DE3525397A1

DE3525397A1 - Verfahren zur herstellung von gaas-einkristallen

Info

Publication number: DE3525397A1
Application number: DE19853525397
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Sendai Miyagi Kokubun; Junichi Nishizawa
Original assignee: Research Development Corp of Japan
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1984-07-16
Filing date: 1985-07-16
Publication date: 1986-02-20
Anticipated expiration: 2005-07-17
Also published as: GB2163181A; JPS6126215A; GB2163181B; GB8517875D0; FR2567545B1; US5542373A; DE3525397C2; FR2567545A1; JPH0630339B2

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von GaAs-Einkristallen durch Dampfphasenepitaxie bzw. Dampfphas enaufwachs en.

Die Halogentransportverfahren für das Wachstum von GaAs-Einkristallen mittels Dampfphasenepitaxie, wie das Chloridverfahren und das Hydridverfahren, bei denen AsCl₃ bzw. AsH₃ als Rohmaterialien für As verwendet werden, sind bereits bekannt. Bei dem Halogentransportverfahren werden Gase, welche GaCl, bzw. As enthalten, über die Oberfläche eines Substrats, welches bei einer Temperatur von 700 bis 800⁰C gehalten wird, geleitet, und GaAs-Kristalle werden aus der Dampfphase abgeschieden, wodurch ein epitaxiales Wachstum -stattfindet»

Bei dem Kristallwachstumsverfahren werden Species, die bei der Dampfphasenreaktion gebilden werden, an der Oberfläche des Substratkristalls adsorbiert, und diese Species werden durch Oberflächenmigration zu Abschnitts- oder Knickstellen transportiert, wo sie an das Kristallgitter gebunden werden. Daher sind bei jedem Verfahren die Energien, die für die Aktivierung der Dampfphasenreaktion, der Adsorption, der Oberflächenreaktion, der Oberflächenmigration und der Bindung der Kristallgitter benötigt werden, erforderlieh. ThermischeEnergien wurden in der Vergangenheit als Quellen für diese Energien verwendet. Beim Wachstum von GaAs gemäß dem Halogentransportverfahren ist es erforderlich, daß die Temperatur des Substrats bei 700 bis 800⁰C gehalten wird* Es ist jedoch nicht bevorzugt, das Substrat während des Wachstums des Kristalls mit hoher Perfektion bei einer so hohen Temperatur zu halten, da dann mehr Leerstellen und interstitiale Atome auftreten und in dem Kristall mehr Verunreinigungen aufgenommen werden können, wie durch Autodopierung. Für das Wachstum des Kristalls mit ho-

her Perfektion ist es erforderlich, Aktivierungsenergie für

die entsprechenden Verfahren des Kristallwachstums zuzuführen, ohne daß das Substrat bei so hohen Temperaturen gehalten wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Züchten von GaAs-Einkristallen mit hoher Vollkommenheit gemäß der Dampfphasenepitaxie bei niedrigen Temperaturen zur Verfügung zu stellen.

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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum epitaxialen Züchten bzw. Aufwachsen (diese Ausdrücke werden synonym gebraucht) von GaAs-Einkristallen, bei dem man Gase, welche Ga-Chlorid bzw. As enthalten, zuführt und bei dem die Gase mindestens in der Nachbarschaft der Oberfläche des Substratkristalls mit Licht bestrahlt werden.

Durch das Bestrahlen der Gase in der Nachbarschaft der Oberfläche des Substratkristalls, wie oben beschrieben, kann die Temperatur des Substrats auf unter 700⁰C verringert werden, so daß das Wachstum der GaAs-Einkristalle mit höherer Perfektion bzw. Vollkommenheit ermöglicht wird.

In diesem Fall ist es bevorzugt, die Gase in der Nachbarschaft der Oberfläche des Substratkristalls mit Licht mit einer Wellenlänge von 200 bis 300 nm zu bestrahlen.

Durch die Bestrahlung mit Licht mit solchen Wellenlängen wird eine wesentliche Verbesserung bzw. Beschleunigung in der Kristallwachstumsgeschwindigkeit beobachtet.

Es ist weiterhin bevorzugt, die Temperatur des Substrats bei 480 bis 700⁰C zu halten.

Hält man das Substrat bei einer so niedrigen Temperatur, ist es möglich, Kristalle höherer Qualität und höherer Vollkommenheit zu züchten.

Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird eine der Quellen, wie eine Ga-Quelle, eine Ga-Quelle, die mit As gesättigt ist, oder eine feste GaAs-Quelle, an der Seite der Oberfläche des Substratkristalls angeordnet, und Gas, welches AsCl₃-Dampf enthält, wird zu der Quelle geleitet, so daß es mit dem letzteren reagieren kann. Gas, welches bei dieser Reaktion gebildet wird, wird dann über die Oberfläche des Substratkristalls geleitet, wodurch das Wachstum des GaAs-Einkristalls möglich wird.

Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Wachstum der GaAs-Einkristalle auf solche Weise durchgeführt werden, daß eine Ga-Quelle auf dieser Seite der Oberfläche des Substratkristalls angeordnet wird und daß Gas, welches HCl enthält, zu der Ga-Quelle geleitet wird, so daß es mit dem letzteren reagieren kann, und Gas, welches bei dieser Reaktion gebildet wird, wird dann zusammen mit Gas, welches AsH₃ enthält, über die Oberfläche des Substratkristalls geleitet.

Entsprechend einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform werden Gase, welche GaCl₃ bzw. AsH₃ enthalten, über die Oberfläche des Substratkristalls geleitet.

In den beigefügten Zeichnungen zeigen:

Figur 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Züchten eines GaAs-Einkristalls entsprechend einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Figur 2 ein charakteristisches Diagramm, wo die Abhängigkeit der Geschwindigkeit des Kristallwachstums von der Wellenlänge des Lichtes, welches zum Bestrahlen verwendet wird, dargestellt ist;

Figur 3 ein charakteristisches Diagramm, wo die Abhängigkeit der Kristallwachstumsgeschwindigkeit von der

Temperatur des Substrats dargestellt ist;

Figur 4 ein charakteristisches Diagramm, in dem die Abhängigkeit der Kristallwachstumsgeschwindigkeit von der Intensität des Lichtes/ welches zur Bestrahlung verwendet wird, dargestellt ist; und

Figur 5 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Züchten eines GaAs-Einkristalls gemäß einer weiteren Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die Erfindung wird im folgenden Beispiel, welches das erfindungsgemäße Verfahren anhand des Chloridverfahrens erläutert, näher beschrieben. Figur 1 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung, die für das Wachstum eines GaAs-Einkristalls gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird. An vorgegebenen Stellungen innerhalb eines Quarzreaktors 2 mit einem lichtdurchlässigen Fenster 1 befinden sich eine Ga-Quelle 3, die zuvor mit As gesättigt wurde, und ein Substrat 4 aus einem GaAs-Kristall. Die Ga-Quelle 3 und das Substrat 4 werden mittels eines elektrischen Ofens 5 auf eine vorgegebene Temperatur erhitzt. Gas in der Nachbarschaft der Oberfläche des Substratkristalls 4 wird mit Licht aus einer Beleuchtungsquelle 6 bestrahlt, welches durch das Lichtdurchlaßfenster 1 durchgelassen wird. H₂-Gas wird in den Reaktor 2 über einen Strömungsmesser 7 und eine AsCl^-Waschflasche 9 geleitet, welche mittels einer thermostatischen Kammer bei einer vorgegebenen Temperatur gehalten wird. Dadurch ist ein epitaxiales Wachstum eines GaAs-Einkristalls möglich. Als Ga-Quelle 3 können Materialien, wie eine einfache Substanz aus Ga oder GaAs-Verbindungen, verwendet werden.

Das Kristallwachstum erfolgt unter Verwendung der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung unter solchen Bedingungen, bei denen die Temperatur der AsCl₃- Waschflasche bei 0⁰C, die

Strömungsrate von H₃-GaS bei 100 ml/min, die Temperatur der Ga-Quelle bei 720⁰C und die Temperatur des Substrats bei 6OO⁰C gehalten werden. In Figur 2 ist die Änderung in der Kristallwachstumsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Änderung der Wellenlänge des Lichtes, welches zum Bestrahlen verwendet wird, aus einem Anregungslaser dargestellt. Aus Figur 2 folgt, daß die Kristallwachstumsgeschwindigkeit wesentlich erhöht wird, wenn man mit Licht mit einer Wellenlänge von 248 nm bestrahlt.

In Figur 3 ist die Abhängigkeit der Kristallwachstumsgeschwindigkeit von der Temperatur des Substrats, wenn mit Licht mit einer Wellenlänge von 248 nm bestrahlt wird und die Temperatur des Substrats auf solche Weise geändert wird, daß der Unterschied zwischen der Temperatur der Ga-Quelle und des Substrats bei einem konstanten Wert von 50⁰C gehalten wird, dargestellt. In dieser Figur ist die Kristallwachstumsgeschwindigkeit ohne Bestrahlung ebenfalls dargestellt. Im letzteren Fall nimmt bei einer Verringerung der Temperatur des Substrats die Kristallwachstumsgeschwindigkeit ab, und nach einer geringen Erhöhung nahe der Temperatur von 550⁰C nimmt sie erneut ab, wobei die Kristallwachstumsgeschwindigkeit in der Nähe einer Temperatur von 500⁰C plötzlich stark abfällt. Andererseits ist, wenn die Gase in der Nachbarschaft der Oberfläche des Substrats bestrahlt werden, die Abnahmegeschwindigkeit des Kristallwachstums bei einer Verringerung der Temperatur des Substrats geringer als im ersteren Fall, so daß das Kristallwachstum noch bei einer Temperatur von 480⁰C stattfindet. Es wird weiterhin bestätigt, daß die Rristallwachstumsgeschwindigkeit durch Bestrahlung mit Licht innerhalb eines Temperaturbereichs von 480 bis 700⁰C aktiviert bzw. beschleunigt wird.

In Figur 4 ist die Änderung der Kristallwachstumsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Intensität des Lichtes für

für die Bestrahlung dargestellt. Die Kristallwachstumsgeschwindigkeit erhöht sich linear mit der Intensität des Lichtes, welches zum Bestrahlen verwendet wird, so daß die Kristallwachstumsgeschwindigkeit durch Änderung der Intensität des Lichtes, welches zum Bestrahlen verwendet wird, reguliert werden kann.

In Figur 5 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, die ähnlich wie die in Figur 1 dargestellte ist, wobei das Substrat in solcher Weise angeordnet ist, daß die Oberfläche des Substrats sowohl direkt mit Licht als auch Gas in der Nachbarschaft der Oberfläche bestrahlt werden kann. Man erhält unter Verwendung der in Figur 5 dargestellten Vorrichtung das gleiche Ergebnis beim Kristallwachstum.

Die vorliegende Erfindung wurde im Zusammenhang mit dem Chloridverfahren beschrieben. Sie kann auch bei anderen Verfahren zur Züchtung von GaAs-Einkristallen auf der Oberfläche eines Substrats angewendet werden, wie beispielsweise bei einem Verfahren, bei dem ein Gas, welches Ga-Chlorid enthält, und ein Gas, welches As enthält, auf die Oberfläche des Substrats geleitet werden.

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Claims

PATENTANWÄLTE UND ZUGELASSENE VERTRETER VOR DEM EUROPÄISCHEN PATENTAMT DR. WALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER · DR1-ING, DIPL.-ING. ANNEKÄTE WEISERT · DIPL.-PHYS. JOHANNES SPIES THOMAS-WIMMER-RING 15 · D-8OOO MÜNCHEN 22 · TELEFON 089/22 73 77 TELEGRAMM KRAUSPATENT ■ TELEX 5-212156 kpat d · TELEFAX (089)22 79 94 5073 AW/an

1. RESEARCH DEVELOPMENT CORPORATION OF JAPAN

Tokyo, Japan

2. JUNICHI NISHIZAWA, Sendai, Japan

3. YOSHIHIRO KOKUBUN, Sendai, Japan

Verfahren zur Herstellung von GaAs-Einkristallen

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung von GaAs-Einkristallen durch Aufwachsen von GaAs-Einkristallen auf der Oberfläche eines Substratkristalls unter Zufuhr von Ga-Chlorid bzw. As enthaltenden Gasen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Gase in der Nachbarschaft der Oberfläche des Substratkristalls mit Licht bestrahlt werden.

2. Verfahren zur Herstellung von GaAs-Einkristallen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Licht, mit dem die Gase in der Nachbarschaft der Oberfläche des Substratkristalls bestrahlt werden, Licht ist, welches Wellenlängenkomponenten von 200 bis 300 nm enthält.

3. Verfahren zur Herstellung von GaAs-Einkristallen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet ,

daß die Temperatur des Substrats bei 480 bis 700⁰C gehalten wird.

4. Verfahren zur Herstellung von GaAs-Einkristallen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Gase in der Nachbarschaft der Oberfläche des Substratkristalls auf solche Weise gebildet werden, daß Gas, welches AsCl~-Dampf enthält, zu einer der Quellen, wie Ga-Quelle, mit As gesättigte Ga-Quelle oder einer festen GaAs-Quelle, geleitet wird, wobei das erstere mit dem letzteren reagiert.

5. Verfahren zur Herstellung von GaAs-Einkristallen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Gase in der Nachbarschaft der Oberfläche des Substratkristalls Gase sind, die durch Umsetzung einer Ga-Quelle mit einem Gas, welches HCl enthält und über die Ga-Quelle eingeleitet wird, und Gas, welches AsH₃ enthält, gebildet werden.

6. Verfahren zur Herstellung von GaAs-Einkristallen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Gase in der Nachbarschaft des Substratkristalls ein Gas sind, welches GaCl₃ enthält, und ein Gas, welches AsH- enthält.