DE1444545A1 - Epitaktisches Wachstum binaerer Halbleiter - Google Patents

Epitaktisches Wachstum binaerer Halbleiter

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DE1444545A1 DE19621444545 DE1444545A DE1444545A1 DE 1444545 A1 DE1444545 A1 DE 1444545A1 DE 19621444545 DE19621444545 DE 19621444545 DE 1444545 A DE1444545 A DE 1444545A DE 1444545 A1 DE1444545 A1 DE 1444545A1
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Description

WESTERN BLBWTRIO- ΟΟΜΡΛΪΠΓ» Incorporated R.R.Moest New York 7# W-T flSA. Ο«·· ·1~
UU.545'
BpitaJrtieohta Wachstum binärer Halbleiter
Sie Erfindung befaßt sich mit einen neuen Terfahren fUr das Wachstum spitaktisoher Schiebten aue Galliumarsenid und Galliumphosphid.
Bpi taktische Schlohten au« Halbleitern auf halbleitenden oder leitenden Oberflächen finden neuerdings Interesse bei der Herstellung verschiedener Halbleiter- j Gerüte, insbesondere für Transistoren, die mit besserem Wirkungsgrad auf höhere irequenaen anspreohen.
Bis ZUohtung epitaktisoher nohiohten aus Terbindungen der 3. bis 5. Gruppe de· periodischen Systems der Elemente ist Schwierigkeiten begegnet, die buk Teil auf dem Problem einer Regelung der gleichzeitigen Reaktion sweier elements beruhen· Dementsprechend sind frühere Teohniicen, die sioh bsi der ZUohtung epltaktisoher Bohiohten aus Oeraaniun und Silizium als brauchbar erwieeen haben» bsi der Anwendung auf Galliumarsenid und Galliumphosphid ron geringem Wert.
Bs wurde nun gefunden» dme sich «in wirksamer und brauchbarer fachstumsmeohanlemus innerhalb vorgeschriebener kritischer Tsmptraturbtdingungen ausbildet» wenn eine rorge-ohriebene Zusanmensstsung der Atmssphärs eingehalten wird* Wenn die Atmosphäre im wesentlichen '~} aus einem Halogenwasserstoff besteht» ao tritt eins wirksame und leicht regelbare Reaktion iwisohen der cn 3ajphase und elntm Bodsnkttrpsr aus Oalliumarssnid oder ("' Om Il lumphos phi 1 auf, wobei sich eine ,iyizieUe Sampf- ;;' phA'i0 bildet· Bin Temperaturgradient ζ-flachen Boden- o' kUi'per und FlalbUltar-Unberla^e bewlritt einen Sioffbraiisporl sur iinLbliiler-tJnterlag·, >7 > das spitaktisähe Waohiiiuni elnfcrltk· Das 7»oha^um lab nowolil bfflug-
BeWAt
.-*-. '..,. KU545
lioh dt■ Wl&eretandee ale auoh der Bloke gttSeret leioht regelbar und «titIgt einen hohen Grad von Gleichförmigkeit und Perfektion dt· Kristall·.
Bl* nachfolgende Beschreibung und dit spaslellea Aus» fttiii?ungaformtn besic*n sloh auf die beigefügt· Zeichnung.
Dl· Abbildung Mtllt «ine sohenmtlsohe Darstellung einer Apparatur dar» dl· für di· Ausübung der Erfindung sweok&äeig
Dl·«· beispielhafte Apparatur dient der Ztiohtung epltftktlsohtv Sohiohttn au» Oalllumaretnld odtr OalllUB· phosphid nach dto ntutn trflndungtgtattfltn Ttrfahrtn. Di· Abbildung st igt einen In ein·» Oft η 12 angeordneten Mantel 10 au· SOTar (eingetragene· Warenatlohen), der die Reaktloxwkmamev 11 enthält· BIe ReaJctlonekaaaer 1st eine Quar*a«pullt, die duroh eine QuarBwollt-Packung 13 in ihrer Stellang gehalten wird. Be* Koraraanttl •teilt nicht nur eine Stat;»· dar» sondern elohtrt auoh die gltiehaäöigt femperaturrertellung in der Quaveaapulltt 11· Aebeatetopfen 14 dienen des Abeohluß de· Offne «it dar eingesetzten Quaraaapulle. Innerhalb der Quarsaapulle let die Halbltiter-tmttrlait 13 und der BodenkOrper 16 au· öalliuntarmenid oder untergebraoht· In unmittolbarer Ifähe der unterlage 15 an Bade der QOftriaapull· befindet .sieh eine mhlfalle 17t in diesen fall ein SUserdraht« der duroh Wfirmtableitung die unterläge auf niedrigerer Teaptratt» hält al· das ungebende Syst«s· Dfr Silberdraht hat an »ufltrsten Snde nahe der Un t·plagt eine Platte roa 3 ζ 3 üb eine gröOer· WärMokapaaltXt an dieser Stelle Bihfn. Da· andere Bnde des Drahte·» das auSerhalb des Ofens liegtι kann in ein EUhlbad (beispieiswei·· Trooken-•1·) eiligetauoht werden« v» eine «Irkaaae Wtoeewanderung yoviusehen· Bio Teaperaturen an Yeriehitdenen Funkktn Ib Sytten könnt η Mit ttbllohea (aloht geieigten) Torrlohtun*
0098Ö3/ 1 653
ORieiNAL
-3- H44545
gen wie optischen Pyrometern oder Thermoelementen gemessen «erden· 2)1« ttuStr« Form der Beaktiottekammer 1st nioht wiahtig. Baasende Werte Bindι Zunge Über allea 5-7 om, Volum 4-6 om » äußerer Durchmesser 12 mm, Innerer Durchmesser 9 »m· Ein geeigneter Abstand Ewlechen dem Torrat und dem Uniarlaga-Plättohen ist 4-6 om·
Der Transport-Torgang wird innerhalb vorgeschriebener kritischer Temperaturen gesteuert, Tür Galliusarsenld wird die Temperatur dea Bodenkörpeiy-Torrat· im Bereich von 550° bis 12000C und vorzugsweise im Bereich Ton 600° bis 7500G gehalten· Sie zugehörige Halbleiter-ünterlage wird auf 500° bis 11500O gehal- * ten und vorzugsweise auf 550° bis 700°0. Bei der Auswahl der Temperaturen in diesem Bereich 1st es wesentlloh9 daß ein Temperatur-Gradient «wischen Torrat und Unterlage eingehalten wird» Dieser Gradient muß wenig* sten* 100O betragen, um eine annehmbare Waohstums-Gesohwindlgkelt au liefern· Gradienten oberhalb 100° sollten vermieden werden» da die Regelung des taahstums und die Perfektion des Kristalls beeinflußt werden· Ein bevorzugter Bereich des Temperatur-Gradienten 1st 20° bis 500O. Für Galliumphosphid liegt die geeignete Temperatur des Torrats im Bereich von 750° bis 1200°, wobei 800° bis 95O0O den bevorzugten Ar- ( beltsbereioh darstellen· Sie Unterlage sollt· im Bereich von 650° bis 1100° gehalten werden und vorzugsweise bei 700° bis §5Q°CU Der erforderliche Temperatur-Gradient ist für Galliumphospaid etwas höher als für Galliumarsenid# sum Teil wegen des geringen Dampfdrucks der Reaktionsprodukte bei der Arbeits-Temperatur. Gradienten im Bereich von 80° bis 1200O gestatten die gewünschten Ergebnisse·
Das Ye r fahr en genüU Erfindung kann dem Waohatum epitktisoher Schichten Jeden Leitfahlgkeits-Typs und jedes gewöhnlichen Wlderatandswertea angepait werden* Epitaktlsohe Schichten sind im Sinne dieser Besehreibung
*ßfl£) ORIGINAL 00988 3/1653 ^^
-♦- KU545
solche, die die gleich· Kristall-Struktur und Kristall-Orientierung wie die Unterlage besitzen und in der Grenzfläche aufeinandertreffen· Solche Schichten haben gewöhnlich 1 bis 30 Mikron Sicke·
Die nachfolgenden speziellen AusfÜhrungsformen werden als Beispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens gegeben«
Beispiel I
Bei diesem Beispiel wmrde eine epitaktisohe Schicht aus Galliumarsenid auf einer Galliumarsenld-Unterlage gezüchtet, wobei das oben dargelegte Verfahren alt den folgenden speziellen Arbeitsbedingungen benutzt wurdet
Unterläget Galliumarsenid; leitfähigkeitstypt n; mit Zinn dotiert; Kriatallorientlerung (111); Bodenkörpert Galliumarsenid; Leltfählgkeitstypt n; alt Schwefel dotiert.
ο
Größe der unterläget 32 am χ 0,2 mm.
Atmosphäre : Chlorwasserstoff mit einem Anfangsdruok von 240 mm Hg·
Tereuohsdaueri 10 Minuten.
Temperatur der Unterläget 6380C
!temperatur des Bodenkörperst 7000O lemperaTurgefälle zwischen Bodenkörper und Unterläget 620C
Schichtdicke auf der freiliegenden Oberfläche der Unterläget 4 Mikron
Sohloht-Leltfähigkelti n-Typ.
Beispiel Π
Zn diesem Beispiel wurde eine Sohloht aus Galliumarsenid auf einer Germanium-Unterlage mit den folgenden Yereuohs-Bedingungen gezliohtett
Unterläget Germanium) Leitfähigkeitstypι ρ; Kristallorientierung (111);
Bodenkörpert Galliumarsenid; Leitfähigkeitstypi nj polykristallin;
Größe der Unterläget 32 mv χ 0,2 mm Atmosphäre ι Chlorwasserstoff bei einem Anfang«dr4 οk 009883/1653
O ^ 3
yon 240 m
Temperatur deaf unterlag·! f Teaperatur 4M Bodenk8rp«re $95 0| Tempera*urgefalle awiaohen Unterlag· und Besenkörper ι Schichtdicke auf der freien Oberfläche der Unterlag·ι
15 Mikron»
Sohlohtleitfähigkeit! O-Typ.
Belaplel
BlM Beiepiel gilt dl· Bedlneung«n ftt» d»· fatfcetuK
•in*r a*Hlu*are#nld-8ohioht auf einer (Jalliuefho»- "
an·
Unterlag·! »alliuÄphoepnM| L»itfählgkeiti-«ypi rrletallorlentitrung (111)
pt OaHiueaxeenldj
der Unterlag· 40 ir χ 0f23 n| Ataoephär·» Ohlomaeetritoff mit einem AnfangedrtoJr Ton 24D wt
fe»pei»ttur der Unterlage ι 6500Of
dee BodenJcÖ»perii 700*01 Tejepei»tare«i*lle »wleohen Unterlaee und Bodenkörper ι
Seitdauer dee Tereuoh·! 50 Hinutenι Sehiohtdiek·! 5,1 Mikrons Sehleht leitfähigkeit ι p-fyp.
leleplel IT
Sie· Beiepiel erllutert Ale Aapaeeung de· erflndungege-Bäfen Terfahrene an dl· Zttehtung ron (Ja Sohlohten auf Halbleiter-Unterlagen. Bei dleeer Au·· fOhrung wurd· ·1η· Oalllu^heephld-eehloht avf einer ealllu«areenid-Dnterläge gesäi naoheteh*nd»n Angaben geitlohteti
linie !
(111)|
^luephlAi LeltfÄhigkelki-Typ n|
1 S h :■ BAD ORIQINAU
HU545
dotiert mit Schwefelι polykrietallini OrBSe der Unterlege ι 40 wT χ 0,23
Atmosphäreι Chlorwasserstoff eel einem Anfangedruok
Ton 240 mi Hgj
Versuohsdaueri 10 Hlnuteni Tempermtur der tftiterläget 7600Oj Teaperatur de· Bodenkörperei 8800O\ Teepepm-kurgefälle iwiaohen Bodenkörper und unterläget
12O°0·
aohloht-Diokei 23 »7
3ohiohtleitftthigkeiti
für die Züchtung eptteJctlsoher Schichten au· (JeJLlium- «»••nid und öalliunphoephid 1st eine Tielzahl τοη Ar· beite-Bedingungen angewandt worden· Beispielsweise haben •loh Kxietall-Orientierungen der Unterlage eineehlie·- Höh der (100)* und der (110)«Hlohtung als Brauchbar erwleaeni ebenso wie ein welter Bereioh τοη Arbeitsdrücken und Wlderstandswerten.
BAD ORIGINAL 0 0 9 8 8 3/1653

Claims (1)

Patentansprüche
1.) Verfahren sum ZUohttn «iner epItaktlachen BaIbleiter-Sohioht au« Galliumarsenid oder Galliumphosphid auf einem Halbleiter ale Unterlage, dadurch gekennselohnet» dal man einen Vorrat aus dam Halbleiter-Material, dai Ia der Schient gewünscht wird, In einer Atmosphäre er hl t Bt t dl· Im wesentlichen aus eine« Halogenwasserstoff und dem Dampf des Materials besteht» das auf der Oberfläche der erwähnten unterlag· abgeschieden werden soll, Indem man einen Temperatur-Gradienten «wischen unterlage und Yorrat bildet.
2·) Yerfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dftS dl« Unterlage aus einem Material besteht, das der Gruppe Galliumarsenid, Galliumphosphid, Germanium angehört.
5·) Yexfahren nach Anspruch 1, wonach dl· epitaktisohe Schient Galliumarsenid enthält, dadurch gekennzeichnet, daj man den Yorrat an Galliumarsenid und dl· Unterlage auf Temperaturen la Bsreloh τοη 550° bis 12000O Bsw· $00° bis 11500O in slner Atmosphäre hält, die praktisch aus Chlorwasserstoff Besteht und daß stta einen Temperazur-Gradienten Ton 10 sie 100° »wisehen den Yorrat «ad der Unterlage für einen Jeitabschnitt aufrechterhält, der sur Erzeugung einer epltaJctisohen Schicht aus Galliumarsenid auf dsr tlhterlag· ausreicht·
4·) Yerfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennselehnet, daJ dl« Temperatur des Vorrats und der Unterlag· zwischen COO bis YfO0O ssw. 950 Bis 7000O liegt«
9«) Yerfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dai der Temperatur-Gradient 20 bis 50° betragt·
-2-
0 0 9 8 8 3/1653
UU545 ί
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009883/1653 BAD ORIGINAL
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