DE10015371A1

DE10015371A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung epitaktischer Schichten mittels EGAS-Technik

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Publication number: DE10015371A1
Application number: DE2000115371
Authority: DE
Inventors: Jhy-Rong Gong
Original assignee: Huga Optotech Inc
Current assignee: Huga Optotech Inc
Priority date: 2000-03-28
Filing date: 2000-03-28
Publication date: 2001-10-18

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer epitaktischen Schicht aus einem Nitrid der Elementgruppe III auf einem einkristallinen Substrat mittels epitaxialem Wachstum mit wechselnder Zuführ von Reaktanden (EGAS), auf ein darauf basierendes Verfahren zur Herstellung einer Mehrschichtstruktur für ein photoelektrisches Element und auf eine zur Verfahrensdurchführung geeignete Vorrichtung. DOLLAR A Erfindungsgemäß werden dem einkristallinen Substrat abwechselnd metallorganische Vorläufer mit III-Element und stickstoffhaltige Gase mit geeigneter Flussrate zugeführt. Dies kann zur Herstellung entsprechender Mehrschichtstrukturen unter Wechsel der metallorganischen Vorläufer wiederholt werden. Eine zur Verfahrensdurchführung geeignete Vorrichtung beinhaltet unter anderem einen mehrlagigen Graphitträger und eine mehrlappige Abdeckung, die zwischenliegende Kammern bilden, und zwischen den Kammern drehbewegliche Substrattröge. DOLLAR A Verwendung z. B. für mikroelektronische Bauelemente, wie LEDs, LDs und Hochleistungstransistoren.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer epitaktischen Schicht aus einem Nitrid der Elementgrup pe III auf einem einkristallinen Substrat unter Verwendung der EGAS-Technik, d. h. von epitaktischem Wachstum mit alter nierender Zuführung von Reaktanden, sowie auf ein darauf auf bauendes Verfahren zur Herstellung einer Mehrschichtstruktur, die für ein fotoelektrisches Bauelement geeignet ist, und auf eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Auf einem einkristallinen Substrat gebildete epitaktische Schichten können beispielsweise für mikroelektronische Bau elemente wie LEDs, LDs und Hochleistungstransistoren verwen det werden. Lichtemitierende Dioden (LEDs) können aufgrund ihres hohen Lumineszenzwirkungsgrades, ihrer kurzen Antwort zeit und ihrer langen Lebensdauer als die grundlegende allge meine Quelle für kontinuierliches Licht angesehen werden. LEDs können als Ersatz für einige traditionelle Lichtquellen und Verkehrssignallichter verwendet werden. Vorliegend wurden die Nitride der Elementgruppe III als vielversprechendes Sys tem für Halbleiterbauelementanwendungen angesehen, speziell für die Entwicklung von LEDs für blaues, grünes und UV-Licht durch Einstellen der Energiebandlücken zwischen 1,9 eV und 6,2 eV. Ein Beispiel ist das kontinuierliche quaternäre Legie rungssystem In-Al-Ga-N. Eine volle Farbanzeige kann durch Verwenden blauer und grüner Nitrid-LEDs zusammen mit roten LEDs auf Basis von Al-Ga-In-P hergestellt werden. Weiße LEDs können ebenfalls hergestellt werden, indem ultraviolette LED- Chips und fluoreszierende Packungsmaterialien verwendet wer den. Sowohl Vollfarbenanzeigen als auch weiße LEDs besitzen ein sehr großes Marktpotential, wenn die Materialien und Pro zesskosten deutlich verringert werden können. Es besteht da her Bedarf an einem Verfahren zur Herstellung von epitakti schen Schichten mit einem Nitrid der Elementgruppe III auf preisgünstigen Siliciumsubstraten.

Mazuska und Tietien ist es gelungen, einkristallines GaN auf einem Saphirsubstrat durch Halogengasphasenepitaxie aufzu wachsen, als HVPE-Prozess bezeichnet, siehe Appl. Phys. Lett., Bd. 15, S. 327, 1969. Sie haben herausgefunden, dass die epitaktische GaN-Schicht eine direkte Bandstruktur mit einer Bandlückenenergie von etwa 3,39 eV aufweist.

Später berichtete Pankove et al. zum ersten Mal von blauen oder grünen LEDs vom Typ Metall-Isolator-Halbleiter (MIS), und zwar auf der Basis von GaN, siehe RCA Review, Bd. 32, S. 283, 1971.

Akasakie et al. ist es 1974 gelungen, einkristalline GaN- Filme durch einen Prozess mit Molekularstrahlepitaxie (MBE) herzustellen. Später berichteten sie über die ersten prakti kablen blaugrünen LEDs vom MIS-Typ, gebildet durch den HVPE- Prozess, siehe Inst. Phys. Conf. Ser. 63, S. 479, 1981.

Die erste blaue LED mit großer Helligkeit (< 1000 mcd) wurde 1993 von S. Nakamura berichtet, der dazu eine metallorgani sche chemische Zweifluss-Gasphasenabscheidung (TF-MOCVD) verwendete. Diese LEDs wurden 1994 auf den Markt gebracht, eine blaue Laserdiode im Jahr 1997.

Gegenwärtig werden sehr effiziente blaue und grüne LEDs auf Basis von GaN kommerziell hergestellt. Es wurde auch über blaue Laser berichtet, die im Dauerstrichbetrieb arbeiten. Trotz dieser beträchtlichen Fortschritte verbleiben einige technische Schwierigkeiten, z. B. hohe Gitterfehlanpassungen zwischen III-Nitriden und Saphirsubstraten von typischerweise 16%, sehr hohe Härte, chemische Unempflindlichkeit, hohe Kos ten und ein unerwünschtes elektrisches Isolationsverhalten der Substrate.

Es besteht daher Bedarf an einer Mehrschichtstruktur, die auf einem kostengünstigeren, einkristallinen Substrat aufgewach sen werden kann, wie einem Si-Substrat, um das teure Saphir substrat zu ersetzen und die Schwierigkeit der Fehlanpassung zu vermeiden, die zwischen der GaN-Schicht und dem Substrat auftritt.

Der Erfindung liegt daher als technisches Problem die Bereit stellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung der eingangs genannten Art zugrunde, mit denen epitaktische Schichten aus einem Nitrid der Elementgruppe III auf kostengünstigen Sili ciumsubstraten hergestellt und darauf aufbauend Mehrschicht strukturen gefertigt werden können.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer epitaktischen Schicht aus einem Nitrid der Elementgruppe III mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eines darauf aufbauenden Verfahrens zur Herstellung einer Mehrschichtstruktur, die sich für ein foto elektrisches Element eignet, mit den Merkmalen des Anspruchs 7 und einer zur Durchführung des Herstellungsverfahrens ge eigneten Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 15.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer epitak tischen Schicht mit einem Nitrid der Elementgruppe III ver wendet eine spezielle Realisierung einer alternierenden Zu fuhr von metallorganischen Vorläufern eines Nitrids der Ele mentgruppe III und stickstoffhaltiger Gase. Die zur Verfahrensdurchführung geeignete Vorrichtung umfasst einen Träger mit mehreren darin eingebrachten Öffnungen, drehbar in den Träger installierte Tröge und mehrere Zufuhrsäulen, von denen jede einer der Öffnungen zugeordnet ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter ansprüchen angegeben.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen veranschaulicht und werden nachfolgend beschrie ben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine Perspektivansicht einer Vorrichtung zur Herstel lung von für fotoelektrische Elemente geeigneten Mehrschichtstrukturen,

Fig. 2 einen Satz grafischer Darstellungen von Röntgenbeu gungsmustern von GaN-Filmen, die unter Verschiedenen TMA-Flussraten gefertigt wurden,

Fig. 3 eine grafische Darstellung eines Röntgenbeugungsmus ters einer Mehrschichtstruktur der Form GaN (200 nm)/AlN(20 nm)/Si, die erfindungsgemäß hergestellt wurde, und

Fig. 4 eine grafische Darstellung der bei Raumtemperatur ge messenen Fotolumineszenzspektren (PL-Spektren) einer erfindungsgemäß gefertigten Mehrschichtstruktur der Form GaN(200 nm)/AlN(20 nm)/Si.

Die Erfindung verwendet einen Prozess epitaxialen Wachstums durch alternierende Zufuhr von Reaktanden (EGAS), der sich darauf bezieht, eine epitaktische Schicht auf einer Oberflä che eines Substrates unter Ausnutzung der Unterschiede zwi schen chemischer Adsorption und physikalischer Adsorption von Molekülen der Reaktionsgase auf der Oberfläche des Substrates zu bilden. Der EGAS-Prozess unterscheidet sich von traditio nellen Epitaxieprozessen, z. B. der Molekularstrahlepitaxie (MBE) und der metallorganischen chemischen Gasphasenabschei dung (MOCVD), außer in der Art des Einbringens von Gasen dar in, dass Reaktionsgase alternierend der Substratoberfläche zugeführt werden, um die zugeführten Gase thermisch zu zer setzen. Auch der Reaktionsmechanismus des EGAS-Prozesses un terscheidet sich von demjenigen der traditionellen Epita xieprozesse. Der Bereich von Wachstumsraten von mittels EGAS erzeugten epitaktischen Schichten reicht sehr weit von 0,05 µm bis 10 µm. Dieser Bereich kann durch Verändern der entspre chenden Einflussfaktoren eingestellt werden, wie der Flussra te des zugeführten Gases, der Gasbestandteile, der Epita xietemperatur und der Rotationsgeschwindigkeit der rotieren den Graphittröge. Daher kann der Epitaxieprozess für das Wachstum von Nitriden der Elementgruppe III in einer breit variierenden Weise ausgeführt werden.

In einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstel lung einer epitaktischen Schicht aus III-Nitrid auf einem einkristallinen Substrat unter Verwendung des EGAS-Prozesses bereitgestellt, welches ein alternierendes Zuführen metallor ganischer Vorläufer, die ein oder mehrere Elemente der Gruppe III enthalten, und stickstoffhaltiger Gase zur Oberfläche ei nes einkristallienen Substrates zwecks thermischer Zersetzung der zugeführten Gase beinhaltet. Spezieller weist das Verfah ren folgende Schritte auf:

a) Reinigen eines einkristallinen Substrates und anschließen des Trockenblasen desselben,
b) Einbringen des trockenen einkristallienen Substrates von Schritt a in eine Epitaxievorrichtung,
c) Heizen des Substrates auf eine geeignete Temperatur und
d) alternierendes Zuführen der metallorganischen Vorläufer mit dem oder den Elementen der Gruppe III und der stickstoff haltigen Gase zum einkristallinen Substrat mit einer geeigne ten Flussrate.

Das einkristalline Substrat in Schritt a kann aus der Gruppe ausgewählt sein, die Al₂O₃, Si, Ge, GaAs, GaP, SiC etc. ent hält. Bevorzugt ist die Verwendung eines einkristallienen Si- Substrates.

Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Realisierung der in Schritt b verwendeten Epitaxievorrichtung, die herkömmlicherweise in einer Reaktorkammer installiert ist, die induktiv oder re sistiv geheizt wird. Da eine solche Reaktorkammer herkömmli cher Art ist, braucht sie hier nicht weiter beschrieben wer den.

Wie Fig. 1 weiter zeigt, umfasst die Epitaxievorrichtung ei nen drehbaren Kombinationstyp eines Reaktionsträgers 20 mit mehreren Öffnungsbereichen 17, 18, 19 und mehreren Zufuhrsäu len 12, 14, 16, von denen jede einem der Öffnungsbereiche 17, 18, 19 zugeordnet ist. Der drehbare Träger 20 umfasst einen hohlen Trägerschaft 29, eine rotierende Welle 290, einen mehrlappigen Graphitträger 26 und eine Abdeckung 24. Die ro tierende Welle 290 ist drehbar in dem hohlen Trägerschaft 29 montiert, wobei ein Ende aus dem oberen Ende des hohlen Trä gerschaftes 29 herausragt. Der mehrlappige Graphitträger 26 ist fest auf dem Trägerschaft 29 montiert. Die mehrlappige Abdeckung 24 ist über dem mehrlappigen Graphitträger 26 fest auf der rotierenden Welle 290 derart montiert, dass jeder Lappenbereich des Graphitträgers 26 zu einem Lappenbereich der Abdeckung 24 ausgerichtet ist. Auf diese Weise wird je eine Kammer 27 zwischen entsprechenden Lappenbereichen des Trägers 26 und der Abdeckung 24 gebildet, und die mehreren Öffnungen 17, 18, 19 sind zwischen benachbarten Lappen gebil det. Die drehbaren Graphittröge 28 sind fest auf der rotie renden Welle 290 zwischen der Abdeckung 24 und dem Träger 26 montiert, um Wafer zu tragen. Die Graphittröge 28 werden von der rotierenden Welle 290 angetrieben, so dass sie sich suk zessiv durch die jeweiligen Kammern 27 hindurchbewegen und dazwischen den Öffnungsbereichen 17, 18, 19 ausgesetzt wer den. Im Schritt b werden die Wafer auf die drehbaren Graphit tröge 28 gesetzt.

Nachdem die Wafer im Schritt b in die rotierenden Tröge 28 eingesetzt worden sind, beginnen die drehbaren Tröge 28 zu rotieren, und die Wafer werden auf eine geeignete Temperatur aufgeheizt, wie zu Schritt c angegeben. Im Schritt d beginnen zwei der Zufuhrsäulen 12 und 16, das Reaktionsgas zuzuführen, während die dritte Zufuhrsäule 14 Wasserstoff und/oder Stick stoff zuführt. Wenn die rotierenden Tröge 28 sich nacheinan der zu einer der Öffnungen 18 drehen, gelangt der Wafer unter die Säule 16 für das metallorganische Material der Element gruppe III, so dass letzteres aus der Zufuhrsäule 16 in Kon takt mit der Waferoberfläche kommt. Wenn sich die rotierenden Tröge 28 nacheinander zu einem weiteren Öffnungsbereich 17 bewegen, liegt der Wafer unter einer anderen Zufuhrsäule 12 frei, und das stickstoffhaltige Reaktionsgas aus der Zufuhr säule 27 kontaktiert die Waferoberfläche. Das stickstoffhal tige Reaktionsgas reagiert dann mit dem metallorganischen III-Material auf der Waferoberfläche und bildet III- Nitridschichten. Die rotierenden Tröge 28 bewegen sich dann sequentiell zu einem weiteren Öffnungsbereich 19, wodurch der Wafer unter einer weiteren Zufuhrsäule 14 frei liegt, die Wasserstoff- und/oder Stickstoffgas einbringt, um die über schüssigen Reaktanden zu eliminieren. Somit werden die me tallorganischen Vorläufer, welche III-Elemente enthalten, und stickstoffhaltige Reaktionsgase abwechselnd dem einkristalli nen Substrat zugeführt.

Das stickstoffhaltige Reaktionsgas kann hierbei irgendein be liebiges geeignetes, stickstoffhaltiges Reaktionsgas sein, bevorzugt Ammoniak. Geeignete metallorganische Vorläufer mit III-Element sind jene, die in der Lage sind, dem Substrat die Elemente Al, Ga und In bereitzustellen, um AlN, GaN, InN und Legierungsnitride zu erzeugen, die Al, In und Ga enthalten.

Beispiel 1

Epitaxie einer AlN-Pufferschicht

Als Substrat wurde ein einkristallines (111)-Si-Material ver wendet. Nach einem hochgradigen Reinigungsprozess, wie unten beschrieben, wurde das Substrat in einem Graphitträger auf die rotierenden Tröge verbracht. Das Substrat wurde dann in duktiv unter Verwendung eines HF-Generators geheizt. Der Gra phitträger wurde in einer nicht gezeigten Vakuumreaktionskam mer aus Quarz positioniert. Die Frequenz der HF-Wellen betrug zwischen 1 MHz und 15 MHz, und die Rotationsgeschwindigkeit der rotierenden Tröge war einstellbar. Wenn das auf den rotieren den Trögen getragene Substrat im Uhrzeigersinn unter den Öff nungsbereich 18 unterhalb der Zufuhrsäule 16 zur Zuführung des metallorganischen Gases mit III-Element bewegt wurde, wurde eine Schicht aus Gasmolekülen chemisch an der Oberflä che des Si-Substrates adsorbiert. Anschließend eliminiert, wenn die rotierenden Tröge 28 zu dem weiteren Öffnungsbereich 19 unterhalb der weiteren Zufuhrsäule 14 rotiert wurden, ein Wasserstoff- und/oder Stickstoffstrahl das überschüssige me tallorganische Gas von der Substratoberfläche weg. Schließ lich wurde das Substrat auf den rotierenden Trögen 28 zu der letzten Öffnung 17 unter der letzten Zufuhrsäule 16 bewegt, so dass der zugeführte Ammoniak (NH₃) mit den Adsorbaten auf der Oberfläche des Substrates reagiert, was die Wachstumsre aktion für die epitaktische AlN-Schicht vervollständigt. Wäh rend der Adsorption trat eine zweistufige chemische Reaktion wie folgt auf:

Si(s) + Al(CH₃)₃(g) + 3/2H₂(g)→Si(s).Al + 3CH₄(g) (1)

Si (s).Al + NH₃ (g) → Si.AIN (s) + 3/2H₂ (g) (2)

Die Temperatur für den obigen Epitaxieprozess betrug 1000°C bis 1100°C. Im Schritt (1) wurde auf der Oberfläche der AlN- Schicht ein festes Zwischenprodukt AlN.Al gebildet. Im Schritt (2) reagierte das adsorbierte AlN.Al mit dem NH₃-Gas unter Bildung eines AlN-Moleküls. Die Flussrate an TMA betrug 0,14 mol/min, das Verhältnis der Flussrate NH₃ zu derjenigen von TMA betrug 1,9.10⁵, und die Wachstumsrate des Kristalls betrug zwischen 0,37 µm/h und 1,86 µm/h in Abhängigkeit von der Flussrate an TMA.

Der oben erwähnte hochgradige Reinigungsprozess wird im ein zelnen dadurch realisiert, dass das Si-Substrat in eine wäss rige Lösung aus 2-Propanol, Aceton, Methanol und deonisiertem Wasser gebracht und die Lösung für 5 min gekocht wird. Danach wird das Si-Substrat unter Verwendung von hochreinem Stick stoffgas trockengeblasen. Anschließend wird das Si-Substrat in eine wässrige Lösung, die 5%HF enthält, eingetaucht und darin geätzt. Das Si-Substrat wird dann entnommen und in eine weitere wässrige Lösung der Form HCl : H₂O₂: H₂O = 1 : 1 : 3 verbracht. Die Lösung wird dann gekocht. Das Substrat wurde weiter in eine wässrige Lösung von 5%HF eingetaucht. Danach wurde das Substrat mit deonisiertem Wasser gereinigt und unter Verwen dung von hochreinem Stickstoff trockengeblasen. Nach dem Rei nigungsschritt wird das Substrat in den Träger verbracht, um den EGAS-Prozess auszuführen.

In Fig. 2 sind Röntgenbeugungsmuster der mit verschiedenen Flussraten an TMA hergestellten Epitaxieschichten gezeigt. Die Dicke der epitaktischen AlN-Schichten beträgt 250 nm. Wie durch die Beugungsmuster gezeigt, beträgt die am meisten be vorzugte TMA-Flussrate 0,014 mol/min, wobei eine gegenüber diesem Wert niedrigere oder höhere TMA-Flussrate den Spitzen wert des Röntgenbeugungsmusters verringert, d. h. die Qualität des Kristalls in der epitaktischen Schicht ist niedriger.

Beispiel 2: Epitaxie für eine GaN/AlN/Si-Mehrschichtstruktur Die direkte Abscheidung der epitaktischen GaN-Schicht als ei ner einkristallinen Schicht auf dem Si-Substrat ist schwieri ger. Wenn jedoch zuvor auf dem Si-Substrat eine Pufferschicht aus AlN abgeschieden wird, kann die GaN-Schicht auf dem Si- Substrat durch Abscheidung auf der AlN-Pufferschicht aufge bracht werden.

Die Bedingungen zum Aufwachsen eines AlN-Films auf einem Si- Substrat sind diejenigen, wie sie im Beispiel 1 beschrieben sind. Nach dem Aufwachsen der epitaktischen AlN-Schicht auf dem Si-Substrat wird das zugeführte Rohmaterial aus dem me tallorganischen Vorläufer mit III-Element in TMGa (Trimethyl gallium) geändert, während das stickstoffhaltige Gas (NH₃) unverändert bleibt, wonach dann der Epitaxieprozess zum Ab scheiden von GaN ausgeführt wird. Die Flussrate an TMGa be trug 34 µmol/min. die Flussrate an NH₃ betrug 0,2 mol/min. und die Temperatur zum Aufwachsen der epitaktischen GaN-Schicht betrug 1000°C. Der Wachstumsmechanismus von GaN ist eine Zweischrittreaktion ähnlich derjenigen von AlN. Wenn das auf den rotierenden Trögen getragene Substrat in einen Öffnungs bereich bewegt wurde, in dem sich das Substrat unter einer Zufuhrsäule zum Zuführen von TMGa befand, wurde eine monomo lekulare Schicht von TMA-Gasmolekülen chemisch an der Ober fläche des Si-Substrates adsorbiert. Anschließend wurde, wenn die rotierenden Tröge zu einem anderen Öffnungsbereich und unter eine andere Zufuhrsäule zum Zuführen von Ammoniak ro tiert wurden, das NH₃ an der Oberfläche adsorbiert. Während der Adsorption tritt eine zweistufige chemische Reaktion der folgenden Form auf:

Si(s).AlN(s) + Ga(CH₃)₃(g) + 3/2H₂(g) → Si(s).AlN(s).Ga + 3CH₄(g) (3)
Si(s).AlN(s).Ga+NH₃(g) → Si(s).AlN(s).GaN(s) + 3/2H₂ (g) (4)

Im Schritt 3 wird ein festes Zwischenprodukt Si(s).AlN(s).Ga gebildet und physikalisch an der AlN-Oberfläche adsorbiert. Im Schritt 4 wird das adsorbierte Zwischenprodukt unter Bil dung einer monomolekularen epitaktischen GaN-Schicht zer setzt.

Fig. 3 zeigt ein Röntgenbeugungsmuster für eine epitaktische Mehrschichtstruktur der Form GaN(200 nm)/AlN(20 nm)/Si. Wie durch das Beugungsmuster gezeigt, ist der Beugungsspitzenwert von GaN (0002) am stärksten und daher die Qualität der epi taktischen GaN-Schicht am besten, wenn die Dicke der AlN- Pufferschicht 20 nm beträgt. Wenn die Dicke der epitaktischen AlN-Schicht größer ist, tritt in der Pufferschicht ein Span nungsrelaxationseffekt auf, so dass der Beugungsspitzenwert des GaN(0002) ersichtlich verringert ist. In diesem Beispiel kann das GaN p-dotiert, n-dotiert oder undotiert sein. Zur p- Dotierung wird als Element Mg in eine r Konzentration von 10¹⁶ cm^-3 bis 10¹⁸cm^-3 verwendet. Zum n-Dotieren wird als Element Si in einer Konzentration von 10¹⁷cm^-3 bis 10¹⁹cm^-3 verwendet. Des weiteren können eine Mehrfach-Quantenmuldenstruktur und eine epitaktische GaN-Schicht mit Heteroübergang durch Wech seln der von den Zufuhrsäulen zugeführten Materialien herge stellt werden.

Fig. 4 zeigt die bei Raumtemperatur gemessenen Fotolumines zenzspektren (PL-Spektren) von GaN(200 nm)/AlN(20 nm)/Si. Wie in Fig. 2 gezeigt, können die PL-Spektren durch die Bandkantenemission dominiert sein. Die gezeigte Bandkante liegt bei 3,406 eV, was fast derjenigen von GaN entspricht, das durch einen traditionellen MOCVD-Prozess auf einem Saphirsubstrat abgeschieden wird. Des weiteren ist die Breite des Spitzenwertes sehr gering (nur 110 meV). Es verdient Erwähnung, dass die gelbe Lumineszenz, die in der epitaktischen, durch einen traditionellen Prozess hergestellten GaN-Schicht üblicherweise zu sehen ist, in dem erfindungsgemäß hergestellten GaN ersichtlich unterdrückt ist. Wie in Fig. 4 gezeigt, besitzt das gelbe Lumineszenzgebiet (2,2+(-)0,2 eV) nur einen schwachen Spitzenwert, der verglichen mit dem Hauptspitzenwert der Bandkante von 3,406 eV vernachlässigt werden kann. Dieses Merkmal ist sehr wichtig für die Anwendung auf photoelektri schem Gebiet, wie für LEDs, LDs, photosensitive Elemente, Hochleistungstransistoren etc.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer epitaktischen Schicht mit einem Nitrid der Elementgruppe III auf einem einkristal linen Substrat mittels epitaktischem Wachstum durch abwech selnde Zufuhr von Reaktanden (EGAS), bei dem

a) das einkristalline Substrat gereinigt und dann trockenge blasen wird,
b) das getrocknete einkristalline Substrat in eine Epitaxie vorrichtung verbracht wird und
c) das Substrat auf eine geeignete Temperatur geheizt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
d) metallorganische Vorläufer, die ein oder mehrere Elemente der Gruppe III enthalten, und stickstoffhaltiges Gas mit ei ner geeigneten Flussrate abwechselnd dem einkristallinen Sub strat zugeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeich net, dass das einkristalline Substrat aus der Gruppe ausge wählt wird, die aus Al₂O₃-, Si-, Ge-, GaAs-, GaP- und SiC- Wafern besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, weiter dadurch gekennzeich net, dass das einkristalline Substrat ein Si-Wafer ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter da durch gekennzeichnet, dass das stickstoffhaltige Gas NH₃ ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter da durch gekennzeichnet, dass das oder die Elemente der Gruppe III aus einer Gruppe ausgewählt werden, die aus Al, Ga und In besteht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter da durch gekennzeichnet, dass die epitaktische Schicht als eine Pufferschicht in einer Schichtstruktur für ein fotoelektri sches Element verwendet wird.

7. Verfahren zur Herstellung einer für ein fotoelektri sches Element geeigneten Mehrschichtstruktur mittels epitak tischem Wachstum durch abwechselnde Zufuhr von Reaktanden (EGAS), dadurch gekennzeichnet, dass zunächst eine epitaktische Schicht mit einem Nitrid der Ele mentgruppe III auf einem einkristallinen Substrat mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt wird und dann der Schritt d wiederholt wird, wobei die metallorga nischen Vorläufer geändert werden, welche die III-Elemente enthalten.

8. Verfahren nach Anspruch 7, weiter dadurch gekennzeich net, dass die in dem im Schritt d verwendeten metallorgani schem Gas enthaltenen Elemente der Gruppe III aus der Gruppe, die aus Ga, Al und In besteht, ausgewählt werden, so dass ei ne epitaktische Schicht aus GaN, AlN oder AlGaInN gebildet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, weiter dadurch ge kennzeichnet, dass das in dem im Schritt e verwendeten me tallorganischen Vorläufer enthaltene Element der Gruppe III Ga ist, um eine epitaktische Schicht aus GaN zu bilden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, weiter da durch gekennzeichnet, dass als Mehrschichtstruktur eine Si/AlN/GaN-Struktur hergestellt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, weiter dadurch gekennzeich net, dass die GaN-Schicht undotiert, p-dotiert oder n-dotiert hergestellt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, weiter dadurch gekennzeich net, dass die GaN-Schicht durch Elemente p-dotiert wird, die aus Zn oder Mg mit einer Dotierkonzentration von 10¹⁶ cm^-3 bis 10¹⁸cm^-3 ausgewählt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 11, weiter dadurch gekennzeich net, dass die GaN-Schicht durch Si mit einer Dotierkonzentra tion von 10¹⁷cm^-3 bis 10¹⁹cm^-3 n-dotiert wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, weiter da durch gekennzeichnet, dass die hergestellte Mehrschichtstruk tur zur Fertigung einer Mehrfachquantenmulde, von LEDs, LDs, photosensitiven Elementen oder Hochleistungstransistoren ver wendet wird.

15. Vorrichtung zur Herstellung von für photoelektrische Elemente geeigneten Mehrschichtstrukturen, mit

- einem drehbaren Kombinationstyp eines Reaktionsträgers (20), in den mehrere Öffnungsbereiche (17, 18, 19) einge bracht sind, und von mehreren Zufuhrsäulen (12, 14, 16), von denen jede einem der Öffnungsbereiche zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der drehbare Träger (20) folgende Elemente enthält:
- einen hohlen Trägerschaft (29),
- eine rotierende Welle (290), die sich drehbar durch den hohlen Trägerschaft erstreckt, wobei sie mit einem Ende aus dem oberen Ende des hohlen Trägerschaftes herausragt,
- einen mehrlappigen Graphitträger, der fest am oberen Ende des Trägerschaftes montiert ist,
- eine mehrlappige Abdeckung (24), die fest auf dem Trä gerschaft über dem mehrlappigen Graphitträger (26) montiert ist, wobei jeder Lappen der mehrlappigen Abdeckung (24) mit einem Lappen des mehrlappigen Graphitträgers korrespondiert, um dazwischen eine Kammer zu bilden und
- drehbare Tröge (28), die fest auf der rotierenden Welle (290) zwischen dem mehrlappigen Graphitträger (26) und der Abdeckung (24) montiert sind.