DE3720413A1

DE3720413A1 - Verfahren zur herstellung von halbleitermaterial der gruppen ii und vi des periodischen systems durch chemische dampfablagerung metallorganischer verbindungen

Info

Publication number: DE3720413A1
Application number: DE19873720413
Authority: DE
Inventors: William E Hoke; Lindley T Specht; Ralph Korenstein
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1986-06-20
Filing date: 1987-06-19
Publication date: 1988-01-28
Also published as: GB2193228A; JPH0654760B2; FR2601816B1; FR2601816A1; US4886683A; GB2193228B; JPS634625A; GB8714146D0

Description

Die Erfindung betrifft allgemein das epitaktische Aufwachsenlassen oder Züchten von Werstoffen und im einzelnen das Züchten von kristallinem Halbleitermaterial der Gruppen II und VI des periodischen Systems.

Wie auf diesem Gebiete der Technik bekannt, hat epitaktisch gewachsenes Halbleitermaterial der Gruppen II und VI des periodischen Systems, wie Cadmiumtellurid und Quecksilber-Cadmiumtellurid, wichtige Anwendungsgebiete als Photodetektororgan zur Feststellung elektromagnetischer Energie im Spektralbereich von etwa 0,8 µ bis 30 µ. Durch Einstellung der Legierungszusammensetzung von Cadmium und Quecksilber können Photodetektororgane aus Quecksilber-Cadmiumtellurid hergestellt werden, welche in ausgewählten Wellenlängenbereichen innerhalb eines Wellenlängenbandes von 0,8 bis 30 µ empfindlich sind. Für Anwendungen bei kurzen Wellenlängen, d. h. bei Wellenlängen in der Nähe von 0,8 µ wird im allgemeinen Cadmiumtellurid (CdTe) verwendet. Für größere Wellenlängen von über etwa 0,8 µ wird Quecksilber-Cadmiumtellurid (Hg_1-xCd_xTe) verwendet, worin x das Legierungsverhältnis von Cadmium und Tellur ist. Durch Einstellung des Legierungsverhältnisses erhält man epitaktisch gewachsenes Material, welches gegenüber ausgewählten Bereichen des gesamten Spektralbereiches von 0,8 µ bis über 30 µ der elektromagnetischen Strahlung empfindlich ist. Das bedeutet, daß Photodetektororgane oder -elemente hergestellt werden können, die auf bestimmte Wellenlängenbänder der infraroten elektromagnetischen Strahlung ansprechen.

Zur Erzeugung epitaktisch gewachsener Schichten aus Cadmiumtellurid und Quecksilber-Cadmiumtellurid für die Verwendung als Photodetektoren sind mehrere unterschiedliche Verfahren angegeben worden.

Ein Verfahren zum Aufwachsenlassen epitaktischer Schichten aus Quecksilber-Cadmiumtellurid und aus Cadmiumtellurid ist die Epitaxie metallorganischer Verbindungen aus der Dampfphase (MOVPE), welche auch als chemische Dampfablagerung metallorganischer Stoffe (MOCVD) bezeichnet werden kann. Das zuletzt bezeichnete Verfahren sieht vor, Dämpfe primärer Alkyle von Elementen der Gruppe II und der Gruppe VI in ein Reaktorgefäß einzuleiten und die metallorganischen Stoffe chemisch reagieren zu lassen, so das epitaktisch gewachsenes Material der Gruppen II-VI entsteht. Wie in der Veröffentlichung "The Growth of Cd_xHg_1-xTe Using Organometallics", von J. B. Mullin et al, Journal of Vacuum Science Technology, Band 21, Nr. 1, Mai-Juni 1982 (1) und in der weiteren Veröffentlichung "Vapor Phase Epitaxy of Cd_xHg_1-xTe Using Organometallics", von J. B. Mullin et al, Jornal of Applied Physics, Band 14, 1981, Seiten L149 bis 151 (2), beschrieben ist, hat man zwar, wie in den Veröffentlichungen ausgeführt, bisher schon die epitaktische Züchtung von Quecksilber-Cadmiumtelluridfilmen in Betracht gezogen, doch ist die Qualität der in dieser Weise gewachsenen Schichten oder Filme nicht für die Verwendung bei Photodetektoren geeignet. Die mangelnde Eignung der in dieser Weise erhaltenen Materialien ergibt sich daraus, daß sie eine verhältnismäßig hohe Trägerkonzentration haben und die Elektronenbeweglichkeit der Materialien verhältnismäßig niedrig ist. Diese beiden Eigenschaften sind in photoleitenden Detektorelementen von Wichtigkeit, da diese Bauteile als infrarotstrahlungsempfindliche Widerstände wirksam sind, die eine bestimmte Leitfähigkeit zwischen einem Elektrodenpaar oder Kontaktpaar aufweisen, die sich in Abhängigkeit vom Einfall infraroter Strahlungsenergie ändert. Wenn die Trägerkonzentration zu hoch ist oder wenn die Elektronenbeweglichkeit zu niedrig ist, so rekombinieren die in Abhängigkeit von der einfallenden infraroten Strahlung erzeugten Ladungsträger, ohne daß sich die Leitfähigkeit des Bauteils oder Gerätes zwischen den Anschlußelektroden ändert.

Die Züchtung von Material der Gruppen II-VI des periodischen Systems durch chemische Dampfablagerung von metallorganischen Verbindungen, beispielsweise Quecksilber-Cadmiumtellurid, umfaßt den Verfahrenschritt des Einleitens von primären Alkylen von Cadmium und Tellur, beispielsweise Dimethylcadmium, Diäthyltellurid und einen Quecksilberspender in ein Reaktorgefäß, wo diese Stoffe miteinander reagieren und Quecksilber-Cadmiumtellurid bilden. Der Quecksilberspender wird entweder durch eine metallorganische Quecksilberverbindung, etwa durch Dimethylquecksilber, Diäthylquecksilber, oder durch elementares Quecksilber, gebildet. Elementares Quecksilber ist der bevorzugte Quecksilberspender, da er im allgemeinen reiner ist als ein metallorganischer Quecksilberspender und da er billiger ist. Weiter ist elementares Quecksilber weniger giftig als bekannte metallorganische Quecksilberspender, da elementares Quecksilber einen Partialdampfdruck hat, der größenordnungsmäßig um den Faktor 10⁴ kleiner ist als der Dampfdruck bekannter metallorganischer Quecksilberspender.

Ein Problem, welches bei der Züchtung von epitaktischen Schichten aus Quecksilber-Cadmiumtellurid auftritt, sind die verhältnismäßig hohen Temperaturen beim Aufwachsenlassen und die verhältnismäßig niedrigen Aufwachsgeschwindigkeiten, welche bisher erzielt wurden. In einer dritten Veröffentlichung "The Growth By MOVPE And Characterization of Od_xHg_1-xTe" von J. C. Irvine et al, Journal of Crystal Growth, Band 55 (1981), Seiten 107 bis 115 (3), wird berichtet, daß während des Aufwachsenlassens von epitaktischen Schichten aus Quecksilber-Cadmiumtellurid die Steuerung des Quecksilberpartialdruckes über dem aufwachsenden Bereich bei einer erhöhten Temperatur im Bereich von 400° bis 500° sehr schwierig ist. Die Steuerung des Gleichgewichts-Quecksilberpartialdruckes ist sehr wichtig, da es gerade die Konzentration von Quecksilberfehlstellen in der epitaktischen Schicht ist, welche die Träger bildet und damit die elektrischen Eigenschaften des Materials steuert. Es wird weiter in der vorerwähnten Veröffentlichung (3) berichtet, daß der Quecksilberpartialdruck mindestens zwei Größenordnungen größer als der Partialdruck des Tellurs sein muß, um eine Reaktion zu ermöglichen, bei der die Bildung von Quecksilber-Cadmiumtellurid mit ausreichendem Wirkungsgrad fortschreitet. Bei einer Temperatur von 400°C ist der minimale Quecksilberpartialdruck für die Züchtung des Quecksilber-Cadmiumtellurids 0,009 bar. Dieser Partialdruck von Quecksilber wird beispielsweise so erzeugt, daß eine Quelle oder ein Vorrat flüssigen elementaren Quecksilbers erhitzt wird und ein Trägergas über das Quecksilber geleitet wird, so daß ein Quecksilberdampfstrom erhalten wird.

Eine bestimmte Technik zur Steuerung des Quecksilberpartialdruckes ist in der US-Patentschrift 45 68 379 beschrieben. Hier werden der Quecksilberpartialdruck und damit die elektrischen Eigenschaften der epitaktisch erzeugten Schichten aus Quecksilber-Cadmiumtellurid dadurch gesteuert, daß die Temperatur des Quecksilbers im eintretenden Dampfstrom durch Erhitzen der Wände des Reaktors auf eine Temperatur von mindestens 240°C aufrecht erhalten wird. Zwar gestattet diese Technik die Steuerung des Quecksilberpartialdruckes über dem Epitaxiebereich durch Verhindern einer vorzeitigen Kondensation des Quecksilbers aus dem Dampfstrom an den Reaktorgefäßwänden, doch wurde auch beobachtet, daß bei dieser Temperatur eine vorzeitige Reaktion der Reagentien auftritt. Zwar konnte bisher nicht festgestellt werden, ob die vorzeitige Reaktion irgend eine Wirkung auf die Qualität der erzeugten epitaktischen Schichten hat, doch scheint es so, daß die vorzeitige Reaktion die jeweilige Konzentration der miteinander reagierenden Stoffe im Dampfstrom vermindert, so daß eine weitere Verminderung der Aufwachsgeschwindigkeit auftritt.

In der Veröffentlichung (3) wird auch ausgeführt, daß eine Grenze zu niedrigen Temperaturen hin beim Züchten von Quecksilber-Cadmiumtellurid durch chemische Dampfablagerung von metallorganischen Stoffen in der verhältnismäßig hohen Stabilität oder der niedrigen Zerlegbarkeit der organischen Reagentien, nämlich Dimethylcadmium und Diäthyltellurid besteht, welche die Spender von Cadmium und Tellur sind. Es wurde auch gefunden, daß Diäthyltellurid die stabilere Verbindung der beiden genannten Verbindungen ist und daß die Ausbeute von Tellur sehr stark abhängig von der Temperatur ist, bei der das Diäthyltellurid dissoziiert. Bei Temperaturen von etwa 400°C ist die Menge von Tellur, welche von dem Diäthyltellurid freigesetzt wird, verhältnismäßig klein. Demgemäß ist auch die Wachstumsgeschwindigkeit von Quecksilber-Cadmiumtellurid bei einer Temperatur von 400°C sehr niedrig.

Verschiedene weitere Schwierigkeiten ergeben sich zusätzlich bei der Züchtung von Quecksilber-Cadmiumtellurid durch chemische Dampfablagerung von metallorganischen Stoffen. Eine hohe Konzentration der Reagentien ist erforderlich, um eine zufriedenstellende Wachstumsgeschwindigkeit von Quecksilber-Cadmiumtelluridschichten zu erreichen. Da der Zerlegungswirkungsgrad der miteinander reagierenden Verbindungen niedrig ist, ergibt sich ein hoher Anfall nicht verwendeten Reaktionsmittels. Diese Reaktionsmittel, insbesondere die metallorganischen Spender von Cadmium und Tellur, sind jedoch außerordentlich teuer.

Der große Verlust oder große Anfall ungenutzten Reaktionsmittel macht die epitaktische Züchtung von Schichten der hier betrachteten Art somit kostspielig. Darüber hinaus sind die Abfallprodukte in hohem Maße giftig und daher müssen die großen Mengen der bei der Reaktion abfallenden Reagentien, die bei typischen bekannten Verfahren entstehen, als giftige Abfallprodukte sicher deponiert werden, was zu schwerwiegenden Problemen führt.

Weiter sind bei Aufwachstemperaturen von 400°C wesentliche wechselseitige Diffusionsvorgänge und Legierungsvorgänge zwischen benachbarten Schichten unterschiedlichen epitaktischen Materials zu beobachten. Dieses Problem erschwert die Züchtung gut abgegrenzter mehrschichtiger Strukturen und scharfer elektrischer p-n-Übergänge.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, ein Verfahren zur Herstellung von Halbleitermaterial der Gruppen II und VI des periodischen Systems durch chemische Dampfablagerung metallorganischer Verbindungen so auszubilden, daß niedrigere Temperaturen zur Anwendung kommen, die Wachstumsgeschwindigkeit erhöht wird, die Ausnutzung der miteinander reagierenden Stoffe verbessert wird und scharf gegeneinander abgegrenzte Schichten erzeugt werden können.

Diese Aufgabe wird durch die im anliegenden Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der dem Anspruch 1 nachgeordneten Ansprüche, deren Inhalt hierdurch ausdrücklich zum Bestandteil der Beschreibung gemacht wird, ohne an dieser Stelle den Wortlaut zu wiederholen.

Im einzelnen wird bei dem hier angegebenen Verfahren eine Kristallschicht von Material der Gruppen II-VI des periodischen Systems auf einem kristallinen Substrat aufgebracht. Ein erster Strom ein Metall der Gruppe II enthaltend wird auf das Substrat hingeleitet. Ein zweiter Strom einer organischen Verbindung eines Elementes dieser Gruppe VI wird ebenfalls auf das Substrat hingeleitet. Die organische Verbindung mit dem Element der Gruppe VI enthält organischen Stoff mit einer verhältnismäßig niedrigen Aktivierungsenergie im Vergleich zur Aktivierungsenergie eines primären Alkyls des Elementes der Gruppe VI zur Bildung eines freien Radikals während der Dissoziierung des Radikals von dem Element der Gruppe VI. Die niedrigere Aktivierungsenergie beruht auf der Delokalisierung der unausgeglichenen Elektronenladung über das Restmolekül hin. Aufgrund dieses Mechanismus bietet eine derartige organische Gruppe eine erhöhte Delokalisierung der Elektronenladung über das gesamte Molekül hin im Vergleich zu primären Molekülen des Elementes der Gruppe VI, so daß eine organische Verbindung mit dem Element der Gruppe VI vorliegt, welche eine niedrigere Aktivierungsenergie oder eine geringere Stabilität aufweist und demgemäß ein höherer Zerlegungswirkungsgrad bei einer bestimmten Temperatur erreicht wird, als dies bei bekannten primären Alkylen des Elementes der Gruppe VI der Fall ist. Diese geringe Stabilität erhöht also den Zerlegungswirkungsgrad der organischen Verbindung mit dem Element der Gruppe VI und gestattet eine Aufwachsgeschwindigkeit der epitaktischen Materialschicht der Gruppe VI bei niedrigeren Aufwachstemperaturen, wobei die Aufwachsgeschwindigkeit höher ist als bei bekannten Verfahren. Aufgrund der erhöhten Wirksamkeit der Zerlegung ergibt sich auch gleichzeitig eine Verminderung des Volumens der Abfallprodukte, die während des epitaktischen Aufwachsenlassens des Materials der Gruppe VI entstehen und weiter ist festzustellen, daß wegen des hohen Preises der organischen Stoffe mit dem Element der Gruppe VI die Verminderung der Abfallprodukte nichtreagierender Verbindungen und wegen der gleichzeitigen Erhöhung der Aufwachsgeschwindigkeit und des Züchtungswirkungsgrades die Gesamtkosten beim Erzeugen epitaktischer Schichten von Materialien der Gruppe II-VI herabgesetzt werden.

Entsprechend einem weiteren Aspekt des Verfahrens der hier angegebenen Art wird eine Kristallschicht mit Elementen der Gruppe II und VI auf einem Substrat gezüchtet, indem eine Mehrzahl von Dampfströmen über das Substrat geleitet wird. Die Dampfströme enthalten eine metallorganische Verbindung mit einem Element der Gruppe II, einen organischen Dampf mit einem Element der Gruppe VI, der mindestens eine organische Verbindung aus der Gruppe enthält, die von einer Allylverbindung, einer Benzylgruppe oder Benzylverbindung und einer Cycloallylgruppe oder Cycloallylverbindung gebildet wird, welche mit einem Element der Gruppe VI verbunden sind, sowie schließlich einen Dampf eines Metalls der Gruppe II des periodischen Systems. Der Spender oder die Quelle des Metalls der Gruppe II wird auf eine Temperatur im Bereich von 100°C bis 250°C und vorzugsweise im Bereich von 150°C bis 180°C erhitzt, während Strahlungsenergie auf das Reaktorgefäß zur Einwirkung gebracht wird, um die Reaktorgefäßwände zwischen der Quelle der Metalls der Gruppe II und dem Substrat auf eine Temperatur im Bereich von 100°C bis 250°C, vorzugsweise im Bereich zwischen 150°C und 180°C zu erwärmen. Die Zone über dem Substrat wird auf eine Temperatur von mindestens 120°C, vorzugsweise im Bereich von 120°C bis 400°C, insbesondere aber im Bereich von 150°C bis 300°C, und ganz besonders im Bereich zwischen 160°C und 220°C erwärmt. Die eingeleiteten Dampfströme der metallorganischen Verbindung mit dem Element der Gruppe II, der organischen Verbindung mit dem Element der Gruppe VI und des Metalls der Gruppe II werden dann chemisch zur Reaktion gebracht, um die Schicht mit den Elementen der Gruppe II-VI zu bilden. Dadurch, daß das Element der Gruppe VI aus einer organischen Verbindung mit dem Element der Gruppe VI erzeugt wird, wobei der organische Teil aus der Materialgruppe gewählt wird, die von einer Allylgruppe, einer Benzylgruppe und eine Cycloallylgruppe gebildet wird, verteilt sich die Delokalisierung der freien Elektronenladung über die ganze Kohlenstoffkette.

Im Falle eines Allylradikals kann das Molekül in seiner Strukturformel folgendermaßen angegeben werden:

CH₂ =CH - CH₂ · ↔ · CH₂ - CH = CH₂

Das ungepaarte Elektron ist also über das gesamte Molekül delokalisiert, um eine stabilisierende teilweise Doppelbindung zu bilden. Die Aktivierungsenergie zur Bildung eines freien Radikals aus Molekülen mit Allylgruppen oder Cycloallylgruppen ist niedriger als die Aktivierungsenergie für Moleküle von primären Alkylen.

In entsprechender Weise vermindert bei einer Benzylgruppe die delokalisierte Elektronenladung über die gesamte Kohlenwasserstoffkette hin die Aktivierungsenergie zur Bildung des freien Radikals aus dem Kohlenwasserstoff-Ausgangsmolekül mit der Benzylgruppe.

Das Benzylradikal kann in vier äquivalenten Strukturformeln angegeben werden, nämlich:

Eine andere Darstellung des Benzylradikals hat folgende Gestalt:

Die Doppelbindungseigenschaft des Benzolrings gestattet die Delokalisierung der nicht gepaarten Elektronenladung über den Benzolring hin. Das dritte Beispiel einer Gruppe zur Bildung eines Moleküls mit einem Element der Gruppe VI des periodischen Systems niedrigerer Stabilität, d. h. niedrigerer Aktivierungsenergie, ist die Cycloallylgruppe. Das Molekül mit der Cycloallylgruppe ist durch das Vorhandensein der Allylgruppe sowie aufgrund der Destabilisierungswirkung der Spannung im Ring destabilisiert.

Das Cycloallyl-Ringmolekül hat folgende allgemeine Strukturformel:

Hierin kann Y entweder Wasserstoff oder eine andere organische Gruppe sein.

Es ergibt sich somit, daß das Aufwachsenlassen von epitaktischem Material mit Elementen der Gruppe II-VI bei niedrigeren Aufwachstemperaturen als in bekannten Verfahren vor sich geht. Die niedrigeren Aufwachstemperaturen bewirken eine Verminderung der wechselseitigen Diffusion zwischen benachbarten, unterschiedlichen epitaktischen Schichten und aufgrund der verminderten gegenseitigen Diffusion entstehen schärfer abgegrenzte mehrschichtige Strukturen und p-n-Übergänge.

Entsprechend einem zusätzlichen Aspekt des hier angegebenen Prinzips wird die organische Quelle des Elementes der Gruppe VI aus der Materialart ausgewählt, welche von Methyl-Benzyltellurid, Dibenzyltellurid, di(2-propen-1-yl)tellurid, Methyl-(2-propen-1-yl)tellurid, di(2-cyclopropen-1-yl)tellurid und Methyl-(2-cyclopropen-1-yl)tellurid gebildet ist. Die metallorganische Quelle des Elementes der Gruppe II ist Dimethylcadmium und die Quelle für das Element des weiteren Elementes der Gruppe II ist elementares Quecksilber. Für die Züchtung in einem Reaktor mit einem Durchmesser von 50 mm und mit einem Gesamtdurchstrom des Trägermediums von etwa 2,0 l/min erscheinen die folgenden charakteristischen Bereiche von Molbrüchen der reagierenden Stoffe geeignet. Das Dimethylcadmium hat im allgemeinen einen Molbruch von 5×10^-5 bis 5×10^-4. Die organische Verbindung mit dem Element der Gruppe VI hat einen Molbruch im Bereich von 5×10^-4 bis 5×10^-3 und der Quecksilberdampf hat einen Molbruch im allgemeinen im Bereich von 1×10^-3 bis 1×10^-2. Die Quecksilberquelle wird auf eine Temperatur im Bereich von 100°C bis 250°C erhitzt und die Reaktionszone zwischen dem Metallspender und dem Substrat wird auf eine Temperatur von 100°C bis 250°C erhitzt. Die Ströme der ausgewählten organischen Verbindung mit dem Element der Gruppe VI, dem Dimethylcadmium und dem Quecksilber werden auf das Substrat hingeleitet, das sich in einem Bereich befindet, der eine Temperatur von mindstens 120°C hat. Die organische Verbindung mit dem Element der Gruppe VI, das Dimethylcadmium und das Quecksilber reagieren miteinander und erzeugen eine epitaktische Schicht aus Quecksilber-Cadmiumtellurid. Nach dem vorliegend angegebenen Prinzip können Kristallschichten aus Quecksilber-Cadmiumtellurid gezüchtet werden, welche eine verhältnismäßig niedrige Trägerkonzentration und verhältnismäßig hohe Elekronenbeweglichkeit besitzen. Da die Temperaturen, bei denen das Aufwachsen stattfindet, niedriger liegen als bei bekannten Verfahren, ist eine geringere gegenseitige Diffusion zwischen den epitaktischen Schichten unterschiedlichen Materials zu beobachten. Ein mehrschichtiger Schichtenaufbau, beispielsweise abwechselnd aufeinanderfolgende Schichten von Cadmiumtellurid, Quecksilbertellurid und Quecksilber-Cadmiumtellurid kann bzw. können gebildet werden, ohne daß eine wesentliche gegenseitige Diffusion zwischen den Schichten oder eine Legierungsbildung auftritt. Wenn weiter Schichten aufwachsen, um p-n-Übergänge zu erzeugen, so ist die wechselseitige Diffusion bedeutend geringer. Aus diesem Grunde entstehen schärfer abgegrenzte Übergänge. Weiterhin ist bei den niedrigeren Aufwachstemperaturen der Gleichgewichtspartialdruck des Quecksilbers niedriger und daher wird weniger Quecksilber benötigt. Nachdem der Gleichgewichts-Partialdruck des Quecksilbers bei niedrigeren Aufwachstemperaturen niedriger ist, ist die Quecksilber-Fehlstellenkonzentration (und damit die Trägerkonzentration) leichter zu steuern.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Es stellt dar:

Fig. 1 eine Aufsicht auf ein Photodetektorelement, vorliegend ein Photoleiterelement, mit Kristallschichten aus Halbleitermaterial der Gruppen II und VI,

Fig. 2 einen Schnitt entsprechend der in Fig. 1 angedeuteten Schnittlinie 2-2,

Fig. 3 eine Darstellung zur Erklärung, in welcher Weise die Fig. 3A und 3B zusammenzusetzen sind und

Fig. 3A und 3B schematische Darstellungen einer Kristallzüchtungseinrichtung zur Erzeugung einer epitaktischen Schicht gemäß Fig. 1.

Zunächstz sei auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Eine Ausführungsform eines photoleitenden Elementes 10 zur Verwendung in einer photoleitenden Anordnung (nicht dargestellt) ist mit 10 bezeichnet und enthält ein Substrat 11, vorliegend aus Cadmiumtellurid (CdTe) oder aus Galliumarsenid (GaAs), aus Indiumantimonid (InSb) oder einem anderen geeigneten Substratmaterial mit den Elementgruppen II-VI oder III-V, oder aus Saphir (Al₂O₃). Auf das Substrat 11 ist eine epitaktische Pufferschicht 12 a mit Elementen der Gruppe II und VI aufgebracht, vorliegend aus Cadmiumtellurid (CdTe) sowie eine epitaktische Schicht 12 b aus Cadmiumtellurid (DcTe) oder Quecksilber-Cadmiumtellurid (HgCdTe) oder einem anderen geeigneten Material mit den Elementengruppen II und VI. Auf Teilen der epitaktischen Schicht 12 b befindet sich ein Paar Ohm'scher elektrischer Kontakte 13, welche jeweils von in entsprechenden Mustern aufgebrachten zusammengesetzten Schichten gebildet sind, welche der Reihe nach abgelagerte Teilschichten 13 a, 13 b und 13 c umfassen, wobei diese Schichten aus Indium (In) in einer Stärke von 1000 nm, bzw. aus Chrom (Cr) in einer Stärke von 50 nm bzw. aus Gold (Au) in einer Stärke von 500 nm bestehen. Aus Gold gefertigte Anschlußbereiche 14, jeweils in einer Stärke von 1,5 µ befinden sich über den elektrischen Kontakten 13 und bilden den Anschlußpunkt für äußere Schaltungsteile.

In einem Kanalbereich 15 zwischen den Ohm'schen elektrischen Kontakten 13 befindet sich eine Passivierungsschicht 16 a, vorliegend eine in situ aufgebrachte anodische Oxidschicht, die aus einem Teil der Quecksilber-Cadmiumtelluridschicht 12 b in bekannter Weise in einer Stärke von 80 nm erzeugt wird, sowie eine Antireflexionsbeschichtung 16 b. Die Schichten 16 a und 16 b dienen zum Schutz des Kanalbereiches 15 und stellen ein aus zusammengesetzten Schichten gebildetes Fenster 16 dar, das gegenüber der einfallenden elektromagnetischen Strahlung, im allgemeinen in einem Wellenlängenbereich von etwa 0,8 µ bis 30 µ durchlässig ist.

Einfallende elektromagnetische Strahlung 17, im allgemeinen im genannten Wellenlängenbereich von 0,8 µ bis 30 µ, trifft auf das Fenter 16 auf. In Abhängigkeit von solcher einfallender Strahlung 17 ändert sich die Leitfähigkeit der epitaktischen Schicht 12 b, so daß das photoleitfähige Element 10 das Vorhandensein der einfallenden elektromagnetischen Strahlung 17 detektieren kann. Weiter kann in bekannter Weise das Verhältnis von Cadmium zu Tellur eingestellt werden, so daß selektiv unterschiedliche Bereiche von Wellenlängen innerhalb des Bandes von 0,8 µ bis 30 µ detektiert werden können.

Anhand der Fig. 3, 3A und 3B sei nun eine schematisch dargestellte Anlage 20 (Fig. 3) zur epitaktischen Züchtung kristalliner Schichten aus der Dampfphase zur Erzeugung der epitaktischen Schichten 12 a und 12 b aus Cadmiumtellurid oder Quecksilber-Cadmiumtellurid, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, beschrieben. Die Anlage enthält eine Dampferzeugungseinrichtung 20 a (Fig. 3A) mit einem Vielfachanschluß 26, der Massendurchflußregler 26 a bis 26 g aufweist, sowie Blubbergefäßen 39 und 55. Während des Betriebes wird Wasserstoff über einen Wasserstoffreiniger 22 und ein Ventil 24 zu dem Vielfachanschluß 26 geführt, während Helium durch die Anlage 20 geleitet wird, wenn diese sich nicht in Betrieb befindet und der Luft ausgesetzt ist. Die Dampfablagerungsanlage 20 enthält außerdem einen in Fig. 3B gezeigten Reaktor 20 b zur epitaktischen Ablagerung aus der Dampfphase, vorliegend mit einem offenen Quarz-Reaktionsrohr 60, wie dies aus der Zeichnung ersichtlich ist. Es mag hier die Feststellung genügen, daß ein Graphitschiffchen 36 oder ein Aufnehmer in dem Quarz-Reaktionsrohr 60 angeordnet ist und das Schiffchen induktiv durch eine Hochfrequenzspule 62 aufgeheizt wird. Die Hochfrequenzspule 62 ist um die Außenwand des Quarz-Reaktionsrohres 60 gelegt und wird mit Hochfrequenz angeregt, um die Temperatur des Graphitschiffchens oder des Aufnehmers 63, eines darin oder darauf angeordneten Substrates 11 und die unmittelbare Umgebung 61 um das Substrat auf eine vorbestimmte Temperatur zu bringen. Die Temperatur des Aufnehmers 63 wird durch ein nicht dargestelltes Thermoelement, das in das Schiffchen oder den Aufnehmer 63 eingebettet ist, überwacht. Bevor der Aufnehmer 63 und das Substrat 11 erwärmt werden, wird jedoch das System durch Einführen Helium zum Austreiben von Umgebungsluft gespült und dann wird Wasserstoff in das Innere des Quarz-Reaktionsrohres 60 und die Dampferzeugungseinrichtung 20 a eingeleitet. Wenn nun die aus den Leitungen 27 e bis 27 g, 31 c und 47 c abnehmbaren Dämpfe in das Quarz-Reaktionsrohr 60 eingeführt werden, wo sie miteinander reagieren, so werden die Schichten 12 a und 12 b epitaktisch erzeugt. Das Quarz-Reaktionsrohr 60 enthält außerdem eine Abschlußkappe 72 an dem den Einmündungen der Leitungen 27 e bis 27 g, 31 c und 47 c gegenüberliegenden Ende. Die Abschlußkappe 72 ist an eine Quarz-Auslaßleitung 74 angeschlossen, die dazu dient, Gase und Dämpfe aus dem Quarz-Reaktionsrohr 60 herauszuleiten und diese Gase und Dämpfe einem Zerlegungsofen (nicht dargestellt) zuzuführen.

Es sei nunmehr auf Fig. 3A im einzelnen Bezug genommen. Die Dampferzeugungseinrichtung 20 a enthält die Leitungen 31 c, 47 c sowie 27 e bis 27 g, welche Dämpfe in das Quarz-Reaktionsrohr 60 (Fig. 3B) in der dargestellten Weise einführen. Die Leitung 31 c dient zur Fortleitung von Dimethylcadmium + H₂ und geht von einem Anschlußverbindungselement 32 aus. Letzteres dient zum Mischen der Ströme von zwei Gasquellen zu einem Paar von Anschlüssen des Verbindungselementes, das den Gasgemischstrom an einem dritten Anschluß abgibt, der mit dem Quarz-Reaktionsrohr 60 verbunden ist. Der erste Anschluß des Verbindungselementes 32 wird von dem Blubbergefäß 39 gespeist. Das Blubbergefäß 39 enthält ein Paar solenoidgetätigter Ventile 28 und 30. Das erste dieser Ventile, nämlich das solenoidgetätigte Ventil 28, hat über eine von einem ersten Anschluß des Blubbergefässes ausgehende Leitung 27 a Verbindung zu einem ersten Massendurchstromregler 26 a und ein zweiter Anschluß ist über die Leitung 29 a an den Blubbergefäßkolben 36 angeschlossen. Der Blubbergefäßkolben 36 enthält das Dimethylcadmium (DMCd) 37. Der Blubbergefäßkolben 36 befindet sich in einem in Umlauf gehaltenen Bad 40 zur Temperaturregelung, so daß eine konstante Strömung eines flüssigen Kühlmittels um den Blubbergefäßkolben 36 erzeugt werden kann, um das Dimethylcadmium 37 in dem Blubbergefäßkolben 36 auf einer vorbestimmten Temperatur von vornliegend 18,5°C zu halten. Eine zweite Leitung 29 c ist ebenfalls an den Blubbergefäßkolben 36 angeschlossen, endet jedoch oberhalb des Spiegels des Dimethylcadmium und führt zu einem Anschluß des solenoidbetätigten Ventils 30. Eine dritte Leitung 29 b verbindet die verbleibenden Anschlüsse der solenoidbetätigten Steuerventile 28 und 30 miteinander.

Im normalerweise unbetätigten Zustand der solenoidgesteuerten Ventile 28 und 30 kann Wasserstoff von der Wasserstoffquelle, vorliegend dem Massendurchflußregler 26 a, über die Leitung 27 a zur Leitung 29 b und weiter über die Leitung 31 c strömen, um Umgebungsluft in der beschriebenen Weise aus dem Quarz-Reaktionsrohr 60 zu spülen. Während der epitaktischen Züchtung von Cadmiumtellurid oder Quecksilber-Cadmiumtellurid auf dem Substrat 11 werden die solenoidbetätigten Ventile 28 und 30 in ihren Aktivierungszustand gestellt, so daß Wasserstoff durch die Leitung 29 a in den Blubbergefäßkolben 36 strömt, der das flüssige Dimethylcadmium enthält. Der Wasserstoff perlt oder blubbert durch das flüssige Dimethylcadmium 37 und nimmt von ihm Moleküle auf. Aus diesem Grunde tritt aus dem Blubbergefäßkolben 36 über die Leitung 29 c eine Mischung aus Dimethylcadmium und Wasserstoff aus und wird über das solenoidbetätigte Ventil 30 der Leitung 31 a zugeführt. Ein zweiter Massendurchstromregler 26 b wird aktiviert und liefert eine vorbestimmte Strömung eines Trägergases, vorliegend von Wasserstoff über ein Ventil 34 und eine Leitung 31 b zum Verbindungselement 32. Demgemäß strömt dann durch die Leitung 31 c ein verdünnter Dampf aus Dimethylcadmium und dem Trägergas, vorliegend Wasserstoff.

Die Leitung 47 c, nämlich die eine organische Tellurverbindung führende Leitung, geht von dem Verbindungselement 48 aus. Das Verbindungselement 48 dient zur Mischung der Ströme von zwei Gasquellen und gibt diese Mischung an seinem dritten Anschluß ab, der mit der Leitung 47 c verbunden ist. Der erste Anschluß des Verbindungselementes 48 wird von dem Blubbergefäß 55 gespeist. Das Blubbergefäß 55 enthält ein Paar solenoidbetätigter Ventile 44 und 46. Ein erstes dieser Ventile, nämlich das solenoidbetätigte Ventil 44, ist mit einem ersten Anschluß zu einem dritten Massendurchflußregler 26 c hin über eine Leitung 27 c verbunden und mit einem zweiten Anschluß über eine Leitung 45 a an den Blubbergefäßkolben 52 angeschlossen. Letzterer enthält die organische Tellurverbindung, wie weiter unten genauer beschrieben wird. Vorliegend genügt die Feststellung, daß die organische Verbindung mit dem Element der Gruppe VI, vorliegend die organische Tellurverbindung, eine bestimmte Aktivierungsenergie hat, um während ihrer Dissoziierung ein Radikal zu bilden, wobei die Aktivierungsenergie niedriger ist als diejenige während der Dissoziierung von primären Alkylen von Tellur. Der Blubbergefäßkolben 52 befindet sich in einem zirkulierenden, zur Temperaturregelung dienenden Bahn 56, welches eine konstante Strömung einer Kühlflüssigkeit um den Blubbergefäßkolben 52 herum ermöglicht, um die organische Tellurverbindug 53 in dem Blubbergefäßkolben 52 auf einer bestimmten Temperatur zu halten, welche dazu ausreicht, einen entsprechenden Dampfdruck zu erzeugen. Der Temperaturbereich kann zwischen -20°C und +100°C liegen, doch ist der Bereich nicht notwendig auf diese Grenzen beschränkt. Eine zweite Leitung 45 c ist ebenfalls an den Blubbergefäßkolben 52 angeschlossen, endet jedoch oberhalb des Spiegels der organischen Tellurverbindung und ist an einen Anschluß des solenoidbetätigten Ventils 46 gelegt. Eine dritte Leitung 45 b verbindet die verbleibenden Anschlüsse der solenoidbetätigten Ventile 44 und 46 miteinander.

Im normalerweise nicht betätigten Zustand der solenoidgesteuerten Ventile 44 und 46 kann Wasserstoff von der Wasserstoffquelle, vorliegend dem Massendurchflußregler 26 c über die Leitung 27 c zur Leitung 45 b gelangen und strömt von dort durch die Leitung 47 c, um das Quarz-Reaktionsrohr 60 in der beschriebenen Weise zum Austreiben der Umgebungsluft zu spülen. Während des epitaktischen Aufwachsenlassens von Cadmiumtellurid oder Quecksilber-Cadmiumtellurid auf dem Substrat 11 werden die Ventile 44 und 46 angesteuert und umgestellt, so daß nun Wasserstoff durch die Leitung 45 a in den Blubbergefäßkolben 52 strömt, welcher die organische Tellurverbindung 53 enthält.

Der Wasserstoff blubbert durch die organische Tellurverbindung 53 und nimmt Moleküle von ihr auf. Demgemäß verläßt eine Mischung der organischen Tellurverbindung und von Wasserstoff die Füllung 53 der organischen Tellurverbindung im Blubbergefäßkolben über die Leitung 45 c und strömt über das solenoidbetätigte Ventil 46 zur Leitung 47 a. Ein vierter Massendurchstromregler 26 d wird aktiviert und liefert einen bestimmten Strom eines Trägergases, vorliegend Wasserstoff, über ein Ventil 50 und eine Leitung 47 b zu dem Verbindungselement 48. Aus der Leitung 47 c gelangt also zu dem Quarz-Reaktionsrohr eine verdünnte Dampfströmung der organischen Tellurverbindung mit Bezug auf die Konzentration des Trägergases, nämlich des Wasserstoffs.

Eine Leitung 27 e ist an einen fünften Massendurchstromregler 26 e angeschlossen und führt zu einem Quarz-Vorratsbehälter 66 (Fig. 3B), der flüssiges Quecksilber enthält. Der Wasserstoff wird über die Oberfläche oder den Spiegel des flüssigen Quecksilbers geleitet und die über dem Quecksilberspiegel befindlichen Dampfmoleküle werden vom Wasserstoffstrom aufgenommen, so daß ein Dampfstrom erhalten wird, der Quecksilber und Wasserstoff enthält. Der Dampfstrom wird einem aus Quarz gefertigten Verbindungselement 70 (Fig. 3B) zugeleitet. Ein zweiter Eingangsanschluß des Quarz-Verbindungselementes 70 hat Verbindung mit einer Quarzleitung 71 a, welche über eine Leitung 27 f und ein Ventil 72 von einem sechsten Massendurchstromregler 26 f gespeist wird. Von dem Quarz-Verbindungselement 70 führt eine Leitung 71 b in das Quarz-Reaktionsrohr 60, wobei die Leitung 71 b in das Reaktionsrohr also einen verdünnten Strom von Quecksilberdampf und Wasserstoff einführt.

Numehr sei Fig. 3B im einzelnen betrachtet. Wie zuvor erwähnt, wird der Aufnehmer 63 durch eine Hochfrequenzspule, welche das Quarz-Reaktionsrohr 60 umschlingt, aufgeheizt.

Der Quarz-Vorratsbehälter 66, der das flüssige elementare Quecksilber enthält und der benachbarte Bereich davon wird mittels Widerstandheizeinrichtung 68 in der dargestellten Weise auf eine Temperatur von mindestens 100°C erwärmt. Im allgemeinen beträgt jedoch die Temperatur weniger als 250°C und liegt vorzugsweise im Bereich von 150°C bis 180°C. Die Bereiche unmittelbar hinter dem Vorratsbehälter 66 und neben dem Substrat 11 werden dann durch Reihen von Infrarotlampen 64 auf eine Temperatur im Bereich von 100°C bis 250°C und vorzugsweise im Bereich von 150°C bis 180°C erwärmt. Die Erhitzung der Wände verhindert eine vorzeitige Kondensation von Quecksilber aus dem Dampfstrom. Das Erhitzen auf den bevorzugten Temperaturbereich geschieht jedoch so, daß die Temperatur unterhalb derjenigen Temperatur liegt, bei welcher das Dimethylcadmium, die organischen Tellurverbindung und das Quecksilber reagieren, so daß ein Verlust in der Konzentration der miteinander reagierenden Stoffe oberhalb des Aufwachsbereiches begrenzt wird. Außerdem erhält man epitaktische Filme hoher Qualität, da die im Trägergas verdünnten Ströme der organischen Tellurverbindung, des Dimethylcadmiums und des Quecksilbers im Wasserstoff in verstärktem Maße eine vorzeitige Reaktion zwischen Quecksilber und der organischen Tellurverbindung sowie zwischen der organischen Tellurverbindung dem Dimethylcadmium einschränken.

Die nach außen weisende Fläche des Substrates 11 wird entfettet und gereinigt, wozu geeignete Lösungsmittel verwendet werden. Dann folgt ein Polieren mit einem geeigneten Material, welches den Werkstoff des Substrates abätzt. Beispielsweise kann eine Brommethanollösung dazu verwendet werden, auf chemischem Wege das Cadmiumtellurid oder das Galliumasenid zu polieren, bevor die verschiedenen Schichten darauf epitaktisch erzeugt werden. Das Substrat 11 wird dann auf den Aufnehmer 63 gesetzt und in das Quarz-Reaktionsrohr 60 eingebracht.

Während des Betriebes wird das Quarz-Reaktionsrohr 60 zum Austreiben von Umgebungsluft durch Einführen zuerst von Helium und dann von Wasserstoff in der beschriebenen Weise gespült. Hierauf wird der Aufnehmer 63 induktiv mittels der Hochfrequenzspule 62 aufgeheizt und der Vorratsbehälter 66 wird durch die Widerstandsheizung 68 erwärmt und schließlich wird das Quarz-Reaktionsrohr 60 durch die Infrarotlampen 64 aufgeheizt. Es wird zugewartet, bis die genannten Anlagenteile die für die Epitaxie erforderlichen Temperaturen erreicht haben. Wenn der Anlagenteil 20 b die für das Aufwachsenlassen der epitaktischen Schichten notwendigen Temperaturen erreicht hat, so werden die Ventile 28, 30, 34, 44, 46, 50 und 72 aktiviert bzw. umgestellt, so daß die verdünnten Mischungen von Wasserstoff und Dimethylcadmium, von Wasserstoff und der organischen Tellurverbindung sowie von Wasserstoff und Quecksilber von den Leitungen 31 c bzw. 47 c bzw. 71 b stromaufwärts von dem Substrat 11 austreten können. Der Wasserstoff und die metallorganischen Dämpfe haben die gewünschten Temperaturen aufgrund der gleichförmigen Erwärmung des Substrates 11 und des Bereiches 61 um das Substrat 11 herum. Die erzeugten Dämpfe zerlegen sich in gasförmige Kohlenwasserstoffe, elementares Cadmium und Tellur entsprechend den nachfolgend angegebenen chemischen Reaktionen:

(CH₃)₂ Cd → (CH₃)₂ Cd + Cd + Kohlenwasserstoff

Organische Tellurverbindung → Organische Tellurverbindung + Te + Kohlenwasserstoff

Das elementare Quecksilber, Cadmium und Tellur reagieren dann folgendermaßen:

(1-x)Hg + (x)Cd + Te →Hg_1-xCd_xTe

Der Wert x wird gesteuert durch Regulierung der Strömung von Wasserstoff in den Quecksilbervorratsbehälter hinein, ferner durch die Temperatur des Quecksilbervorratsbehälters und durch die Konzentration des Dimethylcadmiums und der organischen Tellurverbindung.

Der Molbruch (d. h., die Konzentration von Dimethylcadmium, der organischen Tellurverbindung und des Quecksilbers) ist durch folgende Ausdrücke gegeben:

Nur ein bestimmter Teil der metallorganischen Dämpfe, welche über das Substrat 11 geleitet werden, kommt tatsächlich zur Reaktion. Aufgrund des verhältnismäßig hohen Wirkungsgrades, mit welchem die organische Tellurverbindung im Vergleich zu Diäthyltellurid zerlegt wird, ist jedoch die Menge nicht zur Reaktion kommenden Cadmiums, Tellurs und Quecksilbers sowie auch der metallorganischen Dämpfe von Cadmium und Tellur, welche in dem Dampfstrom vorhanden sind, wesentlich kleiner, als wenn Diäthyltellurid als Spender für das Tellur verwendet würde. Die nicht zur Reaktion gekommenen metallorganischen Dämpfe werden also von dem Quarz-Reaktorrohr 60 über die Auslaßleitung 74 ausgeleitet und zu einem Auslaß-Zerlegungsofen (nicht dargestellt) geführt, welcher bei einer Temperatur im Bereich von 800°C bis 900°C arbeitet. Dieser Ofen dient zur Zerlegung der verbleibenden metallorganischen Dämpfe oder Gase in die Elemente und liefert einen Gasstrom, welcher im wesentlichen Wasserstoff und verschiedene Kohlenwasserstoffe enthält.

In den US-Patentanmeldungen Serial-No. 8 38 192 vom 7. März 1986, Serial-No. 7 49 851, vom 28. Juni 1985 sowie auch Serial-No. 8 44 489, vom 26. März 1986, ist angegeben worden, daß hohe Wachstumsgeschwindigkeiten von Quecksilber-Cadmiumtellurid oder anderen Materialien der Gruppe II und VI des periodischen Systems erzielt werden, wenn Diisopropyltellurid oder Ditertiärbutyltellurid beim chemischen Dampfablagern unter Verwendung metallorganischer Verbindungen eingesetzt werden. Die allgemeine chemische Formel von Diisopropyltellurid läßt sich folgendermaßen angeben:

Diisopropyltellurid hat also eine Struktur der allgemeinen Formel R₂-X-R₂, wobei die beiden R₂-Alkylgruppen gleich oder ungleich sein können und wobei mindestens eine der R₂-Gruppen eine sekundäre Alkylgruppe ist, welche die allgemeine Formel (r₂ CH-) hat, worin r₂ zwei Kohlenstoffatome enthält, die an das Kohlenstoffatom der CH-Gruppe gebunden sind. Diisopropyltellurid hat eine niedrigere Stabilität und weist daher einen erhöhten Zerlegungswirkungsgrad gegenüber demjenigen von Diäthyltellurid auf. Diisopropyltellurid ist ein bevorzugtes Beispiel eines sekundären Alkyls des der VI. Gruppe angehörenden Elementes Tellur. Dies beruht darauf, daß der Kohlenstoff in jeder CH-Gruppe, welche an das Telluratom gebunden ist, seinerseits wiederum Verbindung zu zwei weiteren Kohlenstoffatomen hat. Es ist weniger Energie notwendig, um die Bindung zwischen einem solchen Kohlenstoffatom und dem Telluratom aufzubrechen und daher läßt sich das Diisopropyltellurid besser zerlegen als das bei bekannten Verfahren verwendete Diäthyltellurid.

Die allgemeine chemische Formel von Diäthyltellurid ist folgende:

CH₃-CH₂-Te-CH₂-CH₃

Das Kohlenstoffatom jeder CH₂-Gruppe, welche an das Telluratom gebunden ist, ist seinerseits mit nur einem weiteren Kohlenstoffatom verbunden. Aus diesem Grunde hat die Verbindung eine vergleichsweise hohe Stabilität und zerlegt sich bei einer bestimmten Temperatur mit einem niedrigeren Wirkungsgrad als Diisopropyltellurid.

Höhere Wachstumsgeschwindigkeiten von Quecksilber-Cadmiumtellurid oder anderen Materialien der Gruppen II und VI werden durch Verwendung von Ditertiärbutyltellurid bei einem Verfahren der chemischen Dampfablagerung von metallorganischen Verbindungen erzielt. Die allgemeine chemische Strukturformel von Ditertiärbutyltellurid ist folgendermaßen anzugeben:

Ditertiärbutyltellurid hat also eine Strukturformel der allgemeinen Gestalt R₃-X-R₃, worin die beiden R₃-Alkylgruppen gleich oder ungleich sein können und worin mindestens eine der R₃-Gruppen eine tertiäre Alkylgruppe der allgemeinen Formeln (r₃ C-) ist, worin r₃ drei Kohlenstoffatome enthält, die an das eine Kohlenstoffatom gebunden sind. Ditertiärbutyltellurid besitzt eine niedrigere Stabilität und daher einen höheren Zerlegungswirkungsgrad im Vergleich zum Zerlegungswirkungsgrad von Diäthyltellurid oder Diisopropyltellurid. Dies beruht darauf, daß das Kohlenstoffatom, welches an das Telluratom gebunden ist, seinerseits Verbindung zu drei anderen Kohlenstoffatomen hat. Es ist daher weniger Energie erforderlich, um die Bindung zwischen dem Kohlenstoffatom und dem Telluratom aufzubrechen und daher läßt sich Ditertiärbutyltellurid mit besseren Wirkungsgrad bei einer bestimmten Temperatur zerlegen als das bekanntermaßen verwendete Diäthyltellurid oder das oben erwähnte Diisopropyltellurid. Ditertiärbutyltellurid ist ein bevorzugtes Beispiel eines tertiären Alkyls des der VI. Gruppe angehörenden Elementes Tellur.

Der Mechanismus, welcher für eine Verminderung der Aktivierungsenergie zur Bildung freier Radikale verantwortlich ist, ist die Dislokation der ungepaarten Elektronenladung. Organische Gruppen, welche die Dislokation dieser Ladung über das freie Radikal-Molekül erhöhen, vermindern die Energie des freien Radikals und vermindern folglich die Aktivierungsenergie. Für Alkyltelluride, etwa diejenigen, welche oben erwähnt wurden, ist die Delokation der ungepaarten Elektronenladung das Ergebnis der Überlappung des p-Orbitals oder der p-Elektronenbahn des ungepaarten Elektrons mit den σ-Orbitalen der Alkylgruppen, welche an den Kohlenstoff-Tellur-verbundenen Atomen hängen. Durch Anhängen von Alkylgruppen an die mit dem Tellur verbundenen Kohlenstoffatome wird folglich die Dislokation erhöht und folglich die Aktivierungsenergie zur Bildung des freien Radikals herabgesetzt.

Die tellurgebundenen Kohlenstoffatome werden durch die Anzahl von mit ihnen verbundenen Alkylgruppen klassifiziert. Der Dislokationsmechanismus erklärt also die Reihenfolge der Stabilität, die von Dimethyltellurid 0° größer ist als von Diäthyltellurid 1°, die größer ist als die von Diisopropyltellurid 2°, die wiederum größer ist als von Ditertiärbutyltellurid 3°.

Entsprechend den vorliegend entwickelten Grundgedanken erhält man eine größere Delokation und folglich eine niedrigere Aktivierungsenergie durch Einsetzen einer Überlappung des p-Orbitals des ungepaarten Elektrons mit Doppelbindungen anstatt mit Einfachbindungen. Das Allyl-Radikal (CH₂=CH-CH₂°) und das Benzyl-Radikal (C₆H₅-CH₂°) delokalisieren das freie Elektron über die gesamte Kohlenstoffkette hinweg. Im Falle des Allyl-Radikals, kann das Radikal in der Strukturformel folgendermaßen angeben werden:

CH₂ = CH - CH₂ · ↔ · CH₂ - CH = CH₂

Eine andere Darstellung des Allylradikals ist somit folgende:

Die gestrichelten Linien in der obigen Darstellung zeigen an, daß das ungepaarte Elektron über das Radikal hin delokalisiert ist, so daß partielle Doppelbindungen gebildet sind.

Die organische Verbindung des Allyls mit dem Element der Gruppe VI (Tellur) hat folgende allgemeine Formel:

X - Te - Y

worin X eine Allylgruppe wie oben angegeben ist und Y Wasserstoff oder eine andere organische Gruppe bedeutet, welche eine Allylgruppe sein kann oder auch nicht.

Die Situation beim Benzylradikal ist ähnlich der beim Allylradikal dahingehend, daß die Doppelbindungseigenschaften des Benzonrings eine Delokation des ungepaarten Elektrons über den gesamten Benzolring hin gestatten. Das Benzylradikal kann in der Strukturformel wie unten angegeben geschrieben werden:

Eine andere Darstellung des Benzylradikals ist also folgende:

Das Benzyl des Elementes der Gruppe VI (Tellur) hat folgende allgemeine Formel:

X - Te - Y

worin X eine Benzylgruppe ist und Y Wasserstoff oder eine organische Gruppe ist, welche eine Benzylgruppe sein kann oder nicht.

Das dritte Beispiel einer Gruppe, welche ein Molekül geringerer Stabilität, d. h., niedrigerer Aktivierungsenergie mit einem Element der Gruppe VI bildet, ist die Cycloallylgruppe. Das Molekül, das die Cycloallylgruppe enthält, wird durch das Vorhandensein der Allylgruppe sowie durch die Destabilisierungswirkung der Ringspannung destabilisiert.

Die Cycloallyl-Ringmoleküle haben folgenden allgemeinen Aufbau:

Hierin kann Y Wasserstoff oder eine andere organische Gruppe sein.

Beispiele von organischen Tellurverbindungen mit niedriger Aktivierungsenergie sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben. Wie oben bei den allgemeinen Betrachtungen erwähnt, ist es nur erforderlich, daß eine einzige destabilisierende freie Radikalgruppe in der organischen Tellurverbindung enthalten ist. Die organische Tellurverbindung Methyl-Benzyltellurid (CH₃)Te(CH₂)C₆H₅ hat daher fast dieselbe Stabilität und somit nahezu dieselbe Aktivierungsenergie wie Dibenzyltellurid. Andere Überlegungen können für die Verwendung bestimmter der genannten Stoffe ausschlaggebend sein. Beispielsweise hat Methyl-Benzyltellurid einen höheren Dampfdruck als Dibenzyltellurid.

Dadurch, daß als Spender für das Element der Gruppe VI eine organische Verbindung ausgewählt wird, welche mindestens eine organische Gruppe enthält, welche von sekundären oder tertiären Alkylen oder einem Allylradikal oder einem Cycloallylradikal oder einem Benzylradikal gebildet ist, erreicht man einen erhöhten Zerlegungswirkungsgrad der organischen Verbindung des Elementes der Gruppe VI bei niedrigeren Reaktionstemperaturen. Aufgrund des erhöhten Zerlegungswirkungsgrades der organischen Verbindung des Elementes der Gruppe VI werden darüber hinaus größere Wachstumsgeschwindigkeiten der Materialien der Gruppe II-VI bei niedrigeren Kosten erreicht, was auf einer besseren Ausnützung der reagierenden Stoffe beruht. Da weiterhin das Kristallwachstum bei niedrigeren Züchtungstemperaturen stattfindet, erniedrigt sich die Menge von Quecksilber, die beim Aufwachsenlassen von Quecksilbertellurid oder Quecksilber-Cadmiumtellurid benötigt wird. Dies ermöglicht eine Steuerung und Verminderung der Quecksilber-Fehlstellenkonzentration und damit der Löcherkonzentration. Auch wird die Menge des während des Verfahrens anfallenden giftigen Quecksilber-Abfallproduktes verringert.

Tabelle

Claims

1. Verfahren zur Erzeugung einer Schicht mit einem Element der Gruppe VI des periodischen Systems auf einem Substrat, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strom einer organischen Verbindung des Elementes der Gruppe VI des periodischen Systems auf das Substrat hingeleitet wird, wobei diese organische Verbindung mindestens eine organische Stoffgruppe mit einer Aktivierungsenergie zur Bildung eines freien Radikals während der Abspaltung dieser Stoffgruppe von dem Element der Gruppe VI des periodischen Systems hat, welche niedriger ist als die Aktivierungsenergie von primären Alkylen des betreffenden Elementes der Gruppe VI.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die niedrigere Aktivierungsenergie der organischen Verbindung durch Delokalisierung der ungepaarten Elektronenladung über dem Molekül der ausgewählten organischen Gruppe entsteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Gruppe der organischen Verbindung des Elementes der Gruppe VI des periodischen Systems entweder eine Allylgruppe oder eine Benzylgruppe oder eine Cycloallylgruppe ist, welche mit dem Element der Gruppe VI des periodischen Systems jeweils verbunden sind.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Element der Gruppe VI des periodischen Systems Tellur ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auch ein Strom mit mindestens einem Element der Gruppe II des periodischen Systems auf das Substrat hingeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht mit Elementen der Gruppe II und VI des periodischen Systems gebildet wird, indem der Strom mindestens einer ein Element der Gruppe II des periodischen Systems enthaltenden Verbindung sowie der Strom einer organischen Verbindung mit einem Element der Gruppe VI über das Substrat geleitet werden, wobei diese organische Verbindung eine Allylgruppe oder ein Benzylgruppe oder ein Cycloallylgruppe enthält, die an das Element der Gruppe VI des periodischen Systems gebunden ist und eine chemische Reaktion der Dampfströme zur Bildung der Schicht herbeigeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Verbindung mit einem Element der Gruppe II enthaltende Strom von einem Dampfstrom einer metallorganischen Verbindung des Elementes der Gruppe II des periodischen Systems gebildet ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Verbindung des Elementes der Gruppe VI des periodischen Systems entweder X-Benzyltellurid oder X-(2-Propen-1-yl)Tellurid oder x-(2-Cyclopropen-1-yl)Tellurid ist, worin X Wasserstoff oder eine organische Gruppe ist, welche oder welche nicht dieselbe ist wie diejenige organische Gruppe, die an das Telluratom gebunden ist.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt des Hinleitens eines Stromes eines Metalls der Gruppe II des periodischen Systems auf das Substrat, wobei eine chemische Reaktion des Metalldampfstroms des Elementes der Gruppe II mit der metallorganischen Verbindung mit dem Element der Gruppe II und der organischen Verbindung mit dem Element der Gruppe VI des periodischen Systems stattfindet.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der metallorganische Dampfstrom mit dem Element der Gruppe II des periodischen Systems Dimethylcadmium enthält und daß die organische Verbindung mit dem Element der Gruppe VI des periodischen Systems X-Benzyltellurid oder X-(2-Propen-1-yl)Tellurid oder X-(2-Cyclopropen-1-yl)Tellurid enthält, worin X Wasserstoff oder eine andere organische Gruppe ist, welche oder welche nicht dieselbe Gruppe ist, welche an das Telluratom gebunden ist, und wobei schließlich das Metall der Gruppe II des periodischen Systems in Form eines Quecksilberdampfstroms zugeführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion der Dämpfe in einem Temperaturbereich von 120°C bis 400°C stattfindet.

12. Verfahren nach Anspruch 8 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion der Dämpfe in einem Temperaturbereich von 150°C bis 300°C stattfindet.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion der Dämpfe in einem Temperaturbereich von 160°C bis 220°C stattfindet.