DE102017009110B3

DE102017009110B3 - Flüssigphasenepitaxievorrichtung

Info

Publication number: DE102017009110B3
Application number: DE102017009110.2A
Authority: DE
Inventors: Volker Dudek
Original assignee: 35 Power Electronics GmbH
Current assignee: 35 Power Electronics GmbH
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2017-09-29
Publication date: 2018-10-04
Anticipated expiration: 2037-09-30

Abstract

Flüssigphasenepitaxievorrichtung (10), aufweisend einen Reaktionsbehälter (12) zur Aufnahme von mindestens einer Halbleiterscheibe (30), wobei- - der Reaktionsbehälter (12) einen Gaseinlass (14) und einen Gasauslass (16) aufweist und um eine Drehachse (D) um mindestens +/- 60° kipp- oder drehbar ist,- - in dem Reaktionsbehälter (12) ein erster Behälter (26) mit einer Haltevorrichtung (36, 38) für die mindestens eine Halbleiterscheibe (28) und ein zweiter Behälter (30) zur Aufnahme einer ersten Schmelze (34.1) jeweils mit dem Reaktionsbehälter (12) mitdrehend angeordnet sind,- - der erste Behälter (26) eine Oberseite mit mindestens einer Einlauföffnung aufweist,- - der zweite Behälter (30) einen Boden und eine zu dem Boden einen ersten Abstand (A1) aufweisende Auslauföffnung (46) aufweist und- - der zweite Behälter (30) oberhalb des ersten Behälters (26) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass- in dem Reaktionsbehälter (12) mindestens ein dritter Behälter (32) zur Aufnahme einer zweiten Schmelze (34.2) mit dem Reaktionsbehälter (12) mitdrehend angeordnet ist,- der dritte Behälter (32) einen Boden und eine zu dem Boden einen zweiten Abstand (A2) aufweisende Auslauföffnung (48) aufweist und oberhalb des ersten Behälters (26) angeordnet ist,- wobei der zweite Abstand (A2) größer als der erste Abstand (A1) ist und/oder die Auslauföffnung (48) des dritten Behälters (32) in Bezug auf eine durch die Drehachse (D) verlaufende Vertikale (V) auf einer der Auslauföffnung (46) des zweiten Behälters (30) entgegengesetzten Seite angeordnet ist,- so dass bei einer Drehung des Reaktionsbehälters (12) um einen ersten Winkel (a1) zu der Vertikalen (V) die erste Schmelze (34.1.) aus dem zweiten Behälter (30) durch die Auslauföffnung (46) in den ersten Behälter (26) gelangt und bei einer Drehung des Reaktionsbehälters (12) um einen zweiten Winkel (a2) zu der Vertikalen (V) die zweite Schmelze (34.2) aus dem dritten Behälter (32) durch die Auslauföffnung (48) in den ersten Behälter (26) gelangt, wobei der zweite Winkel (a2) betragsmäßig größer als der erste Winkel (a1) ist und/oder ein entgegengesetztes Vorzeichen aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigphasenepitaxievorrichtung.
Aus „GaAs Power Devices“ von German Ashkinazi, ISBN 965-7094-19-4, Seiten 58 bis 63 ist eine Flüssigphasenepitaxievorrichtung mit einem kippbar gelagerten Doppelschiffchen bekannt.
Andere Ausführungsformen von Flüssigphasenepitaxievorrichtungen sind aus der DE 101 35 574 A1 , der DE 692 09 564 T2 oder der DE 31 06 484 A1 bekannt. Auch aus der WO 2004 / 024 999 A1 ist eine Reaktor und Verfahren zur Flüssigphasenepitaxie bekannt.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung anzugeben, die den Stand der Technik weiterbildet.
Die Aufgabe wird durch eine Flüssigphasenepitaxievorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Gemäß dem Gegenstand der Erfindung wird eine Flüssigphasenepitaxievorrichtung bereitgestellt, aufweisend einen Reaktionsbehälter zur Aufnahme von mindestens einer Halbleiterscheibe.
Der Reaktionsbehälter weist einen Gaseinlass und einen Gasauslass auf und ist um eine Drehachse um mindestens +/- 60° kipp- oder drehbar. Vorzugsweise ist der Reaktionsbehälter um mindestens +/- 90° oder mindestens +/-180° oder mindestens +/-270° kipp- oder drehbar.
In dem Reaktionsbehälter sind ein erster Behälter mit einer Haltevorrichtung für die mindestens eine Halbleiterscheibe und ein zweiter Behälter zur Aufnahme einer ersten Schmelze jeweils mit dem Reaktionsbehälter mitdrehend angeordnet.
Der erste Behälter weist eine Oberseite mit mindestens einer Einlauföffnung auf.
Der zweite Behälter weist einen Boden und eine zu dem Boden einen ersten Abstand aufweisende Auslauföffnung auf, wobei der zweite Behälter oberhalb des ersten Behälters angeordnet ist.
In dem Reaktionsbehälter ist mindestens ein dritter Behälter zur Aufnahme einer zweiten Schmelze mit dem Reaktionsbehälter mitdrehend angeordnet.
Der dritte Behälter weist einen Boden und eine zu dem Boden einen zweiten Abstand aufweisende Auslauföffnung auf.
Der dritte Behälter ist oberhalb des ersten Behälters angeordnet, wobei der zweite Abstand größer als der erste Abstand ist, so dass bei einer Drehung des Reaktionsbehälters um einen ersten Winkel, bevorzugt zwischen 10° und 50°, besonders bevorzugt 30°, zu einer Vertikalen die erste Schmelze aus dem zweiten Behälter durch die Auslauföffnung in den ersten Behälter gelangt.
Bei einer Drehung des Reaktionsbehälters um einen zweiten Winkel zu einer Vertikalen, bevorzugt zwischen 40° und 80° oder zwischen -10° und -50°, besonders bevorzugt 60°, gelangt die zweite Schmelze aus dem dritten Behälter durch die Auslauföffnung in den ersten Behälter, wobei der zweite Winkel größer als der erste Winkel ist und/oder ein entgegengesetztes Vorzeichen aufweist.
Als Vertikale wird eine durch die Drehachse des Reaktionsbehälters verlaufende, vertikal ausgerichtete Achse bezeichnet. Die Drehachse verläuft bevorzugt horizontal.
Es versteht sich, dass in flüssigem Zustand der jeweilige Abstand zwischen der Auslauföffnung und dem Boden des zweiten bzw. dritten Behälters, also die Höhe der Auslauföffnung über dem Behälterboden ebenso wie die Seite auf der die Auslauföffnung bezogen auf die Vertikale angeordnet ist und die Füllhöhe, also die Menge bzw. das Volumen der Schmelze Einfluss auf denjenigen notwendigen Drehwinkel des Reaktionsbehälters haben, der mindestens erreicht werden muss, um ein Austreten der Schmelze aus dem jeweiligen Behälter zu erreichen.
Dabei wird das Austreten durch eine Drehung in Richtung der Auslauföffnung erreicht, während durch eine Drehung in die entgegengesetzte Richtung ein Auslaufen verhindert wird.
So wird durch einen größeren zweiten Abstand zwischen Auslauföffnung und Boden des dritten Behälters im Vergleich zu dem ersten Abstand zwischen Auslauföffnung und Boden des zweiten Behälters oder durch eine Anordnung der Auslauföffnungen des zweiten und des dritten Behälters auf unterschiedlichen Seiten bezogen auf die Vertikale erreicht, dass die erste Schmelze bei einem ersten Drehwinkel in den ersten Behälter eintritt, ohne dass die zweite Schmelze den dritten Behälter verlässt.
Ein Eintreten der zweiten Schmelze in den ersten Behälter wird erst bei einem zweiten Drehwinkel erreicht. So ist der Eintritt der Schmelzen auf einfache Weise zeitlich steuerbar.
Es versteht sich, dass der zweite Behälter sowie der dritte Behälter so ober-halb des ersten Behälters angeordnet sind, dass sich die Auslauföffnungen jeweils zumindest bei Erreichen des jeweils für ein Austreten der Schmelze notwendigen Drehwinkels oberhalb der Einlauföffnung des ersten Behälters befinden.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, dass mit einem einzigen Befüll-Vorgang des Reaktionsbehälters auch unterschiedliche Schichten, insbesondere Schichten mit unterschiedlicher Zusammensetzung und/oder mit unterschiedlicher Dotierung, aufgewachsen werden können. Die hierfür notwendigen unterschiedlichen Schmelzen werden getrennt in unterschiedlichen Behältern bereitgestellt und das Eintreten der unterschiedlichen Schmelzen in den ersten Behälter mit den Halbleiterscheiben wird auf einfache Weise über den Drehwinkel bzw. die Drehwinkelposition des Reaktionsbehälters geregelt.
Insbesondere lässt sich die Flüssigphasenepitaxie für die Epitaxie von III-V Halbeiterscheiben, wie beispielsweise GaAs-Scheiben verwenden.
In einer alternativen Ausführungsform ist in dem Reaktionsbehälter ein vierter Behälter zur Aufnahme einer dritten Schmelze mit dem Reaktionsbehälter drehbar angeordnet, wobei der vierte Behälter einen Boden und einen zu dem Boden einen dritten Abstand aufweisende Auslauföffnung aufweist, der vierte Behälter oberhalb des ersten Behälter angeordnet ist und der dritte Abstand größer als der zweite Abstand ist. Durch weitere Behälter für weitere Schmelzen lassen sich weitere Schichten aufwachsen, ohne den Prozess unterbrechen und den Reaktionsbehälter öffnen zu müssen. Für den vierten Behälter bzw. jeden weiteren Behälter gelten die hinsichtlich des zweiten und dritten Behälters gemachten Ausführungen.
In einer Weiterbildung ist in dem Reaktionsbehälter unterhalb des ersten Behälters ein Ausgussbecken angeordnet und der erste Behälter weist eine Auslauföffnung auf. Hierdurch kann eine Schmelze bzw. ein verbleibender Teil einer Schmelze beispielsweise vor dem Eintreten einer weiteren Schmelze durch eine Dreh- oder Kippbewegung aus dem ersten Behälter entfernt werden. Der hierfür notwendige Drehwinkel ergibt sich aus dem Abstand der Auslauföffnung zu einem Boden des ersten Behälters.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Hierbei werden gleichartige Teile mit identischen Bezeichnungen beschriftet. Die dargestellten Ausführungsformen sind stark schematisiert, d.h. die Abstände und die lateralen und die vertikalen Erstreckungen sind nicht maßstäblich und weisen, sofern nicht anders angegeben, auch keine ableitbaren geometrischen Relationen zueinander auf. Darin zeigt:

1 eine schematische Ansicht auf eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform einer Flüssigphasenepitaxievorrichtung,
2 einen schematischen Querschnitt einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Reaktionsbehälters,
3A,B eine schematische Veranschaulichung einer Drehbewegung eines Reaktionsbehälters,
4 eine schematische Ansicht auf eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform einer Flüssigphasenepitaxievorrichtung.

Die Abbildung der 1 zeigt eine Ansicht einer ersten Ausführungsform, aufweisend einer Flüssigphasenepitaxievorrichtung 10, aufweisend einen zylinderförmigen Reaktionsbehälter 12 mit einem Gaseinlass 14 und einem Gasauslass 16. Der Reaktionsbehälter 12 ist innerhalb einer entsprechenden Aussparung in einem Ofen 20 angeordnet und um eine Drehachse D Drehbar gelagert. In dem Reaktionsbehälter 12 sind mehrere Schiffchen 24 nebeneinander oder hintereinander angeordnet.
In der Abbildung der 2 ist ein Querschnitt des Reaktionsbehälters 12 aus 1 dargestellt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu der Abbildung der 1 erläutert. In einem Schiffchenträger 24 ist ein Schiffchen 22 angeordnet. Das Schiffchen 22 besteht aus einem ersten Behälter 26 zur Aufnahme mehrerer Halbleiterscheiben 28, einem zweiten Behälter 30 und einem dritten Behälter 32, wobei der zweite Behälter 30 und der dritte Behälter 34 jeweils zur Aufnahme einer ersten Schmelze 34.1 oder Lösung bzw. einer zweiten Schmelze 34.2 oder Lösung dienen.
Die Halbleiterscheiben 28 sind in einer Haltevorrichtung in dem an einer Oberseite offenen, ersten Behälter 26 angeordnet. Die offene Oberseite bildet eine Einlauföffnung. Die Haltevorrichtung weist Halteplatten 36 und Abstandshalter 38 auf. Der zweite Behälter 30 zur Aufnahme der ersten Schmelze 34.1 ist auf der obersten Halteplatte 36 und zumindest teilweise innerhalb des ersten Behälters 26 angeordnet und wird seitlich durch einen ersten Keil 40 gehalten. Der dritte Behälter 32 zur Aufnahme der zweiten Schmelze 34.2 ist auf einer Halteplatte 42 des zweiten Behälters 30 angeordnet und wird seitlich durch einen zweiten Keil 44 gehalten.
Der zweite Behälter 30 weist eine Auslauföffnung 46 und der dritte Behälter 32 eine Auslauföffnung 48 auf. Durch die beiden Auslauföffnungen 46 und 48 gelangen die erste Schmelze 34.1 und die zweite Schmelze 34.2 in flüssigem Zustand in den ersten Behälter 26 und zu den Halbleiterscheiben 28. Das Eintreten der beiden Schmelzen 34.1 und 34.2 in den ersten Behälter 26 wird durch das Drehen des Reaktionsbehälters 12 um die Drehachse D gesteuert.
Dadurch dass ein Abstand der Auslauföffnung 46 des zweiten Behälters 30 zu einem Boden des zweiten Behälters 30 kleiner als ein Abstand er Auslauföffnung 48 des dritten Behälters 32 zu einem Boden des dritten Behälters 32 ist, gelangt die erste Schmelze 34.1 bereits bei einem geringeren Kippwinkel in den ersten Behälter 26, während die zweite Schmelze 34.2 erst bei einem größeren Kippwinkel in den ersten Behälter 26 gelangt.
Die Drehbewegung ist in den 3A und 3B skizziert, wobei der Übersichtlichkeit halber nur der zweite Behälter 30 und der dritte Behälter 32 dargestellt sind und im Folgenden nur die Unterschiede zu der Abbildung der 2 erläutert werden.
Der dritte Behälter 32 ist auf dem zweiten Behälter 30 angeordnet. Wird der Reaktionsbehälter (nicht dargestellt) um einen ersten Drehwinkel a1 im Uhrzeigersinn um die Drehachse D gedreht (3A), so läuft die erste Schmelze 34.1 in einem flüssigen Zustand aus der Auslauföffnung 46 des zweiten Behälters 30 heraus, während die zweite Schmelze 34.2 auch in flüssigem Zustand die Auslauföffnung 48 des dritten Behälters 32 noch nicht erreicht und somit in dem dritten Behälter 32 verbleibt.
Wird der Reaktionsbehälter (nicht dargestellt) im Uhrzeigersinn um einen weiteren Winkel um die Drehachse D gedreht (3B), so dass sich ge-genüber einer Vertikalen V ein Winkel a2 ergibt, so läuft auch die zweite Schmelze 34.2 aus der Auslauföffnung 48 des dritten Behälters 32 heraus.
In der Abbildung der 4 ist ein Querschnitt eines Reaktionsbehälters 12 gemäß einer zweiten Ausführungsform dargestellt. Im Folgenden wer-den nur die Unterschiede zu der Abbildung der 2 erläutert.
In dem Reaktionsbehälter 12 ist in dem Schiffchenträger 24 unterhalb des ersten Behälters 26 ein Ausgussbecken 50 angeordnet. Der erste Behälter 26 weist eine Auslauföffnung 52 auf. Bezogen auf eine durch die Drehachse D verlaufende Vertikale V ist die Auslauföffnung auf einer den Auslauföffnungen 46 und 48 des zweiten und dritten Behälters 30 und 32 gegenüberliegenden Seite der Vertikalen V angeordnet. Die Auslauföffnung 52 des ersten Behälters 26 ist an einer Seitenwand des ersten Behälters 26 in einem dritten Abstand A3 zu einem Boden des ersten Behälters 26 angeordnet.
Während das Eintreten der ersten Schmelze 34.1 und der zweiten Schmelze 34.2 in den ersten Behälter 26 durch eine Drehung im Uhrzeigersinn in Abhängigkeit von dem Drehwinkel gesteuert wird, wird das Austreten von sich im ersten Behälter 26 befindender Schmelze durch eine Drehung gegen den Uhrzeigersinn erreicht.

Claims

Flüssigphasenepitaxievorrichtung (10), aufweisend einen Reaktionsbehälter (12) zur Aufnahme von mindestens einer Halbleiterscheibe (30), wobei - - der Reaktionsbehälter (12) einen Gaseinlass (14) und einen Gasauslass (16) aufweist und um eine Drehachse (D) um mindestens +/- 60° kipp- oder drehbar ist, - - in dem Reaktionsbehälter (12) ein erster Behälter (26) mit einer Haltevorrichtung (36, 38) für die mindestens eine Halbleiterscheibe (28) und ein zweiter Behälter (30) zur Aufnahme einer ersten Schmelze (34.1) jeweils mit dem Reaktionsbehälter (12) mitdrehend angeordnet sind, - - der erste Behälter (26) eine Oberseite mit mindestens einer Einlauföffnung aufweist, - - der zweite Behälter (30) einen Boden und eine zu dem Boden einen ersten Abstand (A1) aufweisende Auslauföffnung (46) aufweist und - - der zweite Behälter (30) oberhalb des ersten Behälters (26) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass - in dem Reaktionsbehälter (12) mindestens ein dritter Behälter (32) zur Aufnahme einer zweiten Schmelze (34.2) mit dem Reaktionsbehälter (12) mitdrehend angeordnet ist, - der dritte Behälter (32) einen Boden und eine zu dem Boden einen zweiten Abstand (A2) aufweisende Auslauföffnung (48) aufweist und oberhalb des ersten Behälters (26) angeordnet ist, - wobei der zweite Abstand (A2) größer als der erste Abstand (A1) ist und/oder die Auslauföffnung (48) des dritten Behälters (32) in Bezug auf eine durch die Drehachse (D) verlaufende Vertikale (V) auf einer der Auslauföffnung (46) des zweiten Behälters (30) entgegengesetzten Seite angeordnet ist, - so dass bei einer Drehung des Reaktionsbehälters (12) um einen ersten Winkel (a1) zu der Vertikalen (V) die erste Schmelze (34.1.) aus dem zweiten Behälter (30) durch die Auslauföffnung (46) in den ersten Behälter (26) gelangt und bei einer Drehung des Reaktionsbehälters (12) um einen zweiten Winkel (a2) zu der Vertikalen (V) die zweite Schmelze (34.2) aus dem dritten Behälter (32) durch die Auslauföffnung (48) in den ersten Behälter (26) gelangt, wobei der zweite Winkel (a2) betragsmäßig größer als der erste Winkel (a1) ist und/oder ein entgegengesetztes Vorzeichen aufweist.
Flüssigphasenepitaxievorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Reaktionsbehälter (12) ein vierter Behälter zur Aufnahme einer dritten Schmelze mit dem Reaktionsbehälter (12) drehbar angeordnet ist, wobei der vierte Behälter einen Boden und einen zu dem Boden einen dritten Abstand aufweisende Auslauföffnung aufweist, der vierte Behälter oberhalb des ersten Behälter angeordnet ist und der dritte Abstand größer als der zweite Abstand ist.
Flüssigphasenepitaxievorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Reaktionsbehälter (12) unterhalb des ersten Behälters ein Ausgussbecken angeordnet ist und der erste Behälter eine Auslauföffnung aufweist.
Flüssigphasenepitaxievorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Winkel a1 zwischen 10° und 50° und der zweite Winkel a2 zwischen 40° und 80° oder zwischen -10° und - 50° beträgt.