DE3129449C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Erfindung betrifft insbesondere sogenannte Flüssig­ phasenepitaxie-Verfahren, die zur Herstellung von Halblei­ ter-Bauelementen dienen.

Ein derartiges Verfahren wird im folgenden beispielhaft anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Die Figur zeigt ein sogenanntes Epitaxieboot 1 mit einem Raum 2, z.B. einer Vertiefung, der einen Stoff oder ein Stoff­ gemisch in Form eines sogenannten Aufwachssubstrates 3 enthält. Das Aufwachssubstrat 3 wird während einer herstel­ lungsbedingten Aufheizphase mittels eines verschiebbaren Deckels 4 abgedeckt, der in einer Ausnehmung eine sogenann­ te Aufwachsschmelze 5 enthält. Nach der Aufheizphase wird der Deckel 4 derart verschoben, daß sich die Aufwachsschmel­ ze 5 oberhalb des Aufwachssubstrates 3 befindet, so daß z.B. eine dotierte Halbleiterschicht aufwachsen kann.

Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß während der Aufheiz­ phase ein Anteil des Stoffes oder Stoffgemisches derart verdampft, daß das Aufwachssubstrat 3 eine mit Fehlern be­ haftete Oberfläche 6 erhält. Derartige thermische Zerstö­ rungen bewirken z.B. fehlerhafte Halbleiter-Bauelemente.

Zur Vermeidung derartiger thermischer Zerstörungen wurde vorgeschlagen, in dem Deckel 4 eine Ausnehmung anzubringen, die einen Körper 7, z.B. ein sogenanntes Abdecksubstrat, aufnimmt, der eine ähnliche chemische Zusammensetzung be­ sitzt wie das Aufwachssubstrat. Bei einem derartigen Ver­ fahren treten immer noch thermische Zerstörungen der Ober­ fläche 6 auf, die es nicht ermöglichen z.B. zuverlässige Halbleiter-Bauelemente herzustellen.

Aus der DE 30 09 300 ist es u.a. bekannt, zur Regelung des Partialdrucks in derartigen Fällen ein poliertes Plättchen aus dem gleichen Material wie das Substrat gegenüber der Substratoberfläche anzuordnen, so daß in dem kleinen da­ zwischen verbleibenden Raum eine derartige Konzentration der leichterflüchtigen Komponente des Materials einstellt, daß die Zersetzung der Substratoberfläche verhindert oder zu­ mindest verringert wird. Aus derselben Schrift ist auch bekannt, in der Nähe des Substrats eine Lösung anzuordnen, in welcher die leichterflüchtige Komponente des Substrats einen höheren Dampfdruck besitzt als im Substrat selbst, so daß sich aus der Lösung ein Dampfdruck dieser Komponente auf­ baut, der höher ist als der Dampfdruck über dem Substrat allein.

Aus der DE 26 48 275 A1 ist es bekannt, daß beispielsweise Phosphor als in Verbindungshalbleitern häufig verwandte Komponente in verschiedenen Kristallmodifikationen auftreten kann und dabei unterschiedliche Abhängigkeiten des Dampf­ drucks von der Temperatur zeigt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art anzu­ geben, das eine Zersetzung der für die Kristallherstellung vorgesehenen Oberfläche bei einer herstellungsbedingten thermischen Belastung vermeidet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß insbesondere bei der Herstellung sogenannten III/V-Halbleiter-Bauele­ mente eine derart gute Oberflächenqualität einzelner Halb­ leiterschichten entsteht, daß nachfolgende Bearbeitungs­ schritte zum Glätten von Unebenheiten, z.B. Ätzen und/ oder Anlösen der Halbleiterschicht, überflüssig werden.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß der Partial­ druck eines Stoffes oder Stoffgemisches nicht nur von der chemischen Zusammensetzung eines Körpers sowie dessen Umge­ bung abhängt, sondern auch sehr stark von dem Gefüge- und/oder Kristallaufbau des Körpers. Überraschenderweise wurde festgestellt, daß ein aus einem Stoff oder Stoffge­ misch aufgebauter Kristall, bei gleichen physikalischen Be­ dingungen, an unterschiedlich orientierten Kristallflächen, z.B. (110)-Fläche bzw. (111)-Fläche, einen unterschiedlichen Partialdruck des Stoffes oder Stoffgemisches aufweist. Die­ ser Effekt wird für das erfindungsgemäße Verfahren ausge­ nutzt, das im folgenden anhand des eingans erwähnten An­ wendungsbeispieles sowie der Figur näher erläutert wird.

Als Stoffgemisch wird beispielsweise ein InP-Kristall als Aufwachssubstrat 3 verwendet,wobei die Oberfläche 6 z.B. durch eine (100)-Kristallfläche gebildet wird. Als Körper 7, das Abdecksubstrat, wird ebenfalls ein InP-Kristall ver­ wendet, der jedoch derart orientiert wird, daß dessen Flä­ che 8, die der Oberfläche 6 zugewandt wird, durch eine (111)-B-Kristallfläche gebildet wird. Die beiden Kristall­ flächen werden durch einen Abstand 9 räumlich voneinander getrennt. Während der eingangs erwähnten Aufheizphase, die eine thermische Belastung bewirkt, verdampft z.B. der flüchtigere P(Phosphor)-Anteil des InP lediglich von der Fläche 8, da diese aufgrund ihrer Kristallorientierung bei den angewandten Temperaturen einen höheren Phosphor- Partialdruck bewirkt als die zu schützende Oberfläche 6. Unter Berücksichtigung weiterer, leicht einstellbarer Be­ dingungen, z.B. Größe des Abstandes 9, Material und Form des Epitaxiebootes 1, wird während der Aufheizphase eine derartige Regelung des Phosphor-Partialdruckes erreicht, daß thermische Zerstörungen der Oberfläche 6 vermieden werden.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungs­ beispiel beschränkt, sondern auf alle kristallisierenden Stoffe oder Stoffgemische anwendbar, deren unterschiedlich orientierte Kristallflächen einen jeweils verschiedenen Partialdruck von mindestens einer chemischen Komponente des Stoffes oder Stoffgemisches bewirken.

Claims (5)

1. Verfahren zur Regelung des Partialdruckes mindestens eines Stoffes oder Stoffgemisches bei der Herstellung von Kristallen, wobei der Stoff oder das Stoffgemisch in einer festen Phase vorliegt, bei dem in einem den Stoff oder das Stoffgemisch ent­ haltenden Raum mindestens ein Körper angebracht wird, der die gleiche chemische Zusammensetzung sowie den gleichen Kristallauf­ bau wie der Stoff oder das Stoffgemisch aufweist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine einer Oberfläche (6) des Stoffes oder Stoffge­ misches gegenüberstehende Fläche (8) des Körpers (7) derart gewählt wird, daß sich deren Kristallorientierung von derjenigen der Oberfläche (6) unterscheidet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallorientierung der Fläche (8) sowie der Oberfläche (6) so gewählt werden, daß der Partialdruck im Bereich der Fläche (8) gleich oder größer wird als der Partialdruck unmittelbar an der Oberfläche (6).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Berührung zwischen einer Fläche (8) und einer Oberfläche (6) vermieden wird und daß zwischen der Fläche (8) und der Oberfläche (6) ein Abstand (9) gewählt wird, der kleiner ist als eine Be­ grenzungslinie der Oberfläche (6) bzw. kleiner ist als die Dicke eines Aufwachssubstrates (3).

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Stoffgemisch und als Körper (7) jeweils ein III/V-Halbleiter gewählt wird, der eine flüchtige fünfwertige Komponente besitzt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als III/V-Halbleiter InP, GaAs oder GaP verwendet wird, daß als Fläche (8) des Körpers (7) eine kristallographische (111)-B-Fläche verwendet wird und daß als Oberfläche (6) eine von dieser Kristall­ orientierung abweichende Kristallfläche gewählt wird.