DE3739639C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren des epitaxialen Wachstums zum Ausbilden eines einkristallinen Dünnfilms aus einem Verbindungshalbleiter A _x B₁_-x C, der drei Bestandteils­ elemente A, B und C enthält, von denen zwei Elemente Ele­ mente der gleichen Gruppe sind, auf einem Substratkristall, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: Einleiten einer gasförmigen Verbindung, die eines der Bestandteilselemente des Verbindungshalbleiters enthält, in einen Kristallwachs­ tumsbehälter unter einem vorbestimmten Druck während einer vorbestimmten Zeitdauer, Einführen einer gasförmigen Ver­ bindung, die ein anderes Bestandteilselement des Verbin­ dungshalbleiters enthält, in den Kristallwachstumsbehälter unter einem vorbestimmten Druck während einer vorbestimmten Zeitdauer, Einführen einer gasförmigen Verbindung, die ein noch anderes Bestandteilselement des Verbindungshalbleiters enthält, in den Kristallwachstumsbehälter unter einem vor­ bestimmten Druck während einer vorbestimmten Zeitdauer, und Wiederholen einer Aufeinanderfolge der obigen Verfahrens­ schritte.

Es sind bisher verschiedene Halbleitereinrichtungen bzw. -bauelemente unter Verwendung von Halbleitern von Elementen der Gruppe III und V vorgeschlagen worden, zum Beispiel ein Halbleiter, der einen Heteroübergang zwischen dünnen Filmen von GaAs und Al _x Gal_-x As hat, sowie Halbleiter, die Hetero­ verbindungen haben, wie beispielsweise HEMT-Strukturen oder Übergitterstrukturen unter Benutzung bzw. Zugrundelegung des zweidimensionalen Elektronengases.

Bei solchen Vorschlägen für Halbleitereinrichtungen bzw. -bauelemente ist die Entwicklung von ausgezeichneten Techniken für das Dünnfilmkristallwachstum von Verbundhalb­ leitern sehr dringlich geworden.

Molekularstrahlepitaxie (die hier abgekürzt als MBE be­ zeichnet wird), metall-organische Dampfphasenepitaxie (die nachstehend abgekürzt als MO-CVD bezeichnet wird) und Mole­ kularschichtepitaxie (die nachstehend abgekürzt als MLE bezeichnet wird) sind an sich als Techniken zum Ausbilden von Halbleitern oder dünnen Filmen aus beispielsweise GaAs oder Al _x Ga₁_-x As bekannt.

Das MO-CVD-Verfahren wird in weitem Umfange angewandt, da die Einrichtungen zum Ausführen dieses Verfahrens einfach und für die Massenproduktion geeignet sind. In dem MO-CVD- Verfahren kann jedoch die Dicke des Halbleiterdünnfilms, der ausgebildet werden soll, nicht mit Monoschichtgenauig­ keit gesteuert werden. Infolgedessen ist das MO-CVD-Ver­ fahren nicht notwendigerweise zum Herstellen von HEMT- Strukturen und von Übergitterstrukturen geeignet.

In dem MBE-Verfahren kann, da das Rohmaterial eines kri­ stallinen Dünnfilms, der auf einem Substratkristall aus­ gebildet wird, erhitzt und der Dampf des Rohmaterials auf dem Substrat abgelagert wird, die Wachstumsrate bzw. -ge­ schwindigkeit des kristallinen Dünnfilms sehr klein ge­ halten werden, so daß die Steuerbarkeit der Dicke des kristallinen Dünnfilms gegenüber dem MO-CVD- Verfahren ausgezeichnet ist. Jedoch ist es nicht leicht, die Dicke des dünnen Films mit Monoschichtgenauigkeit zu steuern. Man ist nun dabei, das Problem durch Anwendung einer Überwachung gemäß dem RHEED-Verfahren (Reflexions- Hochenergieelektronen-Diffraktions-Verfahren) zu überwin­ den. Weiterhin ist es, um einen Kristall hoher Qualität in dem MBE-Verfahren zu erhalten, notwendig, die Wachstums­ temperatur auf einen hohen Wert von etwa 550-600°C ein­ zustellen. Die Wachstumstemperatur wird für GaAs norma­ lerweise auf eine Temperatur von 550-600°C eingestellt, und für Al _x Ga₁_-x As sogar auf mehr als 600°C. Jedoch führt die Tatsache, daß Al die Tendenz hat, bei einer derartig hohen Temperatur leicht zu oxidieren, zu einem schwierigen Nachteil insofern, als der aus Al _x Ga₁_-x As gebildete Kri­ stall eine schlechte Flachheit hat. Weiterhin ist, wenn ein steiles Dotierungs- bzw. Störstellenprofil in einem derartig ausgebildeten Kristall erwünscht ist, die Neu- bzw. Wiederverteilung des Dotierungsprofils, die bei einer derartig hohen Wachstumstemperatur verursacht wird, ein Problem. Darüber hinaus können, da das MBE-Ver­ fahren auf einem Dampfablagerungsprozeß basiert, auch Abweichungen von der stöchiometrischen Zusammensetzung eines gebildeten Kristalldünnfilms verursacht werden, oder Einfügungen eines Kristalldefekts, wie beispielsweise ei­ nes Ovaldefekts, in den gebildeten Kristalldünnfilm.

Die Molekularschichtepitaxie ist als Kristallwachstums­ verfahren an sich bekannt. Für das Kristallwachstum einer Verbindung, die Elemente der Gruppe III und V enthält, werden ein Verbindungsgas, das ein Element der Gruppe III enthält, und ein anderes Verbindungsgas, das ein Element der Gruppe V enthält, abwechselnd auf ein Substrat ge­ leitet, so daß ein Kristall der Verbindung, welche Ele­ mente der Gruppe III und V enthält, Monoschicht-um-Mono­ schicht wächst (siehe beispielsweise J. Nishizawa, H. Abe und T. Kurabayashi; J. Electrochem. Soc. 132 (1985) 1197- 1200). Dieses Verfahren benutzt die Adsorption und die Oberflächenreaktion von Verbindungsgasen. Im Falle des Ausbildens eines Kristalls, der beispielsweise Elemente der Gruppe III und V enthält, wird das Wachstum einer einzelnen Monoschicht des Kristalls dadurch erzielt, daß man ein Verbindungsgas ein- bzw. zuführt, welches das Element der Gruppe III enthält, und ein anderes Verbin­ dungsgas, welches das Element der Gruppe V enthält, und zwar jeweils für eine zeitliche Periode. Da das Verfahren die Monoschichtadsorption der Verbindungsgase benutzt, ist das Monoschicht-um-Monoschicht-Wachstum des Kristalls stets erreichbar, selbst wenn eine Schwankung des Drucks des eingeführten bzw. zugeführten Verbindungsgases vor­ handen ist. In diesem Verfahren kann man, obwohl Trimethyl­ gallium (nachstehend als TMG bezeichnet) als Alkylgallium und Arsin (AsH₃) als Arsenhydrid konventionellerweise be­ nutzt worden sind, GaAs hoher Reinheit bei einer niedrigen Temperatur durch die Substitution von Triethylgallium (nachstehend als TEG bezeichnet) für TMG als Alkylgallium; wachsen lassen (siehe zum Beispiel J. Nishizawa, H. Abe, T. Kurabayashi und N. Sakurai; J. Vac. Sci. Technol. A4(3), (1986) 706-710).

Diese Verfahren, wie sie oben beschrieben sind, beziehen sich jedoch auf das epitaxiale Wachstum von Zwei-Element- Verbindungshalbleitern. Beim epitaxialen Wachstum von Ter­ närlegierungshalbleitern können jedoch Produkte ausgezeich­ neter Qualität mittels dieser Verfahren nicht erhalten wer­ den. In dem Falle des MLE-Verfahrens ist es insbesondere so, daß Atomschichten einer einzelnen Art von Element X oder Y abwechselnd übereinandergeschichtet werden, um eine Verbindung XY zu bilden, wohingegen der Begriff der Atom­ schicht einer einzelnen Art von Element nicht länger für A _x B₁_-x in einem Mischkristall A _x B₁_-x C gilt. Für Mischkri­ stalle, die vier Elemente oder mehr enthalten, ergibt sich derselbe Fall wie bei einem Mischkristall, der drei Ele­ mente enthält.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art zum Ausbilden ei­ nes einkristallinen Dünnfilms aus einem Verbindungshalblei­ ter A _x B₁_-x C ist sowohl aus dem Aufsatz "Verbesserte Gleich­ förmigkeit von epitaxialen, auf Indium basierenden Verbin­ dungen durch Atomschichtepitaxie" von M.A. Tischler und S.M. Bedair in Appl. Phys. Lett., Vol. 49, No. 5, Aug. 1986, Seite 274 bis 276 als auch aus dem Aufsatz "Modulati­ onsdodierte n-AlGaAs/GaAs-Heterostrukturen, die durch Strö­ mungsratenmodulationsepitaxie gewachsen sind" von T. Maki­ moto, N. Kobayashi und Y. Horikoshi in Jap. J. of Appl. Phys. Vol. 25, No. 6, June 1986, Seite L513 bis L515 be­ kannt.

Im ersteren Falle handelt es sich um eine Atomschichtepita­ xie, die zur Verminderung der Gasphasenreaktion zwischen der gasförmigen Verbindung, die Indium als eines der Be­ standteilselemente des Verbindungshalbleiters enthält, und der gasförmigen Verbindung, die Arsen als ein anderes der Bestandteilselemente enthält, und damit zur Herstellung von Schichten mit verbesserter Gleichförmigkeit der Zusammen­ setzung derart ausgestaltet ist, daß das Substrat innerhalb eines flachen zylindrischen Gehäuses mitsamt dem Sub­ strathalter karussellartig mittels eines Schrittmotors um die Zylinderachse zwischen Öffnungsbereichen umlaufen ge­ lassen wird, die im Umfang des Gehäuses vorgesehen sind und durch die kontinuierlich je ein parallel zur Zylinderachse gerichteter Gasstrahl hindurchströmt, der aus Wasserstoff als Trägergas und jeweils einer der gasförmigen Verbindun­ gen, die je eines der Bestandteilselemente des Verbindungs­ halbleiters enthalten, besteht. Auf diese Weise wird das Substrat abwechselnd in die verschiedenen Gasstrahlen aus Trägergas und einer gasförmigen Verbindung bewegt. Um eine Vermischung des Gasstrahls, der Indium enthält, mit dem Gasstrahl, der Arsen enthält, so weit wie möglich zu ver­ hindern, ist zusätzlich eine mittige Gasströmung, die nur das Trägergas enthält, vorgesehen. Ein solches Verfahren ist aufwendig und wegen der laufenden Drehbewegung des Sub­ strats relativ störanfällig und führt nur zu einer be­ schränkten Produktqualität, weil sich eine gewisse Querdif­ fusion und -strömung zwischen den Gasstrahlen nicht völlig vermeiden läßt.

Bei der im Jap. J. of Appl. Phys., Vol. 25, No. 6, June 1986, Seite L513 bis L515 beschriebenen Strömungsratenmodu­ lationsepitaxie handelt es sich um eine spezielle Ausfüh­ rungsform der Metall-organischen chemischen Dampfphasenepi­ taxie (MO-CVD-Verfahren), mit der die Wachstumstemperatur, insbesondere für AlGaAs herabgesetzt werden soll. In diesem Verfahren werden zur Herstellung von Al _x Ga₁_-x As die ein­ zelnen gasförmigen Verbindungen Triethylgallium, Triethyl­ aluminium und Arsin unmittelbar miteinander abwechselnd und abwechselnd mit Wasserstoffträgergas zugeführt, wobei außerdem eine kleine Menge Arsin laufend ohne jede Unterbre­ chung zugeführt wird, um die Bildung von Arsenleerräumen während der Galliumadsorptionsperiode zu reduzieren. Auch dieses Verfahren führt nur zu einer beschränkten Pro­ duktqualität, da sich eine völlige Trennung der einzelnen gasförmigen Verbindungen nicht erreichen läßt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art für das epitaxiale Wachstum zum Ausbilden ei­ nes einkristallinen Dünnfilms aus einem Verbindungshalblei­ ter, der drei Elemente oder mehr enthält, zur Verfügung zu stellen, das es ermöglicht, Verbindungshalbleiter von hoher Qualität bei relativ niedriger Wachstumstemperatur und mit guter Reproduzierbarkeit herzustellen, und das es gleich­ zeitig ermöglicht, die Dicke des epitaxial gewachsenen Mischkristalls mit Monoschichtgenauigkeit in einfacher Weise zu steuern, so daß es auch für die Massenproduktion geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Abs. 1 dadurch gelöst, daß die gasförmigen Verbindungen zeitlich derart aufeinanderfolgend in den Kristallwachstumsbehälter eingeleitet werden, daß nur jeweils eine auf einmal eingeleitet wird, und daß der Kristallwachstumsbehälter vor dem Einleiten von jeder der gasförmigen Verbindungen jeweils vollständig evakuiert wird.

Auf diese Weise ergibt sich eine ausgezeichnete Produktqua­ lität bei hoher Reproduzierbarkeit, wobei gleichzeitig die Dicke des epitaxial wachsenden Dünnfilms mit Monoschicht­ genauigkeit und damit mit einer Genauigkeit von mehreren Angström in einer einfachen Weise steuerbar ist.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung sei nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 13B der Zeichnung anhand von bevorzugten Ausführungsformen näher erläutert; es zeigt

Fig. 1A eine schematische Ansicht, die eine Kristall­ wachstumseinrichtung zum Ausführen des epita­ xialen Wachstums einer Al _x Ga₁_-x As-Schicht ge­ mäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;

Fig. 1B ein Zeitablaufdiagramm, das verschiedene Gas­ einleitungsbetriebsweisen für epitaxiale Wachs­ tumsverfahren zeigt;

Fig. 2 eine Kurvendarstellung, die ein Meßbeispiel der Al-Komponente in einer Mehrschichtstruktur aus Al _x Ga₁_-x As und GaAs zeigt;

Fig. 3A eine Schnittansicht, welche die Struktur eines Metall-Isolator-Halbleiter-Kondensators (MIS- Kondensator) veranschaulicht, der als ein Ver­ suchsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist;

Fig. 3B ein Kenndatendiagramm, das die Beziehung zwi­ schen der Kapazität und der angelegten Spannung bei dem MIS-Kondensator zeigt;

Fig. 4A eine schematische Ansicht, die eine Kristall­ wachstumseinrichtung zum Ausführen des epita­ xialen Wachstums von Al _x Ga₁_-x As, das dotiert ist, veranschaulicht;

Fig. 4B ein Zeitablaufdiagramm, welches Gaseinleitungs­ betriebsweisen für epitaxiale Wachstumsverfah­ ren zeigt, und zwar begleitet von Sortierungen;

Fig. 5 eine schematische Ansicht, die eine Kristall­ wachstumseinrichtung zum Ausführen des epita­ xialen Wachstums von Al _x Ga₁_-x As, begleitet von Lichtbestrahlung, zeigt;

Fig. 6 eine schematische Ansicht, welche eine Kristall­ wachstumseinrichtung zum Ausführen des epita­ xialen Wachstums von III-V- und II-VI-Misch­ kristallverbindungshalbleitern, die drei und vier Elemente enthalten, veranschaulicht;

Fig. 7 bis 11 schematische Schnittansichten, welche Struktu­ ren von ultradünnen Filmen veranschaulichen, die durch das epitaxiale Wachstum gemäß der vorlie­ genden Erfindung erhalten worden sind;

Fig. 12A eine schematische Ansicht, welche den Aufbau einer Kristallwachstumseinrichtung zeigt, mit der das epitaxiale Wachstumsverfahren gemäß der vor­ liegenden Erfindung automatisch ausgeführt wird;

Fig. 12B eine schematische Darstellung, welche den inne­ ren Aufbau einer Steuer- bzw. Regeleinheit der Fig. 12A für das Steuern der Einleitungs- bzw. -führungsbetriebsweise eines Verbindungsgases zeigt;

Fig. 12C ein Zeitablaufdiagramm, welches ein Verfahren zeigt, das mittels der in Fig. 12A gezeigten Kristallwachstumseinrichtung ausgeführt wird;

Fig. 13A eine schematische Ansicht, die den Aufbau einer anderen Kristallwachstumseinrichtung zeigt, mit der das epitaxiale Wachstumsverfahren, begleitet von Lichtbestrahlung, automatisch ausgeführt wird; und

Fig. 13B ein Zeitablaufdiagramm, das ein Verfahren ver­ anschaulicht, welches mittels der Kristallwachs­ tumseinrichtung der Fig. 13A ausgeführt wird.

Zunächst sei unter Bezugnahme auf die schematische An­ sicht der Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform eines Verfahrens für das epitaxiale Wachstum eines Al _x Ga₁_-x As- Einkristalldünnfilms beschrieben. Ein Substratkristall 7 aus GaAs ist auf einem Quarzaufnehmer 8, der in einem Kristallwachstumsbehälter 11 angeordnet ist, aufgebracht. Der Kristallwachstumsbehälter 11 ist zum Evakuieren von seinem Inneren auf ein Ultrahochvakuum über ein Absperr­ ventil 12 mit einem Evakuierungssystem 13 verbunden. Der Kristall­ wachstumsbehälter 11 ist außerdem mit einer Infrarotlampe 10 versehen, die in einem Gehäuse 9 eingeschlossen ist und dazu dient, den GaAs-Substratkristall 7 zu bestrahlen. Der Kristall­ wachstumsbehälter 11 ist weiter mit drei Düseneinrichtungen 1, 2 und 3 zum Einleiten von Alkylaluminium als gasförmige Verbindung, welche Aluminium (Al) enthält, bzw. Alkyl­ gallium als eine gasförmige Verbindung, welche Gallium (Ga) enthält, bzw. Arsin (AsH₃) als eine gasförmige Ver­ bindung, welche Arsen (As) enthält, versehen, so daß also diese drei gasförmigen Verbindungen über je eine der drei erwähnten Düseneinrichtungen 1, 2, 3 in den Kristallwachstumsbehälter 11 eingeleitet werden können. Die Düseneinrichtungen 1, 2 und 3 sind über jeweilige Steuereinheiten (CTL's) 4, 5 und 6 zum Steuern der eingeleiteten Menge (pro Zeitein­ heit) an jeweiliger gasförmiger Verbindung mit ihren je­ weiligen äußeren Quellen verbunden. Die Steuereinheiten 4, 5 und 6 sind mit einem Steuersystem 14 zum Steuern der Einleitungsbetriebsweise der verschiedenen gasförmigen Verbindungen verbunden.

In einer Art und Weise, wie sie nachstehend beschrieben ist, wird ein Einkristalldünnfilm aus Al _x Ga₁_-x As wachsen gelassen: Zunächst wird der Kristallwachstumsbehälter 11 evakuiert, um ein Vakuum von etwa 1,33 · 10⁻⁷ bis 1,33 · 10⁻⁸ Pa zu erhalten, indem das Absperrventil 12 geöffnet und das Evakuierungssystem 13 betrieben wird. Das Evakuierungssystem 13 kann im wesent­ lichen aus einem Vakuumpumpensystem bestehen, welches ei­ ne Kombination von Pumpeneinheiten, wie beispielsweise Cryopumpen und Molekularturbopumpen, umfaßt. Dann wird das GaAs-Substratkristall 7 auf eine Kristallwachstumstemperatur von 300-500°C mittels der Infrarotlampe 10 erhitzt, und die Wachstumstemperatur wird konstant gehalten. Danach wird Alkylaluminium als eine gasförmige Verbindung, welche Alu­ minium enthält, Alkylgallium als eine gasförmige Verbindung, welche Gallium enthält, und Arsin (AsH₃) als eine gasförmi­ ge Verbindung, welche Arsen enthält, jeweils in Kristallwachstumsbe­ hälter 11 eingeleitet, und zwar gemäß einer Art und Weise, wie sie weiter unten in näheren Einzelheiten beschrieben ist, so daß auf diese Weise das epitaxiale Wachstum eines Al _x Ga₁_-x As-Einkristalls ausgeführt wird, während die Steu­ erbarkeit der Dicke des Al _x Ga₁_-x As-Dünnfilms innerhalb mehrerer bzw. einiger 0,1 nm gehalten wird.

Beispiele für die Betriebsweise des Einleitens der drei Arten von gasförmigen Verbindungen seien nun unter Bezug­ nahme auf Fig. 1B beschrieben, in welcher drei Beispiele der Betriebsweise dargestellt sind. In jeder Betriebs­ weise werden Ein-Aus-Zeitsteuerungen für das Einleiten jeder gasförmigen Verbindung durch das Steuersystem 14 bewirkt, während die eingeleitete Menge pro Zeiteinheit jeder gasförmigen Verbindung durch die Steuereinheiten 4, 5 und 6 jeweils gesteuert wird.

In einer Betriebsweise, die in Fig. 1B als Betriebsweise I dargestellt ist, wird gasförmiges Alkylgallium als ein Gas, das Ga enthält, zunächst während einer Zeitdauer t₁ nach einer Evakuierungszeitdauer t₀ eingeleitet. Dann wird der Kristallwachstumsbehälter 11 durch Betäti­ gung des Absperrventils 12 erneut evakuiert. Nach einer Zeitdauer t₂ wird gasförmiges Alkylaluminium als ein Gas, das Al enthält, während einer Zeitdauer t₃ eingeleitet. Dann wird der Kristallwachstumsbehälter 11 er­ neut während einer Zeitdauer t₄ evakuiert. Danach wird gasförmiges Arsin (AsH₃) als ein Gas, das As enthält, während einer Zeitdauer t₅ einge­ leitet. Als Ergebnis dieses einen Zyklus des Betriebs, der eine gesamte Zeitdauer t₆ erfordert, wird ein einkristalliner Dünnfilm wachsengelassen, der eine Dicke von mehreren 0,1 nm hat.

In dieser Betriebsweise I wird das Kristallwachstum wie­ derholt durch Versuche unter verschiedenen Bedingungen wie folgt ausgeführt:
t₀ = 0 bis 5 s, t₁ = 1 bis 6 s, t₂ = 0 bis 5 s,
t₃ = 1 bis 6 s, t₄ = 0 bis 5 s, t₅ = 5 bis 20 s,
und t₆ = 7 bis 47 s.

In einer anderen Betriebsweise, die in Fig. 1B als Be­ triebsweise II dargestellt ist, wird der gleiche Betrieb ausgeführt, jedoch mit der Abänderung, daß die Reihen­ folge des Einleitens zwischen einem Gas, welches Ga ent­ hält und einem Gas, welches Al enthält, vertauscht wird.

In dieser Betriebsweise II wird das Kristallwachstum wie­ derholt mittels Versuchs unter verschiedenen Bedingungen wie folgt ausgeführt:
t₁₀ = 0 bis 5 s, t₁₁ = 1 bis 6 s, t₁₂ = 0 bis 5 s,
t₁₃ = 1 bis 6 s, t₁₄ = 0 bis 5 s, t₁₅ = 5 bis 20 s,
und t₁₆ = 7 bis 47 s.

In einer noch anderen Betriebsweise, die als Betriebswei­ se III in Fig. 1B dargestellt ist, wird ein Gas, das As enthält, nach der Einleitungs- und der Evakuierungsperiode eines Gases, welches Al enthält, eingeleitet, und danach wird das Gas, welches As enthält, nachfolgend auf die Ein­ leitungs- und Evakuierungszeitdauer eines Gases, welches Ga enthält, erneut eingeleitet.

In dieser Betriebsweise III wird das Kristallwachstum wie­ derholt mittels Versuchs unter verschiedenen Bedingungen wie folgt ausgeführt:
t₂₀ = 0 bis 5 s, t₂₁ = 1 bis 6 s, t₂₂ = 0 bis 5 s,
t₂₃ = 5 bis 20 s, t₂₄ = 0 bis 5 s, t₂₅ = 1 bis 6 s,
t₂₆ = 0 bis 5 s, t₂₇ = 5 bis 20 s und t₂₈ = 12 bis
72 s.

In jeder oben beschriebenen Betriebsweise wird der Innen­ druck des Kristallwachstumsbehälters 11 auf 1,33 · 10^-4 bis 1,33 · 10^-2 Pa während der Einleitungsperiode von gasförmigem Alkylaluminium gehalten, sowie auf 1,33 · 10^-4 bis 1,33 · 10^-2 Pa während der Einleitungspe­ riode von gasförmigem Alkylgallium, und auf 1,33 · 10^-3 bis 1,33 · 10^-1 Pa während der Einleitungsperiode von gasförmigem Arsin.

Weiter wird in jeder Betriebsweise eines der folgenden Materialien, wie es beispielsweise Trimethylaluminium (TMA), Triethylaluminium (TEA) und Triisobutylaluminium (TIBA) ist, mittels Versuchs als das Rohmaterial des gas­ förmigen Alkylaluminiums verwendet. Außerdem wird eines der folgenden Materialien, wie es beispielsweise Trime­ thylgallium (TMG) und Triethylgallium (TEG) ist, mittels Versuchs als das Rohmaterial des gasförmigen Alkylgalliums verwendet. In jedem Falle wird Arsin (AsH₃) als das Roh­ material des Gases, welches As enthält, verwendet.

Es seien nun Charakteristika bzw. Kenndaten von epitaxia­ len Dünnschichten von Al _x Ga₁_-x As, welche in verschiedenen Fällen der Art wie sie oben beschrieben sind, erhalten wor­ den sind, beschrieben. Die Träger- bzw. Ladungsträgerdich­ te in einer epitaxialen Schicht von Al _x Ga₁_-x As, welche un­ ter Verwendung von TMA als Alkylaluminium und TMG als Alkylgallium ausgebildet worden ist, ist 10¹⁸ bis 10²⁰ cm^-3 (p-Typ) bei Raumtemperatur. Wenn TEG als Alkylgallium verwendet wird, wird eine Träger- bzw. Ladungsträgerdichte von 10¹⁵ bis 10¹⁸ cm^-3 (p-Typ) unter Verwendung von TEA als Alkylaluminium erhalten, während eine Träger- bzw. Ladungsträgerdichte von 10¹³ bis 10¹⁵ cm^-3 (p-Typ) durch die Verwendung von TIBA als Alkylaluminium erhalten wird, so daß eine Al _x Ga₁_-x As-Schicht von höherer Reinheit er­ halten werden kann.

Weiter kann, wenn die drei in Fig. 1B gezeigten Betriebs­ weisen unter Verwendung der gleichen entsprechenden gas­ förmigen Verbindungen und unter Benutzung der gleichen Be­ dingungen für den Innendruck des Kristallwachstumsbehälters 11 während des Einleitens von jeder gasförmigen Verbindung in jeder Be­ triebsweise ausgeführt werden, eine epitaxiale Al _x Ga₁_-x As- Schicht, welche die niedrigste Träger- bzw. Ladungsträger­ dichte hat, mittels der Betriebsweise II erhalten werden. In dem Falle, in welchem TEG als Alkylgallium, TIBA als Alkylaluminium und AsH₃ beispielsweise verwendet werden, wird in der Betriebsweise II das Wachsen einer epitaxia­ len Schicht erzielt, welche eine Träger- bzw. Ladungsträ­ gerdichte von 10¹³ bis 10¹⁵ cm^-3 (p-Typ) hat, während in der Betriebsweise I das Wachsen einer Schicht erzielt wird, welche eine Träger- bzw. Ladungsträgerdichte von 10¹⁵ bis 10¹⁶ cm^-3 (p-Typ) hat.

In jedem Falle oder jeder Betriebsweise mißt die Dicke eines Dünnfilms aus Al _x Ga₁_-x As, der in einem einzelnen Zyklus des Einleitens von Gasen wächst, etwa 0,1 bis 1,0 nm. Infolgedessen kann durch geeignete Auswahl des Innendrucks des Kristallwachstumsbehälters 11 während der Einleitungsperiode von jedem Verbindungsgas und der Zeitdauer des Einlei­ tens jedes Verbindungsgases ein epitaxiales Wachstum ei­ nes Al _x Ga₁_-x As-Dünnfilms, welcher eine Dicke hat, die ei­ ner einzelnen Monoschicht entspricht, leicht in dem ein­ zelnen Zyklus des Einleitens von Gasen erhalten werden. Die Dicke von einer einzelnen Monoschicht beträgt etwa 0,28 nm in der (100)-Ebene und etwa 0,33 nm in der (111)­ Ebene.

Weiterhin kann auch jeder Wert innerhalb des Bereichs von 0 bis 1 für x der Zusammensetzung bzw. des Anteils von Al in Al _x Ga₁_-x As dadurch erhalten daß man in geeig­ neter Weise den Innendruck des Kristallwachstumsbehälters 11 während der Einleitungsperiode von jedem Verbindungsgas und die Ein­ leitungszeitdauer desselben wählt.

Die Temperatur des Kristallwachstums wird auf einem Wert von 300 bis 500°C gehalten. Da eine Wieder- bzw. Neu- bzw. Nachverteilung des Dotierungs­ profils aufgrund einer solchen ziemlich niedrigen Wachstums­ temperatur unterdrückt wird, und da außerdem die Steuer­ barkeit der Dicke des Dünnfilms, der wachsen gelassen wird, ausgezeichnet ist, kann ein steiles Dotierungsprofil in einem Mehrschicht-Dünnfilm, welcher GaAs und Al _x Ga₁_-x As umfaßt, erzielt werden.

Die Fig. 2 zeigt ein tiefenweises Profil des Wertes x der Zusammensetzung Al _x Ga₁_-x As, die in einer Mehrschichtstruk­ tur GaAs/Al _x Ga₁_-x As/GaAs/Al _x Ga₁_-x As . . . enthalten ist, wel­ che unter Verwendung einer Gruppe von Materialien (TEG- AsH₃) und einer anderen Gruppe von Materialien (TEG-TEA- AsH₃) hergestellt worden ist. Der Wert von x in der Zu­ sammensetzung wird mittels der Auger-Elektronenspektrosko­ pie gemessen. Die Dicke einer GaAs-Schicht in dieser Mehr­ schichtstruktur wird in einer gleichartigen Weise erhal­ ten, wie es oben unter Verwendung der Gruppe von Materia­ lien: (TEG-AsH₃) beschrieben ist und durch Wiederholen von 100 Zyklen des seriellen Einleitens solcher Verbindungsga­ se. Außerdem wird die Dicke einer Al _x Ga₁_-x As-Schicht in dieser Mehrschichtstruktur dadurch erhalten, daß die Grup­ pe von Materialien: (TEG-TEA-AsH₃) verwendet wird und daß 250 Zyklen des seriellen Einleitens dieser Verbindungsga­ se wiederholt werden. Bedingungen für dieses Einleiten von Gasen werden so festgesetzt bzw. eingestellt, daß ein x- Wert von 0,36 bis 0,37 erhalten wird. Wie man aus der in Fig. 2 gezeigten Kurvendarstellung ersieht, kann ein He­ teroübergang zwischen GaAs und Al _x Ga₁_-x As, der ein stei­ les Dotierungsprofil hat, erhalten werden.

Die Fig. 3A zeigt eine Schnittansicht eines MIS-Kondensa­ tors (Metall-Isolator-Halbleiter-Kondensator), der als ein Versuch unter Verwendung einer Gruppe von Materialien: (TEG-TIBA-AsH₃) hergestellt worden ist. Eine Schicht 16 aus Al _x Ga₁_-x As ist epitaxial bei einer Temperatur von 350 bis 550°C auf einem Si-dotierten (3 × 10⁶ cm^-3) GaAs- Substratkristall 15 vom n-Typ gewachsen. Auf der Schicht 16 ist eine Elektrode 18 aus Al ausgebildet und daran ist ein Anschluß 19 angebracht. Auf der unteren Oberfläche des Substratkristalls 15 ist eine Elektrode 17 aus AuGe ausgebildet, und daran ist ein Anschluß 20 angebracht. Die Dicke der Al _x Ga₁_-x As-Schicht 16 ist, etwa 70 nm, und der Durchmesser der Al-Elektrode 18 ist 500 µm.

Die Kennwertkurve der Kapazität in Abhängigkeit von der Spannung des MIS-Kondensators ist in Fig. 3B gezeigt. Es ist ersichtlich, daß eine epitaxiale Schicht hoher Rein­ heit aus Al _x Ga₁_-x As erhalten werden kann. Es sei außerdem darauf hingewiesen, daß man Kristalle von guter Qualität bei niedrigeren Wachstums­ temperatur im Vergleich mit früheren Verfahren, wie es beispielsweise das Metall-Organo-Chemisches-Dampfablage­ rungsverfahren oder die Molekularstrahlepitaxie sind, wachsenlassen kann.

Die Fig. 4A zeigt eine schematische Ansicht einer Einrich­ tung zum Herstellen von Al _x Ga₁_-x As-Epitaxialschichten des p-Typs und n-Typs mittels Dotieren. Eine der gasförmigen Verbindungen, welche Elemente bzw. ein Element der Gruppe IV oder VI enthält, wie beispielsweise Disilan (Si₂H₆), Selenhydrid (H₂Se), Dimethylselen (DMSe) und Diethyl­ tellur (DETe) wird von einer äußeren Quelle derselben über eine Steuereinheit 33 zum Steuern der eingeleiteten Menge der gasförmigen Verbindung und eine Düse 31 in einen Kristallwachstumsbehälter 11 eingeleitet. Außerdem wird eine der gasförmigen Verbindungen der Art, wie Di­ methylzink (DMZn) und Diemthylcadmium (DMCd) von einer äußeren Quelle derselben über eine Steuereinheit 34 zum Steuern der eingeleiteten Menge der gasförmigen Ver­ bindung und eine Düse 32 in den Kristallwachstumsbehälter 11 eingeleitet.

Die zeitliche Steuerung des Einleitens der Gase, welche durch die Düsen 31 und 32 eingeleitet werden, wird mit­ tels eines Steuersystems 14 in einer entsprechenden Weise bewirkt, wie es die Art und Weise der Steuerung ist, welche unter Bezugnahme auf Fig. 1A beschrieben worden ist. Andere Teile und Funktionen der Fig. 4A sind die gleichen oder entsprechende wie diejenigen der Fig. 1A, so daß die diesbezügliche Beschreibung hier nicht wieder­ holt wird.

Eine Epitaxialschicht von Si-dotiertem Al _x Ga₁_-x As vom n-Typ kann zum Beispiel dadurch ausgebildet werden, daß man Si₂H₆ einleitet, und eine solche von Zn-dotiertem Al _x Ga₁_-x As vom p-Typ kann dadurch ausgebildet werden, daß man DMZn einleitet. Die Gaseinleitungsbetriebsweisen für diese Fälle sind in Fig. 4B gezeigt. Diese Betriebsweisen für die oben beschriebenen Fälle, in denen TEG als gas­ förmige Verbindung, welche Ga enthält, und TIBA als gas­ förmige Verbindung, welche Al enthält, beispielsweise verwendet werden, werden nun beschrieben:

In der Betriebsweise IV der Fig. 4B, die sich auf den Fall des Einleitens von Si₂H₆ bezieht, werden verschiedene gasförmige Verbindungen in der Reihenfolge TIBA, TEG, Si₂H₆ und AsH₃ eingeleitet. In dieser Betriebsweise wer­ den irgendeine gasförmige Verbindung, welche irgendein Element der Gruppe III enthält, und eine gasförmige Verbin­ dung, welche ein Dotierungselement enthält, das die Stelle der Atome der Gruppe III in einem Kristall einnimmt, abwechselnd eingeleitet. Diese Betriebsweise ist am wirk­ samsten und effektivsten beim Dotieren unter Verwendung von Si₂H₆, und es kann eine Al _x Ga₁_-x As (10¹⁶ bis 10¹⁹ cm^-3)-Schicht vom n-Typ hergestellt werden. Die andere Betriebsweise V in Fig. 4B bezieht sich auf den Fall, in welchem DMZn eingeleitet wird. In diesem Falle wird das wirksamste und effektivste Dotieren erzielt, wenn die ver­ schiedenen Gase in der Reihenfolge DMZn, TIBA, TEG und AsH₃ eingeleitet werden, wie in der Darstellung der Be­ triebsweise V gezeigt ist, und es kann eine Al _x Ga₁_-x As (10¹⁶ bis 10²⁰ cm^-3)-Schicht hergestellt werden.

Eine gasförmige Verbindung, die eine Dotierung ent­ hält, kann vor und nach jedem Einleiten eingeleitet wer­ den, und zwar in der folgenden Reihenfolge: eine gasför­ mige Verbindung, welche ein Element der Gruppe III _A ent­ hält, eine solche, welche ein Element der Gruppe III _B enthält, und eine solche, welche ein Element der Gruppe V enthält, oder in der folgenden Reihenfolge: V, III _A und III _B . Im Falle eines III-V-Mischkristalls sind die Hauptverunreinigungen Elemente der Gruppe II, IV und VI. Diese Dotierungen können in der folgenden Reihenfol­ ge eingeleitet werden: II, III _A , III _B , IV, V und VI.

Es sei darauf hingewiesen, daß, wenn nichts besonderes gesagt ist, mit der römischen Ziffer jeweils die Gruppe des periodischen Systems der Elemente gemeint ist.

Die Fig. 5 zeigt eine weitere Ausbildung der Kristall­ wachstumseinrichtung, die so ausgebildet ist, daß der Sub­ stratkristall während, des Kristallwachstums bestrahlt wird. Der Substratkristall 7 wird mit Ultraviolettstrahlen 23 und 24 bestrahlt, welche von äußeren Quellen, wie beispiels­ weise Excimerlasern, Argonionenlasern, Xenonlampen oder Quecksilberlampen emittiert werden und diese Ultravio­ lettstrahlen 23, 24 werden durch synthetische Quarzfenster 21 und 22 übertragen und in den Kristallwachstumsbehälter 11 eingestrahlt. Als Ergebnis hiervon kann die Kristallwachstumstempera­ tur vermindert sein, um das Wachstum eines Einkristalls sicherzustellen, der eine noch höhere Qualität hat. Auf diese Weise kann zum Beispiel eine Al _x Ga₁_-x As-Epitaxial­ schicht hoher Reinheit, die eine Träger- bzw. Ladungs­ trägerdichte von etwa 10¹⁴ cm^-3 hat, bei einer Wachstums­ temperatur von 300 bis 400°C unter Verwendung der fol­ genden Gruppe von Materialien: (TEG-TIBA-AsH₃) erhalten werden.

Weiter kann der Dotierungswirkungsgrad bzw. die Dotie­ rungsleistungsfähigkeit durch Synchronisieren einer Be­ strahlung mit Licht, das eine spezifische Wellenlänge hat, mit den Dotierungsperioden, wie es beispielsweise die Ein­ leitungsperioden von Si₂H₆ oder DMZn sind, gesteuert wer­ den. In Übereinstimmung mit diesem Zweck können zwei Arten von Ultraviolettstrahlen 23 und 24, die unterschiedliche Wel­ lenlängen haben, durch die Quarzfenster 21 und 22 jeweils ver­ fügbar sein, um den Substratkristall 7 zu bestrahlen.

Die Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Kri­ stallwachstumseinrichtung zum Herstellen von quarternären Legierungen von III-V-Verbindungsmischkristallen.

Das Herstellungsverfahren für eine quarternäre Legierung In _x Ga₁_-x -As _y P₁_-y von III-V-Verbindungshalbleitern sei nun als ein Beispiel beschrieben. In diesem Verfahren wird gasförmiges Alkylindium von einer äußeren Quelle über ei­ ne Steuereinheit (CTL) 44 zum Steuern der eingeführten Menge an gasförmigem Alkylindium und eine Düse 41 in ei­ nen Kristallwachstumsbehälter 11 eingeleitet. In entspre­ chender Weise wird gasförmiges Alkylgallium über eine Steu­ ereinheit (CTL) 45 und eine Düse 42 sowie gasförmiges AsH₃ über eine Steuereinheit (CTL) 46 und eine Düse 43 jeweils in den Kristallwachstumsbehälter 11 eingeleitet. Außerdem wird gasförmiges Phosphin (PH₃) als ein Dotierungsgas von einer äußeren Quelle desselben über eine Steuereinheit 48 und eine Düse 47 in den Kristallwachstumsbehälter 11 eingeleitet.

Durch abwechselndes Einleiten dieser Gase auf den Sub­ stratkristall 7 kann ein In _x Ga₁_-x As _y P₁_-y -Einkristalldünn­ film bei einer niedrigen Temperatur von 300 bis 500°C wachsen gelassen werden, während die Steuerbarkeit des Wachstums der Filmdicke in­ nerhalb mehrerer 0,1 nm aufrechterhalten bleibt.

Alternativ kann ein Einkristalldünnfilm aus Zn _x Se_1-x Te auch bei einer niedrigen Temperatur von 300 bis 500°C in einer entsprechenden Weise zu der oben beschriebenen Weise wachsen gelassen werden, indem Alkylindium, Alkyl­ gallium und AsH₃ durch Diemthylzink (DMZn), Selenhydrid (H₂Se) und Dimethyltellur (DMTe) ersetzt werden.

Weiter kann auch ein Einkristalldünnfilm aus Hg _x Cd_1-x Te unter Verwendung der folgenden Gase: Dimethylquecksilber (DMHg), Dimethylcadmium (DMCd) und Dimethyltellurium (DMTe) wachsen gelassen werden.

In Fig. 7A ist eine Ausführungsform eines Herstellungsverfahrens für eine Übergitterstruktur schematisch gezeigt. In der in Fig. 7A gezeigten Übergitterstruktur sind eine GaAs- Schicht 70, die eine Dicke d₁ hat, und eine Al _x Ga_1-x As- Schicht, die eine Dicke d₁ hat, abwechselnd und aufeinan­ derfolgend gewachsen. Die Dic­ ken d₁ und d₂ können dimensionsmäßig so genau wie eine Mono­ schicht gesteuert werden. Infolgedessen ist die minimale Dicke in der Übergitterstruktur diejenige einer Mono­ schicht. Weiter können die Dicken d₁ und d₂ leicht so gesteuert werden, daß eine willkürliche Anzahl vom Viel­ fachen einer einzelnen Monoschichtdicke erhalten wird, wie es jeweils erforderlich ist.

Weiterhin können unter Verwendung eines Dotierungsverfah­ rens der Art, wie es oben beschrieben ist, Übergitterstruk­ turen, wie es beispielsweise eine n-GaAs/n-Al _x Ga_1-x As- Übergitterstruktur ist, sowie eine n-GaAs/p-Al _x Ga_1-x As- Übergitterstruktur auch hergestellt werden.

Die Fig. 7B zeigt die Bandstruktur der n-GaAs/n-Al _x Ga_1-x As- Übergitterstruktur, die eine Bandstruktur 72 von n-GaAs und eine Bandstruktur 73 von n-Al _x Ga_1-x As umfaßt. Außer­ dem zeigt Fig. 7C die Bandstruktur der n-GaAs/p-Al _x Ga_1-x As- Übergitterstruktur, die eine Bandstruktur 72 von n-GaAs und eine Bandstruktur 75 von p-Al _x Ga_1-x As umfaßt.

In dem Verfahren zum Herstellen solcher Übergitterstruktu­ ren kann die Dicke jeder Wachstumsschicht gemäß einer vor­ bestimmten Auslegung in entsprechender Wei­ se wie in der Ausführungsform der Fig. 7A gesteuert werden. Weiter kann das Dotieren in der gleichen Weise ausgeführt werden, wie es die Art und Weise ist, welche in den Fig. 4A und 4B für Al _x Ga_1-x As gezeigt worden ist, und in entsprechender Weise, wie in Fig. 4B ohne Al für GaAs ge­ zeigt ist.

Darüber hinaus kann eine n-Al _x Ga_1-x As/p-Al _x Ga_1-x As-Über­ gitterstruktur auch gemäß dem Verfahren hergestellt werden, wie es in den Fig. 4A und 4B gezeigt ist. Abwechseln­ des Dotieren von Dotierungen vom n-Typ und p-Typ mit oder ohne Verändern der Zusammensetzung bzw. des x-Werts von Al kann in Monoschicht-um-Monoschicht-Weise auch aus­ geführt werden. Natürlich kann die Dicke von n-Al _x Ga_1-x As bzw. p-Al _x Ga_1-x As verändert werden.

Ausführungsformen von Übergitterstrukturen vom Polytyp bzw. Mehrfachtyp sind in den Fig. 8A bis 8C gezeigt. Hier sind als Beispiel drei solcher Übergitterstrukturen gezeigt, von denen jede eine Kombination von drei Arten von Halbleitern umfaßt, wie beispielsweise InAs 80, AlSb 81 und GaSb 82. Infolgedessen zeigt die Fig. 8A eine Übergitterstruktur, die eine periodische Einheitsstruktur 80, 81 und 82 umfaßt, während Fig. 8B eine Übergitter­ struktur zeigt, die eine periodische Einheitsstruktur 80, 81, 80 und 82 umfaßt, und Fig. 8C zeigt eine Übergitter­ struktur, die eine periodische Einheitsstruktur 80, 82, 81 und 82 umfaßt. Die Kombinationen, Leitungs- bzw. Leit­ fähigkeitstypen von Schichten, die Dotierungsdichte in jeder Schicht und die Dicke der Schichten können je nach Erfordernis verändert werden.

Da die Übergitterstruktur in einer Monoschicht-um-Mono­ schicht-Weise gewachsen ist, ist eine Ungleichmäßigkeit der mikroskopischen Atom­ konfiguration bei den hergestellten Mischkristallen aus­ geschaltet worden, so daß eine Übergitterstruktur, die eine periodische Struktur hat, welche mittels einer Kom­ bination von idealen Mischkristallen erzeugt ist, die re­ gelmäßig in atomarer Genauigkeit angeordnet sind, herge­ stellt werden kann. Weiterhin kann auch, da das Kristall­ wachstum bei einer niedrigen Temperatur von etwa 300°C ausgeführt werden kann, unter Anwendung einer Dotierung eine Übergitterstruktur hergestellt werden, die ein steiles Dotierungsprofil hat.

Es sei nun unter Bezugnahme auf Fig. 9 ein Verfahren zum Herstellen eines HEMT (Transistor hoher Elektronenbeweglichkeit), wie er in Fig. 9 gezeigt ist, beschrieben: Zunächst wird eine undotierte GaAs-Schicht 91, die eine Dicke von etwa 200 Monoschichten hat, auf einem semi-isolierendem GaAs-Substrat 90 wachsen gelassen. Dann wird eine Si-dotierte Al _x Ga_1-x As (x ≈ 0,3)-Schicht 93, die eine Dicke von 30 bis 40 Monoschichten hat, wachsen gelassen. Danach werden Source-, Gate und Drainelektro­ den ausgebildet. Die Sourceelektrode 94 ist eine ohmi­ sche Elektrode aus AuGe/Au, und die Gateelektrode 95 ist eine Ti/Pt/Au-Elektrode. Bei dem Herstellungsverfahren wird, da die Ungleichförmigkeit in der mikroskopischen Konfiguration der Atome in den Mischkri­ stallen ausgeschaltet wird, die Streuung von Elektronen in einer zweidimensionalen Elektronengasschicht 92, die an der Grenzfläche zwischen der n-Al _x Ga_1-x As-Schicht 93 und der undotierten GaAs-Schicht 91 auftreten kann, mini­ malisiert, so daß ein Transistor hohen Wirkungsgrads und hoher Leistungsfähigkeit hergestellt werden kann. Natürlich können alle Auslegungswerte von Dicken der Schichten, Zusammensetzung bzw. Wert von x und Dotierungsdichten erzielt werden.

Ein anderes Verfahren zum Herstellen einer Diode, in welcher der Resonanztunneleffekt ange­ wandt wird, sei nun unter Bezugnahme auf Fig. 10 beschrie­ ben, in der eine schematische Schnittansicht durch eine solche Diode gezeigt ist. Eine n⁺-GaAs-Schicht 101, die eine Dicke von 100 Monoschichten und eine Dotierungsdichte von etwa 10⁸ cm^-3 hat, wird zu­ nächst auf einem n⁺-GaAs-Substrat 100 wachsen gelassen. Da­ nach wird eine Al _x Ga_1-x As-Schicht 102 hohen Widerstands, die eine Dicke von 15 bis 20 Monoschichten hat, eine n-GaAs-Schicht 103, die eine Dicke von 15 bis, 20 Mono­ schichten und eine Dotierungsdichte von 10¹⁷ cm^-3 hat, eine Al _x Ga_1-x As-Schicht 104 hohen Wi­ derstands, die eine Dicke von 15 bis 20 Monoschichten hat, und eine n⁺-GaAs-Schicht 105, die eine Dicke von 100 Mono­ schichten und eine Dotierungsdichte von 10¹⁸ cm^-3 hat, aufeinanderfolgend wachsengelassen. Schließlich wird ein ohmischer Kontakt 106, beispielsweise aus AuGe/Ni, auf der oberen Oberfläche der n⁺-GaAs-Schicht 105 bzw. der unteren Oberfläche des Substrats 100 ausgebildet. Eine solche Einrichtung bzw. ein solches Bauelement weist einen negativen Widerstand auf, wenn eine Gleichspannung in nor­ maler oder umgekehrter Richtung bei 4K bis zur Raumtempe­ ratur angelegt wird, so daß die Einrichtung bzw. das Bau­ element als ein Oszillator, ein Mischer oder ein Detektor in Millimeterwellen- und Submillimeterwellenband verfügbar ist.

Ein noch anderes Verfahren zum Herstellen eines Transistors, in dem die Resonanztunnelstruktur der Art, wie oben beschrieben, in dem Kanal eines Feldeffekt­ transistors angeordnet ist, sei nun unter Bezugnahme auf Fig. 11 beschrieben, in welcher eine schematische Schnitt­ ansicht eines solchen Transistors dargestellt ist.

In Fig. 11 sind gleichartige Be­ zugszeichen zur Bezeichnung gleichartiger Teile wie in Fig. 10 verwendet, so daß die diesbezügliche Beschreibung nicht wiederholt wird. In den Kanälen eines Drainbereichs 110 und eines Sourcebereichs 111 kann die Dotierungsdichte so ausgelegt sein, daß sie einen Wert von weniger als 10¹⁶ cm^-3 hat, so daß die Geschwin­ digkeit der Elektronen aufgrund der Gitterstreuung in die­ sen Bereichen nicht beeinträchtigt werden kann. Weiter sind eine Sourceelektrode 112 und eine Drainelektrode 113 mittels Au-Ge/Ni/Au ausgebildet, während eine Gateelek­ trode 114 mit einem Schottkygate, wie zum Beispiel aus Al, Pt, Mo und Cr oder eine ohmische Elektrode, wie beispiels­ weise aus dem bekannten Au-Ge/Ni/Au ausgebildet ist.

Die Dicke des Drainbereichs 110 und des Sourcebereichs 111 kann in einer solchen Weise ausgelegt sein, daß die Ge­ samtdicke der Drainseite dicker als diejenige der Source­ seite ist, um die Stehspannung zwischen Gate und Drain größer als diejenige zwischen Source und Gate zu halten. Weiter kann im Normalbetrieb des Transistors die Dicke W des Drainbereichs unter Beachtung der Grenzfrequenz f _c als Kriterium ausgelegt sein. Auf diese Weise kann W, wenn f _c zum Beispiel jeweils 10 GHz, 100 GHz, 1000 GHz (= 1 THz) und 10 THz ist, so ausgelegt sein, daß es etwa 100 µm bzw. 1 µm bzw. 100 nm bzw. 10 nm ist.

Außerdem kann, wenn der Lauf- bzw. Durchgangszeiteffekt vom Gate zum Drain benutzt wird, die Dicke des Drainbe­ reichs so ausgelegt sein, daß sich ein Übergangs- bzw. Durchgangswinkel R von 3 π/2 ergibt, wenn die Zeitkonstante zwischen Gate und Source vernachlässigbar ist und die ma­ ximale Injektion bei einer Phase von π/4 beabsichtigt ist, während diejenige des Drainbereichs so ausgelegt sein kann, daß sich ein Übergangs- bzw. Durchgangswinkel von π/2 bis f ergibt, wenn die Zeitkonstante zwischen Gate und Source nicht länger vernachlässigbar ist, und die maximale Injektion bei einer Phase von π/2 bis π beab­ sichtigt ist. Wenn R = π ist, dann gilt f _{osc max} = V _s /2W, worin V _s und W Ladungsträgergeschwindig­ keit bzw. die Dicke des Drainbereichs bedeuten. Infolge­ dessen kann W, um f _{osc max} auf 100 GHz, 1000 GHz (= 1 THz) oder 10 THz einzustellen bzw. festzulegen, zu 0,5 µm bzw. 50 nm bzw, 5 nm gewählt werden. Natürlich wird die Dicke der Resonanztunnelteile 102 bis 104 entsprechend der Er­ höhung von f _c vermindert. Die Dotierungsdichte in den n⁺-GaAs-Schichten 101 und 105 kann so ausgelegt sein, daß sie mehr als 10¹⁸ cm^-3 ist, wäh­ rend diejenige im Resonanztunnelübergang in der gleichen Weise wie in Fig. 10 oder auf einen vorbestimmten Wert ausgelegt sein kann.

Es ist ersichtlich, daß das hier beschriebene Kristallwachstumsverfahren in gleicher Weise gut zum Herstellen von ultradünnen Filmstrukturen, die anders sind als die Ausführungsformen, wie sie beispielsweise oben unter Be­ zugnahme auf die Fig. 7 bis 11 beschrieben sind, ange­ wandt werden kann. Außerdem sind die Ausführungsformen oben unter Bezugnahme auf GaAs und Al _x Ga_1-x As als Wachstumsschichten beschrieben worden. Das Verfahren, wie es hier beschrieben ist, kann jedoch auf andere III-V-Verbin­ dungen und Mischkristalle hiervon, II-VI-Verbindungen und Mischkristalle hiervon, sowie Heteroübergänge zwischen III-V- und II-VI-Verbindungen angewandt werden.

In den oben beschriebenen Ausführungsformen der Fig. 7 und 11 ist es, obwohl verschiedene Übergitterstrukturen und Heteroübergänge in der Monoschicht-um-Monoschicht- Weise wachsen gelassen werden können, notwendig, die Tem­ peratur des Substrats, den Druck und die Einleitungs­ zeitdauern der gasförmigen Verbindungen, wel­ che Bestandteilselemente enthalten, und der Dotierungselemente als einstellbare Parameter zu steuern bzw. zu regeln.

Obwohl nur die Steuereinrichtungen für das Einleiten von verschiedenen Gasen bereits unter Bezugnahme auf die Fig. 1, 4, 5 und 6 beschrieben worden sind, wird nun eine andere Ausführungsform beschrieben, in der eine gewünschte ultradünne Filmstruktur automatisch ausgeführt bzw. hergestellt werden kann.

Die Fig. 12A ist eine schematische Blockdarstellung bzw. ein schematisches Blockschaltbild einer epitaxialen Wachs­ tumseinrichtung, welche Steuer- bzw. Regelteile derselben zum Ausführen des hier vorgeschlagenen Verfahrens aufweist.

Die Einrichtung umfaßt einen Kristallwachstumsbehälter 150, ein Absperrventil 151, ein Evakuierungssystem 152, eine Antriebseinrichtung 153 zum Antreiben des Absperr­ ventils 151, ein Vakuummeßgerät 154, einen Quarzaufneh­ mer bzw. -halter 155 zum Auf- bzw. Anbringen eines Halb­ leiter-Subtratkristalls 156 eine Lampe 158 zum Erhitzen des Substratkristalls 156 und ein Lampengehäuse 157. Die meisten dieser Teile entsprechen denjenigen, welche in den Fig. 1A, 4A, 5 und 6 gezeigt sind.

Die Heiztemperatur der Lampe 158 wird mittels einer Lam­ pentemperatur-Steuer- bzw. Regeleinheit 159, welche bei­ spielsweise eine Stromversorgungseinrichtung und einen Thermostat umfaßt gesteuert bzw. geregelt. Die Tempera­ tur des Substratkristalls 156 wird mittels eines Strahlungsthermo­ meters oder -pyrometers 161 durch ein Fenster 160 beob­ achtet. Das Ausgangssignal 162 von dem Strahlungsthermometer bzw. -pyrometer wird mit einem Ausgangssignal 163 zum Überwa­ chen der Lampenheiztemperatur zu einer Temperatursteuer- bzw. -regeleinheit 165 zum Steuern bzw. Regeln der Tem­ peratur des Substratskristalls 156 übertragen, von welcher ein Signal 164 zu der Außentemperatur-Steuer- bzw. Regeleinheit 159 übertragen wird. Der Innendruck des Kristallwachstumsbehälters 150 wird mittels Vakuummeßinstruments 154 gemessen, das Ausgangssignal 168 des Vakuummeßgeräts 154 wird zu einer Steuer- bzw. Regeleinheit 166 zum Steuern bzw. Regeln des Evakuierungssystems 152 über­ tragen. Ein Steuersignal 167 von der Steuer- bzw. Regeleinheit 166 wird zu dem Evakuierungssystem 152 und der Antriebseinrichtung 153 übertragen. Gasförmige Verbindungen 170, 171, 172, 173 und 174, die eines der Bestandteilselemente bzw. der Dotierungselemente enthalten, werden über jeweilige Stopventile 180, 181, 182, 183 und 184, jeweilige Steuer- bzw. Regel­ einheiten 190, 191, 192, 193 und 194, sowie jeweilige Düsen 200, 201, 202, 203 und 204 in den Kristallwachstumsbehälter 150 ein­ geleitet. Als die Stopventile 180, 181, 182, 183 und 184 kön­ nen manuell betätigte Ventile oder elektromagnetische Ventile vorgesehen sein. Außerdem steuern bzw. regeln die Steuer- bzw. Regeleinheiten 190, 191, 192, 193 und 194 jeweils die Einleitungszeitdauern von je­ der der gasförmigen Verbindungen. Die Art und Weise der Steuerung bzw. Regelung des Drucks und der Einleitungs­ zeitdauern von jeder gasförmigen Verbin­ dung wird weiter unten in näheren Einzelheiten unter Be­ zugnahme auf Fig. 12B beschrieben. Eingangssignale zum Steuern bzw. Regeln der jeweiligen Steuer- bzw. Regeleinheiten 190, 191, 192, 193 und 194 und Ausgangsüberwachungssignale dersel­ ben werden über jeweilige Signalleitungen 210, 211, 212, 213 und 214 übertragen. Ein Steuer- bzw. Regelsystem, das einen Computer CPU 220, einen Eingangsterminal 221, einen Speicher 222, einen Bildausgangsterminal 223 umfaßt, und ein Ausgangsdruckerbetriebssystem, das nicht gezeigt ist, sind über, eine Schnittstellenschaltung 215 mit der Gruppe von Steuer- bzw. Regeleinheiten 190, 191, 192, 193 und 194 verbunden. In Ansprechung auf ein Überwachungseingangssignal 233 über­ trägt der Computer 220 ein Steuer- bzw. Regelsignal 232. Außerdem überträgt der Computer 220 in Ansprechung auf ein Vakuumüberwachungseingangssignal 231 ein Steuer- bzw. Re­ gelsignal 230. Weiter überträgt der Computer 220 in Ansprechung auf ein Temperaturüberwachungseingangssignal 235 ein Steuer- bzw. Regelsignal 234.

Die Fig. 12B zeigt ein schematisches Blockschaltbild, wel­ ches einen Teil der Gassteuer- bzw. -regeleinheit veran­ schaulicht. Da die Art und Weise des Betriebs der ver­ schiedenen Steuer- bzw. Regeleinheiten 190 bis 194 die gleiche ist, wird die vorliegende Beschreibung auf das Einleiten von nur einer gasförmigen Verbindung beschränkt, um Wiederholun­ gen zu vermeiden. Infolgedessen sei zum Beispiel vorlie­ gend der Betrieb der Steuer- bzw. Regeleinheit 190 beschrieben.

Das Einleiten der gasförmigen Verbindung 170 wird mittels eines Stopventils 251 gesteuert, welches die Einleitungs- und Nichteinleitungszeitdauern in Anspre­ chung auf ein Steuersignal steuert, das von dem Computer 220 über die Signalleitung 210 übertragen bzw. gesendet wird. Der Druck der gasförmigen Verbindung 170 wird mittels eines Massenströmungssteuergeräts 252 in Ansprechung auf ein Ausgangssteuer- bzw. -regelsignal 259 von einer Drucksteuer- bzw. -re­ gelschaltung 255 gesteuert bzw. geregelt. Die Drucksteu­ er- bzw. -regelschaltung 255 ist eine elektronische Schal­ tung, die eine Rückkopplungssteuerung bzw. -regelung um­ faßt und unter Verwendung von an sich bekannten Transi­ storen, Dioden und integrierten Schaltungen aufgebaut ist. Sie erzeugt das Ausgangssteuer- bzw. -regel­ signal 257 in Ansprechung auf ein Ausgangssignal 254 von einem Manometer 253 und ein Steuer- bzw. Regelsignal 256, das von dem Computer 220 in Ansprechung auf das Ausgangssignal 254 von dem Manometer 253 erzeugt wird.

Es sei nun auf Fig. 12C Bezug genommen, in der eine Be­ triebsweise für das Einleiten von verschiedenen Gasen zu­ sammen mit einem Temperatursteuerdiagramm gezeigt ist, welche für das Ausführen eines Kristallwachstumsverfah­ rens angewandt werden können, in dem n-GaAs-Schichten und p-Al _x Ga_1-x As-Schichten abwechselnd auf einem n-GaAs- Substrat in einer Monoschicht-um-Monoschicht-Weise mit­ tels des oben beschriebenen Steuer- bzw. Regelsystems wachsen gelassen werden. Während einer Periode bzw. Zeit­ dauer t₅₀ kann eine einzelne Monoschicht aus n-GaAs bei einer Temperatur T₅₀ wachsen gelassen werden, und nach­ folgend kann eine einzelne Monoschicht aus p-Al _x Ga_1-x As in einer Periode bzw. Zeitdauer t₅₁ bei einer Temperatur T₅₁ wachsen gelassen werden.

Natürlich kann auch eine Epitaxialschicht von einer sol­ chen Dicke, wie es eine Dicke von 100 oder 1000 Monoschich­ ten ist, wachsen gelassen werden. In einem solchen Falle kann im Computer 220 ein Programm in einer angemessenen Spra­ che eingegeben werden, das die Instruktion gibt, eine Dic­ ke von 100 oder 1000 Monoschichten zu erzeugen. Auf diese Weise kann jede gewünschte ultradünne Filmstruktur wachsen gelassen werden. Da ein Kristallwachstum einer Schicht, die zum Beispiel eine Dicke von zwei Monoschichten hat, durch Einstellen der jeweiligen Bedingung bzw. Bedingun­ gen ausgeführt werden kann, kann auf diese Weise Wachstums­ zeit gespart werden.

Weiter kann, indem das in Fig. 12C gezeigte Programm als ein Überwachungseingangssignal zur Sichtwiedergabe auf einer Braunschen Röhre (CRT), die als Bildausgangstermi­ nal 223 verwendet wird, benutzt wird, eine visuelle Über­ wachung ausgeführt werden. Außerdem können Speicherein­ richtungen, wie beispielsweise ein Floppydisk, ein Kas­ settenbandaufzeichnungs- und -wiedergabegerät und eine Harddisk als der Speicher 222 zum Aufzeichnen und Wieder­ geben des Programms des Verfahrens zum Herstellen der ultradünnen Filmstruktur verwendet werden.

Darüber hinaus kann das aufeinanderfolgende bzw. fortlau­ fende Kristallwachstum unter Verwendung einer automati­ schen Transporteinrichtung für die Operationen des Ein­ führens und Herausnehmens des Substratskristalls 156 in den bzw. aus dem Kristallwachstumsbehälter 150 ausgeführt werden. Auf die­ se Weise kann eine Massenproduktion eines ultradünnen Films, der Schichten von unterschiedlichen Strukturen um­ faßt, unter Benutzung eines Steuerprogramms der Art, wie es oben beschrieben wurde, in Verbindung mit einem Pro­ gramm zum Steuern der automatischen Transporteinrichtung ausgeführt werden.

Außerdem können, da das Monoschichtenwachstum in einer einfachen Weise unter Verwendung eines einfachen Manome­ ters und eines Steuer- bzw. Regelsystems zum Steuern bzw. Regeln der Gaseinleitung und der Substratkristalltemperatur aus­ geführt werden kann, Wafer hoher Qualität, welche ultra­ dünne Epitaxialschichten umfassen, im Gegensatz zu dem Molekularstrahlepitaxialverfahren leicht hergestellt wer­ den.

In dem Computer 220 der Fig. 12A ist nur ein Eingangstermi­ nal gezeigt. Jedoch kann auch ein Betriebssystem vom Mul­ titask- bzw. Mehrfachaufgaben- oder Multÿob- bzw. Mehr­ arbeitstyp, das eine Mehrzahl von Eingangsterminals zu dem Computer 220 umfaßt, zum Ausführen der Steuerung bzw. Re­ gelung des Kristallwachstums verwendet werden, während eine Programmierung anderer neuer Programme für das Kri­ stallwachstum durchgeführt wird.

Eine noch andere Ausführungsform, in welcher die Bestrahlung des Substrats mit Licht während des Kri­ stallwachstums in der Art, wie in Fig. 5 gezeigt, automa­ tisiert ist, sei nun noch beschrieben:

Es sei dann auf Fig. 13A Bezug genommen, wobei insbesondere Teile, die sich auf die Bestrahlung beziehen und nicht in Fig. 12A gezeigt sind, beschrieben werden, während hin­ sichtlich der übrigen Teile, welche die gleiche Beziffe­ rung wie in Fig. 12A haben, auf die Beschreibung der Fig. 12A verwiesen wird. Ultraviolettstrahlen 280 und 281, die von Ultraviolettstrahlungsquellen 273 und 276, wie bei­ spielsweise Quecksilberlampen, Excimerlaser oder Argon­ ionenlaser jeweils emittiert werden, werden über Ver­ schlüsse, Klappen o.dgl. 271 bzw. 275 und Fenster 270 bzw. 274 auf einen Substratkristall 156 aufgestrahlt. Die Verschlüs­ se, Klappen o.dgl. 271 und 275 werden mittels Steuersig­ nalen 293 und 294 über eine Schnittstellenschaltung 292 betrieben.

Eine Art und Weise der Bestrahlung mit Licht α und Licht β, welche den Kristallwachstumsprozeß begleitet, der in Fig. 12C gezeigt ist, ist in Fig. 13B veranschaulicht. Die Bestrahlung mit Licht α wird fortgesetzt, bevor das Einlei­ ten von Verbindungsgas, das As enthält, begonnen wird und die Bestrahlung mit Licht β folgt. Die Bestrahlung mit Licht β wird bis vor dem Einleiten von DMZn-Gas fortgesetzt. Die Wellenlängen des Lichts α und des Lichts β können so ge­ wählt sein, daß die Oberflächenreaktion während der Be­ strahlung aktiviert wird. Es kann auch ein solcher Fall möglich sein, daß das Licht α und das Licht β die glei­ che Wellenlänge jedoch unterschiedliche Intensitäten ha­ ben. Außerdem kann Licht, das einen Bereich von Wellen­ längen hat, jeweils als Ultraviolettstrahlen 280 bzw. 281 verwendet wer­ den. Weiter können zwei oder mehr Arten von Licht, das unterschiedliche Wellenlängen hat, anstelle der Ultraviolettstrahlen 280 bzw. 281 verwendet werden, um den Substratkristall 156 mit unter­ schiedlichen Arten von Licht entsprechend der Einleitungs- oder Nichteinleitungsperiode bzw. -zeitdauer von unter­ schiedlichen Arten von Gasen zu bestrahlen und dadurch ein wirksameres Kristallwachstum durchzufüh­ ren.

Wenn eine Lichtquelle, die einen weiten Bereich von Wel­ lenlängen hat, wie beispielsweise eine Quecksilberlampe, benutzt wird, kann die Bestrahlung des Halbleitersub­ strats mit einer Lichtquelle jedoch zwei Arten von Licht, die zwei unterschiedliche Wellenlängenbereiche haben, un­ ter Verwendung eines Verschlusses, einer Klappe o.dgl. mit einem Filter ausgeführt werden.

Obwohl auf III-V-Mischkristalle als Beispiele Bezug ge­ nommen worden ist, ist die Erfindung natürlich auch auf II-VI-Mischkristalle, Verbindungshalbleiter, welche vier Elemente enthalten, oder Heteroübergänge zwischen III-V- Mischkristallen und II-VI-Mischkristallen lediglich durch zusätzliche Installierung von mehr Gaseinleitungseinhei­ ten bei den Ausführungsformen, die in den Fig. 12 und 13 gezeigt sind, anwendbar, wenn das gewünscht wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Kristallwachstum von Mischkristallen, die ultradünne Filmstruktur mit Ver­ unreinigungs- bzw. Störstellendotierung haben, was nach dem Stande der Technik schwierig war, in einer Mono­ schicht-Genauigkeit ausgeführt werden. Nach dem Stande der Technik, wie beispielsweise bei dem Molekularstrahl­ epitaxialverfahren, ist es notwendig, eine komplizierte und teuere Steuer- bzw. Regeleinrichtung zu verwenden, wie beispielsweise RHEED, um die Dicke der gewachsenen Kristallschichten mit hoher Genauigkeit zu steuern. Im Gegensatz zum Stande der Technik kann das Verfahren nach der Erfindung, wie es beispielsweise oben beschrieben worden ist, in einer einfachen Weise automatisiert wer­ den, und zwar mittels einer sehr kostengünstigen Steuer- bzw. Regeleinrichtung zum Steuern bzw. Regeln des Drucks der Gase, der Einleitung der Gase, der Temperatur des Substrats und der Bestrahlung mit Licht. Infolgedessen ist das Verfahren nach der Erfindung für die Massenproduktion von ultradünnen Filmstrukturen mit hoher Genauigkeit und Effektivität bzw. Produktivität in der industriellen Anwendung geeignet.

Auf diese Weise können gemäß dem Verfahren nach der Erfindung verschiedenste Einrichtungen bzw. Bauelemente hergestellt werden, wie insbesondere Heteroübergangs­ einrichtungen bzw. -bauelemente, HEMT-Struktureinrich­ tungen bzw. -bauelemente, Übergitterstruktureinrichtun­ gen bzw. -bauelemente, Zwei- oder Drei-Anschluß-Einrich­ tungen bzw. -bauelemente, negative Widerstandseinrich­ tungen bzw. -bauelemente welche den Lauf- bzw. Durch­ gangszeiteffekt ausnutzen, Tunnelinjektionseinrichtungen bzw. -bauelemente, optische Detektoreinrichtungen bzw. -bauelemente und/oder lichtemittierende Einrichtungen bzw. -bauelemente, und Halbleiterlaser.

Claims (17)

1. Verfahren des epitaxialen Wachstums zum Ausbilden eines einkristallinen Dünnfilms aus einem Verbindungshalb­ leiter A _x B_1-x C, der drei Bestandteilselemente A, B und C enthält, von denen zwei Elemente Elemente der gleichen Gruppe sind, auf einem Substratkristall (7, 156), umfassend die folgenden Verfahrensschritte: Einleiten einer gasförmi­ gen Verbindung, die eines der Bestandteilselemente des Ver­ bindungshalbleiters enthält, in einen Kristallwachstumsbe­ hälter (11, 150) unter einem vorbestimmten Druck während einer vorbestimmten Zeitdauer, Einführen einer gasförmigen Verbindung, die ein anderes Bestandteilselement des Verbin­ dungshalbleiters enthält, in den Kristallwachstumsbehälter (11, 150) unter einem vorbestimmten Druck während einer vorbestimmten Zeitdauer, Einführen einer gasförmigen Ver­ bindung, die ein noch anderes Bestandteilselement des Ver­ bindungshalbleiters enthält, in den Kristallwachstumsbehäl­ ter (11, 150) unter einem vorbestimmten Druck während einer vorbestimmten Zeitdauer, und Wiederholen einer Aufeinander­ folge der obigen Verfahrensschritte, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die gasförmigen Verbindun­ gen derart zeitlich aufeinanderfolgend in den Kristall­ wachstumsbehälter (11, 150) eingeleitet werden, daß jeweils nur eine auf einmal eingeleitet wird, und daß der Kristall­ wachstumsbehälter (11, 150) vor dem Einleiten von jeder der gasförmigen Verbindungen jeweils vollständig evakuiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jedes der drei Elemente jeweils ein Element der Gruppe III oder ein Element der Gruppe V ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jedes der drei Elemente jeweils ein Element der Gruppe II oder der Gruppe VI ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die drei Elemente A, B und C je­ weils Al, Ga und As oder Ga, Al und As sind und daß eine gasförmige Verbindung, welche Al enthält, eine gasförmige Verbindung, welche Ga enthält, und eine gasförmige Verbin­ dung, welche As enthält, aufeinanderfolgend in der Reihen­ folge A, B, C in den Kristallwachstumsbehälter (11, 150) eingeleitet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß gasförmiges Triethylgallium als eine gasförmige Verbindung, welche Ga enthält, verwendet wird, während gasförmiges Triethylaluminium oder gasför­ miges Triisobutylaluminium als eine gasförmige Verbindung, welche Al enthält, verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausbilden eines do­ tierten Verbindungshalbleiters eine gasförmige Verbindung III _A , welche ein Element der Gruppe III als eines der Be­ standteilselemente des Verbindungshalbleiters enthält, eine gasförmige Verbindung III _B , welche ein anderes Element der Gruppe III als ein anderes Bestandteilselement des Verbin­ dungshalbleiters enthält, eine gasförmige Verbindung V _C , welche ein Element der Gruppe V als noch anderes Bestand­ teilselement des Verbindungshalbleiters enthält, und ein Dotierungsgas, das ein Dotierungselement des Verbindungs­ halbleiters enthält, aufeinanderfolgend in den Kristall­ wachstumsbehälter (11, 150) in dieser Reihenfolge oder in der folgenden Reihenfolge V _C , III _A , III _B und das Dotie­ rungsgas, eingeleitet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Elemente der Gruppe III und das Element der Gruppe V jeweils Ga bzw. Al bzw. As sind und daß das Dotierungselement, welches in dem Dotie­ rungsgas enthalten ist, ein Element der Gruppe II, IV oder VI ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Dotierungsgas Disilan (Si₂H₆), Dimethylzink, Dimethylcadmium, Trimethylgallium, Selenhydrid (H₂Se), Diethylselen oder Diethyltellur ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausbilden eines Verbindungshalbleiters, der zwei Elemente der Gruppe III und ein Element der Gruppe V als Bestandteilselemente, so­ wie ein Element der Gruppe II, ein Element der Gruppe IV und ein Element der Gruppe VI als Dotierungselemente ent­ hält, eine gasförmige Verbindung III _A , die eines der beiden Elemente der Gruppe III enthält, eine gasförmige Verbindung III _B , die das andere der beiden Elemente der Gruppe III enthält, eine gasförmige Verbindung V _C , die das Element der Gruppe V enthält, eine gasförmige Verbindung II _D , die das Element der Gruppe II enthält, eine gasförmige Verbindung IV _E , die das Element der Gruppe IV enthält und eine gasför­ mige Verbindung VI _F , die das Element der Gruppe VI enthält, in den Kristallwachstumsbehälter (11, 150) in der Reihen­ folge II _D , III _A , III _B , IV _E , V _C und VI _F aufeinanderfolgend eingeleitet werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausbilden eines Einkristalls aus einer quarternären Legierung oder eines gemischten kristallinen Verbindungshalbleiters der vier Be­ standteilselemente enthält, wie zwei Elemente der Gruppe III und zwei Elemente der Gruppe V, eine gasförmige Verbin­ dung III _A , die eines der beiden Elemente der Gruppe III enthält, eine gasförmige Verbindung III _B , die das andere der beiden Elemente der Gruppe III enthält, eine gasförmige Verbindung V _C , die eines der beiden Elemente der Gruppe V enthält, und eine gasförmige Verbindung V _D , die das andere der beiden Elemente der Gruppe V enthält, in dieser Reihen­ folge in den Kristallwachstumsbehälter (11, 150) eingelei­ tet werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die gasförmige Verbindung III _A , III _B , V _C und V _D jeweils Alkylindium bzw. Alkylgallium bzw. Arsin (AsH₃) bzw. Phosphin (PH₃) ist.

12. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Substrat­ kristall (7, 156) während des Kristallwachstums mit Ultra­ violettstrahlung bestrahlt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die seriell geordnete Einleitung der drei Arten von gasförmigen Verbindungen wie­ derholt wird, um eine Mehrschichtdünnfilmstruktur auszubil­ den, die einen Mischkristall aus zwei unterschiedlichen Gruppenelementen und einen Mischkristall der drei Bestand­ teilselemente umfaßt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß beide Mischkristalle aus zwei unterschiedlichen Gruppenelementen und der Mischkristall aus drei Bestandteilselementen II-IV-Mischkristalle sind.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die beiden unterschiedli­ chen Gruppenelemente Ga und As sind, während die drei Be­ standteilselemente Ga, Al und As sind.

16. Verfahren nach Anspruch 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß Triethylaluminium oder Triisobutylaluminium als eine der drei Arten von gasförmi­ gen Verbindung, welche Al enthält, benutzt wird, während Triethylgallium als eine andere der drei Arten von gasför­ migen Verbindungen, welche Ga enthält, verwendet wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß Dotierungsver­ bindungen wie Disilan (Si₂H₆), Trimethylgallium, Selenhy­ drid (H₂Se), Diethylselen, Diethyltellur, Dimethylcadmium und/oder Dimethylzink verwendet werden.