DE2400915C3 - Vorrichtung für die Flüssigphasenepitaxie - Google Patents

Description

,».sisehen

eisolierenden Matenal ,5 . Bei dieser Vorrichtung

T,5 „^l„_g „ach Anspruch ,.dadurch gekenn-Jehnet da/der Kühlh.to (5) mi. =,»en. Kühlmittelkanal ausgestaltet ist.

3!Vorrichtung na?h Anspruch !,dadurch gekennzeichne daß eine Kühlgasblasanordnung auf der

Unterseite des mit der Gleitplatte (6) ein emheuhches Sebilde darstellenden Küh.haUers (5) vorgese-

-rv'orr.chtungnachAnspruch.dadurchgekenn

ÄS iSÄÄS* W_äimeSeS^r = Quarz umgeben ist, die die Randbere.che des Kühlhalters (5) überdeckt.

5 Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der im Schiffchen (3) zugewandten Innenseite der Quarz-Wärmeisolierung e.ne warmereflektierende Beschichtung angebracht .st.

»erde, led.ghcn ng«. _Te » '^^'tnS Ä.erma.eria.s und eines '^J^_M„ _dari„ »ssi,; geh..» ^-»»^ · Gleitplatte unterhalb des Scnittcnens gegenuDer eine <£·Φ _{seitlich V}ersch.ebbar ,st und in

der «on, g _ώΜ,_Μη Substrate tragt. Diese

« £rt.efung _{wird aber ebenfa}„_{s h d}

_{Abkühlungsmeth de} gesteuert so daß _dle

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Flüssigphasenepitaxie, bestehend aus einem Schiffchen lus Kohlenstoff mit mehreren Druchbohrungen, die jeweils eine obere Öffnung in einem Bereich höherer Temperatur und eine untere Öffnung in einem Bereich niedrigerer Temperatur zur Aufnahme einer Schmelze eines Halbleitermaterials und eines Lösungsmittels aufweisen sowie einer unter dem Schiffchen angebrachten, gegenüber den Öffnungen seitlich verschiebbaren Gleitplatte, die Bohrungen zur Aufnahme der Substrate enthält. Eine solche Vorrichtung ist aus der DT-OS

Offen,egungssch^^3_{tä g} zu verwenden, in der erne Ha bleuerkom-

^^ ^S _einem als Lösungsm.ttel d.enenden Material ponente ^. _&^ _{Lö mUte}, _{m Slch}

g«att.gt g^ _abfa„ _{hat> daß im} höheren Tempera-

«njn e ρ _geschmolzen wird un. .n, Bereich

niedrigerer Temperatur, in dem das Knstal substrat ^!ordnet ist, das epitaxial Wachstum auf diesem Krzurufen. Es kann bei einer derart.gen Vornchr_g°nun ^hj^«^^-;«;-£ ebenso,an _{dem KrislaHsubstrat wäc}h_st. Dadurch wahrend ^ _Ausbildung in emer Ebene und dje

wrü α gewachsenen Schicht auf dem

_{t g}i_eichmäßig. Wird beispielsweise em Sfhalter als Gleitplatte verwendet, der wegen J _thermischen Leitfähigkeit gern benutzt

höh ^ _{Wärmestromlin},_en aus denen

^w'^rd· ^" _peraturabfaU ergibt, nicht zur Hauptsache sch der > ^,^^_sonderl1^stattdessendurchdie aur umgebenden Bereiche der Kohlend« £mta ^^^ ^^ _ώ(. Wachstums^

-^iS^V ΐ den

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schmelze. Es wird dabei ein d^kwandiger zylindnsch.r Schmelztiegel verwendet, in dem die Halble.terverbindung enthalten ist. Ein Kühlfinger, der herausschraubbar

ist, befindet sich nahe dem Boden des Schmelzbere ^ Zwischen dem Hohlraum des Tiegels _ und ^ dem Kühlfinger wird ein Substrat ⁸⁰B¹=⁰'""^¹.."''" "" thermische Widerstand des Bereiches des ^W.ngers, auf dem das Substrat liegt, nimmt zur Mmeh η so _Zu

daß während der epitaktischen Schichtbildungun ^sdesha,,dieVorrichtug

hSeti tSSTS ¹Sf

Losung .^ _{durch das} Krisiallsubstra yerlau-

^iane _{d die Nachbarh}ereiche wesentlich höherer

JMJ^,_{iderstand aufwe}i_Sen, so daß an Teilen de. ^WarIJ^e^ _{außerhalb des} Kristallsubstrats oder in ^»^""^^ _{selbst es nicht} zur Ausbildung vo,

Hatbleilerkomponenten kommt. ^Η^_ΑυΓ g_ewirddadurch gelöst, daß du:aus einen 65 u« J, ^^ ^ _Qu bestehend,

*^a™^e _{dje Substrate}, _welche durch emer,Kuhlhalte .1. eLige Te„e der Vorrichtung gekuh.t werde.

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lediglich seitlich umgibt.

Durch die vorteilhaften Ausgestaltungen dieser Erfindung entsprechend den Merkmalen der Unteransprüche lassen sich in besonderen Einzelfällen und bei besonderen Gegebenheiten weitere Verbesserungen erzielen. Diese gehen aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung hervor.

Prinzip, Aufbau und Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden nun anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung dargelegt. Es zeigt

Fig. IA einen Teillängsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel,

Fig. IB eine graphische Darstellung zur Angabe des Temperaturgradienten in einem Ofen, der bei dem Beispiel nach F i g. 1A verwendet wird,

Fig. IC einen Querschnitt nach der Linie C-C im Beispiel der Fig. IA,

F i g. 1D und 1E schematische Ansichten von oben zur Erläuterung eines weiteren Ausführungsbeispiels,

Fig. 2 einen Teilschnitt eines nochmals anderen Ausführungsbeispiels.

Eine Vorrichtung zur Erzeugung von Halbleiterelementen nach der Flüssigphasenepitaxie weist ein Schiffchen 3 auf, das eine Bohrung 1 im Bereich höherer mit niedrigerer Temperatur plaziert.

Damit die Wärmestromlinien nur durch das Substrat 4 aus monokristallinem GaAs hindurchführen und nicht durch den Randbereich des Substrats 4 gehen, d. h. also den mit gestrichelten Linien Fl, F2 in Fig. IA gezeigten Verlauf haben, ist der Kühlhalter 5 auf der Unterseite des monokristallinen Substrats 4 angeordnet, während die Gleitplatte 6 aus wärmeisolierendem Material das Substrat 4 umgibt und damit einen unmittelbaren Wärmeabfluß vom Schiffchen auf den Kühlhalter 5 verhindert. Folglich strömt die Wärme durch das Substrat 4, wodurch sichergestellt wird, daß die gesamte übersättigte Lösung mit guter Wachstumsrate auf dem Substrat 4 auskristallisiert wird. Als Gleitplatte 6 kann eine gut wärmeisolierende Quarzplatte verwendet werden. Wenn eine solche Quarzplatte verwendet wird, wird die Kristallfläche des Substrates 4 größer gewählt als die Bohrung 2, um zu verhindern, daß der Quarz unmittelbar mit dem Lösungsmittel in Verbindung kommt.

Eine typische Größenangabe für die beschriebene Vorrichtung ist z. B. die folgende: Das Schiffchen 3 hat eine Breite von 25 mm und eine Höhe von 30 mm; die Bohrung auf der Hochtemperaturseite hat einen Durchmesser von 15 mm, die Bohrung 2 auf der Tieftemperaturseite einen Durchmesser von 10 mm.

Der Verbindungsteil zwischen den Bohrungen 1 und 2 hat einen Durchmesser von 5 mm und eine Länge von 20 mm; der Kühlhalter 5 hat die Abmessungen 30 χ 5 mm.

Mit Ziffer 7 ist in der F i g. 1A der Kühlkanal für ein Kühlmedium wie etwa das Wasser oder ein Gas bezeichnet.

Fig. IA zeigt den Fall eines einkristalünen Sehichtwachstums durch allmähliches Wachsen aus der flüssigen Phase.

Fig. ID und IE zeigen praktisch ausgeführte rvit-hrscuichtcn-Wachsturrisvorrichtungen gemäß der Erfindung, wobei in jedem der Fälle eine Mehrzahl von Abschnitten vorhanden ist, die dem in der Fig. IA gezeigten Abschnitt entsprechen. In den Fig. ID und IE sind mit den Bezugszeichen In, Ina, inb die Bohrungen auf der Hochtemperaturseite, mit 2,2n°.. 2nb die Bohrungen auf der Tieftemperaturseite und mit 3 ein Schiffchen bezeichnet.

Die vorangehende Beschreibung betrifft die Ausführungsform, in der das Schiffchen 3 aus Kohlenstoff besteht, doch kann es, wie nachfolgend dargelegt, auch aus Platin bestehen.

Der Kühlhalter 5 ist allgemein aus Kohlenstoff hergestellt, doch kann Kohlenstoff nicht besonders dünn gefertigt werden mit dem Nachteil, daß seine thermisehe Leitfähigkeit relativ groß ist, Der Kühlhalter kann, wenn er kompliziert im Aufbau ist, auch aus Platin hergestellt werden, das nicht mit Ga reagiert und bei hoher Temperatur statt des Kohlenstoffs eingesetzt werden kann.

iS Damit die Wärmestromlinien durch das monokrisialline GaAs-Substrat 4 und nicht durch dessen Randbereich verlaufen, ist der Kühlhaller 5 auf der Unterseite des Substrates 4 angeordnet, und eine Gleitplatte 6 aus einem wärmeisolierenden Material umgibt das Substrat 4 und verhindert damit, daß vom Schiffchen 3 unmittelbar Wärme in den Kühlhalter 5 abströmt. Das hat zur Folge, daß wegen der durch das Substrat 4 hindurchströmenden Wärme die übersättigte Lösung am Substrat mit recht guter Wachstumsgeschwindigkeh rekristallisiert.

Der Kühlhalter 5 besteht, wie schon früher dargelegt, aus Platin oder Kohlenstoff und wird in seinem Kühlkanal 7 von Wasser oder Gas durchströmt. Wird ein Kühlhalter aus Platin verwendet, so kann er dünner sein, als wenn er aus Kohlenstoff wäre, was einen anderen Wärmestrom durch das Kristallsubstrat ergibt.

Eine typische Größenabmessung dieser Vorrichtung

ist folgende: Das Schiffchen 3 hat eine Breite von 25 mm und eine Höhe von 25 mm; die Bohrungen I und 2 haben Durchmesser von 15 und 10 mm, der Vcrbindungstei! zwischen den Bohrungen t und 2 hat einen Durchmesser von 5 mm und eine Länge von 20 mm; der Kühlhalter hat Abmessung von 15x5 mm.

Dieses Ausführungsbeispiel ist zwar in Verbindung mit einem einkristallinen Schichtwachstum beschrieben, doch können für den Fall, daß Mehrschichtenwachstum gewünscht wird, indem das aufeinanderfolgende Wachsen aus der flüssigen Phase verwendet wird, eine Vielzahl von Einschichtenwachstum-Anordnungen nacheinander vorgesehen sein mit den entsprechenden Zwischenräumen, wie dies in den Fig. ID und IE gezeigt ist.

F i g. 3 zeigt ein weiteres Beispiel der Erfindung.

In einem horizontalen Ofen 9 sind die Bohrungen 1 und 2 für höhere und niedrigere Temperatur in vertikaler Richtung zueinander angeordnet, und der obere Teil des Schiffchens 3 wird direkt durch einen Hilfserhitzer 10 erhitzt. Ein Substrat 4 aus monokristaü; nem GaAs ist unterhalb der Bohrung 2 auf dci Tieftemperaturseite angeordnet. Um Wärmeverlust in seitlicher Richtung zu vermeiden und damit die Wärmeleitung in Abwiirtsnchmng zu verbessern, ist das Schiffchen 3 von einer ein Vakuum umschließenden Wärmeisolierung aus Quarz umgeben, die die Randbereiche des Kühlhalters 5 überdeckt. Ein Beschichten der Innenseite des Quarzes mit Silber verhindert in noch stärkerem Maße Warmeverluste nach der Seite. Der Hilfsheizer 10 kann z. B. aus Molybdän bestehen.

Ein derartiges Gerät hat z. B. folgende Abmessungen:

Das Schiffchen 3 hat eine Breite von 25 mm und eine Höhe von 30 mm; die Bohrungen 1 und 2 haben Durchmesser von 15 bzw. 10 mm und eine Länge von 15 mm; der Bohrungsabschnitt zwischen den Bohrungen

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1 und 2 hat einen Durchmesser von 5 mm und eine Länge von 20 mm; der Träger 8 hat eine Höhe von 5 mm.

Der Kühlteil kann ein Vollstab aus Kohlenstoff oder ein Kohlenstoffkühlhalter mit einer in ihn eingebetteten s Wasserleitung oder einer Kühlgasleitung für Wasserstoff sein. Der Kühlhalter 5 und die Gleitplatte aus einem wärmeisolierenden Material können aus einem Stück oder auch getrennt voneinander ausgebildet sein.

Es versteht sich, daß die Abmessungen, Formen und die Anordnung der Bohrungen 1 und 2 entsprechend den Gestaltungswünschen ausgelegt werden.

Die Wachstumsgeschwindigkeit bei der Herstellung von Halbleiterdioden, wie etwa Halbleiterlumineszenzdioden oder dergleichen, die ein Mehrschichtenwachstum erfordern, ist beträchtlich vergrößert, was sich aus der obigen Beschreibung verstehen läßt. Außerdem sind Homogenität und ebene Gestalt der Wachstumsschichten verbessert, so daß Halbleiter mit besonders hohem Wirkungsgrad bei Anwendung der Vorrichtung erhalten werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. 24 OO

   Patentansprüche:

   pn entstehen. Die Vorrichtung wird dⁿerTan sa_men Abkühlung gesteuert.

   j- Tomneratur der Schmelze langsam _b -, der *e Tempenit*^^ ^^ ^^