DE3526889C2

DE3526889C2 - Vorrichtung zum Züchten von III-V-Verbindungshalbleitern

Info

Publication number: DE3526889C2
Application number: DE3526889A
Authority: DE
Inventors: Junichi Nishizawa; Hitoshi Abe
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd; Research Development Corp of Japan
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1984-07-26
Filing date: 1985-07-26
Publication date: 1995-03-23
Anticipated expiration: 2005-07-27
Also published as: GB2162369A; DE3526889A1; FR2568272A1; GB2162369B; GB8518798D0; US6334901B1; JPH0766906B2; JPS6134923A; FR2568272B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Züchten von III-V- Verbindungshalbleitern, umfassend einen Züchtungsbehälter, der ein Substrat enthält bzw. aufnimmt; eine Evakuierungseinrich tung; eine erste und zweite externe Gasquelle, in denen sich Substanzen befinden, die solche Bestandteilselemente eines Kri stalls enthalten, der auf dem Substrat wachsen gelassen werden soll, wobei die erste Gasquelle erste gasförmige Moleküle ent hält; Gaszuführungsleitungen, die von den Gasquellen in das In nere des Züchtungsbehälters führen; Ein-Aus-Ventile, die in den Gaszuführungsleitungen vorgesehen sind; und eine Steuereinrich tung zum Steuern eines zyklischen Öffnungs-Schließ-Betriebs der Ein-Aus-Ventile.

Diese Vorrichtung ist zum Ausbilden einer Halbleiterkristall wachstumsschicht mit einer Genauigkeit so genau wie eine ein zelne molekulare Schicht geeignet.

Nach dem Stande der Technik sind ein metall-organisch-chemi scher Dampfablagerungsprozeß (nachstehend als MO-CVD-Prozeß be zeichnet) und eine Molekularstrahlepitaxie (nachstehend als MBE-Prozeß bezeichnet) als epitaxiale Dampfphasentechniken zum Bilden eines kristallinen dünnen Films aus einem Halbleiter be kannt.

Gemäß dem MO-CVD-Prozeß werden Elemente der Gruppen III und V, welche Quellen bilden, und Wasserstoff o. dgl. Gas, welches einen Träger bildet, gleichzeitig in eine Reaktionskammer ein geführt, um das Wachsen eines Kristalls mittels thermischer Zersetzung zu bewirken. Jedoch führt die thermische Zersetzung zu einer schlechten Qualität der durch Wachsen gebildeten Kri stallschicht. Der MO-CVD-Prozeß ist auch insofern mangelhaft, als sich Schwierigkeiten ergeben, die Dicke der Schicht mit ei ner Genauigkeit so genau wie eine einzelne molekulare Schicht zu steuern.

Andererseits ist der MBE-Prozeß als ein Kristallwachstumsprozeß bekannt, bei dem ein Ultrahochvakuum angewandt wird. Dieser Pro zeß jedoch beinhaltet als ersten Verfahrensschritt eine physi kalische Adsorption. Daher ist die Qualität der Kristalle, die man erhält, geringer als diejenige der Kristalle, die man mit tels des MO-CVD-Prozesses erhält, bei dem eine chemische Reak tion angewandt wird. Für das Wachsen eines III-V-Verbindungs halbleiters, wie beispielsweise GaAs, nach dem MBE-Prozeß wer den solche Elemente der Gruppen III und V als Quellen benutzt, und die Quellen selbst werden in einer Züchtungskammer vorgese hen. Daher ist es schwierig, die Menge an Gasen zu steuern, die durch Erhitzen der Quellen erzeugt werden, und die Verdamp fungsrate der Quellen zu steuern, sowie die Quellen wieder auf zufüllen, was Schwierigkeiten zur Folge hat, eine konstante Wachstumsrate für eine lange Zeitdauer aufrechtzuerhalten. Au ßerdem wird die Evakuierungseinrichtung, welche zum Beispiel die verdampften Stoffe absaugt, in ihrem Aufbau kompliziert. Schließlich ist es schwierig, die stoichiometrische Zusammen setzung des Verbindungshalbleiters genau zu steuern. Infolge dessen ist der MBE-Prozeß insofern mangelbehaftet, als es nicht möglich ist, Kristalle hoher Qualität damit zu erhalten.

Aus der DD-PS 1 53 899 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, womit ein kristalliner Film eines Verbindungshalblei ters aus der Dampfphase heraus wachsen gelassen wird, indem ab wechselnd und wiederholt Elemente des Verbindungshalbleiters zu einem Substrat zugeführt werden, auf dem der kristalline Film bzw. ein Kristall durch eine Oberflächenreaktion wachsen gelas sen werden soll. In diesem Verfahren wird ein Trägergas als Trenngas dazu verwendet, die reaktiven Gase in die Kristall züchtungskammer einzuführen und eine Reaktion zwischen den un terschiedlichen reaktiven Gasen in der Dampfphase zu verhin dern. Jedoch ist es mit diesem Verfahren und dieser Vorrichtung nicht möglich, einen monokristallinen Film mit einer Genauig keit so genau wie eine einmolekulare Schicht wachsen zu lassen.

Weiter ist aus der DE-OS 19 00 116 ein Verfahren zum epitaxia len Abscheiden von Silicium bekannt, wobei es sich um einen konventionellen optischen chemischen Dampfablagerungsprozeß (CVD-Prozeß) handelt, wie er weiter oben bereits erörtert wor den ist.

Darüberhinaus ist aus der US 4 058 430 eine Vorrichtung zum Züchten eines Halbleiterkristalls bekannt, umfassend einen Züchtungsbehälter, der ein Substrat enthält bzw. aufnimmt; eine Heizeinrichtung zum Erhitzen des Substrats; eine Gasquelle, die erste gasförmige Moleküle enthält, welche wenigstens einen Be standteil eines Kristalls enthalten, und zweite gasförmige Mo leküle, die mit den ersten gasförmigen Molekülen chemisch reak tionsfähig sind. Diese Vorrichtung besitzt eine in der Nachbar schaft des Substrats angeordnete Düseneinrichtung zum abwech selnden Zuführen der ersten und zweiten gasförmigen Moleküle in einem sich wiederholenden Zyklus, wobei diese gasförmigen Mole küle nach dem und auf das Substrat gerichtet werden.

Außerdem ist in der DE-OS 24 11 603 ein Verfahren des Aufwach senlassens eines hochreinen Films aus der Dampfphase beschrie ben, und zwar mittels in hohem Maße gereinigtem MO-Gas, also mittels in hohem Maße gereinigtem metallorganischem Gas. In dieser Druckschrift ist auch die Verwendung einer Bestrahlungs einrichtung in Verbindung mit dem vorgenannten Verfahren be schrieben. Im einzelnen wird die freie Oberfläche des mittels eines Infrarotstrahlers auf 600°C erhitzten Substrats mittels eines UV-Strahlers in bestimmten Bereichen unter Verwendung ei ner Blende optisch aktiviert bzw. auf Temperaturen bis zu 1000°C erhitzt, so daß nur dort eine Abscheidung von Silicium stattfindet und somit auf dem Substratkörper ein Muster ent sprechend der eingestrahlten Energie entsteht, indem in der dort beschriebenen Ausführungsform die Zersetzungsreaktion von Dihalogensilanen katalysiert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs ge nannten gattungsgemäßen Art so auszubilden, daß sie es ermög licht, eine in ihren elektrischen Eigenschaften in hohem Maße verbesserte hochqualitative Kristallschicht von hoher Reinheit auf einem Substrat mit einer Genauigkeit so genau wie eine ein zelne molekulare Schicht wachsen zu lassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß

(a) die Evakuierungseinrichtung ein Evakuierungssystem zum Evakuieren des Züchtungsbehälters vor den Wachstumsschrit ten des III-V-Verbindungshalbleiters auf ein Ultrahochva kuum von 10^-7 bis 10^-8 Pa umfaßt;
(b) eine infrarotemittierende Lampe als Heizeinrichtung vorge sehen ist;
(c) die Gaszuführungsleitungen in je einer Düse enden, welche benachbart dem Substrat angeordnet und auf dasselbe ge richtet sind;
(d) eine Strahlungsemissionseinrichtung zum Emittieren sowohl eines vervielfachten als auch dessen primären Strahls mit einer Wellenlänge zwischen 180 und 600 nm nach dem und auf das Substrat vorgesehen ist; und
(e) die zweite Gasquelle zweite gasförmige Moleküle enthält.

Es wurde nämlich überraschenderweise gefunden, daß mit einer Strahlungsemissionseinrichtung der vorstehenden Art die elek trischen Eigenschaften des Kristalls in hohem Maße verbessert werden können, wobei die Störstellenkonzentration unerwartet stark vermindert und die Löchermobilität unerwartet stark er höht werden können.

Gleichzeitig kann durch das Vorsehen der angegebenen Strah lungsemissionseinrichtung die Temperatur des Substrats auf ei nem niedrigeren Niveau gehalten werden.

Infolgedessen können Halbleiterkristalle hoher Qualität erhal ten werden, welche die gewünschte stöchiometrische Zusammen setzung haben.

Weiter kann, wenn zusätzlich Düsen zum Einleiten eines Dotier gases in dem Züchtungsbehälter vorgesehen sind, irgendeine von gewünschten Schichten mit Störstellen dotiert werden, und der erhaltene Film hat eine sehr steile Störstellenkonzentrations verteilung, so daß auf diese Weise eine Halbleitereinrichtung erhalten werden kann, die in der Lage ist, mit sehr hoher Ge schwindigkeit zu arbeiten bzw. betrieben zu werden.

Die Erfindung sei nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 anhand einiger, besonders bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht, welche den Aufbau einer Vorrichtung zum Züchten von Halbleiterkristallen in einer der Erfindung vorausgegangenen Ausführungsart zeigt, wie sie früher von den Erfindern entwickelt wurde;

Fig. 2 eine schematische Ansicht, die den Aufbau einer Aus führungsform einer Vorrichtung zum Züchten von III-V- Verbindungshalbleitern gemäß der vorliegenden Erfin dung veranschaulicht;

Fig. 3 eine Kurvendarstellung, welche die Beziehung zwischen der Wachstumsrate und der Wachstumstemperatur des Substrats zeigt; und

Fig. 4 eine schematische Ansicht, die den Aufbau einer ande ren Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfin dung veranschaulicht.

Bevor nachfolgend die bevorzugten Ausführungsformen der vorlie genden Erfindung in näheren Einzelheiten beschrieben werden, sei der Aufbau und Betrieb einer Vorrichtung zum Züchten von Halbleiterkristallen in der Ausführungsart, wie sie früher als eine Vorstufe der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch die Er finder entwickelt worden ist, zum Zwecke des besseren Verständ nisses der Erfindung kurz beschrieben.

Gemäß Fig. 1 ist ein Züchtungsbehälter 1 vorgesehen, der aus einem Metall, wie beispielsweise rostfreiem Stahl, hergestellt ist. Der Züchtungsbehälter 1 ist über ein Absperrventil 2 mit einer Evakuierungseinrichtung 3 verbunden, die das Innere des Züchtungsbehälters 1 auf ein Ultrahochvakuum evakuiert. Düsen 4 und 5 erstrecken sich in dem Züchtungsbehälter 1 zum Einführen von gasförmigen Verbindungen, die Bestandteilselemente der Gruppe III bzw. der Gruppe V enthalten, so daß dadurch ein III- V-Verbindungshalbleiter auf einem Substrat 12, das in dem Züch tungsbehälter 1 vorgesehen ist, wachsen gelassen wird. Die Dü sen 4 und 5 sind mit Ein-Aus-Ventilen 6 und 7 versehen, durch die die eingeführten Mengen an gasförmigen Verbindungen 8 und 9, welche Bestandteilselemente der Gruppe III bzw. der Gruppe V enthalten, gesteuert werden. Eine Heizeinrichtung 10 zum Erhit zen des Substrats 12 ist in dem Züchtungsbehälter 1 vorgesehen, und außerdem ist zum Messen der Temperatur des Substrats 12 ein Thermoelement 11 mit der Heizeinrichtung 10 verbunden. Die Heizeinrichtung 10 weist einen Wolframfaden auf, der abgedich tet in einem Quarzglasrohr vorgesehen ist, und das Substrat 12 aus einem Verbindungshalbleiter ist auf der Heizeinrichtung 10 angebracht. Ein Druckmeßinstrument 13 zum Messen des Werts des Vakuums im Inneren des Züchtungsbehälters 1 ist auf dem Züch tungsbehälter 1 vorgesehen.

Mittels der Vorrichtung zum Züchten eines Kristalls, welche den in Fig. 1 gezeigten Aufbau hat, wird ein monokristalliner Film aus einem Verbindungshalbleiter in einer Weise ausgebildet, die weiter unten beschrieben ist. Es sei z. B. der Fall eines epita xialen Wachstums eines Einkristalls aus GaAs auf dem Substrat 12 aus GaAs angenommen. Zunächst wird der Züchtungsbehälter 1 auf ein Vakuum von etwa 10^-7 bis 10^-8 Pascal evakuiert (diese Ein heit wird nachstehend als Pa abgekürzt), indem das Absperrven til 2 geöffnet und die auf Ultrahochvakuum abpumpende Evakuie rungseinrichtung 3 betrieben wird. Dann wird das GaAs-Substrat 12 mittels des Heizers 10 auf 300 bis 800°C aufgeheizt, und gasförmiges TMG (Trimethylgallium) wird als gasförmige Verbin dung 8, welche Ga enthält, in den Züchtungsbehälter 1 eingelei tet, indem man das Ein-Aus-Ventil 6 für 0,6 bis 10 Sekunden of fenhält und den Innendruck des Züchtungsbehälters 1 auf 10^-1 bis 10^-7 Pa hält. Nach dem Schließen des Ein-Aus-Ventils 6 und dem Absaugen der gasförmigen Verbindung aus dem Inneren des Züchtungsbehälters 1 wird gasförmiges AsH₃ (Arsin) als gasför mige Verbindung 9, welche As enthält, in den Züchtungsbehälter 1 eingeleitet, indem man das Ein-Aus-Ventil 7 für 2 bis 200 Se kunden offenhält und den Innendruck des Züchtungsbehälters 1 auf 10^-1 bis 10^-7 Pa hält. Als Folge hiervon wächst wenigstens eine molekulare Schicht von GaAs auf dem Substrat 12.

Auf diese Weise kann mit der Vorrichtung zum Züchten von Kri stallen, die früher durch die Erfinder vorgeschlagen worden ist, das Wachstum eines monokristallinen dünnen Films von GaAs, der eine gewünschte Dicke hat, mit einer Genauigkeit so genau wie eine einzelne molekulare Schicht erzielt werden, indem man den Prozeß des Wachsenlassens der einzelnen molekularen Schicht in der oben beschriebenen Weise wiederholt. Jedoch ist die Rate des epitaxialen Wachsens des Kristalls in dem Züchtungsbehälter 1 der oben beschriebenen Vorrichtung zum Wachsenlassen von Halbleiterkristallen nicht hoch, und die Wachstumstemperatur muß auf einem hohen Niveau gehalten werden, was zu Schwierig keiten führt, einen Kristall von guter Qualität zu bilden, der die geforderte stöchiometrische Zusammensetzung erfüllt.

Um diese obige Schwierigkeit zu überwinden und einen III-V-Ver bindungshalbleiter mit in hohem Maße verbesserten elektrischen Eigenschaften herzustellen, wird mit der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Vorrichtung zum Züchten von Halbleiterkristal len zur Verfügung gestellt, mit welcher ein Wachsenlassen von Halbleiterkristallen von guter Qualität erzielt werden kann, die die geforderte stöchiometrische Zusammensetzung haben.

Die Fig. 2 zeigt eine der bevorzugtesten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, und in Fig. 2 sind die gleichen Be zugszeichen zur Bezeichnung der gleichen oder von äquivalenten Teilen, die in Fig. 1 zu sehen sind, verwendet. Die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung unterscheidet sich von derjenigen in Fig. 1 insoweit, als eine Strahlungsemissionseinrichtung 14 und ein Kanal 15, der ein Fenster hat, das einen Durchlaß für Strahlung von der Strahlungsemissionseinrichtung 14 nach dem und auf das Substrat 12 gestattet, zusätzlich vorgesehen sind, und daß die Heizeinrichtung 10 durch eine infrarotemittierende Lampe er setzt ist, was nicht besonders dargestellt ist.

Als Strahlenemissionseinrichtung 14 ist eine solche zum Emit tieren sowohl eines vervielfachten als auch dessen primären Strahls mit einer Wellenlänge zwischen 180 und 600 nm vorgese hen, z. B. eine 500 W Hochdruck-Quecksilberlampe, und beispiels weise werden AsH₃ (Arsin) und TMG (Trimethylgallium) als die Verbindungen 8 und 9 verwendet, welche die Elemente der Gruppe 111 bzw. der Gruppe V enthalten. Nach dem Öffnen des Absperr ventils 2 und Betreiben der auf Ultrahochvakuum abpumpenden Evakuierungseinrichtung 3 so, daß der Züchtungsbehälter 1 auf ein Ultrahochvakuum von etwa 10^-7 bis 10^-8 Pa evakuiert wird, wird das GaAs Substrat 12 mittels der Heizeinrichtung 10 z. B. auf etwa 300 bis 800°C aufgeheizt. Das Ein-Aus-Ventil 6 wird für 4 Sekunden offengehalten, um das TMG-Gas mit bzw. bei einem Druck von 10^-2 Pa einzuführen, und das Gas in dem Züchtungsbe hälter 1 wird dann abgesaugt. Dann wird das Ein-Aus-Ventil 7 für 20 Sekunden offengehalten, um das AsH₃-Gas einzuleiten. Der Zyklus, der die obigen Schritte aufweist, wird wiederholt. Wäh rend der Perioden der Gaseinleitung wird die Strahlung von der Strahlungsemissionseinrichtung 14 durch den das Fenster aufwei senden Kanal 15 kontinuierlich nach dem und auf das Substrat 12 gerichtet. Als Ergebnis hiervon wächst ein Kristall aus GaAs auf dem Substrat 12 in jedem Zyklus.

Fig. 3 ist eine Kurvendarstellung, welche die Beziehung zwi schen der Rate des Kristallwachstums und der Wachstumstempera tur des Substrats 12 veranschaulicht. In Fig. 3 beziehen sich die schwarzen Punkte auf die Abwesenheit der Strahlung, während sich die weißen Punkte auf das Vorhandensein der Strahlung be ziehen. Es ist aus Fig. 3 ersichtlich, daß bei einer Wachs tumstemperatur von 400°C kein Kristallwachstum auftritt. Es wurde jedoch festgestellt, daß ein Wachstum mit einer Rate von 0,1 nm/Zyklus selbst bei einer Temperatur von 400°C erzielt wird, wenn die Strahlung nach dem und auf das Substrat 12 ge richtet wird, während die gleiche Bedingung des Einführens von Gas aufrechterhalten wird. Die Wachstumsrate nimmt von 0,35 nm /Zyklus bis 0,44 nm/Zyklus zu, wenn das Substrat bei einer Wachstumstemperatur von 600°C bestrahlt wird. Eine Untersuchung der elektrischen Eigenschaften hat gezeigt, daß die Störstel lenkonzentration herabgesetzt wird und daß die Mobilität von Elektronen und Löchern verbessert wird.

Während des Prozesses des Kristallwachstums kann die Strah lungsemissionseinrichtung 14 diskontinuierlich angeschaltet sein. Die Bestrahlungsquelle ist in keiner Weise auf eine Hoch druck-Quecksilberlampe beschränkt, und eine Lampe, wie es bei spielsweise eine Schwerwasserstofflampe oder eine Xenonlampe ist, die Strahlung emittiert, welche Ultraviolettstrahlung des angegebenen Wellenlängenbereichs enthält und zum Emittieren sowohl eines vervielfachten als auch dessen primären Strahls ge eignet ist, welche die Ablagerung und das Kristallwachstum auf der Oberfläche des Substrats 12 in der gasförmigen Atmosphäre von AsH₃ und TMG bei starker Verbesserung der elektrischen Ei genschaften des herzustellenden Verbindungshalbleiters fördern, kann verwendet werden. Insbesondere kann ein vervielfachter Strahl z. B. eines Exzimer-Lasers, eines Argon-Lasers verwen det werden. Wenn das Substrat 12 sowohl mit einem vervielfach ten Ar-Laserstrahl, der eine Wellenlänge von 257 nm hat, als auch dessen primären Strahl, der eine Wellenlänge von 514 nm hat und bei der Wachstumstemperatur von 500°C bestrahlt wird, zeigt die Wachstumsrate eine leichte Zunahme oder eine Zunahme auf 0,42 nm/Zyklus, jedoch werden die elektrischen Eigenschaf ten des Kristalls in hohem Maße verbessert. Das bedeutet, daß die Störstellenkonzentration von 4,6 × 10¹⁸ cm^-1 auf 2,4 × 10¹⁸ cm^-1 verbessert wird, und daß die Mobilität der Löcher von 84 cm²V^-1S^-1 auf 110 cm²V^-1S^-1 verbessert wird. Weiter kann eine Kombination von einigen dieser Strahlungsquellen angewandt wer den. Außerdem kann die kontinuierliche Emission von Strahlung von dem Ar-Laser oder der Quecksilberlampe mit impulsförmiger Gaseinleitung synchronisiert werden, oder eine solche Kombina tion kann mit einem Exzimer-Laser kombiniert werden, der mit der gleichen Phase in Impulsform emittieren gelassen wird. Schließlich kann die Verbindung, die Ga enthält, eine Halogen verbindung sein, wie beispielsweise GaCl₃.

Die Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform einer Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, die zum Dotieren mit Störstellen ausgebildet ist. Insoweit, als die in Fig. 4 gezeigte Ausfüh rungsform eine Abwandlung der Ausführungsform ist, die in Fig. 2 gezeigt ist, werden die gleichen Bezugszeichen zur Bezeich nung der gleichen oder von äquivalenten Teilen, die in Fig. 2 bereits vorhanden sind, verwendet. Die in Fig. 4 gezeigte Aus führungsform unterscheidet sich von der in Fig. 2 dargestell ten Ausführungsform insofern, als zusätzlich Düsen 16 und 17 zum Einführen von gasförmigen Verbindungen für das Dotieren mit jeweiligen Störstellen vorgesehen sind und als Ein-Aus-Ventile 18 und 19 in den Zuleitungen zu den Düsen 16 bzw. 17 vorgesehen sind, und daß gesteuerte Mengen einer gasförmigen Verbindung 20, die ein Element der Gruppe II enthält, und einer anderen gasförmigen Verbindung 21, die ein Element der Gruppe IV ent hält, in den Züchtungsbehälter 1 eingeleitet werden können.

Es sei nun der Fall des Bildens einer Wachstumsschicht von p- Typ mittels der in Fig. 4 gezeigten Einrichtung angenommen. In diesem Falle werden drei Gase, z. B. gasförmiges TMG (Trimethyl gallium) als Verbindung 8, gasförmiges AsH₃ (Arsin) als Verbin dung 9 und gasförmige ZMZn (Dimethylzink) als Verbindung 20, die ein Dotiergas ist, zyklisch in den Züchtungsbehälter 1 ein geführt. Ein anderes Verfahren besteht darin, das TMG-Gas und das ZMZn-Gas gleichzeitig, jedoch abwechselnd mit den AsH₃-Gas einzuleiten, oder das AsH₃-Gas und das ZMZn-Gas gleichzeitig, jedoch abwechselnd mit dem TMG-Gas einzuleiten, um eine Dotie rung mit Störstellen vom p-Typ durchzuführen.

Das Dotiergas kann z. B. ZMCd-Gas (Dimethylcadmium), ZMMg-Gas (Di methylmagnesium), SiH₄-Gas (Monosilan) oder GeH₄-Gas (German) sein.

Andererseits werden, wenn die Züchtung eines Verbindungshalb leiters vom n-Typ gewünscht wird, gasförmiges ZMSe (Dimethylse len) als Verbindung 21, das ein Dotiergas ist, gasförmiges TMG als Verbindung 8 und gasförmiges AsH₃ als Verbindung 9 zyklisch in den Züchtungsbehälter 1 eingeleitet. Ein anderes Verfahren besteht darin, das TMG-Gas und das ZMSe-Gas gleichzeitig, je doch abwechselnd mit dem AsH₃-Gas einzuleiten, um eine Dotie rung mit Störstellen vom n-Typ zu erzielen.

Das Dotiergas kann z. B. ZMS-Gas (Dimethylschwefel), H₂S-Gas (Wasser stoffsulfid) oder H₂Se-Gas (Wasserstoffselenid) sein.

In diesem Falle wird die Strömungsrate des eingeleiteten Do tiergases vorzugsweise so gewählt, daß sie z. B. um 10^-3 bis 10^-6 geringer als diejeniges des AsH₃-Gases und des TMG-Gases ist, und die zeitliche Länge der Gaseinleitung wird vorzugswei se so gewählt, daß sie etwa 0,5 bis 10 Sekunden ist, so daß eine molekulare epitaxiale Wachstumsschicht gebildet wird, die eine gewünschte Störstellenkonzentrationsverteilung in der Dicken richtung hat. Weiterhin ist es ersichtlich, daß es durch geeig netes Regulieren der Menge und Dauer des Einführens des Dotier gases möglich ist, pn-Übergänge, ungleichförmige Störstellen konzentrationsverteilungen, bipolare Transistorstrukturen, wie beispielsweise npn, npin, pnp und pnip-Strukturen, Feldeffekt transistorstrukturen, wie beispielsweise n⁺in⁺ und n⁺n⁻n⁺- Strukturen, elektrostatische Induktionstransistorstrukturen, pnpn-Thyristorstrukturen, etc. zu erzielen.

Die vorgenannten Ausführungsformen haben sich prinzipiell auf die Züchtung einer Kristallwachstumsschicht aus GaAs als Bei spiel bezogen. Jedoch ist ohne weiteres ersichtlich, daß die Vorrichtung nach der Erfindung in gleicher Weise wirksam zur Bildung von anderen III-V-Verbindungshalbleitern, unter Ein schluß von InP, AlP und GaP, anwendbar ist. Die Vorrichtung nach der Erfindung ist außerdem zur Züchtung von Mischkristal len von III-V-Verbindungshalbleitern, wie beispielsweise Ga_(1-x) Al_xAs oder Ga_(1-x)Al_xAs_(1-y)P_y anwendbar. Außerdem ist das Material des Substrats in keiner Weise auf GaAs beschränkt, sondern vielmehr kann ein Substrat aus irgendeinem anderen III- V-Verbindungshalbleiter zum Wachsenlassen einer Heteroepitaxi alschicht verwendet werden.

Die Heizeinrichtung 10, die symbolisch innerhalb des Züchtungs behälters 1 dargestellt ist, ist tatsächlich eine infrarotemit tierende Lampe, die außerhalb des Züchtungsbehälters 1 vorgese hen ist und mit der Wärmestrahlung durch ein optisches Fenster nach dem und auf das Substrat 12 gerichtet wird, so daß dadurch das Substrat 12 auf eine vorbestimmte Temperatur aufgeheizt wird.

Unter "Wiederholen" ist ein Wiederholen so oft wie gewünscht, insbesondere also ein mehrmaliges Wiederholen zu verstehen.

Claims

1. Vorrichtung zum Züchten von III-V-Verbindungshalb leitern, umfassend einen Züchtungsbehälter, der ein Substrat enthält bzw. aufnimmt; eine Evakuierungseinrichtung; eine erste und zweite externe Gasquelle, in denen sich Substanzen befinden, die solche Bestandteilselemente eines Kristalls ent halten, der auf dem Substrat wachsen gelassen werden soll, wo bei die erste Gasquelle erste gasförmige Moleküle enthält; Gaszuführungsleitungen, die von den Gasquellen in das Innere des Züchtungsbehälters führen; Ein-Aus-Ventile, die in den Gaszuführungsleitungen vorgesehen sind; und eine Steuer einrichtung zum Steuern eines zyklischen Öffnungs-Schließ- Betriebs der Ein-Aus-Ventile, dadurch gekennzeich net, daß

(a) die Evakuierungseinrichtung ein Evakuierungssystem (2, 3) zum Evakuieren des Züchtungsbehälters (1) vor den Wachs tumsschritten des III-V-Verbindungshalbleiters auf ein Ultrahochvakuum von 10^-7 bis 10^-8 Pa umfaßt;
(b) eine infrarotemittierende Lampe als Heizeinrichtung (10) vorgesehen ist;
(c) die Gaszuführungsleitungen in je einer Düse (4, 5) enden, welche benachbart dem Substrat (12) angeordnet und auf dasselbe gerichtet sind;
(d) eine Strahlungsemissionseinrichtung (14) zum Emittieren sowohl eines vervielfachten als auch dessen primären Strahls mit einer Wellenlänge zwischen 180 und 600 nm nach dem und auf das Substrat (12) vorgesehen ist; und
(e) die zweite Gasquelle zweite gasförmige Moleküle enthält.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Strahlungsemissionseinrichtung (14) eine solche zum Emittieren und Richten sowohl eines verviel fachten Ar-Laserstrahls mit einer Wellenlänge von 257 nm als auch dessen primären Strahls mit einer Wellenlänge von 514 nm, nach dem und auf das Substrat (12) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß zusätzliche Düsen (16, 17) zum Dotieren des Halbleiterkristalls, der gezüchtet wird, vorgesehen sind.