DE2108195A1

DE2108195A1 - Verfahren und Vorrichtung zur AbIa gerung dotierter Halbleiter

Info

Publication number: DE2108195A1
Application number: DE19712108195
Authority: DE
Inventors: Andre Sevres Boucher (Frankreich) BOlj 17 40
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1970-02-27
Filing date: 1971-02-20
Publication date: 1971-09-02
Also published as: JPS5224831B1; US3901746A; FR2116194B1; GB1341787A; CA918308A; FR2116194A1; AU2579971A

Description

GÜNTHER M. DAVID

Anmelder: HX. YM P" UL jIiLAMPZMFAbfiltKEil

/,'...: PHH- 4982
Anmeldung vom» 19c Pelar. 1971

Verfahren und Vorrichtung zur Ablagerung dotierter Halbleiter.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ablagerung eines dotierten Halbleitermaterials durch Kristallanwachs auf einem Substrat, bei dem die Bestandteile dieses Materials und bestimmte Dotierungeverunreinigungen enthaltende Dämpfe in einem auf das Substrat geriohteten Trägergasstrom zur Reaktion gebracht werden·

. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Ausführen dieses Verfahrens.

In bekannten zur Ablagerung von Halbleitermaterialien duroh Kristallanwachs auf einem Substrat und insbesondere bei Verfahren sur Anbringung epitaktischer Schichten werden reaktive, das oder die Elemente des anzubringenden Materials enthaltende Dämpfe mittels eines Tragergaset roms auf ein Substrat gerichtet, das auf eine bestimmte Temperatur erhitzt wird, die niedriger ist als die der reaktiven Dämpfe. Diese Anwachs-

1 09836/1384

-2- FPHN. 4982.

verfahren aus der durch offene Rohre geführten Dampfphase ermöglichen, Ablagerungen hoher Qualität zu erzielen, aber erfordern eine Ergänzung durch DotierungsvorgMnge, wenn die angebrachten Schichten Überall oder örtlich bestimmte LadungstrSgerkonzentrationen aufweisen sollen. Für eine solche Dotierung wird eine Donator- oder Akzeptorverunreinigung während der Ablagerung zu einem bestimmten Prozentsatz in das Material eingeführt.

Bestimmte Halbleitervorrichtungen z.B. Gunn-Effekt Dioden und Dioden veränderlicher Kapazität erfordern ausserdem, nacheinander auf einem Substrat Schichten mit verschiedenen Dotierungen mittels der gleichen Verunreinigung oder verschiedener Verunreinigungen anzubringen.

Bekannte Verfahren zur Ablagerung aus der Dampfphase durch offene Rohre sind an diese Anforderungen angepasst worden. Es sind insbesondere selen-dotierte Galliumarsenidphosphid GaAs₁ P oder zinkdotierte Ablagerungen dieser Art durch das Verfahren und die Vorrichtung erzielt worden, die von Tietjen und Amick in "Journal of the Electrochemical Society" Juli 1966, Seite 724 beschrieben sind. Bei diesem Verfahren wird die Dotierungsverunreinigung in das Gebiet der Ablagerung mittels eines Trägergasströme entweder in Form eines flüchtigen, in einem Seitenarm des Reaktionsgefässes verdampften Elementes oder in Form einer Verbindung mit Wasserstoff gemischt in einem Zusatzgefäss mit einem reaktiven Gasstrom eingeführt, welcher Dampfstrom Bestandteile der Ablagerung enthält und von einem Trägergas transportiert wird.

Ein solches Verfahren ermöglicht, den Dotierungsprozentsatz

ti

entweder durch Änderung der Verdampfungstemperatur des DotierungseIe-

mentea oder durch Änderung der Zufuhr oder de« Verdönnungsgrades der Waeserstoffverbindung su ändern. Solohe Verfahren ermöglichen jedoch

109836/1384

-5- FPHN. 4982.

■ι

nicht, momentane Änderungen des DotierungeProzentsatzes» insbesondere

einen Übergang von einer hochdotierten Ablagerung auf eine niedrig dotierte Ablagerung durchzuführen. Me Restkontamination der Wandung der Leitungen und der Gefässe, das Volumen des Mischgefasses oder die thermische Trägheit der Dampf druckvorrichtung sind die Ursache davon, dass

der Übergang zwischen den Schichten verschiedener Konzentrationen nicht das optimale Profil aufweist. Bein Zeichnen einer Kurve der Änderung der Ladungstrlgerkonzentration einer durch bekannte Verfahren erzielten, dotierten Ablagerung als Funktion der Tiefe in einer zur AblagerungsoberflUche senkrechten Richtung, wobei die Seite 0 der OberflSche S des Subβtratβ entspricht, kann man eine Kurve A der Fig. 1 erhalten: die

Flanken 1 und 2 veranschaulichen eine Verzögerungswirkung, und der Ubergang von der Konzentration N₁ auf die Konzentration Ng oder der Übergang von der Konzentration N„ auf die Konzentration N, stellen eine verhalt-

nismSssig groese Dicke der angebrachten Sohicht dar,besonders beia Übergang von η auf n.

In der zur Durchführung des vorerwähnten Verfahrene verwendeten Vorrichtung bilden das Zusatzgefass zua Misohen der reaktiven Dämpfe und des Dotierungegases oder der Seitenarm zur Verdampfung des flüchtigen Elementes Volumen und Wandungen, die die unvorhersehbare Gefahr einer Kontaminierung und die Schwierigkeiten beim Spulen erhöhen können.

Die vorliegend· Erfindung bezweckt, die Nachteile der bekannten Verfahren zu verringern und dotierte Ablagerungen unter verbesserter Steuerung des Dotierungsprozentsatzes zu erzielen, wobei dieser Prozentsatz entsprechend einem vorherbestimmten Programm sehr schnell geändert werden kann«

Die Erfindung gründet sich auf dl« Retrodiffusions- oder

109836/1384

-4- FPHN. 4982.

Diffusionswirkung eines Gaeee in einem entgegengesetzten Gasstrom, Wenn zwei Gase an zwei verschiedenen Punkten des gleichen Gefässes zugeführt und an einen anderen, in eines Abstand von den zwei erstgenannten Punkten liegenden Punkt abgeführt werden ist die Diffusion eines der zwei Gase in der Richtung des Eintrittspunktes des anderen Gases durch den Strom des letzteren regelbar» ohne dass der eine Gasstrom geändert wird«

Anmelderin hat gefunden» dass es auf diese Weise rauglich istι den chemischen Angriff eines Dotierungseleeentes durch ein reaktives Gas su regeln und den Übertrag dieses Elementes z.B. auf eine Zone der Ablagerung durch Regelung des Stromes eines inerten oder wenigstens nicht reaktiven Gases durchzuführen, welcher Strom der Diffusion dieses reaktiven Oases sum betreffenden Element entgegenwirkt·

Es ist ausserdem Möglich, reaktive Gase zu wählen, die

H H

diesen Angriff und den Übertrag ebensogut wie den Übertrag und die Ablagerung mindestens eines Elementes des abzulagernden Materials erlauben.

!fach der Erfindung wird das Verfahren zur Ablagerung eines dotierten Halbleitermaterials durch Kristallanwachs auf einem Substrat, bei dem die Bestandteile dieses Materials und bestimmte Dotierungeverunreinigungen enthaltende Dämpfe durch tinen Trlgergasstrom auf das Substrat in einem Reaktionsgefäss gerichtet werden« dadurch gekennzeichnet, dass «ine Quelle dieser Verunreinigungen in der festen oder flüssigen Phase ait einer vernachlKssigbaren Dampfspannung in dem Reaktionsgefäss aueserhalb des reaktiven« durch den erwähnten Strom mitgeführten Gasflues·· angeordnet wird wobei ein regelbarer nicht mit dieser Quelle reagierender Gasstrom in der Richtung des reaktiven Gasflussee die Quelle entlang geführt wird·

Di· reaktiven« für die Ablagerungereaktion in das Gefäss

109836/1384

-5- FPHN. 4982.

vom Trägergas mitgeführten Gase bilden einen Gasfluss, dessen Richtung durch die Einfuhr- und Abfuhrpunkte bestimmt wird, zwischen denen das Substrat angeordnet ist, welcher Fluss sich in das ganze Volumen des Gefässes zu diffundieren sucht.

Nach der Erfindung wird diese Diffusion der Reaktionsgase dazu benutzt, durch einen chemischen Angriff dieser Quelle eine Menge der Verunreinigung zu entnehmen, die durch Begrenzung dieser Diffusion mittels des nicht reaktiven Gasstroms geregelt werden kann. Einerseits wird die Diffusion der reaktiven Gase in dem GefSss auf ein kleinstes Volumen und jjj andererseits wird die Diffusion der Verunreinigung gleichfalls auf die notwendigen, minimalen Mengen beschränkt. Es wird dem Gefäss keine einzige Leitung und kein einziges ZusatzgefSss zugeordnet, so dass die Ge- ' fahr einer Kontaminierung nicht vergrössert wird. Die Restkontaminierung ' und die Verzögerungswirkung sind auf ein Mindestmass herabgesetzt. Be-Il

stimmte Änderungen des Dotierungsprozentsatzes sind mit einem konstanten Dampfstrom erzielbar. Eine einfache Regelung des nicht reaktiven Gasflusses ohne Unterbrechung des Ablagerungsvorgangeβ ermöglicht, von einer weniger dotierten Schicht auf eine mehr dotierte Schicht oder von einer ί mehrdotierten Schicht auf eine weniger dotierte Schicht überzugehen, wobei |

■ ti 1

die Kurve der Änderungen der Ladungstragerkonzentration als Funktion der f Dicke in einer zur AblagerungsoberflEche senkrechten Richtung die er- | wünschte Flanke und Form, nötigenfalls mit einer sehr schroffen Vorder- ; front erzielt wird. Es ist z.B. möglich, ein Profil der Kurve B nach Fig.1 ί zu erhalten. Die Flanken 3 und 4 dieser Kurve im Vergleich su den Flanken 1 und 2 der Kurve A nach den bekannten Verfahren mit der Dampfphase in offenen Rohren zeigen» dass die Verzögerungewirkung im Vergleioh ium be-

Il

kannten Verfahren beträchtlich verringert ist. Der Übergang von der Kon-

109836/1384

-6- PPHN. 4982

zentration N. auf die Konzentration N₂ und der Übergang von der Konzentration N- auf die Konzentration N, stellen sehr geringe Dicken der abgelagerten Schichten dar.

Der Prozentsatz der Dotierung lässt sich bequem programmieren und Mehrschichtenstrukturen mit kontinuierlich, schrittweise oder abwechselnder LadungstrSgerkonzentration oder einer auf irgendeine andere Weise veränderlicher Konzentration werden durch Regelung des nicht reaktiven Gasstromes, der die Hetrodiffusion der reaktiven Dämpfe kontrolliert,

Il

tk und somit die Übertragung der Dotierungsverunreinigung auf die sich ablagernde Schicht sind praktisch augenblicklich und reproduzierbar erhältlich.

Die Masse der Verunreinigungsquelle, deren Temperatur und die Temperatur des nicht reaktiven Gases sind nicht kritisch und das Verfahren stellt eine gute Reproduzierbarkeit sicher ohne besondere Vorkehrungen sofern bei der Temperatur der Quelle, die Dampfspannung des Dotierungselementes vernachlSssigbar ist.

In einer bevorzugten Form des Verfahrens nach der Erfindung wird der regelbare nicht reaktive Gasstrom, der zu Beschränkung der ^ Diffusion der reaktiven Dämpfe auf die Quelle des Dotierungselementes gerichtet ist, als Trägergasstrom benutzt.

Bei diesem Verfahren ist die Anzahl notwendiger Gasleitunger, geringer und wird die Gefahr einer Kontaminierung durch restliche gegebenenfalls vom Gas mitgefUhrte Verunreinigungen herabgesetzt, während die Reproduzierbarkeit verbessert wird.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Ablagerung epitaktisch und auf einem Einkristallsubstrat angebracht.

Die Erfindung eignet sich vorzüglich zum Erzielen epitakti-

1 09836/1384

-7- FPHN. 4982.

scher Schichten der Halbleiterverbindungen 111-V ait mindestens einem Element der Gruppe III des periodischen Systems von Elementen und mindestens einem Element der Gruppe V.

Die Bestandteile der Verbindung werden in die Reaktionssone und die Ablagerung mittels oxydierender DXmpfe geführt, die gleich den Dämpfen sein kSnnen, die in den bekannten Verfahren benutzt werden, s.B. Wasserdampf oder ein Halogen oder ein Wasserstoffhalogenid. Das nicht reaktive Trlgergas ist vorzugsweise Wasserstoff.

Die Quelle der Dotierungsverunreinigung wird unter den I Elementen gewählt, deren Dampfspannung wenigstens bei der Temperatur des diese Quelle enthaltenden GefAsses vernachllsslgbar ist und die bei dieser Temperatur von den erwKhnten oxydierenden Dampfen angegriffen werden kSnnen.

Im Falle einer epltaktischen Ablagerung von Galliumarsenid durch da« Arsin- oder Trichlorid-Verfahren wird die Dotierungsverunreinigung unter den Elementen gewthlt, die das erwünschte Leitfahigkeitstyp ergeben, z.B. Zinn für das Leitflhigkeitstyp n« Chroa, ein kompensierendes Dotierungseleaent. Das in Fora eines Pulvers ausserhalb der Bahn der durch Vaeserstoff geförderten Halogendlapfe angebrachte Dotie- f rungseleaent wird dennoch Infolge der Retrodlffuslon von diesen DSapfen angegriffen· Diese Retrodiffusion wird durch einen Wasserstoffstroa kon- | trolliert, der auf dieses Bleaent in einer Richtung gerichtet wird bei I der die Produkte dieses Angriffes in die Zone der Ablagerung eingeführt \ werden·

Die Erfindung ermöglicht, eine Dotierung mittels ver- · schiedener Elemente durchzuführen. Bestimmte Vorrichtungen erfordern eine epitaktische Ablagerung ait Quailttten» die nur durch zwei Dotie-

109836/1384 '

-8- PPHN. 4982.

rungsmittel erzielt werden können, die gleichzeitig eingeführt werden müssen.

Die im Reaktionsgefäss untergebrachte Verunreinigungsquelle nach der Erfindung kann die unterschiedlichen Dotierungeelemente enthalten.

In einer bevorzugten Aueführungsfora ist jedes Element in einer gesonderten Quelle enthalten, welche Quellen in verschiedenen Abständen von dem Eintrittspunkt der reaktiven Dämpfe entsprechend den erwünschten Dotierungeprozentsätze angeordnet werden.

. In den meisten Ausführungsforraen der Erfindung dienen die

Il

reaktiven, zum Übertragen eines wenig flüchtigen Bestandteiles dienenden

•I

Dämpfe auch zum Übertragen des Dotierungselementes. Die dem Arsentrichlorid entnommene Salzsäure, die bei dem Galliumarsenid-Trichlorver- . fahren zur Reaktion mit dem Gallium benutzt wird, wird gleichzeitig in dem Verfahren nach der Erfindung zur Reaktion auf das Dotierungselement z.B. Zinn verwendet, das in Form eines Chloride in die Nähe der Ablagerung geführt wird. In bestimmten Sonderfällen muss dag Dotierungselement

mittels eines anderen reaktiven Gases als das zum Übertragen der Bestandteile benutzte Gas gefördert werden, welches andere Gas nahezu an dem

Il

gleichen Punkt wie der Gasfluss zum Übertragen der Bestandteile und in der gleichen Richtung in das GefSsβ injiziert wird, um die Dotierungsquelle durch Retrodiffusionswirkung zu erreichen.

Die Ablagerung kann in eine« nahezu rohrförmigen, horizontalen, hermetisch geschlossenen Reaktor erfolgen. Sie reaktiven Dämpfe werden durch eine Leitung eingeführt, die in den Mittenteil ausmündet und in Richtung der Achse des Reaktors verläuft und ein nicht reaktives Gas wird durch eine Leitung eingeführt, die an eine« Ende ausmündet und in

1098 3 6/13 84

-9- PPHN. 4982.

Richtung dieser Achse verläuft. Die Verunreinigungsquelle wird in dem nicht reaktiven Gasstrom vor dem Injektionspunkt der reaktiven Dämpfe in einem bestimmten Abstand von diesem Injektionspunkt angeordnet. Die Lage der Verunreinigungsquelle soll entsprechend der Form und der Abmessungen des Reaktionsgefässes gewählt werden. In einem rohrförmigen Gefäss mit einem Durchmesser von etwa 3 cm z.B. beträgt der Abstand zwischen der Verunreinigungsquelle und dem benachbarsten Eintrittspunkt der reaktiven DSmpfe etwa ein- bis zehnmal dieses Durchmessers.

Die vorliegende Erfindung betrifft ausserdem eine Vorrichtung zum Ausführen des vorstehend beschriebenen Verfahrens. Diese Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem horizontal angeordneten Quarzrohr, das an einem Ende einen das Substrat halternden Stab und eine Gasabfuhrleitung und am anderen Ende ein erstes Rohr, das in das Innere des Gefässes in einem zentralen Gebiet hoher Temperatur ausmündet und durch welches

ein Ätzgas geführt werden kann, ein zweites Rohr, das in die Nähe des ersteren ausmündet und durch welches reaktive Dämpfe und gegebenenfalls ein Verdünnungsgas eingeführt werden, und ein drittes Rohr aufweist, das näher dem anderen Ende ausmündet und das auf das zentrale Gebiet gerichtet ist und durch welches ein nicht reaktives Gas eingeführt wird. Ein dl» Dotierungsverunreinigung in fester oder flüssiger Form enthaltendes Schiffchen wird zwischen der Mündung dea dritten Rohres und der les zweiten Rohres in einem Abstand vom Latz baren angeordnet, ler nindastena gleich dem Durchmesser des Gefasste ist.

Die Erfindung wird an Hand billigender üei^iinung n3har ir-Läutert. Ea zeigen?

Fig, 2 jinen i&iiaaa »lachen Schnitt Iu^aa ein·* suia Dur<sa.v »i-ieeii <laa Yirfahrs.'.a na-sh A-sz £!r

-10- PPHN. 4982.

Fig. 5 eine Kurve der Konzentration der Ladungsträger in einer Schicht als Funktion des nicht reaktiven Gasflusses, der auf die Verunreinigungsquelle in einer Vorrichtung nach der Erfindung gerichtet ist.

Es wird einleuchten, dass die Abmessungen und die Verhältnisse der in Fig. 2 klargestellten Vorrichtung in der Zeichnung nicht getreu angegeben sind; insbesondere sind die Abmessungen in Richtung der Achse der Vorrichtung stark verringert angegeben.

Die schemabisch in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung ist ein Beispiel zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung zum Ablagern einer III-V Verbindung z.B. Galliumarsenid. Die Vorrichtung besteht aus einem horizontalen Rohr 1, vorzugsweise aus durchsichtigem Quarz, das an baiden Enden durch geschliffene Stöpsel 2, 3 geschlossen ist. Durch den Stöpsel 2 wird eine Stange 4 gaföhrt, an deren Ende eine das Substrat haltende Plattfora 5 angebracht i3t, auf der di· Scheibe(n) 16 angebracht sind, auf der (denen) die Schichten abgelagert werden sollen. Durch den Stöpsel. 5 wir! ein erstes Rohr 6 geführt, das bei 7 in das Innere des

Il

Rohr38 1 ausmündet, unl dessen Öffnung vorzugsweise auf las Substrat 16 gjrichtat ist; es wird sin zweites Rohr 8 lurchgefiihrt, las bei 10 au3-

Il

mUnlit und lassen Öffnung auch auf di3 Substrat gericht it ist und ein dritfce3 iphr 12 lurchesfOhrt, la-j bei 13 lueaündet und las in der gleichen Ri^htunj wis <ii^ ns± entjc-jn varHuft aber in besug auf das zweite bji 10 ausmünd^nl* H>iir rHckwil?^ liajt» Ein Teil les Rohres θ nahe der

Offnan^ iisnt z-.\r Aufa mjoe \9) ^Ji-»r Maiüi 11 des α<λ wt-nigstena flüchtigen Biatin-U il»ü .iJ3 a"*iu\agernti9.i ilaterialu, im Falla von Salliumaraanid, d.-i3 -iiilil-ia. " ;. -- , -.

OiB Hon·?. .t sann ¥'.>" :l«r ei. a:ar:.felio.h»n. Ablagerung benutxt

10 9B33 η 384/ :,-':■:

21Q8195

PPHH.

If

werden, um ein Atzgas auf das Substrat zu richten. Durch das Rohr 8 wird ein reaktives Gas eingeführt» das durch ein Trägergas verdünnt werden kann, das den flüchtigsten Bestandteil des abzulagernden Materials #nthält, z.B. im Falle des Galliumnrsenide ein Arsehtrihalogenid. Durch das Kohr 12 wird ein nicht reaktives Gas z.B. Wasserstoff eingeführt. Dieses nicht reaktive Gas wird aqf ein GefSss 13 mit einer kleinen Menge 14 des Dotierungsmaterials gerichtet. Der Stöpsel 2 enthSlt ausserden ein Rohr zum Abführen des in das Gebiet 16 eintreffenden Gases.

Dae Rohr 1 wird in einem Ofen 20 sit verschiedenen Zonen untergebracht. Sie verschiedenen Zonen werden derart eingestellt, dass einerseits das Gefäss 9 mit dem Bestandteil 11 auf der erwünschten Reak« tionstemperatur von etwa 85O^-C gehalten wird und andererseits in dem Ge*- biet des Substrats 16 die zum Anwachsen der Schicht notwendige Temperatur und deren Gradient erreicht werden. Die bei den bekannten Verfahren sua Erhalten einer guten Ablagerung rait dee erwünschten Anwache erforderlichen Temperaturbedingungen gelten ebenfalls für das Verfahren nach der Srfin-

dung. '

In de» hier beschriebenen Beispiel wird ein nicht reaktives Vektorgas, vorzugsweise Wasserstoff bei 25 zugeführt. Ein erstes Zufuhr*- rohr wird durch ein Hahn 27 geregelt und vom Flussaeter 26 kontrollier* und endet in einen Mischgeflss 21, wo der Fluss ait reaktiven B&apfen geladen und durch das Rohr 6 zum Atzen der Substrate 16 vor der eigentlichen Ablagerung geführt wird. Sin zweites Rohr wird durch einen Hahn 2f geregelt und i« Flusaaeter 28 kontrolliert, und endet in einem Miechgefase 30 mit einen Arsenhalogenid z.B. AsCl,, worauf der Fluss duroh das Rohr β auf das Gallium ie Geftes 9 gerichtet wird; ein drittes Rohr, das durch den Hahn 24 geregelt lind ie Flue see t er 23 kontrolliert wird führt einen

109836/1384

-12- FPHN. 4982.

Fluss 12.

Es vollzieht sich eine Zersetzung des Arsenhalogenids, wenn die Temperatur hinreichend hoch ist, in der Bahn von der Scheibe zum Gefass 9. Die durch die Öffnung 10 eintreffenden Dämpfe enthalten somit eine Wasserstoff-Halogenid Verbindung, die das bei 14 angebrachte Element angreifen kann. Nach der Erfindung wird der dritte Fluss zur Beschränkung der Retrodiffusion in Richtung der Pfeile 19 dieser reaktiven Dämpfe ge-

tt

regelt, die durch die Öffnung 10 in das Rohr 1 eintreten und die das Dotierungsmaterial 14 erreichen können. Der Angriff letzteren Materials wird somit durch den Regelhahn 24 und durch die Anzeige des ib'lussmeters kontrolliert. In diesem Falle ist das gewählte Gas Wasserstoff.

Selbstverständlich sollen die Gase und alle verwendeten Materialien hoher Qualität und eines sehr hohen Reinheitsgrades sein, wie bei den bekannten Verfahren für diese Art von Ablagerungen erforderlich ist.

Fig. 3 zeigt die Kurve der Ladungsträgerkonzentration N einer epitaktischen Galliumareenid-Schicht auf einem Substrat 16 in der Vorrichtung nach Fig. 2 als Funktion des Flusses D in Liter/Minute eines durch das Rohr 12 geführten nicht reaktiven Gases, welcher Fluss vom Flussmeter 23 abgelesen werden kann; das Dotierungsmaterial 14 ist Zinn und die reaktiven Dämpfe, deren Fluss konstant bleibt, diffundieren in

fl

dem Rohr 1 von der Öffnung 10 her und enthalten Salzsäure, die durch die Zersetzung von AsCl, in Wasserstoff erhalten ist.

Diese Kurve ist reproduzierbar und in den meisten Fällen ändern verschiedene Werte der Temperatur der Substanz 14 oder der im Gefaes 15 vorhandenen Menge nicht wesentlich die in der Kurve aufgetragenen

Werte. Änderungen der Temperatur der Substanz 14 würden die erhaltenen

109 8 3 6/138 4

-13- PPHN. 4982.

Resultate nur dann ändern, wenn der Angriff der Substanz durch die reak-

Il

tiven Dumpfe in bestimmter Weise von dieser Temperatur abhängt und Änderungen der verwendeten Mengen wUrden die erhaltenen Resultate nur dann ändern, wenn die Kontaktoberfläche der Masse mit den reaktiven Dämpfen sich beträchtlich ändern würde.

Die Erfindung ist bei allen Ablagerungen aus der Dampfphase mit Förderung durch offene Rohre durchführbar, wobei ein Zusatz von Dotierungssubstanzen geringer, bestimmter Konzentration oder nach der Dicke der Ablagerung veränderlicher Konzentration notwendig ist, welcher | Zusatz durch einen Körper geliefert wird, dessen Dampfspannung bei der Temperatur in der Nähe der Temperatur der Ubertragungsreaktion vernachlässigbar ist.

Die Erfindung eignet sich insbesondere zur epitaktischen Ablagerung der halbleitendenUI-V Verbindungen z»B, Galliumarsenid. Die Verwendung ist besonders vorteilhaft bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen mit aufeinanderliegenden Schichten verschiedenen Leitf&higkeitstyps oder verschiedener Ladungsträgerkonzentrationen, insbesondere zur Herstellung der Gunn-Effekt Vorrichtungen mit η -n-n Schichten auf n⁺-Substraten und der epitaktischen Vorrichtungen auf halbieolierenden Substraten oder auf p-Typ Substraten, der sogenannten Varactor-Vorrichtungen mit n⁺-n-p⁺ Schichten und aller Vorrichtungen, die eine genaue und unmittelbare Kontrolle der Dotierung während des Kristallanwachses erfordern.

109836/1384

Claims

-t4- PPHN. 4982.

PATENTANSPRÜCHE t

1 · · Verfahren zur Ablagerung eines dotierten Halbleiterraaterials durch Kristallanwachs auf einem Substrat, bei dem reaktive« die Bestandteile dieses Materials und bestimmte Dotierungsverunreinigungen enthaltende Dämpfe durch einen TrSgergasstrom auf das in einem Beaktionsgefäss untergebrachte Substrat gerichtet werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Quelle der Verunreinigungen in der festen oder flüssigen Phase mit einer vernachlässigbaren Dampfspannung in dem GefSes ausserhalb des reaktiven durch den erwShnten Strom mitgeführten Gasflussee untergebracht ist, wobei ein für die Quelle nicht reaktiver regelbarer Gasstrom diese Quelle entlang in Richtung des reaktiven Gasflusses geführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der regelbare, nicht reaktive Gasstrom, der die Diffusion der reaktiven Dämpfe zur Verunreinigungsquelle beschränkt, als Trägergasetrom benutzt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Gase, welche die reaktiven, in das GefSee zur Ablagerungsreaktion eingeführten Dämpfe bilden, für die erwShnte Quelle reaktiv sind.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Ablagerung epitaktisch ist und auf einen Einkristallsubstrat erfolgt und dass das betreffende Material mindestens ein Element der Gruppe III des periodischen Systeme von Elementen und mindestens ein Elementarer Gruppe V enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass das Material Galliumarsenid ist«
6. Verfahren nach eines der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierungsverunreinigung Zinn ist.

109836/1384

-15- FPHN. 4982.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, das8 die reaktiven Dämpfe Halogenide enthalten.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass das nicht reaktive Gas Wasserstoff ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis θ dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Dotierungselement gleichzeitig dem ersten zugesetzt wird, wobei die Quelle des zweiten Elementes von der des ersteren verschieden ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die die reaktiven Dämpfe bildenden Gase einen ersten, für die Ablagerungereaktion in das Gefäss eingeführten, und mit der erwähnten Quelle nicht reagierenden Dampf und einen zweiten, mit der Quelle reagierenden Dampf enthalten.
11. Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens nach Anspruch 1, die ein rohrfBrmiges, horizontales, luftdichtes Gefäss enthält, das an einem Ende mit einem Substratabstützstab und einer Gasabfuhrleitung und am anderen Ende mit einem ersten Rohr, das in einem zentralen Gebiet in das Gefäse ausmündet, mit einen zweiten, in der Mähe des ersteren ausmündenden Rohr und ait einem dritten Rohr versehen ist, das näher dem

anderen Ende ausmündet und dessen Öffnung auf das zentrale Gebiet gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Dotierungsverunreinigungen in fester oder flüssiger Form enthaltendes Schiffchen zwischen der

Öffnung des erwähnten, dritten Rohres und der des zweiten Rohres in einem Abstand von dem letzteren angeordnet ist, der mindestens gleich dem Durchmesser des Gefässes ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Verunreinigungequelle und der Öffnung für die Zufuhr der reaktiven Dämpfe ein- bis zehnmal den Durchmesser des Gefässes beträgt. 109836/1384