DE1908277A1 - Aufwachsschichten aus halbleitenden Verbindungen,hergestellt nach einem Verfahren der Schmelzepitaxie - Google Patents

Aufwachsschichten aus halbleitenden Verbindungen,hergestellt nach einem Verfahren der Schmelzepitaxie

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Description

19. FFB.
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Münchens,
Berlin und München . üittolsbacherplatz
1908277 PA 69/2117
Aufwachsschichtcn aus halbleitenden Verbindungen, horge-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen epitaktischer Aufwachsschichten von unterschiedlichem Leitungstyp unter Verwendung von Silicium alo Dotierungsstoff aus am Schmelzpunkt leicht zersctzlicheiT halbleitcnden Verbindungen, vorzugsweise aus Galliumarsenid, durch das Schmclzpitaxievcrfahren. -
Pur spezielle Halbleiteranordnungon aus halblcitenden Verbindungen vorzugsweise für die aus Galliumarsenid bestehenden Lumineszenzdioden, Koppclclemcntc, Laserdioden und Galliumcrsenidtransistorcn, ist es erforderlich, daß vüllig reines, vor allen Dingen sauerstoff- und schwcrraetallfreies, Gallium-r arsenid-Kjfetallmaterial verwendetwird.
Aus der Zeitschrift "R.CA. Review" Vol. XXIV, Dez. 1963, Seiten 603 - 606, ist von Nelson ein Schmelzepitaxicvcrfahren von Galliumarsenid bekannt, bei dem ein in einem schräggesteilten Quarzrohr befindliches Substrat aus Galliumarsenid mit einer aus Galliumarsenid mit Zinnzusatz als Dotierung teatchenden.Schmelze in Kontakt gebracht wird. Das Aufwachsen der mit der Zinndotierung versehenen Galliumarsenidschicht geschieht dabei in strömender Wasserstoffatmosphäre.
Für spezielle Anwendungszwecke ist es notwendig, anstelle des Zinns Silicium als Doticrungsstoff zu verwenden, Dabei ist es besonders wichtig, daß der Einfluß der umgebenden Atnospllhrc während des epitaktischen Aufwachsprozesses v/eit-
-PA 9/493/965 Edt/Hob ' ■■ " - 2 -
13.2.1969 '
gehend ausgeschaltet wird, da die umgebende Atmosphäre, die ': \ Siliciumdotiorung in unkotrolliorbarer Vteiso bcieinfluBt. " \
Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt r besteht ■" :
a) in der Herstellung reproduzierbar dotierter Aufwaehsschichten aus Galliumarsenid und . '"/:■- :
b) in der Verwendung von Silicium als Dotierimgsstoff, wobei der Effekt des amphotoren Verhaltens von Silicium als Dotierungsotoff in Galliumarscnidkriotallen/(Umsehlagpunkt , von n- in p-Leitfähigkeit bei 920° C) ausgenutzt v/erden soll.
Zur lösung dieser Aufgabe v/ird crfiridungsgeraüi3 vorgosch.lagens daß die Herstellung der für den Aufvmchsprozeß vorgesehehen: Schmelze sov/io der Aufv/achsprozoß selbst unter dem Dampfdruck der beteiligten Stoffe in einem evakuierten Reaktion3gefäß vor- -. genonmen wird. · ;:
In einer \7eiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, ' eine evakuierte Quarzampullc zu verwenden, in welche eine die 3chr.elze und' das für die epitaktischo Abscheidung vorgesehene Substrat enthaltende, mit einem Schraubverschluß versehene Kohle- oder Quarzkapsel eingebracht ist= Zweckmäßigerweise wird dabei bei einen Druck von 1 bis 5« 10 Torr gearbeitet..
Gemäß einen besonders günstigen Ausführungsbeispiel nach der Lehre der Erfindung wird zur Herstellung von aus Galliumarsenid " bestehenden epitaktischen Aufwachsschichten von unterschied-1 liehen Leitungstyp unter Verwendung von Silicium ala ~Ilotierurigsstoff eine auf« 970° C erhitzte, mit Galliumarsenid gesättigte , Λ Gcllium-Galliunarsendidschmclzo mit einem Gehalt anSilicium von 1 - 2 c/o hergestellt, ein in den Deckel der Kohle- oder Quarzkapsel eingelagertes Galliumarsenidsubstrat von n-Leitungs-
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typ verwendet und durch.Drehen der Kapsel um 180° die Schmelze auf das Substrat aufgekippt. Durch Abkühlen des- mit , der Schmelze versehenen Substrats wird dann ein-/ Umschlag auf den p-Lcitungstyp in der aufgewachsenen Schicht herbeigeführt und schließlich bei einer Temperatur von etwa 500° G die Kapsel wieder in ihre Ausgangslago zurückgebracht.
Durch das Verfahren nach der Lehre der Erfindung l3t die Möglichkeit gegeben, den Kippvorgang aur Herstellung einer Schichtcnfolgc von Aufwachsschichten mit abwechselnd unterschiedlichem Leitimgstyp beliebig oft zu wiederholen.
Die durch das erfindungsgemäßc Verfahren hergestellton epitakticchcn Aufwachsschichtcn zeichnen-sich durch eine besonders hohe. Reprodunierbarkeit aus und sind bestens geeignet zur. Herstellung von Halbleiterkörpern, welche zur Halbleiterbauelementen,- insbesondere aus Galliumarsenidkristallcn wie Galliunarsenid-Lumincszcnzdiodcn, weiterverarbeitet werden.
An Hand der Figuren 1 und 2 und eines Ausfiihrungsbeispicls coil das Verfahren nach der lehre der Erfindung nqch naher erläutert.werden.
Fig« ^ zeigt eine bis auf einen Druck von .1 bis 5.10" Torr evakuierte Quareanpullc -1 , in welcher sich eine-mit einem vcrschraubbnren Deckel 2 versehene Kohlekapsel 3 befindet. In Deckel 2 wi-rd .die aus n-doticrtem Galliumarsenid bestehende, für die cpitaktinche /-boche-idung vorgesehene Substratscheibc 4 (Auogangsstärke ca. 200 /u) eingelagert und gegenüber der School Ee 5, welche sich an Boden der Kapsel 3 befindet, angeordnet. Die Schrnelco 5 besteht aus einer, mit Galliumarsenid, gesättigten Galliumsehmclzc, welche als DoticrungGQtoff einen Zusatz von 1 — 2 f5 Silicium enthält. Diese Schneise- wird auf 970° C erhitzt und dann durch Drohen der
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BAD ORiGlNAL
- 4 - . ..■■■■■■■'
go'san-ton Anordnung (T, 3) um 180° in Pfeilrichtung 6 auf die Substratscheite 4 aufgekippt. Während der Abhkühlung des mit der Schmelze in Berührung gebrachten Substrats erfolgt bei 920 G in der epitaktisch aufgeachsenen Schicht auf Grund des amphotercn Verhaltens von Silicium ein Umschlag im Leitungßtyps von η nuch p, so daß sich, nachdem die Anordnung (1, 3) bei Ca0 500 G wieder in ihre Ausgangslagc zurückgebracht ist, auf den Ausgangsnubstrat 4 eine n-dotiorte epitaktische Schicht von 3)0 /U Schichtdicke sowie eine p-dotiertc Schicht von ebenfalls 30 /ti Schichtdicke gebildet hat. ""..'"·■"
Die Schiehtcnfolge ist aus der Pigur 2 zu ersehen. Das Substrat int mit den Besugszcichen 4, die aufgev/achsene n-dotierte Schicht mit 7 und die p-doticrtc Schicht mit 8 bezeichnet. Durch nochmaliges Erhitzen der Schmelze auf eine Temperatur von grüßer 920 C läßt sieh durch weiters Aufschmelzen von Material eine v/eitere-_n-dotierte Schicht abscheiden, welche gegabenen-■ falls nach den Abkühlen in eine p-dotierte Zone übergeführt \?v werden kann.
6 Patentansprüche
2 Figuren
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Claims (4)

1. Verfahren zum Horstellen epitaktischer Aufwachsschichten von.unterschiedlichem leitungstyp unter Verwendung von Silicium als Dotierungsstoff" aus am Schmolzpunkt leicht zorsotzlichcn halbleitenden Verbindungen, vorzugsweise aus Galliumarsenid, durch das Schmelzepitaxicverfahren, d a~ durchgoken η zeichne t,.daß die Herstellung der für den Aufwachsprozeß \orgesehenen Schmelze, sowie der Aufwachsprozeß selbst unter dem Dampfdruck der beteiligten Stoffe in einem evakuierten Reaktionsgefäß vorgenommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekenn-=
z. e i c h η e t, daß eine evakuierte Quarzampulle verwendet w wird, in welche eine, die Schmelze und das für die epitaktii? :.' sehe Abscheidung vorgesehene Substrat enthaltende, mit einem Schraubverschluß versehene Kohle-.oder Quarzkapsel gelegt ist»
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Druck von 1 bis 5.10~ Torr gearbeitet wird-
4. Vorfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch g e-k e η nzeichnet, daß zur Herstellung von aus G-alliumarsenid bestehenden opitaktiachen Aufwachsschichten von unterschiedlichen leitungstyp unter Vorwendung von Silicium als Dotierungsstoff eine auf 970° G erhitzte, mit Galliumarsenid gesättigte Gallium-Galliumarsenid-Sehmelze mit einem Gehalt an Silicium von 1 - 2 c/o hergestellt wird,, daß ein in den Deckel der Kohle- oder Quarzkapsel eingelagertes Galliumarsenidsubstrat von n-Leitungatyp verwendet wird, daß durch Drehen der Kapsel um 180° die Schmelze auf das Substrat aufgekippt und durch Abkühlen des mit der Schmelze versehenen
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Subtrates ein Umschlagen auf den p-Iieitungstyp in der aufgewachsenen Schicht herbeigeführt τ/ird und daß schließlich bei einer Tenperatur von etwa 500° C d ihre Ausgangslage zurückgebracht wird*
bei einer Tenperatur von etwa 500° C die Kapsel wieder in
c Verfahren nach Anspruch 4* da.durch g e Ic e η η -> ζ c i "c.h η e t, daß der. Kippvorgang zur Herstellung einer Schichtenfolgo von Aufwaehsschichten mit abv/echselnd unterschiedlichen Leitungstyp mindestens einmal wiederholt wird*
6« Vcrv/endtmg des nach v/enigsteno eineia der Ansprüche 1 bis 5 ': hergestellten Halbleiterkörpers zur Fertigung von Halbloiterbauclcnentcn,, insbesondere von aus Salliumarsonidlcriotallen bestehenden Ilalbleiterbauolenientcnj. wie neszensdiodenc■
PA 9/493/963
DE19691908277 1969-02-19 1969-02-19 Verfahren zum Herstellen von aus Galliumarsenid bestehenden epitak tischen Aufwachsschichten nach dem Schmelzepitaxieverfahren Expired DE1908277C3 (de)

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