DE69805937T2

DE69805937T2 - Verfahren zur herstellung einer halbleitervorrichtung und vorrichtung zur anwendung des verfahrens

Info

Publication number: DE69805937T2
Application number: DE69805937T
Authority: DE
Inventors: Dongen Teunis Van; Geelen Andre Van
Original assignee: Uniphase Opto Holdings Inc
Current assignee: Viavi Solutions Inc
Priority date: 1997-04-10
Filing date: 1998-03-05
Publication date: 2003-01-09
Anticipated expiration: 2018-03-06
Also published as: US6080642A; DE69805937D1; JP2000511705A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung, wobei dieses Verfahren die nachfolgenden Vorgänge umfasst: das Ablagern einer Halbleiterschicht auf einem Substrat, wobei innerhalb eines Reaktors eine Anzahl Substrate auf einer Trägerplatte gelegt, erhitzt und einem Gas ausgesetzt wird, das wenigstens zwei reaktive Bestandteile aufweist, aus denen die Halbleiterschicht gebildet wird, wobei ein erster Gasstrom mit einem ersten reaktiven Bestandteil in der Mitte über der Trägerplatte zugeführt wird und um den ersten Gasstrom herum und isoliert davon und ebenfalls von oben ein zweiter Gasstrom mit einem zweiten reaktiven Bestandteil in einen größeren Abstand von der Trägerplatte als der erste Gasstrom zugeführt wird, wonach die beiden Gasströme in der Seitenrichtung über die mit Substraten bedeckte Trägerplatte fließen, wobei aus den reaktiven Bestandteilen die Halbleiterschicht auf dem Substrat gebildet wird, und daraufhin auf der Außenseite der Trägerplatte abgeführt werden. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine entsprechende Einrichtung zum Durchführen eines derartigen Verfahrens.
Ein derartiges Verfahren und eine derartige Einrichtung eignen sich insbesondere zum Herstellen von Halbleiteranordnungen, insbesondere aus II-V oder II-VI Halbleitermaterialien, die beispielsweise Diodenlaser, Photodioden oder Sonnenzellen, aber auch Transistoren umfassen können. Das Verfahren und die Einrichtung eignen sich insbesondere dazu, wenn die anzubringenden Halbleiterschichten besonders dünn sind, wie in dem Fall von Quantumsenkenschichten oder wenn schroffe Dotierungsübergänge erwünscht sind.
Ein derartiges Verfahren und eine derartige Einrichtung sind aus dem US-Patent US-A-5.027.746, Veröffentlichungsdatum 2. Juli 1991, bekannt. In dem darin beschriebenen Verfahren werden fünf II-V Substrate auf eine kreisrunde Trägerplatte gelegt und mit Hilfe von IR-Strahlung erwärmt und mit einer III-V-Halbleiterschicht versehen. In der Mitte über der Trägerplatte wird, mit Hilfe einer zylinderförmigen Röhre, ein Gemisch aus Wasserstoff und Arsin und/oder Phosphin zugeführt. Drum herum wird, über eine konzentrische Röhre um die zylinderförmige Röhre, eine Organo-metallische Verbindung zugeführt und zwar in einem größeren Abstand von der Trägerplatte als der arsin- und/oder phosphinhaltige Gasstrom. Die auf diese Art und Weise gebildeten Gasströme werden aus der Mitte der Trägerplatte in seitlicher Richtung und übereinander in radialer Richtung über die Trägerplatte und die darauf liegenden Substrate geführt. Dabei wird die zu bildende Halbleiterschicht aus den reaktiven Bestandteilen der Gasströme gebildet, wonach diese Gasströme an der Peripherie der Trägerplatte abgeführt werden.
Ein Nachteil des bekannten Verfahrens ist, dass die damit hergestellten Halbleiteranordnungen, wie Diodenlaser, relativ schlecht definierte Eigenschaften aufweisen: so weist die Emissionswellenlänge damit hergestellter Diodenlaser eine relativ große Streuung auf, insbesondere wenn die aktive Schicht derartiger Diodenlaser durch eine (Multi)Quantumsenkenschicht gebildet wird. Dadurch ist der Ertrag an brauchbaren Anordnungen oft relativ gering, beispielsweise 50%.
Es ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit dem die Eigenschaften der nach diesem Verfahren hergestellten Anordnungen besser definiert sind und die daher einen größeren Ertrag an brauchbaren Erzeugnissen, wie Diodenlasern, ermöglicht. Es ist außerdem eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen geeigneten Reaktor zu schaffen. Das Verfahren sowie der Reaktor sollen selbstverständlich möglichst preisgünstig sein.
Ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art weist dazu nach der vorliegenden Erfindung das Kennzeichen auf, dass der zweite Gasstrom aus n einzelnen Teilgasströmen aufgebaut wird, wobei n größer als oder gleich zwei ist, die je einen 1/n Teil des zweiten Gasstroms liefern und die symmetrisch gegenüber der Mitte der Trägerplatte zugeführt werden. Der Erfindung liegt zunächst die Erkenntnis zugrunde, dass die Tatsache, dass die Eigenschaften der nach dem Verfahren hergestellten Anordnung schlecht definiert sind, verursacht wird durch eine Streuung in insbesondere der Dicke, aber auch in der Zusammensetzung der Halbleiterschichten, die mit dem Verfahren angebracht werden. Um eine derartige Streuung zu unterdrücken werden vorzugsweise die Trägerplatte, sowie die Substrate während der Ablagerung der Halbleiterschichten um ihre Achse gedreht. Dies erfolgt vorzugsweise dadurch, dass in spiralförmig gegliederte gekrümmte Rillen oder Kanäle in der Trägerplatte und in drehbaren Teilen davon ein Gas geblasen wird. Der Erfindung liegt zugleich die Erkenntnis zugrunde, dass bei üblichen Wachsgeschwindigkeiten und Drehgeschwindigkeiten der Trägerplatten und der Substrate namentlich bei sehr dünnen Schichten wie Quantumsenkenschichten, die Wachszeit und die Drehungszeit beispielsweise der Trägerplatte in derselben Größenordnung liegen, und zwar in der Nähe einer Sekunde. Dadurch werden etwaige Schwankungen in der Wachsgeschwindigkeit durch Drehung der Trägerplatte nicht ausreichend ausgeglichen. Eine weitere Erhöhung der Drehgeschwindigkeit bzw. eine Senkung der Wachsgeschwindigkeit ist um verschiedene Gründen in der Praxis nicht möglich oder bringt wenigstens andere ernste Nachteile mit sich. Der Erfindung liegt weiterhin die überraschende Entdeckung zugrunde, dass obschon der zweite Gasstrom konzentrisch zu dem ersten Gasstrom der Trägerplatte zugeführt wird, dieser zweite Gasstrom dennoch in tangentieller Richtung nicht homogen ist. Zum Schluss liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass die genannte tangentielle Inhomogenität dadurch verursacht wird, dass der zweite Gasstrom aus einer einzigen Zuführungsröhre gebildet wird, die nicht in der Mitte über der Platte liegt und dort auch nicht liegen kann, weil sich dort die Zuführungsröhre des ersten Gasstroms befindet. Diese soll sich auch dort befinden, und zwar wegen einer tangentiell homogenen Zufuhr des ersten reaktiven Bestandteils. Dadurch, dass der zweite Gasstrom mit Hilfe von n Teilgasströmen aufgebaut wird, wobei n wenigstens gleich zwei ist, und die je 1/n Teil des zweiten Gasstroms der Trägerplatte zuführen, und dadurch dass die genannten Teilgasströme symmetrisch gegenüber der Mitte der Trägerplatte zugeführt werden, stellt es sich heraus, dass die Homogenität der abgelagerten Halbleiterschichten überraschend und wesentlich verbessert wird, namentlich, wenn die Schichten dünn sind.
Wesentlich bessere Ergebnisse als bei dem bekannten Verfahren werden bereits erzielt mit zwei oder drei Teilgasströmen, die diametral oder mit drei in einem Winkel von 120º zugeführt werden. Ausgezeichnete Ergebnisse sind erreicht worden mit vier Teilgasströmen, die in einem Winkel von 90º zugeführt werden. Die Verwendung einer noch größeren Anzahl Teilgasströme gibt noch einen Beitrag zu der Verbesserung der Homogenität der abgelagerten Schichten. Vorzugsweise werde dazu die Teilgasströme wieder zusammengefügt und daraufhin in eine größere Anzahl weiterer Teilgasströme aufgeteilt. Damit die Anordnung, in dem das Verfahren angewandt wird, möglichst einfach zu halten, findet Letzteres vorzugsweise innerhalb des Reaktors statt, wie nachher bei der Beschreibung der Anordnung nach der vorliegenden Erfindung noch näher erläutert wird.
Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung eignet sich insbesondere zum Anbringen von III-V-Halbleitermaterialien, wie InGaAsP und InAIGaP auf beispielsweise III-V-Halbleitersubstraten, wie InP- und GaAs-Substraten. Der erste Gasstrom enthält dann beispielsweise Arsin und/oder Phosphin, der zweite Gasstrom eine Alkylverbindung von In und/oder Ga und/oder Al, wie Trimethyl- oder Triethylverbindungen der genannten Elemente. Als Treibgas für diese flüchtigen oder verflüchtigten Stoffe wird dann vorzugsweise Wasserstoff verwendet.
In einer bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung werden beim Ablagern der Halbleiterschicht die Substrate um ihre Mitte und um die Mitte der Trägerplatte gedreht, und zwar dadurch, dass ein Gas in die Mitte spiralförmiger gegliederter gekrümmter Kanäle oder Rillen in der Trägerplatte und in drehbare Teile derselben, auf denen sich jeweils ein Substrat befindet, geblasen wird. Trotz einer möglichst symmetrischen Zufuhr des ersten sowie des zweiten Gasstroms, stellt es sich heraus, dass Drehung der Substrate und der Trägerplatte einen noch besseren Beitrag zu der Homogenität der Eigenschaften des nach dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung angebrachten Halbleiterschichten liefert.
Eine Einrichtung zum Herstellen einer Halbleiteranordnung, wobei das Ablagern einer Halbleiterschicht auf einem Substrat einen Teil der Herstellung bildet, wobei diese Einrichtung einen Reaktor mit einer Trägerplatte für eine Anzahl Substrate und Mittel zum Erwärmen dieser Substrate umfasst, wobei dieser Reaktor in der Mitte über der Trägerplatte mit einer ersten Zuführungsröhre versehen ist für einen ersten Gasstrom mit einem ersten reaktiven Bestandteil, der mit einem ersten Gefäß verbunden ist, in dem sich der erste reaktive Bestandteil befindet und um dieselbe herum eine zweite Zuführungsröhre mit einem zweiten reaktiven Bestandteil, die in einem größeren Abstand von der Trägerplatte endet als die erste Zuführungsröhre und die mit einem zweiten Gefäß verbunden ist, in dem sich der zweite reaktive Bestandteil befindet, weist nach der vorliegenden Erfindung das Kennzeichen auf, dass die zweite Zuführungsröhre n Teilzuführungsröhren umfasst, wobei n größer als oder gleich zwei ist, die je einen 1/n Teil des Gasstroms zuführen und die Symmetrisch gegenüber der ersten Zuführungsröhre vorgesehen sind. Mit einer derartigen Einrichtung kann auf einfache Weise ein Verfahren nach der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden. Die zweite Zuführungsröhre umfasst vorzugsweise eine gerade Anzahl, vorzugsweise vier, Teilzuführungsröhren und diese Teilzuführungsröhren haben vorzugsweise eine symmetrische Geometrie. Eine gerade Anzahl Zuführungsröhren lässt sich einfache auf symmetrische Weise anschließen und macht es einfacher, die Teilgasströme (nahezu) einander entsprechend zu machen, ohne besondere Hilfsmittel wie (eine Vielzahl) MCFs (= Mass Flow Controllers). Die Anwendung einer symmetrischen Geometrie (Querschnitt, Länge und räumlicher Verlauf) der Zuführungsröhren ist dabei wesentlich.
Vorzugsweise münden die Teilzuführungsröhren in eine Mischkammer, in der die Teilgasströme sich miteinander vermischen können und die mit einer größeren Anzahl, vorzugsweise der doppelten Anzahl, weiterer Teilzuführungsröhren versehen ist, die möglichst symmetrisch gegenüber den Teilzuführungsröhren vorgesehen sind und die vorzugsweise immer mit der Mischkammer verbunden sind. Auf diese Weise wird die Homogenität der (weiteren) Teilgasströme weiter verbessert und zugleich eine möglichst symmetrische Zufuhr derselben zu der Trägerplatte weiterhin gefördert. Eine feste Verbindung zwischen Mischkammer(n) und weiteren Teilzuführungsröhren macht es einfacher, unerwünschte Asymmetrie, die bei wiederholter Montage und Demontage einzelner Teile leicht entstehen kann, nach wie vor zu vermeiden. In einer bevorzugten Ausführungsform einer Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung umfasst der Reaktor Mittel zum Drehen der Substrate um ihre Mitte und um die Mitte der Trägerplatte und die Mittel in Form spiralförmig gegliederter gekrümmter Kanäle oder Rillen umfassen in der Trägerplatte und in drehbaren Teilen derselben, auf denen sich ein Substrat befindet und wobei die Mitte der Spiralen mit einer Gaszufuhr versehen ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 und 2 eine Draufsicht bzw. einen Schnitt durch die Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung zum Durchführen des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung.
Die Figuren sind schematisch und nicht maßstabgerecht dargestellt, wobei insbesondere die Abmessungen in der Dickenrichtung der Deutlichkeit halber übertrieben sind. Entsprechende Teile sind meistens in den jeweiligen Figuren mit demselben Bezugszeichen angegeben.
Fig. 1 zeigt in Draufsicht eine Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung, in der ein Verfahren nach der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden kann. Fig. 2 zeigt im Schnitt gemäß der Linie II-II die Einrichtung nach Fig. 1. Das Verfahren und die Einrichtung 100 dieses Beispiels beziehen sich auf MOVPE (= Metal Organic Vapour Phase Epitaxy) und ein System 100, wobei Halbleiterschichten, hier aus III-V-Halbleitermaterialien wie AIGaAs und GaAs, auf beispielsweise einem GaAs-Substrat 1 abgelagert werden können. Dies geschieht wie folgt. Innerhalb eines Reaktors 10 werden eine Anzahl GaAs-Substrate 1 auf eine Trägerplatte 2 gelegt. Die Trägerplatte 2 kann um ihre Achse gedreht werden, ebenso wie drehbare Teile 2A der Trägerplatte 2. Auf diese Weise können die Substrate 1 um die Mitte der Trägerplatte 2 sowie um ihre eigene Mitte gedreht werden. Unter dem Reaktor 10 befinden sich Mittel 30, hier in Form von Halogenlampen 30, mit denen die Substrate 1, wenigstens die Trägerplatte 2, erwärmt werden, in diesem Beispiel bis 700ºC. Über die Substrate wird ein Gas 3 gebracht, das wenigstens zwei, hier drei, reaktive Bestandteile umfasst, aus denen die Halbleiterschicht gebildet wird. Das Gas 3 wird gebildet durch einen ersten Gasstrom 4 mit einem ersten reaktiven Bestandteil, hier Arsin, verdünnt in Wasserstoff, der in der Mitte über der Trägerplatte 2 zugeführt wird. Um den ersten Gasstrom 4 herum und isoliert davon wird ebenfalls von oben ein zweiter Gasstrom 5 mit einem zweiten reaktiven Bestandteil, hier mit zwei reaktiven Bestandteilen, und zwar TMG (= Tri Methyl Gallium) und TMA (= Tri Methyl Aluminium) ebenfalls verdünnt in Wasserstoff zugeführt. Dies aber in einem größeren Abstand von der Trägerplatte 2 als der erste Gasstrom 4. Die beiden Gasströme 4,5 fließen daraufhin in seitlicher Richtung über die mit Substraten 1 bedeckte Trägerplatte 2. Dabei wird die Halbleiterschicht. Hier eine AIGaAs-Schicht abgelagert. Zum Schluss werden die beiden Gasströme 4,5 an der Peripherie der Trägerplatte 2 abgeführt. In einem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung wird der zweite Gasstrom 5 n, wobei n größer als oder gleich zwei ist, aus einzelnen Teilgasströmen 5A aufgebaut, die je einen 1/n Teil des zweiten Gasstroms 5 liefern und die gegenüber der Mitte der Trägerplatte 2 symmetrisch zugeführt werden. Überraschenderweise stellt es sich heraus, dass eine derartige Zufuhr des zweiten Gasstroms 5 einen wesentlichen Beitrag zu der Homogenität insbesondere der Dicke von beispielsweise GaAs- oder AIGaAs-Schichten und im letzteren Fall auch der Zusammensetzung. Und zwar auch noch, wenn die Substrate 1 um ihre Achse, sowie um die Mitte der Trägerplatte 2 gedreht werden. Dies ist insbesondere der Fall, wie es sich herausgestellt hat, wenn eine sehr dünne Halbleiterschicht, wie in diesem Beispiel eine GaAs/AlGaAs- Quantumsenkenschicht, abgelagert wird. Bei der vorzugsweise durchgeführten Art der Drehung dadurch, dass ein Gas in spiralförmig gekrümmte Rillen oder Kanäle geblasen wird (die übrigens in der Zeichnung nicht dargestellt sind), die sich in der Trägerplatte 2 und in drehbaren Teilen 2A derselben befinden, ist die maximal erzielbare Drehgeschwindigkeit der Trägerplatte 2, die wie in diesem Beispiel 5 Substrate 1 mit einem Durchmesser von 2 Zoll trägt. Etwa 1 Umdrehung in der Sekunde. Dies namentlich wegen Blockierung der drehbaren Teile 2A durch die Fliehkraft infolge der Drehung der Trägerplatte 2. Es hat sich herausgestellt, dass diese Zeit in derselben Größenordnung liegt wie die gewünschte Wachszeit einer sehr dünnen, beispielsweise 2 nm dicken Schicht. Es stellt sich heraus, dass eine weitere Verringerung der Wachszeit dadurch, dass die Konzentration namentlich des zweiten reaktiven Bestandteils in dem Gas 3 und folglich in dem zweiten Gasstrom verringert wird, große Nachteile mit sich bringt, wie einen größeren Einbau von Verunreinigungen in der dünnen Schicht und eine Vergröberung der Übergänge der dünnen Schichten. Der vorliegenden Erfindung liegt weiterhin auch die überraschende Entdeckung zugrunde, dass, obschon bei dem bekannten Verfahren der zweite Gasstrom 5 konzentrisch zu dem ersten Gasstrom 4 der Trägerplatte zugeführt wird, dieser zweite Gasstrom dennoch in tangentieller Richtung nicht homogen ist. Zum Schluss liegt der vorliegenden Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass die genannte tagentielle Inhomogenität dadurch verursacht wird, dass bei dem bekannten Verfahren der zweite Gasstrom 5 zwar nahe bei der Trägerplatte gegenüber dem ersten Gasstrom 4 konzentrisch zugeführt wird, aber in einem etwas größeren Abstand von der Trägerplatte 2 notwendigerweise exzentrisch, weil eine zentrale Zufuhr des ersten Gasstroms 4 das mit sich bringt. Dadurch, dass der zweite Gasstrom 5 mit Hilfe von n Teilgasströmen 5A aufgebaut wird, wobei n wenigstens gleich zwei ist, und die je 1/n Teil des zweiten Gasstroms 5 der Trägerplatte zuführen, und dadurch, dass die genannten Teilgasströme 5A gegenüber der Mitte der Trägerplatte 2 symmetrisch zugeführt werden, stellt es sich heraus, dass die Homogenität der abgelagerten Halbleiterschichten überraschenderweise und wesentlich verbessern, namentlich, wenn diese Schichten sehr dünn sind.
In diesem Beispiel wird der zweite Gasstrom 5 aus einer geraden Anzahl, hier 4, Teilgasströmen 5A aufgebaut. Auf diese Weise ist einerseits eine symmetrische Zufuhr leicht verwirklichbar und ist andererseits bereits ein wesentlicher Teil der sich als möglich erwiesenen Verbesserung der Homogenität in den Eigenschaften der abgelagerten Schicht verwirklicht. In diesem Beispiel wird weiterhin eine wesentliche Verbesserung der genannten Homogenität dadurch erzielt, dass die Teilgasströme 5A des zweiten Gasstromes 5, bevor sie die Trägerplatte erreichen, zusammengebracht werden, hier in der Mischkammer 13, und dass sie daraufhin wieder über eine größere Anzahl, vorzugsweise die doppelte Anzahl und hier folglich 8, weitere einzelne Teilgasströme 5B verteilt werden, die je vorzugsweise einen möglichst gleichen Teil des zweiten Gasstroms 5 liefern.
In Bezug auf die Art und Weise, wie die Trägerplatte 2 und die darauf liegenden Substrate 1 gedreht werden, reicht an dieser Stelle ein Hinweis auf die oben genannte US-Patentschrift 5.027.746. Für diesbezügliche Einzelheiten wird an dieser noch auf die US-Patentschrift 4.860.687, veröffentlicht am 29. August 1989 verwiesen. Die Größe des ersten Gasstroms 4 beträgt in diesem Beispiel 2,5 l/min. wovon 250 cc/min Arsin und der Rest Wasserstoff. Eine etwaigen-Dotierung kann diesem Gasstrom zugefügt werden. Der zweite Gasstrom 5 beträgt 25 l/min. zum großen Teil Wasserstoffenthaltend und einige cc/min in Form von TMG und/oder TMAI, die je in einem Wasserstoffstrom von 0,5 l/min verdampft sind. Eine etwaige p-Dotierung wird vorzugsweise dem zweiten Gasstrom zugefügt.
Die sehr guten Ergebnisse, die mit einem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung erhalten werden, lassen sich wie folgt darlegen, und zwar anhand der Ablagerung von AlGaAs-Schichten mit 50 Atom% Aluminium. Was die Einheitlichkeit in der Zusammensetzung anbelangt, wird mit einem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung eine Streuung in der Zusammensetzung über alle bei einer Ablagerung verwendeten Substrate 1 von 0,1 Relativprozent gefunden. Bei dem bekannten Verfahren wird eine entsprechende Streuung von relativ 1, 2% gefunden. Die verbesserte Dickenstreuung wird nachstehend für eine GaAs/AlGaAs-Quantumsenkenschicht dargestellt, deren Dicke zwischen 1 und 10 nm gewählt worden ist. Innerhalb eines Substrats 1 wird mit einem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung beispielsweise eine Streuung in der Lage der Spitze der PL (= Photolumineszenz) bei 4 K von 0,4 meV gefunden, wobei das bekannte Verfahren zu einer Streuung von 2,3 meV führt. Diese Streuungen entsprechen einer Streuung in der Dicke. Wenn eine gleichartige Messung in der Mitte aller bei einer einzigen Ablagerung verwendeten Substrate 1 durchgeführt wird, wird mit dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung eine Sreuung in der Lage der 4 K PL Spitze von 0,5 bis 1 meV gefunden, wo das bekannte Verfahren eine Streuung von 4 bis 12 meV ergibt. Namentlich diese Verbesserung zeigt den Effekt der vorliegenden Erfindung. Auch die Schnittstellenschärfe ist mit einem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung verbessert, was in einem FWHM (= Full Width Half Maximum) einer 4 K PL Messung von 4 bis 8 meV zum Ausdruck gebracht wird, wo das bekannte Verfahren zu 12 bis 15 meV führt.
Die oben genannten Ergebnisse sind erhalten worden durch Drehung der Trägerplatte 2 und der drehbaren Teile 2A derselben. Obenstehendes bedeutet, dass der Ertrag an brauchbaren Halbleiteranordnungen, beispielsweise langwelligen Diodenlasern, durch die vorliegende Erfindung wesentlich verbessert ist und beispielsweise 70% oder sogar 80% beträgt.
In der Einrichtung 100 nach der vorliegenden Erfindung und nach diesem Beispiel ist der Reaktor 10 in der Mitte über der Trägerplatte 2 einer ersten Zuführungsröhre 8 vorgesehen, die den ersten Gasstrom 4 zuführt und ganz nahe über der Trägerplatte 2 mündet. Auf der anderen Seite ist die erste Zuführungsröhre 8 über einen ersten MCF 38 (= Mass Flow Controller) mit einem ersten Gefäß 11 verbunden, das einen (gasförmigen) Wasserstoff und 10% Arsin enthält. Um die erste Zuführungsröhre 8 herum befindet sich eine konzentrische zweite Zuführungsröhre 9, die den zweiten Gasstrom 5 zu der Trägerplatte 2 führt und in einem etwas größeren Abstand als die erste Zuführungsröhre 8 davon mündet. Die zweite Zuführungsröhre 9 ist auf symmetrische Weise mit vier Teilzuführungsröhren 6 versehen, die mit einem zweiten Gefäß, hier einem ersten Sprudelgefäß 12 und einem zweiten Sprudelgefäß 14 verbunden sind, in denen sich der zweite reaktive Bestandteile, hier zwei reaktive Bestandteile, und zwar (flüssiges) TMG und (flüssiges) TMA1, befindet. Die vier Teilzuführungsröhren 6 bilden eine doppelte, symmetrische Abzweigung von einer Hauptzuführungsröhre 16, die über einen zweiten MFC 31 mit einem ersten Wasserstoffzylinder 15 verbunden ist. Mit dieser Hauptzuführungsröhre 16 sind die Sprudelgefäße 12, 14 über MFCs 32, 33 verbunden. Auf der anderen Seite sind die Sprudelgefäße mit einem zweiten Wasserstoffzylinder 25 und einem dritten Wasserstoffzylinder 26 verbunden.
Eine weitere Homogenisierung des zweiten Gasstroms 5 wird in diesem Beispiel dadurch erzielt, dass die vier Teilzuführungsröhren 6 in der Nähe des Reaktors 10 in eine Mischkammer 13 münden, die mit der Zuführungsröhre 9 verbunden ist, die in diesem Beispiel in 8 verschiedene Teilzuführungsröhren 7 aufgeteilt sind, die derart positioniert sind, das - in Projektion gesehen - eine Teilzuführungsröhre 6 zwischen zwei weiteren Teilzuführungsröhren 7 liegt. Zum Schluss wird in diesem Beispiel eine weitere Verbesserung der Homogenität des zweiten Gasstroms S dadurch erhalten, dass die zweite Zuführungsröhre 9 innerhalb des Reaktors 10 in eine weitere Zuführungsröhre 23 mit einem größeren Durchmesser als die zweite Zuführungsröhre 9 übergeht und wobei der Umfang mit 64 Öffnungen 24 versehen ist, durch die der zweite Gasstrom 5 in dem Reaktor 10 in entsprechende Gasteilströme 5C aufgeteilt wird. Unterhalb der genannten Zuführungsröhre 23 befindet sich ein dichter Körper 27 mit kegelförmigen Profilen, grenzend an die erste Zuführungsröhre 8 und die weitere Zuführungsröhre 23. Diese kegelförmigen Profile fördern ein gleichmäßiges Ausströmen des ersten Gasstroms 4 und des zweiten Gasstroms 5 über der Trägerplatte 2. Der Körper 27, die weitere Zuführungsröhre 23 und die zweite Zuführungsröhre 9 und ein kleiner Teil der ersten Zuführungsröhre 8 sind ebenso wie die obere Platte 50 aus Quarz und bilden einen festen, einzigen Bauteil. Dadurch wird vermieden, dass bei einer etwaigen Montage eines oder mehrerer der letztgenannten Teile eine Asymmetrie eingeführt wird. Diese Gefahr ist ja immer vorhanden in dem Fall, wo mehrere einzelne Bauteile (jeweils) aneinander befestigt werden müssen, und zwar wegen des dann notwendigen Spielraums zwischen den jeweiligen Einzelteilen. Auch dies liefert nach der vorliegenden Erfindung einen Beitrag zu der verbesserten tangentiellen Homogenität des zweiten Gasstroms S.
Der Reaktor 10 umfasst weiterhin eine untere Platte 51 aus Quarz und einen Mantel 52 aus RVS (= rostfreiem Stahl), in dem sich ein oder mehrere Ausgänge 20 befinden und der mit Hilfe von O-Ringen 53 mit der oberen Platte 50 und der unteren Platte 51 verbunden ist, die ebenfalls aus Quarz besteht. Die Trägerplatte 2 besteht aus Graphit. Der Durchmesser des Reaktors 10 beträgt etwa 25 cm. Der Abstand zwischen der Trägerplatte 2 und der Unterseite der oberen Platte 50 beträgt 10 bis 20 mm. Der Durchmesser der ersten Zuführungsröhre 8 beträgt 6 mm, der Durchmesser der zweiten Zuführungsröhre 9 beträgt 20 mm, der Durchmesser der Teilzuführungsröhren 6 beträgt 6 mm und der Durchmesser der weiteren Teilzuführungsröhren 7 beträgt 3 mm. Die Mischkammer 13 ist zylinderförmig und besteht aus RVS und hat einen Durchmesser von 20 mm und ist mit Hilfe weiterer O-Ringe 54 mit der ersten Zuführungsröhre 8 und der zweiten Zuführungsröhre 9 verbunden. Die Fenster 24, von denen es hier 64 Stück gibt, haben eine Abmessung von 2 mm · 2 mm. Es sei bemerkt, dass beispielsweise andere III-V-Halbleitermaterialien oder andere Zusammensetzungen als die gegebenen benutzt werden können.
Nebst oder statt Arsin kann auch Phosphin benutzt werden. Auch II-VI- oder andere Materialien können abgelagert werden. Nebst Lasern und LEDs können nach dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung auch (Photo)Dioden und Transistoren und sogar komplette integrierte Schaltungen hergestellt werden. Eine oder mehrere der genannten Drehungen können auch mit Hilfe von Elektromotoren erhalten werden.
Was die Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung anbelangt sei bemerkt, dass in diesem Beispiel die (weiteren) Teilgasströme durch eine (nahezu) symmetrische (weitere) Verzweigung der zweiten Hauptzuführungsröhre des zweiten Gasstroms gebildet werden. Es ist aber auch möglich, mit nicht verzweigten oder wenigstens nicht symmetrisch verzweigten Zuführungsröhren zu arbeiten. Dabei können dann zusätzliche MFCs verwendet werden, damit die (weiteren) Teilgasströme die gewünschte, gleiche Größe erhalten. Weiterhin sei bemerkt, dass die Einrichtung vorzugsweise von dem sog. VENT/RUN-Typ ist, wodurch Diskontinuitäten beim Schalten von Gasströmen ausgeglichen oder vermieden werden. Zum Schluss sei bemerkt, dass die MFCs, die den zweiten reaktiven Bestandteil dosieren, vorzugsweise vor den Sprudelgefäßen angeordnet werden, während hinter den Sprudelgefäßen ein Druckregler vorgesehen wird.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung, wobei dieses Verfahren die nachfolgenden Vorgänge umfasst: das Ablagern einer Halbleiterschicht auf einem Substrat (1), wobei innerhalb eines Reaktors (10) eine Anzahl Substrate (1) auf eine Trägerplatte (2) gelegt, erhitzt und einem Gas (3) ausgesetzt wird, das wenigstens zwei reaktive Bestandteile aufweist, aus denen die Halbleiterschicht gebildet wird, wobei ein erster Gasstrom (4) mit einem ersten reaktiven Bestandteil in der Mitte über der Trägerplatte (2) zugeführt wird und um den ersten Gasstrom (4) herum und isoliert davon und ebenfalls von oben ein zweiter Gasstrom (5) mit einem zweiten reaktiven Bestandteil in einem größeren Abstand von der Trägerplatte (2) als der erste Gasstrom (4) zugeführt wird, wonach die beiden Gasströme (4, 5) in der Seitenrichtung über die mit Substraten (1) bedeckte Trägerplatte (2) fließen, wobei aus den reaktiven Bestandteilen die Halbleiterschicht auf dem Substrat (1) gebildet wird, und daraufhin auf der Außenseite der Trägerplatte (2) abgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Gasstrom (5) aus n einzelnen Teilgasströmen (5A) aufgebaut wird, wobei n größer als oder gleich zwei ist, die je einen 1/n Teil des zweiten Gasstroms (5) liefern und die symmetrisch gegenüber der Mitte der Trägerplatte (2) zugeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Gasstrom (5) aus einer geraden Anzahl, vorzugsweise 4, Gasteilströme (5A) aufgebaut ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasteilströme (5A) des zweiten Gasstroms (5) kombiniert werden, bevor sie die Trägerplatte erreichen, wonach sie wieder in eine größere Anzahl, vorzugsweise die doppelte Anzahl (2n) weiterer unabhängiger Gasteilströme (5B) aufgeteilt werden, die je einen vorzugsweise im Wesentlichen gleichen Teil (1/2n) des zweiten Gasstroms (5) zuführen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gasstrom (4) dadurch gebildet wird, dass einem Treibgas, vorzugsweise Wasserstoff, eine gasförmige Verbindung eines V-Elementes, vorzugsweise eines Hydrids, hinzugefügt wird und der zweite Gasstrom (5) dadurch gebildet wird, dass einem Treibgas, ebenfalls vorzugsweise Wasserstoff, eine gasförmige Verbindung eines III- Elementes, vorzugsweise einer Alkyl-Verbindung, hinzugefügt wird.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht als eine Multi-Quantumsenken-Halbleiterschichtstruktur gebildet wird.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Ablagerung der Halbleiterschicht die Substrate (1) um ihre Mitte und um die Mitte der Trägerplatte (2) gedreht werden, und zwar dadurch, dass in der Mitte von spiralförmig gegliederten gekrümmten Kanälen oder Rillen in der Trägerplatte (2) und in drehbaren Teilen (2A) derselben, auf denen sich jeweils ein Substrat (1) befindet, ein Gas geblasen wird.

7. Einrichtung (100) zum Herstellen einer Halbleiteranordnung, wobei das Ablagern einer Halbleiterschicht auf einem Substrat (1) einen Teil diese Herstellung bildet, wobei diese Einrichtung einen Reaktor (10) mit einer Trägerplatte (2) für eine Anzahl Substrate (1) und Mittel (30) zum Erwärmen dieser Substrate (1) umfasst, wobei dieser Reaktor (10) in der Mitte über der Trägerplatte (2) mit einer ersten Zuführungsröhre (8) für einen ersten Gasstrom (4) mit einem ersten reaktiven Bestandteil versehen ist, wobei diese Röhre mit einem ersten Gefäß (11) verbunden ist, in dem sich der erste reaktive Bestandteil befindet und um dieselbe eine zweite Zuführungsröhre (9) mit einem zweiten reaktiven Bestandteil, wobei diese Röhre in einem größeren Abstand von der Trägerplatte (2) endet als die erste Zuführungsröhre (8) und die mit einem zweiten Gefäß (12, 14) verbunden ist, in dem sich der zweite reaktive Bestandteil befindet, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zuführungsröhre (9) n Teilzuführungsröhren (6) umfasst, wobei n größer als oder gleich zwei ist, die je einen 1/n Teil (5A) des zweiten Gasstroms (5) zuführen und die gegenüber der ersten Zuführungsröhre (8) symmetrisch sind.

8. Einrichtung (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zuführungsröhre (9) eine gerade Anzahl, vorzugsweise vier, Teilzuführungsröhren (6) umfasst und die Teilzuführungsröhren (6) vorzugsweise eine symmetrische Geometrie aufweisen.

9. Einrichtung (100) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilzuführungsröhren (6) in eine Mischkammer (13) münden, in der die Teilgasströme (5A) sich miteinander vermischen können und die mit einer größeren Anzahl, vorzugsweise mindestens der doppelten Anzahl, weiterer Teilzuführungsröhren (7) versehen ist, die gegenüber den Teilzuführungsröhren (6) möglichst symmetrisch vorgesehen sind und die vorzugsweise nach wie vor mit der Mischkammer (13) verbunden sind.

10. Einrichtung (100) nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor (10) Mittel aufweist zum Drehen der Substrate (1) um ihre Mitte und um die Mitte der Trägerplatte (2) und die Mittel in Form einer Spirale gegliederte gekrümmte Kanäle oder Rillen in der Trägerplatte (2) und in drehbaren Teilen (2A) derselben umfassen, auf denen sich ein Substrat (1) befindet und wobei die Mitte der Spiralen mit einer Gaszuführungsröhre versehen ist.