DE2732807A1

DE2732807A1 - Einkristallstruktur und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE2732807A1
Application number: DE19772732807
Authority: DE
Inventors: Masakazu Fukai; Seiichi Nagata; Hyogo Nishinomiya; Tsuneo Tanaka
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1976-07-20
Filing date: 1977-07-20
Publication date: 1978-01-26
Also published as: FR2358921A1; FR2358921B1; DE2732807C2; GB1589455A; US4171234A

Description

DR. BERG DiPL-ING. STAPF DIPL-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR

8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 86 02 45

Anwaltsakte: 28 321 ²⁰· ^Juli «77

Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Kadoma-shi, Osaka-fu/Japan

Einkristallstruktur und Verfahren zu deren Herstellung

Die Erfindung betrifft eine Einkristallstruktur und ein Verfahren zum Aufwachsen eines Kristalls aufgrund einer verbesserten Molekularstrahl-Epitaxie.

In dem sogenannten Nachrichtenübertragungszeitalter nimmt das Informationsvolumen und die Daten, die auszutauschen und zu verarbeiten sind, ständig zu, so daß Nachrichtenübertragungsund Datenverarbeitungssysteme mit hohem Fassungsvermögen und einer hohen Arbeitsgeschwindigkeit gefordert worden sind. In diesem Zusammenhang sind zunehmend strengere Anforderungen an elektronische Bauelemente, die bei superhohen Frequenzen zufriedenstellend arbeiten, und an otpische Einrichtungen sowie integrierte optische Schaltungen für optische Nachrichtenübertragung»- und datenverarbeitungssysteme gestellt worden. Um diese elektronischen und optischen Bauteile herzustellen, werden strenge Anfi>rderungen an neue Verfahren zum Aufwachsen von

vii/xx/Ktz 709884/1011 - ² -

r (0R9) 988272 8 Manchen 80. MauerkirchcrMnüie 45 Banken: Bayerische Vereinsbank München 4S3100

98 7043 Telegramme: BERGSTAPFPATENT München Hypo-Bank München 3890002624

983310 TELEX: 0524560 BERG d Posischeck München 65343-808

Kristallen hoher Güte mit mehrdimensionalen Verteilungen der Bauteile und einer Störstellenkonzentration gestellt, wobei die Verteilungen in der Größenordnung von Submikrons gesteuert werden.

Die herkömmliche selektive Epitaxie erfolgt so, daß eine Kristallfläche eines Substrats mit einer dünnen Schicht abgedeckt wird, die sich chemisch und physikalisch von dem Substrat unterscheidet und ein entsprechendes Offnungs- oder Lochmuster hat, so daß geforderte Kristalle auf nicht abgedeckten Bereichen des Substrats aufwachsen können. Um Kristalle mit einem mehrdimensionalen Aufbau ohne die Verwendung einer Maske epitaktisch aufzuwachsen, ist ein Verfahren erfunden und vorgeschlagen worden, bei welchem ein Ionenstrahl benutzt wird, aber bis jetzt sind noch keine Kristalle hoher Güte, die sich zur Herstellung von elektronischen Einrichtungen eignen, geschaffen worden, da die Steuerungen der Ionenstrahlkonvergenz, -ablenkung und -verzögerung schwierig sind, und da die Atmosphäre in einem Gefäß zum Aufwachsen von Kristallen nicht frei von Verunreinigungen gehalten werden kann.

In der Flüssig- und Gasphasenepitaxie, die auf dem thermischen Gleichgewicht beruht, wobei das Kristallaufwachsen durch wiederholtes Austauschen von Atomen und Molekülen zwischen der Oberfläche des Kristallwachstums und einer Einrichtung zum Zuführen dieser Atome und Moleküle oder Materialien bewirkt wird, ist es ohne Bedeutung, wenn die Einfallrichtung dieser Atome und Moleküle auf das Substrat gesteuert wird. Bei der Molekular-

7ÖÖ8ÖA/101 β

strahl- und thermischen Zersetzungsepitaxie werden die Materialatome und -moleküle nur in einer Richtung von der Quelle zu einem Substrat transportiert. Wenn infolgedessen die mittlere freie Weglänge (l) der Moleküle nicht hinreichend langer gemacht ist, als ein Quellen-Substrat-Abstand (L), können die Einfallwinkel der epitaxialen Molekularstrahlen gesteuert werden. Ein Raumwinkel an einer Stelle auf einem Substrat, die einer Öffnung gegenüberliegt, mit einer Fläche S der Quelle oder der Strahlquelle ist gegeben durch St = S/L .

Wenn 1 >"> L und it = 0 ist, kann der molekulare Strahl von der Strahlquelle als ein paralleler Strahl betrachtet werden, so daß er so gesteuert werden kann, daß er auf das Substrat unter einem vorbestimmten Winkel auftrifft. Bei der Molekularstrahl- und thermischen Zersetzungsepitaxie, wobei ein epitaxiales Wachsen bei einem entsprechend angesetzten Druck durchgeführt wird, kann der Raumwinkel Sf. durch die geometrische Anordnung einer Einrichtung zum Aufwachsen von Kristallen hinreichend klein gemacht werden.

Gemäß der Erfindung soll ein äußerst einfaches Verfahren zum Aufwachsen von Kristallen geschaffen werden, bei welchem Kristalle epitaxial aufwachsen können, ohne daß Masken und ein extrem feiner Strahl, wie beispielsweise in dem Ionenstrahlverfahren benutzter Ionenstrahl verwendet wird, wobei die Kristalle eine mehrdimenionale Struktur und in ihren Abmessungen in der Größenordnung von Submikrons gesteuert werden. Ferner sollen Halbleitereinrichtungen mit neuen Strukturen geschaffen werden, die bis her nicht erhalten werden konnten.

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Gemäß der Erfindung werden bei Molekularstrahl- und thermische¹¹ Zersetzungs- bzw. Gasphasenepitaxie, die im wesentlichen nicht auf dem thermischen Gleichgewicht beruht, Molekülstrahlen von Materialien für ein epitaxiales Kristallaufwachsen nur in einer Richtung von den Strahlquellen zu einer Hauptebene eines Substrats transportiert, und die Erfinder haben herausgebunden, daß die Einfallwinkel dieser Strahlen gesteuert werden können, wenn die mittlere freie Weglänge (C) der Moleküle nicht ausreichend langer ist als eine Quellen-Substrat-Entfernung (L). Dreidimensionale Strukturen mit einer entsprechenden geometrischen Konfiguration, um ein gefordertes selektives epitaxiales Aufwachsen zu erreichen, werden auf dem Substrat gebildet, so daß die lokalen Einfallgeschwindigkeiten der Molekularstrahlen bezüglich des Substrats von den Lagen und Winkeln der Molekularstrahlquellen und der geometrischen Konfiguration der dreidimensionalen Strukturen abhängen. Polglich ändern sich die Einfallgeschwindigkeiten der Molekularstrahlen von einem Bereich zu dem anderen auf dem Substrat. Das heißt, wenn die Oberflächendiffusion der Moleküle, die an dem Substrat oder an der Oberfläche von aufgewachsenen

/haften
Kristallen im Vergleich zu der Größe der dreidimensionalen Strukturen kürzer ist, hängt die Kristallaufwachsgeschwindigkeit in einem lokalen Bereich von den Einfallgeschwindigkeiten der Molekülarstrahlen ab. Infolgedessen kann eine selektive Epitaxie erreicht werden. Die Erfinder haben auch herausgefunden, daß die Zusammensetzung von Mischkristallen und die Konzentration einer Verunreinigung oder eines Dotierungsmittels durch eine entsprechende Anordnung der Molekularstrahlquellen entsprechend gesteuert werden kann. Auf diese Weise kann da·

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epitaxiale Kristallaufwachsen so bewirkt werden, daß die Dicke einer Kristallschicht, die Zusammensetzung von Mischkristallen, die Konzentration einer Verunreinigung bzw. Störstelle und so weiter mehrdimensional in Bereichen von Submikrons gesteuert, und folglich verbesserte Einkristallstrukturen hergestellt werden können.

Gemäß der Erfindung werden dreidimensionale Strukturen mit einer entsprechenden geometrischen Konfiguration unmittelbar auf einer Hauptfläche eines Substrats gebildet, so daß ein epitaxialer Molekularstrahl auf vorausgewählten Bereichen oder Zonen einfallen kann und die Einfallwinkel der epitaxialen Molekularstrahlen geändert werden. Als Folge hiervon ändern sich die Einfallgeschwindigkeiten der Molekularstrahlen von einem Bereich bzw. einer Zone zum bzw. zur anderen auf dem Substrat, so daß eine dreidimensionale epitaxiale Schicht, in welcher die physikalischen Eigenschaften von einem Submikronbereich zum anderen verschieden sind, aufgewachsen werden kann.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung zur Erläuterung der Ausbildung eines Schattens und eines Halbschattens durch ein Abschirmteil, das in der Bahn eines divergierenden Molekularstrahls angeordnet ist, der von einer Strahlquelle abgegeben wird; - 6 -

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Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der herkömmlichen selektiven Epitaxie;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Anordnung eines

Substrats und einer Anzahl von Molekularstrahlquellen, wie sie bei der Ei findung verwendet werden;

Fig. k die Anordnung von Vertiefungen oder Rillen bzw. Nuten, die in einer (100)-Hauptebene eines GaAs-Substrats geätzt sind;

Fig. 5 eine schematische Ansicht einer ersten AusfUhrungsform einer Einkristallstruktur gemäß der Erfindung;

Fig. 6 eine Kurvendarstellung zur Erläuterung der Randprofile der in Fig. 5 dargestellten Einkristallstruktur;

Fig. 7 eine Ansicht.die für theoretische Untersuchungen der
Randprofile der in Fig. 5 dargestellten Einkristallstruktur verwendet werden;

Fig. 8(a) bis (c) Ansichten zur Erläuterung der Herstellungsschritte einer zweiten Ausführungsform gemäß der Ei findung;

Fig. 9 in vergrößertem Maßstab eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung;

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Fig. 10 eine Kurve zur Erläuterung der Analyse der in Fig. 9 dargestellten Einkristallstruktur;

Fig. ll(a) und (b) schematische Ansichten zur Erläuterung der Herstellungsschritte einer vierten Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 12(a) und (b) Elektronenmikroskopphotos von selektiv geätzten Spaltungsflächen der vierten Ausführungsform;

Fig. 131 l*t und 15 schematische Ansichten von sechsten, siebten und achten Ausführungsformen gemäß der Erfindung; und

Fig. l6 (a) und (b) Ansichten zur Erläuterung der Herstellungsschritte einer neunten Ausführungsform der Erfindung.

Die Erfindung kann mittels eines Verfahrens zum Befördern von Molekülen in einer Weise bei einem derart verminderten Druck durchgeführt werden, daß die mittlere freie Weglänge 1 der Moleküle ausreichend länger ist als ein Quellen-Substrat-Abstand L, und keine besonderen Beschränkungen bei einer Epitaxieeinrichtung, Kristallen und Materialien von Substraten usw. auferlegt sind. Um den der Erfindung zugrundeliegenden Gedanken leichter zu verstehen, wird sie in Verbindung mit einem herkömmlichen Verfahren zum Aufwachsen von. GaAa^-Ga₁ Al Ae'und GaAs₁_ P -Kristallen durch Molekularstrahlepitaxie beschrieben.

Anhand von Fig. 1 und 2 wird nunmehr ein Beispiel für selektive Epitaxie beschrieben, bei welcher die Beschaffenheit eine·

Molekularstrahls benutzt wird, der eine grade Hahn durchläuft. Ein divergierender Molekularstrahl wird von einer Quelle 1 mit einer vorbestimmten Öffnung 2R auf ein Substrat 2 abgegeben, und eine Abdeck- ader Abschirmscheibe mit einem Durchmesser 2r wird in der Bahn des Molekularstrahls so angeordnet, daß ein Schatten mit einer Breite 2W und ein Halbschatten mit einer Breite 2u gebildet werden. Durch einfache geometrische Analyse wird erhalten:

(R - w)/L = (R - r)/(L - d) (D

(R + u)/L = (R + r)/(L - d) (2)

wobei L der Abstand Quelle-Substrat und d der A stand zwischen dem Substrat 2 und der Abschirmscheibe 3 ist. Durch Umschreiben von Gl (1) und (2) ergibt sich:

w = r (l - -. f )/(l - d/L) (3)

u = r (1 + -.f )/(l - d/L) (k)

r L·

Die von der Quelle 1 abgegebenen Moleküle treffen auf das Substrat in einer Fläche, die nicht durch die Abdeckscheibe 3 abgeschirmt bzw. im Schatten liegt, mit einer gleichbleibenden Wahrscheinlichkeit auf, sie treffen aber nicht im Schattenbereich auf. Die Anzahl Moleküle, die in dem Halbschattenbereich auftrifft, hängt von der Beschaffenheit dieses Halbschattens ab. Folglich hängt die Aufwachsgeschwindigkeit des Kristalls von einer örtlichen Einfallgeschwindkeit der Moleküle ab, so daß das selektive Kristallaufwachsen außer in der Schattenzone in diesem Bereich durchgeführt werden kann. Die Werte w und u können durch entsprechende Wahl anderer geometrischer Parameter beliebig verringert werden.

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In Pig. 2 ist der zugrundeliegende Gedanke des selektiven epitaxialen Aufwachsens aufgrund des in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Prinzips dargestellt; dies Verfahren ist in der US-PS 3 865 625 und in den Appl. Phys. Letters 21, 355 (1972) beschrieben. Eine erste Strahlquelle 6 gibt den Strahl von Ga-As-Molekülen ab, während eine zweite Strahlquelle 7 den Strahl von Al-Molekülen abgibt. Ein feiner, dünner Wolframdraht 8 ist in den Bahnen des Strahls der Ga und As_- Molekülen (der im folgenden als "erster Strahl" bezeichnet wird) und dem Strahl von Al-Molekülen angeordnet (der als"zweiter Strahl" bezeichnet wird], so daß nur der aste Strahl in einer Zone 9 auf trifft, die im Schatten des Drahtes 8 liegt, und nur der zweite Strahl in einer Zone 10 auftrifft. Infolgedessen sind wahlweise in einer epitaxialen Schicht 11 Zonen gebildet, wobei χ der Zusammensetzungen von Ga. Al As verschieden ist.

M. Ilegems et al haben in deirf'Jou rnal of Crystal Growth, 31 (I975) 158 ein Verfahren beschrieben, bei welchem eine dreidimensionale Struktur auf Substratkristallen gebildet wird und dann Mischkristalle Ga Al As durch Molekularstrahl-Epi-

Λ. "* Ji Ji

taxie gleichförmig aufgewachsen werden; sie haben aber nicht die Analysen des epitaxialen Aufwachsens und der gewachsenen Schichten aufgezeigt und überhaupt nichts vorgeschlagen, wie eine Kristallschicht mit einer dreidimensionalen Struktur aufgewachsen werden kann.

Da die Abdeckscheibe oder Maske aus einem Wolframdraht besteht, der sich chemisch und physikalisch von den ersten und zweiten

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Strahlen sowie dem Substrat unterscheidet, ergeben sich die folgenden Schwierigkeiten: 1) Um die gewählte Zone 9 mit einer Breite festzulegen, die von einigen Mikron bis zu(einigen) zehn Mikron reicht, muß die Abdeckung ß linear sein. 2)Folglich müssen Einrichtungen vorgesehen sein, um einen dünnen Draht ähnlich einer Abdeckeinrichtung über dem Substrat fest zu halten, so daß die ausgewählte Zone 9 unvermeidbar (d.h. auf jeden Fall) von einer Seite des Substrats bis zur gegenüberliegenden Seite verläuft. Infolgedessen wird es unmöglich, die Enden der ausgewählten Zone 9 auf dem Substrat festzulegen. 3) Die Breite 2w der ausgewählten Zonen wird schmaler gemacht als die Breite 2K der Abdeckeinrichtung oder Maske. Wenn jedoch eine Vielzahl ausgewählter Zonen parallel angeordnet werden, ist ihr minimaler Abstand auf 2r begrenzt. Mit anderen Worten, die parallelen ausgewählten Zonen können nicht mit einem Abstand festgelegt werden, der kleiner als der minimale Abstand ist, welcher auf 2r begrenzt ist. k) Um genauer die ausgewählten Zonen mit einer Breite zu steuern, die kleiner als die Abdeckung oder Maske 3 oder 8 ist, muß der Abstand d zwischen der Abdeckeinrichtung und dem Substrat mit einem höheren Genauigkeitsgrad gesteuert werden, was jedoch in der Praxis äußerst schwierig ist. 5) Wenn die ausgewählte Zone 9 in einem vorausgewählten Bereich des Substrats gebildet werden muß, ist eine genaue Übereinstimmung bzw. Deckung zwischen dem Substrat und der Abdeckeinrichtung erforderlich.

Infolgedessen ist es äußerst schwierig oder so gut wie unmöglich, bei der herkömmlichen Methode zur Herstellung von Halbleitern

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JtS*

mit ausgewählten Zonen in der Größenordnung von Mikrons oder Submikrons eine entsprechende Einrichtung zu schaffen. Außerdem muß bei dem epitaxialen Aufwachsen das Substrat erhitzt werden, so daß der Unterschied in dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Substrat und der Abdeckeinrichtung darüber hinaus in Betracht gezogen werden muß. Infolgedessen werden die Schwierigkeiten noch größer.

Diese Schwierigkeiten können der Verwendung einer Abdeckeinrichtung zugeschrieben werden, welche sich chemisch und physikalisch von dem Substrat unterscheidet. Um diese Schwierigkeiten zu lösen, sind von den Erfindern umfassende Untersuchungen und Versuche durchgeführt worden und sie haben herausgefunden, daß alle vorbeschriebenen Schwierigkeiten im wesentlichen dadurch gelöst werden können, daß eine dreidimensionale Struktur unmittelbar auf einem Substrat gebildet oder aufwächst, so daß diese Struktur als Abdeckung dienen kann. Infolgedessen können Ergebnisse, die bisher nicht erreichbar waren, erhalten werden, und das Selbstausrichten, sowie das selektive epitaxiale Aufwachsen kann mit einem höheren Genauigkeitsgrad in der Größenordnung von Submikrons durchgeführt werden.

Insoweit ist der vorstehend angeführte Grundgedanke der vorliegenden Erfindung in einigen Patenten und anderen Literaturstellen nicht offenbart worden, welche sich mit der Molekularstrahlepitaxie und den thermischen Zersetzungeverfahren befallen} es gibt jedoch die im folgenden angeführten Veröffentlichungen, die sich auf die Molekularstrahlepitaxie beziehen:

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JK,

1) die US-PS 3 6l5 931, in welcher der Grundgedanke der Molekularstrahlepitaxie zum ersten Mal beschrieb« worden ist.

2) J. Vac Sei und Technol 6 (I969) 5^5, J-R. ARThur et al

3) Solid StateComm.9 (1971)565, A.Y. Cho et al

In der Literaturstelle 2) ist das Aufwachsen von GaAs. P ~

i-y y

Mischkristallen beschrieben, während in der Literaturstelle 3) das Aufwachsen von Ga As As-Mischkristallen beschrieben

X ™ Jt Jw

Die US-PS 3 751 310

5) Die US-PS 3 839 084

6) J Vac Sei and Technol, 8 (1971)S31, A.Y. Cho

In der Literaturstelle k) sind Dotierungskenndaten von Ge, in der Literaturstelle 5), die von Mg und in der Literaturstelle 6) die von Ge, Mg und Sn beschrieben.

7) Die offengelegte Anmeldung Nr. 48-98 775 von NISHIDA Katsuhiko et al

8) Appl Phys Letters 27 (1975), 3^2, M.Naganuma et al.

In den Literaturstellen 7) und 8) ist ein Dotierungsverfahren beschrieben, bei welchem ein Ionenstrahl verwendet ist. Die Literaturstellen 1) bis k) beziehen sich auf das epitaxiale Aufwachsen mittels Molekularstrahlen auf einem flachen, ebenen Substrat, behandeln aber nicht im einzelnen die Eigenschaften, damit der Molekularstrahl eine grade Bahn durchläuft.

9) Die US-PS 3 865 625 und Apply. Phys. Ltters 26 (1975)

J.L. Merz et al. In diesen Literaturstellen sind die Eigenschaf-

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ten abgehandelt, damit der Molekülstrahl eine grade Bahn durchläuft und in ihnen ist ausgeführt, daß eine Molekularstrahl-Abdeckeinrichtung aus einem Material anzubringen ist, das von dem eines Substrats verschieden ist. Hierbei ist die Abdeckeinrichtung in einem Abstand von dem Substrat angeordnet.

10) J.Crystal growth 31 (1975) 158, M. Ilegems et al.In dieser Literaturstelle ist ein epitaxiales Aufwachsen mittels eines Molekularstrahls auf einem Substrat beschrieben, das im Aufbau dem Substrat ähnlich ist, daß im einzelnen in Verbindung mit dem Beispiel 9 der Erfindung beschrieben ist. Es sind jedoch keine Teile des zugrundeliegenden Gedankens der Erfindung oder irgendwelche Analysen angeführt oder vorgeschlagen, welche die Erfindung betreffen.

Der Unterschied zwischen dem der Erfindung zugrundeliegenden Gedanken und den Gedanken in den vorstehend angeführten Literaturstellen ergibt sich aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ganz deutlich.

In Fig. 3 ist eine erste bevorzugte Ausführungsform einer Einrichtung für ein epitaxiales Aufwachsen mit einem Molekularstrahl gemäß der Erfindung beschrieben. Ein Substrathalter 12, dessen Temperatur gesteuert werden kann, ist um die z-Achse um +_ l80 drehbar, und ein GaAs-Substrat 13, das in einer nachstehend noch zu beschreibenden Weise aufbereitet wird, wird auf dem Halter 12 angeordnet, wobei eine Schicht aus verflüssigtem Metall dazwischen vorgesehen ist. Jede der Strahlquellen Ik bis 21 ist aus hochreinem, hitzbeständigem Material

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hergestellt und enthält hochreines Material. Sie sind unabhängig voneinander temperaturgesteuert, und jede gibt den Molekülstrahl auf die Hauptfläche des Substrats ab, wobei die Stärke des Strahls proportional zu dem Dampfdruck des in der Quelle enthaltenen Materials ist. Die Strahlquellen lk bis 21 haben kreisförmige Öffnungen mit demselben Durchmesser von 6mm und sind von dem Substrat in einem Abstand L - 8 cm angeordnet. Die Ga-Strahlquelle Ik und Al-Strahlquelle l6 sind in der xy-Ebene angeordnet, während die As-Strahlquellen 15 und 17 in der yz-Ebene angeordnet sind. Alle diese Strahlquellen lk bis 17 sind

ο
unter 25 bezüglich der z-Achse geneigt. Die Strahlquelle 18

ist in der z-Achse , die Strahlquellenl9 und 20 sind in der xz-Ebene und die Strahlquelle 21 ist in der yz-Ebene angeordnet.

ο Die Strahlquelle 19 bis 21 sind unter 35 bezüglich der z-Achse geneigt. Die Stellungen der Strahlquellen I^ bis 21 sind vertauschbar, und diese Strahlenquellen können einen Strahl verschiedener Moleküle abgeben. Abgesehen von der As-Strahlquelle 17 sind die übrigen Strahlquellen mit nichtdargestellten Verschlüssen versehen, die unabhängig voneinander betätigbar sind. Der Substrathalter 12, das darauf angeordnete Substrat 13, sowie die Strahlquellen Ik bis 21 und deren Verschlüsse sind in einem Behälter mit einem ultrahohen Vakuum eingeschlossen, welches auf einen Druck von weniger als 5 x 10~ Torr evakuiert sein kann.

Wenn in Fig. k das (100)GaAs-Substrat 12 mit einem Photolack 12 abgedeckt und mit einem herkömmlichen bevorzugten Ätzmittel (H₂SO^ : H₂O₂ : H₃O =1:8:1) geätzt wird, werden Vertiefungen

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oder Killen mit verschiedenen Querschnittskonfigurationen oder Hinterschneidungen gebildet, wobei die Unterschiede in den Hinterschneidungen von der Richtung der Photolackmaske 22 abhäng^en» wie am besten aus Fig. k (a) zu ersehen ist. Die Querschnittskonfiguration dieser Vertiefungen oder Rillen unterscheiden sich auch in Abhängigkeit von den Flächen voneinander, wie in Fig. k (b) bis (d) dargestellt ist.

Beispiel 1: Ein Si-dotiertes GaAs-Substrat 13 des n-(Leitfähigkeits-)Typs

2 mit einer Größe von (l χ 1 cm ) wurde aufbereitet,so daß es eine spiegelnde bzw. blankpolierte (100)-Hauptfläche mit vier Seiten aus (110)-Spaltflächen hatte. Das Substrat wurde mit Photolackstreifen von etwa 10 Mikron Breite abgedeckt und in der <iOll>-Richtung mit einer Toleranz von weniger als 30

ausgerichtet wurde und wurde dann etwa 5 Mikron tief mit dem vorbeschriebenen Atzmittel geatzt. Nachdem der Photolack entfernt worden war, wurde die gesamte Hauptfläche mit demselben Atzmittel etwa 5 sek lang geätzt, dann gewaschen und getrocknet. Unmittelbar danach wurde das Substrat auf dem Halter 12 in der Weise angeordnet, daß die Richtung <011> des Substrats 13 parallel zu der x-Achse verläuft (siehe Fig. 3)·

Das Vakuumgefäß wurde auf weniger als 5 χ 10 Torr evakuiert, und danach wurde die As-Strahlquelle 17 erhitzt, um As.-Moleküle auf die Hauptfläche des Substrats 13 abzugeben, das, wie in Fig. k dargestellt, geätzt worden ist, wobei das Substrat 13 10 min. lang auf 610 C gehalten wurde, um dadurch ein thermisches

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Atzen zu bewirken. Danach wurde das Substrat 13 auf 550 C gehalten, und dann wurde der Verschluß der Ga-Strahlquelle 14,

welche vorgheiatworden ist, geöffnet, um einen Ga.-"Molekülstrahl auf das Substrat 13 abzugeben, während der Ga-Strahl 23 von der Ga-Strahlquelle 23 und der As.-Strahl 2k von der entsprechenden Strahlquelle auf das Substrat aufgetroffen sind, so daß GaAs-Kristalle mit 0,8^Mikron aufgewachsen wurden.

In Fig. 5 ist ein (011)-Querschnitt einer epitaxial aufgewachsenen Schicht mit einer Struktur 25 dargestellt, wobei die Strahlrichtungen durch Pfeile angegeben sind. Wie oben beschrieben, war die Richtung Oll des Substrats parallel zu der x-Achse, so daß in der yz-Querschnittsflache, das heißt in dem <f011 > -Querschnitt, der As.-Strahl 2k auf das Substrat unter 25 von oben rechts einfällt, während der Einfallwinkel des Ga-Strahls 23 senkrecht ist. Folglich trifft der Asr-Strahl 2k mit einer ausreichenden Stärke unmittelbar auf die obere Fläche 26 des Substrate 25 und auf dessen rechte Seitenfläche auf, aber der As,-Strahl trifft nicht unmittelbar auf die rechte Seitenfläche 28 der Unterfläche 27a auf. Der Ga-Strahl trifft gleichförmig auf die Zonen 27a und 27b, welche nicht im Schatten der Struktur 25 liegen bzw. durch diese (25) abgedeckt werden, und auf die obere Fläche 25 der Struktur 25 auf.

Inzwischen ist bei dem herkömmlichen Molekularstrahl-Epitaxie verfahren, bei welchem GaAs-Strahlen auf ein flaches ebenes Substrat auftreffen, der Haftkoeffizient von Ga beinahe eins und von den auftreffenden Aa -Molekülen haften nur die, die

mm/ion⁴ ₁₇

mit Ga reagiert haben, an dem Substrat, während die restlichen As.-Moleküle von dem Substrat weg gestreut werden. Wenn infolgedessen der As,-Strahl 2k eine ausreichend höhere Intensität hat als der Ga-Strahl 23,wachsen die GaAs-Kristalle stoichiometrisch proportional zu den örtlichen Einfallgeschwindigkeiten des Ga-Strahls. Hierbei ist allgemein bekannt, daß das Kristallaufwachsen lange Zeit bei einer unzureichenden Zufuhr von As.-Molekülen andauert,und flüssige Ga-Tropfen auf der Oberfläche gebildet werden. Die Erfinder haben bestätigt, daß die Zone oder der Bereich _;auf welche(r) der As.-Strahl 2k unmittelbar auftrifft, mit überschüssigen As,-Molekülen versorgt wird. Dies wurde durch Beleuchten der Kristallaufwachsfläche mit einem Beugungs-Elektronenstrahl in Richtung der x-Achse in Fig. 3 bestätigt.

Wenn die Molekularstrahl-Epitaxie unter den oben angegebenen Bedingungen fortgesetzt wird, wachsen Kristallschichten 29a, 29b und 30 auf. Das molekulare epitaxiale Aufwachsen wird im einzelnen anhand der Fig. 6 beschrieben. In Fig. 6 ist der linke Hand 31 der Schicht 29b durch schwarze Punkte (·) dargestellt. Um eine theoretische Analyse des Aufbaus des Randes 31 durchzuführen, wird angenommen, daß (I) der Ga-Strahl gleichförmig durch die Öffnung mit einer Fläche S der Ga-Strahlquelle abgegeben wird, und daß (II) bei Vorhandensein von überschüssigem As. die Oberflächen-Diffusionslänge des Ga, das an der Oberfläche der aufgewachsenen Kristallschicht haftet, vernachlässigbar ist.

Ferner ist in Fig. 7 die Einfall- bzw. Auftreffgeschwindigkeit

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- Io -

der Ga-Moleküle von der Ga-Strahlquelle auf eine Stelle (ys, t) proportional zu einer Fläche Xy der Öffnung der Ga-Strahlquelle, gesehen von der Stelle (ys, t) aus, wobei die Sichtlinie durch den oberen Rand bzw. die obere Kante der umgekehrten mesaförmigen Struktur 25 begrenzt ist. Infolgedessen ergibt sich:

R+R

Sy = /yR₂ + (Y-H_Q)2dy (5)

wobei y = JL (d tan θ + g - ys) t (d tan O + g) + ys dgj/(dg-t), R = L tan 9 , dg = d + h und Θ- der Einfallswinkel des Ga-Strahls ist. Die epitaxiale Schicht 30 wächst so schnell wie die Schicht 29b, so daß die erstere sich nach außen ausdehnt und einen Überhang g bildet, wobei dann gilt

g = h tan β = h zu tan ß/tof

ß wird der umgekehrte Mesawinkel genannt und ist 22,5 · Wenn das Aufwachsen des Überhangs g bei der theoretischen Berechnung des Profils des Randes 31 in Betracht gezogen wird, wird die Kurve B erhalten, wie in Fig. 6 dargestellt ist. Die Kurve A gibt das Randprofil an, wenn das Aufwachsen des Überhangs g nicht berücksichtigt wird. Das tatsächliche Randprofil, das durch die schwarzen Punkte wiedergegeben ist, ist der theore-

o tischen Kurve B mit sehr kleinen Fehlern von ^200 A sehr ähnlich. Infolgedessen hat sich bestätigt, daß die Annahme (I) richtig ist.

In Fig. 6 ist das Profil des rechten Seitenrandes 32 der Schicht 29 (siehe Fig. 5) durch kleine schwarze Dreiecke dargestellt. Die Kurve hat eine sehr mäßige Steigung bzw.

7Ο98|4/1Ο1β - ¹⁹ -

Neigung. Es wird angenommen, daß einzelne Ga-Atome in die Oberfläche des Substrats diffundieren, und daß die Lebensdauer jedes Ga-Atoms vor einer Verbindung mit dem As liegt. Das Profil des Randes 32 kann dann theoretisch durch exp (-y/L_ )

ausgedrückt worden, wobei L„ = D„ . T ist und L„ und D„ ° Ga Ga Gn Ga

eine Diffusionslänge bzw. ein Diffusionskoeffizient sind.

In Fig. 6 ist das Profil des rechten Randes der Schicht 29a halblogierthmisch, und durch kleine schwarze Quadrate wiedergegeben, und L = 0,19 + 0,04 Mikron wird aus einer graden Lilie erhalten, die entlang dieser Kurve gezogen ist. Wie oben beschrieben, wird der Bereich bzw. die Zone 28 (siehe Fig. 5) nicht mit dem primären As.-Strahl beschossen, so daß die Kristalle unter Ga-angereicherten Bedingungen aufwachsen. Infolgedessen sind die Diffusionswirkungen ausreichend wahrnehmbar.

Aus den oben wiedergegebenen Grundversuchen oder aus Beispiel 1 ergibt sich die folgenden Tatsachen: (1) unter einer mit Asangereicherten Umgebung bzw. Bedingung ist die Diffusionslänge von Ga äußerst kurz, so daß die örtliche bzw. lokale Aufwachsrate der epitaxialen GaAs-Schicht proportional zu der örtlichen Auftreffgeschwindigkeit von Ga ist; (2) die Oberflächen-DiffusLonslänge von Ga kann durch Ändern der Auftreffgeschwindigkeit von As geändert werden, so daß es möglich ist, daß epitaxiale

k
Aufwachsen in einen Bereich bzw. eine Zone zu erstrecken, die nicht mit Ga-Atomen beschossen wird; (3) ein Einzelkristall kann sogar unter einer Ga-angereicherten Umgebung aufgewachsen

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werden, ohne daß sich flüssige Ga-Tropfen bilden, wenn eine Ga-angereicherte Zone lokalisiert bzw. festgelegt ist.

Beispiel 2:

Wie in Fig. 8 dargestellt.wurde entsprechend dem Beispiel 1 ein isolierendes GaAs-Halbleitersubstrat 34 mit einer (10O)-Hauptflache geschaffen, und mit Hilfe herkömmlicher Verfahren wurde eine p(Typ)-Schicht 35 mit einer Dicke von 3 Mikron

14 - 3 bei einer Lochkonzentration von etwa 5 x 10 cm auf dem Substrat 34 gebildet. Über der p(Typ)-Schicht 35 wurde eine n-(Typ )-Schicht 36 mit einer Dicke von 0,5 Mikron mit einer

16 - "\ Elektronenkonzentration von etwa 5 χ 10 cm gebildet, und über der n-(Typ)-Schicht 36 wurde eine p-(Typ)-Schicht mit einer Dicke von 3 Mikron und einer Lochkonzentration von 1 χ 10 cm"³ gebildet. Wie bei dem Beispiel 1 wurde die p-(Typ) Schicht 37 geätzt, um die η-Schicht freizulegen (siehe Fig. 8b) Das auf diese Weise aufbereitete Substrat 34 wurde dann auf dem Halter (siehe Fig. 3) in einer Weise angeordnet, die im wesentlichen der entspricht, die anhand von Beispiel 1 beschrieben worden ist, und danach wurden die As-Strahlquellen 15 und 17 erhitzt, um ausreichend As.-Moleküle 39 und 40 auf das aufgeheizte Substrat abzugeben, um ein thermisches Atzen zu bewirken. Danach wurden die Verschlüsse der Ga-Strahlquellen l4 und der(Je-Strahlquelle l6, welche vorgeheizt worden ist, geöffnet, damit die Ga-und Ge-Strahlen 4l bzw. k2 auf das Substrat auftreffen, um n⁺-epitaxiale Schichten 43a, 43b, 44a, 44b, 44c usw. aufzuwachsen, wobei Jede eine Dicke von

iß — 1 einem Mikron und mit 1 χ 10 cm g· versorgt ist.Da die As.-

Strahlen in ausreichenderWeise sowohl auf die rechten als auch

709804/1011 _

ir

auf die linken Seiten der umgekehrten mesaförmigen Strukturen 38a bis 38c auftreffen, sind die epitaxialen Sdichten auf beiden Seiten jeder der Strukturen 38 symmetrisch aufgewachsen und sind frei von einem anormalen Wachstum, was auf der linken Seite der Struktur 38 vorkommen kann.

Beispiel 3:

Anhand von Beispiel 3 wird die Tatsache bewiesen, daß die örtliche GaAs-Epitaxialaufwachsrate proportional zu der örtlichen Auftreffgeschwindigkeit von Ga ist. Wie bei dem Beispiel 1 wurden die mesaförmigen Strukturen geschaffen, wie in Fig. 4(d) dargestellt ist, und nachdem der Photolack abgezogen worden ist, wurde das Substrat auf dem Substrathalter mit der ^Oll> -Mesarichtung parallel zu der y-Achse angeordnet. Das Substrat wurde auf 6OO C gehalten, und das Ga -Epitaxialaufwachsen wurde nur mit Hilfe der Ga-Strahlquelle 14 und den As-Strahlquellen 15 und 17 durchgeführt. Um die Ga-Diffusionswirkungen zu beseitigen, wurde eine As-angereichete Umgebung während des gesamten epitaxialen Aufwachsens beibehalten. Nach einer Spaltung entlang der (Oll)-Fläche wurde das Substrat farbig geätzt bzw. gebeizt, so daß die Grenzschicht zwischen der Epitaxialschicht 46 und dem Substrat 13 deutlich zu sehen ist, wie in Fig. 9 dargestellt ist.

In Fig. 9 sind die Ga- und As.-Strahlen 47 und 48 durch ausgezogene Pfeile bzw. gestrichelte Pfeile angegeben. DieDicke Ov und Dp an beliebig ausgewählten Stellen der Epitaxialschicht 46 sind in Fig. 10 dargestellt, wobei die Dicke Dv in der Rieh* tung senkrecht zu der Hauptebene des Substrats 13 genessen wird,

709804/101· _ ₂₂

während die Dicke Dp in Richtung parallel zur Einfallrichtung des Ga-Strahls gemessen ist. Der Winkel 0 ist der Winkel zwischen der Einfallsrichtung des Ga-Strahls und der Vertikalen auf die Hauptfläche des Substrats 13·

Aus Fig. 10 ist zu ersehen, daß die Tiefe Dv proportional zu dem cos 0 ist, während die Tiefe Dp an verschiedenen Stellen gleich ist. Dies bedeutet, daß das GaAs-Kristallwachsen proportional zu den örtlichen Einfallgeschwindigkeiten des Ga-Strahls ist, die wiederum von dem Profil der Mesastruktur und den Einfallwinkeln des Ga-Strahls abhängen. Außerdem zeig- die Tatsache, daß die Dicke Dp über der Epitaxialschicht k6 gleich ist, daß in einer Projektionsebene eine projizierte Linie besteht,( die in Richtung der Einfallsrichtung des Ga-Strahls verläuft), welche anzeigt, daß die Konzentration von Ga pro Flächeneinheit konstant ist.

Beispiel k:

Es ist bekannt, daß bei der Molekularstrahl-Epitaxie mit Halbleitern der Gruppe III und V der Haftkoeffizient der Atome in der Gruppe III beinahe gleich eins ist. Infolgedessen können die im Beispiel 3 erhaltenen Ergebnisse bei dem W< chsen von Mischkristallen aus Atomen der Gruppe III, wie beispielsweise Ga Al As angewendet werden, um dreidimensionale Strukturen epitaxial aufzuwachsen.

Entsprechend dem Beispiel 3 werden auf der (100)-Hauptfläche eines GaAs-Substrats ein Muster von Photolackstreifen mit einem Rastermaß von 8 Mikron parallel zu der <f011 *>-Richtung

709884/101$ . ₂₃ _

ausgebildet und in der <£O1 t>Richtung ausgerichtet. Danach wird wie bei dem Beispiel 1 das Substrat geätzt. In Fig. 11 ist ein (Ol1)-Querschnitt eines auf diese Weise behandelten Substrats k<) dargestellt, das Täler und Rücken aufweist. Das Substrat wurde auf dem Substrathalter so angeordnet, daß die <011>-Richtung parallel zu der y-Achse verläuft (siehe Fig. 3). Die As-Strahlquellen 15 und 17, die Ga-Strahlquelle und die Al-Strahlquelle 16 wurden zum epitaxialen Wachsen einer mehrlagigen Schicht aus GaAs-Ga Al As verwendet. Während des

A. ™ Jt Jw

epitaxialen Wachsens wurdendie Verschlüsse der Ga-Strahlquelle \k und der As-Strahlquelle 15 und 17 geöffnet gehalten, während der Verschluß der Al-Strahlquelle intermittierend geöffnet und geschlossen wurde, um die mehrlagige Schicht aus GaAs-

Schichten und Ga. Al As-Schichten epitaxial aufzuwachsen.

1-x χ

In Fig. 11 (b) ist schematisch ein (011)-Querschnitt des Substrats oder eines Prüflings dargestellt, nachdem fünf Schichten mit den Ga-,Al- und As.-Strahlen geschaffen worden sind, die durch Pfeile 55, 56 bzw. 57 angedeutet sind. Wenn die Schichten 50, 52 und 5^ aufgewachsen wurden, wurde der Verschluß der Al-Strahlquelle l6 geschlossen gehalten, so daß die Schichten 50, 52 und 5k GaAs-Schichten sind. Wenn die Schichten 51 und 53 aufgewachsen waren, wurde der Verschluß der Al-Strahlquelle l6 geöffnet gehalten, so daß diese zweiSchichten Ga Al As -Schichten waren. Heiße

Λ. "■ Jw Jt

Phosphorsäure ist ein Atzmittel, das die Ga-As-Schichten nicht angreift, aber die 6a. Al As-Schichten mit einer hohen Atzrate angreift, welche zunimmt, wenn die Konzentration

- 2k -

709884/1016

von Al (χ) erhöht wird. Die quer schraffierte Fläche in Fig. ll(b) ist ein Bereich, in welchem die Al-Konzentration hoch ist.

In Fig. 12 sind mit einem Elektronenmikroskop aufgenommene Abtastphotos einer Probe mit einer (011)-Spaltfläche darge-

o stellt, welche 3 min-lang in heiße Phosphorsäure von 100 C eingetaucht wurde, um die Zonen mit einer hohen Al-Konzentration in den Ga Al As-Schichten selektiv wegzuätzen.

^τ~^χ χ
In Fig. 12(a) ist ein Photo mit einer geringen Vergrößerung dargestellt, das Täler mit einem Abstand von 8 Mikron zwischen einem Rücken und dem nächstenzeigt. Die dunklen Flächen entsprechen den Zonen mit hohen Al-Konzentrationen. Wegen des selektiven oder bevorzugten Wegätzens haben die geätzten Zonen die Form von Hohlräumen, welche den quer schraffierten, in Fig. 11 (b) dargestellten Bereichen in den Schichten 51 und 53 entsprechen. Das Photo in Fig. 12 (b) zeigt in vergrößertem Maßstab einen lokalen Bereich einer mehrlagigen Schicht, die auf Tälern und Rücken mit einem Abstand von l6 Mikron gebildet ist. Hieraus ist zu ersehen, daß die Ätztiefe sich gleichmäßig ändert, was zeigt, daß die Zusammen etzung χ in der Ga Al As-Schicht sich gleichmäßig in Abhängigkeit von den Einfallgeschwindigkeiten bzw. Auftreff rat en der Ga und Al-Strahlen ändert.

Die Erfinder haben die Abhängigkeit der Al-Konzentration X an den einzelnen Stellen nicht untersucht, die Konzentrationsverteilung sowie die Schichtdicke kann jedoch ohne weiteres nicht nur aufgrund der Tatsache, daß der Haftkoeffizient

» - 25 -

von Ga und Al im wesentlichen gleich eins ist, sondern auch aufgrund der Ergebnisse bestimmt werden, die bei dem Beispiel 1 und 3 erhalten wurden. In Fig. ll(b) ist eine vertikale Linie ±i an einer Stelle ρ errichtet, die beliebig in der Grenzfläche zwischen der Ga Al As-Schicht 51 und der darunter liegenden GaAs-Schicht 50 gewählt ist. Die Winkel zwischen der vertikalen Linie η und den Einfallsrichtungen der Ga und Al-Strahlen 56 und 57 sind mit 0Ga bzw. 0Al bezeichnet, und die Einfallgeschwindigkeiten bzw. Auftreffraten der Ga- und Al-Strahlen bei 0„ =0 und 0. = 0 sind mit I„ bzw. I bezeichnet. Die Konzentration Xp und die Dicke der Schicht 51 an der Stelle ρ ist dann gegeben durch:

I . cos 0

ν Al Al λι

Xp = . cos 0A, ^v I_ .cos 0„ +1*., «1 Ga Ga Al

^DQ - ^C-^(IGa-^{COS 0}Ga^{+ 1}Al ' ^C°^{S 0}Al

wobei C eine Proportionalitätskonstante ist.

In ähnlicher Weise kann die Konzentration Xp,dieDicke D_ an verschiedenen Stellen erhalten werden, da das Profil der mesaförmigen Struktur sowie die Einfallrxchtungen der Strahlen bekannt sind. Die Kenndaten der Tiefe D_ sind durch die Dicke der Hohlräume in den Ga „ Al As-Schichten, welche selektiv

1-x χ

weggeätzt wurden, wie in Fig. 12(A) und 12(b) dargestellt ist, und durch die Dickenänderung der GaAs-Schicht angezeigt, welche zwischen diesen Hohlräumen verbleibt. Außerdem zeigt die Dickenänderung der Hohlräume, die in Fig. 12(b) dargestellt ist,

7OÖ80W1O18 ' ^2? "

deutlich und qualitativ die Abhängikeit der Konzentration X von den jeweiligen Stellen.

Beispiel 5^:

Entsprechend dem Beispiel k wird das epitaxiale Aufwachsen einer mehrlagigen Schicht, die aus Ga Al As-und GaAs-Schichten besteht, durchgeführt. Ein Substrat wurde dann auf dem Substrathalter angeordnet, wobei die <iOll*>-Richtung parallel zu der x-Achse verläuft (siehe Fig. 3)· und mit der Ga-Strahlquelle Ik und den As-Strahlquellen 15 und 17 wurde zuerst eine GaAs-Schicht aufgewachst. Danach wurde der Verschluß der Al-Strahlquelle, die vorerhitzt worden ist, geöffnet, damit eine Ga. Al As-Schicht aufwächst. Dann wurde der Substrathalter um 90 gedreht, so daß die <iOl 1>-Richtung des Substrats parallel zu der y-Achse verlief (siehe Fig. 3) und danach wurde eine Ga Al As-Schicht aufgewachsen, Nachdem

die Ga-. Al-As-Schicht mit einer vorbestimmten Dicke aufge-1-x χ ^ö

wachsen war, wurde der Substrathalter um l80 gedreht, so daß die Richtung <011>parallel zu der -y-Richtung verlief, und es wurde eine Schicht aufgewachsen. Diese Schritte wurden periodisch wiederholt, um eine mehrlagige Ga Al As-Schicht zu bilden.

Danach wurde die Richtung <Oll>des Substrats wieder parallel mit der x-Achse gemacht, und eine Ga Al A -Schicht wurde

X^-X X S

aufgewachsen; der Verschluß der Al-Strahlquelle wurde geschlossen, so daß dann die letzte GaAs-Schicht aufgewachsen wurde. Während des epiataxialen Wachsens wurden alle Strah* quellen so gesteuert, daß eine As-angereicherte Umgebung bzw. Bedingung aufrecht erhalten wurde. Eine Probe wurde dann ent-

709884/1018 _ ₂₈ _

lang der Ebene (Ol1) aufgeschnitten und geätzt, so daß die Struktur der mehrlagigen Schicht deutlich zu sehen war. Die Probe wurde dann selektiv mit heißer Phosphorsäure geätzt, so daß Hohlräume wahrgenommen wurden, wie in Fig. 12 dargestellt worden ist. Dies zeigt, daß die Einfallgeschwindigkeiten bzw. Auftreffraten der Al- und Ga-Strahlen sich in Abhängigkeit von derAusrichtung des Substrats ändern.

Beispiel 5 zeigt, daß die Einfallgeschwindigkeiten bzw. Auftreff raten von Molekülstraheln an einer beliebig ausgewählten Stelle auf einer durch Kristallwachsen geschaffenen Oberfläche dadurch geändert werden kann, daß die jeweilige Lage des Substrats bezüglich der Strahlquellen geändert wird.

Beispiel 6:

Wie bei dem Beispiel k wurde ein Substrat aufbereitet und dann auf dem Substrathalter angeordnet, wobei die <fOll>-Richtung parallel zu der x-Achse ausgerichtet war. Die GaP-enthaltende Strahlquelle wurde an der Stelle 15 (siehe Fig. 3) angeordnet, und mit der Ga-Strahlquelle Ik sowie der As-Strahlquelle 17 wurde ein epitaxiales Aufwachsen durchgeführt . InFig. 13 sind schematisch ein (Oll)-Querschnitt und die Einfallsrichtungen der Strahlen 62 bis 65 dargestellt. Die Strahlen 62 und 63 sind Ga-Strahlen von derGa-Strahlquelle Ik bzw. der GaP-Strahlquelle 15; der Strahl 6k ist ein P_o-Strahl von der GaP-Quelle l6, und der Strahl 65 ist ein As^-Strahl von der Ae-Strahlquelle 17· Der Verschluß der GaP-Quelle 15 wurde nur geschlossen gehalten, wenn eine Schicht 60 aufgewachsen wurde. Nachdem drei Schichten 59 bis 6l aufgewachsen wurden, wurde die

709014/1010 . ₂₉ .

Probe entlang der Fläche (Oil) aufgeschnitten und mit einem A-B-Atzmittel bei Raumtemperatur geätzt. Dies Ätzmittel ätzt GaAs mit einer höheren Geschwindigkeit weg, und die Ätzgeschwindigkeit bzw. -rate nimmt ab, wenn die Konzentration y von ρ in GaAs. P erhöht wird. DieErfinder haben die geätzte Fläche durch ein Abtast-Elektronenmikroskop beobachtet und herausgefunden, daß die Zonen mit hohen P-Konzentrationen (die quer schraffierten Bereiche in Fig. I3) ur\_ geätzt geblieben waren.

Im Gegensatz zu den Mischkristallen aus Atomen der Gruppe III, wie Ga Al As,die in den Beispielen k und 5 beschrieben sind, kann die Konzentration y eines Mischkristalle GaAs₄ P mit

1-y y

den Atomen der Gruppe V nicht ehfach durch die Einfallgeschwindigkeiten der As· und P -Strahlen bestimmt werden; Versuchsergebnisse zeigen jedoch, daß die Zone oder der Bereich,an welcher die Einfallgeschwindigkeit des P -Strahls hoch ist, eine höhere Konzentration y hat.

Bis jetzt ist das selektive epitaxiale Aufwachsen von GaAs- und deren Mischkristalle beschrieben worden. Wie in dem Beispiel 1, kann die Diffusionslänge von Ga an der Oberfläche sehr

ο viel kürzer als 200A gemacht werden. Die Diffusionslänge an der Oberfläche ändert sich in Abhängigkeit von den Bedingungen, beim Kristallwachsen; aber sobald die Diffusionslänge im Ver gleich zu der Größe der selbst abdeckenden Strukturen kleiner ist, können wahlweise bzw. selektiv in Abhängigkeit von den örtlichen Einfallgeschwindigkeiten bzw. Auftreffraten der

1 - 30 -

Molekularstrahlen Kristalle mit diesen Zusammensetzungen aufwachsen.

Die Erfindung kann genausogut zum Dotieren von Störstellen in Kristallen verwendet werden. Da das Verhalten von Störstellen an der Oberfläche von aufgewachsenen Kristallschichten von einer Störstellenart zur anderen verschieden sind, müssen die folgenden Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden.

(a) Verunreinigungen bzw. Störstellen mit einem Haftkoeffizienten, der im wesentlichen gleich eins ist, sind Si und Sn, welches Donatoren sind, sind Mn und Be, welches Akzeptoren sind, und ist Ge, welches ein amphoteres Ion ist. Diese Donatoren und Akzeptoren können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren selektiv dotiert werden, und die Konzentrationen der Dotierungsmittel können als Punktion der örtlichen Einfallgeschwindigkeiten der Dotierungsstrahlen bestimmt werden, wie im einzelnen in Beispiel 4 beschrieben ist. Bei Störstellen, wie Sn, welche einenhohen Absonderungskoeffizienten haben und dazu neigen, sich während des Kristallaufwachsens beispielsweise von Ga, As beträchtlich zu bewegen, muß beachtet werden, daß ein Dotierungsprofil dazu neigt, größer zu werden, wenn aber die Entfernung, über welcher sich die Störstelle bewegt, im Vergleich zu der Größe der mehrdimensionalen Strukturen kleiner ist, kann die Bewegung der Störstelle vernachlässigbar sein.

Ge, das ein amphoteres lon ist, dient bekanntlich als Donator bei einer mit As angereicherten Umgebung und als Akzeptor bei

- 31 -

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einer Ga-angereicherten Umgebung. Die bekannten Verfahren haben den Nachteil, daß, wenn Ga, As auf einer ebenen flachen Fläche unter einer mit Ga-angereicherten Umgebung aufgewachsen wird, flüssige Ga-Tropfen gebildet werden. Wie jedoch im einzelnen anhand des Beispiels 1 beschrieben worden ist, wird gemäß der Erfindung kein flüssiger GaTropfen selbst bei einer mit Ga-angereicherten Umgebung gebildet, wenn eineQa-angereicherte Zone klein ist. Hieraus folgt, daß, wenn das Profil einer Struktur so gewählt ist, daß örtlich Ga-und As-angereicherte Zonen gebildet werden können und Ge dotiert wird, Ge als
Donator in der As-angereicherten Zone dient, während es als Akzeptor in der Ga-angereicherten Zone dient.

(b) Mg ist ein Akzeptor, dessen Haftkoeffizient in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Kristalle groß ist. Beispielsweise ist der Haftkoeffizient von Mg auf Ga Al As ungefähr

-5 -3

1 χ 10 , wenn x=0 ist und etwa 7 x 10 , wenn χ = 0,2 ist. Infolgedessen wird, selbst wenn der Einfallswinkel des Strahls von Mg-Molekülen nicht ganz genau gesteuert ist, Mg automatisch selektiv in Zonen mit einer hohen Al-Konzentration dotiert.

(c) Es ist bekannt, daß, wenn eine Störstelle ionisiert und dotiert wird, ihr Haftkoeffizient beträchtlich erhöht wird,
selbst wenn ihr Haftkoeffizient sehr klein ist, wenn die
Störstelle in Form eines neutralisierten Atoms oder Moleküls vorliegt. Infolgedessen ist, wenn die Einfalisrichtung des Strahls von derartigen Störstellenionen gesteuert wird, die selektive Dotierung möglich. Als nächstes werden einige

- 32 -

709884/1016

Doti erungsbei spiele beschri eben.
Beispi el 7 ^:

In Fig. 3 wurden AS-Strahlquellen bei 15 und 17i eine p-Typ-Üotierungsmittel- oder Mg-StrahlquelIe bei 18 und eine n-Typ-Uotierungsmittel- oder Sn-Strfihlquelle bei 19 in der xz-Ebene angeordnet und bezüglich der z-Achse um 35 geneigt, üie Temperaturen dieser Strahlquellen 15» 17» l8 und 19 wurden so festgelegt, daß eine Ga Al-As-Epitaxialschicht, die auf einem ebenen flachen Substrat aufgewachsen ist, χ = 0,2 hat; eine As-angereicherte Umgebung wurde während des epitaxialen

1 ft Aufwachsens beibehalten; die Sn-Konzentration von 3 x 10 /cm wurde erhalten, wenn die Sn-Strahlquelle 19 erregt wurde, und die Lochkonzentration von 1 χ 10 /cm wurde erhalten, wenn die Mg-Strahlquelle 18 erregt wurde. Wie bei dem Beispiel k wurde das Substrat mit einander abwechselnden Hucken und Tälern mit einem Abstand von 200 Mikron geschaffen und auf denSubstrathalter angeordnet, wobei die (011)-Richtung parallel zu der x-Achse ausgerichtet war. Mit Hilfe der Ga-Strahlquelle lk, den As-Strahlquellen 15 und 17 und der Sn-Strahlquelle 19 wurde zuerst eine n-Typ-GaAs-Pufferschient aufgewachsen. Danach wurde das Substrat gedreht, so daß die ^011>-Richtung parallel zu der y-Achse verlief, und die Verschlüsse der Al-Strahlquelle, welche auf eine vorbestimmte Temperatur vorgeheizt worden ist, und der Mg-Strahlquelle 18, welche auf 300 C vorgeheitzt worden ist, wurden geöffnet, während die Mg-Strahlquelle 18 unmittelbar auf eine vorbe-

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stimmte Temperatur für eine Mg-Strahlemission erhitzt wurde. Eine mit Sn und Mg dotierte Ga Al As-Schicht wurde auf eine vorbestimmte Dicke aufgewachsen. Die auf diese Weise erhaltene Probe wurde in der As-Atmosphäre wärmebehandelt und entlang (Oll)-Fläche aufgeschnitten. In Pig.l4 ist schematisch ein (Oll)-Querschnitt der Probe dargestellt. Eine auf einer Struktur 66 aufgebrachte Schicht 67 ist eine Sn-dotierte GaAs-Schicht, und eine Schicht 68 ist eine Sn- und Mg-dotierte Ga Al As-Schicht. Die Pfeile geben die Einfallsrichtung der Strahlen während des Aufwachsens der Schicht 68 an, und mit 71, 72, 73 und 7¹* sind die Ga-, Al-, Mg- und Sn-Strahlen bezeichnet. (Der As.-Strahl ist nicht dargestellt)*

Die Erfinder haben die Leitfähigkeit untersucht, indem sie die gefärbten bzw. gebeizten und selektiv weggeäzten Spaltflächen untersucht und sorgfältig beobachtet haben. Als Ergebnis wurde folgendes festgestellt:

(a) eine Zone 69 in der Schicht 68 hat eine hohe Al-Konzentration und war ein p-(Leitfähigkeits-) Typ;

(b) eine Zone 70 hatte eine besonders niedrige Al-Konzentration und war «in n-(Leitfähigkeits-)Typ; und

(c) der restliche Bereich hatte einen n-(Leitfähigkeits-)Typ.

Von den Erfindern sind diese Ergebnisse folgendermaßen erklärt worden:

700664/1018

(I) die Änderung in der Al-Konzentration ist ähnlich der, wie sie in Beispiel k beschrieben ist;

(II) nur die Zone 69 hat eine hohe Al-Konzentration und war vom p-Typ. Dies ist der Abhängigkeit des Haftkoeffizienten S von Mg in der Zusammensetzung Ga Al As zuzuschreiben. Das heißt, wenn χ - O ist, S=O; wenn aber χ - 0,2 ist, steigt der ilaftkoeffizient S plötzlich auf 7 x 10 an; und

(III) der restliche Bereich hat einen η-Typ. Dies ist der Verteilung der örtlichen Einfallgeschwindigkeit des Sn-Strahls und der Abnahme des Haftkoeffizienten von Mg zuzuschreiben, der von einer entsprechenden Abnahme der Al-Konzentration begleitet ist.

Beispiel 8;

Die Ga- und Sn-Strahlquel1 en sind bei 18 bzw. 19 angeordnet, und eine Zn-Strahlquelle ist bei 20 in der x-z-Ebene angeordnet und bezüglich der z-Afase unter 35 geneigt. Wie bei dem Beispiel 7 wurde ein n-Typ-GaAs-Substrat mit einer (Oil)-Hauptflache mit abwechselnden Hucken und Tälern mit einem Abstand von 2OO Mikron gebildet und auf dem Substrathalter so angeordnet, daß die Richtung (Oll} parallel zu der y-Achse ausgerichtet ist. Mit den As-Strahlquellen 15 und 17, der Ga-Strahlquel-Ie 18, der Sn-Strahlquelle 19 und der Zn-Strahlquelle 20 wurde eine Sn- und Zn-dotierte GaAs-Schicht aufgewachsen. Die Temperatur dieser Strahlquellen wurde so gesteuert, daß die Dotierungskonzentrationen von Sn und Zn in der GaAs-Epitaxial-

- 35 -

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27328U7

schicht, die auf der ( 100)-Hnup t flache dos Ga A.s-Subs t ra t n aufgewachsen ist, 3 x 10 /cm bzw. 1 χ 10 /cm betrug. Die Beschleunigungsspannung der Zn -Ionen betrug 1 000V.

In Fig.9 ist ein (011)-Querschnitt der auf diese Weise erhaltenen Probe dargestellt, und Pfeile 78 bis Hl zeigen din Ga-Asj -, Zn - und Sn-Strahlen an. Wie bei dem lleispiel 7 ist festgestellt worden, daß nur eine Zone 77 in einer Epitaxialschicht 76 auf einer Struktur 75 vo.ii p-Typ war, während tier restliche Bereich vom η-Typ war.

Beispiel 9·

Die As.-Strahlquellen wurden bei 15 und 17 und die Ga-, Al-, Si- und Mn-Strahlquellen wurden bei lö, l6, I9 bzw. 29 angeordnet. Ein Photolack Az-135OJ wurde auf die (100)-Hauptfläche eines Si-dotierten GaAs-Substrats des η-Typs aufgebracht, und es wurde eine Holographie mit einem Ar-Ionen laser angewendet, um ein Interferenzstreifenmuster mit parallelen Streifen zu projizieren, die in einem Abstand von 3 700A angeordnet und parallel zu der <011>-Richtung des Substrats bei einer Toleranz von +^l' angeordnet sind. Danach wurde das Substrat mit dem in Beispiel 1 beschriebenen Atzmittel geätzt, so daß Rükken undTäler auf der (Oll)-Hauptfläche des Substrats 82 zurückblieben, wie in Fig.l6(a) dargestellt ist. Das Substrat 82 wurde auf dem Substrathalter angeordnet, wobei die <011> Richtung parallel zu der y-Achse ausgerichtet wurde (siehe

709814/1018 " ³⁶ "

27328U7

Kifi.3)· Wie bei dem Beispiel 1 wurde eine Ga Al As-Schicht 83, «lie selektiv mit Si und Mn dotiert worden ist, in einer Dicke von etwa 0,2,Um aufgewachsen, und danach wurde eine Ga Al As-Schicht 86 aufgewachsen und nur mit Si dotiert. Die G«si>mt«licke der Schichten 83 und 86 betrug etwa 1,5 /Um. Während der Epitaxie wurde das Intensitätsverhältnis zwischen den Ga- und Al-Strahlen auf 3 ^: 1 gehalten, während die Intensitäten der Si- und Mn-Strahlen so gesteuert wurden, daß ihre Kon-

l8 3 18 3

zentration 2 χ 10 /cm bzw. 1 χ 10 /cm war.

In Fig.l6(b) ist schematisch die Struktur der Epitaxialschicht dargestellt, und die Pfeile 87 bis 90 geben die Ga-, Al-, Si- und Mn-Strahlen an. (Die As-Strahlen sind nicht dargestellt). Von den Erfindern ist sorgfältig mittels eines Abtast-Elektronenmikroskops die (011)-Spaltfläche betrachtet worden, welche selektiv geätzt und gefärbt bzw. gebeizt wurde; hierbei wurde folgendes festgestellt:

(I) die Al-Konzentration war höher in einer Zone 84 als in einer Zone 85;

(II) wenn die durchschnittliche Dicke D der Epitaxialschicht den Abstand (3 700A) der Kücken und Täler auf dem Substrat erreicht, wird die Oberflächenrauhigkeit der Epitaxialschicht geringer, d.h. «ie wird glatter und die Änderung in der Al-Konzentration nimmt ab;

(III) wenn die durchschnittliche Dicke der Epitaxialschichten 83 und 86 entsprechend dem Abstand der Rücken und Täler auf dem Substrat entsprechend höher ist, wird die Oberfläche der Schicht

709864/1016 " ³⁷ "

86 glatter und die Al-Konzentration in der Ga Al As-Schicht wird gemittelt; und

(IV) das Messen der Leitfähigkeit in den Zonen 84 und 85 war äußerst schwierig, da diese Zonen äußerst klein waren. Die Donator-Störstelle oder das Si , das in diesem Beispiel verwendet worden ist, zeigt eine geringere Absonderungswirkung, so daß angenommen wird, daß die Konzentration in diesen kleinen Zonen auch von der Änderung der lokalen Auftreffgeschwindigkeit der Strahlen abhängt.

Wie oben beschrieben, kann gemäß der Erfindung eine Epitaxialschicht mit einem sehr feinen und dreidimensionalen Aufbau aufgewachsen werden, was bisher nicht erreichbar war. Die Erfindung, mit welcher eine Epitaxialschicht mit einer besonders feinen und mehrdimensionalen Struktur aufgewachsen werden kann, ist sehr wirksam, um verschiedene bestehende Halbleiter zu verbessern, und um neue Halbleiter herzustellen, welche dadurch neu geschaffen wurden.

Die Erfindung beruht somit auf folgenden Tatsachen:

(I) die epitaxialen Molekularstrahlen durchlaufen eine gerade Bahn;

(II) die lokale Einfallgeschwindigkeit bzw. Auftreffrate eines gleichförmig emittierten epitaxialen Molekularstrahls kann geändert werden, um eine Struktur mit einer entsprechenden geometrischen Konfiguration auf ein·· Substrat zu bilden; und

(III) die Diffusionslänge an der Oberfläche eines Atoms .oder

-³⁸ -

Moleküls, das an der Oberfläche einer gewachsenen Kristallschicht haftet, kann gesteuert werden und kann sehr viel kurzer (weniger als 2OOA) gemacht werden, indem die Bedingungen des Molekularstrahl-Epitaxialverfahrens entsprechend gesteuert werden.

Bis jetzt ist die Erfindung nur in Verbindung mit Halbleitern

der Gruppe III und V wie GaAs₁ Ga. Al As und GaAs. P beschrie- ^^ 1-x χ 1-y y

ben worden; selbstverständlich ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt und kann genauso gut verwendet werden, um Kristalle von Halbleitern anderer Gruppen sowie von Nichthalbleitern, wie beispielsweise dielektrischer oder magnetischer Stoffe epitaxial aufzuwachsen. Ferner ist die Erfindung nicht auf eine Molekularstrahl-Epitaxie im engefcen Sinn beschränkt und kann auch bei anderen Kristallaufwachsverfahren angewendet werden, welche der Bedingung genügen, daß die mittlere freie Weglänge (l) der Moleküle größer ist als der Abstand (L) zwischen der Quelle und dem Substrat.

In den Beispielen 1 bis 9 sind Kristalle mit neuen Strukturen beschrieben, und einige Abwandlungen des Kristallaufwachsverfahrens gemäß der Erfindung, einige Anwendungen der Halbleiter sowie neuer Halbleiter, welche nunmehr durch die Erfindung durchführbar sind, werden nunmehr beschrieben. (I) Die, welche mit dem Beispiel 1 zusammenhängen: (a) Anwendungen: Bildung von getrennten Schichten, ein Selbstausrichten oder in lagemäßige Übereinstimmung Bringen, selek-

709864/1016 " ³⁹ "

tives epitaxiales Aufwachsen usw.

(b) Abwandlungen: eine Atzmaske aus SiO oder Si N. wird nach dem Atzen nicht abgezogen, und eine Epitaxialschicht wird auf der belassenen Atzmaske aufgewachsen, so daß eine selektive Epitaxie, wie bei Hinterschneidungen angewendet wird, nach dem Atzen durchgeführt werden kann.

(c) Neue Halbleiter: duidi die Erfindung ist ein sehr grundlegendes Kristallaufwachsverfahren beschrieben, so daß verschiedene Halbleiter aufgrund der Erfindung geschaffen werden können. Das Selbstausrichten, das mittels der Erfindung erreichbar ist, wird beispielsweise beim Herstellen von Feldeffekttransistoren (siehe Fig.8) in großem Umfang angewendet.

(II) Die Abwandlungen, die mit anderen Beispielen zusammenhängen:

(a) Anwendungen: Herstellung von verschiedenen Halbleitern und Einkristallen, wobei die Eigenschaften einer einkristallinen Schicht mit einer selbstausrichtenden, dreidimensionalen Struktur verwendet werden.

(b) Abwandlungen:

(b-l) Abwandlungen von Einrichtungen, die auf einem einkristallinen Substrat gebildet werden, wobei eine dreidimensionale Struktur eine geometrische Konfiguration hat; beispielsweise kann eine dreidiomesionale Struktur eine mehrdimensionale Periode haben. Statt durch Ätzen eine dreidimensionale Struktur zu schaffen, kann es durch das selektive epitaxiale Aufwachsen gebildet werden.

(b-2) Abwandlungen bezüglich des Einfallswinkels des Molekularstrahls und der jeweiligen Lage zwischen einem Substrat und den

- kO -

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Strahlquellen. Hierbei kann die Anzahl der Strahlquellen erhöht oder vermindert werden.

(c) Neue Halbleiter: eine mehrlagige Schicht kann in sehr einfacher Weise aufgewachsen werden, so daß eine dünne Mischkristallschxht mit einer mehrdimensionalen Struktur aufgewachsen werden kann. Infolgedessen können p- oder n-Typ-Zonen selektiv gebildet werden, so daß die Erfindung (l) bei der Herstellung von bisher eingebetteten optischen Ubertragungswegen auf dem Gebiet der Halbleiterherstellung und (2) bei der Herstellung von lichtemittierenden Einrichtungen, optischen Modulatoren, optischen Verzweigungseinrichtungen, optischen Verstärkern und so weiter als Anwendungen der bisherigen optischen Übertragungewege angewendet werden. Der neue,im Beispiel 8 beschriebene und in Fig.l6 dargestellte Halbleiter ist ein asymmetrischer Bragg¹scher Heflektor und wenn er in einen Verteilungs-Rückkopplungslaser eingebaut wird, kann entweder eine Brechungsindex-Rückkopplung oder eine Emissionsrückkopplung oder auch beides durchgeführt werden. Auf diese Weise kann die asymmetrische Struktur sehr vorteilhaft ausgenutzt werden. Außerdem werden, wenn diese asymmetrische Struktur zu einer Gitterbildung verwendet wird, bisher nicht bekannte, neue Einrichtungen erhalten.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

Einkristallstruktur, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur mindestens eine epitaxial gewachsene Kristallschicht aufweist, die auf dreidimensionalen Strukturen gewachsen ist, die auf einer Hauptfläche eines Kristallsubstrats gebildet sind, .und daß die physikalischen Eigenschaften der epitaxial gewachsenen Kristallschicht örtlich verschieden sind, wenn sich die Richtungen der Flächen der dreidimensionalen Struktur ändern.

2. Einkristallstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dreidimensionalen Strukturen eine besondere Frequenz bzw. Häufigkeit haben

3. Einkristallstruktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine physikalische Eigenschaft der epitaxial gewachsenen Kristallschicht, die auf dreidimensionalen Strukturen aufgewachsen ist, sich in einer Raumfrequenz der dreidimensionalen Strukturen ändert.

4. Einkristallstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der physikalischen Eigenschaften eine Zusammensetzung aus einem Mischkristall, Störstellenarten oder einer Störstellenkonzentration ist.

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5- Einkristallstruktur nach Anspruch 1, daelurch gekennzeichnet, daß die epitaxial gewachsene Kristallschicht aus einer Halbleiterverbindung aus Atomen der Gruppe 111 und V besteht.

6. Einkristallstruktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dragg· scher- lieflektor gebildet wird, in welchem die physikalischen Eigenschaften innerhalb einer Frequenz der dreidimensionalen Strukturen geändert werden.

7· Verfahren zur Herstellung einer EinkristaLLstruktur, bei welcher eine neue Kristallschicht über einem Kristallsubstrat epitaxial aufwächst, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Hauptfläche des Substrats dreidimensionale Strukturen mit einer entsprechenden geometrischen Konfiguration gebildet werden, und daß auf die Hauptfläche des KristalIsubstrnts, welches auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt wird, Mnterialmoleküle zum Bilden der Kristallschicht unter einem vorbestimmten Winkel bezüglich der Hauptfläche des Kristallsubstrats bei einem derart verminderten Druck auftreffen, daß die mittlere freie Weglänge (l) der Materialmoleküle größer ist als der Abstand zwischen Quellen, welche die Materialmoleküle liefern, und dem Kristallsubstrat, wobei die epitaxial gewachsene Kristallschicht an lokalen Zonen der Hauptfläche des Kristallsubstrats in Abhängigkeit von den Einfallgeschwindigkeiten der Materialmoleküle aufwachsen kann.

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ii. Verfahren nach Anspruch 7 ι dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionslänge an der Überfläche von zumindest einer Art von Materialmolekülen, welche auf die Überfläche der gewachsenen Kristallschicht auftreffen, im Vergleich zu der Größe der dreidimensionalen Strukturen kürzer ist.

9- Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die dreidimensionalen Strukturen vorzugsweise durch Atzen des Kristallsubstrats gebildet werden.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die epitaxial aufgewachsene Kristallschicht aus einer Halbleiterverbindung aus Atomen der Gruppe III und V bestehen.

11. Verfahren nach Anspruch 10,dadurch gekennzeic hn e t, daß die epitaxial aufgewachsene Kristallschicht aus

Ga₄ Al As (0 < χ < l) oder aua GaAs₁ P (0 < y <1) besteht. 1-x χ = = 1-y y = =

12. Verfahren nach Anspruch 7« dadurch gekennzeichnet ,daß eine Anzahl molekülabgebender Quellen in Abhängigkeit von den Atomarten, die ein gefordertes Mischkristall darstellen, und in Abhängigkeit von den Winkeln der von den Quellen ausgehenden Molekularstrahlen verwendet werden, die auf die dreidimensionalen Strukturen auftreffen, und daß die Einfallgeschwindigkeiten der Molekularstrahlen von einer Stelle zur anderen geändert werden, wobei die lokalen Zonen mit verschiedenen Zusammensetzungen des Mischkristalls in Abhängigkeit von den

Einfallgeschwindigkeiten der Molekularstrahlen gebildet werden können.

13· Verfahren nach Anspruch 7i dadurch geke nnzeichn e t, daß außer den die Molekularstrahlen abgebenden Quellen eine oder eine Anzahl von Quellen zum Emittieren eines Strahls einer geforderten Störstellenart oder von Strahlen von geforderten Störstellenarten vorgesehen sind, so daß Zonen, in welchen die Störstellenarten oder deren Konzentration örtlich verschieden gemacht werden, geschaffen werden können.

lk. Verfahren nach Anspruch 7> dadurch gekennzeic hn e t, daß die dreidimensionalen Strukturen periodisch auf dem Kristallsubstrat angeordnet werden.

15. Verfahren nach Anspruch 7« dadurch gek ennzeichn e t, daß der Einfallswinkel der Materialmoleküle bezüglich des Kristallsubstrats geändert wird.

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