DE2556928B2

DE2556928B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Züchten einer epitaktischen Halbleiterschicht in flüssiger Phase

Info

Publication number: DE2556928B2
Application number: DE2556928A
Authority: DE
Inventors: Yoshiji Tokio Horikoshi
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1974-12-20
Filing date: 1975-12-17
Publication date: 1978-06-22
Also published as: DE2556928A1; FR2295565B1; JPS5171882A; DE2556928C3; JPS5248949B2; NL166074C; FR2295565A1; NL7514816A; NL166074B; US4013040A; GB1495310A; CA1036272A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Züchten einer mehrlagigen epitaktisehen Halbleiterschicht in flüssiger Phase auf der Oberfläche eines kristallinen Substrats durch Aufbringen verschiedener Arten von Flüssigphasen-Aufwachslösungen auf die Substratoberfläche, welche aus der DE-OS 2338244 zum Beispiel bereits bekannt sind.

Die bisher für die Herstellung einer mehrlagigen epitaktischen Halbleiterschicht durch Aufwachsen in flüssiger Phase aus einer Reihe von Metallen der Gruppen III bis V, wie Gas und AIjGa₁^As, eingesetzten Verfahren umfassen das Nelsonsche Verfahren, das Schiebeschiffchen- und das Schiffchenrotationsverfahren. Diese Verfahren beruhen sämtlich auf dem Prinzip der intermittierenden Bewegung oder

Verschiebung einer Anzahl von Behältern mit unterschiedlichen Arten von epitaktischen Aufwachslösungen jeweils einer vorgeschriebenen Zusammensetzung, wobei diese Lösungen nacheinander mit der Oberfläche eines kristallinen Substrat", in Berührung gebracht werden. Ein Beispiel für diese bisher angewandten Verfahren findet sich z.B. in einem Bericht von B.I. Miller u.a. in »Journal of Applied Physics«, Band 43, Nr. 6, Juni 1972. Bei dem in dieser Veröffentlichung vorgeschlagenen Verfahren handelt es sich um das Schiebeschiffchenverfahren. Dieses Verfahren ist im folgenden anhand von Fig. 1 näher erläutert. Fig. 1 zeigt einen Teillängsschnitt durch eine bisher verwendete Flüssigphasenvorrichtung zum Aufwachsen einer epitaktischen Schicht. Ein kristallines Substrat 6 wird dabei in eine Substratöffnung 5 in der Oberseite eines Substratträgers 2 eingelegt. Auf dieser Oberfläche ist unter Abdichtung ein waagerecht verschiebbarer Lösungsbehälter-Halter 1 montiert, der eine Anzahl von Lösungsbehältern 3 a, 3 b, 3c, 3d enthält, die unten offen und mit Lösungen 4a, Ab, Ac bzw. Ad gefüllt sind. Auf die Oberseite des Halters list eine Halte- oder Deckplatte 7 aufgesetzt, so daß der Halter (unter der Platte) verschiebbar ist, und diese Deckplatte ist außerdem am Substratträger 2 mittels Wolframdrähten 8 befestigt.

Wenn eine epitaktische mehrlagige Halbleiterschicht in flüssiger Phase mittels der Vorrichtung gemäß Fig. 1 gezüchtet werden soll, wird die Vorrichtung auf einer vorgestimmten Temperatur gehalten und mit einem reduzierenden Gas oder einem Inertgas gefüllt. Wenn eine mehrlagige Flüssigphasen-Aufwachsscheibe bzw. ein -plättchen angefertigt wird, wird der Halter 1 intermittierend gemäß Fig. 1 von rechts nach links bewegt, um die Lösungen Aa-Ad nacheinander mit dem kristallinen Substrat in Berührung zu bringen.

Aus der Deutschen Offenlegungsschrift 2338244 ist ein Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtig aufgebauten Halbleiter-Bauelementes mit epitaktischen Aufwachsschichten bekannt, wobei die epitaktischen Schichten durch zeitlich hintereinander erfolgendes Inberührung bringen der Trägerschicht mit mindestens zwei unterschiedlich zusammengesetzten und in flüssiger Phase vorliegenden Halbleitermassen abgeschieden werden.

Um zu verhindern, 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, wird gemäß diesem bekannten Verfahren mindestens die zeitlich zuerst abgeschiedene epitaktische Schicht vor dem Aufbringen der nächsten Aufwachsschicht mit einer Lösung kontaktiert, welche unerwünschte Komponenten aus der epitaktischen Schicht herauslöst. Die Vorrichtung zur Durchführung dieses bekannten Verfahrens besteht aus den bereits erwähnten, über der Substratoberfläche verschiebbaren Schiffchen, welches mehrere nebeneinander angeordnete und gegeneinander isolierte Lösungsbehälter mit den verschiedenen Aufwachslösungen und mit der genannten bestimmten Lösung enthält, die zeitlich nacheinander durch Verschieben des Schiffchens mit dem Substrat zur Bildung der mehrschichtigen epitaktischen Halbleiterschicht bzw. zum Herauslösen der unerwünschten Komponenten in Berührung gebracht werden.

Dem vorstehend umrissenen Verfahren haften jedoch zwei Nachteile an. Der erste Nachteil besteht darin, daß dann, wenn mittels verschiedener Lösungen epitaktische Schichten in flüssiger Phase nacheinander gezüchtet werden, der Lösungsbehälter-Halter 1 intermittierend bewegt wird, um mit seiner Bodenplatte die Überschußmenge der jeweils vorhergehenden, auf das Substrat aufgetragenen Lösung abzustreifen, wodurch Kratzer in der gezüchteten Schicht entstehen. Insbesondere bei einem lichtemittierenden Aufwachsplättchen hat das Vorhandensein solcher, wenn auch nur kleiner Kratzer eine entscheidende Beeinträchtigung der wirksamen Lebensdauer und anderer Eigenschaften der hergestellten Vorrichtung zur Folge. Der zweite Nachteil besteht darin, daß dann, wenn die Aufwachslösungen nacheinander mit dem Substrat in Berührung der mehrlagigen Halbleiterschicht einem Inert- oder Reduktionsgas ausgesetzt wird, das - obgleich gereinigt - immer noch winzige Mengen an Verunreinigungen, z.B. Sauerstoff, enthält, so daß die, wenn auch nur kurzzeitige, Einwirkung dieses unreinen Inert- oder Reduktionsgases auf die Aufwachskomponenten zu verschiedenen Fehlern oder Mängeln in den Grenzflächen zwischen den mehrlagigen Aufwachskomponenten führt. Wenn daher ein Element, wie ein Halbleiter-Laser, aus einem solchen epitaktischen Plättchen geschnitten wird, wird das Ausbringen an Elementen verringert und die Lebensdauer erheblich beeinträchtigt.

Bekanntlich werden die Eigenschaften und die Be-

jo triebslebensdauer von z.B. Halbleiter-Lasern oder lichtemittierenden Dioden durch den Zustand eines Hetero-Übergangs sehr stark beeinflußt. Beim vorstehend beschriebenen FIüssigphasen-Aufwachsverfahren ergeben sich jedoch Schwierigkeiten durch das Entstehen von kleinsten Kratzern auf jeder auf dem kristallinen Substrat abgelagerten Aufwachskomponente, wenn der Überschußanteil dieser Komponente mittels der Bodenplatte des Lösungsbehälter-Halters bzw. Schiffchens abgestreift wird; außerdem kann da-

<io bei nicht verhindert werden, daß die Oberfläche jeder dieser Komponenten einem umgebenden, verunreinigten Inert- oder Reduktionsgas ausgesetzt wird, was das Auftreten von Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche zur Folge hat.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Züchten einer mehrlagigen epitaktischen Halbleiterschicht in flüssiger Phase auf der Oberfläche eines kristallinen Substrats zu schaffen, gemäß welchem bzw.

so durch die die Entstehung von Kratzern in den jeweiligen epitaktischen Schichten unterdrückt und der Einfluß der umgebenden Gasatmosphäre verhindert wird. Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der mechanische Abstreifvorgang, der bei den bekannten Verfahren bzw. Vorrichtungen zur Anwendung gelangt, nicht mehr durchgeführt.

Besonders vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 4.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens n^ch dem Oberbegriff des Anspruchs 5.

_h5 Die erfindungsgemäße Vorrichtung kennzeichnet sich durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 5 genannten Merkmale.

Weitere Ausgestaltungen und vorteilhafte Ausfüh-

rungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Ansprüchen 6 bis 12.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Schiffchen, wie es bei einer Flüssigphasen-Aufwachsvorrichtung nach dem Stand der Technik verwendet wird,

Fig. 2 bis 7 Längsschnitte durch ein Schiffchen zur Veranschaulichung der aufeinanderfolgenden Schritte des erfindungsgemäßen Aufwachsverfahrens,

Fig. 8 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Teilschnitt gemäß Anspruch 5,

Fig. 9 und 10 Schnitte längs der Linie IX-IX in Fig. 8,

Fig. 11 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung eines Hauptteils eines Schiffchens gemäß Anspruch 5,

Fig. 12 eine perspektivische Darstellung einer Lösungsbehälter-Halteplatte, welche die Unterseite eines Lösungsbehälters zeigt,

Fig. 13 eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen elektrischem Strom und dem Lichtausgang bei Halbleiter-Lasern, die aus einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Halbleiterplättchen geschnitten worden sind,

Fig. 14 eine graphische Darstellung der Strom/ Lichtausgang-Kennlinie bei Halbleiter-Lasern, die aus einem nach dem bisher verwendeten Verfahren erhaltenen Halbleiterplättchen geschnitten worden sind,

Fig. 15 eine Aufsicht auf Halbleiter-Laserpellets oder -plättchen zur Darstellung derjenigen Abschnitte, die für die Bestimmung der Eigenschaften gemäß den Fig. 13 und 14 benutzt wurden,

Fig. 16 und 17 schematische Darstellungen des Oberflächenzustands von epitaktischen bzw. Aufwachsschichten, die nach dem bisher angewandten Verfahren bzw. nach dem neuen Verfahren hergestellt wurden, und

Fig. 18 und 19 die Mengen an chemischen Komponenten in den einzelnen Lagern einer nach dem Verfahren hergestellten epitaktischen Laminatschicht bzw. des Mengenanteils von Aluminium, das eine chemische Komponente dieses Bestandteils bildet.

Im folgenden ist anhand der Fig. 2 bis 12 eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch ein Schiffchen vor Einleitung des Aufwachsverfahrens. Dabei ist ein Lösungsbehälter-Halter 11 vorgesehen, in welchem in linearer Anordnung mehrere Lösungsbehälter 12a bis 12/ vorgesehen sind, die an Ober- und Unterseite jeweils offen sind. Der Halter 11 ist dicht bzw. eng anliegend an einer Lösungsbehälter-Halteplatte 13 unter Ermöglichung einer Gleitbewegung zwischen beiden Teilen montiert. Die Haitcplatte 13 ist gemäß Fig. 11 mit einem Lösungsbehälter bzw. einer -wanne 16 versehen, der bzw. die einen Einlaß 14 und einen Auslaß 15 aufweist und unterscitig offen ist. Sowohl Einlaß 14 als auch Auslaß 15 bestehen gemäß Fig. 9 oder 11 jeweils aus einer Vielzahl kleiner, linear angeordneter öffnungen mit einem Durchmesser von 0,5-1,0 mm. Die Haltcplatte 13 ist in enger Anlage auf einen Substrathalter 17 aufgesetzt, so daß sie letzterem gegenüber verschiebbar ist. In die Oberseite des Substrathaltcrs 17 ist eine Vertiefung 18 eingestochen (Fig. 8 oder 11), die auf ilen Lösungsbehälter 16 ausgerichtet ist. Die im Halter 11 vorgesehenen Lösungs behälter 12a-12/sind mit Lösungen 19a-19/gefüllt die unterschiedliche, vorbestimmte Zusammenset zungen besitzen. In die Lösungen 19a-19/sind Stöße 20a-20/ eingeführt, welche die Lösungsbehälte: 12fl-12/ oberseitig verschließen und welche an dei Innenwänden dieser Behälter zu gleiten vermögen Gemäß Fig. 2 oder 11 besitzt jeder Stößel 200-2Oj eine sich verjüngende bzw. schräge Oberseite. Eir

ίο Keil 21, der ebenfalls mit einer den Schrägabschnitter der einzelnen Stößel zugewandten Schrägfläche versehen ist, ist am Halter 11 verschiebbar geführt. Wenr der Keil 21 gemäß Fig. 2 nach links verschoben wird kommt ihre Schrägfläche 21a in Anlage gegen der Schrägabschnitt der Stößel 20e-20/, so daß letzten nacheinander nach unten gedrückt werden. Die An Ordnung aus dem Halter 11, der Halteplatte 13, den Substrathalter 17, den Stößeln 20a-20/und dem Kei 21 ist an Ober- und Unterseite durch Trag- oder Füh rungsplatten 22 bzw. 23 verschiebbar geführt.

Der Substrathalter 17 ist nach links verschiebbar wenn eine Schubstange 24 gegen einen am einen End* des Substrathalters 17 ausgebildeten Ansatz ange preßt wird. Der Keil 21 ist auf ähnliche Weise ver schiebbar, indem eine andere Schubstange 25 gegei ein abstehendes bzw. Ansatzende 21a des Keils 21 angedrückt wird. Am einen Ende der Halteplatte 1; ist ebenfalls ein Ansatz bzw. Steg 13a ausgebildet Wenn der Substrathalter 17 nach links verschobei wird, kommt der Ansatz 17a in Anlage gegen dei Unterteil des Ansatzes 13a der Halteplatte 13, wo durch Substrathalter 17 und Halteplatte 13 gemein sam nach links verschoben werden und hierdurch du Ausrichtung des Lösungsbehälters 16 auf die Vertie fung 18 aufrechterhalten wird. Wenn der Keil 21 nacl links verschoben wird, während ihr Ansatz 21a mi dem Ansatz 13 a der Halteplatte 13 in Berührunj steht, bewegen sich die Halteplatte und Keil 21 ge meinsam nach links, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist, ge

<io maß welcher die letzte Lösung durch die Rück- bzw Unterseite der Platte 13 abgestreift wird. Bei 26 is ein flacher, langgestreckter Überschußlösungsbehäl ter angedeutet, der in der Oberseite der Halteplatti 13 ausgebildet ist und dessen eines Ende mit den Auslaß 15 des Lösungsbehälters bzw. -wanne 16 ii Verbindung steht.

Bei Durchführung des Aufwachsverfahrens mittel der vorstehend beschriebenen Vorrichtung werdei die jeweils eine vorbestimmte Zusammensetzung be sitzenden Lösungen 19a-19/ in die Lösungsbehälte 12-12/eingefüllt, und ein kristallines Substrat 27 win in die Vertiefung bzw. Ausnehmung 18 eingelegt worauf die gesamte Vorrichtung in ein Gas einer vor bestimmten Art verbracht und auf vorgeschriebene Temperaturgehaltenwird.Fig. 2 veranschaulicht dei Zustand des Schiffchens bei der Vorrichtung vor den Aufwachs einer epitaktischen Schicht. Gemäß Fig.'. sind die das kristalline Substrat enthaltende Substrat vertiefung 18 und der Lösungsbehälter 16 aufeinande

„ο ausgerichtet. Der Einlaß 14 des Lösungsbehälters Ii ist jedoch durch die Bodenplatte des einen Endab Schnitts 11a des Lösungsbehälter-Halters 11 ver schlossen. Wenn die Schubstange 24 den Substrathai ter 17 nach links verschiebt, wird die Lösungsbehäl

b<5 ter-Halteplatte 13 durch den Ansatz 17a de Substrathalters 17 ebenfalls nach links mitgenommer wodurch die Ausrichtung des Lösungsbehälters 16 au die Vertiefung 18 aufrechterhalten wird und der Ein

laß 14 des Lösungsbehälters 16 z.B. mit einem Lösungsbehälter 12a (Fig. 3) in Verbindung gelangt. Wenn unter diesen Bedingungen der Keil 21 durch die Schubstange 25 nach links verschoben wird, wird beispielsweise der Stößel 20a gemäß Fig. 4 oder 8 längs der Innenwand des zugeordneten Lösungsbehälters 12« abwärts gedrängt, so daß die betreffende Lösung 19a zwangsweise über den Einlaß 14 in den Lösungsbehälter 16 und ebenfalls auf das Substrat 27 ausgepreßt wird. Der Überschußanteil der auf der Oberfläche des Substrates 27 gezüchteten Lösung 19 β fließt unter dem Druck der nachfolgenden Lösung 19b, die mittels der Druckeinrichtung unter Druck eingepreßt wird, über den Auslaß 15 in den Überschußlösungsbehälter 26. Da hierbei das Einspritzen der Lösung 19a abgeschlossen ist, bevor der Ansatz 21a mit dem Ansatz 13c in Berührung gelangt, wird die Berührung zwischen dem Ansatz 13a und dem Ansatz 17 a während der Verschiebung der Betätigungsplatte aufrechterhalten, so daß die Vertiefung 18 und der Lösungsbehälter 16 in Überlappung miteinander gehalten werden. In diesem Zustand wird die Lösung 19a bei Temperaturverringerung auf einen bestimmten Wert während einer vorbestimmten Zeitspanne auf dem Substrat belassen, wobei eine erste Komponente einer mehrlagigen epitaktischen bzw. Aufwachsschicht gezüchtet wird. Wenn das Aufwachsen nahezu abgeschlossen ist, werden der Substrathalter 17 und die Halteplatte 13 durch die Schubstange 24 nach links verschoben, um den Einlaß 14 des Lösungsbehälters 16 gemäß Fig. 5 praktisch in die Mitte des Lösungsbehälters 12b zu bringen. Daraufhin wird der Keil 21 durch die Schubstange 25 nach links verschoben, wodurch der Stößel 20 b nach unten gedrückt und dabei die Lösung 19 b aus dem betreffenden Lösungsbehälter 12 b über den Einlaß 14 in den Lösungsbehälter 16 eingepreßt wird. Vor diesem Zeitpunkt ist das Aufwachsen der ersten Lösung 19a im Lösungsbehälter 16 bereits zu Ende geführt worden. Beim zwangsweisen Einströmen der zweiten, frischen Lösung 19 b wird der überschüssige Anteil der vorhergehenden Lösung 19 a über den Auslaß 15 des Lösungsbehälters 16 in den Überschußlösungsbehälter

26 (Fig. 6) ausgepreßt. Infolgedessen ist der Lösungsbehälter 16 nunmehr mit der auf der Oberseite der vorher mittels der Lösung 19a gezüchteten epitaktischen Schicht befindlichen zweiten Lösung 19 b gefüllt. Durch Wiederholung der vorstehend erläuterten Arbeitsgänge wird eine bestimmte mehrlagige epitaktische Halbleiterschicht in flüssiger Phase gezüchtet. Die Ausrichtung zwischen der Vertiefung 18 und dem Lösungsbehälter 16 wird bis zum Abschluß des endgültigen Aufwachsschritts aufrechterhalten. Nach Beendigung der Herstellung der mehrlagigen Schicht wird das mit der letzten Lösung 12/ bedeckte kristalline Substrat 27 aus der Vorrichtung entnommen. Wenn die letzte Lösungsschicht 12/ eine hochpolierte Oberfläche besitzen soll, wird die Lösungsbehälter-Halteplatte 13 mittels der Schubstange 25 weiter nach links verschoben, um sie vom Substrat

27 zu trennen, wobei die Übereinstimmung zwischen dem Lösungsbehälter 16 und der Vertiefung 18 aufgehoben wird. Die Oberfläche der letzten Lösungsschicht 12/ wird dann durch leichtes Wischen oder Polieren mit Hilfe mechanischer Mittel geglättet.

Die Fig. 13 bis 15 veranschaulichen die Eigenschaften von Halbleiter-Laserpellets, die einmal aus dem hergestellten epitaktischen Plättchen und zum anderen aus dem herkömmlichen Schiebeschiffchen-Verfahren hergestellten Plättchen gewonnen wurden. Fig. 15 zeigt bei 28 eine Teilaufsicht auf ein epitaktisches Plättchen. Dabei wurden Messungen der Lichtemissionseigenschaft der neuen und der herkömmlichen Halbleiter-Laserpellets durchgeführt, die von willkürlich gewählten Abschnitten 1-5 des Plättchens ausgeschnitten wurden. Fig. 13 gibt die

ίο Lichtemissionseigenschaft der Halbleiter-Laserpellets an, die aus dem nach diesem Verfahren hergestellten Plättchen ausgeschnitten wurden. Gemäß Fig. 13 zeigen die nach diesem Verfahren gewonnenen Laserpellets einen hohen, jeweils praktisch gleichen Wirkungsgrad. Im Vergleich dazu zeigt Fig. 14 die gemessenen Lichtemissionseigenschaften von Halbleiter-Laserpellets, die aus einem nach dem bekannten Verfahren hergestellten epitaktischen Plättchen ausgeschnitten wurden. Dabei ist ersichtlich, daß zahlreiche der Laserpellets einen niedrigeren Wirkungsgrad besaßen, während sie gleichzeitig mit einer wesentlich niedrigeren Ausbeute als beim neuen Verfahren hergestellt werden konnten.

Die Fig. 16 und 17 veranschaulichen den Unterschied zwischen epitaktischen Plättchen, die einmal von einer nach dem neuen Verfahren in flüssiger Phase gezüchteten, mehrlagigen Halbleiterschicht und zum anderen von einer nach dem bekannten Schiebeschiffchen-Verfahren hergestellten Schicht gewonnen wurden. Die einzelnen Lagen beider Arten dieser mehrlagigen Schichten sind in abgestufter Form nach selektivem Ätzen dargestellt. Der Abschnitt A in Fig. 16 und 17 stellt einen Schnitt durch die mehrlagige Schicht dar, während der Abschnitt B die entsprechende Aufsicht darstellt. Fig. 16 zeigt dabei die nach dem bisher angewandten Verfahren hergestellte epitaktische Schicht. Wie im Abschnitt B von Fig. 16 dargestellt, zeigt die Oberflächenmorphologie einer nach dem bekannten Verfahren gezüchteten mehrlagigen epitaktischen Schicht streifenförmige Muster, in Form einer Vielzahl von Linien a, die in jedem Stufenabschnitt in unterschiedliche Richtungen verlaufen. Infolgedessen treten in den einzelnen Stufenabschnitten jeweils zahlreiche Kreuzungspunkte der Streifen auf. Bekanntlich gehen einige der sogenannten Dunkellinien von den Kreuzungspunkten der Streifen aus. Obgleich der Grund für das Auftreten dieser Dunkellinien noch nicht voll geklärt ist, wird angenommen, daß die Kreuzungspunkte der Streifen eine der Ursachen für die schnellere Verschlechterung eines Halbleiter-Lasers darstellen. Dagegen zeigt die Aufsicht auf eine mehrlagige, epitaktische Schicht gemäß Fig. 17 Streifenmuster aus einer Vielzahl von Linien α, die in jedem Stufenabschnitt praktisch in die gleiche Richtung verlaufen, so daß die Linien einander benachbarter Stufenabschnitte praktisch ineinander übergehen, wodurch das Auftreten von Kreuzungspunkten der einzelnen Linien, wie dies bei Fig. 16 der Fall ist, vermieden wird. Hieraus ist verständlich,

bo daß eine nach dem neuen Verfahren gezüchtete laminierte Halbleiterschicht eine erheblich längere Betriebslebejisdauer besitzt als das nach dem bekannten Verfahren hergestellte Produkt.

Beim neuen Verfahren, bei dem der überschüssige

b5 Anteil jeder vorhergehenden epitaktischen bzw. Aufwachslösung, die nacheinander auf das kristalline Substrat aufgebracht werden, durch die jeweils nachfolgende Lösung abgestreift bzw. verdrängt wird, wel-

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ehe zwangsweise in den Lösungsbehälter 16 eingeleitet wird, könnte eine Verunreinigung zwischen der vorhergehenden Lösung und der nachfolgenden Lösung befürchtet werden. Eine Einstellung der Tiefe des Lösungsbehälters 16 auf einen Wert von z. B. weniger als 1,5 mm ermöglicht jedoch einen nahezu vollständigen Austausch zwischen den aneinander anschließenden Lösungen, so daß sich keinerlei praktische Probleme ergeben. Weiterhin zeigt eine nach dem neuen Verfahren hergestellte mehrlagige Halbleiterschicht keinen scharf abgestuften HeteroÜbergang wie bei dem nach dem bisher angewandten Verfahren erhaltenen Produkt, während ein Zentrieren bzw. Lokalisieren von Spannungen lediglich an den Grenzschichten der aneinander angrenzenden Komponenten einer solchen epitaktischen Schicht verhindert wird, so daß sich ein großer Vorteil bezüglich der Verlängerung der Betriebslebensdauer beispielsweise eines Halbleiter-Lasers oder einer lichtemittierenden Diode bietet.

Fig. 18 veranschaulicht den Mengenanteil an Aluminium, das einen Bestandteil dieser epitaktischen Schicht darstellt. Die Messung der Mengenanteile an diesen Komponenten wurde in der Weise vorgenommen, daß das doppelheterogene Plättchen unter einem Winkel von 1° angeschliffen und der Mengenanteil an Aluminiumkomponente mittels eines Röntgenstrahlen-Mikroanalysiergeräts durch Abtastung von Elektronenstrahlen bestimmt wurde, die unter einem rechten Winkel zur Oberfläche einer solchen epitaktischen Halbleiterschicht emittiert wurden. Die Fig. 18 zeigt, daß die Vermischung zwischen den einander benachbarten Aufwachslösungen keine ernstlichen Schwierigkeiten aufwirft. Zur möglichst weitgehenden Verhinderung einer Verunreinigung zwischen diesen aneinander angrenzenden Aufwachslösungen empfiehlt es sich, erforderlichenfalls zwei oder mehr einander benachbarte Behälter mit Aufwachslösung jeweils der gleichen Zusammensetzung zu füllen, so daß der überschüssige Anteil jeder vorhergehenden, bereits auf das Kristallsubstrat aufgetragenen Lösung effektiv weggespült wird, ober das Fassungsvermögen jedes Lösungsbehälters in solchem Ausmaß zu vergrößern, daß der überschüssige Anteil der jeweils vorhergehenden, auf das Substrat aufgebrachten Lösung vollständig weggespült wird. Fig. 19 veranschaulicht die Änderungen der Komponentenmengen eines doppelheterogenen Plättchens, das dadurch hergestellt wurde, daß nicht nur eine Aufwachslösung, sondern eine andere, unterschiedliche Lösung zum Abwaschen der Oberfläche des Plättchens auf beiden Seiten seines aktiven Übergangs verwendet wurde, wobei die Messung dieser Änderungen auf die gleiche

ίο Weise erfolgt wie in Fig. 18. Fig. 19 zeigt, daß die Mengen der chemischen Bestandteile des genannten Plättchens stärker variieren als in Fig. 18, jedoch im gleichen Ausmaß wie beim herkömmlichen Schiebeschiffchen-Verfahren.

Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf eine Ausführungsform, bei welcher der Einlaß 14 und der Auslaß 15 am Oberteil des Lösungsbehälters 16 jeweils aus zahlreichen kleinen, auf einer geraden Linie angeordneten öffnungen bzw. Bohrungen bestehen.

Es können jedoch sowohl Einlaß 14 als auch Auslaß 15 gemäß Fig. 10 als Schlitze ausgebildet sein. Die kleinen Bohrungen besitzen dabei einen Durchmesser von etwa 0,5-1,0 mm, während die Schlitze vorzugsweise eine Breite von ebenfalls etwa 0,5-1,0 mm besitzen.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung besitzt folgende Vorteile:

1. Der Überschußanteil jeder vorhergehenden, auf die Oberfläche eines kristallinen Substrats auf-

JO gebrachten epitaktischen bzw. Aufwachslösung wird durch den Druck der jeweils nachfolgenden, unter Druck eingeleiteten Lösung aus einem Lösungsbehälter ausgetrieben.

2. Die einzelnen Bestandteile einer mehrlagigen J₅ epitaktischen Schicht werden daher während des gesamten Aufwachszyklus der mehrlagigen Halbleiterschicht nicht von einer umgehenden gasförmigen Atmosphäre beeinflußt, während sie auf der Oberfläche des kristallinen Substrats abgelagert werden.

3. Durch Einstellung der Tiefe des Lösungsbehälters 16 kann wirksam eine Vermischung zwischen den aufeinanderfolgenden Aufwachslösungen verhindert werden.

Hierzu 10 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Züchten einer mehrlagigen epitaktischen Halbleiterschicht in flüssiger Phase auf der Oberfläche eines kristallinen Substrats durch Aufbringen verschiedener Arten von Flüssigphasen-Aufwachslösungen auf die Substratoberfläche, dadurch gekennzeichnet,daß jeweils die vorhergehende Aufwachslösung, die auf der Oberfläche des kristallinen Substrats aufgebracht worden ist, durch die jeweils nachfolgende Aufwachslösung zum Austausch zwischen diesen aufeinanderfolgenden Aufwachslösungen von der Substratoberfläche verdrängt wird und daß dieser Vorgang zum Aufwachsen einer mehrlagigen Halbleiterschicht wiederholt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Austausch zwischen der vorhergehenden und der nachfolgenden Aufwachslösung dadurch erfolgt, daß die nachfolgende Lösung unter Druck über eine Vielzahl kleiner öffnungen in den einen Endabschnitt einer mit der vorhergehenden Lösung gefüllten Lösungswanne eingepreßt und der Überschußanteil der vorhergehenden Lösung über den anderen Endabschnitt der Lösungswanne ausgetrieben wird, nachdem die vorhergehende Lösung auf die Oberfläche des kristallinen Substrats aufgebracht worden ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Austausch zwischen den beiden Lösungen dadurch erfolgt, daß die nachfolgende Lösung zweimal oder öfter nacheinander eingeführt wird, so daß der Überschußanteil der vorhergehenden, auf die Oberfläche des kristallinen Substrats aufgebrachten Lösung wirksam ausgetrieben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Abschluß der Ablagerung aller Bestandteile einer mehrlagigen epitaktischen Halbleiterschicht der Überschußantei! der zuletzt aufgebrachten Lage zur Gewährleistung einer blanken oder hochpolierten Oberflächengüte in der Weise weggewicht oder abgestreift wird, daß die Bodenplatte des Substrathalters in enger Anlage an der Oberfläche der zuletzt abgelagerten Lage verschoben wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem über der Substratoberfläche verschiebbaren Schiffchen, welches mehrere nebeneinander angeordnete und gegeneinander isolierte Lösungsbehälter mit den verschiedenen Aufwachslösungen enthält, die zeitlich nacheinander durch Verschieben des Schiffchens mit dem Substrat zur Bildung der mehrlagigen epitaktischen Halbleiterschicht in Berührung gebracht werden, wobei die Lösungsbehälter oben und unten offen sind, gekennzeichnet durch einen mit einer Substratvertiefung (18) versehenen Substrathalter (17), durch eine Lösungsbehälter-Halteplatte (13), die verschieblich in enger Anlage auf dem Substrathalter angeordnet und mit einer Lösungswanne (16) versehen ist, die einen Einlaß (14) und einen Auslaß (15) aufweist und unten offen ist, durch einen in enger Anlage an der Halteplatte (13) angeordneten Lösungsbehälter-Halter (11) mit den

oben und unten offenen und mit dem Einlaß (14) der Lösungswanne (16) in Verbindung bringbaren Lösungsbehältern (12a-12/) und durch eine Druckeinrichtung (20a-20/, 21) zum Austreiben der Lösung aus jedem Lösungsbehälter in die Lösungswanne (16), wobei die Lösungsbehälter-Halteplatte (13) und der Substrathalter (17) relativ zueinander verschiebbar sind, um die Lösung in jedem Lösungsbehälter, die Lösungswanne und die Substratvertiefung in Übereinstimmung miteinander über den Einlaß (14) der Lösungswanne zu bringen, und wobei die Lösung aus dem Lösungsbehälter mittels der Druckeinrichtung in die Lösungswanne und in die Substratvertiefung (18) austreibbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Einlaß (14) und Auslaß (15) der Lösungswanne (16) jeweils durch eine Anzahl von kleinen, auf einer Linie angeordneten Bohrungen bzw. öffnungen oder Schlitzen mit einem Durchmesser von 0,5-1,0 mm gebildet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösungswanne (16) eine Tiefe von weniger als 1,5 mm und in Aufsicht denselben Umriß besitzt wie die Substratvertiefung (18).

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckeinrichtung zum Austreiben der Lösung aus jedem Behälter in die Lösungswanne mehrere Stößel (20 a—20/), die längs der Innenwände der betreffenden Lösungsbehälter (12a—12/) lotrecht verschiebbar sind, so daß sie die Oberseite der im betreffenden Lösungsbehälter enthaltenen Lösung zu beaufschlagen vermögen, und einen Keil (21) aufweist, welcher die Stößel durch Anlage an ihre Flächen nacheinander zwangsweise nach unten zu drücken vermag.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Keil (21) auf der Oberfläche des Lösungsbehälter-Halters verschiebbar ist und an ihrem einen Ende eine Schrägfläche aufweist und daß jeder Stößel (20a-20f) ebenfalls eine der Schrägfläche des Keils zugewandte obere Schrägfläche aufweist, so daß die Stößel abwärts drängbar sind, wenn die beiden Schrägfiächen gegeneinander gepreßt werden.