100:0.8:10で
ある融液から結晶を育成した以外は、実施例1と
同様の方法で行なつた。
Example 2 An attempt was made to produce a crystal with a lattice constant of 6.4783A. The same method as in Example 1 was conducted except that crystals were grown from a melt having a molar composition ratio of Cd:Te:Zn:Mn=89.2:100:0.8:10.

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:Se=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 Crystals were obtained from a melt with a molar composition ratio of Cd:Te:Zn=96.3:100:3.7 (Comparative Example 3) or Cd:Te:Se=87:100:13 (Comparative Example 4). Other than being raised,
An attempt was made to produce crystals in the same manner as in Example 1.

実施例2および比較例3,4で得られた結晶の
格子定数と固化率の関係は図4に示すとおりであ
つた。
The relationship between the lattice constant and solidification rate of the crystals obtained in Example 2 and Comparative Examples 3 and 4 was as shown in FIG.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

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結晶をエピタキシヤル成
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
たつ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 is a high-quality substrate.
HgCdTe crystals can be grown. This crystal can have a lattice constant adjusted within a certain range, and is useful as a substrate for producing HgCdTe crystals as well as other crystals. In addition, 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.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図1は実施例で作製した半導体結晶中のZn濃
度およびSe濃度の変化を示し、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。
Figure 1 shows changes in Zn concentration and Se concentration in semiconductor crystals produced in Examples, and Figures 2 and 3 are diagrams showing changes in lattice constant with respect to solidification rate of semiconductor crystals produced in Examples and Comparative Examples. be.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 式(): ZnlMnnCd1-(l+n)SpSeqTe1-(p+q) () 〔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、一方向に沿つて、
式() a=6.4825−0.38lk(Zn)・(1−g)(k(Zn)-1) −0.16mk(Mn)(1−g)(k(Mn)-1) −0.6505pk(S)(1−g)(k(S)-1) −0.433qk(Se)(1−g)(k(Se)-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CdTe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(): Znl′MnnCd1-(l+n) Sp′Seq′Te1-(p+q) () 〔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(Zn)-1) −0.16m′k(Mn)(1−g′)(k(Mn)-1) −0.6505p′k(S)(1−g′)(k(S)-1) −0.433q′k(Se)(1−g′)(k(Se)-1) () (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 (): Zn l Mn n Cd 1-(l+n) S p Se q Te 1-(p+q) () [Here, l, m, p and q are 0 or more, l and p are not 0 at the same time, m and q
is simultaneously non-zero], and along one direction,
Formula () a=6.4825−0.38lk(Zn)・(1−g) (k(Zn)−1) −0.16mk(Mn)(1−g) (k(Mn)−1) −0.6505pk(S )(1-g) (k(S)-1) -0.433qk(Se)(1-g) (k(Se)-1) [Here, g is solidification rate, 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 l, m,
p and q are the same as above] The lattice constant a expressed by is at least 0≦g≦
A semiconductor crystal whose composition varies in such a way that it remains essentially constant over a range of 0.6. 2 Equation (): Zn l ′Mn n Cd 1-(l+n) S p ′Se q ′Te 1-(p+q) () [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′ is not 0 at the same time, and furthermore, the formula: a′=6.4825 −0.38l′k(Zn)(1−g′) (k(Zn)−1) −0.16m′k(Mn)(1−g ′) (k(Mn)-1) −0.6505p′k(S)(1−g′) (k(S)-1) −0.433q′k(Se)(1−g′) (k(Se )-1) () (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) are
The number a', which 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. ]. A method for manufacturing a semiconductor crystal, comprising a step of normally solidifying a melt having a uniform composition represented by:
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