DE1665267A1 - Zusammengesetzter heteroepitaxialer Aufbau - Google Patents

Zusammengesetzter heteroepitaxialer Aufbau

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Description

fafeuAiii"wei1* 15. Sep. 1967
.-Ing. HANS RUSCHICE N 482
pl-lng. HEINZ AGULAR 1665267
8 München 27, Pienzenauer Str. 2 .
North American Aviation, Inc.
1700 East Imperial Highway,. El Segundo,
Kalifornien, USA0
Zusammengesetzter heteroepitaxialer Aufbau.
Die Erfindung "bezieht sich aaf einen mehrschichtigen dünn-filmigen heteroepitaxialen Aufbau, und inbesondere at-i" einen Verbundkörper mit einem elektrisch isolierenden Einkristall-Substrat, einer monokristallinen Schicht von Ketall, die epitaxial auf dem Substrat gewachsen ist, und einer epitaxialen Schicht von Halbleitermaterial auf der Metallschicht. ■ >
Die Verbundkörper nach der Erfindung sind nützlich auf ^
Anwendungsgebieten, die Halbleitermaterialien erfordern, die elektro-optische oder piezoelektrische Wirkungen zeigen.
Die Verbundkörper sind besonders wertvoll, da ein elektrischer Kontakt mit guter optischer Ref lektivitäb als ein Element des Aux'baus eingeschlossen ist. Da weiterhin die zusammengesetzte Halbleiterschient ein dünner Ei Im ist, können piezoelektrische Wirkungen bei jL*'r^quenzen erreicht werden, die wesentlich höher sind, als diejenigen, die erreicht werden können, wenn In
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BAD ORl®>NAU
üblicher Weise hergestellte piezoelektrische Kristalle verwendet werden. Da zusätzlich der Aufbau ein elektrisch isolierendes Substrat benutzt, können mehrfache elektrisch isolierte piezoelektrische oder elektro-optische Vorrichtungen auf einem einzigen Substrat hergestellt-werden.
In der Vergangenheit haben sich Schwierigkeiten ergeben, wenn große Einkristalle von Zink (Zn)- oder Kadmiuri; (Cg)-Chalcogeniden hergestellt wurden. Im Falle von ZnS wurde eine Mischung der v/urtzit- (sechseckigen) und Sphalerit- (kubischen) kristallinen Formen erzielt anstatt ein reines Kristall von einer Form. Außerdem haben Versuche, Einkristall-Chaleogenide von Zn oder Cd direkt a^f Binkristallrnaterialien viie etwa Saphir wachsen ■zu-lassen, zu Strukturen-geführt, die zahlreiche Fehler haben, wie das durch kristallographische Röntgenuntersuohungen bewiesen ,-zur de , In .jedem Falle wäre das Chaleogenid unannehmbar zur Verwendung als eine elektrooptische oder piezoelektrische vliricungsvorrichtung, wobei diese Vorrichtungen vorzugsweise Einkriställinaterialien mit wenigen Defekten erfordern.
Diese Nachteile werden in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung überwunden durch das Vorsehen eines Verbundkörpers, der durch ein elektrisch-isolierendes Einkristallsubstrat, eine auf dem Substrat angeordnete Metallschicht und eine Schicht von halb-Leitermaterial gekennzeichnet ist, das epitaxial auf der Metallschicht angeordnet ist.
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BAD ORIGINAL
Idealerweise wäre das Substrat Saphir, Spinell, BeO oder MgO.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein heteroepitaxialer Halbleiteraufbau aus drei Schichten hergestellt, gekennzeichnet durch ein Substrat aus einem Einkristailsaphir, einer epitaxialen Schicht von monokristallinem Wolfram auf dem genannten Substrat, wobei die Wolframschieht eine Stärke zwischen 500 A und
ο
1000 A hat und eine Schicht aus einem Einkristall-ZnS, die epitaxial auf der genannten Wolframschicht gewachsen ist.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform liegt die 100 Ebene des genannten tiolframs vorzugsweise innerhalb 9° Parallelität im Verhältnis zu der 11Q2 Ebene des genannten Saphirs und entweder die IQQ Ebene oder die 111 Ebene des genannten ZnS liegt innerhalb b° Paralle! im Verhältnis zu der genannten 100 Ebene des Wolframs.
Wahlweise- kann der Saphir eine 1126 Ausrichtung zeigen, das Wolfram kann eine pll Ausrichtung zeigen und das ZnS kann eine 116 Ausrichtung zeigen.
Die Merkmale der Erfindung werden offensichtlich aus folgender Beschreibung und den Zeichnungen, die nur zu illustrierenden Zwecken verwendet werden.
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FIg, 1 zeigt eine stark vergrößerte perspekfcLvIsehe Ansieht Im teilweisen Schnitt \mä In- tellwelser Seitenansicht des Vielschichtemmifliiaus, der Gegenstand der Erfindung ist-,
FIg; „. 2 ist, ein Sehauhlld der· Gitter stellen an der Grenze fläche zwischen ctem Subs-t-rat land der· Metallsehlelrfc des ¥erfemdkörpeFs naeh FIg. I»
3 ist ein SehauMId der Gitters te Ilen an der fläehe zvflsehen der Metallschicht und der leitepschicht des Verbundkörpers nach FIg. 1, und
Fig. k zeigt eine Ausführungsform des mehrschichtigen heteroepltaxialen Aufbaus,
In Fig.= 1 ist gezeigt, daß der zus amme nge setz te heteroepi taxiale Aufbau 1 aus einem Substrat 2 aus elektrisch isolierendem Einkristallraaterial besteht. Das Substrat besteht vorzugsweise aus Alph-Korund (Saphir* AIpO^), aber auch andere monpkristalline Materialien wie etwa BeO, MgO und Spinell (MgO*AI2O7,) sind zufriedenstellend. Jedes von ihnen ist ein Metalloxyd mit entweder einer kubischen oder sechseckigen kristallinen Struktur, Das Substrat sollte so geschnitten werden, daß die Fläche, auf der die Metallschicht J hergestellt werden soll, parallel zu einer der kristallographischen Ebenen des Substrates liegt. Sollte beispielsweise Saphir benutzt
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werden, kann das Substrat parallel zu entweder der 1102 oder 1126 kristallographischen Ebene geschnitten werden.
Unter Hinweis auf Fig. 1 wird auf dem Substrat 2 epitaxial eine Metallschicht 3 aus monokristallinem Material aufgebaut. Dieses Material ist vorzugsweise Wolfram (Gitterparameter 3*1647).» aber auch andere Metalle mit einem raumzentrierten kubischen kristallinen Aufbau und einem Gitterparameter zwischen ungefähr 3,G2 8. und 3*31 S. können verwendet werden. Beispielsweise sind die folgenden Metalle (aufgeführt mit ihren Gitterparametern) anwendbar: Molybdän (,1473 -S), Vanadium (5,0240 A), Tantal (5,5058 A) und Niobium (3,5004 a). Dieser Bereich von Gitterparametern ist wünschenswert, weil er innerhalb 15/«> der Gitterabmessungen des Substratmaterials 'liegt.
Während die Metallage 5 in.Fig. 2 als über der gesamten Oberfläche des Substrates 2 angeordnet dargestellt ist, ist es selbstverständlich., daß dies nicht erforderlich igt und daß die Metallschicht 3 nur über einem Teil der Oberfläche des Substrates 2 angeordnet zu sein braucht. Außerdem kann es wünschenswert sein, eine Me tails chi ent 3 zu haben., die über mehreren isolierten Bereichen der Oberfläche des Substrates 2 angeordnet ist, z.Bj. um eine Anzahl von elektrisch isolierten Vorrichtungen auf einem gemeinsamen Substrat zu erzeugen.
-5-
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BAD
Eine Dampf phasenablagerung über einem Temperaturgradienten oüer andere den Fachleuten genau so gut bekannte Techniken können verwendet werden, um aie Metallschicht 3 epitaxial aufwachsen zu lassen. Beispielsweise kann das Substrat 2 in eine luftleer gemachte. Kärntner eingebracht und auf eine hohe Temperatur unter dem Schmelzpunkt des verwendeten Metalls erhitzt werden. Metall in Dampfphase wird dann in die Kammer eingebracht und möglicherweise mit einem neutralen Trägergas gemischt. Das Metall lagert sich auf der Substratoberfläche ab und wächst in einer Einkristallschicht, deren kristalline Ausrichtung durch die Ausrichtung der bloßliegenden Substratoberf lache bestimmt wird. Eine Beschreibung einer Technik zum epitaxialen Aufwachsen von Wolfram auf Saphir unter Verwendung einer proplytischen Zersetzung von WFg als Woiframquelle ist in dem Aufsatz "Orientation Relationships in the HeteroepitaxLal Tungsten-on-Sapphire System" von Arnold Miller, H.M. Manasevit,
' - - - '■■■■"■'■ D.H. Forbes und I,B. Cadoff zu finden, veröffentlicht in der Zeitschrift "Journal of Applied Physics"/ ' Band 57/Nr. 7/ Seiten 2921 bis 2922, Juni I966.
Die Metallschicht j) ist optimal von einer Stärke
ο ο
zwischen 500 A und 1000 A , obwohl auch dickere Schichten für -einige Anwendungsgebiete wünschenswert sein können. Diese Stärke ist genügend, um einen
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kontinuierlichen raonokristallinen Film des Metalles
aar der Substratoberfläche sicherzustellen und ist auch genügend diek, um einen zufriedenstellenden elektrischen Kontakt für die Halbleiterschicht % zu schaffen, wenn ein solcher Kontakt wünschenswert sein sollte. Außerdem ist die Oberfläche der Metall-» schicht J9 so v/le sie gewachsen ist, optisch hoch-* grad% reflektierend. Es ist kein darauffolgendes Polieren der Metallschicht erforderlieh, weder zum Verbessern der optischen Reflektionseigensehaften noch um sie zu einer darauiVolgenden epitaxialen Ablagerung der Halbleitersehieht h vorzubereiten.
Wenn Wolfram auf Saphir aufwächst, dann hat sich gezeigt, daß die Metallschicht j mit ihrer 100 kristall©' graphischen Ebene in einem geringen Winkel zu der 1Ϊ02 Ebene des Substrates 2 liegt. Mit der ΐΤθ2 Ebene des Saphirs als Bezug, nimmt die dazu passende 100 Ebene des Wolframs einen Winkel von zwischen und 9° ein. Fig. 2 zeigt die Gitterüberlagerung für 100 Wolfram auf lTo2 Saphir. Es ist auf die relativen Stellungen der Wolfram-Atome 21 im Verhältnis zu den Aluminium-Ionen 20 des Saphirs hinzuweisen. Wenn wahlweise die 1126 Kristallographebene des Saphirs als die Wachsoberfläche des Substrates 2 verwendet wird, nimmt die Wolfram Metallschicht j die pH Ausrichtung an.
„7-
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BAD
Die Halbleiterschient 4 (siehe Fig, l) die aus Chalcogenid von Zink oder Kadmium bestellen kann, wird epitaxial auf der Metallschicht, 3· aufwachsen-» gelassen unter Verwendung entweder- von Märmeübertragungs· oder chemischen DampfÜbertragungstechniken^ wie sie den Fachleuten allgemein, bekannt, sind» Wie in Fig. 1 gezeigtj, überdeckt, die Sohi.u3a.fe % die gesamte Oberfläche der Metallsclxielnit. 3» Es ist kla\E'* daß dde Erfindtaag nieiit· in dieser Form bescteänfcfc isfe ima α daß. die üalbleitersehäoht % über nur eineKt feile der Metallschi eilt 5 oder über Vers oliiedenen is: olier-tep Eiereich^ii der Oberfläche der Metallschieht 5 apgeorgriefc sein kann»
Die W.ärmeübertragungsablagerung der Halbleiterschicht ^ kann beispielsweise dadurch erreichtverden, daß die Kombination aus Substrat 2 und Metallschicht 3 in eineKammer eingebracht wird. Das abzulagernde Ohaleogenid (ZnS/ CdSe, usw.) wird ebenfalls in W fester Form in die Kammer eingebracht und auf wenig mehr als Verdampfungstemperatur erhitzt (im allgemeinen zwischen 6OQ0C und IQOO0C je nach dem entsprechenden verwendeten Chalcogenid). Ein Trägergas, wie etwa Argon oder Wasserstoff,, wird, in die Kammer eingebracht, um das gasförmige Chalcogenid stromab zu der Kombination aus Substrat 2 / Metallschicht j? zu führen, wobei diese Kombination §.\xf eine Temperatur von etwa
50°C bis 75 C weniger als die Temperatur der Chalcogenid-Q,uelle erhitzt wird. Das Öhalcogenid lagert sich auf der Metallschicht J ab und wachst epitaxial auf ihr»
Als ein Beispiel der chemischen Dampfübertragungstechnik kann die Ablagerung der Halbleiterschieht 4 erzielt werden, indem die Kombination aus dem Substrat und der Metallschicht 3' in eine Kammer eingebracht
'und die Kombination auf ungefähr 50°C bis 75°c unter JSj
der Verdampfungstemperatur des abzulagernden Chalcogenids erhitzt wird. Ein Zink- oder Kadmium-Halid' und ein Chalcogen (h.B. Schwefel) werden dann in die Kammer in gasförmiger Form eingebracht. Das Zink oder Kadmium aus dem" Halid kombiniert sich wieder mit dem Chalcogen an der Oberfläche der Metallschicht j5* um das gewünschte Chalcogenid zu.erzeugen, das seinerseits beginnt, sich auf der Schicht 5 abzulagern und darauf epitaxial zu wachsen.
Gleichgültig ob die Wärmeübertragung oder chemische Dampfübertragungstechnik verwendet wird, nimmt das Chaloogenid im allgemä-ien nur eine Form und nicht eine Kombination· von Formen an. Beispielsweise nehmen ZinloChalcogenide meistens eine Sphaleritartige 3truktur an und nicht eine Mischung von Sphalerit und Wurtzit-Formen. Außerdem zeigt die epitaxial abgelagerte Halbleiterschicht 4 nur sehr
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wenige kristalline Defekte, wie das durch Ptöntgen-Laue-Diagramm-Untersuchungen nachgewiesen werden kann.
Wenn ZnS auf der Kombination eines Saphir-Substrats und einer Wolfram-Metallschicht 5 abgelagert wird, nimmt das ZnS eine ALisriehtung an, die mit der kristallographischen Saphirebene zusammenhängt, die als die Aufwachsoberfläche für das Wolfram genommen wird. Wenn beispielsweise die Saphir-1102-Ebene verwendet wird, nimmt das Wolfram die 100 Ausrichtung an und das ZnS kann mit seiner 100 kristallographischen Fläche innerhalb einer Parallelität von 8° im Verhältnis zur Wolframoberfläche wachsen oder das ZnS kann mit seiner 111 Ebene innerhalb 8° Parallelität im Verhältnis zur W-Oberfläche ausgerichtet sein. Fig. 5 illustriert die Gitterauflage für 100 ZnS auf 100 Wolfram. In dieser Figur sind die relativen Orte der Zink-Ionen 2j? .im Verhältnis zu den Wolfram- Atomen 22 klar zu sehen. Wählweise'.und- wenn die 1126 fibene des Saphirs verv/endet wird, nimmt das Wolfram eine pll Ausrichtung an und das ZnS eine 116 Ausrichtung.
Die Halbleitermaterialien, die für die Schicht 4 verwendet werden können, umfassen Zin- und Kadralum-Chalcogenide. Das besondere gewählte Material hängt von der einzelnen beabsichtigten Verwendung ab.
-IQ-
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Die meisten der Chalcogenide von Zink und Kadmium zeigen elektro-optische iii genschaften und können z.B. in Pockels- V/irkungs-Vorrichtungen verwendet werden. Pie Pockels-»Wirkung (wie beispielsweise auf den Seiten 721 und 722,, Band 2 des Buches "Piezo* electricity" von Walter Guyton Cady und veröffentlicht von Dover Publications, Inc., 19ü4 beschrieben) benutzt eine lineare Veränderung Inder optischen Polarisationskonstante eines kristallinen Materials unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes, Die Wirkung ist bei kubischen Kristallen am offen-sicht* liehsten, die einen hohen Symmetriegrad haben.
Sollte eine Vorrichtung mit elektro-optiseher Wirkung zum Betrieb im sichtbaren Spektrum erwünscht sein, dann wäre ZnS ein geeignetes Material für die Schicht 4, ZnS ist farblos und zeigt eine Pockels-Wirkung entlang seiner lüö-kristallinen-Ebene. Da ZnS kubisch ist, sind solche 100 Ebenen senkrecht und parallel zur Grenzfläche der Halbleiterschicht 4 und der Metallschicht. ^ des Aufbaus 1 vorhanden (z.B. wenn ZnS auf 100 Wolfram abgelagert wird) wie in Fig, I gezeigt. Da die Metallschicht 3> optisch reflektierend ist, wenn !ficht auf den Aufbau 1 durch die Fläche £ geleitet wird, kann es durch die Halbleiterschicht .4 entlang einer 100 Ebene verlaufen, von der Metallschicht ρ reflektiert werden, die Schicht 4 entlang einer
-11-
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100 Ebene wieder durchlaufen und über* die Oberfläche austreten.
Wenn die ZnS; Schieilt einem elektrischen Feld ausgesetzt wird, das senkrecht zur Oberfläche 5 Hegt, wird die optische Polarisationskonstante der Sahieiit 4 beeln.«\ fluit und das kann wiederum verwendet weräepj. um das Iricflafe zu Modulieren^ das die Balbleitersehiohit 4 dringt, Soleii ein eleletriselies Feld köraite miter Wendung des in Fig., 4 dargestellten Äufbaus aufgebaut werden., _ ■
Die Äusführungsforrü der Erfindung, wie in Fig. 4 ge zeigt, umfaßt ein Substrat S, eine Metallschicht ρ und eine Halbleiterschicht"4, jede identisch der oben in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben,, Zusätzlich ist eine transparente;, elektrisch leitende Schicht 6 gezeigtj die durch Dampf auf der Oberfläche 5 ab« gelagert sein kann, aber die weder kristallin noch epitaxial gewachsen sein muß. Ein geeignetes Material fiir die ichight 6 ist SnO, Ein elektrisches Feld kann der Halbleiterschicht 4 vermittelt werden, indem eine ¥on außen zugeführte Spannung zwischen den siektrisiehen leitern Ii und 12 angelegt wird, wobei dies© Leite? mit der Metallschicht ρ bezw, 4er leitenden Sehicht ß vtrfeunden sind, w"enn die Aus» f ilhriungsförm nach Fig. 4 verv/endet wird, kennen die optischen Eigenschaften der Halbleiters chi ent 4 ±m auf Y ränderUngen in einer von außen
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zugeführten Spannung verändert werden.
Ein anderes Mittel'.zum Anlegen eines elektrischen Feldes an 'der elektrisch optischen Schicht 4 wäre., denAufbau nach Fig. 1 in einer luftleer geraachten Kammer einzubringen. Die Metallschicht j5 Konnte als eine gewöhnliehe Elektrode verwendet werden, während Elektronen auf der Oberfläche 5 von einer Elektronenschleuder abgelagert werden. Der aufschlagende E lektr onens tr oni könnte über der Oberfläche in einem regelmäßigen Muster aufgebracht und abgetastet werden und könnte moduliert werden. Die optischen Eigenschaften des für die Halbleiterschicht 4 benutzten elektro-optischen Materials können so.in Örtlichen Bereichen im Ansprechen auf den auftreffenden Elektronenstrom verändert werden. Eine Elektronen-Aufschichtung auf der Oberfläche 5 wird durch geeignete Wahl der Resistivität der Schicht 4 vermieden, um den Elektronen zu gestatten, die Schicht-4 zur gemeinsamen Elektrode 3 zu durchdringen.
Der heteroepitaxiale Mehrschichtenaufbau, der Gegenstand der Erfindung ist, könnte auch als eine piezoelektrische Vorrichtung verwendet werden durch Wählen eines geeigneten Chalcogeniden für4 die Haübleiterschicht K, ZnS, CdS, ZnSe und ßdSe zeigen unter anderem nützliche piezoelektrische Wirkungen,, wobei ZnS ganz besonders wirksam ist. Auch die Metallschicht
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kann als eine Elektrode verwendet werden, jährend eine zweite Elektrode 6 auf der Oberfläche 5 abgelagert werden kann, wie in Fig. 4 gezeigt. Zur Verwendung als eine piezoelektrische VJirkungsvorrichtung braucht die Schicht 6 (siehe Fig. 4) nicht durchsichtig zu sein.
Das am häufigsten verwendete piezoelektrische Wandlerrnaterial, Quarz, ist schwierig auf geringere Stärken als ungefähr 0,0254 mm zu schneiden, zu läppen und zu polieren. Diese Abmessung setzt so eine obere Grenze für die S hwingungsfrequenz von derartigen piezoelektrischen Quarzvorrichtungen. Dünne Einkriställfilme von ausgerichtetem ZnS können erzeugt werden, um eine Schicht 4 zu bilden, die Stärken= aufweist, die beträchtlich geringer sind als 0,0254 mm. Beispielsweise kann die Schicht 4 nur 1 Mikron stark sein, was einen piezoelektrischen Betrieb mit sehr hoher Frequenz gestattet.
Ein anderes Anwendungsgebiet des mehrschichtigen heteroepitaxialen Aufbaus, wie hierin besehrieben, ist ein empfindlicher Lichtdetektor. Es ist allgemein bekannt, daß CdS ein lichtempfindlichtes Material, selbst in polykristalliner Form ist. Sollte CdS für die Halbleiterschicht 4 verwendet werden, würde die Tatsache, daß es sich in Einkristallform befindet, zu größerer Empfindlichkeit führen als bei CdS in nicht-monokristalliner Form.
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obwohl die Erfindung im einzelnen beschrieben und dargestellt wurde, ist doch klar, daß dies nur 2ur Illustration und als Beispiel geschieht und nicht zur Beschränkung, da Rahmen und Geist der Erfindung nur durch die beigefügten Ansprüche
beschränkt sind.
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©AD OBSGiNAL

Claims (1)

  1. Pa t e n "t a η s ρ r ϋ: σ h. e
    1.. Verbundkörper,, dadurch gekeimt© 1c}:l,. ^t,, dass er· ein elektrisch isa-liei-enclea 3Ir±krls-tall~ subs teat (2),. eine Iietallsciiiciit (3} auf dem genannten Substrat tind eine Halblfei"« rceLiGiit C-4-J iiufweist^ öle eiieziisch. mit der genJSiij.ii^exi lletallscliicht £.:·ΛνίΏ.άϋϊΐ ist.
    2* TerDuiicücörper nach Ansi^ruch 1, äad^rcit gckemizelclmet, äa,s die HaiDleitGZ-sciiicirtf (4) e_,itas:Ial au." der Hetallschicht (5) angeordiiet Ist.
    3. Verbundkörper nach den Ans../rüCiien 1 oder 2, dadurch ekemizeiciaic-,, daasdas Jubatrat; (2) Saphir, Spinell, BeO oder MgO 1st.
    4. Verbundkörper nach einem beliebigen äer Ansprüche
    bis 3f dadurch gekennzeichnet, dass das Metall (3) Wolfram, Molybdän', Vanadium, Tants,l oder ITiobiun ist.
    5* Verbundkörper nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4,- dadurch gekenrizeichnetj dass das Hal^leixematerial (4) ein Zink- oder Kadmlum-Ohalcogenld Ist.
    - 16 -
    Bad original-'
    6. 7"ör"bundkürper nach einem beliebigen der -^nspr/.ehe 1 bis 5j dadurch gekennzeichnet, dass elektrische leiter (11, 12) an der Heilbleixerschieht (4) angeordnet sind.
    7« Verbuzidlcör-er nach ein am beliebigen d^r Ansprüche 1 bis 6, dadurch gelcermseiclmet, dad 3 die Ke tall schicht (5) epitaxial auf den Substrat (2) angeordnet ist.
    8. "Verbundkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, da >s das He tall (3) einen G-it"cerparame*üer innerhalb 15 P des Gitterpararaetei's des Substratmaterials (2) hat und dajs das Halbleitermaterial (4) Zns, CdS,ZnSe, OdSe, ZnIe oder CdSe ist.
    S-. Dreischichtig „τ heteroepi^axialer Halbleiteraufbau, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Substrat (2) aus einem Binkxis tall saphir, hat, eine Epitaxial-.-jchiclit ..(5) aus moiiokfistallineia Wolf ram ' auf dem genannten Substrat, wobei die Wolframschicht eine
    ο ο Stärke zwischen 500 A und 1000 A hat, riit einer Schicht aus einer Einkristall ZnS, das epitaxial auf der Wolframschicht gewachsen ist.
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    Ii
    10.) Aufbau nach Anspruch j, dadurch gekennzeichnet, datf die 100 Ebene ctes "Wolframs (^) innerhalb 9° Parallelität im Verhältnis zu der lTo2 Ebene des genannten Saphirs (ώ) liegt und die 100 Ebene des genannten ZnS innerhalb ö°Parallelität im Verhältnis zu der lOO Ebene des ,/olframs liegt.
    11.) Aufbau nach Anspruch 9 j dadurch gekennzeichnet, daß die 100 Ebene des Wolframs innerhalb 9° Parallelität im Verhältnis zur Ilo2 Ebene des Saphirs (2) liegt una die 111 Ebene des ZnS innerhalb d° Parallelität im Verhältnis zu der genannten 100 Ebene des //olfrarns.
    12.) Aufbau nach Anspruch 9i dadurch gekennzeichnet, da3 der Saphir (2) eine 1126 Ausrichtung= zeigt, das V/olfram eine ^l 1 Ausrichtung und das ZnS eine 116 Ausrichtung
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    BAD ORfQiNAL
    Leers e i te
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3509426A (en) * 1967-07-31 1970-04-28 Gen Electric Capacitor with ionic conducting ceramic electrolyte
US3493430A (en) * 1967-10-02 1970-02-03 North American Rockwell Single crystal molybdenum on insulating substrates
US3624465A (en) * 1968-06-26 1971-11-30 Rca Corp Heterojunction semiconductor transducer having a region which is piezoelectric
US4368098A (en) * 1969-10-01 1983-01-11 Rockwell International Corporation Epitaxial composite and method of making
US4404265A (en) * 1969-10-01 1983-09-13 Rockwell International Corporation Epitaxial composite and method of making
US4066481A (en) * 1974-11-11 1978-01-03 Rockwell International Corporation Metalorganic chemical vapor deposition of IVA-IVA compounds and composite
US4115625A (en) * 1976-11-01 1978-09-19 Sotec Corporation Sodium thallium type crystal on crystalline layer
US4307132A (en) * 1977-12-27 1981-12-22 International Business Machines Corp. Method for fabricating a contact on a semiconductor substrate by depositing an aluminum oxide diffusion barrier layer
US4235662A (en) * 1978-06-28 1980-11-25 Sotec Corporation Layer of crystalline silicon having (111) orientation on (111) surface of lithium aluminum
US4448854A (en) * 1980-10-30 1984-05-15 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Coherent multilayer crystals and method of making
GB2089119A (en) * 1980-12-10 1982-06-16 Philips Electronic Associated High voltage semiconductor devices
US11040887B2 (en) * 2016-06-23 2021-06-22 Dic Corporation Spinel particles, method for producing same and composition and molded article including spinel particles
US10697090B2 (en) * 2017-06-23 2020-06-30 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Thin-film structural body and method for fabricating thereof

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE436972A (de) * 1938-11-15
US3142594A (en) * 1957-08-21 1964-07-28 Allis Chalmers Mfg Co Rectifying devices
US3333324A (en) * 1964-09-28 1967-08-01 Rca Corp Method of manufacturing semiconductor devices

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Publication number Publication date
GB1153404A (en) 1969-05-29
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NL153727B (nl) 1977-06-15
NL6712784A (de) 1968-03-21
DE1665267C3 (de) 1974-08-22

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C3 Grant after two publication steps (3rd publication)
E77 Valid patent as to the heymanns-index 1977