DE1519770C3

DE1519770C3 - Verfahren zum insbesondere epitaktischen Aufwachsen kristalliner Schichten

Info

Publication number: DE1519770C3
Application number: DE1519770A
Authority: DE
Inventors: Francis Massy Bailly; Gerard Paris Cohen-Solal; Yves Massy Marfaing; Michel Meudon Rodot
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority date: 1965-05-25
Filing date: 1966-05-25
Publication date: 1974-12-19
Also published as: FR1447257A; DE1519770A1; US3472685A; DE1519770B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum insbesondere epitaktischen Aufwachsen kristalliner Schichten aus HgTe, CdTe, PbTe oder GeTe auf einen festen Träger, der aus einer der genannten Verbindungen besteht, in einem abgeschlossenen, evakuierten Gefäß, wobei der Träger und ein Körper aus dem aufzuwachsenden Material in dem Gefäß direkt einander gegenüberliegen und erhitzt werden.

Ein derartiges Verfahren -ist bereits beispielsweise aus der Literaturstelle »Epitaxial Growth of Silicon by Vacuum Sublimation«, Journ. Electrochem. Soc, 111 (1964), S. 201 bis 206, bekannt. Bei diesem Verfahren werden die Ausgangssubstanz und der ,„ Träger in engen Abstand zueinander gebracht, und es wird unter Vakuum ein Temperaturgradient zwischen der Ausgangssubstanz und dem Träger aufrechterhalten, wodurch eine Abscheidung der Ausgangssubstanz auf dem Träger erzielt wird.

Bei diesem bekannten Verfahren ist es erwünscht, einen möglichst geringen Abstand zwischen der Ausgangssubstanz und dem Träger zu verwenden. In diesem Falle ist es aber sehr schwierig, einen genauen Temperaturgradienten aufrechtzuerhalten. .„

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der es möglich ist, einen sehr geringen Abstand zwischen der Ausgangssubstanz und dem Trägermaterial zu verwenden. _₀

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Körper und der Träger auf die gleiche Temperatur erhitzt werden, die nahe unterhalb der Schmelztemperatur des aufzuwachsenden Materials liegt-

Auf Grund der gleichen Temperatur des flüchtigen Materials und des Trägers ist es möglich, einen geringen Abstand vorzusehen, da ein genauer Temperaturgradient nicht mehr eingehalten werden muß, wie dies bei dem bekannten Verfahren erforderlich ist. Auf diese Weise können die gewünschten Niederschläge auf festen Trägern durch kristallines Wachstum in einfacher Weise erhalten werden.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen Axialschnitt eines Ofens zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

F i g. 2, 3 und 4 graphische Darstellungen der Ergebnisse, die man bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erhält.

Gemäß F i g. 1 wird das flüchtige Material M und der Träger S in einem geschlossenen Rohr 1 so untergebracht, daß ihre Oberflächen mit einem Abstand E einander gegenüberliegen.

Das flüchtige Material M und der Träger S werden während der ganzen Dauer D der Durchführung des Verfahrens auf derselben Temperatur T, die gleichbleibt und nahe unterhalb der Schmelztemperatur des verwendeten Stoffes M liegt, gehalten.

Dabei ist das flüchtige Material M in Gestalt eines ebenen Plättchens in einem aus Graphit bestehenden Tiegel 2 angeordnet, der Träger S in Form eines ebenen Blättchens wird mittels der aus Siliciumdioxyd bestehenden Zwischenstücke 3, um einen Abstand E vom flüchtigen Material M entfernt gehalten.

Das Rohr 1 besteht aus einem feuerfesten Werkstoff, beispielsweise Siliciumdioxyd. Nach Einführung des mit seinem Deckel 4 versehenen Tiegels 2 wird das Rohr ausgepumpt und an den Enden ver- f\ schlossen.

Der in dem Rohr dann herrschende Druck liegt im allgemeinen zwischen einigen Mikron und einigen Tausendsteln eines Mikrons Quecksilber.

Zur Erhitzung des Rohres wird dieses in einen Ofen gebracht. Dieser kann als elektrischer Ofen ausgebildet sein und folgende Bauteile aufweisen:

Einen von einer Stromquelle 7 gespeisten Heizwiderstand 6, der einen Rohrstutzen 8 aus feuerfestem Werkstoff umgibt; eine im Inneren des Rohrstutzens 8 angeordnete Hülse 9, die aus einem Werkstoff mit hohem thermischen Leitfähigkeitskoeffizienten besteht, wobei dieser Werkstoff vorteilhafterweise Kupfer sein kann und wobei die erwähnte Hülse 9 eine derartige axiale Länge aufweist, daß sie das abgedichtete Rohr 1 schützt; zwei Verschlußstopfen 10, 11 an den Enden des Rohrstutzens 8, wobei jeder der beiden Verschlußstopfen aus einem feuerfesten Werkstoff besteht und mit einem elektrischen Durchlaß 12 für zwei Leiter versehen ist.

Zur Steuerung und Regulierung der Temperatur , des Rohres 1 sind vorteilhafterweise folgende Teile V. vorgesehen: ein Thermoelement 13, dessen empfindliches Element mit dem einen Ende des Rohres 1 verbunden ist, wobei die zwei Drähte dieses Thermoelements 13 durch die im Verschlußstopfen 10 vorgesehene elektrische Durchführung 12 aus dem Ofen 5 herausgeführt sind; ein zweites Thermoelement 14, dessen empfindliches Element mit dem anderen Ende des Rohres 1 verbunden ist und dessen beide Drähte durch die im Verschlußstopfen 11 vorgesehene elektrische Durchführung 12 aus dem Ofen herausgeführt sind; eine Vorrichtung 15, mit der die beiden erwähnten Thermoelemente 13 und 14 zusammenarbeiten und weiche die Steuerung und Regulierung der Temperatur T, auf welcher das Rohr 1 gebracht wird, gestattet.

Das beanspruchte Verfahren wird nur am Beispiel des Aufwachsens von Quecksilbertellurid auf einem festen aus Cadmiumtellurid bestehenden Träger S beschrieben.

Den Probestücken aus Quecksilbertellurid und Cadmiumtellurid, die monokristallin oder nicht monokristallin sein können, gibt man die Form ebener Plättchen. Diese beiden Probestücke, mindestens aber ihre gegenüberliegenden Hauptflächen,

werden einer mechanischen Bearbeitung (Polieren) und dann einer chemischen Behandlung (Ätzen) unterworfen.

Um auf dem Träger aus Cadmiumtellurid einen Niederschlag mit einer Dicke A zu erhalten, sind drei ' Parameter besonders maßgebend: die Temperatur T, auf welche das die Probestücke aus Quecksilbertellurid und Cadmiumtellurid enthaltende Rohr 1 erhitzt wird; die Zeitdauer D, während welcher diese Temperatur T aufrechterhalten wird (Verfahrensdauer); die Größe des Abstandes E zwischen den gegenüberliegenden Hauptflächen des Quecksilbertellurid-Probestückes und des Cadmiumtellurid-Probestückes.

Die graphischen Darstellungen der im folgenden beschriebenen F i g. 2, 3 und 4 veranschaulichen deutlich den Einfluß der Parameter, Temperatur T, Zeitdauer D und Abstand E auf die Dicke A des erhaltenen Niederschlages.

In der ersten dieser graphischen Darstellungen

(Fig. 2) ist auf der Abszisse mit linearem Maßstab

•\ die reziproke Temperatur in Grad Kelvin und auf der ■' Ordinate in logarithmischem Maßstab die Dicket des erhaltenen Niederschlags in Mikron aufgetragen.

Die in dieser graphischen Darstellung eingezeichnete Linie X entspricht mit einer Zeitdauer D von 24 Stunden ausgeführten Versuchen, wobei der Abstand E zwischen dem Quecksilbertellurid-Probestück und dem Cadmiumtellurid-Probestück 105 Mikron war.

Es ist somit festzustellen, daß die Dicke A ■ der erhaltenen Abscheidung eine mit der Temperatur T steigende Funktion ist.

In der zweiten dieser graphischen Darstellungen (F i g. 3) ist auf der Abszisse mit logarithmischem Maßstab die Dauer D der Durchführung des Verfahrens in Stunden und auf der Ordinate in logarithmischem Maßstab die Dicke A des erhaltenen Niederschlags in Mikron aufgetragen.

Die in dieser graphischen Darstellung eingezeichnete Linie Y entspricht Versuchen, die bei einer Temperatur T von 823° K und einem Abstand E von it. 508 Mikron zwischen dem Probestück aus Quecksil- J bertellurid und dem Probestück aus Cadmiumtellurid durchgeführt wurden.

Es ist somit festzustellen, daß die Dicke A des erhaltenen Niederschlags eine mit der Dauer D des Verfahrens wachsende Funktion ist.

In der dritten graphischen Darstellung (F i g. 4) ist schließlich auf der Abszisse mit linearem Maßstab E zwischen dem Probestück aus Quecksilbertellurid und dem Probestück aus Cadmiumtellurid in Mikron und auf der Ordinate mit logarithmischem Maßstab die Dicke A des erhaltenen Niederschlags ebenfalls in Mikron aufgetragen.

Die in dieser graphischen Darstellung eingezeichneten Linien Z₁, Z₂ und Z₃ entsprechen den zugehörigen Temperaturen T von 773, 833 und 853° K, wobei die Dauer D der Versuche 24 Stunden betrug.

Es kann also festgestellt werden, daß die Dicke A der erhaltenen Ablagerung eine abnehmende Funktion des Abstandes D ist.

Im folgenden werden einige Versuchsergebnisse

angegeben, die sich auf Niederschläge beziehen, deren Wachstum nicht unbedingt epitaktisch erfolgt.

Abscheidung von Quecksilbertellurid auf Bleitellurid: Bei einer Temperatur T von 823° Kelvin, einem Abstand E von 98 Mikron und einer Versuchsdauer von 24 Stunden erhält man einen Niederschlag mit einer Dicke von 50 Mikron.

Abscheidung von Quecksilbertellurid auf Germaniumtellurid: Bei einer Temperatur T von 823° Kelvin, einem Abstand E von 508 Mikron und einer Versuchsdauer von 24 Stunden erhält man einen Niederschlag von 40 Mikron Dicke.

Abscheidung von Germaniumtellurid auf Cadmiumtellurid: Bei einer Temperatur T von 823° Kelvin, einem Abstand E von 508 Mikron und einer Versuchsdauer von 24 Stunden erhält man einen Niederschlag von 2 Mikron Dicke.

Abscheidung von Germaniumtellurid auf Bleitellurid: Bei einer Temperatur T von 823° Kelvin, einem Abstand E von 200 Mikron und einer Versuchsdauer von 100 Stunden erhält man einen Niederschlag von 35 Mikron Dicke.

Die so erhaltenen Körper können z.B. zur Herstellung nicht homogener Halbleiteranordnungen, beispielsweise Anordnungen mit variabler Breite des verbotenen Bandes, Hetero-PN-Schichten Anwendung finden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum insbesondere epitaktischen Aufwachsen kristalliner Schichten aus HgTe, CdTe, PbTe oder GeTe auf einen festen Träger, der aus einer der genannten Verbindungen besteht, in einem abgeschlossenen evakuierten Gefäß, wobei der Träger und ein Körper aus dem aufzuwachsenden Material in dem Gefäß direkt einander gegenüberliegen und erhitzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper und der Träger auf die gleiche Temperatur erhitzt werden, die nahe unterhalb der Schmelztemperatur des aufzuwachsenden Materials liegt.

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