DE3106484A1

DE3106484A1 - Schiffchen fuer eine vorrichtung fuer fluessigphasenepitaxie und fluessigphasenepitaxieverfahren unter anwendung dieses schiffchens

Info

Publication number: DE3106484A1
Application number: DE19813106484
Authority: DE
Inventors: Marc 14000 Caen Mahieu; Philippe 14000 Caen Vandenberg; Jacques Jean 14670 Troarn Varon
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1980-02-27
Filing date: 1981-02-21
Publication date: 1982-01-21
Also published as: GB2070455B; FR2476690A1; US4393806A; JPS56133822A; GB2070455A; FR2476690B1; DE3106484C2; JPS6023496B2

Description

PHF 80-507

"Schiffchen für eine Vorrichtung für Flüssigphasenepitaxie und Flussigphasenepitaxieverfahren unter Anwendung dieses Schiffchens"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schiffchen zur Anwendung in einer Vorrichtung für Flüssigphasenepitaxie, das für die serienmäßige Erzeugung zweier Halbleiterschichten auf mindestens einem Halbleitersubstrat aus zwei flüssigen Lösungen entworfen ist und das im wesentlichen aus einem Tiegel besteht, auf dessen Boden sich ein Träger mit einem Hohlraum zur Aufnahme des Substrats befindet, wobei über diesem Träger ein Schlitten mit zwei Behältern für die flüssigen Lösungen angeordnet ist, der durch eine Wand des Tiegels hindurch in bezug auf den genannten Träger gemäß einer linearen Verschiebung bewegt werden Kann.

Die Erfindung bezieht sich auf epitaKtische Kristallzüchtung im allgemeinen Sinne, aber insbesondere auf das Züchten

TTT γ von Schichten aus Halbleiterverbindungen des A -B-Typs, die sich in einem industriellen Verfahren schwer erzeugen lassen. .

Ein Gerät für Flüssigphasenepitaxie ist in der US-PS 3 690 965 beschrieben. Das in dieser Patentschrift beschriebene Gerät enthält drei wesentliche Teile:

- einen Behälter mit der flüssigen Lösung,

- eine erste flache Platte, auf der der Behälter ruht und die den Boden des Behälters bildet, und

- eine zweite flache Platte, die unter der vorhergehenden Platte angeordnet ist, wobei sich in einem Hohlraum derselben das zu überziehende Halbleitersubstrat befindet.

Die beiden Platten sind durch Verschiebung in bezug auf-

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einander und in bezug auf den Behälter gemäß einer definierten Richtung bewegbar.

Die erste flache Platte ist mit einer Öffnung versehen, deren Form und Querschnitt nahezu denen des Bodens des Behälters gleich und auch nahezu denen des Hohlraumes gleich sind, in dem sich das Substrat befindet.

In einem ersten Schritt des Vorgangs werden der Boden des Behälters, die genannte Öffnung und der genannte Hohlraum in die gleiche Ebene gebracht. Die flüssige Lösung bedecKt dann das Substrat und füllt die öffnung aus. Anschließend werden die beiden Platten zusammen in bezug auf den Behälter verschoben. Das sich im Hohlraum befindende Substrat und die mit einer geringen Menge flüssiger Lösung ausgefüllte Öffnung werden dann derart von dem Behälter entfernt, daß von diesem ZeitpunKt an der Boden des Behälters verschlossen ist. Von der geringen Menge flüssiger Lösung her wird dann das Anwachsen der epitaKtischen Schicht auf dem Substrat durch das übliche Verfahren durch geregelte TemperatursenKung durchgeführt.

Das Verfahren nach der o.g. US-PS, das darin besteht, daß eine epitaKtische Schicht aus einer flüssigen Lösung erzeugt wird, die als eine verhältnismäßig dünne Schicht auf dem Substrat niedergeschlagen wird, weist den Vorteil auf - wie in der genannten Patentschrift angegeben wird -, daß die erhaltene Schicht eine auffallend hohe Oberflächengüte besitzt. Das beschriebene Gerät ist aber nicht für industrielle Anwendung angepaßt; es ist verwickelt, umfangreich und läßt sich nicht einfach betätigen.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, dem Fachmann ein für industrielle Anwendung geeignetes Gerät zur Ver-

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fügung zu stellen, d.h. ein Gerät, das sich leicht verwenden läßt und das es ermöglicht, mehrere Substrate gleichzeitig zu behandeln.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Boden des Behälters für die erste der flüssigen Lösungen, die mit dem Substrat in KontaKt gebracht werden sollen, durch den genannten Träger gebildet wird, während der Behälter für die zweite flüssige Lösung einen Boden besitzt, der mit einem entfernbaren Verschlußglied versehen ist.

Der im Träger des Schiffchens angebrachte Hohlraum zur Aufnahme des Substrats oder dar Substrate liegt im mittleren Teil des genannten Trägers, wobei den Behältern auf dem Träger zwei "Verweilplätze" zur Verfügung stehen, die an zwei gegenüberliegenden Enden des Schiffchens gemäß der Verschiebungsrichtung angebracht sind.

In einer Richtung.senKrecht zu der Bewegungsrichtung des Schlittens gemessen, ist das Verschlußglied vorzugsweise langer als die Länge des Hohlraumes für die Substrate, gemäß derselben Richtung gemessen.

In der verschlossenen Lage des Behälters für die zweite flüssige Lösung befindet sich das Verschlußglied in einem ersten Raum, der als eine durchgehende Bohrung des Schlittens ausgebildet ist, und ruht auf dem genannten Träger. Wenn der Behälter mit der zweiten flüssigen Lösung geöffnet ist, befindet sich das Verschlußglied in der Ruhelage in einem zweiten im genannten Träger an-

. gebrachten Raum.

Der Schlitten ruht auf dem Träger mit Hilfe einer flachen Platte, die durch eine Wand des Schiffchens geführt ist

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und die völlig d?n Hohlraum im Träger während des epitaKtischen Züchtungsvorgangs abdecKt.

Die obenbeschriebenen Maßnahmen tragen je für sich dazu bei, das Schiffchen nach der Erfindung als ein Gerät auszugestalten, mit dessen Hilfe epitaKtische Züchtung gemäß einem industriellen Verfahren durchgeführt werden Kann. Die Unterbringung der Behälter in einem der beiden Enden des Schiffchens ergibt den Vorteil, daß für den im Träger angebrachten Hohlraum viel Raum zur Verfügung steht; dieser Hohlraum Kann lang und breit gemacht werden und darin Können mehrere Substrate angebracht werden, die gleichzeitig unter denselben Bedingungen behandelt werden. Das Schiffchen behält angemessene Abmessungen, wodurch die Anwendung von Öfen mit nicht zu großen Abmessungen möglich ist. Übrigens bleibt die Erhitzungszone, in der eine sehr genaue Regelung erforderlich ist, schmal, wodurch die Regelung erleichtert wird.

Der Hohlraum ist nicht so tief - etwa 2 mm - und während der Durchführung des Verfahrens ist er bei der Züchtung der beiden epitaKtischen Schichten abgedecKt. Die Begrenzung der Substrate unter einer nicht sehr dicKen Schicht einer flüssigen Lösung begünstigt die Qualität der Züchtung.

Das Schiffchen, das eine einfache Bauart aufweist, bietet auch den Vorteil einer leichten Betätigung, weil nach dem Einführen in den Ofen nur zwei Eingriffe notwendig sind.

Ein Verfahren zum epitaKtischen Züchten zweier aufeinanderfolgender epitaKtischer Schichten auf einem Substrat mit Hilfe des genannten mit zwei Behältern versehenen Schiffchens ist dadurch geKennzeichnet, daß während eines

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ersten Schrittes des Verfahrens, der der Züchtung der ersten epitaKtischen Schicht vorangeht, der Schlitten derart in bezug auf den Träger verschoben wird, daß die Behälter, die mit ihren respeKtiven flüssigen Lösungen gefüllt sind, die auf einem ersten ihrer Verweilplätze angebracht sind, zu den zweiten dieser Plätze am gegenüberliegenden Ende des Schiffchens befördert werden, und daß in einem zweiten Schritt desselben Verfahrens, der dem Niederschlagen der ersten epitaKtischen Schicht folgt, der Schlitten derart in einer der ersten Verschiebungsrichtung entgegengesetzten Richtung bewegt wird, daß beide Behälter zum ersten Verweilplatz zurücK-geführt werden.

Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Behälter mit der ersten flüssigen Lösung hinter dem die zweite flüssige Lösung enthaltenden Behälter in bezug auf die Verschiebungsrichtung des Schlittens während des ersten Schrittes des Verfahrens angeordnet.

Weiter bleibt der die zweite flüssige Lösung enthaltende Behälter während der ganzen Verschiebung des Schlittens während des ersten Schritts verschlossen und das Verschlußglied wird nach der genannten Verschiebung in den zweiten Raum auf den zweiten Verweilplatz gebracht.

Unter diesen Bedingungen wird die erste flüssige Lösung wenigstens teilweise in dem Hohlraum verteilt, in dem sich das Substrat (die Substrate) während des ersten Schrittes befindet (befinden), während die zweite flüssige Lösung wenigstens teilweise im Hohlraum zum Ersatz des verbleibenden Teiles der ersten flüssigen Lösung

während des zweiten Schrittes verteilt wird. 35

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Die mit einem Schiffchen nach der Erfindung erhaltenen epitaKtischen Schichten weisen eine hohe Güte auf und sind insbesondere durch einen Oberflächenzustand gekennzeichnet, der mit dem durch Epitaxie aus der Dampfphase erhaltener Schichten vergleichbar ist.

Das Schiffchen nach der Erfindung eignet sich zur Erzeugung epitaktischer Schichten auf jedem geeigneten Substrat. Obgleich es für epitaKtische Züchtung von A- B -Materialien, insbesondere von GaAlAs, z.B. zum Stabilisieren eleKtrolumineszierender Dioden, entworfen ist, eignet es sich zur Anwendung in allen Fällen, in denen Schichten aus Halbleiterverbindungen in einem industriellen Verfahren gezüchtet werden.

Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Schiffchen, Fig. 2 einen Längsschnitt längs der Linie II-II

der Fig. 1,
Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie III-III der Fig. 1, und
Fig. 4A,

4B und 4C, die in bezug auf die vorhergehenden Figuren etwas vereinfacht sind, drei aufeinanderfolgende Stufen des Verfahrens zur Erzeugung zweier epitaKtischer Schichten auf Substraten, bei dem ein Schiffchen nach

der Erfindung verwendet wird.

Das Schiffchen nach der Erfindung wird in einer Epitaxievorrichtung bekannter Bauart verwendet, die insbesondere mit einem waagerechten Raum, in dem das genannte

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Schiffchen angeordnet ist, und mit einem Ofen versehen ist. Nur das Schiffchen, das den Gegenstand der Erfindung bildet, ist in den Figuren dargestellt.

Das Schiffchen 1 nach den Figuren 1, 2 und 3 ist mit einem Gefäß oder Tiegel 10 in Form eines Parallelepipeds versehen, an dessen Boden eine Platte 11 angeordnet ist. Diese Platte 11, die in der Mitte mit einem rechtecKigen Hohlraum 12 zur Aufnahme von Substraten, z.B. Halbleitersubstraten, versehen ist, bildet den iräger des Schiffchens. Auf der Platte 11 ruht eine andere Platte 13, die durch die Wände 101 und 102 des Tiegels 10 geführt ist. Die Platte 13 Kann eine Translationsbewegung über die Platte 11 (von rechts nach linKs und umgeKehrt in Figuren 1 und Z)₁ z.B. mit Hilfe eines in das Loch 14 geführten HaKens vollführen. Vorzugsweise wird die Platte 13 seitlich in bezug auf die Versehiebungsrichtung in Nuten 15 festgehalten, die in den Längswänden 103 und 104 des Gefäßes 10 angebracht sind.

Die Platte 13 trägt zwei Behälter 16 und 17, die nebeneinander angeordnet sind und zur Aufnahme flüssiger epitaKtischer Lösungen dienen. Das aus der Platte 13 und den Behältern 16 und 17 bestehende Gebilde bildet den oben als Schlitten bezeichneten Teil, der mit der Bezugsziffer 18 versehen ist.

Um die Herstellung, den Zusammenbau und die Demontage des Schiffchens zu erleichtern, sind die "Seitenwände der Behälter 16 und 17 in bezug auf die Bodenplatte 13 des Schlittens 18 lösbar ausgeführt. Sie bilden ein Ganzes, das in einer Nut 20 der Platte 13 angeordnet ist. Die Platte 11 ist in Form einer entfernbaren Platte ausgebildet, die in den Boden des Schiffchens 1 geschoben

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wird; tatsächlich bildet der Boden des Schiffchens ebenfalls einen Teil des durch die Platte 11 gebildeten Trägers.

Bei dem Schiffchen nach der Erfindung ist einer der Behälter, und zwar der Behälter 16, am Boden mit einem entfernbaren Verschlußglied 21 versehen, während der Boden des anderen Behälters 17 durch die Platte 11 gebildet wird. Der Behälter 17 dient zur Aufnahme der ersten flüssigen Lösung, die mit den Substraten im Hohlraum 12 in KontaKt gebracht werden muß. In den Behälter 16 wird die zweite Lösung eingeführt.

Der Behälter 17 berührt die Platte 11 über eine erste rechtecKige Öffnung 131 in der Platte 13. Vorzugsweise sind die zu der Verschiebungsrichtung des Schlittens senKrechten Ränder dieser Öffnungen abgeschrägt, um die Verteilung der ersten flüssigen Lösung und die Wiedergewinnung des verbleibenden Teiles dieser Lösung im Behälter 17 nach der Züchtung der ersten epitaKtischen Schicht zu erleichtern.

Die Behälter 16 und 17, die vom einen Ende des Schiffchens zu dem anderen Ende desselben verschoben werden Können, verfügen auf der Platte 11 über zwei Verweilplätze 111 und 112 (rechts bzw. linKs in den Figuren 1 und 2), die je an einem der Enden am Rande des Hohlraumes 12 liegen.

Eine zweite Öffnung 132, die in der Platte 13 dem Behälter 16 gegenüber angebracht ist und etwas größer als das Verschlußglied 21 ist, ergibt einen ersten Raum für dieses Glied. Eine Öffnung 113» die im Träger 11 angebracht ist, ergibt einen zweiten Raum für das Verschlußglied 21 in der Nähe des Verweilplaizes 112. Die Öffnung ist etwas größer als das Abdichtungsglied 21. Das Ver-

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schlußglied 21 ist, in der Richtung senkrecht zu der Verschiebungsrichtung des Schlittens 18 gemessen, langer als der Hohlraum 12, in derselben Richtung gemessen. Dadurch Kann das Verschlußglied 21, wenn der Schlitten 18 verschoben wird, nicht in den Hohlraum 12 fallen. Der Behälter 16 bleibt während der Verschiebung des Schlittens 18, um den Behälter 17 von dem Verweilplatz zu dem Verweilplatz 112 zu führen, am Boden verschlossen.

Die Teile, die das Schiffchen 1 bilden, bestehen, z.B. wie üblich aus Graphit. Die DicKen des Verschlußgliedes 21, respeKtive der Platte 13 und respective des Trägers sind derart, daß der Schlitten 18 unbehindert verschoben werden Kann. Im Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 bis 3 sind die DicKen dieser Elemente praKtisch einander gleich, aber dies ist nicht notwendig.

Die Figuren 4A, 4B und 4C stellen drei verschiedene ZeitpunKte im epitaKtischen Züchtungsvorgang unter Verwendung des Schiffchens 1 dar. Vor der Züchtung der ersten epitaKtischen Schicht befindet sich das Schiffchen 1 in der in Fig. 4A dargestellten Lage. Substrate 40 ruhen im Hohlraum 12. Der Schlitten 18 ist derart dargestellt, daß die Behälter rechts in den Figuren auf dem Verweilplatz 111 angebracht sind. Der Behälter 16 ist mit seinem Verschlußglied 21 versehen, das sich in der Öffnung 132 befindet. Die Behälter 17 und 16 enthalten die erste flüssige Lösung 171 bzw. die zweite flüssige Lösung 161.

In einem ersten Schritt des Verfahrens wird der durch die Viand des Schiffchens 1 geführte Schlitten 18 von rechts nach linKs bewegt, bis sich die Behälter am anderen Ende des Schiffchens auf dem Verweilplatz 112 befinden. Während der Verschiebung des Schlittens bleibt der Behalter 16 durch das Verschlußglied 21 ver-

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schlossen, während aus dem Behälter 17 während seiner Verschiebung über dem Hohlraum 12 wenigstens ein Teil der flüssigen Lösung 171 in den Hohlraum fließt und die Substrate 40 bedecKt.

Am Ende des ersten Schrittes nimmt das Schiffchen 1 die Lage nach Fig. 4B ein. Der Behälter 17 ist aufs Neue verschlossen. Das Verschlußglied 21, das in eine Lage der Öffnung 113 gegenüber gelangt ist, ist in diese Öffnung gefallen.

Nach einer Ruheperiode, während deren eine erste epitaK-tische Schicht auf den Substraten 40 anwächst, wird der Schlitten 18 im Schiffchen 1 von linKs nach rechts gezogen, bis die Behälter 16 und 17 aufs Neue auf den Verweilplatz 111 gelangt sind (Fig. 4C). Während dieser Verschiebung steigt die verbleibende flüssige Lösung 171 im Hohlraum 12 in dem Behälter 17 an. Der Behälter 16, der am Boden von dem Zeitpunkt an geöffnet ist, zu dem er sich über dem Hohlraum 12 befindet, läßt die Lösung 161 frei fließen, die die Lösung 171 ersetzen wird. D_ann Kann zum Anwachsen der zweiten epitaKtischen Schicht übergegangen werden.

Es sei bemerKt, daß während der beiden Züchtungsschritte der Hohlraum 12 mit der Platte 13 des Schlittens 18 bedecKt ist.

Vorzugsweise ist der anfängliche Pegel der flüssigen Lösung im Behälter 16 soviel höher als im Behälter 17, daß die zweite Lösung dazu beiträgt, die erste Lösung während des Ersatzes der ersten durch die zweite Lösung zurücKzutreiben.

Beim Schiffchen nach der Erfindung ist für den Hohlraum

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viel Raum reserviert; dadurch ist es möglich, eine große Anzahl von Substraten gleichzeitig zu behandeln. Bei einem Schiffchen, das auf der Außenseite Abmessungen von etwa 40 χ 10 cm aufweist, nimmt der Hohlraum bis 180 cm in Anspruch und es Können acht bis zehn Substrate darin aufgenommen werden.

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Claims

PHF 80-507 PATENTANSPRÜCHE:

1. Schiffchen zur Anwendung in einer Vorrichtung für Flüssigphasenepitaxie, das für die serienmäßige Erzeugung von zwei Schichten aus zwei flüssigen Lösungen aus Halbleitermaterial auf mindestens einem Substrat entworfen ist und das im wesentlichen aus einem Tiegel besteht, auf dessen Boden sich ein Träger mit einem Hohlraum zur Aufnahme des Substrats befindet, wobei über diesem Träger ein Schlitten mit zwei Behältern für die flüssigen Lösungen angeordnet ist, der durch eine Wand des Tiegels hindurch in bezug auf den Träger gemäß einer linearen Verschiebung bewegt werden Kann,

dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des Behälters (17) für die erste der flüssigen Lösungen (171), die mit dem Substrat (40) in KontaKt gebracht werden müssen, durch den aus einer Platte (11) gebildeten Träger gebildet wird, während der Behälter (16), der für die zweite flüssige Lösung (161) bestimmt ist, einen Boden aufweist, der mit einem entfernbaren Verschlußglied (21) versehen ist.

2. Schiffchen nach Anspruch 1, dadurch geKennzeichnet. daß der im Träger des Schiffchens (1) angebrachte Hohlraum (12) zur Aufnahme des Substrats

(40) (der Substrate) im mittleren Teil des Trägers liegt, wobei den Behältern (16 und 17) auf diesem Träger zwei Verweilplätze (111, 112) zur Verfügung stehen, die an zwei einander gegenüberliegenden Enden des Schiffchens gemäß der Verschiebungsrichtung angeordnet sind.

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3· Schiffchen nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Verschlußgliedes (21), in einer Richtung senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Schlittens (18) gemessen, größer als die des Hohlraumes (12) für die Substrate (40) ist, gemäß derselben Richtung gemessen.

4. Schiffchen nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußglied (21) in der Abdichtungslage des Behälters (16) für die zweite flüssige Lösung sich in einem ersten Raum (132) befindet, der als eine durchgehende Bohrung des Schlittens (18) ausgebildet ist und auf dem Träger ruht.

5. Schiffchen nach Anspich 1,

dadurch gekennzeichnet, daß in der Ruhelage ,wenn der Behälter (16) der zweiten flüssigen Lösung geöffnet ist, das Verschlußglied (21) sich in einem zweiten Raum (113) befindet, der im Träger angebracht ist.

6. Schiffchen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitten (18) mit Hilfe einer flachen Platte (13) auf dem Träger ruht, die durch die Wand des Schiffchens hindurch geführt ist und völlig den Hohlraum im Träger während des epitaktischen Züchtungsvorgangs bedeckt.

7. Flüssigphasenepitaxieverfahren unter Verwendung eines Schiffchens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Erzeugung zweier aufeinanderfolgender epitaktischer Schichten auf einem Substrat (40'), dadurch gekennzeichnet, daß während eines ersten Schrittes des Verfahrens, der der Züchtung der ersten epitaktischen Schicht vorangeht, der Schlitten (18) derart in bezug auf den Träger verschoben wird, daß die mit ihren flüssigen

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Lösungen gefüllten Behälter (16, 17), die auf einem ersten (111) ihrer beiden Verweilplätze angebracht sind, zu dem zweiten (112) dieser Verweilplätze am gegenüberliegenden Ende des Schiffchens (1) befördert werden, und daß während eines zweiten Schrittes desselben Verfahrens, der dem Niederschlagen der ersten epitaKtischen Schicht folgt, der Schlitten derart in einer der der ersten Verschiebung entgegengesetzten Richtung verschoben wird, daß beide Behälter zum ersten Verweilplatz zurücKgeführt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch geKennzeichnet, daß der Behälter (17) mit der ersten flüssigen Lösung (171) hinter dem Behälter (16) mit der zweiten flüssigen Lösung (161) in bezug auf die Verschiebungsrichtung des Schlittens (18) während des ersten Schrittes des Verfahrens angeordnet wird.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 7 und 8,

dadurch geKennzeichnet, daß der Behälter (16) mit der zweiten flüssigen Lösung während der ganzen Verschiebung des Schlittens (18) in dem ersten genannten Schritt verschlossen bleibt, und daß das Verschlußglied (21) nach der Verschiebung in den zweiten Raum (113) geführt wird, der an der Stelle des zweiten Verweilplatzes (112) angebracht wird.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 7, 8 und 9,

dadurch geKennzeichnet, daß die erste flüssige Lösung (171) wenigstens teilweise in dem Hohlraum (12) verteilt wird, in dem das Substrat (40) (die Substrate) während des ersten Schrittes ruht (ruhen), während die zweite flüssige Lösung (I6I) wenigstens teilweise in dem Hohl-

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raum zum Ersatz des verbleibenden Teiles der ersten flüssigen Lösung während des zweiten Schrittes verteilt wird.

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