(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的な３元化合物半導体ＡxＢ1-xＣ（組成ｘ）の結晶層が基板上にエピタキシャル成長された試料の分光透過率又は該結晶層の分光反射率である分光透過／反射率を測定して組成ｘを求める結晶層組成決定方法において、
組成ｘ0の関数として表された該３元化合物半導体のエネルギーギャップＥgの式に、該分光透過／反射率が透過率Ｔmax・ｅｘｐ（−αｔ）又はこれに相当する反射率になるときの波数に対応したエネルギーギャップの値を代入して、該組成ｘ0を算出し、ここにＴmaxは該分光透過率の略最大値であり、吸収係数αは定数であり、
補正式ｘ＝η・ｘ0＋μに基づいて組成ｘを求め、ここにη及びμは定数である、
ことを特徴とする結晶層組成決定方法。
【請求項２】
上記３元化合物半導体はＨｇ1-xＣｄxＴｅ結晶であり、上記厚さｔ及び上記吸収係数αの単位がそれぞれｃｍ及びｃｍ-1のとき、上記定数α、η及びμはそれぞれ略５００、略１．０８及び略−０．０３であることを特徴とする請求項１記載の結晶層組成決定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、実質的な３元化合物半導体ＡxＢ1-xＣ（組成ｘ）の結晶層が基板上にエピタキシャル成長された試料の結晶層組成を決定する結晶層組成決定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
化合物半導体結晶、例えばＨｇ1-xＣｄxＴｅ結晶は、赤外線受光素子として用いられ、基板上にエピタキシャル成長、例えばＬＰＥ成長される。特に、ＣｄＺｎＴｅ基板上にエピタキシャル成長したＨｇ1-xＣｄxＴｅ結晶層は、転位密度が他の基板上に成長したものより一桁低く、赤外線受光素子の性能が良いため、広く用いられている。
【０００３】
近年、赤外線受光素子の性能向上のため、組成の均一性及び再現性の良いＨｇ1-xＣｄxＴｅ結晶層を製造することが要求されている。
従来の結晶層厚決定方法では、ウェーハ上にエピタキシャル成長された結晶層の周辺部を劈開し、光学顕微鏡で劈開断面の厚さを測定していた。しかし、破壊測定であるため、結晶層の面内任意の位置での測定ができず、結晶層面内厚さを保証することができない。
【０００４】
また、従来の組成ｘ決定法としては、結晶層の比抵抗から組成を求める方法(例えば特開昭５３−１３５２６２号公報）がある。しかし、組成の精度がΔｘ＝０．０１程度と悪く、かつ、破壊測定であるのでウェーハ上の任意の位置での測定ができず、結晶層面内組成を保証することができない。
他の組成ｘ決定法として、結晶層の一部で光伝導素子を製造し、カットオフ波長を測定して結晶のエネルギーギャップの値を求め、エネルギーギャップと組成ｘとの関係式に基づいて組成ｘを求める方法がある。この方法では、組成精度がΔｘ＝０．０００１程度と良いが、結晶層を破壊してしまうので、ウェーハ上の任意の位置での測定ができず、製造した結晶層の面内組成を保証することができない。
【０００５】
非破壊で結晶層の面内任意の位置の厚み及び組成を測定する方法として、分光透過率を用いる方法が提案されている（例えば、E. Finkman et al. :J. Appl. Phys., 50, 4356, (1979)）。
この方法では、Ｈｇ1-xＣｄxＴｅ結晶層の分光透過率を測定し、これから干渉フリンジ周期ｃ（ｃｍ-1）を求め、結晶層厚さtを、次式で求める。
【０００６】
ｔ＝１／（２×ｎ×ｃ）                    ・・・（１）
ここに、ｎは屈折率である。
また、組成ｘは、次のようにして求められる。すなわち、得られた結晶層厚さt及び吸収係数α＝５００ｃｍ-1を次式、
Ｔ＝Ｔmax・ｅｘｐ（−αｔ）                ・・・（２）
に代入したときの透過率Ｔを求め、分光透過率がこの透過率Ｔになるときの波数νcoを読み取る。ここにＴmaxは、分光透過率から干渉フリンジを除去した後の分光透過率の最大値である。この波数νcoを波長（カットオフ波長）λcoに換算し、さらにこれを、式
λco＝１．２４０／Ｅg            ・・・（３）
で半導体結晶のエネルギーギャップＥgに換算する。Ｅgは、温度Ｔ及び組成ｘに依存しており、次式（G. L. Hansen et al., J. Appl. Phys., 53, 7099, (1982), p.7100）、
Ｅｇ＝−０．３０２＋１．９３×ｘ＋５．３５×１０-4 ×Ｔ×（１−２×ｘ）−０．８１０×ｘ2+０．８３２×ｘ3・・・（４）
にエネルギーギャップＥg及び分光透過率測定時の絶対温度Ｔを代入して、組成ｘを求めることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者が上記方法で、実際に結晶層の厚さｔ及び組成ｘを計算したところ、計算値と実測値が合わず、上記方法が利用できないことがわかった。
本発明の目的は、このような問題点に鑑み、実質的な３元化合物半導体ＡxＢ1-xＣの結晶層が基板上にエピタキシャル成長された試料の結晶層組成を精度良く決定することができる結晶層組成決定方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段及びその作用効果】
請求項１では、実質的な３元化合物半導体ＡxＢ1-xＣ（組成ｘ）の結晶層が基板上にエピタキシャル成長された試料の分光透過率又は該結晶層の分光反射率である分光透過／反射率を測定して該組成ｘを求める結晶層組成決定方法において、
組成ｘ0の関数として表された該３元化合物半導体のエネルギーギャップＥgの式に、該分光透過／反射率が透過率Ｔmax・ｅｘｐ（−αｔ）又はこれに相当する反射率になるときの波数に対応したエネルギーギャップの値を代入して、該組成ｘ0を算出し、ここにＴmaxは該分光透過率の略最大値であり、吸収係数αは定数であり、
補正式ｘ＝η・ｘ0＋μに基づいて組成ｘを求め、ここにη及びμは定数である。
【０００９】
この結晶層組成決定方法によれば、組成ｘの精度が向上するという効果を奏する。
請求項２の結晶層組成決定方法では、請求項１において、上記３元化合物半導体はＨｇ1-xＣｄxＴｅ結晶であり、上記厚さｔ及び上記吸収係数αの単位がそれぞれｃｍ及びｃｍ-1のとき、上記定数α、η及びμはそれぞれ略５００、略１．０８及び略−０．０３である。
【００１０】
この結晶層組成決定方法によれば、Ｈｇ1-xＣｄxＴｅ結晶層の組成ｘの精度が向上するという効果を奏する。
【００１１】
この結晶層組成決定方法によれば、表面がエッチングされた結晶層の組成と表面がポリッシングされた結晶層の組成との一方を求め、実際には他方の組成である場合に、求めた組成を該変換式で補正して組成測定精度を向上させることができるという効果を奏する。また、該一方をデータ処理で求める場合に、該他方を考慮せずに該一方のみについてデータ処理すればよいので、データ処理が簡単になるという効果を奏する。
【００１６】
【発明の実施形態及び実施例】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態及び実施例を説明する。
［結晶層厚決定方法］
最初に、Ｈｇ1-xＣｄxＴｅ結晶層をＣｄ1-zＺｎzＴｅ基板上にエピタキシャル成長した試料のＨｇ1-xＣｄxＴｅ結晶層厚ｔを、組成ｘを用いて決定する方法を説明する。図４は、この決定の手順を示すフローチャートである。
【００１７】
図２は、厚さ１０μｍ、２０μｍ、３０μｍ及び４０μｍのこの結晶層の分光透過率をＦＴ−ＩＲで測定した結果を示しており、横軸は波数（ｃｍ-1）、縦軸は透過率（％）である。これらの厚さは、結晶層を劈開して光学顕微鏡で測定したものである。
従来の分光法で結晶層厚さｔを求めても精度が悪い。そこで、次のようにして結晶層厚さｔを求める。以下、括弧内の符号は図中のステップ識別符号である。
【００１８】
（１a）試料の分光透過率を測定する（図２参照）。
（２a）この分光透過率から、結晶層での光路差に基づく干渉フリンジの周期ｃを求める。
（３a）組成ｘを、例えば次の▲１▼〜▲３▼にいずれかにより求める。
▲１▼ＥＰＭＡ（電子プローブマイクロアナリシス）で組成ｘを測定する。
【００１９】
▲２▼結晶層の一部で光伝導素子を製造し、カットオフ波長を測定して結晶のエネルギーギャップの値を求め、エネルギーギャップと組成ｘとの関係式に基づいて組成ｘを求める。
▲３▼図３の分光透過率１０において、透過率が最大値Ｔmの１／２になるカットオフ波数νcoを求め、これをカットオフ波長λcoに換算し、上式（３）に代入してエネルギーギャップＥgに換算し、さらに、このエネルギーギャップＥg及び分光透過率測定時の絶対温度Ｔを上式（４）に代入して、組成ｘを求める。図２中に矢印で示す点の波数は、上式（２）を用いて得られるものであるが、これは前記のような透過率が最大値Ｔmの１／２になる波数とほぼ同じになることがわかる。
【００２０】
▲４▼結晶層製造において組成ｘがほぼ一定している場合には、測定せずにそのｘの値を用いる。
上記▲１▼〜▲３▼のうち、最も精度がよいのは▲２▼である。
（４a）次式、
ｔ＝１／｛（２（β−γ・ｘ）ｃ｝        ・・・（５）
に、ｃ及びｘを代入して、結晶層厚さｔを求める。ここに、β及びγは定数であり、Ｈｇ1-xＣｄxＴｅ結晶層の場合、厚さｔ及び干渉フリンジ周期ｃの単位をそれぞれｃｍ及びｃｍ-1とすると、
β＝４．６６４１、γ＝４．６９１４      ・・・（６）
である。
【００２１】
定数β及びγは、次のようにして決定した。
結晶層の厚さｔ及び組成ｘの異なる多数の試料を作成し、その各々につき、分光透過率を測定して干渉フリンジ周期ｃを求め、上記▲２▼の方法で組成ｘを求め、上式（５）が最も精度良く成立するように最小自乗法で定数β及びγを決定した。
【００２２】
厚さｔの誤差は、０．１８＜ｘ0＜０．４０及び０≦｜δｘ｜≦０．００２μｍ-1の範囲内において、１％以内であることを確認した。ここにδｘは、厚さ方向の組成ｘの勾配である。
なお、Ｈｇ1-xＣｄxＴｅ結晶層の厚さｔが、光学顕微鏡で観察したものであるので、例えば温度５００℃以上で１０時間以上エピタキシャル成長する場合には、相互拡散層が大きくなり、光学顕微鏡で観察したＨｇ1-xＣｄxＴｅ/Ｃｄ1-zＺｎzＴｅ界面と、ｘ＝１となる真のＨｇ1-xＣｄxＴｅ/Ｃｄ1-zＺｎzＴｅの界面にずれが生ずる。しかし、通常のＬＰＥ、ＭＯＣＶＤ及びＭＢＥ成長では、このずれは０．１μｍ程度であり、問題にならない程度小さい。
【００２３】
次に、具体的数値例を挙げる。
Ｈｇ1-xＣｄxＴｅ結晶層（ｘ＝０．２２５）をＣｄ1-zＺｎzＴｅ基板（ｚ＝０．０３３）上にＬＰＥ成長
組成勾配δｘ＝−０．０００５μｍ-1
フリンジ周期ｃ＝５６．３ｃｍ-1
結晶層厚ｔ＝２５．０μｍ
［結晶層組成決定方法］
次に、結晶層厚ｔを用いて結晶層組成ｘを決定する方法について述べる。図５は、この決定の手順を示すフローチャートである。
【００２４】
従来の分光法で組成ｘを求めても精度が悪い。そこで、次のようにして組成ｘを求める。
（１b）試料の分光透過率を測定する。
（２b）干渉フリンジができないと仮定した場合の透過率最大値Ｔmaxを次のようにして求める。
【００２５】
図３において、測定した波数域の低域側、例えば分光透過率が最大値Ｔmの１／２になる点での接線１１と最大値Ｔmの直線との交点の波数νc以下の領域における、干渉フリンジの各周期での最大値と最小値の平均値を降順に並べたときの１番目（又は２番目）の値を、Ｔmaxとして求める。このようにすれば、コンピュータで容易かつ確実に、適当なＴmaxを求めることができる。
【００２６】
（３b）上式（２）に、このＴmax、α＝５００ｃｍ-1、及び、前述の方法又は顕微鏡で劈開断面を観察して求めた結晶厚さｔを代入して、透過率Ｔを求める。（４b）分光透過率がＴになる点（図２中に矢印で示す点）のカットオフ波数νcoを求め、上記ステップ（３a）と同様にして組成ｘを求め、これをｘ0とする。
【００２７】
（５b）次の補正式に組成ｘ0を代入して、補正された組成ｘを求める。
ｘ＝η・ｘ0＋μ                        ・・・（７）
ここに、η及びμは定数であり、Ｈｇ1-xＣｄxＴｅ結晶層の場合、
η＝１．０８０９、μ＝−０．０３０８  ・・・（８）
である。
【００２８】
このようにして求めたＨｇ1-xＣｄxＴｅ結晶層の組成ｘは、精度Δｘ＝０．０００５程度が保証されることを確認した。
次に、具体的数値例を挙げる。
Ｃｄ1-zＺｎzＴｅ基板上にＨｇ1-xＣｄxＴｅ結晶層をＬＰＥ成長
ｔ＝２５μｍ、Ｔｍａｘ＝５５％、Ｔ＝１５．７５８％、
測定温度２９５Ｋ、ｘ0＝０．１７９３、ｘ＝０．１６３０
［結晶層厚・組成決定方法１］
次に、結晶層の厚さと組成とが未知である場合に、上述の２つの方法を組み合わせて、結晶層の厚さと組成とを同時により精度良く決定する方法について述べる。図６は、この決定の手順を示すフローチャートである。
【００２９】
（１c）試料の分光透過率を測定する。
（２c）この分光透過率から、結晶層での光路差に基づく干渉フリンジの周期ｃを求める。
（３c）Ｔmaxを上記ステップ（２b）の方法で求める。
（４c）組成ｘ0の初期値を、例えば上記ステップ（３a）の方法で求め、又は、、０＜ｘ0＜１の範囲の適当な値、例えば０．２を組成ｘ0に代入する。
【００３０】
（５c）次式（５’）にｃ及びｘ0を代入して、結晶層厚さｔを求める。
ｔ＝１／｛（２（β0−γ0・ｘ0）ｃ｝      ・・・（５’）
ここに、β0及びγ0は定数であり、Ｈｇ1-xＣｄxＴｅ結晶層の場合、厚さｔ及び干渉フリンジ周期ｃの単位をそれぞれｃｍ及びｃｍ-1とすると、
β0＝４．５３０４、γ0＝４．３４０３      ・・・（６’）
であって、上記（６）とは異なる値である。
【００３１】
（６c）上式（２）に、Ｔmax、α＝５００ｃｍ-1及び結晶厚さｔを代入して、透過率Ｔを求める。
（７c）分光透過率がＴになる点（図２中に矢印で示す点）のカットオフ波数νcoを求め、上記ステップ（３a）と同様にして組成ｘ0を求める。
（８c）｜ｔ−ｔb｜＜εかつ｜ｘ0−ｘb｜＜εであれば処理を終了する。ここにεは収束判定値であり、ｔb及びｘbはそれぞれｔ及びｘの前回値である。ｔb及びｘbの初期値は、ステップ４ｃ以前において、初回で収束したと判定されないように例えば大きな値にしておく。
【００３２】
（９c）ｔｂ←ｔ、ｘ0ｂ←ｘ0と代入してｔｂ及びｘｂを更新し、ステップ（５c）へ戻る。
（１０c）上式（７）に組成ｘ0を代入して、補正された組成ｘを求める。
このような方法により、結晶層の厚さｔ及び組成ｘが未知であっても、精度良く結晶層の厚さ及び組成を決定することが可能となる。
【００３３】
Ｈｇ1-xＣｄxＴｅ結晶層の場合、組成の精度Δｘ＝０．０００５以内を確保するためには、結晶層厚さ方向の組成勾配δｘが０．０００１≦｜δｘ｜≦０．００１μｍ-1である必要があることがわかった。
［結晶層厚・組成決定方法２］
次に、結晶層の厚さと組成と組成勾配とが未知である場合に、組成勾配δｘが上記範囲を超えても組成の精度Δｘ＝０．０００５以内を確保することが可能な厚さ・組成決定方法を説明する。図７は、この決定の手順を示すフローチャートである。図１は、この方法を用いた後述の結晶層製造装置の概略を示すフローチャートである。
【００３４】
図１において、エピタキシャル成長装置２０で基板１ａ上に結晶層１ｂをエピタキシャル成長させる。
（１d）分光測定装置２１、例えばＦＴ−ＩＲで、試料１の分光透過率１を測定し、その測定データ（波数及びこれに対応した透過率のデータ）を結晶層厚・組成算出装置２２の記憶部に格納する。結晶層厚・組成算出装置２２は、例えば一般的な入出力装置を備えたコンピュータシステムである。
【００３５】
（２d）エッチング装置２３で試料１の結晶層１ａをエッチングし、これを試料２とする。
（３d）分光測定装置２１で試料２の分光透過率２を測定し、その測定データを結晶層厚・組成算出装置２２の記憶部に格納する。
以下のステップ４d〜１３dでの処理は、結晶層厚・組成算出装置２２で実行される。
【００３６】
（４d）分光透過率１及び２の測定データから干渉フリンジ周期ｃ1及びｃ2をそれぞれ求める。
（５d）試料１及び２のＴmax1及びＴmax2をそれぞれ、上記ステップ（２b）の方法で求める。
（６d）試料１及び２の組成ｘ1及びｘ2の初期値ｘ01及びｘ02をそれぞれ、例えば上記ステップ（３a）の方法で求める。
【００３７】
（７d）上式（５’）にｃ1及びｘ0＝ｘ01を代入して結晶層厚さｔ＝ｔ1を求め、上式（５’）にｃ2及びｘ0＝ｘ02を代入して結晶層厚さｔ＝ｔ2を求める。
（８d）結晶層厚・組成算出装置２２で、組成勾配δｘを次式により求める。
δｘ＝（ｘ01−ｘ02）／（ｔ1−ｔ2）  ・・・（９）
（９d）上式（２）にＴmax、α＝５００ｃｍ-1及び結晶厚さｔ1を代入して、透過率Ｔ1を求め、上式（２）にＴmax、α＝５００ｃｍ-1及び結晶厚さｔ2を代入して、透過率Ｔ2を求める。
【００３８】
（１０d）分光透過率がＴ1になる点のカットオフ波数νco1を求め、上記ステップ（３a）と同様にして組成ｘ01を求める。分光透過率がＴ2になる点のカットオフ波数νco2を求め、上記ステップ（３a）と同様にして組成ｘ02を求める。
（１１d）｜ｔ1−ｔb1｜＜ε、｜ｔ2−ｔb2｜＜ε、｜ｘ01−ｘ01b｜＜εかつ｜ｘ2−ｘ02b｜＜εであれば処理を終了する。ここにεは収束判定値であり、ｔb1、ｔb2、ｘ01b及びｘ02bはそれぞれｔ1、ｔ2、ｘ01及びｘ02の前回値であり、これら初期値は例えば上述のように大きな値にしておく。
【００３９】
（１２d）ｔｂ1←ｔ1、ｔｂ2←ｔ2、ｘ01ｂ←ｘ01、ｘ02ｂ←ｘ02と代入してｔｂ1、ｔｂ2、ｘ01ｂ及びｘ02ｂを更新し、ステップ（７d）へ戻る。
（１３d）組成ｘ0＝ｘ01を式、
ｘ＝（１−κ・δｘ）ｘ0＋ξ・δｘ    ・・・（１０）
で補正して組成ｘ＝ｘ1を求め、同様に組成ｘ0＝ｘ02をこの式で補正して組成ｘ＝ｘ2を求める。
【００４０】
ここに、κ及びξは定数であり、Ｈｇ1-xＣｄxＴｅ結晶層の場合、
κ＝１６１．８、ξ＝６１．６０        ・・・（１１）
である。
このような方法により、測定精度Δｘ＝０．０００５以内となる組成勾配の範囲がδｘが０≦｜δｘ｜≦０．０５μｍ-1程度まで広がり、実用上充分となる。
【００４１】
本方法は、LPE成長のような厚さ方向に組成勾配のある成長法で成長した結晶層の組成及び厚さ測定に、特に有効である。
以上の具体的数値例は、Ｈｇ1-xＣｄxＴｅ結晶層の表面がポリッシング面である場合の値である。Ｈｇ1-xＣｄxＴｅ結晶層の表面がエッチング面である場合には、その組成をｘeとすると、ポリッシング面のＨｇ1-xＣｄxＴｅ結晶層の組成ｘpに対し、
ｘe＝ｘp−０．０００６３        ・・・（１２）
なる式で補正すれば、実際の組成に合うことが分かった（ただし、エッチング液としては、Ｈｇ1-xＣｄxＴｅ結晶層で最もよく用いられる臭素とメタノールの混合液を用いた）。これは、表面状態で透過率が変わるためである。
【００４２】
以上の説明では、分光透過率を用いた場合について述べたが、本発明は、分光反射率を用いても同様に実施することができる。分光反射率の場合、例えば、全反射を０％の透過率とし、最小の反射率を透過率１００％として一次変換したものを、分光透過率とみなして、上記と同じ計算式で計算することにより、分光透過率を用いた場合と同じ効果が得られる。このスケール拡大は、求められる組成ｘの値には影響しない。
【００４３】
また、分光測定装置としては、フーリエ変換型赤外分光装置に限られず、グレーティング方式やその他各種の分光測定装置を用いることができる。ただし、測定精度上、測定ビーム径は５ｍｍ以下であることが望ましい。
［相互拡散層の組成分布決定方法］
次に、Ｃｄ1-zＺｎzＴｅ基板／Ｈｇ1-xＣｄxＴｅ結晶層の界面付近での相互拡散層の組成分布決定方法について説明する。
【００４４】
組成分布計算プログラムはライブラリの一部として提供されており、これに、界面位置と相互拡散の拡散係数Ｄ（ｘ，Ｔ）を入力することにより、組成分布が得られる。図８（Ａ）はこの分布の例を示している。従来では、
Ｄ＝３．１５×１０10-3.53x・ｅｘｐ（−２．２４×１０4 ／Ｔ）
なる式が用いられていた（K. Zanio and T. Massoput, J. Electron. Mater., 15(1986), 103）。
【００４５】
しかし、この式を用いても実際とのフィッティング精度が良くないことがわかった。そこで、上式にパラメータＡ、Ｂ及びＣを次のように入れた式、
Ｄ＝Ａ・３．１５×１０10-3.53xB・ｅｘｐ（−２．２４×１０4 Ｃ／Ｔ）
を用い、計算された組成分布と実際の組成分布とのフィッティング精度を良くするためのパラメータＡ、Ｂ及びＣの値を求めたところ、Ａ＝０．７５，Ｂ＝０．８５，Ｃ＝１のときに、実際の組成分布に合うことがわかった。実際の相互拡散層の組成分布は、試料Ｈｇ1-xＣｄxＴｅ/Ｃｄ1-zＺｎzＴｅ劈開断面をＥＰＭＡ（電子プローブマイクロアナリシス）で分析して、厚み方向各位置での組成ｘを求めた。
【００４６】
このフィッティングは、成長前のＣｄ1-zＺｎzＴｅ基板の表面位置を、試料Ｈｇ1-xＣｄxＴｅ/Ｃｄ1-zＺｎzＴｅ劈開断面上の図８（Ｂ）に示すようなエッチピット列１ｃのある位置として行った。エッチピット列１ｃは、CrO3：H2SO4：HCl：H20＝２０ｇ：７５ｃｃ：３５ｃｃ：２４０ｃｃの液で１０秒エッチングして出した。
【００４７】
以上述べた数値例で精度確保のための他の条件は、Ｃｄ1-zＺｎzＴｅ基板の組成zの範囲が０≦ｚ≦０．０７であり、Ｈｇ1-xＣｄxＴｅ結晶層の厚さｔの範囲が１μｍ＜ｔ＜１００μｍである。後者については、Ｈｇ1-xＣｄxＴｅ結晶層の厚さが１μｍ以下だと干渉フリンジが1周期もでなくなり、100μｍ以上だと干渉フリンジが小さくなり過ぎて、バックグラウンドのノイズと区別できなくなるためである。
【００４８】
また、Ｈｇ1-xＣｄxＴｅ結晶層がＺｎを含み、４元のＨｇ1-x-wＣｄxＺｎwＴｅと表されるとき、その組成ｗが０＜ｗ＜０．０１の範囲内であれば、以上の具体的数値を含む計算式でＨｇ1-x-wＣｄxＺｎwＴｅ結晶層の厚さｔ及び組成ｘを測定することができ、この場合、４元であっても実質的には３元の化合物半導体結晶であり、本発明に含まれる。
【００４９】
［結晶層製造方法及び装置］
次に、上記厚さ・組成決定方法２を利用した組成精度及び再現性の良いＨｇ1-xＣｄxＴｅ結晶層の製造方法及び装置（図１）について説明する。図９は、結晶層製造手順を示すフローチャートである。
（１e）基板１ａ上に結晶層１ｂをエピタキシャル成長させる。
【００５０】
（２e）上記厚さ・組成決定方法２を、例えば一辺が３〜５ｃｍ□の試料に対しその面内の９点について、実施する。
（３e）組成ｘが許容誤差範囲内で目標値（以下に述べるステップ６eでの研磨量、及び、エッチング面と研磨面との間の上式（１２）による補正を考慮した目標値）になっていれば、最終的に得られた厚さｔ及び組成ｘのデータを、エピタキシャル成長装置２０での成長条件と関連付けて記憶装置に記憶し、ステップ６eへ進む。
【００５１】
（４e）得られた組成ｘの勾配δｘの値に基づいて、結晶層１ｂの表面の組成ｘの平均値（上記の場合、９点の平均値）を上記目標値にするためのエッチング時間を決定する。
（５e）結晶層１ｂに対しエッチング装置２３で、決定した時間だけエッチングする。例えば、臭素とメタノールの混合液（１０ｇ／３００ｃｃ）でのエッチング速度は約６μｍ／ｍｉｎである。このエッチングは、図７のステップ２ｄでのエッチングであって、これと独立に行われるものではない（前回エッチングしたものが図７のステップ１dの試料１となる）。次にステップ２e（図７のステップ３d）へ戻る。
【００５２】
（６e）結晶層１ｂのエッチング面を平坦にするために、結晶層１ｂの表面をポリッシングする。研磨傾きを避けるために、研磨量δｔは０．５μｍ＜δｔ＜３μｍの範囲内にしたほうがよい。例えば、δｔ＝１．５μｍとする。次に、ステップ２eへ戻る。
ステップ３eで、組成ｘが目標値になったときの結晶層厚ｔが目標値になっていなければ、ステップ３eでのデータ記憶で蓄積されたデータに基づいて、結晶層厚ｔが目標値になるように、エピタキシャル成長装置２０での原料比調整などのエピタキシャル成長条件を変更する。これにより、組成の均一性と再現性のよい結晶層を製造することができ、良質なデバイスを得ることが可能となる。
【００５３】
上記厚さ・組成決定方法２によれば、上記具体的数値例の場合に厚さ誤差１％以内、組成の精度Δｘ＝０．０００５以内で測定できるので、この製造方法によれば、面内の厚さ、組成が保証された良質なＨｇ1-xＣｄxＴｅ結晶層を製造することができる。特に、ＬＰＥ成長では、成長表面が略等組成面となるので、本発明によれば製造された結晶層の組成ばらつきを従来の１／２以下にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る結晶層製造装置の概略を示すブロック図である。
【図２】結晶層厚の異なる４つの試料の分光透過率測定結果及びカットオフ波数に対応した透過率を示す図である。
【図３】干渉フリンジができないと仮定したときの透過率最大値Ｔmax決定方法及び略カットオフ波数νcoの求め方を示す図である。
【図４】結晶層厚決定手順を示すフローチャートである。
【図５】結晶層組成決定手順を示すフローチャートである。
【図６】結晶層厚・組成決定手順を示すフローチャートである。
【図７】組成勾配を考慮した結晶層厚・組成決定手順を示すフローチャートである。
【図８】（Ａ）は基板／結晶層界面付近の拡散による組成分布を示す線図であり、（Ｂ）はこの分布の界面位置に結晶層のエッチピット列を対応させて示す図である。
【図９】結晶層製造手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  試料
１ａ  基板
１ｂ  結晶層
２０  エピタキシャル成長装置
２１  分光測定装置
２２  結晶層厚・組成算出装置
２３  エッチング装置
【図１】
0003683562.tif 000002
【図２】
0003683562.tif 000003
【図３】
0003683562.tif 000004
【図４】
0003683562.tif 000005
【図５】
0003683562.tif 000006
【図６】
0003683562.tif 000007
【図７】
0003683562.tif 000008
【図８】
0003683562.tif 000009
【図９】
0003683562.tif 000010