DE2556503C2 - Verfahren zum epitaktischen Niederschlagen einer Halbleiterschicht auf einem Substrat - Google Patents
Verfahren zum epitaktischen Niederschlagen einer Halbleiterschicht auf einem SubstratInfo
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Abstract
Aufgabe war, ein Verfahren zum epitaktischen Niederschlagen einer im wesentlichen einkristallinen, aus einem Halbleitermaterial bestehenden duennen Schicht auf einem Substrat unter Verwendung einer Zwischenschicht anzugeben, bei dem die an sich mit Heteroepitaxie-Verfahren verbundenen Fehlerquellen verringert werden. Eine Loesung dieses Problems wird dadurch erreicht, dass die Zwischenschicht so ausgebildet wird, dass zwischen der Differenz der natuerlichen Atomabstaende von Zwischenschicht und Substrat und der Differenz der natuerlichen Atomabstaende von epitaktisch niedergeschlagener Schicht und Substrat die Beziehung gilt, dass die erstgenannte Differenz groesser ist als die letztgenannte Differenz, und dass weiterhin die Dicke der Zwischenschicht so gewaehlt ist, dass der tatsaechliche Atomabstand in der Zwischenschicht gleich ist dem natuerlichen Atomabstand in der Schicht. Das Verfahren bietet den Vorteil, dass die Auswahlmoeglichkeit unter den fuer eine bestimmte Substrat-Schicht-Kombination geeigneten Zwischenschichtmaterialien erheblich vergroessert wird. ...U.S.W
Description
— daß gemäß der Formel
\(bo-a0)\>\(co-a0)\
\(bo-a0)\>\(co-a0)\
mit
ao, bo, Q) — natürliche Atomabstände der Materialien
des Substrats (11, 21), der Zwischenschicht (12, 22) und der
niedergeschlagenen Schicht (13, 23)
der Absolutbetrag der Differenz der natürlichen Atomabstände der Materialien der Zwischenschicht
(12,22) sowie des Substrats (11,21)
größer gewählt wird als der Absolutbetrag der Differenz der natürlichen Atomabstände der
Materialien der niedergeschlagenen Schicht (13,23) sowie des Substrats (11,21) und
— daß durch Wahl der Dicke (h) der Zwischenschicht (12, 22) in dieser eine elastische Spannung
erzeugt wird, so daß der davon abhängige tatsächliche Atomabstand (b) der Zwischenschicht
(12,22) gleich ist dem natürlichen Atomabstand (co) der niedergeschlagenen Schicht (13,
23).
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum epitaktischen
Niederschlagen mindestens einer im wesentlichen einkristallinen, aus einem Halbleitermaterial bestehenden
dünnen Schicht auf einem Substrat nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.
Ein solches Verfahren ist z. B. aus der DE-OS 24 09 016 bereits bekannt.
Zur Herstellung von opto-elektronischen Bauelementen, wie beispielsweise Lumineszenzdioden oder Fotokathoden,
werden einkristalline Halbleiterschichten höchster Qualität in Form dünner Schichten benötigt,
die zweckmäßig durch Niederschlagen auf einem geeigneten Substrat mittels eines Epitaxieverfahrens hergestellt
werden. Derartige dünne Schichten können in an sich bekannter Weise dadurch hergestellt werden, daß
in einer dafür geeigneten Vorrichtung eine Lösung des Halbleitermaterials mit dei Oberfläche eines Substrats
in Berührung gebracht und abgekühlt wird. Nach Entfernen überflüssigen Halbleitermaterials verbleibt auf
dem Substrat eine dünne Schicht. Mit diesem Flüssigphasen-Epitaxie-Verfahren gelingt die Herstellung
dünner Schichten von guter Qualität, sofern sich die Gitterkonstante des Schichtmaterials nicht wesentlich
von derjenigen des Substratmaterials unterscheidet.
Für zahlreiche Anwendungsfälle sind jedoch Materialkombinationen zwischen Schichtsubstanzen und Substrat
von Interesse, bei denen diese Bedingung nicht ohne weiteres einzuhalten ist Bei diesen Verfahren der
Heteroepitaxie, bei denen eine Schientsubstanz auf ein Substrat mit unterschiedlicher GUterkonstante abgeschieden
wird, ist im allgemeinen mit elastischen Spannungen in der Filmschicht und an der Grenze zwischen
Schicht und Substrat mit Fehlanpassungsversetzungen zu rechnen. Dadurch wird die Qualität einer dünnen
Schicht sehr beeinträchtigt
Um die bei den mittels Heteroepitaxie-Verfahren ίο hergestellten Bauelementen auftretenden Fehler zu verringern,
wurde bereits vorgeschlagen, zwischen der epitaktisch abgeschiedenen dünnen Schicht und dem
Substrat eine weitere Zwischenschicht anzuordnen (M. B. Allenson et al, »An Improved GaAs Transmission
Photocathode«, J. Phys. D: Appl. Phys, Vol. 5,1972, Seiten
L 89—L 92). Mit einer derartigen Zwischenschicht soll die Anpassung einer epitaktisch abgeschiedenen
dünnen Schicht an ein Fremdsubstrat erleichtert werden. Dies gelingt mit gutem Erfolg unter der Voraussetzung,
daß das für die Zwischenschicht verwendete Material als auch das Filmmaterial selbst eine möglichst
übereinstimmende natürliche Gitterkonstante haben. Diese Bedingung hat jedoch zur Folge, daß für eine
bestimmte gewünschte Kombination zwischen einem epitaktisch abzuscheidenden Schichtmaterial und einem
Fremdsubstrat entweder gar keine oder nur eine sehr geringe Anzahl geeigneter Zwischenschichtmaterialien
zur Verfügung stehen.
Aus der DE-OS 24 09 016 ist es zur Herstellung eines Doppel-Heterostruktur-Halbleiterlasers bekannt, auf
einem GalnAs-Substrat eine GaAlAs-Schicht epitaktisch abzuscheiden. Eine Fehlanpassung der an sich unterschiedlichen
Gitterkonstanten wird vermieden durch eine Änderung der chemischen Zusammensetzung der
entsprechenden Halbleitermaterialien.
Aus der US-PS 36 96 262 ist es weiterhin bekannt, eine dünne Hl-V-Photoemitter-Halbleiterschicht auf einem
Ill-V-Substrat abzuscheiden. Gitterfehlanpassungen
zwischen der Halbleiterschicht und dem Substrat werden vermieden durch eine Zwischenschicht, deren
chemische Zusammensetzung zwischen derjenigen der Halbleiterschicht und derjenigen des Substrats liegt.
Bei diesen bekannten Verfahren werden lediglich für die jeweils angegebenen Materialien Maßnahmen angegeben,
durch die Gitterfehlanpassungen vermieden werden bei benachbarten Halbleiterschichten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren anzugeben, das insbesondere
bei Heteroepitaxie-Verfahren eine Halbleiterschichtenfolge aus sehr unterschiedlichen Materialkombinationen
ermöglicht und bei dem Gitterfehlanpassungen vermieden werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Merkmale.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet insbesondere den Vorteil, daß die Auswahlmöglichkeit unter den
für eine bestimmte Substrat-Schicht-Kombination geeigneten Zwischenschichtmaterialien erheblich vergrößert
wird. Es eröffnet sich dadurch die Möglichkeit, in den meisten Anwendungsfällen ein geeignetes Material
zu finden, das sowohl technologisch beherrschbar ist und zudem die für den speziellen Anwendungsfall benötigten
Eigenschaften, wie beispielsweise Transmission für eine bestimmte Strahlung oder gute elektrische Leitfähigkeit,
aufweist.
Für die nachfolgende Rechnung, die zur Erläuterung der Erfindung dient, werden zunächst die dort verwen-
3 4
deten Bezeichnungen aufgeführt: schichtdicken von etwa 20 um. Die Gitterkonstamendif-
ferenz zwischen GaojAlojAs und GaAs ist zwar so ge-
«ο· bo, co natürlicher Atomabstand für Substrat, Zwi- ring, daß in der Grenze Film 13 Zwischenschicht 12
selenschicht und Filmschicht; keine Fehlanpassungsversetzungen entstehen. Die
b tatsächlicher Atomabstand für die Zwi- 5 Filmschicht 13 ist aber elastisch verspannt
schenschicht; der Atomabstund wird in einer Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfah-
*■ elastische Dehnung der Zwischenschicht; schicht 13 darüber hinaus frei von Spannungen ist
h Zwischenschichtdicke; Die einzelnen Schichten des Bauelements haben fol-
«o', W. cso'üitterkonstante für Substrat, Zwischen- io gende Gitterkonstanten
schicht und FUm.
| Substrat 11 | ao' | 034504 nm |
| Substrat 13 | Cb' | 036534 nm |
| Zwischenschicht 12 | bo' | 0,56555 nm |
Eine Filmschicht ist dann frei von elastischen Spannungen und Fehlanpassungsversetzungen, wenn folgende Bedingung (1) erfüllt ist:
b -» bo (1 +ε) — ft (1) Zwischenschichtdicke h von 0.18 Mikrometer bleibt die
abhängig von (bo—ao) und wesentlich von der Zwi- 20 In einem weiteren Ausführungsbeispiel besteht die
schenschicbtdicke Λ (J. Appl. Phys, 34,123 (1963)), wobei Schicht 13 wieder aus GaAs und das Substrat 11 aus
immer gilt GaP. Als Zwischenschichtmaterial wird eine Substanz
mit einer Gitterkonstante von 0,5683 nm gewählt.
O0-O0 '
25 von elastischen Spannungen und Fehlanpassungsversetzungen für eine Zwischenschichtdicke h von 12,0 nm.
Die Forderung (1) ist daher erfüllbar durch geeignete
Wahl der Zwischenschichtdicke h und für
(3)
30
| Substrat 11 (GaP) | ao' | 0,54504 nm |
| Schicht 13 (GaAs) | Cb' | 036534 nm |
| Zwischenschicht | ||
| (Gao.93Ino.o7As oder GaAso.94Sbo.06) | bo' | 0,5683 nm. |
{■-■-..■- :■· . 35 sehen Vielschichtstruktur 23 aus alternierenden Si-und
ff I ft ~«öl I ^ Ge-Schichten von extrem geringer Dicke (»5,0nm).
Als Substrat 21 wird Si verwendet mit einer Gitterkon-Für Diamantgitterstrukturen und Zinkblendegitter- stante von 03430 nm. Als Zwischenschichtmaterial wird
Strukturen beträgt h (experimentell bestimmt) 40 Ge verwendet mit einer Gitterkonstante von 0,5653 nm.
0,1 VV laU Ico'-ao'l I
W-bft1) Γ O0' J
O0 * —=· a0 Λ 4,5 nm.
v3
Λ' - 4 fc
55
Anstelle einer einzelnen epitaktischen Schicht mit der natürlichen Gitterkonstante Co kann auch eine periodische Vielschicht mit einer Gitterkonstante cb treten.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. F i g. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Modell eines mittels eines Heteroepitaxie-Verfahrens hergestellten, aus einem Substrat
11, einer Schichtschicht 12 und einer Filmschicht 13 bestehenden Bauelements. Ein erstes, einen Schichtaufbau
aufweisendes Bauelement besteht aus einem GaAs-FiIm 13 auf einem GaP-Substrat 11 und einer Zwischenschicht 12 aus Gao.7Alo.3As. Diese Materialkombination
ist an sich bereits schon bekannt, jedoch mit Zwischen-
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zum epitaktischen Niederschlagen mindestens einer im wesentlichen einkristallinen, aus einem Halbleitermaterial bestehenden dünnen Schicht auf einem Substrat unter Verwendung mindestens einer zwischen dem Substrat und der epitaktisch niedergeschlagenen Schicht angeordneten Zwischenschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (12, 22) so ausgebildet wird,
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| DE19752556503 DE2556503C2 (de) | 1975-12-16 | 1975-12-16 | Verfahren zum epitaktischen Niederschlagen einer Halbleiterschicht auf einem Substrat |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19752556503 DE2556503C2 (de) | 1975-12-16 | 1975-12-16 | Verfahren zum epitaktischen Niederschlagen einer Halbleiterschicht auf einem Substrat |
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| DE19752556503 Expired DE2556503C2 (de) | 1975-12-16 | 1975-12-16 | Verfahren zum epitaktischen Niederschlagen einer Halbleiterschicht auf einem Substrat |
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