DE3013563A1 - Bauteil vom isolierstoff-halbleiter- typ, in dem der halbleiter eine iii-v- verbindung und der isolierstoff ein sulfid sind und verfahren zur herstellung eines solchen bauteils - Google Patents

Bauteil vom isolierstoff-halbleiter- typ, in dem der halbleiter eine iii-v- verbindung und der isolierstoff ein sulfid sind und verfahren zur herstellung eines solchen bauteils

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Description

_ 3 —
1. Daniel CHEMLA, 50,Avenue Jean Jaures, 92290 CHATENAY MALABRY
2. Louis COT, Residence Les Pins No.3, Ciapiers, 34170 CASTELNAU LE LEZ
3. Jean JERPHAGNON, 38, rue de Kerrazion, 22560 TREBEURDEN
4. Jean DURAND, Mas Drevon H3 Rue J.R. de Conuninges 34100 MONTPELLIER
(Prankreich)
Bauteil vom Isolierstoff-Halbleiter-Typ, in dem der Halbleiter eine Ill-V-Verbindung und der Isolierstoff ein Sulfid sind, und Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauteils
Die Erfindung bezieht sich auf ein Bauteil des Isolierstoff-Halbleiter-Typs, in dem der Halbleiter eine Ill-V-Verbindung ist, und auf Verfahren zur Herstellung dieses Bauteil. Sie findet eine Anwendung einerseits in der Mikroelektronik, wo sie es ermöglicht, Bauelemente vom MIS-Typ (Metall-Isolierstoff -Halbleiter) mit hohen Leistungen (Geschwindigkeit, Integrationsgrad usw. ·..) herzustellen, und andererseits in der Optoelektronik, wo sie es ermöglicht, eine Passivierung der Flächen von optoelektronischen Bauelementen, z. B. Halbleiterlasern, herzustellen.
Q30043/08U
Seit bereits einigen Jahren zeigt sich ein wachsendes Interesse an den Halbleiterverbindungen des Typs III-V (z. B. GaAs oder InP). Diese Materialien zeigen tatsächlich bemerkenswerte Eigenschaften, die sie ganz besonders zur Herstellung von integrierten elektronischen Bauelementen des MIS-Typs bestimmen, deren Eigenschaften sie im Vergleich mit den herkömmlichen Bauelementen auf Silicium- und Germaniumbasis beträchtlich verbessern sollten. Unter diesen Eigenschaften kann man die Elektronenbeweglichkeit, die groß ist (in der Größenordnung von 1OOOO cm/s für GaAs und 5000 cm/s für InP gegenüber nur 120Ö/fur Si und 3500 cm/s für Ge), die Breite des verbotenen Energiebandes (in der Größenordnung von 1,4· eV gegenüber 1,1 eV für Si· und 0,7 eV für Ge) und den Widerstand, der hoch ist (in der Größenordnung von 10 -CLcm^ erwähnen.
Jedoch wurden die in diese III-V-Verbindungen gesetzten Hoffnungen nicht von Erfolg gekrönt, was insbesondere darauf zurückzuführen ist, daß sich die Herstellung einer geeigneten Isolierstoff-Halbleiter-Grenzfläche zufällig als sehr schwierig erwiesen hat. Man hat versucht, Isolierstoffe, wie z. B. SiOp, AIqO^, Si7JuL, Ge^N, GaN usw. ... abzuscheiden, doch weisen die bei diesen Isolierstoff-Halbleiter-Grenzflächen erhaltenen elektrischen Eigenschaften (Strom-Spannung, Kapazität-Spannung, Grenzflächenladungen) nicht die zur Herstellung von MIS-Bauelementen erforderliche Qualität auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Isolierstoff-Halbleiter-Aufbau zu entwickeln, der eine Grenzfläche mit den zur Herstellung von MIS-Bauelementen erforderlichen elektrischen Eigenschaften aufweist/ und entsprechende Herstellungsverfahren anzugeben.
Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird,
030043/084*
_ CZ _
ist ein Bauteil vom Isolierstoff-Halbleiter-Typ, das aus einem aus einer III-V-Verbindung der iOrme]J(A B ) gebildeten kristallinen Halbleitersubstrat bestellt, das mit einer Isolier st off schicht überzogen ist, mit dem Kennzeichen, daß das Substrat eine besondere Kristallorientierung aufweist und daß der Isolierstoff der einzigen Formel (A B) S^, entspricht.
Nach einer ersten Variante wird die Erfindung zunächst auf übliche Verbindungen dieser Familie, nämlich GaAs und InP, aber auch auf die abgeleiteten Verbindungen,ζ. B. auf GaAs. P angewendet, wo χ unter 1 ist.
Sowohl die theoretischen als auch die experimentellen Arbeiten der Erfinder ermöglichen, eine Interpretation des Ursprungs der bemerkenswerten, durch den besonderen Aufbau gemäß der Erfindung erhaltenen Eigenschaften zu versuchen.
Die Erfinder stellten fest, daß das Sulfid (AI:EIBV) S^ bei der Herstellung von Isolierstoff-Halbleiter-Grenzflächen eine besondere Rolle gegenüber den Isolierstoffen des Standes der Technik spielt, da der Molekularaufbau dieses Materials dem des Substrats analog ist. Zufällig handelt es sich um ein tetraedrisches Gefüge. Die dem Substrat eigene Umgebung wird daher bei dessen Passivierung bewahrt.
Die nach dem Stand der Technik verwendeten Isolierstoffe weisen dagegen dieses tetraedrische Gefüge nicht auf, und ihre Verwendung verursacht unvermeidlich einen "Bruch"in der Grenzfläche und damit das Auftreten von elektrischen Ladungen, die die Unregelmäßigkeiten der chemischen Zusammensetzung kompensieren.
Die Kontinuität des mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen
030043/0844
Sulfid (A B) Sm erhaltenen Aufbaus führt im Gegensatz dazu zu einer Restladungsdichte an der Grenzfläche, die sehr viel geringer ist, was bei der Anwendung in der Mikroelektronik sehr günstig ist.
Somit ist die Wahl des Sulfids (A B ) S^ zum Passivieren eines Halbleitersubstrats (A B) nicht einfach eine Frage der chemischen Zusammensetzung. Diese Wahl wird durch viel komplexere Überlegungen diktiert, die die innere Funktion der Halbleiterbauteile des Isolierstoff-Halbleiter-Typs berühren.
Natürlich ist die vorstehende Interpretation hier nur zur Erklärung gegeben, und der Schutzumfang der Erfindung würde in keiner Weise davon abhängen.
Man bemerkt außerdem, daß die Verwendung des Sulfids, das erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, in der Optoelektronik zu einem zusätzlichen Vorteil gegenüber den Oxid-Halbleiter-Strukturen führt, da im letzteren Fall das beim Passivierungsverfahren auftretende Oxid eine sehr aktive Falle im Halbleiter darstellt, die dem Wirkungsgrad der Anordnung schadet.
Gegenstand der Erfindung sind außerdem Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Bauteils.
Das erste Verfahren gemäß der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß man ein kristallines Halbleitersubstrat der Formel AB mit einer besonderen Kristallorientierung herstellt, dieses Substrat in einer Schwefel oder Schwefelwasserstoff enthaltenden Ampulle anordnet, diese Ampulle in einen Ofen einführt, die Ampulle auf eine Temperatur in der Größenordnung von 400 0 bringt, diese Temperatur während
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3Q13563
der zum Erhalten einer gewünschten Sulfiddicke erforderlichen Zeit beibehält, die Temperatur auf die Raumtemperatur herunterkommen läßt und das Substrat aus der Ampulle entnimmt.
Das zweite Verfahren gemäß der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß man ein kristallines Halbleitersubstrat der Formel (A B) mit einer besonderen Kristallorientierung herstellt, dieses Substrat in einer das Sulfid (A B) S^ enthaltenden Ampulle anordnet und einen Wärmegradienten an die Ampulle anlegt, um einen Transport von (A B) S^ in der Gasphase auf (A B) zu bewirken.
In allem Vorstehenden kann die Kristallorientierung z. B. die (110)-0rientierung sein.
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Claims (7)

Patentansprüche
1. Bauteil vom Isolierstoff-Halbleiter-Typ, das aus einem aus einer Ill-V-Verbindung der Formel (A B) gebildeten kristallinen Halbleitersubstrat besteht, das mit einer Isolierstoffschicht überzogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat eine besondere Kristallorientierung aufweist und daß der Isolierstoff der einzigen Formel ) S4 entspricht.
2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter aus der Verbindung GaAs besteht.
3. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter aus der Verbindung InP besteht.
4. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallorientierung die (110)-Orientierung ist.
5. Verfahren zur Herstellung des Bauteils nach einem der An sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
410-(B 6613)-TWa
0300U/08U
daß man ein kristallines Halbleitersubstrat der Formel A B mit einer besonderen Kristallorientierung herstellt, dieses Substrat in einer Schwefel oder Schwefelwasserstoff enthaltenden Ampulle anordnet, diese Ampulle in einen Ofen einführt, die Ampulle auf eine Temperatur von etwa 4000C bringt, diese Temperatur während der zum Erhalten einer gewünschten Sulfiddicke erforderlichen Zeit beibehält, die Temperatur auf die Raumtemperatur herunterkommen läßt und das Substrat aus der Ampulle entnimmt .
6. Verfahren zur Herstellung des Bauteils nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
da durch gekennzeichnet, daß man ein kristallines Halbleitersubstrat der lOrmel (A B) mit einer besonderen Kristallorientierung herstellt, dieses Substrat in einer das Sulfid (A B ) S^, enthaltenden Ampulle anordnet und einen Wärmegradienten an die Ampulle anlegt, um einen Transport von (A B ) S^ in der Gasphase auf (A B ) zu bewirken.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß man ein kristallines Halbleitersubstrat mit der Krxstallorientierung (110) herstellt.
030043/08U
DE19803013563 1979-04-10 1980-04-09 Bauteil vom isolierstoff-halbleiter- typ, in dem der halbleiter eine iii-v- verbindung und der isolierstoff ein sulfid sind und verfahren zur herstellung eines solchen bauteils Granted DE3013563A1 (de)

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