DE2553479A1 - Einrichtung fuer fluessigphasenepitaxie - Google Patents

Einrichtung fuer fluessigphasenepitaxie

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DE2553479A1
DE2553479A1 DE19752553479 DE2553479A DE2553479A1 DE 2553479 A1 DE2553479 A1 DE 2553479A1 DE 19752553479 DE19752553479 DE 19752553479 DE 2553479 A DE2553479 A DE 2553479A DE 2553479 A1 DE2553479 A1 DE 2553479A1
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DE
Germany
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crystal
substrate crystal
compound semiconductor
melt
substrate
Prior art date
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Pending
Application number
DE19752553479
Other languages
English (en)
Inventor
Wolfgang Ing Grad Gramann
Dietrich Dipl Ing Hoeppner
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B19/00Liquid-phase epitaxial-layer growth
    • C30B19/06Reaction chambers; Boats for supporting the melt; Substrate holders
    • C30B19/068Substrate holders

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Liquid Deposition Of Substances Of Which Semiconductor Devices Are Composed (AREA)

Description

  • "Einrichtung für FlüssiEphasenepitaxieX
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung mit einer in einem Reaktionsgefäß durch eine Schmelze aus einer Verbindungshalbleiter-Stoffkomponente oder einem anderen geeigneten Lösungsmittel in Verbindung stehenden Anordnung mit einem die epitaktisch abzuscheidenden Stoffe enthaltenden Spenderkristall und einem kreisscheibenförmigen Substratkristall für die Flüssigphasenepitaxie einer Verbindungshalbleiterschicht wobei der Substratkristall an seiner Scheibenrandfläche in einer Spange gehaltert und in Rotation um die Scheibenachse versetzt ist.
  • Eine derartige Einrichtung ist bekannt durch "Nuclear Instruments and Methods" 101 (1972), Seiten 39-42 und speziell ausgebildet zur Durchführung der Flüssigphasenepitaxie einer auf einem Substratkristall abgeschiedenen Halbleiterschicht aus GaBß nach dem sogenannten Travelling-Solvent-Verfahren, bei welchem die Lösungsmittelphase eine Gallium-Schmelze ist. Nach diesem Verfahren sind GaAs-Schichten mit einer erwünschten Schichtstärke und hoher Kristallgüte herstellbar zur Verwendung als Gammastrahlungsdetektoren, welche bei Zimmertemperatur ein nur wenig vermindertes spektrales Auflösungsvermögen aufweisen.
  • Bei der Flüssigphasenepitaxie befindet sich das ReaktionsgefäB mit Spenderkristall, Schmelze und Substratkristall in einem in einem Ofen eingestellten Temperaturgefälle, in welchem die herzustellende Schicht durch Abkühlung einer gesättigten Schmelze wächst, wobei die erreichte Schichtstärke durch den Niveauunterschied des Temperaturgefälles bestimmt und begrenzt wird. Die Anwendung des Travelling-Solvent-Verfahrens ermöglicht die Herstellung von GaAs-Schichten mit einer zur Verwendung als Detektorvolumen genügenden Schichtstärke. Bei der Durchführung des Verfahrens ist der kreisscheibenförmige Substratkristall in Rotation um die Scheibenachse versetzt, damit im Reaktionsgefäß horizontale Temperaturschwankungen ausgeglichen werden und sich somit ein gleichmäßiges Kristallwachstum und eine homogene Schichtstärke der abgeschiedenen GaAs-Schicht ergeben. Hierzu trägt auch bei, daß der Ofen das Reaktionsgefäß ganz umschließt und zur Einstellung des Temperaturgefälles parallel der Gefäßachse verschiebbar ist. Ferner wird mittels der Anordnung der Halterungsspange für den Substratkristall das Reinerhalten der Schmelzenoberfläche erleichtert und es wird der Reaktionsraum zwischen Gefäßwand und rotierendem Substratkristall durch den Rezipient der schmelzflüssigen Phase abgeschlossen. Dennoch sind bei dieser Einrichtung während der Herstellung der GaAs-Schicht die Bedingungen für ein stetiges Kristallwachstum, die in einem starken Abhängigkeitsverhältnis z.B. mit der Lage des Temperaturgefälles stehen, noch schwierig festzulegen.
  • Es liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, mit nur einfachen Maßnahmen und ohne die Aufbauweise der Einrichtung zu verändern die Festlegung dieser Bedingungen für die Herstellung einer Verbindungshalbleiterschicht zu verbessern.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale.
  • Um die Haftfähigkeit einer auf dem Substratkristall aufgebrachten Passivierungsschicht zu erhöhen, ist diese Schicht einer Ausbildung der Erfindung gemäß mit Phosphor versetzt und wird beim Aufbringen pyrolitisch gebildet.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Scheibenrandfläche des Substratkristalls mit einer umlaufenden Rille versehen, in welche eine Spange aus Quarz eingreift.
  • Zur Herstellung einer binären oder ternären Verbindungshalbleiterschicht neben GaAs kommen bekannte einkristalline Substrate in Betracht, und zwar die gebräuchlichen binären und ternären Verbindungshalbleiter, bei welchen die erfindungsgemäße Maßnahme generell anwendbar ist, sowie auch Saphire, Silicium und Germanium.
  • Andererseits kommen zur Verwendung als Spenderkristall polykristalline Festkörper in verschiedenen Modifikationen in Betracht, beispielsweise Festkörper, die polykristalline Partikel enthalten, welche gepreßt oder gesintert sind, sowie auch Festkörper, die außerdem noch Dotierungsstoffe enthalten, welche in der Schmelze gelöst und in der Verbindungshalbleiterschicht ebenfalls epitaxial abgeschieden werden.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachstehend beschrieben. Anhand des Ausführungsbeispiels wird die Erfindung, soweit sich diese auf eine Einrichtung für Schmelzphasenepitaxie bezieht, sowie die weiteren Ausbildungen der Erfindung näher erläutert. Die erfindungsgemäße Einrichtung ist unabhängig von der Art und der stofflichen Zusammensetzung der damit herzustellenden Verbindungshalbleiterschicht zu sehen und - nun abhängig hiervon - auch von der Art und der stofflichen Zusammensetzung eines Substratkristalls sowie eines Spenderkristalls.
  • Die Zeichnung zeigt die wesentlichen Bestandteile der erfindungsgemäßen Einrichtung. Diese enthält ein Reaktionsgefäß 1 mit einem Hohlzylinder 11, beispielsweise aus Graphit oder aus einer glasartigen Kohle, und einem den Hohlzylinder einseitig abschließenden Zylinderkolben 12 aus z.B. Graphit mit einem runden Anschlagflansch 121 und mit einem längs der Gefäßachse eingebrachten Zuführkanal 122 für ein nicht dargestelltes Thermoelement. Auf der Stirnfläche des Kolbens 12, welche den Gefäßboden bildet, befindet sich ein polykristalliner Spenderkristall 2.
  • Dieser enthält die Stoffkomponenten der herzustellenden Schicht eines z.B. binären Verbindungshalbleiters, beispielsweise Arsen und Gallium. In dem Hohlzylinder 11 des Reaktionsgefäßes 1 befindet sich eine Schmelze 3, beispielsweise eine Gallium- oder Zinnschmelze. Durch die Schmelze 3 steht ein den Hohlzylinder 11 andererseits nahezu abschließender kreisscheibenförmiger Substratkristall 4 mit dem Spenderkristall in Verbindung. Der Substratkristall kann ein binärer Verbindungshalbleiter sein, mit einer Stoffkomponente der an der mit der Schmelze 3 in Verbindung stehenden Hauptfläche des Substratkristalls 4 abzuscheidenden und herzustellenden Schicht 5 eines Verbindungshalbleiters, wie beispielsweise wiederum GaAs . Das Reaktionsgefäß 1 ist über einem Teil seiner Länge von einem nicht dargestellten Ofen umschlossen, mit welchem ein vom Spenderkristall zum Substratkristall gerichtetes Temperaturgefälle 7 (etwa wie neben der Zeichnungsfigur dargestellt) einstellbar ist, und zwar so, daß die Schmelze 3 unter dem Substratkristall 4 gesättigt ist. In dem Temperaturgefälle scheiden sich die in der Schmelze 3 homogen enthaltenen Stoffe an der Hauptfläche 41 des Kristalls 4 ab. Gleichzeitig wandern die im Spenderkristall 2 enthaltenen Stoffe durch die Schmelze und scheiden sich ebenfalls an der Hauptfläche 41 des Substratkristalls 4 ab. An dieser Hauptfläche bildet sich eine epitaxial wachsende Verbindungshalbleiterschicht 5 aus.
  • Der Substratkristall 4 ist so vorbereitet, daß die Hauptfläche 41 in einer langsam wachsenden Eristallisationsebene liegt, da diese für das flächenhafte Schichtwachstum günstig ist. Zur Rekristallisation einer dicken GaAS-Schicht 5 aus einer Ga-Schmelze 3 werden beispielsweise (100) oder (111) B-Ebenen benutzt. Um an der Hauptfläche 41 örtliche Temperaturunterschiede auszugleichen wie auch zur Erzeugung gleichmäßigen Schichtwachstums ist der Substratkristall 4 in Rotation um seine Scheibenachse versetzt.
  • Dies geschieht mittels einer Spange 6 aus Quarz, mit welcher der Kristall 4 an seiner Randfläche 42 gehaltert ist.
  • In der Randfläche ist eine umlaufende Rille 421 eingebracht, in welche die Spange 6 eingreift. Infolge der Benetzbarkeit des Kristalls 4 kriecht die gesättigte Schmelze 3 an die Randfläche 42, an welcher das Schichtwachstum jedoch schneller vor sich geht als an der Hauptfläche 41, so daß praktisch nur noch diese Randfläche bewachsen wird aber nicht mehr die Hauptfläche. Durch die Rotation des Kristalls 4 wird überdies die durch Abscheidung an der Randfläche verarmte, åa untersättigte Schmelze an die wärmere Hauptfläche 41 gerührt, wo eine noch dünne Schicht 5 bei der Wiedereinstellung des SättlgungsgleichgewEhts von der Schmelze angelöst wird.
  • Die Rotation und der thermische Auftrieb führen die an der Hauptfläche wiedergesättigte Schmelze an die Randfläche zurück, so daß bei geringem Materialtransport vom Spenderkristall her,.Material überwiegend von der Hauptfläche zur Randfläche gelangt und dort ein starkes Schichtwachstum zur Folge hat.
  • Dieser unerwünschte Vorgang wird am Zustandekommen gehindert, indem zumindest die Randfläche 42 aber nicht die Hauptfläche des Kristalls 4 mit einer Passivierungsschicht 43 aus SiO2 oder aus Si 3N4 versehen wird. Durch diese Maßnahme wird an der Hauptfläche ein Wachstum einer Verbindungshalbleiterschicht 5 mit hoher Wachstumsrate ermöglicht, aber eine stetig gewachsene gleichmäßige dicke Schicht erhalten. Diese Passivierungsschicht wird vor der Durchführung der Schmelzphasenepitaxie aufgebracht, beispielsweise kann sie pyrolitisch und mit Phosphor versetzt ausgebildet werden, wodurch die Schicht 43 eine gute Haftfähigkeit auf dem Kristall 4 erhält.

Claims (5)

  1. Patentansprüche 1. Einrichtung mit einer in einem Reaktionsgefäß durch eine Schmelze aus einer Verbindungshalbleiter-Stoffkomponente oder einem anderen geeigneten Lösungsmittel in Verbindung stehenden Anordnung mit einem die epitaktisch abzuscheidenden Stoffe enthaltenden Spenderkristall und einem kreisscheibenförmigen Substratkristall für die Flüssigphasenepitaxie einer Verbindungshalbleiterschicht, wobei der Substratkristall an seiner Scheibenrandfläche in einer Spange gehaltert und in Rotation um die Scheibenachse versetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibenhauptfläche (41) des Substratkristalls (4) in einer Kristallisationsebene mit langsamem Wachstum der Verbindungshalbleiterschicht (5) liegt und der Schmelze (3) ausgesetzt ist, während zumindest die ScheibenrandSläche (42) des Substratkristalls mit einer Passivierungsschicht (43) aus SiO2 oder aus Si3N4 versehen ist.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Substratkristall (4) und die rekristallisierte Verbindungshalbleiterschicht (5) binäre und/oder ternäre Verbindungshalbleiter sind.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spenderkristall (2) ein an sich polykristalliner oder polykristalline Partikel enthaltender, gepreßter oder gesinterter Festkörper ist.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Passivierungsschicht (43) mit Phosphor versetzt und auf dem Substratkristall (4) pyrolitisch ausgebildet ist.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibenrandfläche (42) des Substratkristalls (4) mit einer umlaufenden Rille (421) versehen ist, in welche ein Spange (6) aus Quarz eingreift.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0515236A1 (de) * 1991-05-15 1992-11-25 Automobiles Peugeot Biegsames Organ für Kraftübertragung

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EP0515236A1 (de) * 1991-05-15 1992-11-25 Automobiles Peugeot Biegsames Organ für Kraftübertragung

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