DE3731010A1

DE3731010A1 - Process for liquid-phase epitaxy

Info

Publication number: DE3731010A1
Application number: DE19873731010
Authority: DE
Inventors: Ulrich Bommer; Klaus Dr Gillessen
Original assignee: Telefunken Electronic GmbH
Current assignee: Telefunken Electronic GmbH
Priority date: 1987-09-16
Filing date: 1987-09-16
Publication date: 1989-03-30

Abstract

In a process for liquid-phase epitaxy in which a melt is brought into contact with the substrate to be provided with an epitaxial layer, the melt is forced into a narrowing space formed by a perforated substrate holder and a ramp extending obliquely to this substrate holder, or between a perforated substrate holder and the ramp in such a way that the melt penetrates through the perforations of the substrate holder and covers the substrate.

Description

Lichtemittierende Dioden haben heute eine große Bedeu tung erlangt. Als Materialien für Lumineszenzdioden werden heute fast ausschließlich die aus Elementen der III-Gruppe und V-Gruppe des Periodensystems bestehenden Verbindungshalbleiter wie GaAs, GaP oder GaAsP verwen det. Zur Herstellung der benötigten p-n-Übergänge wird außer dem Diffusionsverfahren und der Gasphasenepitaxie die Flüssigphasenepitaxie angewandt. Die Dotierung er folgt üblicherweise, z. B. bei GaAs-Flüssigphasenepi taxie, mit Silizium, das sich amphoter verhält, also in GaAs sowohl als Donator wie auch als Akzeptor wirkt. Bei der Flüssigphasenepitaxie werden z. B. ein oder mehrere GaAs-Substrate mit einer Schmelze in Berührung gebracht.Light emitting diodes are of great importance today achieved. As materials for luminescent diodes are now almost exclusively made up of elements of the III group and V group of the periodic table existing Use compound semiconductors such as GaAs, GaP or GaAsP det. To produce the required p-n junctions except for the diffusion process and gas phase epitaxy the liquid phase epitaxy applied. The endowment he usually follows, e.g. B. in GaAs liquid phase epi taxie, with silicon that behaves amphoterically, ie in GaAs acts both as a donor and as an acceptor. At the liquid phase epitaxy z. B. one or more GaAs substrates brought into contact with a melt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Flüssigphasenepitaxie anzuge ben, das in einfacher Weise eine Flüssigphasenepitaxie ermöglicht. Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Flüssigphasenepitaxie durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.The invention has for its object a method and a device for liquid phase epitaxy ben, which is simply a liquid phase epitaxy enables. This task is carried out in a process for Liquid phase epitaxy through the characteristic features of claim 1 solved.

Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen erläutert.The invention is based on exemplary embodiments explained.

Die Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Flüssigphasen epitaxie nach der Erfindung. Die Vorrichtung der Fig. 1 weist einen Behälter 1 auf, dessen Grundfläche z. B. rechteckig ausgebildet ist. Der Behälter 1 ist nach oben und an einem Ende offen und besteht aus einem für die Flüssigphasenepitaxie geeigneten Material wie Quarz oder Graphit. Das offene Ende des Behälters 1 ist durch einen beweglichen Schieber 2 geschlossen, der durch die Längs flächen des Behälters 1 geführt wird und den nach oben offenen Behälter 1 abdichtet. In diesem verschlossenen Raum des Behälters 1 befindet sich oberhalb einer Rampe 3 eine Lochplatte 4, auf der ein oder mehrere Substrate 5, z. B. in einem Spalt in der Lochplatte 4 oder einer an der Lochplatte 5 befestigten Klammer, angeordnet sind. In dem Raum zwischen der Rampe 3 und dem bewegli chen Schieber 2 befindet sich die Schmelze 6. Die Ober seite der Rampe 3 ist zur Schmelze 6 hin abgeschrägt und die der Schmelze zugewandte Seitenfläche der Rampe 3 steht senkrecht oder leicht angeschrägt zum Boden des Behälters 1. Fig. 1 shows an apparatus for liquid phase epitaxy according to the invention. The device of FIG. 1 has a container 1 , the base of which, for. B. is rectangular. The container 1 is open at the top and at one end and consists of a material suitable for liquid phase epitaxy, such as quartz or graphite. The open end of the container 1 is closed by a movable slide 2, which is through the longitudinal surfaces of the container 1 out and sealing the open-topped container. 1 In this closed space of the container 1 there is a perforated plate 4 above a ramp 3 , on which one or more substrates 5 , e.g. B. are arranged in a gap in the perforated plate 4 or a bracket attached to the perforated plate 5 . The melt 6 is located in the space between the ramp 3 and the movable slide 2 . The upper side of the ramp 3 is chamfered towards the melt 6 and the side of the ramp 3 facing the melt is perpendicular or slightly chamfered to the bottom of the container 1 .

Durch ein Verschieben des Schiebers 2 in Richtung der Substrate 5 wird die Schmelze 6 zu den Substraten 5 hochgedrückt, bis der Schieber 2 an der Lochplatte 4 und der Rampe 3 anschlägt. Beim Anschlagen des Schiebers 2 sind die Substrate 5 vollständig mit Schmelze bedeckt. Bei dem Schiebervorgang übt der Schieber 2 einen Druck auf die Schmelze 6 aus, die entsprechend den Druckver hältnissen ausweicht. Soll der Epitaxievorgang unter brochen werden, so wird der Schieber 2 entgegengesetzt der Richtung zu den Substraten 5 durch die Öffnungen der Lochplatte 4 über die schiefe Ebene der Rampe 3 in den Schmelzraum ablaufen. Die beschriebene Vorrichtung kann auch mehrfach neben-, über- oder hintereinander angeord net werden, so daß eine gleichzeitige Epitaxie auf einer noch größeren Anzahl von Substraten möglich ist. By moving the slide 2 in the direction of the substrates 5 , the melt 6 is pushed up to the substrates 5 until the slide 2 strikes the perforated plate 4 and the ramp 3 . When the slide 2 strikes, the substrates 5 are completely covered with melt. In the slide operation, the slide 2 exerts pressure on the melt 6 , which evades according to the Druckver conditions. If the epitaxial process is to be interrupted, the slide 2 will run in the opposite direction to the substrates 5 through the openings in the perforated plate 4 via the inclined plane of the ramp 3 into the melting space. The device described can also be arranged several times side by side, one above the other or one behind the other, so that simultaneous epitaxy is possible on an even larger number of substrates.

Im folgenden wird ein Epitaxieprozeß zur Abscheidung von GaAs mit Si-Dotierung unter Verwendung der in Fig. 1 gezeigten Anordnung beschrieben. Die Substrate 5, be stehend aus GaAs, werden auf der Substrathalterung (Lochplatte) 4 angebracht. In den Raum zwischen der Rampe 3 und dem Schieber 2 wird die Schmelze 6 einge füllt, die aus den Komponenten Ga, Si und je nach Anlö sung der Substrate aus GaAs besteht. Der Behälter mit der Schmelze und den Substraten wird dann in einen mit einem geeigneten Schutzgas wie nachgereinigtem Wasser stoff gespülten Waagerecht-Epitaxieofen gebracht, der ein genau einzustellendes Temperaturprofil besitzt. Durch Erhöhung der Ofentemperatur auf z. B. 800°C wird die Schmelze 6 ausgeheizt, und die Verunreinigungen der Schmelze 6, z. B. Oxide, können nach oben hin entwei chen, da der Raum oberhalb der Schmelze 6 offen ist und das Schutzgas H₂ direkten Kontakt mit der Schmelze 6 hat, und die Möglichkeit des Entweichens der Verunreinigungen gegeben ist. Danach wird die Ofentemperatur auf einen für die Benutzung günstigen Wert wie z. B. 850°C erhöht und der Schieber 2 in Richtung der Substrate 5 versetzt bis zum Anschlag, den die Rampe 3 und die Lochplatte 4 bilden. Hierbei läuft die Schmelze infolge des Druckaus gleichs über die Substrate 5. Diese werden entsprechend der Temperatur und entsprechend der eventuell vorherigen Zugabe von GaAs zur Schmelze 6 angelöst. Danach wird die Temperatur langsam wieder abgesenkt, wobei die gefor derte, mit Si-dotierte Epitaxieschicht aufwächst. Das Dickenwachstum der Epitaxieschicht kann dadurch beein flußt und begrenzt werden, daß die Schmelze 6 schon vor zeitig von den Substraten getrennt wird. Dies geschieht dadurch, daß der Schieber 2 während des Abkühlvorganges wieder von den Substraten weg in seine Ausgangsstellung versetzt wird, wodurch die Schmelze durch die Ablauf löcher der Lochplatte über die schiefe Ebene der Rampe entsprechend dem Höhenunterschied der Schmelze 6 in ihren ursprünglichen Schmelzenraum zwischen Rampe 3 und dem Schieber 2 zurückfließt. Damit ist der Wachstumsvor gang beendet, und die Schmelze kann wiederverwendet werden.An epitaxial process for the deposition of GaAs with Si doping is described below using the arrangement shown in FIG. 1. The substrates 5 , consisting of GaAs, are attached to the substrate holder (perforated plate) 4 . In the space between the ramp 3 and the slide 2 , the melt 6 is filled, which consists of the components Ga, Si and, depending on the solution of the substrates made of GaAs. The container with the melt and the substrates is then placed in a horizontal epitaxial furnace which has been flushed with a suitable protective gas such as purified water and has an exactly adjustable temperature profile. By increasing the oven temperature to z. B. 800 ° C, the melt 6 is heated, and the contamination of the melt 6 , z. B. oxides, can escape upwards because the space above the melt 6 is open and the protective gas H _{2 has} direct contact with the melt 6 , and there is a possibility of the contaminants escaping. Then the oven temperature is set to a value that is favorable for use, such as. B. increased 850 ° C and the slide 2 in the direction of the substrates 5 until it stops, which the ramp 3 and the perforated plate 4 form. As a result of the pressure compensation, the melt runs over the substrates 5 . These are dissolved in accordance with the temperature and in accordance with the possible previous addition of GaAs to the melt 6 . The temperature is then slowly lowered again, the required epitaxial layer doped with Si growing up. The thickness growth of the epitaxial layer can be influenced and limited by the fact that the melt 6 is separated from the substrates ahead of time. This is done in that the slide 2 is again moved away from the substrates into its starting position during the cooling process, whereby the melt through the drain holes of the perforated plate over the inclined plane of the ramp corresponding to the difference in height of the melt 6 in its original melt space between ramp 3 and the slider 2 flows back. This completes the growth process and the melt can be reused.

Die Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Er findung mit den vorteilhaften Eigenschaften der ersten Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Support 2 in einem Behälter 1 mit Hilfe einer schiefen Ebene 3 eine Kraft auf die Schmelze 6 ausübt, die dadurch ihren Ort verändert und durch die Öffnungen der Lochplatte 4 zu den Substraten 5 hochgedrückt wird. Die Oberseite der Rampe 3 ist dabei als schiefe Ebene ausgebildet, auf der sich der Support 2 bewegen läßt. Auf dem Support 2 und der schiefen Ebene der Rampe 3 befindet sich die Schmel ze 6, während die Substrate 5 auf einer Lochplatte 4 oberhalb der Rampe 3 und des Supports 2 angeordnet sind. Der Support 2 ist so geformt, daß die Schmelze 6 aus dem von dem Behälter 1, der Rampe 3 und dem Support 2 gebil deten Raum nicht seitlich auslaufen kann. Dieser Raum ist nach oben hin geöffnet, um beim Ausheizen der Schmel ze 6 einen Reinigungseffekt der Schmelze 6 durch Reak tion mit dem Schutzgas und Abdampfen der Verunreinigungen zu erzielen. Die beschriebene Vorrichtung kann selbst verständlich auch mehrfach neben-, über- oder hinter einander angeordnet werden, so daß die gleichzeitige Epitaxie auf einer Vielzahl von Substraten möglich ist. Fig. 2 shows a further embodiment of the invention with the advantageous properties of the first embodiment of the invention, in which a support 2 in a container 1 with the aid of an inclined plane 3 exerts a force on the melt 6 , which thereby changes its location and is pushed up through the openings of the perforated plate 4 to the substrates 5 . The top of the ramp 3 is designed as an inclined plane on which the support 2 can be moved. On the support 2 and the inclined plane of the ramp 3 is the melt ze 6 , while the substrates 5 are arranged on a perforated plate 4 above the ramp 3 and the support 2 . The support 2 is shaped so that the melt 6 cannot leak laterally from the space formed by the container 1 , the ramp 3 and the support 2 . This space is open towards the top in order to achieve ze 6 a cleaning effect of the melt 6 by reac tion with the protective gas and evaporation of the impurities during baking the Schmel. The device described can of course also be arranged several times next to, above or behind one another, so that simultaneous epitaxy is possible on a large number of substrates.

Die Fig. 3 zeigt die Anordnung der Fig. 2 in perspek tivischer Darstellung. Fig. 3 shows the arrangement of Fig. 2 in perspective view.

Im folgenden wird ein Epitaxieprozeß zur Abscheidung von GaAs mit Si-Dotierung unter Verwendung der in Fig. 2 bzw. Fig. 3 gezeigten Vorrichtung beschrieben. Die Sub strate 5, bestehend aus GaAs-Scheiben, werden an der Lochplatte 4 angebracht und die Schmelze aus Ga, Si und eventuell GaAs in den Raum zwischen Support 2, Rampe 3 und Substraten 5 eingefüllt. Die Vorrichtung wird nun in einen Waagerecht-Epitaxieofen geschoben, der mit einem geeigneten Schutzgas, wie nachgereinigtem Wasser stoff, gespült wird. Anschließend wird die Ofentempera tur auf 800°C erhöht, bei der sich die Schmelzkomponen ten durchmischen und die Schmelze 6 sich mit Hilfe des nach oben geöffneten Raumes über der Schmelze gut rei nigt. Danach wird die Ofentemperatur auf einen für die Benutzung der Substrate 5 günstigen Wert wie z. B. 850°C gebracht und der Support 2 in Richtung der Sub strate 5 versetzt, bis der Support 2 an der Lochplatte 4 anstößt, die Schmelze 6 über die Substrate 5 steigt und sie damit benetzt und überspült. Dieser Schmelztransport erfolgt mit Hilfe der schiefen Ebene. Nun wird die Tem peratur langsam wieder abgesenkt, wobei die geforderte GaAs-Schicht auf den Substraten 5 aufwächst. Die auf wachsende Epitaxieschicht kann auch durch vorzeitiges Herausziehen des Supports 2 in ihrer Dicke beeinflußt werden. Die Schmelze 6 kann wieder verwendet werden.The following is an epitaxial process for the deposition of GaAs with Si-doping using the in Fig. 2 and Fig. 3 the apparatus shown will be described. The sub strate 5 , consisting of GaAs wafers, are attached to the perforated plate 4 and the melt of Ga, Si and possibly GaAs is filled into the space between support 2 , ramp 3 and substrates 5 . The device is now pushed into a horizontal epitaxial furnace, which is flushed with a suitable protective gas, such as purified water. The furnace temperature is then increased to 800 ° C, at which the melt components mix and the melt 6 cleans well with the help of the open space above the melt. Then the oven temperature is set to a value that is favorable for the use of the substrates 5, such as, for. B. brought 850 ° C and the support 2 in the direction of the sub strate 5 until the support 2 abuts the perforated plate 4 , the melt 6 rises above the substrates 5 and wets and rinses them with it. This melt transport takes place with the help of the inclined plane. Now the temperature is slowly lowered again, with the required GaAs layer growing on the substrates 5 . The growing epitaxial layer can also be influenced in its thickness by pulling out the support 2 prematurely. The melt 6 can be used again.

Die Fig. 4a und 4b zeigen eine weitere Ausführungs form der Erfindung, bei der mit Hilfe eines Kippmecha nismus Substrate 5 in eine Schmelze 6 eingeschwenkt werden. In einem Behälter 1 befindet sich ein Raum für die Schmelze 6, der durch zwei Rampen 3 a und 3 b in sei nem Volumen begrenzt ist, deshalb speziell geformt ist und nach oben offen ist. Über diesem Raum ist, mittels einer Drehpunktaufhängung befestigt, eine Lochplatte 4 angeordnet, auf der die Substrate 5 angebracht sind und die mit einem kraftübersetzenden Gestänge 7 verbunden ist. Schiebt man am Ende des Gestänges 7 in Richtung Vorrichtung, so kippt infolge der Kraftübertragung (He belwirkung) die Lochplatte 4 mit den Substraten 5 in das Schmelzgefäß hinein, und die Substrate 5 werden von der Schmelze 6 gemäß der Fig. 3b benetzt. FIGS. 4a and 4b show a further execution of the invention, are swiveled in by means of a mechanism Kippmecha substrates 5 in a melt 6. In a container 1 there is a space for the melt 6 , which is limited by two ramps 3 a and 3 b in its volume, is therefore specially shaped and is open at the top. A perforated plate 4 , on which the substrates 5 are attached and which is connected to a force-transmitting linkage 7 , is arranged above this space, fixed by means of a pivot point suspension. If one pushes at the end of the linkage 7 in the direction of the device, the perforated plate 4 with the substrates 5 tilts into the melting vessel as a result of the force transmission (He belfunktion), and the substrates 5 are wetted by the melt 6 according to FIG. 3b.

Der Flüssigphasenepitaxie-Prozeß verläuft wie folgt. Die Vorrichtung der Fig. 3 wird mit einem oder mehreren Substraten 5 aus z. B. GaAs und einer Schmelze aus z. B. Ga, Si und eventuell GaAs bestückt und in einen Waage recht-Epitaxieofen, der ein exakt einzustellendes Tempe raturprofil besitzt, gebracht. Durch eine Temperaturer höhung auf z. B. 800°C wird die Schmelze 6 in dem nach oben offenen Behälter 1 ausgeheizt und dadurch gerei nigt. Dabei werden die Schmelzkomponenten vermischt. Nach der Erhöhung der Temperatur auf z. B. 850°C wird das Ende des Gestänges 7 in Richtung der Vorrichtung so weit verschoben, daß die Lochplatte 4 mit den Substraten 5 kippt (Fig. 3b), von der Schmelze umspült wird und anschließend bedeckt ist. Nun wird die Temperatur lang sam abgesenkt, und je nach gewollter Aufwachsdicke der Epitaxieschichten, werden die Substrate 5 von der Schmel ze 6 getrennt, indem das Ende des Gestänges 7 entgegen gesetzt zur Richtung der Anordnung geschoben wird, und dadurch die Substrate 5 von der wiederverwendbaren Schmelze 6 getrennt werden.The liquid phase epitaxy process is as follows. The device of FIG. 3, with one or more substrates 5 from z. B. GaAs and a melt of z. B. Ga, Si and possibly GaAs and placed in a Libra right epitaxial furnace, which has a precisely adjustable temperature profile. By increasing the temperature to z. B. 800 ° C, the melt 6 is baked in the open-topped container 1 and thereby niger. The melt components are mixed. After increasing the temperature to z. B. 850 ° C, the end of the linkage 7 is moved so far in the direction of the device that the perforated plate 4 tilts with the substrates 5 ( Fig. 3b), is washed by the melt and then covered. Now the temperature is slowly lowered sam, and depending on the desired growth thickness of the epitaxial layers, the substrates 5 are separated from the melt ze 6 by pushing the end of the rod 7 opposite to the direction of the arrangement, and thereby the substrates 5 from the reusable Melt 6 can be separated.

Claims

1. A method for liquid phase epitaxy, in which a melt is brought into contact with the substrate (s) to be provided with an epitaxial layer, characterized in that the melt is brought into a tapering space by a perforated substrate holder and a obliquely to this substrate holder running ramp is formed, or between a perforated substrate holder and a ramp is pressed such that the melt penetrates through the holes of the substrate holder and covers the substrate (s).

2. The method according to claim 1, characterized in that that an open container is used that in this container is filled with the melt that the containers filled with the melt in an epitaxial furnace is brought and that the melt before the epitaxy of Art is heated that contaminants in the melt escape upwards through the opening of the container.

3. Device for performing the method according to An saying 1 or 2, characterized in that a container ter for the melt, for the substrate holder and the Ramp is provided that the ramp is under the substrate holder is arranged obliquely to this and that a slide is provided, which the melt in the Gap between substrate holder and ramp presses.

4. The device according to claim 3, characterized in that the ramp ver except one obliquely to the substrate holder running part a part running to the bottom of the container has, together with the slider and side walls of the container forms a space for the melt.

5. The device according to claim 3 or 4, characterized records that the container has a rectangular cross has cut and that the movable slide forms a side wall of the container.

6. Device for performing the method according to An saying 1 or 2, characterized in that within the container is a movably arranged support for the Melt is provided and that the support is under pressure runs up the ramp and the one in it Takes away the melt.

7. The device according to claim 6, characterized in that the support has two legs and that his leg is beveled so that the support runs up under pressure on the inclined ramp.

8. Device for performing the method according to An saying 1, characterized in that in a container two at an acute angle to each other Walls are provided that cover the side surfaces of one Form melt space in the container, and that above that A perforated substrate holder rotatable is arranged, which is designed and stored, that they enter the tapered melt space is pivotable.

9. The device according to claim 8, characterized in that the fulcrum for the substrate holder in one Side wall of the container is located and that the substr has a rotary arm.

10. The device according to claim 9, characterized in that the pivot arm itself has a pivot point.

11. The device according to any one of claims 8 to 10, there characterized in that the bottom wall together with the side walls located in the container the melt space forms.