DE2014509A1 - Verfahren zur Herstellung eines Einkristall-Verbindungshalbleiters - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Einkristall-Verbindungshalbleiters

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DE2014509A1 DE19702014509 DE2014509A DE2014509A1 DE 2014509 A1 DE2014509 A1 DE 2014509A1 DE 19702014509 DE19702014509 DE 19702014509 DE 2014509 A DE2014509 A DE 2014509A DE 2014509 A1 DE2014509 A1 DE 2014509A1
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Description

PATENTAwWSLTE -
; Dipi-chem. Dr. D- Thomsen Dipwng, H. Tiedtke
Dipi.-chem. G. Bühling 		MÜNCHEN 2
TAL 33
TEL. 0811/226334
235051
CABLES: THQP'ATENY
TELEX: FOLGT
Dipi-ing. W.Weinkauff 2014509 FRANKFURT (MAlX) 50
FUCHSHOHL 71
TEL. 0631/514666
Antwort erbeten nach: Please reply to:
8000 München 2 25. März 1970 case 21640 Electronics / T 3563
Matsushita Electronics Corporation Osaka / Japan
Verfahren zur Herstellung eines Einkristall-Verbindungshalbleiters
Die"Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristall-Verbindüngshalbleiters, insbesondere auf ein Verfahren zur Steuerung der Richtung des epitäxialen Aufwachsens des Halbleitereinkristalls auf ein Trägermaterial.
Die typischen Halbleiter, Wie Si und Ge, bilden Kristalle von rautenförmiger Struktur. Aufgrund kristallographiseher Untersuchungen werden Halbleiterstücke Mt Hauptflächen der (1 1 1) -Ebene, für Trägermaterialie'n in der Halbr leitertechnik verwendet. Besonders werden Si oder Ge-Träger materialien mit einer (1 11)-Ebene in den Hauptflachen im allgemeinen zum epitaxialien Aufwachsenlassen von Kristallen eines Verbindungshalbleiters, wie GaAs, welches eine kristal lographische Struktur vom Zinkblendentyρ aufweist, auf diese
Flächen verwendet.
Jedoch kann ein solches Einkristall eines Verbindungshalbleiters, wie GaAs, jeweils zwei Formierungszustände annehmen. In dem einen Zustand wird das Element Ga, welches zur Gruppe III gehört, an der (1 1 1)-Fläche freigesetzt (eine solche Fläche wird nachstehend als A-Typ-Fläche bezeichnet), während im anderen Zustand das Element As der Gruppe V freigelegt wird (eine solche Oberfläche wird nachstehend als B-Typ-Fläche bezeichnet), und die Eigenschaften des Einkristalls variieren beträchtlich in Abhängigkeit von dem jeweiligen Zustand der Oberfläche. Insbesondere ist die Fläche vom Α-Typ weniger chemisch aktiv als diejenige vom B-Typ. Daher wird die weniger aktive Α-Fläche ausschließlieh in der Halbleitertechnik verwendet.
Wenn ein Einkristall von GaAs auf ein Ge-Trägermaterial epitaxial aufwachsen gelassen werden soll, ist jedoch nicht entschieden, in welcher Richtung der Einkristall wächst. Das hängt nämlich vom Oberflächenzustnad des Trägermaterials ab, je nach dem ob eine Oberfläche vom Α-Typ oder B-Typ im Ergebnis erhalten wird. Demgemäß fehlte üblichen Halbleiter- f einrichtungen, welche solche Oberflächen enthalten, die durch epitaxiales Aufwachsen erhalten wurden, Gleichförmigekeit in
den Charakteristika und war die Herstellungsausbeute gering. Ferner schränkten die vorstehenden Schwierigkeiten die Fest-
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legung eines einfachen Herstellungssystems ein.
Gemäß der Erfindung wurde nun aufgrund intensiver Untersuchungen mit dem Zweck,die vorstehende Problematik zu lösen, festgestellt» daß die Richtung des epitaxialen Aufwachsens eines Verbindungshalbleiters der Gruppe III bis V, beispielsweise GaAs, durch reichliches Zusetzen eines speziellen Bestandteilelementes, welches in diesem Beispiel a Ga oder As ist, zu dem Halbleiterträgermaterial vor dem Aufwachsverfahren gesteuert werden kann. Wenn nämlich As in
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der Größenordnung von 10 Atomen/cm in das Ge-Trägermate rial an der (11 1)-Oberfläche vor dem epitaxialen Aufwachten von GaAs eingeführt wird, wächst das Einkristall von GaAs in einer solchen Richtung, daß die A-Oberflache erhalten wird, während, wenn die Oberflächenschicht des Trägermaterials mit Ga in der Größenordnung von 10 Atomen/cm versehen wird, das sich ergebende Einkristall eine Oberfläche vom B-Typ aufweist. Es wird angenommen, daß das geschilderte Phänomen durch die direkte Umsetzung zwischen As (oder Ga), welches ( in denGe-Trägermaterial enthalten ist, und Ga (oder As), welches ein Element des Reaktionssystems ist, bewirkt wird.
Nachstehend wird die Erfindung im einzelnen im Zusammenhang mit bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
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Ausführungsform 1
Auf die (1 1 1)-Fläche eines Ge-Einkristalls vom η-Typ (spezifischer Widerstand: O#OOO5 Ohm-cm), das As als Verunreinigung oder Störstoff in der Oberflächen-Störstoff-
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konzentration von 1 χ 10 Atomen/cm enthält, wurde ein
epitaxiales Kristall von GaAs bei 800°C unter Verwendung von metallischem Ga und elementarem As als Quelle und stick-
™ stoff als Trägergas aufwachsen gelassen. Während dieser Umsetzung wurde eine geeignete Menge Jod (im Zustand von gasförmigem J2) zum Reaktionsgas hinzugegeben, um ein Trägermedium zu bilden. Auf diese Weise wurde eine epitaxial aufgewachsene Schicht mit der gewünschten Störstoffkonzentration erhalten. In diesem Versuch wurde ein GaAs-Einkristall von etwa 7 Mikron Dicke in der Behandlungezeit von 30 Minuten erhalten. Es wurde durch Prüfung des chemischen Ä'tzmusters festgestellt, daß das Einkristall von GaAs in der Richtung
h gewachsen war, welche mit der Bildung der A-Oberflache zusammenhängt .
Ausführungsform 2
Unter Verwendung von Ge vom p-Typ, welches Ga als Störstoff in der Oberfläche in einer Konzentration von 2 χ Atomen/cm enthielt und von elementarem As als Quelle sowie
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Stickstoffgas als Trägergas wurde das epitaxiale Aufwachsen mittels der gleichen Arbeitsweise, wie sie in der Ausführungsform 1 angewendet wurde, durchgeführt. Durch die Prüfung des chemischen Ätzmusters wurde festgestellt, daß die Schicht in der Richtung gewachsen war, welche mit der Bildung der B-Oberfläche zusammenhängt.
Ausführungsform 3
In ein Trägermaterial aus Ge vom η-Typ mit einem spezifischen Widerstand von 0,3 Ohm-cm und einer (1 11)-Fläche wurde GaAs2 als Quelle in einem versiegelten Rohr diffundiert. Auf diese Weise wurde ein Ge-Trägermaterial m£t der Oberflä-
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chenstörstoffkonzentration von etwa 7 χ 10 Atomen/cm hergestellt. Dann wurde durch die gleiche Arbeitsweise, wie sie bei der Ausführungsform 1 angewendet wurde, eine epitaxiale GeAs-Schicht von etwa 13 Mikron auf das geschilderte Ge-Trägermaterial aufwachsen gelassen. Bei dieser Ausführungsform wurde festgestellt, daß das Wachstum in der Richtung der Bildung der A-Oberflache stattgefunden hatte.
In der vorstehenden Beschreibung wurde Ge als Trägermaterial und GaAs als Aufwachsmaterial nur beispielsweise erläutert. Das brauchbare Trägermaterial ist jedoch nicht auf Ge beschränkt. Andere Halbleiter, wie Si u.dgl. sind ebenfalls brauchbar. Darüber hinaus ist das Verfahren der
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Erfindung in gleicher Weise auf das epitaxiale Aufwachsen von anderen Verbindungen der Gruppen III - V anwendbar, wie Inte u.dgl. oder auf Verbindungen der Gruppen II - VI, wie ZnTe, CdTe u.dgl.
Ferner wurde gefunden, daß das jeweils ausgewählte Element als Bestandteil der Verbindung, die aufwachsen gelassen werden soll, an der Oberfläche des Trägermaterial in
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einer Konzentration von mehr als 5 χ 10 Atomen/cm enthalten sein muß.
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Claims (5)

20 U 5 09 Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Einkristall-Verbindungshalbleiters auf einem Trägermaterial durch epitaxialee Aufwachsen» dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein ausgewähltes Element als Bestandteil des Verbindungshalbleiters in die Oberfläche des Trägermaterials eingeführt wird und dann der Verbindungshalbleiter epitaxial auf das Träger- ä material aufwachsen gelassen wird, wodurch die Richtung des Kristallwachstums gesteuert wird.
2· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß als Verbindungshalbleiter eine Verbindung aus den -Gruppen ZZI - V, insbesondere GaAs, verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß als Verbindungshalbleiter eine Verbindung aus den
Gruppen ZZ - VZ verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet» daß man ein aus Ge gebildetes Trägermaterial verwendet und daß man auf das Trägermaterial als auszuwählendes Bestandteilelement As in einer Oberflächenkonzentration in der Größenordnung von 10 Atome/cm gibt, wodurch Ga an der (11 1)-Oberfläche der entstehenden GaAs-
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Einkristallschicht freigelegt wird,
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man auf das aus Ge gebildete Trägermaterial als Bestandteilelement Ga in einer Oberflä-
20 3 chenkonzentration in der Größenordnung von 10 Atome/cm gibt, wodurch As an der (11 1}-Oberfläche der entstehenden GaAs-Einkristallschicht freigelegt wird.
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DE19702014509 1969-03-28 1970-03-25 Verfahren zur Herstellung eines epitaktisch gewachsenen Films aus einer halbleitenden A tief III B tief V -Verbindung Expired DE2014509C3 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP44024030A JPS5123471B1 (de) 1969-03-28 1969-03-28
JP2403069 1969-03-28

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE2014509A1 true DE2014509A1 (de) 1970-10-01
DE2014509B2 DE2014509B2 (de) 1972-10-26
DE2014509C3 DE2014509C3 (de) 1976-10-07

Family

ID=

Also Published As

Publication number Publication date
JPS5123471B1 (de) 1976-07-16
FR2040075A5 (de) 1971-01-15
DE2014509B2 (de) 1972-10-26
GB1279538A (en) 1972-06-28

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