(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光デバイス用のＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶であって、
前記結晶中に５×１０14〜６×１０15ｃｍ-3の第１（１Ａ）族元素が含まれるとともに、
前記結晶中に含まれる第１３（３Ｂ）族元素と第１７（７Ｂ）族元素の総量は２×１０15ｃｍ-3未満で、かつ前記第１（１Ａ）族元素の総量よりも少なく、
抵抗率が１０〜１０4Ωｃｍであることを特徴とするＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶。
【請求項２】
結晶中に第１４（４Ｂ）族元素、及び遷移金属元素をさらに含み、
前記結晶中に含まれる第１３（３Ｂ）族元素、第１７（７Ｂ）族元素、第１４（４Ｂ）族元素であるＧｅ、Ｓｎ、及び遷移金属元素であるＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉの総量は２×１０15ｃｍ-3未満で、かつ前記第１（１Ａ）族元素の総量よりも少ないことを特徴とする請求項１に記載のＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体単結晶に関し、特に、赤外線センサ等の光デバイス用の基板として有用なＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶は、Ａｌ（アルミニウム），Ｇａ（ガリウム），Ｉｎ（インジウム）等の第１３（３Ｂ）族元素、Ｆ（フッ素），Ｃｌ（塩素），Ｂｒ（臭素），Ｉ（ヨウ素）等の第１７（７Ｂ）族元素、Ｇｅ（ゲルマニウム），Ｓｎ（スズ）等の第１４（４Ｂ）族元素、Ｖ（バナジウム）等の遷移金属元素が少量含まれると高抵抗となり、さらに、第１３（３Ｂ）族元素や第１７（７Ｂ）族元素が充分量ドーピングされるとｎ型導電性を示すという性質を有する。このようにして得られる高抵抗のＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶は、フォトリフラクティブ素子や電気光学素子（ＥＯ素子）、放射線検出素子用の基板として用いられる。また、前記用途に用いられる場合、ＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶基板が高抵抗なほどデバイス特性が向上することが知られており、その抵抗率は１×１０8Ωｃｍ以上であることが望まれている。【０００３】
例えば、特許文献１には、高抵抗のフォトリフラクティブ結晶を得るために、ドーパントしてのＧａの濃度を５×１０16〜５×１０18ｃｍ-3とし、その他の不純物原子濃度を７×１０14ｃｍ-3以下としたＣｄＴｅ単結晶が開示されている。また、ＩｎやＶをドーパントとして用いると、高抵抗にするためには高濃度のドーピングが必要となり結晶性が悪くなるのでドーパントしてＧａを用いている。かかる技術によれば、ＣｄＴｅ単結晶において、１×１０8Ωｃｍ以上の高い抵抗率を実現することができる。【０００４】
また例えば、特許文献２には、結晶中のＣｌ濃度が０．１〜５．０ｐｐｍｗｔで、室温での抵抗率が１．０×１０9ΩｃｍであるＣｄＴｅ単結晶が開示されている。【０００５】
一方、ＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶は、２〜２０μｍ帯近傍の赤外線センサー用の基板として広く用いられている。具体的にはＣｄＺｎＴｅ基板上にｐ型とｎ型のＨｇＣｄＴｅエピタキシャル層を形成したｐｎ接合ダイオードが用いられている。この光デバイス用ＣｄＺｎＴｅ基板においては、良質なｐ型とｎ型のＨｇＣｄＴｅエピタキシャル層が重要とされており、基板の電気特性よりもエピタキシャル層に悪影響が出ない基板が重要とされている。ところが、基板中の不純物がエピタキシャル層へ拡散してｐｎ特性に悪影響を及ぼすことが懸念される。このため、前述したような放射線検出器向け等の高抵抗基板にするために用いられる不純物を少量ドーピングする技術は望まれていない。
【特許文献１】特開平５−７０２９８号公報
【特許文献２】特開平１１−２２８２９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、フォトリフラクティブ素子や電気光学素子（ＥＯ素子）、放射線検出素子用のＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶については、必要な電気特性、およびその単結晶を実現させるための技術が積極的に提案されている一方、光デバイス用のＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶については十分に検討されているとは言えない。これは、光デバイス用ＣｄＺｎＴｅ基板については、良質なｐ型とｎ型のＨｇＣｄＴｅエピタキシャル層が重要とされてきており、不純物が少ない方がエピタキシャル層へ拡散してｐｎ特性に悪影響を及ぼす可能性が少ないという程度にとどまっているためである。【０００７】
しかしながら、一般的に光デバイス用基板は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体単結晶であるＧａＡｓやＩｎＰを用いた光デバイスの例のように、電極とのオーミック性の点で低抵抗の方が有利であり、今後、デバイスの生産性を高めていく観点で重要と考えられる。【０００８】
ところで、ＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶は、結晶中にＬｉやＮａ等の第１（１Ａ）族元素が含まれると、容易に低抵抗となる性質を持っている。しかし、従来、ＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶を製造する場合、原料中の純度によっては、第１（１Ａ）族元素や第１３（３Ｂ）族元素等の不純物が制御されずに混入してしまうことにより、結晶の低抵抗化のために第１（１Ａ）族元素を添加しても所望の抵抗率を得るためにはその添加量を原料結晶毎に調整する必要があった。これは、第１（１Ａ）族元素と第１３族（３Ｂ）族元素のそれぞれの効果が相殺した結果として低抵抗を示していたと考えられる。そして、このような場合は、第１（１Ａ）族元素と第１３（３Ｂ）族元素が高濃度で含有されていることもありうる。【０００９】
すなわち、このようなＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶は所定の範囲の抵抗率を有していても、結晶中に多量の不純物が含有されているためデバイス特性が低下するという問題がある。したがって、エピタキシャル層へ影響の出ない範囲の不純物量を充分に考慮した上で、かつ低抵抗率のＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶であることが、光デバイス用基板として重要であるといえる。【００１０】
本発明は、ＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶の抵抗率と含有不純物量を規定し、赤外線センサ等の光デバイス用の基板として有用なＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、光デバイス用のＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶であって、前記結晶中に５×１０14〜６×１０15ｃｍ-3の第１（１Ａ）族元素を含み、前記結晶中に含まれる第１３（３Ｂ）族元素と第１７（７Ｂ）族元素の総量が２×１０15ｃｍ-3未満であり、かつ前記第１（１Ａ）族元素の総量よりも少なくなるようにし、抵抗率を１０〜１０4Ωｃｍとしたものである。すなわち、ＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶を光デバイス用の基板として用いるためには、その抵抗率を所定の範囲内にするだけでは良好なデバイス特性を保証できないので、結晶基板中に含まれる不純物量を規定するようにした。【００１２】
このように、第１３（３Ｂ）族元素と第１７（７Ｂ）族元素の総量が第１（１Ａ）族元素濃度よりも小さければ、少量含有されていたとしてもＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶を高抵抗にする効果は少ないので、低抵抗のＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶を実現できる。なお、ＣｄＴｅ系化合物半導体とは、ＣｄとＴｅの一部あるいは全部を置換したＣｄ若しくはＴｅを主成分とする化合物半導体を意味し、例えばＣｄＴｅやＣｄＺｎＴｅ、ＣｄＨｇＴｅ等がある。また、第１（１Ａ）族元素とは、Ｈ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓの族を意味するが、本発明では容易に低抵抗となる性質を持っていると認知されているＬｉ、Ｎａ、Ｋの不純物量を対象とした。一方、第１３（３Ｂ）族元素としては、高抵抗となる性質を有すると認知されているＡｌ、Ｇａ、Ｉｎを対象とし、第１７（７Ｂ）族元素としてはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉを対象とした。【００１３】
さらに、結晶中に第１４（４Ｂ）族元素であるＧｅ、Ｓｎ、及び遷移金属元素であるＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉを含み、前記結晶中に含まれる第１３（３Ｂ）族元素、第１７（７Ｂ）族元素、第１４（４Ｂ）族元素であるＧｅ，Ｓｎ、及び遷移金属元素であるＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉの総量は２×１０15ｃｍ-3未満で、かつ前記第１（１Ａ）族元素の総量よりも少なくなるようにした。これらの元素も第１３（３Ｂ）族元素と同様にＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶を高抵抗にする性質を有するので、第１（１Ａ）族元素濃度より低濃度とするのが望ましい。【００１４】
なお、本発明ではＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶中に含まれる不純物濃度を規定しているが、これはＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶を製造する際の原料純度によっては、低抵抗化に好ましくない不純物（ここでは第１３（３Ｂ）族元素等）を検出限界以下に除去することは困難であるためであり、良好な電気特性を得るためには不純物濃度ができるだけ小さいことが望ましいのはいうまでもない。【００１５】
以下に、本発明を完成するに至った経緯について説明する。【００１６】
一般に、ＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶は、ＬｉやＮａ等の第１（１Ａ）族元素が少量含まれると低抵抗のｐ型導電性を示し、第１（１Ａ）族元素のドーピング量を多くすると抵抗率が低下し、ドーピング量を少なくすると抵抗率が大きくなるという性質を有する。そこで、本発明者等は、ＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶の抵抗率とデバイス特性の関係について検討した。【００１７】
具体的にはＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶の一つであるＣｄＺｎＴｅ単結晶基板を用いて、該基板上にノンドープでｐ型導電性となるＨｇＣｄＴｅバッファ層と、さらにその上にＩｎドープｎ型ＨｇＣｄＴｅ活性層を形成し、簡易的な光デバイス構造のエピタキシャル結晶を作製した。そして、このエピタキシャル結晶の表面に形成した電極を用いてその移動度と電流−電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）を測定するとともに、基板裏面に形成した電極とエピタキシャル結晶表面の電極との間のＩ−Ｖ特性を評価した。なお、本実験では、ＣｄＺｎＴｅ単結晶中の第１（１Ａ）族以外の不純物濃度はできるだけ低減するようにした。すなわち、ＣｄＺｎＴｅ単結晶を高抵抗に制御する不純物である、第１３（３Ｂ）族元素のうちのＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、第１７（７Ｂ）族元素のうちのＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、第１４（４Ｂ）族元素のうちのＧｅ、Ｓｎ、及び遷移金属元素のうちのＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉの総量は５×１０14ｃｍ-3未満であった。【００１８】
その結果、ＣｄＺｎＴｅ単結晶の抵抗率が１０〜１０4Ωｃｍであるときに良好な電気特性が得られることが判明した。なお、第１（１Ａ）族元素の濃度が６×１０15ｃｍ-3のときに抵抗率は１０Ωｃｍとなり、５×１０14ｃｍ-3のときに１０4Ωｃｍとなった。【００１９】
つまり、抵抗率が１０Ωｃｍよりも小さい場合は相当量の第１（１Ａ）族元素がドーピングされていることとなるために、ＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶の純度が低下してしまい電気特性が低下すると考えられた。一方、抵抗率が１０4Ωｃｍよりも大きい場合は、電極を形成したときに電極とＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶基板との接触抵抗が大きくオーミック特性が低くなるために、電気特性が悪くなると考えられた。【００２０】
これより、低抵抗ＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶を実現するためには、単結晶中の第１（１Ａ）族元素の濃度を５×１０14〜６×１０15ｃｍ-3とすることが必要であることが判明した。【００２１】
次に、第１（１Ａ）族元素をドーピングされてｐ型低抵抗とされたＣｄＺｎＴｅ単結晶中に含まれる不純物の量とデバイス特性の関係について検討した。これは、ＣｄＺｎＴｅ単結晶を製造する際の原料の純度によっては第１（１Ａ）族元素以外の不純物元素が混入されるおそれがあり、これらの不純物元素がＣｄＺｎＴｅ単結晶の抵抗率や当該ＣｄＺｎＴｅ単結晶基板を用いた光デバイスの特性に影響を及ぼすからである。具体的には、ｐ型低抵抗ＣｄＺｎＴｅ単結晶を育成する際に、意図的に第１（１Ａ）族元素と他の不純物元素（例えば、第１３（３Ｂ）族元素であるＧａと第１７（７Ｂ）族元素であるＣｌ）を混入させて、得られたＣｄＺｎＴｅ単結晶中の不純物含有量（濃度）とデバイス特性との関係について検討した。【００２２】
その結果、第１３（３Ｂ）＋第１７（７Ｂ）族元素の総量が第１（１Ａ）族元素の総量よりも多いとＣｄＺｎＴｅ単結晶の抵抗率が１０4Ωｃｍより大きくなるため、デバイス特性が低下することが判明した。つまり、第１（１Ａ）族元素よりも第１３（３Ｂ）＋第１７（７Ｂ）族元素によって抵抗率が支配されるために容易に高抵抗になったと考えられる。【００２３】
また、第１３（３Ｂ）＋第１７（７Ｂ）族元素の総量が第１（１Ａ）族元素の総量よりも少ないが、２×１０15ｃｍ-3以上となる場合は、ＣｄＺｎＴｅ単結晶のデバイス特性が悪化することが判明した。悪化の原因は、第１３（３Ｂ）＋第１７（７Ｂ）族元素がエピタキシャル層へ拡散したためと考えられた。なお、この場合、抵抗率は１０〜１０4Ωｃｍを満たしていた。【００２４】
逆に、第１３（３Ｂ）族元素の総量が第１（１Ａ）族元素の総量よりも少なく、かつ２×１０15ｃｍ-3未満となる場合は、ＣｄＺｎＴｅ単結晶のデバイス特性は結晶中に含まれる第１（１Ａ）族元素の総量に従うことが判明した。すなわち、上述した検討結果をまとめると表１のようになる。【００２５】
【表１】
0004879750.tif 000002
【００２６】
また、第１３（３Ｂ）族元素と第１７（７Ｂ）族元素だけでなく、第１４（４Ｂ）族元素のうちのＳｎ，Ｇｅや、遷移金属元素のうちのＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＮｉもＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶を高抵抗にする性質を有する。そこで、上記第１３（３Ｂ）＋第１７（７Ｂ）族元素の場合と同様に実験を行ったところ、表２に示す結果が得られ、第１（１Ａ）族元素の総量とこれらの不純物元素の総量との間に表１と同様な傾向が確認できた。これより、ＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶に含まれる第１（１Ａ）族元素以外の不純物（第１３（３Ｂ）族元素，第１７（７Ｂ）族元素，第１４（４Ｂ）族元素のうちのＧｅ、Ｓｎ、及び遷移金属元素のうちのＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉの総量が、２×１０15ｃｍ-3以上となる場合はデバイス特性が悪化することが分かった。【００２７】
【表２】
0004879750.tif 000003
【００２８】
以上のことから、結晶中の第１（１Ａ）族元素の総量を５×１０14〜６×１０15とするとともに、第１３（３Ｂ）＋第１７（７Ｂ）族元素の総量を第１（１Ａ）族元素の総量よりも少なく、さらに第１４（４Ｂ）族元素のうちのＧｅ、Ｓｎ、及び遷移金属元素のうちのＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉの総量を第１（１Ａ）族元素の総量よりも少なくし、かつ、第１（１Ａ）族元素以外の上記不純物の総量を２×１０15ｃｍ-3未満とすることにより、低抵抗（１０〜１０4Ωｃｍ）で、電気特性の良好なｐ型ＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶を実現できることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、第１（１Ａ）族元素以外の上記不純物が検出限界を超えて混入していても、２×１０15cm-3未満であって第１（１Ａ）族元素より少なければ、かかるＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶により作製された光デバイスのデバイス特性に影響しないことを意味する。【００２９】
なお、本願の特許請求の範囲において、光デバイス用のＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶としたが、ＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶とは基板としてだけでなく、例えばＳｉなどの異種基板上にＣｄＴｅ系化合物半導体エピタキシャル単結晶を成長し、その上面にｐ型とｎ型のＨｇＣｄＴｅを形成したｐｎ接合ダイオードとした場合についても同様に当てはまる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、第１（１Ａ）族元素がドーピングされた光デバイス用のＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶において、前記結晶中に含まれる第１（１Ａ）族元素の総量を５×１０14〜６×１０15ｃｍ-3とするとともに、前記結晶中に含まれる第１３（３Ｂ）族元素と第１７（７Ｂ）族元素の総量は２×１０15ｃｍ-3未満で、かつ前記第１（１Ａ）族元素の総量よりも少なくして、ドーパント及びその他の不純物による結晶純度の低下を抑えるようにしたので、結晶純度の低下に伴う電気特性の低下を回避しつつ、低抵抗率（１０〜１０4Ωｃｍ）を実現することができる。【００３１】
したがって、かかるＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶を赤外線センサ等の光デバイス用基板として用いることで、優れた電気特性（移動度、Ｉ−Ｖ劣化特性等）をもつエピタキシャル結晶により作製された光デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】ＶＧＦ法による結晶成長装置の概略構成図である。
【図２】ＣｄＺｎＴｅ単結晶基板の構造を示す断面図である。
【図３】ＣｄＺｎＴｅ単結晶基板上にＨｇＣｄＴｅエピタキシャル層を成長させたエピタキシャル結晶の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０１  ＣｄＺｎＴｅ単結晶基板
１０２  ＨｇＣｄＴｅバッファ層
１０３  ＩｎドープＨｇＣｄＴｅ活性層
１０４  Ｉｎ電極
１０５  Ａｕ電極
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。【００３５】
図１は、本実施形態のＣｄＺｎＴｅ単結晶をＶＧＦ法により成長させる結晶成長装置の概略構成図である。【００３６】
図１中、符号１０は高圧容器であり、この高圧容器１０の中心にはリザーバ部１１ａを有する石英アンプル１１が配置されている。また、石英アンプル１１内にはｐＢＮ製ルツボ１３が配置され、石英アンプル１１を包囲するようにヒータ１２が設けられている。なお、ヒータ１２の構成は、特に制限されないが、本実施形態のように、ルツボ１３に対応する部分とリザーバ部１１ａに対応する部分とを別々の温度に加熱でき、かつ高圧容器１０内の温度部分布を細かく制御できるように例えば３段の多段型構造とするのが望ましい。【００３７】
また、予めＣｄ，Ｚｎ，Ｔｅを蒸留や帯域精製などにより高純度化した原料により合成したＣｄＴｅ、ＺｎＴｅ多結晶をＣｄＺｎＴｅ単結晶成長原料として用いた。この原料高純度化に要する方法と工数（コスト）の程度により、不純物レベルを変えることができる。【００３８】
（実施例１）
まず、石英アンプル１１のリザーバ部１１ａに易揮発性元素であるＣｄ単体１４を１５ｇ入れるとともに、ｐＢＮ製ルツボ１３にＣｄＺｎＴｅ原料１５を３８５０ｇ入れて石英アンプル１１内に配置した後、石英アンプル１１を封止した。このとき、例えば、特開２００３―２７７１９７号公報に開示されているＣｄＴｅ多結晶の製造方法に従って製造された第１（１Ａ）族元素であるＬｉを所定量含むＣｄＴｅ多結晶をブロック状に分割したものと、粒状のＺｎＴｅ塊をＣｄＺｎＴｅ原料１５として用いた。【００３９】
そして、ヒータ１２で加熱昇温してルツボ１３内のＣｄＺｎＴｅ原料１５を融解し、ヒータ１２でリザーバ部１１ａを所定温度、例えば、７７０〜８３０℃に加熱して蒸気圧制御を行うとともに、ルツボ１３を加熱した。【００４０】
さらに、高圧容器１０内に所望の温度分布が生じるように各ヒータへの供給電力量を制御装置（図示しない）で制御しながら加熱炉内の温度を徐々に下げてＣｄＺｎＴｅ単結晶を成長させた。そして、０．２４ｍｍ／ｈｒの成長速度で、３００時間成長させることにより、直径１１０ｍｍ、長さ７０ｍｍのＣｄＺｎＴｅ単結晶インゴットを得た。【００４１】
得られたＣｄＺｎＴｅ単結晶を切り出してＣｄＺｎＴｅ単結晶基板１０１とし、該基板についてＧＤＭＳ（グロー放電質量分析計）で含有不純物元素濃度を測定したところ、Ｌｉを含む第１（１Ａ）族元素濃度は４．２×１０15ｃｍ-3で、５×１０14〜６×１０15ｃｍ-3の範囲内であった。また、Ｇａ，Ｉｎ，Ａｌの第１３（３Ｂ）族元素と、Ｃｌ等の１７（７Ｂ）族元素の総量は１．９×１０15ｃｍ-3であり、第１（１Ａ）族元素濃度よりも小さかった。【００４２】
また、前記ＣｄＺｎＴｅ単結晶基板１０１に臭素メタノール溶液で鏡面エッチングを施し、Ｉｎ電極１０４とＡｕ電極１０５を順次形成した（図２参照）。そして、ファンデルパウ法により抵抗率を測定した結果、ＣｄＺｎＴｅ単結晶基板の抵抗率は５．０×１０１Ωｃｍであり、１０〜１０4Ωｃｍの範囲内であった。【００４３】
またさらに、前記ＣｄＺｎＴｅ単結晶基板１０１に臭素メタノール溶液で鏡面エッチングを施した後、該基板上に０．０５μｍのＨｇＣｄＴｅバッファ層１０２と０．９５μｍのＩｎドープｎ型ＨｇＣｄＴｅ活性層１０３をＭＢＥ法により順次成長させ、エピタキシャル結晶を作製した。そして、アニール後にＩｎ電極１０４とＡｕ電極１０５を順次形成して（図３参照）、ファンデルパウ法により移動度を測定するとともに、電圧を印加（電流μＡレベル）したときのＩ−Ｖ特性を測定した。その結果、エピタキシャル結晶の液体窒素温度における移動度は１２５０００ｃｍ2／Ｖ・ｓで、室温で１５０時間電圧を印加した後のＩ−Ｖ特性に劣化は見られなかった。さらに、基板裏面に形成した電極とエピタキシャル結晶表面の電極との間のＩ−Ｖ特性を評価し、オーミックであることを確認した。【００４４】
（実施例２）
ＣｄＺｎＴｅ原料として、実施例１よりも少量のＬｉを含むＣｄＴｅ多結晶をブロック状に分割したものと、粒状のＺｎＴｅ塊を用いた。そして、実施例１と同様の方法で直径１１０ｍｍ、長さ７０ｍｍのＣｄＺｎＴｅ単結晶インゴットを得た。【００４５】
得られたＣｄＺｎＴｅ単結晶を切り出してＣｄＺｎＴｅ単結晶基板１０１とし、該基板についてＧＤＭＳ（グロー放電質量分析計）で含有不純物元素濃度を測定したところ、Ｌｉを含む第１（１Ａ）族元素濃度は５．８×１０14ｃｍ-3で、５×１０14〜６×１０15ｃｍ-3の範囲内であった。また、Ｇａ，Ｉｎ，Ａｌの第１３（３Ｂ）族元素と、Ｃｌ等の１７（７Ｂ）族元素の総量は４．６×１０14ｃｍ-3であり、第１（１Ａ）族元素濃度よりも小さかった。【００４６】
また、前記ＣｄＺｎＴｅ単結晶基板１０１に臭素メタノール溶液で鏡面エッチングを施し、Ｉｎ電極１０４とＡｕ電極１０５を順次形成した（図２参照）。そして、ファンデルパウ法により抵抗率を測定した結果、ＣｄＺｎＴｅ単結晶基板の抵抗率は７．６×１０3Ωｃｍであり、１０〜１０4Ωｃｍの範囲内であった。【００４７】
またさらに、前記ＣｄＺｎＴｅ単結晶基板１０１に臭素メタノール溶液で鏡面エッチングを施した後、該基板上に０．０５μｍのＨｇＣｄＴｅバッファ層１０２と０．９５μｍのＩｎドープｎ型ＨｇＣｄＴｅ活性層１０３をＭＢＥ法により順次成長させ、エピタキシャル結晶を作製した。そして、Ｉｎ電極１０４とＡｕ電極１０５を順次形成して（図３参照）、ファンデルパウ法により移動度を測定するとともに、電圧を印加（電流μＡレベル）したときのＩ−Ｖ特性を測定した。その結果、エピタキシャル結晶の液体窒素温度における移動度は１２７０００ｃｍ2／Ｖ・ｓで、室温で１５０時間電圧を印加した後のＩ−Ｖ特性に劣化は見られなかった。さらに、基板裏面に形成した電極とエピタキシャル結晶表面の電極との間のＩ−Ｖ特性を評価し、オーミックであることを確認した。【００４８】
（比較例）
同様の方法により、ＣｄＺｎＴｅ原料１５となるＣｄＴｅ多結晶中に含まれるＬｉの濃度を変えてＣｄＺｎＴｅ単結晶を成長させ、得られたＣｄＺｎＴｅ単結晶中の抵抗率及び不純物濃度を測定した。 また、該ＣｄＺｎＴｅ単結晶基板にＨｇＣｄＴｅエピタキシャル層を成長させて得られたエピタキシャル結晶の電気特性を測定した。【００４９】
ＣｄＺｎＴｅ基板の抵抗率、第１（１Ａ）族元素濃度、第１３（３Ｂ）＋第１７（７Ｂ）族元素濃度の測定結果を表３に、エピタキシャル結晶の移動度及びＩ−Ｖ劣化特性の測定結果を表４に示す。【００５０】
【表３】
0004879750.tif 000004
【００５１】
【表４】
0004879750.tif 000005
【００５２】
比較例１では、ＣｄＺｎＴｅ単結晶基板中の第１（１Ａ）族元素濃度は８．７×１０14ｃｍ-3で５×１０14〜６×１０15ｃｍ-3の範囲内であったが、第１３（３Ｂ）＋第１７（７Ｂ）族元素濃度は３．２×１０15ｃｍ-3で第１（１Ａ）族元素濃度よりも大きく、２．０×１０15ｃｍ-3よりも大きい値であった。このとき、ＣｄＺｎＴｅ単結晶基板の抵抗率は第１３（３Ｂ）＋第１７（７Ｂ）族元素に大きく影響され、４．５×１０4Ωｃｍと１０4Ωｃｍよりも大きく、実施例２に比較して抵抗率が１桁高くなった。また、エピタキシャル結晶の液体窒素温度における移動度は１１１０００ｃｍ2／Ｖ・ｓで、室温で１５０時間電圧を印加した後のＩ−Ｖ特性は初期印加時の電流値に比べ７５％となり、結晶性も劣ることがわかる。【００５３】
比較例２では、ＣｄＺｎＴｅ単結晶基板中の第１（１Ａ）族元素濃度は４．１×１０15ｃｍ-3で５×１０14〜６×１０15ｃｍ-3の範囲内であったが、第１３（３Ｂ）＋第１７（７Ｂ）族元素濃度は１．２×１０16ｃｍ-3で第１（１Ａ）族元素濃度よりも大きく、２．０×１０15ｃｍ-3よりも大きい値であった。このとき、ＣｄＺｎＴｅ単結晶基板の抵抗率は、８．０×１０5Ωｃｍと１０4Ωｃｍよりも大きく、比較例１に比較して抵抗率が更に１桁高くなった。これは、比較例１に比べて第１３（３Ｂ）＋第１７（７Ｂ）族元素濃度が大きく、第１（１Ａ）族元素濃度との差が大きいために、ＣｄＺｎＴｅ単結晶を高抵抗にする第１３（３Ｂ）＋第１７（７Ｂ）族元素の影響がより大きく表れたためと考えられる。また、エピタキシャル結晶の液体窒素温度における移動度は１０９０００ｃｍ2／Ｖ・ｓで、室温で１５０時間電圧を印加した後のＩ−Ｖ特性は初期印加時の電流値に比べ５５％となり、Ｉ−Ｖ特性劣化も著しく、不純物の総量が多くなると結晶性がさらに劣ることがわかる。これより、ＣｄＺｎＴｅ単結晶基板の抵抗率が高くなるに従って電気特性は低下することが分かる。【００５４】
比較例３では、ＣｄＺｎＴｅ単結晶基板中の第１（１Ａ）族元素濃度は８．５×１０15ｃｍ-3で６×１０15ｃｍ-3よりも大きい値であった。また、第１３（３Ｂ）＋第１７（７Ｂ）族元素濃度は１．８×１０15ｃｍ-3で第１（１Ａ）族元素濃度よりも小さく、２．０×１０15ｃｍ-3よりも小さい値であった。このとき、ＣｄＺｎＴｅ単結晶基板の抵抗率は１．５Ωｃｍとなり、１０Ωｃｍよりも小さくなった。また、エピタキシャル結晶の液体窒素温度における移動度は８７０００ｃｍ2／Ｖ・ｓで、室温で１５０時間電圧を印加した後のＩ−Ｖ特性は測定不能となり、実施例に比較して電気特性は悪いことが分かった。これより、第１（１Ａ）族元素濃度が大きすぎると、ＣｄＺｎＴｅ単結晶の結晶性が低下し、かつ第１（１Ａ）族元素がｎ型エピタキシャル結晶に拡散して導電性が劣化するために電気特性は低下すると考えられる。【００５５】
比較例４では、ＣｄＺｎＴｅ単結晶基板中の第１（１Ａ）族元素濃度は５．１×１０15ｃｍ-3で５×１０14〜６×１０15ｃｍ-3の範囲内であった。また、第１３（３Ｂ）＋第１７（７Ｂ）族元素濃度は２．５×１０15ｃｍ-3で第１（１Ａ）族元素濃度よりも小さかったが、２．０×１０15ｃｍ-3よりも大きい値であった。このとき、ＣｄＺｎＴｅ単結晶基板の抵抗率は、４．５×１０1Ωｃｍとなり１０〜１０4Ωｃｍの範囲内であった。しかし、エピタキシャル結晶の液体窒素温度における移動度は１１２０００ｃｍ2／Ｖ・ｓで、室温で１５０時間電圧を印加した後のＩ−Ｖ特性は初期印加時の電流値に比べ７０％となり、実施例に比較して電気特性は悪いことが分かった。これより、第１３（３Ｂ）＋第１７（７Ｂ）族元素濃度が大きすぎると、ＣｄＺｎＴｅ単結晶の結晶性が低下するために電気的特性は低下すると考えられる。【００５６】
このように、本実施形態では、第１（１Ａ）族元素をドーピングされてｐ型低抵抗とされた光デバイス用のＣｄＺｎＴｅ化合物半導体単結晶において、前記結晶中に含まれる第１（１Ａ）族元素の総量が５×１０14〜６×１０15ｃｍ-3で、前記結晶中に含まれる第１３（３Ｂ）＋第１７（７Ｂ）族元素の総量は２×１０15ｃｍ-3未満で、かつ前記第１（１Ａ）族元素の総量よりも少なくすることで、ドーパント及びその他の不純物による結晶純度の低下を抑えるとともに、抵抗率を１０〜１０4Ωｃｍにすることができる。これにより、結晶純度の低下に伴う電気特性の低下を回避できるので、かかるＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶を赤外線センサ等の光デバイス用基板として用いることで、優れた電気特性（移動度、Ｉ−Ｖ劣化特性等）をもつエピタキシャル結晶により作製された光デバイスを提供することができる。【００５７】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。例えば、ＣｄＺｎＴｅ単結晶を基板とした場合について説明したが、その他のＣｄＴｅ系化合物半導体単結晶（例えばＣｄＴｅ単結晶）を低抵抗にする場合にも適用することができる。【００５８】
また、上記実施形態ではＣｄＺｎＴｅ単結晶中に含まれる第１（１Ａ）族元素と第１３（３Ｂ）＋第１７（７Ｂ）族元素について説明したが、ＣｄＺｎＴｅ単結晶を高抵抗に制御する性質を有する第１４（４Ｂ）族元素のうちのＧｅ、Ｓｎ、及び遷移金属元素のうちのＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉとの間でも同様な傾向があるので、これらの不純物元素濃度を第１（１Ａ）族元素濃度よりも小さくすることが望ましい。また、ＣｄＺｎＴｅ単結晶中に含まれる不純物濃度が大きいと結晶純度が低下して電気特性が低下するため、不純物濃度はできるだけ小さくすることが望ましいことはいうまでもない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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