DE1908277C3

DE1908277C3 - Verfahren zum Herstellen von aus Galliumarsenid bestehenden epitak tischen Aufwachsschichten nach dem Schmelzepitaxieverfahren

Info

Publication number: DE1908277C3
Application number: DE19691908277
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr-Ing Bungenstab Eckart Dipl Phys 8000 München Touchy
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1969-02-19
Publication date: 1977-08-11

Description

als Dotierungsstoff einen Zusatz von 1-2% Silicium enthalt Diese Schmelze wird auf 97O⁰C erhitzt und dann durch Drehen der gesamten Anordnung (1,3) um 180° in Pfeilrichtung 6 auf die Substratscheibe 4 aufgekippt Während der Abkühlung des mit der Schmelze in s Berührung gebrachten Substrats erfolgt bei 92O⁰C in der epitaktisch aufgewachsenen Schicht auf Grusid des amphoteren Verhaltens von Silicium ein Umschlag im Leitungstyp von η nach p, so daß sich, nachdem die Anordnung (1, 3) bei ca. 500° C wieder in ihre Ausgangslage zurückgebracht ist, auf dem Ausgangssubstrat 4 eine η-dotierte epitaktische Schicht von 30 μ Schichtdicke, sowie eine p-dotierte Schicht von ebenfalls 30 μ Schichtdicke gebildet hat.

Die Sc'achtenfoige ist aus der F i g. 2 zu ersehen. Das Substrat ist mit dem Bezugszeichen 4, die aufgewachsene η-dotierte Schicht mit 7 und die p-dotierte Schicht mit 8 bezeichnet. Durch nochmaliges Erhitzen der Schmelze auf eine Temperatur von größer 920⁰C läßt sich durch weiteres Aufschmelzen von Material eine weitere η-dotierte Schicht abscheiden, welche gegebenenfalls nach dem Abkühlen in eine p-dotierte Zone übergeführt werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

zierenden Halbleiterbauelements aus Galliumarsenid zu

Patentansprüche: entnehmen, bei dem Silicium als Dotierungsstoff

verwendet wird. Dabei wird das Schmelzepitaxieverfah-

J. Verfahren zum Hersteten von aus Galliumarse- ren in einer Wasserstoff enthaltenen Gasatmosphäre nid bestehenden epitaktischen Aufwachsschichten 5 durchgeführt Diese Maßnahme hat den Nachteil, daß von jeweils zu dem der darunterliegenden epitakti- durch den Einfluß der Wasserstoffatmosphäre die sehen Schicht entgegengesetzten Leitfghigkeitstyp, Siliciumdotierung in unkontrollierbarer Weise beeinunter Verwendung von Silicium als Dotierungsstoff fluißt wird, weil das Silicium aus der· Schmelze auf η-leitenden Galliumarsenid-Kristailscheiben abdampfen kann und dadurch die eingestellte Anfangsnach dem Schmelzepitaxie-Verfahren, wobei für den io konzentration vermindert wird.
Aufwachsprozeß eine Schmelze, bestehend aus Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung einem Gemisch von Galliumarsenid, Gallium und zugrunde liegt, besteht ... , .

Silicium, verwendet wird, dadurch ge kenn- n) in der Herstellung reproduzierbar dotierter Aufzeich η e t, daß die mit Galliumarsenid gesättigte, wachsschichten aus Galliumarsenid und
1 bis 2% Silicium enthaltende Galliumschmelze in 15 b) in der Verwendung von Silicium als Doüerungsdem auf 1 bis 5 · 10-6 χ_ΟΓΓ evakuierten Reaktions- stoff, wobei der Effekt des amphoteren Verhaltens gefäß bei einer Temperatur von 97O⁰C durch von Silicium als Dotierungsstoff in Galliumarsenid-Drehen des Gefäßes um 180° auf die Substratschei- kristallen (Umschlagpunkt von n- in p-Leitfähigkeit be aufgekippt, dann die mit der Galliumarsenid- bei 920° C) ausgenutzt werden soll,
schmelze versehene Substratscheibe bis auf 500° C 20 Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß abgekühlt und das Gefäß in seine Ausgangslage vorgeschlagen, daß die mit Galliumarsenid gesättigte 1 zurückgebracht wird. bis 2% Silicium enthaltende Galliumschmelze in dem 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- auf 1 bis 5 · 10"⁶ Torr evakuierten Reaktionsgefäß bei zeichnet, daß als Reaktionsgefäß eine Quarzampulle einer Temperatur von 970° C durch D.-ehen des Gefäßes verwendet wird, die eine mit einem Schraubver- 25 urn 18ϋ° auf die Substratscheibe aufgekippt, dann die schluß versehene Kohle- oder Quarzkapsel zur mit der Galliumarsenidschmelze versehene Substrat-Aufnahme von Schmelze und Substrat enthält. scheibe bis auf 500° C abgekühlt und das Gefäß in seine

Ausgangslage zurückgebracht wird.

In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist

30 vorgesehen, daß als Reaktionsgefäß eine Quarzampulle verwendet wird, die eine, mit einem Schraubverschluß

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen versehene Kohle- oder Quarzkapsel zur Aufnahme von von aus Galliumarsenid bestehenden epitaktischen Schmelze und Substrat enthält.
Aufwachsschichten von jeweils zu dem der darunterlie- Durch diese Maßnahmen wird gegenüber dem in der genden epitaktischen Schicht entgegengesetzten Leitfä- 35 französischen Patentschrift beschriebenen Verfahren higkeitstyp, unter Verwendung von Silicium als erreicht, daß sowohl die Herstellung der für den Dotierungsstoff auf η-leitenden Galliumarsenid-Kri- epitaktischen Aufwachsprozeß vorgesehenen Schmelze Stallscheiben nach dem Schmelzepitaxieverfahren, wo- als auch das Aufbringen dieser Schmelze auf die bei für den Aufwachsprozeß eine Schmelze, bestehend Substratoberfläche selbst in einem evakuierten Reakaus einem Gemisch von Galliumarsenid, Gallium und 40 tionsgefäß unter dem Dampfdruck der beteiligten Stoffe Silicium, verwendet wird. vorgenommen wird. Dadurch wird vermieden, daß die

Für spezielle Halbleiteranordnungen aus halbleiten- Dotierung und der Aufwachsprozeß durch schädliche den Verbindungen, vorzugsweise für die aus Galliumar- Gaseinflüsse gestört wird.

senid bestehenden Lumineszenzdioden, Koppelelemen- Durch das Verfahren nach der Lehre der Erfindung ist

te, Laserdioden und Galliumarsenidtransistoren, ist es 45 die Möglichkeit gegeben, den Kippvorgang zur erforderlich, daß völlig reines, vor allen Dingen Herstellung einer Schichtenfolge von Aufwachsschichsauerstoff- und schwermetallfreies, Galliumarsenid-Kri- ten mit abwechselnd unterschiedlichem Leitungstyp Stallmaterial verwendet wird. beliebig oft zu wiederholen.

Aus der Zeitschrift »R. C. A. Review« Vol. XXIV, Die durch das erfindungsgemäße Verfahren herge-

Dez. 1963, Seiten 603 bis 606, ist von Nelson ein 50 stellten epitaktischen Aufwachsschichten zeichnen sich Schmelzepitaxieverfahren von Galliumarsenid bekannt, durch eine besonders hohe Reproduzierbarkeit aus und bei dem ein in einem schräggestellten Quarzrohr sind bestens geeignet zur Herstellung von Halbleiterbefindliches Substrat aus Galliumarsenid mit einer aus körpern, welche zu Halbleiterbauelementen, insbeson-Galliumarsenid mit Zinnzusatz als Dotierung bestehen- dere aus Galliumarsenidkristallen wie Galliumarsenidden Schmelze in Kontakt gebracht wird. Das Aufwach- 55 Lumineszenzdioden, weiterverarbeitet werden,
sen der mit der Zinndotierung versehenen Galliumarse- Anhand der F i g. 1 und 2 und eines Ausführungsbei-

nidschicht geschieht dabei in strömender Wasserstoffat- spiels soll das Verfahren nach der Lehre der Erfindung mosphäre. noch näher erläutert werden.

Für spezielle Anwendungszwecke ist es notwendig, F i g. 1 zeigt eine bis auf einen Druck von 1 bis

an Stelle des Zinns Silicium als Dotierungsstoff zu 60 5 · 10-⁶ Torr evakuierte Quarzampulle 1, in welcher verwenden. Dabei ist es besonders wichtig, daß der sich eine mit einem verschraubbaren Deckel 2 Einfluß der umgebenden Atmosphäre während des versehene Kohlekapsel 3 befindet. Im Deckel 2 wird die epitaktischen Aufwachsprozesses weitgehend ausge- aus η-dotiertem Galliumarsenid bestehende, für die schaltet wird, da die umgebende Atmosphäre die epitaktische Abscheidung vorgesehene Substratscheibe Siliciumdotierung in unkontrollierbarer Weise beein- 65 4 (Ausgangsstärke ca. 200 μ) eingelagert und gegenüber flußt. der Schmelze 5, welche sich am Boden der Kapsel 3 be-

So ist z.B. aus der französischen Patentschrift findet, angeordnet. Die Schmelze 5 besteht aus einer, mit 15 29 040 ein Verfahren zum Herstellen eines lumines- Galliumarsenid gesättigten Galliumschmelze, welche