DE2334306A1 - Vorrichtung zur herstellung von epitaktischen schichten auf substraten aus verbindungshalbleiter-material - Google Patents
Vorrichtung zur herstellung von epitaktischen schichten auf substraten aus verbindungshalbleiter-materialInfo
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Description
Vorrichtung zur Herstellung von eoitaktischen Schichten
auf Substraten aus Verbindungshalbleiter-Material.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur
Herstellung von epitaktischen Schichten auf Substraten aus Verbindungshalbleiter-Katerial, bei der das Substrat
in einem Spalt angeordnet ist, eine das epitaktisch abzuscheidende
Material enthaltende Schmelze im Spalt auf die Substratoberfläche aufgebracht und des Material durch
Unterkühlung der Schmelze zur Abscheidung gebracht wird.
Bei der Herstellimg von Halbleiterbauelementen aus Verbindungshalblei
t.er-Material, beispielsweise Lumineszenzdioaen,
werden epitaktische Schichten durch die sog. Schmelzepitexie hergestellt. Dabei kann es sich beispielsweise um einen
Ausgangsköroer - Substrat - aus Galliumarsenid eines LeitunerstvOS
handeln, auf den eine Schicht aus Galliumarsenid des anderen Leitungstyps epitaktisch abgeschieden wird.
Die das abzuscheidende Material in Sättigung enthaltende Schmelze wird dabei bei der Ausganp-stemperatur für die
Abscheidung auf die Substratoberfläche aufgebracht und abgekühlt, wodurch das abzuscheidende Material zur Kristallisation
gebracht wird. Durch die Abkühlung wird· die Schmelz-
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lösung übersättigt, bzw. unterkühlt; dieser Vorgang wird als konstitutionelle Unterkühlung bezeichnet.
Die Kristallisation erfolgt zunächst auf dem Substrat, das ein Kristallisationskeime ist. Wird die konstitutionelle
Unterkühlung zu groß, so bilden sich auch in der Schmelze selbst Keime, d.h. die Schmelze verkrustet.
Dadurch ergeben sich unerwünschte unebene epitaktische
Schichten.
Um die konstitutionelle Unterkühlung zu verringern, muß die Schmelze gegenüber dem Substrat eine höhere
Temperatur besitzen, d.h., zwischen Schmelze und Substrat muß ein Temperaturgradient vorhanden sein.
Es ist bereits bekannt geworden (DT-OS 2 028 108), das Substrat zur Verbesserung der Oberflächenqualität der
epitaktischen Schichten in einem Spalt anzuordnen und den epitaktischen Abscheidungsprozeß in diesem Spalt
ablaufEn zu lassen. Der Gedanke ist da.bei der, die Substratoberfläche relativ nahe an der nächsten festen
Wand der Epitaxie-Vorrichtung anzuordnen. Dabei wird jedoch der oben erwähnte Temperaturgradient durch
eine spezielle relative räumliche Anordnung von Substrat und Schmelze sowie Heizeinrichtung erzeugt. Eine solche
Ausgestaltung macht die Realisierung steiler Temperaturgradienten schwierig, wenn nicht gar unmöglich. DarüberhinauB
kann der Spalt aus Gründen der Oberflächenspannung der Schmelze nicht beliebig eng gemacht werden,
da von einer gewissen unteren Grenze der Spaltbreite an die Schmelze nicht mehr in den Spalt läuft.
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„In zu weiter Spalt bringt wiederum die Tendenz zur
Krustenbildung der Schmelze mit sich, so daß bei der vorbekannten Vorrichtung die Oberflächenbeschaffenheit
der epitaktischen Schicht gegenüber einer Epitaxie ohne Spalt nicht verbessert wird. Der vorliegenden
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der in Rede stehenden Art anzugeben, bei der die
vorgenannten Nachteile bekannter Vorrichtungen vermieden werden.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
der Spalt durch eine Substratträger und einen Körper großer Wärmekapazität gebildet ist, daß auf dem
Körper großer Wärmekapazität ein die Schmelze aufnehmendes Schiffchen angeordnet ist und daß zwischen
Subtratträger und dem Körper großer Wärmekapazität ein keilförmiger, die Schmelze aus dem Schiffchen auf das
Subtrat führender Schlitz vorgesehen ist.
Durch eine derartige Ausgestaltung der Vorrichtung wird einerseits der Vorteil erzielt, daß der für
die konstitutionelle Unterkühlung erforderliche Temperaturgradient allein durch die Begrenzungen
des Spaltes bestimmt ist. Da nämlich die Begrenzung des Spaltes auf der Seite der Schmelze durch den
Körper großer Wärmekapazität gebildet wird, kann der Temperaturgradient in einfacher Weise sehr groß
gemacht werden, wenn die Spaltbreite klein und die Abkühlrate groß ist. Es ist dann immer gewährleistet,
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daß die Schmelze heißer als das Substrat ist, wodurch eine Krustenbildung der Schmelze vermieden wird.
Andererseits kann der Spalt sehr eng gemacht werden, weil die Schmelze aus dem auf dem Körper großer
Wärmekapazität befindlichen Schiffchen durch einen keilförmigen Spalt auf die Subtratoberfläche aufgebracht
wird, wodurch die Oberflächenspannung der Schmelze aufgrund der kinetischen Energie beim Durchfallen
des keilförmigen Schlitzes überwunden wird.
Es ist aufgrund dieser Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung außer der Einsparung an benötigter
Schmelzmenge durch die Enge des Spaltes weiterhin möglich, sehr dicke Schichten abzuscheiden, da das gesamte in
der Schmelze gelöste Material ohne Krustenbildung, also ausschließlich auf dem Substrat abgeschieden werden
kann.
Schließlich wird auch Raum gespart, da mehrere Scheiben ohne weitere Hilfsmittel im Spalt direkt nebeneinander
auf dem Substratträger liegend epitaxiert werden können.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der einzigen Figur der Zeichnung,
welche eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt.
Bei der in der Figur dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist auf einer Welle 1 ein Subtratträger
angebracht. Dieser Substratträger 2 ist gemäß einer Weiter-
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bildung der Erfindung als Winkelelement ausgebildet, dessen Schenkel einen stumpfen Winkel miteinander
bilden. Auf diesem Substratträger 2 ist ein Körper 4
großer Wärmekapazität angeordnet, der gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung aus Quarz oder
Aluminiumoxid besteht und durch Stege 3 auf dem Substrat 2 gehaltert ist. In seinem mittleren Bereich
besitzt der Körper 4 eine Ausnehmung 5, so daß in diesem Bereich zwischen dem Substratträger 2 und dem
Körper 4 ein durch diese Ausnehmung 5 definierter Spalt gebildet wird. Dieser Spalt dient zur Aufnahme
mindestens eines Substrats 6, auf dem eine epitaktische Schicht abgeschieden werden soll. Zwischen einem
Schenkel des Substratträgers 2 und dem Körper 4 großer Wärmekapazität ist ein keilförmig gegen das Substrat
zulaufender Schlitz 7 ausgebildet.
Auf dem Körper 4 wird über jeder Substratscheibe ein durch Flansche 9 und 10 auf diesem gehaltertes Schiffchen
8 angeordnet, das eine das epitaktisch auf dem Substrat 6 abzuscheidende Material enthaltende Schmelze
aufnimmt.
Zur Durchführung der epitaktischen Abscheidung wird die gesamte vorbeschriebene Vorrichtung auf die notwendige
Ausgangstemperatur aufgeheizt. Sodann wird die Vorrichtung um die Achse 1 derart gekippt, daß
die Schmelze 11 in den keilförmigen Schlitz 7 fällt und
in den das Substrat 6 enthaltenden Schlitz auf die Substratoberfläche laufen kann. Dann wird die Vorrichtung
in die Ausgangslage zurück gedreht. Danach wird die Verrichtung abgekühlt, so daß der Aufwachsvorgang in
der eben beschriebenen Weise ablaufen kann.
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Da, wie eingangs schon erwähnt, in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Krustenbildung der Schmelze
vermieden wird, ist ee in vorteilhafter Weise auch möglich, mehrere Stoffe nach Maßgabe der Phasendiagramme
in der Reihenfolge ihrer Löslichkeit auf dem Substrat abzuscheiden. So kann beispielsweise bei
mit Silizium dotierten Galliumarsenid-Lumineszenzdioden eine Abscheidung des Siliziums in Form einer
dünnen Schicht erfolgen, wodurch gleichzeitig ohmsche Kontakte für die unter dieser dünnen Schicht liegenden
p-dotierten epitaktischen Schichten aus Galliumarsenid
realisierbar sind. Daraus ergibt sich der Vorteil, daß eine zusätzliche Kontaktdiffusion entbehrlich ist.
Weiterhin ist es in vorteilhafter Weise auch möglich,
während des epitaktischen Abscheidevorgangs - etwa dotierende - Stoffe gasförmig anzubieten, da die
erfindungsgemäße Vorrichtung in einfacher Weise ein
Durchströmen des Gases durch den Spalt erlaubt, weil dieser seitlich offen ist.
6 Patentansprüche
1 Figur
1 Figur
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Claims (6)
1. Vorrichtung zur Herstellung von eoitaktischen Schichten
auf Substraten aus Verbindungshalbleiter-Material, bei
der das Substrat in einem Spalt angeordnet ist, einecias
exiitaktiech abzuscheidende Material enthaltende Schmelze
im Spalt auf die Pubstratoberflache aufgebracht und dos
Material durch Unterkühlung der Schmelze zur Abscheidung gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Snalt
durch einen Subs trat träger und einen Körper große V.rärmekapazität
gebildet ist, daß auf dem Köroer ein die Schmelze aufnehmendes Schiffchen angeordnet ist und daß
zwischen Substratträger und dem Körte r großer Wärmekapazität ein keilförmiger, die Schmelze aus dem Schiffchen
auf das Substrat führender Schlitz vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Substratträger als Winkelelement ausgebildet ist,
dessen Schenkel einen stumpfen V/inkel miteinander bilden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper großer Y/ärmekapazität als Quader
ausgebildet ist, der in einem den SOaIt definierenden ■
Abstand über dem das Substrat tragenden Schenkel des Substratträgers angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper großer Wärmekapazität aus
Quarz besteht.
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5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper großer
Wärmekapazität aus Aluminiumoxid besteht.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt seitlich
offen ist und die Zuführung gasförmiger
Dotierstoffe erlaubt.
Dotierstoffe erlaubt.
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409885/113b
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