DE3743132A1

DE3743132A1 - METHOD FOR PRODUCING SEMICONDUCTOR MATERIAL OF GROUPS II AND VI OF THE PERIODIC SYSTEM BY CHEMICAL VAPOR DEPOSITION OF METAL ORGANIC COMPOUNDS

Info

Publication number: DE3743132A1
Application number: DE19873743132
Authority: DE
Inventors: William Hoke; Lindley Specht
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1986-12-18
Filing date: 1987-12-18
Publication date: 1988-07-21
Also published as: GB2199594B; JPS63198336A; GB2199594A; FR2608637A1; GB8729380D0; CA1319587C

Abstract

A method for growing a Group II-VI epitaxial layer over a substrate 11 includes the steps of directing a plurality of vapor flows towards the substrate 11, including a Group II elemental mercury vapor, at least one of the Group II organic vapor and Group VI organic vapor having organic groups which sterically repulse the second one of the Group II and Group VI organic vapors or which provide electron transfer to the Group II atom or electron withdrawal from the Group VI atom. Substantially independent pyrolsis of the Group II organic vapor is provided over the growth region 12 of the substrate 11, and accordingly, Group II depletions such as cadmium depletion in the epitaxial films provided over the substrate being susbstantially reduced by the choice of organic groups. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft allgemein das epitaktische Aufwachsenlassen oder Züchten von Werkstoffen und im einzelnen das Züchten von kristallinem Halbleitermaterial der Gruppen II und VI des periodischen Systems.The invention relates generally to epitaxial growth or breeding materials and in particular breeding of crystalline semiconductor material of groups II and VI des periodic system.

Wie auf diesem Gebiete der Technik bekannt, hat epitaktisch gewachsenes Halbleitermaterial der Gruppen II und VI des periodischen Systems, wie Cadmiumtellurid und Quecksilber-Cadmiumtellurid, wichtige Anwendungsgebiete als Photodetektororgan zur Feststellung elektromagnetischer Energie im Spektralbereich von etwa 0,8 µ bis 30 µ. Durch Einstellung der Legierungszusammensetzung von Cadmium und Quecksilber können Photodetektororgane geschaffen werden, die in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen innerhalb des Wellenlängenbandes von 0,8 µ bis 30 µ empfindlich sind.As is known in this area of technology, epitaxially has grown Semiconductor material of groups II and VI of the periodic Systems such as cadmium telluride and mercury cadmium telluride, important areas of application as a photodetector organ Detection of electromagnetic energy in the spectral range of about 0.8 µ to 30 µ. By adjusting the alloy composition of cadmium and mercury can photodetector organs be created in different wavelength ranges sensitive within the wavelength band from 0.8 µ to 30 µ are.

Es sind verschiedene Verfahren zur Herstellung von Cadmiumtellurid und Quecksilber-Cadmiumtellurid für die Verwendung auf dem Gebiete der Photodetektortechnik vorgeschlagen worden. Ein Verfahren ist das epitaktische Aufwachsenlassen metallorganischer Dämpfe (MOVPE). Dieses Verfahren wird oft auch als metallorganische chemische Dampfablagerung bezeichnet (MOCVD). Bekanntermaßen sieht das letztgenannte Verfahren zum Züchten von Quecksilber- Cadmiumtellurid vor, das Dämpfe von Quecksilber, Diäthylcadmium und Diäthyltellurid in ein Reaktorgefäß geleitet werden und chemisch miteinander reagieren, so daß man das epitaktisch gewachsene Halbleitermaterial erhält.There are various methods of making cadmium telluride and mercury-cadmium telluride for use on the Areas of photodetector technology have been proposed. A procedure is the epitaxial growth of organometallic Vapors (MOVPE). This process is often called organometallic chemical vapor deposition (MOCVD). As is well known sees the latter method of growing mercury Cadmium telluride, which vapors mercury, diethyl cadmium and diethyl telluride are passed into a reactor vessel and react chemically with each other so that you epitaxially grown semiconductor material.

Verschiedene Schwierigkeiten ergeben sich bei den bekannten Verfahren zum Aufwachsenlassen von Quecksilber-Cadmiumtellurid als epitaktische Schicht durch chemische Dampfablagerung metallorganischer Verbindungen. Ein Problem besonderer Bedeutung ist die Gleichförmigkeit der Zusammensetzung der abgelagerten epitaktischen Schichten, die bei der chemischen Dampfablagerung metallorganischer Verbindungen entstehen.Various difficulties arise with the known ones Process for growing mercury-cadmium telluride as an epitaxial layer through chemical vapor deposition organometallic compounds. A problem of particular importance is the uniformity of the composition of the deposited epitaxial layers involved in chemical vapor deposition organometallic compounds arise.

Im allgemeinen ändert sich die Zusammensetzung dieser Schichten von den stromabgelegenen Bereichen des Substrates zu den stromaufgelegenen Bereichen hin. Diese Änderungen der Zusammensetzung resultieren in einer fortschreitend zunehmenden Verarmung an Cadmium gegen das stromabgelegene oder hintere Ende des Substrates hin, während die stromaufgelegenen Bereiche oder vorderen Bereiche des Substrates im allgemeinen zu reich an Cadmium sind. Es ergeben sich auch Änderungen in Seitenrichtung oder von Seite zu Seite bezüglich der Gleichförmigkeit der Zusammensetzung oder des Gehaltes an Cadmium.In general, the composition of these layers changes from the downstream areas of the substrate to the upstream areas. These changes in composition result in a progressively increasing impoverishment on cadmium against the downstream or rear end of the substrate, while the upstream areas or front areas of the substrate are generally too rich Are cadmium. There are also changes in the lateral direction or side to side regarding the uniformity of the Composition or content of cadmium.

Die vorherrschende Behandlung der chemischen Reaktionen bei der Erzeugung von Halbleitermaterial der Gruppen II und VI des periodischen Systems durch Dampfablagerung metallorganischer Verbindungen entnimmt man der Veröffentlichung "Organometallic Growth of II-VI Compounds", von J.B. Mullin u.a., Journal of Crystal Growth, Band 55, 1981, Seiten 92-106. In dieser Veröffentlichung wird von den Autoren ausgeführt, daß die über das Substrat geleiteten Alkyle von Tellur und Cadmium nicht unabhängig pyrolytisch reagieren. Die Autoren führen vielmehr aus, daß zusätzliche Produkte oder komplexe Produkte dieser Verbindungen erzeugt werden, da Diäthylcadmium und Diäthyltellurid in der Dampfphase aneinandergezogen werden und eine schwache Bindung eingehen. Aus der Sicht der Autoren führt die Zerlegung dieser Zwischenprodukte zur Bildung von Materialien der Gruppe II und VI und anderen Endprodukten. The predominant treatment of chemical reactions in the Generation of semiconductor material of groups II and VI of periodic system by vapor deposition of organometallic Compounds can be found in the publication "Organometallic Growth of II-VI Compounds "by J.B. Mullin et al., Journal of Crystal Growth, Vol. 55, 1981, pages 92-106. In this release is stated by the authors that the Substrate-guided alkyls are not independent of tellurium and cadmium react pyrolytically. Rather, the authors state that additional products or complex products of these compounds be generated because diethyl cadmium and diethyl telluride pulled together in the vapor phase and a weak one Enter into a bond. From the authors' point of view, the decomposition leads of these intermediates to form materials of Group II and VI and other end products.

Im Idealfall kann das Aufwachsenlassen von Quecksilber-Cadmiumtellurid durch Dampfablagerung metallorganischer Verbindungen beispielsweise als irreversible Pyrolyse betrachtet werden, bei welcher das primäre Alkyl (erster Ordnung) des Tellur und das Alkyl von Cadmium Nullterordnung sich unabhängig in elementares Tellur und elementares Cadmium zerlegen. Das elementare Tellur reagiert mit dem elementaren Cadmium und dem elementaren Quecksilber, das als Dampfstrom vorgesehen wird, so daß Quecksilbertellurid und Cadmiumtellurid entstehen. Das Quecksilbertellurid und das Cadmiumtellurid lagern sich dann auf dem Substrat ab und bilden dort das Quecksilber-Cadmiumtellurid, wie in den nachfolgend angeschriebenen Reaktionen aufgezeigt ist:Ideally, growing mercury-cadmium telluride due to vapor deposition of organometallic compounds for example, be considered irreversible pyrolysis, in which the primary alkyl (first order) of tellurium and the alkyl of zero order cadmium is independent in elementary order Disassemble tellurium and elemental cadmium. The elementary Tellurium reacts with the elementary cadmium and the elementary Mercury, which is intended as a vapor stream, so that mercury telluride and cadmium telluride are formed. The Mercury telluride and the cadmium telluride then deposit on the substrate and form the mercury-cadmium telluride there, as in the reactions described below is shown:

DETe → Te + H.C. (Reaktion 1)
Te + Hg → HgTe (Reaktion 2)
DMCd → Cd + H.C. (Reaktion 3)
Cd + Te → CdTe (Reaktion 4)
HgTe + CdTe → Hg₁_-xCd_xTe (Reaktion 5)DETe → Te + HC (reaction 1)
Te + Hg → HgTe (reaction 2)
DMCd → Cd + HC (reaction 3)
Cd + Te → CdTe (reaction 4)
HgTe + CdTe → Hg₁ _{- x} Cd _x Te (reaction 5)

worin H.C. jeweils Kohlenwasserstoffe bedeuten und DE als Abkürzung für Diäthyl- und DM als Abkürzung für Dimethyl verwendet werden.where H.C. each represent hydrocarbons and DE as an abbreviation used for diethyl and DM as an abbreviation for dimethyl will.

Zwar gibt es Anzeichen dafür, daß Quecksilbertellurid durch unabhängige Pyrolyse des primären Alkyls von Tellur und die Reaktion zwischen Quecksilber und elementarem Tellur (Reaktionen 1 und 2) gebildet wird, doch wird nun vermutet, daß Cadmiumtellurid durch einen anderen Prozeß entsteht, der bei höheren Temperaturen abläuft. Die vereinfachte Gesamtreaktion ist als Reaktion 6 angegeben:While there are signs that mercury telluride is passing through independent pyrolysis of the primary alkyl of tellurium and the Reaction between mercury and elemental tellurium (reactions 1 and 2) is formed, but it is now assumed that cadmium telluride is created by another process, the higher one Temperatures expires. The simplified overall reaction is as Response 6 indicated:

DMCd + DETe → CdTe + H.C. (Reaktion 6)
DMCd + DETe → CdTe + HC (reaction 6)

In dieser Reaktion wird das elektropositive Cadmiumatom im Dimethylcadmium (DMCd) zu dem elektronegativen Telluratom im Diäthyltellurid hingezogen. Bei niedrigen Temperaturen ist diese Anziehung nicht bedeutsam genug, um eine Verbindung zuzulassen, welche zu einem stabilen Zustand führt. Bei erhöhten Temperaturen über dem Züchtungsbereich im Reaktorgefäß jedoch führt diese Anziehung zu einer chemischen Reaktion, bei der die Alkyle des Cadmium und des Tellur reagieren, um Cadmiumtellurid und andere Kohlenwasserstoffe zu bilden. Diese chemische Reaktion führt zu einer raschen Verarmung von Cadmium in den stromabgelegenen Bereichen der Quecksilber-Cadmiumtelluridschichten, die sich auf dem Substrat bilden. Das nichtpyrolytische Verhalten des Cadmiumalkyls wird also als die erste Ursache der Zusammensetzungsungleichförmigkeit im Quecksilber-Cadmiumtelluridfilm angesehen, der durch chemische Dampfablagerung von metallorganischen Verbindungen erzeugt wird. Allgemein ausgedrückt ist daher das nichtpyrolytische Verhalten des Alkyls des Elementes der Gruppe II, verursacht durch Anziehung zwischen dem elektropositiven Atom des Elementes der Gruppe II und dem elektronegativen Atom des Elementes der Gruppe VI als die primäre Ursache der Zusammensetzungsungleichförmigkeit anzusprechen, welche beim chemischen Dampfablagern von metallorganischen Verbindungen von Elementen der Gruppe II und VI beobachtet wird.In this reaction, the electropositive cadmium atom in the dimethyl cadmium (DMCd) to the electronegative tellurium atom in the Diethyl telluride attracted. At low temperatures this attraction is not significant enough to allow connection, which leads to a stable state. With increased Temperatures above the cultivation area in the reactor vessel, however this attraction leads to a chemical reaction in which the Alkyls of cadmium and tellurium react to cadmium telluride and to form other hydrocarbons. This chemical reaction leads to rapid depletion of cadmium in the downstream Areas of the mercury-cadmium telluride layers, that form on the substrate. The non-pyrolytic behavior of cadmium alkyl is considered to be the first cause of Composition non-uniformity in the mercury-cadmium telluride film viewed by chemical vapor deposition of organometallic compounds is generated. Generally speaking is therefore the nonpyrolytic behavior of the alkyl of the Group II element caused by attraction between the group II element electropositive atom and the Group VI element electronegative atom as the address the primary cause of compositional non-uniformity, which is used for chemical vapor deposition of organometallic Compounds of Group II and VI elements observed becomes.

Eine zweite Ursache der Ungleichförmigkeit der Zusammensetzung in Materialien aus Elementen der Gruppe I und VI, insbesondere bei Werkstoffen wie Quecksilber-Cadmiumtellurid, welche zwei Elemente der Gruppe II enthalten, steht vermutlich im Zusammenhang mit einer reversiblen Austauschreaktion in der Dampfphase zwischen dem primären Alkyl des Atoms der Gruppe II und dem elementaren Atom der Gruppe II. Im einzelnen nehmen in Quecksilber-Cadmiumtellurid das primäre Alkyl von Cadmium und das elementare Quecksilber an der folgenden Reaktion teil:A second cause of compositional non-uniformity in materials from elements of group I and VI, in particular for materials such as mercury-cadmium telluride, which are two Group II elements are believed to be related with a reversible exchange reaction in the vapor phase between the primary alkyl of the Group II atom and the elementary atom of group II Mercury-cadmium telluride is the primary alkyl of cadmium and elemental mercury participates in the following reaction:

DMCd + Hg → DMHg + Cd (Reaktion 7)
DMCd + Hg → DMHg + Cd (reaction 7)

Beispielsweise werden bei der chemischen Dampfablagerung metallorganischer Verbindungen die Reaktorgefäßwände und die Quecksilberquelle auf eine Temperatur von etwa 220°C erhitzt, um eine Kondensation des Quecksilbers aus dem Dampfstrom zu vermeiden. Bei diesen Temperaturen der Wände zeigt Reaktion 7 eine Gleichgewichtskonstante, bei der die Reaktion in erster Linie nach rechts verläuft, nämlich in die Richtung, in welcher sich das Dimethylcadmium zersetzt. Bei diesen Temperaturen ist jedoch die Geschwindigkeit der Reaktion verhältnismäßig niedrig und demgemäß stellt diese Reaktion keine bedeutsame Ursache für eine Cadmiumverarmung dar. Wenn jedoch der Dampfstrom am Substrat angelangt ist, tritt eine plötzliche Erhöhung der Temperatur auf, welche eine Veränderung der Zusammensetzung des Dampfstromes bewirkt, da nun Reaktion 7 sehr stark in Richtung nach rechts stattfindet. Folglich ergibt sich eine starke Veränderung der Cadmiumkonzentration, wobei durch diese Reaktion elementares Cadmium erzeugt wird. Das elementare Cadmium wird von dem Diäthyltellurid noch mehr angezogen als das Dimethylcadmium. Wie in Reaktion 8 dargestellt ist, reagiert es mit dem Diäthyltellurid zur Bildung von Cadmiumtellurid über den stromaufgelegenen Bereichen des Substrates. Das bedeutet, daß Cadmiumtellurid aus dem Dampfstrom ausfällt, bevor er das Substrat erreicht. Dieser Vorgang führt wiederum zu einer Verarmung an Cadmium in den stromabgelegenen Teilen der sich auf dem Substrat bildenden Schichten.For example, chemical vapor deposition organometallic compounds the reactor vessel walls and Mercury source to a temperature of about 220 ° C heated to condense the mercury from the vapor stream to avoid. At these temperatures the walls shows Reaction 7 is an equilibrium constant at which the reaction runs primarily to the right, namely in the direction in which the dimethyl cadmium decomposes. With these However, the rate of the reaction is proportional to temperatures low and, accordingly, this response is none significant cause of cadmium depletion. However, if the vapor stream has reached the substrate, a sudden occurs Increase in temperature to indicate a change in composition of the steam flow, since reaction 7 is very takes place strongly towards the right. Hence it follows a strong change in the cadmium concentration, whereby by this reaction produces elemental cadmium. The elementary Cadmium is more attracted to than diethyl telluride the dimethyl cadmium. As shown in Reaction 8, respond it with the diethyl telluride to form cadmium telluride over the upstream areas of the substrate. That means, that cadmium telluride precipitates out of the vapor stream before he reached the substrate. This process leads to depletion of cadmium in the downstream parts of the layers forming on the substrate.

Cd + DETe → CdTe + H.C. (Reaktion 8)
Cd + DETe → CdTe + HC (Reaction 8)

Man erkennt also das nichtpyrolytische Verhalten von Cadmiumalkyl als hauptsächliche Ursache von ungleichförmigen Zusammensetzungen der erzeugten Materialien mit den Gruppen II und VI des periodischen Systems wie beispielsweise Quecksilber-Cadmiumtellurid. Diese Zusammensetzungsungleichförmigkeit tritt vermutlich auch bei anderen Materialien mit Elementen der Gruppe II und VI auf. Beispielsweise hat man Quecksilber-Zinktellurid als Ersatzwerkstoff für Quecksilber-Cadmiumtellurid vorgeschlagen. Zink hat ein wesentlich stärker elektropositives Atom als Cadmium. Aus diesem Grunde sind Alkyl-Zinkverbindungen wesentlich reaktionsfreudiger gegenüber elektronegativen Stoffen, beispielsweise Tellur, als Alkyl-Cadmiumverbindungen. Als Folge dieser Anziehung- und Reaktionsfreudigkeit ist die primäre Ursache der Zusammensetzungsungleichförmigkeit, d. h. die chemische Reaktion zwischen dem Alkyl des Elementes der Gruppe II und dem Alkyl des Elementes der Gruppe VI, möglicherweise noch bedeutsamer bei einem Material wie beispielsweise Quecksilber-Zinktellurid. Ein ähnlicher Mechanismus wird bei der Herstellung von Quecksilber-Mangantellurid vermutet, einem zweiten möglichen Ersatzwerkstoff für Quecksilber-Cadmiumtellurid. Mangan ist ebenfalls bedeutend elektropositiver als Cadmium und demgemäß ist ein Manganalkyl bedeutend reaktionsfreudiger gegenüber einem Alkyl eines Elementes der Gruppe VI, als das Cadmiumalkyl. Bei Quecksilber-Zinktellurid ergibt sich, da Zink bedeutend elektropositiver als Cadmium ist, nur eine vernachlässigbare Austauschreaktion mit Quecksilber und daher läuft die Reaktion 9, welche nachfolgend angegeben ist, leicht ab wobei im wesentlichen keine entgegengesetzte Reaktion festzustellen ist.You can see the non-pyrolytic behavior of cadmium alkyl as the main cause of non-uniform compositions the materials produced with groups II and VI of the periodic system such as mercury-cadmium telluride. This compositional non-uniformity is likely to occur also for other materials with elements of group II and VI on. For example, you have mercury-zinc telluride as Substitute material for mercury-cadmium telluride proposed. Zinc has a much stronger electropositive atom than Cadmium. For this reason, alkyl zinc compounds are essential more responsive to electronegative substances, for example tellurium, as alkyl cadmium compounds. As a result this attraction and responsiveness is the primary cause compositional non-uniformity, d. H. the chemical Reaction between the alkyl of the group II element and the Alkyl of Group VI element, possibly more important for a material such as mercury-zinc telluride. A similar mechanism is used in manufacturing suspected of mercury-manganese telluride, a second possible Replacement material for mercury-cadmium telluride. Is manganese also significantly more electropositive than cadmium and accordingly is significantly more reactive towards manganese alkyl an alkyl of a Group VI element, as the cadmium alkyl. With mercury-zinc telluride, zinc is significant is more electropositive than cadmium, just a negligible one Exchange reaction with mercury and therefore the reaction is running 9, which is given below, slightly from essentially there is no opposite reaction.

Zn + DMHg → DMZn + Hg (Reaktion 9)
Zn + DMHg → DMZn + Hg (reaction 9)

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, die Gleichförmigkeit epitaktisch aufgewachsener Schichten von aus der Dampfphase abgelagertem Halbleitermaterial der Gruppen II und VI des periodischen Systems unter Verwendung metallorganischer Verbindungen zu erhöhen. Diese Aufgabe wird durch die im anliegenden Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.The object of the invention is to achieve uniformity epitaxially grown layers of from the Vapor phase deposited semiconductor material of groups II and VI of the periodic system using organometallic Increase connections. This task is accomplished by those in the Features specified claim 1 solved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowie weitere entsprechende Lösungswege der angegebenen Aufgabe sind in den dem Anspruch 1 nachgeordneten Patentansprüchen gekennzeichnet.Advantageous refinements and developments as well as others Appropriate solutions to the specified task are in the characterized claim 1 subordinate claims.

Bei dem hier angegebenen Verfahren wird eine Schicht aus Elementen der Gruppen II und VI des periodischen Systems auf ein Substrat aufgebracht. Ein erster Dampfstrom, eine organische Verbindung eines Elementes der Gruppe II enthaltend wird auf das Substrat geleitet und ein zweiter Dampfstrom mit einer organischen Verbindung des Elementes der Gruppe VI wird ebenfalls zu dem Substrat geleitet. Mindestens eine der beiden organischen Verbindungen mit Elementen der Gruppe II und VI enthält eine organische Gruppe, die räumlich die organischen Gruppen der zweiten organischen Verbindungen mit Elementen der Gruppe II und VI zurückstößt. Vorzugsweise hat die organische Verbindung mit dem Element der Gruppe II große, umfängliche organische Gruppen aufzuweisen, welche das Atom des Elementes der Gruppe II umgeben und räumlich die organischen Gruppen der gewählten organischen Verbindung des Elementes der Gruppe VI zurückstoßen, wodurch Reaktionen zwischen der organischen Verbindung des Elementes der Gruppe II und organischen Verbindungen der Gruppe VI im Dampfstrom reduziert oder im wesentlichen verhindert werden. Weiter wird vorzugsweise dafür Sorge getragen, daß die gewählte organische Verbindung des Elementes der Gruppe II eine abgezweigte organische Gruppe enthält, welche die räumliche Abstoßung der organischen Verbindung des Elementes der Gruppe VI verstärkt. Aufgrund dieser besonderen Maßnahme ergibt sich, daß durch Bereitstellung eine Quelle einer organischen Verbindung mit dem Element der Gruppe II oder der Gruppe VI mit großen organischen Verbindungsteilen, welche das Element der Gruppe II oder der Gruppe VI umgeben, eine räumliche Schranke zwischen der organischen Verbindung mit dem Element der Gruppe II und der organischen Verbindung mit dem Element der Gruppe VI bzw. den entsprechenden Quellen, schaffen wird. Das bedeutet, daß durch Umgeben des jeweiligen Elementes der Gruppe II und/oder der Gruppe VI mit großen, ausgedehnten Verbindungsteilen, welche einander räumlich abstoßen, die jeweiligen Atome der Elemente der Gruppe II und/oder VI daran gehindert werden, nahe aneinander zu gelangen und dadurch werden Reaktionen, an denen die organische Verbindung mit dem Element der Gruppe II und die organische Verbindung mit dem Element der Gruppe VI in der oben beschriebenen Weise teilnehmen, wesentlich vermindert. Die gewählten Spender der organischen Verbindungen der Gruppe II und VI sind daher mit Bezug aufeinander in dem Dampfstrom wesentlich weniger reaktionsfreudig gegenüber herkömmlichen Spendern der organischen Verbindung der Elemente der Gruppe II und VI. Aus diesem Grunde pyrolysieren oder zersetzen sich die organischen Verbindungen der Elemente der Gruppe II und der Gruppe VI im wesentlichen unabhängig von einander über dem Aufwachsbereich des Substrates. Nachdem dieses der Fall ist, ändert sich die Konzentration des Cadmium bedeutend weniger im Dampfstrom und daher ist die abgelagerte Schicht bedeutend gleichförmiger.In the process given here, a layer of elements of groups II and VI of the periodic system Applied substrate. A first stream of steam, an organic one Connection of an element of group II containing passed the substrate and a second steam stream with a organic compound of Group VI element is also used passed to the substrate. At least one of the two organic compounds with elements of groups II and VI contains an organic group that spatially contains the organic Groups of the second organic compounds with elements of the Group II and VI pushes back. Preferably the organic one Connection with the element of group II large, extensive to have organic groups which are the atom of the element group II and spatially surround the organic groups of selected organic compound of the element of group VI repel, causing reactions between the organic Compound of Group II element and organic compounds Group VI reduced or essentially in the steam flow be prevented. Furthermore, care is preferably taken that the selected organic compound of the element of the group II contains a branched organic group, which the spatial Repulsion of the organic compound of the element of Group VI reinforced. Because of this special measure results themselves that by providing a source of an organic Connection with the element of group II or group VI with large organic connecting parts, which the element group II or group VI, a spatial Barrier between the organic connection with the element Group II and the organic compound with the element Group VI or the corresponding sources. This means that by surrounding the respective element the Group II and / or Group VI with large, extensive connecting parts, which spatially repel each other, the respective Group II and / or VI element atoms prevented from doing so to get close to each other and thereby reactions, where the organic compound with the element of Group II and the organic compound with the element of Participate in Group VI in the manner described above, essentially reduced. The chosen donors of organic compounds Group II and VI are therefore related to each other in the vapor stream compared to less reactive conventional donors of the organic compound of the elements of groups II and VI. For this reason, pyrolyze or decompose the organic compounds of the elements of the Group II and Group VI are essentially independent of each other over the growth area of the substrate. After this if this is the case, the concentration of the cadmium changes significantly less in the steam flow and therefore the deposited one Layer significantly more uniform.

Gemäß einer bestimmten Ausführungsform des hier angegebenen Verfahrens stößt die organische Verbindung des Elementes der Gruppe II den Spender der organischen Verbindung der Gruppe VI zurück, welcher eine organische Gruppe enthält, die eine verhältnismäßig niedrigere Aktivierungsenergie relativ zur Aktivierungsenergie eines primären Alkyls eines Elementes der Gruppe VI des periodischen Systems für die Bildung eines freien Radikals während der Pyrolyse der organischen Verbindung des Elementes der Gruppe VI aufweist. Ein Strom eines Elementes eines Metalls der Gruppe II wird ebenfalls zu dem Substrat geführt. Die gewählte organische Verbindung des Elementes der Gruppe II mit der großen gewichtigen organischen Gruppe wird räumlich daran gehindert, mit dem elementaren Metall der Gruppe II des periodischen Systems zu reagieren. Weiter wird die räumlich abgestoßene organische Verbindung des Elementes der Gruppe II so gewählt, daß sie eine gewisse thermische Stabilität gegenüber derjenigen der gewählten organischen Verbindung des Elementes der Gruppe VI hat. Mit dieser besonderen Maßnahme wird eine Züchtung von zusammensetzungsmäßig gleichförmigen Material mit Elementen der Gruppe II und VI bei niedrigen Temperaturen ermöglicht. Die niedrigen Aufwachstemperaturen begrenzen kinetisch die Geschwindigkeit von Austauschreaktionen zwischen der gewählten organischen Verbindung des Elementes der Gruppe II und dem elementaren Metall der Gruppe II und die räumlichen Abschrankungseffekte oder Abstoßungseffekte begrenzen weiter kinetisch diese Austauschreaktion. Auf diese Weise wird die zweite zusätzliche Ursache einer zusammensetzungsmäßigen Ungleichförmigkeit beim Aufwachsenlassen von metallorganischen Verbindungen aus der Dampfphase von Materialien mit Elementen der Gruppe II und VI ebenfalls wesentlich vermindert, da die Reaktionskonstante für die Austauschreaktion bei niedrigen Temperaturen verhältnismäßig klein bezüglich der Reaktionsrichtung ist, welche zu einem Austausch des Metalls der Gruppe II führt. Die Zusammensetzungsgleichförmigkeit in Querrichtung über das Substrat hin wird auch verbessert, da andere Verhältnisse als bei bekannten Verfahren herrschen, bei denen Ursachen einer Ungleichförmigkeit in Querrichtung, beispielsweise Veränderungen der Strömungsverteilung und der Temperaturgradienten aufgrund des unkontrollierten und jeweils voneinander abhängigen Charakters der ablaufenden chemischen Reaktionen verstärkt werden.According to a particular embodiment of what is specified here Proceeds the organic compound of the element of the process Group II the donor of the group VI organic compound back, which contains an organic group, which is a relative lower activation energy relative to the activation energy of a primary alkyl of an element of Group VI of the periodic system for the formation of a free Radical during the pyrolysis of the organic compound of the Group VI element. A stream of an element Group II metal is also fed to the substrate. The selected organic compound of the element of Group II with the large weighty organic group spatially prevented from doing so with the elemental metal of the Group II of the periodic system respond. Will continue the spatially repelled organic connection of the element Group II selected so that they have a certain thermal Stability towards that of the chosen organic compound Group VI element. With this special Measure will be a breeding of uniform composition Material with Group II and VI elements allows low temperatures. The low growth temperatures kinetically limit the speed of exchange reactions between the chosen organic compound the element of group II and the elemental metal of the Group II and the spatial barrier effects or repulsion effects further kinetically limit this exchange reaction. This way the second additional cause a compositional non-uniformity when growing up of organometallic compounds from the vapor phase materials with Group II and VI elements as well significantly reduced because the reaction constant for the Exchange reaction at low temperatures is relative is small with respect to the direction of reaction leading to one Exchange of Group II metal leads. The uniformity of composition in the transverse direction over the substrate also improved because of different ratios than in known methods prevail where causes of non-uniformity in the transverse direction, for example changes in the flow distribution and the temperature gradient due to the uncontrolled and each interdependent character of the expiring chemical reactions are amplified.

Bei einem anderen praktischen Ausführungsbeispiel des hier angegebenen Verfahrens wird eine Quecksilber-Cadmiumtelluridschicht kristalliner Art auf einem kristallinen Substrat gezüchtet, indem eine Mehrzahl von Dampfströmen auf das Substrat bzw. über das Substrat geleitet wird. Ein erster Dampfstrom enthält einen Quecksilberspender, ein zweiter Dampfstrom enthält einen organischen Spender von Cadmium, nämlich Diäthylcadmium (DECd), oder di-N-propylcadmium (DPCd), oder Di-isobutylcadmium (DIBCd), oder Di-neopentylcadmium (DnPCd). Die organische Tellurverbindung enthält mindestens eine organische Gruppe, nämlich ein sekundäres Alkyl oder ein tertiäres Alkyl oder ein Allyl oder ein Benzyl oder eine Zykloallylgruppe, welche an das Telluratom gebunden sind. Die gewählte organische Verbindung mit dem Cadmium, die organische Tellurverbindung und das Quecksilber reagieren bei einer Temperatur, bei der die Austauschreaktion, an der die organische Cadmiumverbindung und das Quecksilber teilnehmen, kinetisch begrenzt wird. Durch Auswahl einer organischen Cadmiumverbindung mit organischen Gruppen, welche das Cadmiumatom umgeben, derart, daß das Telluratom räumlich gehindert wird, mit dem Cadmiumatom zu reagieren, wird im wesentlichen reaktionsfreier Transport der Dämpfe durch das Reaktorgefäß zu dem Bereich erhöhter Temperatur über dem Substrat sichergestellt. Nachdem weiter die Temperatur über dem Aufwachsbereich derart ist, daß die Austauschreaktion kinetisch eingeschränkt wird, (d. h. die Reaktionsgeschwindigkeit ist niedrig), werden wesentlich gleichförmigere Züchtungsergebnisse des Quecksilber-Cadmiumtellurids erreicht, da weniger elementares Cadmium zur Verfügung steht, um mit der organischen Tellurverbindung zu reagieren, bevor das Substrat erreicht ist. Bei den erwählten Aufwachstemperaturen über dem Substrat pyrolysieren die organische Cadmiumverbindung und die organische Tellurverbindung im wesentlichen unabhängig und setzen das Tellur und das Cadmium frei. Das freie Tellur reagiert mit dem elementaren Quecksilber und dem freien Cadmium zur Bildung von Quecksilber-Cadmiumtellurid. Da das Cadmium in dem Dampfstrom nicht vor der Pyrolyse der organischen Cadmiumverbindung über dem Substrat verloren geht, ist die Zusammensetzungsgleichförmigkeit der abgelagerten Schichten im vorderen und hinteren Substratbereich bedeutend besser konstant. Wegen der gesteuert ablaufenden Reaktionen, nämlich einer im wesentlichen unabhängigen Pyrolyse der Cadmium- und Telluralkyle ist auch eine größere Gleichförmigkeit der Zusammensetzung mit Bezug auf die Querrichtung des Substrates zu erwarten.In another practical embodiment of the here specified method is a mercury-cadmium telluride layer crystalline type on a crystalline substrate grown by a plurality of streams of steam on the Substrate or is passed over the substrate. A first stream of steam contains a mercury dispenser, a second vapor stream contains an organic donor of cadmium, namely diethyl cadmium (DECd), or di-N-propyl cadmium (DPCd), or di-isobutyl cadmium (DIBCd), or di-neopentyl cadmium (DnPCd). The organic tellurium compound contains at least one organic Group, namely a secondary alkyl or a tertiary alkyl or an allyl or a benzyl or a cycloallyl group, which are bound to the tellurium atom. The chosen organic Compound with the cadmium, the organic tellurium compound and the mercury react at a temperature at which the Exchange reaction in which the organic cadmium compound and participating in the mercury is kinetically limited. By selection an organic cadmium compound with organic groups, which surround the cadmium atom such that the tellurium atom is spatially prevented from reacting with the cadmium atom essentially reaction-free transport of the vapors through the Reactor vessel to the area of elevated temperature above the substrate ensured. After continuing the temperature above the Growth area is such that the exchange reaction is kinetic is restricted (i.e. the rate of reaction is low), breeding results become much more uniform of mercury-cadmium telluride is achieved because it is less elemental Cadmium is available to work with the organic Tellurium compound to react before the substrate is reached. At the chosen growth temperatures above the substrate pyrolyze the organic cadmium compound and the organic Tellurium compound essentially independent and set the tellurium and cadmium free. The free tellurium reacts with elemental mercury and free cadmium for education of mercury-cadmium telluride. Because the cadmium in the steam flow not before the pyrolysis of the organic cadmium compound What is lost over the substrate is compositional uniformity of the deposited layers in the front and rear substrate area much better constant. Because of the controlled reactions, namely one essentially independent pyrolysis of the cadmium and tellurium alkyls is also a greater uniformity of composition with respect expected on the transverse direction of the substrate.

Das hier angegebene Verfahren zur Bildung einer Halbleiterschicht aus Materialien mit Elementen der Gruppe II und VI des periodischen Systems auf einem Substrat kann auch in der nachfolgend angegebenen Weise charakterisiert werden. Ein erster Dampfstrom mit einer gewählten organischen Verbindung des Elementes der Gruppe II wird zu einem Substrat geleitet und ein zweiter Dampfstrom mit einer organischen Verbindung eines Elementes der Gruppe VI wird ebenfalls zu dem Substrat geleitet. Mindestens eine der organischen Verbindungen der Elemente der Gruppe II bzw. VI besitzt organische Gruppen, welche entweder eine Elektronenübertragung zu dem elektropositiven Element der Gruppe II oder eine Elektronenübertragung von dem elektronegativen Element der Gruppe VI bewirken. Vorzugsweise hat die organische Verbindung des Elementes der Gruppe II eine elektronenabgebende organische Gruppe aufzuweisen, die unmittelbar an das Element der Gruppe II gebunden ist. Die elektronenabgebende Gruppe sollte vorzugsweise eine stabile Gruppe sein, bei der die Möglichkeit des Einschlusses unerwünschter Dotierungsmittel ein Problem darstellen könnte. Ein Beispiel einer elektronenabgebenden Gruppe ist die Phenylgruppe (C₆H₅). Bei dieser besonderen Anordnung wird dadurch, daß ein Spender einer organischen Verbindung des Elementes der Gruppe II vorgesehen wird, der eine elektronenabgebende Gruppe enthält, die an das Element der Gruppe II gebunden ist, die elektropositive Eigenschaft des Atomes der Gruppe II abgeschwächt, indem Elektronenladung von der ausgewählten elektronenabgebenden Gruppe übertragen wird. Da im einzelnen die elektropositive Eigenschaft des Elementes der Gruppe II durch das Vorhandensein der Phenylgruppen vermindert wird, werden gleichzeitig die Anziehungskräfte zwischen den Atomen der Gruppe II und den Atomen der Gruppe VI vermindert, während sich die organischen Verbindungen des Elementes der Gruppe II und die organischen Verbindungen des Elementes der Gruppe VI in dem Dampfstrom befinden. Die elektronegative Natur der Phenylgruppe kann auch die Wechselwirkung zwischen einer organischen Verbindung des Elementes der Gruppe VI und der organischen Verbindung des Elementes der Gruppe II mit der anhängenden Phenylgruppe herabsetzen.The method specified here for forming a semiconductor layer from materials with elements of group II and VI of the periodic system on a substrate can also in the characterized below. A first steam flow with a selected organic compound the Group II element is passed to a substrate and a second steam stream with an organic compound Group VI element is also passed to the substrate. At least one of the organic compounds of the elements of the Group II or VI has organic groups, which either electron transfer to the electropositive element of the Group II or electron transfer from the electronegative Effect element of group VI. Preferably, the organic compound of the element of group II an electron donating organic group to show that immediately is bound to the element of group II. The electron donating Group should preferably be a stable group at the possibility of including undesirable dopants could be a problem. An example of an electron donating Group is the phenyl group (C₆H₅). At this special arrangement is that a donor is an organic Connection of the element of group II is provided which contains an electron donating group attached to the Group II element is bound, the electropositive property of the group II atom weakened by electron charge transmitted by the selected electron donating group becomes. Because the electropositive property Group II element due to the presence of the phenyl groups is reduced, the attractions become at the same time between the atoms of group II and the atoms of the Group VI decreased while the organic compounds of the element of group II and the organic compounds of the element of group VI are in the steam flow. The electronegative nature of the phenyl group can also the interaction between an organic compound of the Group VI element and the organic compound of the Reduce group II element with the attached phenyl group.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Verbindung des Elementes der Gruppe II so gewählt, daß eine organische Gruppe vorgesehen ist, die unmittelbar an das Atom des Elementes der Gruppe II gebunden ist und einen Elektronenübergang zu dem elektropositiven Atom des Elementes der Gruppe II bewirkt und eine räumliche Abschrankung zwischen dem Atom des Elementes der Gruppe II und dem Atom des Elementes der Gruppe VI in dem Spender der organischen Verbindung des Elementes der Gruppe VI bewirkt. Vorzugsweise hat das Element der Gruppe II eine unmittelbare Bindung mit einem Paar von Phenylgruppen, wobei mindestens ein Wasserstoffatom einer der Phenylgruppen durch eine organische Gruppe ersetzt ist. Vorzugsweise erfolgt die elektrophile Substitution eines Wasserstoffs an der Phenylgruppe durch einen Verbindungsbestandteil, der einer Art angehört, welche allgemein als aktivierende Ortho-, Paragruppe bezeichnet wird. Beispiele solcher organischen Verbindungsbestandteile, welche schwach aktivierend sind, sind Phenyle und Alkyle (Methyl, Äthyl usw.). Heterogruppen, nämlich Gruppen, die andere Atome als Wasserstoff und Kohlenstoff enthalten und als mäßig oder stark aktivierende Gruppen angesprochen werden, enthalten Alkoxide, -OCH₃, -OC₂H₅ usw.; -NHCOCH₃; -OH und -NH₂ (-NHR, NR), worin R ein Radikal ist, können auch verwendet werden, wobei das Potential zur Einführung des Sauerstoff und des Stickstoff bedeutsam ist. Beispielsweise kann eine Methylgruppe ein Wasserstoffatom an einer der Orthostellungen oder der Parastellung jeder der Phenylgruppen ersetzen. Das Vorhandensein der großen organischen Verbindungsbestandteile bewirkt eine räumliche Abschrankung des Atoms des Elementes der Gruppe II gegenüber einer Reaktion mit einem Atom eines Elementes der Gruppe VI durch die Gegenwart der nicht in einer Ebene gelegenen Wasserstoffatome an der Methylgruppe. Das bedeutet, daß diese Wasserstoffatome teilweise das Atom des Elementes der Gruppe II abschirmen. Weiter erhöht sich durch diese Abschirmung des Atoms des Elementes der Gruppe II durch die nicht in einer Ebene gelegenen Wasserstoffatome der Dampfdruck der organischen Verbindung des Elementes der Gruppe II, da die intramolekulare Anziehung zwischen einem Cadmiumatom eines Moleküls und einer Phenylgruppe eines entsprechenden Moleküls vermindert wird. Die Verwendung aktivierender Ortho- und Para- Richtgruppen erhöht auch den Elektronenübergang und bewirkt eine weitere Verminderung des elektropositiven Charakters des Atoms des Elementes der Gruppe II:According to a further aspect of the present invention, the Connection of the element of group II chosen so that a organic group is provided which is directly attached to the atom the element of group II is bound and an electron transition to the electropositive atom of the element of the group II causes and a spatial barrier between the atom the element of group II and the atom of the element of Group VI in the donor of the organic compound of the element of group VI. Preferably the element has the Group II a direct bond with a pair of phenyl groups, where at least one hydrogen atom is one of the phenyl groups is replaced by an organic group. Preferably there is electrophilic substitution of a hydrogen at the Phenyl group through a compound component that belongs to a kind belongs, which is generally used as an activating ortho, para group referred to as. Examples of such organic compound components, which are weakly activating are phenyls and Alkyls (methyl, ethyl, etc.). Hetero groups, namely groups that contain atoms other than hydrogen and carbon and as moderately or strongly activating groups are included Alkoxides, -OCH₃, -OC₂H₅, etc .; -NHCOCH₃; -OH and -NH₂ (-NHR, NR) where R is a radical can also be used be, the potential for the introduction of oxygen and of nitrogen is significant. For example, a methyl group a hydrogen atom at one of the ortho positions or replace the para position of each of the phenyl groups. The presence of the large organic compound components a spatial limitation of the atom of the element of the Group II against a reaction with an atom of an element Group VI by the presence of not in one Level hydrogen atoms on the methyl group. That means, that these hydrogen atoms are partially the atom of the element shield group II. Further increases through this Shielding of the atom of the group II element by the the hydrogen pressure is not in one plane the vapor pressure the organic compound of the group II element, since the intramolecular attraction between a cadmium atom Molecule and a phenyl group of a corresponding molecule is reduced. The use of activating ortho- and para Straightening groups also increases the electron transfer and causes a further decrease in the electropositive character of the Group II element atom:

Die Wasserstoffatome in den beiden Orthostellungen jeder Phenylgruppe können durch eine große organische Gruppe ersetzt werden, beispielsweise eine Phenylgruppe oder eine Alkylgruppe, etwa ein Methyl, ein Äthyl usw. Die Substitution einer Methylgruppe beispielsweise in jeder Orthostellung jeder Phenylgruppe stößt räumlich die Methylgruppen der anderen Phenylgruppen zurück und folglich werden die Methylgruppen um 90° voneinander abgedreht, so daß sich ein nichtebenes Molekül ergibt. Zusätzlich zu dieser räumlichen Abschrankung durch das Vorhandensein der substituierten Gruppen und der Elektronenabgabe der Phenylgruppen ist es ein zusätzliches Merkmal eines Moleküls mit in beiden Orthostellungen jedes Phenyls substituierten Gruppen, daß das zentrale Atom des Elementes der Gruppe II durch einen Käfig umschlossen ist, der durch die gedrehten Methylgruppen gebildet ist. Diese Struktur führt zu einem Molekül, welches zwar schwerer ist, jedoch wohl einen höheren Dampfdruck besitzt als eine nichtsubstituierte Phenylgruppe mit einem Element der Gruppe II oder als ein Phenyl eines Elementes der Gruppe II, bei dem nur eine Orthostellung substituiert ist, da der Käfig von Methylgruppen um das Atom des Elementes der Gruppe II bedeutend verminderte intramolekulare Anziehungskräfte entwickelt, die zwischen dem Atom des Elementes der Gruppe II des einen Moleküls und einer Phenylgruppe eines zweiten Moleküls wirksam werden können. Darüberhinaus bewirkt der Käfig von Methylgruppen, welche das Atom des Elementes der Gruppe II umgeben, daß dieses Atom besonders geringe Reaktionsfreudigkeit gegenüber Alkylen des Elementes der Gruppe VI entwickelt.The hydrogen atoms in the two ortho positions each Phenyl group can be replaced by a large organic group are, for example a phenyl group or an alkyl group, such as a methyl, an ethyl, etc. The substitution of a methyl group for example in every ortho position of every phenyl group spatially repulses the methyl groups of the other phenyl groups and consequently the methyl groups become 90 ° apart turned off so that a non-flat molecule results. In addition to this spatial limitation due to the existence the substituted groups and the electron donation of the phenyl groups it is an additional characteristic of a molecule with in two ortho positions of each phenyl substituted group, that the central atom of the element of group II by a Cage is enclosed by the twisted methyl groups is formed. This structure leads to a molecule which is heavier, but probably has a higher vapor pressure as an unsubstituted phenyl group with one element Group II or as a phenyl of an element of Group II, in which only one ortho position is substituted, since the cage of methyl groups around the atom of the element of Group II significantly reduced intramolecular attraction developed between the atom of the element of group II of one molecule and a phenyl group of a second molecule can take effect. In addition, the cage of Methyl groups surrounding the atom of the group II element, that this atom is particularly low reactivity developed over alkylene of the element of group VI.

Beim Herstellen einer kristallinen Halbleiterschicht auf einem Substrat durch epitaktisches Ablagern von Quecksilber-Cadmiumtellurid aus der Dampfphase in Gestalt einer Anzahl von Dampfströmen kann auch folgendermaßen verfahren werden: Der erste Dampfstrom enthält einen Quecksilberspender, der zweite Dampfstrom enthält einen organischen Spender von Cadmium in Gestalt von Di-Phenylcadmium (DPCd), oder Di-Orthotolylcadmium (DOTCd), oder Di-(2,6 Xylyl) Cadmium (DXCd) oder Di-Mesitylcadmium (DMSCd). Die organischen Verbindungsteile des Elementes der Gruppe VI enthalten organische Gruppen in Gestalt entweder eines primären Alkyls oder eines sekundären Alkyls oder eines tertiären Alkyls oder eines Allyls oder eines Benzyls oder einer Zykloallylgruppe, die jeweils an das Element der Gruppe VI gebunden ist. Durch Vorsehen einer organischen Cadmiumverbindung mit organischen Gruppen, welche räumlich Reaktionen mit der organischen Tellurverbindung behindern und durch Vorsehen eines Elektronenübergangs zu dem elektropositiven Cadmiumatom wird die Anziehung zwischen der organischen Cadmiumverbindung der organischen Tellurverbindung gleichzeitig vermindert. Die räumliche Abschrankung vermindert auch die Austauschreaktion zwischen der organischen Cadmiumverbindung und dem Quecksilber. Demzufolge erreicht man eine im wesentlichen unabhängige Pyrolyse jedes organischen Spenders über dem Substrat, wodurch eine Quecksilber-Cadmiumtelluridschicht erhalten wird, welche eine verbesserte Gleichförmigkeit ihrer Zusammensetzung aufweist.When producing a crystalline semiconductor layer on a Epitaxial deposition of mercury-cadmium telluride from the vapor phase in the form of a number of vapor streams can also be done as follows: The first Vapor stream contains one mercury dispenser, the second vapor stream contains an organic donor of cadmium in the form di-phenyl cadmium (DPCd), or di-orthotolyl cadmium (DOTCd), or di (2.6 xylyl) cadmium (DXCd) or di-mesityl cadmium (DMSCd). The organic connecting parts of the element of Group VI contain organic groups in the form of either a primary alkyl or a secondary alkyl or one tertiary alkyl or an allyl or a benzyl or one Cycloallyl group, each linked to the element of group VI is. By providing an organic cadmium compound with organic groups, which spatially react with the hinder organic tellurium compound and by providing a Electron transition to the electropositive cadmium atom the attraction between the organic cadmium compound of the organic tellurium compound simultaneously reduced. The spatial Barrier also reduces the exchange response between the organic cadmium compound and the mercury. As a result, essentially independent pyrolysis is achieved any organic dispenser over the substrate, creating a Mercury-cadmium telluride layer is obtained, which a has improved uniformity of their composition.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es stellen dar:Exemplary embodiments are described below with reference to the drawings explained in more detail. They represent:

Fig. 1 eine Aufsicht auf ein Fotodetektorelement, vorliegend ein Fotoleiterelement, mit Kristallschichten aus Halbleitermaterial der Gruppen II und VI des periodischen Systems, Fig. 1 is a plan view of a photo detector element, here a photoconductor element, with the crystal layers of semiconductor material of the groups II and VI of the periodic system,

Fig. 2 einen Schnitt entsprechend der in Fig. 1 angedeuteten Schnittlinie 2-2, Fig. 2 shows a section according to the direction indicated in Fig. 1 section line 2-2,

Fig. 3 eine Darstellung zur Erklärung, in welcher Weise die Fig. 3A und 3B zusammenzusetzen sind, A diagram for explaining the manner in which FIGS. 3A and 3B are assemble Fig. 3,

Fig. 3A und 3B schematische Darstellungen einer Kristallzüchtungseinrichtung zur Erzeugung einer epitaxischen Schicht gemäß Fig. 1 und Fig. 3A and 3B are schematic representations of a crystal growing device for producing an epitaxial layer of FIG. 1 and

Fig. 4 eine schematische Abbildung einer anderen Form eines Reaktionsgefäßes mit einem Vorratsbehälter für diejenigen Spender von organischen Verbindungen der Elemente der Gruppe II, welche einen hohen Schmelzpunkt haben. Fig. 4 is a schematic illustration of another form of a reaction vessel with a storage container for those dispensers of organic compounds of the elements of group II, which have a high melting point.

Zunächst sei auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Eine Ausführungsform eines fotoleitenden Elementes 10 zur Verwendung in einer fotoleitenden Anordnung (nicht dargestellt) ist mit 10 bezeichnet und weist ein Substrat 11 auf, das vorwiegend Cadmiumtellurid (CdTe) oder Galliumarsenid (GaAs) oder Indium Antimonid (InSb) oder ein anderes geeignetes Substratmaterial mit Elementgruppen II-VI oder III-V oder Saphir (Al₂O₃) enthält. Auf das Substrat 11 ist eine epitaxische Pufferschicht 12 a mit Elementen der Gruppe II und VI aufgebracht, vorliegend Cadmiumtellurid (CdTe) enthaltend, sowie eine epitaxische Schicht 12 b, die Cadmiumtellurid (CdTe) oder Quecksilber-Cadmiumtellurid (HgCdTe) oder ein anderes geeignetes Material mit den Elementengruppen II und VI enthält, beispielsweise Quecksilber- Zinktellurid oder Quecksilber-Mangantellurid. Auf Teilen der epitaktischen Schicht 12 b befindet sich ein Paar Ohm'scher elektrischer Kontakte 13, welche jeweils von in entsprechenden Mustern aufgebrachten zusammengesetzten Schichten gebildet sind, welche der Reihe nach abgelagerte Teilschichten 13 a, 13 b und 13 c umfassen, wobei diese Schichten aus Indium (In) in einer Stärke von 1000 nm, bzw. aus Chrom (Cr) in einer Stärke von 50 nm bzw. aus Gold (Au) in einer Stärke von 500 nm bestehen. Aus Gold gefertigte Anschlußbereiche 14, jeweils in einer Stärke von 1,5 µ befinden sich über den elektrischen Kontakten 13 und bilden den Anschlußpunkt für äußere Schaltungsteile.First, reference is made to FIGS. 1 and 2. An embodiment of a photoconductive element 10 for use in a photoconductive arrangement (not shown) is denoted by 10 and has a substrate 11 which predominantly comprises cadmium telluride (CdTe) or gallium arsenide (GaAs) or indium antimonide (InSb) or another suitable substrate material Element groups II-VI or III-V or sapphire (Al₂O₃) contains. An epitaxial buffer layer 12 a with elements from groups II and VI, in the present case containing cadmium telluride (CdTe), and an epitaxial layer 12 b , the cadmium telluride (CdTe) or mercury-cadmium telluride (HgCdTe) or another suitable material is applied to the substrate 11 with the element groups II and VI contains, for example, mercury-zinc telluride or mercury-manganese telluride. On portions of the epitaxial layer 12 b, a pair of ohmic electrical contacts 13 which are each formed by deposited in appropriate patterns composite layers comprising sequentially deposited sub-layers 13 a, 13 b and 13 c, said layers of Indium (In) in a thickness of 1000 nm, or chromium (Cr) in a thickness of 50 nm or gold (Au) in a thickness of 500 nm. Connection areas 14 made of gold, each with a thickness of 1.5 μ, are located above the electrical contacts 13 and form the connection point for external circuit parts.

In einem Kanalbereich 15 zwischen den Ohm'schen elektrischen Kontakten 13 befindet sich eine Passivierungsschicht 16 a, vorliegend eine in situ aufgebrachte anodische Oxidschicht, die aus einem Teil der Quecksilber-Cadmiumtelluridschicht 12 b in bekannter Weise in einer Stärke von 80 nm erzeugt wird, sowie eine Antireflexionsbeschichtung 16 b. Die Schichten 16 a und 16 b dienen zum Schutz des Kanalbereiches 15 und stellen ein aus zusammengesetzten Schichten gebildetes Fenster 16 dar, das gegenüber der einfallenden elektromagnetischen Strahlung, im allgemeinen in einem Wellenlängenbereich von etwa 0,8 µ bis 30 µ durchlässig ist.In a channel region 15 between the ohmic electrical contacts 13 there is a passivation layer 16 a , in the present case an anodic oxide layer applied in situ, which is produced from a part of the mercury-cadmium telluride layer 12 b in a known manner with a thickness of 80 nm, and an anti-reflective coating 16 b . The layers 16 a and 16 b serve to protect the channel region 15 and represent a window 16 formed from composite layers, which is transparent to the incident electromagnetic radiation, generally in a wavelength range of approximately 0.8 μ to 30 μ.

Einfallende elektromagnetische Strahlung 17, im allgemeinen im genannten Wellenlängenbereich von 0,8 µ bis 30 µ, trifft auf das Fenster 16 auf. In Abhängigkeit von solcher einfallender Strahlung 17 ändert sich die Leitfähigkeit der epitaktischen Schicht 12 b, so daß das photoleitfähige Element 10 das Vorhandensein der einfallenden elektromagnetischen Strahlung 17 detektieren kann. Weiter kann in bekannter Weise das Verhältnis von Cadmium zu Tellur eingestellt werden, so daß selektiv unterschiedliche Bereiche von Wellenlängen innerhalb des Bandes von 0,8 µ bis 30 µ detektiert werden können.Incident electromagnetic radiation 17 , generally in the mentioned wavelength range from 0.8 μ to 30 μ, strikes the window 16 . Depending on such incident radiation 17 , the conductivity of the epitaxial layer 12 b changes , so that the photoconductive element 10 can detect the presence of the incident electromagnetic radiation 17 . Furthermore, the ratio of cadmium to tellurium can be adjusted in a known manner so that different ranges of wavelengths within the band from 0.8 μ to 30 μ can be selectively detected.

Anhand der Fig. 3, 3A und 3B sei nun eine schematisch dargestellte Anlage 20 (Fig. 3) zur epitaktischen Züchtung kristalliner Schichten aus der Dampfphase zur Erzeugung der epitaktischen Schichten 12 a und 12 b aus Cadmiumtellurid oder Quecksilber- Cadmiumtellurid, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, beschrieben. Die Anlage enthält eine Dampferzeugungseinrichtung 20 a (Fig. 3A) mit einem Vielfachanschluß 26, der Massendurchflußregler 26 a bis 26 g aufweist, sowie Blubbergefäßen 39 und 55. Während des Betriebes wird Wasserstoff über einen Wasserstoffreiniger 22 und ein Ventil 24 zu dem Vielfachanschluß 26 geführt, während Helium durch die Anlage 20 geleitet wird, wenn diese sich nicht in Betrieb befindet und der Luft ausgesetzt ist. Die Dampfablagerungsanlage 20 enthält außerdem einen in Fig. 3B gezeigten Reaktor 20 b zur epitaktischen Ablagerung aus der Dampfphase, vorliegend mit einem offenen Quarz-Reaktionsrohr 60, wie dies aus der Zeichnung ersichtlich ist. Es mag hier die Feststellung genügen, daß ein Graphitschiffchen 36 oder ein Aufnehmer in dem Quarz-Reaktionsrohr 60 angeordnet ist und das Schiffchen induktiv durch eine Hochfrequenzspule 62 aufgeheizt wird. Die Hochfrequenzspule 62 ist um die Außenwand des Quarz-Reaktionsrohres 60 gelegt und wird mit Hochfrequenz angeregt, um die Temperatur des Graphitschiffchens oder des Aufnehmers 63, eines darin oder darauf angeordneten Substrates 11 und die unmittelbare Umgebung 61 um das Substrat auf eine vorbestimmte Temperatur zu bringen. Die Temperatur des Aufnehmers 63 wird durch ein nicht dargestelltes Thermoelement, das in das Schiffchen oder den Aufnehmer 63 eingebettet ist, überwacht. Bevor der Aufnehmer 63 und das Substrat 11 erwärmt werden, wird jedoch das System durch Einführen von Helium zum Austreiben von Umgebungsluft gespült und dann wird Wasserstoff in das Innere des Quarz-Reaktionsrohres 60 und die Dampferzeugungseinrichtung 20 a eingeleitet. Wenn nun die aus den Leitungen 27 e bis 27 g, 31 c und 47c abnehmbaren Dämpfe in das Quarz-Reaktionsrohr 60 eingeführt werden, wo sie miteinander reagieren, so werden die Schichten 12 a und 12 b epitaktisch erzeugt. Das Quarz-Reaktionsrohr 60 enthält außerdem eine Abschlußklappe 72 an dem den Einmündungen der Leitungen 27 e bis 27 g, 31 c und 47 c gegenüberliegenden Ende. Die Abschlußklappe 72 ist an eine Quarz-Auslaßleitung 74 angeschlossen, die dazu dient, Gase und Dämpfe aus dem Quarz-Reaktionsrohr 60 herauszuleiten.Referring to Figs. 3, 3A and 3B, a system illustrated schematically is now 20 (Fig. 3) crystalline to epitaxial growth layers from the vapor phase to produce the epitaxial layers 12 a and 12 b of cadmium telluride or mercury cadmium telluride, as shown in Figures shown. 1 and 2 will be described. The system contains a steam generating device 20 a ( FIG. 3A) with a multiple connection 26 , which has mass flow controllers 26 a to 26 g , and bubbler vessels 39 and 55 . During operation, hydrogen is supplied to the manifold 26 via a hydrogen cleaner 22 and valve 24 , while helium is passed through the system 20 when it is not operating and is exposed to the air. The vapor deposition system 20 also contains a reactor 20 b shown in FIG. 3B for epitaxial deposition from the vapor phase, in the present case with an open quartz reaction tube 60 , as can be seen from the drawing. It may suffice here to state that a graphite boat 36 or a sensor is arranged in the quartz reaction tube 60 and that the boat is inductively heated by a high-frequency coil 62 . The high-frequency coil 62 is placed around the outer wall of the quartz reaction tube 60 and is excited with high frequency in order to bring the temperature of the graphite boat or the receiver 63 , a substrate 11 arranged therein or thereon and the immediate surroundings 61 around the substrate to a predetermined temperature . The temperature of the sensor 63 is monitored by a thermocouple, not shown, which is embedded in the boat or the sensor 63 . Before the sensor 63 and the substrate 11 are heated, however, the system is flushed by introducing helium to expel ambient air and then hydrogen is introduced into the interior of the quartz reaction tube 60 and the steam generator 20 a . If the vapors which can be removed from the lines 27 e to 27 g , 31 c and 47 c are introduced into the quartz reaction tube 60 where they react with one another, the layers 12 a and 12 b are generated epitaxially. The quartz reaction tube 60 also contains an end flap 72 at the end opposite the mouths of the lines 27 e to 27 g , 31 c and 47 c . The end flap 72 is connected to a quartz outlet line 74 which serves to lead gases and vapors out of the quartz reaction tube 60 .

Es sei nunmehr auf Fig. 3A im einzelnen Bezug genommen. Die Dampferzeugungseinrichtung 20 a enthält die Leitungen 31 c, 47 c sowie 27 e bis 27 g, welche Dämpfe in das Quarz-Reaktionsrohr 60 (Fig. 3B) in der dargestellten Weise einführen. Die Leitung 31 c dient zur Fortleitung von beispielsweise Dimethylcadmium + H₂ und geht von einem Anschlußverbindungselement 32 aus. Letzteres dient zum Mischen der Ströme von zwei Glasquellen zu einem Paar von Anschlüssen des Verbindungselementes, das den Gasgemischstrom an einem dritten Anschluß abgibt, der mit dem Quarz-Reaktionsrohr 60 verbunden ist. Der erste Anschluß des Verbindungselementes 32 wird von dem Blubbergefäß 39 gespeist. Das Blubbergefäß 39 enthält ein Paar solenoidgetätigter Ventile 28 und 30. Das erste dieser Ventile, nämlich das solenoidgetätigte Ventil 28, hat über eine von einem ersten Anschluß des Blubbergefäßes ausgehende Leitung 27 a Verbindung zu einem ersten Massendurchstromregler 26 a und ein zweiter Anschluß ist über die Leitung 29 a an den Blubbergefäßkolben 36 angeschlossen. Der Blubbergefäßkolben 36 enthält die gewählte organische Verbindung des Elementes der Gruppe II, 37. Der Blubbergefäßkolben 36 befindet sich in einem in Umlauf gehaltenen Bad 40 zur Temperaturregelung, so daß eine konstante Strömung eines flüssigen Kühlmittels um den Blubbergefäßkolben 36 erzeugt werden kann, um den vorgenannten Inhalt 37 in dem Blubbergefäßkolben 36 auf einer vorbestimmten Temperatur zur Erzielung eines ausreichenden Dampfdruckes zu erhalten. Eine zweite Leitung 29 c ist ebenfalls an den Blubbergefäßkolben 36 angeschlossen, endet jedoch oberhalb des Spiegels der Füllung 37 und führt zu einem Anschluß des solenoidbetätigten Ventils 30. Eine dritte Leitung 29 b verbindet die verbleibenden Anschlüsse der solenoidbetätigten Steuerventile 28 und 30 miteinander.It is now made to FIG. 3A to in detail. The steam generating device 20 a contains the lines 31 c , 47 c and 27 e to 27 g , which introduce vapors into the quartz reaction tube 60 ( FIG. 3B) in the manner shown. The line 31 c is used for the forwarding of, for example, dimethyl cadmium + H₂ and is based on a connection connecting element 32 . The latter is used to mix the streams from two glass sources to a pair of ports of the connector that delivers the mixed gas stream to a third port that is connected to the quartz reaction tube 60 . The first connection of the connecting element 32 is fed by the bubbler 39 . The bubbler 39 contains a pair of solenoid operated valves 28 and 30 . The first of these valves, namely the solenoid-operated valve 28 , has a connection from a first connection of the bubbler tube 27 a connection to a first mass flow controller 26 a and a second connector is connected via line 29 a to the bubbler piston 36 . The bubbler flask 36 contains the selected organic compound of the group II, 37 element. The bubbler piston 36 is in a circulating bath 40 for temperature control, so that a constant flow of a liquid coolant can be generated around the bubbler piston 36 in order to achieve the above-mentioned content 37 in the bubbler piston 36 at a predetermined temperature to achieve a sufficient vapor pressure receive. A second line 29 c is also connected to the bubbler piston 36 , but ends above the level of the filling 37 and leads to a connection of the solenoid-operated valve 30 . A third line 29 b connects the remaining connections of the solenoid-operated control valves 28 and 30 together.

In normalerweise unbetätigten Zustand der solenoidgesteuerten Ventile 28 und 30 kann Wasserstoff von der Wasserstoffquelle, vorliegend dem Massendurchflußregler 26 a, über die Leitung 27 a zur Leitung 29 b und weiter über die Leitung 31 c strömen, um Umgebungsluft in der beschriebenen Weise aus dem Quarz-Reaktionsrohr 60 zu spülen. Während der epitaktischen Züchtung von Cadmiumtellurid oder Quecksilber-Cadmiumtellurid auf dem Substrat 11 werden die solenoidbetätigten Ventile 28 und 30 in ihren Aktivierungszustand gestellt, so daß Wasserstoff durch die Leitung 29 a in den Blubbergefäßkolben 36 strömt, der einen gewählten organischen Cadmiumspender enthält. Der Wasserstoff perlt oder blubbert durch die flüssige Cadmiumverbindung 37 und nimmt von ihr Moleküle auf. Aus diesem Grunde tritt aus dem Blubbergefäßkolben 36 über die Leitung 29 c eine Mischung aus der organischen Cadmiumverbindung und Wasserstoff aus und wird über das solenoidbetätigte Ventil 30 der Leitung 31 a zugeführt. Ein zweiter Massendurchstromregler 26 b wird aktiviert und liefert eine vorbestimmte Strömung eines Trägergases, vorliegend von Wasserstoff über ein Ventil 34 und eine Leitung 31 b zum Verbindungselement 32. Demgemäß strömt dann durch die Leitung 31 c ein verdünnter Dampf aus der organischen Cadmiumverbindung und dem Trägergas, vorliegend Wasserstoff.In the normally unactuated state of the solenoid-controlled valves 28 and 30 , hydrogen can flow from the hydrogen source, in this case the mass flow controller 26 a , via line 27 a to line 29 b and further via line 31 c in order to remove ambient air from the quartz in the manner described. Flush reaction tube 60 . During the epitaxial growth of cadmium telluride or mercury-cadmium telluride on the substrate 11 , the solenoid-operated valves 28 and 30 are placed in their activated state so that hydrogen flows through line 29 a into the bubbler flask 36 , which contains a selected organic cadmium donor. The hydrogen bubbles or bubbles through the liquid cadmium compound 37 and takes up molecules from it. For this reason, a mixture of the organic cadmium compound and hydrogen emerges from the bubbler flask 36 via the line 29 c and is fed to the line 31 a via the solenoid-operated valve 30 . A second mass flow controller 26 b is activated and supplies a predetermined flow of a carrier gas, in the present case of hydrogen via a valve 34 and a line 31 b to the connecting element 32 . Accordingly, then flows through line 31 c a dilute vapor from the organic cadmium compound, and the carrier gas, in this case hydrogen.

Die Leitung 47 c, nämlich die eine organische Verbindung eines Elementes der Gruppe VI führende Leitung, geht von dem Verbindungselement 48 aus. Das Verbindungselement 48 dient zur Mischung der Ströme von zwei Gasquellen und gibt diese Mischung an seinem dritten Anschluß ab, der mit der Leitung 47 c verbunden ist. Der erste Anschluß des Verbindungselementes 48 wird von dem Blubbergefäß 55 gespeist. Das Blubbergefäß 55 enthält ein Paar solenoidbetätigter Ventile 44 und 46. Ein erstes dieser Ventile, nämlich das solenoidbetätigte Ventil 44, ist mit einem ersten Anschluß zu einem dritten Massendurchflußregler 26 c hin über eine Leitung 27 c verbunden und mit einem zweiten Anschluß über eine Leitung 45 a an den Blubbergefäßkolben 52 angeschlossen. Letzterer enthält die organische Verbindung mit dem Element der Gruppe VI, wie weiter unten genauer beschrieben wird. Vorliegend genügt die Feststellung, daß die organische Verbindung mit dem Element der Gruppe VI ein primäres Alkyl dieses Elementes sein kann oder so gewählt ist, daß sie eine bestimmte Aktivierungsenergie hat, um während ihrer Dissoziierung ein Radikal zu bilden, wobei die Aktivierungsenergie niedriger ist als diejenige während der Dissoziierung von primären Alkylen von Elementen der Gruppe VI. Der Blubbergefäßkolben 52 befindet sich in einem zirkulierenden, zur Temperaturregelung dienenden Bad 56, welches eine konstante Strömung einer Kühlflüssigkeit um den Blubbergefäßkolben 52 herum ermöglicht, um beispielsweise die organische Tellurverbindung 53 in dem Blubbergefäßkolben 52 auf einer bestimmten Temperatur zu halten, welche dazu ausreicht, einen entsprechenden Dampfdruck zu erzeugen. Der Temperaturbereich kann zwischen -20°C +100°C liegen, doch ist der Bereich nicht notwendig auf diese Grenzen beschränkt. Eine zweite Leitung 45 c ist ebenfalls an den Blubbergefäßkolben 52 angeschlossen, endet jedoch oberhalb des Spiegels der organischen Verbindung 53 und ist an einen Anschluß des solenoidbetätigten Ventils 46 gelegt. Eine dritte Leitung 45 b verbindet die verbleibenden Anschlüsse der solenoidbetätigten Ventile 44 und 46 miteinander.The line 47 c , namely the line carrying an organic connection of a Group VI element, starts from the connection element 48 . The connecting element 48 serves to mix the flows of two gas sources and delivers this mixture at its third connection, which is connected to the line 47 c . The first connection of the connecting element 48 is fed by the bubbler 55 . The bubbler 55 contains a pair of solenoid operated valves 44 and 46 . A first of these valves, namely the solenoid-operated valve 44 , is connected with a first connection to a third mass flow controller 26 c via a line 27 c and with a second connection via a line 45 a to the bubbler piston 52 . The latter contains the organic compound with the Group VI element, as described in more detail below. In the present case, it suffices to state that the organic compound with the Group VI element may be a primary alkyl of this element or is selected to have a certain activation energy to form a radical during its dissociation, the activation energy being lower than that during the dissociation of primary alkylene from Group VI elements. The bubbler flask 52 is located in a circulating, temperature-regulating bath 56 , which enables a constant flow of a cooling liquid around the bubbler flask 52 , for example in order to keep the organic tellurium compound 53 in the bubbler flask 52 at a certain temperature, which is sufficient for one to generate appropriate vapor pressure. The temperature range can be between -20 ° C + 100 ° C, but the range is not necessarily limited to these limits. A second line 45 c is also connected to the bubbler piston 52 , but ends above the level of the organic compound 53 and is connected to a connection of the solenoid-operated valve 46 . A third line 45 b connects the remaining connections of the solenoid-operated valves 44 and 46 to one another.

Im normalerweise nicht betätigten Zustand der solenoidgesteuerten Ventile 44 und 46 kann Wasserstoff von der Wasserstoffquelle, vorliegend dem Massendurchflußregler 26 c über die Leitung 27 c zur Leitung 45 b gelangen und strömt von dort durch die Leitung 47 c, um das Quarz-Reaktionsrohr 60 in der beschriebenen Weise zum Austreiben der Umgebungsluft zu spülen. Während des epitaktischen Aufwachsenlassens von Cadmiumtellurid oder Quecksilber- Cadmiumtellurid auf dem Substrat 11 werden die Ventile 44 und 46 angesteuert und umgestellt, so daß nun Wasserstoff durch die Leitung 45 a in den Blubbergefäßkolben 52 strömt, welcher die organische Verbindung 53 des Elementes der Gruppe VI enthält. Der Wasserstoff blubbert durch die organische Verbindung 53 und nimmt Moleküle von ihr auf. Demgemäß verläßt eine Mischung der organischen Verbindung des Elementes der Gruppe VI und von Wasserstoff die Füllung 53 im Blubbergefäßkolben über die Leitung 45 c und strömt über das solenoidbetätigte Ventil 46 zur Leitung 47 a. Ein vierter Massendurchstromregler 26 d wird aktiviert und liefert einen bestimmten Strom eines Trägergases, vorliegend Wasserstoff, über ein Ventil 50 und eine Leitung 47 b zu dem Verbindungselement 48. Aus der Leitung 47 c gelangt also zu dem Quarz-Reaktionsrohr eine verdünnte Dampfströmung der organischen Tellurverbindung mit Bezug auf die Konzentration des Trägergases, nämlich des Wasserstoffs.In the normally non-actuated state of the solenoid-controlled valves 44 and 46 , hydrogen can pass from the hydrogen source, in this case the mass flow controller 26 c via line 27 c to line 45 b , and from there flows through line 47 c to the quartz reaction tube 60 in the purge described to expel the ambient air. During the epitaxial growth of cadmium telluride or mercury-cadmium telluride on the substrate 11 , the valves 44 and 46 are activated and changed over so that hydrogen now flows through line 45 a into the bubbler flask 52 , which contains the organic compound 53 of the element of group VI . The hydrogen bubbles through the organic compound 53 and picks up molecules from it. Accordingly, a mixture of the organic compound of the Group VI element and hydrogen leaves the filling 53 in the bubbler flask via line 45 c and flows through the solenoid-operated valve 46 to line 47 a . A fourth mass flow controller 26 d is activated and supplies a specific flow of a carrier gas, in the present case hydrogen, via a valve 50 and a line 47 b to the connecting element 48 . C from line 47 passes thus to the quartz reaction tube, a dilute vapor flow of the organic tellurium compound with respect to the concentration of the carrier gas, namely hydrogen.

Eine Leitung 27 e ist an einen fünften Massendurchstromregler 26 e angeschlossen und führt zu einem Quarz-Vorratsbehälter 66 (Fig. 3B), der ein Element der Gruppe II, beispielsweise flüssiges Quecksilber enthält. Der Wasserstoff wird über die Oberfläche oder den Spiegel des flüssigen Quecksilbers geleitet und die über dem Quecksilberspiegel befindlichen Dampfmoleküle werden vom Wasserstoffstrom aufgenommen, so daß ein Dampfstrom erhalten wird, der Quecksilber und Wasserstoff enthält. Der Dampfstrom wird einem aus Quarz gefertigten Verbindungselement 70 (Fig. 3B) zugeleitet. Ein zweiter Eingangsanschluß des Quarz-Verbindungselementes 70 hat Verbindung mit einer Quarzleitung 71 a, welche über eine Leitung 27 f und ein Ventil 72 von einem sechsten Massendurchstromregler 26 f gespeist wird. Von dem Quarz-Verbindungselement 70 führt eine Leitung 71 b in das Quarz-Reaktionsrohr 60, wobei die Leitung 71 b in das Reaktionsrohr also einen verdünnten Strom von Quecksilberdampf und Wasserstoff einführt.A line 27 e is connected to a fifth mass flow controller 26 e and leads to a quartz reservoir 66 ( FIG. 3B), which contains an element of group II, for example liquid mercury. The hydrogen is passed over the surface or level of the liquid mercury and the vapor molecules above the level of mercury are taken up by the hydrogen stream, so that a vapor stream is obtained which contains mercury and hydrogen. The vapor stream is fed to a connector 70 made of quartz ( FIG. 3B). A second input connection of the quartz connecting element 70 is connected to a quartz line 71 a , which is fed via a line 27 f and a valve 72 from a sixth mass flow controller 26 f . From the quartz-connection element 70 a line leads 71b in the quartz reaction tube 60, the line 71 b in the reaction tube so a diluted stream of mercury vapor and hydrogen introduced.

Nunmehr bei Fig. 3B im einzelnen betrachtet. Wie zuvor erwähnt, wird der Aufnehmer 63 durch eine Hochfrequenzspule, welche das Quarz-Reaktionsrohr 60 umschlingt, aufgeheizt.Now considered in detail in FIG. 3B. As previously mentioned, the pickup 63 is heated by a high-frequency coil which wraps around the quartz reaction tube 60 .

Der Quarz-Vorratsbehälter 66, der das flüssige elementare Quecksilber enthält und der benachbarte Bereich davon wird mittels einer Widerstandsheizeinrichtung 68 in der dargestellten Weise auf eine Temperatur von mindestens 100°C erwärmt. Im allgemeinen beträgt jedoch die Temperatur weniger als 250°C und liegt vorzugsweise im Bereich von 150°C bis 180°C. Die Bereiche unmittelbar hinter dem Vorratsbehälter 66 und neben dem Substrat 11 werden dann durch Reihen von Infrarotlampen 64 auf eine Temperatur im Bereich von 100°C und vorzugsweise im Bereich von 150°C bis 180°C erwärmt. Die Erhitzung der Wände verhindert eine vorzeitige Kondensation von Quecksilber aus dem Dampfstrom.The quartz storage container 66 , which contains the liquid elementary mercury and the adjacent region thereof, is heated to a temperature of at least 100 ° C. in the manner shown by means of a resistance heating device 68 . In general, however, the temperature is less than 250 ° C and is preferably in the range of 150 ° C to 180 ° C. The areas immediately behind the storage container 66 and next to the substrate 11 are then heated by rows of infrared lamps 64 to a temperature in the range from 100 ° C. and preferably in the range from 150 ° C. to 180 ° C. The heating of the walls prevents premature condensation of mercury from the steam flow.

Die nach außen weisende Fläche des Substrates 11 wird entfettet und gereinigt, wozu geeignete Lösungsmittel verwendet werden. Dann folgt ein Polieren mit einem geeigneten Material, welches den Werkstoff des Substrates abätzt. Beispielsweise kann eine Brommethanol-Lösung dazu verwendet werden, auf chemischem Wege das Cadmiumtellurid oder das Galliumarsenid zu polieren, bevor die verschiedenen Schichten darauf epitaktisch erzeugt werden. Das Substrat 11 wird dann auf den Aufnehmer 63 gesetzt und in das Quarz-Reaktionsrohr 60 eingebracht.The outwardly facing surface of the substrate 11 is degreased and cleaned, for which purpose suitable solvents are used. This is followed by polishing with a suitable material which etches away the material of the substrate. For example, a bromomethanol solution can be used to chemically polish the cadmium telluride or gallium arsenide before the various layers are epitaxially formed thereon. The substrate 11 is then placed on the receiver 63 and introduced into the quartz reaction tube 60 .

Während des Betriebes wird das Quarz-Reaktionsrohr 60 zum Austreiben von Umgebungsluft durch Einführen zuerst von Helium und dann von Wasserstoff in der beschriebenen Weise gespült. Hierauf wird der Aufnehmer 63 induktiv mittels der Hochfrequenzspule 62 aufgeheizt und der Vorratsbehälter 66 wird durch die Widerstandsheizung 68 erwärmt und schließlich wird das Quarz-Reaktionsrohr 60 durch die Infrarotlampen 64 aufgeheizt. Es wird zugewartet, bis die genannten Anlagenteile die für die Epitaxie erforderlichen Temperaturen erreicht haben. Wenn der Anlagenteil 20 b die für das Aufwachsenlassen der epitaktischen Schichten notwendigen Temperaturen erreicht hat, so werden die Ventile 28, 30, 34, 44, 46, 50 und 72 aktiviert bzw. umgestellt, so daß die verdünnten Mischungen von Wasserstoff und der organischen Verbindung des Elementes der Gruppe II, von Wasserstoff und der organischen Verbindung des Elementes der Gruppe VI sowie von Wasserstoff und Quecksilber von den Leitungen 31 c bzw. 47 c bzw. 71 b stromaufwärts von dem Substrat 11 austreten können. Der Wasserstoff, das Quecksilber und die metallorganischen Dämpfe haben die gewünschten Temperaturen aufgrund der gleichförmigen Erwärmung des Substrates 11 und des Bereiches 61 um das Substrat 11 herum erreicht.During operation, the quartz reaction tube 60 is purged to expel ambient air by introducing first helium and then hydrogen in the manner described. Thereupon, the pickup 63 is heated inductively by means of the high-frequency coil 62 and the reservoir 66 is heated by the resistance heater 68 and finally the quartz reaction tube 60 is heated by the infrared lamps 64 . The system waits until the above-mentioned system parts have reached the temperatures required for epitaxy. When the system part 20 b has reached the temperatures necessary for the growth of the epitaxial layers, the valves 28, 30, 34, 44, 46, 50 and 72 are activated or switched over so that the dilute mixtures of hydrogen and the organic compound 47 c and 71 b can upstream from the substrate 11 to escape of the element of group II, hydrogen and the organic compound of the element of group VI and of hydrogen and mercury from the lines 31 c respectively. The hydrogen, the mercury and the organometallic vapors have reached the desired temperatures due to the uniform heating of the substrate 11 and the area 61 around the substrate 11 .

Es ist zu vermuten, daß die gewählten Spender der organischen Verbindung im wesentlichen unabhängig voneinander pyrolytisch reagieren und Quecksilber-Cadmiumtellurid entsprechend den nachfolgend angegebenen chemischen Reaktionen 1A bis 5A erzeugen:It can be assumed that the chosen donors are organic Compound essentially independently pyrolytic react and mercury-cadmium telluride according to the generate the following chemical reactions 1A to 5A:

Te-organische Verb. → Te + H.C. (Reaktion 1A)
Te + Hg → HgTe (Reaktion 2A)
Cd-organische Verb. → Cd + H.C. (Reaktion 3A)
Cd + Te → CdTe (Reaktion 4A)
HgTe + CdTe → Hg_1-xCd_xTe (Reaktion 5A)
Te-organic compound → Te + HC (reaction 1A)
Te + Hg → HgTe (Reaction 2A)
Cd organic compounds → Cd + HC (reaction 3A)
Cd + Te → CdTe (Reaction 4A)
HgTe + CdTe → Hg _{1- x} Cd _x Te (Reaction 5A)

Hierin bedeuten die Ausdrücke H.C. Kohlenwasserstoffe.Herein, the terms H.C. Hydrocarbons.

Der Wert x wird gesteuert durch Regulierung der Strömung von Wasserstoff in den Quecksilbervorratsbehälter hinein, ferner durch die Temperatur des Quecksilbervorratsbehälters und durch die Konzentration des Dimethylcadmiums und der organischen Tellurverbindung.The x value is controlled by regulating the flow of hydrogen into the mercury reservoir, the temperature of the mercury reservoir, and the concentration of the dimethyl cadmium and the organic tellurium compound.

Der Molbruch (d. h., die Konzentration der organischen Cadmiumverbindung, der organischen Tellurverbindung und des Quecksilber) ist durch folgende Ausdrücke gegeben: The molar fraction (i.e., the concentration of the organic cadmium compound, the organic tellurium compound and mercury) is given by the following expressions:

Die nicht zur Reaktion gekommenen metallorganischen Dämpfe werden also von dem Quarz-Reaktorrohr 60 über die Auslaßleitung 74 ausgeleitet und zu einem Auslaß-Zerlegungsofen (nicht dargestellt) geführt. Dieser Ofen dient zur Zerlegung der verbleibenden metallorganischen Dämpfe oder Gase in die Elemente und liefert einen Gasstrom, welcher im wesentlichen Wasserstoff und verschiedene Kohlenwasserstoffe enthält.The organometallic vapors which have not reacted are therefore discharged from the quartz reactor tube 60 via the outlet line 74 and to an outlet decomposition furnace (not shown). This furnace serves to break down the remaining organometallic vapors or gases into the elements and supplies a gas stream which essentially contains hydrogen and various hydrocarbons.

Gemäß einem Aspekt des hier angegebenen Verfahrens hat die Cadmiumquelle die Gestalt einer organischen Verbindung mit organischen Gruppen, welche so gewählt sind, daß sie räumlich das Cadmiumatom daran hindern, mit einem Telluratom zu reagieren, das in der organischen Tellurverbindung vorhanden ist. Vorzugsweise ist die gewählte organische Gruppe nicht unmittelbar an das Cadmiumatom gebunden, da eine unmittelbare Bindung der organischen Gruppe an das Cadmiumatom die Reaktionsfreudigkeit der organischen Cadmiumverbindung erhöhen würde.According to one aspect of the method specified here, the Cadmium source with the shape of an organic compound organic groups, which are chosen so that they are spatial prevent the cadmium atom from reacting with a tellurium atom, that is present in the organic tellurium compound is. Preferably the organic group chosen is not directly bound to the cadmium atom, since an immediate Binding of the organic group to the cadmium atom the reactivity would increase the organic cadmium compound.

Die gewählte organische Cadmiumverbindung hat folgende allgemeine Strukturformel:The organic cadmium compound chosen has the following general ones Structural formula:

R₁-Cd-R₂R₁-Cd-R₂

Hierin können R₁ und R₂ gleich sein oder auch nicht und mindestens einer der Bestandteile R₁ und R₂ hat folgende allgemeine Strukturformel:Here R₁ and R₂ may or may not be the same and at least one of the components R₁ and R₂ has the following general Structural formula:

Hierin können X₁ und X₂ gleich sein oder nicht und vorzugsweise sind sie von Wasserstoff oder einem Halogen oder einer organischen Gruppe gebildet. X hat folgende allgemeine chemische Strukturformel:Here X₁ and X₂ may be the same or not and preferably are they from hydrogen or a halogen or an organic one Group formed. X has the following general chemical Structural formula:

Y₁, Y₂ und Y₃ können gleich sein oder auch nicht und werden vorzugsweise von Wasserstoff oder einem Halogenatom oder einer organischen Gruppe gebildet.Y₁, Y₂ and Y₃ may or may not be the same preferably hydrogen or a halogen atom or one organic group formed.

Wie nachfolgend gezeigt enthält die organische Cadmiumverbindung eine organische Gruppe, welche das Kohlenstoffatom in der β-Stellung der Kette der organischen Cadmiumverbindung enthält.As shown below, the organic cadmium compound contains an organic group which contains the carbon atom in the β position of the chain of the organic cadmium compound.

Aufgrund dieser besonderen Anordnung hindern die großen, sperrigen Gruppen an den Enden der Kette das Cadmiumatom räumlich daran, mit dem Telluratom in der organischen Tellurverbindung zu reagieren.Due to this special arrangement, the large, bulky groups at the ends of the chain contain the cadmium atom spatially, with the tellurium atom in the organic tellurium compound to react.

Ein bevorzugtes Beispiel einer organischen Verbindung eines Elementes der Gruppe II mit einer großen sperrigen Gruppe an dem in der β-Stellung befindlichen Kohlenstoffatom innerhalb der Gruppe ist die chemische Verbindung Di-Neopentylcadmium ((CH₃)₃CCH₂)₂Cd.A preferred example of an organic compound of an element of group II with a large bulky group on the carbon atom in the β position within the group is the chemical compound di-neopentyl cadmium ((CH₃) ₃CCH₂) ₂Cd.

Di-Neopenthylcadmium hat folgende allgemeine chemische Strukturformel:Di-neopenthyl cadmium has the following general chemical structural formula:

Das Molekül enthält 2 tertiäre Butylgruppen, welche von dem Cadmiumatom durch ein Kohlenstoffatom in der α-Stellung, vorliegend in einer CH² Gruppe, getrennt sind. Da die tertiären Butylgruppen nicht unmittelbar an das Cadmiumatom gebunden sind, bewirken sie keine bedeutsame Destabilisierung des Di-Neopentylcadmium-Moleküls. Demgemäß ist bei dem Di-Neopentylcadmium (DNPCd) von einer thermischen Stabilität auszugehen, welche mit derjenigen von Diäthylcadmium (DECd) vergleichbar ist. Di-Neopentylcadmium besitzt verschiedene Vorurteile. Es vermindert vermutlich Reaktionen zwischen sich und der gewählten organischen Tellurverbindung aufgrund einer räumlichen Abschrankung, die durch die tertiären Butylgruppen in dem Di-Neopentylcadmium-Molekül vorhanden sind. Die Gegenwart dieser tertiären Butylgruppen macht es für die beiden Moleküle und insbesondere für die beiden vorerwähnten Atome in den beiden Molekülen schwer, sich so nahe aneinander anzunähern, daß eine Reaktion stattfindet. Weiter kann durch Wahl einer geeigneten Tellurquelle eine Züchtung von Quecksilber- Cadmiumtellurid bei niedrigen Temperaturen durchgeführt werden. Gemäß Reaktion 7 wird die Austauschreaktion zwischen der organischen Verbindung des Elementes der Gruppe II und dem Quecksilber kinetisch begrenzt und daher stellt diese Reaktion keine wichtige Ursache für eine Cadmiumverarmung dar. Di-Neopentylgruppen ((CH₃)₃CCH₂) sollen aufgrund ihres Gewichtes und ihrer Größe auch die Geschwindigkeit der freien Radikalkettenreaktionen vermindern und daher ein Molekül bilden, das im Dampfstrom wesentlich weniger reaktionsfreudig ist als Dimethylcadmium.The molecule contains 2 tertiary butyl groups, which are separated from the cadmium atom by a carbon atom in the α- position, in the present case in a CH² group. Because the tertiary butyl groups are not directly attached to the cadmium atom, they do not significantly destabilize the di-neopentylcadmium molecule. Accordingly, thermal stability can be assumed for di-neopentyl cadmium (DNPCd), which is comparable to that of diethyl cadmium (DECd). Di-neopentyl cadmium has various prejudices. It presumably reduces reactions between itself and the chosen organic tellurium compound due to a spatial restriction that is present in the di-neopentyl cadmium molecule due to the tertiary butyl groups. The presence of these tertiary butyl groups makes it difficult for the two molecules, and especially for the two aforementioned atoms in the two molecules, to come so close together that a reaction takes place. Furthermore, by choosing a suitable tellurium source, mercury-cadmium telluride can be grown at low temperatures. According to reaction 7, the exchange reaction between the organic compound of the element of group II and the mercury is kinetically limited and therefore this reaction is not an important cause of cadmium depletion. Di-neopentyl groups ((CH₃) ₃CCH₂) should also because of their weight and size reduce the speed of the free radical chain reactions and therefore form a molecule that is much less reactive than dimethyl cadmium in the vapor stream.

Ein weiteres bevorzugtes Beispiel ist Di-Isobutylcadmium ((CH₃)₂CHCH₂)₂Cd, welches eine Isobutylgruppe aufweist, die von dem Cadmiumatom durch ein Kohlenstoffatom in α-Stellung, vorliegend innerhalb einer CH₂-Gruppe, getrennt ist. Di-Isobutylcadmium hat die allgemeine chemische Strukturformel:Another preferred example is di-isobutyl cadmium ((CH₃) ₂CHCH₂) ₂Cd, which has an isobutyl group which is separated from the cadmium atom by a carbon atom in the α position, in the present case within a CH₂ group. Di-isobutyl cadmium has the general chemical structural formula:

Andere Beispiele sind Di-N-Propylcadmium und Diäthylcadmium, welche jeweils die nachfolgende allgemeine chemische Struktur aufweisen:Other examples are di-N-propyl cadmium and diethyl cadmium, which each have the following general chemical structure exhibit:

CH₃-CH₂-CH₂-Cd-CH₂-CH₂-CH₃-Di-N-Propylcadmium CH₃-CH₂-Cd-CH₂-CH₃-DiäthylcadmiumCH₃-CH₂-CH₂-Cd-CH₂-CH₂-CH₃-di-N-propyl cadmium CH₃-CH₂-Cd-CH₂-CH₃-diethyl cadmium

Die verwendete organische Cadmiumverbindung kann jedoch auch organische Gruppen enthalten, welche unmittelbar an das Cadmiumatom gebunden sind, wodurch Elektronenladung an das elektropositive Cadmium übertragen wird. Durch Vermindern der elektropositiven Eigenschaft des Cadmiumatoms vermittels Elektronenlieferung organischer Gruppen erhält man eine organische Cadmiumverbindung, welche weniger reaktionsfreudig gegenüber dem Molekül der organischen Tellurverbindung ist als dies bei dem bekannten Dimethylcadmium festzustellen ist. Ein Beispiel für eine solche Verbindung ist Diphenylcadmium mit folgender allgemeiner Strukturformel:However, the organic cadmium compound used can also contain organic groups that are directly attached to the cadmium atom are bound, causing electron charge to the electropositive Cadmium is transmitted. By reducing the electropositive Property of the cadmium atom through electron delivery organic groups, an organic cadmium compound is obtained, which is less responsive to that Molecule of the organic tellurium compound is as this known dimethyl cadmium. An example for such a compound is diphenyl cadmium with the following more general Structural formula:

Wie man aus dieser Strukturformel ersieht, enthält Diphenylcadmium zwei Phenylgruppen, welche Elektronenlieferanten sind, da sie π-Niveau-Elektronenwolken aufweisen. Das zentrale Cadmiumatom ist elektropositiv. Die elektropositive Eigenschaft des Cadmiumatoms wird also durch das Vorhandensein der Phenylgruppen vermindert. Dadurch wird gleichzeitig die Anziehungskraft zwischen der organischen Cadmiumverbindung und der organischen Tellurverbindung herabgesetzt. Die negative Ladung der Phenylgruppen soll weiterhin die Wechselwirkung zwischen einer gewählten organischen Tellurverbindung und Diphenylcadmium herabsetzen, da die Phenylgruppen das elektronegative Telluratom zurückstoßen. Eine weitere Erscheinung bei der Verwendung einer aromatischen Cadmiumverbindung, beispielsweise Phenylcadmium ist es, daß aromatische Cadmiumverbindungen verhältnismäßig stabil sind. Demgemäß kann dieses Material während langer Zeitdauer gelagert werden, ohne daß es sich zersetzt. Die Phenylgruppen selbst sind darüberhinaus stabile Bestandteile und es ist davon auszugehen, daß die Phenolringe sich während der Pyrolyse nicht aufbrechen lassen. Es ist daher zu vermuten, daß beim Aufwachsenlassen metallorganischer Verbindungen aus der Gasphase unter Verwendung von Diphenylcadmium nur sehr wenig Kohlenstoff in den erzeugten Quecksilber-Cadmiumtellurid- Film eingebaut wird. Obwohl Diphenylcadmium einen verhältnismäßig niedrigen Dampfdruck hat und ein Feststoff ist, der einen Schmelzpunkt von 174°C hat, kann es doch hier als Quelle für das Cadmium verwendet werden.As can be seen from this structural formula, diphenyl cadmium contains two phenyl groups, which are electron suppliers because they have π -level electron clouds. The central cadmium atom is electropositive. The electropositive property of the cadmium atom is therefore reduced by the presence of the phenyl groups. As a result, the attractive force between the organic cadmium compound and the organic tellurium compound is simultaneously reduced. The negative charge of the phenyl groups is said to further reduce the interaction between a chosen organic tellurium compound and diphenyl cadmium, since the phenyl groups repel the electronegative tellurium atom. Another phenomenon when using an aromatic cadmium compound, for example phenylcadmium, is that aromatic cadmium compounds are relatively stable. Accordingly, this material can be stored for a long period of time without decomposing. The phenyl groups themselves are also stable constituents and it can be assumed that the phenol rings cannot be broken open during pyrolysis. It can therefore be assumed that when organometallic compounds are grown from the gas phase using diphenyl cadmium, very little carbon is incorporated into the mercury-cadmium telluride film produced. Although diphenyl cadmium has a relatively low vapor pressure and is a solid that has a melting point of 174 ° C, it can be used here as a source of the cadmium.

Ein beheizter Vorratsbehälter, welcher in Fig. 4 dargestellt ist, kann dazu dienen, einen Dampfstrom von Diphenylcadmium zu erzeugen, wie dies in entsprechender Weise für den Vorratsbehälter 66 ausgeführt wurde, der zur Erzeugung des Quecksilberdampfstromes dient. Im einzelnen führt eine Leitung 27 a in einen Vorratsbehälter 87, der die organische Cadmiumverbindung enthält, wie bei 86 angedeutet ist. Wasserstoff wird über den Vorratsbehälter 87 geleitet und nimmt Moleküle der organischen Cadmiumverbindung 86 auf und dieser Dampfstrom wird in das Reaktionsgefäß über die Leitung 31 eingeführt, nachdem eine bestimmte Verdünnung mit Wasserstoff vorgenommen worden ist, wie zuvor ausgeführt wurde. Der Vorratsbehälter ist innerhalb einer geheizten Kammer angeordnet, so daß eine bestimmte Temperatur aufrecht erhalten werden kann. Die Heizkammer kann in mehrere Zonen aufgeteilt sein, so daß der die organische Cadmiumverbindung enthaltende Vorratsbehälter und der Vorratsbehälter für das Quecksilber jeweils auf bestimmte Temperaturen gebracht werden können.A heated storage container, which is shown in FIG. 4, can serve to generate a vapor stream of diphenyl cadmium, as was carried out in a corresponding manner for the storage container 66 , which is used to generate the mercury vapor stream. Specifically, a line 27 a leads into a storage container 87 which contains the organic cadmium compound, as indicated at 86 . Hydrogen is passed through the reservoir 87 and takes up molecules of the organic cadmium compound 86 and this vapor stream is introduced into the reaction vessel via the line 31 after a certain dilution with hydrogen, as previously stated. The storage container is arranged within a heated chamber so that a certain temperature can be maintained. The heating chamber can be divided into several zones, so that the storage container containing the organic cadmium compound and the storage container for the mercury can each be brought to specific temperatures.

Andere Cadmiumspender mit elektronenliefernden Phenylgruppen bzw. -Ringen stehen in Gestalt von Di-Orthotolylcadmium zur Verfügung, welches folgende allgemeine chemische Strukturformel hat:Other cadmium donors with electron-donating phenyl groups rings are available in the form of di-orthotolyl cadmium, which is the following general chemical structural formula Has:

Di-Orthotolylcadmium ist also ähnlich aufgebaut wie Diphenylcadmium, jedoch mit der Ausnahme, daß ein Wasserstoffatom an jedem Benzolring in Orthostellung durch eine Methylgruppe ersetzt ist. Die Methylgruppen verstärken auch den Übergang von Elektronenladung von den Phenylgruppen auf die Cadmiumatome und vermindern so die positive Ladung der Cadmiumatome. Obwohl dieses Molekül schwerer ist als Diphenylcadmium, ist zu vermuten, daß Di-Orthotolylcadmium (COTCd) einen höheren Dampfdruck hat, da wegen des Anschlusses der Methylgruppe an eine der Orthostellungen die planare Symmetrie des Moleküls durch die aus der Ebene herausgehenden Wasserstoffatome der Methylgruppe geändert wird. Diese Wasserstoffatome schirmen teilweise das zentrale Cadmiumatom ab und vermindern demzufolge die intermolekulare Anziehung zwischen einem Cadmium eines Moleküls und einem Benzolring des anderen Moleküls. Di-Orthotolylcadmium hat einen Schmelzpunkt von 150°C, woraus man schließt, daß Di-Orthotolylcadmium einen höheren Dampfdruck hat als Diphenylcadmium. Weiter ist zu schließen, daß die teilweise Abschirmung des Cadmiumatoms durch die aus der Ebene herausgehenden Wasserstoffatome in einer verminderten Anziehung zwischen dem Cadmiumatom und einem Telluratom in der organischen Tellurverbindung resultiert.Di-orthotolyl cadmium is therefore similar to diphenyl cadmium, however, with the exception that a hydrogen atom is present each benzene ring in the ortho position is replaced by a methyl group is. The methyl groups also enhance the transition from Electron charge from the phenyl groups to the cadmium atoms and thus reduce the positive charge of the cadmium atoms. Even though this molecule is heavier than diphenyl cadmium, it can be assumed that di-orthotolyl cadmium (COTCd) has a higher vapor pressure has because of the connection of the methyl group to one of the ortho positions the planar symmetry of the molecule by the from the Level hydrogen atoms of the methyl group changed becomes. These hydrogen atoms partially shield the central one Cadmium atom and consequently decrease the intermolecular Attraction between a cadmium of a molecule and a benzene ring of the other molecule. Di-orthotolyl cadmium has one Melting point of 150 ° C, from which it is concluded that di-orthotolyl cadmium has a higher vapor pressure than diphenyl cadmium. It can also be concluded that the partial shielding of the Cadmium atom by the hydrogen atoms coming out of the plane in a reduced attraction between the cadmium atom and a tellurium atom results in the organic tellurium compound.

Weitere, ebenfalls verwendbare Beispiele von Cadmiumverbindungen mit vergrößerten Elektronenübergang und vergrößerter räumlicher Abschrankung sind Di-(2,6 Xylyl) Cadmium, also DXCd und Di-Mesitylcadmium, also DMSCd. Diese Moleküle haben folgende allgemeine chemische Strukturformel:Other examples of cadmium compounds that can also be used with increased electron transfer and increased spatial The barriers are di (2.6 xylyl) cadmium, i.e. DXCd and Di-mesityl cadmium, i.e. DMSCd. These molecules have the following general chemical structural formula:

Diese Verbindungen entsprechen in ihrem Aufbau dem Di-Orthotolylcadmium mit der Ausnahme, daß das DXCd Methylgruppen an beiden Ortho-Stellungen jedes Benzolrings aufweist und daß DMSCd Methylgruppen an beiden Orthostellungen und in der Parastellung jedes Benzolrings aufweist. Aufgrund der beiden in Ortho-Stellung befindlichen Gruppen am jeweiligen Benzolring wird der Elektronenübergang zum Cadmiumatom weiter verstärkt. Außerdem bewirken die in Ortho-Stellung angeschlossenen Methylgruppen am Benzolring eine gegenseitige Abstoßung in dem nichtplanaren Molekül. Ein weiteres wichtiges Merkmal diese chemischen Aufbaus besteht darin, daß aufgrund der räumlichen Abschrankung das Cadmiumatom gleichsam in einem Käfig von 4 Methylgruppen eingeschlossen ist. Diese verstärkte räumliche Abschrankung führt zugleich zu einer Erhöhung des Dampfdruckes von DXCd. Der Käfig von Methylgruppen um das Cadmiumatom herum vermindert die Anziehung zwischen der organischen Tellurverbindung und der DXCd- oder CMSCd-Verbindung und verhindert oder beschränkt in wesentlichem Maße die Austauschreaktion zwischen Cadmium und Quecksilber.The structure of these compounds corresponds to that of di-orthotolyl cadmium with the exception that the DXCd methyl groups at both ortho positions of each benzene ring and that DMSCd methyl groups at both ortho positions and in has the para position of each benzene ring. Because of the two groups in the ortho position on the respective benzene ring the electron transfer to the cadmium atom is further strengthened. In addition, the methyl groups connected in the ortho position have an effect at the benzene ring a mutual repulsion in the nonplanar molecule. Another important feature of this chemical structure is that due to the spatial Isolate the cadmium atom as it were in a cage of 4 Methyl groups is included. This intensified spatial Restriction also leads to an increase in the vapor pressure by DXCd. The cage of methyl groups around the cadmium atom reduces the attraction between the organic tellurium compound and the DXCd or CMSCd connection and prevents or limits the exchange reaction between Cadmium and mercury.

Die gewählte organische Cadmiumverbindung mit elektronenliefernden Gruppen hat also folgende allgemeine chemische Struktur:The selected organic cadmium compound with electron donors Groups have the following general chemical structure:

R₃-Cd-R₄R₃-Cd-R₄

Hierin können R₃ und R₄ gleich sein oder auch nicht und mindestens einer der Verbindungsbestandteile R₃, R₄ hat die allgemeine chemische Formel:Here R₃ and R₄ may or may not be the same and at least one of the connecting components R₃, R₄ has the general chemical formula:

Hierin befinden sich die Wasserstoffatome im allgemeinen, jedoch nicht notwendigerweise, in der Meta-Stellung und Y₁ und Y₂ befinden sich in den Orthostellungen und schließlich nimmt Y₃ die Para-Stellung ein und können jeweils von Wasserstoff oder einer organischen Gruppe gebildet sein.Here are the hydrogen atoms in general, however not necessarily, are in the meta position and Y₁ and Y₂ himself in the ortho positions and finally Y₃ takes the Para position and each of hydrogen or one organic group.

Vorzugsweise sind die organischen Gruppen aktivierte Gruppen, etwa Phenyle oder Alkyle (C₆H₅, CH₃, C₂H₅ usw.) oder Heterogruppen, wie beispielsweise Alkoxide, -OCH₃, -OC₂H₅ usw; -NHCOCH₃; -OH; und NH₂(NHR,NR), worin R ein Radikal bedeutet. Die Heterogruppen können dort verwendet werden, wo das Potential für Sauerstoffeinbau oder Stickstoffeinbau in den abgelagerten Film kein Problem darstellt.The organic groups are preferably activated groups, about phenyls or alkyls (C₆H₅, CH₃, C₂H₅ etc.) or hetero groups, such as alkoxides, -OCH₃, -OC₂H₅, etc; -NHCOCH₃; -OH; and NH₂ (NHR, NR), wherein R represents a radical. The hetero groups can be used where the potential for oxygen incorporation or nitrogen incorporation in the deposited Film is not a problem.

Um die räumliche Abschrankung zwischen der sich räumlich abschließenden organischen Cadmiumverbindung und der organischen Tellurverbindung zu verstärken, wird die organische Tellurverbindung so gewählt, daß sie große, sperrige organische Gruppen enthält, welche in entsprechender Weise eine räumliche Abschrankung des organischen Tellurmoleküls bezüglich der Reaktion mit der organischen Tellurverbindung herbeiführen. Wie an anderer Stelle beschrieben ist, bildet ein Tellurspender mit einer verhältnismäßig niedrigen Aktivierungsenergie zur Bildung eines freien Radikals während der Pyrolyse im Vergleich zur Aktivierungsenergie von Diäthyltellurid das tertiäre Alkyl Ditertiärbutyltellurid. Ditertiärbutyltellurid hat die allgemeine chemische Strukturformel:The spatial barrier between the spatially closed organic cadmium compound and the organic To strengthen tellurium compound is the organic tellurium compound chosen to have large, bulky organic groups contains, which in a corresponding manner a spatial barrier of the organic tellurium molecule with respect to the reaction bring about with the organic tellurium compound. Like others Is described, forms a tellurium donor with a proportionate low activation energy to form a free radical during pyrolysis compared to the activation energy of diethyl telluride the tertiary alkyl ditertiary butyl telluride. Ditertiary butyl telluride has the general chemical structural formula:

Ditertiärbutyltellurid enthält zwei tertiäre Butylgruppen, die unmittelbar an das Telluratom gebunden sind. Das Vorhandensein der tertiären Butylgruppen in der organischen Tellurverbindung Ditertiärbutyltellurid destabilisiert diese Verbindung und bewirkt eine räumliche Abschrankung des Telluratoms. Die Auswahl von Ditertiärbutyltellurid als organische Tellurverbindung für die Abgabe des Tellurs und die Auswahl einer der räumlich abgeschrankten Cadmiumquellen der o.a. Art führt zu einer erhöhten räumlichen Abschrankung und daher zu einer verstärkten freien Reaktionsübertragung von organischen Cadmium- und Tellurverbindungen durch das Reaktionsgefäß. Andere Quellen von Tellur (Element der Gruppe VI) sind Diisopropyltellurid (DIPTe) mit folgender allgemeiner chemischen Strukturformel:Ditertiary butyl telluride contains two tertiary butyl groups that are directly bound to the tellurium atom. The presence the tertiary butyl groups in the organic tellurium compound Ditertiary butyl telluride destabilizes and causes this compound a spatial limitation of the tellurium atom. The selection of ditertiary butyl telluride as an organic tellurium compound for the delivery of the tellurium and the selection of one of the spatially restricted ones Cadmium sources of the above Kind leads to an increased spatial limitation and therefore to an increased free Reaction transfer of organic cadmium and tellurium compounds through the reaction vessel. Other sources of tellurium (Group VI element) are diisopropyl telluride (DIPTe) with following general chemical structural formula:

Diisopropyltellurid, welches ebenfalls bereits an anderer Stelle vorgeschlagen worden ist, besitzt eine geringere Stabilität und daher einen erhöhten Zerlegungswirkungsgrad im Vergleich zum Zerlegungswirkungsgrad von Diäthyltellurid. Diisopropyltellurid ist ein bevorzugtes Beispiel eines sekundären Telluralkyls. Die sperrige Isopropylgruppe bewirkt ebenfalls eine räumliche Abschrankung des Telluratoms bezüglich der Reaktion mit der organischen Cadmiumverbindung.Diisopropyl telluride, which has also been found elsewhere has been proposed has less stability and therefore an increased decomposition efficiency in comparison on the decomposition efficiency of diethyl telluride. Diisopropyl telluride is a preferred example of a secondary tellurium alkyl. The bulky isopropyl group also causes one spatial limitation of the tellurium atom with regard to the reaction with the organic cadmium compound.

Wie in der deutschen Patentanmeldung P 37 20 413.0 beschrieben, erhält man eine stärkere Delokation und folglich niedrigere Aktivierungsenergien durch Einsatz der Überlappung der p-Orbitalbahn des unabgeglichenen Elektrons bei Doppelbindungen anstelle von Einfachbindungen. Das Alkylradikal, das Benzylradikal und das Zykloallylradikal verlagern jeweils die freie Elektronenladung über die gesamte Kohlenstoffkette hin. Bevorzugte Beispiele von Allylen, Benzylen und Zykloallylen der Elemente der Gruppe VI sind in der unten angegebenen Tabelle aufgezeigt.As described in German patent application P 37 20 413.0, you get a stronger delocation and consequently a lower one Activation energies by using the overlap of the p orbital orbit of the unbalanced electron instead of double bonds of single bonds. The alkyl radical, the benzyl radical and the cycloallyl radical shift the free electron charge across the entire carbon chain. Preferred examples of allylene, benzylene and cycloallylene of the elements of the Group VI are shown in the table below.

Die organischen Verbindungen als Quellen des Tellurids, beispielsweise Ditertiärbutyltellurid oder die zuvor erwähnten sekundären Alkyle, Allyle, Zykloallyle oder Benzyle haben jeweils eine niedrigere Aktivierungsenergie zur Bildung eines freien Radikals und vermindern dadurch die Aufwachstemperaturen. Durch entsprechende Auswahl der organischen Tellurverbindung in Verbindung mit der Auswahl der organischen Cadmiumverbindung erreicht man beim Züchten von Materialien der Elemente der Gruppe II und VI, wie beispielsweise Quecksilber-Cadmiumtellurid, niedrigere Aufwachstemperaturen, wobei die ausgewählten organischen Verbindungen bezüglich ihrer gegenseitigen Reaktion sich räumlich voneinander abschranken und die Austauschreaktion zwischen der organischen Verbindung des Elementes der Gruppe II und dem Quecksilber kinetisch begrenzt wird.The organic compounds as sources of telluride, for example Ditertiary butyl telluride or those previously mentioned each have secondary alkyls, allyls, cycloallyls or benzyls a lower activation energy to form a free radicals and thereby reduce the growth temperatures. By appropriate selection of the organic tellurium compound in connection with the selection of the organic cadmium compound is achieved by growing materials of the elements of the Group II and VI, such as mercury-cadmium telluride, lower growth temperatures, with the selected organic Connections regarding their mutual reaction spatially isolated from each other and the exchange reaction between the organic compound of the element of group II and kinetically limits mercury.

Wie wiederum an anderer Stelle vorgetragen ist, kann das Züchten von Halbleitermaterial von Elementen der Gruppen II und VI des periodischen Systems unter Verwendung von Ditertiärbutyltellurid als organischer Spender bei Temperaturen erfolgen, die tatsächlich nicht höher liegen als 230°C. Es ist zu vermuten, daß bei dieser Temperatur die Austauschreaktion (Reaktion 7) zwischen Quecksilber und der organischen Cadmiumverbindung in der vorerwähnten Weise kinetisch wesentlich eingeschränkt ist. Die Austauschreaktion stellt also keine bedeutsame Ursache für die Cadmiumverarmung dar, was im Gegensatz zu bisher bekannten Herstellungsverfahren steht. Mit der oben beschriebenen Vorgehensweise bewirkt man also im wesentlichen einen von Reaktionen freien Transport der organischen Cadmiumverbindung und der organischen Tellurverbindung zum Substrat hin und die organische Cadmiumverbindung und die organische Tellurverbindung erfahren im wesentlichen unabhängig voneinander eine Pyrolysereaktion über dem Bereich erhöhter Temperatur nahe dem Substrat, so daß man Quecksilber-Cadmiumtelluridfilme erhält, die bezüglich der Gleichförmigkeit vom vorderen zum hinteren Ende hin stark verbessert sind. Außerdem ist zu erwarten, daß die Zusammensetzungsgleichförmigkeit in Querrichtung des abgelagerten Quecksilber-Cadmiumtelluridfilms ebenfalls verbessert ist. As again stated elsewhere, breeding can of semiconductor material from elements of groups II and VI of periodic system using ditertiary butyl telluride as an organic donor at temperatures that are actually not higher than 230 ° C. It can be assumed that the exchange reaction at this temperature (reaction 7) between mercury and the organic cadmium compound kinetically significantly restricted in the aforementioned manner is. The exchange reaction is therefore not a significant cause for cadmium depletion, which in contrast to previously known Manufacturing process stands. With the one described above The procedure is essentially one of Reactions free transport of the organic cadmium compound and the organic tellurium compound towards the substrate and the organic cadmium compound and the organic tellurium compound experience one essentially independently of one another Pyrolysis reaction over the range of elevated temperature near the Substrate so that mercury-cadmium telluride films are obtained, those regarding uniformity from front to rear Are greatly improved in the end. It can also be expected that the compositional uniformity in the transverse direction of the deposited mercury-cadmium telluride film also improved is.

Tabelle table

Zum weiteren Reduzieren der Anziehung zwischen dem elektropositiven Cadmiumatom (Atom des Elementes der Gruppe II) und dem elektronegativen Telluratom (Atom des Elementes der Gruppe VI) werden von dem Telluratom (Gruppe VI) Elektronen abgezogen, in dem eine organische Tellurverbindung als Tellurquelle gewählt wird, welche elektronenentziehende Gruppen aufweist, wie dies nachfolgend für das Beispiel Tellur angegeben ist:To further reduce the attraction between the electropositive Cadmium atom (atom of the group II element) and the electronegative tellurium atom (atom of the element of the group VI) electrons are withdrawn from the tellurium atom (group VI), in which an organic tellurium compound as a tellurium source is selected which has electron-withdrawing groups, as indicated below for the example tellurium:

Hierin sind X₁ und X₂ im allgemeinen Wasserstoff und Y ist eine Deaktivierungsgruppe in Metastellung in Gestalt von -NO₂ oder -N(CH₃)₃₊ oder -CN oder -COOH (-COOR) oder SO₃H-CHO (-CRO), worin R eine organische Gruppe ist, bei deren Auswahl das Potential für den Einbau von Stickstoff, Sauerstoff, Schwefel usw. in die Schichten aus Material der Gruppen II und VI berücksichtigt wird.Here X₁ and X₂ are generally hydrogen and Y is a deactivation group in the meta position in the form of -NO₂ or -N (CH₃) ₃₊ or -CN or -COOH (-COOR) or SO₃H-CHO (-CRO), in which R is a is an organic group, the selection of which takes into account the potential for incorporation of nitrogen, oxygen, sulfur, etc. into the layers of material from groups II and VI.

Alternativ können die Wasserstoffe in den Para- und Ortho- Stellungen (X₁, X₂-Stellungen) durch ein Halogen ersetzt werden (-F, -Cl, -Br, -I) und die Gruppen in den Metastellungen sind Wasserstoff.Alternatively, the hydrogens in the para- and ortho- Positions (X₁, X₂ positions) are replaced by a halogen (-F, -Cl, -Br, -I) and the groups in the meta positions Hydrogen.

Claims

1. A method for producing a layer of semiconductor material with elements of groups II and VI of the periodic system of the elements on a substrate, characterized in that a stream of an organic, in particular organometallic, compound of an element of group II and an organic compound of an element of Group VI is passed to the substrate, at least one of the two organic compounds of the elements of groups II and VI having at least one large bulky group, which is the other organic compound of the element of groups II and VI or their bulky large organic group spatially pushes back.

2. The method according to claim 1, characterized in that the selected large, bulky organic groups are organic groups.

3. The method according to claim 2, characterized in that the selected large, bulky branched organic groups are secondary or tertiary alkyls or phenyl and are bound directly to the atom of group VI of the periodic system and for the atom of group II of the periodic system Carbon atom contained in a β position within the chain of the organic group.

4. The method according to claim 3, characterized in that the organic group which contains the carbon atom in the β position is isopropyl or tertiary butyl or phenyl.

5. The method according to claim 4, characterized in that the organic compound of the element of group VI at least contains an organic group which is a secondary alkyl or a tertiary alkyl or an allyl or a benzyl or is a cycloallyl.

6. The method according to claim 5, characterized in that the selected organic compound directly to the element Group VI is bound.

7. The method according to any one of claims 1-6, characterized in that the organic compound of the element of group II has the following structural formula: R₁-A-R₂worin A is the selected atom of the element of group II and wherein R₁ and R₂ can be the same or not, at least one of the two expressions R₁, R₂ having the following chemical structural formula: wherein X₁, X₂ may or may not be the same and preferably have the form of hydrogen or a halogen or an organic compound and wherein X has the following chemical structure: wherein Y₁, Y₂ and Y₃ may or may not be the same and each has the form of hydrogen or a halogen or an organic compound component.

8. The method according to claim 7, characterized in that the Components Y₁, Y₂ and Y₃ in the form of hydrogen or of alkyl groups.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that in addition a stream of an elementary donor an element of group II of the periodic system is directed to the substrate and that this element of Group II with the organic compound of the element of Group II and the organic compound of the element of Group VI to form the layer with each other for reaction to be brought.

10. The method according to claim 9, characterized in that the Reaction to form the material with elements of the group II and VI is carried out at a temperature at which an exchange reaction between the metal of group II and the organic compound of the group II element kinetically is significantly restricted.

11. The method according to claim 10, characterized in that the Reaction carried out at a temperature of less than 320 ° C becomes.

12. The method according to claim 11, characterized in that the Reaction carried out at a temperature of less than 280 ° C becomes.

13. The method according to claim 12, characterized in that the organic compound of the element of group II contains at least one organic group which has a carbon atom in the β- position and that the organic compound of the element of group VI has at least one group which a is tertiary alkyl or an allyl or a cycloallyl or a benzyl.

14. The method according to claim 1 for producing a mercury-cadmium telluride layer on a substrate, in particular according to claim 1, characterized in that a stream of mercury is directed to the substrate, that a stream of a tellurium donor is directed to the substrate and that a Stream of an organic cadmium compound is passed onto the substrate, which has the following general chemical formula: R₁-Cd-R₂worin R₁ and R₂ may or may not be the same and at least one of the components R₁ and R₂ has the following general chemical formula: wherein X₁ and X₂ may in turn be the same or not and are formed by a hydrogen or an organic group or a halogen and wherein Y₁ and Y₂, Y₃ may or may not be the same and at least two of the constituents Y₁, Y₂ and Y₃ are organic groups.

15. The method according to claim 14, characterized in that the Source of mercury supplies elemental mercury and that the tellurium donor is an organic tellurium compound, which has at least one organic group, the primary alkyl or a secondary alkyl or a tertiary Alkyl or an allyl or a benzyl or a cycloallyl which is directly bound to the tellurium atom.

16. The method according to claim 15, characterized in that the organometallic tellurium compound a diethyl telluride or Di-isopropyl telluride or ditertiary butyl telluride or dibenzyl telluride or X-ethyl telluride or X-isopropyl telluride or X-tertiary butyl telluride or X-benzyl telluride or X- (2-propen-1-yl) telluride or X- (2-cyclopropen-1-yl) telluride is where X is a halogen or hydrogen or a organic group.

17. The method according to claim 1, characterized in that in the organic compound of the element of group II organic groups directly to the atom of the element of group II, which have an electron transition to the electropositive atom of the element of the group II effect.

18. The method according to claim 17, characterized in that the to the atom of group II immediate organic group is an electron donating organic group and one Contains phenyl group.

19. The method according to claim 18, characterized in that the electron-donating phenyl group further at least one Contains group which has a hydrogen atom on a first of the para positions and one of the two ortho positions the phenyl group substituted.

20. The method according to claim 19, characterized in that the substituting group activating an electrophile Group is.

21. The method according to claim 20, characterized in that the substituting group is a phenyl or an alkyl or Alkoxide or -NH₂ or -NHR or -NRR or -OH or -NHCOCH₃ is where R is a radical.

22. The method according to claim 21, characterized in that the substituting group is a phenyl or an alkyl.

23. The method according to any one of claims 19-22, characterized in that the the hydrogen atom on the phenyl group substituting organic group spatially the chosen organic Tellurium compound repels while the organic Tellurium compound and the organic cadmium compound in Steam flow are led to the substrate.

24. The method according to claim 23, characterized in that the substituting organic group is a methyl group and bound to the phenyl group in one of the ortho positions is.

25. The method according to claim 23, characterized in that on the phenyl group every hydrogen atom in every ortho position is substituted by a methyl group.

26. The method according to claim 23, characterized in that both the ortho position and the phenyl groups Para position a substitution of the hydrogen atoms by Has methyl groups.

27. The method of claim 1 for forming a layer from Mercury-cadmium telluride on a substrate on which an organic compound of the element of group VI as first steam stream is directed to the substrate and a Mercury dispenser as a second stream of steam on the substrate is led and in which an organic cadmium compound directed to the substrate as a third vapor stream is characterized in that the organic cadmium compound Diphenyl cadmium or di-orthotolyl cadmium or Is di (2,6-xylyl) cadmium or di-mesityl cadmium.

28. The method according to claim 27, characterized in that the selected organic tellurium compound at least one organic Group which has a primary alkyl or a secondary alkyl or a tertiary alkyl or an allyl or is a benzyl or cycloalyl attached to the atom of the element of group VI is bound.

29. The method according to any one of claims 1-28, characterized in that at least one to the organic compound organic group bound with the element of group VI has the property of electrons from the element of the group VI deduct.

30. The method according to claim 29, characterized in that the electron withdrawing organic group is a phenyl group, which are directly linked to the atom of the element of group VI and deactivating direction components in Meta position, which of -NO₂ or -N (CH₃) ₃ + or -CN or -COOH or SO₃H or -CHO or -COOR or -COR formed where R is a group or a Element can be.

31. The method according to claim 30, characterized in that the electron withdrawing group is a phenyl group which directly bound to the atom of the element of group VI and deactivating direction components in Para position and in ortho position, which in the Para and ortho positions substitute the hydrogen atom and are formed by halogens.