DE102014014036A1 - Verwendung wenigstens einer binären Gruppe 15-Elementverbindung, eine 13/15-Halbleiterschicht und binäre Gruppe 15-Elementverbindungen - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung sieht die Verwendung wenigstens einer binären Gruppe 15-Elementverbindung der allgemeinen Formel R1R2E-E'R3R4 (I) oder R5E(E'R6R7)2 (II) als Edukt in einem Gasphasenabscheidungsprozess vor. Dabei sind R1, R2, R3 und R4 unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus H, einem Alkylrest (C1-C10) und einem Arylrest, und E und E' unabhängig voneinander ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus N, P, As, Sb und Bi. Von der genannten Verwendung sind Hydrazin und dessen Derivate ausgenommen. Mit den erfindungsgemäß vorgesehenen Gruppe 15-Elementverbindungen ist eine reproduzierbare Herstellung bzw. Abscheidung multinärer, homogener und hochreiner 13/15-Halbleiter definierter Zusammensetzung bei relativ niedrigeren Verfahrenstemperaturen realisierbar. Dabei kann auf eine organisch substituierte Stickstoffverbindung, wie z. B. 1,1-Dimethylhydrazin, als Stickstoffquelle vollständig verzichtet werden, sodass Verunreinigungen durch Kohlenstoff – verglichen mit den unter Verwendung der bekannten Herstellungsverfahren hergestellten 13/15-Halbleitern bzw. 13/15-Halbleiterschichten – deutlich reduziert werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft die Verwendung wenigstens einer binären Gruppe 15-Elementverbindung, eine 13/15-Halbleiterschicht und binäre Gruppe 15-Elementverbindungen.
  • 13/15-Halbleiter, wie z. B. die binären Verbindungen Galliumarsenid (GaAs) oder Indiumphosphid (InP), und Verfahren zu deren Herstellung sind im Stand der Technik bekannt.
  • Die Darstellung von 13/15-Halbleitern erfolgt üblicherweise durch Abscheidung aus der Gasphase. Wichtige Herstellungsverfahren sind beispielsweise die metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (engl. Metal Organic Chemical Vapour Deposition, MOCVD) und die metallorganische Gasphasenepitaxie (engl. Metal Organic Vapour Phase Epitaxy, MOVPE). Mit Hilfe dieser Verfahren können hochreine Schichten aus 13/15-Halbleitermaterialien auf eine Vielzahl von Substraten aufgebracht werden. Anwendung finden diese Verfahren unter anderem im Rahmen der Produktion von lichtemittierenden Dioden, Lasern, Transistoren und Solarzellen.
  • Zur Darstellung des binären 13/15-Halbleiters GaAs wird beispielsweise ein Gasgemisch aus dem Gruppe 13-Element-Präkursor Trimethylgallium (Me3Ga) und dem Gruppe 15-Element-Präkursor Arsenwasserstoff (AsH3) an einer heißen Oberfläche unter Abscheidung von GaAs zersetzt. Die Zersetzung der Präkursoren wird unmittelbar durch die Verfahrenstemperatur und den Verfahrensdruck beeinflusst. Weil die Präkursoren üblicherweise relativ hohe Zersetzungstemperaturen aufweisen, müssen in der Regel entsprechend hohe Verfahrenstemperaturen gewählt werden. Weitere wichtige Verfahrensparamater sind die Konzentration der Präkursoren, die Konzentration des Trägergases und des Reaktionsgases sowie der Gesamtgasfluss.
  • Neben binären 13/15-Halbleitern wie GaAs sind ternäre 13/15-Halbleiter, wie z. B. das stickstoffhaltige Galliumarsenidnitrid (Ga(As1-xNx)) (0 < x < 1), sowie quarternäre und andere multinäre 13/15-Halbleiter von Bedeutung, weil diese aufgrund der Gegenwart von drei oder vier verschiedenen Elementen, nämlich von ein oder zwei Gruppe 13-Elementen und zwei oder drei Gruppe 15-Elementen, eine weitergehende Variation und Feineinstellung optoelektronischer Eigenschaften ermöglichen als es bei binären 13/15-Halbleitern der Fall ist.
  • Die Herstellung stickstoffhaltiger multinärer 13/15-Halbleiter, z. B. von ternärem Ga(As1-xNx) (0 < x < 1), erfolgt bislang unter Verwendung dreier separater Präkursorverbindungen, nämlich einer Gruppe 13-Element-Quelle und zweier Gruppe 15-Element-Quellen. Die drei Präkursoren werden in der Gasphase gemischt und gemeinsam zersetzt. Diese Art der Darstellung multinärer 13/15-Halbleiter ist nicht nur mit einem hohen Syntheseaufwand – insbesondere aufgrund der Herstellung mehrerer Präkursorverbindungen – verbunden, sondern führt auch dazu, dass unterschiedliche Zersetzungstemperaturen, Dampfdrücke sowie die damit verbundenen unterschiedlichen Diffusionsraten der verschiedenen Präkursoren, z. B. von drei separaten Präkursoren im Falle der Herstellung der ternären Verbindung Ga(As1-xNx) (0 < x < 1), berücksichtigt werden müssen. Zudem ist dieses Verfahren wenig atomökonomisch.
  • Als Stickstoffquellen werden in der Regel organisch substituierte Stickstoffverbindungen eingesetzt, wie z. B. 1,1-Dimethylhydrazin. Dabei ist von Nachteil, dass es zusätzlich zu dem gewünschten Einbau von Stickstoff zu einem unerwünschten Einbau von Kohlenstoff in die 13/15-Halbleiter bzw. die 13/15-Halbleiterschichten kommt. Infolge der Verunreinigung durch Kohlenstoff werden die optoelektronischen Eigenschaften der 13/15-Halbleiter bzw. der 13/15-Halbleiterschichten in nicht kontrollierbarer und irreversibler Weise verändert bzw. verschlechtert. Zudem sind in Bezug auf die Stickstoffquelle üblicherweise hohe Partialdrücke erforderlich. So müssen beispielsweise bei Verwendung von 1,1-Dimethylhydrazin als Stickstoffquelle die beiden ausgewählten Gruppe 15-Element-Quellen, d. h. 1,1-Dimethylhydrazin und eine weitere Gruppe 15-Element-Quelle, in einem molaren Verhältnis zueinander vorliegen, welches zwischen 10:1 und 100:1 beträgt. Der dadurch im 13/15-Halbleiter erzielte Stickstoffanteil beträgt aber lediglich 1–10%, was die Effizienz des Verfahrens negativ beeinträchtigt.
  • Beispiele sowie weitere Ausführungen zur Gasphasenabscheidung multinärer 13/15-Halbleiter ausgehend von organisch substituierten Gruppe 15-Elementverbindungen, wie z. B. tBuAsH2, tBu2AsH, tBu3As, Et2tBuAs, Et2iPrAs, tBu3P, tBuPH2, können der Literatur entnommen werden, u. a.:
    • • H. Protzmann, F. Höhnsdorf, Z. Spika, W. Stolz, E. O. Göbel, M. Müller, J. Lorberth, J. Crystal Growth 1997, 170, 155–160.
    • • G. Zimmermann, Z. Spika, T. Marschner, B. Spill, W. Stolz, E. O. Göbel, P. Gimmnich, J. Lorberth, A. Greiling, A. Salzmann, J. Crystal Growth 1994, 145, 512–519.
    • • J. Komeno, J. Crystal Growth 1994, 145, 468–472.
    • • M. Horita, M. Suzuki, Y. Matsushima, J. Crystal Growth 1992, 124, 123–128.
    • • K. Volz, J. Koch, F. Höhnsdorf, B. Kunert, W. Stolz, J. Crystal Growth 2009, 311, 2418–2426.
    • • K. Volz, T. Torunski, B. Kunert, O. Rubel, S. Nau, S. Reinhard, W. Stolz, J. Crystal Growth 2004, 272, 739–747.
  • Die bekannten Prozessführungen zur Herstellung ternärer 13/15-Halbleiter sind unter energetischen und atomökonomischen Gesichtspunkten als relativ ineffizient zu bewerten und damit insgesamt relativ unwirtschaftlich.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese und weitere Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und Gruppe 15-Elementverbindungen zur Verfügung zu stellen, welche sich für die Verwendung als Edukt in einem Gasphasenabscheidungsprozess eignen, insbesondere für die Herstellung multinärer 13/15-Halbleiterverbindungen bzw. -schichten. Dabei sollen sich die zu verwendenden Gruppe 15-Elementverbindungen dadurch auszeichnen, dass die Herstellung multinärer, homogener und hochreiner 13/15-Halbleiter bzw. -schichten definierter Zusammensetzung möglichst atomökonomisch, kostengünstig und reproduzierbar möglich ist. Des Weiteren soll eine 13/15-Halbleiterschicht bereitgestellt werden, welche unter Verwendung der erfindungsgemäß vorgesehenen Gruppe 15-Elementverbindungen herstellbar ist. Außerdem sollen binäre Gruppe 15-Elementverbindungen zur Verfügung gestellt werden.
  • Hauptmerkmale der Erfindung sind in Anspruch 1, Anspruch 16 oder Anspruch 17 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 15.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch die Verwendung wenigstens einer binären Gruppe 15-Elementverbindung als Edukt in einem Gasphasenabscheidungsprozess, wobei die wenigstens eine binäre Gruppe 15-Elementverbindung die allgemeine Formel R1R2E-E'R3R4 (I) aufweist,
    wobei
    • – R1, R2, R3 und R4 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus H, einem Alkylrest (C1-C10) und einem Arylrest, und
    • – E und E' unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus N, P, As, Sb und Bi,
    wobei E = E' oder E ≠ E',
    und/oder
    wobei die wenigstens eine binäre Gruppe 15-Elementverbindung die allgemeine Formel R5E(E'R6R7)2 (II) aufweist,
    wobei
    • – R5, R6 und R7 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus H, einem Alkylrest (C1-C10) und einem Arylrest, und
    • – E und E' unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus N, P, As, Sb und Bi,
    wobei E = E' oder E ≠ E'.
  • Dabei können die Alkyl- und/oder Arylreste substituiert sein, beispielsweise teilweise fluoriert oder perfluoriert.
  • Nicht Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von Hydrazin (H2N-NH2) und dessen Derivaten, insbesondere 1,1-Dimethylhydrazin und Tertiärbutylhydrazin, als Edukte in einem Gasphasenabscheidungsprozess. Als Hydrazinderivate werden Verbindungen angesehen, welche ausgehend von Hydrazin durch Substitution eines oder mehrerer Wasserstoffatome hergestellt werden können. Es sind sowohl acyclische als auch cyclische, z. B. gesättigte dreigliedrige, Verbindungen umfasst.
  • Die erfindungsgemäße Verwendung einer oder mehrerer binärer Gruppe 15-Elementverbindungen der allgemeinen Formeln (I) und/oder (II) als Edukt in einem Gasphasenabscheidungsprozess ermöglicht die reproduzierbare, kostengünstige Darstellung multinärer, homogener und hochreiner 13/15-Halbleiterverbindungen bzw. -schichten definierter Zusammensetzung. Dabei ist der Gasphasenabscheidungsprozess bevorzugt eine chemische Gasphasenabscheidung, ganz besonders bevorzugt eine metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD) oder eine metallorganische Gasphasenepitaxie (MOVPE). Das Produkt des Gasphasenabscheidungsprozesses ist bevorzugt eine 13/15-Halbleiterschicht.
  • Die erfindungsgemäß verwendeten Gruppe 15-Elementverbindungen stellen Einkomponenten-Präkursoren (engl. Single Source Precursor, SSP) bezüglich der Elemente der Gruppe 15 dar. Bei den erfindungsgemäß vorgesehenen Einkomponenten-Präkursoren handelt es sich um Moleküle, die mehr als ein Gruppe 15-Element, insbesondere zwei unterschiedliche Gruppe 15-Elemente, aufweisen. Die in dem Präkursor enthaltenen Gruppe 15-Elemente sind entsprechend den gewünschten optoelektronischen Eigenschaften des herzustellenden bzw. auf einem Substrat abzuscheidenden 13/15-Halbleiters auswählbar bzw. kombinierbar.
  • Die bislang in chemischen Gasphasenabscheidungsprozessen eingesetzten Gruppe 15-Element-Quellen, wie z. B. PH3, AsH3, tBuPH2, tBuAsH2 und Me2N-NH2, weisen jeweils lediglich ein Gruppe 15-Element auf, sodass je nach gewünschter Zusammensetzung des herzustellenden bzw. abzuscheidenden multinären, d. h. mehr als binären, 13/15-Halbleiters mehrere Gruppe 15-Element-Quellen zur Verfügung gestellt und miteinander gemischt werden müssen. Im Unterschied dazu enthalten die erfindungsgemäß zum Einsatz kommenden Gruppe 15-Element-Quellen der Formel (I) bzw. der Formel (II) vorteilhafterweise jeweils zwei Gruppe 15-Elemente, wobei sich diese in der Mehrzahl der Fälle voneinander unterscheiden. Mithin können ausgehend von den erfindungsgemäßen Einkomponenten-Präkursoren vorteilhafterweise multinäre 13/15-Halbleiterverbindungen bzw. -schichten hergestellt werden, ohne dass für jedes der in dem herzustellenden 13/15-Halbleiter enthaltenen Gruppe 15-Elemente eine separate Präkursorverbindung hergestellt werden muss. Folglich ist es im Rahmen der Planung und Durchführung des Gasphasenabscheidungsprozesses auch nicht erforderlich, verschiedene Zersetzungstemperaturen, Dampfdrücke und damit verbundene unterschiedliche Diffusionsraten mehrerer Gruppe 15-Element-Quellen bzw. -Präkursoren zu berücksichtigen. Somit ist der Prozess zur Herstellung bzw. Abscheidung von 13/15-Halbleitern besonders einfach durchführbar.
  • Ferner wird durch Verwendung der erfindungsgemäßen binären Gruppe 15-Elementverbindungen die Anzahl der entstehenden und folglich von dem hergestellten 13/15-Halbleiter bzw. der entsprechenden Schicht zu desorbierenden Nebenprodukte reduziert, was zu einer Steigerung der Atomeffizienz sowie zu einer Vereinfachung des Verfahrens führt.
  • Die erfindungsgemäß verwendeten Verbindungen weisen niedrigere Zersetzungstemperaturen auf als die bislang in chemischen Gasphasenabscheidungsprozessen eingesetzten Gruppe 15-Element-Quellen, wie z. B. PH3, AsH3, tBuPH2, tBuAsH2. Im Falle der erfindungsgemäß einzusetzenden Gruppe 15-Elementverbindungen mit E = E' sind die niedrigen Zersetzungstemperaturen auf die jeweilige schwache E-E'-Bindung zurückzuführen. Hinzu kommt, dass auf sehr giftige Gruppe 15-Element-Präkursoren, wie z. B. Phosphin (PH3) und Arsenwasserstoff (AsH3), verzichtet werden kann. Dadurch ist der Gasphasenabscheidungsprozess bei niedrigeren Verfahrenstemperaturen, also vergleichsweise energiesparend und damit kostensparend, sowie sicher, gesundheits- und umweltschonend durchführbar.
  • Es kann aus einer Vielzahl erfindungsgemäßer Einkomponenten-Präkursoren ausgewählt werden, wobei das Verhältnis der Gruppe 15-Elemente, welche in dem herzustellenden 13/15-Halbleiter enthalten sein sollen, bereits durch die Zusammensetzung des Einkomponenten-Präkursors vorgegeben werden kann. Dadurch wird die Herstellung definierter, vorgebbare optoelektronische Eigenschaften aufweisender 13/15-Halbleiterverbindungen bzw. -schichten ermöglicht. Beispielsweise ist unter Verwendung der erfindungsgemäßen Gruppe 15-Elementverbindungen die Darstellung ternärer 13/15-Halbleiterverbindungen bzw. -schichten, z. B. Ga(ExE'1-x) (E ≠ E'; 0 < x < 1) einfach, atomökonomisch und kostengünstig möglich. Dasselbe gilt für die Herstellung quarternärer 13/15-Halbleiterverbindungen bzw. -schichten, z. B. GanIn1-nExE'1-x (E ≠ E'; 0 < x < 1) und Ga(As1-(x+y)NxPy) (0 < x < 1 und 0 < y < 1).
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verwendung binärer Gruppe 15-Elementverbindungen der allgemeinen Formel (I) und/oder (II) werden stickstoffhaltige Einkomponenten-Präkursoren, wie z. B. tBu2As-NH2 oder HN(SbtBu2)2, ausgewählt, welche keinen stickstoffgebundenen Kohlenstoff aufweisen. Diese binären Gruppe 15-Element-Quellen besitzen alle vorteilhaften Eigenschaften von Einkomponenten-Präkursoren, wie z. B. hoher Dampfdruck, geringe Toxizität, einfache Herstellbarkeit, gute Handhabbarkeit sowie das Vorhandensein einer guten Abgangsgruppe, ohne dabei jedoch ein stickstoffgebundenes Kohlenstoffatom zu enthalten. Auf den Zusatz einer organisch substituierten Stickstoffverbindung, wie z. B. 1,1-Dimethylhydrazin, als Stickstoffquelle kann dabei verzichtet werden. Daher eigenen sich diese Verbindungen ganz besonders zur Darstellung hochreiner, stickstoffhaltiger 13/15-Halbleiter bzw. -schichten. Besonders vorteilhaft ist, dass bei Verwendung der erfindungsgemäß vorgesehenen Verbindungen 13/15-Halbleiter bzw. 13/15-Halbleiterschichten erhalten werden, welche – verglichen mit den unter Verwendung der bekannten Herstellungsverfahren hergestellten 13/15-Halbleitern bzw. 13/15-Halbleiterschichten – einen deutlich reduzierten Kohlenstoffgehalt aufweisen, weil auf den Einsatz kohlenstoffhaltiger Stickstoffquellen verzichtet wird. In den produzierten 13/15-Halbleitern bzw. 13/15-Halbleiterschichten gegebenenfalls enthaltene Kohlenstoffverunreinigungen stammen üblicherweise aus der oder den eingesetzten, in der Regel organisch substituierten Gruppe 13-Element-Quellen.
  • Die erfindungsgemäß vorgesehenen Einkomponenten-Präkursoren können auch zusammen mit einer oder mehreren weiteren erfindungsgemäßen oder bereits bekannten Gruppe 15-Element-Quellen eingesetzt werden. Dies kann insbesondere im Falle der stickstoffhaltigen binären Gruppe 15-Elementverbindungen der Formel (I) oder (II) vorteilhaft sein. Durch eine kontrollierbare Zugabe einer oder mehrerer weiterer Gruppe 15-Element-Quellen kann der ausschließlich aus der stickstoffhaltigen binären Gruppe 15-Elementverbindung stammende Stickstoffanteil des herzustellenden bzw. abzuscheidenden 13/15-Halbleiters beeinflusst und feineingestellt werden. Insbesondere können 13/15-Halbleiter hergestellt bzw. abgeschieden werden, welche eine anderes Verhältnis der Gruppe 15-Elemente zueinander aufweisen als es unter ausschließlicher Verwendung der binären Gruppe 15-Elementverbindung erhalten wird. So nimmt beispielsweise bei der Herstellung von Ga(As1-xNx) (0 < x < 1) der Stickstoffgehalt üblicherweise einen geringeren Wert an als der Arsengehalt. Durch Zugabe einer weiteren Gruppe 15-Element-Quelle, wie z. B. der Arsenquelle tBuAsH2, kann der Stickstoffgehalt von Ga(As1-xNx) (0 < x < 1) – im Vergleich zum Arsengehalt – weiter verringert werden. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Stickstoffatome in Konkurrenz zu den aus der zusätzlichen Arsenquelle stammenden Arsenatomen treten müssen. Mithin lassen sich auch die optoelektronischen Eigenschaften der herzustellenden bzw. abzuscheidenden 13/15-Halbleiter weitergehend variieren bzw. feineinstellen.
  • Insgesamt ist ausgehend von den erfindungsgemäß zu verwendenden binären Gruppe 15-Elementverbindungen eine reproduzierbare Herstellung bzw. Abscheidung multinärer, homogener und hochreiner 13/15-Halbleiter definierter Zusammensetzung bei relativ niedrigeren Verfahrenstemperaturen realisierbar. Mit den erfindungsgemäß vorgesehenen Gruppe 15-Element-Präkursoren ist eine einfache, sichere, gesundheits- und umweltschonende, vergleichsweise atomökonomische und relativ energieeffiziente Herstellung eines 13/15-Halbleiters bzw. einer entsprechenden Schicht möglich.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verwendung ist vorgesehen, dass das Edukt eine binäre Gruppe 15-Elementverbindung der allgemeinen Formel (I) ist und
    • – R1 und R2 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus einem Alkylrest (C1-C10) und einem Arylrest, und
    • – R3 = R4 = H ist.
  • Dabei können die Alkyl- und/oder Arylreste substituiert sein, beispielsweise teilweise fluoriert oder perfluoriert. Die binäre Gruppe 15-Elementverbindung der allgemeinen Formel (I) ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus tBu2P-NH2, (CF3)2P-NH2, (C6H5)2P-NH2, tBu2P-AsH2, tBu2As-NH2, tBu2As-PH2, (C6H5)2As-PH2, tBu2Sb-NH2 und tBu2Sb-PH2. Sämtliche dieser Einkomponenten-Präkursoren eignen sich für die Herstellung bzw. Abscheidung einer Vielzahl multinärer 13/15-Halbleiter. Die stickstoffhaltigen Gruppe 15-Elementverbindungen tBu2P-NH2, (CF3)2P-NH2, (C6H5)2P-NH2, tBu2As-NH2 und tBu2Sb-NH2 sind besonders für die reproduzierbare Darstellung bzw. Abscheidung hochreiner stickstoffhaltiger 13/15-Halbleiterschichten mit einem – verglichen mit den unter Verwendung der bekannten Herstellungsverfahren hergestellten 13/15-Halbleitern bzw. 13/15-Halbleiterschichten – deutlich reduzierten Kohlenstoffgehalt geeignet, weil sie kein stickstoffgebundenes Kohlenstoffatom aufweisen. Sofern die produzierten 13/15-Halbleiter bzw. 13/15-Halbleiterschichten Kohlenstoffverunreinigungen aufweisen, stammen diese üblicherweise aus der oder den eingesetzten, in der Regel organisch substituierten Gruppe 13-Element-Quellen.
  • Die binäre Gruppe 15-Elementverbindung tBu2As-NH2 (DTBAA = Di-tertbutylaminoarsan) kann beispielsweise als Stickstoff- und Arsenquelle zur Synthese von Ga(As1-xNx)-Schichten (0 < x < 1) verwendet werden, wobei als Galliumquelle z. B. Trimethylgallium (Me3Ga), Tri-tertbutylgallium (tBu3Ga) oder Triethylgallium (Et3Ga) verwendet werden kann und die Abscheidung auf GaAs als Substrat erfolgen kann. Auf eine organisch substituierte Stickstoffverbindung, wie z. B. 1,1-Dimethylhydrazin, als Stickstoffquelle kann dabei verzichtet werden, sodass Verunreinigungen durch Kohlenstoff – verglichen mit den unter Verwendung der bekannten Herstellungsverfahren hergestellten 13/15-Halbleitern bzw. 13/15-Halbleiterschichten – deutlich reduziert werden. In den produzierten 13/15-Halbleitern bzw. 13/15-Halbleiterschichten gegebenenfalls enthaltene Kohlenstoffverunreinigungen stammen üblicherweise aus der oder den eingesetzten, in der Regel organisch substituierten Gruppe 13-Element-Quellen.
  • Sofern beispielsweise als einzige Arsenquelle die binäre Gruppe 15-Elementverbindung tBu2As-NH2 zum Einsatz kommt, ist das Verhältnis der Gruppe 15-Elemente, welche in dem herzustellenden 13/15-Halbleiter bzw. der 13/15-Halbleiterschicht enthalten sein sollen – hier Stickstoff und Arsen – im Wesentlichen durch die Zusammensetzung des Einkomponenten-Präkursors tBu2As-NH2 vorgegeben. Dabei kann das Gruppe 15-Element/Gruppe 15-Element-Verhältnis, z. B. das As/N-Verhältnis, in dem herzustellenden 13/15-Halbleiter bzw. der 13/15-Halbleiterschicht aber durch Variation der Verfahrensparameter, wie z. B. Partialdruck der binären Gruppe 15-Element-Quelle im Reaktor oder Verfahrenstemperatur, beeinflusst werden. Zusätzlich zu der Gruppe 15-Elementverbindung tBu2As-NH2 können eine oder mehrere weitere erfindungsgemäße oder bereits bekannten Gruppe 15-Element-Quellen eingesetzt werden, z. B. die vorbekannte nicht binäre Gruppe 15-Elementverbindung tBuAsH2 als zusätzliche Arsenquelle oder die vorbekannte nicht binäre Gruppe 15-Elementverbindung tBuPH2 als Phosphorquelle. Bei Verwendung von tBu2As-NH2 als binäre Gruppe 15-Elementverbindung unter Zusatz einer oder mehrerer Gruppe 15-Elementverbindungen können Ga(As1-xNx)-Schichten (0 < x < 1) hergestellt werden, welche – verglichen mit der ausschließlichen Verwendung von tBu2As-NH2 als Stickstoff- und Arsenquelle – einen geringeren Stickstoffanteil aufweisen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Stickstoffatome in Konkurrenz zu den aus der zusätzlichen Gruppe 15-Element-Quelle, z. B. einer Arsen- oder Phosphorquelle, stammenden Gruppe 15-Elementatomen treten müssen. Insgesamt kann die Zusammensetzung und damit die optoelektronischen Eigenschaften des herzustellenden 13/15-Halbleiters bzw. der 13/15-Halbleiterschicht weitergehend variiert bzw. feineingestellt werden.
  • Ein anderes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verwendung sieht vor, dass das Edukt eine binäre Gruppe 15-Elementverbindung der allgemeinen Formel (I) ist und
    • – R1, R2 und R4 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus einem Alkylrest (C1-C10) und einem Arylrest, und
    • – R3 = H ist.
  • Dabei können die Alkyl- und/oder Arylreste substituiert sein, beispielsweise teilweise fluoriert oder perfluoriert. Die binäre Gruppe 15-Elementverbindung der allgemeinen Formel (I) ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus tBu2As-PHMe, tBu2Sb-NHtBu, tBu2Sb-PHtBu und tBu2Sb-NHiPr. Diese Einkomponenten-Präkursoren können für die reproduzierbare Darstellung bzw. Abscheidung diverser homogener, definierter 13/15-Halbleiter verwendet werden.
  • In einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verwendung ist vorgesehen, dass das Edukt eine binäre Gruppe 15-Elementverbindung der allgemeinen Formel (I) ist, und R1, R2, R3 und R4 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus einem Alkylrest (C1-C10) und einem Arylrest. Die Alkyl- und/oder Arylreste können substituiert sein, beispielsweise teilweise fluoriert oder perfluoriert. Die binäre Gruppe 15-Elementverbindung der allgemeinen Formel (I) ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Me2As-AsMe2, tBu2Sb-NMe2, iPr2Sb-PMe2, Et2Sb-NMe2, Et2Sb-P(C6H5)2, tBu2Bi-PtBu2 und tBu2Bi-AstBu2. Diese Verbindungen eignen sich alle für die reproduzierbare Herstellung bzw. Abscheidung einer Vielzahl von homogenen multinären 13/15-Halbleitern definierter Zusammensetzung.
  • Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verwendung sieht vor, dass das Edukt eine binäre Gruppe 15-Elementverbindung der allgemeinen Formel (II) ist und R5 = H ist. Dabei ist die binäre Gruppe 15-Elementverbindung der allgemeinen Formel (II) bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus HP(AstBu2)2 und HN(SbtBu2)2. Beide Einzelkomponenten-Präkursoren eignen sich für die reproduzierbare Darstellung bzw. Abscheidung homogener, definierter und hochreiner 13/15-Halbleiter. Die binäre Gruppe 15-Elementverbindung HN(SbtBu2)2 ist besonders für die reproduzierbare Herstellung stickstoffhaltiger 13/15-Halbleiter bzw. 13/15-Halbleiterschichten definierter Zusammensetzung geeignet. Besonders vorteilhaft ist, dass bei Verwendung der erfindungsgemäß einzusetzenden binären Gruppe 15-Elementverbindungen 13/15-Halbleiter bzw. 13/15-Halbleiterschichten erhalten werden, welche – verglichen mit den unter Verwendung der bekannten Herstellungsverfahren hergestellten 13/15-Halbleitern bzw. 13/15-Halbleiterschichten – einen deutlich reduzierten Kohlenstoffgehalt aufweisen, weil auf den Einsatz kohlenstoffhaltiger Stickstoffquellen verzichtet wird. Sofern die hergestellten 13/15-Halbleiter bzw. 13/15-Halbleiterschichten Kohlenstoffverunreinigungen aufweisen, stammen diese üblicherweise aus der oder den eingesetzten, in der Regel organisch substituierten Gruppe 13-Element-Quellen.
  • Nach einem anderen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verwendung ist vorgesehen, dass das Edukt eine binäre Gruppe 15-Elementverbindung der allgemeinen Formel (II) ist und
    • – R5 ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Alkylrest (C1-C10) und einem Arylrest, und
    • – R6 = R7 = H ist.
  • Dabei können die Alkyl- und/oder Arylreste substituiert sein, beispielsweise teilweise fluoriert oder perfluoriert. Die binäre Gruppe 15-Elementverbindung der allgemeinen Formel (II) ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus tBuP(NH2)2, tBuAs(NH2)2 und (C6H5)P(NH2)2. Diese Gruppe 15-Element-Quellen eignen sich für die reproduzierbare Darstellung bzw. Abscheidung stickstoffhaltiger, homogener, hochreiner 13/15-Halbleiter definierter Zusammensetzung. Besonders vorteilhaft ist, dass bei Verwendung der erfindungsgemäß vorgesehenen binären Gruppe 15-Elementverbindungen 13/15-Halbleiter bzw. 13/15-Halbleiterschichten erhalten werden, welche – verglichen mit den unter Verwendung der bekannten Herstellungsverfahren hergestellten 13/15-Halbleitern bzw. 13/15-Halbleiterschichten – einen deutlich reduzierten Kohlenstoffgehalt aufweisen, weil auf den Einsatz kohlenstoffhaltiger Stickstoffquellen verzichtet wird. In den produzierten 13/15-Halbleitern bzw. 13/15-Halbleiterschichten gegebenenfalls enthaltene Kohlenstoffverunreinigungen stammen üblicherweise aus der oder den eingesetzten, in der Regel organisch substituierten Gruppe 13-Element-Quellen.
  • Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verwendung sieht vor, dass das Edukt eine binäre Gruppe 15-Elementverbindung der allgemeinen Formel (II) ist und
    • – R5 und R7 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus einem Alkylrest (C1-C10) und einem Arylrest, und
    • – R6 = H ist.
  • Dabei können die Alkyl- und/oder Arylreste substituiert sein, beispielsweise teilweise fluoriert oder perfluoriert. Die binäre Gruppe 15-Elementverbindung der allgemeinen Formel (II) ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus nBuP(AsHMe)2 und (C6H5)P(AsHMe)2. Beide Einzelkomponenten-Präkursoren eignen sich für die reproduzierbare Herstellung homogener, definierter und hochreiner 13/15-Halbleiterverbindungen bzw. -schichten.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verwendung sieht vor, dass das Edukt eine binäre Gruppe 15-Elementverbindung der allgemeinen Formel (II) ist und R5, R6 und R7 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus einem Alkylrest (C1-C10) und einem Arylrest.
  • Dabei können die Alkyl- und/oder Arylreste substituiert sein, beispielsweise teilweise fluoriert oder perfluoriert. Die binäre Gruppe 15-Elementverbindung der allgemeinen Formel (II) ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus tBuAs(NMe2)2, m-F3CC6H4As(NMe2)2 und tBuAs(PMe2)2. Sämtliche dieser Verbindungen sind für die reproduzierbare Darstellung bzw. Abscheidung einer Vielzahl von homogenen 13/15-Halbleitern definierter Zusammensetzung geeignet.
  • Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch eine 13/15-Halbleiterschicht herstellbar in einem Gasphasenabscheidungsprozess unter Verwendung wenigstens einer binären Gruppe 15-Elementverbindung als Edukt in einem Gasphasenabscheidungsprozess gemäß einem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele.
  • Damit ist gemeint eine 13/15-Halbleiterschicht herstellbar in einem Gasphasenabscheidungsprozess unter Verwendung wenigstens einer binären Gruppe 15-Elementverbindung als Edukt,
    wobei die wenigstens eine binäre Gruppe 15-Elementverbindung die allgemeine Formel R1R2E-E'R3R4 (I) aufweist,
    wobei
    • – R1, R2, R3 und R4 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus H, einem Alkylrest (C1-C10) und einem Arylrest, und
    • – E und E' unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus N, P, As, Sb und Bi,
    wobei E = E' oder E ≠ E',
    und/oder
    wobei die wenigstens eine binäre Gruppe 15-Elementverbindung die allgemeine Formel R5E(E'R6R7)2 (II) aufweist,
    wobei
    • – R5, R6 und R7 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus H, einem Alkylrest (C1-C10) und einem Arylrest, und
    • – E und E' unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus N, P, As, Sb und Bi,
    wobei E = E' oder E ≠ E'.
  • Dabei können die Alkyl- und/oder Arylreste substituiert sein, beispielsweise teilweise fluoriert oder perfluoriert.
  • Nicht Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von Hydrazin (H2N-NH2) und dessen Derivaten, insbesondere 1,1-Dimethylhydrazin und Tertiärbutylhydrazin, als Edukte in einem Gasphasenabscheidungsprozess. Als Hydrazinderivate werden Verbindungen angesehen, welche ausgehend von Hydrazin durch Substitution eines oder mehrerer Wasserstoffatome hergestellt werden können. Es sind sowohl acyclische als auch cyclische, z. B. gesättigte dreigliedrige, Verbindungen umfasst.
  • Die erfindungsgemäße, in einem Gasphasenabscheidungsprozess, bevorzugt in einer chemischen Gasphasenabscheidung, ganz besonders bevorzugt in einer metallorganischen chemischen Gasphasenabscheidung (MOCVD) oder einer metallorganischen Gasphasenepitaxie (MOVPE), reproduzierbar herstellbare 13/15-Halbleiterschicht zeichnet sich dadurch aus, dass sie homogen, definiert und hochrein ist.
  • In Vorbereitung der Herstellung der erfindungsgemäßen 13/15-Halbleiterschicht kann aus einer Vielzahl erfindungsgemäßer binärer Gruppe 15-Elementverbindungen der allgemeinen Formeln (I) und (II) ausgewählt werden. Dabei ist insbesondere durch eine entsprechende Auswahl der binären Gruppe 15-Element-Quelle im Vorfeld das Verhältnis der Gruppe 15-Elemente, welche in der herzustellenden 13/15-Halbleiterschicht enthalten sein sollen, durch die Zusammensetzung des Einkomponenten-Präkursors im Wesentlichen vorgegeben. Die erfindungsgemäß vorgesehenen Einkomponenten-Präkursoren können auch zusammen mit einer oder mehreren weiteren erfindungsgemäßen oder bereits bekannten Gruppe 15-Element-Quellen eingesetzt werden. Dies kann insbesondere im Falle der stickstoffhaltigen binären Gruppe 15-Elementverbindungen der Formeln (I) bzw. (II) vorteilhaft sein. Durch eine kontrollierbare Zugabe einer oder mehrerer weiterer erfindungsgemäßer oder bereits bekannter Gruppe 15-Element-Quellen kann der ausschließlich aus der stickstoffhaltigen binären Gruppe 15-Elementverbindung stammende Stickstoffanteil des herzustellenden bzw. abzuscheidenden 13/15-Halbleiters beeinflusst und feineingestellt werden. Insbesondere können 13/15-Halbleiter hergestellt bzw. abgeschieden werden, welche die in der binären stickstoffhaltigen Gruppe 15-Elementverbindung enthaltenen Gruppe 15-Elemente nicht in dem Verhältnis aufweisen, welches durch die Zusammensetzung des verwendeten Einkomponenten-Präkursors im Wesentlichen vorgegeben ist. Sofern beispielsweise als einzige Arsenquelle die binäre Gruppe 15-Elementverbindung tBu2As-NH2 zum Einsatz kommt, ist das Verhältnis der Gruppe 15-Elemente, welche in dem herzustellenden 13/15-Halbleiter bzw. in der abzuscheidenden 13/15-Halbleiterschicht enthalten sein sollen – hier Stickstoff und Arsen – im Wesentlichen durch die Zusammensetzung des Einkomponenten-Präkursors tBu2As-NH2 vorgegeben. Dabei kann das Gruppe 15-Element/Gruppe 15-Element-Verhältnis, z. B. das As/N-Verhältnis, in dem herzustellenden 13/15-Halbleiter bzw. in der abzuscheidenden 13/15-Halbleiterschicht aber durch Variation der Verfahrensparameter, wie z. B. Partialdruck der binären Gruppe 15-Element-Quelle im Reaktor oder Verfahrenstemperatur, beeinflusst werden. Zusätzlich zu der Gruppe 15-Elementverbindung tBu2As-NH2 können eine oder mehrere weitere erfindungsgemäße oder bereits bekannten Gruppe 15-Element-Quellen eingesetzt werden, z. B. die vorbekannte nicht binäre Gruppe 15-Elementverbindung tBuAsH2 als zusätzliche Arsenquelle oder die vorbekannte nicht binäre Gruppe 15-Elementverbindung tBuPH2 als Phosphorquelle. Bei Verwendung von tBu2As-NH2 als binäre Gruppe 15-Elementverbindung unter Zusatz einer oder mehrerer Gruppe 15-Elementverbindungen können Ga(As1-xNx)-Schichten (0 < x < 1) hergestellt werden, welche – verglichen mit der ausschließlichen Verwendung von tBu2As-NH2 als Stickstoff- und Arsenquelle – einen geringeren Stickstoffanteil aufweisen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Stickstoffatome in Konkurrenz zu den aus der zusätzlichen Gruppe 15-Element-Quelle, z. B. einer Arsen- oder Phosphorquelle, stammenden Gruppe 15-Elementatomen treten müssen. Mithin lassen sich auch die optoelektronischen Eigenschaften der herzustellenden bzw. abzuscheidenden 13/15-Halbleiter weitergehend variieren bzw. feineinstellen.
  • Dadurch wird die Herstellung definierter, vorgebbare optoelektronische Eigenschaften aufweisende 13/15-Halbleiterschicht ermöglicht. Außerdem ist durch die Verwendung erfindungsgemäß vorgesehener binärer Gruppe 15-Element-Quellen die Darstellung multinärer 13/15-Halbleiterschichten bei relativ niedrigen Verfahrenstemperaturen möglich, was zu einer Verbesserung der Energieeffizienz und damit insgesamt zu eine Prozessoptimierung beiträgt. Zudem ist das Verfahren besonders einfach und sicher durchführbar, atomökonomisch und energiesparend und damit insgesamt kostengünstig.
  • Ferner wird die Aufgabe gelöst durch binäre Gruppe 15-Elementverbindungen gemäß der allgemeinen Formel R1R2E-E'R3R4 (I), wobei
    • – R1, R2, R3 und R4 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus H, einem Alkylrest (C1-C10) und einem Arylrest, und
    • – E und E' unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus P, As, Sb und Bi,
    wobei E ≠ E',
    oder
    gemäß der allgemeinen Formel R5E(E'R6R7)2 (II), wobei
    • – R5, R6 und R7 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus H, einem Alkylrest (C1-C10) und einem Arylrest,
    • – E ausgewählt sind aus der Gruppe N, P, As, Sb und Bi, und
    • – E' ausgewählt sind aus der Gruppe P, As, Sb und Bi, wobei E ≠ E'.
  • Nicht Gegenstand der Erfindung sind Hydrazin (H2N-NH2) und dessen Derivate.
  • Die erfindungsgemäß verwendeten Gruppe 15-Elementverbindungen stellen Einkomponenten-Präkursoren (engl. Single Source Precursor, SSP) bezüglich der Elemente der Gruppe 15 dar. Das bedeutet, dass die erfindungsgemäß vorgesehenen Einkomponenten-Präkursoren jeweils mehr als ein Gruppe 15-Element aufweisen, wobei es sich um zwei unterschiedliche Gruppe 15-Elemente handelt. Dabei können die in dem Präkursor enthaltenen Gruppe 15-Elemente danach ausgewählt bzw. miteinander kombiniert werden, welche Eigenschaften, insbesondere welche optoelektronischen Eigenschaften, der herzustellende bzw. auf einem Substrat abzuscheidende 13/15-Halbleiter aufweisen soll.
  • Die bislang in chemischen Gasphasenabscheidungsprozessen eingesetzten Gruppe 15-Element-Quellen, wie z. B. PH3, AsH3, tBuPH2, tBuAsH2 und Me2NNH2, weisen jeweils lediglich ein Gruppe 15-Element auf, sodass je nach gewünschter Zusammensetzung des herzustellenden bzw. abzuscheidenden 13/15-Halbleiters mehrere Gruppe 15-Element-Quellen zur Verfügung gestellt und miteinander gemischt werden müssen. Im Unterschied dazu enthalten die erfindungsgemäß zum Einsatz kommenden Gruppe 15-Element-Quellen der Formel (I) bzw. (II) vorteilhafterweise zwei Gruppe 15-Elemente, wobei sich diese voneinander unterscheiden. Mithin können ausgehend von den erfindungsgemäßen Einkomponenten-Präkursoren vorteilhafterweise multinäre 13/15-Halbleiterverbindungen bzw. -schichten hergestellt werden, ohne dass für jedes der in dem herzustellenden 13/15-Halbleiter enthaltenen Gruppe 15-Elemente eine separate Präkursorverbindung hergestellt werden muss. Folglich ist es im Rahmen der Planung und Durchführung des Gasphasenabscheidungsprozesses auch nicht erforderlich, verschiedene Zersetzungstemperaturen, Dampfdrücke und damit verbundene unterschiedliche Diffusionsraten mehrerer Gruppe 15-Element-Quellen bzw. -Präkursoren zu berücksichtigen. Somit ist der Prozess zur Herstellung bzw. Abscheidung von 13/15-Halbleitern besonders einfach durchführbar.
  • Ferner wird durch Verwendung der erfindungsgemäßen binären Gruppe 15-Elementverbindungen die Anzahl der entstehenden und folglich von dem hergestellten 13/15-Halbleiter bzw. der entsprechenden Schicht zu desorbierenden Nebenprodukte reduziert, was zu einer Steigerung der Atomeffizienz sowie zu einer Vereinfachung des Verfahrens führt.
  • Die erfindungsgemäßen Verbindungen weisen niedrigere Zersetzungstemperaturen auf als die bislang in chemischen Gasphasenabscheidungsprozessen eingesetzten Gruppe 15-Element-Quellen, wie z. B. PH3, AsH3, tBuPH2, tBuAsH2. Hinzu kommt, dass die erfindungsgemäßen Gruppe 15-Element-Präkursoren im Vergleich zu Phosphin (PH3) und Arsenwasserstoff (AsH3) nicht toxisch sind. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Gruppe 15-Element-Präkursoren ist der Gasphasenabscheidungsprozess bei relativ niedrigen Verfahrenstemperaturen vergleichsweise energie- und damit kostensparend sowie sicher, gesundheits- und umweltschonend durchführbar.
  • Es kann aus einer Vielzahl erfindungsgemäßer Einkomponenten-Präkursoren ausgewählt werden, wobei das Verhältnis der Gruppe 15-Elemente, welche in dem herzustellenden 13/15-Halbleiter enthalten sein sollen, im Wesentlichen durch die Zusammensetzung des Einkomponenten-Präkursors vorgegeben ist. Dadurch wird die Herstellung definierter, vorgebbare optoelektronische Eigenschaften aufweisender 13/15-Halbleiterverbindungen bzw. -schichten ermöglicht. Beispielsweise ist unter Verwendung der erfindungsgemäßen Gruppe 15-Elementverbindungen die Darstellung ternärer 13/15-Halbleiterverbindungen bzw. -schichten, z. B. Ga(ExE'1-x) (E ≠ E'; 0 < x < 1) einfach, atomökonomisch und kostengünstig möglich. Dasselbe gilt für die Herstellung quarternärer 13/15-Halbleiterverbindungen bzw. -schichten, z. B. GanIn1-nExE'1-x (E ≠ E'; 0 < x < 1) und Ga(As1-(x+y)NxPy) (0 < x < 1 und 0 < y < 1).
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen binären Gruppe 15-Elementverbindungen der allgemeinen Formel (I) bzw. (II) handelt es sich bei diesen Verbindungen um stickstoffhaltige Einkomponenten-Präkursoren, wie z. B. tBu2As-NH2 und HN(SbtBu2)2, welche keinen stickstoffgebundenen Kohlenstoff aufweisen. Diese binären Gruppe 15-Element-Quellen besitzen alle vorteilhaften Eigenschaften von Einkomponenten-Präkursoren, wie z. B. hoher Dampfdruck, geringe Toxizität, einfache Herstellbarkeit, gute Handhabbarkeit sowie das Vorhandensein einer guten Abgangsgruppe, ohne dabei jedoch ein stickstoffgebundenes Kohlenstoffatom zu enthalten. Auf den Zusatz einer organisch substituierten Stickstoffverbindung, wie z. B. 1,1-Dimethylhydrazin, als Stickstoffquelle kann dabei verzichtet werden. Daher eigenen sich diese Verbindungen ganz besonders zur Darstellung hochreiner, stickstoffhaltiger 13/15-Halbleiter bzw. -schichten. Besonders vorteilhaft ist, dass bei Verwendung der erfindungsgemäß vorgesehenen Verbindungen 13/15-Halbleiter bzw. 13/15-Halbleiterschichten erhalten werden, welche – verglichen mit den unter Verwendung der bekannten Herstellungsverfahren hergestellten 13/15-Halbleitern bzw. 13/15-Halbleiterschichten – einen deutlich reduzierten Kohlenstoffgehalt aufweisen, weil auf den Einsatz kohlenstoffhaltiger Stickstoffquellen verzichtet wird. Sofern die produzierten 13/15-Halbleiter bzw. 13/15-Halbleiterschichten Kohlenstoffverunreinigungen aufweisen, stammen diese üblicherweise aus der oder den eingesetzten, in der Regel organisch substituierten Gruppe 13-Element-Quellen.
  • Die erfindungsgemäß vorgesehenen Einkomponenten-Präkursoren können auch zusammen mit einer oder mehreren weiteren erfindungsgemäßen oder bereits bekannten Gruppe 15-Element-Quellen eingesetzt werden. Dies kann insbesondere im Falle der stickstoffhaltigen binären Gruppe 15-Elementverbindungen der Formeln (I) bzw. (II) vorteilhaft sein. Durch eine kontrollierbare Zugabe einer oder mehrerer weiterer Gruppe 15-Element-Quellen kann der ausschließlich aus der stickstoffhaltigen binären Gruppe 15-Elementverbindung stammende Stickstoffanteil des herzustellenden bzw. abzuscheidenden 13/15-Halbleiters beeinflusst und feineingestellt werden. Insbesondere können 13/15-Halbleiter hergestellt bzw. abgeschieden werden, welche die in der binären stickstoffhaltigen Gruppe 15-Elementverbindung enthaltenen Gruppe 15-Elemente nicht in dem Verhältnis aufweisen, welches durch die Zusammensetzung des verwendeten Einkomponenten-Präkursors im Wesentlichen vorgegeben ist. Mithin lassen sich auch die optoelektronischen Eigenschaften der herzustellenden bzw. abzuscheidenden 13/15-Halbleiter weitergehend variieren bzw. feineinstellen.
  • Insgesamt ist ausgehend von den erfindungsgemäß zu verwendenden binären Gruppe 15-Elementverbindungen eine reproduzierbare Herstellung bzw. Abscheidung multinärer, homogener und hochreiner 13/15-Halbleiter definierter Zusammensetzung bei relativ niedrigeren Verfahrenstemperaturen realisierbar. Mit den erfindungsgemäß vorgesehenen Gruppe 15-Element-Präkursoren ist eine einfache, sichere, gesundheits- und umweltschonende, vergleichsweise atomökonomische und relativ energieeffiziente Herstellung eines 13/15-Halbleiters bzw. einer entsprechender Schicht möglich.
  • Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
  • 1 Hochaufgelöste Röntgenbeugungsprofile von Ga(As1-xNx)/GaAs-Vielfachquantenfilmstrukturen, hergestellt unter Verwendung von DTBAA (roter Graph) bzw. unter Verwendung von DTBAA und TBAs (schwarzer Graph) und
  • 2 Photolumineszenzspektren von Ga(As1-xNx)/GaAs-Vielfachquantenfilmstrukturen, hergestellt unter Verwendung von DTBAA (roter Graph) bzw. unter Verwendung von DTBAA und TBAs (schwarzer Graph).
  • Arbeitsvorschriften zur Synthese erfindungsgemäß zu verwendender Gruppe 15-Elementverbindungen
  • Ausführungsbeispiel 1: tBu2As-PH2
  • Es werden 45 mL einer Lösung von [LiAl(PH2)4] (0,091 M) in DME (4,1 mmol) bei –60°C zusammen mit 30 mL THF vorgelegt und anschließend 2,5 mL tBu2AsCl (12,3 mmol) in 15 mL DME zugetropft. Nach dem Erwärmen auf Raumtemperatur werden 100 mL 0°C kaltes Pentan zugegeben und der ausfallende Niederschlag abfiltriert. Das Lösungsmittel wird entfernt und der Rückstand in Pentan gelöst und erneut filtriert. Nach Entfernen des Lösungsmittels im Vakuum wird das Produkt bei Raumtemperatur in eine auf –196°C gekühlte Vorlage kondensiert. Es wird tBu2As-PH2 als klare, farblose Flüssigkeit erhalten in einer Ausbeute von 50%.
    1H-NMR (300 MHz, C6D6): δ = 1,17 (d, 4JP,H = 0.4 Hz, 18H, CH3), 2,01 (d, 1JP,H = 181.9 Hz, 2H, PH2) ppm.
    13C{1H}-NMR (75 MHz, C6D6): δ = 30,5 (d, 3JP,C = 4,5 Hz, CH3), 32,4 (s, Cquartär) ppm.
    31P-NMR (121 MHz, C6D6): δ = –204,6 (t, 1JP,H = 181,9 Hz, PH2) ppm.
  • Ausführungsbeispiel 2: tBu2As-NH2 (literaturbekannt: O. J. Scherer, W. Janssen, J. Organomet. Chem. 1969, 16, P69–P70.)
  • In eine Lösung von tBu2AsCl (4,0 g) in 50 mL Diethylether wird für zwei Stunden bei 20°C ein kontinuierlicher NH3-Gasstrom eingeleitet. Anschließend wird der entstandene Niederschlag von NH4Cl durch Filtration entfernt. Vom Filtrat wird das Lösungsmittel abdestilliert und der Rückstand anschließend einer Feindestillation im Vakuum unterzogen. Man erhält die Verbindung tBu2As-NH2 bei einem Druck von 0,02 mbar und einer Temperatur von 40°C in einer Ausbeute von 60%.
    1H-NMR (300 MHz, C6D6): δ = 0,53 (s, br, 2H, NH2), 1,06 (s, 18H, CH3) ppm.
    13C{1H}-NMR (75 MHz, C6D6): δ = 28,3 (s, CH3), 34,4 (s, Cquartär) ppm.
  • Ausführungsbeispiel 3: tBu2Sb-PH2
  • 9,2 mL einer Lösung von [LiAl(PH2)4] in DME (1,62 mmol, 0,176 M in DME) wird bei –78°C vorgelegt und 1,0 mL tBu2SbCl (4.31 mmol) hinzugetropft. Die milchig-gelbe Lösung wird nach 20 Minuten auf Raumtemperatur erwärmt und weitere 30 Minuten gerührt. Das Lösungsmittel wird unter vermindertem Druck abgezogen und der braune Rückstand mit n-Pentan (20 mL) extrahiert und anschließend filtriert. Nach Entfernen des Lösungsmittel unter vermindertem Druck erhält man die Verbindung tBu2Sb-PH2 als oranges Öl, das sich bei Raumtemperatur rasch unter Bildung von tBuPH2, PH3, (tBuSb)4 und (tBu2Sb)2PH zersetzt und daher bei –80°C aufbewahrt werden muss.
    1H-NMR (300 MHz, C6D6): δ = 1,25 (s, 18H, CH3), 1,63 (d, 1JP,H = 175 Hz, 2H, PH2) ppm.
    13C{1H}-NMR (75 MHz, C6D6): δ = 28,0 (d, 2JP,C = 4 Hz, C(CH3)3), 31.9 (d, 3JP,C = 3 Hz, CH3) ppm.
    31P-NMR (121 MHz, C6D6): δ = –244,3 (t, 1JP,H = 175 Hz, PH2) ppm.
  • Ausführungsbeispiel 4: tBu2Sb-NH2
  • In 30 mL Diethylether werden 0,26 g LiNH2 (11,4 mmol) suspendiert. Anschließend werden bei –20°C 2,81 g (10,4 mmol) tBu2SbCl gelöst in 20 mL Diethylether getropft. Nach Erwärmen auf Raumtemperatur wird das Lösungsmittel im Hochvakuum entfernt und der Rückstand in 30 mL nPentan aufgenommen. Nach dem Abtrennen des Feststoffs durch Zentrifugieren wird das Lösungsmittel im Hochvakuum entfernt. Zurück bleiben 1,91 g tBu2Sb-NH2 (Ausbeute 73%) als farblose Flüssigkeit.
    1H-NMR: (300 MHz, C6D6): δ = 0,19 (s, br, NH2, 2H); 1,15 (s, 18H, CH3) ppm.
    13C{1H}-NMR: (75 MHz, C6D6): δ = 29,0 (s, SbC(CH3)3); 29,5 (s, SbC(CH3)3) ppm.
    15N{1H}-NMR: (51 MHz, C6D6): δ = –11,0 (s) ppm.
  • Ausführungsbeispiel 5: tBu2Sb-NHtBu
  • In 50 mL nPentan werden 4,45 g tBu2SbCl (16,4 mmol) gelöst. Die Lösung wird auf 0°C gekühlt und 1,30 g tBuNHLi (16,4 mmol) zugegeben. Die Lösung wird auf Raumtemperatur erwärmt, zwei Stunden gerührt und anschließend der entstandene Feststoff durch Zentrifugieren abgetrennt. Daraufhin wird das Lösungsmittel im Hochvakuum entfernt und das erhaltene Rohprodukt im Hochvakuum (0,001 mbar) destilliert. Man erhält die Verbindung tBu2Sb-NHtBu (2,56 g, 51% Ausbeute) bei 36°C als farblose Flüssigkeit.
    1H-NMR: (300 MHz, C6D6): δ = 1,09 (bs, NH, 1H); 1,21 (s, Sb(C(CH3)3)2, 18H); 1,23 (s, NC(CH3)3, 9H) ppm.
    13C{1H}-NMR: (75 MHz, C6D6): δ = 29,97 (s, SbC(CH3)3); 31,53 (s, SbC(CH3)3); 35,10 (s, NC(CH3)3); 50,94 (s, NC(CH3)3) ppm.
    15N{1H}-NMR: (51 MHz, C6D6): δ = 53,47 (s) ppm.
  • Ausführungsbeispiel 6: tBu2Sb-PHtBu
  • In 50 mL nPentan werden 1,55 g tBu2SbCl (5,71 mmol) gelöst. Dazu werden bei –20°C 0,55 g tBuPHLi (5,71 mmol) gegeben, wobei eine gelbe Lösung entsteht, die über Nacht gerührt wird. Der Feststoff wird durch Zentrifugieren abgetrennt, das Lösungsmittel wird im Hochvakuum entfernt. Es werden 1,62 g der Verbindung tBu2Sb-PHtBu (Ausbeute 87%) als gelbes Öl erhalten.
    1H-NMR: (300 MHz, C6D6): δ = 1,32 (s, Sb(C(CH3)3)2, 18H); 1,41 (s, PC(CH3)3, 9H); 3,17 (d, 1JPH = 178 Hz, PH, 1H) ppm.
    13C{1H}-NMR: (125 MHz, C6D6): δ = 29,42 (d, 2JCP = 2,37 Hz, Sb(C(CH3)3)2); 32,42 (d, 2JCP = 4,60 Hz, PC(CH3)3); 34,03 (d, 1JCP = 12,03 Hz, PC(CH3)3); 35,00 (s, Sb(C(CH3)3)2) ppm.
    31P{1H}-NMR: (101 MHz, C6D6): δ = –59,62 (s, PH) ppm.
    31P-NMR: (101 MHz, C6D6): δ = –59,62 (d, 1JPH = 178 Hz, PH) ppm.
  • Ausführungsbeispiel 7: tBu2Sb-NHiPr
  • In 40 mL nPentan werden 6,20 g tBu2SbCl (22,84 mmol) gelöst, die bei –20°C zu einer Suspension von 1,49 g iPrNHLi (22,84 mmol) in 50 mL nPentan getropft werden. Nach dem Rühren über Nacht wird der Feststoff durch Zentrifugieren abgetrennt und das Lösungsmittel im Hochvakuum entfernt. Die anschließende Destillation bei 2 mm Hg ergibt bei 68°C 3,78 g (Ausbeute 56%) der Verbindung tBu2Sb-NHiPr als farblose Flüssigkeit.
    1H-NMR: (300 MHz, C6D6): δ = 0,85 (bs, NH, 1H); 1,15 (d, 3JHH = 6,28 Hz, NCH(CH3)2, 6H); 1,21 (s, Sb(C(CH3)3)2, 18H); 3,26 (okt, 3JHH = 6,28 Hz, NCH(CH3)2, 1H) ppm.
    13C{1H}-NMR: (75 MHz, C6D6): δ = 28,57 (s, NCH(CH3)2); 29,91 (s, Sb(C(CH3)3)2); 32,05 (s, Sb(C(CH3)3)2); 49,66 (s, NCH(CH3)2) ppm.
    15N-NMR: (51 MHz, C6D6): δ = 39,41 (s, NH) ppm.
  • Ausführungsbeispiel 8: HP(AstBu2)2
  • Zu einer Suspension aus 1,72 g [Li(dme)PH2] (9,8 mmol) in ca. 150 mL THF werden bei –60°C 2,20 g tBu2AsCl (9,8 mmol) in ca. 10 mL THF über 15 Minuten zugetropft. Die Suspension wird über Nacht gerührt. Von der klaren, orangenen Lösung wird das Lösungsmittel entfernt, der Rückstand in 100 mL nPentan aufgenommen und filtriert. Anschließend wird das Volumen der Lösung bis auf 10 mL reduziert. Aus dieser Lösung kristallisiert die Verbindung HP(AstBu2)2 als gelbe Nadeln in einer Ausbeute von 75% (1,50 g).
    1H-NMR (300 MHz, C6D6): δ = 1,31 (s, 18H, CH3), 1,35 (d, 4JP,H = 0,6 Hz, 18H, CH3), 2.72 (d, 1JP,H = 169,5 Hz, 1H, PH) ppm.
    13C{1H}-NMR (75 MHz, C6D6): δ = 31,2 (d, 3JP,H = 1,0 Hz, CH3), 31,4 (d, 3JP,H = 6,5 Hz, CH3), 34,5 (s, Cquartär), 36,0 (s, Cquartär) ppm.
    31P-NMR (121 MHz, C6D6): δ = –150,3 (d, 1JP,H = 169,6 Hz, PH) ppm.
  • Ausführungsbeispiel 9: HN(SbtBu2)2
  • Bei 0°C werden 1 mL (1,41 g, 5,19 mmol) tBu2SbCl in 100 mL Et2O vorgelegt und anschließend NH3-Gas eingeleitet. Dabei tritt spontan eine Trübung auf. Nach 1,5 Stunden ist die Reaktion beendet und der weiße Feststoff wird abfiltriert. Das Lösungsmittel wird im Hochvakuum entfernt, zurück bleibt ein farbloses Öl, das nach einiger Zeit zu farblosen, plättchenförmigen Kristallen erstarrt.
    1H-NMR (300 MHz, C6D6): δ = 1,30 (s, 36H, C(CH3)3) ppm.
    13C{1H}-NMR (75 MHz, C6D6): δ = 29,1 (s, C(CH3)3), 38,7 (s, C(CH3)3) ppm.
  • Abscheidung von Ga(As1-xNx) auf GaAs unter Verwendung von tBu2As-NH2 als Stickstoffquelle
  • tBu2As-NH2 (DTBAA = Di-tertbutylaminoarsan), dessen Verwendung als Edukt in einem Gasphasenabscheidungsprozess erfindungsgemäß vorgesehen ist, wurde erfolgreich als Stickstoffquelle zur Synthese von Galliumarsenidnitrid-Schichten (Ga(As1-xNx)) (0 < x < 1) in einem MOVPE-Prozess eingesetzt, und zwar zur Abscheidung des 13/15-Halbleiters Ga(As1-xNx) (0 < x < 1) auf Galliumarsenid (GaAs) als Substrat.
  • Für die Abscheidung wurde eine kommerzielle Anlage des Herstellers AIXTRON AG verwendet (Anlagentyp: AIX 200 GFR). Die Abscheidungen fanden unter Wasserstoff-Trägergasfluss bei einem Reaktordruck von 50 mbar statt. Triethylgallium (Et3Ga) wurde als Galliumquelle bei einem Druck von 8,15 × 10–3 mbar in den Reaktor geleitet. Als Arsenquelle wurde entweder zusätzlich zu DTBAA die Arsenverbindung tBuAsH2 (TBAs = tertButylarsin) (bei einem Druck von 8,15 × 10–3 mbar) oder aber auch keine zusätzliche Arsenquelle verwendet. Die Abscheidung der Ga(As1-xNx)-Schichten (0 < x < 1) erfolgte bei einer Verfahrenstemperatur von 525°C.
  • In einem ersten Experiment erfolgte die Darstellung von Ga(As1-xNx) (0 < x < 1) ausgehend von Triethylgallium (Et3Ga) als Gruppe 13-Element-Quelle und dem erfindungsgemäß zu verwendenden Einkomponenten-Präkursor DTBAA, welcher sowohl als Stickstoff- als auch als Arsenquelle fungierte.
  • In einem zweiten Experiment wurde tBuAsH2 (TBAs = tertButylarsin) zusätzlich zu DTBAA als Arsenquelle verwendet.
  • Die Charakterisierung der Ga(As1-xNx)-Schichten (0 < x < 1) erfolgte zum einen durch Röntgenbeugung (XRD), zum anderen durch Photolumineszenzspektroskopie. Im Rahmen der Röntgenbeugungsexperimente kam ein kommerziell erhältliches Diffraktometer der Fa. Panalytical zum Einsatz (Panalytical XPert Pro). Die ω-2θ Messungen wurden in einer hochauflösenden Eulerwiege durchgeführt. Dazu wurde rund um den (004)-GaAs-Peak geröntgt. Die Aufnahme der Photolumineszenzspektren wurde mit der 514 nm-Linie eines cw-Ar-Ionen Lasers (Coherent Inc.) zur Anregung durchgeführt. Die Raumtemperatur-Photolumineszenz wurde mit einem 1 m-Gittermonochromator (THR 1000, Jobin-Yvon) und einem gekühlten Ge-Detektor mittels Standard Lock-In-Technik detektiert.
  • Die Ergebnisse der Röntgenbeugungsexperimente sowie der photolumineszenz-spektroskopischen Untersuchungen sind in 1 bzw. in 2 graphisch dargestellt.
  • In 1 sind hochaufgelöste Röntgenbeugungsprofile von Ga(As1-xNx)/GaAs-Vielfachquantenfilmstrukturen gezeigt, wobei 0 < x < 1. In Rot dargestellt ist das hochaufgelöste Röntgenbeugungsprofil der Ga(As1-xNx)/GaAs-Vielfachquantenfilmstruktur, welche unter ausschließlicher Verwendung der erfindungsgemäß vorgesehenen binären Gruppe 15-Elementverbindung DTBAA als Arsen- und Stickstoffquelle hergestellt wurde. Im Vergleich dazu ist in Schwarz das das hochaufgelöste Röntgenbeugungsprofil der Ga(As1-xNx)/GaAs-Vielfachquantenfilmstruktur gezeigt, welche unter Verwendung von DTBAA mit Zusatz von TBAs hergestellt wurde.
  • Während das erste Experiment – unter ausschließlicher Verwendung von DTBAA als Gruppe 15-Element-Präkursor – einen Stickstoffgehalt von 1,3% ergab (vgl. 1 und 2, jeweils roter Graph), wurde im zweiten Experiment ein Einbau von nur 0,3% Stickstoff beobachtet. Die angegebenen Stickstoffgehalte wurden durch dynamische Simulationen der Röntgenbeugungsprofile ermittelt.
  • Durch Variation der Verfahrensparameter, wie z. B. Verfahrensdruck und -temperatur, können bei ausschließlicher Verwendung von DTBAA als Gruppe 15-Element-Präkursor auch höhere Werte für den Stickstoffgehalt erzielt werden.
  • Die aus den hochaufgelösten Röntgenbeugungsprofilen (vgl. 1) bestimmten Werte für den jeweiligen Stickstoffgehalt der beiden untersuchten, in zwei unabhängigen Experimenten (vgl. oben: erstes und zweites Experiment) hergestellten Ga(As1-xNx)/GaAs-Vielfachquantenfilmstrukturen werden durch die Ergebnisse der photolumineszenzspektroskopischen Untersuchungen bestätigt (vgl. 2), wobei 0 < x < 1.
  • 2 zeigt bei Raumtemperatur aufgenommene Photolumineszenzspektren der Ga(As1-xNx)/GaAs-Vielfachquantenfilmstrukturen aus dem ersten und dem zweiten Experiment. In Rot dargestellt ist das Photolumineszenzspektrum der Ga(As1-xNx)/GaAs-Vielfachquantenfilmstruktur, welche unter ausschließlicher Verwendung der erfindungsgemäß vorgesehenen binären Gruppe 15-Elementverbindung DTBAA als Arsen- und Stickstoffquelle hergestellt wurde. Im Vergleich dazu ist in Schwarz das das hochaufgelöste Photolumineszenzspektrum der Ga(As1-xNx)/GaAs-Vielfachquantenfilmstruktur gezeigt, welche unter Verwendung von DTBAA mit Zusatz von TBAs hergestellt wurde.
  • Die beiden im roten und schwarzen Graphen von 2 jeweils bei niedrigeren Energiewerten liegenden Peaks sind dem stickstoffhaltigen Quantumwell zuzuordnen (roter Graph: ca. 1,225 eV; schwarzer Graph: ca. 1,375 eV). Der Peak bei ca. 1,425 eV stammt vom verwendeten GaAs-Substrat. Der Einbau von Stickstoff in die GaAs-Struktur und damit die Entstehung von Ga(As1-xNx) (0 < x < 1) ist im Falle beider Experimente deutlich anhand der zusätzlichen, jeweils – im Vergleich zu reinem GaAs – rotverschobenen Emission zu erkennen. Dabei wird unter ausschließlicher Verwendung von DTBAA als Gruppe 15-Element-Präkursor (erstes Experiment) ein höherer Stickstoffeinbau (1,3% N) beobachtet als bei Verwendung von DTBAA zusammen mit TBAs (zweites Experiment, 0,3% N). Dies ist in 2 daran zu erkennen ist, dass die Rotverschiebung – im Vergleich zum reinen Substrat GaAs – im Falle des roten Graphen größer ist als beim schwarzen Graphen.
  • Die erfindungsgemäße Verwendung der binären Gruppe 15-Elementverbindung DTBAA und des Gruppe 13-Element-Präkursors Et3Ga in einem Gasphasenabscheidungsprozess, hier MOVPE, führt also zur gewünschten Abscheidung des 13/15-Halbleiters Ga(As1-xNx), wobei 0 < x < 1. Dabei ist das Ergebnis betreffend den Stickstoffeinbau besser als im Falle der Verwendung eines Gemisches aus den beiden Gruppe 15-Element-Präkursoren DTBAA und TBAs. Denn bei Verwendung eines Gemisches aus DTBAA und TBAs müssen die Stickstoffatome in Konkurrenz zu den aus der zusätzlichen Arsenquelle TBAs stammenden Arsenatomen treten, sodass insgesamt ein geringerer Stickstoffgehalt im gewünschten 13/15-Halbleiter Ga(As1-xNx) (0 < x < 1) erzielt wird.
  • Mithin führt die erfindungsgemäße Verwendung der binären Gruppe 15-Elementverbindung DTBAA in einem Gasphasenabscheidungsprozess, hier MOVPE, zur Darstellung eines ternären, stickstoffhaltigen 13/15-Halbleiters. Dabei wird das Verhältnis der Gruppe 15-Elemente, welche in dem herzustellenden 13/15-Halbleiter enthalten sein sollen – hier Stickstoff und Arsen- zwar im Wesentlichen durch die Zusammensetzung des Einkomponenten-Präkursors vorgegeben. Der Stickstoffanteil des herzustellenden 13/15-Halbleiters Ga(As1-xNx) (0 < x < 1) kann durch gezielte und kontrollierte Zugabe einer oder mehrerer weiterer erfindungsgemäßer oder bereits bekannter Gruppe 15-Element-Quellen – wie z. B. hier der zusätzlichen nicht binären Arsenquelle TBAs – beeinflusst und feineingestellt werden. Dadurch können 13/15-Halbleiter hergestellt werden, welche – verglichen mit der ausschließlichen Verwendung von tBu2As-NH2 als Stickstoff- und Arsenquelle – einen geringeren Stickstoffanteil aufweisen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Stickstoffatome in Konkurrenz zu den aus der zusätzlichen Arsenquelle stammenden Arsenatomen treten müssen. Das As/N-Verhältnis in dem herzustellenden 13/15-Halbleiter Ga(As1-xNx) (0 < x < 1) kann also beispielsweise durch Variation des Partialdrücke der binären Gruppe 15-Element-Quelle DTBAA und TBAs im Reaktor beeinflusst werden. Alternativ oder ergänzend kann z. B. auch die Verfahrenstemperatur variiert werden. Insgesamt kann die Zusammensetzung und damit die optoelektronischen Eigenschaften des herzustellenden 13/15-Halbleiters bzw. der 13/15-Halbleiterschichten weitergehend variiert bzw. feineingestellt werden.
  • Auf eine organisch substituierte Stickstoffverbindung, wie z. B. 1,1-Dimethylhydrazin, als Stickstoffquelle kann vollständig verzichtet werden, sodass Verunreinigungen durch Kohlenstoff – verglichen mit den unter Verwendung der bekannten Herstellungsverfahren hergestellten 13/15-Halbleitern bzw. 13/15-Halbleiterschichten – deutlich reduziert werden. Sofern die produzierten 13/15-Halbleiter bzw. 13/15-Halbleiterschichten Kohlenstoffverunreinigungen aufweisen, stammen diese üblicherweise aus der oder den eingesetzten, in der Regel organisch substituierten Gruppe 13-Element-Quellen. Insgesamt wird durch die erfindungsgemäße Verwendung der binären Gruppe 15-Elementverbindung DTBAA – ohne den Zusatz einer organisch substituierten Stickstoffverbindung als Stickstoffquelle – die Herstellung einer definierten, hochreinen, vorgebbare optoelektronische Eigenschaften aufweisende Ga(As1-xNx)-Schicht (0 < x < 1) ermöglicht.
  • Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar.
  • Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • H. Protzmann, F. Höhnsdorf, Z. Spika, W. Stolz, E. O. Göbel, M. Müller, J. Lorberth, J. Crystal Growth 1997, 170, 155–160 [0008]
    • G. Zimmermann, Z. Spika, T. Marschner, B. Spill, W. Stolz, E. O. Göbel, P. Gimmnich, J. Lorberth, A. Greiling, A. Salzmann, J. Crystal Growth 1994, 145, 512–519 [0008]
    • J. Komeno, J. Crystal Growth 1994, 145, 468–472 [0008]
    • M. Horita, M. Suzuki, Y. Matsushima, J. Crystal Growth 1992, 124, 123–128 [0008]
    • K. Volz, J. Koch, F. Höhnsdorf, B. Kunert, W. Stolz, J. Crystal Growth 2009, 311, 2418–2426 [0008]
    • K. Volz, T. Torunski, B. Kunert, O. Rubel, S. Nau, S. Reinhard, W. Stolz, J. Crystal Growth 2004, 272, 739–747 [0008]

Claims (17)

  1. Verwendung wenigstens einer binären Gruppe 15-Elementverbindung als Edukt in einem Gasphasenabscheidungsprozess, wobei die wenigstens eine binäre Gruppe 15-Elementverbindung die allgemeine Formel R1R2E-E'R3R4 (I) aufweist, wobei – R1, R2, R3 und R4 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus H, einem Alkylrest (C1-C10) und einem Arylrest, und – E und E' unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus N, P, As, Sb und Bi, wobei E = E' oder E ≠ E', und wobei von der genannten Verwendung Hydrazin und dessen Derivate ausgenommen sind, und/oder wobei die wenigstens eine binäre Gruppe 15-Elementverbindung die allgemeine Formel R5E(E'R6R7)2 (II) aufweist, wobei – R5, R6 und R7 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus H, einem Alkylrest (C1-C10) und einem Arylrest, und – E und E' unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus N, P, As, Sb und Bi, wobei E = E' oder E ≠ E'.
  2. Verwendung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Edukt eine binäre Gruppe 15-Elementverbindung der allgemeinen Formel (I) ist und – R1 und R2 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus einem Alkylrest (C1-C10) und einem Arylrest, und – R3 = R4 = H ist.
  3. Verwendung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die binäre Gruppe 15-Elementverbindung der allgemeinen Formel (I) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus tBu2P-NH2, (CF3)2P-NH2, Ph2P-NH2, tBu2P-AsH2, tBu2As-NH2, tBu2As-PH2, Ph2As-PH2, tBu2Sb-NH2 und tBu2Sb-PH2.
  4. Verwendung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Edukt eine binäre Gruppe 15-Elementverbindung der allgemeinen Formel (I) ist und – R1, R2 und R4 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus einem Alkylrest (C1–C10) und einem Arylrest, und – R3 = H ist.
  5. Verwendung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die binäre Gruppe 15-Elementverbindung der allgemeinen Formel (I) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus tBu2As-PHMe, tBu2Sb-NHtBu, tBu2Sb-PHtBu und tBu2Sb-NHiPr.
  6. Verwendung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Edukt eine binäre Gruppe 15-Elementverbindung der allgemeinen Formel (I) ist, und R1, R2, R3 und R4 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus einem Alkylrest (C1-C10) und einem Arylrest.
  7. Verwendung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die binäre Gruppe 15-Elementverbindung der allgemeinen Formel (I) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Me2As-AsMe2, tBu2Sb-NMe2, iPr2Sb-PMe2, Et2Sb-NMe2, Et2Sb-P(C6H5)2, tBu2Bi-PtBu2 und tBu2Bi-AstBu2.
  8. Verwendung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Edukt eine binäre Gruppe 15-Elementverbindung der allgemeinen Formel (II) ist und R5 = H ist.
  9. Verwendung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die binäre Gruppe 15-Elementverbindung der allgemeinen Formel (II) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus HP(AstBu2)2 und HN(SbtBu2)2.
  10. Verwendung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Edukt eine binäre Gruppe 15-Elementverbindung der allgemeinen Formel (II) ist und – R5 ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Alkylrest (C1-C10) und einem Arylrest, und – R6 = R7 = H ist.
  11. Verwendung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die binäre Gruppe 15-Elementverbindung der allgemeinen Formel (II) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus tBuP(NH2)2, tBuAs(NH2)2 und (C6H5)P(NH2)2.
  12. Verwendung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Edukt eine binäre Gruppe 15-Elementverbindung der allgemeinen Formel (II) ist und – R5 und R7 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus einem Alkylrest (C1-C10) und einem Arylrest, und – R6 = H ist.
  13. Verwendung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die binäre Gruppe 15-Elementverbindung der allgemeinen Formel (II) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus nBuP(AsHMe)2 und (C6H5)P(AsHMe)2.
  14. Verwendung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Edukt eine binäre Gruppe 15-Elementverbindung der allgemeinen Formel (II) ist und R5, R6 und R7 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus einem Alkylrest (C1-C10) und einem Arylrest.
  15. Verwendung gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die binäre Gruppe 15-Elementverbindung der allgemeinen Formel (II) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus tBuAs(NMe2)2, m-F3CC6H4As(NMe2)2 und tBuAs(PMe2)2.
  16. 13/15-Halbleiterschicht herstellbar in einem Gasphasenabscheidungsprozess unter Verwendung wenigstens einer binären Gruppe 15-Elementverbindung als Edukt in einem Gasphasenabscheidungsprozess gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15.
  17. Binäre Gruppe 15-Elementverbindungen gemäß der allgemeinen Formel R1R2E-E'R3R4 (I), wobei – R1, R2, R3 und R4 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus H, einem Alkylrest (C1-C10) und einem Arylrest, und – E und E' unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus P, As, Sb und Bi, wobei E ≠ E', oder gemäß der allgemeinen Formel R5E(E'R6R7)2 (II), wobei – R5, R6 und R7 unabhängig voneinander ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus H, einem Alkylrest (C1-C10) und einem Arylrest, – E ausgewählt sind aus der Gruppe N, P, As, Sb und Bi, und – E' ausgewählt sind aus der Gruppe P, As, Sb und Bi, wobei E ≠ E'.
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