DE2616700A1 - Verfahren zum ausbilden einer duennen schicht aus einem halbleitermaterial der gruppen iii-v aus einer loesung auf einem substrat durch epitaxiales aufwachsen aus fluessigphase - Google Patents

Description

T.edtke - BOHUNO - Kinne - Grupe

Dipl.-Chem. Bühling Dipl.-lng. Kinne Dipl,lng. Grupe

8000 München2,Postfach202403

Bavariaring 4

Tel.: (0 89)53 96 53-56 Telex: 5 24845 tipat

cable. Germaniapatent München

15. April 1976

B 7297 / PG5O-76O4

MATSUSHITA ELECTRIC INDUSTRIAL COMPANY, LIMITED

Osaka /Japan

Verfahren zum Ausbilden einer dünnen Schicht aus einem Halbleitermaterial der Gruppen III-V aus einer Lösung auf einem Substrat durch epitaxiales Aufv/achsen aus Flüssigphase

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbilden einer dünnen Schicht aus einem Halbleitermaterial der Gruppen III-V aus einer Lösung auf einem Substrat durch epitaxiales Aufwachsen aus Flüssigphase sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

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Beim epitaxialen Aufwachsen dünner Schichten aus Halbleitermaterialien der Gruppen III-Y sind Aufwachsverfahren sowohl aus !Plüssigphase als auch aus Dampfphase verwandt worden. Dünne Schichten, die durch ein Aufwachsverfahren aus Flüssigphase ausgebildet sind, haben im allgemeinen Yorteile, die beispielsweise darin bestehen, daß sie geringe Kristallbaufehler aufweisen, ausgezeichnet in den Schicht-Substratgrenzflächeneigenschaften sind und ausgezeichnete Übergänge liefern können. Dementsprechend wird das epitaxiale Aufwachsen dünner Schichten aus Halbleitermaterialien der Gruppen IH-Y beispielsweise aus Galliumarsenid, Galliumphosphid und Galliumaluminiumarsenid aus einer Lösung in großem .Umfang bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen, wie Doppelhetero-Halbleiterlaser, Leuchtdioden, Eeldeffektvaraktordioden oder EET-Yaraktordioden, Gunn-Dioden, Lawinenlaufseitdioden oder 11"IPAiDiD-Di ο den und Überstrukturdioden verwandt, die ausgezeichnete Übergangseigenschaften haben müssen.

Die herkömmlichen epitaxialen Aufwachsverfahren aus Flüssigphase sind jedoch insbesondere für die industrielle Produktion von Halbleitern nicht befriedigend, da verschiedene Schwierigkeiten, beispielsweise die Schwierigkeit der genauen Steuerung der Schichtstärke und der Störstellenkonzentrationen, eine geringe Reproduzierbarkeit der Schichtstärke und eine geringe Oberflächenglattheit der aufgewachsenen Schichten auftreten. Diese Probleme, die bisher ungelöst blieben, müssen

überwunden werden, um sowohl die Qualität und die Reproduzierbarkeit der Produkte zu verbessern als auch Herstellungskosten herabzusetzen.

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Yerfahren zum Ausbilden von dünnen Schichten aus Halbleitermaterialien der Gruppen IH-Y aus einer Lösung durch epitaxiales Aufwachsen aus Plüssigphase anzugeben, das sich durch eine ausgezeichnete Reproduzierbarkeit der Stärke der aufgewachsenen Schichten,

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eine ausgezeichnete Oberflächenglattheit der aufgewachsenen Schichten, die Verwendbarkeit zur Massenproduktion und eine geringe Beeinflussung durch Fehlorientierungen der Substrate auszeichnet.

Durch die Erfindung wird weiterhin eine Vorrichtung geliefert, mit der das erfindungsgemäße epitaxiale Aufwachsverfahren aus ITüssigphase leistungsfähig durchgeführt werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren sum Ausbilden einer dünnen Schicht aus einem Halbleitermaterial der Gruppen IH-V aus einer Lösung auf einem Substrat durch epitaxiales Aufwachsen aus Flüssigphase besteht darin, daß eine niederschlagsfreie und ideal gesättigte Lösung eines Halbleitermaterials der Gruppen IH-V in einer Metallschmelze auf einer bestimmten Temperatur hergestellt v/ird, das anschließend an eine Trennung der ideal gesättigten Lösung von jedem Ausgangsmaterial die Temperatur der ideal gesättigten Lösung auf eine andere bestimmte Temperatur herabgesetzt wird, damit aus der Lösung eine unterkühlte Lösung wird,und daß die unterkühlte Lösung mit einem Substratkristall in Kontakt gebracht wird.

Die ideal gesättigte Lösung wird vorzugsweise dadurch hergestellt, daß zunächst eine untersättigte Lösung auf der zuerst genannten bestimmten Temperatur hergestellt wird und daß anschließend die untersättigte Lösung mit einer separaten Halbleitermaterialquelle auf derselben Temperatur in Zontakt gebracht wird, damit die Lösung die Sättigung erreichen kann.

Der erfindungsgemäße Aufwachsschiffchenaufbau weist wenigstens eine Gruppe erster und zweiter plattenförmiger Aufwachsschiffchen auf, die verschiebbar übereinander angeordnet sind. Das erste Schiffchen ist mit einer ersten Vertiefung zum Aufnehmen eines Substratkristalls und mit einer zweiten Vertiefung zum Aufnehmen eines kristallinen Halbleitermaterials als

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Ausgangsmaterial versehen. Die Vertiefungen sind auf der Oberfläche des Schiffchens im Abstand voneinander ausgebildet. Das zweite Schiffchen weist ein vertikales Loch auf, das als Lösungsreservoir ausgebildet ist, und ist verschiebbar auf der Oberfläche des ersten Schiffchens derart angeordnet, daß das Lösungsreservoir wahlweise auf der ersten Vertiefung, auf der zweiten Vertiefung und zwischen beiden Vertiefungen und von beiden Vertiefungen getrennt angeordnet werden kann.

Der Schiffchenaufbau kann aus einer Vielzahl von nahezu identischen Gruppen, beispielsweise von 15 Gruppen von ersten und zweiten Schiffchen gebildet sein. Das erste Schiffchen kann wenigstens eine zusätzliche erste Vertiefung mit oder ohne einer zusätzlichen zweiten Vertiefung aufweisen.

Ein Teil des Schiffchenaufbaus, der die Form einer vertikalen Säule hat und die ersten Vertiefungen einschließt, kann als herausnehmbare Kassette ausgebildet sein, so daß die Substrate in die ersten Vertiefungen eingebracht und herausgenommen werden können, während die Schiffchen zusammengesetzt sind.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert.

Figur 1 zeigt eine schematische geschnittene Vorderansicht einer Aufwachsvorrichtung aus Flüssigphase.

Figur 2 zeigt eine Reihe von schematischen geschnittenen Vorderansichten eines Teils der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung, die die aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellen.

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Figur 3 zeigt den zeitlichen Temperaturverlauf während eines Abköhlungssehrittes beim erfindungsgemäßen Verfahren.

Figur 4 zeigt eine Reihe von Ansichten der grundsätzlich gleichen Art wie Figur 2, die die aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte bei einem herkömmlichen .Aufwachsverfahren darstellen.

Figur 5 zeigt Schnittansichten zur Erläuterung von zwei repräsentativen Halbleiterschichten mit unebenen Oberflächen, die nach einem nicht erfindungsgemäßen Verfahren aufgewachsen sind.

Figur 6 zeigt eine geschnittene Vorderansicht eines wesentlichen Teils eines Aasführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Aufwachsvorrichtung.

Figur 7 und 8 zeigen jeweils Draufsichten auf zwei verschiedene Bauelemente der in Figur 6 dargestellten Vorrichtung.

Figur 9 zeigt eine Reihe von Ansichten der grundsätzlich ähnlichen Art wie Figur 2, die jedoch dastellen, wie die in Figur 6 dargestellte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgeinäßen Verfahrens gehandhabt wird.

Figur 10 zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Teils des in Figur 8 dargestellten Bauelementes.

Figur 11 zeigt eine perspektivische Ansicht einer SubstrathcXvarung, die für eine Aufwachsvorrichtung entwickelt ist, die eine leichte Abwandlung der in Figur 6 dargestellten Vorrichtung darstellt.

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Pigur 12 und 13 neigen jeweils eine geschnittene und eine direkte Vorderansicht auf einen Teil auf Aufwachsvorrichtung, die grundsätzlich gleich der in Pigur 6 dargestellten Vorrichtung ist, jedoch das in Figur 11 dargestellte Bauelement enthält.

Pigur 14 und 15 zeigen jeweils geschnittene Vorderansichten von zwei verschiedenen Abwandlungen der in Pigur 6 dargestellten Aufwachsvorrichtung.

Pigur 16 zeigt eine der Pigur 6 grundsätzlich ähnliche Ansicht einer weiteren Abwandlungsform.

Im folgenden wird die Srfindung mit Galliumarsenid als typischem Beispiel eines Halbieitermaterials der Gruppen IH-T beschrieben. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung auch auf andere Halbleitermaterialien der Gruppen. IH-V einschließlich ternärer oder Dreistοff-3ysterne anwendbar ist.

Der erste Verfahrensschritt bei dem erfindungsgemäßen Aufwachsverfahren von GaAs-Schichten besteht in der Herstellung einer ideal gesättigten GaAs-Lösung, die As bis zur Löslichkeitsgrenze des GaAs-Systems bei einer bestimmten Temperatur enthält, jedoch völlig frei von GaAs-Niederschlägen ist.

Es ist bekennt, daß es schwierig ist, in der Praxis eine solche ideal gesättigte GaAs-Lösung herzustellen. Pur das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch eine kürzlich entwickelte Technik brauchbar. Bei dieser Technik wird ein Aufwachsschiffchenaufbau verwandt, der aus einem Lösungsreservoir, einem Substrathalter und einem dünnen Gleitstück besteht, das in Sandwichbauweise zwischen dem Reservoir und dem Substrathalter liegt und mit einer öffnung versehen ist. Unter Verwendung einer Galiiumschmeize und einem geringen Überschuß an GaAs-Kristallen wird im Reservoir eine große Menge einer Ausgangsschmelze

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hergestellt. Die Ausgangsschmelze "wird dadurch gesättigt, daß sie auf einer bestimmten Temperatur von beispielsweise 80O⁰C für einige zehn Stunden bei genau geregelter Temperatur gehalten wird. Anschließend wird ein kleiner, als Bruchteil bezeichneter Teil der gesättigten Lösung vom Boden des Lösungsreservoirs abgemessen und in die Öffnung im Gleitstück gefüllt.

Die auf diese Weise erhaltene schwache Lösung in der Öffnung des Gleitstückes ist ideal gesättigt, da sich kein Ga-As-Niederschlag am Boden der großen Lösungsmenge im Reservoir befindet .

Einen Teil der vorliegenden Erfindung bildet jedoch ein vorteilhafteres Verfahren zum Herstellen einer ideal gesättigten Ausgangsschmelze, das im folgenden beschrieben wird.

V/ie es in Figur 1 dargestellt ist, erfolgt erfindungsgemäß das epitaxiale Aufwachsen von dünnen Schichten aus Flüssig— phase in einem Reaktionsrohr 10, das gewöhnlich aus Quarz besteht und feststehend in einem elektrischen Ofen 12 gehalten ist. Zwei Graphitschiffchen 14 und 16 sind verschiebbar stapelförmig zusammengesetzt und in das Reaktionsrohr 10 eingesetzt. !fahrend des Aufwachsvorganges wird Wasserstoff als Trägergas in das Reaktionsrohr 10 eingeleitet. Das Reaktionsrohr 10 und der Ofen 12 sind derart angeordnet, daß die zusammengesetzten Schiffchen 14 und 16 vollständig in einem Bereich einheitlicher Temperatur liegen. Die Vorrichtung und die Aufwachsbedingungen sind diesbezüglich bekannt.

Die Aufwachsschiffchen 14 und 16 zum Ausführen des erfindungsgemäßen. Verfahrens zum epitaxialen Aufwachsen einer Schicht werden im wesentlichen in der in Figur 2 dargestellten Weise ausgebildet. In diesem Pail dient das untere Schiffchen 14» das horizontal beweglich ist, als Plättchenhalter. Das untere Schiffchen 14 weist eine Vertiefung 18, in der ein GaAs-Sub-

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stratplättchen 20 gehalten ist und eine andere Vertiefung 22 auf, in der ein anderes GaAs-Plättchen 24 als Ausgangsmaterial gehalten ist. Das obere Schiffchen 16 ist mit einer Öffnung versehen, die als Lösungsreservoir dient und anfangs eine bestimmte Menge Ga-Sehmelze 28 enthält. Polykristallines oder einkristallines GaAs 30 wird auf die Oberfläche der Ga-Schmelze 28 in der in Figur 2-(A) dargestellten Weise und in einer Menge aufgebracht, die etwas kleiner als die durch die GaAs-Liquidus—Eurve bei bestimmter Temperatur gegebene Menge ist· Es ist ein kennzeichnendes Merkmal des erfindungsgemaßen Verfahrens, daß ein Mangel an GaAs-Kristallen 30 herrscht, d.h. daß eine zu geringe Menge GaAs-Kristalle 30 vorhanden ist, um während dieses Terfahrensschritts eine gesättigte lösung zu bilden. Die Menge an GaAs-Kristallen 30, die der Ga-Schmelze 28 zugesetzt wird, muß nicht genau abgemessen sein, solange sichergestellt ist, daß die sich ergebende Lösung bei der bestimmten Temperatur untersättigt bleibt. Vorzugsweise ist die Menge an GaAs-Kristallen 30 um etwa 5 bis 1 0 fo geringer als der Wert, der durch die GaAs-Liquidus-lQirve bei 800⁰C gegeben wird.

Am Anfang ist das untere Schiffchen 14 so angeordnet, wie es in Figur 2-(A) dargestellt ist, so daß ein Kontakt der Ga-Schmelze 28 weder mit dem GaAs-Substrat 20 noch mit dem kristallinen GaAs 24 möglich ist, das in der Vertiefung 22 enthalten ist. Der Schiffchenaufbau 50 wird in diesem Zustand einige Stunden lang auf einer Temperatur von 800°0 gehalten, damit sich die GaAs-Kristalle 30 vollständig in der Ga-Schmelze 28 lösen können. Das hat zur Folge, daß die Ga-Schmelze 28 im Reservoir 26 zu einer GaAs-Lösung 32 wird, wie es in Figur 2-(B) dargestellt ist. Da die Menge an gelöstem GaAs 30 für eine vollständig gesättigte Lösung nicht ausreicht, gibt es in der Lösung 32 kein GaAs in fester Phase.

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Anschließend wird das untere Schiffchen 14- in Figur 2 nach links bewegt, bis das Ga As-Plättchen 24 im Schiffchen 14 mit der GaAs-Lösung 32 im oberen Schiffchen 16 in Kontakt kommt, wie es in Figur 2-(ö) dargestellt ist. In dieser Lage löst sich das GaAs-Plättchen 24, das auf eine Temperatur von 800⁰C gehalten wurde, allmählich in der Lösung 32, bis die Lösung 32 zu einer ideal gesättigten Lösung wird, wie es durch die GaAs-Liquidus-Kurve gegeben ist.

ITach diesem Vorgang wird das untere Schiffchen 14 in seine Ausgangslage B zurückgeführt, in der die ideal gesättigte Lösung 32A sowohl vom Substrat 20 als auch von der GaAs-Quelle 24 getrennt ist. In dieser Lage wird das gesamte System von 800 0 mit ei:ier konstanten Ab kühlung s geschwindigkeit abgekühlt. In Figu*.· 3 bezeichnet T_Q die Anfangstemperatur, d.h. eine Temperatur von 800⁰G. \!emi die Temperatur des gesamten Systems die Temperatur T.. erreicht, die um wenige Grad Celsius unter T_Q liegt, wie es später im einzelnen dargestellt wird, und die im Gleichgewicht gehaltene GaAs-Lösung 32A sich in eine unterkühlte Lösung umgewandelt hat, wird das Schiffchen 14 zur rechten Seite bewegt, bis die Oberfläche des Substrates 20 mit der Lösung 32A über den gesamten Flächenbereich des Substrates 20 in Kontakt kommt, wie es in Figur 2-(D) dargestellt ist. Der Kühlvorgang wird noch weiter fortgesetzt, so daß die Temperat.. .:· der Lösung 32A von T₁ aus weiter absinkt. Folglich tritt ein epitaxiales Yiachstum aus der unterkühlten Lösung 32A auf der Oberfläche des Substrates 20 auf. Der Yorteil dieses AufwachsVerfahrens liegt darin, daß das Ausfällen des GaAs aus der Lösung 32A vollständig auf dem Substrat 20 während einer kurzen Wachstumszeit erfolgt.

lienn die Temperatur des gesamten Systems die Temperatur Tg erreicht, die gewöhnxicli wenige Grad Celsius unter der Temperatur T₁ liegt, wird das Schiffchen 14 wieder in die Lage

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B bewegt, um das Aufwachsen der Schickt zu beenden. Danach wird das gesamte System mit einer wesentlich höheren Abkühlungsgeschwindigkeit auf Zimmertemperatur abgekühlt und wird das Substrat 20 aus der Vorrichtung entnommen. Bei diesem Abkühlungsvorgang fällt das SaAs sehr gleichmäßig in der Lösung 32A aus. Es ist wesentlich und notwendig, daß dieser Abkühlungsvorgang mit einer sehr hohen Abkühlungsgeschwindigkeit abläuft, damit die beim oben beschriebenen Aufwachsvorgang verwandte Lösung beim nächsten Lauf in kurser Zeit wieder zu einer Lösung 32A wird, in der das GaAs gleichmäßig gelöst ist. Beim nächsten Lauf wird von neuem ein einzelnes Substrat 20 in der Vertiefung 18 angeordnet, wobei jedoch keine Notwendigkeit besteht, die Lösung 3.2 und das als GaAs-Quelle dienende Plättchen 24 zu erneuern, da die ideale Lösung 32A wieder dadurch hergestellt werden kann, daß mit derselben Lösung dieselben Vorgänge wiederholt werden.

Das oben beschriebene Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß die unterkühlte Lösung 32A durch ein dreistufiges Verfahren hergestellt wird. Zunächst wird eine untersättigte Lösung hergestellt, die anschließend unter Verwendung des GaAs-Plättchens 24 in der Vertiefung 22 ideal gesättigt wird, woraufhin schließlich die Temperatur erniedrigt wird, während die ideal gesättigte Lösung von der G-aAs-Quelle 24 und dem Substrat 20 getrennt ist. Ss mag erscheinen, daß dieses Verfahren schwierig durchzuführen ist, tatsächlich liefert es jedoch zusätzlich zu dem großen Beitrag der unterkühlten Lösung zu der Qualität der aufgewachsenen Schichten eine merkliche Arbeits— ersparnis und Ersparnis an Ausgangsstoffen.

Bei den herkömmlichen Aufwachsverfahren aus i'lüssigphase sum Ausbilden von dünnen GaAs-Sciiichten wird die gesättigte C-aAs

Lösung 32A nach dem folgenden Verfahren hergestellt» Wie es in Pigur 4 dargestellt ist, weist das obere Schiffchen 16,

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das bei den herkömmlichen Schichtenaufwachs verfahren verwandt wird, ein Lösungsreservoir 26 auf, das anfangs ähnlich wie das obere Schiffchen 16 in Figur 2 die Ga-uchmelze 28 enthält. Das untere Schiffchen 14' hält das GaAs-Substrat 20 in einer Vertiefung 18, weist jedoch keine Vertiefung 22 zum Halten der GaAs-Quelle 24 auf. Wie es in Figur 4-(A) dargestellt ist, werden in diesem Pall die GaAs-Kristalle 30» oben auf der Ga-Schmelze 28 in einer genau abgewogenen Menge angeordnet, so daß eine genaue Sättigung der GaAs-Lösung erhalten werden kann, wenn die GaAs-Kristalle 30' vollständig in der Ga-Schmelze 28 bei einer gewünschten Temperatur von beispielsweise 800⁰C gelöst sind. Die Lösung des ursprünglichen GaAs 30' wird dadurch erreicht, daß der Schiffchenaufbau 5 bis 6 Stunden auf dieser Temperatur im Reaktionsrohr 10 gehalten wird. Wenn die Lösung des GaAs vollendet ist, und die Ga-Schmelze 28 zu einer gesättigten GaAs-Lösung 32A geworden ist, wird das epitaxiale Wachstum auf dem Substrat 20 dadurch in Gang gesetzt, daß die Temperatur des gesamten Systems in der im obigen anhand der Figuren 2 und 3 beschriebenen Weise herabgesetzt wird.

Dieses einfach erscheinende Verfahren hat bei der praktischen Anwendung zahlreiche Nachteile.

(a) Die Menge an ursprünglichem GaAs 30^f wird auf der Basis

- der Beziehung zwischen der Temperatur und der Löslichkeit des GaAs in Ga festgelegt, die jedoch noch nicht genau bestimmt ist. Viele voneinander abweichende Berichte sind veröffentlicht worden. Fehler von mehr als + 5 fo wurden zugegeben.

(b) Es ist ebenfalls sehr schwierig, eine geringe Menge GaAs mit einer ausreichend hohen Genauigkeit und einer guten Reproduzierbarkeit für jeden .Aufwachsgang abzuwiegen·

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(c) Dementsprechend wird das ursprüngliche GaAs 30· in einer Menge von 10 bis 20 $6 über der angegebenen Löslichkeit verwandt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Lösung des G-aAs bei einer außerordentlich hohen Temperatur von beispielsweise 850⁰G durchgeführt wird, und darauf eine Temperaturherabsetzung auf die Aufwachstemperatur von 800⁰C folgt, um ein Rückschmelzen des Substrats 20 in die GaAs-Lösung 32A beim Eontakt des Substrates 20 mit einer untersättigten G-aAs-Lösung zu vermeiden. Ein derartiges Rücksehmelzen bewirkt, daß die Oberfläche des Substrates 20 uneben wird, bevor die Schicht aufwächst und daß somit die aufgewachsene Schicht eine unebene Oberfläche und/oder nicht befriedigende Grenzflächeneigenschaften hat.

(d) Das Vorhandensein von überschüssigem GaAs in der gesättigten Lösung 32A hat starke und ungünstige Einflüsse auf die Oberflächenmorphologie der aufgewachsenen Schicht und auf die Reproduzierbarkeit der Schichtstärke und/oder der Oberflächenmorphologie. Es können zufällig homogene Eristallisationskembildungen vor dem Aufwachsen der Schicht auftreten und die Oberflächenmorphologie der aufgewachsenen Schicht nachteilig beeinflussen. Darüberhinaus wird ein großer Teil des GaAs an der Oberfläche der Lösung 32A ausgefällt. Dementsprechend wird durch diese unbeabsichtigten Ausfällungen von GaAs das epitaxiale Wachstum aus flüssiger Phase des GaAs auf dem Substrat 20 stark beeinträchtigt. Da ein derartiges unbeabsichtigtes Ausfällen von GaAs bei allen Aufwachsgängen nicht gleichmäßig auftritt, ist weder die Stärke der Schicht noch die Oberflächenmorphologie der aufgewachsenen Schicht bei aufeinanderfolgenden Aufwachsgängen reproduzierbar. Es müssen daher bestimmte Maßnahmen getroffen werden, um jede unbeabsichtigte Ausfällung in der GaAs-Lösung 32A auszuschließen.

(e) Es ist eine unnötig große Menge an sehr teurem Gallium

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erforderlich, um die GaAs-Lösung 32A herzustellen und es ist erforderlich, die Lösung 32A (Ga-Schmelze 28) bei jedem Aufwachsgang zu erneuern.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren muß das ursprüngliche GaAs

30 nicht mit einer sehr hohen Genauigkeit ausgewogen werden, da die Lösung 32 durch die anschließende Zulieferung von GaAs vom Plättchen 24 auf die ideale Sättigung gebracht werden kann. Daneben tritt keine unerwünschte Ausfällung auf den Oberflächen oder in der Lösung 32A vor und während des Aufwachsens der Schicht auf dem Substrat 20 auf. Bei dem erfindungsgemäßen Aufwachsverfahren sind somit alle oben beschriebenen Nachteile der herkömmlichen Aufwachsverfahren aus flüssiger Phase beseitigt. ■ ITach dem erfindungsgemäßen Verfahren können dünne GaAs-Epitaxialschichten mit einer Stärke von beispielsweise weniger als 1 ,0/um mit einer ausgezeichneten Oberflächengestalt bei kontrollierter Schichtstärke aufwachsen. Dieses Verfahren ist auch vom ökonomischen Standpunkt aus vorteilhaft, da die GaAs-Lösung 32 wiederholt mehr als zehnmal verwandt werden kann. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß es möglich ist, die Anforderungen an die Genauigkeit der Temperaturregelung während des Aufwachsens einschließlich der Verfahrensschritte zum Herstellen der Lösung abzuschwächen. Bei herkömmlichen Verfahren ist es notwendig, die Temperatur im Ofen 1 2 innerhalb eines Bereiches von + 0,3⁰G zu regeln. Daher muß der Ofen 12 von außerordentlich großer Güte sein. Pur den Erfolg des erfindungsgemäßen Verfahrens reicht eine Temperaturregelung in einem Bereich von + 1,0°C aus. Daher kann bei der industriellen Produktion ein handelsüblicher und relativ preiswerter Ofen verwandt werden.

Die Stärke der Unterkühlung der ideal gesättigten GaAs-Lösung 32A, die durch den Temperaturunterschied Δ Ϊ = T_Q - T. bezeichnet ist, ist ein wesentlicher Paktor beim erfindungsge—

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mäi3en Verfahren. Die Oberflächengestalt der aufgewachsenen Schichten, die quantitativ über die Oberflächenrauhigkeit abgeschätzt werden kann, ist unzureichend, wenn Δ T entweder zu groß oder zu klein ist. In den Fällen, in denen Δ T<0,5 ist, tritt die sogenannte terrassenförmige Oberflächengestalt auf. Diese Oberflächengestalt wird ausgeprägt, wennAT sich O⁰C nähert, d.h. bei einer im Gleichgewicht stehenden Lösung. Wenn Δ, T zwischen 0,5⁰C und 5⁰C liegt, verschwindet die terrassenförmige Oberflächengestalt und werden sehr glatte Schichtoberflächen erhalten. In den meisten Fällen kann eine gute Oberflächengestalt selbst dann erzielt werden, wenn Δ Τ bis zu etwa 10⁰C beträgt. Die oberflächen werden uneben, wenn ΔT größer als 10⁰O ist. Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Unterkühlung jedoch mit der Einschränkung durchgeführt, ),5⁰C^AT ^ 5⁰C, um die beste Oberfläc]

trolle über die Schichtstärke zu erzielen.

daß 0,5⁰C^AT ^ 5⁰C, um die beste Oberflächengestalt und Kon-

Beispiel 1

Es wurde die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Aufwaehsvorriehtung verwandt. Die untersättigte GaAs-Lösung 32 wurde aus 20 g reinem Gallium als Schmelze 28 im Reservoir 26 und 0,80 g polykristallinem GaAs 30 hergestellt, das auf die Ga-Schmelze 28 aufgebracht wurde. Bei diesem Beispiel sollte eine dünne U"-GaAs-Schicht epitaxial aufwachsen, so daß die Ga-Schmelze 28 mit 0,40 g Sn dotiert wurde, natürlich können auch andere in üblicher Weise verwandte Störstoffelemente der Ga-Schmelze 28 und/oder dem kristallinen GaAs 30 zugesetzt werden. Beispielsweise können Si, Te oder Se statt Sn als ir-Störstoffe und Zn, Ge oder Si als P-Störstoffe verwandt werden. Das kristalline GaAs 30 kann mit Or, Mn oder UH^ dotiert werden.

Ein 20 χ 20 mm großes und 1 mm starkes polykristallines GaAs-Plättchen .wurde in der "Vertiefung 22 des unteren Schiffchens H als zusätzliche GaAs-Quelle 24 angeordnet. Das Substrat

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•war ein 20 χ 20 mm großes und 0,3 mm starkes Plättchen aus Cr-dotiertem halbleitendem GaAs. Der Substratkristall 20 ■wurde vorher einer gewöhnlichen Oberflächenpolierbehandlung und anschließend einem chemischen Ätzen in Brom-Methanol unterworfen. Das GaAs liefernde Plättchen 24 wurde ebenfalls erst nach einer chemischen Ätzung verwandt.

Um das kristalline GaAs 30 in der Ga-Schmelze 28 zu lösen, wurde der Schiffchenaufbau 50 in dem Zustand A in Figur 2 gehalten und allmählich in einem Hp-Gasstrom von 300 ml pro Minute erwärmt. Als die Temperatur einen Wert von 5⁰C unterhalb der beabsichtigten Aufwachstemperatur von SOO⁰C erreicht hatte, wurde die Erwärmungsgeschwindigkeit auf 10⁰G pro Minute herabgesetzt, damit die Temperatur der Schmelze 28 800⁰C nicht überschreitet. Das gesamte System wurde in dem Hp-Gasstrom mehr als 6 Stunden lang auf 80O⁰C gehalten,- Durch diesen Arbeitsvorgang wurde das ursprüngliche GaAs 30 vollständig in der Ga-Schmelze 28 gelöst. Die As-Konzentration in der auf diese Weise hergestellten Lösung 32 lag 10 5$ unter dem Löslichkeitsgrenzwert des GaAs-Systems bei 800⁰C.

Anschließend wurde das untere Schiffchen 14 in die in Figur 2-(C) dargestellte Lage bewegt, so daß die Lösung 32 mit dem Ausgangs-GaAs-Plättchen 24 in Kontakt stehen konnte, das ebenfalls auf 800⁰C gehalten worden war. Das Ausgangs-GaAs 24 löste sich allmählich in der untersättigten Lösung 32 und die ideale Lösung 32A, die genau mit dem Löslichkeitsgrenzwert des GaAs-Systems bei 800⁰C übereinstimmt, wurde in weniger als 3 Stunden erhalten. Dann wurde das untere Schiffchen 14 wieder in die in Figur 2-(B) dargestellte Lage gebracht, um die Lösung 32A von dem Ausgangs-GaAs 24 zu trennen. Der Schiffchenaufbau 50 wurde von 800⁰C mit einer konstanten Abkühlungsgeschwindigkeit von 0,5⁰C pro Minute abgekühlt. Es ist für die Erfindung von besonderer Wichtigkeit, daß die ideal gesättigte Lösung 32A, in der GaAs bei 800⁰C nicht in fester Phase vorliegt, wäh-

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rend dieses Kühlvorganges ohne Kontakt zum Substrat 20 und zum Ausgangs-GaAs 24 gehalten wird. Als die Temperatur 797⁰C, d.h. Tj in Figur 3» erreichte, wurde das untere Schiffchen 14 in die in Figur 2—(D) dargestellte Lage bewegt, um die Lösung 32A mit dem Substrat 20 über den gesamten Flächenbereieh in Kontakt zu bringen. Da die Kühlung nicht unterbrochen wurde, begann das epitaxiale Wachstum des G-aAs auf dem Substrat 20 auf den Kontakt mit der unterkühlten Lösung 32A hin. Das untere Schiffchen 14 wurde etwa 30 Sekunden lang in dieser Stellung gehalten, bis die Temperatur 796,75⁰C erreichte. Dann wurde das Schiffchen 14 in die Lage B zurückgeführt, um das Wachstum zu beenden.

Danach wurde die Abkiihlungsgeschwindigkeit auf mehr als 30⁰C pro Minute erhöht und wurde das gesamte System nahezu auf Zimmertemperatur abgekühlt, wobei dauernd für eine gleichmäßige Abkühlung des gesamten Systems Sorge getragen wurde. Dann wurde der Schiffchenaufbau 50 aus dem Reaktionsrohr 10 herausgenommen und das Substrat 20 entnommen. Die bei diesem Beispiel auf dem Substrat 20 aufgewachsene Epitaxialschicht war 0,5/um stark und hatte eine ausgezeichnete Oberflächengestalt. Die Oberflächenrauhigkeit dieser Epitaxialschicht war bei weitem geringer als + 200 ü. Die aufgewachsene Schicht war eine H-GaAs-Schicht

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mit einer Ladungsträgerkonzentration von 1 χ 10 ' cm .

Ein anderes, jedoch identisches Substrat 20 wurde in der Vertiefung 18 desselben Schiffchens 14 angeordnet und der Schiffchenaufbau 15 wurde erneut in das Reaktionsrohr 10 eingesetzt. Die beim oben beschriebenen Arbeitsgang benutzte Lösung 32 und das benutzte Ausgangs-G-aAs 24 wurden wiederum verwandt. Die Schiffchen 14 und 16 wurden in die in Figur 2-(B) dargestellte Lage gebracht und etwa 30 Minuten lang auf einer Temperatur von 800⁰C gehalten. Obwohl die Lösung 32 am Ende des vorhergehenden Arbeitsganges abgekühlt war, wurde die untersättigte Lösung 32 in ganz kurzer Zeit wiedergewonnen, da das

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Ausfällen τοη GaAs in dieser lösung sehr gleichmäßig stattgefunden hatte. Danach -wurde die Lösung 32 mit dem Ausgangs-GaAs 24 in derselben Weise wie beim vorhergehenden Arbeitsgang in Kontakt gebracht, um die ideal gesättigte Lösung 32A herzustellen. Das Temperaturprogramm und die Arbeitsweise beim Aufwachsen der Schicht entsprachen genau dem vorhergehenden Arbeitsgang. Die Stärke der Schicht, die Ladungsträgerkonzentration und die Oberflächengestalt der auf diese Weise aufgewachsenen Schicht waren annähernd die gleichen wie im vorhergehenden Pail.

Dieses Beispiel kenn mehr als zehnmal ohne eine Erneuerung der Lösung 32 und des Ausgangs-GaAs 24 wiederholt werden. Die maximal mögliche Anzahl der Wiederholungen hängt von der Stärke der aufgewachsenen Schichten, der Höhe der Lösung 32 und/oder der Art und der Konzentration des zugegebenen Störstoffes ab. Es ist möglich, die Anzahl der Wiederholungen dadurch weiter zu erhöhen, daß Störstoff und/oder kristallines GaAs 24 im Laufe der sich wiederholenden Aufwachsarbeitsgänge nachgegeben werden.

Beispiel 2

Dieses Beispiel ähnelt im großen und ganzen dem Beispiel 1, die ungesättigte Lösung 32 wurde lediglich dadurch hergestellt, daß 88 mg GaAs-Kristalle 30 in 2,2 g Gallium 28 gelöst wurden. Da bei diesem Beispiel dasselbe obere Schiffchen 16 wie beim Beispiel 1 verwandt wurde, war die Höhe der Lösung 32 weitaus geringer als beim Beispiel 1 . Ein nicht dargestellter Graphitblock wurde dahux· als Beschwerungsgewicht auf die Oberfläche der Lösung 3? gesetzt, so daß die ungesättigte Lösung 32 und die gesättigte Lösung 32A die Oberflächen des Ausgangs-GaAs und des Substrats 20 jeweils gut benetzen können. Das Ergebnis war, daß die bei diesem Beispiel aufgewachsenen Epitaxialschichten bezüglich ihrer Oberflächenglattheit denjenigen Schichten gleich waren, die beim Beispiel 1 aufgewachsen waren. Der Auf-

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wachsarbeitsgang wurde mehrmals mit ausgezeichneter Reproduzierbarkeit der Schichtstärke wiederholt. Die aufgewachsenen Schichten hatten eine Stärke von 0,6 + 0,4/um. Der Streubereich der Schichtstärken war bei diesem Beispiel viel enger als bei den herkömmlichen Verfahren und betrug nur noch ein Zehntel des Streubereichs bei den bekannten Verfahren. Die Verwendung einer Lösung 32 mit geringer Höhe hat den Vorteil einer besseren Produktivität, d.h. einer kürzeren Aufwachszeit bei jedem Arbeitsgang. Beim Beispiel 2 war es möglich, die zur Durchführung jedes Aufwachsganges erforderliche Zeit gegenüber dem Beispiel 1 um etwa 20 bis 35 f° zu verkürzen.

Das erfindungsgemäße Aufwachsverfahren hat auch den Vorteil, daß die Oberfläche der-aufgewachsenen Schicht praktisch unabhängig von der Eristallorientierung des Substrates 20 äusserst glatt ist.

Es ist auf dem Gebiet der Ausbildung von Schichten durch epi— taxiales Wachstum bekannt, daß die Oberflächengestalt der aufgewachsenen Schicht beträchtlich durch die Eehlorientierung eines Substrats von einer Kristallebene mit niedrigem Index beeinflußt wird. Beispielsweise können beim epitaxialen Aufwachsen von Siliciumgalliumarsenid und Galliumphosphorarsenid aus Dampfphase dünne Schichten mit glatten Oberflächen auf gering fehlorientierten Substraten aufwachsen. Der Einfluß der Kristaliorientierung ist beim Aufwachsen aus ITüssigphase bedeutender. Beim herkömmlichen epitaxialen Aufwachsen von Galliumarsenid oder Galliumphosphid aus i"lüssigphase konnten Schichten mit guter Oberfläehenbeschaffenheit nur auf Substraten aufwachsen, deren Eehlorientierung nicht mehr als 0,1° beträgt. Bei ÜPehiorientierungen von über 0,1 gegenüber einer Kristallebene mit niedrigem Index wird die Oberfläche der aufgewachsenen Schicht uneben und erscheint die terrassenförmige Oberflächengestalt. Die Unebenheit wird mit ansteigender iE orientierung des Substrats größer.

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Beim Abschneiden von Substratplättclien von einem GaAs-Block können Plättchen mit einer Fehlorientierung unter etwa 0,2° bei Massenfertigung nicht erhalten werden· Der Grund dafür liegt darin, daß verschiedene Winkelfehler mit den folgenden Arbeitsweisen, nämlich dem Anbringen des Blockes an einer Schneidmaschine, den anschließenden Schneidarbeiten, um von einem einzigen Block viele Plättchen zu bekommen, und dem Polieren und dem chemischen Ätzen der abgeschnittenen Plättchen verbunden sind. Wenn die sich aus diesen Gründen ergebenden Fehler aufsummieren, beträgt die Fehlorientierung des Substrats 20 leicht mehr als + 1,5° bei der !Fertigungsstufe. Es ist daher sehr schwierig und teuer, Substrate mit einer derart geringen !Fehlorientierung von 0,2° herzustellen.

Wenn ein GaAs-Plättchen mit einem Fehlorientierungswinkel von etwa 0,2° gegenüber der<100>0rientierung als Substrat 20 dazu verwandt wurde, um eine 0,5/um dicke GaAs-Epitaxialschicht nach einem herkömmlichen Aufwachsverfahren aus einer Lösung herzustellen, bei dem eine etwas übersättigte GaAs-Lösung im Gleichgewichtszustand und das gleiche Temperaturprofil wie beim Beispiel 1 verwandt werden, hatte die aufgewachsene Schicht eine beträchtlich rauhere Oberfläche mit einer Oberflächenrauhigkeit von etwa + 1000 i. Die Oberflächenrauhigkeit wurde umso größer, je größer der Fehlorientierungswinkel des Substrates 20 wurde. ¥enn eine 0,5/um-dicke GaAs-Epitaxialschicht auf einem Ga^s-Substrat mit einem Fehlorientierungswinkel von 0,2° gegenüber der(i00\Ebene mit einem herkömmlichen Aufwachsverfahren aus einer Lösung ausgebildet wurde, so zeigte die Schicht eine unebene Oberfläche. Sie war somit zur Herstellung von Halbleiterbauelementen nicht geeignet.

Durch das erfindungsgemäße Aufwachsverfahren aus Flüssigphase ist dxe Schichtoberfläche selbst dann ausreichend glatt öder spiegelartig, wenn ein Substrat 20 mit einem relativ großen Fehlorientierungswinkel verwandt wird, wie es durch das folgende Beispiel dargestellt wird.

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Beispiel 3

Es wurde wie beim Beispiel 2 eine ideal gesättigte GaAs-Losung 32A hergestellt. Der Substratkristall 20 aus Gr-dotiertem GaAs war um 1,5° bezüglich der(i OOVEbene fehlorientiert. Die gesättigte Lösung 32A wurde von 80O⁰G (1Iq) mit derselben Abkühlungsgeschwindigkeit wie beim Beispiel 2 abgekühlt, um eine unterkühlte Lösung 32A zu erzeugen. Die unterkühlte Lösung 32A wurde mit dem Substrat 20 in Zontakt gebracht, als die Temperatur 798⁰G (T..) erreicht hatte, um eine 0,5/um starke Schicht aufwachsen zu lassen. Die Oberflächengestalt der in dieser Weise aufgewachsenen Schicht war ausgezeichnet. Die Oberflächenrauhigkeit war weit geringer als + 200 5L

Dieses Beispiel wurde unter Verwendung von GaAs-Substraten mit verschiedenen Fehlorientierungswinkeln von 2,5, 5, 7 und 15° jeweils wiederholt. Die Oberflächengestalt der auf diesen Substraten 20 aufgewachsenen Schichten war gleichfalls ausgezeichnet.

Der temperaturunterschied Z^ T = T_Q - 5L ist ein wichtiger Einflußfaktor auf die Oberflächengestalt einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgewachsenen Schicht und sollte innerhalb eines gewissen Bereiches bestimmt werden, der in Abhängigkeit von anderen Einflußfaktoren, beispielsweise der Temperatur, an der das Aufwachsen beginnt, der Abkühlungsgeschwindigkeit zum Aufwachsen, der Stärke der Schicht, der Höhe der Lösung 32A und dem Fehlorientierungswinkel des Substrates 20 variieren kann. Was das Aufwachsen von Ga As-Schichten nach den vorhergehenden Beispielen anbetrifft, so war es möglich, Schichten mit glasglatten Oberflächen durch die Wahl des Temperaturunterschiedes AT innerhalb des Bereiches zwischen 0,5 und 5°0 aufwachsen zu lassen. Wenn der 3?ehlorientierungswinkel des Substrats 20 1,5° betrug und der Temperaturunterschied Δ. Γ kleiner als 0,5⁰G war, erschien trots der idealen Sättigung und der Unterkühlung der Lösung 32A die terrassenförmige Oberflä-

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chengestalt auf der Oberfläche der aufgewachsenen Schicht, wie sie übertrieben in Figur 5-(A) dargestellt ist. Wenn Δ T mehr als 15⁰C betrug, war die Oberfläche der aufgewachsenen Schicht unregelmäßig uneben und wellenförmig, wie es in Figur 5-(B) dargestellt ist.

Aus dem Wesen der Erfindung geht hervor, daß das erfindungsgemäße Verfahren auf verschiedene Halbleitermaterialien der Gruppen III-Y einschließlich Dreistoff systeme, beispielsweise auf GaP, InP, InAs, GaSb, InSb und Ga^_xAl_xAs anwendbar ist, indem ein passender zeitlicher Temperaturverlauf gewählt wird. Beispielsweise können abgesehen von einer Erhöhung von Tq um 10O⁰C nach den Beispielen 1 und 2 Epitaxialschichten aus GaP aufwachsen.

Als Vorrichtung zur praktischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Vorrichtung zur Durchführung herkömmlicher Aufwachsverfahren aus Plüssigphase mit geringen Abänderungen des unteren Schiffchens 14 verwandt werden, da nur die Vertiefung 22 zum Aufnehmen des kristallinen Ausgangsmaterials 24 beim unteren Schiffchen 14 zur Durchführung des eri'indungsgemäßen Verfahrens unbedingt erforderlich ist, wie es au3 den vorhergehenden Ausführungen anhand von Figur 2 hervorgeht.

Durch die Erfindung v.ird jedoch auch eine verbesserte Vorrichtung oder ein verbesserter Aufwachsschiffchenaufbau zur industriellen Durchführung des erfindungsgemäßen Aufwachsverfahrens geliefert, ΐ/ie oben erwähnt, müssen das Reaktionsrohr 10 und der öfen 1 2 sich im Aufbau nicht von dem Reaktionsrohr und dem Ofen unterscheiden, die bei herkömmlichen Aufwachsverfahren verwandt werden, außer daß der Ofen 12 ein Ofentyp.mit geringerer Genauigkeit sein kann. Dementsprechend bezieht sich die folgende Beschreibung der verbesserten Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nur auf den Aufwachs—

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sehiffchenaufbau.

In den Figuren 6 bis 8 ist ein Au fwachsschiff chenauf bau 100 dargestellt, der sich von dem Schiffchenaufbau 50 in Pigur 2 hauptsächlich dadurch unterscheidet, daß er aus sechs Cfraphitplatten oder Schiffchen aufgebaut ist, die übereinander angeordnet sind. Die Anzahl dieser Schiffchen ist nicht auf sechs beschränkt und kann frei gewählt werden. Wenn der Ofen 1 2 ein gewöhnlich bei der Herstellung von Siliciumtransistoren verwandter Diffusionsofen mit einer Heizzone konstanter Temperatur (± 1⁰O) ist, die einen Durchmesser von 100 mm und eine Länge von 1300 mm hat, und \iexw. das Reaktionsrohr 10 einen Durchmesser von 80 mm und eine Länge von 1800 mm aufweist, kann der Schiffchenaufbau 100 aus bis zu 30 Schiffchen bestehen. Die sechs Schiffchen sind mit 140, 160, 141, 161, 142 und 162, ausgehend von dem untersten Schiffchen 140, in der Reihenfolge bezeichnet, in der sie übereinander angeordnet sind. Wie es in Pigur 7 dargestellt ist, ist die Draufsicht auf die Schiffchen

160, 161 und 162 identisch. Jedes dieser drei Schiffchen 160,

161, 162 weist eine vertikal ausgebildete Öffnung 126 auf, die als Lösungsreservoir wie das Reservoir 26 des oberen Schiffchens 16 in Pigur 2 dient. Die Schiffchen 141 und 142 sind identisch, ihre Draufsicht ist in Pigur 8 dargestellt. Jedes dieser beiden Schiffchen 141 und 142 weist ebenfalls ein Lösungsreservoir 126 mit demselben Querschnitt und an derselben Stelle wie die Reservoire 126 der Schiffchen 160, 161 und 162 auf. Zusätzlich sind eine Vertiefung 118 zur Aufnahme des Substrats 20 und eine andere Vertiefung 122 zur Aufnahme des kristallinen Ausgangsmaterials 24 in der Oberfläche jedes der beiden Schiffchen 141 und 142 derart ausgebildet, daß sich die Vertiefung 122 im Abstand vom Reservoir 1 26 und der Vertiefung 118 befindet und zwischen beiden angeordnet ist. Bei einem herkömmlichen Schiffchfciiaufbau ist die Querschnittsfläehe des Reservoirs 126 gleich groß oder etwas größer als die Querschnittsfläehe der "Vertiefung 118. Der mit d^ bezeichnete Abstand swi-

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sehen den beiden Vertiefungen 118 und 122 ist größer als die Breite d₂ des Reservoirs 1 26. Das unterste Schiffchen

140 ist im Hinblick darauf, daß es die Vertiefungen 118 und 122 aufweist, mit den Schiffchen 141 und 142 identisch, es fehlt lediglich das Reservoir 126.

Es ist somit erkennbar, daß die sechs Schiffchen dieses Aufbaus 1 00 grundsätzlich in zwei Gruppen unterteilt werden könr nen, von denen die erste Gruppe aus den Schiffchen 160, 161 und 162 besteht, die keine der Vertiefungen 118 und 122 aufweisen und von denen die zweite Gruppe aus den Schiffchen 140,

141 und 142 besteht, die mit Vertiefungen 118 und 120 versehen sind. Bs ist weiterhin ersichtlich, daß jedes Schiffchen der ersten Gruppe von Schiffchen 160, 161 oder 162 sich auf einem Schiffchen der zweiten Gruppe HO, 141 oder 142 befindet. Jedes Schiffchen im Aufbau 100 in Pigur 6 ist bezüglich der benachbarten Schiffchen verschiebbar und die Schiffchen einer Gruppe, d.h. in diesem Pail die Schiffchen HO, 141 und 142, sind im Reaktionsrohr 100 festliegend angeordnet. Die verbleibenden Schiffchen 160, 161 und 162 können von außerhalb des Reaktionsrohres 10 mit Hilfe einer Bewegungseinrichtung, beispielsweise einer nicht dargestellten Schubstange, gleichzeitig in Figur 6 sowohl nach rechts als auch nach links bewegt werden. Es ist auch erkennbar, daß der Schiffchenaufbau 100 im wesentlichen aus drei Schiffchenaufbausätζen 50 in Figur 2 besteht, nur daß das Reservoir 126 abgesehen von dem Schiffchensatz, der sich im Aufbau 100 ganz unten befindet, im unteren Schiffchen 14 vorgesehen ist. Mehrere Schiffchenaufbausätze 50 von Figur 2 sind zu dem Aufbau 100 in Figur 6 aufeinandergestapelt, um ein gleichzeitiges Aufwachsen von Epitaxialschichten auf mehreren Substraten 20 während eines einzigen Aufwachsarbeitsvorganges unter vollständiger Ausnutzung des Vorteils der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Lösung 32 zu erzielen.

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Im folgenden wird anhand von !Figur 9 die Arbeitsweise dieses Schiffchenaufb&us 100 erläutert. Zunächst werden die sechs Schiffchen in der in Figur 6 oder Figur 9-(A) dargestellten ^T;/eise angeordnet, so daß die Lösungsreservoire 126 der fünf Schiffchen 160, 141, 161, 142 und 162 vertikal genau ausgerichtet sind. Diese Reservoire 126 werden mit untersättigter G-aAs-Lösung 32 gefüllt, deren As-Konsentration vorzugsweise 5 bis 10 ¹P unter dem Löslichkeitswert in der Ga-Sehmelze 28 bei der gewählten Temperatur von beispielsweise 80O⁰O liegt, wie es im obigen bereits beschrieben wurde. Das GaAs-Substrat 20 und das GaAs-Plättchen 24 als zusätzliches Ausgangsmaterial für die Lösung 32 v;erdeη jeweils in die Tertiefungen 118 und 122 jedes der festliegenden Schiffchen 140, 141 und 142 eingebracht, wie es in Figur 9-(A) dargestellt ist. Die Vertiefung 118 ist derart ausgebildet, daß sie das Substrat 20 selbst dann aufnehmen und abgeben kann, wenn die sechs Schiffchen zusammengesetzt sind und in der in Figur 9-(A) dargestellten Lage gehalten sind, v/as später näher erläutert wird.

Anschließend werden die Schiffchen 160, 161 und 162 gleichzeitig nach linkß bewegt, um die ungesättigte Lösung 32 in den Reservoirs 126 dieser Schiffchen 160, 161 und 162 mit dem Ausgangs-GaAs 124 in den Schiffchen 140, 141 und 142 in Kontakt zu bringen, wie es in Figur 9-(B) dargestellt ist. \ierm. aus der untersättigten Lösung 32 eine ideal gesättigte Lösung 32A geworden ist, werden die drei Schiffchen 160, 161 und 162 gleichzeitig weiter nach links bewegt, so daß ihre Reservoirs 126 sowohl von den GaAs-Quelien 24 als auch den Substraten getrennt sind, wiö es in Figur 9-(C) dargestellt ist. Ih dieser Lage wird der gesamte Aufbau 100 einer Temperaturverringerung von SOO⁰C aus mit einer konstanten Abkühlungsgeschwindigkeit von beispielsweise 0,5⁰C pro Minute unterworfen.

^T,7enn die Temperatur eine bestimmte, mit T. in Figur 3 bezeichnete Temperatur erreicht hat, v/erden die drei Schiffchen 160, 161 und 162 gleichseitig nach links bewegt, bis die unterkühlte Lösung 32A in den Reservoirs 1 26 dieser Schiffchen mit den Substraten 20 in Kontakt kommt, wie es in Figur 9-(D) dargestellt ist, wobei die Abkühlung fortgesetzt wird. Da die Temperatur abnimmt, beginnt das GaAs aus der Lösung 32A abzuscheiden und epitaxial auf den Substraten 20 aufzuwachsen. \Iewi die Schichten bei der Temperatur Tp in Figur 3 auf die gewünschte Stärke aufgewachsen sind, werden die drei Schiffchen 160, 161 und 162 gleichzeitig nach rechts bewegt, bis der Aufbau 100 die Lage C einnimmt. Danach wird der gesamte Aufbau 100 mit einer erhöhten Abkühlungsgeschwindigkeit nahezu auf Zimmertemperatur abgekühlt und werden die Substrate 20 aus den Vertiefungen 118 entnommen. Die in dieser Weise auf den drei Substraten 20 aufgewachsenen Schichten haben eine ausgezeichnete Oberflächengestalt und sind praktisch miteinander identisch.

Es ist ersichtlich, d- ß bei Einern einzigen Arbeitsgang gleichseitig Schichten auf mehreren Substraten 20 aufwachsen können, wobei die Zahl dieser Substrate gleich der Hälfte der G-esamtanzahl von Schiffchen im Schiffchenaufbau 100 ist.

Da die Vertiefungen 11c und 122 verglichen mit den Schiffchen eine sehr geringe Breite haben, ist es möglich, die Anzahl der bei einem Arbeitsgang aufgewachsenen Schichten, d.h. die Anzahl der Substrate 20, dadurch zu erhöhen, daß wenigstens ein zusätzliches Pas.r von Vertiefungen 118 und 122 in jedem Schiffchen 140, 141 und 142 in gleicher Anordnung auf dar linken Seite der Vertiefungen 118 und 122 vorges en wird, die in Figur S dargestellt sind. Bei 300 mm langen Schiffchen ist es möglich, drei Vertiefungspaare 118, 122 in jedem der Schiffchen 140, 141 und 142 eiuszubilden. Dementsprechend können gleichzeitig Epitaxialschichten auf bis zu 45 (3 x ^r) Substratstücken 20 im Reaktionsrohr 1 0 mit einem Durchmesser von etwa 80 mm

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--26 -

Die GaÄs-lösung 32 in den Reservoiren 126 der drei Schiffchen ΙβΟ, 161 und 162 kann wiederholt verwandt werden, indem einfach der Schiffchenaufbau 100 in der lage C 30 Minuten lang auf 800°ö erhitzt wird und der iufbau 100 in der lage B gehalten wird, bis die lösung 32 wieder aufgrund der Erneuerung des QaAs von den G-aiks-Quellen 24 die ideale Sättigung erreicht. Die lösung 32 sowie die GaAs-Quellen 24 können gewöhnlich in mehr als zehnmaliger Wiederholung benutzt werden. Es ist daher ein Erfordernis des Schiffchenaufbaus 100, daß die Substrate 20 erneuert werden können, ohne den Schiffchenaufbau 100 auseinandernehmen zu müssen. Daher ist jede Vertiefung 118 in Figur β so ausgebildet, daß sie bis zu einer Seite jedes Schiffchens 140, 141 und 142 führt, wie es in Figur 10 dargestellt ist. Das Substrat 10 wird in die in dieser Weise ausgebildete Vertiefung oder den Schlitz 118 mit offenem Ende quer zu den Schiffchen 140, 141 oder 142 eingeführt, wie es durch den Pfeil S in Figur 10 dargestellt ist. Wenn ein .Aufwaehsarbeitsgang vollendet ist und sich der Schiffchenaufbau 10 in der lage C in Figur 9 befindet, können die Substrate 20 aus den Vertiefungen 118 dadurch genommen werden, daß der Schiffchenaufbau 100 entweder gekippt wird oder daß eine dünne Pinsette benutzt wird.

Ih den Figuren 11 bis 13 ist ein anderes Verfahren dargestellt, die Substrate 20 leicht einzulegen und zu entnehmen. In diesem Fall ist eine Kassette 200 als ein aus dem Schiffchenaufbau herausnehmbares Element ausgebildet. Diese Kassette 200 besteht aus Grraphitplatten in derselben Anzahl, in der die Schiffchen vorgesehen sind, die den Schiffchenaufbau 100 bilden. Figur 12 bis 14 ; igen den Fall, in dem die Gesamtanzahl der Schiffchen gleich 4 ist. Die Grraphitplatten 240, 260, 241 und 261 der Kassette 200 sind in derselben Weise übereinander angeordnet wie die Schiffchen 140, 160, 141 und 161 des Schiffchenaufbaus 100 und haben jeweils dieselbe Stärke wie die entsprechenden Schiffchen. Die Tiefe d* in Figur 13 der Kassette 200 ist kleiner als die Tiefe d. des Schiffchenaufbaus 100. Jede der G-raphitplatten 240 und 241, die jeweils den Schiffchen 140 und 141 entsprechen,

weist eine Vertiefung 218 zur Aufnahme des Substrates 20 auf. Die Platten 260 und 261 sind bezüglich der Platten 240 und 241 verschiebbar. Die Vertiefungen 118 der Schiffchen 140 und 141 sind durch vertikale Öffnungen 118Λ mit demselben Querschnitt ersetzt, vie ihn die Eassette 200 hat, und die Schiffchen 160 und 161 sind ebenfalls mit denselben Öffnungen 118A vAn einer derartigen Stelle versehen, daß die Öffnungen 11-8Δ in allen Schiffchen HO, 160, 141 und 161 in vertikaler Richtung zueinander ausgerichtet sind, wie es in Eigur 12 dargestellt ist, wenn der Schiffchenaufbau 100 in die lage C in Eigur 9 gebracht ist. Die Substrate 20 werden in die Vertiefungen 218 in den Graphitplatten 240 und 241 eingesetzt und anschließend wird die Kassette 200 in der in Figur 11 dargestellten Weise zusammengefügt. Die zusammengefügte Kassette 200 wird dann nach unten in die zueinander ausgerichteten Öffnungen 118A des Schiffchenaufbaus 100 eingesetzt, der sich in der lage C in Eigur 9 befindet. Wenn ein Aufwachsarbeitsgang vollendet ist und der Schiffchenaufbau 100 sich in der lage O befindet, wird die Kassette 200 aus den Öffnungen 118A herausgenommen und wird anschließend eine andere Kassette 200 eingesetzt, die frische Substrate 20 für den nächsten Arbeitsgang enthält.

Das folgende Beispiel 4 erläutert die Verwendung des in Eigur dargestellten Schiffchenaufbaus 100 mit 30 Schiffchen.

Beispiel 4

Das Reaktionsrohr 10 hatte einen Durchmesser von 85 mm und eine länge von 1800 mm einschließlich der verengten Endabschnitte. Der Ofen 12 hatte eine etwa 450 mm lange Heizzone, in der die Temperatur innerhalb eines Bereiches von +1⁰C konstant gehalten werden konnte. Der Schiffchenaufbau 100 wurde zwar von 30 Schiffchen gebildet, im folgenden wird aber der Einfachheit halber auf den in Eigur 6 und 9 dargestellten Schiffchenaufbau mit 6 Schiffchen Bezug genommen. Jedes Graphitschiffchen hatte eine

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Tiefe cL in Figur 13 von 40 mm, eine Länge von 300 mm und eine Stärke von 2 mm.

In einem nicht dargestellten gesonderten Schiffchen, das in ein gesondertes Reaktionsrohr eingebracht wurde, wurde eine G-aAs-Lösung 32 dadurch hergestellt, daß 4,2 g polykristallines GaAs und 2,0 g Sn, d.h. ein F-Störstoff, in 140 g einer Galliumschmelze gelöst wurden, die in einem Hp-Strom 20 Stunden lang auf 800⁰C gehalten wurde. Die As-Eonzentration in der daraus entstehenden Lösung 32 lag um 5 bis 10 i» unter dem Löslichkeitswert in Gallium bei 800⁰C. Diese Lösung 32 wurde mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 2O⁰C pro Minute schnell abgekühlt und in die Lösungsreservoire 1 26 des Schiffchenaufbaus 100 eingefüllt, der sich in der Lage A in Figur 9 befand.

Die Substrate 20 wurden dadurch hergestellt, daß 20 χ 20 mm große und 30/Um starke Cr-dotierte ΪΓ-GaAs-Plättehen mit einer

/ -ι ο _5
Dotierung von 2,0 χ 10 cm einer gewöhnlichen Polier- und chemischen Ätzbehandlung unterworfen wurden. Die GaAs-Quellen 24 wurden dadurch hergestellt, daß 20 χ 20 mm große und 300/um

starke Plättchen aus Sn-dotiertem U-GaAs mit einer Dotierung 16 ^5

von 5,0 χ 10 cnT^ ähnlich wie die Substrate 20 behandelt wurden· Die Lösungsreservoire 126 hatten eine Breite ü^ in Figur von 20 mm. Der Abstand d,- in Figur 8 zwischen dem Reservoir 126 und der Vertiefung 122 betrug 5 mm und der Abstand d^ zwischen den Vertiefungen 118 und 122 in den Schiffchen 140, 141 und 142 betrug 30 mm. Beide Vertiefungen 118 und 120 waren 20 mm breit und 20 mm tief.

Die Substrate 20 und die GaAs-Quellen 24 wurden in die Vertiefungen 118 und 122 von 15 Schiffchen eingebracht, die von den Schiffchen 140, 141 und 142 repräsentiert werden. Der Schiffchenaufbau 100 wurde in der Lage A in einem Hp-Strom 30 Minuten lang auf 800⁰C gehalten. Dann wurden die von den Schiffchen 160, 161 und 162 repräsentierten 15 Schiffchen mit einer koiEtanten

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Geschwindigkeit von 20 min pro Sekunde in Figur 9 nach links bewegt, um den Schiffchenaufbau in die Lage B zu bringen. In dieser lage wurde die Temperatur für weitere 30 Minuten auf 800⁰O gehalten, um exne ideal gesättigte lösung 32A zu bekommen. Anschließend wurde der Schiffchenaufbau 100 in die Lage C gebracht und wurde die Temperatur von 800⁰C mit einer Geschwindigkeit von 0,5⁰G pro Minute verringert. Nach dem Ablauf von 1 0 Minuten wurde die unterkühlte Lösung 32A in den Schiffchen 160, 161 und 162 mit den Substraten 20 in Kontakt gebracht, wie es in Figur 9-(D) dargestellt ist. Die Verringerung der Temperatur wurde mit der gleichen Geschwindigkeit fortgesetzt. Die Lage D wurde 60 Sekunden lang beibehalten. Anschließend wurde der Schiffchenaufbau wieder in die Lage C gebracht. Danach erfol.;te eine Abkühlung mit einer stark erhöhten Abkühlungsgeschwindigkeit bis nahezu auf Zimmertemperatur. Dann wurden dxe Substrate 20 aus dem Schiffchenaufbau entnommen. Auf diese Weise war eine 1 ,0/Um starke Epitaxialschicht aus Sn-dotiertem F-GaAs mit einer Ladungsträgerkonzen-

17 -¹^

tration von 10x10' cm ^J auf jedem der 15 Substrate aufgewachsen. Die 15 Schichten waren bezüglich ihrer Stärke und ihrer Oberflächengestalt miteinander praktisch identisch. Die Schwankungsbreite der Stärken dieser 15 Schichten lag unter 10 fo. Bei herkömmlichen Aufwachsverfahren aus !Flüssigphase, bei denen eine einzige Schicht bei jedem Arbeitsgang aufwächst, beträgt die Schwankungsbreite der Schichtstärken häufig + etwa 50 tfo. Die Oberflächenrauhigkeit der aufgewachsenen Schichten lag bei diesem Beispiel unterhalb 200 L·

Beispiel 5

Dieses Beispiel gleicht grundsätzlich dem Beispiel 4» es ist lediglich jedes der durch die Schiffchen 140, 141 und 142 repräsentierten 15 Schiffchen mit zwei zusätzlichen Yertiefungspaaren 118 und 122 versehen, die jeweils mit Substraten 20 und GaAs-Quellen 24 gefüllt werden. Wenn das Aufwachsen der Schicht

auf dem Substrat 20 vollendet war, das sich in der äußerst rechten Vertiefung von den drei Vertiefungen 118 befand, wurde die Lösung 32 in jedem von den Schiffchen 160, 161 und 162 repräsentierten Schiffchen mit der Graus-Quelle 24 in der mittleren Vertiefung der drei Vertiefungen 122 in Kontakt gebracht und 30 Minuten lan;·- auf 800⁰C erhitzt, um den GaAs-Bestandteil aufzufüllen, der durch das vorhergehende Aufwachsen einer Schicht verbraucht wurde. Die bei diesem Beispiel aufgewachsenen G-aAs-Schiehten hatten die gleiche Qualität wie die beim Beispiel 4- erhaltenen Schichten.

Wenn es beabsichtigt ist, mehrere Vertiefungen 118 zum Halten der Substrate 20 in jedem Schiffchen HO, 141 und 142 auszubilden, müssen nicht notwendigerweise Vertiefungen 1 22 zum Halten der G-aAs-Quelle 24 in derselben ünzahl wie die Vertiefungen 118 vorgesehen sein. Wie es in Figur 14 dargestellt ist, weist das Schiffchen ΠΟΑ drei identische Vertiefungen 118-1, 118-2 und 118-3 und eine Vertiefung 122 auf. In diesem Pail ist der Abstand dg zwischen der Vertiefung 118-2 und der Vertiefung 118-1 oder 118-3 kleiner als die Breite der Vertiefung 118. Während des Betriebes wird die Lösung 32A im Reservoir 126 mit den drei Substraten 20 in den drei Vertiefungen 118-1, 118-2 und 118-3 nacheinander in der zahlenmäßigen Reihenfolge in Eontakt gebracht. Da das Aufwachsen der Schichten auf den jeweiligen Substraten 20-1, 20-2 und 20-3 bei verschiedenen Temperaturen aus der Lösung 32A erfolgt, deren Zustand sich ändert, sollte die Aufwachsdauer fortschreitend für die Substrate 20-2 und 20-3 zunehmen, wenn drei Schichten mit derselben Stärke aufwachsen sollen.

In Figur 15 sind drei Vertiefungen 118-1, 118-2 und 118-3 in einem derartigen Abstand voneinander angeordnet, daß der Abstand dg gleich der Breite der Vertiefung 118 ist. Während des Betriebes wird die Lösung 32A mit dem Schiffchen I4OA an

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einem Bereich zwischen den Vertiefungen 118-1 und 118-2 in Kontakt gehalten, nachdem das Aufwachsen der Schicht auf dem Substrat 2D-1 beendet ist und erfolgt in diesem Zustand eine zeitlang eine Abkühlung, so daß die lösung 32A wieder in den ideal unterkühlten Zustand vor dem Aufwachsen der nächsten Schicht auf dem Substrat 20-2 zurückkehren kann.

Figur 16 zeigt noch eine weitere andere Abänderung des Schiffchenaufbaus 100 in Figur 6. Bei diesem Schiffchenaufbau 100B unterscheiden sich die Schiffchen 140, 141 und 142 nicht von den entsprechenden Schiffchen beim Schiffchenaufbau 100 in Figur 6. Jedes der Schiffchen 160B, 161B, 162B, die sich auf den Schiffchen 140, 141 und 142 jeweils befinden, ist auch mit einer Vertiefung 122 zur Aufnahme des Ausgangsplättchens 24 und einer Vertiefung 118 zur Aufnahme des Substrates 20 ver~ sehen. Die Vertiefungen 118 und 122 in diesen Schiffchen 16OB, 161B und 162B sind in ähnlicher Weise wie die Vertiefungen und 122 in den Schiffchen 140, 141 und 142 jedoch symmetrisch auf gegenüberliegenden Seiten der lösungsreservoire 126 angeordnet. Bei diesem Schiffchenaufbau 100B sind die Schiffchen 160B, 161B und 162B als Gleitstücke ausgebildet.

Während des Betriebes werden die Substrate 20 und die Ausgangsplättchen 24 in sämtlichen Vertiefungen 118 und sämtlichen Vertiefungen 122 jeweils angeordnet. Die Schiffchen 160B, 161B und 162B werden in Figur 16 nach rechts bewegt, bis die Lösung 32 in den Reservoiren 126 dieser drei Schiffchen 160B, 161B und 162B mit den Ausgangsplättchen 24 in den Schiffchen 140, 141 und 142 in Kontakt kommt. Zu diesem Zeitpunkt kommen die Ausgangsplättchen 24 in den nach rechts bewegten Schiffchen 160B, 161B und 162B mit der lösung 32 in den festliegenden Schiffchen 141, 142 und 163 in Kontakt, das sich ganz oben befindet und nicht notwendigerweise Vertiefungen 118 und 1 22 aufweisen muß. Wenn die Schiffchen 160B, 161B und 162B weiter nach rechts bewegt werden, um die in den Schiffchen gehaltene unterkühlte lösung 32A mit den Substraten 20 in den festliegen-

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den Schiffeben 140, 141 und 142 in Kontakt zu bringen, kommen die Substrate 20 in den nach rechts bewegten Schiffchen 160B, 161B und 162B gleichzeitig mit der lösung 32A in den festliegenden Schiffchen 141, 142 und 163 in Eontakt. Infolge der Aasnutzung der Lösung 32, die in den Reservoirs 126 der festliegenden Schiffchen 141, 142 und 163 enthalten ist, können Schichten auf einer größeren Anzahl von Substraten 20 bei jedem Aufwachsarbeitsgang durch die Verwendung dieses Schiffchenaufbaus 100B, verglichen mit der Verwendung des Schiffchenaufbaus 100 in Figur 9, aufwachsen. Die Erhöhung der Anzahl der Substrate 20 der aufgewachsenen Schichten hängt von der Anzahl der Schiffchen ab und beträgt 50 $ bis nahezu 100 fo.

Die zur Durchführung eines einzigen Aufwachsarbeitsganges nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erforderliche Zeit beträgt bei Größen, wie sie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel verwandt wurden, etwa eine Stunde, und etwa die Hälfte der Gesamtzeit wird für die Sättigung der Lösung 32 verbraucht. Es ist daher sehr vorteilhaft, zusätzliche Ausgangsmaterialien vorzusehen, die nicht dargestellt, jedoch im wesentlichen mit dem Ausgangsmaterial 24 identisch sind und die derart angeordnet sind, daß sie mit der Oberfläche der Lösung 32 in Eontakt kommen. Die Sättigung der Lösung 32 kann in etwa einem Viertel der oben genannten Zeitdauer, d.h. in etwa 30 Minuten, erreicht werden, wenn das zusätzliche Ausgangsmaterial geeignet angeordnet, ist.

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Claims (17)

1. 26Ί6700

   Patentansprüche

   .'Verfahren zum Ausbilden einer dünnen Schicht aus einem Halbleitermaterial der G-ruppen HI-V aus einer Lösung auf einem Substrat durch epi taxiales Aufwachsen aus ITüssigphase, dadurch gekennzeichnet, daß

   (a) eine ideal gesättigte Lösung eines Halbleitermaterials der G-ruppen IH-V in einer Metallschmelze auf einer vorbestimmten Temperatur hergestellt wird, die frei von jedem Niederschlag ist,

   (b) die Temperatur der ideal gesättigten Lösung verringert wird, damit sich eine unterkühlte Lösung ergibt, wobei bei diesem Verfahrensschritt die ideal gesättigte Lösung von jeder Halbleitermaterialquelle getrennt gehalten wird und

   (c) die unterkühlte Lösung mit einem Substrat in Kontakt gebracht wird.
2. 2. Verfahren nach .Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß beim Verfahrensschritt (b) die Temperatur der ideal gesättigten Lösung auf eine Temperatur verringert wird, die um 0,5 bis 5⁰C unter der vorbestimmten Temperatur liegt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ideal gesättigte Lösi.ag dadurch hergestellt wird, daß (1) eine untersättigte Lösung des Halbleitermaterials in der Metallschmelze auf der vorbestimmten Temperatur hergestellt wird und daß (2) die untersättigte Lösung mit einer gesondert vorgesehenen Halbleitermaterialquelle auf der vorbestimmten Temperatur in Eontakt gebracht wird.

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4. 4. Verfahren nach. Atispruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die untersättigte Lösung derart hergestellt wird, daß die Konzentration des Halbleitermaterials in der untersättigten Lösung um etwa 5 bis etwa 10 fo unter dem Löslichkeitswert des Halbleitermaterials in der Metallschmelze bei der vorbestimmten Temperatur liegt.
5. 5« Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gesondert vorgesehene Halbleitermate,ialquelle in kristalliner Eorm vorliegt.
6. 6. Verfahren nach Anspruch, 3, dadurch gekennzeichnet, daß die !Temperatur der unterkühlten Lösung anschließend an den Verfahrensschritt (c) auf die vorbestimmte [Temperatur erhöht wird und daß danach die Verfahrensschritte (a)-(2) und (b) wiederholt werden, um dadurch dieselbe Lösung zur Durchführung des Verfahrensschritts (c) mit einem neuen Substrat wiederholt zu verwenden.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Verfahrensschritt (c) die Temperatur mit einer vorbestimmten Abkühlungsgeschwindigkeit weiter verringert wird.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 1 oaer 2, dadurch gekennzeichnet, daß die unterkühlte Lösung anschließend an den Verfahrensschritt (c) mit einer Oberfläche eines gesondert vorgesehenen Substrates in Kontakt gebracht wird.
9. 9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial GaAs und die Metallschmelze eine Ga-Schraelze ist.

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   2816700
10. 10. Schiffchenaufbau zum Ausbilden einer dünnen Schicht aus einem Halbleitermaterial der Gruppen IH-Y aus einer Lösung auf einem Substrat durch epitaxiales Aufwachsen aus Flüssigphase, gekennzeichnet durch ein erstes plattenförmiges Schiffchen (14) mit einer ersten Vertiefung (18) zur Aufnahme eines Substrats (20) und mit einer zweiten Vertiefung (22) zur Aufnahme eines kristallinen Halbleitermaterials (24) als zusätzlichem Ausgangsmaterial, wobei die erste und die zweite Vertiefung (18, 22) auf der Oberfläche des ersten Schiffchens (14) und im Abstand voneinander angeordnet sind, und durch ein zweites plattenförmiges Schiffchen (16) mit einer vertikalen Öffnung (26), die als Lösungsreservoir ausgebildet ist, wobei das zweite Schiffchen (16) verschiebbar auf der Oberfläche des ersten Schiffchens (14) derart angeordnet ist, daß das Lösungsreservoir (26) wahlweise auf der ersten Vertiefung (18), auf der zweiten Vertiefung (22) und zwischen beiden Vertiefungen (18, 22) und von beiden Vertiefungen (18, 22) getrennt angeordnet werden kann.
11. 11. Schiffchenaufbau nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Vertiefung (18, 22) in Verschiebungsrichtung des zweiten Schiffchens (16) größer als die Breite des Lösungsreservoirs (26) ist.
12. 12. Schiffchenaufbau nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Vertiefung (18, 22) und das Lösungsreservoir (26) an solchen Stellen ausgebildet sind, daß die zweite Vertiefung (22) sich in einer Vorderansicht zwischen dem Lösungsreservoir (26) und der ersten Vertiefung (18) befindet, wenn sich der Schiffchenaufbau (50) vor einer Verschiebung des ersten oder zweiten. Schiffchens (14, 16) in seiner Hormallage befindet.

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13. 13. Schiffchenaufbau nach Anspruch. 12, dadurch gekennzeichnet, daß er aus wenigstens zwei Gruppen von ersten und zweite Schiffchen (UO, 160, 141, 161, 142, 162) besteht, jede Schiffchengruppe über einer anderen Schiffchengruppe angeordnet ist, die ersten Schiffchen (141» 142) außer dem untersten Schiffchen (140) ein Lösungsreservoir (126) aufweisen, das identisch zu dem Lösungsreservoir (126) in den zweiten Schiffchen (160, 161, 162) ausgebildet ist, &o daß alle Lösungsreservoire (126) im Schiffchenaufbau (100) in vertikaler Richtung zueinander ausgerichtet sind, wenn sich der Schiffchenaufbau (100) in seiner Mormallage befindet«
14. 14- Schiffchenaufbau nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der zweiten Schiffchen (160B, 161B, 162B) ebenfalls mit einer ersten und einer zweiten Tertiefung (118, 122) versehen ist, die in derselben Weise wie in den ersten Schiffchen (140, 141, 142) und im Hinblick auf die sich vertikal im ausgerichteten Zustand befindlichen Lösungsreservoire (126) symmetrisch bezüglich der ersten und der zweiten Vertiefung (118, 122) in den ersten Schiffchen (140, 141, 142) ausgebildet sind.
15. 15. Schiffchenaufbau nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Schiffchen (140A) mit wenigstens einer zusätzlichen ersten Tertiefung (118-2, 118-3) versehen ist, die sich in zur zweiten Tertiefung (122) entgegengesetzte Richtung im Abstand von der zuerst genannten ersten Tertiefung (118-1) befindet.
16. 16. Schiffchenaufbau nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Tertiefung (18) derart ausgebildet ist, daß sie an einer Seite des ersten Schiffchens (14) endet, wodurch das Substrat (20) in die erste Tertiefung (18) durch

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    die in der Seite ausgebildete Öffnung eingeführt und entnommen werden kann.
17. 17. Schiffchenaufbau nach .Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil in Form einer vertikal verlaufenden Säule, die die ersten Vertiefungen (118) enthält, als herausnehmbare Kassette (200) ausgebildet ist, so daß die Substrate (20) außerhalb des Schiffchenaufbaus (100) in die ersten Vertiefungen (118) eingesetzt und aus den ersten Vertiefungen (118) entnommen werden können.

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