DE2910723A1

DE2910723A1 - Verfahren zum herstellen von epitaktischen halbleitermaterialschichten auf einkristallinen substraten nach der fluessigphasen-schiebe-epitaxie

Info

Publication number: DE2910723A1
Application number: DE19792910723
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Phys Endler; Heinz Dipl Phys D Splittgerber; Karl-Heinz Dr Rer Nat Zschauer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-03-19
Filing date: 1979-03-19
Publication date: 1980-09-25
Also published as: JPS6154245B2; JPS55125624A; FR2452177A1; FR2452177B1; GB2045639B; GB2045639A; US4261770A

Description

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SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

Berlin und München ^VPA 79 P 7 G 3 7 BSO

Verfahren zum Herstellen von epitaktischen Halbleitermaterialschichten auf einkristallinen Substraten nach der Flüssigphasen-Schiebe-Spitaxie,

Die vorliegende Patentanmeldung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von epitaktischen Schichten aus Halbleitermaterial, insbesondere aus A-j-jy-B,,-Verbindungen, auf einkristallinen Substraten nach der Flüssigphasen-Schi ebe-Epitaxie, bei dem auf die Oberfläche eines Substrats eine Lösung aufgeschoben wird, aus der sich infolge Obersättigung eine epitaktische Schicht auf dem Substrat abscheidet und anschließend die Lösung vom Substrat und von der darauf befindlichen epitaktischen Schicht wieder entfernt wird.

Sin solches Flüssigphasen-Schiebe-Spitaxieverfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sind in der DT-OS 26 41 347 ausführlich beschrieben. Üblicherweise entsteht bei dem Verfahren der Flüssigphasen-Schiebe-Epitaxie ein starkes Wachstum an den Rändern der epitaktischen Schicht (Wulstwachstum). Dies

Edt 1 Plr/15.3.1979

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hat zur Folge, daß bei der Herstellung mehrerer Schichtenfolgen in einem Arbeitsgang

a) Reste der abgeschobenen Lösung an den Wülsten hängenbleiben und bei dem nächstfolgenden Aufschieben in die folgende Lösung verschleppt werden,

b) Teile des Wulstes beim Überschieben der Lösungskammem abbrechen und die Epitaxie-Schicht mechanisch verletzen.

Diese Fehler können die Herstellung von Halbleiterbauelementen, wie z. B. Laserdioden, unmöglich machen. Ein weiterer negativer Einfluß des Wulstes ist dadurch gegeben, daß, falls die Substrate mit einer Planar-Technologie weiterverarbeitet werden, eine Unscharfe bei der Abbildung in der Fototechnik entsteht.

Zur Vermeidung des Wulst-Wachstums an den Rändern der Substrate sind mehrere Verfahren bekannt. So wird beispielsweise in der DT-OS 24 04 017 ein Verfahren beschrieben, bei dem vor dem epitaktischen Prozeß die Randzonen des Substrats mit einer maskierenden Schicht aus hitzebeständigem Material (Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid) abgedeckt werden.

Bei den aus dem Western Electric Technical Digest Nr. 46, Seite 77 bekannten Verfahren werden die die Schmelze enthaltenden Kammern zusätzlich durch Heizspulen beheizt, um die Wärmeableitung durch die aus Graphit bestehenden Kammerwände^ möglichst gering zu halten oder auszuschalten. * - ■

Eine weitere Möglichkeit der Wulstvenainderung wird im Journal Cryst. Growth 29 (1975) auf den Seiten 62 bis beschrieben. Dabei wird beim epitaktischen Abscheiden

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-,*- VPA 79 P 7 0 3 7 BRD

die sogenannte Step-Cooling-Methode angewandt.

Schließlich ist aus der DT-OS 26 41 347 ein Aufwachsverfahren nach der Flüssigphasen-Schiebe-Epitaxie zu entnehmen, bei dem zur Verminderung von Wulstbildung an den Substraträndern die räumliche Orientierung der Substratkanten geändert wird, wobei die Erkenntnis ausgenutzt wird, daß die Geschwindigkeit des Kristallwachstums an Kanten von der räumlichen Orientierung dieser Kanten abhängig ist. Es werden deshalb solche Substrate ausgewählt, die so gespalten bzw. gesägt sind, daß die Begrenzungskanten der Substratoberfläche nicht solche Kanten sind, an denen bevorzugt schnelles Wulstwachsturn auftritt.

Der Erfindung liegt die gleiche Aufgabe zugrunde wie den eben genannten Verfahren, nämlich das Wachstum von Wulsten an den Substraträndern zu unterbinden. Die Erfindung beschreitet einen anderen Weg und löst die gestellte Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch, daß durch die Auskleidung zumindest des unteren Bereiches der die Lösung enthaltenden Kammern mit einem Substratmaterial der Ort des Wulstwachstums vom eigentlichen Substrat weg auf die Auskleidung verlegt wird. .Es liegt im Rahmen des Erfindungsgedankens, daß die Seitenwände der die Lösung enthaltenden Kammern der Schiebeanordnung mit dem gleichen Halbleitermaterial ausgekleidet werden, aus dem das Substrat besteht. Durch diese Maßnahme wird im Effekt das Substrat vergrößert und der Ort des Wulstwachstums auf die Halbleitermaterialauskleidung der Kammern verlegt. Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein Wulstwachstum immer an der Dreiphasengrenze Halbleitermaterial-LÖsung-externe Phase auftritt.

Das Verfahren findet insbesondere Anwendung bei der Her-

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stellung von epitaktischen Galliumarsenid-, Galliumaluminiumarsenid- und (Ga, In) (As, P)-Mischkristallschichten für Lumineszenz- und Laserdioden.

Weitere Einzelheiten sind anhand eines Ausführungsbeispiels, welches sich auf die Herstellung von epitaktischen Galliumarsenidschichten bezieht und der in der Zeichnung befindlichen Figur, welche in Perspektive eine Lösungskammer aufgeschnitten darstellt, zu entnehmen. Die in dem Kammerkörper 1 aus Graphit angeordneten Lösungskammem 2, deren Seitenwände zumindest in ihrem unteren Bereich mit Galliumarsenid 3 ausgekleidet sind, nehmen die gesättigten oder leicht übersättigten Lösungen 4 von Gallium als Lösungsmittel und einer gemäß der Wachstumstemperatur und dem Löslichtkeitsdiagramm eingewogenen Menge von einigen Atom % Arsen in Form von Galliumarsenid sowie die entsprechenden Dotierstoffe auf. Am Boden der Kammern 2 befindet sich eine im Kammerkörper 1 verschiebbar angeordnete Graphitträgerplatte 5, welche in einer Vertiefung das mit der Graphitträgerplatte 5 verschiebbare Substrat 6, bestehend aus einer einkristallinen Galliumarsenidscheibe, enthält.

Durch Verschieben der Graphitträgerplatte 5 relativ zu den Lösungskammern 2 können die verschieden dotierten Galliumarsenlösungen nacheinander mit dem Substrat 6 in Berührung kommen und epitaktische Schichten auf dem Substrat abgeschieden werden. Ein Vorteil dieses Verfahrens ist, daß zwischen den einzelnen Wachstumsschichten die epitaktisch aufgewachsenen Schichten nicht der Atmosphäre ausgesetzt und so auch nicht oxidiert werden können.

Durch das Vorhandensein der an den Seitenwänden der

Lösungskammern 2 befindlichen Galliumarsenid-Auskleidun-

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->- VPA 79 P7 0 3 7 BRO

gen 3 wird das bei bekannten Verfahren auftretende starke Randwaehstum vom Substrat 6 weg auf die Galliumarsenid-Auskleidung 3 in den Bereich 7 verlegt und es werden epitaktische Schichten von hoher Ebenheit auch bei Mehrfachbeschichtungen und bei Hetero strukturen erzielt.

3 Patentansprüche
1 Figur

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Claims

Pat ent ans-prüche.

1. Verfahren zum Herstellen von epitaktischen Schichten aus Halbleitermaterial, insbesondere aus Aj^-j-By-Verbindungen, auf einkristallinen Substraten nach der Flüssigphasen-Schiebe-Epitaxie, bei dem auf die Oberfläche eines Substrats eine Lösung aufgeschoben wird, aus der sich infolge Übersättigung eine epitaktische Schicht auf dem Substrat abscheidet und anschließend die Lösung vom Substrat und von der darauf befindlichen epitaktischen Schicht wieder entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Auskleidung zumindest des unteren Bereiches der die Lösung enthaltenden Kammern mit einem Substratmaterial der Oft des ¥ulstwachstums vom eigentlichen Substrat weg auf die Auskleidung verlegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Seitenwände der die Lösung enthaltenden Kammern der Schiebeanordnung mit dem gleichen Halbleitermaterial ausgekleidet werden, aus dem das Substrat besteht.

3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2 zum

Herstellen von GaAs-, (Ga, Al) As- und (Ga, In) (As, P)-Mischkristall-Schichten für Lumineszenz- und Laser-Dioden.

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