DE2846486C2 - Schmelzepitaxie-Verfahren und -Vorrichtung - Google Patents

Description

Ausnutzung der Oberflächenspannung transportierbar sind.

Außerdem ermöglicht die Erfindung das Abscheiden mehrerer Schichtfolgen auch verschiedener Kristall-Zusammensetzung, also eine sogenannte »Hetero-Epitaxie« in einem einfachen Epiuxieprozeß, das heißt in einem Prozeß, in dem das Substrat nicht hantiert wird.

In Fig. 1 bilden zwei nicht benetzbare Platten 1 und 2 aus beispielsweise Graphit Quarz oder Aluminiurn-Oxid einen Spalt 3. Die Platten 1 und 2 sind in einem Winke! zueinander angeordnet In den schmaleren Teil des Spaltes 3 wird eine Schmelze 4 eingeführt Im breiteren Teil des Spaltes 3 liegt auf der unteren Platte 2 ein Substrat 5. Die Schmelze 4 wird dann auf Grund ihrer Oberflächenspannung in Richtung der größeren Spaltbreite zu dem dort vorgesehenen Substrat 5 transportiert Die für den Epitaxieprozeß wesentliche Bedingung, daß zuvor eine eventuell die Schmelze 4 bedeckende Oxidhaut in einer Wasserstoff-Atmosphäre reduziert wurde, ist erfüllt weil sie. solange sie vorhanden ist, die Schmelze 4 fixiert.

Wenn bei dem Ausführungsbeispiel der F ι g. 1 das Substrat 5 benetzbar ist fließt die Schmelze 4 auf das Substrat 5, aber nicht von diesem herunter, also auf die Platte 2. Ist die Menge der eingesetzten Schmelze 4 größer, als zur Bedeckung des Substrats 5 erforderlich ist, dann läuft der überschüssige Teil der Schmelze an den Rändern des Substrats 5 vorbei und aus dem Spalt 3 heraus. Dies eröffnet eine Möglichkeit zu einer genauen Dosierung der Schmelze.

In F i g. 2 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Platten 1 und 2 parallel verlaufen und der Spalt 3 nicht winkelförmig gestaltet ist. Bei diesem Ausfüh rungsbeispiel fließt die Schmelze 4, die an einer Stelle den Rand des Substrats 5 berührt, auf das Substrat 5, sobald eine eventuell vorhandene Oxidhaut entfernt ist.

Es gibt Substratmaterialien, die erst bei hohen Temperaturen benetzbar werden. So werden zum Beispiel Galliumarsenid und Galliumphosphid von einer aus Gallium bestehenden Schmelze erst bei Temperaturen über 640⁰C benetzbar. In diesem Fall erfolgt also das Auffließen der Schmelze 4 auf das Substrat 5 bei dieser Temperatur.

Wenn eine Zusaizkomponente 6 erst bei hoher Temperatur in der Schmelze 4 gelöst werden soll, damit beispielsweise alle Oxide reduziert sind, dann kann die Zusatzkomponente 6 auf dem Substrat 5 vorgesehen werden (vergleiche F i g. 3).

Um zu erreichen, daß bei einem parallelen Spalt 3 entsprechend dem Ausführungsbeispiel der F i g. 2 zuerst das Substrat 5 bedeckt und erst dann das überschüssige Gallium abfließt, kann das Ausführungsbeispiel der Fig.4 verwendet werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel reicht das Substrat 5 an einer Stelle an den Rand einer Verliefung 7 in der Platte 2, auf der das Substrat 5 aufliegt. In diesem Fall fließt dann von der ursprünglich auf der anderen Seite des Substrats 5 angeordneten Schmelze 4 der überschüssige Teil ab. füllt die Vertiefung 7 aus und bleibt mit dem Teil, der das Substrat 5 bedeckt, im Zusammenhang, wie dies in Fig. 5dargestellt ist

Damit der Teil der Schmelze, der die Vertiefung 7 füllt, auf die Abscheidebedingungen auf dem Substrat 5

•i keinen Einfluß hat, wird in die Vertiefung 7 Substratmaterial zur Sättigung der Schmelze 4 gelegt

Wenn die Zusatzkomponente 6, die erst bei hoher Temperatur in der Schmelze 4 gelöst wird (vergleiche Fig. 3), nicht das Substrat 5 berühren soll, kann sie in

ίο der Vertiefung 7 vorgesehen werden, wie dies in F i g. 4 gezeigt ist

Es ist nicht erforderlich, daß das Substrat 5 für die durch Auflösen der Zusatzkomponente 6 entstehende Schmelzen-Mischung benetzbar ist Damit ist die

π Erfindung auch auf nicht benetzende Schmelzen 4 anwendbar. Ein Beispiel hierfür ist Graphit für die Platten 1 und 2, Gallium für die Schmelze 4, Galliumarsenid für das Substrat 5 und Aluminium für die Zusatzkomponente 6. Das Verfahren entspricht dann in

_'u allen Bedingungen der Schmelzepit. ie von Gallium-Äiuminiurn-Arsenid. Nach dem Epitaxiep-ozeß kann in der Vertiefung 7 eine weitere Zusatzkomponente 6 vorgesehen werden. Damit kann eine sogenannte »Anlöse-Epitaxie« (vergleiche »Inst. Phys. C'onf.«. Ser.

_n No. 24. 1975, Seite 145) durchgeführt werden, die abhängig von der Zusatzkomponente 6 eine »Hetero-Epitaxiex mit geänderter Kristall-Zusammensetzung oder »Homo-Epitaxie« mit unveränderter Kristall-Zusammensetzung aber geänderter Dotie. ung ist. Dieses

ίο Verfahren kann gegebenenfalls auch mehrfach wiederholt werden.

In einem praktischen Ausführungsbeispiel wird als erster Epitaxieprozeß von den oben angegebenen Materialien Graphi:. Gallium. Gallium-Arsenid-Alumi-

Ii nium ausgegangen, wobei als weitere Zusatzkomponente Silicium vorgesehen ist, das in der epitaktischen Schicht einen pn-Übergang erzeugt Silicium ist bekanntlich ein sogenannter »amphoterer Dotierv.off«. Vor einem zweiten Epitaxieprozeß wird als Zusatzkom-

Jii ponente 6 wiederum Aluminium in die Vertiefung 7 geb. acht.

Dadurch entsteht eine Anordnung mit einer Struktur entsprechend Fig. 6. in der auf der Ord'nate die Aluminium-Konzentration K und auf der Abszisse der

Ji Abstand d der epitaktischen Schicht vom Substrat aufgetragen sind. Der Übergang zwischen dem Substrat und der epitaktischen Schicht liegt also im Ursprung. Der pn-Übergang ist in F i g. 6 durch eine Strichlinie 8 angedeutet. Die Anordnung mit einer Struktur nach

■>(i Fig. 6 eignet sich besonders zur Herstellung von Lumineszenzdioden, deren Emission in einem Wellenbereich von 650 bis 950 rm gewählt werden kann. Die auf d\ ersten epitaktischen Schicht 9 vorgesehene zweite epitaktische Schicht 10 ist für die entstehende

v> Strahlung transpartri! und dient als optische . Fenster zur Licht-Auskopplung. Außerdem stellt sie eine Injektionsbegren7ung dar. mit der das Emissionsspektrum und die Scha'tzeit beeinflußt werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schmelzepitaxie-Verfahren zum Auftragen einer epitaktischen Schicht auf einem Substrat ">

— das auf einer als Unterlage dienenden Platte (2) gelagert ist —

— bei dem eine weitere Platte (1) vorgesehen wird— ίο

— bei dem wenigstens die einander benachbarten Oberflächen der beiden Platten (1, 2) mit dem zur Schmelzepitaxie zugeführten Material nicht benetzbar sind, und —

— bei dem das Substrat auf die untere Platte (2) aufgelegt wird —

dadurch gekennzeichnet,

— daß das zjr Schmelzepitaxie dienende Material (4) in einen zwischen den beiden Platten (ί, 2) bestehenden Spalt (3) eingeführt wii d, und —

— daß die Platten (1, 2) unter einem bestimmten Winkel zueinander angeordnet sind.

2Ϊ

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

— daß das Substrat (5) an dem Ende der Platten (1,

2) mit der größeren Spaltöffnung vorgesehen to wird.

3. Schmelzepitaxie-Vorrichtuiig zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, r>

— daß im wesentlichen parallel zur Platte (2) oberhalb von dieser in einem geringen Abstand die weitere Platte (1) vorgesehen ist —

— so daß zwischen den beiden Platten (1, 2) der ·ιη Spalt (3) entsteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

— daß die beiden Platten (1, 2) schräg zueinander angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 odc 4,

dadurch gekennzeichnet. ίο

— daß die untere Platte (2) eine Verliefung (7) aufweist.

Die Erfindung betrifft ein Epitaxie-Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs I und eine Vorrichtung air Durchführung dieses Verfahrens, w

Bei der Schmelzepilaxie muß eine Flüssigkeit, die in der Praxis meistens aus einem flüssigen Metall, wie insbesondere Gallium, besteht, bei einer hohen Tempc* ratur in einem Reaktor mil einer Wasserstoff-Atmo^ sphäre mit einem Substrat in Berührung gebracht werden. Auf dem Substrat wird dann in einem TemperaltirpröZeö eine epitaklische Schicht abgeschieden,

Bei den bisher üblichen Verfahren wird der Kontakt zwischen der Flüssigkeit beziehungsweise Schmelze und dem Substrat mit mechanischen Hilfsmitteln hergestellt, was beispielsweise durch Drehen eines Tiegels oder Schieben einer Kammer oder Eintauchen des an einer Halterung befestigten Substrats in einem Tiegel erfolgen kann.

So werden bei einem bekannten Verfahren (»Journal of Crystal Growth«, 11, 5971, Seiten 101 bis 103) zwei Halbleiterplatten verwendet, von denen die eine etwas größer ist. Die kleinere Platte wird auf die größere Platte gelegt und bildet mit dieser einen Spalt mittels dreier Erhöhungen, die auf einer der beiden Platten vorgesehen sind. Die Schmelze wird als Tropfen, der an einem Gallium-Arsenid-Stab hängt, mit Hilfe einer mechanischen Einrichtung auf den vorstehenden Teil der unteren Platte gelegt. Anschließend fließt die Schmelze auf Grund von Kapillarkräften zwischen die Platten.

Dieses Verfahren ist aber in der Praxis nur begrenzt anwendbar, da die Menge an zuführbarer Schmelze aus physikalischen Gründen festgelegt und nicht frei einstellbar ist.

Bei einem anderen bekannten Verfahren (US-PS 38 99 371) der eingangs genannten Art wird eine sogenannte »Schiebeboot-Epitaxievorrichtung« verwendet, bei der einzelne Substrate mechanisch bewegt auf einem Schieber in eine Öffnung einer Platte eingeschoben werden. Zwischen der Platte und dem Schieber besteht dabei kein Spalt. Es ist auch noch eine Schmelzepitaxie-Vorrichtung zum Auftragen einer epitaktischen Schicht auf einem Substrat, das auf einer als Unterlage dienenden Platte (rechteckiger Klotz mit Pfeil) gelagert ist, bekannt (Kristall und Technik, Band 10, Nr. 2. 1975, Seiten 103 bis 110), bei der parallel zur Platte oberhalb von dieser in einem geringen Abstand eine weitere Platte (oberer Abschluß) vorgesehen ist, so daß zwischen den beiden Platten ein Spalt entsteht, wobei wenigstens die Oberflächen tj^r beiden Platten für das zur Epitaxie zuzuführende Material nicht benetzbar sind.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung beziehungsweise ein Verfahren der eingangs genannten Art ohne mechanisch bewegte Teile anzugeben.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs I angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei der Erfindung werden keine mechanisch bewegter Teile benötigt, da die Schmelze auf das Substrat unter Ausnutzung der Oberflächenspannung aufgetragen wird.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Zeichnung naher erläutert. Es /eigen

Fig. I bis 5 verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung und

F 1 g. 6 den Aluminium-Konzentrationsverlauf einer epitaktischen Schicht auf einem Substrat bei einer Mchrfach'Epilaxic-

Wie bereits oben ausgeführt wurde, löst die Erfindung die ihr zugrunde liegende Aufgabe ohne mechanische Hilfsmittel durch Ausnutzung der Oberflächenspannung. Wenn das zur Epitaxie zuzuführende Material (Schmelze) aus zwei Komponenten besieht, für deren eine das Substrat benetzbar ist, dann kann die Erfindung auch für Schmelzen vorgesehen werden, die nicht durch