DE1544265A1 - Verfahren zum Herstellen von epitaktischen Aufwachsschichten aus binaeren,halbleitenden Verbindungen - Google Patents
Verfahren zum Herstellen von epitaktischen Aufwachsschichten aus binaeren,halbleitenden VerbindungenInfo
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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-
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-*
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
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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-·
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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
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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.
5 Figuren.
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Claims (16)
- 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 09828/1393Zersetzung 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. 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. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Komponente in Form eines Halogenids, insbesondere eines Chlorids, verwendet wird.
- 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3» dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Komponente in flüssiger Form unter Verwendung eines Tropftrichtere zugeführt wird*
- 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. 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. 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. 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. 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. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Transportvorgang mehrmals wiederholt wird.
- 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. 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. 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. 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· 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. 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.009828/1393LeerseiteOFUGlNAt
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