DE10130240A1

DE10130240A1 - Verfahren und Einrichtung zur Ablagerung eines Halbleiterfilms und Verfahrens zur Herstellung eines Halbleitergeräts

Info

Publication number: DE10130240A1
Application number: DE10130240A
Authority: DE
Inventors: Kenji Harafuji; Akihiko Ishibashi; Yuzaburo Ban; Kiyoshi Ohnaka
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-06-23
Filing date: 2001-06-22
Publication date: 2002-06-13
Also published as: US6544869B1; US20020195054A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Ablagerung eines Halbleiterfilms auf einem Wafer vorgeschlagen, bei welchem ein zugeführtes Ausgangsgas dazu veranlaßt wird, annähernd horizontal zur Oberfläche des Wafers zu fließen. Wenn ein Verfahrenszustand, beispielsweise die Flußgeschwindigkeit oder der Druck des Ausgangsgases, geändert werden soll, wird bei dem Ausgangsgas dessen Geschwindigkeit und/oder Druck so geändert, daß das Ausgangsgas mit im wesentlichen konstanter Flußrate zugeführt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Ablagerung eines Halbleiterfilms auf einem Wafer auf solche Weise, daß Ausgangsgase, die zugeführt werden, dazu veranlaßt werden, annähernd horizontal auf die Oberfläche des Wafers zu fließen. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitergeräts unter Verwendung des Verfahrens oder der Einrichtung zum Ablagern.

Verbundhalbleiter der Gruppen II-VI oder III-V stellen Direktübergangshalbleiter mit einer großen Bandlückenenergie dar, und von ihnen wird erwartet, daß sie Licht bei verschiedenen Wellenlängen aussenden, die vom sichtbaren bis zum Ultraviolettbereich des Spektrums reichen.

Hierbei haben besonders Nitridhalbleiter der Gruppe III-V, die Gallium (Ga) oder Aluminium (Al) als Bestandteil der Gruppe III und Stickstoff (N) als Bestandteil der Gruppe V enthalten, viel Beachtung gefunden, da diese Halbleiter kristallographisch hervorragende Eigenschaften aufweisen. Daher besteht ein starkes Bedürfnis nach einem Verfahren zur Ablagerung eines Films eines Nitridhalbleiters je nach Wunsch.

Es wurden Untersuchungen in Bezug auf ein Verfahren zur metallorganischen chemischen Dampfablagerung (MOCVD) durchgeführt, und dieses Verfahren wurde in weitem Ausmaß und intensiv als eines der vielversprechenden, industriell einsetzbaren Verfahren entwickelt.

Nachstehend wird ein sogenannter "horizontaler MOCVD-Reaktor", der so ausgebildet ist, daß er Ausgangsgase zu einem horizontalen Fluß zur Waferoberfläche veranlaßt, als eine bekannte Halbleiterfilmablagerungseinrichtung unter Bezugnahme auf die Fig. 7A und 7B beschrieben.

Wie in den Fig. 7A und 7B gezeigt, weist der horizontale Reaktor 200 auf: einen Reaktorkörper 201; ein Gaseinlaßrohr 202 mit einer Gaseinlaßöffnung 221; und einen Suszeptor 211, der am Boden des Reaktorkörpers 201 angebracht ist. Hierbei bestehen der Reaktorkörper 201 und das Gaseinlaßrohr 202 beispielsweise aus Quarzglas. Weiterhin ist eine Gasauslaßöffnung 212 am anderen Ende des Reaktorkörpers 201 an der zum Gaseinlaßrohr 202 entgegengesetzten Seite vorgesehen.

Der Suszeptor 211 haltert einen Wafer 100 auf sich, um den Wafer 100 auf eine vorbestimmte Temperatur zu erwärmen.

Ein Ausgangsgas 101, das durch die Gaseinlaßöffnung 221 zugeführt wird, sollte einen laminaren Fluß ohne Wirbel darstellen, nachdem das Gas 101 in das Rohr 202 über die Einlaßöffnung 221 hineingelangt ist, und bis das Gas 101 den Raum über dem Suszeptor 211 erreicht. Das Gas 101 muß darüber hinaus so fließen, daß eine räumlich gleichförmige Geschwindigkeitsverteilung über dem Wafer 100 erzielt wird, damit Verbindungshalbleiterkristalle mit entsprechender Qualität wachsen können.

Allerdings ist die Öffnungsbreite der Gaseinlaßöffnung 221 relativ gering, vorgegeben durch ihren Herstellungsstandard, und sollte sich das Gas, das über die Einlaßöffnung 221 zugeführt wird, so ausdehnen, daß es eine Fläche abdeckt, die größer oder gleich der Breite des Suszeptors 211 ist. Für diesen Zweck weist das Gaseinlaßrohr 202 einen erweiterten Abschnitt 222 auf, dessen Breite allmählich von der Gaseinlaßöffnung 221 bis zum Suszeptor 211 hin zunimmt. Wenn in diesem Fall der Winkel α der Aufweitung des aufgeweiteten Abschnitts 222 groß ist, dann trennt sich eine Stromlinie, die entlang der Innenwandoberfläche des Rohrs 202 geflossen ist, von der Oberfläche in einer Geschwindigkeitsgrenzschicht in der Nähe der Wand des aufgeweiteten Abschnitts 222 ab, wie in Fig. 7A gezeigt ist. Dann fließt die Stromlinie rückwärts, also zur Gaseinlaßöffnung 221 hin, so daß sie sich in eine getrennte Stromlinie (oder Wirbelstromlinie) 102 umwandelt. Weiterhin wird ein Wirbelstrom oder ein Wirbel 103 innerhalb einer Krümmung erzeugt, die durch die abgetrennte Stromlinie 102 gebildet wird. Anders ausgedrückt wird ein Fluß zurück, der sich stromaufwärts entlang der Wandoberfläche des aufgeweiteten Abschnitts 222 bewegt, erzeugt, und dann von der Wandoberfläche an einem Trennungspunkt getrennt, so daß sich die abgetrennte Stromlinie 102 ergibt. In Fig. 7A sind nur die Stromlinien dargestellt, die entlang der Wand auf der linken Seite des Gasflusses fließen. Tatsächlich fließen auch entsprechende Stromlinien entlang der Seitenwandoberfläche an der rechten Seite annähernd symmetrisch zu den dargestellten Stromlinien in Bezug auf die Linie im Zentrum.

Wenn der Wirbel 103 in dem aufgeweiteten Abschnitt 222 erzeugt wird, dann wird die Kanalbreite des Gasflusses wesentlich verringert oder verformt. Dies führt dazu, daß die Geschwindigkeitsverteilung des Gasflusses über dem Suszeptor 211 räumlich nicht mehr gleichförmig ist. Darüber hinaus wird das Ausgangsgas 101 teilweise im Inneren des Wirbels 103 festgehalten, wodurch der Austausch eines Ausgangsgases gegen ein anderes negativ beeinflußt wird. In diesem Fall kann selbst dann, wenn bei dem abgelagerten Halbleiterfilm dessen Zusammensetzung geändert wird, das Profil an der Grenzfläche nicht ausreichend steil sein.

Zur Lösung dieser Probleme wurde von G. B. Stringfellow vorgeschlagen, die Seitenwände des aufgeweiteten Abschnitts 222 sanft dadurch aufzuweiten, daß der Aufweitungswinkel α auf 7 Grad oder weniger eingestellt wird (vgl. "Organometallic Vapor-Phase Epitaxy", zweite Ausgabe, Seite 364, Academic Press).

Eine weitere Lösung besteht darin, einen netzartigen oder porösen Diffusor 223 in dem aufgeweiteten Abschnitt 222 des Gaseinlaßrohrs 202 anzuordnen, wie dies in den Fig. 8A und 8B, oder 9A und 9B gezeigt ist, um eine Erzeugung des Wirbels in dem aufgeweiteten Abschnitt 222 zu verhindern.

Allerdings weist der bekannte, horizontale Reaktor 200 folgende Nachteile auf. Wenn der Aufweitungswinkel α des aufgeweiteten Abschnitts 222 auf etwa 7 Grad oder weniger eingestellt wird, wird dann die Entfernung von der Gaseinlaßöffnung 221 bis zur Gasauslaßöffnung 212 dieses Reaktors 200 sehr groß. Daher kann eine übermäßig große Fläche dazu erforderlich sein, um einen derart voluminösen Reaktor anzuordnen. Weiterhin kann ein derart langer Reaktor einfach brechen, so daß zu viel Sorgfalt bei der Handhabung eines derartigen Reaktors erforderlich wird.

Wenn andererseits der Diffusor 223 innerhalb des Gaseinlaßrohrs 202 angeordnet wird, dann wird die räumliche Gleichförmigkeit der Geschwindigkeitsverteilung des Gasflusses verbessert. Dennoch wird der Gasfluß durch den Diffusor 223 so reflektiert, daß eine andere Art eines Wirbels erzeugt wird, wodurch wiederum der Austausch eines Ausgangsgases durch ein anderes verzögert wird.

Darüber hinaus wird, wenn der horizontale Reaktor 200 jedesmal anders konstruiert wird, wenn ein Verfahrenszustand geändert wird, beispielsweise die Flußgeschwindigkeit oder der Druck eines Ausgangsgases, und optimiert wird, der Herstellungswirkungsgrad verringert, oder steigen die Kosten in negativer Art und Weise an.

Daher besteht ein Vorteil der vorliegenden Erfindung darin, daß das Erfordernis einer neuen Konstruktion eines horizontalen Reaktors entbehrlich wird, selbst wenn sich irgendeine Bedingung, etwa die Flußgeschwindigkeit oder der Druck eines Ausgangsgases, für einen Filmablagerungsvorgang, der in dem Reaktor ausgeführt werden soll, geändert hat und optimiert wurde.

Um diesen Vorteil zu erzielen wird bei der Ablagerung eines Halbleiterfilms eine Gasflußrate auf einen vorbestimmten Wert festgesetzt, gemäß der vorliegenden Erfindung, und zwar dadurch, daß das Produkt aus der Flußgeschwindigkeit und dem Druck von Ausgangsgasen innerhalb des Reaktors konstant gehalten wird.

Die vorliegenden Erfinder haben verschiedene Arten von Untersuchungen in Bezug auf ein Verfahren zur Ablagerung eines Verbindungshalbleiterfilms unter Verwendung eines horizontalen Reaktors durchgeführt. Im Ergebnis hat sich herausgestellt, daß die räumliche Verteilung der Geschwindigkeit und der Temperatur von Ausgangsgasen und von der Dicke eines Films, der auf einem Wafer abgelagert werden soll, in dem Reaktor im wesentlichen durch die Flußraten der Ausgangsgase steuerbar sind. Die Geschwindigkeits- und Temperaturverteilungen reagierender Gase, die infolge einer chemischen Reaktion zwischen den Ausgangsgasen entstehen, konnten ebenfalls durch die Flußraten gesteuert werden. Wie auf diesem Gebiet wohlbekannt ist, ist die Flußrate eines Gases proportional zum Produkt der Flußgeschwindigkeit und des Drucks des Gases. Daher kann jede dieser räumlichen Verteilungen während des Filmablagerungsvorgangs nur dann im wesentlichen gleichförmig gehalten werden, wenn die Geschwindigkeit oder der Druck des Flusses der Ausgangsgase so geändert wird, daß eine vorbestimmte Gasflußrate aufrecht erhalten wird.

Im einzelnen dient ein erstes Filmablagerungsverfahren gemäß der Erfindung dazu, einen Halbleiterfilm auf einem Wafer dadurch abzulagern, daß ein Ausgangsgas, das zugeführt wird, dazu veranlaßt wird, annähernd horizontal zur Oberfläche des Wafers zu fließen. Bei diesem Verfahren werden bei dem Ausgangsgas dessen Flußgeschwindigkeit und/oder dessen Druck so geändert, daß das Ausgangsgas mit einer im wesentlichen konstanten Flußrate zugeführt wird.

Bei dem ersten erfindungsgemäßen Verfahren wird bei einem Ausgangsgas, das zugeführt wird, dessen Flußgeschwindigkeit in der Nähe von seiner Einlaßöffnung und dessen Druck im Inneren eines Reaktors so geändert, daß das Ausgangsgas einem Wafer mit einer im wesentlichen konstanten Flußrate zugeführt wird. Aus unseren Untersuchungen wird daher deutlich, daß selbst dann, wenn die Flußgeschwindigkeit des Ausgangsgases geändert wird, um einen Film mit höherer Rate abzulagern, der abgelagerte Film immer noch eine gleichmäßige Dicke aufweisen kann. Deswegen ist es nicht erforderlich, eine neue Konstruktion des horizontalen Reaktors vorzunehmen, jedesmal dann, wenn die Verfahrensbedingungen geändert werden.

Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Druck des Ausgangsgases vorzugsweise auf einen Bereich eingestellt, der von etwa 0,01 Atmosphären bis zu etwa 2 Atmosphären reicht.

Ein zweites Filmablagerungsverfahren gemäß der Erfindung dient darüber hinaus zur Verwendung beim Ablagern eines Halbleiterfilms auf einem Wafer dadurch, daß ein Ausgangsgas dazu veranlaßt wird, daß es annähernd horizontal auf die Formoberfläche des Wafers fließt. Das Verfahren umfaßt folgende Schritte: a) Steuern der Flußgeschwindigkeit und des Drucks des Ausgangsgases, um eine erste Flußgeschwindigkeit und einen ersten Druck zu ermitteln, die eine derartige Kombination darstellen, daß sie im wesentlichen die Dicke des abgelagerten Films vergleichmäßigen, und nachfolgende Bestimmung einer Bezugsflußrate für das Ausgangsgas. Die Bezugsflußrate sollte in einer vorbestimmten Beziehung zu dem Produkt aus der ersten Flußgeschwindigkeit und dem ersten Druck stehen. Das Verfahren umfaßt weiterhin folgenden Schritt: b) Änderung der ersten Flußgeschwindigkeit und des ersten Druckes zu einer zweiten Flußgeschwindigkeit und einem zweiten Druck, wobei die Bezugsflußrate konstant gehalten wird. Weiterhin umfaßt das Verfahren den Schritt:
c) Zuführung des Ausgangsgases zum Wafer bei der Bezugsflußrate, bei welcher die Flußgeschwindigkeit und der Druck des Ausgangsgases gleich der zweiten Flußgeschwindigkeit bzw. dem zweiten Druck eingestellt werden, wodurch der Film auf dem Wafer abgelagert wird.

Bei dem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren werden eine erste Flußgeschwindigkeit und ein erster Druck eines Ausgangsgases zu einer zweiten Flußgeschwindigkeit und einem zweiten Druck geändert, wobei eine Bezugsflußrate konstant gehalten wird. Dann wird das Ausgangsgas einem Wafer bei der Bezugsflußrate zugeführt, wobei die Flußgeschwindigkeit und der Druck des Ausgangsgases gleich der zweiten Flußgeschwindigkeit bzw. dem zweiten Druck eingestellt werden, um einen Film auf dem Wafer abzulagern. Selbst wenn die Flußgeschwindigkeit und der Druck des Ausgangsgases sich geändert haben, kann bei jedem abgelagerten Film dessen Dicke vergleichförmigt werden. Dies führt dazu, daß es nicht erforderlich ist, eine neue Konstruktion des horizontalen Reaktors jedesmal dann vorzunehmen, wenn die Verfahrensbedingungen geändert werden.

Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die erste Flußgeschwindigkeit vorzugsweise im Schritt a) bestimmt, durch Einstellung eines Anfangswertes für den ersten Druck auf 1 Atmosphäre oder weniger. Im einzelnen wäre es einfacher, eine optimale Bezugsflußrate dadurch aufzufinden, daß ein Anfangswert für den ersten Druck auf 1 Atmosphäre oder weniger eingestellt wird, und dann die erste Flußgeschwindigkeit allmählich geändert wird, um die beste erste Flußgeschwindigkeit zu bestimmen, verglichen mit der Einstellung eines Anfangswertes für den ersten Druck auf mehr als 1 Atmosphäre und nachfolgende Änderung der ersten Flußgeschwindigkeit allmählich, um die beste erste Flußgeschwindigkeit zu bestimmen.

Weiterhin werden der erste und der zweite Druck vorzugsweise jeweils innerhalb eines Bereiches von etwa 0,01 Atmosphären bis etwa 2 Atmosphären eingestellt.

Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleitergeräts zur Verfügung, das zumindest einen ersten und einen zweiten Halbleiterfilm aufweist, die in dieser Reihenfolge stapelförmig auf einem Wafer vorgesehen sind, und zwar dadurch, daß zumindest ein erstes, ein zweites und ein drittes Ausgangsgas, die zugeführt werden, dazu veranlaßt werden, annähernd horizontal auf die Oberfläche des Wafers zu fließen. Das Verfahren umfaßt den Schritt a), die Flußgeschwindigkeit und den Druck des ersten Ausgangsgases so zu steuern, daß eine erste Flußgeschwindigkeit und ein erster Druck ermittelt werden, die zusammen im wesentlichen die Dicke jedes abzulagernden Films vergleichförmigen, und dann eine Bezugsflußrate für das erste Ausgangsgas zu erhalten. Die Bezugsflußrate steht in einer vorbestimmten Beziehung zu dem Produkt aus der ersten Flußgeschwindigkeit und dem ersten Druck. Das Verfahren umfaßt weiterhin den Schritt b), eine zweite Flußgeschwindigkeit und einen zweiten Druck einzustellen, die sich von der ersten Flußgeschwindigkeit bzw. dem ersten Druck unterscheiden, für das zweite Ausgangsgas, wobei die Bezugsflußrate konstant gehalten wird. Das zweite Ausgangsgas weist eine Viskosität auf, die im wesentlichen gleich jener des ersten Ausgangsgases ist. Das Verfahren umfaßt weiterhin den Schritt c), das zweite Ausgangsgas dem Wafer bei der Bezugsflußrate zuzuführen, wobei die Flußgeschwindigkeit und der Druck des zweiten Ausgangsgases gleich der zweiten Flußgeschwindigkeit bzw. dem zweiten Druck eingestellt werden, wodurch der erste Film auf dem Wafer abgelagert wird. Das Verfahren umfaßt weiterhin den Schritt d), eine dritte Flußgeschwindigkeit und einen dritten Druck einzustellen, die sich von der zweiten Flußgeschwindigkeit bzw. dem zweiten Druck unterscheiden, für das dritte Ausgangsgas, wobei die Bezugsflußrate konstant gehalten wird. Das dritte Ausgangsgas weist eine Viskosität auf, die im wesentlichen gleich jener des ersten Ausgangsgases ist. Das Verfahren umfaßt weiterhin den Schritt e), das dritte Ausgangsgas dem ersten Film bei der Bezugsflußrate zuzuführen, wobei die Flußgeschwindigkeit und der Druck des dritten Ausgangsgases gleich der dritten Flußgeschwindigkeit bzw. dem dritten Druck eingestellt werden, wodurch der zweite Film auf dem ersten Film abgelagert wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird zuerst eine Bezugsflußrate für das erste Ausgangsgas bestimmt. Dann wird, bei konstant gehaltener Bezugsflußrate, ein zweites Ausgangsgas mit einer zweiten Flußgeschwindigkeit und einem zweiten Druck zugeführt, um einen ersten Film abzulagern. Dann wird ein drittes Ausgangsgas bei einer dritten Flußgeschwindigkeit und einem dritten Druck zugeführt, um einen zweiten Film auf dem ersten Film abzulagern. Daher kann bei jedem von mehreren Filmen für ein Halbleitergerät dessen Dicke vergleichmäßigt werden, und dessen Qualität verbessert werden.

Hierbei sollte das zweite oder dritte Ausgangsgas "eine Viskosität aufweisen, die im wesentlichen gleich jener des ersten Ausgangsgases ist", in den folgenden zwei Situationen.

Eine der beiden Situationen besteht darin, daß trotz der Tatsache, daß das zweite oder dritte Ausgangsgas aus einer Molekülsorte besteht, die sich von jener des ersten Ausgangsgases unterscheidet, das zweite oder dritte Ausgangsgas eine Viskosität aufweist, die im wesentlichen gleich jener des ersten Ausgangsgases ist. Bei der anderen Situation besteht das zweite oder dritte Ausgangsgas ebenfalls aus einer unterschiedlichen Sorte, verglichen mit dem ersten Ausgangsgas, und werden das erste und zweite oder dritte Ausgangsgas mit einem Trägergas in erheblicher Menge verdünnt. In diesem Fall wird für das erste und zweite oder dritte Ausgangsgas die Viskosität im wesentlichen durch die Viskosität des Trägergases selbst bestimmt.

Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen der erste und der zweite Film jeweils zumindest ein Element der Gruppe III und zumindest ein Element der Gruppe V auf. Das zweite Ausgangsgas enthält vorzugsweise Gallium und Indium als Quellen für Elemente der Gruppe III, und der zweite Druck, der für das zweite Ausgangsgas eingestellt wird, beträgt vorzugsweise etwa 0,3 Atmosphären oder mehr. Das dritte Ausgangsgas enthält vorzugsweise Gallium und Aluminium als Quellen für Elemente der Gruppe III, und der dritte Druck, der für das dritte Ausgangsgas eingestellt wird, beträgt vorzugsweise etwa 1,0 Atmosphären oder weniger. Weiterhin ist der zweite Druck vorzugsweise größer oder gleich dem dritten Druck.

Darüber hinaus werden der erste, zweite und dritte Druck jeweils vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von etwa 0,01 Atmosphären bis etwa 2 Atmosphären eingestellt.

Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin eine Einrichtung zum Ablagern eines Halbleiterfilms oder einer Halbleiterschicht auf einem Wafer dadurch zur Verfügung, daß ein zugeführtes Ausgangsgas dazu veranlaßt wird, annähernd horizontal auf die Oberfläche des Wafers zu fließen. Die Einrichtung weist auf: einen Reaktor, in welchem der Wafer angeordnet wird, und der eine Gaseinlaßöffnung zum Zuführen des Ausgangsgases auf den Wafer aufweist; eine Geschwindigkeitssteuervorrichtung zum Steuern der Flußgeschwindigkeit des Ausgangsgases und eine Drucksteuervorrichtung zum Steuern des Drucks des Ausgangsgases in dem Reaktor. Bei dieser Einrichtung steuern die Geschwindigkeits- und Drucksteuervorrichtung die Flußgeschwindigkeit bzw. den Druck auf solche Weise, daß die Flußrate des Ausgangsgases in der Nähe der Gaseinlaßöffnung im wesentlichen konstant gehalten wird.

Bei der Halbleiterfilmablagerungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Film oder eine Schicht mit gleichförmiger Dicke selbst dann erhalten werden, wenn sich die Verfahrensbedingungen geändert haben. Daher ist es nicht erforderlich, die Konstruktion des Reaktors jedesmal dann zu ändern, wenn die Verfahrensbedingungen geändert werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:

Fig. 1A und 1B eine Situation, in welcher die Temperatur, die Dicke eines abgelagerten Films, und die Gas- Stromlinien im wesentlichen gleichmäßig in einer Halbleiterfilmablagerungseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verteilt sind;

Fig. 1A eine Aufsicht auf die Einrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;

Fig. 1B eine Querschnittsansicht der Einrichtung entlang der Linie IB-IB in Fig. 1A;

Fig. 2 eine Aufsicht zur Erläuterung, wie die Gleichförmigkeit der Verteilungen der Temperatur, der Dicke und der Stromlinien bei der Einrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zusammenbricht;

Fig. 3 eine Aufsicht zur Erläuterung, wie die Verteilungen der Temperatur, der Dicke und der Stromlinien ihre Gleichförmigkeit bei der Einrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zurückgewonnen haben;

Fig. 4 eine Aufsicht zur Erläuterung, wie die Verteilungen der Temperatur, der Dicke und der Stromlinien bei einer Halbleiterfilmablagerungseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusammenbrechen;

Fig. 5 eine Aufsicht zur Erläuterung, wie die Verteilungen der Temperatur, der Dicke und der Stromlinien ihre Gleichförmigkeit in der Einrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform zurückgewonnen haben;

Fig. 6A und 6B Querschnittsansichten entsprechend jeweiligen Verfahrensschritten zur Herstellung einer Halbleiterlaserdiode, die aus Halbleitern aus Nitriden der Gruppe III-V gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wird;

Fig. 7A und 7B eine Aufsicht bzw. Querschnittsansicht entlang der Linie VIIB-VIIB in Fig. 7A eines bekannten MOCVD-Reaktors;

Fig. 8A und 8B eine Aufsicht bzw. Querschnittsansicht entlang der Linie VIIIB-VIIIB in Fig. 8A eines anderen bekannten MOCVD-Reaktors; und

Fig. 9A und 9B eine Aufsicht bzw. Seitenansicht eines weiteren bekannten MOCVD-Reaktors.

AUSFÜHRUNGSFORM 1

Nachstehend wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Die Fig. 1A und 1B sind eine Aufsicht bzw. Querschnittsansicht entlang der Linie IB-IB in Fig. 1A, und zeigen eine Halbleiterfilmablagerungseinrichtung (beispielsweise einen horizontalen MOCVD-Reaktor) gemäß der ersten Ausführungsform.

Wie aus den Fig. 1A und 1B hervorgeht, weist der horizontale Reaktor 10 auf: ein Reaktorgehäuse 11; ein Gaseinlaßrohr 12 mit einer Gaseinlaßöffnung 21; und einen Suszeptor 31 zum Haltern eines Wafers 100 auf diesem, und zur Erwärmung des Wafers 100. Das Reaktorgehäuse 11 und das Gaseinlaßrohr 12 können aus Quarzglas bestehen, und der Suszeptor 31 kann aus Kohlenstoff bestehen, wobei dieses Beispiele sind.

Das Reaktorgehäuse 11 weist eine Öffnung im Boden auf. Der Suszeptor 31, dessen Boden durch eine Heizvorrichtung (nicht gezeigt), zum Beispiel, erwärmt wird, ist in die Öffnung so eingepaßt, so daß der Wafer 100 im Inneren des Reaktorgehäuses 11 freiliegt, und die obere Oberfläche des Suszeptors 31 mit dem Boden des Reaktorgehäuses 11 ausgerichtet ist.

Eine Gasauslaßöffnung 13 ist an dem anderen Ende des Reaktorgehäuses 11 auf der dem Gaseinlaßrohr entgegengesetzten Seite vorgesehen.

Bei dem Gaseinlaßrohr 12 hat die Gaseinlaßöffnung 21 eine Öffnungsbreite, die kleiner ist als die Breite des Suszeptors 31, wie durch den Gasrohrherstellungsstandard festgelegt. Das Gaseinlaßrohr 12 liefert die Ausgangsgase 101 dem Wafer 100 zu, im wesentlichen horizontal zur Waferoberfläche. Das andere Ende des Gaseinlaßrohrs 12 auf der der Gaseinlaßöffnung 21 entgegengesetzten Seite ist luftdicht mit dem Reaktorgehäuse 11 verschweißt.

Weiterhin weist das Gaseinlaßrohr 12 einen erweiterten Abschnitt 22 auf, in welchem der Abstand zwischen den Wänden allmählich von der Gaseinlaßöffnung 21 zum Suszeptor 31 hin zunimmt. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Aufweitungswinkel α, der zwischen jeder Wand des aufgeweiteten Abschnitts 22 und der Linie im Zentrum ausgebildet wird, die geradlinig von der Gaseinlaßöffnung 21 zum Suszeptor 31 verläuft, auf etwa 10 Grad eingestellt.

Weiterhin ist eine Trennwand 23 zur Unterteilung des Innenraums des Gaseinlaßrohrs 12 in einen oberen und einen unteren Kanal 12a bzw. 12b innerhalb des Gaseinlaßrohrs 12 angeordnet.

Weiterhin weist das Gaseinlaßrohr 12 ein erstes Druckmeßgerät 40A auf, ein erstes Strommeßgerät 41A, und ein erstes Flußmeßgerät 42A, um den Druck des Ausgangsgases 101 innerhalb des Gaseinlaßrohrs 12 bzw. die Flußgeschwindigkeit und die Flußrate der Ausgangsgase 101 in der Nähe der Gaseinlaßöffnung 21 zu messen.

Entsprechend enthält das Reaktorgehäuse 11 ein zweites Druckmeßgerät 40B, ein zweites Strommeßgerät 41B und ein zweites Flußmeßgerät 42B, um den Druck, die Flußgeschwindigkeit bzw. die Flußrate der Ausgangsgase 101 zu überwachen, die über den Suszeptor 31 fließen.

Es wird darauf hingewiesen, daß der von dem ersten Druckmeßgerät 40A angezeigte Druck normalerweise im wesentlichen gleich dem Druck ist, der von dem zweiten Druckmeßgerät 40B angezeigt wird.

Das erste Strommeßgerät 41A arbeitet als Teil einer Geschwindigkeitssteuervorrichtung, und das zweite Druckmeßgerät 40B arbeitet als Teil einer Drucksteuervorrichtung.

Bei der ersten Ausführungsform werden Wasserstoffgas und Trimethylgallium-Gas (TMG), verdünnt mit dem Wasserstoffgas, dem oberen Kanal 12a mit einer Geschwindigkeit von etwa 6 m/sec in der Nähe der Gaseinlaßöffnung 21 zugeführt.

Ammoniakgas (NH₃) wird dem unteren Kanal 12b mit einer Geschwindigkeit von etwa 6 m/sec in der Nähe der Gaseinlaßöffnung 21 zugeführt.

Die Ausgangsgase, die getrennt dem oberen und unteren Kanal 12a bzw. 12b zugeführt werden, vereinigen sich miteinander in der Nähe der Verbindungsstelle zwischen dem Reaktorgehäuse 11 und dem Gaseinlaßrohr 12. Die Geschwindigkeit der über den Suszeptor 31 fließenden Gase wird so gesteuert, daß sie etwa 0,6 m/sec beträgt. Weiterhin wird der Innendruck des Reaktorgehäuses 11 auf etwa 0,5 Atmosphären gesteuert.

Wie in Fig. 1A gezeigt ist, verteilen sich Stromlinien 110 im wesentlichen gleichförmig innerhalb des Reaktorgehäuses 11. Weiterhin sind die Temperaturverteilung 50, die Verteilung 51 der Dicke und die Geschwindigkeitsverteilung von Stromlinien 110 (nicht gezeigt) im wesentlichen räumlich gleichförmig über dem Wafer 100, der auf dem Suszeptor 31 gehaltert wird.

In Fig. 1A sind zur Vereinfachung die Temperaturverteilung 50, die Verteilung 51 der Dicke und die Stromlinien 100 nur zum Teil auf einer Seite der Symmetrieachse dargestellt, die in der Richtung verläuft, in welcher die Ausgangsgase 101 fließen. Tatsächlich sind dieselben Muster auch symmetrisch auf der anderen Seite der Symmetrieachse vorhanden. Das gleiche gilt für die Fig. 2, 3, 4 und 5.

Als nächstes wird beschrieben, was geschieht, wenn der Innendruck des Reaktorgehäuses von etwa 0,5 Atmosphären auf etwa 2,0 Atmosphären erhöht wird, wobei die Geschwindigkeit der Ausgangsgase 101, die durch die Gaseinlaßöffnung 21 zugeführt werden, auf etwa 6 m/sec in der Nähe der Gaseinlaßöffnung 21 gehalten wird, um die Kristallqualität des auf dem Wafer 100 abgelagerten Films zu verbessern.

Fig. 2 zeigt die Temperaturverteilung 50, die Verteilung der Dicke 51 und die Stromlinien 110 in dem horizontalen Reaktor 10, wenn nur der Gasdruck erhöht wurde.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, trennt sich eine Stromlinie 110, die bislang entlang der Innenwandoberfläche des Gaseinlaßrohrs 12 geflossen ist, an einem Punkt von der Oberfläche in einer Geschwindigkeitsgrenzschicht nahe der Wand des Gaseinlaßrohrs 12. Dann beginnt die Stromlinie 110 stromabwärts zu fließen, um einen Wirbel 110a zu erzeugen.

Wenn der Wirbel 110a erzeugt wird, dann wird die Kanalbreite des Gasflusses im wesentlichen verringert, oder werden die Stromlinien 110 verformt. Daher zeigt die Geschwindigkeitsverteilung des Gasflusses mit den Stromlinien 110 eine verringerte räumliche Gleichförmigkeit über dem Suszeptor 31. Unter anderem erhöht ein Teil des Gasflusses mit der Stromlinie 110 um die Symmetrieachse herum beträchtlich seine Geschwindigkeit in dem Reaktorgehäuse 11. Daher steigt die Gastemperatur nicht so an, daß sie einen vorbestimmten Wert erreicht, sondern wird ein kälteres Gas mit höherer Dichte dem Zentrum des Suszeptors 31 zugeführt. Daher verlieren die Temperaturverteilung 50 und die Verteilung 51 der Dicke in Fig. 2 einen erheblichen Anteil ihrer Gleichförmigkeit über dem Zentrum des Suszeptors 31. Daher wird es schwierig, die Dicke und die Qualität des Films ausreichend gleichförmig zu halten, wie dies angestrebt wird.

Wenn wie voranstehend geschildert der Wirbel 110a entsteht, bleiben darüber hinaus die Ausgangsgase zum Teil innerhalb des Wirbels 110a stecken, wodurch der Austausch eines Ausgangsgases durch ein anderes nachteilig verzögert wird. Selbst wenn bei dem Halbleiterfilm, der abgelagert wird, dessen Zusammensetzung geändert werden soll, kann das Grenzflächenprofil nicht ausreichend steil ausgebildet werden.

Zur Lösung dieser Probleme setzt die erste Ausführungsform eine Proportionalität ein, die zwischen der Flußrate eines Gases und dessen Flußgeschwindigkeit und Druck herausgefunden wurde. Im einzelnen wird bei dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel, um die sich ergebende Flußrate der durch die Gaseinlaßöffnung 21 zugeführten Gase an die Rate bei dem Fig. 1 gezeigten Beispiel anzugleichen, die Gasflußgeschwindigkeit in der Nähe der Gaseinlaßöffnung 21 von etwa 6 m/sec auf etwa 1,5 m/sec verringert, wobei der Innendruck des Reaktorgehäuses 11 auf etwa 2,0 Atmosphären gehalten wird.

Wie voranstehend geschildert umfassen die Verfahrensbedingungen für das in Fig. 1 gezeigt Beispiel einen Innendruck von etwa 0,5 Atmosphären für das Reaktorgehäuse 11 sowie eine Gasflußgeschwindigkeit von etwa 6 m/sec in der Nähe der Gaseinlaßöffnung 21. Andererseits umfassen die Verfahrensbedingungen für das in Fig. 3 gezeigte Beispiel einen Innendruck von etwa 2,0 Atmosphären für das Reaktorgehäuse 11 sowie eine Gasflußgeschwindigkeit von etwa 1,5 m/sec in der Nähe der Gaseinlaßöffnung 21. In beiden Fällen beträgt das Produkt des Innendrucks und der Gasflußgeschwindigkeit des Gases etwa 3,0. Bei der ersten Ausführungsform wird dieser Wert als eine Bezugsflußrate verwendet.

Um eine optimale Bezugsflußrate aufzufinden, ist es vorzuziehen, einen Anfangswert des Innendrucks auf 1 Atmosphäre oder weniger einzustellen, und dann allmählich die Gasflußgeschwindigkeit zu ändern.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist der in Fig. 2 erzeugte Wirbel 110a verschwunden, so daß die Temperaturverteilung 50, die Verteilung 51 der Dicke und die Geschwindigkeitsverteilung der Stromlinien 110 im wesentlichen räumlich gleichförmig über dem Wafer 100 sind, der auf dem Suszeptor 31 gehaltert wird. Daher kann ein qualitativ guter Film oder eine qualitativ gute Schicht für jeden eingeladenen Wafer erhalten werden, wie bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel.

Es ist deutlich geworden, daß die Qualität eines abgelagerten Films wie erwünscht verbessert werden kann, durch Änderung des Innendruckes und der Gasflußgeschwindigkeit auf solche Weise, daß eine vorbestimmte Bezugsflußrate beibehalten wird.

AUSFÜHRUNGSFORM 2

Nachstehend wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Bei der zweiten Ausführungsform sind die Verfahrensbedingungen für das in Fig. 1 gezeigte Beispiel abgeändert, um die Kristallqualität und die Ablagerungsrate des sich ergebenden Films zu verbessern. Genauer gesagt wird geschildert, was passiert, wenn die Gasflußgeschwindigkeit in der Nähe der Gaseinlaßöffnung 21 von etwa 6 m/sec auf etwa 24 m/sec erhöht wird, während der Innendruck des Reaktorgehäuses auf etwa 0,5 Atmosphären gehalten wird.

Fig. 4 zeigt die Temperaturverteilung 50, die Verteilung 51 der Dicke und die Stromlinien 110 in dem horizontalen Reaktor 10, wenn nur die Gasflußgeschwindigkeit erhöht wurde.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, trennt sich eine Stromlinie 110, die bislang entlang der Innenwandoberfläche des Gaseinlaßrohrs 11 geflossen ist, von der Oberfläche ab. Dann beginnt die Stromlinie 110 stromabwärts zu fließen, so daß ein Wirbel 110a erzeugt wird. Wenn der Wirbel 110a erzeugt wird, dann wird die Kanalbreite des Gasflusses wesentlich verringert, oder werden die Stromlinien 110 verformt. Dies führt dazu, daß die Geschwindigkeitsverteilung des Gasflusses mit den Stromlinien 110 eine verringerte räumliche Gleichförmigkeit über dem Suszeptor 31 aufweist. Unter anderem erhöht ein Teil des Gasflusses, der durch die Stromlinien 110 um die Symmetrieachse herum dargestellt ist, seine Geschwindigkeit beträchtlich in dem Reaktorgehäuse 11. Daher steigt die Gastemperatur nicht so an, daß ein vorbestimmter Wert erreicht wird, sondern wird ein kälteres, dichteres Gas dem Zentrum des Suszeptors 31 zugeführt. Daher ist bei der Temperaturverteilung 50 und der Verteilung 51 der Dicke in Fig. 4 ein erheblicher Anteil ihrer Gleichförmigkeit über dem Zentrum des Wafers 100 verloren gegangen. Daher wird es schwierig, die Dicke und Qualität des Films ausreichend gleichförmig zu halten, wie dies eigentlich erwünscht ist.

Die Temperaturverteilung 50, die Verteilung 51 der Dicke und die Stromlinien 110, die in Fig. 4 gezeigt sind, sind im wesentlichen ebenso wie in Fig. 2, infolge der Verfahrensbedingungen mit einer Gasflußgeschwindigkeit von etwa 6 m/sec und einem Innendruck von etwa 2,0 Atmosphären.

Weiterhin haften, wie voranstehend geschildert, wenn der Wirbel 110a erzeugt wird, die Ausgangsgase zum Teil im Inneren des Wirbels 110a an oder werden dort festgehalten, so daß der Austausch eines Ausgangsgases durch ein anderes in negativer Art und Weise verzögert wird. Wenn bei dem Halbleiterfilm, der abgelagert wird, dessen Zusammensetzung geändert werden soll, ist in diesem Fall das Grenzflächenprofil nicht ausreichend steil.

Angesichts dieser Probleme wird der Innendruck des Reaktorgehäuses 11 von etwa 0,5 Atmosphären auf etwa 0,125 Atmosphären verringert, während die Gasflußgeschwindigkeit in der Nähe der Gaseinlaßöffnung 21 auf etwa 24 m/sec gehalten wird, um die Flußrate der über die Gaseinlaßöffnung 21 gelieferten Gase an die Bezugsflußrate von etwa 3,0 anzugleichen, die für das in Fig. 1 gezeigte Beispiel festgelegt wurde.

Dann verschwindet, wie in Fig. 5 gezeigt, der in Fig. 4 erzeugte Wirbel 110a, und sind die Temperaturverteilung 50, die Verteilung 51 der Dicke und die Geschwindigkeitsverteilung der Stromlinien 110 im wesentlichen räumlich gleichförmig über dem Wafer 100, der auf dem Suszeptor 31 gehaltert wird. Daher kann ein qualitativ hochwertiger Film für jeden eingeladenen Wafer erhalten werden, wie bei den in den Fig. 1 oder 3 gezeigten Beispielen.

Wie voranstehend geschildert wird bei der ersten oder zweiten Ausführungsform, wenn eine Bezugsflußrate vorher so festgelegt wird, daß die Dicke eines Films vergleichmäßigt wird, und dann die Verfahrensbedingungen geändert werden, um einen bevorzugteren Innendruck zu erhalten, die Flußgeschwindigkeit eines Gases so gesteuert, daß die Bezugsflußrate konstant gehalten wird. Auf diese Weise kann die Dicke des abgelagerten Films gleichförmig gehalten werden.

Weiterhin kann, wenn die Verfahrensbedingungen geändert werden, um eine bevorzugtere Gasflußgeschwindigkeit zu erzielen, die Dicke des abgelagerten Films ebenfalls durch Steuern des Innendrucks gleichförmig gehalten werden, so daß die Bezugsflußrate konstant gehalten wird. In diesem Fall wird der Innendruck vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von etwa 0,01 Atmosphären und etwa 2 Atmosphären eingestellt.

Darüber hinaus müssen die abzulagernden Halbleiterfilme nicht aus Verbindungen der Gruppe III-V bestehen, sondern können auch aus Verbindungen der Gruppe II-VI bestehen.

AUSFÜHRUNGSFORM 3

Nachstehend wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Bei der ersten und zweiten Ausführungsform, bei denen die Verfahrensbedingungen zur Ablagerung eines Films auf einem Wafer geändert werden sollen, um einen anderen Film auf einem anderen Wafer abzulagern, werden die Flußgeschwindigkeit und der Druck von Ausgangsgasen innerhalb eines derartigen Bereiches gesteuert oder geregelt, daß eine Bezugsflußrate unverändert bleibt.

Anhand der dritten Ausführungsform wird beschrieben, wie zumindest zwei Filme mit voneinander verschiedenen Zusammensetzungen auf einem Wafer abgelagert werden können, wobei die Verfahrensbedingungen entsprechend der Zusammensetzung der Filme geändert werden.

Die Fig. 6A und 6B zeigen Querschnittsansichten entsprechend jeweiligen Verfahrensschritten zur Herstellung einer violettes Licht aussendenden Halbleiterlaserdiode, die aus Nitrid-Halbleitern der Gruppe III-V hergestellt werden, gemäß der dritten Ausführungsform.

Zuerst wird, wie in Fig. 6A gezeigt, ein Wafer 60, der beispielsweise aus Saphir besteht, auf den Suszeptor 31 des horizontalen Reaktors 10 gehaltert, der in Fig. 1 gezeigt ist. Dann werden in dieser Reihenfolge folgende Schichten stapelförmig auf dem Wafer 60 angeordnet: eine Pufferschicht 61 aus Galliumnitrid (GaN), eine Kontaktschicht 62 des n-Typs aus GaN, eine Mantelschicht 63 des n-Typs aus Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN), eine aktive Schicht 64 mit mehreren Quantentöpfen (MQW), eine Mantelschicht 65 des p-Typs aus AlGaN, und eine Kontaktschicht 66 des p-Typs aus GaN. Die aktive MQW-Schicht 64 wird dadurch ausgebildet, daß abwechselnd mehrere Sperrschichten 64a und mehrere Potentialtopfschichten 64b gestapelt angeordnet werden, die aus AlGaN bzw. Indiumgalliumnitrid (InGaN) bestehen.

Bei der Ablagerung der Pufferschicht 61 und der n- und p-Typ- Kontaktschicht 62 und 66 wird TMG-Gas, das mit Stickstoffgas (N₂) verdünnt ist, als Ausgangsmaterial der Gruppe III dem oberen Kanal zugeführt, mit einer Geschwindigkeit von etwa 6 m/sec in der Nähe der Gaseinlaßöffnung, und wird NH₃-Gas als Ausgangsmaterial der Gruppe V dem unteren Kanal zugeführt, mit einer Geschwindigkeit von etwa 6 m/sec in der Nähe der Gaseinlaßöffnung. Der Innendruck innerhalb des Reaktorgehäuses wird auf etwa 0,4 Atmosphären gesteuert oder geregelt.

Bei der Ablagerung der n- und p-Typ-Mantelschichten 63 und 65 und der Sperrschichten 64a, welche Aluminium (Al) enthalten, werden die Gase TMG und Trimethylaluminium (TMA), verdünnt mit N₂-Gas, als Ausgangsmaterialien der Gruppe III verwendet, und wird NH₃ als Ausgangsmaterial der Gruppe V verwendet. Die Geschwindigkeit jedes dieser Gase in der Nähe der Gaseinlaßöffnung wird auf etwa 6 m/sec gesteuert oder geregelt. Der Innendruck innerhalb des Reaktorgehäuses wird auf etwa 0,4 Atmosphären gesteuert oder geregelt.

Bei der Ablagerung der Potentialtopfschichten 64b, welche Indium (In) enthalten, werden die Gase TMG und Trimethylindium (TMI), verdünnt mit N₂-Gas als Ausgangsmaterialien der Gruppe III verwendet, und wird NH₃-Gas als Ausgangsmaterial der Gruppe V verwendet. Da In einen hohen Dampfdruck aufweist, sollte der Innendruck höher gewählt werden, im Vergleich zur Ablagerung eines Films, der kein In enthält. Die Flußgeschwindigkeit jedes dieser Gase in der Nähe der Gaseinlaßöffnung wird auf etwa 2 m/sec gesteuert oder geregelt, und der Innendruck des Reaktorgehäuses wird auf etwa 1,2 Atmosphären gesteuert oder geregelt, um eine Bezugsflußrate beizubehalten, die proportional zum Produkt der Gasflußgeschwindigkeit und des Innendrucks des Reaktorgehäuses ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Bezugsflußrate gleich 2,4 ( = 6 (m/s) × 0,4 (atm)).

Dann wird, wie in Fig. 6B gezeigt, bei der p-Typ- Kontaktschicht 66, der p-Typ-Mantelschicht 65, der aktiven MQW-Schicht 64 und der n-Typ-Mantelschicht 63 eine selektive Trockenätzung durchgeführt, um die n-Typ-Kontaktschicht 62 freizulegen. Weiterhin wird eine n-seitige Elektrode 67 als Stapel aus Filmen aus Titan (Ti) und Aluminium (Al) auf der freigelegten Oberfläche der n-Typ-Kontaktschicht 62 ausgebildet. Dann wird eine mit einem Steg versehene p-seitige Elektrode 68 als Stapel aus Filmen aus Nickel (Ni) und Gold (Au) auf der p-Typ-Kontaktschicht 66b ausgebildet. Die n- und die p-seitige Elektrode 67 bzw. 68 können auch in entgegengesetzter Reihenfolge hergestellt werden.

Bei der Herstellung einer Halbleiterlaserdiode mit Halbleiterschichten mit voneinander verschiedenen Zusammensetzungen wird die Flußgeschwindigkeit oder der Druck von Ausgangsgasen entsprechend der Zusammensetzung jeder dieser Schichten geändert, so daß die Bezugsflußrate der Ausgangsgase konstant gehalten wird. Auf diese Weise kann bei jedem abgelagerten Film erreicht werden, daß dessen Dicke räumlich gleichförmig gehalten wird, und kann dessen Qualität verbessert werden.

Wenn die Sperrschichten 64a aus Galliumnitrid hergestellt werden sollen, kann Trimethylgalliumgas, verdünnt mit N₂-Gas, und NH₃-Gas so zugeführt werden, daß eine Geschwindigkeit von etwa 6 m/sec in der Nähe der Gaseinlaßöffnung und ein Innendruck von etwa 0,4 Atmosphären in dem Reaktorgehäuse vorhanden sind. Auch dann kann ein Film mit hervorragender Qualität erhalten werden.

Darüber hinaus ist der Aufbau der Resonatorkavity der Halbleiterlaserdiode gemäß der dritten Ausführungsform nur ein Beispiel, so daß die aktive MQW-Schicht 64 auch den Aufbau eines einzigen Quantenpotentialtopfes aufweisen kann, mit einer Schicht 64b mit einem einzelnen Potentialtopf.

Weiterhin kann die aktive MQW-Schicht 64 sandwichartig zwischen Lichtführungen des Typs n und p eingeschlossen sein, oder kann eine optische Führungsschicht aufweisen.

Weiterhin muß ein herzustellendes Halbleitergerät nicht unbedingt eine Halbleiterlaserdiode sein, sondern kann beispielsweise auch eine lichtemittierende Diode sein.

Claims

1. Verfahren zur Ablagerung eines Halbleiterfilms auf einem Wafer dadurch, daß ein zugeführten Ausgangsgas dazu veranlaßt wird, annähernd horizontal zur Oberfläche des Wafers zu fließen,
wobei bei dem Ausgangsgas dessen Flußgeschwindigkeit und/oder Druck so geändert wird, daß das Ausgangsgas mit einer im wesentlichen konstanten Flußrate zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck das Ausgangsgases auf innerhalb eines Bereiches von etwa 0,01 Atmosphären bis etwa 2 Atmosphären eingestellt wird.

3. Verfahren zur Ablagerung eines Halbleiterfilms auf einen Wafer dadurch, daß ein zugeführtes Ausgangsgas dazu veranlaßt wird, annähernd horizontal auf die Oberfläche des Wafers zu fließen, mit folgenden Schritten:

a) Steuern der Flußgeschwindigkeit und des Drucks des Ausgangsgases, um eine erste Flußgeschwindigkeit und einen ersten Druck zu ermitteln, die in Kombination im wesentlichen die Dicke des abgelagerten Films vergleichförmigen, und nachfolgende Bestimmung einer Bezugsflußrate, die in einer vorbestimmten Beziehung zum Produkt aus der ersten Flußgeschwindigkeit und dem ersten Druck steht, für das Ausgangsgas;
b) Ändern der ersten Flußgeschwindigkeit und des ersten Drucks zu einer zweiten Flußgeschwindigkeit und einem zweiten Druck, wobei die Bezugsflußrate konstant gehalten wird; und
c) Zuführen des Ausgangsgases auf den Wafer bei der Bezugsflußrate, wobei die Flußgeschwindigkeit unter Druck des Ausgangsgases gleich der zweiten Flußgeschwindigkeit bzw. gleich dem zweiten Druck eingestellt wird, wodurch der Film auf dem Wafer abgelagert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt

a) die erste Flußgeschwindigkeit durch Einstellung eines Anfangswertes für den ersten Druck auf 1 Atmosphäre oder weniger bestimmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste oder zweite Druck jeweils auf innerhalb eines Bereiches von etwa 0,01 Atmosphären bis etwa 2 Atmosphären eingestellt wird.

6. Verfahren zur Herstellung eines Halbleitergeräts, das zumindest einen ersten und einen zweiten Halbleiterfilm aufweist, die in dieser Reihenfolge stapelförmig auf einem Wafer angeordnet werden, wobei zumindest ein erstes, ein zweites und ein drittes Ausgangsgas, die geliefert werden, zu einem annähernd horizontalen Fluß zur Oberfläche des Wafers veranlaßt werden, mit folgenden Schritten:

a) Steuern der Flußgeschwindigkeit und des Drucks des ersten Ausgangsgases auf solche Weise, daß eine erste Flußgeschwindigkeit und ein erster Druck ermittelt werden, die in Kombination im wesentlichen die Dicke jedes der abzulagernden Filme vergleichförmigen, und dann Bestimmen einer Bezugsflußrate, die in einer vorbestimmten Beziehung zu dem Produkt aus der ersten Flußgeschwindigkeit und dem ersten Druck steht, für das erste Ausgangsgas;
b) Einstellung einer zweiten Flußgeschwindigkeit und eines zweiten Drucks, die sich von der ersten Flußgeschwindigkeit bzw. dem ersten Druck unterscheiden, für das zweite Ausgangsgas, wobei die Bezugsflußrate konstant gehalten wird, und das zweite Ausgangsgas eine Viskosität aufweist, die im wesentlichen gleich jener des ersten Ausgangsgases ist;
c) Zuführen des zweiten Ausgangsgases auf den Wafer bei der Bezugsflußrate, wobei die Flußgeschwindigkeit unter Druck des zweiten Ausgangsgases auf die zweite Flußgeschwindigkeit bzw. den zweiten Druck eingestellt werden, wodurch der erste Film auf dem Wafer abgelagert wird;
d) Einstellung einer dritten Flußgeschwindigkeit und eines dritten Drucks, die sich von der zweiten Flußgeschwindigkeit bzw. dem zweiten Druck unterscheiden, für das dritte Ausgangsgas, wobei die Bezugsflußrate konstant gehalten wird, und das dritte Ausgangsgas eine Viskosität aufweist, die im wesentlichen gleich jener des ersten Ausgangsgases ist; und
e) Zuführen des dritten Ausgangsgases auf den ersten Film bei der Bezugsflußrate, wobei die Flußgeschwindigkeit und der Druck des dritten Ausgangsgases auf die dritte Flußgeschwindigkeit bzw. den dritten Druck eingestellt werden, wodurch der zweite Film auf dem ersten Film abgelagert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Film jeweils zumindest ein Element der Gruppe III und zumindest ein Element der Gruppe V aufweist, und
wobei das zweite Ausgangsgas Gallium und Indium als Ausgangsmaterialien für das Element der Gruppe III enthält, und der für das zweite Ausgangsgas eingestellte zweite Druck etwa 0,3 Atmosphären oder mehr beträgt, und
das dritte Ausgangsgas Gallium und Aluminium als Ausgangsmaterialien für das Element der Gruppe III enthält, und der für das dritte Ausgangsgas eingestellte dritte Druck etwa 1,0 Atmosphären oder weniger beträgt, und
der zweite Druck größer oder gleich dem dritten Druck ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, zweite und dritte Druck jeweils auf innerhalb eines Bereiches von etwa 0,01 Atmosphären bis etwa 2 Atmosphären eingestellt wird.

9. Einrichtung zur Ablagerung eines Halbleiterfilms auf einen Wafer, wobei ein zugeführtes Ausgangsgas dazu veranlaßt wird, daß es annähernd horizontal auf die Oberfläche des Wafers fließt, wobei die Einrichtung aufweist:
einen Reaktor, in welchem der Wafer angeordnet wird, und der eine Gaseinlaßöffnung zum Zuführen des Ausgangsgases auf den Wafer aufweist;
eine Geschwindigkeitssteuervorrichtung zum Steuern der Flußgeschwindigkeit des Ausgangsgases; und
eine Drucksteuervorrichtung zum Steuern des Drucks des Ausgangsgases in dem Reaktor,
wobei die Geschwindigkeits- und die Drucksteuervorrichtung die Flußgeschwindigkeit bzw. den Druck auf solche Weise steuern, daß die Flußrate des Ausgangsgases in der Nähe der Gaseinlaßöffnung im wesentlichen konstant gehalten wird.