DE1519804B2 - Verfahren zum Aufwachsen einen Schicht aus Halbleitermaterial auf einen Keimkristall - Google Patents
Verfahren zum Aufwachsen einen Schicht aus Halbleitermaterial auf einen KeimkristallInfo
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Description
Bei einem bekannten Verfahren zum Aufwachsen von Halbleitern findet ein geschlossenes Reaktionsrohr
Verwendung, in dem ein Halogen, wie Jod, ein einzelner Halbleiterkeimkristall und ein Halbleiterausgangsmaterial
eingeschlossen sind. Durch Wärmezufuhr erfolgt ein epitaktisches Aufwachsen des Halbleitermaterials auf dem Keimkristall mittels einer
Disproportionierungsreaktion. Bekannt ist ferner ein Verfahren unter Verwendung eines offenen Reaktionsrohres,
in dem ein Halbleiterhalogenid wie SiCl4 oder GeCl4, mitgeführt in einem Wasserstoffstrom,
gasförmig einem einzelnen Halbleiterkeimkristall zugeführt wird, so daß das Halbleiterhalogenid durch
den Wasserstoff in der Nähe des Keimkristalls reduziert wird und hierdurch ein epitaktisches Aufwachsen
des Halbleiters auf dem Keimkristall hervorruft.
Das Verfahren mit dem geschlossenen Reaktionsrohr unter Ausnutzung der Disproportionierungsreaktion
eignet sich jedoch wegen des Abschlusses des Reaktionsrohres nicht für eine Massenproduktion.
Die Anwendung dieses Verfahrens ist demgemäß auf Laboratoriumszwecke beschränkt, zumal das Aufwachsen
verhältnismäßig langsam vor sich geht. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens besteht ferner darin,
daß die Reinheit der Halbleiter-Aufwachsschicht stark von der Reinheit des Halbleiterausgangsmaterials
und des Transportgases (wie Jod) abhängt; es ist daher ziemlich schwierig, eine Aufwachsschicht
hoher Reinheit zu erzielen.
Das zweite bekannte Verfahren, bei dem ein offenes Reaktionsrohr Verwendung findet und Halbleiterhalogenide
mittels Wasserstoff reduziert werden, zeigt zwar eine zufriedenstellende Aufwachsgeschwindigkeit.
Die wesentlich höheren Temperaturen, die der Keimkristall bei diesem Verfahren im Vergleich
zu dem Verfahren mit geschlossenem Reaktionsrohr aufweist, bringen jedoch den Nachteil mit sich, daß
Verunreinigungen des Keimkristalls durch einen Selbstdotiereffekt in die Aufwachsschicht eindringen.
Nachteilig ist ferner, daß auch andere im System vorhandene Verunreinigungen in die Aufwachsschicht
hineindiffundieren oder an der Substratoberfläche oder an der Oberfläche der Aufwachsschicht adsorbiert
werden, so daß keine ideale Aufwachsschicht erzielt wird und sich die Störstellenverteilung verschlechtert.
Im Hinblick auf diese Probleme ist es erwünscht, die Substrattemperatur so niedrig wie
möglich zu halten.
Demgegenüber wird bei einem Verfahren zum Aufwachsen einer Schicht aus Halbleitermaterial auf
einen Keimkristall, bei dem Kristalle aus Ausgangsmaterial und der Keimkristall getrennt voneinander
in einem Temperaturgradienten mit einem Reaktionsgas so erhitzt werden, daß eine gasförmige Verbin-
dung des Halbleitermaterials oder gasförmige Verbindungen seiner Komponenten gebildet und zum
Keimkristall transportiert werden, daß das Halbleitermaterial dort abgeschieden wird und aufwächst,
eine Steigerung der Aufwachsgeschwindigkeit bei niedrigen Temperaturen für Ausgangskristalle und
Keimkristall ermöglicht, wenn erfindungsgemäß zwischen den Ausgangskristallen und dem Keimkristall
ein stationärer Hochtemperaturbereich aufrechterhalten wird, dessen Temperatur sowohl die der Ausgangskristalle
als auch die des Keimkristalls übersteigt.
Die Vollkommenheit der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebrachten Aufwachsschicht,
d. h. die Freiheit von jeglichen Störungen, wird noch dadurch erhöht, daß die Reaktion trotz der gegenüber
bekannten Verfahren niedrigeren Substrattemperatur beschleunigt wird.
F i g. 1 a veranschaulicht einen Längsschnitt durch ein Reaktionsrohr, das am einen Ende offen ist und
in dem eine Reduktionsreaktion stattfindet;
F i g. 1 b zeigt die Temperaturverteilung entlang des Reaktionsrohres;
F i g. 2 a und 2 b zeigen die Herstellung einer Halbleiteraufwachsschicht
durch eine Disproportionierungsreaktion in einem geschlossenen Reaktionsrohr. Dabei ist Fig. 2a ein vergrößerter Längsschnitt
durch das geschlossene Reaktionsrohr und Fig. 2b
eine graphische Darstellung der Temperaturverteilung längs des Reaktionsrohres.
In F i g. 1 a und 1 b ist das Grundprinzip der Herstellung einer Aufwachsschicht aus GaAs mittels
einer Reduktionsreaktion unter Verwendung eines offenen Reaktionsrohres dargestellt. Elektrische
Öfen 1, 2, 3 und 4 umschließen ein Reaktionsrohr 5, das beispielsweise aus Quarz besteht. In dem Rohr 5
sind Galliumjodid 6, Arsen 7 und Keimkristallplättchen 9 aus GaAs in der dargestellten Verteilung angeordnet.
Die Temperaturen in dem Rohr 5 werden so gesteuert, daß sich die durch die Kurve 10 in
Fig. Ib veranschaulichte Verteilung ergibt. Wird dann ein Strom von Wasserstoffgas 8 durch das
Rohr 5 geleitet, so ergibt sich auf den Keimkristallen 9 ein epitaktisches Aufwachsen von GaAs. Die
Aufwachsgeschwindigkeit beträgt in diesem Fall 2 bis 5 μ/Std. Diese Aufwachsgeschwindigkeit läßt sich auf
10 bis 12 μ/Std. erhöhen, wenn ein Hochtemperaturbereich von 650° C (vgl. die gestrichelte Kurve 11
in Fig. Ib) vor den Keimkristallplättchen9 aufrechterhalten
wird.
Fig. 2a und 2b zeigen das Grundprinzip des Aufwachsens
eines Germaniumkristalls mit Hilfe einer Disproportionierungsreaktion unter Verwendung eines
geschlossenen Reaktionsrohres. In Fig. 2a umschließt eine Heizeinrichtung 12 ein an beiden Enden
geschlossenes Reaktionsrohr 13, das beispielsweise aus Quarz besteht. In dem Rohr 13 sind 5 mg/cm3
Jod, ein Germaniumausgangskristall 14 und ein Germaniumkeimkristall 15 untergebracht. Entspricht die
Temperaturverteilung in dem Rohr 13 der Kurve 16 in Fig. 2b, so beträgt die epitaktische Aufwachsgeschwindigkeit
für das Germanium auf der Oberfläche des Keimkristalls 15 etwa 5 μ/Std. Wird jedoch zwisehen
dem Ausgangskristall 14 und dem Keimkristall 15 ein Hochtemperaturbereich mit einer Temperatur
von 700° C erzeugt, wie dies durch die gestrichelte Kurve 17 in Fig. 2b veranschaulicht ist, so vergrößert
sich die Aufwachsgeschwindigkeit für die epitaktische Schicht auf einen Wert in der Größenordnung
von 8 μ/Std.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich eine einkristalline Aufwachsschicht mit einer Keimkristalltemperatur
von weniger als 3500C erzeugen, während ohne dem erfindungsgemäß vorgesehenen
Hochtemperaturbereich bei einer Keimkristalltemperatur von unter 35O0C nur eine polykristalline
Aufwachsschicht entsteht.
Claims (2)
1. Verfahren zum Aufwachsen einer Schicht aus Halbleitermaterial auf einen Keimkristall, bei
dem Kristalle aus Ausgangsmaterial und der Keimkristall getrennt voneinander in einem Temperaturgradienten
mit einem Reaktionsgas so erhitzt werden, daß eine gasförmige Verbindung des Halbleitermaterials oder gasförmige Verbindungen
seiner Komponenten gebildet und zum Keimkristall transportiert werden, daß das Halbleitermaterial
dort abgeschieden wird und aufwächst, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgangskristallen und dem Keimkristall
ein stationärer Hochtemperaturbereich aufrechterhalten wird, dessen Temperatur sowohl
die der Ausgangskristalle als auch die des Keimkristalls übersteigt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochtemperaturbereich, in Richtung
des Materialtransports gesehen, unmittelbar vor dem Keimkristall aufrechterhalten wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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US4592933A (en) * | 1984-06-29 | 1986-06-03 | International Business Machines Corporation | High efficiency homogeneous chemical vapor deposition |
US4957780A (en) * | 1987-01-20 | 1990-09-18 | Gte Laboratories Incorporated | Internal reactor method for chemical vapor deposition |
US4910163A (en) * | 1988-06-09 | 1990-03-20 | University Of Connecticut | Method for low temperature growth of silicon epitaxial layers using chemical vapor deposition system |
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- 1966-03-31 US US539164A patent/US3563816A/en not_active Expired - Lifetime
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