DE68913033T2

DE68913033T2 - Elementare quecksilberquelle für metall-organische chemische abscheidung aus der gasphase.

Info

Publication number: DE68913033T2
Application number: DE68913033T
Authority: DE
Inventors: William Ahlgren
Original assignee: Santa Barbara Research Center
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1988-08-22
Filing date: 1989-07-17
Publication date: 1994-09-01
Anticipated expiration: 2009-07-18
Also published as: EP0386190A1; IL91155A; US4901670A; JPH03502714A; JPH0663094B2; IL91155A0; DE68913033D1; WO1990002217A1; EP0386190B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Gerät und ein Verfahren zur metallorganischen chemischen Dampfabscheidung (MOCVD) und bezieht sich insbesondere auf ein Gerät zum Speisen von flüssigem Quecksilber zu einer Kammer. Es kann als eine Quelle für elementares Quecksibler (Hg) für MOCVD eingesetzt werden, das ein Reservoir (Vorrat) von Quecksilber, das außerhalb eines MOCVD-Reaktors angeordnet ist, ein Gerät für die Zuführung von Quecksilber zur Einführung von flüssigem Quecksilber in den Reaktor enthalten. Ein erwärmter bzw. erhitzter Halter bzw. Aufnehmer kann benutzt werden, der zur Aufnahme des flüssigem Quecksilbers und zur Verteilung verdampften Quecksilbers auf ein Substrat, auf dem die Abscheidung des Quecksilbers gewünscht ist, ausgelegt ist.
Herkömmliche Quellen für elementares Quecksilber für MOCVD enthalten typischerweise einen offenen Quecksilberbehälter wie etwa einen Teller, der stromauf eines Halters angeordnet ist, wobei auf dem Halter ein Substrat angeordnet ist. Eine Zone eines Ofens wird zur Aufheizung und Verdampfung des Quecksilbers eingesetzt, während eine separate, unabhängige Zone zur Erwärmung des Halters eingesetzt wird. Um die Kondensation des verdampften Quecksilbers während seines Durchgangs von der ersten zu der zweiten Zone zu verhindern, werden die Wände des MOCVD-Reaktors üblicherweise erhitzt.
Es ist ersichtlich, daß solche herkömmlichen MOCVD-Systeme mehrere Nachteile besitzen. Als erstes wurde gefunden, daß die Aufrechterhaltung einer quecksilbergesättigten Atmosphäre oberhalb des Substrats eine hohe Quecksilberverbrauchsrate erfordert. Als zweites müssen, wie zuvor erwähnt, die Wände des MOCVD-Reaktors erhitzt werden, da der Quecksilberbehälter von dem Substrat entfernt und innerhalb einer separaten, unabhängigen Zone des Ofens angeordnet ist. Zum dritten ist die Gestaltung des Reaktors kompliziert, da der Reaktor folglich einen derartigen Ofen mit zwei Zonen enthalten muß, und die Flexibilität des Reaktors zur einfachen Unterbringung von Änderungen der Konfiguration ist beeinträchtigt. Und als viertes wird das Quecksilber in dem Behälter nicht in einfacher Weise ergänzt bzw. wieder aufgefüllt, da der Quecksilberbehälter innerhalb des MOCVD-Reaktors während eines Aufwachsvorgangs angeordnet ist. Dies führt zu einer "Haut" oder einem Überzug aus Quecksilbergemischen, die bzw. der sich auf der Oberfläche des flüssigen Qiiecksilbers in dem Behälter bildet. Dieser Überzug stört oftmals den Transport des Quecksilberdampfs von dem Behälter zu der Atmosphäre des Reaktors.
Die US-A-4 488 507 und US-A-4 439 267 beschreiben Halterausgestaltungen für ein arganometallisches epitaxiales Dampfphasenverfahren und ein Dampfphasenverfahren zum Aufwachsen von Quecksilberkadmiumtellurid in einem Reaktor, wobei der Halter eine Basis und einen Sockel hat, die aus Materialien hergestellt sind, die jeweils niedrige bzw. hohe Hochfrequenz-Absorbtionsfähigkeit haben. Quecksilber ist in einer Höhlung in der Basis gehalten und ein Halbleitersubstrat ist in einer Höhlung in dem Sockel gehalten. Wenn ein hochfrequentes Feld an den Halter angelegt wird, werden das Quecksilber und das Substrat auf unterschiedliche Temperaturen aufgeheizt. Eine Mischung aus die Dimethylkadmium und Diethyltellur strömt durch den Reaktor, die Gase zersetzen sich thermisch in der Nähe des Substrats und Kombinieren mit dem bereitgestellten Quecksilberdampf zur Bildung von Quecksilberkadmiumtellurid auf dem Substrat.
Die vorstehend genannten Probleme werden durch eine Vorrichtung und ein Verfahren in Übereinstimmung mit den Ansprüchen überwunden und es werden hierdurch weitere Vorteile erzielt. Es kann eine Quelle von elementarem Quecksilber für einen MOCVD-Reaktor geschaffen werden. Die offenbarte Vorrichtung und das Verfahren können elementares Quecksilber zu einem MOCVD-Reaktor während des Betriebs des Reaktors zuführen und eine gesättigte Quecksilberdampfatmosphäre oberhalb einer Oberfläche eines Substrats aufrechterhalten. Eine Halteranordnung, die einen Halter mit einer Oberfläche zum Tragen zumindest eines Substrats innerhalb einer Aufwachskammer enthält, kann eingesetzt werden. Ein Vorrat von flüssigem Quecksilber kann außerhalb des Reaktors angeordnet werden und flüssiges Quecksibler über eine Speiseröhre zu einer Vertiefung oder einem Trog zuführen, die bzw. der innerhalb einer Oberfläche des Halters ausgebildet ist. Quecksilber innerhalb des Trogs bzw. der Mulde wird durch den erhitzten Halter verdampft und der Dampf strömt über das Substrat, wodurch eine gesättigte QuecksilberAtmosphäreoberhalb des Substrats geschaffen wird. Das Reservoir (Vorrat) kann durch eine Gasquelle unter Druck gesetzt werden oder es kann die vertikale Position des Reservoirs einjustiert werden, um eine Schwerkraftförderung des Quecksilbers zu erreichen.
In Übereinstimmung mit der Erfindung kann die Vorrichtung einen Halter für die Benutzung in einem metallorganischen chemischen Dampfabscheidungsreaktor aufweisen. Der Halter kann einen Körper umfassen, der aus einem feuerfesten Material besteht, wobei der Körper eine Oberfläche zum Tragen zumindest eines Substrats und eine innerhalb des Körpers ausgebildete Region besitzt, die ein Volumen zur Aufnahme einer Menge von flüssigem Quecksilber in dieser definiert.
Die in Übereinstimmung mit der Erfindung stehende Vorrichtung kann eine Halteranordnung für die Benutzung in einem metallorganischen chemischen Abscheidungsreaktor enthalten. Die Halteranordnung kann einen Körper, der aus einem feuerfesten Material besteht und eine Oberfläche zum Halten zumindest eines Substrats besitzt; eine innerhalb des Körpers ausgebildete Region, die ein Volumen zur Aufnahme einer Menge von flüssigem Quecksilber in dieser definiert; und eine Einrichtung zum Fördern des flüssigen Quecksilbers zu der Region aufweisen.
Diese und weitere Gesichtspunkte der Erfindung werden aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung der Erfindung, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen zu lesen, noch weiter verdeutlicht. Es zeigen:
Fig. 1 eine Aufrißansicht einer Halteranordnung 10, die mit einem Förder- bzw. Zuführungssystem 12 für unter Druck stehendes, elementares, flüssiges Quecksilber gekoppelt ist;
Fig. 2 eine Aufrißansicht einer Halteranordnung 10, die mit einem Fördersystem 44 für die Schwerkraftförderung von elementarem flüssigem Quecksilber gekoppelt ist;
Fig. 3 eine geschnittene Seitenansicht eines MOCVD-Reaktors, in dem die Halteranordnung 10 gemäß Fig. 1 oder 2 installiert ist;
Fig. 4a eine Draufsicht, die einen Halter zeigt, der in Übereinstimmung mit der Erfindung aufgebaut ist;
Fig. 4b eine seitliche, geschnittene Ansicht des Halters gemäß Fig. 4a; und
Fig. 5 eine ausgeschnittene Ansicht eines MOCVD-Reaktors, der einen plattenförmigen Halter besitzt, der in Übereinstimmung mit der Erfindung aufgebaut ist.
Es wird nun auf Fig. 1 Bezug genommen. Dort ist eine Halteranordnung 10 gezeigt, die mit einem Druckfördersystem bzw. -speisesystem 12 für elementares Quecksilber gekoppelt ist. Die Halteranordnung 10 weist einen Flansch 14 auf, der eine Mehrzahl von durch diesen hindurchgehenden Öffnungen wie etwa eine Öffnung 16 aufweist, die einen Auslaßanschluß (in Fig. 3 gezeigt) bereitstellen kann. Der Flansch 14 besitzt eine Öffnung, durch die ein Halterträger 18 hindurchgeht, der an einem seiner Abschlußenden einen Halter 20 trägt. Der Halterträger 18 kann aus einem Quarzrohr oder irgendeinem geeigneten feuerfesten Material bestehen, das zum Tragen des Halters 20 im Stande ist und das weiterhin den Durchgang von Leitern wie etwa von Drähten 26 erlaubt, die von einer nicht gezeigten Halterwärme-Erfassungseinrichtung ausgehen. Die Drähte 26 können mit einem bekannten Thermoelement verbunden sein, das in thermischen Kontakt mit dem Halter 20 steht, wobei die Drähte weiterhin an einem ihrer entgegengesetzten Enden mit einer Steuereinrichtung 28 für die Haltertemperatur gekoppelt sind.
Der Halter 20 besteht vorzugsweise aus Graphit oder aus irgendeinem beliebigen geeigneten feuerfesten Material. Zur Veranschaulichung ist gezeigt, daß auf dem Halter 20 ein Substrat 22 angeordnet ist, auf dem das Aufwachsen eines Quecksilberfilms oder einer Quecksilberverbindung gewünscht ist. Es versteht sich, daß das Substrat 22 keinen Teil der Halteranordnung bildet und lediglich zur Veranschaulichung dargestellt ist. In Übereinstimmung mit einem Aspekt der Erfindung ist der Halter 20 mit einer Region versehen, die zum Halten eines Vorrats von flüssigem Quecksilber, wie etwa mit einer Vertiefung oder einer Mulde (Trog) 24 versehen ist, die in einem Ende des Halters 20 ausgebildet ist.
Es sei angemerkt, daß der Ausdruck "Halter" in der hier benutzten Form jegliche Art von Substratträger umfaßt, die zum Betrieb bei erhöhten Temperaturen im Stande ist. Als solches kann der Halter induktiv, widerstandsmäßig, durch Strahlung oder durch ein beliebiges anderes geeignetes Verfahren erhitzt werden, wodurch das Substrat 22 bei einer gewünschten Temperatur gehalten wird, die zum Durchführen eines Vorgangs der MOCVD-Aufwachsung geeignet ist. Es sei gleichfalls angemerkt, daß der Halter eine Anzahl von geeigneten Formen wie etwa eine flache oberseitige Oberfläche oder eine geneigte Oberseite zum Halten eines oder mehrerer Substrate auf dieser haben kann.
In Übereinstimmung mit der Erfindung ist oberhalb der Mulde 24 ein Ende einer Speiseröhre 30 für elementares Quecksilber angeordnet. Die Speiseröhre 30 kann eine kapillare Pyrex-Röhre mit einem inneren Durchmesser aufweisen, der in einem Bereich von ungefähr 0,013 cm bis 0,038 cm (0,005 Zoll bis 0,015 Zoll) liegt. Die Speiseröhre 30 verläuft auch durch den Flansch 14 und ist an ihrem entgegengesetzten Ende mit einem Fördersystem 12 für unter Druck gesetztes Quecksilber gekoppelt. Die Speiseröhre 30 kann mit dem Fördersystem 12 mit Hilfe eines Teflon-Rohrs 32 oder durch irgendeine beliebige geeignete Fluid-Koppeleinrichtung gekoppelt sein.
In Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält das Förder- bzw. Speisesystem 12 einen unter Druck gesetzten Vorrat (Reservoir) 34 von flüssigem Quecksilber 36, der außerhalb des MOCVD-Reaktors (in Fig. 1 nicht gezeigt) montiert ist. Das Reservoir 34 wird durch eine Quelle von beispielsweise Stickstoffgas unter Druck gesetzt, typischerweise zwischen 1013 bis 2047 hP (0 bis 15 psig), wobei der Druck durch eine Nadelventilanordnung 38 gesteuert wird. Ein Druckmeßfühler 40 kann zum Überwachen des Drucks des Systems 12 vorgesehen sein. Das Reservoir 34 kommuniziert ebenfalls mit einem Abschaltventil bzw. Sperrventil 42, das das unter Druck stehende flüssige Quecksilber durch die Röhren 32 und 30 zu der Mulde 24 führt, die unterhalb der inneren Endöffnung der Röhre 30 positioniert ist. Das Sperrventil 42 kann Teflon und Pyrex oder irgend ein anderes Material enthalten, das für den Kontakt mit dem flüssigen Quecksilber geeignet ist.
Während des Betriebs in einem MOCVD-Reaktor wird das in dieser Weise der Mulde 24 zugeführte Quecksilber durch die Berührung mit dem erhitzten Halter 20 erhitzt und verdampft, wobei das verdampfte Quecksilber über das Substrat 22 durch eine Trägergasströmung in dem Reaktor transportiert wird. Dieser Quecksilberdampf schafft eine gesättigte Quecksilberdampfatmosphäre über dem Substrat 22.
Wie leicht ersichtlich ist, ist die Quelle von Quecksilberdampf bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel integral bzw. einstückig mit dem Halter 20, auf dem das Substrat 22 montiert ist. Dies schafft den Aufbau einer gesättigten Quecksilberdampfatmosphäre oberhalb des Substrats mit einem minimalen Verbrauch der Quecksilberquelle bzw. des Quecksilbervorrats. Die Wände des Reaktors müssen nicht erhitzt werden, da sie durch den Quecksilberdampf zwischen der Quelle, oder der Mulde 24, und dem Substrat 22 nicht berührt werden. Dies führt zu einer Vereinfachung der Reaktorgestaltung und erhöht die Flexibilität des Reaktors. Beispielsweise erlaubt die Benutzung der Erfindung die Eingliederung von gereinigten Fenstern bzw. Ablaßfenstern für photounterstütztes MOCVD, wie es unter Bezugnahme auf Fig. 3 gezeigt und beschrieben ist.
Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen. Dort ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei dem eine mit relativ großer Bohrung bzw. großem Innendurchmesser versehene Quecksilberspeiseröhre 30 in Verbindung mit einem Schwerkraftfördersystem 44 zum Fördern von Quecksilber von dem Reservoir 34 eingesetzt wird. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 sind das Ventil 38 und der Meßfühler 40 gemäß Fig. 1 entfallen. Das elementare Quecksilber 36 wird stattdessen aus dem Reservoir 34 vorzugsweise dadurch ausgetragen, daß durch eine Positioniereinrichtung 46 die Höhe des Reservoirs 34 relativ zu der Öffnung innerhalb des Abschlußendes der Speiseröhre 30 einjustiert wird, um ein gewünschtes Druckgefälle des Quecksilbers zu erzeugen.
Es wird nun auf Fig. 3 Bezug genommen. Dort ist gezeigt, daß die Halteranordnung 10 entweder gemäß Fig. 1 oder Fig. 2 in einem MOCVD-Reaktor 50 eingebaut ist. Die Halteranordnung 10 wird im Zusammenhang mit einem photounterstütztem MOCVC-System mit Ablaßfenster bzw. gereinigtem Fenster (purged window) beschrieben, bei dem der Halter 20 durch Ultraviolettstrahlung (UV-Strahlung) einer Quarzhalogenguelle 52 erhitzt wird. Weiterhin wird der MOCVD-Reaktor als ein Reaktor zum Durchführen einer Abscheidung eines Materials der Gruppe II-VI auf einem Substrat, insbesondere der Abscheidung von Hg(1-x)CdxTe- Halbleitermaterials beschrieben. Es sei aber angemerkt, daß die Halteranordnung in der Erfindung bei einer Vielzahl von MOCVD-Reaktortypen anwendbar ist. Weiterhin ist die Benutzung der Erfindung auch bei der Abscheidung von anderen Arten von Quecksilberlegierungen als sie bei dem erläuternden Ausführungsbeispiel offenbart sind, einsetzbar.
Der Reaktor 50 kann aus Quarz oder einem beliebigen geeigneten feuerfesten Material bestehen. Mit einem stromab befindlichen Ende des Reaktors 50 ist eine Gasmischregion 56, in der eine Strömung eines Trägergases, typischerweise H&sub2;, bereitgestellt ist, über einen Eingangskoppler 54 gekoppelt. Alternativ kann Helium, Argon, Stickstoff oder ein beliebiges bekanntes Trägergas eingesetzt werden. Eine Trägergasströmung kann Dimethylkadmium-(DMC)-Moleküle enthalten, während eine weitere Trägergasströmung Diethyltellur-(DET)-Moleküle enthalten kann. Die beiden Gasströme werden in der Region 56 gemischt und fließen über den Eingangskoppler 54 in den Reaktor 50 und über den Halter 20 und das auf diesem angeordnete Substrat 22. Das Gas wird über einen Auslaßanschluß 58 ausgelassen, der durch die Öffnung 16 in dem Flansch 14 hergestellt ist. Eine weitere Strömung, beispielsweise von H&sub2;, kann durch den Eingangskoppler 60 derart bereitgestellt werden, daß diese Gasströmung über ein Fenster 62 strömt und dieses reinigt. Dies bedeutet, daß diese Strömung von H&sub2; die Ablagerung von Quellenmaterial auf dem Fenster 62 verhindert. Das Fenster 62 ist im wesentlichen für Strahlung von einer UV-Quelle 64 transparent, wobei die UV- Strahlung so ausgewählt ist, daß sie einen Bereich von Wellenlängen besitzt, die zum Zersetzen der DMC- und DET- Moleküle innerhalb der Region des Substrats 22 am besten geeignet ist. Beispielsweise kann die Quelle 64 eine Quecksilber-Xenon-Bogenlampe sein, die einen dichroitischen Spiegel zum Begrenzen der Abgabe der Quelle 64 auf den Wellenlängenbereich von 200 bis 250 Nanometer aufweist. Nach der Zersetzung kombinieren die Kadmium- und Tellur- Atome mit Quecksilberatomen, die durch den Quecksilberdampf von der Mulde 24 bereitgestellt werden, wodurch eine Legierung oder ein Gemisch mit der gewünschten Gruppe II-VI-Zusammensetzung auf dem Substrat 22 aufgebracht wird.
In Übereinstimmung mit der Erfindung wird elementares flüssiges Quecksilber durch die Speiseröhre 30 zu dem erhitzten Halter 20 gefördert, bei dem das Quecksilber in der Mulde 24 enthalten ist. Die Strömungsrate des Quecksilbers ist derart eingestellt, daß die Mulde vorzugsweise während des Vorgangs des Aufwachsens im wesentlichen voller Quecksilber gehalten wird. Das bedeutet, daß die Strömungsrate derart eingestellt ist, daß das Quecksilber, das aufgrund der Verdampfung verlorengeht und das über das Substrat 22 gefördert wird, kontinuierlich durch Quecksilber aus der Speiseröhre 30 ersetzt wird. Die Strömungsrate kann einfach dadurch eingestellt werden, daß das Quecksilber innerhalb der Mulde 24 betrachtet und das Ventil 42 (Fig. 1) in geeigneten Intervallen manuell geöffnet wird, um das Quecksilber innerhalb der Mulde 24 zu ergänzen. Alternativ kann das System auf der Grundlage einer bestimmten Haltertemperatur und anderer Faktoren, die die Rate der Verdampfung des Quecksilbers beeinflussen, kalibriert werden, um eine vorbestimmte Menge von Quecksilber in vorbestimmten Intervallen hinzuzufügen. Beispielsweise kann das System so kalibriert werden, daß es alle zehn Minuten 0,1 Gramm Quecksilber zu der Mulde 24 hinzufügt. In dieser Hinsicht kann eine geeignete Steuereinrichtung wie etwa ein Mikrocomputer mit dem MOCVD-System über bekannte digital betätigte Strömungssteuerungseinrichtungen, Ventile oder andere Arten von Ausführungselementen gekoppelt sein, um den Druck des Systems gemäß Fig. 1 zu regulieren und zu variieren oder die Höhe des Reservoirs 34 gemäß Fig. 2 einzujustieren, wodurch die Strömungsrate des Quecksilbers zu dem Halter 20 eingestellt und gesteuert wird. Im Hinblick auf das Ausführungsbeispiel, das in Fig. 2 gezeigt ist, ist das Reservoir 34 mit der Positioniereinrichtung 44 gekoppelt, die ein bekanntes lineares Betätigungselement sein kann. Die Positioniereinrichtung kann andererseits beispielsweise eine Riemenscheibe und ein Kabel bzw. einen Riemen enthalten, das bzw. der durch einen Motor wie etwa einen Schrittmotor angetrieben wird. Alle diese Mittel sind zur Veränderung der Höhe des Reservoirs bezüglich des Anschlußendes der Speiseröhre 30 und folglich zur Veränderung der Größe des Druckgefälles des Reservoirs 34 geeignet.
Soweit flüssiges Quecksilber eine hohe Oberflächenspannung besitzt, versteht sich, daß das Öffnungsverhältnis und das Volumen der Mulde 24 Überlegungen bzw. Faktoren bei der Realisierung einer Halteranordnung 10 sind, die in Übereinstimmung mit der Erfindung aufgebaut und betrieben wird. In den Figuren 4a und 4b ist ein Ausführungsbeispiel eines Halters 70 gezeigt, der eine im wesentliche keilförmige Gestalt und eine Mulde für flüssiges Quecksilber besitzt, die die Substratträgerfläche auf drei Seiten umgibt. Der Halter 70 enthält einen Körper 72 aus feuerfestem Material mit einer geneigt verlaufenden oberseitigen Hauptfläche 74 und einer geneigt verlaufenden rückseitigen Oberfläche 76. Die rückseitige Oberfläche 76 ist mit einer Öffnung 77 versehen, in der ein Halterträger (nicht gezeigt) befestigt ist. Eine Mulde 78 enthält eine Förderfläche 80, in die flüssiges Quecksilber gespeist wird. Eine relativ flache Vertiefung, die eine Substrat-Trägeroberfläche 82 definiert, ist auf drei Seiten durch die Mulde 78 umgeben, wodurch ein gleichförmiger gesättigter Quecksilberdampf über einem Substrat sichergestellt wird. Aufgrund der keilförmigen Gestalt des Halters 70 verändert sich die Tiefe der Mulde 78 von einem stromab befindlichen Abschnitt zu einem stromauf befindlichen Abschnitt. Im allgemeinen ist die Tiefe der Mulde dort, wo die Mulde 78 minimale Tiefe an dem stromauf befindlichen Abschnitt besitzt, zumindest zweimal so tief wie sie breit ist. Die Öffnung der Speisefläche 80 ist in einer stromab befindlichen Position derart vorgesehen, daß die nicht gezeigte Quecksilberspeiseröhre die Gasströmung über dem Substrat nicht stört.
Repräsentative Abmessungen des Halters 70 sind nachstehend gezeigt. Bezugszeichen Größe(cm) (Größe Zoll))
Es wird nun auf Fig. 5 Bezug genommen. Dort ist in Übereinstimmung mit einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ein plattenförmiger Halter 90 gezeigt, der eine zentral angeordnete Region 92 wie etwa eine Vertiefung besitzt, in die flüssiges Quecksilber von unterhalb durch eine Förderröhre 94 gespeist wird, die durch den Halter hindurchgeht. Eine oberseitige Oberfläche 96 des Halters 90 bietet die Möglichkeit der Halterung einer Mehrzahl von Substraten 98 während des Aufwachsens von Quecksilber enthaltenden Schichten auf diesen. Der Halter 90 ist innerhalb einer im wesentlichen kreisförmigen, zylindrischen, vertikalen Aufwachsröhre 100 (bzw. Röhre 100 für vertikales Wachstum) mit einer Gasströmung gezeigt, die auf die Region 92 auftrifft. Ein Heizelement 102 ist mit einer Heizenergiequelle 104 zum Aufheizen des Halters 90 gekoppelt. Flüssiges Quecksilber, das der Region 92 zugeführt wird, wird durch die Berührung mit dem erhitzten Halter 90 verdampft, wobei der Dampf über die oberseitige Oberfläche 96 und die Substrate 98 durch die Gasströmung transportiert wird.
Es sei angemerkt, daß der Halter 90 durch ein Widerstandsheizelement erhitzt oder induktiv aufgeheizt werden kann. Alternativ kann die Röhre 100 mit einem oder mehreren Fenstern zum Aufheizen des Halters durch eine äußere Strahlungsquelle versehen sein. Das flüssige Quecksilber, das Region zugeführt wird, wird vorzugsweise durch einen äußeren Vorratsbehälter (Reservoir) bereitgestellt, wie es in den Figuren 1 und 2 gezeigt ist.
Auf der Grundlage der vorstehenden Erläuterung der Erfindung ist ersichtlich, daß die Erfindung die vorstehend beschriebenen Nachteile herkömmlicher MOCVD-Systeme überwindet und weiterhin zusätzliche Vorteile bereitstellt. Durch Vorsehen der Quelle von elementarem Quecksilber in enger Nähe zu dem Substrat 22, insbesondere auf dem Halter selbst, gibt es nur eine geringe oder keine Möglichkeit für den Quecksilberdampf, an den Seitenwänden des Reaktors zu kondensieren, wodurch das Erfordernis der Aufheizung der Seitenwände beseitigt ist. Weiterhin ist kein Ofensystem mit zwei Zonen erforderlich, da das elementare Quecksilber in Übereinstimmung mit der Erfindung zu derselben Zone gefördert wird, in der der Halter und das Substrat erhitzt werden. Weiterhin sind aufgrund der engen Nähe der Dampfquelle und des Substrats die Verbrauchsraten des Quecksilbervorrats im Vergleich zu herkömmlichen MOCVD-System beträchtlich verringert. Weiterhin kann die MOCVD-Abscheidung bei niedrigeren Temperaturen oder innerhalb eines Temperaturbereichs von ungefähr Raumtemperatur, bei der ein gewisser Dampfdruck des Quecksilbers vorhanden ist, bis zu dem Siedepunkt des Quecksilbers oder ungefähr 357 ºC bei einem Atmosphärendruck (760 Torr) durchgeführt werden. Die Aufwachstemperaturen der MOCVD-Abscheidung mit einer gesättigten Quecksilberatmosphäre, die durch die Erfindung ermöglicht werden, umfassen leicht einen Temperaturbereich innerhalb des Bereichs von ungefähr 180 ºC bis 315 ºC. Ein Wachstum bei niedrigerer Temperatur wie etwa 180 ºC kann bei manchen Anwendungen bevorzugt sein, da der Verbrauch an Quecksilbervorrat verringert ist und, was wichtig ist, die Konzentration von Quecksilber-Leerbereichen innerhalb von epitaxialen Schichten, die auf dem Substrat 22 aufgewachsen sind, verringert ist. Beispielsweise wurde die Quecksilberquelle gemäß der Erfindung eingesetzt, um Hg(1-x)CdxTE-Legierungen und auch HgCd/CdTe-Übergitter unter gesättigten Hg-Bedingungen bei Temperaturen innerhalb des Bereichs von 182 ºC bis 315 ºC aufwachsen zu lassen.

Claims

1. Vorrichtung zur Einbringung von elementarem flüssigem Quecksilber (36) in eine Kammer, in der die Abscheidung einer Quecksilberverbindung auf einem Substrat (22. 98) durchgeführt wird, mit

einem Halter (20, 70, 90) zum Halten eines Substrats (22, 98) innerhalb einer Kammer während der Abscheidung einer Quecksilberverbindung auf diesem, wobei der Halter (20, 70, 90) einen Bereich (24, 78, 92) zum Halten einer Menge von elementarem flüssigem Quecksilber (36) aufweist, und

einer Einrichtung zum Richten des Quecksilberdampfes derart, daß er über das Substrat (22, 98) strömt,

gekennzeichnet durch

ein Zuführungssystem (12, 44), das ein außerhalb der Kammer befindliches Reservoir (34) aus elementarem flüssigem Quecksilber (36) enthält, und

eine Fördereinrichtung (30, 32, 94) mit einem Rohr (30, 94) zum Zuführen des elementaren flüssigen Quecksilbers (35) von dem Reservoir (34) aus elementarem flüssigem Quecksilber (36) zu dem Bereich (24, 78, 92).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Zuführungssystem (12) eine mit dem Reservoir (34) aus elementarem flüssigem Quecksilber (36) gekoppelte Einrichtung (38) zum Unterdrucksetzen des Reservoirs (34) aus elementarem flüssigem Quecksilber (36) mit einem vorbestimmten Druck aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der vorbestimmte Druck innerhalb eines Bereichs von ungefähr 1013 hPa bis ungefähr 2047 hPa (ungefähr 0 bis ungefähr 15 psig) liegt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Zuführungssystem (44) eine mit dem Reservoir (34) aus elementarem flüssigem Quecksilber (36) gekoppelte Positioniereinrichtung (46) zum Halten des Reservoirs (34) aus elementarem flüssigem Quecksilber (36) an einer Position entlang einer im wesentlichen vertikalen Achse relativ zu dem Bereich (24, 78, 92) zur Ausbildung eines gewünschten Druckgefälles innerhalb des Reservoirs (34) aus elementarem flüssigem Quecksilber (36) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das Rohr (30, 94) ein erstes, mit dem Reservoir (34) aus elementarem flüssigem Quecksilber (36) gekoppeltes Ende und ein zweites Ende zum Zuführen des elementaren flüssigen Quecksilbers (36) zum Bereich (24, 78, 92) besitzt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Fördereinrichtung (30, 32, 94) eine Einrichtung zum Halten der Fördereinrichtung (30, 32, 94) relativ zu dem Bereich (24,78,92) aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der das Rohr (30, 94) ein kapillares, aus feuerfestem Material bestehendes Rohr ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einer Einrichtung zum Aufheizen (52, 104) des Halters (20, 70, 90) auf eine vorbestimmte Temperatur, derart, daß Quecksilber innerhalb des Halters (20, 70, 90) verdampft wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die vorbestimmte Temperatur innerhalb des Bereichs von ungefähr 180ºC bis zu ungefähr dem Siedepunkt von Quecksilber liegt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der Halter einen aus feuerfestem Material bestehenden Körper aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem der Halter (70)

einen aus feuerfestem Material bestehenden Körper (72), wobei der Körper (72) eine Oberfläche (82) zum Halten zumindest eines Substrats (22) besitzt, und

einen innerhalb des Körpers ausgebildeten Bereich (78) aufweist, wobei der Bereich (78) ein Volumen zum Aufnehmen einer Menge von elementarem flüssigem Quecksilber in ihm definiert,

wobei der Körper einen im wesentlichen keilförmigen Querschnitt mit einem vorderen Abschnitt und einem rückseitigen Abschnitt (76) besitzt, wobei der rückseitige Abschnitt (76) dicker als der vordere Abschnitt ist und wobei die Oberfläche (74) eine allgemein bzw. im wesentlichen geneigte obere Fläche des Körpers (72) ist und der Bereich (78) innerhalb der geneigten oberen Fläche (74) ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der der Halter (70) eine Einrichtung (77) zum mechanischen Koppeln des Körpers mit einer Trägereinrichtung (18) zum Halten des Körpers (72) in einer gewünschten Orientierung enthält.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, bei der der Halter (70) weiterhin eine Einrichtung (26, 28) zum Erfassen einer Temperatur des Körpers (72) umfaßt, wobei die Temperaturerfassungseinrichtung (26, 28) thermisch mit dem Körper (72) gekoppelt ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei der das feuerfeste Material Graphit enthält.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem der Halter (90) für den Einsatz in einem vertikal angeordneten Abscheidungsreaktor für metall-organische chemische Abscheidung aus der Gasphase ausgelegt ist und einen aus feuerfestem Material bestehenden Körper, der eine Oberfläche (96) zum Halten zumindest eines Substrats (98) besitzt, und

einen innerhalb des Körpers ausgebildeten Bereich (92) aufweist, der ein Volumen zum Aufnehmen einer Menge an elementarem flüssigem Quecksilber in diesem definiert,

wobei der Bereich (92) innerhalb eines zentral angeordneten Abschnitts der Oberfläche (96) ausgebildet und mit einer Fördereinrichtung (94) zum Zuführen des flüssigen Quecksilbers (36) zu dem Bereich (92) gekoppelt ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung (94) ein Rohr (94) aufweist, das ein erstes, durch den Körper hindurch angeordnetes und in Verbindung mit dem Bereich (92) zum Zuführen von elementarem flüssigem Quecksilber (36) zu diesem stehendes Ende und ein zweites, in Fluidkommunikation mit dem Reservoir (34) aus elementarem flüssigem Quecksilber (36) stehendes Ende besitzt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, bei der die Oberfläche (96) des Körpers eine im wesentlichen kreisförmige Gestalt besitzt und bei der der Bereich (92) eine im wesentlichen in der Mitte der Oberfläche (96) ausgebildete Vertiefung enthält.

18. Verfahren zum Bereitstellen einer Quelle aus elementarem flüssigem Quecksilber für das Aufwachsenlassen einer Quecksilberverbindung auf einem Substrat (22, 98) in einem System, das zur chemischen, metall-organischen Abscheidung aus der Gasphase dient und einen Reaktor (50) aufweist, mit den Schritten:

Bereitstellen eines Substrats (22, 98) innerhalb des Reaktors (50), wobei das Substrat (22, 98) auf einem geheizten Halter (20, 70, 90) angeordnet wird,

Bereitstellen eines Versorgungssystems (12, 44) mit einem Reservoir (34) aus elementarem flüssigem Quecksilber (36) außerhalb des Reaktors,

Transportieren von elementarem flüssigem Quecksilber (36) über eine Zuführeinrichtung (30, 32, 94), die ein Rohr (30, 94) aufweist, zu einem Bereich (24, 78, 92), der zum Halten eines Vorrats an elementarem flüssigem Quecksilber in dem geheizten Halter (20, 70, 90) geeignet ist und bei das Quecksilber verdampft wird, und

Richten des Quecksilberdampfes derart, daß er über das Substrat (22, 98) derart strömt, daß eine gesättigte Quecksilberatmosphäre über einer Oberfläche des Substrats (22, 98) aufrechterhalten wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem der Schritt des Transportierens durch die Schritte des Unterdrucksetzens des Reservoirs (34) aus elementarem flüssigem Quecksilber (36) auf einen vorbestimmten Druck und des Strömens des unter Druck befindlichen elementaren flüssigen Quecksilbers (36) über die Zuführeinrichtung (30, 32, 94) von dem Reservoir (34) aus elementarem flüssigem Quecksilber (36) zu dem Halter (20, 70, 90) bewirkt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem der vorbestimmte Druck innerhalb eines Bereichs von ungefähr 1013 hPa bis ungefähr 2047 hPa (ungefähr 0 bis ungefähr 15 psig) liegt.

21. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem der Schritt des Transportierens durch die Schritte des Anhebens des Reservoirs (34) aus elementarem flüssigem Quecksilber (36) relativ zu dem Halter (20, 70, 90) zur Ausbildung eines gewünschten Druckgefälles innerhalb des Reservoirs (34) aus elementarem flüssigem Quecksilber (36) und des Strömens des unter Druck befindlichen elementaren flüssigen Quecksilbers über die Zuführeinrichtung (30, 32, 94) von dem Reservoir (34) aus elementarem flüssigem Quecksilber (36) zu dem Halter (20, 70, 90) bewirkt wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, bei dem der Halter (20, 70, 90) auf eine Temperatur innerhalb des Bereichs von ungefähr 180ºC bis ungefähr zum Siedepunkt von Quecksilber aufgeheizt wird.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, bei dem der Schritt des Richtens durch Erzeugung einer Trägergasströmung durch den Reaktor (50) bewirkt wird, wobei die Trägergasströmung Moleküle enthält, deren Legierung mit dem Quecksilber gewünscht ist.

24. Verfahren nach Anspruch 23, bei dem die Moleküle Atome enthalten, die zu ausgewählten Elementen der Gruppe II-IV gehören.

25. Verfahren nach Anspruch 24, bei dem die Trägergasströmung Dimethylcadmium und Diethyltellur enthält.