DE3526824C2 - - Google Patents

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DE3526824C2 DE19853526824 DE3526824A DE3526824C2 DE 3526824 C2 DE3526824 C2 DE 3526824C2 DE 19853526824 DE19853526824 DE 19853526824 DE 3526824 A DE3526824 A DE 3526824A DE 3526824 C2 DE3526824 C2 DE 3526824C2
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Junichi Nishizawa
Hitoshi Abe
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bilden eines monokristallinen dünnen Films aus einem Verbindungshalbleiter, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: Evakuieren des Inneren eines Kristallzüchtungsbehälters auf einen vorbestimmten Druck; Erhitzen eines Substrates, das in dem Kristallzüchtungsbehälter angeordnet ist, auf eine vorbestimmte relativ niedrige Temperatur; Einführen von gasförmigen Molekülen, die eines der Bestandteilselemente eines Verbindungshalbleiters enthalten, in den Kristallzüchtungsbehälter unter einem vorbestimmten Druck für eine vorbestimmte Zeitdauer; und Einführen des anderen Bestandteilselements des Verbindungshalbleiters in den Kristallzüchtungsbehälter unter einem vorbestimmten Druck für eine vorbestimmte Zeitdauer; wobei das Innere des Kristallzüchtungsbehälters nach dem Einführen der gasförmigen Moleküle, die eines der Bestandteilselemente des Verbindungshalbleiters enthalten, und vor dem Einführen des anderen Bestandteilselements erneut evakuiert wird; und Wiederholen eines Zyklus einer Aufeinanderfolge der obigen Verfahrensschritte.
Nach dem Stande der Technik sind ein metallorganischer Dampfphasenepitaxieprozeß (der nachstehend als MO-CVD-Prozeß bezeichnet ist), ein Molekularstrahlepitaxialprozeß (der nachstehend als ein MBE-Prozeß bezeichnet ist) und ein Atomschichtepitaxial-Prozeß (der nachstehend als ein ALE-Prozeß bezeichnet ist) an sich als Dampfphasen-Epitaxialtechniken zum Erzielen von dünnen kristallinen Filmen von Halbleitern bekannt.
Im MO-CVD-Prozeß werden Elemente der Gruppe III und V als Quellen sowie Wasserstoffgas o. dgl. als Träger gleichzeitig in eine Reaktionskammer eingeführt, um ein Kristallwachstum mittels thermischer Zersetzung zu bewirken. Die thermische Zersetzung führt zu einer schlechten Qualität der gewachsenen Kristallschicht. Außerdem ist eine Steuerung der Dicke derart, daß diese dimensionell so genau wie eine einzelne Monoschicht ist, schwierig.
Der MBE-Prozeß ist als Kristallwachstumsprozeß, bei dem ein Ultrahochvakuum angewandt wird, bekannt. Dieser Prozeß weist jedoch einen ersten Abschnitt physikalischer Adsorption auf. Daher ist die Qualität der erhaltenen Kristalle geringer als die Qualität derjenigen Kristalle, welche mittels des CVD-Prozesses erhalten werden, bei dem eine chemische Reaktion angewandt wird. Absehen hervon werden für das Wachsenlassen eines Verbindungshalbleiters, wie beispielsweise GaAs, aus Elementen der Gruppe III und V Elemente der Gruppe III und V als Quellen verwendet und in einer Züchtungskammer vorgesehen. Daher ist es schwierig, die Menge und Verdampfungsrate von Gasen, die infolge des Erhitzens der Quellen verdampft werden, zu steuern. Außerdem ist das Wiederauffüllen der Quellen schwierig. Weiterhin ist es schwierig, eine konstante Wachstumsrate während einer langen Zeitdauer aufrechtzuerhalten. Schließlich hat die Evakuierungseinrichtung einen komplizierten Aufbau. Endlich ist eine genaue Steuerung der stöchiometrischen Zusammensetzung eines Verbindungshalbleiters schwierig. Infolgedessen ist der MBE-Prozeß insofern mangelhaft, als sich damit keine Kristalle hoher Qualität herstellen lassen.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der US-PS 40 58 430 bekannt, welche die Atomschichtepitaxie von Verbindungen, insbesondere von Verbindungshalbleitern, betrifft. Diese Atomschichtepitaxie, die nachstehend auch abgekürzt als ALE-Prozeß bezeichnet wird, ist eine Verbesserung gegenüber dem MBE-Prozeß. In diesem ALE-Prozeß werden in der allgemeinen Ausführungsform die Bestandteilselemente eines Verbindungshalbleiters abwechselnd in der Form von Impulsen zugeführt, so daß monoatomare Schichten abwechselnd auf einem Substrat abgelagert werden, wobei das Wachsen eines dünnen Films verursacht wird, der aus atomaren Schichten besteht. Obwohl dieser ALE-Prozeß insofern vorteilhaft ist, als die Filmdicke mit der Genauigkeit der atomaren Schicht gesteuert werden kann, ist er aktuell eine Weiterentwicklung des MBE-Prozesses, und die Kristallqualität ist ebenso, wie im Falle des MBE-Prozesses, nicht zufriedenstellend. Denn es ist schwierig, jeweils genau einatomare Schichten zu erhalten, weil bei Überschuß an dem zugeführten Bestandteilselement die Gefahr besteht, daß es zusätzlich zu der durch chemische Oberflächenreaktion entstehenden einatomaren Schicht zur Kondensation weiterer Atome des jeweiligen Bestandteilselements auf dieser einatomaren Schicht kommt.
Bei einer besonderen Ausführungsform des in der US-PS 40 58 430 beschriebenen ALE-Prozesses, welche die Herstellung von ZnS betrifft, wird das eine Bestandteilselement, nämlich Schwefel, als gasförmige Verbindung zugeführt, die auf der Oberfläche mit der vorher aufgebrachten Zn-Schicht unter Bildung einer Schwefelschicht und von gasförmigem Wasserstoff reagiert. Die nächste Zn-Schicht muß dann durch Zuführen von Zn-Dampf gebildet werden und beinhaltet die obige Gefahr, daß zusätzlich zur einatomaren Schicht Zn-Atome kondensieren, wenn Zn-Dampf im Überschuß zugeführt wird, so daß die Kristallqualität des erzeugten ZnS-Films nicht sehr zufriedenstellend ist.
Abgesehen hiervon ist diese zuletztgenannte besondere Verfahrensweise nach der US-PS 40 58 430 auf die Bildung von ZnS-Filmen beschränkt, und der allgemeine ALE-Prozeß ist in seiner Anwendbarkeit ebenfalls beschränkt, nämlich auf das Wachsenlassen von dünnen Filmen von Verbindungshalbleitern, beispielsweise solcher von Elementen der Gruppe II und IV, wie beispielsweise CdTe und ZnTe, während der ALE-Prozeß nicht erfolgreich auf Si und GaAs anwendbar ist, die die wichtigsten Halbleitermaterialien sind, die gegenwärtig für die Herstellung von Halbleiterelementen, einschließlich solcher mit hohem Integrationsgrad (LSI) verwendet werden.
Bei der derzeitigen, weiter zunehmenden Geschwindigkeit der Kommunikationen und Steuerungen bzw. Regelungen gibt es mittlerweise erhebliche Forderungen, welche die Produktion von verschiedenen Drei-Anschluß-Elementen und -Dioden, die eine hohe Leistungsfähigkeit im Bereich von Mikrowellen und Milliwellen aufweisen, fordern, wie auch die Produktion von Halbleitereinrichtungen, die im Lichtwellenbereich arbeiten (beispielsweise Laser, lichtemittierende und lichtempfangende Elemente etc.). Demgemäß gibt es einen erheblichen Bedarf für ein selektives Epitaxialverfahren zum Wachsenlassen eines Kristalls von dreidimensionaler Struktur, der dimensionell so genau wie eine einzelne Monoschicht in der Dickenrichtung ist.
Bei dem vorerwähnten MO-CVD-Prozeß, dem MBE-Prozeß und dem ALE-Prozeß ist es jedoch schwierig, eine selektive epitaxiale Wachstumsschicht, die einem Maskenmuster auf einem Substrat entspricht, mit der obenbeschriebenen dimensionellen Genauigkeit zu erhalten, weil der Kristall ebenso auf dem Maskenmaterial wächst.
Da das gewünschte selektive epitaxiale Wachstum nicht mit all den obenbeschriebenen Verfahren nach dem Stande der Technik erzielt werden kann, ist es sehr schwierig, durch den MO-CVD-Prozeß und dem MBE-Prozeß Kristalle hoher Qualität zu erzielen, die zufriedenstellende stöchiometrische Zusammensetzungen haben, wobei auch mittels des ALE-Prozesses keine Einkristalle erzielt werden können.
Weiterhin ist aus der DD-PS 1 53 899 ein Verfahren zur Herstellung zusammengesetzter dünner Schichten aus mehreren Bestandteilselementen mittels Wachstum auf einer Substratoberfläche durch abwechselnde Oberflächenreaktionen verschiedener Substanzen, die die Bestandteilselemente enthalten, bekannt. Hierbei werden Dämpfe der Substanzen wiederholt und abwechselnd in eine Kammer zugeführt, in der sich das Substrat befindet. Ein Trägergas wird in die Kammer wenigstens während der Zeiten zwischen der abwechselnden Zuführung der Substanzen zugeführt. Die Dämpfe reagieren mit den Oberflächen des Substrates und der darauf entwickelten Schicht. Die Zuführung des Trägergases verhindert im wesentlichen eine simultane Wechselwirkung der abwechselnd zugeführten Dämpfe während des Wachsens der zusammengesetzten dünnen Schicht auf dem Substrat. Ein derartiges Trägergas bringt jedoch erhebliche Nachteile. Die Reinheit der erhaltenen Schichten und die Qualität des erzeugten Films ist unbefriedigend.
Aus der DE-OS 19 00 116 ist ein Verfahren zum Herstellen hochreiner, aus Silicium bestehender einkristalliner Schichten mit oder ohne Dotierungszusätzen, auf einem vorzugsweise scheibenförmigen Substratkörper durch thermische Zersetzung einer gasförmigen, insbesondere mit einem Trägergas vermischten Silanverbindung und Niederschlagen von Silicium auf einen erhitzten, in einem Reaktionsraum angeordneten Substratkörper, dessen kristalline Struktur, z. B. durch Ätzen, freigelegt ist und dessen Oberfläche von dem Reaktionsgas umströmt wird, bekannt. Dieses Verfahren beruht auf dem konventionellen optischen chemischen Dampfphasenepitaxieprozeß, dessen Nachteile oben erörtert sind. Außerdem ist es aus dieser Druckschrift bekannt, daß zum Aufheizen des Substratkörpers infrarote Strahlung und zur katalytischen Aktivierung der Vorgänge in der Nähe der Substratoberfläche ultraviolette Strahlung verwendet wird.
Schließlich ist aus der DE-OS 24 11 603 ein Verfahren zur Herstellung einer epitaxialen Schicht einer Verbindung aus Elementen der Gruppen IIIa und Va auf einer Substratoberfläche bekannt, bei welchem man eine Alkylverbindung eines Elements der Gruppe IIIa mit einem Element der Gruppe Va oder einer flüchtigen Verbindung desselben in der Dampfphase umsetzt und das erhaltene Reaktionsprodukt mit dem Substrat in Berührung bringt. Bei diesem Verfahren handelt es sich um das epitaxiale Aufwachsenlassen eines dünnen Films hoher Reinheit aus der Dampfphase mittels gereinigtem MO-Gas, also um die Anwendung der metallorganischen Dampfphasenepitaxie, deren Nachteile weiter oben dargelegt sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß es ermöglicht wird, damit einen dünnen monokristallinen Film mit einer Rate von einer Molekularschicht pro Zyklus wachsen zu lassen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das andere Bestandteilselement des Verbindungshalbleiters als gasförmige Moleküle, die dieses andere Bestandteilselement enthalten, zugeführt wird, wobei sowohl die gasförmigen Moleküle, welche das eine Bestandteilselement enthalten, als auch die gasförmige Moleküle, welche das andere Bestandteilselement enthalten im Überschuß gegenüber der Menge an gasförmigen Molekülen, welche zur Erzielung der Sättigungsdicke einer monomolekularen Schicht erforderlich ist, zugeführt werden.
Unter diesen Bedingungen kann das Wachstum eines monokristallinen dünnen Films eines Verbindungshalbleiters einer gewünschten Dicke mit einer dimensionellen Genauigkeit so genau wie eine einzelne Monoschicht erielt werden.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Mit der Erfindung und ihren Weiterbildungen lassen sich insbesondere folgende Vorteile erzielen:
Da die Dotierungselemente in jede der einzelnen Schichten dotiert werden können, kann eine sehr scharfe Verteilung der Störstellenkonzentration erzielt werden, was sehr vorteilhaft für die Herstellung von Hochgeschwindigkeitstransistoren, integrierten Schaltungen, Dioden, lichtemittierenden Elementen etc. ist.
Die Herstellung eines Verbindungshalbleiters wird erleichtert, der eine Heterostruktur hat. Insbesondere kann eine Heterostruktur, die aus wenigstens zwei unterschiedlichen Verbindungshalbleitern besteht, kontinuierlich auf dem Substrat wachsen gelassen werden.
Ein selektives Wachstum eines Monokristalls von dreidimensionaler Struktur, dessen Dicke mit einer dimensionellen Genauigkeit so genau wie eine einzelne Monoschicht gesteuert werden kann, wird erzielt. Insbesondere kann ein monokristalliner dünner Film eines Halbleiters, der eine gewünschte Dicke hat, selektiv nur auf der Substratoberfläche mit einer Genauigkeit so genau wie eine einzelne Monoschicht wachsen gelassen werden.
Die Erfindung sei nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand einiger, besonders bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert; es zeigt
Fig. 1 eine schematische Ansicht, die den Aufbau einer Vorrichtung veranschaulicht, welche vorzugsweise zum Ausführen einer Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung verwendet wird;
Fig. 2A eine Kurvendarstellung, die die Beziehung zwischen der Dicke des gewachsenen Films und der Menge an TMG, das pro Zyklus des Verfahrens, welches mittels der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung ausgeführt wird, eingeführt wird;
Fig. 2B eine Kurvendarstellung, welche die Beziehung zwischen der Dicke des gewachsenen Films und der Anzahl von Ventil-Ein-Aus-Operationen in dem Verfahren, das mittels der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung ausgeführt wird, veranschaulicht;
Fig. 3A bis 3E schematische Schnittansichten, die den selektiven Wachstumsprozeß veranschaulichen, der mittels der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung bewirkt wird;
Fig. 4 eine Kurvendarstellung, die die Beziehung zwischen der Dicke des gewachsenen Films und der Anzahl von Gaseinführungszyklen in dem Verfahren veranschaulicht, der mittels der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung ausgeführt wird;
Fig. 5 und 6 schematische Ansichten, die den Aufbau von Vorrichtungen zeigen, welche vorzugsweise zum Ausführen von jeweils unterschiedlichen Ausführungsformen des Verfahrens nach der Erfindung verwendet werden;
Fig. 7 eine Veranschaulichung der Art, wie eine Superstruktur mittels der in Fig. 6 gezeigten Vorrichtung gebildet wird, wobei die Fig. 7A die Superstruktur und Fig. 7B die bzw. eine Gaseinführungsaufeinanderfolge veranschaulicht; und
Fig. 8 und 9 schematische Ansichten, die den Aufbau von Vorrichtungen zeigen, welche vorzugsweise zum Ausführen von jeweiligen weiteren Ausführungsformen des Verfahrens nach der Erfindung verwendet werden.
In der nun folgenden Beschreibung sei zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, die einen Kristallzüchtungsbehälter 1 zeigt, der aus rostfreiem Stahl oder einem ähnlichen Metall hergestellt ist. Der Kristallzüchtungsbehälter 1 ist über ein Absperrventil 2 zum Evakuieren von dessen Innerem auf ein Ultrahochvakuum mit einer Ultrahochvakuumevakuierungseinrichtung 3 verbunden. Der Kristallzüchtungsbehälter 1 weist Düsen 4 und 5 zum Einführen von gasförmigen Verbindungen, welche Elemente der Gruppe III bzw. der Gruppe V enthalten, als Bestandteile eines Verbindungshalbleiters der Gruppen III-V, welcher auf einem Substrat 12 wachsen soll, auf. Die Düsen 4 und 5 sind mit Ein-Aus-Ventilen 6 und 7 zum Steuern der eingeführten Mengen an gasförmigen Verbindungen 8 und 9, die die Elemente der Gruppe III bzw. der Gruppe V enthalten, versehen. Ein Heizer 10 zum Erhitzen des Substrats 12 ist in dem Kristallzüchtungsbehälter 1 vorgesehen, und ein Thermoelement 11 ist mit dem Heizer 10 zum Messen der Temperatur desselben verbunden. Der Heizer 10 weist einen Wolframfaden auf, der in einem Quarzglasgehäuse dicht untergebracht ist, auf dem das Substrat 12 angebracht ist. Der Kristallzüchtungsbehälter 1 ist weiter mit einem Druckmesser 13 zum Messen des Werts von dessen innerem Vakuum versehen.
Unter Verwendung der Vorrichtung, die den in Fig. 1 gezeigten Aufbau hat, wird ein monokristalliner dünner Film aus einem Verbindungshalbleiter in einer Weise ausgebildet, die nachstehend beschrieben ist. Es sei z. B. der Fall eines epitaxialen Wachstums eines Einkristalls aus GaAs auf dem Substrat 12 aus GaAs angenommen. Zunächst wird der Kristallzüchtungsbehälter 1 auf etwa 10-7 bis 10-8 Pascal (nachstehend abgekürzt mit Pa bezeichnet) durch Öffnen des Absperrventils 2 und Betreiben der Ultrahochvakuumevakuierungseinrichtung 3 evakuiert. Dann wird das GaAs-Substrat 12 mittels des Heizers 10 auf 300 bis 800°C erhitzt. Danach wird gasförmiges Trimethylgallium (TMG) als eine gasförmige Verbindung 8, welche Ga enthält, dadurch eingeleitet, daß man das Ein-Aus-Ventil 6 während 0,5 bis 10 Sekunden offenhält und den Innendruck des Kristallzüchtungsbehälters 1 auf 10-1 bis 10-7 Pa hält. Dann wird das Ein-Aus-Ventil 6 geschlossen, und der Kristallzüchtungsbehälter 1 wird erneut evakuiert. Danach wird gasförmiges Arsin (AsH₃) als eine gasförmige Verbindung 9, die As enthält, dadurch eingeleitet, daß man das Ein-Aus-Ventil 7 während 2 bis 200 Sekunden offenhält und den Innendruck des Kristallzüchtungsbehälters 1 auf 10-1 bis 10-7 Pa. hält. Als Ergebnis hiervon wächst wenigstens eine Molekularschicht von GaAs auf dem Substrat 12.
Infolgedessen kann man das Wachsen einer Einkristallwachstumsschicht aus GaAs, welche die gewünschte Dicke hat, mit einer Genauigkeit so genau wie eine einzelne Monoschicht dadurch erzielen, daß man den Prozeß des Wachsenlassens der monomolekularen Schicht in der oben­ beschriebenen Weise wiederholt.
Die Fig. 2A veranschaulicht die Dicke des GaAs-Films, der pro Zyklus unter Verwendung von TMG und AsH₃ als Bestandteilselemente enthaltenden Gasen bei einer Wachstumstemperatur von 500°C gewachsen ist, wobei die Dicke in Abhängigkeit der pro Zyklus eingeführten Menge an TMG aufgetragen ist. Es ist aus dieser Kurve ersichtlich, daß dann, wenn die Menge an pro Zyklus eingeführtem TMG erhöht wird, die Dicke des gewachsenen Films schließlich in die Sättigung übergeht. Das bedeutet, daß eine einzelne Monoschicht zuverlässig in einem Zyklus selbst bei leichten Fluktuationen der Mengen an eingeführten Gasen wachsen kann, solange die Mengen im Überschuß gegenüber denen, welche der Sättigungsdicke entsprechen, sind. Die Fig. 2B zeigt die Dicke der epitaxial gewachsenen GaAs-Schicht, aufgetragen über der Anzahl von Zyklen von abwechselndem Einführen von TMG und AsH₃ zur Veranschaulichung der Bedingung der Sättigung. Aus dieser Kurve ist ersichtlich, daß eine sehr zufriedenstellende Linearität erzielt wird, so daß es möglich ist, die Filmdicke auf jeden gewünschten Wert genau zu steuern. Eine Untersuchung der auf diese Weise erhaltenden epitaxial gewachsenen GaAs-Schicht mittels Elektronenstrahlbeugung und Röntgenstrahlbeugung zeigt, daß die Schicht eine monokristalline Dünnfilmstruktur sehr hohen Perfektionsgrads hat.
Das Ga enthaltende Gas ist nicht auf TMG beschränkt, und ein dünner Film von GaAs, der eine zufriedenstellende kristalline Struktur hat, kann auch dadurch erhalten werden, daß man ein Gas einführt, wie es beispielsweise TEG, DEGaCl, DMGaCl oder GaCl₃, GaBr₃ oder GaI₃ ist.
Es sei hier darauf hingewiesen, daß DE für Diethyl, DM für Dimethyl, TE für Triethyl und TM für Trimethyl steht.
Ein Verfahren zum selektiven Wachsenlassen eines Einkristalls aus GaAs auf einem Substrat aus GaAs mittels der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung sei nun unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben.
Zunächst wird etwa 1 bis 2 µm eines Substrats 12 aus GaAs, das so poliert werden soll, daß es so glatt wie eine Spiegeloberfläche ist, durch Ätzen mit einem üblichen Ätzverfahren entfernt. Dann wird ein Si₃N₄-Film 121, der eine gleichförmige Dicke von ungefähr 200 nm hat, mittels eines Plasma-CVD-Prozesses auf dem Substrat 12 ausgebildet, und dann wird ein Fotowiderstandsmaterial 122 auf den Film 121 als Beschichtung aufgebracht, wie in Fig. 3A gezeigt ist. Dann wird ein Muster aus dem Fotowiderstandsmaterial 122, wie es in Fig. 3B gezeigt ist, mittels eines üblichen Fotoätzverfahrens ausgebildet. Nachfolgend wird der Si₃N₄-Film 121 selektiv durch Anwenden eines Pufferätzmittles mit HF : H₂O=1 : 5 weggeätzt, und dann wird das Fotowiderstandsmaterial 122 entfernt, wodurch ein Maskenmuster des Si₃N₄-Films 121 auf dem Substrat 12 zurückbleibt, wie in Fig. 3C gezeigt ist. Die Oberfläche des Substrats 12 wird dann gespült, und es werden etwa 10 nm von der Oberfläche des GaAs Substrats 12 weggeätzt, indem ein organisches Alkaliätzmittel angewandt wird, das Trialkyl-2,1-hydroxyalkylammoniumhydroxid (THAH), enthält, gefolgt von Spülen und Trocknen.
Das mit dem Maskenmuster ausgebildete Substrat 12 wird auf dem Heizer 10 in dem in Fig. 1 gezeigten Kristallzüchtungsbehälter 1 angebracht, und der Kristallzüchtungsbehälter 1 wird durch Öffnen des Absperrventils 2 und Betreiben der Ultrahochvakuumevakuierungseinrichtung 3 auf 10-7 bis 10-8 Pa. evakuiert. Dann wird das GaAs Substrat 12 mittels des Heizers 10 auf beispielsweise etwa 300 bis 800°C erhitzt, und es wird TMG als Ga-haltiges Gas dadurch eingeführt, daß man das Ein-Aus-Ventil 6 während 0,5 bis 10 Sekunden offenhält und den Innendruck des Kristallzüchtungsbehälters 1 auf 10-1 bis 10-7 Pa. hält. Nachfolgend wird das Ein-Aus-Ventil 6 geschlossen und der Kristallzüchtungsbehälter 1 wird erneut evakuiert. Danach wird AsH₃ als As-haltiges Gas eingeführt, indem man das Ein-Aus-Ventil 7 während 2 bis 200 Sekunden offenhält und den Innendruck des Kristallzüchtungsbehälters 1 auf 10-1 bis 10-7 Pa. hält. Auf diese Weise wird ein selektives Wachsen eines Einkristalls aus GaAs, der wenigstens einer einzelnen Monoschicht entspricht, auf der exponierten maskenfreien Substratoberfläche erzielt. Es ist ersichtlich, daß durch Wiederholen der Aufeinanderfolge der obenbeschriebenen Schritte aufeinanderfolgende einzelne Monoschichten auf der maskenfreien Oberfläche des Substrats 12 wachsen gelassen werden können, so daß auf diese Weise eine monokristalline GaAs-Schicht einer gewünschten Dicke mit einer dimensionellen Genauigkeit so genau wie eine einzelne Monoschicht hervorgebracht werden kann, ohne daß ein Wachsen von GaAs auf der Maske des Si₃N₄-Films 121 bewirkt wird, wie in Fig. 3D veranschaulicht ist.
Nachher wird der Si₃N₄-Film 121 durch Ätzen mit einem Pufferätzmittel entfernt, so daß man schließlich eine monokristalline selektive Wachstumsschicht 123 aus GaAs, die eine gewünschte Dicke hat, auf einem gewünschten Oberflächenbereich des Substrats 12 gemäß dem Maskenmuster ausgebildet erhält, wie in Fig. 3E veranschaulicht ist.
Das obige selektive Verfahren des Wachsenlassens ist noch nicht theoretisch zu erklären, aber es basiert auf den Experimenten der Erfinder.
Die Fig. 4 zeigt die Ergebnisse der Experimente. Die Kurve veranschaulicht die Beziehung zwischen der Dicke der epitaxial gewachsenen Schicht aus GaAs und der Anzahl von Zyklen von abwechselndem Einführen von TMG und AsH₃ als Bestandteilselemente enthaltende Gase bei einer Wachstumstemperatur von 500°C. Die Dicke der erhaltenen epitaxial gewachsenen Schicht betrug 110 Å, wenn der Zyklus des abwechselnden Einführend der gasförmigen Verbindungen 8 und 9 vierhundertmal wiederholt wurde, sie betrug 0,57 µm, wenn der Zyklus zweitausendmal wiederholt wurde, und sie betrug 1,13 µm, wenn der Zyklus viertausendmal wiederholt wurde. Es sei darauf hingewiesen, daß die Dicke des gewachsenen Films und die Anzahl der Gaseinführungszyklen sehr linear miteinander in Beziehung stehen. Es wurde infolgedessen bestätigt, daß die Dicke der selektiv gewachsenen Schicht durch Steuern der Anzahl von Gaseinführungszyklen gesteuert werden kann.
Die Fig. 5 zeigt eine andere Form einer Vorrichtung, die zum Dotieren mit Dotierungselementen verwendet wird. In Fig. 5 sind die gleichen Bezugszeichen zum Bezeichnen der gleichen oder von äquivalenten Teilen, welche in Fig. 1 dargestellt sind, verwendet. Der Aufbau unterscheidet sich von demjenigen der Fig. 1 insofern, als Düsen 14 und 15 zum Einführen von gasförmigen Verbindungen zur Störstellendotierung zusätlich in dem Kristallzüchtungsbehälter 1 vorgesehen sind, wobei die Düsen 14 und 15 mit jeweiligen Ein-Aus-Ventilen 16 und 17 zum Steuern der Mengen an gsförmigen Verbindungen 18 und 19, die Elemente der Gruppe II bzw. der Gruppe VI enthalten, als Dotierungselemente, welche in den Kristallzüchtungsbehälter 1 eingeführt werden, versehen sind.
Um mit dieser Vorrichtung eine Wachsstumsschicht vom p-Typ zu bilden, werden TMG und AsH₃ als gasförmige Verbindungen 8 bzw. 9 für den Verbindungshalbleiter sowie Dimethylzink (DMZn) als gasförmige Verbindung 18, die das Dotierungselement enthält, zyklisch eingeführt. Ein anderes Verfahren besteht darin, TMG und DMZn als gasförmige Verbindungen 8 bzw. 18 gleichzeitig, jedoch abwechselnd mit AsH₃ als gasförmige Verbindung 9 einzuführen, oder AsH₃ als gasförmige Verbindung 9 und DMZn als gasförmige Verbindung 18 gleichzeitig, jedoch abwechselnd mit TMG als gasförmige Verbindung 8 einzuführen. Ein noch anderes Verfahren ist wie folgt: ein erster Zyklus, der aus dem gleichzeitigen Einführen von TMG und DMZn, Evakuierung, Einführen von AsH₃ und Evakuierung besteht, sowie ein zweiter Zyklus, der aus dem alleinigen Einführen von TMG, Evakuieren, dem alleinigen Einführen von AsH₃ und Evakuieren besteht, können abwechselnd wiederholt werden, so daß auf diese Weise abwechselnd eine Schicht gebildet wird, die mit Zn dotiert ist, und eine Schicht, die nicht mit Zn dotiert ist, oder so, daß eine Mehrzahl von ersten Schichten gebildet wird, die mit zweiten Schichten abwechseln.
Das Gas, welches das Dotierungselement enthält, kann Dimethylcadmium (DMCd), Dimethylmagnesium (DMMg), Monosilan (SiH₄), German (GeH₄) etc. sein. Weiter können DMCd und DMZn gleichzeitig eingeführt werden.
Um eine Wachstumsschicht vom n-Typ zu bilden, wird Dimethylselen (DMSe) als gasförmige Verbindung 19, die ein Dotierungselement enthält, zyklisch mit TMG als gasförmige Verbindung 8 und AsH₃ als gasförmige Verbindung 9 eingeführt. Alternativ werden TMG als gasförmige Verbindung 8 und DMSe als gasförmige Verbindung 19 gleichzeitig, jedoch abwechselnd mit AsH₃ als gasförmige Verbindung 9 eingeführt.
Das Gas, welches das Dotierungselement enthält, kann in diesem Fall Dimethylschwefel (DMS), Wasserstoffsulfid (H₂S), Wasserstoffselenid (H₂Se) etc. sein.
In diesem Fall kann eine molekulare epitaxial wachsende Schicht, die eine gewünschte Verteilung der Störstellenkonzentration in der Dickenrichtung hat, dadurch hervorgebracht werden, daß man die Zuführungsrate von Gas, welches ein Dotierungselement enthält, so einstellt, daß sie niedriger als diejenige von AsH₃ als gasförmige Verbindung 9 und TMG als gasförmige Verbindung 8 ist, beispielsweise 10-3 bis 10-6, und daß man die Gaseinführungszeit auf 0,5 bis 10 Sekunden einstellt. Weiter ist es möglich, pn-Übergänge, ungleichförmige Störstellenkonzentrationsverteilungen, bipolare Transistorstrukturen, wie beispielsweise npn, npin, pnp und pnip, Feldeffekttransistorstrukturen, wie beispielsweise n⁺in⁺ und n⁺n⁻n⁺, elektrostatische Induktionstransistorstrukturen, pnp-Thristorstrukturen etc. durch geeignete Steuerung der Rate und Zeit der Zufuhr der Gase, die ein Dotierungselement enthalten, zu erzeugen.
Da das Dotieren mit Störstellen bei gewünschten einzelnen Schichten ausgeführt werden kann, ist es möglich, eine sehr scharfe Störstellenkonzentrationsverteilung zu erhalten, die sehr wirksam für die Fabrikation von Transistoren sehr hoher Geschwindigkeit, integrierten Schaltkreisen, lichtemittierenden Dioden etc. ist.
Die Fig. 6 zeigt eine Form einer Vorrichtung, die zum Züchten eines Mischkristall-Verbindungshalbleiters verwendet wird. Diese Vorrichtung sei nun in Verbindung mit dem Fall des Züchtens von Ga(1-x)Al x As als Mischkristall beschrieben. In Fig. 6 sind die gleichen Bezugszeichen zur Bezeichnung der gleichen oder von äquivalenten Teilen, die in Fig. 1 gezeigt sind, verwendet. Der Aufbau unterschiedet sich von demjenigen der Fig. 1 darin, daß Düsen 20 und 21 zum Einführen einer gasförmigen Verbindung 24, die Al als Element der Gruppe III enthält, und von Silan (SiH₄) als einer gasförmigen Verbindung 25 durch ein Ein-Aus-Ventil 22 bzw. ein Ein-Aus-Ventil 23 zusätzlich in den Kristallzüchtungsbehälter 1 vorgesehen sind.
Bei diesem Aufbau werden beispielsweise TMG als gasförmige Verbindung 8, AsH₃ als gasförmige Verbindung 9 und Trimethylaluminium (TMAl) als gasförmige Verbindung 24, welche Bestandteilselemente enthalten, zyklisch in den Kristallzüchtungsbehälter 1 eingeführt. Es kann eine epitaxiale molekulare Wachstumsschicht von Mischkristall gebildet werden, die ein gewünschtes Bestandteilsverhältnis in der Dickenrichtung hat, indem man die Rate und die Zeit der Zuführung von TMAl als gasförmige Verbindung 24 in bezug auf TMG als gasförmige Verbindung 8 steuert.
TMG als gasförmige Verbindung 8 und TMAl als gasförmige Verbindung 24 können gleichzeitig eingeführt werden. Weiter kann ein Mischgas von der Düse 20 hier eingeführt werden, das TMG und TMAl enthält.
Obwohl Ga(1-x)Al x As als Beispiel eines Mischkristalls angeführt worden ist, können auch andere Mischkristalle gebildet werden, beispielsweise solche, die die Elemente der Gruppe III und V enthalten, wie beispielsweise GaAs(1-x)P x , In x Ga(1-x)P und In x Ga(1-x)As, und solche die Elemente der Gruppe II und V enthalten, wie beispielsweise Hg(1-x)Cd x Te.
Um eine Superstruktur aus Ga(1-x)Al x As zu bilden, wie sie in Fig. 7A gezeigt ist, kann eine Aufeinanderfolge angewandt werden, wie sie in Fig. 7B veranschaulicht ist. Im einzelnen werden in den ersten beiden Zyklen TMG als gasförmige Verbindung 8 und AsH₃ als gasförmige Verbindung 9 abwechselnd eingeführt, während in den folgenden fünf Zyklen TMAl als gasförmige Verbindung 24 und AsH₃ als gasförmige Verbindung 9 abwechselnd eingeführt werden, und in den darauffolgenden beiden Zyklen werden TMG als gasförmige Verbindung 8 und AsH₃ als gasförmige Verbindung 9 abwechselnd eingeführt. Dann kommen noch die nachstehenden weiteren Zyklen:
Die folgenden vier Zyklen sind Einführungszyklen für Dotierungen, in denen Silan (SiH₄) gleichzeitig mit AsH₃, jedoch abwechselnd mit TMG als gasförmige Verbindung 8 durch die Düse 21 mittels des Betätigens des Ein-Aus-Ventils 23 eingeführt wird. Mit anderen Worten bedeutet das, daß die Ein-Aus-Phasen der Ein-Aus-Ventile 22 und 23 in der gleichen Weise in vier nachfolgenden Zyklen aufrechterhalten werden, gefolgt von zwei Zyklen des undotierten GaAs-Wachstums, in denen TMG als gasförmige Verbindung 8 und AsH₃ als gasförmige Verbindung 9 abwechselnd eingeführt werden, und dann von zwei Zyklen von undotiertem AlAs-Wachstum, in denen TMAl als gasförmige Verbindung 24 und AsH₃ als gasförmige Verbindung 9 abwechselnd eingeführt werden.
Die Fig. 8 zeigt eine weitere Form einer Vorrichtung, die zum Wachsenlassen eines mit einer Gitterdeformationskompensation versehenen Mischkristall-Verbindungshalbleiters der quaternären oder höheren Mischkristallstruktur verwendet wird und eine unabhängige Steuerung der verbotenen Bandbreite und der Gitterkonstanten ermöglicht.
Es ist an sich bekannt, daß eine Kompensation von Gitterdeformationen erzielt werden kann, wenn Ga0,7Al0,3As0,99P0,01 beispielsweise durch Wachsen auf einem GaAs-Substrat gebildet wird. Demgemäß wird diese Vorrichtung der Fig. 8 nun in Verbindung mit dem Fall des Wachsenlassens von Ga(1-x)Al x As(1-x)P y als Mischkristall beschrieben.
In Fig. 8 sind die gleichen Bezugszeichen zur Bezeichnung der gleichen oder von äquivalenten Teilen, die in Fig. 1 erscheinen, verwendet. Der Aufbau unterscheidet sich von demjenigen der Fig. 1 insofern, als Düsen 26 und 27 zum Einführen von gasförmigen Verbindungen 30 und 31, die Al in der Gruppe III und P in der Gruppe V enthalten, durch ein Ein-Aus-Ventil 28 bzw. ein Ein-Aus-Ventil 29 zusätzlich in dem Kristallzüchtungsbehälter 1 vorgsehen sind.
In diesem Aufbau werden beispielsweise TMG als gasförmige Verbindung 8, AsH₃ als gasförmige Verbindung 9, TMAl als gasförmige Verbindung 30 und Phosphin (PH₃) als gasförmige Verbindung 31, die Bestandteilselemente enthalten, zyklisch in den Kristallzüchtungsbehälter 1 eingeführt. In diesem Fall können die Elemente der Gruppe III und der Gruppe V gleichzeitig eingeführt werden. Weiter wird ein im voraus hergestelltes Mischgas eingeführt. Die Wachstumstemperatur und der Wachstumsdruck werden im wesentlichen in der gleichen Weise wie im Falle der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung gesteuert. Es kann eine epitaxial gewachsene Schicht aus Mischkristall-Verbindungshalbleiter mit Gitterdeformationskompensation durch geeignete Steuerung des Mischungsverhältnisses und der Rate und Zeit des Einführens der Gase gebildet werden.
In den verschiedenen Formen der obenbeschriebenen Vorrichtung ist ein Heizer 10 zum Erhitzen des Substrats 12 in dem Kristallzüchtungsbehälter 1 vorgesehen. Fig. 9 zeigt jedoch eine weitere Form der verwendeten Vorrichtung, in der eine Infrarotlampe 32, die in einem Lampengehäuse 33 untergebracht ist, außerhalb des Kristallzüchtungsbehälters 1 als Substraterhitzungseinrichtung verwendet wird. Infrarotstrahlen, die von der Infrarotlampe 32 in dem Lampengehäuse 33 emittiert werden, gehen durch eine Quarzglasplatte 34 hindurch und bestrahlen das Substrat 12, das auf einem Aufnehmer 35 gehaltert bzw. abgelegt ist, so daß dadurch das Substrat 12 erhitzt wird. Bei diesem Aufbau können Teile, die für das Kristallwachstum unnötig sind, aus dem Inneren des Kristallzüchtungsbehälters 1 entfernt sein, so daß die Erzeugung von unerwünschten Gasen von Schwermetallen o. dgl. durch Hitze, die sonst von dem Heizer 10 erzeugt werden, ausgeschaltet wird.
Weiter ist der Kristallzüchtungsbehälter 1 mit einem optischen System 36 verbunden, das mit einer externen Lichtquelle 37, beispielsweise einer Quecksilberlampe, einer Schwerwasserstofflampe, einer Xenonlampe, einem Exzimer-Laser, einem Argon-Laser etc. zusammenwirkt, so daß dadurch das Substrat 12 mit Licht bestrahlt wird, das eine Wellenlänge von 180 bis 600 nm hat. In diesem Fall kann die Substrattemperatur vermindert sein, um das Wachsen eines Einkristalls sicherzustellen, der eine noch höhere Qualität hat.
Die Ultrahochvakuumevakuierungseinrichtung 3, die in allen obigen Ausführungsformen der Vorrichtung verwendet wird, kann von bekannter Art sein, beispielsweise eine Ionenpumpe. Weiter können ein Hilfsvakuumkessel, eine Kristalltransporteinrichtung etc. zum Einführen und Transportieren des monokristallinen Substrats in den und aus dem Kristallzüchtungsbehälter 1 leicht und in einfacher Weise zur Verbesserung der Massenproduktivität der Vorrichtung vorgesehen sein.
Außerdem ist die Erfindung, obwohl als Beispiel auf GaAs Bezug genommen worden ist, natürlich auch auf andere Verbindungen anwendbar, so auf Verbindungen der Elementengruppe III und der Elementengruppe V oder Verbindungen der Elementengruppe II und der Elementengruppe IV, beispielsweise auf InP, AlP und GaP. Schließlich ist das Material des Substrats in keiner Weise auf GaAs beschränkt, und es ist möglich, ein heteroepitaxiales Wachsen eines Verbindungshalbleiters auf einem anderen Verbindungssubstrat zu bewirken.

Claims (23)

1. Verfahren zum Bilden eines monokristallinen dünnen Films aus einem Verbindungshalbleiter, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: Evakuieren des Inneren eines Kristallzüchtungsbehälters auf einen vorbestimmten Druck; Erhitzen eines Substrates, das in dem Kristallzüchtungsbehälter angeordnet ist, auf eine vorbestimmte, relativ niedrige Temperatur; Einführen von gasförmigen Molekülen, die eines der Bestandteilselemente eines Verbindungshalbleiters enthalten, in den Kristallzüchtungsbehälter unter einem vorbestimmten Druck für eine vorbestimmte Zeitdauer; und Einführen des anderen Bestandteilselements des Verbindungshalbleiters in den Kristallzüchtungsbehälter unter einem vorbestimmten Druck für eine vorbestimmte Zeitdauer; wobei das Innere des Kristallzüchtungsbehälters nach dem Einführen der gasförmigen Moleküle, die eines der Bestandteilselemente des Verbindungshalbleiters enthalten, und vor dem Einführen des anderen Bestandteilselements erneut evakuiert wird; und Wiederholen eines Zyklus einer Aufeinanderfolge der obigen Verfahrensschritte, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Bestandteilselement des Verbindungshalbleiters als gasförmige Moleküle, die dieses andere Bestandteilselement enthalten, zugeführt wird, wobei sowohl die gasförmigen Moleküle, welche das eine Bestandteilselement enthalten, als auch die gasförmigen Moleküle, welche das andere Bestandteilselement enthalten im Überschuß gegenüber der Menge an gasförmigen Molekülen, welche zur Erzielung der Sättigungsdicke einer monomolekularen Schicht erforderlich ist, zugeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere des Kristallzüchtungsbehälters (1) auf 10-4 bis 10-7 Pascal evakuiert wird, und daß die gasförmigen Moleküle, welche die Bestandteilselemente enthalten, für 0,5 bis 200 Sek. dem Substrat (12), das auf 300 bis 800°C erhitzt ist, zugeführt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (12) mit Licht einer Wellenlänge von 180 bis 600 nm bestrahlt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß gasförmige Moleküle, welche ein Dotierungselement des Verbindungshalbleiters enthalten, entweder gleichzeitig oder abwechselnd mit den gasförmigen Molekülen, die wenigstens eines der Bestandteilselemente des Verbindungshalbleiters enthalten, eingeführt werden, so daß dadurch jede gewünschte Störstellenkonzentrationsverteilung in der Dickenrichtung erzielt wird, und daß eine dotierte und eine nichtdotierte Molekularschicht aufeinanderfolgend und kontinuierlich auf dem Substrat (12) mit einer Dicke, die ein Vielfaches einer einmolekularen Schicht beträgt, gebildet werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gasförmige Moleküle einer Mischung, welche ein erstes Dotierungselement enthalten und gasförmige Moleküle von einer anderen Mischung, welche ein anderes Dotierungselement enthalten, einzeln in unterschiedlichen Zyklen eingeführt oder während unterschiedlicher Perioden im gleichen Zyklus eingeführt werden, so daß die einzelnen Monoschichten unterschiedlich dotiert werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zu bildende Verbindungshalbleiter GaAs ist und die gasförmigen Moleküle, welche Gallium enthalten, aus der Gruppe TMG (Trimethylgallium), TEG (Triethylgallium), DEGaCl, GaBr₃ und GaI₃ ausgewählt sind, und daß die gasförmigen Moleküle, die Arsen enthalten, aus der Gruppe TMAs, AsCl₃, AsBr₃ und AsH₃ ausgewählt sind; wobei DE für Diethyl, TE für Triethyl und TM für Trimethyl steht.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die gasförmigen Moleküle, die p-Typ-Dotierungselemente für GaAs enthalten, aus der Gruppe DMZn, DEZn, DECd, DMHg, DEHg und B₂H₆ ausgewählt sind, und solche, welche n-Typ-Dotierungselemente für GaAs enthalten, aus der Gruppe SiH₄, GeH₄, SnH₄, PbH₄, DMSe, DMTe, H₂S, H₂Se, H₂Te und H₂Po ausgewählt sind, wobei DE für Diethyl und DM für Dimethyl stehen, und daß diese gasförmige Moleküle gleichzeitig oder abwechselnd mit wenigstens einer Sorte gasförmiger Moleküle eingeführt werden, welche ein Bestandteilselement des GaAs-Verbindungshalbleiters enthalten, so daß der Verbindungshalbleiter mit einer gewünschten Störstellenkonzentrationsverteilung in der Dickenrichtung erzielt wird oder eine dotierte und eine nichtdotierte Molekularschicht zyklisch gebildet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gasförmigen Moleküle einzelne Bestandteilselemente von wenigstens zwei unterschiedlichen Verbindungshalbleitern enthalten, so daß eine Heterostruktur, die aus wenigstens zwei unterschiedlichen Verbindungshalbleitern besteht, durch Wachstum auf dem Substrat (12) gebildet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß gasförmige Moleküle, die ein Dotierungselement der Verbindungshalbleiter enthalten, gleichzeitig oder abwechselnd mit gasförmigen Molekülen, welche wenigstens eines der Bestandteilselemente der Verbindungshalbleiter enthalten, eingeführt werden, so daß eine gewünschte Störstellenkonzentrationsverteilung in der Dickenrichtung erzielt wird, oder eine Molekularschicht, die das Dotierungselement enthält und eine nichtdotierte Molekularschicht gebildet werden.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß einer der wenigstens zwei unterschiedlichen Verbindungshalbleiter GaAs ist, während der andere Verbindungshalbleiter Ga(1-x)Al x As ist.
11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß gasförmige Moleküle einer Mischung, welche ein Dotierungselement enthalten, das zum Dotieren von einem der Verbindungshalbleiter verwendet wird, der aus zwei oder mehr Bestandteilselementen besteht und gasförmige Moleküle einer anderen Mischung, welche ein anderes Dotierungselement enthalten, das zum Dotieren des anderen Verbindungshalbleiters verwendet wird, einzeln in unterschiedlichen Zyklen eingeführt werden oder während unterschiedlichen Zeitdauern in dem gleichen Zyklus eingeführt werden, so daß unterschiedliche Dotierungselemente in unterschiedliche einzelne Monoschichten eingebaut werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, insbesondere nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wachstumszyklus von wenigstens einer Molekularschicht durch Einführen von gasförmigen Molekülen, die aus der Gruppe TMAl, TEAl, DMAlCl, AlCl₃, AlBr₃ und AlI₃ ausgewählt sind, als gasförmige Moleküle, die Al enthalten, gleichzeitig oder abwechselnd mit einem Gas, das andere Bestandteile als Al von dem Ga(1-x)Al x As-Verbindungshalbleiter enthält, in dem Kristallzüchtungsbehälter (1) unter einem vorbestimmten Druck während einer vorbestimmten Zeitdauer und Evakuierens des Inneren des Kristallzüchtungsbehälters (1) wiederholt wird, um einen kristallinen dünnen Film des Ga(1-x)Al x As-Verbindungshalbleiters zu bilden; worin TM für Trimethyl, TE für Triethyl und DM für Dimethyl stehen.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die gasförmigen Moleküle, die p-Typ-Dotierungselemente enthalten, aus der Gruppe DMZn, DEZn, DECd, DMHg, DEHg und B₂H₆ ausgewählt sind und solche, die n-Typ-Dotierungselemente enthalten, aus der Gruppe SiH₄, GeH₄, SnH₄, PbH₄, DMSe, DMTe, H₂S, H₂Se, H₂Te und H₂Po ausgewählt sind, wobei DM für Dimethyl und DE für Diethyl stehen, und daß die Dotierelemente enthaltenden gasförmigen Moleküle gleichzeitig oder abwechselnd mit wenigstens einer Sorte der gasförmigen Moleküle eingeführt werden, welche Bestandteilselemente der Verbindungshalbleiter enthalten, so daß eine gewünschte Störstellenkonzentrationsverteilung in der Dickenrichtung erzielt wird oder eine dotierte und eine nichtdotierte Molekularschicht zyklisch gebildet werden.
14. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat ein kristallines Substrat (12) eingesetzt wird, auf dem ein Maskenmuster aus einem Material, das unterschiedlich von demjenigen des Substrats (12) ist; gebildet wurde, und das nach Spülen und Trocknen in dem Kristallzüchtungsbehälter angeordnet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das kristalline Substrat (12) ein Verbindungshalbleiter aus Elementen der Gruppe III und der Gruppe V ist, und daß die gasförmigen Moleküle Elemente der Gruppe III und V enthalten.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, insbesondere nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Maskenmuster aus einem Film von Si x N y und/oder einem Film von Si x O y hergestellt wurde, und daß zum Spülen des Substrats und außerdem als ein Ätzmittel eine Flüssigkeit verwendet worden ist, welche Trialkyl-2,1-hydroxyalkylammoniumhydroxid (THAH) enthält.
17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere des Kristallzüchtungsbehälters (1) auf 10-1 bis 10-7 Pascal evakuiert wird; daß ein monokristalliens GaAs-Substrat (12), das in dem Kristallzüchtungsbehälter (1) angeordnet ist, auf 300 bis 800°C erhitzt wird; daß gasförmige Moleküle, die Ga enthalten, unter dem erwähnten Druck während 0,5 bis 200 s in den Kristallzüchtungsbehälter (1) eingeleitet werden; daß das Innere des Kristallzüchtungsbehälters (1) erneut auf 10-1 bis 10-7 Pascal evakuiert wird; daß gasförmige Moleküle, die As enthalten, unter dem erwähnten Druck während 0,5 bis 200 s in den Kristallzüchtungsbehälter (1) eingeleitet werden; und daß der Zyklus, der aus einer Aufeinanderfolge der vorstehenden Verfahrensschritte besteht, zum Wachsenlassen eines dünnen monokristallinen Films aus GaAs auf dem monokristallinen GaAs-Substrat (12) mit einer Dicke, die ein Vielfaches der Dicke einer einmolekularen Schicht beträgt, wiederholt wird.
18. Verwendung einer Vorrichtung mit
  • - einem Kristallzüchtungsbehälter (1) in dem ein Substrat (12) angeordnet ist,
  • - einer Ultrahochvakuumevakuierungseinrichtung (3) zum Evakuieren des Kristallzüchtungsbehälters (1),
  • - Düseneinrichtungen (4, 5) zum Einführen gasförmiger Moleküle, welche mit Ein-Aus-Ventilen (6, 7) zum Steuern der Menge an gasförmigen Verbindungen versehen sind,
  • - einem Heizer (10) zum Erhitzen des Substrats (12),
  • - einem Thermoelement (11) zum Messen der Temperatur des Substrats (12), welches mit dem Heizer (10) verbunden ist, und
  • - einem Druckmesser (13) zum Messen des Vakuums
zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 17.
19. Verwendung einer Vorrichtung mit
  • - einem Kristallzüchtungsbehälter (1) in dem ein Substrat (12) angeordnet ist,
  • - einer Ultrahochvakuumevakuierungseinrichtung (3) zum Evakuieren des Kristallzüchtungsbehälters (1),
  • - Düseneinrichtungen (4, 5) zum Einführen gasförmiger Moleküle, welche mit Ein-Aus-Ventilen (6, 7) zum Steuern der Menge an gasförmigen Verbindungen versehen sind,
  • - einer Infrarotlampe (32) als Substraterhitzungseinrichtung, die zum Bestrahlen des Substrats (12) durch eine Quarzglasplatte (34) hindurch in einem Lampengehäuse (33) außerhalb des Kristallzüchtungsbehälters (1) untergebracht ist, und
  • - einem Druckmesser (13) zum Messen des Vakuums
zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 17.
20. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine externe Lichtquelle (37) zum Emittieren von Strahlung der Wellenlänge von 180 bis 600 nm aufweist.
21. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 18, 19, oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Düsen (14, 15, 20, 21, 26, 27) vorgesehen sind.
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