DE2249144B2

DE2249144B2 - Vorrichtung zum epitaktischen Aufwachsen einer Halbleiterschicht auf ein Substrat

Info

Publication number: DE2249144B2
Application number: DE2249144A
Authority: DE
Inventors: Kozo Kadoma Osaka Ariga (Japan)
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1971-10-06
Filing date: 1972-10-06
Publication date: 1975-01-23
Also published as: DE2249144C3; DE2249144A1; NL7213557A; US3896765A

Description

Das Flüsfigphasen - Epitaxialaufwachsverfahren, das durch NeJiOn 1964 entwickjgft worden ist, wurde in erheblichem Maße für das tjfcrstellen von halblei-

tendon Kristallen for elektronische Einrichtungen angewendet. Dieses besondere Verfahren ist insbesondere einsatzfShig for das Herstellen von Plättchen für sine pnotoemittierende Diode od. dgl, die geeignet [Ur die Eigenschaft des Plättebens ist. Es sind zahlreiche verbesserte Verfahren und Vorrichtungen für cpitaxiales Flüssigphasenaufwachsen von Halbleitermaterial entwickelt worden: Eines dieser Verfahren ist in der US-PS 3 565 702 for das Herstellen einer tpitaxialen Mehrfachschicht beschrieben. Ein weiteres Verfahren ist to der US-PS 3 560 276 beschrieben und befaßt sich mit dem Aufwachsen einer epitaxialen GaAIAs-Schicht auf ein η-leitendes GaAs-Substrat oder -Trägermaterial. Kürzlich wurde eine verbesserte Vorrichtung in »Applied Physics Letters«, Band 17, S. 109, beschrieben, die epitaxial eine Mehrfachschicht aufwächst Es sind jedoch diese Verfahren und Vorichtungen in der Praxis nicht voll befriedigend. Es ist auch bereits eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art bekannt (französische Patentschrift 2 061 207), die jedoch sowohl im Aufbau als auch in ihrer Handhabung sehr aufwendig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die einen besonders einfachen Aufbau besitzt und daher leicht herzustellen ist und die außerdem eine einfache Handhabung bei der Durchführung des epitaktischen Aufwachsens ermöglicht.

Diese Aufgabe ist durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

F i g. 1 ist eine Schnittansicht eines Tiegels;

F i g. 2 A bis 2 C zeigen in Draufsicht, in schaubildlicher Ansicht and im Schnitt ein Außenteil des Tiegels nach Fig. 1;

F i g. 3 A bis 3 C zeigen in Draufsicht, schaubildlich und in Schnittansicht ein Innenteil des Tiegels nach Fig. 1;

Fig. 4 ist eine Schnittansicht des Tiegels nach Fig. 1, dessen Teile umgekehrt sind vsid voneinander gelöst sind, um das Vereinigen des Tiegels zu erläutern;

F i g. 5 isi: eine Schnittansicht eines weiteren Tiegels;

F i g. 6 A bis 6 D zeigen ir Schnittansicht, in Draufsicht und in schaubildlicher Darstellung ein Teil des Tiegels nach F i g. 5;

F i g. 7 isl: eine Bodenansicht eines weiteren Teils, das dem Teil gemäß den Fig. 6A bis 6D entspricht;

F i g. 8 ist eine Schnittansicht eines weiteren Tiegels;

Fig. 9A und 9B, 9C und 9D sowie 9E und 9F sind Ansichten bzw. Draufsichten auf Teile des Tiegels nach F ig. 8;

Fig. 1OA und 1OB sind Schnittansichten eines weiteren Tiegels;

Fig. HA und UB sind Schnittansichten eines weiteren Tiegels;

Fig. 12 iist eine Schnittansicht eines weiteren Tiegels;

Fig. 13A bis 13F sind Seitenansichten und Schnittansichten von Teilen des Tiegels nach F i g. 12 im auseinaiidergenommenea Zustand;

Fig. 14 ist eine Schnittansicht durch einen weiteren Tiegel,

In den Darstellungen sind die einander entsprechenden Tolle mit den gleichen Bezugszeicben vrr-

s sehen worden.

In den Fig. I und 3A bis 4 ist ein Tiegel einer Vorrichtung für Flüssigpbasen-Epitaxialwachstum nach der Erfindung gezeigt Der Tiegel besteht aus einem Außenteil 11, das vorzugsweise zylindrisch ist

ό und an seinem oberen Ende eine große zylindrische Bohrung 12 mit einem freien und ebenen Boden 13 aufweist. An einem Abschnitt des Bodens 13 ist außerhalb unter Ausschluß des Mittelpunkts eine ein Substrat tragende Vertiefung 14 vorgesehen, die z. B.

eine Tiefe von etwa I ram hat. Von der Vertiefung 14 ist ein Substrat 15 aufgenommen, auf dem eine Schicht epitaktisch aufzuwachsen ist. Die substrattragende Vertiefung 14 wird für die Aufnahme des Substrats 15 geeignete Gestalt haben. An der unteren

»ο Endwand des Außenteils 11 ist eine kleine rechtwinklige Vertiefung 16 für die Aufnahme einer Antriebsstange (nicht gezeigt) zum Drehen oder Sperren des äußeren Stützteils 11 ausgebildet. Von der großen Bohrung 12 wird genau und verschiebbar ein Innen-

^a5 teil 17 aufgenommen. Das Innenteil 17 hat eine eine Lösung enthaltende Bohrung 18 an einem Abschnitt der unteren Endwand unter Ausschluß der Zcntralachse dieses Teils. Obwohl die Bohrung 18 an dem vorbeschriebenen Abschnitt vorgesehen ist, reicht es aus, daß die Bohrung 18 an einem Abschnitt der unteren Endwand des Innenteils 17 vorgesehen ist, so daß die Bohrung durch den verbleibenden Abschnitt des Bodens 13 außerhalb der Vertiefung 14 verschlossen wird. Die Bohrung 18 hat vorzugsweise einen Durchmesser, der größer als derjenige der Vertiefung

14 ist. In der Bohrung 18 befindet sich eine Lösung 19, die eines oder mehrere halbleitende Materialien zum Aufwachsen auf das Substrat 15 enthält. In dem Innenteil 17 ist ein kleiner Kanal 20 gebildet, der den oberen Abschnitt der Bohrung 18 mit dem unteren Ende des Innenteils 17 verbindet. Der Kanal 20 reicht aus, um ein die Luft in der Bohrung 18 ersetzendes inertes Gas abzulassen, wenn sich das inerte Gas infolge Erwärmung des Tiegels ausdehnt. In dem oberen Ende des Innenteils 17 ist für das Drehen oder Sperren des Teils 17 eine rechtwinklige Vertiefung 21 vorgesehen. Die Oberflächen des Bodens 13 und der unteren Endwand des Innenteils 17 sollten frei sein, um strömungsmitteldichten Kontakt miteinander zu

gewährleisten und zu verhindern, daß die in der Bohrung 18 befindliche Lösung unbeabsichtigt mit dem Subsi/at 15 in Berührung kommt.

Vor dem Vereinigen des Außenteils 11 mit dem Innenteil 10 werden diese Teile gemäß F i g. 4 auf den Kopf gestellt. Es wird die Lösung 19 in die Bohrung 18 geschüttet, und es wird das Substrat 15 auf einen Abschnitt der Erdwand des Teils 17 gelegt, der der Vertiefung 14 entspricht; anschließend werden die Teile 17 und 11 miteinander vereinigt. Die vereinig-

ten Teile 17 und 11 werden erneut umgedreht, so daß die Teile 11 und 17 als der in F i g. 1 gezeigte Tiegel dienen. Der Tiegel wird dann auf einen geeigneten Ofen (nicht gezeigt) gesetzt, z. B. ein Quarzofenrohr, und auf die gewünschte Temperatur erhitzt. Wkd dei

Tiegel auf die gewünschte Temperatur erhitzt, wird das Innenteil um 180° mit Bezug auf das Außenteil 11 gedreht, so daß die Lösung 19 mit dem Substrai

15 in. Berührung kommt, wobei danach die Tempera-

tür des Ofens vermindert wird und sich das halbleitende Material der Lösung 19 auf dem Substrat IS als epitftktisdl gewachsene Schicht absetzt. Da sich der Tiegel lediglich dreht und sich nicht axial zum Ofen bewegt« reicht es für das Ofenrohr aus, daß es eine solche kurze Zone konstanter Temperatur besitzt, daß diese Zone durch einen relativ kleinen Erhitzer ohne Schwierigkeit aufrechterhalten werden kann. Da fer tier die Lösung 19 hermetisch in der Bohrung 18 ein

ten zur gleichen Zeit erzeugen kann, kann der Tiegel für die Massenherstellung von Epitaxialplättchen angewendet werden.

Die F i g. 7 verdeutlicht eine weitere Ausführungsfortn eines zusätzlichen Innenteils 17 Jt, das denselben Aufbau wie jedes der zusätzlichen Innenteile des Tiegels der F i g. 5 aufweist, mit der Ausnahme, daß das zusätzliche Teil 17 χ zwei eine Lösung enthaltende Bohrungen 18 χ und 18 y aufweist Eine Mehrzahl von

geschlossen ist, wird die Zusammensetzung der Lö- io solchen zusätzlichen Teilen 17 χ werden miteinander sung 19 in erwünschter Weise aufrechterhalten. Das in derselben Weise wie beim Tiegel gemäß F i g. 5 hat

Innenteil 17 hat gemäß Darstellung lediglich eine eine Lösung enthaltende Bohrung 18; das tnnenteil 17 kann jedoch mehrere solcher, eine Lösung enthal-

vereinigt. Der sich ergebende Tiegel mit den zusätzlichen Innenteilen 17 χ wird in derselben Weise erhitzt, so daß auf die in den Vertiefungen 14 χ befind-

tender Bohrungen besitzen, um beispielsweise auf 15 liehen Substrate eine Mehrfachschicht epitaktisch auf-

einem Substrat 15 eine epitaktisch gewachsene Mehr fachschicht vorzusehen.

P i g. 5 und F i g. 6 A bis 6 D zeigen einen weiteren Tiegel, der ein äußeres Stützteil oder Außenteil 11 mit einer großen Bohrung 12 am oberen Ende aufweist, die hi diesem Fall eine relativ große Tiefe hat; von der großen Bohrung 12 wird ein zylindrisches Basisinnenteil 17 aufgenommen sowie ferner zusätzliche Teile 17 a, 176, 17 c und 17 d, die in der ange

wächst.

In den F i g. 8 bis 10 ist ein weiterer Tiegel gezeigt, der ein äußeres Stützteil oder Außenteil 41 besitzt, das vorzugsweise zylindrisch ist und an seinem oberen Ende eine zylindrische große Bohrung 42 mit freiem und ebenem Boden 43 aufweist. In einem Abschnitt des Bodens 43 unter Ausschluß des Mittelpunkts ist eine ein Substrat aufnehmende Vertiefung 44 vorgesehen, die beispielsweise eine Tiefe von 1 mm hat. In di Vif 44 id i Sb l f

gebenen Reihenfolge aufeinandergestapelt werden 35 diese Vertiefunp 44 wird ein Substrat eingelegt, auf und verschiebbar in der großen Bohrung 12 aufge- das eine Epitaxialschicht aufzuwachsen ist. Die Vernommen und zwischen dem Boden der großen Boh- 44 k di fü d T d rüng 12 und dem Basisinnenteil 17 eingeschaltet sind. D l 11 h dlb Afb i d

g g

Das Außenteil 11 hat denselben Aufbau wie das

gg) p

des Außenteils 41 erfaßt werden kann. Von der großen Bohrung 42 wird ein Innenteil 47 sauber und verschiebbar aufgenommen. Das Innenteil 47 hat eine erste eine Lösung aufnehmende Bohrung 48 a an einem Abschnitt des unteren Endes unter Ausschluß der Zentralachse des Innenteils 47. Das Innenteil 47 hat ferner eine zweite eine Lösung enthaltende Kammer 48 6 an einem anderen Abschnitt des unteren

diese Teile jeweils Stoppvorsprünge 31 a, 316, 31 c und 31 d an ihren Randabschnitten besitzen. Die Stoppvorsprünge 31, 31a bis 31 d erfassen die Füh-

tiefung 44 kann die für das Tragen des Substrats geeignete Gestalt haben. An der unteren Endwand des Außenteils 41 ist eine kleine rechtwinklige Vertiefung Außenteil des Tiegels der F i g. 1 mit der Ausnahme, 3» 46 ausgebildet, die von einer Antriebsstange (nicht daß es ferner einen Stoppvorsprung 31 am Randab- gezeigt) für das Drehen oder Festhalten oder Sperren

schnitt des Bodens besitzt. Das Basisinnenteil 17 hat - - - -

denselben Aufbau wie das Innenteil des Tiegels der F i g. 3 mit der Ausnahme, daß das Teil 17 eine gekrümmte Führungsnut 32 aufweist, die sich durch 35 einen Randabschnitt der unteren Endwand erstreckt. Von der eine Lösung enthaltenden Bohrung 18 des Innenteils 17 wird eine Lösung 19 aufgenommen, die ein Quellenmaterial enthält. Die zusätzlichen Innenteile 17a, 17b, 17c und 17d haben denselben Auf- 4° Endes unter Ausschluß des Mittelpunkts dieser Endbau wie das Basisinnenteil 17 mit der Ausnahme, daß wand. Jede der Bohrungen 48a und 48b hat vorzugsweise dieselbe Größe wie die Vertiefung 44. Die zweite eine Lösung enthaltende Bohrung 48 b wird durch eine Sperrplatte SO überdeckt, die mehrere

rungsnuten32Ö, 32 b, 32 r, 32 d und 32. In Bohrun- 45 kleine Offnungen hat. An der oberen Endwand des gen 18a, 18 b, 18c und 18d der zusätzlichen Teile Innenteils 47 ist eine kleine rechtwinklige Vertie-17a, 176, 17c und 17d sind Lösungen 19a, 19b, fung51 für das Drehen oder Festhalten des Teils*/ 19c und 19 d untergebracht, die jeweils ein Quellen- vorgesehen. In der großen Bohrung 42 des Außenfiiaterial enthalten. Das obere und untere Ende der teils 41 wird ein zylindrisches Innenzwischenteil 60 snsätzfichen Teile 17a bis 17 d ist feiflbearbeitet, um so sauber und verschiebbar aufgenommen, das sich zwiengen Kontakt zwischen benachbarten Teilen zu ge- sehen der Bodenwand 43 und dem unteren Ende des währleisten. Innenteils 47 befindet Das Zwischenteil 60 hat eine

Der Tiegel wird in der aus Fig.4 ersichtlichen Bohrung61, die von der oberen zur unteren End-Weise zuengesetzt Der zusammengesetzte Tie- wand durchläuft. Die Verbindungsbohrung 61 ergel wird dann auf einen geeigneten Ofen gesetzt, z. B. 55 streckt sich durch einen Abschnitt des Zwischenteils ein Quarzofenrohr, das durch einen Erhitzer erwärmt 60 außerhalb der Zentralachse dieses Teils. Der wird. Ist der Tiegel auf die erwünschte Temperatur Durchmesser dieser Bohrung 61 ist vorzugsweise derdurch das Ofenrohr gebracht worden, werden die In- selbe wie derjenige der Vertiefung 44. Die andere aentefle 17, 17a, 176, 17c und 17d nut Hflfe der Teile berührenden Oberflächen der Teile 41, 47 Vertiefung 21 gedreht, so daß die freien Stirnseiten 60 und 60 sind fern bearbeitet, um einen strömungsder Substrate IS, ISa, 156, ISc und ISd in den Ver- mitteldichten Kontakt zwischen diesen Teilen zu ertiefungen 14, 14 a bis 14 d von den Lösungen 19 a, reichen.

196, 19 c, 19 d und 19 überflutet werden. Anschlie- Beim Einsatz wird in die Vertiefung 44 ein Sub-

Ststd wird der Tiegel gekühlt, so daß die Quellen- strat eingelegt, auf das eine hetero-epitaxiale Schicht materialien in den Lösungen auf die übernuteten 65 fzwasen ist; von den Bohrungen 4Sa und 48 b Stirnflächen der Substrate IS, ISa, 156, ISc und wird in einer entsprechend Fig. 5 erläuterten Weise ISd aufwachsen. eine erste und eine zweite Lösung 49a bzw. 496

Da der Tiegel eine Mehrzahl von Epitaxialschich- aufgnen, die jeweils unterschiedliche Quellen-

»aterialien enthalten. Zunächst wird das Zwischen- 1. Wächst eine Schicht epitakbisch auf, wird das teil 60 so eingesetzt, daß das untere offene Ende der auf der oberen Oberfläche der Lösung schwimmende Bohrung 48 a durch den Boden 43 verschlossen wird; verbleibende Quellenmateriajl vorzugsweise durch das Innenteil 47 wird so eingesetzt, daß die erste, Drehen des Zwischenteils 60 entfernt, um unertine Lösung enthaltende Bohrung 48 a mit der Ver- s wünschten Einfluß durch das verbleibende Quellenbindungsbohrung 61 gemäß Fig. 10 A in Verbindung material zu vermeiden, wobei die Dicke der epitak-•teht, wodurch die Veirbindungsbohrung 61 mit der tischen Schicht durch Ändern der Dicke des Zwirnten Lösung 49 a gefüllt wird, tn diesem Zustand schenteils gesteuert werden kann. Es ist möglich, eine kt die zweite eine Lösung enthaltende Bohrung 486 Epitaxialschicht mit einer Dicke kleiner als 1 Mikrondüfch die obere Endwand des Zwischenteils 60 ge· ίο Meter zu erhalten, indem man die Dicke des Zwitchlossen. schenteils vermindert, und zwar trotz einer Tempera-

Wird der Tiegel und werden die Lösungen 49 a und turänderung von einigen zehn Zehntelgraden.

49 b erhitzt, wird das Außenteil 41 z. B. um einen be- 2. Da die Sperrplatte die Kontaktfläche zwischen

stimmten Winkel gedreht, so daß die ein Substrat der ersten und der zweiten Lösung vermindert und

tragende Vertiefung 44 mit dem unteren offenen 15 die Diffusionsrate der einen in die andere hemmt,

Ende der Verbindungsbohrung 61 in Fluchtung erfolgt Flüssigphasen-Epitaxial-Wachstum entweder

kommt, wodurch die freie Oberfläche des Substrats einer ternären Verbindung der allgemeinen Form

von der Lösung 49 α überflutet wird. Anschließend A_1-1B₁M wie Ga_1-1Al₁As, In₁ .,Ga_x, Cd_1-1Hg_xTe

ί wird das Innenteil 47 um einen bestimmten Winkel und Pb_1-1Sn_xTe oder einer Verbindung aus vier EIe-

! um beispielsweise 180° gedreht, so daß das untere 20 menten, wie sie durch die allgemeine Formel

offene Ende der zweiten Bohrung 48 b über die Platte A₁. ,B_xM₁. _yN_y ausgedrückt wird. Die sich ergebende

\ SO mit der Verbindungsbohrung 61 in Verbindung epitaxiale Schicht besteht aus der Verbindung, wobei

kommt, wodurch die zweite Lösung über die Platte 50 die Parameter χ und/oder y in Richtung der Tiefe der

die erste Lösung berührt. Anschließend wird der Tie- Epitaxialschicht variieren. Die Vorrichtung kann eine

gel allmählich unter Minderung der Temperatur des »5 hetero-epitaxiale Schicht hoher Qualität selbst dann

j Ofenrohrs gekühlt, während die zweite Lösung durch erzeugen, wenn die Quellenmaterialien stark unter-

] die Öffnung in der Platte 50 in die erste Lösung dif- schiedliche Gitterkoeffizienten haben. Ferner ist es

fundiert, wodurch in der in der Verbindungsbohrung bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung leicht, die

61 handlichen Lösung ein Konzentrationsgradient Anteile der Quellenmaterialien in der epitaxialen

geschaffen wird. Wird dieser Zustand aufrechterhal- 30 Schicht zu regulieren, und zwar selbst für den Fall

j ten, wächst auf das Substrat eine hetero-epitaxiale von Ga₁ ,Al_xAs oder Cd_1-1Hg_xTe, obwohl es bei

\ Schicht auf, die eine allmählich sich ändernde Zu- herkömmlichen Vorrichtungen schwierig war, die An-

■ sammensetzungsrate aufweist. teile der Bestandteile in der epitaxialen Schicht zu re-

! Die Sperrplatte 50 mit den kleinen Öffnungen gulieren, wenn die Quellenmaterialien Gitterkoeffi-

; hemmt die Diffusionsrate der zweiten Lösung in die 35 zienten hatten, die nur wenig voneinander unter-

erste Lösung, wodurch die sich ergebende epitaxiale schiedlich waren.

Schicht die erwünschte Zusammensetzungsrate erhält. 3. Es ist unmöglich, einen p-n-Übergang, einen Die Größe der Öffnungen oder Löcher der Sperr- p⁺⁺-p-Übergang oder einen n+-n-Obergang dr.rch platte 50 wird in Abhängigkeit von der Diffusions- Wahl der Dicke des Zwischenteils 60 oder durch Anrate der einen Lösung in die andere gewählt. 40 dem der Konzentration oder der Art des Dotier-Enthalten die Lösungen 49 a und 49 b dieselben mittels des Quellenmaterials, welches in der Lösung Quellenmaterialien, wächst auf das Substrat eine enthalten ist, zu erhalten oder jegliche Übergangsart homo-epitaxiale Schicht auf. zu erhalten, beispielsweise graduierte, abrupte oder

Die Teile 41, 47 und 60 haben Stoppvorsprünge stufenförmige Übergänge.

und Führungsnuten, und zwar in ähnlicher Weise 45 4. Die Vermischungsrate der Lösungen kann da-

wie die Teile des Tiegels gemäß F ί g. 5, so daß es durch in erwünschter Weise vorgewählt werden, daß

einfach ist, die Teile 41, 47 und 60 zusammenzu- man die Größe der Öffnungen der Sperrplatte in

setzen. richtiger Weise wählt.

In der Fig. 11A ist ein weilerer Tiegel gezeigt, 5. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann jeg-

der denselben Aufbau wie der Tiegel nach Fig. 8 5° liehen Übergang oder eine epitaxiale Schicht einer

hat fflif der Ausnahme, daß er keine der Platte 5β temären Verbindung oder einer Verbindung aus vier

entsprechende Sperrplatte besitzt. Der Tiegel wird in Elementen erzeugen, indem eine eine dritte Lösung

ein geeignetes Ofenrohr (nicht gezeigt) eingesezt und enthaltende Bohrung in dem Basisinnenteil 47 vorge-

dann auf die erwünschte Temperatur erhitzt. An- sehen wird.

schließend werden die Teile des Tiegels in die Lage SS 6. Es ist möglich, mehrere Tiegel aufemanderzu-

naefa Fig. HB gebracht und abgekühlt, so daß das stapeln, so daß zur selben Zeit eine Mehrzahl von

in der ersten und zweiten Lösung enthaltene Quellen- epitaxialen Schichten gebildet wird, da die Höhe

material auf das Substrat 45 aufwächst. Dieser Tiegel eines Hegels in der Praxis kleiner als 20 mm ist,

ist brauchbar, wenn die erste und die zweite Lösung und zwar wegen der geringen Tiefe der Lösung von generell dasselbe spezifische Gewicht haben. Dies 60 5 bis 8 nun.

ergibt sich dadurch, daß die zweite Lösung allmäh- Die Fig. 12 und 13 A bis 13F zeigen einen weitelich in die erste Lösung eindiffundiert, selbst wenn ren Tiegel, der ein äußeres Stützten 81 oder Außendie Lösungen einander direkt berühren. Lösungen mit teil mit einer zylindrischen Bohrung 82 mit Bodengenerell demselben spezifischen Gewicht sind z. B. wand 83 aufweist. Das Außentefl 81 besitzt in seiner GaP mit einem Gehalt an In oder InP mit einem 65 Seitenwand eine eine Lösung enthaltende Kammer 84 Gehalt an In. für die Aufnahme einer Lösung 85, die eine oder Eine Vorrichtung mit einem Tiegel gemäß den mehrere Quellenmaterialien enthält Die Kammer 84 F ig. tO A oder UA bat die folgenden Vorteile: steht mit der zylindrischen Bohrung 82 durch mehrere

9 10

Öffnungen 86 in Verbindung, die in der inneren Sei- Drehwinkel der Zwischenteile 93 gegenüber den betenwand der Bohrung in vorbestimmter Teilung vor- nachbauen Teilen zu begrenzen,
gesehen sind. An einem Teil des Bodens 83 ist ein Der vereinigte Tiegel wird in ein geeignetes Ofen-Sperrvorsprung87 vorgesehen. Vom tiefsten Ab- rohr (nicht gezeigt) eingesetzt, das horizontal liegt schnitt der Bohrung 82 wird ein zylindrisches inneres 5 Das Außenteil 81 wird so angeordnet, daß die Kam-Bodenteil 88 sauber und verschiebbar aufgenommen. mer 84 sich an dem untersten Abschnitt befindet, wo-Das Bodenteil 88 besitzt an seiner einen Endwand bei eine ein oder mehrere Quellenmaterialien enteine rechtwinklige Sperrvertiefung 89, die den Sperr- haltende Lösung 85 in die Kanuner 84 eingegossen vorsprang 87 aufnimmt; an einem Mittelabschnitt der wird. Die Innenteile 88, 93 und 99 werden so durch anderen Endwand befindet sich am Bodenteil 88 ein io die in die Vertiefung 103 eingreifende Antriebsstange zylindrischer Kuppelvorsprung 90. An einem Ab- in eine Lage gebracht, daß die Innenteile hermetisch schnitt der anderen Endwand des Bodenteils 88 einander berühren und die Öffnungen 98 und 102 außerhalb des Zentralabschnitts befindet sich eine einander gegenüberliegen und mit der Öffnung 86 zylindrische, ein Substrat aufnehmende Vertiefung 91, kommunizieren Wird der Tiegel erhitzt und werden die auch in anderer Weise gestaltet sein kann, um 15 auch die Lösung 85 und das Substrat in der Vertiemöglichst günstig ein Substrat 92 aufzunehmen, auf fung 97 genügend erwärmt, wird das Außenteil 81 das eine oder mehrere epitaxiale Schichten aufzu- zusammen mit den Innenteilen gedreht, bis die Kamwachsen sind. Von der Bohrung82 sind ferner ein mer 84 sich in die höchste Lage gemäß Fig. 12 be- oder mehrere zylindrische Zwischenteile 93 ver- wegt hat. Die erwärmte Lösung 85 tritt dann in die schiebbar und sauber aufgenommen, von denen jedes 20 die Lösung enthaltenden Vertiefungen 96 und 101 eine Kuppelvertiefung 94 auf der linken Endwand der Innenteile 93 und 99 durch die Öffnungen 86, 98 und einen Kuppelvorsprung 95 auf der rechten End- und 102 ein. Daraufhin werden die Zwischenteile 93 wand in der Darstellung besitzt. Die Zwischenteile 92 und die Kappe 99 um bestimmte Winkel gedreht, so werden miteinander durch die Kuppelvertiefungen daß die die Lösung enthaltende Vertiefung deT Innen- und die Kuppelvorsprünge 94 und 95 verkuppelt, wo- as HIe der entsprechenden, ein Substrat tragenden Verbei das am weitesten links liegende Zwischenteil 93 tiefung gegenüberliegen, wodurch die Substrate mil mit dem Bodenteil 88 verkuppelt wird. Jedes Zwi- der Lösung überflutet werden, die sich in der zugeschenteil 93 hat eine zylindrische, eine Lösung auf- ordneten, eine Lösung enthaltenden Vertiefung benehmende Vertiefung 96 an der linken Endwand und findet. Der Tiegel wird dann in einer erwünschter eine zylindrische, ein Substrat aufnehmende Vertie- 30 Geschwindigkeit gekühlt, so daß die in der Lösung85 fung 97 an der rechten Endwand. Die eine Lösung enthaltenen Quellenrnaterialien epitaktisch auf jedes bzw. ein Substrat aufnehmenden Vertiefungen 96 Substrat aufwachsen.

bzw. 97 können in anderer Weise gestaltet werden. Die Fig. 14 zeigt einen weiteren Tiegel 110, dei

Wie man deutlicher aus der Fig. 13C ersieht, steht ein Außenteil 111 mit einer zylindrischen Bohrung

die eine Lösung enthaltende Vertiefung 96 mit einer 35 112 sowie ein Innenteil 113 aufweist, das sauber und

Öffnung 98 in Verbindung, die an einer Umfangs- verschiebbar von der Bohrung 112 rrfgenommer

wand des Teils 93 ausgebildet ist. Von der Bohrung wird und durch dasselbe innere Bodenteil, die Zwi-

82 wird eine zylindrische Kappe 99 sauber oder dicht schenteile und das Kappenteil gemäß dem Tiegel

und verschiebbar aufgenommen und auf dem am wei- nach den Fig. 12 und 13 A bis 13 F gebildet wird

testen rechts gelegenen Zwischenteil 93 angeordnet. 40 Das Außenteil 111 hat mehrere eine Lösung enthal

Die Kappe 99 besitzt an der linken Endwand eine tende Kammern 114, die in der Seitenwand de<

Kuppelvertiefung 100, die mit dem Kuppelvorsprung Außenteils Hl ausgebildet sind und jeweils dense!-

95 des am weitesten rechts gelegenen Zwischenteils ben Aufbau wie die Kammer 84 des Tiegels nach

vereinigt werden kann. Die Kappe 99 hat an der lin- den Fig. 12 und 13 haben. Einlasse der Kammerr

ken Endwand eine zylindrische, eine Lösung enthal- 45 114 werden durch das Verschlußteil 115 verschlos-

tende Vertiefung 101, die mit einer Öffnung 102 in sen, das das Außenteil Ul umgib», so daß die in der

Verbindung steht, die in der Umfangswand der Kappe Kammern 114 enthaltenen Losungen nicht ans die

99 ausgebildet ist» wie man es deutlicher aas der se* Kammern hmausfließen können. Der Tiegel 111

Pig. 13E ersieht. Die Kappe 99 besitzt in ihrer rech- wird in ein Ofenrohr eingesetzt und erhitzt Die Kam

ten Endwand eine rechtwinklige Antriebsvertiefung 50 mem 114 enthalten unterschiedliche Lösungen unter

103 für die Aufnahme einer Antriebsstange (nicht schiedlichen Quellenmaterials, wobei derselbe Ar

gezeigt), die in err Weise gedreht wird. Die betsgang wie hn Falle des Tiegels der Fig. Ii

Dicke des Bodentefls, der Zwischenteile und der und 13 vollzogen wird, um epitaxiale Mehrfach/

Kappe 88 bzw. 93 bzw. 99 wird so gewählt, daß die schichten achsen.

Öffnungen 98 mid 102 einander gegenüberliegen und 55 Mit den Tiegeln kann man eine Mehrzahl voi

mit den Öffnungen 9* in der Innenwand der Bohrung epitaxialen Schichten gleichförmiger Eigenschaftei

82 in Verbindung sieben. Es ist ein geeigneter Sperr- aufwachsen, da die Schichten zur selben Zeh im sei

mechamsmus (ment gezeigt) vorgesehen, mn die ben Tiegel aufwachsen.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

J. Vorrichtung zum epitaktischen Aufwachsen einer Halbleiterscbicbt auf ein Substrat durch Kristallisation aus einer schmelzflüssigen Lösung des Halbleiters in einem Lösungsmittel, mit einem die Lösung in einer Kammer aufnehmenden, zylindrischen Tiegel und einem Außenteil, das mit einer das Substrat aufnehmenden Vertiefung versehen ist, die beide so einander gegenüber angepaßt anzuordnen sind, daß bei Abschluß nach außen die Lösung das Substrat berühren kann, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenteil aus einem Zylinderblock mit einer so großen zylindrischen Bohrung, in deren Boden die Vertiefung für das Substrat eingelassen ist, besteht, daß der Tiegel mit seiner Außenwand darin genau eingepaßt und verschiebbar ist, wobei die öffnung der die Lösung aufnehmenden Tiegelkammer der Vertiefung im Außenteil zugewandt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegel (17) einen kleinen Kanal (20) aufweist, der sich durch ihn hindurch von einem Abschnitt nahe dem Boden der Tiegelkammer zu seinem unteren Ende erstreckt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenteil (11) an der Kante zwischen Seitenwand und Bodenwand der großen zylindrischen Bohrung einen Stoppvorsprung (31) und der Tiegel eine bogenförmige Aussparung (32a) aufweist, die tntlang dem Randabschnitt seiner unteren Endwand verläuft und den Stoppvorsprung zur Begrenzung der Drehfreiheit des Tiegels gegenüber dem Außenteil aufnimmt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch wenigstens einen zusätzlichen Tiegel (17a, 17b, lic, YId), der mit seinem unteren Ende auf die obere Endwand des ersten Tiegels (17) aufgesetzt wird, wobei der zusätzliche Tiegel wenigstens eine eine Lösung enthaltende Kammer (18 a) an seiner unteren Endwand und eine ein Substrat aufnehmende Vertiefung (14a) an seiner oberen Endwand besitzt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Tiegel einen Stoppvorsprung (31 α) an einem Randabschnitt seiner oberen Endwand besitzt und der zusätzliche Tiegel eine bogenförmige Vertiefung (326) besitzt, die entlang dem Randabschnitt seiner unteren Endwand verläuft, sowie einen Stoppvorsprung (31 b) am Randabschnitt seiner oberen Endwand.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegel an seiner unteren Endwand eine zweite eine Lösung aufnehmende Kammer (48a, 49b) aufweist und daß zwischen dem Boden der zylindrischen Bohrung des Außenteils und dem Tiegel ein zylindrisches Zwischenstück (60) eingepaßt ist, das eine Durchgangsbohrung (61) aufweist, über die die Tiegelkammern mit dem Boden der zylindrischen Bohrung des Außenteils in Verbindung bringbar sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Sperrplatte (50) mit einer Vielzahl von öffnungen, die das offene Ende einer der eine

Lösung enthaltenden Kammern (48«, 4Sb) verschließt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Lösungszufuhröffnungen zwischen den Kammern und einem allen Tiegeln gemeinsamen Lösungsbehälter angeordnet sind und der Lösungsbebälter als Aussparung in der Seitenwand der zylindrischen Bohrung des Außenteils ausgebildet ist,
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein zylindrisches Bodenteil (88), das in der Bohrung des Außenteils bewegbar sitzt und an einer zum Boden der Bohrung entgegengesetzten Endwand eine ein Substrat aufnehmende Vertiefung (91) für die Aufnahme des Substrats aufweist, durch wenigstens ein einen Tiegel bildendes zylindrisches inneres Zwischenteil (93), das auf dem Bodenteil bewegbar sitzt und an der mit dem Bodenteil in Berührung befindlichen Endwand eine eine Lösung aufnehmende Vertiefung (96) besitzt, die mit einer in der Umfangswand des Zwischenteils ausgebildeten Nut in Verbindung steht, so daß die Vertiefung über diese Nut mit einer der öffnungen in Verbindung bringbar ist, während auf der anderen Endwand eine das Substrat aufnehmende Vertiefung (97) vorgesehen ist, und durch eine innere Kappe, die in der Bohrung verschiebbar sitzt und mit ihrer einen Endwand mit der anderen Endwand des Zwischenteils in Berührung steht, wobei die Kappe an einer Endwand eine eine Lösung enthaltende und mit einer Nut in der Umfangswand der Kappe in Verbindung stehende Vertiefung aufweist, so daß diese Vertiefung über die Nut der Kappe mit der anderen der öffnungen in Verbindung bringbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenteil an der Bodenwand der Bohrung einen rechtwinkügen Sperrvorsprung (87) und das Bodenteil an seinem anderen Ende eine rechtwinklige Sperrvertiefung (89) besitzt, die den Sperrvorsprung aufnimmt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Bodenteil (88) einen Kuppelvorsprung (90) an seinem Mittelabschnitt seiner einen Endwand aufweist und das Zwischenteil (93) an seinem Mittelabschnitt auf seiner einen Endwand eine Kuppel vertiefung (94) besitzt, die den Kuppelvorsprung des Bodenteiis aufnimmt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenteil (93) an seinem Mittelabschnitt seiner einen Endwand einen Kuppelvorsprung (95) besitzt und die Kappe (99) an seinem Mittelabschnitt seiner einen Endwand eine Kuppelvertiefung (100) aufweist, die den Kuppelvorsprung des Zwischenteils aufnimmt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (99) an ihrem Mit· ielabschnitt der anderen Endwand eine rechtwinklige Antriebsyfrtjefung (103) für die Aufnahme einer Antt^iigrage für Verdrehe» besitzt.