DE2242138A1 - METHOD OF GROWING EPITAXIAL LAYERS FROM THE LIQUID PHASE - Google Patents

METHOD OF GROWING EPITAXIAL LAYERS FROM THE LIQUID PHASE

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DE2242138A1
DE2242138A1 DE19722242138 DE2242138A DE2242138A1 DE 2242138 A1 DE2242138 A1 DE 2242138A1 DE 19722242138 DE19722242138 DE 19722242138 DE 2242138 A DE2242138 A DE 2242138A DE 2242138 A1 DE2242138 A1 DE 2242138A1
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Joseph Martin Blum
Carl Bernard Burstell
Joseph Francis Degelormo
Kwang Kuo Shih
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Description

oe-froe-fr

24. August 1972August 24, 1972

Anmelderin: International Business MachinesApplicant: International Business Machines

Corporation, Armonk, If.Y. 10504Corporation , Armonk, If.Y. 10504

Aratl. Aktenzeichen: NeuaramelduragAratl. File number: Neuarameldurag

Aktenzeichen der Anmelderin: YO 97i 005Applicant's file number: YO 97i 005

Verfahren zum Aufwachsen von Epitaxieschichten aus der flüssigen Phase - Process for growing epitaxial layers from the liquid phase -

Die Erfindung betrifft ein Verfahren iEiim Aufwachsen von Epitaxieschichten auf kristallinenr an der Qfoenrf&loto®.einheitlich temperierten Substraten aus der flüssigen Phase, wsfeai das lsi die flüssige Phase überführte, aufzuwachsende Material zum Aufwachsen über das Substrat geschoben tsa&d ffi&sfefo«r wlmä@g %refgeschoben wird.The invention relates to a method iEiim growth of epitaxial layers on kristallinenr & loto®.einheitlich tempered at Qfoenrf substrates from the liquid phase, wsfeai the LSI transferred the liquid phase aufzuwachsende material pushed to grow over the substrate tsa & d ffi & sfefo "r wlmä @ g% refgeschoben is .

Das Aufwachsen von Epitaxieschichten aus dar flüssigen Phase im folgenden EFP gesaaant * let ein brauchbares Värfaiire!%r w& s.B* Halbleiteracfeichten uad feaaat« mi krittallo^r^hlsGh verwandten Substraten auf zuwache·!! <> Itseäji«eoRd«is·* siad mit dtoaesi Verfahren llcht*aittier<iEida Dloäesi alt d«r höefeetoea bisher erei·1ten Quant*ßauab«at*Gesaaant the growth of epitaxial layers of liquid phase is below EFP * let a useful Värfaiire!% R w s B * Halbleiteracfeichten uad feaaat "mi krittallo ^ r ^ hlsGh related substrates zuwache · !! <> Itseäji «eoRd« is · * siad with dtoaesi method llcht * aittier <iEida Dloäesi old d «r Höefeetoea an earlier quant * ßauab« at *

Mit den neisten bekanffitssi SFP-ferfs&s^i» -al* s.S. H. u.a. in den Applied Physics Letter»? 11, §i CätSTi ^ XJ. Liad»n in Infrared Physics, 10, 141 {1§7Q\, tmä S.a. Sauii ud. .!*.'■" Journal of Applied Physics ket&ers, IS, 22$ {lW9l iMsehreilMn, ist es jedoch schwierig, Schichten «l&issitLiG&er Dicke und »it glatter Oberfläche reprodüsierbar herstietelieno Da bei den bekannten Verfahren eine Abscheidung von Hftterisl nicht nur an Substrat erfolgt, was zur Folge hat, daß nur eine kleine Menge des zugegebenen Materials in die Epitaxieschicht eingebaut wird, und es notwendig lsi, währen 1 des Au£w«chsens zur VermeidungWith the most popular SFP-ferfs & s ^ i »-al * sS H. among others in the Applied Physics Letter»? 11, §i CätSTi ^ XJ. Liad »n in Infrared Physics, 10, 141 {1§7Q \, tmä Sa Sauii ud. .! *. '■ "Journal of Applied Physics ket & ers, IS, 22 $ {lW9l iMsehreilMn, it is difficult, however, to produce layers« l & issitLiG & er thickness and »with a smooth surface reproducible, since in the known processes a deposition of skin is not only on the substrate takes place, with the result that only a small amount of the added material is incorporated into the epitaxial layer, and it is necessary during 1 of the growth to avoid it

0 9 8 10/1017 OTIG1NAL |NSpECTED 0 9 8 10/1017 OTIG1NAL | NSpECTED

einer Verarmung der Schnelle Material zuzufügen, wird es noch mehr erschwert» Schichten mit einer gewünschten Zusammensetzung und Dicke reproduzierbar herzustellen.Adding material to an impoverishment quickly makes it even more difficult »Layers with a desired composition and thickness can be reproducibly produced.

Zwar gelang es M.B. Panish u.a., wie im J. Phys. Chen. Solids, Bd. 30, Seite 129 ff. beschrieben ist, und J.M. Blum u.a., wie sie im IBM Technical Disclosure Bulletin, Bd. 13, Seite 3221 beschrieben haben, eine glatte Oberfläche der aufgewachsenen Schicht tu erzielen, indem auf der Oberfläch· verbliebene Reste der Schneise vor den Abkühlen abgewischt werden. Aufterdem ist in dem zitierten Artikel von J.M. Blum ausgeführt, daß die Einheitlichkeit der Schichtdicke verbessert werden kann, indem das Substrat bein Aufwachsen einheitlich temperiert wird. Jedoch werden die anderen beschriebenen Schwierigkeiten durch diese Verbesserungen nicht beseitigt, und, wie gesagt, die Einheitlichkeit der Schichtdicke wird nur verbessert.Although M.B. Panish et al, as in J. Phys. Chen. Solids, Vol. 30, page 129 ff., And J.M. Blum et al, as described in IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 13, page 3221, a smooth surface of the grown layer can be achieved by leaving residues of the Aisle to be wiped off before cooling. Also in that cited article by J.M. Blum stated that the uniformity of the layer thickness can be improved by the substrate is uniformly tempered when growing up. However, the other difficulties described are eliminated by these improvements not eliminated and, as said, the uniformity of the layer thickness is only improved.

Bs ist dl· Aufgab« for Erfindung, mit den BFP-Verfahren glatte Schichten einheitlicher Dicke alt einest einheitlichen Konzentratlonsgradlentan senkrecht tür Substretoberfliehe und einem möglichst pro·«* verhllfcnls zwischen den Hennen des aufgewachsenen des s*fl*Mt.st»n Baterlals reproduzierbar herzustellen.Bs is the task for invention, smooth with the BFP process Layers of uniform thickness have a uniform degree of concentration of lentane perpendicular to the surface of the substrate and as much as possible between the hens of the grown-up of the s * fl * Mt.st »n data sheet in a reproducible manner.

Dl··· ftisjffmj»· wird erflftduagsgmaäs btl AtM Verfahr«* 4»r eUfanf· fsnisnfr«n Art dadurc» gelöst, da* durch Auflegen d«r Abdeckplatten die flttsslgen th$s*A unter Druck einheitlich hoch gemacht werde*, daft der Abstand svlscn«a Substrat und ab·*·* fcfanelsenob«rflieh« kislasx fsmacht wird als die Diffuslonsllag«n aller •••tandteil· der Schmelz« und daft senkrecht sur Substratoberfläche «in nlt zunehmendem Abstand von der Substratoberfliehe zunehmender Temperaturgradient aufrechterhalten wird.Dl · ·· ftisjffmj »· is erflftduagsgmaäs btl AtM Verfahr« * 4 »r eUfanf · fsnisnfr "n Art dadurc" solved, because by placing the cover plates, the lines are made uniformly high under pressure become *, so that the distance becomes a substrate and from * * * * fcfanelsenob «rflieh« kislasx fmight as the diffusion layer of all ••• part of the enamel, and that perpendicular to the substrate surface, the temperature gradient is maintained at an increasing distance from the substrate surface.

Da die flüssige Phase einheitlich dick ist, gilt dl·«, eine einheitliche Substrattemperatur vorausgesetzt, auch für die aufgewachsene Schicht. Unter der Diffusionslänge versteht man die durchschnittliche Strecke, die die Bestandteile der Schmelze zu-Since the liquid phase is uniformly thick, dl · «, assuming a uniform substrate temperature, also applies to the grown layer. The diffusion length is understood to be the average distance that the constituents of the melt travel to

vo,7l005 3098 10/10,7 AL |NSPECTED vo, 71005 3098 10 / 10.7 AL | NSPECTED

rücklegen, bevor die Kristallisation und damit die Ausfällung beginnt. Der Begriff ist der mittleren freien Weglänge eines Atoms in einem verdünnten Gas vergleichbar. Da in der Schmelze die Temperatur, nach oben abnimmt und wegen des günstigen Verhältnisses von Diffusionslänge zur Höhe der Schmelze, findet eine Abscheidung nur an der Substratoberfläche statt. Dadurch wird der Materialaufwand gering gehalten. Da die Temperaturen, die Abmessungen der Schmelze und die notwendige Materialmenge unter Kontrolle sind, ist es möglich, reproduzierbar die gewünschte Dicke und Zusammensetzung der Schicht herzustellen.put back before the crystallization and thus the precipitation begins. The term is comparable to the mean free path of an atom in a dilute gas. Since the temperature in the melt decreases upwards and because of the favorable ratio of diffusion length to height of the melt, a separation takes place only take place on the substrate surface. This keeps the cost of materials low. As the temperatures, the dimensions the melt and the necessary amount of material are under control, it is possible to reproducibly produce the desired thickness and Composition of the layer to produce.

Da es zur Erzielung einer guten Haftung der Epitaxieschicht auf dem Substrat günstig ist, das Substrat zunächst mit der Schmelze leicht anzulösen, dieses Anlösen andererseits kontrolliert erfolgen muß, ist es vorteilhaft, wenn die Temperatur der flüssigen Phase bis zum Eintritt der Sättigung abgesenkt wird, daß die flüssige Phase dann über das Substrat geschoben wird, anschließend die Temperatur der flüssigen Phase kurzfristig erhöht wird und schließlich während des AufWachsens langsam abgesenkt wird.As it is to achieve good adhesion of the epitaxial layer on It is advantageous for the substrate to first slightly dissolve the substrate with the melt, on the other hand this dissolving must take place in a controlled manner, it is advantageous if the temperature of the liquid Phase is lowered until saturation occurs, that the liquid phase is then pushed over the substrate, then the temperature of the liquid phase is briefly increased and finally is slowly lowered as you wake up.

Es ist vorteilhaft, die Aufwachsvorrichtung so auszustatten, daß die Bestandteile der flüssigen Phase kontinuierlich zugegeben und abgezogen werden können.It is advantageous to equip the growing device so that the constituents of the liquid phase can be added and withdrawn continuously.

Mit dieser Ausgestaltung ist es möglich, auf vielen Substraten Schichten derselben Zusammensetzung oder auf einem Substrat mehrere diskrete Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung aufzuwachsen.With this configuration it is possible to have layers of the same composition on many substrates or on one substrate several discrete layers of different composition to grow up.

Das beschriebene. Verfahren hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn ein Substrat aus GaAs verwendet wird und eine Epitaxieschicht aus Ga Al1-As aufgewachsen wird, wobei als flüssige Phase eine Schmelze mit GaAs und AlAs als Bestandteilen eingesetzt wird und bei 9OO bis 1000 °C aufgewachsen wird.The described. The method has proven to be advantageous when a substrate made of GaAs is used and an epitaxial layer made of Ga Al 1- As is grown, a melt with GaAs and AlAs as components being used as the liquid phase and being grown at 900 to 1000 ° C.

Die Erfindung wird anhand von durch Zeichnungen erläuterten Äus-The invention is illustrated by the drawings explained by

971 005 30 9810/1017971 005 30 9810/1017

— 4 ~
führungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:
- 4 ~
examples of management described. Show it:

Fig. 1 im Längsschnitt die Apparatur, in der das beschriebene Verfahren durchgeführt wird,Fig. 1 in longitudinal section the apparatus in which the method described is carried out,

Fig. 2 die Apparatur im Querschnitt entlang der in derFIG. 2 shows the apparatus in cross section along the line in FIG

Fig. 1 mit 2-2 bezeichneten Linie,Fig. 1 with 2-2 designated line,

Fign. 3A und 3B in graphischer Darstellung die Temperaturprofile in der Schmelze in horizontaler und vertikaler Richtung,Figs. 3A and 3B graphically show the temperature profiles in the melt in the horizontal and vertical directions Direction,

Fig. 4 die Schichtdickenverteilung in einer nach demFig. 4 shows the layer thickness distribution in one after

beschriebenen Verfahren hergestellten Epitaxieschicht, described method produced epitaxial layer,

Fig. 5 eine andere Version der Apparatur für die Durch-Fig. 5 shows another version of the apparatus for the through

führung des beschriebenen Verfahrens,implementation of the procedure described,

Fig. 6 eine Ausgestaltung der Apparatur für die kontinuierliche Durchführung des beschriebenen Verfahrens undFig. 6 shows an embodiment of the apparatus for the continuous implementation of the described Procedure and

Fign. 7A und 7B weitere mögliche Ausgestaltungen der Substratkammer der in Fig. 1 gezeigten Apparatur, im Fall auf mehrere Substrate gleichzeitig aufgewachsen werden soll.Figs. 7A and 7B further possible configurations of the substrate chamber of the apparatus shown in Fig. 1, in the case grown on several substrates at the same time shall be.

Die Fig. 1 zeigt eine Apparatur, wie sie für das beschriebene Verfahren benutzt wird. Zur Apparatur gehört ein konventioneller Diffusionsofen, der ein von einer Heizquelle 12 umgebenes Quarzrohr 10 enthält. Die kontrollierte Heizquelle 12 kann z.B. aus einer Heizspirale bestehen. Die Heizquelle erhitzt das Quarzrohr 10 über seinen ganzen Umfang und damit auch die eigentliche Aufwachsvorrichtung 14, die sich in dem Rohr 10 befindet.Fig. 1 shows an apparatus such as that used for the process described is used. The apparatus includes a conventional diffusion furnace comprising a quartz tube surrounded by a heating source 12 10 contains. The controlled heating source 12 can for example consist of a heating coil. The heating source heats the quartz tube 10 over its entire scope and thus also the actual waxing device 14, which is located in the tube 10.

YO 971 005 309810/1017YO 971 005 309810/1017

2424

Zu der Aufwachsvorrichtung 14 gehört ein Boot 16, das mit zwei beweglichen Platten 18 und 20 ausgestattet ist» Diese Platten, ebenso wie das Boot 16, sind unabhängig voneinander z.B. mit den Ziehstäben 22 beweglich. Das Boot 16 ruht auf der Plattform 24, die ihrerseits auf den Führungstäben 26 aufliegt» Die Plattform 24 kann bextfeglich gemacht werden, um die Aufwachsvorrichtung 14 entlang dem Quarzrohr 10 zu transportieren»· Innerhalb von Boot 16 befindet sich eine Kammer 28, in der das Substrat 30 liegt. Die Kammer 28 ist tiefer als das Substrat 30 diele ist. Deshalb kann innerhalb der Kammer 28 auf das Substrat Schmelze ■geschichtet werden. Die Dicke der aufgewachsenen epitaktischen Schicht ist bestimmt durch den Unterschied 29 zwischen der Kammertiefe und der Substratdicke.To the growing device 14 is a boat 16, which with two movable plates 18 and 20 is equipped »These plates, as well as the boat 16, are independent of one another, e.g. with the pull rods 22 movable. The boat 16 rests on the platform 24, which in turn rests on the guide rods 26 “The platform 24 can be opened to the waxing device 14 to be transported along the quartz tube 10 »· Inside From boat 16 there is a chamber 28 in which the substrate 30 lies. The chamber 28 is deeper than the substrate 30 is. Therefore, within the chamber 28, melt can be layered on the substrate. The thickness of the grown epitaxial Layer is determined by the difference 29 between the chamber depth and the substrate thickness.

Im Boot 16 befindet sich auch die Vertiefung 32, die das Äusgangsmaterial 34 für die Schmelze enthält. Die verschiebbare Platte 18 hat ein Loch 36, das vollständig mit der Schmelze 38 ausgefüllt, ist und dessen Querschnitt etwa dem des Substrats 30 gleicht. Da zusätzlich die verschiebbare PLatte 20 vorhanden ist, ist die Schmelze 38 auf allen Seiten eingeschlossen» Das Gewicht der Platte 20 übt einen Druck auf die Schmelze aus, der gerade ausreicht, um die erwähnte vollständige Füllung des Lochs 36 mit Schmelze zu bewirken. Der Druck verhindert auch, daß die Schmelze aufgrund von Oberflächenspannung einen nach oben gewölbten Meniskus bildet. Die Schmalze enthält die Bestandteile, die auf dem Substrat 30 aufgeivachsen werden soll» Im allgemeinen enthält die Schmelze 1 bis 2 g des Materials, das aufgewachsenIn the boat 16 there is also the recess 32, which is the starting material 34 for the melt contains. The sliding plate 18 has a hole 36 that is completely flush with the melt 38 is filled, and the cross section of which is approximately the same as that of the substrate 30. Since the sliding plate 20 is also present, the melt 38 is enclosed on all sides »The weight of the plate 20 exerts a pressure on the melt that is just about sufficient to bring about the aforementioned complete filling of the hole 36 with melt. The pressure also prevents the Melt forms an upwardly curved meniscus due to surface tension. The lard contains the ingredients that to be grown on the substrate 30 »In general the melt contains 1 to 2 g of the material that has grown

werden soll, pro cm des Substrats. Das kleine Volumen begünstigt eine einheitliche Zusammensetzung der Schmelze.should be, per cm of the substrate. The small volume favors a uniform composition of the melt.

Die bewegliche Platte 20 enthält zahlreiche öffnungen 4OA, 4OB, 4OC und 4OD, durch die verschiedene Dotierungsmittel oder andere Materialien für ein selektives Aufwachsen in die Schmelze. 38 eingebracht werden können. Die öffnungen 4OA bis 4OD sind mit den beweglichen Platten 42A bis 42D abgedeckt, um die öffnungen 4OA bis 4OD einzeln abdecken zu können.The movable plate 20 contains numerous openings 40A, 40B, 4OC and 4OD, through which different dopants or other materials for selective growth into the melt. 38 can be introduced. The openings 40A to 40D are covered with the movable plates 42A to 42D in order to protect the openings 4OA to 4OD to be covered individually.

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Ein Gasstrom, in der Figur durch den Pfeil 44 angedeutet, fließt während des epitaxialen Aufwachsens durch das offene Quarzrohr 10. Dieses Gas kann aus Formiergas (90 % N-, 10 % H«) oder anderen bekannten Gasen, wie z.B. Argon, bestehen. Der Gasstrom schafft in dem System entweder eine inerte oder eine reduzierende Atmosphäre. Eine reduzierende Atmosphäre ist günstig, um irgendwelche Oxide, die sich an der Grenzfläche Schmelze-Substrat bilden könnten, zu entfernen.A gas stream, indicated in the figure by the arrow 44, flows through the open quartz tube 10 during the epitaxial growth. This gas can consist of forming gas (90% N , 10% H 2) or other known gases such as argon. The gas flow creates either an inert or a reducing atmosphere in the system. A reducing atmosphere is beneficial to remove any oxides that may form at the melt-substrate interface.

Fig. 2 zeigt die in der Fig. l dargestellte Apparatur im Querschnitt entlang der in der Fig. 1 markierten Linie 2-2. Die aus dem Boot 16 und den beiden beweglichen Platten 18 und 20 zusammengesetzte Apparatur 14 für die EFP, die Plattform 24 und die Führungsstäbe 26 sind zu erkennen.Fig. 2 shows the apparatus shown in Fig. 1 in cross section along the line 2-2 marked in FIG. 1. The one composed of the boat 16 and the two movable plates 18 and 20 Apparatus 14 for the EFP, the platform 24 and the guide rods 26 can be seen.

Aus der Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Schmelze 38 sich oberhalb der Achse von Rohr 10 befindet. Boot 16 liegt zwischen der Schmelze 38 und der Heizquelle 12. Diese Anordnung bewirkt, daß die Temparatur der oberen Oberfläche der Schmelze höher ist als die der unteren Oberfläche. D.h. die Temperatur der Schmelze nimmt nnch oben zu. Die Tatsache, daß die Schmelze an der Grenzfläche uum Substrat am kältesten ist, stellt sicher, daß eine Abscheidung von Bestandteilen dar Schmelze 38 am Substrat stattfinden wird.From Fig. 2 it can be seen that the melt 38 is above the axis of tube 10 is located. Boot 16 lies between the melt 38 and the heating source 12. This arrangement causes the temperature of the upper surface of the melt is higher than that of the lower surface. I.e. the temperature of the melt increases nnch to the top. The fact that the melt is coldest at the interface with the substrate ensures that a deposition occurs of constituents of the melt 38 will take place on the substrate.

Die Fign. 3A und 3B zeigen Teraperaturprofile in der Schmelze, gemessen senkrecht zur Substratoberfläche (y) bzw. parallel zur Substratoberfläche (x) oder, was dasselbe bedeutet, parallel zur Achse des Rohres 10. Man ersieht aus der Fig. 3A, daß die Temperatur Tl an der oberen Oberfläche der Schmelze größer ist als die Temperatur T2 an der unteren, das Substrat kontaktierenden Oberfläche der Schmelze. Die Fig. 3B läßt erkennen, daß die Tem-, peratur der Schmelze in der x-Richtung konstant ist. Daß die Schmelze an der Grenzfläche zwischen Substrat und Schmelze sich auf einer konstanten Temperatur befindet, ist wünschenswert, ,um eine einheitliche Aufwachsgeschwindigkeit über die ganzeThe FIGS. 3A and 3B show temperature profiles in the melt, measured perpendicular to the substrate surface (y) or parallel to the substrate surface (x) or, which means the same thing, parallel to the Axis of the tube 10. It can be seen from Fig. 3A that the temperature Tl at the upper surface of the melt is greater than the temperature T2 at the lower surface of the melt contacting the substrate. Fig. 3B shows that the temperature, temperature of the melt in the x-direction is constant. That the melt is at the interface between substrate and melt Located at a constant temperature is desirable in order to have a uniform growth rate throughout

YO 971 005 3098 10/10 17YO 971 005 3098 10/10 17

ca» etaca » " Ί eta

Substratoberfläche zu gewährleisten« To ensure substrate surface «

Die Materialien, aus denen die" Aufwachsvorrichtung 14 gebaut wird, müssen so ausgewählt werden, daß sie mit den Bestandteilen der Schmelze unter den Aufwachsbedingungen'nicht reagieren= Viele Halbleitermaterialien reagieren ZoB. nicht mit Graphit, Quarz oder Nitriden. Quarz ist aber z„B. ein ungeeignetes Material, wenn Aluminium ein Bestandteil der Schmelze ist, da Aluminium mit" Quarz reagiert» Beim epitaxialen* Aufwachsen von Granatfilmen ist es günstig, wenn die Teile der Aufwachsvorrichtung, mit denen die Schmelze in Berührung kommt, aus Platin bestehen. The materials from which the "growth apparatus will be built 14 must be selected so that they react with the constituents of the melt under the Aufwachsbedingungen'nicht = Many semiconductor materials react Zob. Not with graphite, quartz or nitrides. Quartz is but for" B An unsuitable material if aluminum is part of the melt, since aluminum "reacts with quartz" When growing garnet films epitaxially *, it is beneficial if the parts of the growing device with which the melt comes into contact are made of platinum.

Allgemein läßt sich sagen, daß sich mit dem beschriebenen Verfahren und der beschriebenen Aufwachsvorrichtung alle Materialien epitaxial aufwachsen lassen, bei denen dies aus.der flüssigen Phase möglich ist. Dabei enthält entweder die flüssige Phase das aufzuwachsende Material in gelöstes? 'F©mF oder besteht die flüssige Phase aus dem Material, das. a»£gewachsen werden solle* %u den Materialien,- die mit dem. beschriebenen Verfahren auf gewachsen werden können, zählen z.B. Halbleiter, öle aus.Elementen der vierten Gruppe, aus Verbindungen von Elementen der dritten und fünften Gruppe und aus Legierungen bestehen, Granate, Metalle und Oxide.In general, it can be said that all materials can be grown epitaxially with the method described and the growth device described, in which this is possible from the liquid phase. Either the liquid phase contains the material to be grown in dissolved form? 'F © m F or there is a liquid phase from the material that a "£ should be grown *% u the materials -. With the. The methods described can be grown on, include, for example, semiconductors, oils aus.Elementen of the fourth group, composed of compounds of elements of the third and fifth groups and of alloys, garnets, metals and oxides.

Die Zusammensetzung der Schmelze richtet sich nach dem Material, das aufgewachsen werden soll.'Wird s.B, Ga1 Al As aufgewachsen, so enthält die Schmelze GaAs undThe composition of the melt depends on the material that is to be grown. If sB, Ga 1 Al As is grown, the melt contains GaAs and

Die Auswahl des Substrats 30 ist nicht kritisch. Normalerwelse wird ein Material genommen, dessen Gitterkonstante mit der Gitterkonstante des Materials, das aufgewachsen werden soll, verträglich ist. Z.B. können Al Ga, As-Epitaxieschichten auf einemThe selection of the substrate 30 is not critical. Normal catfish a material is used whose lattice constant is compatible with the lattice constant of the material to be grown on is. For example, Al Ga, As epitaxial layers can be formed on a

χ χ—χχ χ — χ

GaAs-Substrat aufgewachsen werden.GaAs substrate can be grown.

Vor der Besprechung anderer Ausgestaltungen für die DurchführungBefore discussing other arrangements for implementation

971 005 309810/1017971 005 309810/1017

des beschriebenen Verfahrens mag es hilfreich sein, die einzelnen · Schritte des epitaxialen AufWachsens zu betrachten. Dies soll
anhand der Fign. 1 und 2 geschehen. Das Substrat 30 wird in die
Kammer 28 gelegt und das Ausgangsmaterial für die Schmelze wird
of the method described, it may be helpful to consider the individual steps of the epitaxial growth. This is supposed to
based on FIGS. 1 and 2 happen. The substrate 30 is in the
Chamber 28 is placed and the starting material for the melt is

in die Vertiefung 32 gebracht. Das Ausgangsmaterial wird ausrei- ( brought into the recess 32. The starting material is sufficient (

chend lang und ausreichend hoch erhitzt, um eine Schmelze 38 in ) long enough and heated to a temperature of 38 in )

dem Loch 36 und in der Vertiefung 32 zu erzeugen. Um sicherzu- I the hole 36 and in the recess 32 to produce. To be sure- I

stellen, daß die Schmelze gesättigt ist, wird nun die Temperatur >make sure that the melt is saturated, the temperature is now>

abgesenkt. Eine gesättigte Schmelze wird nicht das Substrat an- \ lowered. A saturated melt is not switch the substrate \

lösen, wenn sie in Kontakt mit dem Substrat gebracht wird. Die {dissolve when brought into contact with the substrate. The {

Schmelze und das Substrat werden dann miteinander in Kontakt jThe melt and the substrate are then in contact with one another j

gebracht, z.B. dadurch, daß die Platte 18 so verschoben wird, daß · placed, for example, characterized in that the plate 18 is displaced so that ·

die Schmelze in eine Position über dem Substrat 30 gebracht wird. jthe melt is brought into a position above the substrate 30. j

Nun wird die Temperatur leicht erhöht, um ein vollständiges Be- jThe temperature is now increased slightly to achieve a full level

netzen des Substrats zu bewirken. Die Benetzung des Substrats ίto effect wetting of the substrate. The wetting of the substrate ί

verbessert die Haftung der epitaxial aufgewachsenen Schicht. jimproves the adhesion of the epitaxially grown layer. j

Anschließend wird die Epitaxieschicht aufgewachsen, indem die j Schneise auf eine Temperatur, die im allgemeinen nicht höher ist \ als die Temperatur der gesättigten Schmelze, abgekühlt wird. In
diesem Stadium wird die Schmelze von der Substratoberfläche abgewischt, indem die Platte 18 in ihre ursprüngliche Lage zurückbewegt
wird. Die so behandelte epitaxiale Schicht hat eine glatte Ober- j fläche, die frei ist von allen überschüssigen Bestandteilen der j Schmelze. ί
Subsequently, the epitaxial layer is grown by the j swath to a temperature which is not higher is generally \, cooled than the temperature of the saturated melt. In
at this stage the melt is wiped off the substrate surface by moving the plate 18 back to its original position
will. The epitaxial layer treated in this way has a smooth surface which is free from all excess constituents of the melt. ί

Es wurde zwar oben festgestellt, daß das epitaxiale Wachstum [ Although it was found above that the epitaxial growth [

schon dadurch hervorgerufen wird, daß die Schmelze und das Sub- \ strat miteinander in Kontakt gebracht werden, jedoch erhält man
bessere aufgewachsene Schichten, wenn die anderen beschriebenen
Verfahrensschritte eingefügt werden.
is already caused by the fact that the melt and the sub \ strat are brought into contact with each other, but are obtained
better grown layers when the others described
Process steps are inserted.

Bei der Anwendung des beschriebenen Verfahrens ist erkannt worden,
daß es sehr wichtig ist, die Wärmeverluste in der Schmelze derart
zu regeln, daß sie über die gesamte obere Oberfläche der Schmelze
einheitlich sind. Aus diesem Grund wird dafür gesorgt, daß die
When using the method described, it was recognized that
that it is very important to keep the heat losses in the melt in such a way
to regulate that it covers the entire upper surface of the melt
are uniform. For this reason it is ensured that the

YO 971 005 3 0 9 8 10/1017YO 971 005 3 0 9 8 10/1017

Oberfläche der Schmelze keinen gebogenen Meniskus hat, wie er typisch ist für die bekannten Verfahren, wie z.B. aus den Abbildungen in der US-Patentschrift 3 565 702 und in der Veröffentlichung von M.B. Pänish u.a. in der Zeitschrift JN Phys. Chem. Solids, Pergamon Press, Bd. 30,, Seite 129 ff (1969) hervorgeht. Die. beschriebene Kontrolle der Wärmeverluste bewirkt eine einheitliche Temperatur an der Grenzfläche zwischen Substrat und Schmelze. ■The surface of the melt does not have a curved meniscus like him is typical of the known methods such as shown in the figures in U.S. Patent 3,565,702 and in the publication by M.B. Pänish et al in the journal JN Phys. Chem. Solids, Pergamon Press, Vol. 30, page 129 ff (1969). The. The control of the heat losses described results in a uniform Temperature at the interface between substrate and melt. ■

Der von der Platte 20 ausgeübte Druck auf die Schmelze bewirkt, daß diese das gesamte Volumen des Lochs 3 6% ausfüllt. Dadurch wird sichergestellt, daß die Schmelze, wenn sie in Kontakt mit dem Substrat 30 gebracht wird, eine einheitliche Höhe hat.The pressure exerted on the melt by the plate 20 causes it to fill the entire volume of the hole 36%. This ensures that the melt when it is brought into contact with the substrate 30 is of a uniform height.

Die Vorteile des beschriebenen Verfahrens sollen näher erläutert werden am Beispiel des Aufwachsens von Al Ga1 As auf ein Substrat, wie z.B. GaAs. Aluminium-Gallium-Arsehid hat die Neigung, aus der Lösung auszufallen. Bei den bekannten Verfahren war es deshalb notwendig, zusätzlich Material zuzufügen, um den durch die Ausfällung entstandenen Verlust zu kompensieren. Dabei war es dann aber schwierig, die endgültige Dicke der Äl^Gaj^As-Schicht vorherzubestimmen und zu kontrollieren. Bei der Anwendung des beschriebenen Verfahrens kann die notwendige Menge an Material reproduzierbar kontrolliert werden und deshalb hat die aufgewachsene Epitaxieschicht eine einheitliche Dicke und Zusammensetzung«The advantages of the method described will be explained in more detail using the example of the growth of Al Ga 1 As on a substrate, such as GaAs. Aluminum gallium arsehid has a tendency to precipitate out of solution. In the known processes it was therefore necessary to add additional material in order to compensate for the loss caused by the precipitation. It was then difficult to determine and control the final thickness of the Äl ^ Gaj ^ As layer in advance. When using the method described, the necessary amount of material can be controlled reproducibly and therefore the grown epitaxial layer has a uniform thickness and composition «

Da die Höhe der Schmelze gering ist* erfolgt eine AusfEllung von Ga. χΑ1χΑβ nur auf das Substrat, was eine zusätzliche Effizienz; der Methode bewirkt.. Die geringe Höhe der Schmelze beeinfluet nicht die Temperatur an der» Substratpberflä^hft.Since the height of the melt is low * a precipitation of Ga occurs. Χ Α1 χ Αβ only on the substrate, which means an additional efficiency; the method causes .. The low level of the melt does not affect the temperature at the »substrate surface.

Die obere Grenze der erlaubten Höhe der Schmelze ist festgelegt durch die Diffusionslänge der Bestandteile in der Schmelze. Die Diffusionslängen aller Bestandteile sind länger als die Schmelze hoch ist. Deshalb findet keine spontane Kristallisation in der ; Lösung, sondern nur Kristallisation an der Substratoberfl&cheThe upper limit of the permitted level of the melt is determined by the diffusion length of the constituents in the melt. The diffusion lengths of all components are longer than the melt is high. Therefore no spontaneous crystallization takes place in the ; Solution, but only crystallization on the substrate surface

YO m QQi 3IiWI(Ml Q $7YO m QQi 3IiWI (Ml Q $ 7

- IO -- OK -

statt. Die Diffusionslängen sind eine Funktion der keiten der Bestandteile in der Schmelze, der Temperatur, der · ;~ Umgebung, in der sich die Bestandteile befinden, und der Konzentration der Bestandteile. Typische Diffusion&längen für Mate- ·■ rialien, die für lichtemittierende Dioden verwendet werden, sind von der Größenordnung 1 cm. Deshalb sind Höhen der Schmelze zwischen etwa 0,5 und 6 mm brauchbar. Ist die Schmelze zu hoch, so treten die Schwierigkeiten der bekannten Verfahren auf, nämlich nicht effizientes Aufwachsen und spontane Kristallisation.instead of. The diffusion lengths are a function of the abilities of the constituents in the melt, the temperature, the · ; ~ Environment in which the components are located and the concentration of the components. Typical diffusion lengths for materials used for light emitting diodes are on the order of 1 cm. Therefore, heights of the melt between about 0.5 and 6 mm can be used. If the melt is too high, the difficulties of the known processes arise, namely inefficient growth and spontaneous crystallization.

Die Höhe der Schmelze darf aber nicht beliebig gering sein, weil sonst die Gefahr besteht, daß nicht genügend Material vorhanden ist, um eine Schicht der gewünschten Dicke aufzuwachsen.The height of the melt, however, must not be arbitrarily small, because otherwise there is the risk that not enough material is available to grow a layer of the desired thickness.

2 Im allgemeinen ist das Verhältnis von Substratoberfläche (in cm ) zu der Höhe der Schmelze (in cm) groß, im Fall des Al Ga1_ As-Auf-Wachsens ist dieses Verhältnis etwa 10. 2 In general, the ratio of the substrate surface (in cm) to the height of the melt (in cm) is large; in the case of Al Ga 1 _ As growth, this ratio is about 10.

Die Eigenschaften der nach dem beschriebenen Verfahren aufgewachsenen Epitaxialschichten lassen sich reproduzieren. Die Schichten haben eine einheitliche Dicke mit Schwankungen, die Innerhalb weniger Prozent liegen, während die Dicken, der mit den bekannten Verfahren gezüchteten Schichten im Bereich zwischen 100 und 200 % variieren. Es kommt noch hinzu, daß die Ausbeute an guten Schichten bei der Anwendung des beschriebenen Verfahrens wesentlich höher 1st, als bei Anwendung der bekannten Verfahren, Bei den bekannten Verfahren let es nämlich üblich, dicke Schichten aufzuwachsen und diese dann zu läppen, bis die gewünschte endgültig« Dicke erreicht ist. Das Lippverfahren verschlechtert aber »ehr stark die Ausbeute an brauchbaren Filmen.The properties of the epitaxial layers grown according to the method described can be reproduced. the Layers have a uniform thickness with fluctuations that lie within a few percent, while the thicknesses with The layers grown according to the known method vary in the range between 100 and 200%. It also adds that the yield in good layers when using the method described is significantly higher than when using the known methods, In the known processes it is customary to grow thick layers and then lap them until the desired final thickness is reached. However, the lip procedure worsens “The yield of usable films is rather strong.

JueEtalich zu der gleichförmigen Dicke sind die alt den beschriebenen Verfahren gewachsenen Schichten glatt und ohne «eitere Vorbereitung für photolithographische Prozesse geeignet.JueEtalich to the uniform thickness, the layers grown using the methods described are smooth and without «Further preparation suitable for photolithographic processes.

Die Fig. 4 zeigt die Dickenverteilung einer auf einem Plättchen entsprechend dem beschriebenen Verfahren aufgewachsenen Schicht.Fig. 4 shows the thickness distribution of a on a plate layer grown according to the method described.

vom«» 309t!0/!0t7from «» 309t! 0 /! 0t7

In diesem speziellen Fall bestand die Epitaxieschicht aus . Die Epitaxieschicht hatte eine Fläche von 0,8 χ 1,8 cm*In this particular case, the epitaxial layer consisted of . The epitaxial layer had an area of 0.8 1.8 cm *

Das Aufwachsen erfolgte in einem Temperaturbereich zwischen 900 und 955 °C. Die Abkühlungsgeschwindigkeit war 0,4 °C/min. Die gezeigte Dickenverteilung läßt erkennen, daß im wesentlich gleichförmige Dicken über die gesamte Epitaxieschicht erreicht werden konnten. Die erzielte einheitliche Dicke ist auch reproduzierbar. Beim Vergleich'von Schichten aus verschiedenen Chargen lag die Reproduzierbarkeit der Schichtdicke innerhalb + 4 %. --The growth took place in a temperature range between 900 and 955 ° C. The cooling rate was 0.4 ° C / min. The thickness distribution shown shows that substantially uniform thicknesses are achieved over the entire epitaxial layer could. The uniform thickness achieved is also reproducible. When comparing layers from different batches, the Reproducibility of the layer thickness within + 4%. -

Fig. 5 zeigt eine EFP-Aufwachsvorrichtung 46, die sich im Gegensatz zu der in der Fig. 1 gezeigten Aufwachsvorrichtung in einem vertikalen Ofensystem befindet und in der die Schmelze durch eine Drehbewegung verschoben wird. Zu der EFP-Auf wachsvorrichtung 46 gehört ein Boot1 48, das eine Vertiefung 5O hat, in der das Substrat 52 liegt. Ober dem Boot 5O sitzt der bewegliche Behälter 54 mit den beiden Kammern 56A und 56B. In diesen Kammern sind die Schmelzen 58A bzw, 58B eingeschlossen. Die Abdeckplatten 6OA bzw. 6OB schließen die Schmelzen unter Druck ein, wobei der Druck entweder durch die angezogenen Schrauben 62A bzw. 62B oder durch ein Gewicht ausgeübt wird. *FIG. 5 shows an EFP growing device 46 which, in contrast to the growing device shown in FIG. 1, is located in a vertical furnace system and in which the melt is displaced by a rotary movement. The EFP growing device 46 includes a boat 1 48 which has a recess 50 in which the substrate 52 lies. The movable container 54 with the two chambers 56A and 56B is seated above the boat 50. The melts 58A and 58B are enclosed in these chambers. The cover plates 6OA or 6OB enclose the melts under pressure, the pressure being exerted either by the tightened screws 62A or 62B or by a weight. *

Der Behälter 54 ist drehbar angeordnet, um sowohl die Schmelze 58a, als auch die Schmelze 58B mit dem Substrat 52 in Kontakt bringen zu können. Die Drehung des Behälters 54 erfolgt mittels der Schraubenmechanik 64. In der Fig. nicht gezeigtey jedoch denen in der Fig. 1 ähnliche, zum Erhitzen der Schmelze*--b"e>»abstimmte Heizquellen umgeben die EFP-Aufwachsvorrichtung 46■:» ν The container 54 is rotatably arranged so that both the melt 58a and the melt 58B are in contact with the substrate 52 to be able to bring. The container 54 is rotated by means of the screw mechanism 64. However, not shown in the figure Heating sources similar to those in FIG. 1, tuned to heat the melt * - b "e>», surround the EFP growing device 46 ■: »ν

über die gesamte Substratoberfläche herrscht praktisch eine konstante Temperatur und durch das Xiegdrehen der Schmelze wird überschüssiges Material auf der Substratoberfläche weggewischt, ^r wodurch eine glatte Oberfläche erzielt wird. Es ist.auchi!mög,lich>;i,-die Aufwachsvorrichtung so umzubauen, daß auf mehreren Substraten auf gewachsen werden kann oder daß auf einem Substrat mehrere^!*! s^j verschieden zusammengesetzte Epitaxieschichten aufgebracht^yiei^n:;-© können. Sind zum Beispiel die Schmelzen 58A und 58B verschiedenThere is practically a constant temperature over the entire substrate surface and by turning the melt excess material is wiped away on the substrate surface, whereby a smooth surface is achieved. It ist.auchi mög, lich>;! I, convert -the growing apparatus so that it can be grown on several substrates, or that on a substrate a plurality of ^ *! s ^ j differently composed epitaxial layers applied ^ yiei ^ n:; - © can. For example, melts 58A and 58B are different

309810/1017 ....-...^j309810/1017 ....-... ^ j

YO 971 005YO 971 005

zusammengesetzt, so kann die EFP-Aufwachsvorrichtung 46 dazu benutzt werden, Epitaxieschichten unterschiedlicher Zusammensetzung einfach dadurch herzustellen, daß nacheinander die Kammern 56A und 56B über das Substrat 52 geschoben werden.assembled, the EFP growing device 46 can do so are used, epitaxial layers of different composition simply manufactured by sliding chambers 56A and 56B over substrate 52 in succession.

Die Fig. 6 zeigt eine für kontinuierliches EFP-Aufwachsen geeignete Ausgestaltung der in Fig. 1 dargestellten Aufwachsvorrichtung. Das Quarzrohr 10 und die Heizquellen 12 sind in der Fig. 6 nicht extra gezeichnet. Mit der EFP-Aufwachsvorrichtung 66 kann Schmelze, wenn sie verbraucht ist, nachgefüllt werden, oder es kann die Schmelze aus der Kammer 76 entfernt werden, wenn eine anders zusammengesetzte Schmelze eingefüllt werden soll.Fig. 6 shows one suitable for continuous EFP growth Design of the growing device shown in FIG. 1. The quartz tube 10 and the heating sources 12 are shown in FIG Fig. 6 not drawn separately. With the EFP waxing device 66, melt can be refilled when it is used up, or the melt can be removed from the chamber 76 when a melt with a different composition is introduced target.

Zu der EFP-Aufwachsvorrichtung 66 gehört das Boot 68 mit den darin eingelassenen Kammern 7OA und 7OB. In diesen Kammern liegen die Substrate 72A bzw. 72B. Auf dem Boot 68 liegt eine erste bewegliche Platte 74, die das Loch 76 enthält, in welchem sich die Schmelze 78 befindet. Zu Beginn befindet sich die Schmelze 78 über dem in das Boot 68 eingelassenen Vertiefung 80. Die Vertiefung 80 enthält das Ausgangsmaterial 82 für die Schmelze.The boat 68 with the chambers 70A and 70B incorporated therein belongs to the EFP growing-up device 66. Lying in these chambers the substrates 72A and 72B, respectively. On the boat 68 is a first movable plate 74 which contains the hole 76 in which the Melt 78 is located. At the beginning, the melt 78 is located above the recess 80 let into the boat 68. The recess 80 contains the starting material 82 for the melt.

Die zweite bewegliche Platte 84 ist genauso ausgebildet wie die Platte 20 in der Fig. 1. Zur Vereinfachung der Fig. sind die in der Fig. 1 gezeichneten Kammern 4OA bis 4OD in der Platte 84 weggelassen.The second movable plate 84 is formed in the same way as that Plate 20 in FIG. 1. To simplify the figure, the chambers 40A to 40D shown in FIG. 1 are in the plate 84 omitted.

Die EFP-Aufwachsvorrichtung 66 unterscheidet sich von der in der Fig. 1 abgebildeten Aufwachsvorrichtung 14 dadurch, daß die Anordnung 88 vorhanden ist, mit der die Schmelze 78 in die Kammer 76 nachgefüllt oder aus dieser entfernt werden kann. Im einfachsten Fall gehört zu der Anordnung 88 ein Vorratsbehälter 90, in welchem die Bestandteile der Schmelze mittels der Abdeckplatte 92 unter Druck gehalten werden. Im Falle dies erwünscht ist, können mehrere Vorratsbehälter 90 vorgesehen werden, um nacheinander neue Bestandteile der Schmelze in das Loch 76 eintreten zuThe EFP growing device 66 differs from that in FIG Fig. 1 depicted growth device 14 in that the arrangement 88 is present with which the melt 78 in the chamber 76 can be refilled or removed from this. In the simplest case, the arrangement 88 includes a storage container 90, in which the constituents of the melt are kept under pressure by means of the cover plate 92. If this is desired, A plurality of storage containers 90 can be provided in order to successively enter new constituents of the melt into the hole 76

YO 971 005 309810/1017YO 971 005 309810/1017

lassen. Das Ventil Vl verbindet über das Rohr 94 das Loch 76 einerseits mit dem Vorratsbehälter 90, und andererseits mit dem offen endenden Rohrstutzen 96, über den das System belüftet werden kann. Vom Loch 76 geht nach unten ein Rohr 98 ab, das bei geöffnetem Ventil V2 das Loch 76 mit dem Vakuumsystem verbindet.permit. The valve Vl connects the hole 76 via the pipe 94 on the one hand with the storage container 90, and on the other hand with the open ending pipe socket 96, through which the system can be ventilated. From the hole 76 goes down from a pipe 98, which when open Valve V2 connects hole 76 to the vacuum system.

Um Schmelze aus dem Loch 76 zu entfernen, wird das Ventil V2 zum Vakuum geöffnet, während Ventil Vl in die Belüftungsstellung gedreht wird. Um Bestandteile der Schmelze in das Loch 76 nachzufüllen, wird zunächst das Ventil V2 geschlossen, und dann mit dem Ventil Vl die Verbindung zum Vorratsbehälter 90 hergestellt. Auf diese Weise lassen sich auf eine Vielzahl von Substraten 72A, 72B usw. Epitaxieschichten aus der immer wieder nachgefüllten Schmelze 78 aufwachsen. Dies wird dadurch erreicht, daß die bewegliche Platte 68 so verschoben wird, daß die Substrate unter die nachgefüllte Schmelze 78 zu liegen kommen.In order to remove melt from the hole 76, the valve V2 opened to the vacuum, while valve Vl in the ventilation position is rotated. In order to refill components of the melt into the hole 76, valve V2 is first closed, and then the connection to reservoir 90 is established with valve V1. In this way, epitaxial layers from the repeatedly refilled can be applied to a large number of substrates 72A, 72B, etc. Melt 78 grow up. This is achieved in that the movable plate 68 is shifted so that the substrates under the refilled melt 78 come to rest.

Die Pign. 7A und 7B zeigen zwei Ausführungen eines Boots 100 mit Vertiefungen für die Aufnahme von Substraten. Das Boot 16 in der Fig. 1 bzw. das Boot 68 in der Fig, 6 können so ausgestattet sein. In der Fig. 7A hat das Boot 100 Vertiefungen 102A bzw. 102B zur Aufnahme der Substrate 104A bzw. 1Q4B. Ein Boot kann auch mehrere Vertiefungen 102 haben, so daß es möglieh ist, mit derselben Schmelze viele Schichten aufzuwachsen.The Pign. 7A and 7B show two designs of a boat 100 with Wells for holding substrates. The boat 16 in the FIG. 1 and the boat 68 in FIG. 6 can be equipped in this way. In FIG. 7A, the boat 100 has depressions 102A and 102B for receiving the substrates 104A and 1Q4B, respectively. One boat can have several Have depressions 102 so that it is possible with the same Melt many layers to grow.

Das Boot in Fig. 7B hat zwei Vertiefungen 102A und 102b, die in den äußeren Abmessungen denen in der Fig. 7A ähnlich sind. Jedoch soll die Konstruktion in Fig. 7B so benutzt werden, daß gleichzeitig mehrere Substrate in jede Vertiefung gelegt werden. Die Vertiefungen haben zum Beispiel drei Unterteilungen 103, so daß vier Substrate 104A in die Vertiefung 102A und vier Substrate 104B in die Vertiefung 102B gelegt werden können. Zusätze dieser Art können noch ausgestaltet werden, um auf diese Weise zu verbesserten Versionen aller in den Zeichnungen gezeigter Aufwachs-* vorrichtungen zu kommen. Wenn dies wünschenswert ist, können mehrere Schmelzen so benutzt werden, daß für jede ein SubstratThe boat in Fig. 7B has two recesses 102A and 102b which are in the external dimensions are similar to those in Fig. 7A. However let the construction in Fig. 7B be used so that simultaneously multiple substrates can be placed in each well. The wells have, for example, three partitions 103 so that four substrates 104A can be placed in recess 102A and four substrates 104B can be placed in recess 102B. Additions to this Art can still be refined in order to improve in this way Versions of all waxing * shown in the drawings fixtures to come. If so, you can several melts are used so that for each one substrate

YO 971 OO5 ao 9 8 10/1017YO 971 OO5 ao 9 8 10/1017

enthaltende Vertiefung eine Schmelze vorhanden ist. Die verschiedenen Schmelzen können auch so eingesetzt werden, daß über demselben Substrat mehrere einheitliche Epitaxieschichten, die sich aber in ihrer Zusammensetzung unterscheiden, aufgewachsen werden.containing recess a melt is present. The different Melts can also be used so that over Several uniform epitaxial layers that differ in their composition are grown on the same substrate will.

Beispielexample

Das folgende Beispiel soll das beschriebene Verfahren noch näher erläutern.The following example is intended to explain the method described in more detail.

Zur Aufbringung einer Schicht von AlQ 35Ga0 65As auf ein GaAs-Substrat wird die Aufwachsapparatur 14 auf etwa 930 0C 1/2 bis 1 Stunde lang erhitzt, um eine gesättigte Schmelze zu bekommen, wobei das Ausgangsmaterial GaAs und AlAs enthält. Die Schmelze wird dann etwa 5 Hinuten lang gekühlt, wobei seine Temperatur um 5 bis 10 C absinkt. Dies stellt sicher, daß die Schmelze gesättigt ist. Die Schmelze wird dann in eine Stellung über dem Substrat bewegt und anschließend wird die Temperatur 1 bis 5 Minuten leicht, d.h. etwa auf die Ausgangstemperatur erwärmt, um das Substrat zu benetzen. Dann wird die Temperatur mit einer Rate zwischen 0,1 und 2 °C/min. abgesenkt, bis die gewünschte Dicke der aufgewachsenen Schicht erreicht ist. Im allgemeinen wird die Temperatur zwischen 20 und 50 0C abgesenkt. Schließlich wird die Schmelze von der Substratoberfläche abgewischt, indem die bewegliche Platte 18 in ihre ursprüngliche Stellung zurückgezogen wird. Die so hergestellte Epitaxieschicht hat eine glatte Oberfläche und ist völlig frei von Gallium.For applying a layer of Al Q 35Ga 0 65 As on a GaAs substrate, the Aufwachsapparatur heated 14 to about 930 0 C 1/2 to 1 hour to obtain a saturated melt, wherein the starting material contains GaAs and AlAs. The melt is then cooled for about 5 hours, during which its temperature drops by 5 to 10 ° C. This ensures that the melt is saturated. The melt is then moved into a position above the substrate and then the temperature is slightly heated for 1 to 5 minutes, ie approximately to the starting temperature, in order to wet the substrate. Then the temperature is increased at a rate between 0.1 and 2 ° C / min. lowered until the desired thickness of the grown layer is reached. In general, the temperature between 20 and 50 0 C is lowered. Finally, the melt is wiped from the substrate surface by retracting the movable plate 18 to its original position. The epitaxial layer produced in this way has a smooth surface and is completely free of gallium.

Zusammenfassend ist zu sagen, daß mit dem beschriebenen Verfahren eine glatte, einheitlich dicke und einheitlich zusammengesetzte Epitaxieschicht erzeugt werden kann. Dies wird hautpsächlich dadurch erreicht, daß die Schmelze durch Anwendung von Druck über die ganze Substratoberfläche einheitlich hoch gemacht wird, daß man nur ein« möglichst geringe Höhe der Schmelze zuläßt, was einerseits sicherstellt, daß die Diffusionslänge jedes einzelnenIn summary, it can be said that with the method described a smooth, uniformly thick and uniformly composed epitaxial layer can be produced. This is mainly because of this achieves that the melt is made uniformly high by applying pressure over the entire substrate surface that only the lowest possible level of the melt is allowed, which on the one hand ensures that the diffusion length of each individual

971 005 3 0 9 810/1017971 005 3 0 9 810/1017

ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

der Bestandteile in der Schmelze größer ist, als die Höhe der Schmelze und dadurch Kristallisation innerhalb der Schmelze verhindert, und andererseits die Kristallisation der Bestandteile in der Schmelze nur auf dem Substrat erfolgt, wodurch die Schmelze nur langsam an den Bestandteilen verarmt, und daß schließlich entlang der Substratoberfläche kein Temperaturgradient zugelassen wird, der Temperaturverlauf senkrecht zum Substrat aber so eingestellt wird* daß am Substrat ein Minimum liegt.of the constituents in the melt is greater than the amount of Prevents melt and thus crystallization within the melt, and on the other hand the crystallization of the constituents in the melt only takes place on the substrate, as a result of which the melt is only slowly depleted of its constituents, and that finally No temperature gradient is permitted along the substrate surface, but the temperature profile perpendicular to the substrate is set in this way will * that there is a minimum on the substrate.

yO 971 005yO 971 005

3098107101730981071017

Claims (14)

PATENTANSPRÜCHEPATENT CLAIMS 1. Verfahren zum Aufwachsen von Epitaxieschichten auf kristallinen, an der Oberfläche einheitlich temperierten Substraten aus der flüssigen Phase, wobei das in die flüssige Phase überführte, aufzuwachsende Material zum Aufwachsen über das Substrat geschoben und nachher wieder weggeschoben wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch Auflegen der Abdeckplatten (20 bzw. 6OA, 60B) die flüssigen Phasen (38 bzw. 58A, 58B) unter Druck einheitlich hoch gemacht werden, daß der Abstand zwischen Substrat und oberer Schmelzenoberfläche kleiner gemacht wird als die Diffusionslängen aller Bestandteile der Schmelze und daß senkrecht zur Substratoberfläche ein mit zunehmendem Abstand von der Substratoberfläche zunehmender Temperaturgradient aufrechterhalten wird.1. Method for growing epitaxial layers crystalline, uniformly tempered substrates from the liquid phase on the surface, with the in the liquid phase transferred, material to be grown pushed over the substrate to grow and then again is pushed away, characterized in that the liquid Phases (38 or 58A, 58B) are made uniformly high under pressure that the distance between substrate and the upper melt surface is made smaller than the diffusion lengths of all constituents of the melt and that perpendicular to the substrate surface an increasing distance from the substrate surface increases Temperature gradient is maintained. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 1 bis 2 g flüs:
bracht werden.
2. The method according to claim 1, characterized in that 1 to 2 g of flüs:
be brought.
2
1 bis 2 g flüssige Phase/cm Substratoberfläche aufge-
2
1 to 2 g liquid phase / cm substrate surface applied
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufwachsvorrichtung (14) so zur Heizung (12) lokalisiert wird, daß das Substrat (30) weiter von der Heizung (12) entfernt ist als die flüssige Phase (38).3. The method according to claim 1, characterized in that the growing device (14) localized to the heater (12) is that the substrate (30) is further away from the heater (12) than the liquid phase (38). 4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der flüssigen Phase bis zum Eintritt der Sättigung abgesenkt wird, daß die flüssige Phase dann über das Substrat geschoben wird, anschließend die Temperatur der flüssigen Phase kurzfristig erhöht wird und sch3inßlich während des AufWachsens langsam abgesenkt wird. 4. The method according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the temperature of the liquid Phase is lowered until saturation occurs, so that the liquid phase is then pushed over the substrate, then the temperature of the liquid phase is increased briefly and is finally decreased slowly during the growth. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, rt.-ß die Abdcckpl at ten (60A) und ((>0P) durch die Verrchrau-5. The method according to claim 1, characterized in that rt.-ß the cover plates (60A) and ((> 0P) through the screw ™ 971 005 3 0 9810/1017™ 971 005 3 0 9810/1017 BAD ORIGINALBATH ORIGINAL bung (62A) und (62B) oder ein Gewicht auf die flüssigen Phasen (58A) und 58B) gedrückt werden.Exercise (62A) and (62B) or a weight on the liquid Phases (58A) and 58B) are pressed. 6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,. dadurch gekennzeichnet, daß die Aufwachsvorrichtung (66) so ausgestattet wird, daß die Bestandteile der flüssigen Phase kontinuierlich zugegeben und abgezogen werden können.6. The method according to one or more of claims 1 to 4 ,. characterized in that the growing device (66) is equipped so that the constituents of the liquid phase are continuously added and withdrawn can. 7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als flüssige Phase eine Schmelze genommen wird.7. The method according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that a melt is taken as the liquid phase. 8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine halbleitende Epitaxieschicht auf einem Halbleiterkristall aufgewachsen wird.8. The method according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that a semiconducting epitaxial layer is grown on a semiconductor crystal. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze zwischen etwa 0,5 und 6 mm dick aufgetragen wird.9. The method according to claim 8, characterized in that the melt is applied between about 0.5 and 6 mm thick will. 10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Substrat aus GaAs verwendet wird, und eine Epitaxieschicht aus Ga Al1 As aufgewachsen wird.10. The method according to claim 8, characterized in that a substrate made of GaAs is used, and an epitaxial layer made of Ga Al 1 As is grown. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Bestandteile der Schmelze GaAs und AlAs eingesetzt werden.11. The method according to claim 10, characterized in that GaAs and AlAs are used as constituents of the melt will. 12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß12. The method according to claim 10, characterized in that das Verhältnis der Substratoberfläche (in cm ). zur Höhe der Schmelze (in cm) etwa .10 gemacht wird.the ratio of the substrate surface (in cm). to the height the melt (in cm) is made about .10. 13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei 900 bis 1000 0C aufgewachsen wird.13. The method according to claim 10, characterized in that at 900 to 1000 0 C is grown. YO 9 71 005YO 9 71 005 3 0 9 8 10/10173 0 9 8 10/1017 14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat ein Isolator verwendet wird und epitaktisch eine Granatschicht aufgewachsen wird.14. The method according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that an insulator is used as the substrate and a garnet layer is epitaxially grown will. YO 971 OO5 3098 10/1017YO 971 OO5 3098 10/1017 λ*λ * LeerseiteBlank page
DE19722242138 1971-08-30 1972-08-26 METHOD OF GROWING EPITAXIAL LAYERS FROM THE LIQUID PHASE Pending DE2242138A1 (en)

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