DE2429634A1 - Verfahren zum herstellen eines halbleiterbauelements im molekularstrahl-epitaxieverfahren - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines halbleiterbauelements im molekularstrahl-epitaxieverfahren

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DE2429634A1
DE2429634A1 DE2429634A DE2429634A DE2429634A1 DE 2429634 A1 DE2429634 A1 DE 2429634A1 DE 2429634 A DE2429634 A DE 2429634A DE 2429634 A DE2429634 A DE 2429634A DE 2429634 A1 DE2429634 A1 DE 2429634A1
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Alfred Yi Cho
Franz Karl Reinhart
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Description

BLUMBACH · WESER ■ BERGEN & KHAMER
PATENTANWÄLTE IN WIESBADEN UND MÜNCHEN 2 4 2 v3 O J
DIPWNa- P- G. BLUMBACH . D.PL-PHYS. DR. W. WESER · DIPWNG. DP JUR. P. BERGEN ^
«WIESBADEN · SONNENBERGER STRASSE 43 · TEL. (06!2I) 5629«, 561998 .
Western Electric Company
Incorporated
New York, N. Y., U.S.A. Cho 5 - 4
Verfahren zum Herstellen eine'g- Halbleiterbauelements im Molekularstrahl-Epitaxie -verfahren
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Halbleiterbauelementen im Molekularstrahl-Epitaxteverfahren.
In der US-Patentschrift 3. 615. 931 ist eine Methode zum epitaktischen Aufwachsen von Dünnschichten aus Halbleitermaterialien beschrieben, bei der das Wachstum vom gleichzeitigen Auftreffen einer oder mehrerer Molekularstrahlenbündel aus den die Bestandteile des Halbleitermaterials bildenden Elementen auf ein erhitztes Substrat. Im einzelnen ist dort der grundsätzliche Molekularstrahl-Epitaxieprozeß zum Züditen von Dünnschichten aus Verbindungen zwischen Elementen der Gruppe HIa und
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Elementen der Gruppe Va des periodischen Systems (III-V-Verbindung) auf einem Substrat, das auf etwa 450 - 650 Celsius vorgewärmt war und bei gegenüber Atmosphärendruck geringerem Druck gehalten wurde.
Es ist möglich, das Molekularstrahl-Expitaxieverfahren auch zur Dotierung solcher Dünnschichten zu benutzen, um einen gewünschten Leitungstyp zu erzeugen, beispielsweise mit Sn und Si als Donatoren oder mit Germanium, das ein amphoterer Dotierstoff ist, je nachdem, ob die aufwachsende Oberfläche bezüglich des III- oder des V-Elementes angereichert ist, oder mit Magnesium.
Die Molekularstrahltechnologie ist jedoch nicht auf die epitaktische Züchtung von III-V-Dünnschichten beschränkt. 1970 veröffentliche D. Beecham experimentelle Resultate, die anzeigten, daß CdS-Dünnschichten (eine II-VI-Verbindung) zur Verwendung als piezoelektrische Wandler hergestellt werden konnten, indem Molekularstrahlenbündel aus Kadmium und
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Schwefel auf ein Quarzsubstrat gerichtet wurden. Andererseits ist in der US-Patentschrift 3. 666. 553 eine Molekularstrahlmethode zum Herstellen einer polykristallinen und nicht epitaktischen Dünnschicht von hohem Flächenwiderstand aus einer III-V-Verbindüng auf einem amorphen Substrat beschrieben, das auf 250 450 Grad Celsius vorgewärmt war.
Bei Versuchen, Halbleiterbauelemente herzustellen, in denen Epitaxieschichten verwendet werden, beispielsweise Varactoren, Iinpatt-Dioden, pn-Übergangslaser und Lichtmodulatoren, war ein immer wieder auftretendes Problem ein anormal hoher Serienwiderstand (1000 Ohm). Dieser hohe Serienwiderstand ist sehr nachteilig, da er die Grenzfrequenz von Varactoren und pn-Übergangs-Lichtmodulatoren reduziert, ebenso auch den Leistungswirkungsgrad von Impatt-Dioden und pn-Übergangs laser. .
Da kommerziell brauchbare Halbleiterbauelemente generell niedrigen Serienwiderstand (z. B . 2 Ohm) aus den oben erörterten
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typischen Gründen haben sollen, sind der Erfindung vorausgehende detaillierte Untersuchungen des Molekularstrahl-Epitaxie prozesses durchgeführt worden, um die Ursache des hohen Serienwiderstandes zu ergründen. Diese Untersuchungen zeigten die Existenz dünner Zonen hohen Widerstandes (nachstehend "i-Schichten" genannt) auf, die zumeist an der Grenzfläche zwischen aneinandergrenzenden epitaktischen Schichten vorhanden sind. Zunächst war die Ursache solcher i-Schichten unbekannt. Weitere Untersuchungen führten jedoch zu der Entdeckung, daß i-Schichten sich an der Grenzfläche zum Substrat hin und innerhalb der epitaktischen Schichten immer dann bildeten, wenn der Wachstumsprozeß unterbrochen wurde. Obgleich der exakte Ursprung der i-Schichtbildung noch unklar ist, wird angenommen, daß ihr Auftreten von einem oder mehreren der nachstehend angegebenen drei Faktoren herrühren mag.
(1) Erstens hat die obere, d.h. die wachsende Fläche von beispielsweise GaAs während des Wachstums "baumelnde" Bindungen (entweder ionische oder kovalente Bindungen) mit Atomen, die in
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einer arsenstabilisierten Oberflächenstruktur angeordnet sind. Wenn jedoch das/Wachstum unterbrochen wird, verdampft die oberste As-Monoschicht von der Oberfläche und die restlichen Atome ordnen sich zur Bildung einer galliumstabilisierten Oberflächenstruktur um, die eine vom massiven Material oder der darunterliegenden Schicht abweichende Periodizität hat (siehe Journal of Applied Physics, Band 41, Seite 2780 (1970) von A. Y. Cho). Sonach ändert sich eine As-stabilisierte Oberflächenstruktur in eine Ga-stabilisierte Oberflächenstruktur auf Erwärmung im Vakuum hin. (siehe Journal of Applied Physics, Band 42, Seite 2074 (1971) von A. Y. Cho). Zusätzlich wandelt sich beim anfänglichen Aufwachsen von GaAs im Molekularstrahl-Epitaxieverfahren die Ga-stabilisierte Struktur zurück in die As-stabilisierte Oberflächenstruktur. Wenn einige der Bindungen nicht in diesem Umwand-'lungsprozeß abgesättigt werden, entstehen Defekte (z.B. Leerstellen) und Grenzflächenzustände. Diese Defekte können Ladungsträger einfangen und dadurch eine i-Schicht bilden. Diese Schlußfolgerung wird durch Dotierprofil-Messungen an epitaktischen Schichten oder an einer epitaktischen
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Schicht gestützt, deren Aufwachsen durch Schließen des Verschlusses (mehrere Male und unterschiedlich lang) in der Vakuumkammer unterbrochen wurde, um zu verhindern, daß das Molekularstrahlenbündel auf der wachsenen Oberfläche auftrifft. Obgleich das System zur. Erzeugung einer konstanten Ankunftsgeschwindigkeit für das Dotierstoff-Strahlenbündel und folglich auf ein konstantes Dotierungsprofil eingestellt war, wurde gefunden, daß bei einer jeden Unterbrechung des Wachstums die resultierende Ladungsträgerkonzentration um einen Betrag abnahm, der von der Zeitspanne, während derer der Verschluß geschlossen war, also-das Wachstum angehalten war, abhing. Je langer das UnterbrechungsIntervall war, desto größer war die Anzahl der Defekte oder Einfangzentren pro Quadratzentimeter, die an der Grenzfläche erzeugt wurden,
12 2
bis Sättigung bei etwa 10 /cm auftrat.
(2) Zweitens wurde beobachtet, daß Arsen von GaAs-Substratoberflächen verdampft, wenn das Substrat (üblicherweise durch Si-Dotierung η-leitend gemacht) im Vakuum erhitzt wird
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(siehe Journal of Applied Physics, Band 42, a.a.O.). Die Verdampfung von As verursacht die Bildung von Arsenleerstellen und/oder erlaubt es den Si-Atomen (oder anderen amphoteren Dotierstoffen) in die Arsen-Gitterplätze zu wandern, so daß stärker kompensierte. Schichten mit höherem Widerstand entstehen. Diese Schlußfolgerung ergab sich aus Versuchen, bei
denen das Substrat im Vakuum erhitzt wurde und dann die Verringerung der gesamten Ladungsträgerkonzentration an der Oberfläche durch Schottky-Sperrschicht-Dotierprofilmessungen beobachtet wurde.
(3) Drittens kann eine Verschmutzung durch Verunreinigungen infolge unrichtiger oder unzureichender Reinigung des Substrates zu einer i-Schicht an der Substratoberfläche führen. Dieser Effekt ergab sich durch die Feststellung von Kohlenstoff-Verunreinigung auf GaAs-Substraten mit Hilfe eines Auger-EIektronenspektrometers. (Siehe Journal of Applied Physics, Band 43, Seite 5118 (1972) von A. Y. Cho und M. B. Panish). Der Kohlenstoff wird durch Vorerwärmung des Substrates nicht entfernt und selbst
40988370988 :
sorgfältig präparierte Substratoberflächen hatten häufig noch
13 2 eine 0, 01-'Kohlenstoffmonoschicht (etwa 10 /cm ).
Demgemäß ist die Erfindung gerichtet auf ein Verfahren zum auf einem Substrat erfolgenden Züchten eines Halbleiterbauelementes mit wenigstens einer epitaktischen Schicht der Zusammensetzung AB1 wobei A und B je mindestens ein Element bedeuten und B einen höheren Dampfdruck als A besitzt, bei dem das Substrat in einem Behälter unter einem niedrigeren Druck als Atmosphärendruck angeordnet und auf vorbestimmte Temperatur erwärmt wird und wenigstens ein Molekularstrahlenbündel, der A und B und gegebenenfalls Dotiermaterial umfaßt, auf das Substrat gerichtet und dadurch das Aufwachsen der .epitaktischen Schicht bewirkt wird, wobei die vorbestimmte Temperatur so ausgewählt wird, daß kongruente Verdampfung von A und B erzeugt wird, und die Konzentrationen der Bestandteile in dem Molekular strahlenbündel so eingestellt sind, daß an der wachsenden Oberfläche ein Überschuß von B gegenüber A vorhanden ist.
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Dieses Verfahren zeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch aus, daß nach der Vorwärmung des Substrates und vor Beginn des epitaktischen Wachstums hierauf eine hochleitfähige Pufferschicht aus Halbleitermaterial aufwachsen gelassen wird, indem ein oder mehrere entsprechende Molekularstrahlenbündel auf das Substrat gerichtet werden, wobei im Falle eines Halbleitersubstrats die Pufferschicht im selben Leitnngstyp wie der des Substrates aufwachsen gelassen wird, und das Aufwachsenlassen von Puffer schicht sowie der epitaktischen Schicht in kontinuierlicher Abfolge ohne Unterbrechung durchgeführt wird.
Durch dieses Verfahren ist es möglich, Halbleiterbauelemente mit akzeptablen Serienwiderständen (etwa 2-5 Ohm) herzustellen, bei denen die i-Schichten praktisch nicht vorhanden sind, oder, wenn vorhanden, so dünn sind, daß sie nicht störend ins Gewicht fallen und auch nicht mit den derzeitigen Meßmethoden feststellbar sind.
Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen
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erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens, teilweise geschnitten,
Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf die Appara
tur nach Fig. 1,
Fig. 3 ein Diagramm zur Darstellung, wie die
resultierende Ladungsträgerkonzentration in einer epitaktischen Schicht als Funktion der Zeit, während derer das Wachstum unterbrochen wird, abnimmt,
Fig. 4 ein Diagramm zur Darstellung,wie die resul
tierende Ladungsträgerkonzentration an der Substratoberfläche durch Tempern abnimmt,
Fig. 5 ein Diagramm zur Darstellung beispielhafter
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Dotierprofile/ wie diese mit dem vörliegen-. . den Verfahren erreichbar sind,
Fig. 6 eine schematische Seitenansicht eines Halbleiterbauelementes mit Doppelheterostruk-■ tür, wie dieses nach dem vorliegenden Ver
fahren hergestellt worden ist, und
Fig. 7 eine schematische Ansicht eines Varactor-
bauelementes, wie dieses entsprechend dem vorliegenden Verfahren hergestellt ist.
Fig. 1 und 2 zeigen eine Apparatur zum Züchten epitaktischer Verbindungshalbleiter-Dünnschichten in steuerbarer Dicke und steuerbarem Leitüngstyp im Molekularstrahlepitaxieverfahren.
Die Apparatur hat eine Vakuumkammer 11, in der sich eine MoIekularstrahlerzeugungsvorrichtung 12 befindet. Diese enthält beispielsweise sechs zylindrische Strahlerzeugungseinheiten 13a - 13f
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als Strahlquellen (Fig. 2), typischerweise Knudsen-Zelleiv die gegeneinander thermisch isoliert sind durch Mnwickeln einer jeden Zellen mit hitzeabschirmendem Material, z. B. mit fünf etwa O1 1 mm dicken geknitterten Tantalfolien (nicht dargestellt). Ein Substrathalter 17, zumeist ein Molybdänblock, ist an einer drehbaren Welle 19 befestigt, die zu einem außerhalb der Kammer 5 gelegenen Einstellknopf 16 führt. Jedes Strahlquellenpaar (13a-b, 13c-d, 13e-f) liegt innerhalb einer zylindrischen Kühl-Ummantelung für flüssigen Stickstoff 22, 22* bzw. 22* * . Zweckmäßig trägt die Ummantelung einen Kollimierrahmen 23 mit einer kollimierenden Öffnung 24. Ein bewegbarer Verschluß 14 dient zur Absperrung der Öffnung 24 zu ausgewählten Zeiten, wenn es gewünscht ist, daß der betreffende Molekularstrahl nicht auf das Substrat auftreffen soll. Der SubstrathäL ter 17 ist mit einem Innenheizer 25 und mit Klips 26 und 27 zum Halten eines Substrates 28 hierauf versehen. Außerdem befindet sich ein Thermoelement in der Öffnung 31 auf der Seite des Substrates 28 und ist über Leitungen 32 und 33 nach außen durchgeführt, um die Temperatur des Substrates 28 abfühlen zu können.
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Die Kammer 11 enthält des weiteren einen Auslaß 34, der zu einer Vakuumpumpe 35 führt.
Eine typische zylindrische Strahlerzeugungseinheit (siehe Fig. 1) enthält ein feuerfestes Gefäß 41 mit einer einen Endes eingeformten Mulde 42 für ein Thermoelement 43, um die Temperatur des in der Strahlquellenkammer 46 enthaltenen Materials messen zu können. Das Thermoelement 43 ist an eine äußere Meßeinrichtung (nicht dargestellt) über die Verbindungsleiter 44 und 45 angeschlossen. Das zu verdampfende Vorratsmaterial ist in die Quellenkammer 46 eingesetzt. Es wird durch eine Heizspule 47, die das Gefäß umgibt, zum Verdampfen gebraeht».-Das der Öffnung 24 zuweisende Ende des Gefäßes 41 ist mit einer Messerkanten-Öffnung 48 eines Durchmessers versehen, der vorzugsweise kleiner ist als die mittlere freie Weglänge der Atome in der Quellenkammer. Beispielsweise ist die Strahlquelle 0, 65 cm im Durchmesser, 2, 5 cm in der Länge, besteht aus Al O , das mit spektrografisch reinem Graphit ausgefüttert ist. Der Querschnitt der Öffnurg 48 beträgt im
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Regelfall 0, 17 cm2.
Nachstehend sei zu Erläute rungs zwecken die epitaktische Züchtung einer Dünnschicht aus einer III-V-Verbindung auf einem GaAs-Substrat beschrieben. Die ZUcMuHg1 anderer Verbindungen (z.B. II- VI-Verb indungen) auf anderen Substraten (z. B. auf Glimmer) wird, wie erwähnt in analoger Weise durchgeführt.
Der erste Schritt bei der Durchführung des Molekularstrahlepitaxieverfahrens ist die Auswahl eines einkristallinen Substrates wie GaAs, das kommerziell leicht" erhältlich ist.
Eine Hauptfläche des GaAs-Substrates wird zunächst geschnitten, üblicherweise längs der (OOl)-Ebene, und mit Diamantpaste oder nach anderen bekannten Methoden poliert, um die Oberflächenschäden zu beseitigen. Ein Ätzmittel, beispielsweise eine methanolische Bromlösung oder eine Wasserstoffperoxid-Schwefelsäurelösung, kann zur weiteren Reinigung der Substratoberfläche anschließend an den Poliervorgang verwendet werden.
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Sodann wird das Substrat in eher Apparatur der in Fig. 1 und 2 dargestellten Art eingesetzt und der Druck in der Vakuumkammer wird auf weniger als 10 Torr reduziert, vorzugsweise auf einen
-3 -10
Wert im Bereich von etwa 10 bis 10 Torr, um die Einführung jeglicher schädlicher Komponenten auf die Substratoberfläche auszuschließen. Da jedoch die Substratoberfläche vor dem Einsetzen in die Vakuumkammer einer atmosphärischen Verunreinigung unterlegen war, wird das Substrat vorzugsweise auf etwa 600 Grad Celsius aufgeheizt, um eine praktisch atomar saubere Wachstumsoberfläche zu erhalten (also eine Desorption von Verunreinigungen wie Schwefel, Sauerstoff und Waseer zu erreichen). Die nächsten Schritte im Verfahren sind die Zufuhr von flüssigem Stickstoff in die Kühlummantelungen über die Einlasse 49 und das Aufheizen des Substrates auf die Züchtungstemperatur, die üblicherweise zwischen 450 und 650 Grad <7elsius je nach dem speziell zu züchtenden Material gelegen ist. Dieser Bereich wird von Regungen bezüglich der Ankunftsgeschwindigkeiten und der Oberflächendiffusion diktiert.
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Die Strahlquellen 13a - 13f sind vorher mit den erforderlichen Mengen der Bestandteile des gewünschten zu züchtenden Films gefüllt worden, d.h. die Strahlquelle 13a enthält eine III-V-Verbindung wie GaAs in massiver Form, die Strahlquelle 13b enthält ein III-Element wie Ga1 die Strahlquellen 13c und 13f enthalten einen n-Dotierstoff wie Sn, Si oder Ge in massiver Form, und die Strahlquelle 13c enthält einen p-Dotierstoff wie Mg oder Ge. Soll ein Mischkristall wie AlGaAs gezüchtet werden, so würde die Strahlquelle 13d, die Aluminium enthält, gleichfalls benutzt werden.
Die betroffenen Strahlquellen werden auf die je geeignete Temperatur (die nicht notwendigerweise-überall die gleiche sein muß) erhitzt, die ausreicht, um den jeweiligen Inhalt durch Sublimation zu verdampfen und so bei Öffnung der betroffenen Verschlüsse ein oder mehrere Molekularstrahlenbündel zu erzeugen, d. h. einen Strom von Atomen, die Ge schwindigke its komponenten in derselben Richtung, in diesem Falle zur Substratoberfläche hin, haben. Die Atome oder Moleküle, die nicht die Öffnung 24 passieren,
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werden ander Innenfläche 50 der Kühlummantelungen 22 und der Kollimierrahmen 23 .kondensiert, während jene, die die Öffnung 24 passieren und die von der Substratoberfläche reflektiert wer7 den, hauptsächlich auf der gekühlten Außenfläche der Rahmen 23 kondensiert werden, wodurch sichergestellt ist, daß nur Atome oder Moleküle des Molekularstrahlenbündels direkt (und nicht reflektierte, störende Atome) auf der Substratoberfläche auftreffen. Die Abstände der Strahlquellen vom Substrat liegen typischerweise bei etwa 5, 5 cm für ein Wachstumsgebiet von 1, 5 cm χ 1, 5 cm. Unter diesen Bedhgungen können Wachstumsgeschwindigkeiten von 1000 Anström pro Stunde bis 2 Mikrometer pro Stunde leicht erreicht werden durch Ändern der Temperatur der Galliumquelle zwischen etwa 1110 und 1210 Grad Kelvin.
Im allgemeinen sollten die Mengen an Vorratsmaterialien (z. B. Ga, Al und GaAs), die in die Strahlquellen eingebracht worden sind, Und die Strahlquellentemperaturen ausreichend sein, um einen Überschuß der V-Elemente höheren Dampfdruckes (z.B. As) gegenüber den III-Elementen niedrigeren Dampfdruckes
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(ζ. B. Al und Ga) zu haben. D. h., die Oberfläche sollte arsenreich sein (auch Arsen-stabilisiert genannt). Dieser Zustand rührt von. den großen Unterschieden im "Haftungskoeffizient" bei der Züchtungstemperatur der verschiedenen Materialien her. Dieser Ko-
-2 effizient beträgt eins für Gallium und Aluminium und etwa 10 für As auf einer GaAs-Oberfläche. Der letztere Koeffizient nimmt auf eins zu, wenn ein Überschuß von Gallium(und/oder Aluminium) auf der Oberfläche vorhanden ist. Deshalb wird, solange die As -Ankunftsgeschwindigkeit höher ist als die von Gallium und/oder Aluminium, das Wachstum stöchiometrisch erfolgen. Ähnliche Erwägungen gejten für auftreffende Gallium- und P -Strahlen auf beispielsweise einem GaP-Substrat zu, ebenso auf Cd und S-Strahlen, die beispielsweise auf ein Glimmersubstrat auftreffen.
Das Wachstum der gewünschten dotierten epitaktischen Schicht wird bewirkt durch Richten des Mole,kularStrahlenbündels, das durch die Strahlquellen an den Kollimier rahmen 23 erzeugt wird, auf das Substrat. Die Kollimierrahmen 23 dienen dazu, Geschwin-
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digkeitskomponenten im Strahlenbündel, die in andere Richtungen als in den gewünschten verlaufen, zu eliminieren, d.h. die Strahlenbündel, die von den Messerkantenöffnungen 48 austreten, weiter einzuengen, wodurch es den gewünschten Strahlenbündel ermöglicht wird, durch die KoHimieröffnungen 24 hindurch und an der Substratoberfläche in Reaktion zu treten. Das Wachstum wird solange fortgesetzt, bis die gewünschte Dicke der epitaktischen Schicht erreicht ist. Diese Methode erlaubt die gesteuerte Züchtung von Schichten, deren Dicken von einer einzigen MonoSchicht (etwa 3 Angetröm) bis zu mehr als 100. 000 Angström reichen. Es sei bemerkt, daß die Kollimierrahmen auch dazu dienen, das Vakuumsystem sauberzuhalten, da sie eine gekühlte Fläche bilden, auf der sich Moleküle (insbesondere As ) kondensieren, die von der wachsenen Oberfläche reflektiert werden. Wenn andererseits die Strahlquellen selber eine hinreichende Strahlenbündelkollimation bewirken, ist ein nachgeschalteter Kollimier rahmen für den Wachstumsprozeß nicht wesentlich.
Die Gründe, die die Verwendung der vorstehend erwähnten
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Temperaturbereiche diktieren, können wie folgt verstanden werden. Die Ill-V-Verbindungen seien als Beispiel betrachtet. Es ist nunmehr bekannt, daß die III- und V-Elemente, die auf der Oberfläche eines einkristallinen Halbleiters adsorbiert werden, unterschiedliche Kondensations- und Haftungskoeffizienten und auch unterschiedliche Adsorptionslebensdauer haben. Die V-Elemente werden praktisch vollständig reflektiert bei fehlenden III-Elementen, wenn das Substrat sich bei der Wachstumstemperatur befindet. Jedoch kann das Aufwachsen stöchiometrischer III-V-Halbleiterverbindungen bewirkt werden durch Bereitstellen von Dämpfen aus III- und V-Elementen an der Substratoberfläche, und zwar mit einem Überschuß an V-Elementen gegenüber den III-Elementen, wodurch sichergestellt ist, daß das Angebot an III-Elementen gänzlich aufgebraucht wird, während der nichtreagierte Überschuß an V-Elementen reflektiert wird. In dieser Hinsicht steht der oben erwähnte Substrattemperaturbereich in Beziehung zur Ankunftsgeschwindigkeit und Oberflächenbeweglichkeit der Atome, die auf die Oberfläche auftreffen, d.h. die Oberflächentemperatur muß hoch genug sein (beispielsweise größer als etwa
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450 Grad Celsius), daß auftreffende Atome genügend thermische Energie behalten, um zu günstigen Oberflächenstellen (Potentialmulden) wandern zu können und so die Epitaxieschicht zu bilden. Je höher die Ankunftsgeschwindigkeit dieser auftreffenden Atome ist, desto höher muß die Substrattemperatur sein. Andererseits sollte die Substratoberflächentemperatur nicht so hoch sein (z.B. größer als etwa 650 Grad Celsius), daß nichtkongruente Verdampfung resultiert. Wie von Journal of Physics Chem. Solids, 26, 785 (1965) de/iniert ist, versieht man unter nichtkongruenter Verdampfung die bevorzugte Verdampfung der V-Elemente vom Substrat, wobei möglicherweise eine neue Phase zurückbleibt, die hauptsächlich die III-Elemente enthält. Allgemein bedeutet deshalb kongruente Verdampfung, daß die Verdampfungsgeschwindigkeit der III- und V-Elemente gleich sind. Die Temperaturen der das III-Element enthaltenden Strahlquelle bzw. der die III-V-Verbindung enthaltenden Strahlquelle, die eine Quelle für V-Moleküle bildet, sind durch die gewünschte Wachstumsgeschwindigkeit und das speziell benutzte III-V-Verbindungssystem bestimmt. '
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Wie erwähnt, treffen ähnliche Bemerkungen auch auf die Züchtung von Dünnschichten aus einer Verbindung AB zu, wobei A wenigstens, ein Element (beispielsweise ein Element der Gruppe II oder Ma des periodischen Systems der Elemente) ist, und einen niedrigen Dampfdruck hat, während B wenigstens ein anderes Element ist (beispielsweise ein Element der Gruppe VI oder Va des periodischen Systems der Elemente) ist, das den relativ höheren Dampfdruck besitzt.
Wie oben erwähnt, führten die bekannten Molekularstrahlepitaxie methoden zu anormal hohen Serienwiderständen bei GaAs-Halbleiterbauelementen. Es wurde gefunden, daß dieser hohe Widerstand, in der Größenordnung von 1. 000 Ohm, herrührte von der Entstehung von i-Schichten (Bereiche niedriger resultierender Ladungsträgerkonzentration) an der Substrat/Epi-Grenzfläche und/ oder innerhalb der aufwachsenden Epitaxieschicht oder -schichten jedesmal dann, wenn das Wachstum unterbrochen wird. Bei den bisherigen Molekularstrahlepitaxie-Apparaturen trat eine Unterbrechung des Wachstums typischerweise immer dann auf, wenn
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gewünscht wurde, die Schichtzusammensetzung (beispielsweise von GaAs in AlGaAs) oder deren Leitungstyp (z. B. von n-Typ in p-Typ) zu ändern, weil sämtliche Strahlquellen in einer einzigen KüMummantelung mit einem einzigen Verschluß angeordnet waren. Um/vom Züchten einer GaAs-Schicht auf das Züchten einer angrenzenden AlGaAs-Schicht umzuschalten, war es notwendig, den Verschluß zuzumachen und so das Wachstum zu unterbrechen, um es dadurch der Al-Strahlquelle zu ermöglichen, auf die Sublimatioristemperatur aufgeheizt zu werden, wonach dann der Verschluß wieder geöffnet werden konnte. Diese Prozedur dauerte im Regelfall 5 bis 15 Minuten. In ähnlicher Weise wares beim Übergang von der Züchtung einer η-Schicht auf die Züchtung einer p-Schicht notwendig, den Verschluß zuzumachen, um eine Abkühlung der den n-Dotierstoff enthaltenden Strahlquelle und eine Äufheizung der den ρ-Dotier stoff enthaltenden Strahlquelle auf die Arbeitstemperatur zu ermöglichen. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß diese Änderungen nicht bei offenem Verschluß auftreten würden, d.h. die gewünschte abrupte Änderung in der Zusammensetzung und/oder Dotierung zwischen
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aneinander angrenzenden Schichten nicht bewirkt werden könnte. Die der Erfindung vorausgegangenen Versuche zeigten eindeutig den schädlichen Effekt einer Unterbrechung des Wachstums. So sind mehrere GaAs-Schichten, die für n-Leitung mit Sn dotiert wurden, gezüchtet worden, wobei die Sn-Ankunftsgeschwindigkeit konstant gehalten wurde (d.h. die Temperatur der Sn-Strahlquelle konstant gehalten wurde), so daß die resultierende Ladungsträgerkonzentration ^N=(N-N.) über die gesamte Dicke der Schicht
JD Ά.
gleichförmig sein sollte. Bei einem typischen, in Fig. 3 dargestellten Beispiel wurde die Sn-Strahlquellentemperatur konstant bei 795 Grad Kelvin während des Wachstums einer 1, 6 Mikrometer dicken GaAs-Schicht gehalten, so daß AN durchweg etwa
1R ^
2 χ 10 /cm hätte betragen müssen. Das Wachstum fand auf
18 einem η-leitenden GaAs-Substrat statt, das mit 2 χ 10 Si-Atomen/
cm dotiert war und auf 560 Grad Celsius erhitzt war. Es wurde jedoch das Wachstum in drei Stufen und für je unterschiedliche Zeitdauer unterbrochen. Zuerst eine Minute lang, was zu einer kleinen Abnahme von -^SN" auf etwa 1, 8 χ 10 /cm führte, als zweites fünf Minuten lang, was zu einer größeren Abnahme von
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•Ι Λ q
ΔΝ auf etwa 1, 5 χ 10 /cm führte, und zum dritten 15 Minuten lang, was zu einer noch größeren Abnahme von ΔΝ auf etwa 8 χ 10 15/ cm3 führte.
Hiernach ist ersichtlich, daß die Abnahme von ΔΝ im Zusammenhang steht mit der Länge der Zeitspanne, während der der Wachstumsprozeß unterbrochen wird. Obgleich die Abnahme von Δ.Ν
1 fi S
bei einer 15 Minuten langen Unterbrechung etwa 1, 2 χ 10 /cm betrug, wurden auch größere Abnahmen von 6 χ 10 /cm bei einer 1,5-stündigen Unterbrechung beobachtet. Diese Daten bedeuten, daß,vienn man eine η-leitende GaAs-Epitaxieschicht mit einer
■ι β ο
Ladungsträgerkonzentration von 1 χ 10 /cm (typischer Wert für Varactoren und Impatt-Dioden) züchten möchte und dabei den Molekularstrahlepitaxieprozeß 15 Minuten bis \, 5 Stunden lang bei auf 560 Grad Celsius befindlichem Substrat unterbricht, dann eine i-leitende oder sogar eine p-leitende Schicht entstehen kann, die in beiden Fällen zu einem hohen Serienwiderstand führt. Zur Überwindung dieses Problems ist erfindungsgemäß das übliche Molekularstrahlepitaxieverfahren so abgeändert worden, wie
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dieses in Fig.' 2 dargestellt ist, so daß ein kontinuierliches Aufwachsen ermöglicht ist. Der zweite, zu dem hohen Serienwiderstand beitragende Faktor, die an der Subs trat-Epitaxieschicht-Grenzfläche gebildeten i-Schichten, ist leicht anhand der Fig. 4 verständlich zu machen, die das resultierende Ladungsträge rkonzentrationsprofil im Substrat vor und nach der Erwärmung unter Vakuum zeigt. Vor der Erwärmung war das Substrat (bezogen aus kommerziellen Quellen) gleichförmig mit Silizium η-leitend dotiert auf einen Wert von <dN = 2 χ 10 /cm , wie dieses durch die Linie I dargestellt ist. Nach einer vier Stunden langen Erhitzung auf 560 Grad. Celsius (eine typische Wachstumstemperatur) unter Vakuum (beispielsweise in der Kammer 11 bei 10 Torr), nahm AN ab, wurde ungleichförmig und reichte
15 3
von etwa 2 χ 10 /cm an einer ein Mikrometer von der Oberflä-
15 3
ehe entfernten Stelle bis zu 6 χ 10 /cm an einer von der Oberfläche um 2 Mikrometer entfernten Stelle. Die Abnahme von Δ Ν ist kleiner für kürzere Warmbehandlungszeiten, aber führt immer noch zur Bildung einer i-Schicht. Der Effekt der Bildung eines hohen Widerstandes ist jedoch kleiner, wenn das Substrat
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im 10 /cm -Bereich dotiert wird. Je nach Dicke und Ladungsträgerkonzentration der ersten Epitaxieschicht (Pufferschicht), die auf dem Substrat gezüchtet wird, resultierte die durch die Warmbehandlung induzierte Abnahme von eiN häufig zu zu beanstandenden i-Schichten, die zu hohem Serien wider stand beitragen/
Bei einer Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens wird ein hoher Serienwiderstand bei im Molekularstrahlepitaxiever- \ fahren hergestellten mehrschichtigen GaAs-Halbleiterbauelementen praktisch vollständig vermieden durch die folgenden Schritte, die die grundsätzliche Molekular Strahlepitaxiemethode modifizieren.
(a) Das Substrat wird erst vor dem Wachstumsprozeß und unter einem überschüssigen As-Druck erhitzt. D.h. der Druck in der Kammer 11 wird auf etwa 1, 5 x. 10 Torr reduziert und dann wird die Ga- As-Strahlquelle 13a auf etwa 1160 Grad Kelvin zum Erhalt von Sublimation erhitzt. Selbst bei geschlossenem
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Verschluß 14 nimmt der "Hintergrund"-Druck von As in der Kammer auf etwa 1, 5 χ 10 Torr zu, so daß der überschüssige As-Druck vorhanden ist. Alternativ könnte eine getrennte Strahlquelle zur Erzeugung eines As-MolekularStrahls benutzt werden, der während der Vorwärmdauer auf das Substrat zu richten sein würde. Es wird also ein n-leitendes 0, 5 mm dickes GaAs-Substrat, das mit Silizium auf 2 χ 10 /cm dotiert ist, erhitzt, bis seine Temperatur die Züchtungstemperatur erreicht, die vorzugsweise etwa 560 Gi ad Celsius beträgt. Üblicherweise dauert es etwa drei Minuten, bis diese Temperatur erreicht ist. Da die Warmbehandlungszeit relativ kurz ist und.da die Warmbehandlung unter überschüssigem As-Druck stattfindet, ändert sich an der resultierenden Ladungsträgerkonzentration an der Substratoberfläche nur wenig.
Diese Prozedur reduziert die Anzahl der an der Substrat-Epitaxieschicht-Grenzfläche erzeugten Einfangzentren oder Defekte wesentlich, indem eine As-Verdampfung vom Substrat unterdrückt und ein Wechsel der galliumstabilisierten Substratoberflächenstruktur
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in eine ärsenstabilisierte Oberflächenstruktur eliminiert wird.
(b) Während des vorausgegangenen Schrittes (a) wurden die Gallium-Strahlquelle 13b und die n-Dotierstoff-Strahlquelle 13f (enthält Sn) auf etwa 1200 bzw. 935 Grad Kelvin erhitzt (alternativ könnte die Strahlquelle 13c anstelle oder in Verbindung mit der Strahlquelle 13f benutzt werden). Wenn das Substrat 560 Grad Celsius erreicht, werden die Verschlüsse 14 und 14* \(oder alternativ 14 und 14*) geöffnet, um es den Ga-, As0- und Sn-Molekularstrahlenbündeln zu ermöglichen, auf die Substratoberfläche auf zutreffen und dadurch ein Auf-
1 ft
wachsen einer η-leitenden, mit beispielsweise 2 χ 10 Sn-
Atomen/cm dotierten Pufferschicht hoher Leitfähigkeit und einer Dicke von etwa 1 Mikrometer auf der Substratoberfläche zu bewirken.
Versuchsdaten zeigen, daß die Reduzierung der Ladungsträgerkonzentration an der Substratoberfläche infolge der Vorwärmung
ie ■ O
vor dem Wachstum viel kleiner ist als 2 χ 10 /cm für typische
40Ö863/0988 ■
Vorwärmzeiten (etwa 3 Minuten). Deshalb wird, solange die
Ladungsträgerkonzentration der Pufferschicht oberhalb 2 χ 10 /cm gelegen ist, der Bereich der Substratoberfläche nicht vollständig an Ladungsträgern verarmen, so daß die Entstehung von zu beanstandenden i-Schichten verhindert ist. Der niedrige Serienwiderstand (zwei bis drei Ohm) von Bauelementen, die auf diese Weise hergestellt wurden, unterstützt diese Schlußfolgerung.
(c) Das gewünschte Halbleiterbauelement wird nun auf der Pufferschicht gezüchtet. Um Verringerungen in der Ladungsträgerkonzentration infolge Wachstumsunterbrechungen zu vermeiden,
wird der Wachstumsprozeß kontinuierlich durchgeführt, und zwar vom Beginn der Züchtung der Pufferschicht bis sämtliche Schichten der Vorrichtung hergestellt sind.
Kontinuierliches Wachstum wird bewirkt durch Offenlassen des
Verschlusses 14 bei geheizten GaAs- und Ga-Strahlquellen
13a und 13b, um während des gesamten Wachstumsprozesses
Ga- und As -Molekularstrahlenbündel zu erzeugen.
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Die so gezüchteten Halbleiterbauelemente haben geeignet geringen Serienwiderstand in der Größenordnung 2 bis 3 Ohm, während die naeh den bekannten Molekularstrahlepitaxiemethoden hergestellten Bauelemente, bei denen also der Wachstumsprozeß wenigstens einmal unterbrochen wurde, um drei Größenordnungen größere Serienwiderstände aufwiesen (z.B. 1. 00Ö Ohm).
Die Art und Weise, auf die die Apparatur nach Fig. 1 und 2 zur Herstellung der in Fig. 6 dargestellten AlGaAs-Doppelheterostruktur benutzt wird, ist nachstehend anhand der Tabelle beschrieben.
Offene Verschlüs- Für Sublimation Schritt se erhitzte Strahl- Beschreibung
- - .-■-;--■ !-'-■ quellen
keiner
13a-Ga 13b-Ga As 13f-Sn
14,14'
13a, 13b, 13i
13c-Sn (Vorerhitzung)
13d-Al
(Vore rhitzung)
Erzeugung von überschüssigem As-Druck am Substrat, Vorwärmung auf 560°C
Züchtung einer Pufferschicht
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Offene Ver- Für Sublimation
Schritt Schlüsse erhitzte Strahl- Beschreibung quellen
3 14,14* 13a, 13b, . Züchtung einer
13c, 13d n-AlGaAs-Schicht
13e-Mg
(Vorerhitzung)
4 14,14·* 13a, 13b, 13e Züchtung von ρ-GaAs
13d-Al
(Vor erhitzung)
5 14,14*, 14** 13a, 13b, Züchtung von
13d, 13e p-Al-GaAs
6 14,14** 13a, 13b, 13e Züchtung von p-GaAs
Es ist zu beachten, daß während sämtlicher Wachstums schritte (2 - 6) der Verschluß 14 offen ist und die GaAs-Strahlquelle 13a sowie die Ga-Strahlquelle 13b für Sublimation erhitzt sind, so daß kontinuierliches Wachstum sichergestellt ist. Ina Verfahrensschritt 3 wird die Mg-Strahlquelle 13e vorerhitzt bei geschlossenem Verschluß 14**, und zwar vor der Züchtung einer p-leitenden Schicht im Ve rf ahrens schritt 4. Eine solche Vorerhitzung erlaubt einen abrupten Wechsel zwischen aufeinander-
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folgenden Schichten entgegengesetzten Leitungstyps durch Schließen des Verschlusses 14* praktisch gleichzeitig mit dem Öffnen des Verschlusses 14**, wenn der Prozeß von · Schritt 3 auf Schritt 4 fortschreitet, ohne daß dabei das Wachstum selber unterbrochen wird. In ähnlicher Weise wird während der Ve rf ahrens schritte 2 und 4 die Al-Strahlquelle I3d vorerhitzt, um die Züchtung von AlGaAs während der Verfahrens schritte 3 und 4 vorzubereiten, um so einen abrupten Wechsel der Zusammensetzung zwischen aufeinanderfolgenden Schichten zu ermöglichen.
Die Schichten der so hergestellten Doppelheterostrukturen sind
17 IR 3
typischerweise im Bereich von 5x10 -5x10 /cm für Übergangs-Las er dotiert, was wahrscheinlich teilweise wirksam ist, um die Wirkungen einer i-Schichtbildung zu reduzieren. Das Problem einer i-Schichtbildung wird jedoch ernster, wenn Vorrichtungen wie Doppelheterostruktur-Lichtmodulatoren hergestellt werden. Diese Modulatoren erfordern üblicherweise resultierende Ladungsträgerkonzentrationen in derselben Größen-
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Ordnung wie die Größe der !Reduzierung der Ladungsträgerkonzentration, wie diese durch die vorerwähnten Faktoren erzeugt werden, d. h. resultierende Laduhgsträgerkonzentrationen in der Größenordnung 10 /cm . Andere Klassen derartiger Bauelemente sind spannungsabhängige Kondensatoren und Impatt-Dioden.
Durch Programmieren der Intensität des Dotierstoff- Molekular Strahlenbündels wurde gezeigt, daß Mikrowellen-GaAs-BaueIemente zur Verwendung als variable Kondensatoren hergestellt werden können mit niedrigen Serienwiderständen in der Größenordnung 2-3 Ohm und mit Dotierprofilen, die praktisch jeder vorbestimmten Funktion folgen, beispielsweise
AN=kxm.
Hierin bedeuten ΔίΝΓ = N - N die resultierende Ladungsträgerkonzentration, k eine Konstante, χ der Abstand oder die Dicke der dotierten Schicht und m eine reelle· Zahl. Wie in Fig. 5 dargestellt, sind GaAs-Schichten mit verschiedenen ^N-Profilen hergestellt worden: Linie III ist ein konstantes Profil (m = 0);
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Kurve IV" ist ein nichtlineares Profil, bei dem m = -1, 5 etwa in der Nähe der Oberfläche der Epitaxieschicht ist, und Kurve V ist ein Profil einer abrupten Verringerung von ΔΝ mit zunehmendem χ.
Einige der zahlreichen Anwendungs fälle dieser Profile sind beispielsweise: Linie III ein üblicher Varactor; Kurve IV ein hyperabrupter Varactor zur Verwendung beim Abstimmen, Mischen und bei parametrischer Verstärkung, Kurve V ein "Schnapp"-V ar actor zur Verwendung bei der Erzeugung von Harmonischen uiid zur Wellenformung, oder eine Impatt-Diode zur Verwendung als Mikrowellenoszillator. Eine allgemeine Diskussion von Varactoren findet sich in Physics of Semiconductor Devices von S. M. Sze, Wiley Interscience, John Wiley & Sons, Inc. (1969), Kapitel 3, Seiten 133-136. Kurz gesprochen kann jedoch ein Varactor gekennzeichnet werden durch zwei wichtige Parameter, nämlich durch seine Kapazität C und seinen Serienwiderstand R , die zusammen seine Grenzfrequenz f definies' ^ co
ren wie folgt
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co 2 tfR C .
Es ist ersichtlich, daß für hohe Grenzfrequenzen der Varactor niedrige Werte für R und C haben sollte. C wird durch die Geometrie des Bauelementes und durch die dielektrische Konstante des Materials, aus dem das Bauelement hergestellt ist, bestimmt. Beispielsweise kann mit Mesa-Strukturen die Kapazität reduziert werden. Andererseits ist die fundamentale Beschränkung von R gegeben durch die Ladungsträgerbeweglichkeit im Material, wobei höhere Beweglichkeiten zu niedrigeren Werten
von R führen. Jedoch kann ein hoher Wert von R auch herrühren s s
von einer i-Schichtbildung, wie dieses oben erwähnt ist.
Wie von Sze, a.a.O. gezeigt wird, ist das hyperabrupte Profil von besonderem Interesse, für das gilt:
ΔΝ = kx"3/2
und die Kapazität mit der angelegten Spannung V wie folgt in Beziehung "steht:
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Es sei bemerkt, daß nach Sze der Varactor einen pn-Übergang in Sper richtung verwendet, während in dem nachstehend beschriebenen Beispiel stattdessen ein Schottky-Sperrschichtkontakt benutzt wird. Im letzteren Fall gilt
worin V die angelegte Vorspannung und V die Sperrenhöhe el D
In jedem Fall ist jedoch die Resonanzfrequenz f , wie diese durch Einbau des Varactors in eine reaktive' Schaltung mit einer spannungsunabhängigen Reiheninduktivität L erhalten wird, gegeben durch
fr 2.T
Sonach ist die Resonanzfrequenz proportinal zur angelegten Vorspannung V bei festen Werten für L und V... Diese Ver
3. - D
haltensart des Bauelementes ist beim Abstimmen, bei der
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Frequenzmodulation und bei der Eliminierung von Verzerrungen nützlich.
Hyperabrupte Varactoren der in Fig. 7 dargestellten Art wurden hergestellt unter Verwendung eines η-leitenden etwa 0, 5 mm dicken
1 ο GaAs-Substrates handelsüblicher Herkunft, das mit 2 χ 10 Si-
3
Atomen/cm dotiert war. Auf dem Substrat wurde im erfindungsgemäßen Molekularstrahlexpitaxieverfahren eine ein Mikrometer dicke Pufferschicht aus η-leitendem GaAs mit einer Dotierung
18 3
von etwa 2 χ 10 Sn-Atomen/cm gezüchtet. Ohne Unterbrechung des Wachstums wurde dann eine 1* - 2 Mikrometer dicke aktive Schicht aus mit Sn- dotiertem η-leitendem Galliumarsenid gezüchte-t. Die Intensität des Sn-Molekularstrahlenbündels wurde dergestalt gesteuert, daß das durch Kurve IV in Fig. 5 dargestellte Dotierungsprofil erhalten wurde. Das Bauelement wir de dann kontaktiert, wobei der Substratkontakt gebildet wurde durch Anschweißen eines Sn-dotierten Golddrahtes zum Erhalt eines LegierungsSpitzenkontaktes, während der Kontakt zur aktiven Schicht (ein Schottky-Sperrschichtkontakt) gebildet wurde durch
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Aufdampfen einer etwa 1500 Angström dicken Goldschicht durch eine Moledänmaske hindurch mit kreisförmigen Öffnungen unterschiedlichen Durchmessers (z.B. 0, \ 0, 25; 0, 5 mm). Das Verhalten dieser Halbleiterbauelemente wurde bestimmt und es ergaben sich Serien widerstände von etwa 2-3 Ohm und Grenzfreqüenzen oberhalb 20 GHz. Kapazitätsänderungen um den Faktor 10 wurden erreicht mit weniger als 3 Volt Vorspannungsänderung.
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Claims (11)

BLUMBACH · WESER · BERGEN & KRAMER PATENTANWÄLTE IN WIESBADEN UND MÜNCHEN £. DIPL-ING. P. G. BLUMBACH · DIFL-PHYS. DR. W. WESER ■ DIPl.-ING. DR. JUR. P. BERGEN DIPL-ING. R. KRAMER «2 WIESBADEN · SONNENBERGER STRASSE 43 ■ TEL. (06121) 562943, 561998 MÖNCHEN Patentansprüche
1.) Verfahren zum auf einem Substrat erfolgenden Züchten eines Halbleiterbauelementes mit wenigstens einer epitaktischen Schicht der Zusammensetzung AB, wobei A und B je mindestens ein Element bedeuten und B einen höheren Dampfdruck als A besitzt, bei dem das Substrat in einem Behälter unter einem niedrigeren Druck als Atmosphärendruck angeordnet und auf vorbestimmte Temperatur erwärmt wird und wenigstens ein Molekularstrahlenbündel, der A und B und gegebenenfalls Dotiermaterial umfaßt, auf das Substrat gerichtet und dadurch das Aufwachsen der epitaktischen Schicht bewirkt wird, wobei die vorbestimmte Temperatur so ausgewählt wird, daß konkruente Verdampfung von A und B erzeugt wird, und die Konzentrationen der Bestandteile im Molekularstrahlenbündel so eingestellt sind, daß
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an der wachsenden Oberfläche ein Überschuß von B gegenüber A vorhanden ist,
da du r c h gekennzeichη et, daß nach der Vorwärmung des Substrates und vor Beginn des epitaktisehen Wachstums hierauf eine hochleitfähige Pufferschicht aus Halbleitermaterial aufwachsen gelassen wird, indem ein oder mehrere entsprechende Molekularstrahlenbündel auf das Substrat gerichtet werden, wobei im Falle eines Halbleitersubstrates die Pufferschicht im selben Leitungstyp wie der des Substrates aufwachsen gelassen wird, und das Aufwaphsenlassen von Pufferschicht sowie der epitaktisehen Schicht in kontinuierlicher Abfolge ohne Unterbrechung durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
d a d u rc h gekennzeichnet, daß für A wenigstens ein Element der Gruppe IHa und für B wenigstens ein Element der Gruppe Va des periodischen Systems der Elemente verwendet wird und daß das Substrat
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auf 450-650 C vorgewärmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine epitaktische Schicht aus Al Ga As mit O < χ < 1, gezüchtet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bezüglich des Substrates von GaAs ausgegangen wird und daß die Vorwärmung des Substrates unter überschüssigem As-Druck durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Pufferschicht GaAs verwendet wird und daß das Substrat und die Pufferschicht resultierende Ladungs-
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trägerkonzentrationen von etwa 10 /cm haben.
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6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet,.
daß ein vorbestimmtes Profil der resultierenden Ladungsträge rk onzentr ation in wenigstens einer epitaktischen Schicht erhalten wird durch geeignete zeitliche Steuerung der Intensität einer Molekularstrahl-Dotierstoffquelle.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Dotierprofil entsprechend der Formel
ΔΝ ^kx"1·5
hergestellt wird, wobei k eine Konstante und χ die Dicke der epitaktischen Schicht sind, gemessen von der Substratfläche aus, wodurch ein zur Verwendung als Varactor geeignetes Halbleiterbauelement erhalten wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert von AN über die Dicke der Schicht geändert
A09«83/0988
17 ^? "I ^ ^
wird von 1 χ 10 /cm bis 4 χ 10 /cm
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat, die Pufferschicht und die Epitaxieschicht sämtlich im n-Leitungstyp hergestellt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe von Dotierstoff zur Epitaxieschicht während des Wachstums so 'bewerkstelligt wird, daß die Schicht eine Zone enthält, in der sich AN über eine Ent-
17 fernung von 5. 000 Angström ändert von 1 χ 10 /cm auf
7 χ 1015/cm3.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schottky-Sperrschichtkontakt auf der epitaktischen Schicht erzeugt wird.
0 9883/09 8
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