DE2125023C3

DE2125023C3 - Epitaxial production of semiconductor layers

Info

Publication number: DE2125023C3
Application number: DE19712125023
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Ing. 8000 Muenchen Pawlik
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-05-19
Filing date: 1971-05-19
Publication date: 1979-03-15
Also published as: DE2125023B2; DE2125023A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum -io schmelzepitaktischen Abscheiden von Halbleitermaterial auf einem Substrat, dessen Fläche, auf der abgeschieden werden soll, in die Schmelze eingetaucht wird, worauf auf dieser Fläche Halbleitermaterial abgeschieden wird. ^Vl The invention relates to a method for -io melt-epitaxial deposition of semiconductor material on a substrate, the surface on which is to be deposited is immersed in the melt, whereupon semiconductor material is deposited on this surface. ^Vl

Z. B. aus Journal of the Electrochemical Society, Band Ub (19b9), Seiten 899-903, ist es bekannt, Halbleitermaterial nach dem Verfahren der Schmelzcpilaxie auf einem Substrat abzuscheiden. Aus diesem Stand der Technik gehen auch allgemeine Einzelheiten zur Durchführung der Schmelzepitaxie hervor. Zur Beendigung des Abschcidungsvorganges wird die Substratscheibe aus der Schmelze, in die sie hineingetaucht worden ist, herausgezogen.For example from Journal of the Electrochemical Society, Volume Ub (19b9), pages 899-903, it is known to use semiconductor material to be deposited on a substrate by the method of melt pilaxe. From this stand of Technique also provides general details on how to perform enamel epitaxy. To end During the deposition process, the substrate wafer is made from the melt into which it is dipped has been pulled out.

Wie festgestellt wurde, tritt bei dem vorangehend i^r> beschriebenen Verfahren und bei ähnlichen bekannten Verfahren der Nachteil auf, daß von der Schmelze noch ein Anteil auf dem Substrat, d. h. auf der auf dem Substrat abgeschiedenen Halbleiterschicht zurückbleibt. Aus diesem Anteil der Schmelze wird dann noch weiter ">» Halbleitermaterial abgeschieden, und zwar unter völlig unbestimmten Verhältnissen, und zwar insbesondere bei unkontrollierten Temperaturen. Diese Abscheidung führt sowohl zu unebenen Oberflächen als auch zu unbestimmten Dicken der insgesamt abgeschiedenen ¹^ Schicht.As stated, the described methods and in similar known method, the disadvantage occurs in the above-i ^r> that even a portion, that is remaining from the melt to the substrate on the substrate deposited on the semiconductor layer. For this portion of the melt even further ">" semiconductor material is then deposited, under completely uncertain conditions, especially at uncontrolled temperatures. This deposition leads to both uneven surfaces and for indeterminate thickness of the total deposited ¹ ^ layer.

Wie weiter festgestellt wurde, spielt auch eine sich häufig auf der Schmelze bildende Kruste aus abgeschiedenem Halbleitermaterial eine nachteilige Rolle. Beim Herausnehmen des Substrates aus der Schmelze bleiben *>" häufig Anteile dieser Kruste auf der Oberfläche der Schicht zurück, die die Schicht in vielen Fällen sogar völlig unbrauchbar machen.As was further established, a crust that often forms on the melt also plays a role of deposited Semiconductor material plays a detrimental role. When removing the substrate from the melt, *> " often parts of this crust on the surface of the layer back, which the layer in many cases even make it completely unusable.

Es ist mithin eine Aufgabe der Erfindung, die oben erwähnten, festgestellten Nachteile bei dem bekannten *>"> Verfahren zu beheben bzw. auszuschließen, um glatte, insbesondere ebene, Oberflächen und/oder genau vorbestimmte Schichtdicken der schmelzepitaktisch abgeschiedenen Schicht aus Halbleitermaterial zu erreichen.It is therefore an object of the invention to remedy the above-mentioned disadvantages identified with the known *> "> To fix or exclude procedures in order to achieve smooth, in particular flat surfaces and / or precisely predetermined layer thicknesses of the melt epitaxial to achieve deposited layer of semiconductor material.

Diese Aufgabe wird durch ein, wie oben angegebenes Verfuhren gelöst, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß der nach dem Herausnehmen des Substrates aus der Schmelze auf der Schicht verbliebene Anteil der Schmelze abgeschleudert wird.This object is achieved by a method as indicated above, which is characterized according to the invention is that that remained on the layer after the substrate was removed from the melt Part of the melt is thrown off.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Substrat mit der Fläche, auf der die Schicht abgeschieden werden soll, nach ohen gerichtet in die Schmelze eingetaucht wird, weil dadurch vermieden wird, daß Anteile einer bereits vorliegenden Verunreinigungshaut auf der Oberfläche der Schmelze auf die zur Abscheidung vorgesehene Fläche des Substrates gelangen. Bei dem gemäß dieser Weiterbildung der Erfindung ausgerichteten Eintauchen wird die Flaut aufgerissen und zur Seite gedrängt. Beim Abkühlen der Schmelze scheidet sich an deren Oberfläche eine Kruste aus HL-Material ab. Ein Teil der Kruste verbleibt beim Herausnehmen des Substrates aus der Schmelze auf der weiterhin nach oben gerichteten Fläche des Substrates, jedoch können auch diese Anteile der Kruste durch das erfindungsgemäße Abschleudern in völlig zufriedenstellender Weise entfernt werden.It when the substrate with the The surface on which the layer is to be deposited is immersed in the melt facing upwards, because it avoids that parts of an already existing contamination skin on the surface the melt reach the area of the substrate intended for deposition. In the case of this Further development of the invention-oriented immersion, the slack is torn up and pushed aside. At the When the melt cools, a crust of HL material is deposited on its surface. A part of When the substrate is removed from the melt, the crust remains on the top directed surface of the substrate, however, these portions of the crust by the invention Spin off can be removed in a completely satisfactory manner.

Vorzugsweise wird als Substrat ein kristalliner Körper mit orientierter Oberfläche, d. h. mit einer natürlichen Kristallfläche, für das Abscheiden ausgewählt. In vielen Fällen werden durch Sägen oder Schneiden hergestellte Substratkörper verwendet, bei denen angestrebt ist, daß die Schnittfläche mit einer Kristallfläche des Substrates wenigstens weitgehend übereinstimmt.A crystalline body with an oriented surface is preferably used as the substrate, i. H. with a natural crystal face, selected for deposition. In many cases they are made by sawing or Cutting produced substrate body used in which it is desired that the cut surface with a Crystal surface of the substrate at least largely coincides.

Die Abscheidung des in der Schmelze gelösten Halblcilcrmateriuls erfolgt vorzugsweise nach einem Verfahren mit langsamer Abkühlung einer übersättigten Schmelze. Gute Ergebnisse wurden aber auch bei der Abscheidung unter Ausnutzung eines Temperaturgradienten in der Schmelze erreicht. Zur Abscheidung kann auch ein Verfahren angewendet werden, bei dem die beiden vorgenannten Effekte in Kombination vorliegen.The separation of the half-piece material dissolved in the melt is preferably carried out after a Process with slow cooling of a supersaturated melt. Good results were also achieved with the Deposition achieved using a temperature gradient in the melt. Can be used for deposition a method can also be used in which the two aforementioned effects are present in combination.

Unter »Eintauchen« ist im Sinne der Erfindung auch zu verstehen, daß das Substrat mit der zu beschichtenden Oberfläche mit der Schmelze lediglich in Kontakt gebracht wird oder daß die Schmelze sonstwie auf diese Oberfläche des Substrates aufgebracht wird.In the context of the invention, "immersion" is also to be understood as meaning that the substrate with the to be coated Surface is only brought into contact with the melt or that the melt is otherwise on this Surface of the substrate is applied.

Mit besonderem Vorteil ist das crfindungsgemiii.ie Verfahren und seine Weiterbildungen AwBv-Verhindungen und insbesondere für Galliumarsenid und Mischkristalle des Galliumarsenids verwendet worden. Das erfindungsgemäße Verfahren hat dabei dy/u beigetragen, die Stöchomctrie in der abgeschiedenen Schicht zu gewährleisten.The crfind according to the invention is particularly advantageous Procedure and its further training AwBv prevention and in particular has been used for gallium arsenide and mixed crystals of gallium arsenide. The method according to the invention has contributed to dy / u, the stoichiometry in the deposited Ensure layer.

Insbesondere lassen sich mit Hilfe der Erfindung epitaktisch aufgewachsene Halbleitcrschichten mit genau vorgegebener Schichtdicke herstellen. Solche Schichten sind insbesondere für Lumineszenz- und Laserdioden von Interesse, wobei außerdem auch die erreichbare glatte Oberfläche wichtig ist.In particular, with the aid of the invention, epitaxially grown semiconductor layers can also be used produce exactly specified layer thickness. Such layers are particularly useful for luminescent and Laser diodes of interest, and the smooth surface that can be achieved is also important.

Besondere Vorteile bringt die Anwendung der Erfindung bei der epitaktisclicn Abscheidung von Schichten, in denen ein von der Abscheidungstemperatur abhängig amphoter wirkender Dotierungsstoff enthalten ist. Diese Eigenschaft hat z. B. Silicium in Galliumarsenid und in entsprechenden Halbleitern. Durch Wahl der Temperaturen, bei denen die Abscheidung begonnen und beendet wird, kann bei Vorliegen eines derartigen, amphoter wirkenden Dotierungssloffes nicht nur eine vorbestimmte Dicke derThe use of the invention in the epitaxial deposition of Layers in which an amphoteric dopant is dependent on the deposition temperature is included. This property has z. B. silicon in gallium arsenide and in corresponding semiconductors. By choosing the temperatures at which the deposition is started and ended, at Such an amphoteric doping substance is present not just a predetermined thickness of the

Schicht, sondern auch eine innerhalb der Schicht genau definierte Lage eines pn-Oberganges erreicht werden, der aufgrund der amphoteren Wirkung auftritt. Es läßt sich also ein pn-Obergang herstellen, bei dem sowohl die η-leitende als auch die p-leitende Schicht vorgebbare Dicke haben. Das erfindungsgemäße Abschleudern bewirkt dabei, daß nach dem bei einer vorgegebenen Temperatur für die Beendigung d<;r Abscheidung erfolgenden Herausnehmen des Substrates aus der Schmelze, die Abscheidung auch tatsächlich beendigt ist.Layer, but also a precisely defined position of a pn transition within the layer can be achieved, which occurs due to the amphoteric effect. A pn transition can therefore be produced in which both the η-conductive as well as the p-conductive layer have a predefinable thickness. Throwing off according to the invention has the effect that after the deposition at a predetermined temperature for the termination d <; r taking out the substrate from the melt, the deposition is actually ended.

Die definierte Lage eines pn-fjberganges ist insbesondere für iichtemittierende Halbleiterdioden, speziell für Laserdioden, wichtig.The defined position of a PN junction is in particular important for light-emitting semiconductor diodes, especially for laser diodes.

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der Beschreibung und den Figuren einer bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und einer danach hergestellten Diode hervor.Further details of the invention can be found in the description and the figures of a preferred one Embodiment of a device for carrying out the method according to the invention and one thereafter manufactured diode.

In Fig. 1 ist mit 1 ein rohrförmiges Gefäß mit dem Innenansatz 11 zur Aufnahme des Tiegels 2 bezeichnet. In dem Tiegel 2 befindet sich die Schmelze 3. Im Bereich der Schmelze sind 1 und 11 von einem Ofen 4 umgeben. In dem Gefäß 1 bzw. dem Ansatz 11 befindet sich des weiteren die Halterung 5 für das Substrat 6. Auf der in der Figur nach oben gerichteten Oberfläche 16 des Substrates erfolgt eine schmelzepitaktische Abscheidung von in der Schmelze 3 gelöstem Halbleitermaterial, sobald das Substrat 6 durch axiale Verschiebung der Halterung 5 in die Schmelze 3 eingetaucht worden ist. Zur Durchführung der Abscheidung wird die Schmelze 3 durch Erwärmung mittels des Ofens 4 auf geeignete Temperaturen gebracht. Sobald in an sich bekannter Weise eine Abscheidung mit vorgegebener Schichtdikke erfolgt ist, wird das Subsfat durch axiale Verschiebung der Halterung 5 aus der Schmelze 3 wieder herausgenommen. Vorzugsweise unmittelbar anschließend wird die Halterung 5 um die Achse 7 in Rotation versetzt, wodurch auf der Oberfläche des Substrates 6 verbliebene Anteile der Schmelze 3 abgeschleudert werden. Die Vorrichtung ist insbesondere so ausgeführt, daß die abgeschleuderte Schmelze wieder in den Tiegel 2 zurückgelangt. An dem Gehäuse 1 ist ein zylinderischer Drehschliff 8 vorgesehen, mit dem die Halterung 5 sowohl axial verschiebbar als auchIn Fig. 1, 1 is a tubular vessel with the Inner approach 11 for receiving the crucible 2 is designated. The melt 3 is located in the crucible 2 1 and 11 of the melt are surrounded by a furnace 4. In the vessel 1 or the approach 11 is located further the holder 5 for the substrate 6. On the in the figure upwardly directed surface 16 of the Substrate, there is a melt-epitaxial deposition of semiconductor material dissolved in the melt 3, as soon as the substrate 6 has been immersed in the melt 3 by axially displacing the holder 5. To carry out the deposition, the melt 3 is heated to a suitable temperature by means of the furnace 4 Temperatures brought. As soon as a deposition with a predetermined layer thickness in a manner known per se has taken place, the subsfat is removed from the melt 3 by axial displacement of the holder 5 taken out again. Preferably immediately thereafter, the holder 5 is about the axis 7 in Rotation offset, as a result of which portions of the melt 3 remaining on the surface of the substrate 6 be thrown off. The device is designed in particular so that the thrown off melt returned to crucible 2. A cylindrical rotary joint 8 is provided on the housing 1, with which the holder 5 is both axially displaceable as well

ίο drehbar geführt ist. Die Halterung 5 wird durch eine nicht näher dargestellte Motor-Getriebeeinheit 9 angetrieben. Mit dieser Einheit kann die Halterung 5 sowohl in der durch den Pfeil 12 angedeuteten Weise axial verschoben als auch in der durch den Pfeil 13 angedeuteten Weise in Rotation versetzt werden. Mit !4 und 15 sind Einlaß- bzw. Auslaßöffnungen für den durch das 'G of aß 5 hirdurchzuleitenden Wasserstoff bezeichnet. Ans.c.b von Wasserstoff kommen auch andere geeignete Gase, wie z. B. Helium, in Betracht.ίο is rotatably guided. The bracket 5 is through a Motor-gear unit 9, not shown in detail, is driven. With this unit, the holder 5 axially displaced both in the manner indicated by the arrow 12 and in the manner indicated by the arrow 13 indicated manner in rotation. With! 4 and 15 are inlet and outlet openings for the through the 'G of aß 5 denotes hydrogen to be passed through. Ans.c.b of hydrogen also comes from others suitable gases, such as B. helium, into consideration.

An dem Ansatz U ist eine Öffnung 18 vorgesehen, durch die hindurch das Gas aus dem unteren, äußeren Teil des Gehäuses I in den Innenraum des Ansatzes Il gelangen kann.At the approach U an opening 18 is provided through which the gas from the lower, outer Part of the housing I in the interior of the approach Il can get.

Mit 20 ist eine Vorrichtung bezeichnet, mit der dieAt 20 a device is referred to with which the

2^r> Temperatur der Schmelze gemessen werden kann. 2 ^r > temperature of the melt can be measured.

F i g. 2 zeigt eine insbesondere lichtemittierende Halbleiterdiode 21 mit einem beispielsweise n-leitenden Substratkörner 22 und einer nach einem der Erfindung gemäßen Verfahren abgeschiedenen HalbleiterschichtF i g. 2 shows a particularly light-emitting semiconductor diode 21 with an, for example, n-conducting Substrate grains 22 and a semiconductor layer deposited according to a method according to the invention

»ι mit einem, entsprechend dem Substrat n-leitenden Bereich 25 und einem p-lcitenden Bereich 27. Mit 24 ist eine Elektrode auf dem Substrat und mit 28 eine beispielsweise ringförmige Elektrode auf der erfindiingsgemäß abgeschiedenen Halblciicrschirht bezeich-»Ι with one, corresponding to the substrate n-conductive Area 25 and a p-emitting area 27. With 24 an electrode is on the substrate and with 28 one for example ring-shaped electrode on the according to the invention secluded half-light denotes

i'i net.i'i net.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. A method for the melt-epitaxial deposition of semiconductor material on a substrate, whose surface to be deposited on is immersed in the melt, whereupon on this Surface semiconductor material is deposited, d a characterized in that the after Removing the substrate (6) from the melt (3) portion of the melt remaining on the layer is thrown off.

2. The method according to claim 1, characterized in that the substrate with the surface (16) on that is to be deposited is directed upwards (based on the surface of the melt) is immersed.

3. Vorrichiung for performing a method according to claims I and 2 with a vessel for the melt of a heater and a displaceable substrate holder, characterized in, that the substrate holder is rotatable.

4. Vorichtung according to claim 3, characterized in that the receptacle for the substrate (6) in the holder (5) is arranged eccentrically with respect to the axis of rotation (7) of the holder.