DE69024246T2 - Verfahren zur Herstellung einer Dünnschichthalbleiterlegierung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Dünnschichthalbleiterlegierung

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbindungshalbleiterdünnfilms aus der Gruppe III-V durch chemisches Aufdampfen metallorganischer Verbindungen (MOCVD), insbesondere ein Verfahren zum Wachsenlassen einer GaAs-Schicht oder AlGaAs-Schicht vom p-Typ.
  • Das MOCVD-Verfahren wird in großem Umfang zum Aufwachsen bzw. Züchten eines Verbindungshalbleiterfilms aus der Gruppe III-V durchgeführt. Ist bei der Herstellung des Verbindungshalbleiterfilms das Zufuhrverhältnis Elementmaterial aus der Gruppe V/Elementmaterial aus der Gruppe III, d.h. das Verhältnis V/III, niedrig, wird unter gleichzeitiger Verminderung der Filmwachstumsrate die Oberflächenmorphologie geschädigt. Um diesen Schwierigkeiten zu begegnen, war es bislang üblich, das Verhältnis V/III hoch genug einzustellen, um eine Beeinträchtigung bzw. Beschädigung der Oberflächenmorphologie zu verhindern. Folglich war bislang der Ausnutzungsgrad des Materials der Gruppe V sehr gering. Bekanntlich wird der Werkstoff bzw. das Material der Gruppe V thermisch zersetzt, um den Ausnutzungsgrad des Werkstoffs bzw. Materials der Gruppe V zu verbessern. Bei diesem Verfahren kann man jedoch kein qualitativ hochwertiges epitaxiales Wachstum des Verbindungshalbleiters der Gruppe III-V erreichen, weswegen es für die Praxis ungeeignet ist.
  • Üblicherweise wurde als Dotiermittel vom p-Typ für Verbindungshalbleiter der Gruppe III-V Be, Zn, Mg oder cd verwendet. Berylhum ermöglicht sicherlich eine Dotierung in hoher Konzentration, es ist jedoch stark giftig. Andererseits zeigt jedes der Elemente Zn, Mg und Cd einen hohen Dampfdruck und unter hohen Wachstumstemperaturen einen geringen Dotierwirkungsgrad. Darüber hinaus kann jedes dieser Elemente an der Wand von Rohrleitungen adsorbiert werden. Schließlich neigen die betreffenden Elemente dazu, einen Memoryeffekt zu zeigen, und zwar dergestalt, daß sich die Aufnahme des gasförmigen Rohmaterials verzögert. Dies führt zum Unvermögen, abrupte bzw. steile Dotiermittelprofile zu erhalten.
  • Als Akzeptor bei einem Verbindungshalbleiter der Gruppe III- V verwendeter Kohlenstoff weist bekanntlich gute elektrische Eigenschaften auf. Es gibt jedoch bislang nur einige wenige Berichte betreffend ein Dotiermaterial mit der Fähigkeit zur Gewährleistung einer Kohlenstoffdotierung bei dem MOCVD-Verfahren. Unter diesen Umständen bereitet die Herstellung einer GaAs- oder AlGaAs-Schicht vom p-Typ mit hoher Trägerkonzentration nach dem MOCVD-Verfahren große Schwierigkeiten.
  • Als Verfahren zum Erreichen einer Kohlenstoffdotierung ohne Verwendung eines neuen Dotiermaterials wurde vorgeschlagen, in der Wachstumsstufe einer GaAs-Schicht im Rahmen des MOCVD-Verfahrens abwechselnd gasförmiges Trimethylgallium (TMG) und gasförmiges Arsen (AsH&sub3;) zuzuführen. Bei diesem Verfahren ist jedoch beispielsweise ein in das Gaszufuhrsystem eingebautes Ventil hohen Belastungen ausgesetzt, da häufig auf die Zufuhr der beiden verschiedenen Gase umzuschalten ist. Weiterhin muß beim Umschalten der Gaszufuhr der Reaktionsofen genügend evakuiert werden. Mit anderen Worten gesagt, bedarf es einer langen Gasumschaltzeit, was zu einer niedrigen Wachstumsrate eines Dünnfilms führt.
  • Nochmals gesagt, stellt Kohlenstoff ein in einem GaAs- oder AlGaAs-Halbleiter verwendetes wirksames Fremdatom vom p-Typ dar. Bislang wurde jedoch noch kein geeignetes Dotiermate rial zur Gewährleistung einer Kohlenstoffdotierung im Rahmen des MOCVD-Verfahrens aufgefunden. Andererseits erfordert das Verfahren zum Wachsenlassen einer GaAs-Schicht vom p-Typ durch abwechselnde Zufuhr von TMG- und AsH&sub3;-Gas ein häufiges Umschalten der Gaszufuhr, wodurch die Vorrichtung starken Belastungen ausgesetzt ist und die GaAs-Schicht nur mit niedriger Wachstumsrate wächst. Unter diesen Umständen bereitet die Herstellung einer GaAs- oder AlGaAs-Schicht vom p-Typ hoher Trägerkonzentration nach dem MOCVD-Verfahren große Schwierigkeiten.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines Verbindungshalbleiterdünnfilms nach dem MOCVD-Verfahren, welches die Dotierung des wachsenden Films mit Kohlenstoff in hoher Konzentration und hoher Steuerbarkeit gestattet.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines Verbindungshalbleiterdünnfilms ohne große Belastung der Produktionsanlage und Verminderung der Filmwachstumsrate.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung eines dünnen Halbleiterfilms einer Verbindung vom p-Typ mit einem Element der Gruppe III, nämlich Ga und/oder Al, und einem Element der Gruppe V, nämlich As, auf einem Substrat durch chemisches Aufdampfen metallorganischer Verbindungen, umfassend folgende Stufen:
  • Wahl einer alkylierten Verbindung mit einer Methylgruppe als gasförmiges Rohmaterial für die Verbindung des Elements der Gruppe III;
  • Wahl einer hydrierten Verbindung als gasförmiges Rohmaterial für die Verbindung des Elements der Gruppe V und Einführen der gasförmigen Rohmaterialien in einen Reaktor zum epitaxialen Wachsenlassen des Films auf dem Substrat;
  • das dadurch gekennzeichnet ist, daß zum Wachsenlassen des Films auf dem in dem Reaktor befindlichen Substrat das Molverhältnis (V/III) der Zufuhrrate für das Element der Gruppe V zur Zufuhrrate des Elements der Gruppe III auf einen Wert im Bereich zwischen 0,3 und 2,5 eingestellt wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung einer GaAs- oder AlGaAs-Schicht vom p-Typ einer hohen Trägerkonzentration in der Größenordnung von 1 x 10¹&sup8; bis 1 x 10²&sup0; cm&supmin;³ ohne Verwendung eines neuen Dotiermaterials. Genauer gesagt, gestattet die vorliegende Erfindung die Dotierung eines nach dem MOCVD-Verfahren aufwachsenden Dünnfilms mit hoher Konzentration an Kohlenstoff. Darüber hinaus läßt sich die Kohlenstoffdotierung genau steuern. Weiter kommt es erfindungsgemäß weder zu einer erhöhen Belastung der Produktionsanlage noch zu einer Verlangsamung der Filmbildungsrate. Daraus folgt, daß sich das erfindungsgemäße Verfahren in höchst wirksamer Weise zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit einer GaAs- oder AlGaAs-Schicht vom p-Typ mit hoher Trägerkonzentration eignet.
  • Diese Erfindung läßt sich anhand der folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen besser verstehen. In den Zeichnungen zeigen:
  • Fig. 1 einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kristall mit pn-Übergang;
  • Fig. 2 ein Trägerkonzentrationsprofil des in Fig. 1 dargestellten Kristalls;
  • Fig. 3 in schematischer Weise den Aufbau einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten MOCVD-Vorrichtung;
  • Fig. 4 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Filmwachstumstemperatur und der Lochkonzentration bei nach dem erfindungsgemäßen Verfahren unter verschiedenen Molverhältnissen V/III hergestellten Dünnfilmen;
  • Fig. 5 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Filmwachstumstemperatur und der Filmwachstumsrate bei nach dem erfindungsgemäßen Verfahren unter verschiedenen Molverhältnissen V/III hergestellten Dünnfilmen;
  • Fig. 6 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Filmwachstumstemperatur und der Lochkonzentration bei unter verschiedenen Temperaturbedingungen gewachsenen Dünnfilmen;
  • Fig. 7 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Filmwachstumstemperatur, dem Molverhältnis V/III und der Oberflächenmorphologie eines Dünnfilms;
  • Fig. 8A, 8B, 9 und 10 Querschnittsdarstellungen von verschiedenen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Halbleitervorrichtungen und
  • Fig. 11 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Filmwachstumsdruck und der Lochkonzentration eines Dünnfilms.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht das Wachsen eines Verbindungshalbleiterdünnfilms vom p-Typ hoher Trägerkonzentration nach dem MOCVD-Verfahren ohne Verwendung eines neuen Dotiermaterials. Erfindungsgemäß wird zur Lösung der anstehenden Aufgabe das gasförmige Rohmaterial in geeigneter Weise ausgewählt. Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Dünnfilm enthält als Element der Gruppe III Ga und/oder Al und als Element der Gruppe V As. Der Dünnfilm wird durch epitaxiales Wachstum unter Verwendung einer alkylierten Verbindung mit einer Methylgruppe als gasförmiges Ausgangsmaterial des Elements der Gruppe III und einer Hydridverbindung als gasförmiges Rohmaterial des Elements der Gruppe V hergestellt.
  • Erfindungsgemäß wird das Molverhältnis (V/III) der Zufuhrrate des Elements der Gruppe V zur Zufuhrrate des Elements der Gruppe III derart eingestellt, daß es in einen Bereich zwischen einer ersten Bedingung, in der das Verhältnis V/III kleiner ist als 1 und ein Wachstum eines Dünnfilms mit nicht-spiegelartiger Oberfläche stattfindet, und einer zweiten Bedingung, in der das betreffende Verhältnis größer ist als 1 und das Wachstum eines Dünnfilms mit nicht-spiegelartiger Oberfläche stattfindet, fällt, um für ein Wachstum des Dünnfilms mit spiegelartiger Oberfläche zu sorgen. Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, daß die Wachstumsrate des Dünnfilms durch die Zufuhrrate der Hydridverbindung des Elements der Gruppe V gesteuert wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird als alkylierte Verbindung des Elements der Gruppe III Trimethylgallium (TMG) und/oder Trimethylaluminium (TMA) verwendet. Andererseits wird als Hydridverbindung des Elements der Gruppe V Arsin (AsH&sub3;) verwendet. Zweckmäßigerweise wird das Molverhältnis As/Element der Gruppe III, d.h. das Verhältnis V/III, auf 0,3 bis 2,5 eingestellt. Ferner sollte zweckmäßigerweise der Dünnfilm bei Temperaturen von 450 - 700ºC und Drucken von 1,3 - 533 kPa (1 - 400 Torr) wachsengelassen werden.
  • Bei dem üblichen Verfahren zur Züchtung eines GaAs- oder AlGaAs-Dünnfilms unter Verwendung von TMG, TMA und AsH&sub3; als gasförmige Rohmaterialien werden das Verhältnis V/III auf 20 bis 150 eingestellt und das Substrat auf 600 - 800ºC erwärmt. Da die Verbindung des Elements der Gruppe V, d.h. die Verbindung der Gruppe V, im Vergleich zur Menge der Verbindung des Elements der Gruppe III, d.h. der Verbindung der Gruppe III, in sehr großer Menge zugeführt wird, wird die Dünnfilm-Wachstumsrate durch die Zufuhrrate der Verbindung der Gruppe V nicht beeinträchtigt, und sie ist lediglich zur Zufuhrrate der Verbindung der Gruppe III proportional. Wenn das Verhältnis V/III im Rahmen des bekannten Verfahrens unter 20 liegt, wird die Oberflächenmorphologie des gewachsenen Dünnfilms beeinträchtigt bzw. geschädigt.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben gefunden, daß dann, wenn die metallorganische Verbindung eine Methylgruppe aufweist, eine das Wachstum von Kristallen vollständig spiegelartiger glatter Oberfläche gestattende Bedingung lokal unter die Bedingungen fällt, unter denen das Verhältnis V/III gering ist und damit die Oberflächenmorphologie beeinträchtigt bzw. schädigt. Es hat sich gezeigt, daß bei geringem Verhältnis V/III der Kohlenstoffeinbau in den wachsenden Dünnfilm steigt, obwohl die Oberflächenmorphologie des wachsenden Dünnfilms sicherlich geschädigt bzw. beeinträchtigt wird. Wenn das Verhältnis V/III nur 2,5 oder weniger beträgt, sinkt die Beeinträchtigung bzw. Schädigung der Oberflächenmorphologie unter rascher Steigerung des Kohlenstoffeinbaus in den wachsenden Dünnfilm. Im Falle eines geringen Verhältnisses V/III wird die Filmwachstumsrate proportional der Zufuhrrate der Verbindung der Gruppe V gemacht. Es hat sich auch gezeigt, daß bei einer Senkung der Substrattemperatur auf einen Wert im Bereich zwischen 450 und 650ºC und einem Verhältnis V/III im Bereich zwischen 0,3 und 2,5 der Kohlenstoffeinbau in den wachsenden Film rasch steigt. Dadurch kann man im Bereich zwischen 1 x 10¹&sup8; cm&supmin;³ und 1 x 10²&sup0; cm&supmin;³ eine genaue Steuerung der Lochkonzentration erreichen.
  • Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird TMG oder TMA unter Bildung eines Verbindungshalbleiterdünnfilms mit Ga oder Al zersetzt. Es sei darauf hingewiesen, daß die Konzentration der Reaktionsspezies, d.h. von mit einer Methylgruppe oder einer Gruppe -CHx (x = 0 bis 2) gekoppeltem Ga oder Al auf der Oberfläche des Substrats, auf der ein Dünnfilm gebildet werden soll, hoch ist, so daß der Kohlenstoffeinbau in den Dünnfilm erleichtert wird. Die in den Dünnfilm eingebauten bzw. eingeführten Kohlenstoffatome bilden ein Akzeptorniveau. Man kann die Trägerkonzentration in der GaAs- und/oder AlGaAs-Schicht vom p-Typ mit hoher Reproduzierbarkeit steuern, indem man in geeigneter Weise das Molverhältnis AsH&sub3;/TMG und/oder TMA in dem wachsenden Film und die Filmwachstumstemperatur wählt. Erfindungsgemäß wird das Filmaufwachs- oder -züchtungsverfahren kontinuierlich durchgeführt. Mit anderen Worten gesagt, braucht das in der Vorrichtung befindliche Ventil während des Filmwachstums nicht geöffnet oder geschlossen zu werden. Zwangsläufig brauchen keine Störungen des Ventils befürchtet werden. Weiterhin wird erfindungsgemäß kein neues Dotiermittelmaterial verwendet, so daß auch der Memoryeffekt ausgeschaltet werden kann. Somit gibt es auch keine nachteiligen Auswirkungen auf später gebildete weitere Filme. Somit ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, ein für die Herstellung von Halbleitervorrichtungen in hohem Maße vorteilhaftes steiles Dotierprofil zu erreichen.
  • Nochmals gesagt, gestattet das erfindungsgemäße Verfahren die Überwindung der dem üblichen MOCVD-Verfahren eigenen Nachteile, und es ermöglicht die Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit einer GaAs- oder AlGaAs-Schicht vom p-Typ mit hoher Trägerkonzentration. Es sei auch noch darauf hingewiesen, daß die Verteilung der Trägerkonzentration in der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewachsenen Verbindungshalbleiterschicht vom p-Typ steil ist, so daß die gebildete Halbleitervorrichung akzeptable Eigenschaften erhält.
  • Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
  • Beisdiel 1
  • Durch epitaktisches Wachstum unter Verwendung von TMG, d.h. eines Materials eines Elements der Gruppe III, und AsH&sub3;, d.h. eines Materials eines Elements der Gruppe V, als gasförmige Rohmaterialien wurde ein GaAs-Film hergestellt. Der GaAs-Film wurde bei 620ºC und einer Gasströmungsgeschwindigkeit von 60 cm/min oder mehr wachsengelassen. Das TMG-Gas und das AsH&sub3;-Gas wurden in Mengen von 3 x 10&supmin;&sup6; Mol/min bis 1,8 x 10&supmin;&sup5; Mol/min bzw. 4 x 10&supmin;&sup6; Mol/min bis 8 x 10&supmin;&sup5; Mol/min zugeführt. Das Verhältnis V/III fiel in den Bereich zwischen 0,5 und 4. Lag das Verhältnis V/III unter 0,5, lagerte sich auf der Oberfläche des gebildeten GaAs-Films metallisches Ga ab. Überstieg das Verhältnis V/III den Wert 4, war in dem gebildeten GaAs-Film eine Beeinträchtigung der Oberflächenmorphologie feststellbar. Es zeigte sich, daß die Filmwachstumsrate 1 um/h bis 5 um/h betrug. Ferner zeigte es sich, daß bei sämtlichen Prüflingen der gewachsene GaAs-Film eine Leitfähigkeit vom p-Typ zeigte. Schließlich hat es sich noch gezeigt, daß die Trägerkonzentration mit abnehmendem Verhältnis V/III stieg. Die nach der Van der Pauw-Methode bestimmte Trägerkonzentration vom p-Typ betrug 1 x 10¹&sup9; cm&supmin;³ bis 1 x 10²&sup0; cm&supmin;³. Die Fremdatomkonzentration wurde mittels Sekundärionenmassenspektroskopie (SIMS) bestimmt. Hierbei wurde gefunden, daß die Kohlenstoffkonzentration mit der Trägerkonzentration im wesentlichen identisch war. Die Änderung in der Gitterkonstante betrug in diesem Falle 0,02% oder weniger. Dies war 1/5 oder weniger des im Falle eines Be-Zusatzes zur Bildung praktisch derselben Trägermenge ermittelten Werts. Weiterhin wurde das Profil der Kohlenstoffkonzentration überprüft. Hierbei zeigte es sich, daß die Kohlenstoffkonzentration innerhalb eines Bereichs unterhalb der Auflösung von 30 nm eine steile Änderung vom Wert 5 x 10¹&sup9; cm&supmin;³ auf den nachweisbaren niedrigsten Wert von 10¹&sup7; cm&supmin;³ oder weniger zeigte.
  • Die Oberflächenmorphologie wurde wieder besser, wenn das Verhältnis V/III in den gasförmigen Rohmaterialien 10 oder mehr betrug. In diesem Falle war jedoch eine große Zahl von Oberflächenunebenheiten in der Größenordnung von zehn bis Hunderttausenden von Oberflächenunebenheiten pro cm² feststellbar. Wurde andererseits das Verhältnis V/III auf einen kleinen Wert eingestellt, um das erfindungsgemäße spiegelartige Wachstum zu ermöglichen, lag die Oberflächenunebenheitskonzentration unter 10 000/cm². Diese war praktisch vernachlässigbar.
  • Wurde als Rohmaterial der Gruppe III anstelle von TMG Triethylgallium (TEG) verwendet, lagerte sich auf dem wachsenden GaAs-Film bei einem Verhältnis V/III von 4 oder weniger rasch metallisches Ga ab.
  • Beispiel 2
  • Unter Verwendung von TMA und TMG (Materialien von Elementen der Gruppe III) und AsH&sub3; (Material eines Elements der Gruppe V) als gasförmigen Rohmaterialien wurde durch epitaxiales Wachstum ein AlGaAs-Film hergestellt. Der AlGaAs-Film wurde bei 560 - 620ºC bei einer Gasströmungsgeschwindigkeit von 60 cm/min oder mehr wachsengelassen. Das AsH&sub3;-Gas wurde mit einer Rate von 1 x 10&supmin;&sup6; Mol/min bis 4 x 10&supmin;&sup5; Mol/min zugeführt. Andererseits wurden TMA und TMG in Mengen von 1 x 10&supmin;&sup6; Mol/min bis 4 x 10&supmin;&sup5; Mol/min bzw. 3 x 10&supmin;&sup6; Mol/min bis 1,8 x 10&supmin;&sup5; Mol/min zugeführt. Das Verhältnis V/III fiel in den Bereich zwischen 0,8 und 2. Lag das Verhältnis V/III unter 0,8, war die Oberflächenmorphologie des gebildeten AlGaAs-Films geschädigt. Weiterhin lagerte sich auf der Oberfläche (des gebildeten AlGaAs-Films) Metall der Gruppe III ab. Lag das Verhältnis V/III über 2, war in dem gebildeten AlGaAs-Film eine Schädigung der Oberflächenmorphologie feststellbar. Es hat sich gezeigt, daß die Filmwachstumsgeschwindigkeit 1 um/h bis 5 um/h betrug. Der gewachsenen AlGaAs-Film besaß bei sämtlichen Prüflingen eine Leitfähigkeit vom p-Typ. Es hat sich ferner gezeigt, daß die Trägerkonzentration mit abnehmendem Verhältnis V/III stieg. Die nach der Van der Pauw-Methode bestimmte Trägerkonzentration vom p-Typ betrug 1 x 10¹&sup9; cm&supmin;³ bis 5 x 10²&sup0; cm&supmin;³. Ferner wurde die Fremdatomkonzentration durch Sekundärionenmassenspektroskopie bestimmt. Das Ergebnis hiervon war, daß die Kohlenstoffkonzentration mit der Trägerkonzentration praktisch identisch war. Wurde das Verhältnis V/III auf einen konstanten Wert eingestellt, zeigte es sich, daß ein höherer Al-Gehalt des gewachsenen Verbindungshalbleiterfilms zu einer höheren Kohlenstoffkonzentration und höheren Trägerkonzentration führte. Weiterhin wurde das Profil der Kohlenstoffkonzentration untersucht. Hierbei wurde gefunden, daß die Kohlenstoffkonzentration innerhalb eines Bereichs unter der Auflösung von 30 nm eine steile Änderung vom Wert 5 x 10¹&sup9; cm&supmin;³ bis zum nachweisbaren niedrigsten Wert von 10¹&sup7; cm&supmin;³ oder weniger erfuhr.
  • Die Oberflächenmorphologie wurde wieder besser, wenn das Verhältnis V/III der gasförmigen Rohmaterialien 10 oder mehr betrug. In diesem Falle war jedoch eine große Zahl von Oberflächenunebenheiten in der Größenordnung von zehn bis Hunderttausenden von Oberflächenunebenheiten pro cm² feststellbar. Wurde andererseits das Verhältnis V/III auf einen kleinen Wert eingestellt, um das erfindungsgemäße spiegelartige Wachstum zu ermöglichen, lag die Oberflächenunebenheitskonzentration unter 10 000/cm². Diese war praktisch vernachlässigbar.
  • Beispiel 3
  • Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wurde ein Verbindungshalbleiterkristall mit p-n-Übergang (vgl. Fig. 1) hergestellt. In der ersten Stufe wurde nach der in Beispiel 2 beschriebenen epitaxialen Wachstumsmethode in der Gasphase unter Verwendung von TMG, TMA und AsH&sub3; als gasförmige Rohmaterialien auf der Oberfläche eines GaAs(100)-Substrats 1 vom p-Typ eine AlGaAs-Schicht 2 vom p-Typ mit einer Trägerkonzentration vom p-Typ von 2 x 10¹&sup9; cm&supmin;³ in einer Dicke von 900 nm wachsengelassen. Danach wurde auf der Oberfläche der AlGaAs-Schicht 2 vom p-Typ unter Verwendung von Triethylgallium (TEG), Triethylaluminium (TEA), AsH&sub3; und Silan (SiH&sub4;) als gasförmige Rohmaterialien ein AlGaAs-Schicht 3 vom n-Typ mit einer Trägerkonzentration vom n-Typ von 1 x 10¹&sup8; cm&supmin;³ in einer Dicke von 350 nm wachsengelassen.
  • Figur 2 zeigt das Trägerkonzentrationsprofil des hierbei gebildeten Kristalls mit p-n-Übergang. Die Änderung in der Trägerkonzentration über den p-n-Übergang wurde innerhalb eines Bereichs unterhalb der Auflösung von 10 nm erreicht. Dies ist darauf zurückzuführen, daß es der geringe Diffusionskoeffizient von Kohlenstoff ermöglicht, daß sich bei dieser Ausführungsform die Lage des p-n-Übergangs im wesentlichen mit der Heteroübergangsgrenzfläche von AlxGa1-xAs/AlyGa1-yAs (0 < x; y < 1; x &ne; y) überlappt. Zu Vergleichszwecken wurde zur Herstellung eines Kristalls mit p-n-Übergang entsprechend Fig. 2 durch Zusatz von Mg oder Zn zu der AlGaAs-Schicht 2 vom p-Typ eine Schicht vom n-Typ gebildet. In diesem Falle erforderte die Änderung in der Trägerkonzentration über den p-n-Übergang mindestens 20 nm.
  • In Beispiel 3 wurden zum Wachsenlassen der AlGaAs-Schicht 2 vom p-Typ gemeinsam TMG und TMA verwendet. Erfindungsgemäß kann man jedoch anstelle der Kombination TMG und TMA auch die Kombination TMG und TEA oder TEG und TMA benutzen. Es ist wichtig darauf hinzuweisen, daß das Kristallwachstum zur Bildung einer guten Verbindungshalbleiterschicht vom n-Typ mit einem hohen Maß an Steuerbarkeit bei einem Verhältnis V/III oberhalb des Werts, bei dem die Oberflächenmorphologie geschädigt wird, stattfinden soll, und zwar unabhängig davon, welche Kombination von Verbindungen von Elementen der Gruppe III (vgl. oben) eingesetzt wird.
  • In Beispiel 3 wurde der p-n-Übergang an der Heteroübergangsgrenzfläche von AlxGa1-xAs/AlyGa1-yAs (0 < x; y < 1; x &ne; y) gebildet. Man kann jedoch auch an der Homoübergangsgrenzfläche der GaAs/GaAs-Struktur oder an der Homoübergangsgrenzfläche der AlGaAs/AlGaAs-Struktur einen akzeptablen p-n- Übergang bilden. Offensichtlich läßt sich darüber hinaus die technische Idee der vorliegenden Erfindung auch auf die Bildung einer Verbindungshalbleiterschicht vom p-Typ mit Ga und/oder Al als Element der Gruppe III und As als Element der Gruppe V übertragen.
  • Figur 3 zeigt schematisch die Bauweise einer in den nachfolgend beschriebenen Beispielen 4 bis 7 verwendeten MOCVD-Vorrichtung. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, enthält die Vorrichtung ein Reaktionsgefäß 11. In dem Reaktionsgefäß 11 befindet sich ein auf einer Drehachse 12 gelagerter Halter 13 aus Graphit. Auf dem Halter 13 befindet sich ein Einkristall eines GaAs-Substrats 14. Der Halter 13 wird mit Hilfe einer Hochfrequenzspule 15 erwärmt, um das Substrat 14 auf einer hohen vorgegebenen Temperatur zu halten.
  • Einer Gasleitung 18 wird ein Trägergas (gasförmiger H&sub2;) zu geführt. Das Trägergas wird ferner über Durchflußregler 41, 42, 43 in Waschflaschen 31, 32, 33 mit darin befindlichen alkylierten Verbindungen mit einer Methylgruppe, d.h. TMG, TMA und Trimethylindium (TMI) geleitet. Diese Waschflaschen werden mit konstante Temperatur aufweisenden Bädern 21, 22, 23 auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten. Das durch die Waschflaschen geleitete Gas wird mit dem durch die Gasleitung 18 strömenden Trägergas gemischt und dann über einen Gaseinlaß 16 am oberen Ende des Reaktionsgefäßes 11 in das Reaktionsgefäß 11 eingeleitet. Das im Reaktionsgefäß befindliche Gas wird durch eine an eine unter hydraulischem Druck arbeitende Pumpe 46 angeschlossene Gasauslaßleitung 17 ausgetragen. Weiterhin ist in der Gasauslaßleitung 17 ein Nadelventil 47 vorgesehen.
  • Andererseits werden hydrierte Verbindungen, wie AsH&sub3; und SiH&sub4; über Durchflußregler 44 bzw. 45 in die Gasleitung 18 eingeleitet. Wenn das mit TMG- und TMA-Dämpfen und mit dem gasförmigen AsH&sub3; gemischte Trägergas in das Reaktionsgefäß 11 eingeführt wird, werden die gasförmigen Rohmaterialien auf dem Substrat 14 unter Wachsen einer GaAs- und AlGaAs- Schicht thermisch zersetzt.
  • Beispiel 4
  • Unter Benutzung der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung wurde ein epitaxiales Wachstum durchgeführt. Als Trägergas diente gasförmiger H&sub2;. Das Trägergas wurde darüber hinaus in einer Menge von 5 l in das Reaktionsgefäß einströmen gelassen. Der Druck im Reaktionsgefäß wurde auf 93 kPa (70 Torr) eingestellt. Weiterhin wurde gasförmiger Wasserstoff mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 15 sccm in die TMG-Waschflaschen 31 geleitet. Durch Ändern der Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen AsH&sub3; wurde auf dem GaAs-Substrat 14 ein GaAs-Film einer Dicke von 1 um wachsengelassen. In diesem Beispiel wurde das Molverhältnis R von AsH&sub3;/TMG auf einen so kleinen Wert eingestellt, daß die Filmwachstumsrate lediglich zur Zufuhrrate von AsH&sub3;, d.h. der Verbindung des Elements der Gruppe V, proportional war.
  • Es zeigte sich, daß die Leitfähigkeit des hierbei erhaltenen dünnen Films vom p-Typ war. Ferner wurden Änderungen in der Lochkonzentration relativ zur Änderung in der Kristallwachstumstemperatur zwischen 450ºC und 650ºC und zur Änderung im Molverhältnis R AsH&sub3;/TMG im Bereich zwischen 0,3 und 2,5 gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 4 dargestellt. Es zeigt sich, daß sich die Lochkonzentration im Bereich zwischen 1 x 10¹&sup8; und 8 x 10¹&sup9; cm&supmin;³ fortlaufend ändert. Bei Betrachtung mit Hilfe eines Interferenzmikroskops zeigte es sich, daß die Oberfläche des gewachsenen Kristalls so glatt wie eine Spiegelfläche war. Figur 5 zeigt die Beziehung zwischen der Filmwachstumsrate und der Temperatur für Fälle, in denen das Molverhältnis R AsH&sub3;/TMG auf 1,1, 1,5, 2,1 bzw. 2,5 eingestellt wurde. Wie aus der graphischen Darstellung hervorgeht, läßt sich die Filmwachstumsrate durch Einstellen der Filmwachstumstemperatur und des Verhältnisses R bestimmen. Dadurch wird es möglich, die Dicke des gebildeten Films zu steuern. Hinzu kommt, daß die in Fig. 4 und 5 dargestellten Versuchsergebnisse mit hoher Reproduzierbarkeit erhalten wurden.
  • Es wurde ein weiterer Versuch durchgeführt, um einen dünnen AlGaAs-Film vom p-Typ mit spiegelartiger glatter Oberfläche herzustellen. Hierbei wurden zusammen mit dem TMG-Gas gasförmiger Wasserstoff und verdünntes TMA-Gas in das Reaktionsgefäß eingeleitet. Es hat sich als möglich erwiesen, die Lochkonzentration mit hoher Reproduzierbarkeit innerhalb eines Bereichs von 1 x 10¹&sup8; bis 1 x 10²&sup0; cm&supmin;³ zu steuern, indem man in geeigneter Weise die Fumwachstumstemperatur und die AsH&sub3;-Strömungsrate regelt.
  • Eine Untersuchung der Beziehung zwischen dem Molverhältnis R und der Lochkonzentration erbrachte die in Fig. 6 dargestellten Ergebnisse. Wie aus der graphischen Darstellung von Fig. 6 hervorgeht, betrug die Trägerkonzentration nicht mehr als 1 x 10¹&sup5; cm&supmin;³, wenn - wie beim Stand der Technik - das Molverhältnis R 20 oder mehr betrug. Andererseits stieg die Trägerkonzentration deutlich an, wenn das Molverhältnis R 3 oder weniger betrug. Es sei darauf hingewiesen, daß sich die Trägerkonzentration noch weiter erhöhen läßt, wenn die Filmwachstumstemperatur Ts sinkt. In der Tat wurde die Beziehung zwischen der Trägerkonzentration und dem Molverhältnis R in einem Temperaturbereich zwischen 450 und 650ºC, in welchem ein gutes Kristallwachstum erreicht wird, untersucht. Eine Trägerkonzentration von 7 x 10¹&sup9; cm&supmin;³ wurde bei einer Filmwachstumstemperatur Ts von 520ºC und einem Molverhältnis R von 0,75 erreicht. Bei einer Filmwachstumstemperatur Ts von 650ºC und einem Molverhältnis R von 1,5 oder bei einer Filmwachstumstemperatur Ts von 550ºC und einem Molverhältnis R von 2,5 wurde eine Trägerkonzentration von 1 x 10¹&sup8; cm&supmin;³ erreicht.
  • Es wurde ein weiterer Versuch durchgeführt, bei dem TMG und TMA gleichzeitig in das Reaktionsgefäß eingeleitet wurden. Bei diesem Versuch wurden die Substrattemperatur auf 520ºC und das Mischungsverhältnis der TMG- und TMA-Gase (d.h. TMA/(TMG + TMA)) auf 0,2 eingestellt. Weiterhin betrug das Verhältnis V/III 0,8 oder weniger. Erhalten wurde ein Al0,07Ga0,93As-Kristall einer Lochkonzentration von 1 x 10²&sup0; cm&supmin;³. Dieser Versuch belegt, daß das Molverhältnis R auf einen Wert innerhalb eines Bereichs von 0,3 bis 2,5 eingestellt werden muß, damit man eine fur eine GaAs- oder AlGaAs-Schicht vom p-Typ in einer Halbleitervorrichtung erforderliche Trägerkonzentration von 1 x 10¹&sup8; bis 1 x 10²&sup0; cm&supmin;³ erreicht.
  • Figur 7 zeigt den Oberflächenzustand des gewachsenen Films in bezug auf die Filmwachstumsrate und das Molverhältnis V/III. Es hat sich gezeigt, daß die Oberflächenmorphologie in dem gewachsenen Film beeinträchtigt wird, wenn das Molverhältnis V/III weit von dem Bereich 0,3 bis 2,5 abweicht.
  • Die Minoritätsträgerlebensdauer einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgewachsenen GaAs-Schicht vom p-Typ wurde mit Hilfe einer zeitaufgelösten Photolumineszenzintensitätsmeßmethode bestimmt. Dabei wurde bei einer p-Typträgerkonzentration von 2 x 10¹&sup9; cm&supmin;³ ein Wert von 600 ps ermittelt. Dieser Wert entspricht im wesentlichen der Minoritätsträgerlebensdauer einer GaAs-Schicht vom p-Typ derselben Trägerkonzentration, die unter Verwendung eines Dotiermittels nach einem anderen Verfahren wachsengelassen worden war (vgl. hierzu beispielsweise H.C. Casey und M.B. Panish "Heterostructure Laser", S. 161, Academic Press, 1978). Dies belegt, daß ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewachsener Dünnfilm hervorragende Kristalleigenschaften aufweist.
  • Beispiel 5
  • Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden in Fig. 8A und 8B dargestellte Heterobipolartransistoren hergestellt. Der in Fig. 8A dargestellte Transistor umfaßt ein halbisolierendes GaAs-Substrat 60, eine nicht-dotierte GaAs-Pufferschicht 61, eine n&supmin;-GaAs-Kollektorschicht 62, eine p&spplus;-GaAs- Basisschicht 63, eine nicht-dotierte GaAs-Abstandschicht 64, eine n-Al0,3Ga0,7As-Emitterschicht 65, eine n&spplus;-GaAs-Schicht 66 und eine ohmsche n&spplus;-InGaAs-Kontaktschicht 67. Andererseits umfaßt der in Fig. 8B dargestellte Transistor ein halbisolierendes GaAs-Substrat 60, eine nicht-dotierte GaAs- Pufferschicht 61, eine n&supmin;-GaAs-Kollektorschicht 62, eine p&spplus;-AlxGa1-xAs (x = 0 bis 0,3)-Basisschicht 68, eine AlGaAs- Abstandschicht 69, eine n-Al0,3Ga0,7As-Emitterschicht 65, eine n&spplus;-GaAs-Schicht 66 und eine ohmsche n&spplus;-InGaAs-Kontaktschicht 67.
  • Bei der Herstellung des in Fig. 8A dargestellten Bipolar transistors wurden die Schichten 61, 62 und 64 bis 67 nach einem erfindungsgemäßen epitaxialen Wachstumsverfahren gebildet. Hierbei wurden die AsH&sub3;-Strömungsgeschwindigkeit auf 400 sccm und die Filmwachstumstemperatur auf 680ºC eingestellt. Andererseits wurde die p&spplus;-GaAs-Basisschicht 63 bei einer Filmwachstumstemperatur von 550ºC, einer Strömungsgeschwindigkeit des 10% H&sub2;-verdünnten AsH&sub3; von 10 sccm, einer H&sub2;-Strömungsgeschwindigkeit in die TMG-Waschflasche von 13,05 sccm und einem Molverhältnis R V/III von 1 hergestellt.
  • Bei der Herstellung des in Fig. 8B dargestellten bipolaren Transistors wurde die AlGaAs-Basisschicht 68 in bezug auf die Filmwachstumstemperatur, die AsH&sub3;-Strömungsgeschwindigkeit und die H&sub2;-Gasströmungsgeschwindigkeit in der TMG- Waschflasche in entsprechender Weise wie bei der Herstellung des in Fig. 8A dargestellten Transistors gebildet. Darüber hinaus wurde die H&sub2;-Gasströmungsgeschwindigkeit in der TMA- Waschflasche kontinuierlich geändert, damit die AlGaAs- Basisschicht 68 einen Zusammensetzungsgradienten erhält. Es zeigte sich, daß beide in den Fig. 8A und 8B dargestellten Heterobipolartransistoren akzeptable Gleichstromeigenschaften zeigten.
  • Beisdiel 6
  • Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wurde eine in Fig. 9 dargestellte Verbindungshalbleitervorrichtung hergestellt. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, umfaßt die Vorrichtung ein halbisolierendes GaAs-Substrat 70, eine nicht-dotierte GaAs- Pufferschicht 71, eine nicht-dotierte Al0,3Ga0,7As-Abstandschicht 72, eine p&spplus;-Al0,3Ga0,7As-Lochlieferschicht 73 und eine nicht-dotierte GaAs-Schicht 74. Die p&spplus;-Al0,3Ga0,7As- Lochlieferschicht 73 wurde unter den Bedingungen, daß das Molverhältnis AsH&sub3; zu den TMG- und TMA-Materialien der Gruppe III auf einen Wert im Bereich zwischen 1 und 2 und die Filmwachstumstemperatur auf einen Wert im Bereich von 550ºC bis 620ºC eingestellt wurden, gebildet. Die hierbei erhaltene Lochlieferschicht 73 zeigte eine gute spiegelartige glatte Oberfläche. Die erhaltene Verbindungshalbleitervorrichtung zeigt gute Gleichstromeigenschaften.
  • Wie die vorhergehenden Beispiele zeigen, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren duch MOCVD die Bildung einer GaAs- oder AlGaAs-Schicht vom p-Typ eines gewünschten Dotierprofils innerhalb einer Trägerkonzentration im Bereich von 1 x 10¹&sup8; bis 1 x 10²&sup0; cm&supmin;³. Festzustellen ist, daß sich das Dotierprofil erfindungsgemäß genau steuern läßt. Im Ergebnis ermöglicht somit das erfindungsgemäße Verfahren auf einfache Weise die Herstellung einer Haibleitervorrichtung mit einer eine hohe Trägerkonzentration erfordernden GaAs- oder AlGaAs-Schicht vom p-Typ. Woraufferner hingewiesen werden muß, ist, daß im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens die Schicht vom p-Typ kontinuierlich wachsengelassen werden kann. Dadurch kann man auf einen zum Umschalten der Gaszufuhr erforderlichen speziellen Ventilbetrieb verzichten. Demzufolge ist die Filmzüchtungsvorrichtung keinen speziellen Belastungen unterworfen. Weiterhin braucht kein zusätzliches Rohmaterial als Dotiermaterial vom p-Typ eingesetzt zu werden. Somit wird die Vorrichtung, insbesondere deren Leitungssystem, nicht mit Fremdatomen "verschmutzt", so daß ein Dünnfilm hoher Reinheit wachsen kann.
  • Beispiel 7
  • In diesem Beispiel wird ein Heterobipolartransistor der aus Fig. 10 ersichtlichen Bauweise hergestellt. Dieser enthält eine mit hoher Fremdatomkonzentration dotierte dünne Basisschicht vom p-Typ. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, umfaßt der Heterobipolartransistor eine nicht-dotierte GaAs-Pufferschicht 81, eine n&spplus;-GaAs-Kontaktschicht 82 mit einer Si-Konzentration von 4 x 10¹&sup8; cm&supmin;³, eine n-GaAs-Kollektorschicht 5 83 einer Si-Konzentration von 7 x 10¹&sup6; cm&supmin;³, eine p&spplus;-GaAs- Basisschicht 84 einer Lochkonzentration von 5 x 10¹&sup9; cm&supmin;³, eine n-In0,1Al0,36Ga0,54As-Emitterschicht 85 einer Si-Konzentration von 5 x 10¹&sup7; cm&supmin;³, eine n-Al0,3Ga0,7As-Emitterschicht 86 einer Si-Konzentration von 5 x 10¹&sup7; cm&supmin;³ und eine n&spplus;-GaAs-Kontaktschicht 87 einer Si-Konzentration von 4 x 10¹&sup8; cm&supmin;³. Diese Schichten 81 bis 87 wurden in der angegebenen Reihenfolge nach der MOCVD-Methode unter Verwendung von TMG, TMA, TMI, DMZ, AsH&sub3; und SiH&sub4; als gasformige Rohmaterialien auf der Oberfläche eines GaAs-Substrats 80 einer Kristallachsenrichtung von < 100> gebildet. Die p&spplus;-GaAs- Basisschicht 84 besaß eine Stärke von 80 nm und war auf der Seite der Kollektorschicht mit Zn in einer Dicke von 60 nm und auf der Seite der Emitterschicht mit C in einer Dicke von 20 nm dotiert. In der üblichen Vorrichtung diente Zn alleine als Fremdatom vom p-Typ der GaAs-Basisschicht. In diesem Fall neigt die Emitterschicht vom n-Typ wegen der Diffusion des Zn zu einer Umkehr zum p-Typ. Um dieser Schwierigkeit zu begegnen, war es bislang üblich, zwischen der p&spplus;-GaAs-Basisschicht und der n-Al0,3Ga0,7As-Emitterschicht 86 eine nicht-dotierte GaAs-Schicht vorzusehen. Bei der in Fig. 10 dargestellten Ausführungsform ist jedoch der der Abstandschicht der üblichen Vorrichtung entsprechende Teil mit C dotiert. Die Verteilung der Kohlenstoffatome in Dickerichtung wurde mittels SIMS bestimmt. Es hat sich gezeigt, daß eine schwache Diffusion der Kohlenstoffatome in Richtung auf die n-Al0,3Ga0,7As-Emitterschicht 86 stattgefunden hat. Die Gleichstromeigenschaften der erhaltenen Halbleitervorrichtung haben sich jedoch immer noch als akzeptabel erwiesen. Auch die "Einschalt"- bzw. "Durchschalt"-Spannung hat sich als normal erwiesen. Dies belegt, daß trotz der Kohlenstoffdiffusion der Heteroübergang und der p-n-Übergang in der gewünschten Form gebildet wurden.
  • Die in Fig. 10 dargestellte Haibleitervorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der n-AlGaAs-Emitterschicht 86 und der p&spplus;-GaAs-Basisschicht 84 eine indiumhaltige Schicht, d.h. eine InGaAs-Schicht oder AlGalnAs- Schicht neu eingefügt und Kohlenstoff als Dotiermittel vom p-Typ zumindest in einem Teil der p&spplus;-GaAs-Basisschicht ver wendet wurden. Es sei darauf hingewiesen, daß Kohlenstoff amphoter ist. Ist er in einer GaAs- oder AlGaAs-Schicht enthalten, wird Kohlenstoff praktisch zu 100% aktiviert und wirkt dann als Akzeptor. Wenn er andererseits in einer InGaAs- oder InAlGaAs-Schicht enthalten ist, neigt der Kohlenstoff dazu, als Donator zu wirken. Dies ist bei einer Struktur aus einer mit einer hohen Konzentration an Kohlenstoff dotierten AlGaAs- oder GaAs-Schicht und einer direkt auf der AlGaAs- oder GaAs-Schicht befindlichen InAlGaAs- oder InGaAs-Schicht vom n-Typ von Bedeutung. Genauer gesagt, wirken die Kohlenstoffatome auch dann, wenn sie aus der AlGaAs- oder GaAs-Schicht diffundiert sind, innerhalb der In-haltigen Schicht als Fremdatom vom n-Typ, was dazu führt, daß sich die Lage des p-n-Übergangs nicht verschiebt. Kurz gesagt ist es möglich, die Abweichung zwischen der Emitter- Basis-Heterogrenzfläche und der p-n-Übergangsgrenzfläche in einem Heterobipolartransistor unter Verwendung einer InAlGaAs-Schicht als Teil der Emitterschicht auf der Seite der Basisschicht oder unter Verwendung einer InGaAs-Schicht als Teil der GaAs-Basisschicht auf der Seite der Emitterschicht zu unterdrücken.
  • Man kann auch die Bildung von Kristallfehlern an der Emitter-Basis-Übergangsgrenzfläche verhindern, indem man die Dicke der In-haltigen Schicht geringer macht als die kritische Dicke, bei der eine Umlagerung stattfindet.
  • Beisdiel 8
  • Unter Verwendung der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung wurde die Beziehung zwischen der Lochkonzentration und dem Druck im Reaktionsgefäß untersucht.
  • Speziell wurde auf dem Substrat 14 eine GaAs-Schicht in einer Dicke von 1 um wachsengelassen. Bei diesem Versuch wurden 10 l gasförmiger H&sub2; als Trägergas in das Reaktionsgefäß 11 eingeleitet. Gleichzeitig wurde das Reaktionsgefäß über die Gasauslaßleitung 17 evakuiert. Gasförmiger Wasserstoff wurde dem TMG-Druckmischer 31 mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 15 sccm zugeführt. Ferner wurde dem Reaktionsgefäß 11 so viel gasförmiges AsH&sub3; zugeführt, daß das Molverhältnis AsH&sub3;/TMG 2 betrug. Zur Bildung der gewünschten GaAs-Schicht wurde die Temperatur im Reaktionsgefäß auf 550ºC eingestellt, um die gasförmigen Rohmaterialien thermisch zu zersetzen. Während des epitaxialen Wachstums wurde die Öffnung des in der Gasauslaßleitung 17 montierten Nadelventils 47 so eingestellt, daß der Druck im Reaktionsgefäß 11 auf 1,3 bis 533 kPa (1 - 400 Torr) gesteuert wurde. Es hat sich gezeigt, daß die gebildete GaAs-Schicht vom p- Leitungstyp war. Ferner hat es sich gezeigt, daß sich die Lochkonzentration entsprechend der Druckänderung im Reaktionsgefäß 11 zwischen 1,3 und 533 kPa (1 und 400 Torr) kontinuierlich von 1 x 10¹&sup7; bis 8 x 10¹&sup9; cm&supmin;³ änderte. Darüber hinaus wurde das aus Fig. 11 ersichtliche Ergebnis mit hoher Reproduzierbarkeit erhalten. Die erhaltene GaAs-Schicht wurde mit Hilfe eines Interferenzmikroskops betrachtet. Hierbei zeigte es sich, daß der gewachsene Kristall eine spiegelglatte Oberfläche aufwies.
  • Es wurde ein weiterer Versuch durchgeführt, bei dem zusammen mit dem TMG-Gas mit gasförmigem Wasserstoff verdünntes TMA- Gas dem Reaktionsgefäß zugeführt wurde. Im Rahmen dieses Versuchs war es ebenfalls möglich, eine AlGaAs-Schicht vom p-Typ mit spiegelglatter Oberfläche herzustellen. Ferner konnte die Lochkonzentration mit hoher Reproduzierbarkeit durch Einstellen des Drucks innerhalb des Reaktionsgefäßes auf 1,3 - 533 kPa (1 - 400 Torr) innerhalb eines Bereichs von 1 x 10¹&sup8; bis 1 x 10²&sup0; cm&supmin;³ gesteuert werden.
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende technische Idee kann auch bei der Herstellung der verschiedensten Halbleitervorrichtungen, z.B. von Heterobipolartransistoren, p- Kanal-HEMT, Halbleiterlasern und Heißelektronentransistoren mit GaAs-, AlGaAs- und AlAs-Schichten vom p-Typ ausgenutzt werden.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung eines dünnen Halbleiterfilms einer Verbindung vom p-Typ mit einem Element der Gruppe III, nämlich Ga und/oder Al, und einem Element der Gruppe V, nämlich As, auf einem Substrat durch chemische Dampfabscheidung (CVD) metallorganischer Verbindungen, umfassend folgende Stufen:
Wahl einer alkylierten Verbindung mit einer Methylgruppe als gasförmiges Rohmaterial für die Verbindung des Elements der Gruppe III;
Wahl einer hydrierten Verbindung als gasförmiges Rohmaterial für die Verbindung des Elements der Gruppe V und Einführen der gasförmigen Rohmaterialien in einen Reaktor zum epitaktischen Wachsenlassen des Films auf dem Substrat;
dadurch gekennzeichnet, daß zum Wachsenlassen des Films auf dem in dem Reaktor befindlichen Substrat das Molverhältnis (V/III) der Zufuhrrate für das Element der Gruppe V zur Zufuhrrate für das Elements der Gruppe III auf einen Wert im Bereich zwischen 0,3 und 2,5 eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß der dünne Halbleiterfilm bei einer Temperatur im Bereich zwischen 450ºC und 700ºC wachsengelassen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter gekennzeichnet dadurch, daß der dünne Halbleiterfilm bei einem Druck im Bereich zwischen 1,3 und 533 kPa (1 - 400 Torr) wachsengelassen wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerkonzentration des dünnen Halbleiterfilms in einem Bereich von 1 x 10¹&sup8; bis 1 x 10²&sup0; cm&supmin;³ liegt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die alkylierte Verbindung des Elements der Gruppe III aus der Gruppe Trimethylgallium und Trimethylaluminium und die hydrierte Verbindung des Elements der Gruppe V aus Arsin ausgewählt sind.
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