AT236446B - Verfahren zur Herstellung von monokristallinen Halbleiterkörpern aus Germanium - Google Patents

Description

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  Verfahren zur Herstellung von monokristallinen
Halbleiterkörpern aus Germanium 
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von monokristallinen Halbleiterkörpern aus
Germanium und insbesondere solchen, bei denen mehrere Schichten von unterschiedlichen Leitfähigkeiten durch eine Übergangszone voneinander getrennt und mindestens eine dieser Schichten aus der Dampfphase abgeschieden worden sind. 



   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von monokristallinen
Germaniumschichten zu schaffen, die möglichst glatt, flach und eben und frei von Verunreinigungen und sonstigen Fehlern sind. 



   Es ist bekannt, zur Herstellung von monokristallinen Halbleiterkörpern Germanium in Gegenwart eines Edelgases, wie beispielsweise Argon, auf einem Wolframfaden niederzuschlagen. Es ist ferner bekannt, eine Unterlage aus monokristallinem, halbleitendem Germanium in einer Reaktionskammer auf etwa 750 - 9000C zu erhitzen und die Kristallunterlage mit einem Dampf in Berührung zu bringen, der ein Gemisch aus Germaniumtetrachlorid und Wasserstoff enthält. 



   Die Erfindung geht von diesem Stand der Technik aus und ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass man ein Verhältnis des Germaniumtetrachlorids zu Wasserstoff von 0,001 bis 0,2   Vol. -0 ; 0   wählt und dadurch, dass man einen Niederschlag der Germaniumatome aus der Dampfphase bewirkt, um eine monokristalline Schicht des Halbleitermaterials auf der so erwärmten Unterlage herzustellen. 



   Bei Anwendung des neuen Verfahrens nach der Erfindung erhält man monokristalline Germaniumschichten auf monokristallinen Germaniumunterlagen, die glatt, eben und frei von Unvollkommenheiten sind. 



  Durch Zusatz geringer Mengen von Dotierungsmitteln zu dem Gasstrom kann man den aus der Dampfphase   abgeschiedenen monokristallinen Germaniumschichten,   je nach Art des Dotierungsmittels,   p-oder n-Leit-   fähigkeit verleihen. So kann man beispielsweise durch Dotierung mit Phosphortrichlorid n-Leitfähigkeit, durch Dotierung mit Bortrichlorid   p-Leitfähigkeit   der Germaniumschicht erzielen. 



   Anderseits kann man auch die Konzentration des Dotierungsmittels ändern, um mehrere Schichten vom gleichen Leitfähigkeitstyp, jedoch mit verschiedenen spezifischen Widerständen zu bilden. 



   Die Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung soll im folgenden unter Bezugnahme auf die einzige Figur der Zeichnung näher erläutert werden. 



   Ein vorzugsweise aus Quarz bestehendes Reaktionsgefäss 1 besitzt ein Einlassrohr 2 und ein Auslassrohr 3.   Ein Rohrleitungssystem   4 dient der Zuführung von Wasserstoff mit entsprechend gesteuerten Mengen von Germaniumtetrachlorid und gegebenenfalls aktiven Verunreinigungen in die Reaktionskammer. Im Innern der Reaktionskammer befindet sich ein Fuss 5, der den aus einem gegen die Reaktionsumgebung inerten, leitfähigen Material bestehenden Träger 6 hält. Als Werkstoffe für den Träger gelangen vorzugsweise Kohlenstoff oder Silizium zur Anwendung. Als Unterlage für die Abscheidung dient die monokristalline Germaniumplatte 7, die sich auf dem Träger befindet. Der Träger wird vorzugsweise durch eine Hochfrequenzspule 8 erhitzt, deren Windungen das Reaktionsgefäss umgeben.

   Hiedurch wird die Germaniumplatte durch Wärmeleitung und Wärmestrahlung von dem Träger auf eine Temperatur zwischen etwa 750 und 900 C, vorzugsweise auf   800-900 C,   erhitzt. Die günstigste Temperatur beträgt   8300C.   



   Die monokristalline Germaniumplatte wird so vorbereitet, dass diese den reagierenden Dämpfen eine 

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 ebene Oberfläche darbietet. Die kristallographische Orientierung der den Dämpfen ausgesetzten Kristall- fläche kann jeder der normalen kristallographischen Ebenen des kubischen Germaniumkristalles entspre- chen ; vorzugsweise verwendet man die   (111) -, (110) -, (100) - oder (211) -Ebene.   Die Germaniumplatte wird durch Läppen und Polieren für die Abscheidung vorbereitet, um die groben Unvollkommenheiten zu entfernen, und geätzt, um die durch die Oberflächenbehandlung entstandenen Schäden und Verunreini- gungen zu beseitigen, und dann auf den Träger gelegt.

   Um weitere, an der Oberfläche befindliche Oxyde zu entfernen, werden die Platten anfänglich auf etwa 8500C erhitzt, und es wird dann ein stetiger Strom von reinem Wasserstoff etwa 30 min lang durch die Reaktionskammer geleitet. Nach dieser Reinigungs- behandlung wird der Reaktionskammer ein Wasserstoffstrom zugeführt, der Germaniumtetrachlorid enthält. 



   Die Gesamtströmungsgeschwindigkeit beträgt vorzugsweise etwa 1, 0   l/min.   Hiebei wird das Germanium- tetrachlorid sofort durch Wärmeeinwirkung und Reduktion zersetzt, und es scheiden sich monokristalline
Germaniumschichten auf den erhitzten Germaniumplatten ab. Nachdem die Abscheidung lange genug fortgesetzt worden ist, wird die Strömung der Reaktionssubstanzen in die Reaktionskammer unterbrochen, und man lässt die Vorrichtung bis auf Raumtemperatur erkalten. 



   Gemäss der Erfindung soll die Konzentration von Germaniumtetrachlorid in dem Wasserstoff in un-   mittelbarerNachbarschaft der erhitzten Platte zwischen etwa 0, 001 und 0, 2, vorzugsweise zwischen etwa   
0,01 und 1   Vol. -0/0   liegen. Die besten Ergebnisse werden mit einer Konzentration von etwa 0,07   Vol. -0/0  
Germaniumtetrachlorid erzielt. 



   In der oben beschriebenen Vorrichtung findet eine nahezu laminare Strömung der reagierenden Gase in der Reaktionskammer statt. Daher ist das Verhältnis der Reaktionsteilnehmer an der erhitzten Oberflä- che der Unterlage annähernd gleich dem Verhältnis in dem eintretenden Gasstrom. Infolgedessen kann das gewünschte Verhältnis der Reaktionstellnehmer an der Oberfläche der Unterlage zweckmässig dadurch erzielt werden, dass man das Verhältnis in dem eintretenden Gasstrom auf den gleichen Wert einstellt.

Claims (1)

1. Bei andern Strömungssystemen können jedoch die in die Reaktionskammer eintretenden Gase in stärkerer Bewegung gehalten und auf diese Weise durch das Volumen der bereits in der Reaktionskammer befindlichen Gase verdünnt werden, z. B. wenn die Gase durch eine Düse eingeführt werden. Bei solchen Systemen ist es zweckmässig, das Verhältnis von Germaniumtetrachlorid zu Wasserstoff in dem eintretenden Gasstrom höher als dasjenige zu wählen, welches an der Oberfläche der Unterlage selbst vorhanden sein soll. In diesem Fall kann die Germaniumtetrachlorid-Konzentration des eintretenden Gasstromes ein Vielfaches der an der Oberfläche der Unterlage gewünschten Konzentration betragen, was natürlich von dem Volumen des Reaktionsgefässes, dem Verdünnungsgrad und der Strömungsgeschwindigkeit der eintretenden Gase abhängt.

   Hiefür eignet sich eine Konzentration der eintretenden Gase an Germaniumtetrachlorid im Be- reich von 0,01 bis 5 Vol. -0/0.' PATENTANSPRUCH : Verfahren zur Herstellung von monokristallinen Halbleiterkörpern aus Germanium, bei dem eine Unterlage aus monokristallinem, halbleitendem Germanium in einer Reaktionskammer auf etwa 750 bis 9000C erhitzt, die Kristallunterlage mit einem Dampf in Berührung gebracht wird, der ein Gemisch aus Germaniumtetrachlorid und Wasserstoff enthält, gekennzeichnet durch ein Verhältnis des Germaniumtetrachlorids zu Wasserstoff von 0, 001 bis 0,2 Vol.-% und dadurch, dass man einen Niederschlag der Germaniumatome aus der Dampfphase bewirkt, um eine monokristalline Schicht des Halbleitermaterials auf der so erwärmten Unterlage herzustellen.