DE2339183A1

DE2339183A1 - Verfahren zum aufwachsen einer epitaxieschicht auf einem einkristallinen, in seiner zusammensetzung mit ihr nicht identischen substrat

Info

Publication number: DE2339183A1
Application number: DE2339183A
Authority: DE
Inventors: Shih-Ming Hu
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1972-08-03
Filing date: 1973-08-02
Publication date: 1974-02-14
Also published as: US3821033A; GB1432877A; JPS4946870A; FR2195068A1; FR2195068B1

Description

Böblingen, den 30. Juli 1973 oe-sn

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin; FI 9 72 038

Verfahren zum Aufwachsen einer Epitaxieschicht auf einem einkristallinen, in seiner Zusammensetzung mit ihr nicht identischen Substrat

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufwachsen einer einheitlich zusammengesetzten Epitaxieschicht auf einem einkristallinen, in seiner Zusammensetzung mit ihr nicht identischen Substrat, dessen Gitterkonstante sich von der Gitterkonstanten der Epitaxieschicht unterscheidet, wobei festgelegte Mengen von flüchtigen Verbindungen, welche Bestandteile der aufzuwachsenden Epitaxieschicht enthalten, miteinander zur Reaktion gebracht werden und das Reaktionsgemisch anschließend über das erhitzte Substrat geleitet wird, und wobei zum Angleichen der unterschiedlichen und von der Zusammensetzung abhängigen Gitterkonstanten vor dem Aufbringen der einheitlich zusammengesetzten Epitaxieschicht durch kontinuierliches Ändern der Mengenverhältnisse der in der Gasphase vorhandenen Verbindungen eine epitaxiale Zwischenschicht mit in Wachsturnsrichtung sich ändernder Zusammensetzung auf dem Substrat aufgewachsen wird.

Verfahren zum Herstellen einkristalliner Strukturen, die aus Schichten aufgebaut sind, die sich in ihrer Zusammensetzung unterscheiden, haben große technische Bedeutung erlangt. Unter anderem lassen sich mit solchen Verfahren lichtemittierende Dioden herstellen. Eine sehr bekannte lichtemittierende Diode

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dieser Art, die rotes Licht ausstrahlt, ist aufgebaut aus einem Galliumarsenid (GaAs)-Substrat, auf das eine Schicht aus Galliumarsenidphosphid (GaAs, _χΡ_χ) aufgebracht ist. Epitaxieverfahren zum Aufbringen solcher Schichten auf Substrate sind bekannt. Z.B. werden in den US Patenten 3 218 2Ο5 und 3 364 Ο84 Verfahren zum Aufwachsen von Schichten aus ternären Ill-V-Verbindungen auf Substraten, die aus binären III-V-Verbindungen bestehen, beschrieben. Ganz allgemein werden bei diesen Verfahren gasförmige Verbindungen, welche die Bestandteile der Epitaxieschicht enthalten, miteinander vermischt und anschließend mit dem erhitzten Substrat in Berührung gebracht.

Da das Substrat und die aufgebrachte Epitaxieschicht sich in ihrer Zusammensetzung unterscheiden, ist es unvermeidlich, daß sie sich auch in ihren Gitterkonstanten unterscheiden. Die unterschiedlichen Gitterkonstanten, d.h. die Gitterfehlanpassung, erschweren das epitaxiale Aufwachsen, rufen mechanische Spannungen in der Struktur hervor und sind außerdem der Grund für das Auftreten von Kristallfehlern, wie z.B. Versetzungen. An Versuchen, diesen Schwierigkeiten zu begegnen, hat es nicht gefehlt. Die bisher besten, bekannt gewordenen Ergebnisse wurden mit einem Verfahren erzielt, bei dem vor dem Aufwachsen der Epitaxieschicht mit der gewünschten einheitlichen Zusammensetzung epitaxial eine Schicht aufgebracht wird, deren Zusammensetzung sich während des Wachstums kontinuierlich ändert, wobei die Änderung der Zusammensetzung so gesteuert wird, daß die Gitterkonstante an der jeweiligen Oberfläche dieser Schicht sich linear so ändert, daß die zu Beginn des Wachstums mit der des Substrats übereinstimmt und dann, wenn die Zwischenschicht ihre endgültige Dicke erreicht hat, mit der Gitterkonstanten der anschließend aufzubringenden, einheitlich zusammengesetzten Epitaxieschicht identisch ist. Es wurde festgestellt, daß auch bei Anwendung dieses Verfahrens in der Struktur noch so große mechanische Spannungen vorhanden sind, daß eine - normalerweise - konkave Verbiegung in Richtung des epitaxialen Aufwachsens die Folge ist. Eine solche Verbiegung erschwert nachfolgende Prozesschritte, wie z.B. photolithographische

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Verfahren. Diese Schwierigkeit wirkt sich mit dem zunehmenden Trend in der Halbleitertechnik zu kleineren Abmessungen immer gravierender aus, und ist mit ein Grund für hohe Ausschußraten.

Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, ein einfaches und reproduzierbares Verfahren anzugeben, mit dem flache Strukturen, die aus Schichten mit unterschiedlicher Zusammensetzung aufgebaut sind, hergestellt werden können.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß beim Aufwachsen der Zwischenschicht der Unterschied der jeweiligen Gitterkonstanten an der Oberfläche der Zwischenschicht gegenüber der Gitterkonstanten des Substrats von Null beginnend bis zu einem Maximum vergrößert und anschließend wieder bis zum Erreichen des Unterschieds zwischen den Gitterkonstanten von Substrat und einheitlich zusammengesetzter Epitaxieschicht verkleinert wird.

Wie erwähnt, verursachen die unterschiedlichen Gitterkonstanten von Substrat und Epitaxieschicht Spannungen in der Struktur. Diese Spannungen lassen sich kompensieren durch Versetzungen, die während des AufWachsens in der Wachstumsebene sich bilden. Wird das erwähnte Verfahren angewandt, bei dem vor dem Aufbringen der einheitlich zusammengesetzten Epitaxieschicht eine Zwischenschicht mit einem linearen Konzentrationsgradienten aufgewachsen wird, so ist diese Kompensation jedoch nicht vollständig, weil keine ausreichende Anzahl dieser Versetzungen erzeugt wird. Wird die Schicht mit dem linearen Konzentrationsgradienten weggelassen, so bildet sich zwar eine ausreichende Anzahl dieser Versetzungen" in der Wachsturnsebene, jedoch handelt man sich dann, wie oben erwähnt, andere Nachteile ein, unter anderem eine sehr unerwünschte Form von Versetzungen, die geneigt zur Wachstumsebene liegen. Da die Zahl der erzeugten Versetzungen in der Wachsturns ebene in erster Näherung dem Unterschied zwischen der Gitterkonstanten der Epitaxieschicht und der des Substrats proportional ist, ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, die für die vollständige Kompensation der Spannung

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notwendige Anzahl von Versetzungen zu erzeugen, indem in einem kleinen Bereich der Zwischenschicht der Unterschied der Gitterkonstanten größer als der Unterschied zwischen der Gitterkonstanten von Substrat und einheitlich zusammengesetzter Epitaxieschicht gemacht wird, wodurch sich eine entsprechend große Anzahl von Versetzungen bildet, die auch erhalten bleibt, wenn anschließend der Unterschied der Gitterkonstanten wieder verkleinert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet deshalb, die Vorteile, die in der Anwendung der Zwischenschicht mit Konzentrationsgradient liegen, voll auszunutzen, und trotzdem eine vollständige Kompensation der Spannungen in der Struktur durch gebildete Versetzungen zu erreichen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es deshalb möglich, vollständig flache Strukturen aus Schichten, die sich in ihrer Zusammensetzung unterscheiden, herzustellen. Dabei ist das erfindungsgemäße Verfahren genauso einfach wie das Verfahren, bei dem die Zwischenschicht mit linearem Konzentrationsgradienten erzeugt wird. Lediglich das Programm, mit dem die Zugabe der gasförmigen Verbindungen in den Reaktionsraum gesteuert wird, muß geändert werden.

Das Verfahren läßt sich vorteilhaft anwenden, wenn als Substratmaterial eine binäre Verbindung genommen wird, die einheitlich zusammengesetzte Epitaxieschicht aus den Elementen des Substratmaterials und zusätzlich einem eines der Elemente des Substratmaterials teilweise ersetzenden Element gebildet wird und wenn beim epitaktischen Aufwachsen der Zwischenschicht der Anteil des zusätzlichen Elements von Null beginnend bis zur Erreichung eines Maximalwertes erhöht wird und anschließend bis zum Erreichen des gewünschten Elementverhältnisses in der einheitlich zusammengesetzten Epitaxieschicht wieder erniedrigt wird. Bei der Erzeugung einer solchen Struktur ist die Steuerung der Zugabe der gasförmigen Verbindungen besonders einfach, weil die Reduzierung des Anteils eines Bestandteils jeweils durch eine gleich große Erhöhung des Anteils eines anderen Bestandteils ausgeglichen wird.

Da die Elemente zum Aufbau der Schichtstruktur der III. und Fi 972 038 409807/106 1

V. Hauptgruppe des Periodensystems entnommen werden können, ist das Verfahren in vorteilhafter Weise dazu geeignet, Halbleiterstrukturen herzustellen. Z.B. kann man, wenn ein GaAs-Substrat verwendet wird und eine der allgemeinen Formel GaAs. P genügende Epitaxieschicht aufgewachsen wird, wobei X <r 1 ist, eine rotes Licht emittierende Diode erzeugen.

Besteht das Substrat aus einer binären Verbindung und die Epitaxieschicht aus einer ternären Verbindung, die außer den Substratbestandteilen noch ein zusätzliches Element enthält, so ist es, wenn eine flache Struktur angestrebt wird, vorteilhaft, das zusätzliche Element in die Zwischenschicht maximal mit einem um 5 bis 15 % höheren Anteil als in die einheitlich zusammengesetzte Epitaxieschicht einzubauen. Wird der Anteil maximal um weniger als 5 % erhöht, so reicht die Zahl der erzeugten Versetzungen in der Wachstumsebene nicht aus, um die mechanischen Spannungen in der Struktur völlig zu kompensieren, d.h. es wird keine flache, sonderen eine - normalerweise konkav verbogene Struktur erhalten. Ist der Anteil des zusätzlichen Elements in der Zwischenschicht maximal um mehr als 15 % höher als in der einheitlich zusammengesetzten Epitaxieschicht, dann werden so viele Versetzungen in der Wachstumsebene erzeugt, daß die mechanische Spannung in der Struktur überkompensiert wird, so daß wiederum eine verbogene - allerdings in diesem Fall konvexe - Struktur entsteht.

Die Erfindung wird anhand von durch Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen;

Fig. 1 von der Seite den Schichtaufbau eines nach bekannten Verfahren hergestellten, zusammengesetzten, gebogenen Plättchens, wobei das Galliumarsenidsubstrat, eine Zwischenschicht mit kontinuierlich sich ändernder Zusammensetzung und eine obere Galliumarsenidphosphidschicht konstanter Zusammensetzung zu sehen sind,

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Fig. 2 von der Seite den Schichtaufbau eines Plättchens,

das ähnlich aufgebaut und zusammengesetzt ist, wie das in Fig. 1 dargestellte Plättchen, das aber mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt worden ist, und

Fig. 3 den relativen Phosphorgehalt in einer auf einem

Galliumarsenid-Substrat aufgewachsenen Galliumarsenidphosphidschicht aufgetragen gegen die Dicke dieser Schicht.

Bei der Herstellung der beschriebenen III-V-Verbindungen werden in der Dampfphase mindestens eine ein Element der dritten Gruppe enthaltenden Verbindung mit mindestens einer ein Element der fünften Gruppe enthaltenden Verbindung in Gegenwart von Wasserstoff kombiniert und die so entstandene Mischung wird anschließend mit einem aus einer binären Ill-V-Verbindung bestehenden Substrat in Berührung gebracht, wobei sich eine einkristalline Schicht mindestens einer Ill-V-Verbindung aus der Reaktionsmischung epitaxial auf dem Substrat abscheidet.

Einkristallines dotiertes oder undotiertes Galliumarsenidsubstratmaterial kann nach verschiedenen Methoden hergestellt werden. Bei den am allgemeinsten verwendeten Verfahren läßt man das geschmolzene Halbleitermaterial ausgehend von einem Keimkristall in einer Richtung fortschreitend kristallisieren. Die Schmelze befindet sich normalerweise in einem Tiegel und berührt den einkristallinen Keimkristall. Die festflüssige Grenzfläche wird vom Keimkristall wegbewegt, indem entweder der Tiegel und der Keimkristall voneinander wegbewegt werden, oder indem die Schmelze durch einen Ofen mit einem Temperaturgradienten in Richtung abfallender Temperaturen gezogen wird. Diese bekannten Verfahren sind das horizontale Bridgman-Verfahren und das Czochralski-Verfahren. Beim horizontalen Bridgman-Verfahren werden die Kristalle in einem abgeschmolzenen System aus Quarzglas in langgestreckten Tiegeln aus Quarzglas gewachsen. Die

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Oberflächen der Quarzglastiegel sind im allgemeinen sandgestrahlt, um die Oberfläche rauh zu machen, damit das Haften der Schmelze an der Tiegeloberfläche vermieden wird. Die Kristallbestandteile werden im allgemeinen im Tiegel vor dem Kristallziehen gemischt. Im allgemeinen wird ein Zweizonenofen benutzt, wobei jede der beiden Temperaturzonen unabhängig von der anderen geregelt werden kann und eine der beiden Temperaturzonen auf eine höhere Temperatur eingeregelt ist, als die andere. Die heißere Temperaturzone ist auf eine Temperatur erhitzt, die über dem Schmelzpunkt des Kristalls, der gezüchtet werden soll, liegt. Zwischen den beiden Temperaturzonen wird eine Temperaturgradient mit bekannter Charakteristik aufrechterhalten. Beim Kristallziehen befindet sich zu Beginn der Tiegel mit der Schmelze und dem Keimkristall in der gewünschten Orientierung so in dem Temperaturgradient, daß der Punkt im Temperaturgradient, welcher der Schmelztemperatur des Kristalls entspricht, mit der Berührungsstelle zwischen Keimkristall und Schmelze zusammenfällt. Eine Relativbewegung des Tiegels zum Temperaturgradienten in Richtung abnehmender Temperaturen bewirkt ein fortschreitendes Wachsen des Kristalls.

Die Schmelze hat normalerweise dieselbe Zusammensetzung wie der Kristall, der gezogen werden soll. Normalerweise wird die Schmelze auf einer Temperatur oberhalb ihres Schmelzpunktes gehalten, wobei sich über der Schmelze eine Atmosphäre des leichter flüchtigen Elements bildet, deren Druck ungefähr gleich dem Zersetzungsdruck der die Schmelze bildenden Verbindung bei ihrem Schmelzpunkt ist. Die Anwendung des Verfahrens auf die Herstellung von Galliumarsenidkristallen wurde von T.S. Plaskett, u.a. im J. Electrochemical Society, Solid State Science, Januar 1971, Seite 115 beschrieben.

Das Verbiegen von Galliumarsenidplättchen nach dem Aufbringen von GaAs P -Schichten wird verursacht durch die Gitterfehlanpassung zwischen Schichten von Galliumarsenid und von verschiedener Zusammensetzung. Diese Fehlanpassung verursacht Spannungen innerhalb der Kristallstruktur. Durch die Erzeugung

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von Versetzungen in der Wachturnsebene können die Spannungen teil weise abgebaut werden. Bei einer gegeben Temperatur gibt es eine kritische Streckspannung, unterhalb der keine plastische Verformung mehr stattfindet. Deshalb wird immer irgend eine Restspannung, die kleiner oder gleich der kritischen Streckspannung ist, in dem Kristall übrig bleiben. Es wird angenonmien, daß die erwähnten Restspannungen das Verbiegen der Plättchen verursachen.

Die maximale Verbiegung (W„„) eines runden Plättchen mit dem

max

Radius R ergibt sich aus der Gleichung;

wobei M und N das nullte und das erste Spannungsmoment, bezogen auf eine neutrale Ebene Z , sind, und Z die Dicke des Plättchens bedeutet» Für eine zusammengesetzte Struktur, die aus einer Schicht mit einem linearen Konzentrationsgradienten in bezug auf zwei Bestandteile besteht, und die zwei unterschiedliche, in sich jedoch konstant zusammengesetzte Schichten, wie z.B. die in Fig. 2 dargestellten Schichten aus Galliumarsenid und Galliumarsenidphosphid, voneinander trennt, kann man M bzw. N als eine Summe von drei Ausdrücken schreiben:

M - M₁ + M₂ + M₃
N = N₁ + N₂ + N₃.

In der Fig. 2 ist das Substrat aus Galliumarsenid als Schicht 1 bezeichnet, die sich zwischen Null und Z.. erstreckt und für die X=O gilt, was z.B. bedeutet, daß sie keinen Phosphor enthält. Die Schicht mit den Konzentrationsgradienten kann als Schicht 2 bezeichnet werden. Sie erstreckt sich zwischen Z₁ und Z_, wobei für X, d.h. den Anteil z.B. an Phosphor, gilt:

Z-Z₁
X =

^Z2 ^Sl
Die oberste konstant susammengesetzte Schicht 3 erstreckt sich

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ORIGINAL INSPECTED

-B-

von 5S_ bis Z / wobei X = X¹ ist. Die Indexzahlen 1, .2 und 3 dienoa sur Unterscheidung der Beiträge, die auf die Gitterfehlanpaauungen, Versetzungen, bzw. die thermische Kontraktion beim Abkühlen zurückzuführen sind. Es ist bekannt, daß für eine Struktur, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, folgende Gleichungen gelten; ^:

«2—t

₊7 7 I₇

1 ^+Z1"^Z2^+Z2

4σΛ1-υ)

-Z₆)

»1 Z₂-Z₁U

,2E

Z,

(2Z{-Z₂-Z_C)

2(Z₂-Z_C)+3Z_C(Z₂-Z_C)

wobei

^Z2 7

ist

und σ die kritische Streckspannung bedeutet, oberhalb der die plastische Verformung stattfindet, und ν die Poisson'sche Zahl, E der Elastizitätsmodul und a_x und a₂ Gitterkonstanten für durch X₁ bzw. X₅ charakterisierte chemische Zusammensetzungen sind.

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ORIGINAL INSPECTED

Im allgemeinen ändert sich der thermische Ausdehnungskoeffizient nicht linear mit der Zusammensetzung, d.h. mit der Größe X. Die Abhängigkeit des thermischen Ausdehnungskoeffizienten von X läßt sich besser mit der folgenden Gleichung beschreiben:

k + k„ X
a (X) = -4- *

k₃ + X
wobei k., k₂ und k« passende Konstanten sind.

M₃ und N_ können jedoch durch eine lineare Approximation, ohne dabei einen großen Fehler zu machen, erhalten werden, indem (a₂ - a-)/a. in den ersten beiden der obigen Gleichungen durch (a₂ -Ct₁) ΔΤ ersetzt wird, wobei ou und a₂ die thermischen Ausdehnungskoeffizienten in den Schichten 1 bzw. 3 sind und ΔΤ gleich dem Temperaturunterschied zwischen der Temperatur, bei der epitaxiert wird, und Raumtemperatur ist. In typischen Fällen sind die Beiträge zu W von N₂ und M₂ etwa 90 bis 95 % der Bei träge von N und M., was bedeutet, daß die Kompensation der auf die Gitterfehlanpassung zurückzuführenden Spannung durch Versetzungen nicht vollständig ist. Diese Restspannung, welche die Kompensation durch die thermische Zusammenziehung, die durch N₃ und M₃ charakterisiert ist, noch übersteigt, bewirkt die Verbiegung der GaAs-Plättchen mit einer epitaxial aufgebrachten Schicht aus

Das Verbiegen kann mit Verfahren vermindert werden, die alle auf dem Prinzip der Kompensation von Spannungen durch Versetzungen beruhen.. Man kann z.B. die Dicke der Schicht mit dem Konzentrationsgradienten reduzieren. Geht Z~ in Z. über, und damit auch Z_ in Z₁, wobei dann die folgenden Gleichungen gelten:

H₁ - -M₂

FI 972 038 A 0 9 8 0 7 / 1 0 6 1

so erhält man eine vollständige Kompensation der Gitterfehlanpassung durch Versetzungen in der Wachstumsebene..Bs muß aber darauf hingewiesen werden, daß ein noch schädlicherer Typ von Versetzungen, der zur Wachstumsebene geneigt ist, sich umgekehrt proportional zu der Dicke der Schicht mit dem Konzentrationsgradienten vermehrt. M.S. Abrahams O.A. haben im J. of Materials Sei. Band 4, Seite 223 (1969) Versetzungen, die zur Wachstumsebene geneigt sind, diskutiert und definiert. Ss wird angenommen, daß der Konzentrationsgradient, d.h. die Änderung der Zusammensetzung in der Schicht mit kontinuierlich sich ändernder Zusammensetzung dividiert durch ihre Dicke, 0,01 pro u nicht überschreiten sollte, was bedeutet, daß wenn eine gute Qualität angestrebt wird und sich X von 0 bis 0,4 ändern soll, dafür eine etwa 40 u dicke Epitaxieschicht vorhanden sein sollte. Dafür muß aber, wie oben ausgeführt wurde, eine unvollständige Kompensation der Gitterfehlanpassung durch die Versetzungen in der Wachstumsebene in Kauf genommen werden.

Wird das. beschriebene Verfahren zur Herstellung einer zusammengesetzten Struktur mit einer eingeschobenen Schicht mit kontinuierlich sich ändernder Zusammensetzung verwendet, und wird diese Schicht unter Einhaltung eines linearen Konzentrationsgradienten aufgewachsen, so ist, wenn beim Punkt Z__t die endgültige durch X₂ charakterisierte Zusammensetzung erreicht ist, eine Restspannung vorhanden, welche auf die unvollständige ■ Kompensation der Gitterfehlanpassung durch die Versetzungen zurückzuführen ist.

Wird nun aber erfindungsgemäß die Zusammensetzung der Schicht so lange geändert, bis eine durch X_ charakterisierte Zusammensetzung erreicht ist, wobei X₃. größer ist als X₃, dann hat man mehr Versetzungen eingeführt als bei der durch X₃ charakterisierten Zusammensetzung, wobei die Zahl der Versetzungen in diesem Fall in etwa proportional zu {sl^. - a.)/a. statt zu (a₂ - a.)/a ist. Wird dann im weiteren Verlauf des Auf Wachsens die Zusammensetzung kontinuierlich geändert, bis wieder die durch

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X_ charakterisierte Zusammensetzung erreicht ist, so bleiben die einmal erzeugten Versetzungen erhalten und reichen aus für eine vollständige Kompensation der Gitterfehlanpassung. Wenn es wünschenswert ist, kann man auch eine konvexe Verbiegung d.h. das Gegenteil der sonst üblichen konkaven Verbiegung erreichen, indem man X₁ besonders groß macht.

Um eine flache, zusammengesetzte ternäre III-V-Verbindung herzustellen, sollte in der Schicht mit dem Konzentrationsgradienten die Zusammensetzung zunächst so lange geändert werden, bis eines der Elemente einen Anteil erreicht hat, der 5 bis 15 % über dem liegt, welcher in der oberen Schicht mit konstanter Zusammensetzung angestrebt wird, und beim anschließenden Weiteraufwachsen der Anteil dieses Elements kontinuierlich wieder vermindert werden, bis schließlich die Zusammensetzung erreicht ist, die für die obere konstant zusammengesetzte Schicht angestrebt wird. Schließlich wird ohne Änderung der Zusammensetzung weitergewachsen, wobei die in diesem letzten Wachstumsschritt aufgewachsene Schichtdicke typischerweise zwischen 20 und 80 p. liegt. Der geschilderte Aufwachsvorgang ist in Fig. 3 für Galliumarsenidphosphid graphisch illustriert. Wenn der Anteil des Phosphors in der Schicht mit einem Konzentrationsgradient maximal über den spezifizierten Bereich hinaus gegenüber seinem Anteil in der konstant zusammengesetzten Galliumarsenidphosphid-Schicht erhöht wird, so kann sich eine konvexe Verbiegung ergeben, während man eine konkave Verbiegung erhält, wenn der maximale Anteil des Phosphors gegenüber seinem Anteil in der konstant zusammengesetzten Galliumarsenidphosphid-Schicht in der Schicht mit Konzentrationsgradient nur so wenig erhöht wird, daß die Erhöhung unterhalb des spezifisierten Bereichs bleibt.

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Claims

' - 13 PATENTANSPRUCH E

1. Verfahren zum Aufwachsen einer einheitlich zusammengesetzten Epitaxieschicht auf einem einkristallinen Substrat, dessen Gitterkonstante sich von der Gitterkonstanten der Epitaxieschicht unterscheidet, wobei festgelegte Mengen von flüchtigen Verbindungen, welche Bestandteile der aufzuwachsenden Epitaxieschicht enthalten, miteinander zur Reaktion gebracht werden, und das Reaktionsgemisch anschließend über das erhitzte Substrat geleitet wird, und wobei zum Angleichen der unterschiedlichen und von der Zusammensetzung abhängigen Gitterkonstanten vor dem Aufbringen der einheitlich zusammengesetzten Epitaxieschicht durch kontinuierliches Ändern der Mengenverhältnisse der in der Gasphase vorhandenen Verbindungen eine epitaxiale Zwischenschicht mit in Wachsturnsrichtung sich ändernder Zusammensetzung auf dem Substrat aufgewachsen wird, dadurch gekennzeichnet, daß beim Aufwachsen der Zwischenschicht der Unterschied der jeweiligen Gitterkonstante an der Oberfläche der Zwischenschicht gegenüber der Gitterkonstanten des Substrats von Null beginnend bis zu einem Maximum vergrößert und anschließend wieder bis zum Erreichen des Unterschieds zwischen den Gitterkonstanten von Substrat und einheitlich zusammengesetzter Epitaxieschicht verkleinert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Substratmaterial eine binäre Verbindung genommen wird, die einheitlich zusammengesetzte Epitaxieschicht aus den Elementen des Substratmaterials und zusätzlich einem eines der Elemente des Substratmaterials teilweise ersetzenden Element gebildet wird, und daß beim epitaxialen Aufwachsen der Zwischenschicht der Anteil des zusätzlichen Elements von Null beginnend bis zur Erreichung eines Maximalwertes erhöht wird und anschließend bis zum Erreichen des gewünschten Mengenverhältnisses der Elemente

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in der einheitlich zusammengesetzten Epitaxieschicht wieder erniedrigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2; dadurch gekennzeichnet, daß als Material für das Substrat und die Epitaxieschicht Elemente der dritten und fünften Hauptgruppe des Periodensystems verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3_r dadurch gekennzeichnet, daß die im Substrat und in der Epitaxieschicht enthaltenen Elemente aus den Gruppen Aluminium, Gallium, Indium und Phosphor, Arsen, Antimon ausgewählt werden.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Element in die Zwischenschicht maximal mit einem um 5 bis 15 % höheren Anteil als in die einheitlich zusammengesetzte Epitaxieschicht eingebaut wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein GaAs-Substrat verwendet wird und eine in ihrer Zusammensetzung der allgemeinen Formel GaAs₁ „P_v genügenden Epitaxieschicht aufgewachsen wird, wobei X <1 ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Epitaxieschicht der einheitlichen Zusammensetzung GaAs-. cnBn. OQ aufgewachsen wird.

U , Ό ti U, JO

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine einheitlich zusammengesetzte Epitaxieschicht mit einer Dicke zwischen 20 und 80 μ aufgewachsen wird.

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