DE1936443C3

DE1936443C3 - Vorrichtung zum Aufwachsen homogen dotierter, planparalleler epitaktischer ScNchten aus halbleitenden Verbindungen durch Schmelzepitaxie

Info

Publication number: DE1936443C3
Application number: DE1936443A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Phys. Jochen; Guenter Dipl.-Phys.Dr. Winstel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-07-17
Filing date: 1969-07-17
Publication date: 1975-03-06
Also published as: GB1290400A; FR2051808A1; CA950334A; JPS508911B1; DE1936443B2; DE1936443A1; FR2051808B1; CH512261A; SE351569B; AT307508B; NL7007455A; US3762943A

Description

Um einen zur Mitte hin zunehmenden Wärmewiderstand zu erreichen, kann die Auflagefläche für

das Substrat in der Mitte mindestens eine Bohrung

₅₀ aufweisen. Als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch erwiesen, daß die Auflagefläche mit einer in der Mitte befindlichen größeren Bohrung versehen ist,

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auf- die von auf konzentrischen Kreisen gelegenen kleinewachsen homogen dotierter, planparalleler epitakti- ren Bohrungen umgeben ist.

scher Schichten aus halbleitenden Verbindungen, . Der gleiche Effekt wird auch erzielt, wenn eine vorzugsweise aus Galliumarsenid, auf ein Substrat wärmeisolierende Scheibe aus einem hochschmelzendurch Kristallisation aus einer Lösung von halblei- den Oxid, vorzugsweise Quarz, zwischen Substrat tender Verbindung und Dotiermaterial in nicht stö- und Auflagefläche angebracht ist. chiometrischer Metallschmelze, die sich in einem von Das Substrat und die geschmolzene halbleitende

außen beheizten Schmelztiegel befindet und mit dem 6o Verbindung können im Schmelztiegel getrennt aufgeauf einer Auflagefläche ruhenden Substrat in Beruh- heizt werden; die beiden Teile des Schmelztiegels rung gebracht werden kann. können aus Spektralgraphit hergestellt und zur Ver-

Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zu- meidung des Abstäubens kann die Oberfläche dieser gründe liegt, besteht in der Herstellung homogen do- Teile pyrolytisch mit einer Hartkohleschicht versetierter Aufwachsschichten mit einer einheitlichen 65 hen sein.

Schichtdicke. Wird nämlich unter konstanten Tempe- Der Tiegel sollte vor seiner Verwendung im Ultra-

raturverhältnissen gearbeitet, so wird normalerweise hochvakuum eine Stunde lang bei 1800⁰C ausgedie Schichtdicke an den Rändern der Substratscheibe heizt werden. Die epitaktische Beschichtung wird

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zweckmäßigerweise unter Schutzgas, beispielsweise und dann durch Drehen von Tiegel und Ofen — in

in Wasserstoff- oder Stickstoffatmosphäre, durchge- der F i g. 1 angedeutet durch den Pfeil 9 — mit dem

fuhrt. auf gleiche Temperatur erhitzten Substrat in Beriih-

Weitere Einzelheiten der Vorrichtung nach der rung gebracht. Als Schutzgas während des Aufwachs-Lehre der Erfindung sind im folgenden Ausführungs- S prozesses wird nachgereinigter Wasserstoff verwenbeispiel an Hand der in der Zeichnung befindlichen det. Die Aufwachsgeschwindigkeit beträgt etwa F i g. 1 und 2 näher erläutert. 80 μ/h bei 820° C Substrattemperatur.

F i g. 1 zeigt in schematischer Darstellung im Aus- F i g. 2 zeigt eine mit einer epitaktischen Schicht

schnitt ein als Ofen dienendes Quarzrohr 1, in wel- 10 versehene Galliumarsenidscheibe 6

chem sich ein zylinderförmiger Schmelztiegel 2 befin- io F i g. 3 zeigt in Draufsicht die Auflagefläche 11 für

det, welcher aus einem dickwandigen, die Schmelze 3 das Substrat, welche gemäß einem besonders günsti-

aus Gallium-Galliumarsenid enthaltenden Hohlkör- gen Ausführungsbeispiel nach der Lehre der Erfin-

per 4 und einem mit einem Gewindeteil 7 versehenen dung eine in der Mitte befindliche größere Bohrung

Kühlfinger 5 besteht. Zwischen Hohlkörper 4 und 12 aufweist, die von auf konzentrischen Kreisen gele-

Kühlfinger 5 wird die aus Galliumarsenid bestehende 15 gencn kleineren Bohrungen 13 umgeben ist.

Kristallsubstratscheibe 6, welche für die epitaktische Durch die Vorrichtung nach der Lehre der Erfin-

Beschichtung vorgesehen ist, gebracht. In der Mitte dung ist es auch möglich, entsprechend dotierte

der Auflagefläche 11 für die Substratscheibe 6 ist am Schichten (n- bzw. siliciumdotierte p-Galliumarse-

Gewindeteil7 des Kühlfingers 5 eine Bohrung 8 an- nid-Schichten) aufzubringen und auf diese Weise

gebracht, durch welche die den axialen Temperatur- ao Dioden und Transistoren aus Galliumarsenid — z. B.

gradienten beeinflussende Wärmeableitung von der Lumineszenzdioden — oder anderen halbleitenden

Substratscheibe her verhindert wird und dadurch in Verbindungen herzustellen.

der Mitte der Substratscheibe gegenüber den Rän- Galliumarsenidsubstrate mit 8 mm 0 konnten mit dem eine gleich dicke Aufwachsschicht erzielt wird. einer epitaktischen Aufwachsschicht belegt werden, F i g. 1 zeigt das Stadium des Aufwachsens der epi- as deren relative Dickenschwankung 20 Vo bei 100 μ taktischen Schicht, nachdem die Schmelze 3 auf das Gesamtdicke, gemessen über den gesamten Quer-Substratö gekippt worden ist. Vor dem Aufkippen schnitt der epitaktisch belegten Fläche, nicht überwird die Gallium-Galliumarsenid-Schmelze durch steigt. Die auf diese Weise hergestellten Halbleiteraneine in der Figur nicht dargestellte Induktionshei- Ordnungen sind besonders gut geeignet zur Herstelzung bei horizontaler Lage des Tiegels und de? 30 lung von aus Galliumarsenid bestehenden Gunndio-Ofens, getrennt vom Substrat, auf 820° C aufgeheizt den.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1836 443 ι geringer sein als ψ der Mitte, weil die Aufwachsge- Patentansprüche: schwindigkeit m \derTjfitte des Substrats infolge des herrschenden Temperaturgradienten in radialer

1. Vorrichfiiing zum Aufwachsen homogen do- Richtung an der Grenzfläche Kristall/Schmelze grö-

tierter, planparalleler epitaktischer Schichten aus 5 ßer wird.

halbleitenden Verbindungen, vorzugsweise aus Homogen dotierte, planparallele epitaktische Auf-Galliumarsenid, auf ein Substrat durch Kristalli- wachsschichten können aber erfindungsgemäß in der sation aus einer Lösung von halbleitender Ver- eingangs beschriebenen Vorrichtung hergestellt werbindung und Dotiermaterial in nicht stöchiome- den, wenn der Schmelztiegel als dickwandiger zylintrischer Metallschmelze, die sich in einem von io drischer Hohlkörper ausgebildet ist, als dessen Boaußen beheizten Schmelztiegel befindet und mit den ein abschraubbarer Kühlfinger angeordnet ist, dem auf einer Auflagefläche ruhenden Substrat in auf dem sich die Auflagefläche mit dem Substrat beBerührung gebracht werden kann, dadurch findet und wenn zwischen Auflagefläche und Kühlgekennzeichnet, daß der Schmelztiegel als finger ein nach der Mitte hin zunehmender Wärmedickwandiger, zylindrischer Hohlkörper ausgebil- widerstand angebracht ist, der so bemessen ist, daß det ist, als dessen Boden ein abschraubbarer sich bei Betrieb der Vorrichtung mit während des Kühlfinger angeordnet ist, auf dem sich die Auf- Aufwachsens konstanter Temperatur nur ein axialer, lagefläche mit dem Substrat befindet und daß nicht radialer Temperaturgradient im Substrat auszwischen Auflagefläche und Kühlfinger ein nach bilden kann.

der Mitte hin zunehmender Wärmewiderstand _ao Diese Vorrichtung, mit der unter Ausnutzung der angebracht ist, der so bemessen ist, daß sich bei Thermo-Diffusion unter konstanten Temperaturver-Betrieb der Vorrichtung mit während des Auf- hältnissen gearbeitet wird, liefert epitaktische Aufwachsens konstanter Temperatur nur ein axialer, wachsschichten, welche hinsichtlich ihrer Schichtnicht radialer Temperaturgradient im Substrat dicke über die ganze Substratoberfläche und der Doausbilden kann. tierstoffverteilung einen hohen Grad an Homogenität

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- * aufweisen. Die Thermo-Diffusion und die Kondensakennzeichnet, daß die Auflagefläche für die Sub- tion bestimmen die Aufwachsgeschwindigkeit in jestratscheibe in der Mitte mindestens eine Boh- dem Punkt der Epitaxieschicht. Sie sind während des rung aufweist. Aufwachsens als eine Art von Serienschaltung zu be-

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, da- trachten, so daß der langsamere der beiden Vorgänge durch gekennzeichnet, daß die Auflagefläche mit die Aufwachsgeschwindigkeit bestimmt. Hieraus ereiner in der Mitte befindlichen größeren Bohrung gibt sich die Bedingung für die Temperaturverteilung versehen ist, welche von auf konzentrischen Krei- im Tiegel und auf dem Substrat zum Aufwachsen hosen gelegenen kleineren Bohrungen umgeben ist. mogener Schichtdicken. Diese Bedingung ist in der

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch „ erfindungsgemäßen Vorrichtung erfüllt, da durch den gekennzeichnet, daß zwischen Substratscheibe nach der Mitte hin zunehmenden Wärmewiderstand und Auflagefläche zusätzlich eine wärmeisolie- die Aufwachsgeschwindigkeit in der Mitte infolge des rende Scheibe als Wärmewiderstand angebracht verringerten Temperaturgradienten in radialer Richist, welche aus einem hochschmelzenden Oxid, tung an der Grenzfläche Kristall/Schmelze zurückvorzugsweise Quarz, besteht. geht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch ⁴° Sowohl die Auflagefläche als auch die der Auflagekennzeichnet, daß die Auflagefläche für die gefläche zugewandte Seite des Substrats oder minde-Substratscheibe am Gewindeteil des Kühlfingers stens eine dieser Flächen kann beispielsweise mit und/oder die dieser Auflagefläche zugewandte 15 μ Diamantpaste geläppt sein. Dadurch wird die Seite der Substratscheibe geläppt ist. Planparallelität der Epitaxieschichten noch verbes-

sert.