DE2720952A1

DE2720952A1 - Halbleiter-photodiode aus indiumantimonid und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE2720952A1
Application number: DE19772720952
Authority: DE
Inventors: Dieter H Pommerrenig
Original assignee: Hamamatsu TV Co Ltd; Hamamatsu Corp
Current assignee: Hamamatsu TV Co Ltd; Hamamatsu Corp
Priority date: 1976-11-08
Filing date: 1977-05-10
Publication date: 1978-05-24
Also published as: FR2370366A1; GB1516627A; CA1081835A; SE7705622L; JPS5358791A; FR2370366B3; NL7705212A

Description

BLUMBACH · WESER · BERGEN · KRAMERn^₁ ZWIRNER . HIRSCH ^l

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Postadresse München: Patenlconsult 8 München 60 Radedcesnaße 43 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Postadresse Wiesbaden: Pateniconsult 62 Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Photodiode gemäß Oberbegriff des Anspruchs 8 und ein Verfahren zu deren Herstellung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Epitaktisches Züchten ist ein Vorgang, bei dem Festkörpermaterial aus einer geeigneten Umgebung auf einem Substrat aufwächst. Es handelt sich um epitaktisches Züchten, wenn das gewachsene Material eine Fortsetzung der Kristallstruktur des Substrates bildet. Durch Zugabe von Gasen, die Donator- oder Akzeptor-Dotierstoffe aufweisen, kann die epitaktisch niedergeschlagene Schicht auf Wunsch n- oder p-leitend gemacht werden.

Bekanntlich werden Diffusionsprozesse verwendet, um die pleitende Zone von pn-InSb-Photodetektoren herzustellen. Gleichförmig η-leitend dotierte Indiumantimonid-Kristalle werden zu sammen mit p-Dotierstoffen, wie Cadmium oder Zink.in einer

München: Kramer · Dr.Weser · Hirsch — Wiesbaden: Blumbach ■ Dr. Bergen · Zwirner

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dichten Quarzampulle eingeschlossen. Die Diffusion findet bei 450 bis 500 ⁰C statt. Nach dem Herausnehmen des diffundierten Substrates wird das Material unter Verwendung von Standard-Planar- oder Mesa-Technologien in einzelne Halbleiterphotodioden oder in Vielfach-Halbleiterphotodioden weiter verarbeitet.

Diese Verfahren erfordern ein kostspieliges und kompliziertes Ätzen und einen Optimierungsvorgang, der die Herstellung reproduzierbarer, dünner p-leitender Zonen stark erschwert und vollständig versagt, wenn extrem dünne, gleichförmige Dicken benötigt werden. Deshalb weisen die resultierenden photoelektrischen Vorrichtungen mangelhafte Verhaltenscharakteristiken auf. Eine weitere Methode, die verwendet wird, ist das Züchten einer epitaktischen Schicht aus Indiumantimonid, die den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp wie ein Indiumantimonid-Einkristall aufweist. Dieses Verfahren leidet stark an den nichtstöchiometrischen Transporteigenschaften beider Stoffe, des Indiums und des Antimonids, was zu einer epitaktischen Schicht mit sehr geringer Qualität führt.

Es mußte deshalb eine Methode gefunden werden, mit der sich einzelne und Vielfach-Detektoren aus Indiumantimonid mit •einer epitaktischen Zuchtjngsmethode herstellen lassen, die nicht den Mangel herkömmlicher epitaktischer Verfahren aufweist.

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Die an den epitaktischen Prozeß zu stellenden Hauptforderungen sind, die Stöchiometrie der epitaktischen Schicht wiederherzustellen, das Äquivalent und einen ausreichenden Partialdruck aller beteiligten Gaskomponenten sicherzustellen und für die Herstellung photoelektrischer Indiumantimonid-Dioden Standard-Baueleinentherstellungstechnologien anzuwenden. Diese Anforderungen können erfüllt werden, indem der epitaktische Vorgang in einem Gerät ausgeführt wird, das die Möglichkeit der Erzeugung epitaktischer Schichten der gewünschten Zusammensetzung gewährt.

Demgemäß besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die Mangel bekannter Verfahren zu überwinden.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 und einer Photodiode mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 8.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Photodiode sind in den Unteransprüchen angegeben.

Demnach wird erfindungsgemäß eine epitaktische Indiumantimonidschicht hergestellt, bei der das Antimon teilweise durch Arsen oder Phosphor ersetzt ist. Bevorzugte epitaktische

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Schichten weisen InAs Sb₁ auf, bei dem χ im Bereich von 0,01 bis 0,50, bevorzugt im Bereich von 0,01 bis 0,05 und am besten bei 0,05 liegt. Die selben Verhältnisse gelten für Phosphor.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine beispielsweise Vorrichtung zum Praktizieren des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei ein epitaktischer Niederschlag aus der Dampfphase durchgeführt wird;

Fig. 2 eine beispielsweise Vorrichtung zur Praktizierung

des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei ein epitaktischer Niederschlag aus der Flüssigphase durchgeführt wird;

Fig. 3 ein beispielsweises Substrat mit einer darauf gezüchteten epitaktischen Schicht, bei der das Antimon im Indiumantimonid teilweise durch Arsen oder Phosphor ersetzt ist;

Fig. 4A bis 4F Herstellungsschritte einer photoleitfähigen Vorrichtung mit Mesastruktur bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und

Fig. 5A bis 5G Herstellungsschritte einer photoleitfähigen Vorrichtung mit Planarstruktur bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

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Fig. 1 zeigt eine typische Gas- oder Dampfphasen-Epitaxie-Reaktorvorrichtung zum Züchten epitaktischer Schichten auf einem Substrat. Diese Vorrichtung umfaßt eine Ofenkammer 1 mit einer nicht gezeigten Temperatur- und Heizungssteuereinrichtung, einen abnehmbaren Deckel 2, einen Gaseinlaß 4 und einen Gasauslaß 3. Durch den Einlaß 4 können verschiedene Gase zum Niederschlagen oder Züchten einer geeigneten Schicht zugeführt werden. In die Kammer 1 kann eine Kristallschale 9 gegeben werden, auf die ein Substrat 10, wie ein Substrat aus Indiumantimonid, gesetzt werden kann. In die Kammer 1 kann außerdem eine weitere Schale 11 gegeben werden, auf der sich Indium 12 in fester Phase befinden kann, sowie eine weitere Schale 13» in die beispielsweise ein Dotierstoff 14, wie Zink oder Cadmium für eine p-Dotierung und Zinn oder Tellur für eine η-Dotierung gegeben sein kann. Von Quellen 5, 6, 7 und 8 werden beispielsweise Reagenzgase H₂, HCl, AsH^ oder PH, bzw. SbH, geliefert, wobei eine geeignete Durchflußsteuerung mit Hilfe einer Dosierungsvorrichtung bekannter Art durchgeführt wird.

Um die Vorrichtung gemäß Fig. 1 betriebsbereit zu machen, wird bei abgenommenem Deckel 2 durch das rechte Ende die Schale 9 mit einer darauf befindlichen Indiumantimonidscheibe 10, beispielsweise mit η-Leitfähigkeit, in die Kammer 1 gesetzt. Ausserdem werden durch das offene rechte Ende die Behälter 11 und 13, die mit in fester Phase vorliegendem Indium bzw.

0 d H ? 1 / Π Fj 3 7

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Zink-Dotierstoff beschickt sind, in die Kammer 1 gegeben. Dann wird der Deckel 2 zum Schließen der Kammer 1 verwendet. Anschließend wird die Kammer 1 gereinigt, indem Wasserstoffgas von der Quelle 6 durch den Einlaß 4 geliefert wird. Die r wird dann auf einen Temperaturbereich von etwa 480 ⁰C

bis 520 ⁰C erwärmt. Die Temperatur des Indiums wird auf etwa 700 ⁰C erhöht und diejenige des Zinks 14 auf etwa 380 ⁰C. Wenn sich die Temperatur der Reaktionskammer einem konstanten Wert nähert, wird in der Kammer 1 die Atmosphäre zum epitaktischen Züchten hergestellt, beispielsweise dadurch, daß Antimonhydrid als Antimonquelle von Quelle 5, Arsin als Arsenquelle von Quelle 8 und Chlorwasserstoff als Transportmittel sowohl für Indium als auch Zink von Quelle 7 geliefert werden. Die Gase werden über den einzigen gemeinsamen Einlaß 4 zugeführt oder über mehrere individuelle Einlasse. Der Wasserstoff wird kontinuierlich zugeführt und dient als Träger und als reduzierendes Gas. Zink wird verwendet, um eine p-Dotierung zu erzeugen, während die epitaktische Schicht gezüchtet wird. Natürlich kann auch Cadmium verwendet werden, um die p-Dotierung herzustellen. Wenn eine η-Dotierung gewünscht wird, kann Zinn oder Tellur verwendet werden.

Durch geeignetes Einstellen des molekularen Verhältnisses von Stibin und Arsin kann das Zusammensetzungsverhältnis der epitaktischen Schicht geändert werden. Der Mischkristall InAs₇Sb_-1 sollte ein Verhältnis aufweisen, bei dem χ zwischen 0,01 und

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0,50, vorzugsweise im unteren Bereich von 0,01 bis 0,05 und am besten bei χ = 0,05 liegt. Dieselben Verhältnisse sind verwendbar, wenn anstelle von Arsen Phosphor verwendet wird. Bei einem Gasphasenverfahren kann dies durch geeignete Einstellung der Durchsätze der Reagenzgase unter Verwendung herkömmlicher Meß- oder Dosierungsvorrichtungen erreicht werden. Beispielsweise führen bei Verwendung eines Reaktors mit einer Länge von 91 cm und einem Innendurchmesser von 5 cm folgende Durchsätze zu InAs_{0 O}5^Sbo 95^{: H}2 ⁼ ^⁰⁰ ^^is ¹ ^⁰ cc/min.;

= 10 bis 25 cc/min; AsH₃ = 50 bis 100 cc/min und HCl = 3 bis 6 cc/min.

Wenn für das Züchten einer Epitaxieschicht aus p-leitendem Indiumantimonid (unter Verwendung von Zink als Dotierstoff) bis zu der gewünschten Dicke, wie 0,4 um, eine ausreichende Zeitdauer abgelaufen ist, beispielsweise 30 bis 60 Minuten, wird der Zufluß der Reagenzgase abgestellt. Nach einer ausreichenden Zeit zum Reinigen der Atmosphäre in der Kammer 1, wie etwa 30 Minuten, wird die Ofenheizung abgestellt, um den Ofen auf Raumtemperatur abkühlen zu lassen. Die Schale 9 wird dann aus der Kammer 1 genommen, und die Scheibe ist dann bereit für weitere Herstellungsschritte, wie das Aufbringen Ohmscher Kontakte, die aus 2000 bis 5000 Ä dickem Gold bestehen können, wie Ätzen und Formgebung der Chips.

In Fig. 2 ist ein Flüssigphasen-Epitaxiereaktor dargestellt,

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mit einer Ofenkammer 21, die von einer Halterung 22 so gehalten wird, daß sie in beiden Richtungen gegenüber der Horizontalen beispielsweise um 30° kippbar ist. Ferner weist der Flüssigphasen-Epitaxiereaktor einen Einlaß 25 zur Zufuhr von Wasserstoffgas, einen Auslaß 24 zum Abzug der Atmosphäre und einen abnehmbaren Enddeckel 23 zum dichten Verschließen der Kammer 21 auf. In das Innere des Reaktors kann ein Boot 26 gegeben sein, in dem sich auf einem Halter 28 eine Scheibe 29 beispielsweise aus Indiumantimonid befinden kann sowie eine Mischung 27 aus beispielsweise Indium, Antimon und Arsen in den gewünschten Zusammensetzungsverhältnissen und einem Dotierstoff, wie Zink für p-Leitfähigkeit. Die Scheibe 29 kann bereits η-leitendes Material sein, wie es der Fall der Scheibe 10 in Fig. 1 war. Das Arsen kann durch Phosphor ersetzt sein. Anfangs wird eine Indiumantimonidscheibe 29 an ein Ende des Bootes 26 gelegt, derart, daß es die metallurgische Mischung 27, die sich am entgegengesetzten Ende des Bootes 26 befindet, nicht berührt. Das die Scheibe 29 auf dem Halter 28 und die Mischung 27 enthaltende Boot kann durch das rechte Ende der Kammer 21 eingeführt werden, und danach kann die Kammer mit dem abnehmbaren Deckel 23 verschlossen werden.

Um die Vorrichtung gemäß Fig. 2 betriebsbereit zu machen, kann das Boot 26, das aus Quarz bestehen kann, zunächst an einem

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Ende mit der metallurgischen Mischung 27 und am anderen Ende mit dem eine Indiunantimonidscheibe 29 tragenden Halter 28 beschickt werden. Dann v/ird das Boot 26 in die Kammer 21 gesetzt. Darauf v/ird der Deckel 23 geschlossen. Anschließend wird zur Reinigung der Kammer durch den Einlaß 25 Wasserstoffgas zugeführt, beispielsweise bei einer Kammer mit einer Länge von 50 cm und einem Innei durchmesser von 5 cm mit einem Durchsatz von 500 bis 1000 cc/min. Nach einer ausreichenden Reinigung, die etwa 30 Minuten lang sein kann, wird die Kammer 21 aufgeheizt und auf eine Temperatur von etwa 500 ⁰C gebracht. Diese Temperatur erzeugt eine gleichförmige Schmelze der Mischung 27, ohne die Eigenschaften des Indiumantimonid-Einkristalls 29 zu beeinflussen. Venn die Temperatur der Kammer ein Gleichgewicht erreicht, was nach etwa 20 Minuten der Fall ist, wird die Kammer 21 derart gekippt, daß die flüssige Schmelze 27 vollständig über die Scheibe 29 fließt, wie es Fig. 2 zeigt. Nach Ablauf einer geeigneten Zeit, wie 5 Minuten, wird die Temperatur der Kammer 21 sequentiell in kleinen Schritten verringert, um das thermodynamische Gleichgewicht der Schmelze zum Festkörper zu verschieben und damit zum Wachsen der epitaktischen Schicht zu kommen. Die Dicke der epitaktischen Schicht ist eine Funktion der Länge der Intervalle und der Zusammensetzung der Schmelze. Nachdem die gewünschte Schichtdicke erreicht ist, wie 0,4 um, wird die Kammer 21 gereinigt, die Wärmezufuhr abgeschaltet und die Kammer auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Boot 26 wird dann aus der Kammer 21 genommen.

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Fig. 3 zeigt eine typische Halbleitervorrichtung, bei der auf einem Substrat 31, beispielsweise aus Indiumantimonid, epitaktisch eine Epitaxieschicht 32 gezüchtet ist, in der das Antimon teilweise durch Arsen oder Phosphor ersetzt ist, und zwar im Verhältnis von InAs Sb₁ , wobei χ im Bereich von 0,01 bis 0,50, vorzugsweise im Bereich von 0,01 bis 0,05 und am besten bei 0,05 liegt. Dasselbe gilt für Phosphor. Die vorstehend beschriebenen Vorrichtungen gemäß Fig. 1 und 2 können verwendet werden, um zu einem solchen epitaktischen Züchten mit geeigneter Dotierung zu kommen.

Die Fig. 4A bis 4F zeigen eine photoleitende Vorrichtung unter Verwendung einer Mesastruktur. Zum Erhalt dieser photoleitenden Vorrichtung kann eine der beiden zuvor beschriebenen Reaktorvorrichtungen zusammen mit gewöhnlichen photolithographischen Verfahren und Herstellungsmethoden verwendet werden. Als erstes wird eine Scheibe aus Indiumantimonid mit n-Leitfähigkeit als Substrat 40 verwendet. Auf diesem Substrat 40 wird epitaktisch eine Indiumantimonid-Epitaxieschicht 41 (Fig. 4b) gezüchtet, bei der das Antimon teilweise entweder durch Arsen oder durch Phosphor ersetzt ist, und zwar in Mengen, die den obigen Zusammensetzungsverhältnissen genügen, und die beispielsweise p-leitend dotiert ist. Als nächstes wird auf die epitaktische Schicht 41 ein Photolack 42 aufgebracht und anschließend zur Erzeugung eines Fensters abgestraft. Im Fenster wird ein Ohmscher Goldkontakt 43 niederge-

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schlagen oder angeordnet. Der Ohmsche Kontakt hat eine Dicke von etwa 2000 bis 5000 S. Beim Photolack kann es sich beispielsweise um "Shipley Photoresist AZ 1350" und beim Abstreifer kann es sich um einen "Shipley Stripper" handeln, die beide im Handel erhältlich sind. Die Ergebnisse sind in Fig. 4C gezeigt. Dann wird der Photolack 42 wieder abgestreift und es wird ein anderer Photolack 44 sowohl über der epitaktischen Schicht 41 als auch über dem Goldkontakt 43 aufgebracht, wie es Fig. 4D zeigt. Dann v/erden gemäß Fig.4E sowohl die epitaktische Schicht 41 als auch das Substrat 40 abgeätzt, was zu einer mesaförmigen Anordnung führt. Der Photolack 44 wird entfernt, und gemäß Fig. 4F v/erden Zuleitungen auf den Kontakt 43 und auf das Substrat 40 aufgebracht. Das Substrat wird auf einer Metallplatte 45 montiert, beispielsweise durch Verwendung von Epoxy.

In den Fig. 5A bis 5G ist eine Photodetektorvorrichtung dargestellt, die unter Verwendung einer Planarstruktur mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Gemäß den Fig. 5A und 5B wird auf einem Indiumantimonidsubstrat 50 mit n-Leitfähigkeit eine Siliciumdioxidschicht 53 niedergeschlagen. Der Siliciuradioxidniederschlag auf der Kristalloberfläche 50 wird vorzugsweise durch Pyrolyse organischer Siliciumverbindungen, wie Siliciumchloroform, bei einer Temperatur von etwa 400 bis 500 ⁰C durchgeführt. Die Trägerkonfcentration des Substrats 50 kann wie im Fall des Substrats der Fig. 4A bis 4F

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im Bereich von 10 bis 10 Atome/cnr liegen. Dann wird gemäß Fig. 5C ein Photolack 52 auf die Siliciumdioxidschicht 53 aufgebracht, um ein Fenster 54 zu bilden. Dann wird die Oxidschicht 53 in diesem Fensterbereich 54 weggeätzt, um gemäß Fig. 5D die Oberfläche des Substrats 50 freizulegen. Das Ätzen kann durchgeführt werden, indem man gepufferte Fluorwasserstoffsäure auf den freiliegenden Bereich, wie das Fenster 54, einwirken läßt, um die Oxidschicht zu entfernen. Der Fhotolack wird abgestreift und die Oxidschicht 53 bleibt zurück. Dann werden das Substrat 50 und die Oxidschicht 53 in eine der Vorrichtungen gemäß Fig. 1 oder Fig. 2 gegeben, und es wird auf dem Substrat 50 die epitaktische Schicht 51 gezüchtet, bei der das Antimon des Indiumantimonids teilv/eise durch Arsen oder Phosphor ersetzt ist, und zwar entsprechend dem zuvor diskutierten Verhältnis.' Dies ist in Fig. 5E gezeigt. Dann wird gemäß Fig. 5F eine Photolackschicht 56 mit einem Fenster 57 auf der Oxidschicht 53 und der Epitaxieschicht 51 aufgebracht. Im Fenster 57 wird ein Ohmscher Goldkontakt 61 niedergeschlagen, der mit der epitaktischen Schicht 51 in Berührung steht. Als nächstes wird das Substrat auf einer Metallplatte 58 befestigt, beispielsv/eise mit Hilfe von Epoxy. Dann wird gemäß Fig. 5G der Photolack 56 entfernt und eine Elektrodenzuleitung 59 wird auf dem Ohmschen Kontakt 61 und eine Elektrodenzuleitung 60 wird auf der Metallplatte 58 befestigt.

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Die unter Verwendung von Planar- oder Hesamethoden hergestellten Dioden können dann beispielsweise in Infrarotdetektoren verschiedener Typen verwendet v/erden, entv/eder als Einzelbauelenente oder zusammen in Gruppen zu zwei oder mehreren in einer Vielfachanordnung.

Es folgenden tatsächliche Beispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens .

Beispiel 1

Unter Verwendung eines Reaktors zum epitaktischen Niederschlagen aus der Dampfphase, wie er in Fig. 1 gezeigt ist, wurde eine epitaktische Schicht aus Indiumantimonid, bei der das Antimon teilweise durch Arsen ersetzt war, auf einem Indiumantimonidsubstrat gezüchtet. Das Substrat wies n-Leitfähigkeit auf und die Epitaxieschicht war p-leitend. Der zylindrische Reaktor gemäß Fig. 1 war etwa 91 cm lang und wies einen Innendurchmesser von etv/a 5 cm und eine Dicke von etwa 10 cm auf. Folgende Reagenzgase wurden mit folgenden Quellendrücken verwendet:
von Quelle 6: H₂ bei 1,405 kg/cm , mit einer Abweichung von

+ 0,211 oder 0,281 kg/cm²; von Quelle 5: SbH, bei 1,005 kg/cm , mit einer Abweichung im

Bereich von 0,703 bis 1,054 kg/cm ;

ρ η Q ρ ? ι / η s ί ν

von Quelle 8: AsH, bei 1,005 kg/cm , mit einer Abweichung im

Bereich von 0,703 bis 1,054 kg/cm ; und von Quelle 7: HCl bei 1,005 kg/cm , mit einem Abweichungsbe-

reich von 0,703 bis 1,054 kg/cm .

In eine Kristallschale 9 wurde eine Scheibe 10 aus Indiumantimonid mit η-Leitfähigkeit gegeben; die Scheibe hatte eine

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Fläche von etwa 3 cm und eine Dicke von etwa 0,203 mm. In den Behälter 11 wurden außerdem etwa 5g in fester Phase vorliegendes Indium 12 hoher Reinheit, wie über 99,9999 &, gegeben. Im Behälter 13 befand sich ein Pellet 14 aus etwa 2mg Zink zur Erzeugung einer p-Dotierung der Epitaxieschicht. Die Kammer 1 wurde dann mit dem Deckel 2 geschlossen und etwa 30 Minuten lang mit einem Wasserstoffstrom durchspült. Die Kammer 1 wurde auf eine Temperatur von etwa 480 ⁰C erwärmt. Der Wasserstoffdurchsatz betrug 500 cc/min. Der AsH,-Durchsatz betrug 80 cc/min; der SbH-z-Durchsatz war 20 cc/min; und der HCl-Durchsatz war 5 cc/min. Die Zeit, während welcher das Substrat bei der erwärmten Temperatur den Reagenzgasen ausgesetzt war, betrug etwa 30 Minuten. Dadurchwirde eine Epitaxieschicht mit einer Dicke von etv/a 0,4 um erzeugt. Bei der Schicht handelte es sich um InAs^ 05^0 95* *^^e hammer wurde dann auf Raumtemperatur gekühlt, und das Substrat 10 mit der darauf aufgewachsenen Epitaxieschicht wurde herausgenommen. Dann wurden aus dieser Struktur Bauelemente gemäß den Fig. 4 und 5 hergestellt.

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Beispiel 2

Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß bei der

Quelle 5 PH^ mit einem Druck von 1,005 kg/cm und bei einem

Abweichungsbereich von 0,703 bis 1,054 kg/cm und ein Durchsatz von 60 cc/min verwendet wurden. Es wurden ähnliche Ergebnisse wie bei Beispiel 1 erhalten.

Beispiel 3

Unter Verwendung der Vorrichtung gemäß Fig. 2, nämlich einer Vorrichtung zum epitaktischen Züchten aus der Flüssigphase, wurde eine Photodetektorvorrichtung erzeugt. Die zylindrische Kammer 21 war etwa 46 cm lang, etwa 10 cm dick und hatte einen Innendurchmesser von etwa 5 cm. Zur Reinigung der Kammer wurde Wasserstoff bei einem Druck von 1,405 kg/cm mit einem Abweichungsbereich von ί 0,211 oder 0,281 kg/cm mit einem Durchsatz von 500 cc/min von der Quelle 25 geliefert. Die metallurgische Mischung 27 enthielt 4,5 g Indium, 4,5 g Antimon und 1,0 g Arsen sowie 1 mg Zink-Pellets. Bei dem Substrat handelte es sich um eine η-leitende Indiumantimonidscheibe 29 mit einer Fläche von 3 cm und einer Dicke von 0,2 mm. Ilach einer Reinigung mit Wasserstoffgas aus der Quelle 25 wurde der Ofen 21 auf etwa 500 ⁰C erwärmt. Die Mischung war auf der rechten Seite des Bootes 26 angeordnet. Nach etwa 20 Minuten schmolz die Mischung. Nach etwa 5 Minuten

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war die Mischung gemischt und wurde die Kammer 21 gekippt, um zu bewirken, daß die Gemischschmelze 27 vollständig die Scheibe 29 bedeckte. Nach etwa 10 Minuten war auf dem Substrat 29 eine epitaktische Schicht gewachsen. Die Kammer 21 wurde gereinigt, die Temperatur wurde auf Raumtemperatur abgekühlt und das Boot 26 wurde herausgenommen. Die Scheibe 29 mit einer epitaktischen Schicht wurde dem Boot entnommen. Die epitaktische Schicht war etwa 0,4 um dick und enthielt

InAs₀ 05^^b0 95* ^{Die Diode} wurde dann zu Bauelementen vervollständigt, wie durch Planar- oder Mesaverfahren.

Beispiel A

Beispiel 3 wurde wMerholt mit der Ausnahme, daß anstelle von Arsen 1,0 g Phosphor verwendet wurde. Die Ergebnisse waren ähnlich.

Bei den vorausgehenden Beispielen konnte der p-Dotierstoff auch Cadmium und der n-Dotierstoff Tellur oder Zinn sein.

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BAD

Claims

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ZWIRNER · HIRSCH

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PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN ^'^aJvl<1

Postadresse München: Patentconsul: 8 Müncfien 60 Radecxestraße 43 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Postadresse Wiesbaden: Patenlconsult 1,1 Wiesbaden Sonnenberger StraOe 43 Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186 237

Dieter H. Pommerrenig
Winborne Road, Burke,
Virginia 22015, USA

Halbleiter-Photodiode aus Indiumantimonid und Verfahren zu deren Herstellung

Patentansprüche

fί.,Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Photodiode, bei dem ein Substrat aus Indiumantimonid eines Leitfähigkeitstyps hergestellt, auf dem Substrat epitaktisch eine Indiumantimonidschicht eines anderen Leitfähigkeitstyps gezüchtet und aus der Struktur aus Substrat und epitaktischer Schicht eine Halbleitervorrichtung hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet , daß beim Züchten der epitaktischen Schicht Antimon teilweise durch Arsen oder Phosphor ersetzt wird.

München: Kramer · Dr. Weser · Hirsch — Wiesbaden: Blumbach · Dr. Bergen · Zwirner

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß eine epitaktische Schicht aus InAs„Sb.

A I ~X

hergestellt wird, wobei χ im Bereich von 0,01 bis 0,50 liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß eine epitaktische Schicht aus InAs_vSb,. „ hergestellt wird, wobei χ im Bereich von 0,01 bis 0,05 liegt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß eine epitaktische Schicht aus InAs Sb₁ hergestellt wird, wobei χ gleich 0,05 ist.

X I^β** X
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das epitaktische Züchten aus der Dampfphase vorgenommen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das epitaktische Züchten aus der Flüssigphase vorgenommen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Substrat mit η-Leitfähigkeit verwendet und eine epitaktische Schicht mit p-Leitfähigkeit gezüchtet wird.

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8. Photodiode mit einem Substrat aus Indiumantimonid eines Leitfähigkeitstyps, mit einer auf dem Substrat befindlichen epitaktischen Schicht aus Indiumantimonid eines anderen Leitfähigkeitstyps, mit einem Ohmschen Kontakt auf der epitaktischen Schicht und mit einer direkt oder indirekt mit dem Substrat verbundenen Elektrode, dadurch gekennzeichnet , daß in der epitaktischen Schicht (32; 41; 51) Antimon teilweise durch Arsen oder Phosphor ersetzt ist.
9. Photodiode nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß das Substrat (31ϊ 40; 50) n-Leitfähigkeit und die epitaktische Schicht (32; 41; 51) p-Leitfähigkeit aufweist.
10. Photodiode nach Anspruch 8 oder 9, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die epitaktische Schicht aus InAs_xSb. besteht, wobei χ im Bereich von 0,01 bis 0,50 liegt.
11. Photodiode nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß χ im Bereich von 0,01 bis 0,05 liegt.
12. Photodiode nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß χ gleich 0,05 ist.

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13. Photodiode nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß sie Planarstruktur aufweist (Fig. 5G).
14. Photodiode nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß sie Mesastruktur aufweist (Fig. 4F).
15. Photodiodenanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Photodioden nach einem der Ansprüche 8 bis 14 in einem Vielfachfeld angeordnet sind.

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