JPH0722136B2 - 化合物半導体結晶の製造方法 - Google Patents
化合物半導体結晶の製造方法Info
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- JPH0722136B2 JPH0722136B2 JP28273886A JP28273886A JPH0722136B2 JP H0722136 B2 JPH0722136 B2 JP H0722136B2 JP 28273886 A JP28273886 A JP 28273886A JP 28273886 A JP28273886 A JP 28273886A JP H0722136 B2 JPH0722136 B2 JP H0722136B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 スピネル（MgAl2O4）基板上にミスフィット転位を生じ
ない状態で、水銀・カドミウム・テルル（HgCdTe）の結
晶層を気相エピタキシャル成長する方法であって、スピ
ネル基板上に予め、テルル化亜鉛（ZnTe）、或いはZnyC
d1-yTe（0.5＜ｙ＜１）をミスフィット転移を生じない
所定の厚さで形成した後、この基板上に亜鉛元素と水
銀、カドミウム、テルルのうちの少なくとも一元素を組
み合わせた化合物半導体結晶を多層構造に形成した後、
その上に最上層としてHg1-xCdxTeの結晶層を気相エピタ
キシャル成長方法で形成する方法。
ない状態で、水銀・カドミウム・テルル（HgCdTe）の結
晶層を気相エピタキシャル成長する方法であって、スピ
ネル基板上に予め、テルル化亜鉛（ZnTe）、或いはZnyC
d1-yTe（0.5＜ｙ＜１）をミスフィット転移を生じない
所定の厚さで形成した後、この基板上に亜鉛元素と水
銀、カドミウム、テルルのうちの少なくとも一元素を組
み合わせた化合物半導体結晶を多層構造に形成した後、
その上に最上層としてHg1-xCdxTeの結晶層を気相エピタ
キシャル成長方法で形成する方法。
本発明は化合物半導体結晶の製造方法に係り、特にスピ
ネルのような絶縁性基板上に該基板と格子不整合を生じ
ない状態で水銀・カドミウム・テルルの化合物半導体結
晶を製造する方法に関する。
ネルのような絶縁性基板上に該基板と格子不整合を生じ
ない状態で水銀・カドミウム・テルルの化合物半導体結
晶を製造する方法に関する。
赤外線検知素子を形成する材料としてエネルギーバンド
ギャップの狭い水銀・カドミウム・テルルの化合物半導
体結晶を薄層状態に形成した結晶が用いられている。
ギャップの狭い水銀・カドミウム・テルルの化合物半導
体結晶を薄層状態に形成した結晶が用いられている。
この薄層状態の結晶では素子形成の工程で強度が弱い等
の問題があり、素子形成の際に都合が良いように、薄層
状態に結晶形成する方法としてサファイア基板のような
絶縁性の基板上に気相エピタキシャル成長方法を用いて
薄層の水銀・カドミウム・テルルの結晶が形成されてい
る。
の問題があり、素子形成の際に都合が良いように、薄層
状態に結晶形成する方法としてサファイア基板のような
絶縁性の基板上に気相エピタキシャル成長方法を用いて
薄層の水銀・カドミウム・テルルの結晶が形成されてい
る。
従来、このような絶縁性基板上に水銀・カドミウム・テ
ルルの化合物半導体結晶を製造する方法として、第３図
に示すようにサファイア（αAl2O3）の基板１上にカド
ミウムテルル（CdTe）の化合物半導体結晶層２を気相エ
ピタキシャル法で予め形成した後、その上に水銀・カド
ミウム・テルル（Hg1-xCdxTe）の化合物半導体結晶３を
気相エピタキシャル方法で形成していた。
ルルの化合物半導体結晶を製造する方法として、第３図
に示すようにサファイア（αAl2O3）の基板１上にカド
ミウムテルル（CdTe）の化合物半導体結晶層２を気相エ
ピタキシャル法で予め形成した後、その上に水銀・カド
ミウム・テルル（Hg1-xCdxTe）の化合物半導体結晶３を
気相エピタキシャル方法で形成していた。
ところで、第１表に示すように、サファイアのような六
方晶形の結晶の（111）面に於ける格子定数は4.763Åで
あり、その上に形成される閃亜鉛鉱型の結晶のCdTeは
（111）面を呈しており、その格子間隔は4.583Åであ
る。
方晶形の結晶の（111）面に於ける格子定数は4.763Åで
あり、その上に形成される閃亜鉛鉱型の結晶のCdTeは
（111）面を呈しており、その格子間隔は4.583Åであ
る。
ここでサファイアのような絶縁性基板上にCdTeのような
異種結晶を形成した場合、その結晶層が基板に対してミ
スフィット転位（異種結晶間に於いてそれぞれの結晶の
格子が一致しない、即ち格子不整合による転移）が発生
しない状態となるような、結晶層の臨界厚さをhcとする
とこのhcの値は文献１（アメリカ合衆国特許、特許番号
3,788,890号Patented Jan.29,1974）により第（１）式
に示すようになる。
異種結晶を形成した場合、その結晶層が基板に対してミ
スフィット転位（異種結晶間に於いてそれぞれの結晶の
格子が一致しない、即ち格子不整合による転移）が発生
しない状態となるような、結晶層の臨界厚さをhcとする
とこのhcの値は文献１（アメリカ合衆国特許、特許番号
3,788,890号Patented Jan.29,1974）により第（１）式
に示すようになる。
hc＝ｂ（１−ν）/4f（１＋ν）cosλ1.1/f（Å） …
………（１） ここでhcは臨界厚さ、ｆはミスフィット転位数、νはポ
アソン比、λは基板上に形成した結晶のスリップ面の方
向と、該スリップ面と元の基板の交線に立てた法線との
なす角度、ｂはバーガースベクトルの大きさを示す。
………（１） ここでhcは臨界厚さ、ｆはミスフィット転位数、νはポ
アソン比、λは基板上に形成した結晶のスリップ面の方
向と、該スリップ面と元の基板の交線に立てた法線との
なす角度、ｂはバーガースベクトルの大きさを示す。
更にHg1-xCdxTeの場合のhcの値は文献２（Phys.stat.so
l.（ａ）So,663（1983）、Subject Classification:1.5
and10.2;22.4,4、by J.H.Basson and H.Booyens:Introd
uction of Misfit Dislocation in HgCdTe）によって第
（２）式で示されている。
l.（ａ）So,663（1983）、Subject Classification:1.5
and10.2;22.4,4、by J.H.Basson and H.Booyens:Introd
uction of Misfit Dislocation in HgCdTe）によって第
（２）式で示されている。
hc1.8/f（Å） ………（２） この（１）および（２）式を組み合わせて、基板上に該
基板と異なる結晶層を形成した場合、ミスフィット転位
を発生しない結晶層の臨界厚さhcは第（３）式のように
なる。
基板と異なる結晶層を形成した場合、ミスフィット転位
を発生しない結晶層の臨界厚さhcは第（３）式のように
なる。
1.1/f＜hc＜1.8/f ………（３） ここで、従来の方法に於けるように、サファイア基板上
にCdTeの結晶層を成長した場合、第２表に示すように、
ミスフィット数ｆ＝3.7×10-2となる。
にCdTeの結晶層を成長した場合、第２表に示すように、
ミスフィット数ｆ＝3.7×10-2となる。
この結果、従来の方法に於けるように、サファイア基板
上にCdTeの結晶層を形成した場合、このCdTeの結晶層が
ミスフィット転位を発生しない臨界厚さhcの値は、第
（３）式を用いて算出すると29Å〜48Åの厚さとなる。
上にCdTeの結晶層を形成した場合、このCdTeの結晶層が
ミスフィット転位を発生しない臨界厚さhcの値は、第
（３）式を用いて算出すると29Å〜48Åの厚さとなる。
この厚さはCdTeの結晶の格子面間隔が、格子面が７層〜
12層重なった程度の厚さに等しく、このような薄い結晶
層を形成するのは、製造上困難である。
12層重なった程度の厚さに等しく、このような薄い結晶
層を形成するのは、製造上困難である。
従って、サファイア基板上にCdTeの結晶層を成長させる
従来の方法では、ミスフィット転位が発生しない状態で
形成するのは困難で、そのため、ミスフィット転位が発
生したCdTeの結晶層の上に更に水銀・カドミウム・テル
ルの結晶層を形成すればミスフィット転位を生じた基板
上の結晶層のために、その上に形成される水銀・カドミ
ウム・テルルの結晶層の結晶性が悪くなるといった不都
合を生じる。
従来の方法では、ミスフィット転位が発生しない状態で
形成するのは困難で、そのため、ミスフィット転位が発
生したCdTeの結晶層の上に更に水銀・カドミウム・テル
ルの結晶層を形成すればミスフィット転位を生じた基板
上の結晶層のために、その上に形成される水銀・カドミ
ウム・テルルの結晶層の結晶性が悪くなるといった不都
合を生じる。
本発明は上記した問題点を解決し、基板に対してミスフ
ィット転位が発生しないようにした化合物半導体結晶の
製造方法の提供を目的とする。
ィット転位が発生しないようにした化合物半導体結晶の
製造方法の提供を目的とする。
本発明の化合物半導体結晶の製造方法は、スピネル基板
上に予め、ZnTe、或いはZnyCd1-yTeをミスフィット転位
が生じない厚さに形成した後、この基板上に亜鉛元素
と、水銀・カドミウム・テルルの元素のうちの少なくと
も一元素とよりなる化合物半導体結晶層を多層構造に積
層形成後、更に最上層に水銀・カドミウム・テルルより
なる化合物半導体結晶を積層形成する。
上に予め、ZnTe、或いはZnyCd1-yTeをミスフィット転位
が生じない厚さに形成した後、この基板上に亜鉛元素
と、水銀・カドミウム・テルルの元素のうちの少なくと
も一元素とよりなる化合物半導体結晶層を多層構造に積
層形成後、更に最上層に水銀・カドミウム・テルルより
なる化合物半導体結晶を積層形成する。
本発明の化合物半導体結晶の製造方法は、サファイア基
板と同様な絶縁性を有するスピネル基板を基板として用
い、第２表に示すように、該スピネル基板に対してミス
フィット数ｆ＝7.0×10-3の値を有するZnTeの結晶層
を、予めミスフィット転位の発生しない厚さで形成す
る。
板と同様な絶縁性を有するスピネル基板を基板として用
い、第２表に示すように、該スピネル基板に対してミス
フィット数ｆ＝7.0×10-3の値を有するZnTeの結晶層
を、予めミスフィット転位の発生しない厚さで形成す
る。
するとこのスピネル基板上に、このZnTeの結晶層を形成
するとき、この結晶層がミスフィット転位を発生しない
結晶層の厚さ、即ち臨界厚さhcは前記した第（３）式を
用いて算出すると160Å〜260Åとなり、この厚さは格子
面が45〜73層以上積層された格子面間隔と同等の値であ
り、この厚さは充分実現できる厚さである。
するとき、この結晶層がミスフィット転位を発生しない
結晶層の厚さ、即ち臨界厚さhcは前記した第（３）式を
用いて算出すると160Å〜260Åとなり、この厚さは格子
面が45〜73層以上積層された格子面間隔と同等の値であ
り、この厚さは充分実現できる厚さである。
このように基板とミスフィット転位を生じない結晶層の
上に更に水銀・カドミウム・テルルの結晶を形成すると
その結晶は高品位な結晶となる。
上に更に水銀・カドミウム・テルルの結晶を形成すると
その結晶は高品位な結晶となる。
以下、図面を用いながら本発明の一実施例につき詳細に
説明する。
説明する。
第１図は本発明の方法で形成した化合物半導体結晶の断
面図で、第２図は本発明の方法に用いる装置の模式図で
ある。
面図で、第２図は本発明の方法に用いる装置の模式図で
ある。
第１図に示すように、スピネル基板11上に、Metal-Orga
nic-Chemical-Vapor-Deposition（以下MOCVDと称する）
方法により、亜鉛元素とテルル元素とからなるZnTeの結
晶層12を、200Å程度の厚さに形成する。
nic-Chemical-Vapor-Deposition（以下MOCVDと称する）
方法により、亜鉛元素とテルル元素とからなるZnTeの結
晶層12を、200Å程度の厚さに形成する。
このようにすれば、スピネル基板11に対してZnTeの結晶
層の臨界厚さは200Å以上あるので、ZnTeの結晶層はミ
スフィット転位を発生しない。
層の臨界厚さは200Å以上あるので、ZnTeの結晶層はミ
スフィット転位を発生しない。
次いでこのZnTeの結晶層12の上にZnyCd1-yTe（ｙ＜１）
の結晶層13を、その下のZnTeの結晶層12とミスフィット
転位が発生しない程度の厚さで形成する。
の結晶層13を、その下のZnTeの結晶層12とミスフィット
転位が発生しない程度の厚さで形成する。
この厚さは第（２）式より導出した第（４）式を用いて
算出すると、例えばｙ＝0.9のZnyCd1-yTeを290Å、ｙ＝
0.5のZnyCd1-yTeで58Åとなる。
算出すると、例えばｙ＝0.9のZnyCd1-yTeを290Å、ｙ＝
0.5のZnyCd1-yTeで58Åとなる。
hc（ZnyCd1-yTe/ZnTe）＝29/（１−ｙ）（Å） ……
（４） 次いで、このZnyCd1-yTe結晶層13の上に、ZnsCd1-s-tHg
tTeの結晶層14をその下のZnyCd1-yTe結晶層13とミスフ
ィット転位が発生しない程度の厚さに形成する。
（４） 次いで、このZnyCd1-yTe結晶層13の上に、ZnsCd1-s-tHg
tTeの結晶層14をその下のZnyCd1-yTe結晶層13とミスフ
ィット転位が発生しない程度の厚さに形成する。
この厚さは第（２）式より導出した第（５）式を用いて
算出すると、例えばｙ＝0.5のZnyCd1-yTeに引き続いて
ｓ＝0.1、ｔ＝0.3のZnyCd1-s-tHgtTeを形成する場合、7
7Åである。
算出すると、例えばｙ＝0.5のZnyCd1-yTeに引き続いて
ｓ＝0.1、ｔ＝0.3のZnyCd1-s-tHgtTeを形成する場合、7
7Åである。
hc（ZnsCd1-s-tHgtTe/ZnyCd1-yTe）＝｜（583−34y） ／｛19（ｙ−ｓ）−ｔ｝｜（Å） …（５） 次いでこのZnsCd1-s-tHgtTeの結晶層14の上にHg1-xCdxT
eの結晶層15を最上層の結晶層として形成する。
eの結晶層15を最上層の結晶層として形成する。
この厚さは第（２）式より導出した第（６）式を用いて
算出すると、例えばｓ＝0.1、ｔ＝0.3のZnsCd1-s-tHgtT
eの結晶層14の上引き続いてｘ＝0.3のHg1-xCdxTeの結晶
層15を形成する場合、398Åである。
算出すると、例えばｓ＝0.1、ｔ＝0.3のZnsCd1-s-tHgtT
eの結晶層14の上引き続いてｘ＝0.3のHg1-xCdxTeの結晶
層15を形成する場合、398Åである。
hc（Hg1-xCdxTe/ZnsCd1-s-tHgtTe）＝｜（583− 34s−1.8t）／（19s＋ｔ＋ｘ−１）｜（Å） ………
（６） このようにすれば最上層に形成されているHg1-xCdxTeの
結晶層15は、基板11に対してミスフィット転位を発生し
ないので、良好な半導体結晶が得られる。
（６） このようにすれば最上層に形成されているHg1-xCdxTeの
結晶層15は、基板11に対してミスフィット転位を発生し
ないので、良好な半導体結晶が得られる。
尚、所望の厚さのHg1-xCdxTeの結晶層を得るには、第
（４）式〜第（６）式に従ってバラメータy,s,t,xを考
えれば良い。
（４）式〜第（６）式に従ってバラメータy,s,t,xを考
えれば良い。
このような半導体結晶を形成するには、第２図に示すよ
うに、反応管21内のグラファイトより成る基板設置台22
上にスピネルよりなる基板11を設置する。
うに、反応管21内のグラファイトより成る基板設置台22
上にスピネルよりなる基板11を設置する。
次いで水素ガスの供給バルブ23と、ジメチル亜鉛の収容
容器24に通じるバルブ25と、ジエチルテルル収容容器26
に通じるバルブ27を開放にして反応管21内に水素ガス
と、ジメチル亜鉛とジエチルテルルを担持せる水素ガス
を導入して、反応管21に設けた高周波コイル28に通電し
て基板を加熱してZnTeの結晶層12を基板11上に形成す
る。
容器24に通じるバルブ25と、ジエチルテルル収容容器26
に通じるバルブ27を開放にして反応管21内に水素ガス
と、ジメチル亜鉛とジエチルテルルを担持せる水素ガス
を導入して、反応管21に設けた高周波コイル28に通電し
て基板を加熱してZnTeの結晶層12を基板11上に形成す
る。
次いでジメチルカドミウムの収容容器29に通じるバルブ
30を開放にして、ジメチルカドミウムを担持した水素ガ
スを反応管21に導入してZnxCd1-xTeの結晶層13を基板上
に形成する。
30を開放にして、ジメチルカドミウムを担持した水素ガ
スを反応管21に導入してZnxCd1-xTeの結晶層13を基板上
に形成する。
次いで水銀の収容容器31に通じるバルブ32を開放にし
て、水銀を担持した水素ガスを反応管21内に導入してZn
HgCdTeの結晶層14を基板上に形成する。
て、水銀を担持した水素ガスを反応管21内に導入してZn
HgCdTeの結晶層14を基板上に形成する。
次いでバルブ25のみを閉じた状態にして、基板上にHg1-
xCdxTeの結晶層15を形成する。
xCdxTeの結晶層15を形成する。
このようにすれば、基板上に該基板とミスフィット転位
を発生しない状態で高品質の化合物半導体結晶が得られ
る。
を発生しない状態で高品質の化合物半導体結晶が得られ
る。
また本実施例の他に、スピネル基板上にZnTeを形成する
代わりに、ZnyCd1-yTe（但し0.5＜ｙ＜１）を形成して
も良い。この場合、これ等の結晶層がスピネルの基板に
対して、ミスフィット転位を発生しない結晶層の臨界厚
さは、第（２）式より導出された第（７）式によって算
出できる。
代わりに、ZnyCd1-yTe（但し0.5＜ｙ＜１）を形成して
も良い。この場合、これ等の結晶層がスピネルの基板に
対して、ミスフィット転位を発生しない結晶層の臨界厚
さは、第（２）式より導出された第（７）式によって算
出できる。
hc＝26/（１−0.9y）（Å） ……（７） これは前記したZnTeの臨界厚さの260Åより薄くなる
が、充分実際に形成できる程度の厚さである。
が、充分実際に形成できる程度の厚さである。
そのため、本実施例のZnTeの他にZnyCd1-yTe（但し0.5
＜ｙ＜１）の結晶層を形成した後、最上層にHg1-xCdxTe
の結晶層を形成するようにしても良い。
＜ｙ＜１）の結晶層を形成した後、最上層にHg1-xCdxTe
の結晶層を形成するようにしても良い。
以上述べたように本発明の方法よれば、基板上に形成さ
れる化合物半導体結晶にミスフィット転位が発生しない
ので、高品位な化合物半導体結晶が得られる効果があ
る。
れる化合物半導体結晶にミスフィット転位が発生しない
ので、高品位な化合物半導体結晶が得られる効果があ
る。
第１図は本発明の方法で形成した半導体結晶の構造を示
す断面図、 第２図は本発明の方法に用いる装置の模式図、 第３図は従来の方法で形成した半導体結晶の構造を示す
断面図である。 図に於いて、 11はスピネル基板、12はZnTe結晶層、13はZnyCd1-yTe
層、14はZnsCd1-s-tHgtTe層、15はHg1-xCdxTe層、21は
反応管、22は基板設置台、23,25,27,30,32はバルブ、24
はジメチル亜鉛収容容器、26はジエチルテルル収容容
器、29はジメチルカドミウム収容容器、31は水銀収容容
器を示す。
す断面図、 第２図は本発明の方法に用いる装置の模式図、 第３図は従来の方法で形成した半導体結晶の構造を示す
断面図である。 図に於いて、 11はスピネル基板、12はZnTe結晶層、13はZnyCd1-yTe
層、14はZnsCd1-s-tHgtTe層、15はHg1-xCdxTe層、21は
反応管、22は基板設置台、23,25,27,30,32はバルブ、24
はジメチル亜鉛収容容器、26はジエチルテルル収容容
器、29はジメチルカドミウム収容容器、31は水銀収容容
器を示す。
Claims (3)
- 【請求項１】スピネル基板（11）上に予め亜鉛・カドミ
ウム・テルル〔ZnyCd1-yTe（0.5＜ｙ≦１）〕の結晶層
を形成後、該基板上に亜鉛元素と水銀、カドミウム、テ
ルルの元素のうちの少なくとも一元素を含む化合物半導
体結晶層（12,13,14）を積層形成後、更に最上層に水銀
・カドミウム・テルル（15）よりなる化合物半導体結晶
層を積層形成するようにしたことを特徴とする化合物半
導体結晶の製造方法。 - 【請求項２】前記スピネル基板上に予め形成する亜鉛・
カドミウム・テルル（ZnyCd1-yTe）の結晶層の組成が
（ｙ＝１）、即ちZnTeで有る時、該結晶層の厚さを50Å
〜260Åとしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
に記載の化合物半導体結晶の製造方法。 - 【請求項３】前記スピネル基板上に形成する亜鉛・カド
ミウム・テルル〔ZnyCd1-yTe〕の結晶層の組成が0.5＜
ｙ＜１の時、該結晶層の厚さを50Åより26/（１−0.9
y）（Å）としたことを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の化合物半導体結晶の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28273886A JPH0722136B2 (ja) | 1986-11-26 | 1986-11-26 | 化合物半導体結晶の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28273886A JPH0722136B2 (ja) | 1986-11-26 | 1986-11-26 | 化合物半導体結晶の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63133621A JPS63133621A (ja) | 1988-06-06 |
| JPH0722136B2 true JPH0722136B2 (ja) | 1995-03-08 |
Family
ID=17656405
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28273886A Expired - Lifetime JPH0722136B2 (ja) | 1986-11-26 | 1986-11-26 | 化合物半導体結晶の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0722136B2 (ja) |
-
1986
- 1986-11-26 JP JP28273886A patent/JPH0722136B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63133621A (ja) | 1988-06-06 |
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