DE1444502C - Verfahren zur Regelung der Schärfe von an Galliumarsenid-Einkristallen zu bildenden pn-übergängen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Schärfe von an Galliumarsenid-Einkristallen zu bildenden pn-Übergängen, zu deren Erzeugung auf der erhitzten Oberfläche des Galliumarsenid-Substrats mittels thermischer Zersetzung von Dotierungsstofre enthaltenden Hydrid- und Halogen-Verbindungen des Galliums und des Arsens eine einkristalline GaI-liumarsenid-Schicht epitaktisch aufgewachsen wird.

Außer denjenigen Verfahren, bei denen zur Herstellung von einkristallinen Galliiimarsenid-Schichten in die Gasphase übergeführtes Galliumarsenid oder auch eine diese Halbleiterverbindung als Kornponente enthaltende Komplexverbindiing in einem erhitzten Reaktionsraum der zu beschichtenden Fläche zugeführt wird, wo das GaAs durch Disproportionsprozesse ausgeschieden und epitaktisch auf der Oberfläche des Substrats abgelagert wird, sind zur Herstellung von reinsten GaAs auch Verfahren bekannt, bei welchem jeweils eine flüchtige Verbindung des Galliums und eine flüchtige Verbindung des Arsens einzeln dem Reaktionsraum zugeführt werden. Die flüchtigen Verbindungen, die auch durch Verdampfen der entsprechenden Substanz innerhalb des mit einem geeigneten Temperaturgefälle ausgestatteten Reaktionsraums hergestellt werden können, sind hierbei so ausgewählt, daß sie bei den im Reaktionsraum herrschenden Temperaturen zwischen 500 und 1500° C unter Abspaltung der jeweiligen Komponente der Halbleiterverbindung zerfallen, wobei sich die gebildeten'Komponenten zu GaAs vereinigen und an der Oberfläche des auf einer bestimmten Temperatur gehaltenen Substrats zur Ablagerung gelangen. Als flüchtige Verbindungen kommen bei den bekannten Verfahren vor allem Halogenide, Hydride oder Alkylderivate der Komponenten der zu bildenden Halbleiterverbindungen in Betracht. Es ist auch bereits bekannt, mit Hilfe eines derartigen Verfahrens eine orientierte Abscheidung von GaAs in Form einer epitaktischen Schicht zu erhalten. In diesem Fall wird eine galliumorganische Verbindung bei ihrer Zersetzung in Gallium, gasförmige Kohlenwasserstoffe und Wasserstoff mit Arsendampf zur Reaktion gebracht. Dieses Verfahren hat zwar den Nachteil, daß wegen der leichten Flüchtigkeit des Arsens der gesamte Reaktionsraum auf relativ hoher Temperatur gehalten werden muß, was wiederum die Gefahr von Verunreinigungen mit sich bringt und die Ausbeute des Verfahrens beeinträchtigt. Indessen ist es bei einem entsprechende^ Verfahren zur Herstellung von einer einen pn-übergang bildenden, epi- taktischen Siliciumschicht auf einem einkristallinen Substrat aus Si bereits bekannt, Siliciumverbindungen der obengenannten Art, insbesondere Halogenide oder Silane zu verwenden. Hierbei ist es auch bekannt, nur das Substrat, auf welchem die Abscheidung erfolgen soll, zu erhitzen und die Wände des Reaktionsraums zu kühlen.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Weiterentwicklung dieser bekannten Verfahren ein Verfahren zur Herstellung von epitaktischen GaAs-Schichten für die Bildung von pn-Übergängen an der Oberfläche eines einkristallinen GaAs-Substrats anzugeben, bei welchem die Schärfe der erzeugten Übergänge regelbar ist. Dabei sollen die erzeugten Schichten möglichst frei von Verunreinigungen sein. Das Verfahren soll außerdem eine hohe Ausbeute ermöglichen.

Gemäß der Erfindung wird dies bei dem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß ein beim epitaktischen Aufwachsen scharfe Übergänge ergebendes Gasgemisch aus Hydrid-Verbindungen des Galliums und des Arsens und ein beim epitaktischen Aufwachsen unscharfe Übergänge ergebendes Gasgemisch aus einer Hydrid-Verbindung des Galliums und einer Halogen-Verbindung des Arsens in einem steuerbar festlegbaren oder veränderbaren Verhältnis der Oberfläche des Substrats zugeführt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in vorteilhafter Weise so ausgebildet, daß als scharfe Übergänge erzeugendes Gasgemisch

Ga₂H_n + 2AsH., ;

und als unscharfe Übergänge erzeugendes Gasgemisch Ga₂H₀ + 2AsCl₃

gleichzeitig der Substratoberfläche zugeführt werden.

Da diese verwendeten Gasgemische, die sich jeweils bequem in großer Reinheit darstellen lassen, bereits bei niedrigen Temperaturen (Zimmertemperatur) flüchtig sind, ergibt sich eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese besteht darin, daß die die epitaktische Schicht erzeugenden Gasgemische dem auf einer Temperatur unterhalb ihrer pyrolytischen Zerfallstemperatur befindlichen Reaktionsraum zugeführt und an der oberhalb ihrer pyrolytischen Zerfallstemperatur erhitzten Oberfläche des Substrats zur Reaktion gebracht werden. Auf diese Weise wird mit Hilfe der ausgewählten Substanzen die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens erhöht, da die Zersetzung der Gasgemische und die Bildung des Galliumarsenids auf die unmittelbare Umgebung der Sub-, stratoberfläche beschränkt ist und da nur kleine Bereiche erhitzt werden müssen. Die Erhitzung des Substrats kann zudem selektiv, z. B. durch Elektronenstrahlen, Infrarotstrahlen oder durch induktive Heizung erfolgen, so daß das Aufwachsen der epitaktischen Schicht auf bestimmte, beliebig geformte Bereiche beschränkt wird, die gleichsam durch eine thermische Maske festgelegt sind.

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 Graphitblock 2 ist das zu beschichtende GaAs-Plättchen 4 angeordnet, das durch die Erwärmung des Blocks 2 mittels Tnduktionswindungen 5 auf etwa 600° C erwärmt wird. Durch die Rohre 6 und 7 wird ein Gasgemisch aus . ■ . . ,

H₂ + Ga₂H₈ + AsCl₃ bzw. H₂ + Qa₂H₆ + AsH₃

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 100° C liegt, zersetzt. Das ausgeschiedene GaAi, wächst auf dem Plättchen 4 als epitaktische Schicht auf. Die Schärfe des Übergangs wird durch das Verhältnis von AsCl., und AsH₃ bestimmt. Das durch das Rohr 8 abfließende Gasgemisch kann, sofern es noch GaAs enthält, in ein weiteres Reaktionsgefäß eingeleitet werden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Regelung der Schärfe von an Galliumarsenid-Einkristallen zu bildenden pn-Übergängen, zu deren Erzeugung auf der erhitzten Oberfläche eines Galliumarsenid-Substrats mittels thermischer Zersetzung von Dotierungsstoffe enthaltenden Hydrid- und Halogen-Verbindungen des Galliums und des Arsens eine einkristalline Galliumarsenid-Schicht epitaktisch aufgewachsen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein beim epitaktischen Aufwachsen scharfe Übergänge ergebendes Gasgemisch aus Hydrid-Verbindungen des Galliums und des Arsens und ein beim epitaktischen Aufwachsen unscharfe Übergänge ergebendes Gasgemisch aus einer Hydrid-Verbindung des Galliums und einer Halogen-Verbindung des Arsens in einem steuerbar festlegbaren oder veränderbaren Verhältnis der Oberfläche des Substrats zugeführt werden. ao

2. Verfahren nach Anspruch 1, ,dadurch gekennzeichnet, daß als scharfe Übergänge erzeugendes Gasgemisch

Ga₂H₆ + 2AsH₃

und als unscharfe Übergänge erzeugendes Gasgemisch

Ga₂H₆ + 2AsCl₃

gleichzeitig der Substratoberfläche zugeführt werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die epitaktische Schicht erzeugenden Gasgemische dem auf einer Temperatur unterhalb ihrer pyrolytischen Zerfallstemperatur befindlichen Reaktionsraum zugeführt und an der oberhalb ihrer pyrolytischen Zerfallstemperatur erhitzten Oberfläche des Substrats zur Reaktion gebracht werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen