DE2338244A1 - Verfahren und anordnung zur herstellung eines mehrschichtig aufgebauten halbleiterbauelementes mit epitaktischen aufwachsschichten - Google Patents

Verfahren und anordnung zur herstellung eines mehrschichtig aufgebauten halbleiterbauelementes mit epitaktischen aufwachsschichten

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Description

"Verfahren und Anordnung zur Herstellung eines mehrschichtig aufgebauten Halbleiter-Bauelementes mit epitaktischen Aufwachsschichten"
Priorität: 28. Juli 1972 - Japan - Nummer 76 176/1972 28. Juli 1972 - Japan - Nummer 76 177/1972
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtig aufgebauten Halbleiter-Bauelementes mit epitaktischen Aufwachsschichten sowie eine hierfür geeignete Anordnung.
Mehrschichtig aufgebaute Halbleiter-Bauelemente der vorstehend genannten Art sind an sich bekannt; beispielsweise weist ein bekannter Halbleiter-Laser mit zweifach heterogenem Schichtaufbau aus einer η-leitenden Ga1 Al As-Schicht, einer p-leitenden
GaAs-Schicht und einer p-leitenden Ga1 Al As-Schicht, in welcher χ den Anteil an Aluminium in der entsprechenden Legierung angibt, viele Vorteile auf. Die p-leltende GaAs-Schicht zeigt eine hohe Wirksamkeit bezüglich der Bündelung des Lichtflusses und der Energieträger und außerdem weisen alle drei Schichten praktisch
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o q το'»/ /
eine identische Gitterkonstante auf sowie einen praktisch identischen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, so daß auch bei Zimmertemperatur ein relativ einfacher und kontinuierlicher Laser-Betrieb möglich ist. Derartige bekannte mehrschichtig aufgebaute Halbleiter-Bauelemente mit epitaktischen Aufwachsschichten werden üblicherweise mittels einer Cleitanordnung erzeugt, wie sie in Pig. I wiedergegeben ist.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung befindet sich eine Halbleiter-Trägerschicht 1,beispielsweise eine n-lcitende GaAs-Trägerschieht in einer Ausnehmung einer Vorrichtung 3, welche in einem mit einem elektrischen Heizelement 8' versehenen Quarzrohr 71 angeordnet ist. Diese Vorrichtung 3 1st gleitend in einem Boot aus Graphit angeordnet, wobei dieses Boot vertikale Bohrungen aufweist, in denen sich die für die Erzeugung der epitaktischen Aufwachsschichten benötigte Halbleitermasse in flüssiger Phase befindet. Die Vorrichtung 3 wird durch eine Sperre 4 gehalten, und das Graphitboot 2 wird mittels einer Stange 5 nach links geschoben. In einer horizontalen Bohrung 5' des Graphitbootes 2 befindet sich ein Thermoelement 6 zur Temperaturanzeige,und dieses Thermoelement ist direkt unterhalb der Trägerschicht 1 angeordnet, so daß jederzeit die Temperatur dieser Trägerschicht beobachtet und eingeregelt werden kann.
In der nachfolgenden Tabelle I ist die Zusammensetzung von flüssigen Halblei terrras sen, welche als Lösungen A, B, C und D bezeichnet werden und in den Bohrungen des Bootes 2 eingefüllt sind, sowie die Dotierungsstoffe dieser Lösungen angegeben. Dabei ist
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die Zusammensetzung der Lösungen A bis D so aufeinander abgestimmt, daß sie bei einem vorgegebenen Abkühlungsschema die entsprechenden epitaktischen Aufwachsschichten entstehen lassen. Im allgemeinen sind die wirksamen Konzentrationen der betreffenden Stoffe so gewählt, daß sie in der Reihenfolge von A bis D abnehmen.
Tabellel
Lösung Komponenten 10g; Al 40 mg; GaAs ig Leitungs-
typ		 Dotierungs-
stoff
A Ga 10g; GaAs 2g η Te 500mg
B Ga 10g; Al 40 mg; GaAs ig P Si 100mg
C Ga 10g; GaAs 1 g P Zn 100mg
D Ga P Zn 400mg
Bei diesem bekannten Verfahren werden die epitaktischen Aufwachsschichten in der folgenden V/eise auf der Trägerschicht gebildet:
Durch Aufheizen des Graphitbootes 2 bis auf eine Temperatur' von etwa 9000C mittels der Heizvorrichtung 8' schmelzen alle Halbleitermassen zu Lösungen A bis D auf und erst dann wird die Trägerschicht, z.B. eine η-leitende GaAs-Schicht, mit der ersten Lösung A kontaktiert, welche dem η-leitenden Typ der Zusammensetzung
Ga1 Al As entspricht. Die Temperatur wird dann sehr langsam beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von 1°C pro Minute^abgesenkt, wodurch die epitaktische Schicht I des η-leitenden Typs Ga1 YAl As auf der Hauptfläche der n-leitenden GaAs-Trägerschicht gebildet wird. Bei dem Aufbringen der
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weiteren epitaktischen Schichten wird die Temperatur mit der gleichen Geschwindigkeit abgesenkt. Anschließend wird das Graphitboot 2 mittels der Stange 5 nach links verschoben und dadurch kommt die auf der Trägerschicht 1" gebildete epi taktische Schicht I rrit der zweiten Halbleiterlösung B in Berührung. Anschließend wird wiederum die Temperatur abgesenkt, so daß sich auf der Trägerschicht aus GaAs eine aweite epitaktische Schicht II ausbildet. Anschliessend wird das Kohleboot 2 wiederum nach links verschoben, und die Oberfläche dieser zweiten epitaktischen Schicht II wird mit der dritten Halbleiterlösung C in Berührung gebrachf. um auf die Trägerschicht eine weitere epitaktische Schicht III vom p-leitenden Typ GaAs aufzubringen. Schließlich wird das Kohleboot 2 nochmals nach links verschoben,und die Oberfläche der so gebildeten epitaktischen Schicht III wird mit der vierten Halbleiterlösung D kontaktiert, um eine weitere epitaktische Schicht IV aufwachsen zu lassen. Auf diese Weise erhält man einen üblichen Halbleiter-Laser mit 2fach heterogenem Schichtaufbau.
Bei Durchführung dieser konventionellen Herstellungsmethode weist jedoch die epitaktische Schicht II, welche später aktive Bereiche bilden soll, eine relativ große Streubreite auf, denn wie sich aus dem Diagramm der Fig. 2 ergibt, ist der Aluminiumanteil infolge einer unerwünschten Aluminiurridiffusion von der Schicht I in die SchiCh+" II verhältnismäßig groß. Demgemäß haben auch die Schwellenwerte für die Strorr.dichten beim Betrieb des Lasers eine beträchtliche Streubreite, und aus diesem Grund läßt sich kein Laser mit stabilen reproduzierbaren Kennwerten erhalten.
Aufgrund umfangreicher Untersuchungen konnten die Erfinder feststellen, daß die vorstehend erwähnten Nachteile im wesentlichen darauf zurückzuführen sind, daß bei der Ausbildung der zweiten epitaktischen Schicht unerwünschte Komponenten aus der die erste epitaktische Schicht aufbauenden ersten Halbleiterlösung in die zweite epitaktische Schicht hineingelangen. Infolge dieses Mischeffektes tritt eine Streubreite in der Zusammensetzung der zweiten epitaktischen Schicht auf, und demgemäß wirkt sich diese Verunreinigung auch in einer Streubreite des Schwellenwertes der Stromdichten beim Betrieb des Lasers aus.
Wenn man die Schichten I bis IV eines in üblicher Weise hergestellten Halbleiters mit einem Röntgenstrahlen-Kikroanalysator bezüglich des Aluminiumgehaltes in einer Richtung, welche dem Schichtwachstum entspricht, untersucht, so zeigt eine Kurve des Durchschnittswertes für die Verteilung der Aluminiurr.komponente längs der Wachstumsrichtung die in Fig. 2 dargestellte Gestalt. Aus der Kurve von Fig. 2 ist klar ersichtlich, daß die neigung der Kurve zwischen der Schicht I und der Schicht II nicht stell abfällt, was auf die nicht erwünschte Diffusion der Alun.i:iiumk.crr.pcnente aus der Schicht I in die Schicht II zurückzuführen ist. Um gute Betriebseigenschaften beim Betrieb eines Halbleiter-Lasers zu erzielen, sollte man versuchen, den abgeflachten Kurvenabfall in einen Steilabfall zu überführen- Überraschenderweise gelingt es gemäß der Erfindung, diesen Sachverhalt zu verwirklichen, und insbesondere zwischen der aktiven Schicht und der vorhergehenden Schicht I einen solchen steilen Kurver.verlauf f'Jr ä?·1- Aluriniurrgehalt zu realisieren.
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Demgemäß ist das erfindungsgemaße Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtig aufgebauten Halbleiter-Bauelementes mit epitaktischen Aufwachsschichten, wobei cie epitaktise.ncn Schichten durch zeitlich hintereinander erfolgendes in~3erührung~bringen der Trägerschicht mit mindestens 2 unterschiedlich zusammengesetzten und in flüssiger Phase vorliegenden Haiblei termasseii abgeschieden werden, dadurch gekennzeichnet, da 13 mindestens die zeitlich zuerst abgeschiedene epitaktische Schicht; vor dem Aufbringen der nächsten Aufwachsschicht mit einer Lösung kontaktiert wird, welche unerwünschte Komponenten aus der epitaktischen Schiene herauslöst.
Gemäß der erfindungsgenaßen Arbeitsweise läßt sich erreichen, daß der Kurvenabfall an der Nahtstelle zwischen der ersten und der zweiten epitaktischen Schicht in gewünschter Weise stell ausgebildet wirö, d.h. daß keine ν η er ,·;-,' -;;--■/ t er; Verunreinigungen, insbesondere kein Aluminium, rr.it :' -, die zweite Schicht hinübergeschleppt v:ird. Auf diese Weis; lä£~ si-h die Leistung des Laserelerr.entes ganz wesentlich verb-.^err,. '";.e Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Flg. 1 zeigt im Schnitt eine -".ibliche GIeI tanordnung zur Herstellung eines mehrschichtig aufgebauter; Halbleiter-Bauelementes mit epi taktischen Aufwachsβchi cn ten,
Fig. 2 zeigt in Diagrammferrr; die Verteilung des Aluminiumanteils bei einer 2fach heterogener Schientaufbau eines Halbleiterelementes, welcher mit der Anordnung von Fir,. I hergestellt worden ist.
Fig. 3 zeigt im Schnitt eine Anordnung gernäß der Erfindung zur Herstellung verbesserter Halbleiter-Bauelemente mit epitaktischen Schichten, welche sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet.
Fig. 4 zeigt in Diagrammform die Verteilung des Alurriniumanteils in einem erfindungsgemäß hergestellten mehrschichtig aufgebauten Halbleiter-Bauelement, welches mit der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß Fig. 3 hergestellt worden ist.
Fig. 5 zeigt im Schnitt eine rotierbare Anordnung gemäß der Erfindung zur Herstellung von mehrschichtig aufgebauten Halbleiter-Bauelementen mit verbesserten epitaktischen Aufwachsschichten.
Fig. 6a und Fig. 6B zeigen in Aufsicht bzw. als Schnitt eine Vorrichtung 30, wie sie in der Anordnung gemäß Fig. 5 Verwendung findet und
Fig. 7A und Fig. 7B zeigen in Aufsicht bzw. als Schnitt ein drehbares Boot 20, welches in der Anordnung gemäß Fig. 5 Verwendung findet.
Die Erfindung wird nunmehr an Hand der Fig. 3 erläutert, in welcher die Bezugsziffern die entsprechende i:ecieutung wie in Fig. 1 haben.
In Fig. 3 ist ein Aufnahmebehälter "< für i:-i;;v: erste Halbieiterlösung A, ein Behälter 8 für eine zweite 'Malbleiterlösung B, ein zwischen diesen beiden Behältern angeordneter Behälter 9 i*ür eine
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Behandlungslösung "a", ein Behälter 10 für eine dritte Halbleiterlösung C, ein zwischen den Behältern 8 und 10 angeordneter weiterer Behälter 11 für eine weitere Eehandlungslösung "b" und schließlich ein Behälter 12 für die Halbleiterlösung D vorgesehen. Diese Flüssigkeitsbehälter werden durch auf einer Geraden angeordnete vertikale Bohrungen in dem Boot 2 gebildet.
Die in den entsprechenden Bohrungen befindlichen Lösungen A bis D haben die in Tabelle I angegebene Zusammensetzung. Die bei dem arfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Behandlungslösungen "a" und "b" weisen die in der nachstehenden Tabelle II angegebene Zusammensetzung auf.
Tabelle II
Lösung Komponenten Dotierungsstoff
a
b		 Ga lOgj GaAs 1,8g
Ga 10g; GaAs 1,8g		 ohne
ohne
Das erfindun£sgemäI3e Verfahren wird in der folgenden V/eise durchgeführt, wobei als Beispiel der Aufbau einer 2fach heterogenen Schicht erläutere wird;
C-aAs-Trägersohicht 1 wird mit der Kristailfäche
)rr-i::,'.) I^i::ζ Z auf gebracht.
S L, U J. e .1 -1 ei tent
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λ 0 3 S 0 7 / - 0 3 7
Stufe 2
Die Temperatur des Graphitbootes 2 wird auf 900°C erhöht. Beim Erreichen dieser Temperatur lösen sich die Legierungen GaAs vollständig auf und innerhalb von etwa 2 Stunden stellt sich in den Lösungen A bis D und a sowie b in den Behältern 7 bis 12 das thermische Gleichgewicht ein.
Der Flüssigkeitsbehälter mit der Lösung A wird über die Trägerschicht 1 geschoben, :o 3aß die Lösung A die Trägerschicht 1 kontaktiert. Dann wird die Temperatur mit konstanter Geschwindigkeit (1°C pro Minute) bis auf 88O°C abgesenkt, wodurch sich eine epitaktische Schicht bis zu einer Dicke von 7 Mikron aufbaut, welche eine η-leitende Ga. Al As-Schicht ist (x = 0,4), Vielehe nach-
1 "■ Λ Λ.
stehend als Schicht I bezeichnet wird. Die vorstehend, erwähnte Abkühlungsgeschvjindigkeit von 1 C pro 'iinute wird auch für das Aufbringen der übrigen epitaktischen Aufwachsschichten verwendet.
Stufe 4
Beim Erreichen der Temperatur vor. etwa 83o°C werden die Abkühlungs maßnahmen unterbrochen,und unter Aufrechterhaltung dieser Temperatur wird das Kohleboot 2 nach links verschoben, so dal; die Behandlungslösung "a" mit der Schicht I in Berührung kon-ir.t, !-'it-tels dieser Maßnahme wird erreicht, daß etwa auf der Oberfläche der Schicht I noch verbleibendes Aluminium durch die Lösung "a!l herausgelöst wird, so daß die nachfolgend auf ?:ixl:ringe:: Ie epitaktische Schicht II (p-leitend GaAs) nicnt- u^erwUrioht'r :_m:ir:ia:: anteile enthält.
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Aus Tabelle II ist ersichtlich, daß es sich bei dieser Behandlungslösung "a" im wesentlichen um eine Galliumlösung handelt, welche mit GaAs gesättigt ist, aber keine Dotierungsstoffe enthält. Die Kantaktzeit zwischen der Behandlungslösung "a" und der epitaktischen Schicht I beträgt vorzugsweise etwa ι bis 6 Sekunden, wobei die besten Ergebnisse bei einer Kontaktzeit von etwa 3 Sekunden erzielt werden. Es ist wichtig, daß während dieser Behandlung die Temperatur der Trägerschicht 1 praktisch konstant gehalten oder leicht erhöht wird. Insbesondere muß dafür Sorge getragen werden, daß während dieser Behandlungszeit die Temperatur nicht absinkt, da sieh sonst auf der Trägerschicht 1 eine aluminiumhaltige GaAs-Schicht ausbildet.
Stufe 5
Anschließend wird das Konleboot P. nach, links verschoben, so daß nunmehr die Halbleiterlo^ung B -r: t eier vpitak ti sehen Schicht I in Berührung kommt und sich eine p-lelt^nde GaAs-Schicht ausbildet, weiche nachstehend als Schicht "LT oezeichnet wird, und aktive Bereiche ausbildet. Für die ^U3bilöur;~ -üner Schichtdicke von etwa 2 Mikron wird eine Kontakt!-; "ungiKe-i ':, νor etwa 30 Sekunden benötigt,. Auch während dieses Zeitraumes muß die Lösung B langsam abgekühlt werden. In der ;;o ernal *: 2nen Aufwachsschicht II Ist praktisch kein Aluminium en thai ten, \:::ά daher ist der Kurvenverlauf in einem Diagramm gemäß Fig. 2 zwiccnen den Schichten I und II ausreichend steil."
Stufe 6
Kach dem Aufbringen de;· f r tv·, ·;ehr,redlich t IT wird cia.s Kohleboot 2 wiederum r.acn links vtr^sci-Dben, wobei aie Temperatur konstant
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gehalten wird, und auf diese Weise kommt die Behandlungslösung l?b" mit der neu gebildeten epitaktischen Schicht Il in Berührung. Mittels dieser Maßnahme wird erreicht, daß in der Halbleiterlösung B enthaltener Dotierungsstoff (Si) durch die Behandlungslösung "b" herausgelöst wird, so daß die weiterhin aufzubringende epitaktische Schicht nicht durch diesen Dotierungsstcff verunreinigt wird. Die Kontaktierungszeit beträgt etwa 1 Sekunde. Aus Tabelle II ist ersichtlich, daß diese Behandlungslcsung "b" praktisch die gleiche Zusammensetzung wie die Behandlungslösung "a" hat.
Stufe 7
Das Kohleboot 2 wird wiederum nach links verschoben, wobei die Temperatur konstant gehalten wird, und auf diese Weise kommt· die Halbleiterlösung C mit der epitaktischen Schicht II in Berührung, und man läßt dann in der vorstehend beschriebenen Weise eine epitaktische Schicht, welche p-leitend ist und nachstehend als Schicht III bezeichnet wird, (Zusammensetzung: Ga1 AlvAs), bis zu einer Dicke von etwa 2 Mikron aufwachsen, wofür etwa 2 Minuten benötigt werden.
Stufe 8
Schließlich wird in der gleichen Weise die Halbleiterlösung D mit der neu gebildeten epitaktischen Schicht III in Berührung gebracht und unter Absenken der Temperatur eine p-leitende Schicht, welche nachstehend r.ls Schicht IV bezeichnet wird (Zusammensetzung: GaAs),bis zu einer Dicke von 3 Mikron aufwachsen gelassen.
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Wenn man den so hergestellten mehrschichtigen Aufbau längs der Wachstumsrichtung hinsichtlich des Anteils an Aluminium mit einem Röntgenstrahlen-Mikroanalysator untersucht, so erhält man die in Fig. 4 dargestellte charakteristische Kurve. Aus dieser Kurve ist ersichtlich, daß die Schicht II, welche den aktiven Bereich ergibt, praktisch kein Aluminium enthält, und daß der Kurvenverlauf an der Nahtstelle zwischen den Schichten I und II außerordentlich steil ist.
Diese Ergebnisse beweist:, daß es mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Anordnung bei identischen Wachstumsbedingungen möglich ist, zu erreichen, daß der Schwellenwert der Stromdichte praktisch .gleiche Werte hat und daher der Streubereich sehr klein ist. Bei den hier durchgeführten Untersuchungen werden epitaktische Schichten mit einer Zusammensetzung entsprechend der Formel Ga1 AlvAs tr.it χ = 0,4 hergestellt. Selbstverständlich können aber auch Halbleiter-Bauelemente mit einer anderen Zusammensetzung erzeugt werden.
Zwar ist as möglich, zwischen den Behältern 10 und 12 für die Halbleiterlösungen C und D auch noch einen weiteren Behälter für eine Behandiungslösung vorzusehen, mit der Verunreinigungen aus der epitaktischen Schicht herausgelöst werden können, doch haben entsprechende Versuche ergeben, daß dabei keine wesentlich besseren Ergebnisse erhalten v;erden als mittels der in Fig. 3 wiedergegebener: Anordnung. Dieser Sachverhalt ist darauf zurückzuführen, saß die epitaktische Schicht IV im wesentlichen nur dazu dient, in "hin'sche>">. K^n takt herzusteller, '■■'■c. daher ist ein Steilabfall
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bezüglich des Aluminiumanteils an der Nahtstelle zwischen den Schichten III und IV nicht unbedingt erforderlich.
In den weiteren Fig. 5 bis^if ist eine andere Ausführungsf
einer erfindungsgemäßen Anordnung wiedergegeben, wobei die Bezugsziffern wieder die gleiche Bedeutung wie in Fig. 1 haben.
In diesen Figuren bedeutet 30 eine Vorrichtung mit einer Ausnehmung, in welche die Trägerschicht 1 eingebracht werden kann. Diese Vorrichtung 30 wird durch eine mit ihr fest v-rbundene Welle getragen. Außerdem ist bei dieser Anordnung ein drehbares Boot vorgesehen, welches auf seinem Kreisumfang 7 vertikale Bohrungen aufweist, die Flüssigkeitsbehälter 70, 80, 90, 110, 120 und 13 für die Halbleiterlösungen bzw. die Behandlungslösungen bilden. Diese Bohrungen haben die gleichen Abmessungen und sind in gleichen Abständen von der Achse der Welle ^l angeordnet« Das drehbare Boot 20 ist fest mit einer Welle 21 verbunder.. Diese Vorrichtungsteile werden in der/Fig. 5 wiedergegebenen Weise zusammengebaut. Zunächst wird für den Betrieb der Vorrichtung die Trägerschicht 1 fest in die Ausnehmung der Vorrichtung 30 eingepaßt, und dann wird das drehbare Boot 20 auf die Vorrichtung 30 aufgesetzt (vgl. Fig. 5). Anschließend werden -die Halbleiterlösungen A bis D und die Behandlungslösungen "a", "b" und "o" irit den in den Tabellen I bis III angegebenen Zusammensetzungen durch die öffnungen in die Bohrungen des drehbaren Bootes eingefüllt- (vgl. Fig. 7A). Vorzugsweise sind die Querschnittsflachen der Vorrichtung und des drehbaren Bootes 20 identisch.
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In der nachstehenden Tabelle ill ist die Zusammensetzung der Behandlungslösung "c" wiedergegeben.
Tabelle III
Lösung Komponenten Dotierungsstoff
C Ga 10g; GaAs 1,8g ohne
Nachstehend wird die Herstellung eines mehrschicneigen Aufbaues gemäße der Erfindung mittels der Vorrichtung der Fig. 5 bis 7 erläutert.
Stufe 1
Eine η-leitende GaAs-Trägerschieht 1 wird auf der Vorrichtung JO befestigt.
Stufe 2
Die Temperatur der Trägerschicht 1 sowie des drehbaren Bootes 20 wird auf 9000C erhöht. Die Temperatur wird auf diesem Wert gehalten, bis sich die Legierung GaAs gut gelöst hat und bis die Lösungen in den Behältern 70, 80, 90, 100, HO, 120 und 13 das thermische Gleichgewicht erreicht haben, wofür etwa 2 Stunden erforderlich sind. Während dieses Zeitraumes läßt man sowohl die Vorrichtung 30 als auch das Kohleboot 20 vorzugsweise rotieren.
Stufe 3
Anschließend bringt man sowohl die Vorrichtung 30 als auch das
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Kohleboot 20 zum Stillstand und dreht dann das Boot 20 so, daß die Lösung A die Trägerschicht 1 kontaktiert und sieh während des langsamen Abkühlens (1°C pro Minute) eine erste epitak-tische Schicht I ausbildet. Diese Abkühlungsgeschwindigkeit wird auch für die Erzeugung der nachfolgenden Aufwachsschichten beibehalten.
Stufe 4
Sobald eine Temperatur von 880°C erreicht ist, beendet man die Abkühlungsmaßnahmen und hält diese Temperatur aufrecht, wobei die
gegen Vorrichtung J>0 unbewegt gelassen und das rotierende Boot 20 / den Uhrzeigersinn gedreht wird, so daß die Beliandlungslösung "a" mit der gerade gebildeten epitaktischen Aufwachsschieht I in Berührung kommt. Durch diese Maßnahmo wird an der Oberfläche der epitaktischen Schicht I befindliches überschüssiges Aluminium mittels der Behandlungslösung "a" herausgelöst und kann daher nicht mehr die anschließend aufzubringende epitaktische p-leitende GaAs-Schicht verunreinigen. Vorzugsweise" ist die Berührungsdauer für dieses Herauslösen kurz, und für die meisten Fälle sind 3 Sekunden völlig ausreichend, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Während dieser Behandlungszeit muß die Temperatur der Trägerschicht 1 konstant gehalten oder höchstens leicht angehoben 'werden; sie darf aber niemals absinken, da sonst auf die Trägerschicht 1 eine aluminiumhaltige GaAs-Schicht aufwächst.
Stufe 5
Anschließend wird das Boot 20 wiederum gedreht," so daß die Halbleiterlösung B mit der Trägerschicht 1 in Berührung kommt und innerhalb von etwa 30 Sekunden die epitaktisehe Schicht II aufge-
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bracht werden kann. Selbstverständlich muß während der Erzeugung dieser Aufwachsschicht die betreffende Halbleiterlösung langsam abgekühlt werden. Die so erzeugte epitaktische Schicht II enthält praktisch kein Aluminium mehr, und daher ist der Kurvenabfall an der Nahtstelle zwischen den beiden Schichten I und II außerordentlich steil.
Stufe 6
Das Boot 20 wird wiederum gedreht, um die Behandlungslösung "b" mit der neu gebildeten epitaktischen Schicht II in Berührung zu bringen, wobei jedoch die Temperatur konstant gehalten wird. Durch dieses Kontaktieren wird der in der Halbleiterlösung B enthaltene Dotierungsstoff (Si) aus der Oberfläche der Schicht II herausgelöst und kann daher nicht die anschließend aufzubringende p-leitende Ga1 Al As-Schicht verunreinigen. Die Behandlung mit der Lösung "b" dauert etwa 1 Sekunde.
Stufe 7
Anschließend wird das Kohleboot 20 weiter gedreht, so daß die Halbleiterlösung C mit der neu gebildeten epitaktischen Schicht II in Berührung kommt und sich die weitere epitaktische Schicht III ausbildet.
Stufe 8
Das Boot 20 wird wiederum gedreht, so daß diese neue epitaktische Schicht III mit der Lösung "c" in Berührung kommt, welche überschüssiges Aluminium von der Oberfläche der Schicht III herauslöst. Versuche haben jedoch gezeigt, daß die Behandlung mit der
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Lösung "c" die Kennwerte der erhaltenen epitaktischen Schicht nur noch wenig verändert.
Stufe 9
Schließlich wird durch eine weitere Drehung des Kohlebootes 20 die Trägerschicht 1 mit der Halbleiterlösung D in Berührung gebracht und dadurch die epitaktische Schicht IV erzeugt.
Wenn man das so hergestellte mehrschichtige Halbleiter-Bauelement mittels eines Röntgenstrahlen-Mikroanalysators Itlngs der Wachstumsrichtung hinsichtlich des Aluminiumgehaltes untersucht, so erhält man das gleiche in Fig. 4 wiedergegebene Diagramm, das auch bei Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß Fig. 3 erhalten wird.
Wenn man die für die Aufnahme der Trägerschicht 1 bestimmte Vorrichtung 30 sowie das Boot 20 im gleichen Drehungssinn und mit der gleichen Geschwindigkeit rotieren läßt, dann ist die Relativgeschwindigkeit 0 bzw. die Trägerschicht 1 und dasKohleboot 20 sind relativ
stationär
zueinander / . Auf diese Weise können die Lösungen in allen Flüssigkeitsbehältern des Kohlebootes 20 gleichmäßig aufgerührt werden, und ein gleichförmiges Wachstum der epitaktischen Schichten wird dadurch begünstigt.
Die vorstehend erläuterte drehbare Anordnung hat folgende Vorteile gegenüber der in Fig. 3 wiedergegebenen gleitenden Anordnung:
1) Bei der Anordnung gemäß Fig. 3 muß über die gesamte Strecke, auf welcher die Flüssigkeitsbehälter angeordnet sind, ther-
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mische Gleichmäßigkeit eingehalten werden, doch ist bei der drehbaren Anordnung ein solcher thermischer Ausgleich nur über wenige Zentimeter erforderlich,und daher ist die Temperaturkontrolle wesentlich vereinfacht.
2) Bei der Anordnung gemäß Pig. J5 muß das Kohleboot vor und zurück geschoben werden, während bei der drehbaren Anordnung nur eine Winkelverschiebung erforderlich ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorstehend ,^n Hand der Erzeugung eines mehrschichtigen Aufbaues aus den Legierungen GaAs und Ga1 AlJVs erläutert worden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann aber ganz allgemein für Trägerschichten und für Behandlungslösungen verwendet werden, die mindestens ein Element der Gruppen III bis V des Periodischen Systems der Elemente enthalten. Außerdem lassen sich mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht nur Heteroschichten sondern auch Homoschichten herstellen.
Der Aufbau eines Halbleiter-Bauelementes aus Homoschichten kann wie folgt durchgeführt werden. Zunächst wird auf einer n-leitenden GaAs-Trägerschicht eine epitaktische η-leitende GaAs-Schicht aufgebracht, indem man die Trägerschicht mit' einer Lösung E in Berührung bringt, deren Zusammensetzung in der nachstehenden Tabelle IV angegeben ist. Nachdem auf diese Weise eine n-leitende Schicht I aufgewachsen ist., wird die Oberfläche dieser epitaktischen Schicht mit einer Behandlungslösung "a" oder "b" der in Tabelle II angegebenen Zusammensetzung kontaktiert, um nicht erwünschtes Aluminium aus der Oberfläche herauszulösen, und dann
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wird eine p-leitende epitaktische Schicht IV aufgebracht, wie es vorstehend bereits geschildert ist. Schließlich wird eine p-leitende GaAs-Schicht II unter Verwendung einer Halbleiterlösung D (vgl. Tabelle I) hergestellt.
Tabelle IV
Lösung Komponenten Do-tierungsstoff
E Ga 10g; GaAs 2g Te 500 mg
Wie sieh aus den Tabellen II und III ergibt, wird die Zusammensetzung der Behandlungslösungen so gewählt, daß sie praktisch an GaAs gesättigt sind. Falls eine zu hohe Konzentration an GaAs vorliegt, dann besteht die Gefahr, daß sieh die Schichtdicke der vorher erzeugten epitaktischen Schicht unnötigerweise vergrößert. Wenn hingegen die Konzentration an-GaAs zu klein ist, dann besteht die Gefahr, daß die vorher aufgewachsene epitaktisehe Schicht angegriffen bzw. zu s'tark aufgelöst-wird.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    1. ) Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtig aufgebauten
    Halbleiter-Bauelementes mit epitaktischen Aufwachsschichten, wo-. bei die epitaktischen Schichten durch zeitlich hintereinander erfolgendes in-Berührung-bringen der Trägerschicht mit mindestens zwei unterschiedlich zusammengesetzten und in flüssiger Phase vorliegenden Halbleitermassen abgeschieden werden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die zeitlich zuerst abgeschiedene epitaktier he Schicht vor dem Aufbringen der nächsten Aufwachsschicht mit einer Lösung kontaktiert wird, welche unerwünschte Komponenten aus der epitaktischen Schicht herauslöst.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur während des HerauslöseVorganges nicht abgesenkt wird.
    j5. Verfahren nach Anspruch !oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auch die in der zeitlichen Reihenfolge als zweite Schicht abgeschiedene epi taktische Schich't mit' einer unerwünschte Komponenten herauslösenden Lösung kontaktiert wird.
    4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Hauptfläche der Trägerschicht als auch die Behandlungslösungen mindestens ein Element der Gruppen III bis V des Periodensystems der Elemente enthalten.
    5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
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    Hauptfläche der Trägerschicht aus GaAs besteht, daß mindestens zwei der zum Aufwachsen der epitaktischen Schichten verwendeten flüssigen Halbleitermassen unterschiedlicher Zusammensetzung Ga, Al und GaAs enthalten, und daß die zum Herauslösen verwendete Behandlungslösung Ga und GaAs, aber kein Al, enthält.
    "6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5* mit einer Vorrichtung zur Aufnahme einer Trägerschicht und -mindestens zwei Behältern für flüssige Halbleitermas-Len, die mit der Trägerschicht in bestimmter Reihenfolge in Berührung bringbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Behälter (9; 11; 90,· 110 ; 13) mit einer weiteren Flüssigkeit, mit der eine von der vorhergehenden Flüssigkeit herrührende,- unnötige Komponente herauslösbar und entfernbar ist, in einer Lage vorgesehen ist, in der eine Berührung mit der Trägerschicht (1) zwi- sehen zwei Berührungen mit den zwei Behältern stattfindet.
    7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsbehälter (7, 8, 9, 10, 11, 12j 70, 80, 90, 100, 110, 120, 13) in einer Reihe angeordnet sind und daß die Vorrichtung (3j 30) zur Aufnahme der Trägerschicht (1) und die Behälter in einer Zuordnung im Eingriff stehen, in der sie unter aufeinanderfolgenden Berührungen relativ zueinander entlang der Reihe gleitverschiebbar sind.
    8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7* dadurch gekennzeichnet, daß die Behälter (70, 80, 90, 100, 110, 120, 13) auf einer Kreislinie angeordnet und gemeinsam um den Kreismittelpunkt drehbar
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    sind und daß die die Trägerschicht (1) aufnehmende Vorrichtung (30) mit den Behältern im Eingriff steht und . koaxial zu ihren drehbar ist.
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    Leerseite
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