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DE3823249C2 - - Google Patents

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Publication number
DE3823249C2
DE3823249C2 DE3823249A DE3823249A DE3823249C2 DE 3823249 C2 DE3823249 C2 DE 3823249C2 DE 3823249 A DE3823249 A DE 3823249A DE 3823249 A DE3823249 A DE 3823249A DE 3823249 C2 DE3823249 C2 DE 3823249C2
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DE
Germany
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silicon
semiconductor
germanium
layer
semiconductor layer
Prior art date
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DE3823249A
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English (en)
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DE3823249A1 (de
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Seijiro Kawasaki Kanagawa Jp Furukawa
Hiroyuki Etoh
Akitoshi Ishizaka
Toshikazu Kokubunji Tokio/Tokyo Jp Shimada
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine solche Halbleiterein­ richtung enthält elektronische Bauelemente, z. B. einen bipo­ laren Transistor oder einen Feldeffekttransistor, oder op­ tische Bauelemente, z. B. eine Photodiode.
Im Zusammenhang mit aus Silicium aufgebauten Halbleiterein­ richtungen wurden bereits Silicium-Germanium-Legierungen zur Verwendung als Halbleitermaterial studiert, das Elemen­ te aus der Gruppe IV enthält. Hieraus hergestellte mono­ kristalline Schichten lassen sich durch Aufwachsen auf mo­ nokristallinem Silicium bilden. Eine Silicium-Germanium-Le­ gierung weist den Vorteil auf, daß die Energiebandlücke der Legierung monoton geändert werden kann, und zwar durch Ver­ änderung ihres Germaniumanteils (vgl. D.V. Lang et al., Applied Physics Letters, Band 47, Seite 1333 (1986)). Fer­ ner ist die Energiebandlücke einer Silicium-Germanium-Le­ gierung kleiner als die von monokristallinem Silicium, so daß verschiedene Einrichtungen studiert wurden, bei denen die Differenz zwischen diesen beiden Energiebandlücken aus­ genutzt wird. In diesem Zusammenhang wurden z. B. Photodio­ den, die einen Mehrschichtfilm mit einer monokristallinen Siliciumschicht und einer Silicium-Germanium-Schicht ent­ halten, und modifizierte Feldeffekttransistoren experimen­ tell untersucht.
Der Einkristall einer Silicium-Germanium-Legierung zeigt jedoch eine vergrößerte Kristallgitter-Fehlanpassung gegen­ über monokristallinem Silicium, wenn der Germaniumanteil der Legierung ansteigt, so daß Störungen bzw. Verwerfungen zu erwarten sind. Wächst daher eine monokristalline Sili­ cium-Germanium-Legierung mit hohem Germaniumanteil auf mo­ nokristallinem Silicium auf, so entstehen durch Fehlanpas­ sung erzeugte Versetzungen infolge der genannten Verwerfun­ gen, was sich nachteilig für die Anwendung der Legierung bei Halbleitereinrichtungen auswirkt. Insbesondere beim Aufwachsen einer dünnen monokristallinen Silicium-Germa­ nium-Legierungsschicht auf monokristallinem Silicium spielt eine kritische Dicke für das Aufwachsen des Monokristalls der Legierung ohne durch Fehlanpassungen erzeugte Verset­ zungen eine wichtige Rolle, und zwar in Abhängigkeit des Germaniumanteils der Silicium-Germanium-Legierungsschicht.
Diese kritische Schichtdicke nimmt ab, wenn der Germanium­ anteil ansteigt. Beträgt z. B. der Germaniumanteil 40%, was bedeutet, daß die Differenz zwischen den Energieband­ breiten des monokristallinen Siliciums und der Silicium- Germanium-Legierung etwa 0,3 eV beträgt, so liegt die kri­ tische Schichtdicke des dünnen Legierungsfilms im Bereich von 20 bis 30 nm (vgl. R. People et al., Applied Physics Letters, Band 47, Seite 322 (1985)).
Es tritt also das Problem auf, daß beim Aufwachsen eines Einkristalls aus einer Silicium-Germanium-Legierung auf einkristallinem Silicium einerseits die Dicke relativ groß sein muß, um eine gute Einkristallinität zu erzielen, ande­ rerseits dadurch aber der kritische Wert der Dicke des Ein­ kristalls der Legierung leicht überschritten werden kann, so daß sich durch Gitterfehlanpassungen erzeugte Versetzun­ gen bei der Bildung eines dicken Legierungsfilms ergeben.
Um die kritische Schichtdicke einer Silicium-Germanium-Le­ gierungsschicht zu erhöhen, muß der Germaniumanteil dieser Schicht reduziert werden, was jedoch zur Folge hat, daß die Verwendung einer Silicium-Germanium-Legierung mit einer ge­ wünschten Energiebandlücke praktisch nicht mehr möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halbleitereinrichtung der eingangs genannten Art mit einer zweiten Halbleiterschicht zu schaffen, deren Gitterkonstante im wesentlichen mit der Gitterkonstante der ersten Halbleiterschicht übereinstimmt und die eine gegenüber der Energiebandlücke der ersten Halbleiterschicht unterschiedliche wählbare Energiebandlücke aufweist.
Die Lösung der gestellten Aufgabe ist dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 zu entnehmen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Bei der erfindungsgemäßen Halbleitereinrichtung lassen sich Gitterfehlanpassungen reduzieren, so daß innerhalb der Halbleitereinrichtung keine durch Gitter­ fehlanpassungen erzeugten Versetzungen produziert werden.
Ferner kann die zweite Halbleiterschicht, die auf der ersten Halblei­ terschicht liegt, eine gewünschte Energiebandlücke in bezug zu derjenigen der ersten Halbleiterschicht auf­ weisen. Schließlich kann die Energieband­ lücke der zweiten Halbleiterschicht kontinuierlich oder sprunghaft verändert werden kann.
Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele der Erfindung dar. Es zeigen:
Fig. 1 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Größe der Energiebandlücke in Abhängigkeit des Si­ liciumanteils in einem Silicium-Germanium-Kohlen­ stoff-Material,
Fig. 2 eine graphische Darstellung, die vorteilhaft zu verwendende Anteile von Silicium, Germanium und Kohlenstoff innerhalb eines Silicium-Germanium- Kohlenstoff-Materials angibt,
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form eines bipolaren Transistors mit Heteroübergang,
Fig. 4 ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form eines bipolaren Transistors mit Heteroüber­ gang,
Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form eines Feldeffekttransistors, und
Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form einer Photodiode.
Im folgenden wird anhand der Fig. 1 eine Kohlenstoff enthaltende Silicium-Germanium-Legierung beschrieben. Die Gitter­ konstante eines Kristalls (mit Diamantstruktur) aus Kohlen­ stoff, welcher wie Silicium und Germanium ein Element der IV. Gruppe ist, ist kleiner als die eines Siliciumkri­ stalls. Demzufolge weist eine Silicium-Germanium-Kohlen­ stoff-Legierung, die durch Aufnahme von Kohlenstoff in eine Silicium-Germanium-Legierung erhalten wird, eine kleinere Gitterkonstante als die Silicium-Germanium-Legierung auf, welche größer ist als die des Silicium-Einkristalls. Es ist darüber hinaus möglich, eine Silicium-Germanium-Kohlen­ stoff-Legierung zu erzeugen, deren Kri­ stallgitterkonstante mit derjenigen des einkri­ stallinen Siliciums übereinstimmt. Auch kann die Energie­ bandlücke Eg der Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Legierung durch Änderung der Anteile der jeweiligen Elemente verän­ dert werden, während die Gitterkonstante selbst konstantge­ halten wird. Genauer gesagt, läßt sich die Energiebandlücke der Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Legierung auf einen ge­ wünschten Wert einstellen, und zwar durch Änderung der Ver­ hältnisse von Germanium und Kohlenstoff zu Silicium bei konstantem Verhältnis von Germanium zu Kohlenstoff, wobei die Gitterkonstante der Legierung auf einem gewünschten Wert gehalten wird. In Fig. 1 ist die Energiebandlücke eines Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Halbleitermaterials mit einem Germanium/Kohlenstoff-Verhältnis von 9:1 über den Si­ liciumanteil des Materials aufgetragen. Wie die Fig. 1 zeigt, läßt sich mit abnehmendem Siliciumanteil die Ener­ giebandlücke vergrößern.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 werden die Anteile von Koh­ lenstoff und Germanium in der Silicium-Germanium-Kohlen­ stoff-Halbleiterschicht im einzelnen erläutert. Es ist ge­ wünscht, daß die Kristallgitterkonstante der Silicium-Ger­ manium-Kohlenstoff-Halbleiterschicht im wesentlichen mit derjenigen der Halbleiterschicht übereinstimmt, die haupt­ sächlich aus Silicium besteht, und die mit der zuerst ge­ nannten einen Hetero-Übergang bildet, um Faktoren steuern zu können, die die Eigenschaften der Halbleiterein­ richtung nachteilig beeinflussen, z. B. durch Fehlanpassun­ gen erzeugte Versetzungen in der zuerstgenannten Schicht. Ferner soll die Gitterkonstanten-Fehlanpassung zwischen der einkristallinen Siliciumhalbleiterschicht und der Silicium- Germanium-Kohlenstoff-Halbleiterschicht, die mit ihr ver­ bunden ist, 1% oder weniger betragen. Ist diese Bedingung erfüllt, so läßt sich eine relativ dünne Silicium-Germani­ um-Kohlenstoff-Halbleiterschicht mit ausgezeichneter Kri­ stallinität erzeugen. Der Bereich, in welchem eine derart bevorzugte Schicht erhalten wird, ist in Fig. 2 als Fläche dargestellt, die zwischen den beiden Geraden 21 und 25 liegt. Die Fig. 2 zeigt eine graphische Darstellung zur An­ gabe der Anteilsverhältnisse der Elemente, durch die das Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Halbleitermaterial gebildet wird, wobei die durchgezogene Linie 23 diejenigen Anteils­ verhältnisse angibt, bei denen die Gitterkonstante des Ma­ terials im wesentlichen mit derjenigen des monokristallinen Siliciums übereinstimmt. In den Silicium-Germanium-Kohlen­ stoff-Halbleitermaterialien, die durch die durchgezogene Linie 23 angegeben sind, ist das Atomzahlverhältnis von Germanium/Kohlenstoff gleich 9:1. Liegt insbesondere die Gitterfehlanpassung bei 0,5% oder darunter, so kann eine relativ dicke Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Halbleiter­ schicht mit ausgezeichneter Kristallinität auf eine mono­ kristalline Siliciumschicht aufwachsen. Der in Fig. 2 durch die Geraden 22 und 24 eingeschlossene Bereich entspricht einem Gebiet, in welchem die Gitterfehlanpassung einen Wert von 0,5% oder weniger aufweist. Die durchgezogenen Linien 21, 22, 23, 24 und 25 entsprechen jeweils Materialien mit einem Atomzahlverhältnis von Germanium/Kohlenstoff, das 6,7 : 1, 7,6 : 1, 9 : 1, 10 : 1 und 12 : 1 beträgt.
Ausführungsbei­ spiele der Erfindung werden nachfolgend näher beschrieben.
Die Fig. 3 bezieht sich auf ein Beispiel zur Bildung eines Hetero-Bipolar-Transistors (nachfolgend als "HBT" bezeich­ net), bei dem zur Bildung seines Emitters eine Silicium- Germanium-Kohlenstoff-Legierung verwendet wird. Eine n⁻-Si- Kollektorschicht 32 mit einer Dicke von 2 µm und einer Dotierungskonzentration von 1016 cm-3 liegt auf einem n⁺-Si(100)-Substrat 31 mit einer Dotierungskonzentration von 1018 cm-3. Die Kollektorschicht 32 wird mit Hilfe eines konventionellen Verfahrens gebildet, beispielsweise durch das CVD-Verfah­ ren. Die Oberfläche des so erhaltenen Schichtkörpers wird chemisch gereinigt, wobei der resultierende Schichtkörper in ein Molekularstrahl-Epitaxiesystem (nachfolgend als "MBE-System" bezeichnet) hineingeführt wird. Die Oberfläche des Schichtkörpers wird weiter gereinigt, wobei die Tempe­ ratur des Substrats auf 550°C eingestellt wird. Durch einen Aufwachsvorgang wird dann eine n⁻-Si-Schicht 33 mit einer Dotierungskonzentration von 1016 cm-3 und einer Dicke von 0,1 µm auf der Schicht 32 gebildet, und zwar durch Bestrah­ lung mit Molekularstrahlen aus Si und Sb (es sei darauf hingewiesen, daß die Bildung der Schicht 33 zur Erzeugung eines HBT nicht in jedem Fall erforderlich ist). Weiterhin wird durch einen Aufwachsvorgang eine p-Si-Basisschicht 34 mit einer Dotierungskonzentration von 1018 cm-3 und einer Dicke von 0,1 µm erzeugt, und zwar durch Bestrahlung mit Molekularstrahlen aus Si und Ga. Die Schicht 34 liegt auf der Schicht 33. Sodann wird durch einen Aufwachsvorgang auf der Schicht 34 eine n⁺-Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Emit­ terschicht 35 mit einer Dotierungskonzentration von 1019 cm-3 und einer Dicke von 0,3 µm erzeugt, und zwar durch Be­ strahlung der Schicht 34 mit Molekularstrahlen aus Si, Ge, C und Sb sowie mit einem Strahlintensitätsverhältnis von Si zu Ge zu C von 40:54:6. Die auf diese Weise erzeugte Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Legierung weist eine Ener­ giebandlücke von etwa 1,3 eV auf, die größer ist als die von Silicium. Der erhaltene Schichtkörper wird aus dem MBE- System herausgenommen und einem Trockenätzprozeß unterzo­ gen. Mit Hilfe eines konventionellen Verfahrens wird ein Isolationsfilm 39 gebildet, wonach anschließend eine Emit­ terelektrode 36, eine Basiselektrode 37 und eine Kollektor­ elektrode 38 erzeugt werden, um einen HBT zu erhalten.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Heteroübergang zwischen den Grenzflächen von Basisschicht 34 und Emitter­ schicht 35 durch einen Übergang zwischen monokristallinem Silicium und einer monokristallinen Silicium-Germanium-Koh­ lenstoff-Legierung gebildet. In der Emitterschicht 35 tre­ ten keine Kristallgitter-Fehlanpassungen auf, so daß ein bipolarer Transistor mit ausgezeichneten Eigenschaften er­ halten wird. Der Stromfluß zwischen der Emitterelektrode 36 und der Kollektorelektrode 38 wird durch die Basiselektrode 37 gesteuert.
Der auf diese Weise erhaltene Transistor weist eine hohe Stromverstärkung von 1000 auf. Obwohl gemäß dem vorliegen­ den Ausführungsbeispiel die Herstellung eines n-p-n-Tran­ sistors beschrieben wurde, läßt sich auf diese Weise auch ein p-n-p-Transistor herstellen, der einen Emitter aus ei­ ner Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Legierung enthält.
Anhand der Ergebnisse dieses Ausführungsbeispiels läßt sich erkennen, daß ein Transistor mit ausgezeichneten Eigen­ schaften erhalten wird, wenn er einen Emitterbereich aus einer Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Legierung aufweist.
Im folgenden wird anhand der Fig. 4 die Herstellung eines HBT mit einer Basisschicht aus einer Silicium-Germanium- Kohlenstoff-Legierung im einzelnen beschrieben. In ähnli­ cher Weise wie beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird eine n⁻ -Si-Kollektorschicht 42 auf einem n⁺-Si-Sub­ strat 41 gebildet. Der erhaltene Schichtkörper wird chemisch gereinigt und in ein MBE-System hineingesetzt, um die Oberfläche des Schichtkörpers zu reinigen.
Die Temperatur des Substrats wird auf 600°C eingestellt. Durch einen Aufwachsvorgang wird eine p-Silicium-Germanium- Kohlenstoff-Legierung mit einer Ga-Konzentration von 1018 cm-3 und einer Dicke von 0,1 µm auf die Kollektorschicht 42 aufgebracht, und zwar durch Bestrahlung der Schicht 42 mit Molekularstrahlen aus Si, Ge, C und Ga bei einem Strahlin­ tensitätsverhältnis des Si zu Ge zu C von 70:29:1, um eine Basisschicht 43 zu erhalten. Dieser Silicium-Germani­ um-Kohlenstoff-Legierungsfilm 43 weist eine Energiebandlüc­ ke auf, die kleiner ist als die von Silicium, und zwar um 0,1 bis 0,2 eV. Mit Hilfe des MBE-Verfahrens wird durch ei­ nen anschließenden Wachstumsvorgang ein n⁺-Si-Film 44 mit einer Sb-Konzentration von 1019 cm-3 auf den Film 43 aufge­ bracht, und zwar bis zu einer Dicke von 0,3 µm. Sodann wird in ähnlicher Weise wie beim oben beschriebenen Ausführungs­ beispiel der Schichtkörper einem Trockenätzvorgang ausge­ setzt. Es wird zunächst ein Isolationsfilm 49 gebildet, so daß im Anschluß daran eine Emitterelektrode 46, eine Basis­ elektrode 47 und eine Kollektorelektrode 48 in konventio­ neller Weise erzeugt werden können, beispielsweise durch einen Aufdampfprozeß, um einen Transistor zu erhalten.
In diesem Ausführungsbeispiel wird der Heteroübergang zwi­ schen der Basisschicht und der Kollektorschicht 42 durch einen Übergang einer Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Legie­ rung zu monokristallinem Silicium gebildet. Dieses Beispiel unterscheidet sich vom ersten Beispiel dadurch, daß die Energiebandlücke der Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Schicht 43 auf einen kleineren Wert eingestellt ist als der des mo­ nokristallinen Siliciums. Dieser Transistor zeigt eine Stromverstärkung von 500. In ähnlicher Weise wie oben be­ schrieben läßt sich auch ein Transistor mit einer n-Typ-Ba­ sis aus einer Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Legierung her­ stellen.
Anhand der Ergebnisse dieses Ausführungsbeispiels läßt sich erkennen, daß ein ausgezeichneter Transistor durch Verwen­ dung einer Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Legierung als Ba­ sis erhalten wird.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 5 wird nachfolgend ein modu­ lationsdotierter Feldeffekttransistor (im folgenden als "MODFET" bezeichnet) mit einer Halbleiterschicht aus einer Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Legierung im einzelnen be­ schrieben. Eine n⁻-monokristalline Siliciumplatte von 104 Ω×cm wird chemisch gereinigt und in ein MBE-System hin­ eingebracht, um ihre Oberfläche zu säubern. Die so behan­ delte Platte wird mit Molekularstrahlen aus Silicium bei einer Temperatur der Platte von 650°C bestrahlt, so daß darauf eine undotierte Siliciumschicht 51 aufwächst, und zwar bis zu einer Dicke von 0,8 µm. Auf diese Weise wird eine Si-Schicht 51 erhalten. Dieses Substrat wird mit Mole­ kularstrahlen aus Si, Ge und C bei einem Strahlintensitäts­ verhältnis des Si zu Ge zu C von 40:54:6 bestrahlt, um darauf eine monokristalline Silicium-Germanium-Kohlenstoff- Legierung aufwachsen zu lassen. Nachdem auf diese Weise ein undotierter Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Film 52 mit ei­ ner Dicke von 5 nm (50 Å) gebildet worden ist, kommt zu­ sätzlich zu den oben genannten Strahlen ein Ga Molekular­ strahl zum Einsatz, um eine p-Silicium-Germanium-Kohlen­ stoff-Legierungsschicht 53 mit einer Ga-Konzentration von 1017 cm-3 und einer Dicke von 0,1 µm zu erzeugen.
Das resultierende Substrat wird aus dem MBE-System heraus­ genommen und einem Photoätzprozeß unterworfen, um im An­ schluß daran in konventioneller Weise Source- und Drain­ elektroden 54 und 55 sowie eine Gateelektrode 56 zu bilden. Auf diese Weise wird ein MODFET mit einem p-Kanal herge­ stellt. Die Gateelektrode 56 und die Schicht 53 bilden ei­ nen Schottky-Übergang, wobei der Stromfluß zwischen der Sourceelektrode und der Drainelektrode durch das Feld ge­ steuert wird, das an die Gateelektrode 56 angelegt wird. Das so erhaltene Feldeffekttransistor zeigt eine ausgezeichnete Steil­ heit von 80 mS/mm, wenn seine Gatelänge 1,6 µm beträgt. In der beschriebenen Weise läßt sich auch ein MODFET mit einem n-Kanal herstellen.
Anhand der Ergebnisse dieses Beispiels läßt sich erkennen, daß ein MODFET mit ausgezeichneten Eigenschaften bei Ver­ wendung eines Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Legierungs­ films erhalten wird.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 6 eine pin- Photodiode näher beschrieben, die eine Silicium-Germanium- Kohlenstoff-Schicht als i-Schicht aufweist. Ein n⁺-Si(100)- Substrat 61 mit einer Dotierungskon­ zentration von 1019 cm-3 wird chemisch gereinigt und in ein MBE-System hineingebracht, um die Oberfläche des Substrats weiter zu säubern. Die Temperatur des Substrats wird auf 600°C eingestellt. Das auf diese Weise gesäuberte Substrat wird durch Molekularstrahlen aus Si, Ge und C bestrahlt, um einen undotierten Film 62 mit einer Dicke von 1 µm und ei­ nem Atomzahlverhältnis des Si zu Ge zu C von 60:36:4 zu erhalten. Die Bestrahlung mit Molekularstrahlen aus Si und Ga wird fortgesetzt, um eine p⁺-Si-Schicht 63 mit einer Ga- Konzentration von 1019 cm-3 und einer Dicke von 0,2 µm zu bilden. Nachfolgend wird ein Photoätzprozeß durchgeführt. Sodann werden Elektroden 64 und 65 gebildet, um eine pin- Photodiode zu erhalten. Die Energiebandlücke der Photodio­ de, die oben beschrieben worden ist, kann im Bereich von 0,9 bis 1,6 eV variiert werden, und zwar durch Änderung der Zusammensetzung der Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Le­ gierung, die zur Bildung der i-Schicht verwendet worden ist, so daß sich der Photoempfangsbereich der Photodiode im Bereich von 780 bis 1400 nm einstellen läßt.
Das obige Ausführungsbeispiel zeigt, daß der Photoempfangs­ bereich einer pin-Photodiode, bei der für die i-Schicht ein Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Legierungsfilm verwendet wird, beliebig im Bereich zwischen 780 bis 1400 nm durch Änderung der Zusammensetzung der Legierung eingestellt wer­ den kann.
Die vorhergehende Beschreibung bezog sich nur auf Halbleitereinrichtungen in Form eines Bipolartransistors, eines FET und einer Pho­ todiode. Selbstverständlich können Halbleitereinrichtungen nach der Erfindung auch andere elektronische und optische Halbleitereinrichtungen sein. Die aus Silicium bestehende Halbleiterschicht und die aus einer Silicium-Germanium-Kohlenstoff- Halbleitermaterial bestehende Schicht können entweder weitere Elemente, wie z. B. Gallium oder Antimon als leitende Verunreinigungen (Donatoren oder Ak­ zeptoren) enthalten oder nicht. Insbesondere der Leitungs­ typ einer jeden Schicht läßt sich in Abhängigkeit der Funk­ tion der Halbleitereinrichtung auswählen. Die Halbleiterschicht, die im we­ sentlichen aus Silicium besteht, und die Silicium-Germani­ um-Kohlenstoff-Schicht, die direkt auf dieser Halbleiter­ schicht liegt, werden nachfolgend durch einzelne Beispiele näher beschrieben. Diese Beispiele können innerhalb der oben beschriebenen Halbleitereinrichtungen zum Einsatz kommen.
Beispiel 1
Ein Silicium(100)-Substrat, das chemisch gereinigt worden ist, wird in ein Molekularstrahl-Epitaxiesystem (MBE-Sy­ stem) eingebracht, um die Oberfläche des Substrats durch thermische Behandlung in einem Ultrahochvakuum noch weiter zu säubern. Der Ausdruck "MBE-System" bezieht sich auf ein Aufdampf- bzw. Verdampfungssystem, das bei einem Vakuum von 10-9 mbar oder darunter arbeitet und eine Mehrzahl von un­ abhängig arbeitenden Verdampfungseinrichtungen zur Erzeu­ gung von Molekular- oder Atomstrahlen aufweist. Das MBE-Sy­ stem bei diesem Beispiel weist ein bestes Vakuum von 6,6× 10-11 mbar auf und enthält als Verdampfungseinrichtungen Elektronenkanonen für Silicium und Kohlenstoff (Carbon) so­ wie eine Knudsen-Zelle für Germanium.
Die Temperatur des gereinigten Substrats wird auf 600°C eingestellt. Von demjenigen Zeitpunkt an, bei dem die Tem­ peratur konstant wird, beginnt das Aufwachsen der Silicium- Germanium-Kohlenstoff-Legierung mit einem Molekularstrahl- Intensitätsverhältnis des Si zu Ge zu C von 80:18:2. Der Wachstumsprozeß wird unterbrochen, wenn die Dicke des Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Films etwa 1 µm erreicht.
Die Gitterkonstante der so hergestellten Silicium-Germani­ um-Kohlenstoff-Legierung ist nahezu gleich derjenigen des Siliciumsubstrats, so daß der erhaltene Film eine niedrige Versetzungsdichte und eine ausgezeichnete Kristallinität aufweist.
Die obige Beschreibung bezog sich auf einen Fall eines Si­ licium(100)-Substrats, wobei jedoch auch ein Siliciumsub­ strat verwendet werden kann, das eine andere Kristallorien­ tierung aufweist, z. B. eine (111)-, (511)- oder (110)- Orientierung. Auch in anderen Fällen werden ähnliche Ergeb­ nisse unabhängig von der Art der Kristallorientierung des verwendeten Substrats erhalten.
Beispiel 2
Dieses Beispiel verdeutlicht die Schwankung der Energie­ bandlücke (nachfolgend als "Eg" bezeichnet) des Silicium- Germanium-Kohlenstoff-Films in Abhängigkeit seiner Zusam­ mensetzung, mit dem Vorbehalt, daß die Gitterkonstante des Films mit derjenigen des Siliciums weiterhin koinzidiert.
In ähnlicher Weise wie beim Beispiel 1 wird ein Silicium­ substrat mit Molekularstrahlen aus Si, Ge und C bestrahlt, um darauf einen Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Legierungs­ film aufwachsen zu lassen. Bei dieser Bestrahlung werden die Strahlintensitäten so gesteuert, daß ein Atomzahlver­ hältnis von Si zu Ge zu C von 60:36:4 (Film 1), 40:54 :6 (Film 2), 20:72:8 (Film 3) oder 0:90:10 (Film 4) erhalten wird. Bei jedem der Filme beträgt das Atomzahl­ verhältnis von Ge zu C 9:1. Erreicht die Dicke des Legie­ rungsfilms einen Wert von etwa 1 µm, so wird das Aufwachsen des Films unterbrochen.
Die auf diese Weise hergestellten Filme 1, 2, 3 und 4 zei­ gen eine Gitterkonstante, die der des Siliciumsubstrats gleicht. Anhand der Ergebnis­ se läßt sich erkennen, daß die Gitterkonstante eines Sili­ cium-Germanium-Kohlenstoff-Legierungsfilms so eingestellt werden kann, daß sie mit derjenigen des Siliciums koinzi­ diert, und zwar durch Einstellung des Atomzahlverhältnisses von Ge zu C auf 9:1. Die Energiebandlücke Eg der jeweili­ gen Filme 1, 2, 3 und 4 beträgt jeweils etwa 1,2 eV, 1,3 eV, 1,4 eV und 1,35 eV, wobei all diese Energiebandlücken größer sind als die von Silicium, die 1,12 eV beträgt (sie­ he Fig. 1). Anhand der in Fig. 1 gezeigten Ergebnisse läßt sich erkennen, daß ein Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Le­ gierungsfilm, der frei von Gitterfehlanpassungen gegenüber Silicium ist, und eine Energiebandlücke Eg aufweist, die von der des Siliciums verschieden ist, bei einem Silicium­ anteil von bis zu 90 Atom-% hergestellt werden kann, also bei einem Kohlenstoffanteil von wenigstens 1 Atom-%.
Dieses Beispiel zeigt ferner, daß die Energiebandlücke Eg des Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Legierungsfilms, der dieselbe Gitterkonstante wie das Silicium aufweist, im Be­ reich zwischen 1,1 bis 1,6 eV variiert werden kann.
Beispiel 3
In ähnlicher Weise wie beim Beispiel 1 wird durch einen Aufwachsvorgang auf einem Siliciumsubstrat eine Silicium- Germanium-Kohlenstoff-Legierung aufgebracht, und zwar mit einem Atomzahlverhältnis von Si zu Ge zu C von 80:18:2, sowie mit einer Dicke von 1 µm. Die Legierungsschicht wird mit Silicium-Molekularstrahlen bestrahlt, um auf ihr einen Siliciumfilm mit einer Dicke von 1 µm zu bilden.
Dieser Siliciumfilm zeigt eine bemerkenswert niedrige Ver­ setzungsdichte und eine ausgezeichnete Kristallinität.
Ergebnisse dieses Beispiels zeigen, daß ein Silicium-Germa­ nium-Kohlenstoff-Legierungsfilm, dessen Gitterkonstante mit derjenigen des Siliciums koinzidiert, das epitaktische Auf­ wachsen eines Siliciumfilms auf ihm gestattet.
Beispiel 4
Dieses Beispiel betrifft einen Fall, bei dem ein dotierter Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Legierungsfilm verwendet wird. In ähnlicher Weise wie beim oben beschriebenen Bei­ spiel 1 wird durch einen Aufwachsvorgang auf einem Sili­ ciumsubstrat ein Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Legierungs­ film erzeugt, und zwar bei einem Molekularstrahl-Intensi­ tätsverhältnis des Si zu Ge zu C von 80:18:2, wobei das Substrat gleichzeitig mit Antimon-Molekularstrahlen be­ strahlt wird. Auf diese Weise wird ein n-Typ Silicium-Ger­ manium-Kohlenstoff-Legierungsfilm gebildet. Die Konzentra­ tion der n-Typ-Verunreinigungen beträgt etwa 1018 cm-3. Wenn die Dicke des Legierungsfilms einen Wert von etwa 1 µm erreicht, wird der Wachstumsprozeß des Films unterbrochen.
Der auf diese Weise erzeugte Silicium-Germanium-Kohlen­ stoff-Legierungsfilm zeigt eine ausgezeichnete Kristallini­ tät, was bedeutet, daß die Kristallinität des Films nicht durch die Dotierung von Verunreinigungen beeinflußt ist.
In einem Mehrschichtfilm, der durch wechselweises Aufwach­ sen von Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Filmen ohne Gitter­ fehlanpassungen gegenüber Silicium und Siliciumfilmen auf einem Siliciumsubstrat erhalten wird, wird eine Überdotie­ rung, also eine Dotierung der Siliciumfilme, nur dann wirk­ sam, wenn der Aktivitätskoeffizient des Dotierungsmittels vergrößert wird.
Die oben beschriebenen Beispiele beziehen sich alle auf Fälle, bei denen die Gitterkonstante einer Silicium-Germa­ nium-Kohlenstoff-Legierungsschicht mit der des Siliciums übereinstimmt. Es läßt sich aber auch ein Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Film auf einem Siliciumsub­ strat durch einen Aufwachsvorgang bilden, und zwar ohne Fehlversetzungen, auch wenn kleine Gitterkonstanten-Fehlan­ passungen zwischen dem Silicium und der Silicium-Germanium- Kohlenstoff-Legierung vorhanden sind. Solche Fälle werden in den nachfolgenden Beispielen beschrieben.
Beispiel 5
In ähnlicher Weise wie beim Beispiel 1 wird durch einen Wachstumsvorgang auf einem Siliciumsubstrat eine Silicium- Germanium-Kohlenstoff-Legierung gebildet, um einen Film 5 mit einem Atomzahlverhältnis des Si zu Ge zu C von 70:29 :1 und einer Dicke von 1 µm, einen Film 6 mit derselben Zusammensetzung wie beim Film 5 und einer Dicke von 0,1 µm sowie einen Film 7 mit einem Atomzahlverhältnis des Si zu Ge zu C von 70:28:2 und einer Dicke von 1 µm zu erzeu­ gen.
Von diesen Filmen weist der Film 5 eine Gitterfehlanpassung von etwa 0,8% gegenüber Silicium auf, so daß aufgrund von Verwerfungen zwischen dem Film und dem Substrat viele Fehl­ versetzungen vorhanden sind, während der Film 6, der dieselbe Zusammensetzung wie der Film 5 aufweist, ein gleich großes Wachstum zeigt, wobei seine Gitterkonstante in Richtung parallel zum Substrat mit der des Substrats übereinstimmt, und zwar infolge seiner Dünn­ heit. Auch der Film 7 ruft eine Verzerrung bzw. Verwerfung von etwa 0,4% hervor, und zwar aufgrund der Differenz der Gitterkonstanten zwischen dem Film und dem Siliciumsub­ strat, wobei jedoch der Film 7 ein gleich großes bzw. ent­ sprechendes Wachstum zeigt und eine ausgezeichnete Kristal­ linität aufweist, da seine Verwerfung bzw. Verzerrung nur gering ist.
Die Energiebandlücken der Filme 6 und 7 sind alle kleiner als die des Siliciums, und zwar um 0,1 bis 0,2 eV.
Anhand der Ergebnisse dieses Beispiels läßt sich erkennen, daß das Germanium/Kohlenstoff-Atomzahlverhältnis der Sili­ cium-Germanium-Kohlenstoff-Legierung, die epitaktisch auf dem Silicium aufgewachsen ist, im Bereich von 6,7 bis 12 und vorzugsweise im Bereich von 7,6 bis 10 liegen sollte.
Die zuvor beschriebenen Beispiele 1 bis 5 beziehen sich al­ le auf die Herstellung von Silicium-Germanium-Kohlenstoff- Legierungsfilmen mit Hilfe der Molekularstrahlepitaxie (MBE). Ähnlich können jedoch auch Silicium-Germanium-Koh­ lenstoff-Legierungsfilme durch andere Filmherstellungsver­ fahren erzeugt werden, beispielsweise durch ein thermisches CVD-Verfahren, ein Photo-CVD-Verfahren ein plasmaverstärk­ tes CVD-Verfahren, ein CVD-Verfahren mit mikrowellenange­ regtem Plasma oder durch ein MOCVD-Verfahren. Beim thermi­ schen CVD-Verfahren, Photo-CVD-Verfahren und beim plasma­ verstärkten CVD-Verfahren werden im allgemeinen als Sili­ cium-, Germanium- und Kohlenstoffquellen jeweils Silicium­ wasserstoffgas, Germanium enthaltendes Gas und Methan verwendet, obwohl auch andere Gase zum Einsatz kommen können, z. B. Halogenide, Organosilan und Germane. Beim MOCVD-Verfahren werden z. B. Organosilicon, Organogermanium und Methan verwendet, um ei­ nen Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Legierungsfilm auf einem Siliciumsubstrat zu bilden. Die nach diesen Verfahren her­ gestellten Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Legierungsfilme zeigen Eigenschaften, die ähnlich den Filmen sind, die nach dem MBE-Verfahren hergestellt worden sind (die Abkürzung CVD bedeutet Chemical Vapor Deposition).
Ein nach den obigen Verfahren auf einem Siliciumsubstrat hergestellter Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Legierungsfilm läßt sich vorteilhaft als Basis für einen Bipolartransi­ stor, als Kanal für einen modifizierten FET oder derglei­ chen verwenden. Auch eine Verwendung eines solchen Films als i-Schicht in einem Photodetektor ist sehr wirkungsvoll.
Die Herstellung eines Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Legie­ rungsfilms nach den oben genannten Methoden wird nun anhand der folgenden Beispiele näher beschrieben.
Beispiel 6
Dieses Beispiel beschreibt einen Prozeß zur Herstellung ei­ ner Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Legierung durch das plasmaverstärkte CVD-Verfahren. Zunächst wird ein Silicium­ substrat chemisch gereinigt und in einen Reaktor eines Sy­ stems zur Durchführung des plasmaverstärkten CVD-Verfahrens hineingebracht, wobei zunächst die Oberfläche des Substrats weiter gereinigt wird. Die Temperatur des Substrats wird hierzu auf 550°C eingestellt. Gasförmiges SiH₄, GeH₄ und CH₄ wird in den Reaktor eingeleitet, um jeweils eine Si-, Ge- und C-Quelle zu bilden. Alternativ können auch Si₂H₆ (Siliciumquelle), GeF₄ (Germaniumquelle) und C₂H₄, C₂H₂ oder SiH₂(CH₃)₂ (Kohlenstoffquelle) in diesem Schritt ver­ wendet werden. Zusätzlich kann ein Trägergas, wie z. B. H2 oder He, verwendet werden. Diese Gase werden in den Reaktor hineingeleitet, und zwar unter Anlegung einer Hochfrequenz­ leistung von 13,56 MHz, wobei die Gase unter einem Druck von 0,6 mbar reagieren. Auf diese Weise wird eine Silicium- Germanium-Kohlenstoff-Legierung mit derselben Zusammenset­ zung wie diejenige der in den Beispielen 1 oder 2 geformten Legierung auf dem Substrat erhalten. Die Steuerung der Zu­ sammensetzung erfolgt durch Steuerung der Flußraten der reaktiven Gase. Ferner können gleichzeitig PH₃ oder B₂H₆ eingeführt werden, und zwar in einem mit H2 oder He ver­ dünnten Zustand, um eine dotierte Silicium-Germanium-Koh­ lenstoff-Schicht vom n- oder p-Typ zu erhalten.
Die auf diese Weise hergestellte Silicium-Germanium-Kohlen­ stoff-Legierung zeigt Eigenschaften, die denjenigen des Le­ gierungsfilms entsprechen, der nach dem MBE-Verfahren her­ gestellt worden ist. Genauer gesagt stimmt die Gitterkon­ stante der Legierung praktisch mit derjenigen des Silicium­ substrats überein, während die Veränderung der Energieband­ lücke Eg der Legierung in Abhängigkeit ihrer Zusammenset­ zung entsprechend der in Fig. 1 gezeigten Weise schwankt. Es konnte gezeigt werden, daß sich mit Hilfe des plasmaver­ stärkten CVD-Verfahrens eine Silicium-Germanium-Kohlen­ stoff-Schicht herstellen läßt, deren Gitterkonstante nahezu gleich derjenigen des Siliciums ist, und deren Energieband­ lücke sich von derjenigen des Siliciums unterscheidet.
Beispiel 7
In diesem Beispiel wird ein Prozeß zur Herstellung einer Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Legierung mit Hilfe des Pho­ to-CVD-Verfahrens beschrieben. Die Oberfläche eines Sili­ ciumsubstrats wird gesäubert, wobei die Temperatur des Sub­ strats auf 400°C eingestellt ist. Si₂H₆, GeH₄ und C₂H₄ wer­ den in einen Reaktor eingeleitet und mit Ultraviolettlicht von 185 nm bei einem Druck von 6,6 mbar bestrahlt, um die Reaktion ablaufen zu lassen. Die Flußraten dieser Gase wer­ den gesteuert, um einen Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Le­ gierungsfilm mit derselben Zusammensetzung wie diejenige der in Beispiel 6 hergestellten Legierung und mit einer Dicke von 1 µm auf dem Siliciumsubstrat zu erzeugen. Dieser Legierungsfilm weist Eigenschaften auf, die ähnlich den Ei­ genschaften des Films sind, der nach Beispiel 6 hergestellt worden ist.
Durch Steuerung der Flußraten der genannten Gase lassen sich die Quellen steuern. Die Ergebnisse dieses Beispiels zeigen, daß mit Hilfe des Photo-CVD-Verfahrens eine Sili­ cium-Germanium-Kohlenstoff-Legierung hergestellt werden kann, deren Gitterkonstante nahezu gleich derjenigen des Siliciums ist und deren Energiebandlücke Eg sich von derje­ nigen des Siliciums unterscheidet.
Beispiel 8
Dieses Beispiel beschreibt einen Prozeß zur Herstellung ei­ ner Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Legierung durch ein CVD- Verfahren mit mikrowellenangeregtem Plasma. Ein Silicium­ substrat wird in einen Reaktor zur Säuberung der Substrat­ oberfläche hineingebracht. Die Temperatur des Substrats wird auf 500°C eingestellt. In den Reaktor wird gasförmiges SiH₄, GeH₄ und CH₄ hineingeleitet. Mikrowellen von 2,45 GHz werden bei einem Druck von 10-3 mbar angelegt, um die Reak­ tion ablaufen zu lassen. Die Flußraten der Gase bzw. Quel­ len werden gesteuert, um einen Silicium-Germanium-Kohlen­ stoff-Legierungsfilm mit derselben Zusammensetzung wie die­ jenige der Legierung zu erhalten, die nach Beispiel 6 er­ zeugt worden ist, sowie mit einer Dicke von 1 µm auf dem Substrat. Dieser Legierungsfilm zeigt Eigenschaften, die ähnlich denjenigen der Legierung nach Beispiel 6 sind.
Anhand der Resultate dieses Beispiels konnte gezeigt wer­ den, daß sich mit Hilfe des CVD-Verfahrens mit mikrowellen­ angeregtem Plasma ein Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Legie­ rungsfilm herstellen läßt, dessen Gitterkonstante nahezu gleich derjenigen des Siliciums ist, und dessen Energie­ bandlücke Eg sich von derjenigen des Siliciums unterschei­ det.
Beispiel 9
Dieses Beispiel beschreibt einen Prozeß zur Herstellung ei­ nes Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Legierungsfilms durch das thermische CVD-Verfahren oder durch das MOCVD-Verfah­ ren. Die Oberfläche eines Siliciumsubstrats wird gereinigt und die Temperatur des Substrats auf 650°C eingestellt. Gasförmiges SiH₄, GeH₄ und CH₄ wird in einen Reaktor einge­ leitet, um einen Gesamtdruck von 133 mbar aufzubauen. Auf diese Weise wird ein Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Legie­ rungsfilm durch das CVD-Verfahren auf dem Substrat gebil­ det. Ferner wird ein ähnlicher Film auch auf einem anderen Substrat durch das MOCVD-Verfahren gebildet, und zwar unter Verwendung von Si(CH₃)₄, Si(C₂H₅)₄, Si(n-C₃H₇)₄ oder Si(C₄H₉)₄ als Siliciumquelle und Ge(CH₃)₄ oder Ge(C₂H₅)₄ als Germaniumquelle. Die auf diese Weise hergestellten Si­ licium-Germanium-Kohlenstoff-Legierungsfilme zeigen Eigen­ schaften, die denjenigen des Films entsprechen, der mit Hilfe des MBE-Verfahrens nach den Beispielen 1 oder 2 er­ zeugt worden ist.
Es konnte gezeigt werden, daß sich mit Hilfe des thermi­ schen CVD-Verfahrens oder des MOCVD-Verfahrens eine Sili­ cium-Germanium-Kohlenstoff-Legierung herstellen läßt, deren Gitterkonstante im wesentlichen gleich derjenigen des Sili­ ciums ist und deren Energiebandlücke Eg sich von derjenigen des Siliciums unterscheidet.
Beispiel 10
Dieses Beispiel beschreibt ein Verfahren zur Bildung eines Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Legierungsfilms auf einer Silicium-Germanium-Legierung durch einen Aufwachsprozeß.
Ein Silicium-Germanium-Film wird auf demselben Siliciumsub­ strat wie das in Beispiel 1 verwendete Substrat unter An­ wendung desselben und in Beispiel 1 verwendeten Systems ge­ bildet. Das Molekularstrahl-Intensitätsverhältnis von Si zu Ge beträgt 90:10. Erreicht die Dicke des Silicium-Germa­ nium-Legierungsfilms einen Wert von 0,1 µm, so wird der Wachstumsvorgang dieses Films unterbrochen. Dann läßt man einen Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Legierungsfilm auf dem Silicium-Germanium-Legierungsfilm aufwachsen, und zwar bei einem Strahlintensitätsverhältnis des Si zu Ge zu C von 90 :9:1. Erreicht die Dicke des Silicium-Germanium-Kohlen­ stoff-Films einen Wert von 1 µm, so wird der Wachstumspro­ zeß für diesen Film unterbrochen.
Obwohl die Gitterkonstante des so gebildeten Silicium-Ger­ manium-Kohlenstoff-Legierungsfilms mit derjenigen des Sili­ ciums übereinstimmt, wird eine Gitterkonstanten-Fehlanpas­ sung von etwa 0,4% zwischen dem Silicium-Germanium-Legie­ rungsverband und dem Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Legie­ rungsverband erhalten. Da jedoch der Silicium-Germanium-Le­ gierungsfilm dünner ist als seine kritische Dicke, stimmt seine Gitterkonstante in Richtung parallel zum Substrat mit derjenigen des Siliciums überein. Demzufolge treten keine durch Fehlanpassung erzeugten Versetzungen in der Grenzflä­ che zwischen der Silicium-Germanium-Kohlenstoff-Legierung und dem Silicium-Germanium-Legierungsfilm auf.
Die Ergebnisse dieses Beispiels zeigen, daß es möglich ist, durch epitaktisches Aufwachsen einen Silicium-Germanium- Kohlenstoff-Legierungsfilm auf einem Silicium-Germanium-Le­ gierungsfilm zu erzeugen.

Claims (17)

1. Halbleitereinrichtung mit zwei einen Hetero-Übergang bildenden kristallinen Halbleiterschichten, von denen die erste (34; 42, 44; 51; 61, 63) aus Silizium und/oder aus einer Silizium-Germanium-Verbindung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Halbleiterschicht (35, 43; 52, 53; 63) aus einem Silizium-Germanium-Kohlenstoff-Halbleitermaterial besteht, und daß die Gitterkonstante der zweiten Halbleiterschicht mit der der ersten Halbleiterschicht aufgrund einer Einstellung des Germanium-Kohlenstoff-Verhältnisses in der zweiten Halbleiterschicht im wesentlichen übereinstimmt.
2. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschichten (34; 42, 44; 61, 63) unterschiedlichen Leitungstyp haben.
3. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Halbleiterschicht p-leitend und die zweite Halbleiterschicht n- oder i-leitend ist.
4. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlanpassung zwischen den Gitterkonstanten der beiden Halbleiterschichten (34; 42, 44; 51; 61, 63; 35; 43; 52; 62) höchstens 1% beträgt.
5. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoffanteil in der zweiten Halbleiterschicht (35; 43; 52; 62) im Bereich von 1 bis 12 Atom-% liegt.
6. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Atomzahlverhältnis (Massenzahlverhältnis) von Germanium zu Kohlenstoff in der zweiten Halbleiterschicht (35; 43; 52; 62) im Bereich von 6, 7 bis 12 liegt.
7. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere Halbleiterschichten (32, 33, 34, 35; 42, 43, 44), zu denen die erste und die zweite Halbleiterschicht gehören, aufeinander auf einem Halbleitersubstrat (31; 41) angeordnet sind, und
daß ein Paar von ersten Elektroden (37, 38; 47, 48) zur Zuführung eines Stroms durch die Halbleiterschichten und eine zweite Elektrode (36; 46) zur Injektion eines Signalstroms in die Halbleiterschichten zur Steuerung des Stroms vorgesehen sind (Fig. 3 und 4).
8. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (34; 42, 44) und die zweite (35; 43) Halbleiterschicht einen pn-Übergang miteinander bilden.
9. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Halbleiterschicht (34) mit p- und die zweite Halbleiterschicht (35) mit n-Störstoffen dotiert ist.
10. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine der ersten Elektroden (47) mit der zweiten Halbleiterschicht (43) und die zweite Elektrode (46) mit der ersten Halbleiterschicht (44) verbunden ist.
11. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Halbleiterschicht (34) einen Basis-Bereich und die zweite Halbleiterschicht (35) einen Emitter-Bereich bildet (Fig. 3).
12. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Halbleiterschicht (42) einen Kollektor-Bereich und die zweite Halbleiterschicht (43) einen Basis-Bereich bildet (Fig. 4).
13. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere Halbleiterschichten (51, 52, 53), zu denen die erste Halbleiterschicht (51) und die eine Kanalschicht bildende zweite Halbleiterschicht (52, 53) gehören, aufeinander auf einem Halbleitersubstrat angeordnet sind,
daß ein Paar von ersten Elektroden (54, 55) mit der Kanalschicht verbunden ist, und
daß eine zweite Elektrode (56) zur Steuerung des durch die Kanalschicht fließenden Stroms vorgesehen ist (Fig. 5).
14. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Halbleiterschicht (62) ein einfallendes Licht in Ladungsträger umwandelnde Schicht ist und daß ein Paar von Elektroden (64, 65) zur Entnahme des durch die Ladungsträger gebildeten Stroms vorgesehen ist (Fig. 6).
15. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Halbleiterschicht (62) undotiert ist.
16. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Halbleiterschicht (62) zwischen einer p- und einer n-leitenden Schicht (61; 63) liegt.
17. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Halbleiterschicht (61) mit n-Störstoffen dotiert ist.
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