DE1544265A1 - Verfahren zum Herstellen von epitaktischen Aufwachsschichten aus binaeren,halbleitenden Verbindungen - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von epitaktischen Aufwachsschichten aus binaeren,halbleitenden Verbindungen

Info

Publication number
DE1544265A1
DE1544265A1 DE19651544265 DE1544265A DE1544265A1 DE 1544265 A1 DE1544265 A1 DE 1544265A1 DE 19651544265 DE19651544265 DE 19651544265 DE 1544265 A DE1544265 A DE 1544265A DE 1544265 A1 DE1544265 A1 DE 1544265A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
reaction
component
temperature
semiconducting
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19651544265
Other languages
English (en)
Inventor
Dersin Dipl-Chem D Hansjuergen
Horst-Paul Lochner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of DE1544265A1 publication Critical patent/DE1544265A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367Substrates
    • H01L21/0237Materials
    • H01L21/02387Group 13/15 materials
    • H01L21/02395Arsenides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B25/00Phosphorus; Compounds thereof
    • C01B25/06Hydrogen phosphides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/007Preparing arsenides or antimonides, especially of the III-VI-compound type, e.g. aluminium or gallium arsenide
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518Deposited layers
    • H01L21/02521Materials
    • H01L21/02538Group 13/15 materials
    • H01L21/02546Arsenides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612Formation types
    • H01L21/02617Deposition types
    • H01L21/0262Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S148/00Metal treatment
    • Y10S148/052Face to face deposition
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S148/00Metal treatment
    • Y10S148/107Melt
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S148/00Metal treatment
    • Y10S148/17Vapor-liquid-solid
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S420/00Alloys or metallic compositions
    • Y10S420/903Semiconductive

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)

Description

24 Ji'fsI11QR
FlIEMMf! AKTIElTGESEILSCHAiT ■ München 2,
Berlin und München Wittelsbacherplatz
PA 65/2515
Verfahren zum Herstellen von epitaktischen Aufwachsschichten aus binären, halbleitenden Verbindungen
Die Erfindung "bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von epitaktischen Aufwachsschichten aus hochreinen^ insbesondere siliciumfreien, binären, halbleitenden Verbindungen, vorzugsweise A B -Verbindungen mit stöchiometrischer Zusammensetzung durch Abscheiden aus der G-asphase.
009828/1393
Die bisher bekannten Verfahren zur Herstellung halblcitender. j
Verbindungen bzw. von epitaktischen Aufwachsschichten aus i diesen Verbindungen sind mit zahlreichen, zum Teil recht ·
! schwerwiegenden Nachteilen behaftet. So macht es sich beispiels-
weise bei der Herstellung halbleitender Verbindungen durch Zu-
sammenschmelzen der Komponenten als störend bemerkbar, daß die
Dampfdrucke der Komponenten sich teilweise erheblich, d.h. um '
mehrere Atmosphären, unterscheiden. Auf diese Weise laßt sich j eine genaue stöchiometrische Zusammensetzung, wie sie für die Verwendung derartiger Stoffe zur Herstellung von in der Halbleitertechnik brauchbaren epitaktischen Aufwachsschichten erforderlich ist, nur unter großen Schwierigkeiten und erheblichem Aufwand erreichen. Abweichungen von der stöchiometrischen Zusammensetzung haben unerwünschte Dotierungseffekte, die nicht genau kontrollierbar sind, zur Folge.
Die Herstellung halbleitender Verbindungen durch Umsetzung in "der Gasphase ist demgegenüber mit dem Nachteil behaftet, daß.
die Umsetzung bei relativ hohen Temperaturen durchgeführt werden
muß, so daß das Einschleppen von Verunreinigen η aus dem Reak-
i- I
tionsgefuß praktisch nicht vermieden werden kann. Vor allem j/ macht sich dabei die Tatsache störend bemerkbar, daß die in Dampfform vorliegenden Komponenten sich teilweise mit dem Silicium der Quarzgefüße bei den hoheq Heaktionstemperaturen
umsetzen, ' . ' ' ·. · .· ':■■
Diese Machtoile lassen sich bei dem Verfahren gemäß der. Er fin- dung, das die Herstellung binärer halbleitender Verbindunßen Γ ;:
■'009828/1393 ! BAD f
bei! relativ, niedrigen Temperaturen gestattet und bei dem die anschließende Überführung in die einkristalline Form duroh
epitaktisches Aufwachsen in Gefäßen vorgenommen wird, bei denen
das Einschleppen von Verunreinigungen praktisch vollständig
i .
unterbunden wird, dadurch vermeiden, daß die erste Komponente
.der halbleitenden Verbindung in elementarer Form in ein Eeaktionsgefäß aus siIiciumhaltigern Material, z. B. aus Quarzglas, gebracht und dort auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes der ersten Komponente, jedoch unterhalb einer Temperatur, bei
der .die Umsetzung mit dem Gefäßmaterial beginnt, vorzugsweise
i Q
unterhalb 4oo G erhitzt wird, daß dann die zweite Komponente in' Form einer Verbindung der Schmelze der ersten Komponente
unter ständiger Bewegung der Schmelze durch Zugeben kleiner Mengen zugeführt wird, und die Zuführung der zweiten Komponente so lange fortgesetzt wird, bis die Umsetzung der beiden Komponenten zu der halbleitenden Verbindung beendet ist, daß anschließend die in Pulverform vorliegende halbleitende Verbindung von den Nebenprodukten durch Aufnehmen mit konzentrierter Salzsäure,
j
Erhitzen und Abfiltrieren der in Lösung gegangenen Rebenprodukte und noch vorhandener Ausgangsstoffe befreit wird, daß daraufhin die feste halblei.tende Verbindung in ein weiteres, bei extrem hohen Temperaturen, beispielsweise bei 3ooo° C, ausheizbares Reaktionsgefäß gebracht, bei einer gegenüber der Umsetzungstemperatur erhöhten Temperatur der Einwirkung eines Reaktionsgases unterworfen und durch Zersetzung der dabei entstehenden Verbindung bzw. Ver-
j
Windungen auf einem beheizten scheibenförmigen Träger niederge-*
schlagen wird und daß der erhaltene Niederschlag abschließend durch ein Transportverfahren in eine epitaktische Aufwachsschicht über-
geführt wird. .
■ j · ■' 009828/139 3
ι ' - 3a ·
Die Umsetzung wird dabei vorteilnafterweise in einem offenen
copy
Reaktionsgefäß unter Ausschluß von Feuchtigkeit, insbesondere unter Verwendung eines Schutzgases, durchgeführt.
.0 09828/1393 . _4-
Während die erste, als Ausgangsma.terial verwendete Komponente bei der Herstellung von binären Verbindungen, beispielsweise von Gallium oder indium, .kommen hierfür die stärker elektropositiven Elemente, also Gallium oder Indium in Präge - in elementarer Form zur Anwendung gebracht werden, wird die zweite Komponente zweckmäßigerweise in Form eines Halogenide, insbesondere eines Chlorids, verwendet. Diese zweite Komponente wird in flüssiger form, insbesondere unter Verwendung eines Tropftrichters, zu der im Reaktiorisgefaß befindlichen Schmelze der ersten Komponente hinzugefügt.
Nach Beendigung der Umsetzung wird das Reaktionsgemisch zweckmäßigerweise auf eine Temperatur erhitzt, die um etwa 2oo° C höher ist als die Reaktionstemperatur. Dabei wird ein Teil der entstandenen Nebenprodukte verdampft und scheidet sich oberhalb der Schmelze an den Wänden des Reaktionsgefäßes ab-r
Anschließend wird die bei der Umsetzung gebildete und durch Filtrieren isolierte halbleitende Verbindung durch kurzzeitiges Erhitzen im Vakuum von üvn restlichen Verunreinigungen, z. B. Wasser, befreit, Gegebenenfalls kann dann die in Pulverform anfallende halbleitende Verbindung durch Tempern in kompaktes
0 0 9 8 2 8/139 3
Material umgewandelt oder direkt zur Erzeugung epitaktischer Aufwachstchichten herangezogen werden.
Die durch Umsetzung der Komponenten erhaltene halbleitende Verbindung wird in das zweite Reaktionsgefäß gebracht und in Gegenwart eines Reaktionsgases mittels einer beheizten Unterlage auf eine Temperatur von' etwa 800 - 1000 C gebracht. Bei dieser Temperatur wird die bei der Umsetzung gebildete halbleitende Verbindung durch das Reaktionsgas in eine gasförmige Verbindung bzw. in gasförmige Verbindungen übergeführt und anschließend unter Zersetzung der gasförmigen Verbindungen auf dem in einem bestimmten Abstand angeordneten Träger niedergeschlagen und dort in einkristalliner Form zum Aufwachsen gebracht. Die dabei entstehende epitaktische Aufwachsschicht zeichnet sich durch einen extrem hohen Reinheitsgrad aus. Dieser wird dadurch erreicht, daß die Umsetzung der Komponenten, die zweckmäßigerweise in Gefäßen aus Quarzglas vorgenommen wird, bei relativ niedrigen Temperaturen, insbesondere unterhalb 400°C, durchgeführt wird. Die im Anschluß daran bei höheren Temperaturen, insbesondere bei 800 - 1Ö00°C, erfolgende Transportreaktion zu.; Reinigung der bei der Umsetzung entstandenen halbleitenden Verbindung und zur Erzeugung der epitaktischen Aufwachsschicht wird in einem bei etwn 30000C in Wasserstoff und/oder einem als Reaktionsgas dienenden Gasgemisch ausgcheizten Kohlegefäß vorgenommen. Durch das Ausheizen bei derart extrem hohen Temperaturen wird erreicht, daß praktisch alle den Transportvorgang störenden und damit die Eigenschaften der erzeugten Aufwachsschichten beeinträchtigenden Verunreinigungen entfernt werden β BAD QBir'* "^
009828/1393 · "6"
PA 9/501/224
Durch gegebenenfalls mehrinalige Wiederholung des Transportvcr kann der Reinigungseffekt noch verstärkt worden«
Bei der Herstellung von Galliumarsenid geht man beispielsweise so vor, daß als Erstkornponente Gallium und als Zwcitkomponentc Arsen in Form von Arsentrichlorid verwendet werden.· Die Umsetzung wird dann bei einer Temperatur von etwa 200 C vorgenoraen» Soll an Stelle von Galliumarsenid Galliumphosphid hergestellt werden, so wird als Zweitkomponente Phosphor in Form von Phosphortrichlorid vorwendet und bei etwa 200 C mit dem Gallium umgesetzt=
Die Herstellung von entsprechenden Verbindungen des Indiums erfolgt in analoger Weise, ze13. derart, daß als erste Komponente Indium und als zweite Komponente Arsen in Form von Arscntrichlorid zur Anwendung kommen. Die Umsetzung der beiden Komponenten wird in diesem Fall bei etwa 350 C durchgeführt. An Stelle von Arsen kann auch Phosphor als zweite Komponente verwendet werden. Dieses wird beispielsweise in Form von Phosphortrichlorid dem geschmolzenen Indium zugesetzt und mit diesem bei einer Temperatur von etwa 300 C umgesetzt*
Als Reaktionsgas zur Überführung der bei der Umsetzung in Pulverform anfallenden halbleitenden Verbindung in die einkristalline Form eignen sich praktisch alle Stoffe, die in der .Lage sind, mit den gebildeten halbleitenden Verbindungen bzw„ deren Komponenten verdampfbare Verbindungen zu bilden, die durch Pyrolyse in die gewünschte halblcitende Verbindung und eine
009828/1393 BAD
gasförmige Verbindung zerfallen. Hierzu zählen beispielsweise Jod, Wasserdampf, Halogenwasserstoff oder dergl. Die Gegenwart von Wasserstoff ist deiboi in vielen Fällen vortcillmf t β
Aus den nach dein Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten, aus halbleitenden Verbindungen bestehenden, epitaktischen Aufwachsschichten lassen sich dann praktisch alle Halbleiterbauelemente wie Gleichrichter, Transistoren oder dergleichen herstellen. Außerdem können Halbleiterbauelemente hergestellt v/erden, bei denen eine oder mehrere Schichten aus halbleitenden Verbindungen-, die nach dem im Vorhergehenden beschriebenen Verfahren hergestellt worden sind, bestehen,,
Nähere Einzelheiten der Erfindung gehen aus den an Hand der Figuren 1-5 beschriebenen Ausführungsbeispielen hervor.
In Fig. 1 ist ein zur Herstellung der'halbleitenden Verbindung nach der Lehre der Erfindung geeignetes Reaktionsgefäß schema-•tisch dargestellt. In dem Reaktionsgefäß 1 aus Quarz, das sich in einem Temperaturbad 2 befindet,·wird metallisches Gallium 3 untergebracht. Das Temperaturbad 2 wird mittels der Heizung 4, die über die Klemmen 14 mit einer in der Figur nicht dargestellten Spannungsquelle verbunden ist, auf eine Temperatur von etwa 2CO C geheizt. Zu diesem geschmolzenen Gallium wird langsam Arsentrichlorid 5 in flüssiger Form zugegeben. Die Zuführung des Arscntrichlorids erfolgt mittels des Tropftrichters 6, der mit Hilfe des Hahnes 7 ganz oder teilweise verschlossen Werden kann und der durch den mit einem Schliff versehenen Ansatz-·
009828/1393 BAD ORIGINAL
ΡΛ 9/501/224 - Jtf'.-
stutzen 8 seitlich in das Reaktionsgefäß eingeführt ist. Das Reaktionsgefäß 1 ist außerdem mit seitlichen Ansatzstutzen zum Ein- bzw» Ableiten des Schutzgases versehen. Der untere Anscitzstutzen 9 dient dabei zum Einleiten, der obere Ansatzstutzen zum Ableiten des Schutzgases. Als Schutzgas eignen sich Wasserstoff, Stickstoff oder Edelgase. Außerdem ist das Reaktionsgefäß mit einer Kühlung 11 versehen, die ein Entweichen der bei der Reaktion gebildeten Dämpfe verhindert. Die Umsetzung der Reale·- tionspartner wird dabei durch eine innige Vermischung begünstigt« Diese läßt sich mittels des Rührers 12, der an seinem unteren Ende mit einem propcllerartigen GebildoLi3 versehen ist, erreichen ο Der Rührer 12 wird von oben in das Reaktionsgofäß 1 vakuumdicht eingeführt. Zur Abdichtung dienen· die Schutzglocke 15 und die Dichtung 16. Um eine einfache Handhabung des Gefäßes 1 zu gewährleisten, ist dieses so ausgebildet, daß der obere Teil 17 abgenommen werden kann. Die Verbindung der beiden Teile wird durch die Schliff vor bindung 18 hergestellt.
Die Umsetzung von Gallium und Arsontriehlorid entsprechend der Gleichung
2Ga + AsCl„ = GaAs + GaCl-
wird bei etwa 200 C vorgenommen. Nach Beendigung der Reaktion wird die Zuführung des Arscntrichlorids unterbrochen und das in dom Rcaktionsgefäß T befindliche Gemisch mit Hilfe dor Heizung 4 auf eine um etwa 200 C höhere Temperatur behoizto Dabei vordampft das bei der Umsetzung gebildete G'alliumtrichlorid, welches sich an den auf oinor niedrigeren Temperatur
BAÖ
0 0 9828/1393
PΛ 9/501/224 -
befindlichen Teilen der Gefäßwandung niederschlägt. Danach wird das Reaktionsprodukt mit konzentrierter Salzsäure aufgenommen und erhitzt. Dabei geht das noch im Reaktionsgefäß befindliche Gallium In Gcilliumtrichlorid über, welches In der salzsaurcn Lösung verbleibt. Nach dem Abfiltrieren erhält man praktisch reines Galliumarsenid als Rückstand, welches anschließend durch kurzzeitiges Erhitzen im Vakujm von flüchtigen Nebenprodukten wie -beispielsweise Arsen und Wasser befreit wird. Das in Pulverform anfallende Galliumarsenid kann entweder unmittelbar zur Herstellung epitaktischer Aufwachsschichten verwendet werden oder zuvor durch Tempern in kompaktes Material umgewandelt werden.
Zur Herstellung von Indiumphosphid an Stelle von Galliumarsenid kann das gleiche ReaktionsgefLiß verwendet werden. In diesem Falle wird in das Reaktionsgefäß 1 elementares Indium eingebracht * Dieses wird mittels des Temperaturbades 2, welches durch die Heizung 4 beheizt wird, auf eine Temperatur von etwa 400 C erhitzt. In die dabei entstehende Schmelze wird unter stundigem Rühren Phosphortrichlorid mittels des Tropf- trichters 6 eingeführt. Das Zuführen dos Pliosphortrichlorids erfolgt in kleinen Mengen, was durch Einstellung dos ilahncs erreicht werden kann. Die Umsetzung der Komponenten erfolgt in dor an Hand dos vorhergehenden Ausführurigsbelsplels beschriebenen Weise. Nach Beendigung der Reaktion"und kurssscitigem Erhitzen auf eine um etwa 200 C höhere Temperatur sum Abtrennen,von als Nebenprodukt gebildetem Indiumchlorid wird
. " BAD ORlGIMAL ~10~
0 09828/f 393'
ΡΛ '.9/501/22'* ■- I
das Reaktionsprodukt mit konzentrierter Salzsäure aufgenommen und erhitzt. Dabei werden die bei der Umsetzung gebildeten Nebenprodukte sowie überschüssiges Indi-um gelost. Von der salzsauren Lösung wird das Indiumphosphid durch Abfiltricren getrennt. Anschließend wird das so isolierte Indiumphosphid im Vakuum.kurzzeitig erhitzt und von etwa zurückgebliebenen Nebenprodukten wie Wasser und Phosphor befreit. Das in Pulverforn anfallende Indiumphosphid kann nunmehr entweder direkt : zur Herstellung epitaktischer Aufwachsschichten verwendet werden oder es wird einei- anschließenden Temporung unterworfen, durch die das pulver!örmige Material in. kompaktes Indiumphosphid 'übergeführt wird.
In analoger Vfeise lassen sich auch unter Einstellung der entsprechenden Reaktionsbedingungen die anderen in Frage kommenden hnlbloitenden Verbindungen synthetisieren. Die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Materialien zeichnen sich durch äußerst hohe Reinheit sowie durch eine streng stöchiomotrisehe Zusammensetzung aus. Durch die bei dem Verfahren zur Anwendung kommenden niedrigen Temperaturen1 unterbleibt ein-Einschleppen von Verunreinigungen aus den Gefäß Wänden vollständig. Außerdem machen sich bei den niedrigen Temperaturen die Dampfdruckunterschiede zwischen 'den*-einzelnen Komponenten nicht dermaßen störend bemerkbar wie beim Zusammenschmelzen der Komponenten bei erheblich höheren Temperatureno
0 09828/1393
PA9/501/«*
Die Herstellung der epitaktischen Aufwachsschichten erfolgt dann in der an Hand der Figuren 2-5 erläuterten Weise. So wird z.B., wie in Fig. 2 dargestellt, die durch Umsetzung der Komponenten bei niedrigen Temperaturen gewonnene, in Pulverform vorliegende halbleitcndo Verbindung 21, z.B. Galliumarsenid, unmittelbar im Anschluß an die Synthese in ein topfförmiges, aus mehreren Teilen bestehendes Reaktionsgefäß aus Kohle eingebracht. Die Beheizung des Reaktionsgefäßes 20 erfolgt mittels der Holzbrücke 22, die über die Klemmen 23 mit einer in der Figur nicht dargestellten Spannungsquelle verbunden V/erden kann. Das Reaktionsgefäß 20 wurde vor dem Einbrin- gen des halbleitenden Materials bei etwa 3000 C in Wasserstoff oder einem als Roaktionsgas geeigneten Gasgemisch, z.B. H0O und H oder HCl und H0, ausgchoizt. Auf diese Weise wird das Reaktionsgefäß 20 praktisch vollständig von allen Verunreinigungen befreit. Das Reaktionsgefäß besteht aus einem Unterteil 24 und einem Oberteil 25» das mit einem oder mehreren Fensters 26 versehen ist. Zum Verschließen der Fonstcr sind eine oder mehrere Kohleschoibcn 27 vorgesehen (in der Figur ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nur ein Fenster und eine Kohlescheibe 27 dargestellt).
Durch Erhitzen auf eine Temperatur von otwn 1000° C erfolgt der Transport des auf dem Boden des Gefäßes liegenden Halb-* ' leitermaterials 21 zu dem gegenüberliegenden Oberteil 25 des Reaktionsgefäßes. Dort schlägt sich das Halbleitermaterial ^n gereinigter Form in den dem Fenster benachbarten Beroichön SB
■ ' .-'>'·- - BAD OBiGINAL
009828/1393
nieder. Die im pulverförmigen Material enthaltenen Verunreini- - gungen werden dabei zu der aufgelegten Kohleschcibe 2? übergeführt. Sobald der Transport des Halbioitermatorials 21 beendet ist, wird die Kohlescheibe 27 entfernt und, wie in Fig= 3 angedeutet, eine Substratscheibe 3Iι z„B. aus einkristallincm Galliumarsenid, aufgelegt. Um eine gleichmäßige Erhitzung:der Sustratscheibe zu gewährleisten, wird auf die Substratscnbibe 31 eine Abdeckscheibe 32 aus Aluminiumoxid odor aus Kohle aufgelegt.' Bei einer Temperatur von etwa 1000° C erfolgt dann der Transport des Halbloitermaterials von den Bereichen 28 aus zur Substratschcibo 31 hin. Bei Verwendung einer einkristallinen Substratscheibe aus dem abzuscheidenden Material bzw· aus einem Material gleichen Gittertyps und annähernd gleicher Gitterkonstante wächst dabei auf der Unterseite der Scheibe 31 eine epitaktische Schicht 33 auf. Bei Vorwendung von Substratscheiben aus Fremdmaterial wie Metall, Aluminiumoxid, Kohle oder dergleichen erhält man polykristallinen Material,
Eine andere Möglichkeit zur Erzeugung epitatetischer Aufwachsschichten nach der Lehre der Erfindung ist in den Figuren 4 und 5 dargestellt» Die pulverförmige halbleitend© Verbindung
21 wird in ein gegebenenfalls aus mehreren Teilen bestehendes Reaktionsgefäß 40 aus Kahle gebracht (Fig· 4). Die Teile 4Ϊ und 42 des Reaktionsgefäßes 40 werden vor dem Einbringen dos Ilalbleitermaterials bei etwa 30000G, ausgeglüht. Dann wird » durch Beheizen des Reaktionsgefäßes 40 mitt.ols der Holzbrücke
22 auf eine Temperatur von etwa 1000° C in'Gegenwart eines
■'■■■'■■. - -"'■■-..■ ' ..'-■-■ '■■■■■■:. ■■'.■ BAE)..
00 9820713 03 - "
Reaktiqnsgases, z.B. eines Geraisches von H O und H2 - an Stelle von H0O können selbstverständlich auch Halogene oder Halogen- bzw. Halogenwasserstoffverbindungen verwendet werden ~, wird dann das auf dem Gefäßboden liegende Halbleitermaterial 21 auf die den oberen Abschluß bildende Kohleplatte 42 transportiert. Nach Beendigung des Transportvorganges wird dann entweder die auf der Platte 42 niedergeschlagene Schicht 43 abgenommen, was insbesondere bei größerer Schichtdicke leicht möglich ist ι und als Ausgangsmaterial zur Herstellung der epitaktischen Aüfwachsschicht verwendet oder man dreht, wie in'Fig.. 5 angedeutet, das Reaktionsgefäß 40 einfach um, so daß die Platte 42 nach unten zu liegen kommt. Die Seitenteile 44 und 45 des Reaktionsgefäßes 40 dienen dann im weiteren Verlauf des Verfahrens als Abstandshalter. Auf sie wird eine Substratscheibe 46 aufgelegt. Diese kann entweder aus einkristallinem Material gleichen Gittertyps und gleicher oder ähnlicher Gitterkonstante v/iο das abzuscheidende Material oder aus einem von diesem verschiedenen Material wicrz.B. Aluminiumoxid, Wolfram, Molybdän, Tantal, Kohle odor dergleichenbestehen. Die Wahl des Materials für die SubstratscHeil- richtet sich danach, ob die Erzeugung einkristallinorAufwachsschichten oder dio Herstellung von polykristallinen! Material.g
ist. Durcli Beheizen auf eine Temperatür von ptwal 0Ö0Q C ti ir d die Schicht 43 unter Einwirkung des Reaktionseases gelöst und die halbloitonde Verbindung über dieGasphase auf die Substratachöibe 46transportiert. Bort; kommt es je nach Wahl der
fv ·" :: . · - ■-,' "■_■"■" ■ ■ ■ . ■ -IA-
SV;./' QO902871393 .
Λ?
Substratscheibe zur Ausbildung einer ein- oder polykristallinen Schicht"47·'
Die auf diese Weise hergestellten Halbleitermaterialien sind in hervorragender Woisp für die Herstellung von Halbleiterbauelementen zu verwenden. So kann z.B. während des epitaktischen Aufwachsens durch Zugabe von Donatoren bzw. Akzeptoren erzeugenden Dotierungsstoffon die gewünschte Dotierung der Aufwachsschichten erreicht werden. Außerdem kann das Verfahren gemäß der Erfindung dahingehend modifiziert werden, daß schon bei der Synthese Dotierungsstoffe den Ausgangsmaterialien hinzugefügt werden.
Patentansprüche,
5 Figuren.
0 0 9 8 2 8/ 13 93

Claims (16)

  1. Patentansprüche
    .· Verfahren zum Herstellen von epitaktischen Aufwachs schichten aus hochreinen, instesondere siliciumfrelen, "binären, halbleitenden Verbindungen, vorzugsweise A B -Verbindungen, mit stöchiometrischer Zusammensetzung durch Abscheiden aus der Gasphase, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Komponente der halbleitenden Verbindung in elementarer Form in ein Reaktionsgefäß aus siliciumhaltigem Material, 2. B. Quarz, gebracht und dort auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes der ersten Komponente, jedoch unterhalb einer Temperatur, bei der die Umsetzung mit dem Gefäßmaterial beginnt, vorzugsweise unterhalb 4oo C, erhitzt wird, daß dann die zweite Kompoente in Form einer Verbindung der Schmelze der ersten Komponente unter ständiger Bewegung der Schmelze durch Zugeben kleiner Mengen zugeführt wird und die Zuführung der zweiten Komponente so lange fortgesetzt wird, bis die Umsetzung der beiden Komponenten zu der halbleitenden Verbindung beendet iat, daß anschließend die in Pulverform vorliegende halbleitende Verbindung von den Nebenprodukten durch Aufnehmen mit konzentrierter Salzsäure, Erhitzen und Abfiltrieren der in Lösung gegangenen Nebenprodukte und noch vorhandener Ausgangsstoffe befreit wird, daß daraufhin die feste halljleitende Verbindung in ein ,weiteres, bei extrem hohen Temperaturen, beispielsweise bei. 3ooo° C, ausheizbares Reaktionsgefäß gebracht, bei einer gegenüber der Umsetzungstemperatur erhöhten Temperatur der Einwirkung eines Reaktionsgases unterworfen und durch
    ' ..-■■"■"■ . .- ·- "■■-·;.. . ■ ■■"■ - 1 6 -./
    0 09828/1393
    Zersetzung der dabei'entstehenden Verbindung bzw. Verbindungen auf einem beheizten, scheibenförmigen Träger niedergeschlagen wird und daß der erhaltene Miederschlag abschließend durch ein Transportverfahren in eine epitaktische Aufwachsschicht übergeführt wird. .
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung in einem offenen Reaktionsgefäß unter Ausschluß von Feuchtigkeit, insbesondere unter Verwendung eines Schutzgases, durchgeführt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Komponente in Form eines Halogenids, insbesondere eines Chlorids, verwendet wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3» dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Komponente in flüssiger Form unter Verwendung eines Tropftrichtere zugeführt wird*
  5. 5. Verfahren nach deinem der Ansprüche 1 - 4»dadurch gekennzeichnet, daß nach Beendigung der Umsetzung das Reaktionegemisch kurzzeitig auf eine Temperatur erhitzt wird, die um etwa 2oo° ö höher ist als die Reaktionstemperatur.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5» dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Umsetzung gebildete und durch Filtrieren isolierte halbleitende Verbindung durch kurzzeitiges Erhitzern im Vakuum von den restlichen Verunreinigungen befreit wird*
    009828/1393 - 17 -
    :
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Umsetzung der Komponenten erhaltene halbleitende Verbindung in das zweite Reaktionsgefäß • gebracht und in Gegenwart eines Reaktionsgas.es mittels einer beheizten Unterlage auf eine Temperatur von etwa 8oo - 1ooo° C gebracht wird.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche. 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Umsetzung der Komponenten erhaltene halbleitende Verbindung mittels eines Reaktionsgases auf einen in bestimmtem Abstand angeordneten Trägerkristall transportiert und dort zum Aufwachsen gebracht wird.
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß als zweites Reaktionsgefäß ein aus mehreren Teilen zusammengesetztes, ganz aus Kohle bestehendes Gefäß verwendet wird.
  10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Transportvorgang mehrmals wiederholt wird.
  11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 1o, dadurch gekennzeichnet, daß als erste Komponente Gallium und als zweite Komponente Arsen in Form von Arsentriohlorid verwendet werden und daß die Umsetzung bei einer Temperatur von etwa 2oo° C vorgenommen wird.
    -18-009828/1393
  12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 1o, dadurch gekennzeichnet, daß als erste Komponente Gallium und als zweite Komponente Phosphor in Form von PhosphortriChlorid verwendet werden und daß die Umsetzung bei ei'ner Temperatur von etwa 2oo° C vorgenommen wird.
  13. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 1o, dadurch gekennzeichnet, daß als erste Komponente Indium und als zweite Komponente Arsen in Form von Arsentrichlorid verwendet wer-den und daß die Umsetzung bei etwa 45o° 0 durchgeführt wird.
  14. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 1o, dadurch gekennzeichnet, daß als erste Komponente Indium und als zweite Komponente Phosphor in Form von Phosphortrichlorid verwendet werden und daß die Umsetzung bei einer Temperatur von etwa 4oo C vorgenommen wird.
  15. 15· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 14, dadurch gekennzeichnet, daß als "Reaktionsgas zur Überführung der pulverförmigen halbleitenden Verbindung in die einkristalline Form Jod, gegebenenfalls unter Verwendung von Wasserstoff 8ls Trägergas, verwendet wird.
  16. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß als Reaktionsgas zur Überführung der pulverförmigen halbleitenden Verbindung in die einkristalline Form Wasserdampf, gegebenenfalls unter Verwendung von Wasserstoff als ^Vägergas, verwendet wird.
    009828/1393
    Leerseite
    OFUGlNAt
DE19651544265 1965-07-05 1965-07-05 Verfahren zum Herstellen von epitaktischen Aufwachsschichten aus binaeren,halbleitenden Verbindungen Pending DE1544265A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DES0097994 1965-07-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE1544265A1 true DE1544265A1 (de) 1970-07-09

Family

ID=7521148

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19651544265 Pending DE1544265A1 (de) 1965-07-05 1965-07-05 Verfahren zum Herstellen von epitaktischen Aufwachsschichten aus binaeren,halbleitenden Verbindungen

Country Status (6)

Country Link
US (1) US3480472A (de)
AT (1) AT262382B (de)
CH (1) CH484699A (de)
DE (1) DE1544265A1 (de)
GB (1) GB1102205A (de)
NL (1) NL6609148A (de)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3636919A (en) * 1969-12-02 1972-01-25 Univ Ohio State Apparatus for growing films
US4404265A (en) * 1969-10-01 1983-09-13 Rockwell International Corporation Epitaxial composite and method of making
US4368098A (en) * 1969-10-01 1983-01-11 Rockwell International Corporation Epitaxial composite and method of making
US5091044A (en) * 1988-07-21 1992-02-25 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Methods of substrate heating for vapor phase epitaxial growth

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3008805A (en) * 1959-06-09 1961-11-14 Gen Electric Preparation of metal phosphides
BE620887A (de) * 1959-06-18
DE1188555B (de) * 1960-05-10 1965-03-11 Wacker Chemie Gmbh Verfahren zur Herstellung hochreiner kristalliner Koerper aus Nitriden, Phosphiden oder Arseniden der III. Hauptgruppe des Periodensystems

Also Published As

Publication number Publication date
US3480472A (en) 1969-11-25
GB1102205A (en) 1968-02-07
AT262382B (de) 1968-06-10
CH484699A (de) 1970-01-31
NL6609148A (de) 1967-01-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP4043620A1 (de) Verfahren zum abscheiden einer kristallschicht bei niedrigen temperaturen, insbesondere einer photolumineszierenden iv-iv-schicht auf einem iv-substrat, sowie ein eine derartige schicht aufweisendes optoelektronisches bauelement
DE2434988A1 (de) Verfahren zum aufbringen einer feststoff-lage auf ein substrat sowie in verbindung mit einem solchen verfahren aufgebrachtes halbleitermaterial
DE3851417T2 (de) Epitaxiales Wachstumsverfahren aus der Gasphase.
DE2840331A1 (de) Verfahren zum aufbringen einer halbleitenden verbindung von elementen der gruppen iii und v des periodensystems
DE1911715B2 (de) Verfahren zur Herstellung eines Verbindungshalbleiters
DE3781016T2 (de) Verfahren zur zuechtung eines multikomponent-kristalls.
DE1185293B (de) Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung
DE2703873C3 (de) Verfahren zur Herstellung von kristallinen Verbindungen A1™ B&trade
DE2729169A1 (de) Verfahren zur herstellung von reinem silizium
DE1544265A1 (de) Verfahren zum Herstellen von epitaktischen Aufwachsschichten aus binaeren,halbleitenden Verbindungen
DE3437120A1 (de) Verfahren zum herstellen von halbleiterschichten auf halbleiterkoerpern oder zur eindiffusion von stoerstellen im halbleiterkoerper
DE10394037B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer Metallsulfidschicht
DE3689272T2 (de) Verfahren zur Synthese einer Verbindung von Phosphor mit einem Gruppe-III-Element.
DE1544264C3 (de) Verfahren zum Herstellen von Halbleiterschichten durch Abscheiden aus der Gasphase
DE2128735A1 (de) Verfahren zur Herstellung inter metallischer Verbindungen
DE4101128C2 (de) Raffinierverfahren für hochreines Titan
DE3689387T2 (de) Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht aus GaAs.
DE1804462A1 (de) Verfahren zum Herstellen epitaktischer Schichten halbleitender Verbindungen
DE1719498A1 (de) Epitaxialwachstum von Galliumarsenid
DE1281404B (de) Verfahren zur Herstellung einer halbleitenden Verbindung mit zwei oder mehr Komponenten
DE2409005C3 (de) Verfahren zum epitaktischen Aufwachsen von Halbleiter-Siliciumcarbid
DE1963853C3 (de) Verfahren zur Herstellung von aus einer Galliumverbindung bestehenden Einkristallen
DE2504610A1 (de) Verfahren zur herstellung von metallischem zirkonium
DE1267198C2 (de) Verfahren zum Herstellen einer halbleitenden Verbindung
DE1544279C3 (de) Verfahren zum epitaktischen Abscheiden einer einkristallinen Schicht von Halbleitermaterial auf einem Fremdsubstrat