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  • 专利说明
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  • 法律状态
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    • 专利摘要:

    公开号:WO1986005524A1
    申请号:PCT/DE1986/000116
    申请日:1986-03-18
    公开日:1986-09-25
    发明作者:Pieter Balk；Harald Heinecke；Meino Heyen；Hans LÜTH；Norbert PÜTZ；Markus Weyers
    申请人:Pieter Balk；
    IPC主号:C30B25-00
    专利说明:
    [0001] Verfahren zur Herstellung einer p-leitenden Epitaxie- scbicht aus einem III/V-Halbleiter
    [0002] Technisches Gebiet
    [0003] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstell¬ en einer p-leitenden Epitaxieschicht aus einem III/V- Halbleiter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfah¬ rens.
    [0004] Stand der Technik
    [0005] Ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus dem Artikel "Molecular beam epitaxial growth of GaAs using trimethylgallium as a Ga source" von Eisuke Tokumitsu, Yoshimitsu Kudou, Makoto Konagai und Kayoshi Takahashi in Journal applied Physics 55 (8), 15. April 1984 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird Trime- thyl-Gallium als Galliumuelle und Arsenwasserstoff (AsH_) als Arsenquelle verwendet. Bei der Herstellung der epitak¬ tischen Schicht aus den beiden Molekularstrahlen erhält man p-leitende III/V-Halbleiter mit einer Dotierungskon-
    [0006] 18 1 —3 zentration zwischen 10 und 10 cm aufgrund eingela¬ gerter elektrisch aktiver Kohlenstoffatome.
    [0007] Bei weiteren bekannten Verfahren zur Herstellung von p- leitenden III/V-Halbleiterschichten werden die Molekular¬ strahlen durch Verdampfen von Elementen der III. und IV. Gruppe aus Knudsen-Zellen erzeugt und als Dotierungsstoff Beryllium zugegeben.
    [0008] Gegenüber diesen bekannten Verfahren hat das Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zwar den Vorteil, daß das hochgiftige Beryllium nicht als Dotie¬ rungsstoff verwendet wird, andererseits aber den Nachteil, daß es nicht möglich ist, den gesamten gewünschten Bereich von Dotierungskonzentrationen ab etwa 10 14 cm-3 zu realisieren.
    [0009] Darstellung der Erfindung
    [0010] Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß Dotierungskonzentrationen zwischen 10 14 cm-3 und 1020 cm-3 gezielt möglich werden.
    [0011] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß metallorganische Verbindungen mit der allgemeinen Struk¬ turformel Me(CnHx)-3, verwendet werden,' wobei Meein Metall der III. Hauptgrupp-≥ des periodischen Systems ist, und gilt: n .2 , x = 2n + 1 Als Me kann dabei beispielsweise Gallium verwendet werden.
    [0012] überraschenderweise lassen sich durch den Einsatz dieser bislang nicht in Betracht gezogenen Verbindungen, die mehr
    [0013] C-Atome pro Metallatom der dritten Hauptgruppe aufweisen als das bisher verwendete Trimethyl-Gallium (Ga(CH^)-.,
    [0014] 14 _3 •* •■ niedrigere Dotierung≤konzentrationen ab 10 cm , d.h. geringere Einlag-erungen von elektrisch aktiven C-Atomen erzielen, die als Akzeptor wirken.
    [0015] Besonders bevorzugt ist dabei die in Anspruch 3 bean¬ spruchte Verwendung von Triethyl-Gallium (Me(C2H5)3), das einfach handhaben ist und Dotierungskonzentrationen im Bereich von 5 * 10 1 cm-3 bei hoher Beweglichkeit der
    [0016] Fehlstellen bei Raumtemperatur ermöglicht.
    [0017] Durch die in Anspruch 2 beanspruchte Verwendung von Mi- schungenvon erfindungsgemäß vorgesehenen metallorganischen Verbindungen der III,-Hauptgruppe mit Trimethyl-Gallium und insbesondere durch Mischung von Trimethyl-Gallium und Triethyl-Gallium läßt sich der gesamte Dotierungsbereich zwischen 10 und 10 cm" abdecken.
    [0018] Das Metall aus der V.-Hauptgruppe läßt sich prinzipiell beliebig mittels eines Molekularstrahles aufbringen, beispielsweise kann Arsen in einer Knud≤en-Zeile verdampft und als Molekularstrahl auf die Schicht bzw. das Substrat gerichtet wrden.
    [0019] Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn gemäß Anspruch 4 zusätzlich zu dem Molekularstrahl aus metallorganischen Verbindungen der III.-Hauptgruppe ein Molekularstrahl aus Hydriden der V.-Hauptgruppe, beispielsweise Arsenwasser¬ stoff (AsH-,) verwendet wird.
    [0020] Bei Verwendung'eines Metallhydrid-Molekularstrahls der V.- Hauptgruppe ist es wichtig, daß Hydrid durch Heizen ther¬ misch zu zerlegen, bevor es auf dem Substrat bzw. der bereits aufgebrachten Schicht auftrifft, um ein ausrei¬ chendes Wachstum in der Größenordnung μm/h zu erzielen.
    [0021] Deshalb wird eine Vorrichtung angegeben, bei der die Molekularstrahlen über Kapillarrohre in den Ultrahochva- kuum-Rezipienten eingeleitet werden. Während das Kapillar¬ rohr, durch das die metallorganische Verbindung geleitet wird, auf Raumtemperatur verbleibt, wird das Kapillarrohr, durch das das Metallhydrid, beispielsweise AsH3, geleitet wird, auf Temperaturen zwischen 500 K und 850 K aufge¬ heizt.
    [0022] Mit dieser Vorrichtung ergibt sich der weitere Vorteil, daß vorhandene UHV-Systeme, die beispielsweise zum Ver¬ dampfen von Elementen in Knudsen-Zellen eingerichtet sind, ohne weiteres so modifiziert werden können, daß das erfin¬ dungsgemäße Verfahren mit Ihnen ausgeführt werden kann. Weg zur Ausführung der Erfindung
    [0023] Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel zur Erläuterung der Erfindung näher beschrieben.
    [0024] Zur Herstellung der p-leitenden Epitaxieschicht aus einem III/V-Halbleiter wird ein Substrat, auf dem die Schicht aufgebracht werden soll, in einem Ultrahochvakuum-Rezi- pienten angeordnet, und der Rezipient evakuiert und bei
    [0025] 150 C ausgeheizt. Bei einem vor dem Aufbringen der Schicht
    [0026] —8 erreichten Enddruck von 2 * 10~ Pa besteht das Restgas im wesentlichen aus Wasserstoff und Methan. Das Substrat wird auf Temperaturen aufgeheizt, wie sie beim epitakti¬ schen Aufbringen von III/V-Halbleiterschichten mittels Molekularstrahlen üblich sind (z.b. 600 C) .
    [0027] Über UHV-Dosierventile wird eine metallorganische Verbin¬ dung, beispielsweise Treithyl-Gallium und ein Metallhy¬ drid, beispielsweise Arsenwasserstoff eingelassen. Die jeweils aus der metallorganischen Verbindung bzw. dem Metallhydrid bestehenden Molekularstrahlen werden mittels mit den UHV-Dosierventilen verbundenen Quarzrohren mit einer Länge von etwa 30 cm und einem Innendurchmesser von 1 ,5 mm erzeugt. Bei einer bestimmten Geometrie der Kapil¬ larrohre ist der Partialdruck der jeweiligen Verbindung direkt proportional der Strahlintensität. Um die Moleku-
    [0028] 2 larstrahlen gleichmäßig auf eine Fläche mit mehreren cm aufzubringen, sind am austrittsseitigen Ende der Quarzroh¬ re "Stromstörer" vorgesehen.
    [0029] Das Quarzrohr, durch das AsH3 geleitet wird, ist auf seiner ganzen Länge mit Tantal-Heizwendeln versehen, durch die das Quarzrohr auf eine Temperatur zwischen etwa 500 K und 850 K aufgeheizt werden kann, so daß sich der Arsen- Wasserstoff thermisch zersetzt, bevor er auf das Substrat bzw. die Epitaxieschicht auftrifft.
    [0030] _3 Bei einem Arsenwasserstoff-Partialdruck von 2 * 10 Pa, einer Temperatur des Quarzrohres von ca. 850 K und einem
    [0031] Triethyl-Gallium-Partialdruck in der Größenordnung von einigen 10 -4 Pa erhält man ein Wachstum der Epitaxie¬ schicht von 0.1-2 mh. Die Wachstumsgeschwindigkeit hängt dabei linear von Triethyl-Galliumzfuhr ab. Die Dosie- rungskonzentration liegt zwischen 10 15 und 2 * 1017cm-3, und hängt streng von dem Gleichgewichtsdruck des Triethyl-
    [0032] Gallium-Molekularstrahls ab.
    [0033] Bei ausreichender Arsenzufuhr zeigen die hergestellten
    [0034] Epitaxieschichten Spiegelqualität mit geringen ovalen Defekten in der Größenordnung von weniger als 1000 cm -3
    [0035] Die Beweglichkeit der freien Träger bei Raumtemperatur ist in der Größenordnung der Werte bei dotierten LPE- und MBE-
    [0036] 2 SScchhiicchhtteenn uuind überschreitet 400 cm /Vs, erreicht also sehr hohe Werte.
    [0037] Das Photoluminescenz-Spektrum dieser niedrig dotierten Proben zeigt scharfe Excitonen-Übergänge mit einer Halb¬ wertsbreite der (AC,X)-Übergangs von weniger als 0,5 meV.
    权利要求:
    ClaimsP A T E N T A N S P R Ü C H E
    1. Verfahren zur Herstellung p-leitenden Eptaxieschicht aus einem III/V-Halbleiter auf einem Substrat mittels Molekularstrahlen unter Verwendung einer metallorganischen Verbindung der III.-Hauptgruppe des periodischen Systems, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzielen von Dotierungs- konzentrationen im Bereich von 10 14 cm-3 und größer me¬ tallorganische Verbindungen mit der allgemeinen Struktur¬ formel Me(C H verwendet werden, wobei Me ein Metall der III. Hauptgruppe und N 21 2 und x = 2n + 1 ist."
    2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzielen von Dotierungs- konzentrationen im Bereich zwischen 10 15 und 1020 cm—3 eine Mischung aus metallorganischen Verbindungen mit der allgemeinen Strukturformel Me(C H ),, wobei Me ein Metall der III. Hauptgruppe des periodischen Systems und n _ . 2 und x = 2n + 1 ist, mit Trimethyl-Gallium (Ga(CH- 3 ver¬ wendet wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als metallorganische Verbin¬ dung Triethyl-Gallium (Ga(C2H5)3) verwendet wird.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Metallhydrid der V.- Hauptgruppe des periodischen Systems mit der allgemeinen Strukturformel MeHχ verwendet wird, wobei Me ein Metall der V.-Hauptgruppe und x __ 3 ist.
    5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Molekularstrahl zum Auf- bringen des Metalls der V.-Hauptgruppe verwendet wird.
    6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallhydrid vor dem Auf¬ treffen auf der epitaktischen Schicht oder dem Substrat thermisch zerlegt wird.
    7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem Ultrahochvakuum-Repien- ten, in dem das Substrat für die epitaktische Schicht angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß Kapillarrohre vorgesehen sind, mittels derer die Mekularstrahlen auf das Substrat geführt werden, und daß das Kapillarrohr, durch das das Metallhydrid der V.-Hauptgruppe geführt wird, heizbar ist.
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1986-09-25| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): JP US |
    1986-09-25| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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