DE1446232C - Verfahren zum Aufdampfen einer dünnen Halbleiterschicht - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufdampfen einer dünnen Halbleiterschicht auf einen Träger, wobei der Halbleiter aus einer chemischen Verbindung von mindestens zwei chemischen Elementen unterschiedlichen Dampfdrucks als Komponenten besteht, und zwar vorzugsweise aus einem Element der Gruppe III a und einem Element der Gruppe V a des periodischen Systems, insbesondere für Hallspannungsgeneratoren.

Die Hallspannung, die an einem solchen Halbleiter' gewonnen werden kann, ist umgekehrt proportional der Schichtdicke des Halbleiterkörpers. Zur Erzielung einer möglichst großen Hallspannung ist es daher erwünscht, daß die Halbleiterschicht oder -schichten eine möglichst geringe Dicke haben. Wird ein solcher Halbleiterkörper durch Abschneiden von einem größeren Körper hergestellt, so ist es nicht möglich, dem Halbleiter mit sehr geringer Schichtdicke von z.B. kleiner als 0,3 mm zu fertigen, weil die genannten Halbleiterstoffe sehr spröde sind und daher leicht zerbrechen.

Es ist bereits bekannt, Indiumantimonidschichten durch Aufdampfen von Indium und Antimon in dünnen Schichten abzulagern, wobei sich bei Zimmertemperatur Indiumantimonidschichten von nichtstöchiometrischer Zusammensetzung bilden. Die unstöchiometrische Zusammensetzung der niedergeschlagenen Indiumantimonidschichten hat ihren Grund in den unterschiedlichen Dampfdrucken der einzelnen Verbindungskomponenten.

Weiterhin ist bekannt, fotoelektrisch wirksame Kristalle aus halbleitenden, chemischen Verbindungen durch Glühen einer Mischung der Komponenten herzustellen und einen dabei verbleibenden stöchiometrischen Überschuß der einen Komponente durch eine nachträgliche Temperung des Halbleiterkörpers in einer Atmosphäre der anderen Komponente ebenfalls in die Verbindung.zu überführen. Zur Herstellung dünner Halbleiterschichten ist dieses Verfahren nicht geeignet.

Es ist auch bekannt, dünne Schichten halbleitender Verbindungen auf einen Träger aufzudampfen. Wendet man dieses Verfahren bei Verbindungen an, deren Komponenten unterschiedliche Dampfdrucke haben, so zeigt sich, daß sich die Komponenten beim Verdampfen trennen. Es ist daher nicht möglich, durch Verdampfen einer stöehiometrischen Verbindung unmittelbar eine stöchiometrisch zusammengesetzte Aufdampfschicht niederzuschlagen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, trotz dieser Schwierigkeiten ein Aufdampfverfahren zu entwickeln, mit dem es möglich ist, auch stöchiometrische halbleitende Verbindungen herzustellen, deren Komponenten einen unterschiedlichen Dampfdruck aufweisen.

Diese gleiche Aufgabe wird erfindungsgemäß auf verschiedenen Wegen gelöst:

1. Als Ausgangsmaterial der Verdampfung dient die stöchiometrische Halbleiterverbindung; die auf den Träger aufgedampfte Schicht unstöchiometrischer Zusammensetzung wird getempert, wobei die überschüssige Komponente ausgeschieden und eine stöchiometrische Zusammensetzung der Schicht herbeigeführt wird.

2. Die beiden Komponenten der Verbindung werde.n als Ausgangsmaterialien für die Verdampfung aus getrennten Verdampfern auf einen gemeinsamen Träger so aufgedampft, daß sich ein etwa stöchiometrisches Mengenverhältnis der beiden Stoffe in der Schicht ergibt; die so entstandene Schicht wird getempert und dadurch die chemische Verbindung erzeugt.

3. Als Ausgangsmaterial für die Verdampfung dient die schwerer flüchtige Komponente der chemischen Verbindung; der mit dieser Komponente bedampfte Träger wird in einer Atmosphäre der leichter flüchtigen Komponente getempert und dadurch die Schicht in die erwünschte chemische Verbindung übergeführt wird.

Geeignete Halbleiter für die Zwecke der Erfindung mit einer Komponente der Gruppe III a und einer sol- ίο chen der Gruppe Va des Periodischen Systems sind z. B. Indium-Antimonid und Indium-Arsenid. Die Temperaturbehandlung kann in an sich bekannter Weise in einem Schutzgas durchgeführt werden.

Nach dem Verfahren 1 wird z. B. Indiumantimonid in einem Verdampfer im Vakuum erhitzt und auf einem Träger niedergeschlagen. Die aufgedampfte Schicht hat zunächst die Form einer Mischung von Indiumantimonid, Indium und Antimon in sehr feiner Verteilung; sie hat in diesem Zustand einen metallisehen Temperaturkoeffizienten des Widerstanddes. Der beschichtete Träger wird dann bei einer Temperatur von etwa 500 bis 700° C nahe dem Schmelzpunkt der chemischen Verbindung Indiumantimonid, gegebenenfalls auch oberhalb desselben, getempert. Dabei reagieren die nach dem Aufdampfen noch vorhandenen freien Komponenten miteinander im Sinne der Bildung einer stöchiometrischen Verbindung so lange, bis eine der beiden Komponenten verbraucht ist. Die dann noch im Überschuß vorhandene Komponente ist, wie bereits erwähnt, in der Verbindung sehr schwer löslich; sie tritt daher an die Oberfläche der Schicht, so daß unter Umständen an der Oberfläche der Schicht metallische Tropfen auftreten. Dieser ausgeschiedene Anteil kann dann entweder an der Oberfläche der Halbleiterschicht verbleiben, falls er nicht stört, oder durch eine geeignete mechanische oder chemische Behandlung entfernt werden.

Nach der Lösung 2 werden z. B. Indium und Antimon aus je einem Verdampfer im Vakuum verdampft und auf einem gemeinsamen Träger in einer gemeinsamen Schicht niedergeschlagen bei einer solchen Lenkung des Aufdampfvorganges der beiden Komponenten hinsichtlich der Beheizung der Verdampfer oder/und der Zuführung des Dampfstromes zum späteren Träger, daß beide Stoffe etwa in dem Verhältnis entsprechend der späteren stöchiometrischen Verbindung Indiumantimonid in der Schicht auf dem Träger niedergeschlagen werden. Nach dem Niederschlagen wird diese Schicht mit den verteilten Komponenten einer Temperungsbehandlung bei einer Temperatur von etwa 500 bis 700° C unterworfen, so daß sich die chemische Verbindung, also das Indiumantimonid, bildet. Von der eventuell im Überschuß vorhandenen Komponente wird dabei selbsttätig der Überschuß ausgeschieden auf Grund der begrenzten Löslichkeiten der beiden Stoffe.

Nach der Lösung 3 wird für die Benutzung von Indiumantimonid als Halbleiter zunächst als die schwerer flüchtige Komponente das Indium allein aus einem Verdampfer im Vakuum auf den Träger aufgedampft. Der mit Indium beschichtete Träger wird nunmehr in einer Atmosphäre von Antimondampf als der leichter flüchtigen Komponente der chemischen Verbindung bei einer Temperatur von etwa 500 bis 700° C getempert, bis sich eine vollkommene stöchiometrische Indiumantimonidschicht an dem Träger gebildet hat. Hierbei befinden sich der mit Indium beschichtete Träger sowie eine ausreichende Antimonmenge getrennt in einem gemeinsamen evakuierten und abgeschlossenen Quarzrohr. Das Antimon wird durch eine besondere Wärmequelle auf eine Temperatur für die Einstellung eines ausreichenden Dampfdruckes gebracht, der so groß bemessen wird, daß die Reaktion mit der durch eine weitere Wärmequelle auf die Reaktionstemperatur der Verbindung von 500 bis 700° C erhitzten Indiumschicht stattfindet unter Bildung des stöchiometrisch zusammengesetzten Indiumantimonid.

Die Temperung der Schichten kann gegebenenfalls in einer Schutzgasatmosphäre, wie z. B. aus Stickstoff oder einem Edelgas solchen Druckes durchgeführt werden, daß keine merkliche Verdampfung der Schicht oder einer ihrer Komponenten bei der Tempertemperatur stattfindet.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aufdampfen einer dünnen Halbleiterschicht auf einen Träger, wobei der Halbleiter aus einer chemischen Verbindung von mindestens zwei chemischen Elementen unterschiedlichen Dampfdruckes als Komponenten besteht, und zwar vorzugsweise aus einem Element der Gruppe III a und einem Element der Gruppe Va des periodischen Systems, insbesondere für Hallspannungsgeneratoren, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial für die Verdampfung die stöchiometrische Halbleiterverbindung dient und die auf den Träger aufgedampfte Schicht unstöchiometrischer Zusammensetzung getempert wird, wobei die überschüssige .Komponente ausgeschieden und eine stöchiometrische Zusammensetzung der Schicht herbeigeführt wird. ¹

2. Verfahren zum Aufdampfen einer dünnen Halbleiterschicht auf einen Träger, wobei der Halbleiter aus einer chemischen Verbindung aus mindestens zwei chemischen Elementen unterschiedlichen Dampfdruckes als Komponenten besteht, und zwar vorzugsweise aus einem Element der Gruppe III a und einem Element der Gruppe V a des periodischen Systems, insbesondere für Hallspannungsgeneratoren, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Komponenten als Ausgangsmaterialien für die Verdampfung aus getrennten Verdampfern auf einen gemeinsamen Träger so aufgedampft werden, daß sich ein etwa stöchiometrisches Mengenverhältnis der beiden Stoffe in der Schicht ergibt, und daß die so entstandene Schicht getempert und dadurch die chemische Verbindung erzeugt wird.

3. Verfahren zum Aufdampfen einer dünnen Halbleiterschicht auf einen Träger, wobei der . Halbleiter aus einer chemischen Verbindung aus mindestens zwei chemischen Elementen unterschiedlichen Dampfdrucks als Komponenten besteht, und zwar vorzugsweise aus einem Element der Gruppe III a und einem Element der Gruppe V a des periodischen Systems, insbesondere für Hallspannungsgeneratoren, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial für die Verdampfung die schwerflüchtige Komponente der chemischen Verbindung dient und daß der mit dieser Komponente bedampfte Träger in einer Atmo-Sphäre der leichter flüchtigen Komponente getempert und dadurch die Schicht in die erwünschte chemische Verbindung übergeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder

2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperungsbehandlung in an sich bekannter Weise in einem Schutzgas durchgeführt wird.