DE2338244B2

DE2338244B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines mehrschichtig aufgebauten Halbleiter-Bauelementes mit epitaktischen Aufwachsschichten

Info

Publication number: DE2338244B2
Application number: DE2338244A
Authority: DE
Inventors: Morio Inoue; Kunio Ito
Original assignee: Matsushita Electronics Corp
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1972-07-28
Filing date: 1973-07-27
Publication date: 1978-06-29
Also published as: US3909317A; FR2195069B1; IT991882B; CA987795A; FR2195069A1; GB1414060A; DE2338244A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Herstellung eines mehrschichtig aufgebauten Halbleiter-Bauelementes mit epitaktischen Aufwachsschichten, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 5.

Mehrschichtig aufgebaute Halbleiter-Bauelemente der vorstehend genannten Art sind an sich bekannt; beispielsweise weist ein bekannter Halbleiter-Laser mit zweifach heterogenem Schichtaufbau aus einer n-leitenden Gai-jAUAs-Schicht, einer p-leitenden GaAs-Schicht und einer p-leitenden Gai-^Al^As-Schicht, in welcher χ den Anteil an Aluminium in der entsprechenden Legierung angibt, viele Vorteile auf. Die p-leitende GaAs-Schicht zeigt eine hohe Wirksamkeit bezüglich der Bündelung des Lichtflusses und der Energieträger, und außerdem weisen alle drei Schichten praktisch 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 Schichten werden üblicherweise mittels einer Gleitanordnung erzeugt, wie sie in F i g. 1 wiedergegeben ist.

Bei der in F i g. 1 gezeigten bekannten Vorrichtung befindet sich eine Halbleiter-Trägerschicht 1, beispielsweise eine η-leitende GaAs-Trägerschicht, in einer Ausnehmung einer Platte 3, welche in einem mit einem elektrischen Heizelement 8' versehenen Quarzrohr T angeordnet ist. Diese Platte 3 ist gleitend in einem Boot 2 aus Graphit angeordnet, wobei dieses Boot vertikale Bohrungen aufweist, in denen sich die für die Erzeugung der epitaktischen Schichten benötigte Halbleitermaterialien in flüssiger Phase befindet. Die Platte 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 Halbleitermaterialien, 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 die Zusammensetzung der Lösungen A bis D so aufeinander abgestimmt, daß sie bei einem vorgegebenen Abkühlungsschema die entsprechenden epitaktisehen Schichten entstehen lassen. Im allgemeinen sind die wirksamen Konzentrationen der betreffenden Stoffe so gewählt, daß sie in der Reihenfolge von A bis D abnehmen.

Tabelle 1

Lösung Komponenten

Leitungs- Dotierungstyp stoff

A	Ga 10 g; Al 40	mg;	η	Te 500 mg
	GaAs1g
B	Ga 10 g; GaAs	2g	P	Si 100 mg
C	Ga 10 g; Al 40	mg;	P	Zn 100 mg
	GaAs1g
F	Ga 10 g; GaAs	ig	P	Zn 400 mg

10

Bei diesem bekannten Verfahren werden die epitaktischen Schichten in der folgenden Weise auf der Trägerschicht gebildet:

Durch Aufheizen des Graphitbootes 2 bis auf eine Temperatur von etwa 900°C mittels der Heizvorrichtung 8' schmelzen alle Halbleitermaterialien zu Lösungen A bis D, und erst dann wird die Trägerschicht, z. B. eine η-leitende GaAs-Schicht, mit der ersten Lösung A in Berührung gebracht, welche dem η-leitenden Typ der Zusammensetzung Gai-,Al₁As entspricht. Die Temperatur wird dann sehr langsam, beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von I⁰C pro Minute, abgesenkt, wodurch die epitaktische Schicht I des η-leitenden Typs Gai-vAljAs auf der Hauptfläche der n-leitenden GaAs-Trägerschicht gebildet wird. Bei dem Aufbringen der weiteren epitaktischen Aufwachsschichten wird die Temperatur mit der gleichen Geschwindigkeit abge- jn senkt. Anschließend wird das Graphitboot 2 mittels der Stange 5 nach links verschoben, und dadurch kommt die auf der Trägerschicht 1 gebildete epitaktische Schicht I mit der zweiten Halbleiterlösung B in Berührung. Anschließend wird wiederum die Temperatur abgesenkt, so daß sich auf der Trägerschicht aus GaAs eine zweite epitaktische Schicht II ausbildet. Anschließend wird das Graphitboot 2 wiederum nach links verschoben, und die Oberfläche dieser zweiten epitaktischen Schicht II wird mit der dritten Halbleiterlösung C in Berührung gebracht, um auf die Trägerschicht eine weitere epitaktische Schicht III vom p-leitenden Typ GaAs aufzubringen. Schließlich wird das Graphitboot 2 nochmals nach links verschoben, und die Oberfläche der so gebildeten epitaktischen Schicht III wird mit der vierten Halbleiterlösung D in Berührung gebracht, 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 herkömmlichen 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 F i g. 2 ergibt, ist der Aluminiumanteil infolge einer unerwünschten Aluminiumdiffusion von der Schicht I in die Schicht II verhältnismäßig groß. Demgemäß haben auch die Schwellenwerte für die Stromdichten beim Betrieb des Lasers eine beträchtliche Streubreite, und aus diesem Grund läßt sich kein Laser mit stabil reproduzierbaren Kennwerten erhalten.

Auch die aus »Journal ο Crystal Growth 15 (1972), S. 81 bis 83«, bekannte Methode zum Züchten einer sehr dünnen epitaktischen Mehrfachschicht bringt keine Lösung für dieses Problem. Sie ermöglicht es, eine Verunreinigung einer Lösung zum Züchten einer epitaktischen zweiten Schicht durch eine zum Züchten einer ersten epitaktischen Schicht verwendete Lösung zu verhindern, welche Verunreinigung auftreten kann, wenn die Trägerschicht mit der ersten epitaktischen Schicht unter der ersten Lösung weggezogen und zum Aufwachsen der zweiten epitaktischen Schicht unter eine zweite Lösung geschoben wird. Die dünne epitaktische Mehrfachschicht und das Verhindern einer solchen Verunreinigung wird dadurch erzielt, daß in die die Lösung zum epitaktischen Aufwachsen enthaltenden Behälter nur sehr wenig Lösung gegeben wird und darüber zunächst eine GaAs-Quelle in Form einer Scheibe und darüber ein Graph it-Abstandshalter und ein Quarzblock angeordnet werden. Das epitaktische Wachsen findet nicht nur auf der Trägerschicht, sondern auch auf der scheibenförmigen GaAs-Quelle statt, wodurch sich während einer bestimmten Züchtungszeit auf der Trägerschicht eine epitaktische Schicht ausbildet, die nur die Hälfte derjenigen Dicke hat, die ohne das gleichzeitige epitaktische Aufwachsen auf der Quellenscheibe auftreten würde. Aufgrund der Oberflächenspannung und Haftung der Lösung an der Quellenscheibe wird außerdem während der Verschiebung der Trägerschicht keine nennenswerte Menge der Lösung vom ersten Lösungsbehälter zum zweiten Lösungsbehälter übertragen. Eine unerwünschte Aluminiumdiffusion von der ersten epitaktischen Schicht in die zweite epitaktische Schicht kann jedoch mit dieser bekannten Methode nicht verhindert werden, so daß sich mit ihr die Streubreite für die Laser-Schwellwerte nicht verringern läßt.

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-Mikroanalysator bezüglich des Aluminiumgehaltes in einer Richtung, welche dem Schichtwachstum entspricht, untersucht, so zeigt eine Kurve des Durchschnittswertes für die Verteilung der Aluminiumkomponente längs der Wachstumsrichtung die in F i g. 2 dargestellte Gestalt. Aus der Kurve von F i g. 2 ist klar ersichtlich, daß die Neigung der Kurve zwischen der Schicht I und der Schicht 11 nicht steil abfällt, was auf die nichterwünschte Diffusion der Aluminiumkomponente 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.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, am Übergang von der Schicht I zur Schicht II einen möglichst steilen Abfall des Aluminiumgehaltes zu schaffen.

Ein Verfahren zur Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet und in den Unteransprüchen 2 bis 4 vorteilhaft weitergebildet. Eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens ist im Patentanspruch 5 gekennzeichnet und in den Unteransprüchen 6 und 7 vorteilhaft weitergebildet.

Dadurch, daß die zeitlich zuerst abgeschiedene epitaktische Schicht vor dem Aufbringen der nächsten

epitaktischen Schicht mit einer Lösung in Berührung gebracht wird, welche unerwünschte Komponenten aus der ersten epitaktischen Schicht herauslöst, läßt sich erreichen, daß der Kurvenabfall an der Nahtstelle zwischen der ersten und der zweiten epitaktischen r> Schicht in gewünschter Weise steil ausgebildet wird, d. h., daß keine unerwünschten Verunreinigungen, insbesondere kein Aluminium, mit in die zweite Schicht hinübergeschleppt wird. Auf diese Weise läßt sich die Leistung des Laserelementes ganz wesentlich verbessern.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsformen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 zeigt im Schnitt eine übliche Gleitanordnung; zur Herstellung eines mehrschichtig aufgebauten Halbleiter-Bauelementes mit epitaktischen Schichten;

F i g. 2 zeigt in Diagrammform die Verteilung des. Aluminiumanteils bei einem zweifach heterogenen Schichtaufbau eines Halbleiterelementes, welcher mit der Anordnung von F i g. 1 hergestellt worden ist;

Fig. 3 zeigt im Schnitt eine Anordnung zur Herstellung verbesserter Halbleiter-Bauelemente mit epitaktischen Schichten, welche sich zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens eignet;

Fig.4 zeigt in Diagrammform die Verteilung des Aluminiumanteils in einem nach vorliegendem Verfahren hergestellten mehrschichtig aufgebauten Halbleiter-Bauelement, welches mit der Anordnung gemäß Fi g. 3 hergestellt worden ist;

F i g. 5 zeigt im Schnitt eine drehbare Anordnung zur Herstellung von mehrschichtig aufgebauten Halbleiter-Bauelementen mit verbesserten epitaktischen Aufwachsschichten gemäß vorliegendem Verfahren;

Fig.6A und Fig.6B zeigen in Aufsicht bzw. als Schnitt eine Platte 3, wie sie in der Vorrichtung gemäß F i g. 5 Verwendung findet; und

Fig. 7A und Fig. 7B zeigen in Aufsicht bzw. als Schnitt ein drehbares Boot 20, welches in der Vorrichtung gemäß F i g. 5 Verwendung findet.

Die neue Methode wird nunmehr anhand der F i g. 3 erläutert, in welcher die Bezugsziffern die entsprechende Bedeutung wie in F i g. 1 haben.

In F i g. 3 ist ein Aufnahmebehälter 7 für eine erste Halbleiterlösung A, ein Behälter 8 für eine zweite Halbleiterlösung B, ein zwischen diesen beiden Behältern angeordneter Behälter 9 für eine Reinigungslösung »a«, ein Behälter 10 für eine dritte Halbleiterlösung C, ein zwischen den Behältern 8 und 10 angeordneter weiterer Behälter 11 für eine weitere Reinigungslösung »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 vorliegenden Verfahren verwendeten Reinigungslösungen »a«, »b« und »c« weisen die in der nachstehenden Tabelle II angegebene Zusammensetzung auf.

bO

Tabelle Il

Lösung

Komponenten

Doticrungsstoff

Ga 10 g; GaAs 1,8 g ohne Das vorliegende Verfahren wird in der folgenden Weise durchgeführt, wobei als Beispiel der Aufbau eine zweifach heterogenen Schicht erläutert wird:

Stufe 1

Eine η-leitende GaAs-Trägerschicht 1 wird mit de Kristallfläche [100] auf die Platte 3 aufgebracht.

Stufe 2

Die Temperatur des Graphitbootes 2 wird auf 900°C erhöht. Beim Erreichen dieser Temperatur lösen sich di 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 thermisch! Gleichgewicht ein.

Stufe 3

Der Flüssigkeitsbehälter mit der Lösung A wird übe die Trägerschicht 1 geschoben, so daß die Lösung A di< Trägerschicht 1 berührt. Dann wird die Temperatur mi konstanter Geschwindigkeit (1°C pro Minute) bis aul 880°C abgesenkt, wodurch sich eine epitaktische Aufwachsschicht bis zu einer Dicke von 7 μιη aufbaut nämlich eine η-leitende Gai_»AUAs-Schicht isi (x — 0,4), welche nachstehend als Schicht I bezeichne) wird. Die Abkühlungsgeschwindigkeit von TC prc Minute wird auch für das; Aufbringen der übriger epitaktischen Aufwachsschichten verwendet.

Stufe 4

Beim Erreichen der Temperatur von etwa 880°C werden die Abkühlungsmaßn<ihmen unterbrochen, und unter Aufrechterhaltung dieser Temperatur wird das Graphitboot 2 nach links verschoben, so daß die Reinigungslösung »a« mit der Schicht I in Berührung kommt. Mittels dieser Maßnahme wird erreicht, daC etwa auf der Oberfläche der Schicht I noch verbleiben des Aluminium durch die Reinigungslösung »a« herausgelöst wird, so daß die nachfolgend aufzubringen de epitaktische Schicht II (p-leitend GaAs) nich unerwünschte Aluminiumanteite enthält.

Aus Tabelle II ist ersichtlich, daß es sich bei diesel Reinigungslösung »a« im wesentlichen um eine Galliumlösung handelt, welche mit GaAs gesättigt ist aber keine Dotierungsstoffe enthält. Die Berührungszei zwischen der Reinigungslösung »a« und der epitakti sehen Schicht I beträgt vorzugsweise etwa 1 bis f Sekunden, wobei die besten Ergebnisse bei einei Berührungszeit von etwa 3 Sekunden erzielt werden. E« ist wichtig, daß während dieser Behandlung die Temperatur der Trägerschicht 1 praktisch konstan gehalten oder leicht erhöht, wird. Insbesondere muli dafür Sorge getragen wenden, daß während diesel Behandlungszeit die Temperatur nicht absinkt, da sich sonst auf der Trägerschicht 1 eine aluminiumhaltigc GaAs-Schicht ausbildet.

Stufe 5

Anschließend wird das Graphitboot 2 nach link; verschoben, so daß nunmehr die Halbleiterlösung B mi der epitaktischen Schicht I in Berührung kommt unc sich eine p-leitende GaAs-Schicht ausbildet, welche nachstehend als Schicht Il bezeichnet wird und aktive Bereiche ausbildet. Für die Ausbildung einer Schichtdik ke von etwa 2 μιη wird eine Berührungszeil von etwa 3( Sekunden benötigt. Auch während dieses Zeiträume muß die Lösung B langsam abgekühlt werden. In der se erhaltenen eDitaktischen Schicht Il ist praktisch keir

Aluminium enthalten, und daher ist der Kurvenverlauf in einem Diagramm gemäß F i g. 2 zwischen den Schichten I und Il ausreichend steil.

Stufe 6

Nach dem Aufbringen der epitaktischen Schicht Il wird das Graphitboot 2 wiederum nach links verschoben, wobei die Temperatur konstant gehalten wird, und auf diese Weise kommt die Reinigungslösung »b« mit der neu gebildeten epitaktischen Schicht Il in Beruh- ι ο hing. Mittels dieser Maßnahme wird erreicht, daß in der Halbleiterlösung B enthaltener Dotierungsstoff (Si) durch die Lösung »b« herausgelöst wird, so daß die weiterhin aufzubringende epitaktische Schicht nicht durch diesen Dotierungsstoff verunreinigt wird. Die ΐί Berührungszeit beträgt etwa 1 Sekunde. Aus Tabelle Il ist ersichtlich, daß diese Reinigungslösung »b« praktisch die gleiche Zusammensetzung wie die Reinigungslösung »a« hat.

Stufe 7

Das Graphitboot 2 wird wiederum nach links verschoben, wobei die Temperatur konstant gehalten wird, und auf diese Weise kommt die Halbleiterlösung C mit der epitaktischen Schicht Il in Berührung, und man 2^r> läßt dann in der vorstehend beschriebenen Weise eine epitaktische Schicht, welche p-leitend ist und nachstehend als Schicht IM bezeichnet wird (Zusammensetzung: Gai ,AI₁As), bis zu einer Dicke von etwa 2 μηι aufwachsen, wofür etwa 2 Minuten benötigt werden. «>

Stufe 8

Schließlich vird in der gleichen Weise die Halbleiterlösung D mit der neu gebildeten epitaktischen Schicht III in Berührung gebracht und unter Absenken der J^r> Temperatur eine p-leilende Schicht, welche nachstehend als Schicht IV bezeichnet wird (Zusammensetzung: GaAs), bis zu einer Dicke von 3 μίτι gezüchtet. Wenn man den so hergestellten mehrschichten Aufbau längs der Wachslumsrichtung hinsichtlich des Anteils an <fo Aluminium mit einem Röntgenstrahlen-Mikroanalysator untersucht, so erhält man die in Fig.4 dargestellte 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 A^r> Nahtstelle zwischen den Schichten I und Il außerordentlich steil ist.

Diese Ergebnisse beweisen, daß es mittels des vorliegenden Verfahrens und der vorliegenden Anordnung bei identischen Wachstumsbedingungen möglich ^r>o 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 epitaktischc Schichten mit einer Zusammensetzung entsprechend der Formel « Gai- _vAI,As mit * = 0,4 hergestellt. Selbstverständlich können aber auch Halbleiter-Bauelemente mit einer anderen Zusammensetzung erzeugt werden.

Zwar ist es möglich, zwischen den Behältern 10 und 12 für die Halblcilcrlösungcn C und D auch noch einen w> weiteren Behälter für eine Reinigungslösung vorzusehen, mit der Verunreinigungen aus der epitaktischen Schicht III herausgelöst werden können, doch haben entsprechende Versuche ergeben, daß dabei keine wesentlich besseren F.rgcbnisse erhalten werden als ti¹") mittels der in I'ig. 3 wicdcrgcgcbencn Vorrichtung. Dieser Sachverhalt isi darauf zurückzuführen, daß die epilnklische Schicht IV im wesentlichen nur dazu dient, den ohmschen Kontakt herzustellen, und daher ist ein Steilabfall bezüglich des Aluminiumanteils an der Nahtstelle zwischen den Schichten III und IV nicht unbedingt erforderlich.

In den weiteren Fig.5 bis 7B ist eine andere Ausführungsform einer zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens geeigneten Vorrichtung wiedergegeben, wobei die Bezugsziffern wieder die gleiche Bedeutung wie in F i g. 1 haben.

In diesen Figuren bedeutet 3 eine Platte mit einer Ausnehmung, in welche die Trägerschicht 1 eingebracht werden kann. Diese Platte 3 wird durch eine mit ihr fest verbundene Welle 31 getragen. Außerdem ist bei dieser Vorrichtung ein drehbares Boot 2 vorgesehen, welches auf seinem Kreisumfang sieben vertikale Bohrungen aufweist, die Flüssigkeilsbehälter 7 bis 13 für die Halbleiterlösungen bzw. die Reinigungslösungen bilden. Diese Bohrungen haben die gleichen Abmessungen und sind in gleichen Abständen von der Achse der Welle 31 angeordnet. Das drehbare Boot 2 ist fest mit einer Welle 21 verbunden. Diese Vorrichtungsteile werden in der in Fig.5 wiedergegebenen Weise zusammengebaut. Zunächst wird für den Betrieb der Vorrichtung die Trägerschicht 1 fest in die Ausnehmung der Platte 3 eingepaßt, und dann wird das drehbare Boot 2 auf die Platte 3 aufgesetzt (vgl. F i g. 5). Anschließend werden die Halbleiterlösungen A bis D und die Reinigungslösungen »a«, »b« und »c« mit den in den Tabellen I und Il angegebenen Zusammensetzungen durch die Öffnungen in die Bohrungen des drehbaren Bootes eingefüllt (vgl. Fig.7A). Vorzugsweise sind die Querschnitte der Platte 3 und des drehbaren Bootes 2 gleich groß.

Nachstehend wird die Herstellung eines mehrschichtigen Aufbaues mittels der Vorrichtung der F i g. 5 bis 7 erläutert.

Stufe 1

tine η-leitende GaAs-Trägerschichl 1 wird auf der Platte 3 befestigt.

Stufe 2

Die Temperatur der Trägerschicht 1 sowie des drehbaren Bootes 2 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 7 bis 13 das thermische Gleichgewicht erreicht haben, wofür etwa 2 Stunden erforderlich sind. Während dieses Zeitraumes läßt man vorzugsweise sowohl die Platte 3 als auch das Graphitboot 2 rotieren.

Stufe 3

Anschließend bringt man sowohl die Platte 3 als auch das Graphitboot 2 zum Stillstand und dreht dann das Boot 2 so, daß die Lösung A die Trägerschicht I berührt und sich während des langsamen Abkühlcns (1°C pro Minute) eine erste epitaktischc Schicht I ausbildet. Diese AbkUhlungsgeschwindigkcit wird auch für die Erzeugung der nachfolgenden epilaktischen Schichten beibehalten.

Stufe 4

Sobald eine Temperatur von 880"C erreicht ist, beendet man die Abkühltingsmaßnahmcn und hillt diese Temperatur aufrecht, wobei die Platte 3 unbewegt gelassen und das rotierende Bonl 2 gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird, so daß die Reinigungslösung »a« mit der gerade gebildeten epitaktischen Schicht I in Berührung kommt. Durch diese Maßnahme

wird an der Oberfläche der epitaktischen Schicht I befindliches überschüssiges Aluminium mittels der Reinigungslösung »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 2 wiederum gedreht, so daß die Halbleiterlösung B mit der Trägerschicht 1 in Berührung kommt und innerhalb von etwa 30 Sekunden die epitaktische Schicht II aufgebracht 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 2 wird wiederum gedreht, um die Reinigungslösung »b« mit der neu gebildeten epitaktischen Schicht II in Berührung zu bringen, wobei jedoch die Temperatur konstant gehalten wird. Durch dieses In-Berührung-Bringen 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 Ga ι _,Al ,As-Schicht verunreinigen. Die Behandlung mit der Reinigungslösung »b« dauert etwa 1 Sekunde.

Stufe 7

Anschließend wird das Graphitboot 2 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 2 wird wiederum gedreht, so daß diese neue epitaktische Schicht III mit der Reinigungslösung »c« in Berührung kommt, welche überschüssiges Aluminium von der Oberfläche der Schicht III herauslöst. Versuche haben jedoch gezeigt, daß die Behandlung mit der Reinigungslösung »c« die Kennwerte der erhaltenen epitaktischen Schicht nur noch wenig verändert.

Stufe 9

Schließlich wird durch eine weitere Drehung des Graphitbootes 2 die Trägerschicht 1 mit der Halblciterlösung D in Berührung gebracht und dadurch die epitaktische Schicht IV erzeugt.

Wenn man das so hergestellte mehrschichtige Halbleiter-Bauelement mittels eines Röntgenstrahlen-Mikroanalysators längs der Wachstumsrichtung hinsichtlich des Aluminiumgehaltes untersucht, so erhält man das gleiche in F i g. 4 wiedergegebene Diagramm, das auch bei Verwendung der Vorrichtung gemäß Fig. 3 erhalten wird.

Wenn man die für die Aufnahme der Trägerschicht 1 bestimmte Platte 3 sowie das Boot 2 im gleichen Drehungssinn und mit der gleichen Geschwindigkeit rotieren läßt, dann ist die Relativgeschwindigkeit 0 bzw. die Trägerschicht I und das Kohleboot 2 sind relativ zueinander stationär. Auf diese Weise können die Lösungen in allen Flüssigkeitsbehältern des Graphitbootes 2 gleichmäßig aufgerührt werden, und ein gleichförmiges Wachstum der epitaktischen Schichten wird dadurch begünstigt.

Die vorstehend erläuterte drehbare Anordnung hat folgende Vorteile gegenüber der in F i g. 3 wiedergegebenen gleitenden Vorrichtung:

1) Bei der Anordnung gemäß Fig.3 muß über die gesamte Strecke, auf welcher die Flüssigkeitsbehälter angeordnet sind, thermische Gleichmäßigkeit eingehalten werden, doch ist bei der drehbaren Anordnung ein solcher thermischer Ausgleich nur über wenige Zentimeter erforderlich, und daher ist die Temperatursteuerung wesentlich vereinfacht.

2) Bei der Vorrichtung gemäß F i g. 3 muß das Graphitboot linear vor- und zurückgeschoben werden, während bei der drehbaren Vorrichtung nur eine Drehung erforderlich ist.

Das vorliegende Verfahren ist vorstehend anhand der Erzeugung eines mehrschichtigen Aufbaues aus den Legierungen GaAs und Gai-«AI_AAs erläutert worden. Es kann aber ganz allgemein für beliebige Trägerschichten und für Reinigungslösungen verwendet werden, die mindestens ein Element der Gruppen III bis V des Periodischen Systems der Elemente enthalten (IV, III —V, II —IV). Außerdem lassen sich mit dem vorliegenden Verfahren nicht nur Heteroschichten, sondern auch Homoschichten herstellen.

j-, Der Aufbau eines Halbleiter-Bauelementes aus Homoschichten kann wie folgt durchgeführt werden. Zunächst wird auf einer η-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 IH angegeben ist. Nachdem auf diese Weise eine η-leitende Schicht I aufgewachsen ist, wird die Oberfläche dieser epitaktischen Schicht mit einer Reinigungslösung der in Tabelle Ii angegebenen Zusammensetzung in Berührung gebracht, um nichterwünschtes Aluminium aus der Oberfläche herauszulösen, und dann 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 III

Lösung

Komponenten

Dotierungsstoff

Ga 10 g; GaAs 2 g

Tc 500 mg

Wie sich aus der Tabelle II ergibt, wird die

ho Zusammensetzung der Reinigungslösungen so gewählt, daß sie praktisch an GaAs gesättigt sind. Falls eine zu hohe Konzentration an GaAs vorliegt, besteht die Gefahr, daß sich die Schichtdicke der vorher erzeugten epitaktischen Schicht unnötigerweise vergrößert. Wenn

b5 hingegen die Konzentration an GaAs zu klein ist, besteht die Gefahr, daß die vorher aufgewachsene epitaktische Schicht angegriffen bzw. zu stark aufgelöst wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtig aufgebauten Halbleiter-Bauelementes mit epitakti- s sehen Aufwachsschichten, wobei die epitaktischen Aufwachsschichten durch zeitlich hintereinander erfolgendes In-Berührung-Bringen der Trägerschicht mit mindestens zwei unterschiedlich zusammengesetzten und in flüssiger Phase vorliegenden Halbleitermaterialien abgeschieden werden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die zeitlich zuerst abgeschiedene epitaktische Schicht vor dem Aufbringen der nächsten Aufwachsschicht mit einer Reinigungslösung kurzzeitig in Berührung gebracht wird, die mit demjenigen Material, mit Ausnahme einer Komponente und Dotierungsstoffen, welches in der die bereits abgeschiedene epitaktische Schicht bewirkenden Lösung gelöst war, gesättigt ist und unerwünschte Komponenten aus der bereits abgeschiedenen epitaktischen Schicht herauslöst, und daß die Temperatur während des Herauslösevorgangs nicht abgesenkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch die in der zeitlichen Reihenfolge als zweite Aufwachsschicht abgeschiedene epitaktische Aufwachsschicht und/oder weitere epitaktische Aufwachsschichten mit einer unerwünschte Komponenten herauslösenden Reinigungslösung in Berührung gebracht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Hauptfläche der Trägerschicht als auch die Reinigungslösungen mindestens ein Element der Gruppen III—V des Periodensystems der Elemente enthalten.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptfläche der Trägerschicht aus Galliumarsenid (GaAs) besteht, daß mindestens zwei der zum Aufwachsen der epitaktischen Aufwachsschichten verwendeten flüssigen Halbleitermaterialien unterschiedlicher Zusammensetzung Gallium (Ga), Aluminium (Al) und Galliumarsenid (GaAs) enthalten, und daß die zum Herauslösen verwendete Reinigungslösung Gallium (Ga) und Galliumarsenid (GaAs) im wesentlichen in Sättigungsmengen enthält, jedoch im wesentlichen kein Aluminium (Al).

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einer Platte (3) zur Aufnahme der Trägerschicht (1) und mindestens zwei Behältern für flüssige Halbleitermaterialien, die mit der Trägerschicht in bestimmter Reihenfolge in Berührung zu bringen sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Behälter (9; U; 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) zwischen zwei Berührungen mit den zwei Behältern stattfindet, und daß eine Temperatursteuereinrichtung (6,8') vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsbehälter (7 bis 13) in einer Reihe angeordnet sind und daß die Platte (3) zur Aufnahme der Trägerschicht (1) und die Flüssigkeitsbehälter (7 bis 13) unter aufeinanderfolgender Berührung relativ zueinander entlang der Reihe gleitend verschiebbar sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälter (7 bis 13) auf einer Kreislinie angeordnet und gemeinsam um den Kreismittelpunkt koaxial drehbar sind.