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KR20190096932A - 화합물 반도체 및 그 제조 방법 - Google Patents

화합물 반도체 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR20190096932A
KR20190096932A KR1020197010152A KR20197010152A KR20190096932A KR 20190096932 A KR20190096932 A KR 20190096932A KR 1020197010152 A KR1020197010152 A KR 1020197010152A KR 20197010152 A KR20197010152 A KR 20197010152A KR 20190096932 A KR20190096932 A KR 20190096932A
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KR
South Korea
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crystal
cdznte
cadmium telluride
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KR1020197010152A
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고헤이 야마다
고지 무라카미
겐야 이타니
Original Assignee
제이엑스금속주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 면적이 100mm2 이상이고, 또한 이동도 수명곱(μτ곱)이 1.0×10-3cm2/V 이상이 되는 영역이 전체의 50％ 이상인, 광범위에서 고μτ곱이 되는 주면을 갖는 텔루르화아연카드뮴(CdZnTe) 단결정 및 그 효과적인 제조 방법을 제공한다.

Description

화합물 반도체 및 그 제조 방법
본 발명은, 화합물 반도체인 텔루르화아연카드뮴(CdZnTe) 단결정과 그 제조 방법에 관한 것이다.
II족(2B족) 원소인 카드뮴(Cd)과 VI족(6B족) 원소인 텔루륨(Te)의 II-VI족 화합물인 텔루르화카드뮴(CdTe)은, 비교적 큰 밴드 갭(~1.44eV)을 갖는 반도체 재료이다. 또한, CdTe의 Cd의 일부를 동족 원소인 아연(Zn)으로 치환함으로써, 밴드 갭을 더욱 크게 한 텔루르화아연카드뮴(CdZnTe)도 CdTe와 마찬가지인 II-VI족 반도체 재료이며, 그 특성을 살려 다양한 용도에 널리 사용되고 있다.
일반적으로, 반도체 재료에 광이 입사되면, 반도체 중의 전자의 일부가 여기되고, 광의 에너지(광자 에너지)가 반도체의 밴드 갭보다도 크면, 가전자대에 존재하고 있는 전자는 금제대를 초과하여 전도체로 전이되고, 가전자대쪽에는 정공이 발생하게 되어, 이동 가능한 전하(캐리어)쌍이 생성된다. 이와 같이 광의 입사, 조사에 의해 반도체 재료 중에 캐리어가 생성되는 현상을 (내부) 광전 효과라 한다. 광전 효과에 의해 발생한 캐리어는 소정 시간 경과 후에 전하 재결합 등에 의해 소멸되지만, 이 소멸까지의 시간은 캐리어의 「수명」이라 불린다.
상기한 바와 같이, 광전 효과에 의해 발생한 이동 가능한 캐리어를 전류로서 전기 신호의 형태로 도출하면, 광전 효과를 이용한 다양한 반도체 디바이스로서 응용이 가능하게 된다. 이 때, 전기 신호로서 도출할 수 있는 캐리어의 수집 효율의 정도는, 상술한 캐리어의 수명(τ)과 반도체 재료 중에 있어서의 캐리어의 이동의 용이함인 이동도(μ)와의 곱인 이동도 수명곱(μτ곱)에 의해 평가할 수 있다. 즉, μτ곱이 높은 반도체 재료일수록, 캐리어 수집 효율이 높은 반도체 재료라 할 수 있으며, 디바이스의 성능도 향상시키는 것이 가능해진다.
상술한 반도체의 캐리어 이동도(μ)와 캐리어의 수명(τ)은, 각각 반도체 재료의 결정성이나 불순물에 관한 상태 등에 따라 크게 영향을 받는 특성이기 때문에, 이들의 곱인 μτ곱이라는 지표는, 반도체 물질로서의 특성이 복합적으로 반영된 재료 고유의 지표라 볼 수 있다. 따라서, 반도체 재료의 재료로서의 고유의 성능을 평가하는 지표로서, 이 μτ곱을 사용할 수 있다.
이러한 관점에서, CdZnTe에 대해서도, μτ곱은 CdZnTe의 반도체 물질로서의 성능을 평가할 수 있는 하나의 지표가 될 수 있는 것인데, CdZnTe 재료의 μτ곱에 대하여 언급하고 있는 선행 기술로서는, 이하의 특허문헌 등을 들 수 있다.
일본 특허 공개 제2013-241289호 공보 일본 특허 공개 제2016-153362호 공보
상술한 바와 같이, 반도체 재료에 있어서의 μτ곱은 결정성이나 불순물에 관한 상태 등에 따라 변화되는 특성인 바, 복수종의 II족 원소를 포함하는 II-VI족의 혼정 화합물인 CdZnTe의 결정은, 넓은 범위에서 일정한 균일한 결정 특성을 갖는 벌크 결정체를 안정적으로 육성하는 것 자체가 곤란한 결정성 물질 중 하나이다. 이러한 CdZnTe 결정에서는, 결정 육성시나 육성 후의 처리 조건이 결정의 상태에 민감하게 작용하기 때문에, 약간의 처리 조건의 차이가 있어도 큰 결정 특성의 차이로서 나타나게 된다. 그 때문에, 실제의 CdZnTe 결정에서는, 동일한 결정 잉곳의 동일 고화율의 영역으로부터 잘라내진 결정 재료여도, 국소적인 결정 부위에 따라 μτ곱이 상이하다는 문제가 발생하는 경우가 있다.
따라서, CdZnTe 결정에 있어서는, 고μτ곱의 결정을 얻는 것뿐만 아니라, 이 고μτ곱이 얻어지는 결정 영역을 가능한 한 넓게 한다는 것을 동시에 달성할 필요가 있다. 가령, 잘라낸 결정의 표면의 일부에서만 국소적으로 원하는 고μτ곱의 영역이 얻어졌다고 해도, 원하는 μτ곱에 달하지 않는 영역이 많으면 결정의 많은 부분은 이용할 수 없게 되어, 수율이 현저하게 낮아져버리는 것으로 이어진다.
본 발명은, 상술한 문제에 기초하여 이루어진 것이며, CdZnTe의 단결정 재료에 있어서, 고μτ곱을 달성함과 동시에, 동일한 결정 재료 표면에 있어서, 당해 고μτ곱이 달성되어 있는 영역의 비율을 높게 한 CdZnTe 단결정 재료를 제공한다는 과제를 해결하는 것이다.
상술한 기술 과제를 해결하기 위해 본 발명자들이 예의 연구를 행한 바, CdZnTe 단결정에 있어서의 μτ곱은, 결정 육성시의 조건에 더하여, 결정 육성 후에 행하는 열 처리시의 열 처리 온도의 조건에도 큰 영향을 받고, 이것이 고μτ곱의 영역의 대소에 크게 관여한다는 것을 밝혀내어, 이 조건을 적절하면서도 엄밀하게 제어함으로써, 고μτ곱을 달성할 뿐만 아니라, 광범위에서 고μτ곱의 결정 재료가 얻어진다는 지견을 얻어 발명을 완성시켰다.
상술한 지견에 기초하여, 본 개시는 이하의 발명을 제공하는 것이다.
1) 면적이 100mm2 이상이고, 또한 이동도 수명곱(μτ곱)이 1.0×10-3cm2/V 이상이 되는 영역이 전체의 50％ 이상인 주면을 갖는 텔루르화아연카드뮴(CdZnTe) 단결정,
2) II족 원소에 있어서의 Zn의 비율이 2.0at％ 내지 10.0at％인 것을 특징으로 하는 상기 1)에 기재된 텔루르화아연카드뮴 단결정,
3) 상기 주면의 면 방위가 {111}면인 것을 특징으로 하는 상기 1) 또는 2)에 기재된 텔루르화아연카드뮴 단결정,
4) 상기 1) 내지 3) 중 어느 하나에 기재된 텔루르화아연카드뮴 단결정의 제조 방법이며, 텔루르화아연카드뮴 결정 잉곳을 육성하는 것, 상기 육성한 텔루르화아연카드뮴 결정 잉곳을 잉곳인 채로 열 처리하는 것, 상기 열 처리 후의 텔루르화아연카드뮴 결정 잉곳으로부터 소정 면 방위의 주면을 갖도록 단결정을 잘라내는 것을 포함하고, 상기 열 처리의 온도가 800℃ 이상 1000℃ 이하이고, 또한 상기 단결정 잉곳의 상단부와 하단부 사이의 영역에 있어서의 최대 온도와 최소 온도의 차가 20℃ 이내인 것을 특징으로 하는 텔루르화아연카드뮴 단결정의 제조 방법,
5) 상기 텔루르화아연카드뮴 결정 잉곳의 육성 방법이, 수직 온도 구배 응고(VGF)법인 것을 특징으로 하는 상기 4)에 기재된 텔루르화아연카드뮴 단결정의 제조 방법,
6) 상기 텔루르화아연카드뮴 결정 잉곳의 열 처리를, 상기 단결정 잉곳의 육성 후, 상기 단결정 잉곳을 육성한 노내에서 연속하여 행하는 것을 특징으로 하는 상기 4) 또는 5)에 기재된 텔루르화아연카드뮴 단결정의 제조 방법.
본 개시의 기술에 의하면, CdZnTe 단결정 재료에 있어서 μτ곱을 높게 함과 함께, 동일 표면 내에 있어서의 고μτ곱의 영역의 비율을 크게 하는 것을 양립할 수 있기 때문에, 동일한 결정 표면으로부터 고μτ곱의 단결정 기판을 다수 채취할 수 있거나, 대면적의 고μτ곱의 단결정 기판으로 하여 사용할 수 있거나 한다. 그 때문에, CdZnTe 단결정을 이용한 디바이스 제품의 제조 효율과 제품 수율을 향상시킬 수 있으며, 제품 비용의 저감을 도모하는 것도 가능해진다.
도 1은 본 발명에서 사용하는 CdZnTe 결정 육성로의 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 열 처리시에 있어서의 온도 분포의 예를 나타내는 그래프이다.
본 개시의 CdZnTe 단결정은, 적어도 카드뮴(Cd), 아연(Zn), 텔루륨(Te)을 구성 원소로서 포함하는 단결정 재료이며, 필요에 따라 이들 이외의 도펀트 원소를 포함하는 것이어도 되고, 단결정 재료의 형상에 대해서는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 적어도 하나의 주면을 구비하고 있다. 이러한 결정 형상으로서, 소정 두께(예를 들어, 500㎛ 이상, 단 이것으로 제한되는 것은 아니다)의 두께를 갖는 판 형상의 기판 또는 웨이퍼의 형태를 들 수 있다. 또한, 본 개시에 있어서 「주면」이란, 결정 재료에 있어서 표출되고, 또한 평면으로서 인식할 수 있는 면 중 최대의 면적을 갖는 면을 말하는 것이다.
본 개시의 CdZnTe 단결정은, 주면의 면적이 적어도 100mm2 이상이고, 또한 μτ곱이 1.0×10-3cm2/V 이상이 되는 영역이 해당 주면 전체의 50％ 이상이라는 특징을 갖고 있다. CdZnTe 단결정에 있어서의 주면의 면적이 미소하면, 1.0×10-3cm2/V 이상이라는 고μτ곱의 영역의 비율을 100％나 그에 가까운 비율로 하는 것도 특별히 기술적으로 곤란한 것은 아니다. 그러나, 어느 정도 큰 주면을 갖는 CdZnTe 단결정체에 있어서, 그 주면의 광범위에 걸쳐서 상기한 수준의 고μτ곱의 영역의 비율을 높게 하는 것에 기술적인 곤란성을 동반하는 것은, 기술 상식에 비추어 명확하다.
본 개시에서는, 그러한 주면의 크기의 기준으로서 100mm2 이상이라는 범위를 설정하고 있다. 기준이 되는 주면의 크기는, 양태에 따라 400mm2 이상 또는 1000mm2 이상, 나아가 10000mm2 이상이어도 된다. 이 기준이 되는 주면의 면적 하한값이 클수록, 1.0×10-3cm2/V 이상이라는 고μτ곱의 영역의 비율을 높게 하는 것에 기술적 곤란성을 동반하게 된다는 것은 용이하게 추정할 수 있는 사항이다.
또한, 본 개시에서는, CdZnTe 단결정 재료에 있어서 「고μτ곱」인 것의 지표로서, CdZnTe 단결정 재료에 있어서의 기술 수준 등도 고려하여, 1.0×10-3cm2/V 이상이라는 범위를 설정하고 있다. 본 개시의 CdZnTe 단결정은, 이 「고μτ곱」이라 할 수 있는 1.0×10-3cm2/V 이상의 μτ곱을 갖는 영역이, 주면의 면적 전체에 대하여 50％ 이상의 면적 비율이 되는 것이다. 이 면적 비율이 높을수록 바람직하게 되지만, 이것도 양태에 따라 60％ 이상, 또는 70％ 이상이 되는 것이어도 된다.
본 개시에 있어서의 CdZnTe 단결정은, CdTe의 Cd의 일부를 동족(II족) 원소의 Zn로 치환한 것이지만, 그 치환 비율, 즉 이하의 식 (1)로 표시되는 II족 원소 중의 Zn의 원자수 비율이, 2.0at％ 내지 10.0at％의 범위에 있는 것으로 할 수 있다. 이 범위로 함으로써, 광전 효과를 이용한 유용한 디바이스, 특히 X선을 비롯한 방사선의 검출기 등으로의 응용에 적합한 밴드 갭으로 조정할 수 있다. II족 원소 중의 Zn의 원자수 비율의 하한은, 양태에 따라 3.0at％, 4.0at％로 할 수 있으며, 상한에 대해서도 7.0at％, 6.0at％로 할 수 있다. 또한, 본 개시의 CdZnTe 단결정 재료에서는, Cd 및 Zn의 농도(단위 영역당의 원자수)를 근적외(NIR) 분광법에 의해 분석하여, II족 원소 중의 Zn의 원자수 비율을 산출할 수 있다.
{Zn/(Cd+Zn)}×100(at％) (1)
(Cd, Zn은, 각각 CdZnTe 단결정 중의 Cd, Zn의 원자수)
CdZnTe 단결정의 주면의 면 방위는, 용도나 요구되는 특성에 따라 설정할 수 있지만, 본 개시에 있어서는, 예를 들어 {111}과 같은 면으로 설정할 수 있다. 이러한 면 방위로 설정함으로써, 범용성이 있는 반도체 기판으로서 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 방사선 검출기 등의 용도에 있어서 바람직한 특성을 발휘할 수 있는 경우도 있다.
본 발명의 CdZnTe 단결정은, 적어도 면적이 100mm2 이상이고, 또한 이동도 수명곱(μτ곱)이 1.0×10-3cm2/V 이상이 되는 영역이 전체의 50％ 이상인 주면을 갖는다는 것으로서의 구조, 특성에 의해 특정되는 것이며, 그 제조 방법은, 상기한 특성이 얻어지는 것이면 특별히 제한되는 것은 아니다. 단, CdZnTe 결정의 육성 후에 소정의 열 처리를 행하는 것을 포함하는 제조 방법에 의해 CdZnTe 단결정을 제조하는 경우에는, 이 열 처리의 조건이 CdZnTe 단결정의 μτ곱에 큰 영향을 미치기 때문에, 이 조건을 적절하게 제어하는 것이 본 발명의 CdZnTe 단결정을 효과적으로 얻는 데 있어서 바람직하다.
구체적으로는, 소정의 방법에 의해 CdZnTe 결정의 잉곳을 육성한 후, 잉곳 상태인 채로 CdZnTe 결정의 열 처리를 행하지만, 이 때, 열 처리의 온도가 800℃ 이상 1000℃ 이하이고, 또한 CdZnTe 결정 잉곳의 상단부와 하단부의 사이의 영역에 있어서의 최대 온도와 최소 온도의 차가 20℃ 이내가 되도록 제어함으로써, 본 개시의 CdZnTe 단결정을 효과적으로 제조할 수 있다. 열 처리 온도는 900℃ 이상이어도 된다.
CdZnTe 결정의 육성 후에 열 처리를 행하는 것 자체는 종래부터 행해지고 있는 기지의 기술이다. 통상, CdZnTe로 한정되지 않으며, 벌크 형상의 결정 잉곳의 육성시에는, 약간의 온도 변화가 육성되는 결정체의 결정성 등의 특성에 민감하게 반영되기 때문에, 엄밀한 온도 관리가 이루어지고 있다. 그러나, 결정 육성 후의 열 처리에 관해서는, 결정 결함의 개선이나 불순물 분포의 균일화 등을 목적으로 하여 행해지는 경우가 많고, 필요한 격자 진동의 여기, 혹은 불순물의 확산이 촉진되어, 결정 구성 원소의 해리나 결정 재료의 융해가 발생하지 않을 정도의 온도 영역에서 행해지면 문제가 없다고 생각되어 왔다.
실제로, 800 내지 1000℃와 같은 고온 영역에서, 결정 잉곳의 육성 후에 열 처리를 행하는 환경하에 있어서, 결정 잉곳 전체에 대하여 온도차가 수℃ 내지 20℃ 정도가 되는 엄밀한 온도 제어를 행하는 것은, 그것을 행하기 위해 요하는 장치 설비의 개수나 투자, 결정체의 제조 효율, 제조 비용 등을 고려하면, 일반적으로는 현실적이지 않다고 생각된다. 그러나, 본 발명자들이 상세한 분석과 검토를 거듭한 결과, 이 결정 잉곳의 육성 후에 행하는 열 처리 조건의 약간의 차이가, CdZnTe 단결정의 제조에 있어서는 얻어지는 단결정에 있어서의 고μτ곱 영역의 비율에 크게 기여하고 있다는 것이 판명되었다.
열 처리시에, 결정 잉곳 전체에 있어서의 온도차를 20℃ 이하의 범위로 유지함으로써 고μτ곱 영역의 비율을 높게 할 수 있는 이유의 상세한 내용은 반드시 명백하지 않지만, 결정 내 온도 차가 작은 조건에서의 열 처리에 의해, CdZnTe 결정 성장시의 Te의 석출이나 Zn의 치우침에 의해 결정 내에 국소적으로 발생하는 원소 농도의 불균일성 개선의 정도를 크게 향상시킬 수 있는 것이 요인 중 하나로서 생각된다.
상술한 열 처리에 사용하는 CdZnTe 결정 잉곳의 육성은, 수직 온도 구배 응고(VGF)법, 수직 브리지맨(VB)법, 카이로 포러스법 등, 임의의 공지된 방법에 의해 행할 수 있다. 이들 중에서도, 결정 잉곳의 육성 후에, 상술한 열 처리를 효율적으로 적용할 수 있는 방법으로서, VGF법에 의해 CdZnTe 결정 잉곳을 육성하는 것이 적합하다. 또한, VGF법에 의한 CdZnTe 결정 잉곳의 구체적인 육성 방법, 육성 조건 등에 관해서는, 특허문헌 1, 2 등에 개시되어 있는 바와 같이 공지되어 있으며, 본 개시의 기술에 있어서도 이들 공지 기술에 준한 방법, 수단으로 CdZnTe 결정 잉곳의 육성을 행하면 된다.
또한, 상술한 열 처리는, CdZnTe 결정 잉곳의 육성 후, 이 결정 잉곳을 육성한 노내에서 그대로 연속하여 행할 수 있다. 이와 같이 함으로써, CdZnTe 결정 잉곳의 육성 후부터 열 처리 개시까지 결정 잉곳이 받는 온도 변화를 최소화할 수 있으며, 단시간에 효율적으로 단결정 제조 프로세스를 진행시킬 수도 있다.
또한, 상술한 사항 이외에도, 본 개시에 있어서의 기술 과제를 해결할 수 있는 범위에 있어서, 다양한 기술적 사항의 부가나 개변을 적절히 행해도 되는 것은 물론이다. 이들의 부가, 개변을 행한 것이어도, 청구 범위에 있어서의 본질적인 사항을 만족하는 것이면, 당연히 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것이 된다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예, 비교예 등에 기초하여 구체적으로 설명한다. 이하의 구체예의 기재는, 어디까지나 본 발명의 기술적 내용의 이해를 용이하게 하기 위한 것이며, 본 발명의 기술적 범위는 이들 구체예에 의해 제한되는 것은 아니다.
(실시예 1)
우선, VGF법에 의해 CdZnTe 결정 잉곳의 육성을 행하였다. 도 1에 도시한 결정 육성로를 사용하여, 성장 용기가 되는 석영 앰플의 결정 성장부에 배치한 내경 5인치(약 127mm)의 pBN제의 도가니 내에, 원자수비로 조성이 Cd0.95Zn0.05Te(II족 원소 중의 Zn: 5at％)가 되도록 원료를 충전하였다. 또한, 석영 앰플의 리저버부에는, 분위기 증기압 제어용의 Cd를 별도 배치한 후, 석영 앰플을 진공 밀봉하였다. 이 석영 앰플을 결정 육성로의 내부에 장착하고, 도 1에 도시한 바와 같은 온도 구배를 설정하여 노내의 가열을 행하였다. 도가니 내의 원료가 융해된 상태에서, 융액의 온도 구배를 1.3℃/cm로 유지한 상태를 유지하면서 도가니의 온도를 서서히 저하시킴으로써, 융액 표면으로부터 하방을 향해 성장이 진행되도록 CdZnTe 결정 잉곳의 육성을 행하였다.
도가니의 저부가 고화되는 온도에 달한 후, 이어서, CdZnTe 결정 잉곳을 육성한 노내에서 CdZnTe 결정 잉곳의 열 처리를 행하였다. 이때의 노내의 결정 잉곳 근방의 결정 성장 방향을 따른 온도 분포는 도 2의 실선으로 나타내는 바와 같다. 결정 잉곳이 존재하고 있는 영역 내에 있어서의 온도의 최댓값은 969.0℃, 최솟값은 952.7이며, 그 차는 16.3℃였다. 이 상태에서 1200분간의 열 처리를 행한 후, 결정 잉곳을 50℃/hr의 강온 속도로 실온까지 서랭하고, 얻어진 CdZnTe 결정 잉곳을 꺼냈다.
얻어진 결정 잉곳의 외주를 원주 연삭한 후, 결정 성장 방향에 대하여 수직인 {111}면에서 원판 웨이퍼 형상으로 잘라내어, 표면 연삭, 연마를 행하였다. 이어서, 웨이퍼 형상의 결정으로부터 다결정화되어 있는 부분 등을 제외하고 단결정만으로 이루어지는 웨이퍼로 하였다. 이 상태의 단결정 웨이퍼의 웨이퍼면이 본 개시의 CdZnTe 단결정의 주면에 상당하는 면이 된다. 이 상태의 CdZnTe 단결정 웨이퍼에 대하여 다이싱을 행하여, 복수의 CdZnTe 단결정 기판을 얻었다.
상기에 있어서 얻어진 복수의 CdZnTe 단결정 기판 각각에 대하여, 이하와 같이 μτ곱의 측정을 행하였다. 구체적으로는, 특허문헌 2에 개시되어 있는 바와 같이, 각 샘플을 사용하여 구성한 방사선 검출기를 사용하여 2단계의 상이한 바이어스 전압(250V, 500V, 700V, 900V)을 인가했을 때의 코발트(Co-57)의 방사선 스펙트럼을 계측하였다. 그리고, 각 스펙트럼의 피크 위치를 측정하고, 소정의 계산식을 사용하여 전자의 μτ곱을 구하였다. 그 결과, 복수의 CdZnTe 단결정 기판 표면의 총 면적 1485mm2에 대하여, μτ곱이 1.0×10-3cm2/V 이상인 기판 표면의 총 면적은 810mm2였다. 즉, 다이싱 전의 상태의 CdZnTe 단결정 웨이퍼에 있어서는, 웨이퍼면 중 54.5％의 면적 영역에서 μτ곱이 1.0×10-3cm2/V 이상이 되어 있게 된다. 또한, 이 웨이퍼에 있어서의 II족 원소 중의 Zn 농도의 평균값은 5.2at％였다.
(실시예 2)
실시예 1과 마찬가지의 조건으로 CdZnTe 결정 잉곳을 육성하고, 이어서 동일한 노내에서 CdZnTe 결정 잉곳의 열 처리를 행하였다. 실시예 2에서는, 결정 잉곳이 존재하고 있는 영역 내에 있어서의 열 처리시의 온도의 최댓값은 968.8℃, 최솟값은 952.0이며, 그 차는 16.8℃였다. 이 상태에서 1200분간의 열 처리를 행한 후, 실시예 1과 마찬가지로 결정 잉곳을 실온까지 서랭하여 꺼내고, {111}면에서 원판 웨이퍼 형상으로 잘라내어, 표면 연삭, 연마를 행하였다. 이어서, 웨이퍼 형상의 결정으로부터 다결정화되어 있는 부분 등을 제외하고 단결정만으로 이루어지는 웨이퍼로 하였다.
또한 실시예 1과 마찬가지로, CdZnTe 단결정 웨이퍼에 대하여 다이싱을 행하여, 복수의 CdZnTe 단결정 기판을 얻고, 각각의 CdZnTe 단결정 기판에 대하여 μτ곱의 측정을 행하였다. 그 결과, 실시예 2에서는, 복수의 CdZnTe 단결정 기판 표면의 총 면적496mm2에 대하여, μτ곱이1.0×10-3cm2/V 이상인 기판 표면의 총 면적은 336mm2였다. 즉, 다이싱 전의 상태의 CdZnTe 단결정 웨이퍼에 있어서는, 웨이퍼면 중 67.7％의 면적 영역에서 μτ곱이 1.0×10-3cm2/V 이상이 되어 있게 된다. 또한, 이 웨이퍼에 있어서의 II족 원소 중의 Zn 농도의 평균값은 5.1at％였다.
(실시예 3)
실시예 1과 마찬가지의 조건으로 CdZnTe 결정 잉곳을 육성하고, 이어서 동일한 노내에서 CdZnTe 결정 잉곳의 열 처리를 행하였다. 실시예 3에서는, 결정 잉곳이 존재하고 있는 영역 내에 있어서의 열 처리시의 온도의 최댓값은 961.0℃, 최솟값은 946.0이며, 그 차는 15.0℃였다. 이 상태에서 1200분간의 열 처리를 행한 후, 실시예 1과 마찬가지로 결정 잉곳을 실온까지 서랭하여 꺼내고, {111}면에서 원판 웨이퍼 형상으로 잘라내어, 표면 연삭, 연마를 행하였다. 이어서, 웨이퍼 형상의 결정으로부터 다결정화되어 있는 부분 등을 제외하고 단결정만으로 이루어지는 웨이퍼로 하였다.
또한 실시예 1과 마찬가지로, CdZnTe 단결정 웨이퍼에 대하여 다이싱을 행하여, 복수의 CdZnTe 단결정 기판을 얻고, 각각의 CdZnTe 단결정 기판에 대하여 μτ곱의 측정을 행하였다. 그 결과, 실시예 3에서는, 복수의 CdZnTe 단결정 기판 표면의 총 면적 112mm2에 대하여, μτ곱이 1.0×10-3cm2/V 이상인 기판 표면의 총 면적은 80mm2였다. 즉, 다이싱 전의 상태의 CdZnTe 단결정 웨이퍼에 있어서는, 웨이퍼면 중 71.4％의 면적 영역에서 μτ곱이 1.0×10-3cm2/V 이상으로 되어 있게 된다. 또한, 이 웨이퍼에 있어서의 II족 원소 중의 Zn 농도의 평균값은 5.2at％였다.
(비교예 1)
실시예 1과 마찬가지의 조건으로 CdZnTe 결정 잉곳을 육성하고, 이어서 동일한 노내에서 CdZnTe 결정 잉곳의 열 처리를 행하였다. 이때의 노내의 결정 잉곳 근방의 결정 성장 방향을 따른 온도 분포는 도 2의 파선으로 나타내는 바와 같다. 비교예 1에서는, 결정 잉곳이 존재하고 있는 영역 내에 있어서의 열 처리시의 온도의 최댓값은 999.8℃, 최솟값은 943.2이며, 그 차는 56.6℃였다. 비교를 위해, 이 비교예 1에 있어서의 노내의 결정 잉곳 근방의 결정 성장 방향을 따른 온도 분포도 함께 도 2에 도시한다. 이 상태에서 1200분간의 열 처리를 행한 후, 실시예 1과 마찬가지로 결정 잉곳을 실온까지 서랭하여 꺼내고, {111}에서 원판 웨이퍼 형상으로 잘라내어, 표면 연삭, 연마를 행하였다. 이어서, 웨이퍼 형상의 결정으로부터 다결정화되어 있는 부분 등을 제외하고 단결정만으로 이루어지는 웨이퍼로 하였다.
또한 실시예 1과 마찬가지로, CdZnTe 단결정 웨이퍼에 대하여 다이싱을 행하여, 복수의 CdZnTe 단결정 기판을 얻고, 각각의 CdZnTe 단결정 기판에 대하여 μτ곱의 측정을 행하였다. 그 결과, 비교예 1에서는, 복수의 CdZnTe 단결정 기판 표면의 총 면적 256mm2에 대하여, μτ곱이 1.0×10-3cm2/V 이상인 기판 표면의 총 면적은 16mm2였다. 즉, 이 비교예 1의 다이싱 전의 상태의 CdZnTe 단결정 웨이퍼에서는, 웨이퍼면의 불과 6.3％의 면적 영역에서밖에 1.0×10-3cm2/V 이상의 μτ곱이 달성되지 않았다. 또한, 이 웨이퍼에 있어서의 II족 원소 중의 Zn 농도의 평균값은 5.2at％였다.
이들 결과를 표 1에 정리하여 나타낸다.
Figure pct00001
본 개시는, 광범위한 면적에서 고μτ곱을 실현한 CdZnTe 단결정, 및 그 효과적인 제조 방법을 제공하는 것이다. 본 개시의 기술은, CdZnTe 단결정의 특성을 이용하여 제작되는 각종 반도체 디바이스, 예를 들어 고μτ곱에 의해 높은 전하 수집 효율이 얻어지는 광전 효과를 이용한 X선 검출기 등의 방사선 검출기, 적외선 검출기를 비롯하여, 태양 전지, 전기 광학 변조기, 광학 소자 등도 포함한 많은 반도체 산업의 분야에 있어서, 제품 성능의 향상, 제품 제조 효율과 수율의 향상을 가능하게 할 수 있다는 점에서 큰 공헌을 다하는 것이다.
100: CdZnTe 결정 육성로
101: pBN 도가니
102: 원료 융액(육성 결정)
103: 리저버용 Cd
110: 성장 용기(석영 앰플)
111: 결정 성장부
112: 리저버부
130: 가열 장치

Claims (6)

  1. 면적이 100mm2 이상이고, 또한 이동도 수명곱(μτ곱)이 1.0×10-3cm2/V 이상이 되는 영역이 전체의 50％ 이상인 주면을 갖는 텔루르화아연카드뮴(CdZnTe) 단결정.
  2. 제1항에 있어서, II족 원소에 있어서의 Zn의 비율이 2.0at％ 내지 10.0at％인 것을 특징으로 하는 텔루르화아연카드뮴 단결정.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 주면의 면 방위가 {111}면인 것을 특징으로 하는 텔루르화아연카드뮴 단결정.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 텔루르화아연카드뮴 단결정의 제조 방법이며,
    텔루르화아연카드뮴 결정 잉곳을 육성하는 것,
    상기 육성한 텔루르화아연카드뮴 결정 잉곳을 잉곳인 채로 열 처리하는 것,
    상기 열 처리 후의 텔루르화아연카드뮴 결정 잉곳으로부터 소정 면 방위의 주면을 갖도록 단결정을 잘라내는 것을 포함하고,
    상기 열 처리의 온도가 800℃ 이상 1000℃ 이하이고, 또한 상기 결정 잉곳의 상단부와 하단부 사이의 영역에 있어서의 최대 온도와 최소 온도의 차가 20℃ 이내인 것을 특징으로 하는 텔루르화아연카드뮴 단결정의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 텔루르화아연카드뮴 결정 잉곳의 육성 방법이, 수직 온도 구배 응고(VGF)법인 것을 특징으로 하는 텔루르화아연카드뮴 단결정의 제조 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 텔루르화아연카드뮴 결정 잉곳의 열 처리를, 상기 단결정 잉곳의 육성 후, 상기 단결정 잉곳을 육성한 노내에서 연속하여 행하는 것을 특징으로 하는 텔루르화아연카드뮴 단결정의 제조 방법.
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