DE3013563C2 - - Google Patents

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Description

Die Erfindung betrifft eine MIS-Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art sowie Verfahren zu deren Herstellung. Eine derartige MIS-Vorrichtung ist durch die DE-OS 15 89 922 bekannt, in welcher als III-V-Verbindung speziell GaAs genannt ist.
Seit bereits einigen Jahren zeigt sich ein wachsendes Interesse an den Halbleiterverbindungen des Typs III-V (z. B. GaAs oder InP). Diese Materialien zeigen 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. Zu diesen Eigenschaften gehören die hohe Elektronenbeweglichkeit (in der Größenordnung von 10 000 cm/s für GaAs und 5000 cm/s für InP gegenüber nur 1200 cm/s für 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 der hohe spezifische Widerstand (in der Größenordnung von 10⁶ Ωcm).
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 als sehr schwierig erwiesen hat. Man hat versucht, Isolierstoffe, wie z. B. SiO₂, Al₂O₃, Si₃N₄, Ge₂N, 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.
Die oben erwähnte DE-OS 15 89 922 offenbart als Isolierschichtmaterial gleichartiger Gitterstruktur und im wesentlichen gleicher Gitterkonstante wie das Halbleitersubstratmaterial solche Stoffe, die keine Verbindungen des Halbleitersubstratmaterials sind, beispielsweise Isolierschichten aus GaAs, ZnS oder ZnS/ZnSe-Mischkristall für ein Germaniumsubstrat, die vorteilhaft durch Epitaxie erzeugt oder aufgedampft werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine MIS-Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art sowie Verfahren zu deren Herstellung anzugeben, gemäß denen die Isolierschicht aus einer Verbindung des Halbleitersubstratmaterials besteht.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich der MIS-Vorrichtung erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorzugsweise ist die III-V-Verbindung des Halbleitersubstrats GaAs oder InP. Man kann aber auch davon abgeleitete Verbindungen, z. B. GaAs1-x P x , wo x unter 1 ist, dafür verwenden.
Die Erfinder stellten fest, daß das Sulfid (AIIIBV)S₄ 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 tetraedrische Struktur. Die dem Substrat eigene kristallographische Umgebung wird daher bei dessen Passivierung bewahrt.
Die nach dem Stand der Technik verwendeten Isolierstoffe weisen dagegen diese tetraedrische Struktur 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 der Kristallstruktur, die mit der erfindungsgemäß auf dem eine (110)-Orientierung aufweisenden Halbleitersubstrat gebildeten Sulfidschicht der Formel (AIIIBV)S₄ erhalten wird, 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 (AIIIBV)S₄ zum Passivieren eines Halbleitersubstrats (AIIIBV) 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.
Die erfindungsgemäße MIS-Vorrichtung ist einerseits als Bauelement mit hoher Geschwindigkeit und hohem Integrationsgrad in der Mikroelektronik, andererseits als optoelektronisches Bauelement, z. B. Halbleiterlaser, mit passiverten Flächen verwendbar. Die Verwendung des erfindungsgemäß für die Isolierschicht vorgeschlagenen Sulfids der Formel (AIIIBV)S₄ ergibt bei den optoelektronischen Bauelementen einen zusätzlichen Vorteil gegenüber den Oxid-Halbleiter-Strukturen, da im letzteren Fall das beim Passivierungsverfahren auftretende Oxid eine sehr aktive Falle im Halbleiter darstellt, die dem Wirkungsgrad der Anordnung schadet.
Die obengenannte Aufgabe wird hinsichtlich der Verfahren erfindungsgemäß durch die Merkmale in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche 4 und 5 gelöst.
Das Verfahren nach Patentanspruch 4 kann durchgeführt werden, indem man die Ampulle in einen Ofen einführt, auf eine Temperatur in der Größenordnung von 400°C bringt und nach Erhalten der gewünschten (AIIIBV)S₄-Isolierschichtdicke auf Raumtemperatur abkühlen läßt, wonach man das beschichtete Halbleitersubstrat aus der Ampulle entnimmt.

Claims (5)

1. MIS-Vorrichtung mit einem einkristallinen Halbleitersubstrat aus einer III-V-Verbindung der Formel AIIIBV und mit einer das Halbleitersubstrat überziehenden Isolierschicht aus hochohmigen Material, das zur Vermeidung von Oberflächenzuständen an der Grenzfläche zwischen Halbleitersubstrat und Isolierschicht eine gleichartige Gitterstruktur und und eine im wesentlichen gleiche Gitterkonstante wie das Material des Halbleitersubstrats aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat eine kristallographische (110)-Orientierung aufweist und daß die Isolierschicht aus einem Sulfit des Materials des Halbleitersubstrats der Formel (AIIIBV)S₄ besteht.
2. MIS-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die III-V-Verbindung GaAs ist.
3. MIS-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die III-V-Verbindung InP ist.
4. Verfahren zum Herstellen einer MIS-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem Halbleitermaterial der Formel AIIIBV ein einkristallines Halbleitersubstrat mit kristallographischer (110)-Orientierung hergestellt wird und daß das Halbleitersubstrat in einer Schwefel oder Schwefelwasserstoff enthaltenden Ampulle für eine der gewünschten (AIIIBV)S₄-Isolierschichtdicke entsprechende Zeitdauer auf 400°C erhitzt wird.
5. Verfahren zum Herstellen einer MIS-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem Halbleitermaterial der Formel AIIIBV ein einkristallines Halbleitersubstrat mit kristallographischer (110)-Orientierung hergestellt wird und daß das Halbleitersubstrat in einer das Sulfid (AIIIBV)S₄ enthaltenden Ampulle einem Temperaturgradienten ausgesetzt wird, der zu einer Abscheidung des Sulfids aus der Gasphase auf dem Halbleitersubstrat führt.
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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