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JPH0751471B2 - Method for producing compound semiconductor single crystal - Google Patents
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JPH0751471B2 - Method for producing compound semiconductor single crystal - Google Patents

Method for producing compound semiconductor single crystal

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JPH0751471B2
JPH0751471B2 JP61130985A JP13098586A JPH0751471B2 JP H0751471 B2 JPH0751471 B2 JP H0751471B2 JP 61130985 A JP61130985 A JP 61130985A JP 13098586 A JP13098586 A JP 13098586A JP H0751471 B2 JPH0751471 B2 JP H0751471B2
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temperature
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剛 増本
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は化合物半導体単結晶の製造方法並びに装置に関
する。更に詳しくいえば、縦型ブリッジマン法を改良
し、拈密な蒸気圧制御を行うことによってストイキオメ
トリーに優れ、かつ完全性からのずれの小さな均一かつ
特性の揃った低欠陥の化合物半導体単結晶、特に低融点
元素成分を含有する化合物半導体単結晶の製造方法なら
びにそのための装置に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and an apparatus for producing a compound semiconductor single crystal. More specifically, by improving the vertical Bridgman method and controlling the vapor pressure closely, the stoichiometry is excellent, and there is little deviation from perfection, and a uniform and uniform low defect compound semiconductor single The present invention relates to a method for producing a crystal, particularly a compound semiconductor single crystal containing a low melting point element component, and an apparatus therefor.

従来の技術 II−VI族化合物半導体は直接遷移型であって、紫外線、
電子線による励起で高効率のルミネッセンスを生ずるこ
とが知られており、オプトエレクトロニクスの分野でII
I−V族化合物半導体にはない広い液長範囲の発生、受
光素子を実現し得るものとして広範な研究が行われてい
る。
2. Description of the Related Art II-VI group compound semiconductors are direct transition type
It is known that high-efficiency luminescence is generated by excitation with an electron beam, and in the field of optoelectronics II
Extensive research has been conducted as a material that can realize a wide liquid length range and a light-receiving element, which is not possible with IV compound semiconductors.

しかしながら、これらII−VI族化合物半導体は禁止帯幅
が大きく、自己補償効果を有するために、CdTeを除き通
常の方法に従ってPN接合を形成することができないため
に、応用上大きな問題となっている。この中で、通常の
方法でPN接合を実現できるCdTe、主としてオプトエレク
トロニクスの分野でγ−線、X−線検出器として、ある
いはHgTeとの混晶として利用して赤外検出器、CCD等の
作製のために使用され、更にCdSと組合せたCdS/CdTe太
陽電池などどの作製に利用され、これらはCdTeの特徴を
生かした有望な応用分野となっている。
However, since these II-VI group compound semiconductors have a large band gap and have a self-compensating effect, they cannot form a PN junction according to a usual method except for CdTe, which is a big problem in application. . Among them, CdTe which can realize a PN junction by a normal method, mainly used in the field of optoelectronics as a γ-ray or X-ray detector or as a mixed crystal with HgTe, is used as an infrared detector, a CCD or the like. It is used for fabrication, and also used for fabrication such as CdS / CdTe solar cells combined with CdS, and these are promising application fields utilizing the characteristics of CdTe.

ところで、化合物半導体CdTeの上記の如き各種デバイス
を作製するためには、低転位密度かつ低欠陥のCdTe単結
晶を製造する必要がある。このものは一般的な化合物半
導体と同様にSi等の単元素半導体とは違った様々な特性
を有しているために、これらとは異った単結晶製造技術
が必要とされる。例えば、Siについてはチョクラルスキ
ー法(CZ法)、フローティングゾーン法(FZ法)等が一
般的であるが、CdTeなどでは組成の厳密な制御が必要と
され、また高温における臨界剪断応力が小さく、しかし
熱歪で転位がはいり易いなどの微妙な技術上の各種問題
を有している。
By the way, in order to manufacture the above-mentioned various devices of the compound semiconductor CdTe, it is necessary to manufacture a CdTe single crystal having a low dislocation density and a low defect. Since this one has various characteristics different from a single element semiconductor such as Si like a general compound semiconductor, a single crystal manufacturing technique different from these is required. For example, the Czochralski method (CZ method) and the floating zone method (FZ method) are generally used for Si, but strict control of the composition is required for CdTe and the critical shear stress at high temperatures is small. However, it has various subtle technical problems such as dislocations easily entering due to thermal strain.

即ち、高純度の単結晶を成長させるために成分元素の原
子量比で正確に秤量し反応させても、得られる単結晶製
品は必ずしも意図した化学量論比の組成とはならない。
従って、単に化学分析的にストイキオメトリーを問題と
するだけではなく、結晶の完全性からのずれをも考慮し
て単結晶成長操作を工夫しなければならない。そこで、
生成CdTe単結晶をできるだけ完全性の高いものとするた
めに様々な結晶成長法が知られており、中でもCdTeなど
のII−VI族化合物半導体の単結晶成長法としては、蒸気
圧制御が容易であることからブリッジマン法(垂直、水
平ブリッジマン法)が広く利用されている。
That is, even if the atomic weight ratios of the constituent elements are accurately weighed and reacted in order to grow a high-purity single crystal, the obtained single crystal product does not necessarily have the composition of the intended stoichiometric ratio.
Therefore, it is necessary to devise a single crystal growth operation in consideration of not only the problem of stoichiometry in terms of chemical analysis but also the deviation from the crystal perfection. Therefore,
Various crystal growth methods are known in order to make the generated CdTe single crystal as high as possible in perfection. Among them, as a single crystal growth method for II-VI group compound semiconductors such as CdTe, vapor pressure control is easy. Therefore, the Bridgeman method (vertical and horizontal Bridgman method) is widely used.

CdTe単結晶の成長をこのブリッジマン法、特に縦型ブリ
ッジマン法で実施する場合、従来は、例えば添付第2図
(a)および(b)に示すような装置が使用されてい
た。縦型ブリッジマン法を用いて、例えばCbTeの単結晶
を作製する場合、その成分の一方の分圧(CdまたはTeの
分圧)を制御しながら成長させることは、物性の制御さ
れた結晶、例えばn型あるいはp型の結晶で一定の抵抗
値をもつのを成長過程で形成するという観点から極めて
重要なことである。
When the CdTe single crystal is grown by the Bridgman method, particularly the vertical Bridgman method, conventionally, for example, an apparatus as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b) is used. For example, when a single crystal of CbTe is produced by using the vertical Bridgman method, it is necessary to grow while controlling the partial pressure of one of the components (the partial pressure of Cd or Te). For example, an n-type or p-type crystal having a constant resistance value is extremely important from the viewpoint of forming during the growth process.

まず、第2図(a)の装置は下端部が閉じられた円筒状
反応管1の下部に単結晶成長用原料2(例えば実験的規
模では6ナイン純度のTeおよびCdを夫々0.1モル程度を
装入し、一方上部空間には予め過剰のCdまたはTe3が封
入(一般に10μg〜数mg程度)されており、この状態で
反応管1を封止し、その外側部に設けられたヒータ(図
示せず)によって所定の温度分布(同図左側に1例を示
した)に保たれた炉内を下方に所定の速度で移動させる
ことにより単晶4の成長を行うものである。この場合原
料融液5は1150℃の高温部にあり、成長単結晶4は950
℃の低温部にあり、単結晶の成長はこの高温部と低温部
の過渡領域の融点(1092℃)近傍の固−液界面6で起こ
る。
First, in the apparatus shown in FIG. 2 (a), a raw material 2 for single crystal growth (eg, Te and Cd having a purity of 6 nines in an experimental scale of about 0.1 mol each is provided in the lower portion of a cylindrical reaction tube 1 having a closed lower end. On the other hand, the upper space is filled with excess Cd or Te3 in advance (generally about 10 μg to several mg), and the reaction tube 1 is sealed in this state, and a heater provided outside the reaction tube (see FIG. The single crystal 4 is grown by moving the inside of the furnace maintained at a predetermined temperature distribution (one example is shown on the left side of the figure) by a not-shown) at a predetermined speed. The melt 5 is at a high temperature of 1150 ° C, and the grown single crystal 4 is 950
The growth of the single crystal occurs at the solid-liquid interface 6 near the melting point (1092 ° C.) in the transient region between the high temperature portion and the low temperature portion.

この方法は、極微量で原料と共に同時封入された蒸気圧
制御用CdまたはTeを成長管(反応管)上部の空間部に気
化させ、空胴部分の容積(V)と過剰に加えたTeまたは
Cdのモル量(n)を制御することによって気体の状態方
程式:PV=nRT(ただし、Rはモル気体定数、Tは成長室
の温度)に従って夫々の分圧を制御することを意図する
ものである。
This method vaporizes a very small amount of Cd or Te for controlling vapor pressure, which is co-encapsulated together with the raw material, in the space above the growth tube (reaction tube), and adds Te or the volume of the cavity (V) and excess Te or
By controlling the molar amount (n) of Cd, it is intended to control each partial pressure according to the equation of state of gas: PV = nRT (where R is the molar gas constant and T is the temperature of the growth chamber). is there.

この方法では、上記の如く反応管1上部空間(体積V)
に封入された過剰のCdまたはTeが、結晶成長時のCdTe中
での各成分元素の固溶度に応じて結晶融液中に溶解する
ことによりストイキオメトリーを維持している。しかし
ながら、結果として上部空間内での微量のCdまたはTeの
モル数が減少し、それに応じて気体の状態方程式PV=nR
Tに従って該空間内の圧力Pが低下するために物性の制
御は困難になる。この傾向は原料と同時封入すべきCdま
たはTeの過剰量が少ない程顕著となり、特に結晶中にCd
またはTeの析出物が生じる場合は、再現性に劣った全く
制御されない物性の結晶が得られる可能性がある。
In this method, as described above, the space above the reaction tube 1 (volume V)
Stoichiometry is maintained by dissolving excess Cd or Te enclosed in the crystal melt in the crystal melt according to the solid solubility of each component element in the CdTe during crystal growth. However, as a result, the number of moles of trace Cd or Te in the headspace decreases, and the gas equation of state PV = nR correspondingly decreases.
As the pressure P in the space decreases with T, it becomes difficult to control the physical properties. This tendency becomes more remarkable as the excess amount of Cd or Te that should be simultaneously encapsulated with the raw material decreases, especially when Cd or Te
Alternatively, when a precipitate of Te is produced, a crystal having uncontrolled physical properties with poor reproducibility may be obtained.

一方添付第2図(b)に示した装置は反応管1の上方を
キャピラリー7で構成し、ここに過剰量のCdまたはTeを
凝縮相8として存在させた状態で第2図(a)における
場合と同様に単結晶を成長させるものである。この例で
は、ヒータA、Bを備えた炉内に同図右側に示されたよ
うな温度分布を設定し、反応管1を下方に所定の速度で
降下させることにより単結晶成長が行われる。
On the other hand, in the apparatus shown in the attached FIG. 2 (b), the upper part of the reaction tube 1 is composed of a capillary 7, and an excess amount of Cd or Te is present as a condensed phase 8 in the apparatus shown in FIG. 2 (a). As in the case, a single crystal is grown. In this example, a single crystal is grown by setting the temperature distribution as shown on the right side of the figure in a furnace equipped with heaters A and B and lowering the reaction tube 1 downward at a predetermined speed.

この方法は、凝縮相9を用いている点で第2図(a)の
方法よりも改善が期待できるが、依然として以下のよう
な問題点を内包している。即ち、凝縮相9が成長室より
も上方にあり、またCd、Te蒸気は重いために、凝縮相を
形成しようとする成長室からのCdまたはTeガスは重力の
ために上方の凝縮相には達し得ず、その結果凝縮相9の
下方かつ成長室近傍に新たな凝縮相が形成される可能性
がある。このことは厳密な温度制御を実施すべき領域を
拡大することにつながり、正しい凝縮相の温度を検知す
ることを困難なものとする。これは更に厳密な蒸気圧制
御をも著しく困難なものとする。
This method can be expected to be better than the method of FIG. 2 (a) in that the condensed phase 9 is used, but it still has the following problems. That is, since the condensed phase 9 is above the growth chamber and the Cd and Te vapors are heavy, the Cd or Te gas from the growth chamber trying to form the condensed phase does not flow into the upper condensed phase due to gravity. Could not be reached, resulting in the formation of a new condensed phase below the condensed phase 9 and near the growth chamber. This leads to expansion of the region where strict temperature control should be performed, and makes it difficult to detect the correct condensed phase temperature. This makes even tighter vapor pressure control significantly more difficult.

発明が解決しようとする問題点 以上詳しく述べたように化合物半導体CdTeはII−VI族化
合物半導体の中では唯一の、通常の方法でPN接合を形成
し得るものであり、またIII−V族化合物半導体で実現
し得ない波長範囲の発光、受光素子作製用半導体材料と
して有用であり、注目されている。しかしながら、薄膜
形成が容易である点を除けば、CdTe単結晶を高品位の製
品として得るために解決しなければならない様々な問題
がある。特に、ストイキオメトリー性に優れた低欠陥の
バルク単結晶の形成は比較的難しく、特にCd、Teがその
単結晶成長温度あるいはより正確には蒸気圧制御温度と
比較して低い融点を有することから、単結晶成長中の蒸
気圧制御が困難になっている。
Problems to be Solved by the Invention As described in detail above, the compound semiconductor CdTe is the only compound semiconductor that can form a PN junction in the II-VI group compound semiconductors by a normal method, and the III-V group compound semiconductor It has attracted attention because it is useful as a semiconductor material for producing light emitting and light receiving elements in a wavelength range that cannot be realized by semiconductors. However, except that a thin film can be easily formed, there are various problems that must be solved in order to obtain a CdTe single crystal as a high-quality product. In particular, it is relatively difficult to form a low-defect bulk single crystal with excellent stoichiometry, and in particular, Cd and Te have a low melting point compared to the single crystal growth temperature or more accurately the vapor pressure control temperature. Therefore, it is difficult to control the vapor pressure during single crystal growth.

このような理由から、従来は上記の如く、過剰のCdまた
はTeを気相として反応管空管部に封入するとか、反応管
上方をキャピラリー等で構成し、単結晶成長中に該キャ
ピラリー内部にCdまたはTeを凝縮相として存在させる試
みがなされていた。しかしながら、これら従来技術の方
法ではいずれも不十分であり、更に改善された方法の開
発が望まれている。
For this reason, conventionally, as described above, excess Cd or Te is enclosed as a gas phase in the empty tube of the reaction tube, or the upper part of the reaction tube is configured with a capillary or the like, and inside the capillary during single crystal growth. Attempts have been made to have Cd or Te present as a condensed phase. However, none of these prior art methods is sufficient, and further improved methods are desired to be developed.

そこで、本発明の目的は、従来のブリッジマン法を改良
して、ストイキオメトリー性に優れ、結晶の完全性から
のずれの小さな、均一かつ特性の揃った化合物半導体、
特に蒸気圧制御温度以下の融点を有する成分を含むCdTe
のバルク単結晶の製造方法を提供することにある。
Therefore, the object of the present invention is to improve the conventional Bridgman method, excellent in stoichiometry, small deviation from the completeness of crystal, uniform and uniform compound semiconductor,
In particular, CdTe containing a component having a melting point below the vapor pressure control temperature
Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a bulk single crystal of the above.

問題点を解決するための手段 本発明者はCdTe単結晶成長法並びに装置の上記の如き従
来の状況に鑑みて、その諸欠点を改善し、目的とする高
品位のCdTe等の単結晶を得るべく種々検討、研究を重ね
た結果、蒸気圧制御用CdまたへTeの収納部を成長室の下
方に配置し、一方単結晶成長用原料を別の収納器に収容
して上方に配置することが上記目的達成のために極めて
有効であることを見出し、本発明を完成した。
Means for Solving the Problems In view of the conventional situation of the CdTe single crystal growth method and apparatus as described above, the present inventor has improved the various drawbacks thereof to obtain a desired high-quality single crystal such as CdTe. As a result of various investigations and studies, the storage part for Cd or Te for vapor pressure control should be placed below the growth chamber, while the raw material for single crystal growth should be placed in another storage container and placed above. Has been found to be extremely effective for achieving the above object, and completed the present invention.

即ち、本発明のCdTe単結晶の製造方法は、連通孔により
連通された上部の結晶成長室および下部の蒸気圧制御用
成分元素収納室に夫々単結晶成長原料を収納した収納器
および蒸気圧制御用元素を封入し、これを所定の温度分
布が設定された炉内で移動させることにより蒸気圧を制
御しつつ単結晶成長を行う方法を対象としている。
That is, the method for producing a CdTe single crystal of the present invention includes a container for storing a single crystal growth raw material in the upper crystal growth chamber and a lower vapor pressure control component element storage chamber which are communicated by a communication hole, and a vapor pressure control It is intended for a method of encapsulating an element for use and moving it in a furnace in which a predetermined temperature distribution is set to perform single crystal growth while controlling the vapor pressure.

本発明の方法によって作製し得る化合物半導体単結晶と
しては特にその合成温度(成長温度)もしくは蒸気圧制
御温度下で液体状態となるような低融点元素を成分とし
て含有する、例えばCd、Teなどに関連した単結晶、混晶
あるいはドーパントを含むもの等、いずれであってもよ
い。従って、以下本明細書において“単結晶”とは上記
混晶、ドーパントを含むものを包含するものとする。
The compound semiconductor single crystal that can be produced by the method of the present invention contains, as a component, a low melting point element that becomes a liquid state particularly under its synthesis temperature (growth temperature) or vapor pressure control temperature, such as Cd or Te. They may be related single crystals, mixed crystals, or those containing a dopant. Therefore, in the present specification, the term "single crystal" includes the above-mentioned mixed crystals and those containing a dopant.

本発明の方法において、蒸気圧制御(分圧制御)成分が
Cd(b.p.=764.3℃)である場合、分圧制御温度および
制御分圧は最終単結晶の物性に応じて夫々758K〜124.2K
および1.3×10-2atm(約10Torr)〜6atm(約4560Torr)
の範囲とすることが有利である。一方、蒸気圧制御(分
圧制御)成分がTe(b.p.=989.8℃)である場合に、分
圧制御温度および制御分圧をそれぞれ904K〜1266Kおよ
び1.3×10-2atm(約10Torr)〜1atm(約760Torr)の範
囲とすることが本発明の主要な特徴である。
In the method of the present invention, the vapor pressure control (partial pressure control) component is
When Cd (bp = 764.3 ℃), the partial pressure control temperature and control partial pressure are 758K to 124.2K, respectively, depending on the physical properties of the final single crystal.
And 1.3 × 10 -2 atm (about 10 Torr) ~ 6 atm (about 4560 Torr)
Is advantageous. On the other hand, when the vapor pressure control (partial pressure control) component is Te (bp = 989.8 ° C), the partial pressure control temperature and control partial pressure are 904K to 1266K and 1.3 × 10 -2 atm (about 10 Torr) to 1 atm, respectively. The range of (about 760 Torr) is the main feature of the present invention.

本発明に係る上記方法は、以下のような装置により実施
することができる。即ち、該装置は下方に配置された蒸
気圧制御用成分の収納室と、該収納室と連通手段で連通
した成長室と、該成長室内に配置された単結晶成長用原
料収納容器とを備えた反応管と、該反応管外側部にこれ
を取巻くように配置されたヒータを備える炉とで構成さ
れるものであり、垂直ブリッジマン装置の改良に係る。
The above method according to the present invention can be implemented by the following device. That is, the apparatus is provided with a vapor pressure control component storage chamber disposed below, a growth chamber communicating with the storage chamber by a communication means, and a single crystal growth raw material storage container disposed in the growth chamber. The present invention relates to an improvement of the vertical Bridgman apparatus, which comprises a reaction tube and a furnace provided with a heater arranged so as to surround the reaction tube on the outer side thereof.

この装置の特徴は、反応管において蒸気圧(分圧)制御
用の成分元素収納部を結晶育成室の下方に設けたことに
ある。そこで、成長室と該収納室とは空間的に連通して
いる必要があり、そのためにこれらの間には、例えばキ
ャピラリー、少なくとも1つのピンホールなどの連通手
段が設けられる。
The feature of this apparatus is that a component element storage portion for controlling vapor pressure (partial pressure) is provided in the reaction tube below the crystal growth chamber. Therefore, the growth chamber and the storage chamber need to be spatially communicated with each other, and for that purpose, a communication means such as a capillary or at least one pinhole is provided between them.

成長室は、また原料収納器と一体化して、同心円筒状の
二重管構造とし、その間隔部と連通手段を介して分圧制
御用元素収納室と接続した構成とすることも可能であ
る。いずれにしても、成長室の下方に該収納室を設け、
これらを連通手段で連結した構成であれば良く、上記以
外にも各種態様が考えられる。
The growth chamber may be integrated with the raw material storage container to have a concentric cylindrical double tube structure, and may be connected to the partial pressure control element storage chamber via the space and the communication means. . In any case, the storage chamber is provided below the growth chamber,
It suffices that the components are connected by the communication means, and various modes other than the above are possible.

ここで、成長室と原料収納器とを別々に形成する場合、
該収納器を成長室に収容した際に、連通手段を介して成
長室に供給される分圧制御元素ガスが成長室全体あるい
は原料収納器上方空間に自由に出入りできるように空間
を設ける必要がある。このためには、例えば原料収納器
底部に少なくとも3本の脚を設ける、あるいは多数の孔
を側部に設けた円筒部材を支持具として収納部底部に配
置するなどの他様々な手段を講じることができる。
Here, when the growth chamber and the raw material container are separately formed,
When the container is housed in the growth chamber, it is necessary to provide a space so that the partial pressure control element gas supplied to the growth chamber through the communication means can freely flow in and out of the entire growth chamber or the space above the raw material container. is there. For this purpose, various other means such as providing at least three legs on the bottom of the raw material container, or arranging a cylindrical member having a large number of holes on the side as a support at the bottom of the container is used. You can

この装置において、原料収納器はカーボンコートした石
英、パイロリティック室化ボロン(PBN)などの他、成
長条件下にて原料と反応しない任意の公知材料で形成で
きる。
In this apparatus, the material container can be made of carbon-coated quartz, pyrolytic boronized boron (PBN), or any other known material that does not react with the material under growth conditions.

この装置により、CdTe単結晶を育成する場合、反応管の
各収納室(または収納器)に蒸気圧制御用成分元素およ
び単結晶成長用原料を投入し、必要に応じて排気、不活
性ガスの充填を行い、反応管を封止する。一方、炉のヒ
ータを動作させ所定の温度分布を設定した炉内に上記反
応管を所定の位置に固定し、反応管内の温度が十分に平
衡となるまででこの状態で維持し、次いで所定の速度で
反応管または炉を移動させ単結晶の育成を行う。
When growing a CdTe single crystal with this device, the vapor pressure control component elements and the single crystal growth raw material are put into each storage chamber (or storage container) of the reaction tube, and if necessary, exhaust gas or inert gas Fill and seal the reaction tube. On the other hand, the heater of the furnace is operated to fix the above-mentioned reaction tube at a predetermined position in the furnace in which a predetermined temperature distribution is set, and this state is maintained until the temperature in the reaction tube is sufficiently balanced, and then the predetermined temperature is maintained. The reaction tube or furnace is moved at a speed to grow a single crystal.

この方法によれば、分圧制御用成分元素の温度制御は、
例えばその収納室下端部に取付けられた温度検知器(熱
電対など)によって正確な温度情報を得、これに基き蒸
気圧制御部加熱用ヒータをコントロールすることにより
実現でき、これはまた温度検知器としてヒータとをコン
ピュータに接続し、前者からの信号に応じて自動的にヒ
ータの制御を行うことも可能である。
According to this method, the temperature control of the partial pressure controlling component element is
For example, it can be realized by obtaining accurate temperature information by a temperature detector (such as a thermocouple) attached to the lower end of the storage chamber and controlling the heater for heating the vapor pressure control unit based on this information. It is also possible to connect the heater to a computer and automatically control the heater in response to a signal from the former.

作用 化合物半導体単結晶を製造する際には厳密な蒸気圧制御
が必要となるが、特に成長温度あるいは蒸気圧制御温度
下で溶融するような低融点元素を含む場合、あるいはこ
れら温度下で高い解離平衡蒸気圧を有する成分元素を含
有する場合には従来の方法をそのまま利用することはで
きず、様々な改良を施す必要がある。
Action Strict vapor pressure control is required when manufacturing compound semiconductor single crystals, especially when it contains a low melting point element that melts at the growth temperature or vapor pressure control temperature, or when high dissociation occurs at these temperatures. When a component element having an equilibrium vapor pressure is contained, the conventional method cannot be used as it is, and various improvements are required.

上記例の中でも、特に低融点成分元素が関与する場合、
成長操作中に溶融してしまうことから、その流動あるい
は一旦気化した後、もしくは原料メルトからの気化元素
が凝縮することにより温度制御すべき領域が広域化さ
れ、、高精度の厳密な温度制御、ひいては成長室におけ
る正確な蒸気分圧の制御並びに成長結晶のストイキオメ
トリー、結晶の完全性等の調整が著しく困難となる。
Among the above examples, especially when low melting point component elements are involved,
Since it melts during the growth operation, its flow or once vaporized, or the vaporized element from the raw material melt is condensed to broaden the region to be temperature controlled, and highly precise strict temperature control, As a result, it becomes extremely difficult to accurately control the vapor partial pressure in the growth chamber and to control the stoichiometry of the grown crystal and the crystal perfection.

しかしながら、上記の如き従来の特に垂直ブリッジマン
法によって単結晶成長を行う際にみられた諸問題は、本
発明による方法で単結晶成長を実施することにより、あ
るいはまた本発明の装置を利用することによりほぼ解決
され、満足な結果を得ることが可能となった。
However, the problems encountered in performing the single crystal growth by the conventional vertical Bridgman method as described above are caused by carrying out the single crystal growth by the method according to the present invention, or by utilizing the apparatus of the present invention. This has almost solved the problem and made it possible to obtain satisfactory results.

本発明においては垂直ブリッジマン法において、蒸気圧
制御成分元素を収納するチャンバーを成長室の下方に配
置した。これによって、気化元素成分の重量、重力等の
影響に基く蒸気圧制御領域の広がりを完全に防止し、融
液化した成分元素の存在位置を一定の場所に制限するこ
とができる。従って、温度検知域、温度制御域は常に一
定の狭い領域に制限され厳密な温度制御が可能となる。
これは、厳密な分圧制御を実現する上で重要なファクタ
ーとなる。かくして、単結晶成長を通じて、分圧制御用
領域(凝縮相)の温度制御は厳密なものとなり、例えば
CdあるいはTeの凝縮相の温度によって定まる各成分元素
の飽和蒸気圧を成長室内に維持することができ、結果と
して成長単結晶の物性を正確かつ厳密に制御できること
になる。
In the present invention, in the vertical Bridgman method, the chamber for containing the vapor pressure control component element is arranged below the growth chamber. As a result, it is possible to completely prevent the vapor pressure control region from expanding under the influence of the weight and gravity of the vaporized element component, and limit the existing position of the melted component element to a certain place. Therefore, the temperature detection area and the temperature control area are always limited to a certain narrow area, and strict temperature control can be performed.
This is an important factor in realizing strict partial pressure control. Thus, the temperature control of the partial pressure control region (condensed phase) becomes strict through the single crystal growth, for example,
The saturated vapor pressure of each element, which is determined by the temperature of the condensed phase of Cd or Te, can be maintained in the growth chamber, and as a result, the physical properties of the grown single crystal can be accurately and strictly controlled.

また、下方に配置された分圧制御用成分元素収納室と成
長室とは、好ましくは該元素のガスが通過し得る程度の
小孔、例えばキャピラリー、ピンホールなどによって連
通されており、分圧制御室からの気化元素を十分に成長
室に供給すると共に、原料融液から低温部(即ち分圧制
御領域)へのガス成分元素の逆流が効果的に防止される
こととなる。これは、蒸気圧の厳密な制御だけでなく、
得られる単結晶の品位並びにその歩留りの向上を可能と
するものである。
Further, the partial pressure control component element storage chamber and the growth chamber arranged below are preferably communicated with each other by a small hole such as a capillary, a pinhole or the like through which the gas of the element can pass, and the partial pressure is maintained. The vaporized element from the control chamber is sufficiently supplied to the growth chamber, and the backflow of the gas component element from the raw material melt to the low temperature portion (that is, the partial pressure control region) is effectively prevented. This is not only a tight control of vapor pressure,
It is possible to improve the quality and yield of the obtained single crystal.

元素の種類によっては蒸気圧制御温度下で沸騰状態とな
る場合もあるが、この場合にも、その収納部を成長室下
部に設けたために、融液の存在領域は広がることはな
く、蒸気圧制御としては一点で行えば十分であるという
利点を得ることができる。
Depending on the type of element, it may be in a boiling state under the vapor pressure control temperature, but in this case as well, since the storage part was provided at the bottom of the growth chamber, the region where the melt was present did not expand, and the vapor pressure It is possible to obtain the advantage that one point is sufficient for the control.

更に、この構成の装置によれば、結晶成長過程におい
て、揮発性のしかも重質の不純物が下方に設けられた蒸
気圧制御元素収納室に向かって移動するので、結晶の精
製効果を期待することもできる。
Further, according to the apparatus of this configuration, volatile and heavy impurities move toward the vapor pressure control element storage chamber provided below in the crystal growth process, so that a crystal refining effect can be expected. You can also

かくして、本発明の方法によれば、厳密な蒸気圧制御が
可能となることから、成長中の蒸気圧を適当に選ぶこと
により、電導タイプ、抵抗値等の物性が十分に制御され
た単結晶を再現性良く得ることが可能となり、これは各
種半導体デバイス作製用の材料として有利に使用でき
る。例えば、CdTeにあっては赤外線検出器用材料(Cb
Hg1−xTeを気相または液相エピタキシャル成長する際
の基板など)、γ−線検出器、太陽電池用材料として有
用であり、これらデバイスの信頼性、性能を一層向上す
ることが可能となる。
Thus, according to the method of the present invention, since it is possible to strictly control the vapor pressure, by properly selecting the vapor pressure during growth, the conductivity type, the physical properties such as the resistance value is sufficiently controlled single crystal Can be obtained with good reproducibility, which can be advantageously used as a material for manufacturing various semiconductor devices. For example, for CdTe, materials for infrared detectors (Cb x
It is useful as a material for Hg 1-x Te in vapor phase or liquid phase epitaxial growth), γ-ray detector, and solar cell material, and can further improve the reliability and performance of these devices. .

実施例 以下、実施例により本発明の方法並びにそれを実施する
ための装置を更に一層詳しくかつ具体的に説明する。し
かしながら、本発明の範囲は以下の実施例により何等制
限されない。
Examples Hereinafter, the method of the present invention and an apparatus for carrying out the method will be described in more detail and concretely by examples. However, the scope of the present invention is not limited by the following examples.

実施例1 添付第1図に本発明の方法を実施するための装置の好ま
しい1実施例を模式的断面図により、炉内温度分布曲線
と共に示した。図から明らかな如く、本実施例は上方に
配置された成長室10と、その下方に配置された蒸気圧制
御用成分元素収納室11と、これらを連通する小孔12とで
構成される反応管13(石英管)と、成長室に収容され、
成長用原料を収納する原料収納器14(カーボンコートの
石英)と、反応管13の外側部にこれを包囲するように設
けられたヒータ15、16を備えた炉とで構成される。ヒー
タ15は炉内に単結晶成長用温度分布を形成するように動
作し、一方ヒータ16は蒸気圧制御温度を決定する。この
ヒータ16には、収納室11の下端部に取付けられた熱電対
17からの温度情報がコンピュータを介してインプットさ
れ、自動的に設定温度を高精度で維持できるようになっ
ている。
Example 1 A preferred embodiment of an apparatus for carrying out the method of the present invention is shown in the attached FIG. 1 together with a temperature distribution curve in a furnace by a schematic sectional view. As is apparent from the figure, this embodiment is a reaction composed of a growth chamber 10 arranged above, a vapor pressure control component element storage chamber 11 arranged below it, and a small hole 12 communicating these. Tube 13 (quartz tube) and housed in the growth chamber,
It comprises a raw material container 14 (carbon-coated quartz) for containing a growth raw material, and a furnace provided with heaters 15 and 16 provided outside the reaction tube 13 so as to surround the same. The heater 15 operates to form a single crystal growth temperature distribution in the furnace, while the heater 16 determines the vapor pressure control temperature. The heater 16 has a thermocouple attached to the lower end of the storage chamber 11.
Temperature information from 17 is input via a computer, and the set temperature can be automatically maintained with high accuracy.

ここで、T1およびT2により結晶成長温度勾配が決定さ
れ、またT2、T3の間はなだらかな温度勾配となるように
調整される。即ち、T2、T3間ではT3以下の温度となるこ
とがないようにコントロールされる。尚、蒸気圧制御部
のさらに下方においてはこの限りではない。
Here, the crystal growth temperature gradient is determined by T 1 and T 2, and is adjusted so that a gentle temperature gradient is obtained between T 2 and T 3 . That is, in between T 2, T 3 is controlled so as not to become T 3 or lower. Note that this is not the case below the vapor pressure control unit.

第1図に示した装置を用い、収納器(ボート)14に原料
のCdTeを投入し、一方収納室11には純度6ナインのCdを
装入して、高純度Arにより置換し、10-3Torr以下まで真
空に引いた後、反応管13を封じた。次いで、これをT1
T2およびT3を夫々1140℃、1050℃および680〜910℃に調
整した炉内で速度0.3cm/時で下降させ、CdTe単結晶を得
た。
Using the apparatus shown in FIG. 1, the raw material of CdTe were charged into storage vessel (boat) 14, whereas the storage room 11 is charged with Cd purity 6 Nine was replaced by a high-purity Ar, 10 - After evacuation to 3 Torr or less, the reaction tube 13 was sealed. This is then T 1 ,
CdTe single crystals were obtained by lowering T 2 and T 3 in a furnace adjusted to 1140 ℃, 1050 ℃ and 680 to 910 ℃, respectively, at a speed of 0.3 cm / hour.

このCdTe単結晶の成長操作中のCdの制御分圧、CdTeの損
失量(輸送量)および抵抗値を測定した。得られた結果
を、夫々Cdの制御分圧と合成単結晶CdTeの損失量との関
係およびCd制御分圧と合成単結晶の抵抗との関係として
第3図および第4図に示した。
The control partial pressure of Cd, the loss amount (transport amount) and the resistance value of CdTe during the growth operation of this CdTe single crystal were measured. The obtained results are shown in FIGS. 3 and 4 as the relationship between the controlled partial pressure of Cd and the loss amount of the synthetic single crystal CdTe and the relationship between the controlled partial pressure of Cd and the resistance of the synthetic single crystal, respectively.

第3図から明らかな如く、Cd分圧(Pcd)の−3乗に比
例して、分圧上昇と共に損失量が減少することがわか
る。一方、第4図から、Pcdの高いところではn型が、
また低いところではp型が得られ、合成単結晶の抵抗値
(ρ:抵抗率)もPcdの制御と共に連続的に変化するこ
とがわかる。
As is clear from FIG. 3, it is understood that the amount of loss decreases with an increase in the partial pressure in proportion to the −3 power of the Cd partial pressure (P cd ). On the other hand, from FIG. 4, the n-type at the high P cd is
Further, it can be seen that the p-type is obtained at a low place and the resistance value (ρ: resistivity) of the synthetic single crystal continuously changes with the control of P cd .

かくして、第3図および第4図の結果から明らかな如
く、本発明の方法によれば、成長室下方に設けた蒸気圧
制御用元素収納室によるその分圧制御が有利に作用し、
得られる単結晶の物性並びに歩留りにおいて良好な再現
性が確保保できることがわかる。
Thus, as is clear from the results shown in FIGS. 3 and 4, according to the method of the present invention, the partial pressure control by the vapor pressure control element storage chamber provided below the growth chamber acts advantageously,
It can be seen that good reproducibility can be secured and maintained in the physical properties and yield of the obtained single crystal.

発明の効果 以上詳しく説明したように、本発明の方法によれば、蒸
気圧制御(分圧制御)用成分元素の収納室を成長室の下
方に設け、これを小孔を有する連通手段により連通した
ことにより、従来法、装置においてみられた諸問題点を
ほぼ完全に解決することができた。
EFFECTS OF THE INVENTION As described in detail above, according to the method of the present invention, the storage chamber for the vapor pressure control (partial pressure control) component element is provided below the growth chamber, and the storage chamber is communicated by the communication means having the small holes. As a result, the problems found in the conventional method and apparatus could be almost completely solved.

即ち、まず蒸気圧制御元素がその温度で溶融または沸騰
しても凝縮相(または溶融相)の存在領域が広がること
はなく、そのため狭い領域のみの温度を検知して高精度
で温度制御、即ち蒸気圧制御を行うことが可能となった
ので、ストイキオメトリー性の良好な低欠陥の単結晶を
作製できる。
That is, first, even if the vapor pressure control element is melted or boiled at that temperature, the existing region of the condensed phase (or the melted phase) does not spread, and therefore the temperature of only a narrow region is detected and the temperature control is performed with high accuracy, that is, Since the vapor pressure can be controlled, a low defect single crystal having good stoichiometry can be produced.

また、精度の良い蒸気圧制御が可能であることから、こ
れを所定の分圧に維持することにより特定の電導タイ
プ、抵抗値の単結晶が自由に形成できると共に、合成単
結晶損失量が大巾に減少し、単結晶製造歩留りの大巾な
改善が可能となる。
In addition, since it is possible to control vapor pressure with high accuracy, maintaining this at a predetermined partial pressure allows free formation of single crystals of a specific conductivity type and resistance value, and a large amount of synthetic single crystal loss. It is possible to greatly improve the production yield of a single crystal by reducing the width.

更に、このような構成は揮発性かつ重質の不純物を結晶
育成中にある程度減じることが可能となり、高純度の単
結晶の製造が可能となった。
Furthermore, such a structure can reduce volatile and heavy impurities to some extent during the crystal growth, and it has become possible to manufacture a high-purity single crystal.

かくして、作製される高純度、高品位の単結晶は、これ
を用いて作製される各種デバイスの特性を改善し、その
信頼性を大巾に向上させることができる。
Thus, the high-purity, high-quality single crystal produced can improve the characteristics of various devices produced by using the single crystal and greatly improve the reliability thereof.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の装置の好ましい1実施例を模式的に示
す図であり、併せて炉内の温度分布曲線をも示したもの
であり、 第2図(a)および(b)は従来の装置を説明するため
の第1図と同様な図であり、 第3図および第4図は夫々本発明の方法により単結晶を
作製した際の制御分圧(Pcd)と合成単結晶の損失量と
の関係(第3図)およびPcdと得られた単結晶の抵抗率
ρ(ohm・cm)との関係(第4図)をプロットしたグラ
フである。 (主な参照番号) 1,13……反応管、2……原料、 3……CdまたはTe、4……単結晶、 5……原料融液、6……固−液界面、 7……キャピラリー、8……凝縮相(溶融相)、 10……成長室、11……収納室、 12……小孔、14……原料収納器(ボート)、 15,16……ヒータ、17……熱電対
FIG. 1 is a diagram schematically showing a preferred embodiment of the apparatus of the present invention, and also shows a temperature distribution curve in the furnace, and FIGS. 2 (a) and 2 (b) are conventional. FIG. 3 is a view similar to FIG. 1 for explaining the apparatus of FIG. 3, and FIGS. 3 and 4 show the control partial pressure (P cd ) and the synthetic single crystal when the single crystal was produced by the method of the present invention. 3 is a graph plotting the relationship with the loss amount (FIG. 3) and the relationship between P cd and the resistivity ρ (ohm · cm) of the obtained single crystal (FIG. 4). (Main reference numbers) 1,13 …… Reaction tube, 2 …… Raw material, 3 …… Cd or Te, 4 …… Single crystal, 5 …… Raw material melt, 6 …… Solid-liquid interface, 7 …… Capillary, 8 ... Condensed phase (molten phase), 10 ... Growth chamber, 11 ... Storage room, 12 ... Small hole, 14 ... Raw material storage (boat), 15, 16 ... Heater, 17 ... thermocouple

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】連通孔により連通された上部の結晶成長室
および下部の蒸気圧制御用成分元素収納室に、夫々単結
晶成長原料を収納した収納器および蒸気圧制御用元素を
封入し、これを所定の温度分布が設定された炉内で移動
させることにより蒸気圧を制御しつつ単結晶成長を行う
化合物半導体単結晶の製造法において、 該蒸気圧制御用元素がTeであり、且つ、蒸気圧制御域の
温度が904K〜1266Kの範囲内であることを特徴とする化
合物半導体単結晶の製造法。
1. A container for storing a single crystal growth raw material and a vapor pressure control element are enclosed in an upper crystal growth chamber and a lower vapor pressure control component element storage chamber, which are communicated with each other through a communication hole. In a method for producing a compound semiconductor single crystal in which a single crystal is grown while controlling the vapor pressure by moving the vapor in a furnace in which a predetermined temperature distribution is set, the vapor pressure controlling element is Te, and A method for producing a compound semiconductor single crystal, wherein the temperature in the pressure control region is within the range of 904K to 1266K.
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JPS58145691A (en) * 1982-02-22 1983-08-30 Toshiba Corp Production of single crystal
JPH0631192B2 (en) * 1985-12-28 1994-04-27 住友電気工業株式会社 Method and apparatus for manufacturing semiconductor single crystal
JPS62235287A (en) * 1986-04-07 1987-10-15 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Method and vessel for producing single crystal

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