DE1444502A1 - Verfahren zur Erzeugung eines pn-UEberganges in der Naehe der Oberflaeche eines Galliumarsenideinkristalls - Google Patents

Verfahren zur Erzeugung eines pn-UEberganges in der Naehe der Oberflaeche eines Galliumarsenideinkristalls

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Description

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IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen Geselhdiafl mbH
Hauptverwaltung 7032 Sindelfingen Postfach 266
Böblingen, 24. April 1968 sa-sr
Amtliches Aktenzeichen: P 14 44 502.4 (J 24 172 IVc/12g)
Aktenz. der Anmelderin: Docket 25 404; IE 38/63
Verfahren zur Erzeugung eines pn-Überganges jn der Nähe der Oberfläche eines Galliumars enideinkristalles
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines pn-Überganges in der Nähe der Oberfläche eines Galliumars enideinkristalles durch epitaxiales Aufwachsen einer einkristallinen Galliumarsenidschicht mittels thermischer Zersetzung von Gallium und Arsen sowie Dotierungssubstanzen enthaltenden, flüchtigen Komponenten.
Zur Herstellung einkristalliner Galliumars enids chichten durch epitaxiales Aufwachsen wird gewöhnlich das Galliumarsenid in die gasförmige Phase überführt und mittels eines Transportgases zu den zu beschichtenden Flächen transportiert, wo es durch Disproportionierungsprozesse ausgeschieden und epitaxial auf diesen Flächen abgelagert wird. Bei diesem Verfahren wird das als Quellenmaterial dienende GaAs teils durch hohe Temperatur, teils durch Reaktion mit dem Transportgas abgebaut. Im Bereich der zu beschichtenden Flächen wird das Gleichgewicht durch Herabsetzen der Temperatur so verschoben, daß ein Teil des Galliumarsenids ausfällt.
Dieses Verfahren hat eine Reihe von schwerwiegenden Nachteilen. Erstens ist die Herstellung von Galliumarsenid sehr hohen Reinheitsgrades, wie er beispielsweise bei der Herstellung von Halbleiter elementen erforderlich ist, sehr
809807/0368
Fernruf Böblingen (07031) *6611 Tefegrimm-Adreeee Inhuamach Sindelfingon Fernschreiber 7265701 ibm d GcKhäftizeit Montag bi» Freitag 8-16.50 Uhr
Neue Unterfaden (Art7gi Aba.2 Nr. 1 Satz3de8AnclerungsgeAV.4w9.l-'
Heue AnmeiuttH9>attterio9eii
24. April 1968
schwierig und kostspielig. Das vorhandene hochreine Material neigt zudem während des angegebenen Verfahrens zur .Aufnahme von Verunreinigungen, was insbesondere durch" die hohe Arbeitstemperatur bedingt ist. Da die aufgebrachten Schichten nicht reiner als das Quellenmaterial sein können, ist diese Tatsache sehr nachteilig.
Als weiterer Nachteil sind die hohen Temperaturen zu betrachten, die bei dem genannten Verfahren erforderlich sind, da dadurch eine Verwischung der Grenzflächen zwischen Keim-Mate rial und aufgewachsenem Material durch Diffusion entsteht.
Da bei der Disproportionierung nur ein Teil des Quellenmaterials ausfällt, ist das Verfahren sehr unrentabel, was bei den hohen Kosten des GaAs besonders schwer ins Gewicht fällt. Darüberhinaus setzt sich das bei der Disproportionierung ausfällende Material, außer auf den Keimen, auch auf den Wänden des Reaktionsgefäßes ab, was außer einer weiteren Verschlechterung des Wirkungsgrades und einer schlechten Reproduzierbarkeit der aufgebrachten Schichten auch die Notwendigkeit eines häufigen Auswechselns des Reaktionsgefäßes zur Folge hat.
Die Erfindung hat zur Aufgabe, die genannten Mängel durch Angabe eines Verfahrens zu beheben, bei dem billigere und leichter rein herstellbare Ausgangssubstanzen Verwendung finden, bei dem kein nennenswerter Materialverlust eintritt und bei dem die Reproduzierbarkeit der aufgewachsenen epitaxialen Schichten, die im übrigen nur auf den hierzu vorgesehenen Keimen bzw. auf vorgegebenen Bereichen dieser Keime entstehen, gut beherrscht wird.
98 0 7/03 68
Neue Anmeldungsunteria^ra'
24. April 1968
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Schärfe der Übergänge zwischen Keimfläche und aufgewachsener epitaxialer Schicht ohne Änderungen der ' Temperatur in weiten Grenzen mit einfachen Mitteln, zu beherrschen.
Diese Aufgaben werden gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß bei Raumtemperatur gasförmige oder mit relativ hohem Dampfdruck flüssige Hydrid- und Halogenverbindungen des Galliums und Arsens dem auf einer Temperatur unterhalb ihrer pyrolytischen Zersetzungstemperatur befindlichen Reaktionsraum zugeführt und an der oberhalb ihrer pyrolytischen Zerfallstemperatur erhitzten Oberfläche des Substrates zur Reaktion gebracht werden.
An sich ist es bekannt, zur Herstellung von PhospMden oder Arseniden der Elemente Bor, Alluminium, Gallium, Indium aus der III. Gruppe des periodischen Systems eine flüchtige Verbindung des betreffenden Elements der IH. Gruppe mit einer flüchtigen Verbindung des Phosphors oder Arsens in der Gasphase in Gegenwart von Wasserstoff bei Temperaturen zwischen 500 C und 1500 C umzusetzen.
Es ist auch bekannt, zur Herstellung von kristallinen Indium- oder Galliumarseniden bzw. -phosphiden in den Dampfzustand überführte Indium- oder Galliumlialogenide zusammen mit Dämpfen des Phosphors oder Arsens bzw. deren Halogenide (jeweils mit Ausnahme der Fluoride) durch eine ein Temperaturgefälle aufweisende Reaktionskammer zu leiten. In beiden Fällen erhält man kleine Kristalle, deren Größe einige Millimeter beträgt, jedoch keine reproduzierbaren, zusammenhängenden, einkristallin aufgewachsenen Schichten.
Nach einem anderen bekannten Verfahren zum Herstellen ultrareiner Halbleiterkristalle, u. a. aus Verbindungen der Elemente der III. und der V. Gruppe des periodischen Systems durch Zersetzen bei hoher Temperatur und Niederschlagen
8Ü9807/Ü368
Anmeldungsunterlagen
24. April 1968
auf einem Probekörper wird eine die Komponente der zu gewinnenden Halbleiterverbindungen enthaltende Komplexverbindung zersetzt. Dieses Verfahren besitzt jedoch den Nachteil, daß die komplexen Verbindungen zerfallen, wenn sie im Reaktionsraum erhitzt werden. Dabei macht sich die verschiedene Flüchtigkeit der Komponenten störend bemerkbar und bewirkt, daß am Ort der Entstehung des Kristalls nicht mehr das richtige Mengenverhältnis für das Wachsen eines Einkristalls vorherrscht.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird ein beim epitaxialen Aufwachsen scharfe Übergänge zwischen Keim und aufgewachsener Schicht ergebendes Gasgemisch und ein beim epitaxialen Aufwachsen unscharfe Übergänge ergebendes Gasgemisch in einem steuerbar festlegbaren oder veränderlichen Verhältnis in den Reaktionsraum eingegeben. Insbesondere besteht dabei in vorteilhafter Weise das scharfe Übergänge erzeugende Gasgemisch aus GaoH_ + 2As H0 und das unscharfe Übergänge ergebende Gasgemisch aus Ga„H_ + 2As Cl Q. Die unterschiedliche Schärfe der Übergänge ergibt sich daraus, daß As Cl im Gegensatz zu As H den Keim bzw. das bereits abgelagerte Material angreift und abträgt, so daß die Aufwachs geschwindigkeit die Differenz zwischen Ablagerungsgeschwindigkeit und Abtragungsgeschwindigkeit ist. Durch die Wahl des Verhältnisses der Anteile der beiden genannten Substanzen und gegebenenfalls durch geeignete Bestimmung der Temperatur, lassen sich die Schärfen der Übergänge in sehr weiten Grenzen variieren. Diese Möglichkeit ist insbesondere bei der Herstellung von Halbleiterelementen sehr wichtig, da auf diese Weise pn-Übergänge beliebiger Breite hergestellt werden, indem man beispielsweise auf einen ρ-dotierten Keim eine n~dotierte epitaxiale Schicht aufwachsen läßt. Durch die selektive Erwärmung der zu beschichtenden Flächen wird das Aufwachsen auf der epitaxialen Schicht auf bestimmte, beliebig geformte Bereiche beschränkt, die 'gleichsam durch eine thermische Maske festgelegt sind. Die Erwärmung kann durch Elektronenstrahlen, Infrarotstrahlung, induktive Heizung usw. erfolgen.
8Ü9807/Ü368
Neue Anmeldungsunterlagen
24. April 1968
Die Erfindung wird anschließend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert:
Im Reaktionsgefäß 1, das beispielsweise aus Quarz besteht, ist der Graphitblock 2, der mit einer dünnen Quarzschicht 3 überzogen ist, angeordnet. Auf dem GrapMtblock 2 ist das zu beschichtende GaAs-Plättchen 4 angeordnet, das durch die Erwärmung des Blocks 2 mittels Induktions windung en 5 auf etwa 600 C erwärmt wird. Durch die Rohre 6 und 7 wird ein Gasgemisch aus H0 + Ga0 H + As Cl„ bzw. H + Ga„ H + As H in einem vorgegebenen Verhältnis eingeleitet, das eine Temperatur von etwa 20 C hat. Beim Überstreichen des auf 600 C erwärmten GaAs-Plättchens 4 wird dieses Gemisch, dessen pyrolytische Zerfalltemperatur bei etwa lOO C liegt, zersetzt. Das ausgeschiedene GaAs wächst auf dem Plättchen 4 als epitaxiale Schicht auf. Die Schärfe des Überganges wird durch das Verhältnis von As Cl„ und As H„ bestimmt. Das durch das Rohr 8 abfließende Gasgemisch kann, sofern es noch GaAs enthält, in ein weiteres Reaktionsgefäß eingeleitet werden.
8 0 980 7/0 3 68

Claims (1)

  1. Docket 25 404
    24. April 1968 . sa-sr
    PATENTANSPRÜCHE
    1. Verfahren zur Erzeugung eines pn-Überganges in der Nähe der Oberfläche eines Galliumarsenideinkristalles durch epitaxiales Aufwachsen einer einkr^stallinen Gallium-Arsenidschicht mittels thermischer Zersetzung von Gallium und Arsen sowie Dotierungssubstanzen enthaltenden, flüchtigen Komponenten, dadurch gekennzeichnet, daß bei Raumtemperatur gasförmige oder mit relativ hohem Dampfdruck flüssige Hydrid- und Halogenverbindungen des Galliums und Arsens dem auf einer Temperatur unterhalb ihrer pyr olytis chen Zersetzungstemperatur befindlichen Reaktionsraum zugeführt und an der oberhalb ihrer pyrolytischen Zerfallstemperatur erhitzten Oberfläche des Substrates zur Reaktion gebracht werden.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein beim epitaxialen Aufwachsen scharfe Übergänge zwischen Keim und aufgewachsener ScMcht ergebendes Gasgemisch und ein beim epitaxialen Aufwachsen unscharfe Übergänge ergebendes Gasgemisch in einem steuerbar festlegbaren oder veränderlichen Verhältnis in den Reaktionsraum, eingegeben werden.
    3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das scharfe Übergänge erzeugende Gasgemisch aus Ga„ HR + 2 As H„ und das unscharfe Übergänge ergebende Gas gern i sch aus Ga H + 2 As Cl besteht. .
    80 980 7/03
    (Art.7 81 Abe <vm,..i e-»
DE19631444502 1963-08-01 1963-08-01 Verfahren zur Regelung der Schärfe von an Galliumarsenid-Einkristallen zu bildenden pn-übergängen Pending DE1444502B2 (de)

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