DE2928206C2 - Vertikale Dampfphasen-Aufwachsvorrichtung - Google Patents
Vertikale Dampfphasen-AufwachsvorrichtungInfo
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Description
. Die Erfindung betrifft eine vertikale Dampfphasen-Aufwachsvorrichtung
mit Reaktor, Gaszuleitung.Gasab- so leitung und Probenträger, wobei der Reaktor einen
oberen und einen dazu konzentrischen unteren Abschnitt mit einer im Vergleich zu derjenigen des oberen
Abschnitts größeren Querschnittsfläche aufweist und wobei der in dem unteren Abschnitt nahe dem oberen
angeordnete Probenträger einen größeren Durchmesser als der Innendurchmesser des oberen Abschnitts
besitzt.
Für das Dampfphastn-Aufwachsen einer Verbindungs-Halbleiterschicht
aus z. B. Galliumarsenid (GaAs) ist ein Verfahren bekannt, das mit der thermischen
Crackung von Trimethylgallium (TMG) und Arsenwasserstoff (AsH3) arbeitet. Bei der Durchführung dieses
Verfahrens wird in neuerer Zeit anstelle eines horizontaler. Reaktors ein vertikaler Dampfphasen-Aufwachsreaktor
verwendet, weil dabei keine größere Menge an Zufuhr- oder Quellengas erforderlich ist. Bei
diesem Vertikalreaktor wird ein Quellengas praktisch lotrecht auf die Proben, & h, Kristallsubstrate, herabgeführt,
und da die Zufuhrrichtung des Quellengases mit der Richtung übereinstimmt, in welcher das Dampfphasen-Aufwachsen
stattfindet kann dieses Aufwachsen mit einer kleineren Menge an Quellengas erfolgen. Da
beim Vertikalreaktor ein etwas größerer Abscand zwischen dem Kristallsubstrat und einer oberhalb seines
Trägers angeordneten Gaseinlaßöffnung erforderlich ist, steigt ein Teil des in der Nähe des Substrats
erwärmten Gases hoch, wobei eine Konvektionserscheinung entsteht und sich die folgenden Probleme
ergeben:
1. Es tritt eine Dickenänderung in der gezüchteten bzw. aufgewachsenen Schicht auf, weil eine
gleichmäßige Strömung des Gases im Reaktor verhindert wird.
2. Ein Tei! des verbrauchten Gases strömt zum stromaufseitigen Teil des Reaktors und führt dabei
zu einer Verunreinigung des Quellengases.
3. Die thermische Crackung des frischen Quellengases erfolgt durch einen Teil des zum oberen Teil des
Reaktor strömenden, erwärmten Gases, so daß andere Produkte als das gewünschte Galliumarsenid
entstehen. Infolgedessen verringert sich die Aufwachsgeschwindigkeit der aus der Dampfphase
gezüchteten Schicht.
Wenn eine solche Konvektion im Reaktor auftritt, wird die Dickengleichmäßigkeit der gezüchteten
Schicht beeinträchtigt; außerdem bildet sich die Schicht nur mit niedrigerer Geschwindigkeit und mit geringerem
Reinheitsgrad. Die Auswirkungen der Konvektion sind besonders bei größerem Durchmesser des Reaktors
auffällig, weshalb üblicherweise ein Reaktor mit einem Innendurchmesser von etwa 6 cm benutzt wird.
Aus diesem Grund ist es nicht möglich, mehrere Aufwachsschichten gleichzeitig herzustellen und damit
eine gute Produktionsleistung zu erreichen; dies bedeutet, daß der theoretische Vorteil des Dampfphasen-Aufwachsverfahrens
mit thermischer Crackung mit dem bisherigen Vertikalreaktor nicht realisiert werden
kann.
Eine vertikale Dampfphasen-Aufwachsvorrichtung der eingangs definierten Art ist aus der Literaturstelle
»IBM-Technical Disclosure Bulletin«, Band 14, 1971, S. 539-541, bekannt. Bei dieser bekannten Aufwachsvorrichtung
werden in eine obere Mischkammer verschiedene Gase eingeleitet und gemischt, wobei sich
dann an die obere Mischkammer eine mittlere Strömungs- oder Pulsierkammer anschließt, die —
gemessen an dem Querschnitt der oberen Mischkammer oder der unteren Reaktionskammer — einen sehr
kleinen Querschnitt aufweist. Die bekannte Aufwachsvorrichtung umfaßt schließlich auch eine untere
Reaktionskammer, in der ein Probenträger angeordnet ist. Bei dieser bekannten Konstruktion ist das Verhältnis
der Querschnittsfläche von der genannten Pulsierkammer zur Querschnittsfläche der unteren Reaktionskammer
vergleichsweise sehr groß.
Nimmt man bei der bekannten Konstruktion an, daß die Pulsierkammer den oberen Reaktorabschnitt darstellt,
so ergibt sich dabei der folgende Nachteil. Wenn das Gas durch den schmalen Raum der Pulsierkammer
strömt, entsteht zwangsläufig am Randbereich der Pulsierkammer eine Reibung. Daraus folgt jedoch, daß
das Gas an der Auslaßöffnung der Pulsierkammer eine äußerst ungünstige Strömungsgeschwindigkeitsvertei-
lung hat, d. h. also, im zentralen Bereich ist dann die
Strömung am schnellsten und nimmt zum Randbereich hin kontinuierlich ab. Wenn das Gas mit dieser
Geschwindigtceitsverteilung auf die Probe auftrifft, so
wird die im mittleren Bereich der Probe gezüchtete Schicht am dicksten, während sie zum Randbereich hin
allmählich dünner wird. Mit anderen Worten wird es bei
der bekannten Konstruktion unmöglich, eine Aufwachsschicht auf einem Halbleitersubstrat mit einheitlicher
und diTchgehend konstanter Dicke zu züchten.
Ferner ist aus der US-FS 35 11 723 ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur Herstellung vcn Halbleitermaterialien bzw. zur! lerstellung von epitaktischen Schichten
auf Einkristallen bekannt Gemäß einer Ausführungsform dieser bekannten Konstruktion ist eine Aufwachs-
vorrichtung vorgesehen, die im wesentlichen aus einem Gefäß besteht, welches in drei Zonen aufgeteilt ist Die
oberste Zone dient zur Herstellung der Reaktionssubstanz, die zweite Zone dient als Mischkammer, und es
werden in dieser Mischkammer die erzeugten Reaktionsgase miteinander vermischt, während die unterste
Zone den Probenträger mit den Proben enthält, so daß in dieser dritten Zone die Reaktion stattfindet Diese
bekannte Aufwachsvorrichtung besteht daher aus einem dreiteiligen Gefäß, wobei die Aufteilung in die 2s
verschiedenen Kammern durch Zwischenwände erfolgt Diese bekannte Konstruktion ist daher vergleichsweise
aufwendig und ermöglicht darüber hinaus auch nur einen geringen Gasdurchsatz.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine vertikale Dampfphasen-Aufwachsvorrichtung der eingangs definierten Art zu schaffen,
mit der hochreine Aufwachsschichten mit durchgehend gleichmäßiger Dicke bei Verwendung einer kleinen
Quellengasmenge und mit hohem Wirkungsgrad auf einem Halbleitersubstrat gezüchtet werden können.
Ausgehend von der vertikalen Dampfphasen-Aufwachsvorrichtung der eingangs genannten Art wird
diese AufgaDe erfindungsgemäß dadurch gelöst daß die Querschnittsfläche des oberen Abschnitts weniger als
200 cm2 und die Querschnittsfläche des unteren Abschnitts weniger als das Vierfache des oberen
betragen und die Fläche des Spaltes zwischen Probenträger und Innenwand des unteren Abschnitts
der Querschnittsfläche des oberen Abschnitts entspricht oder kleiner als diese ist daß die Innenhöhe des oberen
Abschnitts 1,5- bis 2,5mal so groß ist als der Innendurchmesser und zwischen oberem und unterem
Abschnitt ein Übergangsabschnitt vorgesehen ist.
Durch die erfindungsgemäße Konstruktion ist die so vertikale Dampfphasen-Aufwachsvorrichtung den bekannten Konstruktionen insbesondere hinsichtlich der
erzielbaren Produktionsgeschwindigkeit und hinsichtlich der erzielbaren Güte der hergestellten Aufwachsschichten überlegen.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen 2 bis 5.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf
die Zeichnung näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 eine schematische Darstellung einer vertikalen Dampfphasen-Aufwachsvorrichtung mit Merkmalen
nach der Erfindung,
F i g. 2 eine teilweise weggebrochene Schnittansicht eines Hauptteils der Vorrichtung nach F i g. 1,
Fig.2A eine perspektivische Darstellung einer anderen Ausführungsform des bei der Vorrichtung nach
Fig.3A und 3B graphische Darstellungen der
Beziehung zwischen einer Änderung der Elektronenkonzentrationen und einer Änderung der Dicke der
gezüchteten Galliumarsenidschichten in Abhängigkeit von der Position in der Vorrichtung nach F i g. 1,
F i g. 4A und 4B den F i g. 3A und 3B entsprechende, graphische Darstellungen, die für eine bisherige
Vorrichtung gelten,
F i g. 5 eine graphische Darstellung des Hall-Widerstandes von Hall-Elementen, die einmal mittels der
erfindungsgemäßen Vorrichtung und zum anderen mittels einer bisherigen Vorrichtung hergestellt wurden,
Fig.6 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen einer Änderung der Elektronenkonzentration
einer gezüchteten Schicht und der Änderung der Trimethylgallium-Konzentration in einem Gasgemisch
und
Fig.7 eine graphische Darstellung der Beziehung
zwischen der Änderung der Beweglichkeit in einer gezüchteten Schicht bei Raumtemperatur und der
Änderung der Strömungsgeschwindigkeit eines Gasgemisches.
Im folgenden ist anhand der Figuren ein Galliumarsenid-Dampfphasen-Aufwachsverfahren in Verbindung
mit einer vertikalen Dampfhasen-Aufwachsvorrichtung erläutert
Der in den F i g. 1 und 2 dargestellte Dampfphasen-Aufwachsreaktor 10 weist einen zylindrischen, oberen
Abschnitt 11 kleineren Durchmessers, einen zylindrischen unteren Abschnitt 12 größeren Durchmessers und
einen diese beiden Abschnitte konzentrisch miteinander verbindenden, sich verjüngenden bzw. konischen
Übergangsabschnitt 13 auf. Der obere Reaktorabschnitt 11 enthält eine zylindrische obere Kammer 11a mit
einem Innendurchmesser D\ von etwa 10 cm und einer Querschnittsfläche von 102 χ π/4 cm2, während der
untere Reaktorabschnitt 12 eine zylindrische untere Kammer 12a mit einem Innendurchmesser Z)2 von etwas
15 cm und einer Querschnittsfläche von 152 χ π/4 cm2
festlegt. In der unteren Kammer 12a und nahe der oberen Kammer Ha ist ein Probenträger 14 angeordnet, der auf einer durch einen Motor 16 antreibbaren
Drehwelle 15 montiert und durch diese in Drehung versetzbar ist Bei der dargestellten Ausführungsform
sind auf dem Probenträger 14 mehrere Proben bzw. Werkstücke, z. B. Galliumarsenid-Substrate, angeordnet Der Probenträger 14 besteht aus einem Körper 17
aus Graphit, einer die Außenfläche des Körpers 17 bedeckenden Schutzschicht 18 aus Siliziumkarbid und
einer auf die Schutzschicht 18 aufgebrachten, abnehmbaren Siliziumplatte oder -scheibe 19. Das Aufdampfen
erfolgt mit auf er Siliziumplatte 19 befindlichen Substraten. Der Probenträger 14 kann aus einem
Säulenkörper bestehen, dessen Außendurchmesser größer ist als der Innendurchmesser der oberen
Kammer 11a, aber kleiner ist als der Innendurchmesser
der unteren Kammer 12a. Der Probenträger 14 ist konzentrisch zum unteren Reaktorabschnitt angeordnet so daß seine Außenfläche an allen Stellen gleich
weit von der Innenfläche der unteren Kammer 12a entfernt ist. Im Mittelteil der Oberseite des oberen
Abschnitts 11 ist ein Gaseinlaß 20 vorgesehen, an den eine Gaszufuhrleitung 21 angeschlossen ist In der
oberen Kammer 11a ist in einem vorbestimmten Abstand von der Innenfläche der Oberseite des oberen
Reaktorabschnitts U eine aus durchsichtigem Quarz bestehende Verteilerscheibe 22 angeordnet, die konzen-
trisch zum Gaseinlaß 20 liegt, so daß ihre Außenumfangsfläche
an allen Stellen mit einem kleinen Abstand gleich weit von der Innenfläche der oberen Kammer 11 a
angeordnet ist Die Verteilerscheibe 22 bewirkt eine Streuung bzw. Verteilung des aus dem Gaseinlaß
zuströmenden Gases. Mit dem Unterteil des unteren Reaktorabschnitts 12 ist eine Gasauslaßleitung 22A
verbunden. Das über die Gasleitung 21 zugeführte Gas durchströmt den Reaktor in Abwärtsrichtung und wird
über die Auslaßleitung 22A abgeführt. An die Gaszufuhrleitung ist über ein Durchsatzmengen-Regelventil
ein Gasvorrat angeschlossen, der bei der dargestellten Ausführungsform einen Vorrat 23 für Schwefelwasserstoffgas
(H2S) als mit Wasserstoff verdünntes Dotierungsgas,
einen Vorrat 24 für Arsenwasserstoffgas (ASH3), mit Wasserstoff verdünnt, einen Vorrat 25 "für
gasförmigen Wasserstoff (H2) und einen Vorrat 26 für Trimethylgallium (TMG), mittels des gasförmigen
Wasserstoffes vom Wasserstoff-Vorrat 25 verdampft, umfaßt. Schwefelwasserstoff (H2S) und Trimethylgallium
(TMG) werden im Reaktor thermisch gecrackt, um das Aufdampfen von Galliumarsenid zu ermöglichen.
Dabei dient der gasförmige Wasserstoff als Trägergas. Gemäß F i g. 1 ist eine Hochfrequenzspule 33 zur
Erwärmung der Probe über den Probenträger 14 auf Aufwachstemperatur vorgesehen.
Obgleich bei der dargestellten Ausführungsform die Oberseite des Probenträgers 14 flach ist, kann sie gemäß
Fig.2A auch dreidimensional geformt sein, so daß
mehrere Proben gleichzeitig behandelt werden können. Gemäß F i g. 2A wird ein Probenträger 14 in Form einer
vierseitigen Pyramide mit vier schrägen Seitenflächen 14a verwendet, auf welche Proben, d. h. Werkstücke,
auflegbar sind. An jeder Grundlinienkante dieser Pyramide ist jeweils eine Rippe 146 angeformt, durch
welche ein Herabrutschen der Probe verhindert wird. Die Spitze der vierseitigen Pyramide ist abgerundet,
damit sich das Gasgemisch gleichmäßig über die Seitenflächen der Pyramide verteilen kann.
Im folgenden ist die Bildung einer Galliumarsenid-Aufwachsschicht mittels des beschreibenen Reaktors
erläutert.
Galliumarsenid-Substrate mit hohem Widerstand, die
jeweils eine 10 cm2 große, hochglanzpolierte Oberfläche mit einer Flächenorientierung (100) besitzen,
werden mit einem organischen Lösungsmittel gewaschen und mit einer Ätzlösung auf Schwefelsäurebasis
chemisch geätzt Vorzugsweise wird ein Galliumarsenid-Substrat mit einer Flächenorientierung (100) ±5°
benutzt Mehrere derartige Substrate werden auf den Probenträger 14 aufgelegt und mittels der Hochfrequenzspule
33 auf eine Temperatur von etwa 7000C erwärmt Das Dampfphasen-Aufwachsen erfolgt dabei
in der Weise, daß über den Gaseinlaß 20 in den Reaktor ein Gasgemisch in Abwärtsrichtung eingeführt wird,
dessen Gesamtmenge 15 l/min beträgt und das 4,62% . Trimethylgallium, mit Wasserstoff vom betreffenden
Vorrat verdünnt, 5% Arsenwasserstoffgas (600 ml/min), mit Wasserstoff verdünnt, und gasförmigen Wasserstoff
(Trägergas) vom betreffenden Vorrat enthält Die Aufwachszeit wird auf 60 min eingestellt so daß
entsprechende Galliumarsenidschichten mit einer Dicke von etw 10 μπι erhalten werden.
Die Ergebnisse von Messungen der Dickenänderung der gezüchteten Schichten, vom Reaktorzentrum aus
gemessen, und der Änderung oder Schwankung der Elektronenkonzentration finden sich in den F i g. 3A und
3B. Zu Vergleichszrwecken wurden Versuche unter
identischen Bedingungen durchgeführt, jedoch unte Verwendung eines herkömmlichen Reaktors mit gleich
bleibendem Innendurchmesser, d. h, ohne Trennunj zwischen oberem und unterem Abschnitt. Die entspre
chenden Ergebnisse finden sich in den F i g. 4A und 4B Ein Vergleich zwischen F i g. 3A und F i g. 4A zeigt, dal
die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezüchtet«
Schicht eine Dicke von 10 μπι ±0,5 μπι besitzt. Di«
Dicke der mit der bisherigen Vorrichtung erhaltener Schicht beträgt maximal 7 μπι mit einer Tendenz zui
Abnahme der Dicke mit zunehmender Entfernung vorr Reaktorzentrum. Aus diesem Grund ist für die Bildung
der gewünschten ΙΟμπι dicken Schicht eine längere
Zeitspanne nötig, wobei in diesem Fall auch nur die im Bereich des Zentrums des Reaktors entstandener
Schichten brauchbar sind. Weiterhin lassen die F i g. 3A und 4A erkennen, daß im erfindungsgemäßen Fall die
Elektronenkonzentration im Zentrum 8 χ lO'Vcm3 mit
einer Abweichung von ±11% beträgt während bei der
bisherigen Vorrichtung eine sehr große Abweichung der Elektronenkonzentration zu beobachten ist und die
gezüchtete Schicht im Bereich des Reaktorzentrums vom p-Typ ist
Die vorteilhaften Ergebnisse lassen sich mit dem Reaktor mit Merkmalen nach der Erfindung erzielen,
wenn die Querschnittsfläche der oberen Kammer weniger als 200 cm2 beträgt und die Querschnittsfläche
der unteren Kammer weniger als das Vierfache derjenigen der oberen Kammer beträgt. Wenn die
Seitenquerschnittsfläche der oberen Kammer bei mehr als 200 cm2 liegt, tritt eine betonte Konvektion des
Gases auf, wobei die Dickengleichmäßigkeit der gezüchteten Schicht sowie die Elektronen-Verteilungskonzentration die Tendenz gemäß den F i g. 4A und 4B
zeigen. Diese Tendenz ist auch dann zu beobachten, wenn die Seitenquerschnittsfläche der unteren Kammer
mehr als das Vierfache derjenigen der oberen Kammer beträgt
Versuche haben gezeigt, daß zur Erzielung einer einwandfreien Aufwac'nsschicht die folgenden Punkte
zu beachten sind:
1. Die Fläche eines Spaltes zwischen der Innenfläche des Reaktors und der Außenumfangsfläche des
Probenträgers, in Richtung des kleinsten Querschnittes des Spaltes gesehen, muß genauso groß
oder kleiner sein als die Querschnittsfläche der oberen Kammer. Wenn diese Spaltfläche größer ist
als die Querschnittsfläche der oberen Kammer, kann Konvektion auftreten, so daß sich keine guten
Ergebnisse erzielen lassen. Die genannte Spielfläche ist eine integrierte Größe, in Richtung des
kleinsten Querschnitts des Spaltes ermittelt
Fig.5 veranschaulicht die Änderung des Hall-Widerstandes Rd(Q) von Hall-Elementen, vom Reaktorzentrum aus gemessen, wobei diese Elemente durch Bildung von Dampfphasen-Aufwachsschichten nach demselben Verfahren und mittels eines Reaktors, dessen obere Kammer eine Querschnittsfläche entsprechend der genannten Spaltfläche zwischen der Außenumfangsfläche des Probenträgers und der Innenfläche des Reaktors besitzt, sowie eines Reaktors erhalten wurden, dessen obere Kammer eine Querschnittsfläche entsprechend der Hälfte der genannten Spaltfläche besitzt. In Fig.5 gelten die Kurve A für den ersteren und die Kurve Biür den letzteren Fall. Aus Fig.5 geht hervor, daß der Hall-Widerstand im
Fig.5 veranschaulicht die Änderung des Hall-Widerstandes Rd(Q) von Hall-Elementen, vom Reaktorzentrum aus gemessen, wobei diese Elemente durch Bildung von Dampfphasen-Aufwachsschichten nach demselben Verfahren und mittels eines Reaktors, dessen obere Kammer eine Querschnittsfläche entsprechend der genannten Spaltfläche zwischen der Außenumfangsfläche des Probenträgers und der Innenfläche des Reaktors besitzt, sowie eines Reaktors erhalten wurden, dessen obere Kammer eine Querschnittsfläche entsprechend der Hälfte der genannten Spaltfläche besitzt. In Fig.5 gelten die Kurve A für den ersteren und die Kurve Biür den letzteren Fall. Aus Fig.5 geht hervor, daß der Hall-Widerstand im
erstgenannten Fall unabhängig von der Entfernung vom Reaktorzentrum im wesentlichen gleichmäßig
ist.
An der Innenfläche der Oberseite der oberen Kammer muß ein Mittel, etwa eine Verteilerscheibe,
zur Einführung des Gasgemisches nach unten in den Reaktor vorgesehen sein.
Die Höhe der oberen Kammer muß das 1,5- bis 2,5fache ihres Durchmessers betragen.
Beim Aufwachsen des Galliumarsenids beträgt die ι ο Konzentration an organischem Gallium in dem in den Reaktor eingeführten Gasgemisch 0,005 bis 0,05 Vol.-%, bezogen auf gasförmigen Wasserstoff. Bei einer Konzentration von unter 0,005 Vol.-% ergibt sich eine große Schwankung der Elektronen- ι s konzentration in der gezüchteten Schicht Wenn die Konzentration mehr als 0,05 Vol.-% beträgt, treten Schwankungen oder Abweichungen der Elektronenkonzentration auf, und der Kristallzustand an der Oberfläche der gezüchteten Schicht wird verschlechtert
Die Höhe der oberen Kammer muß das 1,5- bis 2,5fache ihres Durchmessers betragen.
Beim Aufwachsen des Galliumarsenids beträgt die ι ο Konzentration an organischem Gallium in dem in den Reaktor eingeführten Gasgemisch 0,005 bis 0,05 Vol.-%, bezogen auf gasförmigen Wasserstoff. Bei einer Konzentration von unter 0,005 Vol.-% ergibt sich eine große Schwankung der Elektronen- ι s konzentration in der gezüchteten Schicht Wenn die Konzentration mehr als 0,05 Vol.-% beträgt, treten Schwankungen oder Abweichungen der Elektronenkonzentration auf, und der Kristallzustand an der Oberfläche der gezüchteten Schicht wird verschlechtert
Unter Änderung der TMG-Konzentration wurde ein Dampfphasen-Aufwachsen unter folgenden
Bedingungen durchgeführt:
i) Aufwachstemperatur
ii) AsHa/TMG-Molverhältnis
iii) H2S/TMG-Molverhä)tnis
iv) Trägergas
ν) Strömungsgeschwindigkeit
des Gasgemisches
des Gasgemisches
7200C
15
0,001
gasförmiger
Wasserstoff
1 cm/s
25
30
F i g. 6 zeigt die Verteilung der Elektronenkonzentration in der bei diesem Versuch gebildeten
Aufwachsschicht.
Die Strömungsgeschwindigkeit des Gasgemisches beträgt 0,5-4 cm/s. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit
außerhalb dieses Bereiches liegt, verschlechtert sich die Kristallinität, und es tritt
eine Tendenz zu verringerter Beweglichkeit auf. *o
F i g. 6 veranschaulicht die Beweglichkeit bei einer Schicht, die durch Dampfphasen-Aufwachsen von
Galliumarsenid bei Änderung der Strömungsgeschwindigkeit des Gasgemisches unter folgenden
Bedingungen hergestellt wurde:
i) Aufwachstemperatur 7200C
ii) TMG-Konzentration 0,02%
iii) AsHs/TMG-Molverhältnis 15
iv) H2S/TMG-Molverhältnis 0,001
6. Das Gasgemisch wird im Reaktor auf einem Druck von unter 100 mm Hg gehalten.
Das Innere des Aufwachsreaktors ist in den oberen Abschnitt mit einer Querschnittsfläche von weniger als 200 cm2 und in den unteren Abschnitt mit einer Querschnittsfläche unterteilt, die größer ist als diejenige der oberen Kammer, aber weniger als das Vierfache der Querschnittsfläche des oberen Abschnitts beträgt, wobei innerhalb des unteren Reaktorabschnitts durch das den Reaktor in Abwärtsrichtung durchströmende Gasgemisch ein Dampfphasen-Wachstum auf der auf dem Probenträger befindlichen Probe erfolgt Dabei tritt kaum eine Konvektion des Gasgemisches auf, und es können hochreine Aufwachsschichten mit gleichmäßiger Dicke bei Einspeisung einer kleineren Gasmenge hergestellt werden. Da der untere Reaktorabschnitt eine größere Querschnittsfläche besitzt kann eine größere Zahl solcher Schichten gleichzeitig hergestellt werden, wodurch als besonderer Vorteil des Dampfphasenverfahrens mit thermischer Crackung eine Massenfertigung ermöglicht wird.
Das Innere des Aufwachsreaktors ist in den oberen Abschnitt mit einer Querschnittsfläche von weniger als 200 cm2 und in den unteren Abschnitt mit einer Querschnittsfläche unterteilt, die größer ist als diejenige der oberen Kammer, aber weniger als das Vierfache der Querschnittsfläche des oberen Abschnitts beträgt, wobei innerhalb des unteren Reaktorabschnitts durch das den Reaktor in Abwärtsrichtung durchströmende Gasgemisch ein Dampfphasen-Wachstum auf der auf dem Probenträger befindlichen Probe erfolgt Dabei tritt kaum eine Konvektion des Gasgemisches auf, und es können hochreine Aufwachsschichten mit gleichmäßiger Dicke bei Einspeisung einer kleineren Gasmenge hergestellt werden. Da der untere Reaktorabschnitt eine größere Querschnittsfläche besitzt kann eine größere Zahl solcher Schichten gleichzeitig hergestellt werden, wodurch als besonderer Vorteil des Dampfphasenverfahrens mit thermischer Crackung eine Massenfertigung ermöglicht wird.
Obgleich die Vorrichtung mit Merkmalen nach der Erfindung in Anwendung auf das Galliumarsenid-Dampfphasen-Aufwachsverfahren
unter Verwendung von organischem Gallium und Arsenwasserstoff beschrieben ist, ist die Erfindung auch auf das Galliumarsenid-Aufwachsverfahren
unter Verwendung des anderen Materials anwendbar. Ebenso eignet sich die Vorrichtung
eines Verbindungs-Halbleiters aus einem andern Material als Galliumarsenid.
Hierzu 6 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
- Patentansprüche:Ί. Vertikale Dampf phasen-Aufwachs vorrichtung mit Reaktor, Gaszuleitung, Gasableitung und Probenträger, wobei der Reaktor einen oberen und einen dazu konzentrischen unteren Abschnitt mit einer im Vergleich zu derjenigen des oberen Abschnitts größeren Querschnittsfläche aufweist und wobei der in dem unteren Abschnitt nahe dem oberen angeordneten Probenträger einen größeren Durchmesser als der Innendurchmesser des oberen Abschnitts besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des oberen Abschnitts (11) weniger als 200 cm2 und die Querschnittsfläche des unteren Abschnitts (12) weniger als das Vierfache des oberen betragen und die Fläche des Spaltes zwischen Probenträger (14) und innenwand des unteren Abschnitts der Querschnittsfläche des oberen Abschnitts entspricht oder kleiner als diese ist, daß die Innenhöhe des oberen Abschnitts 1.5- bis 2,5mal so groß ist, als der Innendurchmesser und zwischen oberem und unterem Abschnitt ein Übergangsabschnitt (13) vorgesehen ist.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nahe dem Gaseinlaß (20) eine Verteilerscheibe (22) vorgesehen ist.
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Probenträger (14) die Form einer vierseitigen Pyramide mit abgerundeter Spitze aufweist.
- 4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Probenträger (14) mit einer Drehwelle (15) versehen ist.
- 5. Verwendung der Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4 zum Aufwachsen einer Galliumarsenid-Schicht auf einem Galliumarsenid-Substrat, wobei der obere Abschnitt des Reaktors mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,5 bis « 4 cm/s mit einem Gemisch aus Wasserstoff, Arsenwasserstoff und 0,005 bis 0,05 Vol.-% (bezogen auf den Wasserstoff) einer organischen Galliumverbindung beschickt wird.45
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9251178A JPS5519841A (en) | 1978-07-31 | 1978-07-31 | Vapor phase growing method of compound semiconductor whose main content is gallium arsenide |
JP15871178A JPS5586112A (en) | 1978-12-25 | 1978-12-25 | Vapor phase growth method for 3-5 group compound semiconductor |
JP7504979A JPS55167041A (en) | 1979-06-14 | 1979-06-14 | Vertical type gaseous phase growth device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE2928206A1 DE2928206A1 (de) | 1980-02-14 |
DE2928206C2 true DE2928206C2 (de) | 1983-03-24 |
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ID=27301692
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19792928206 Expired DE2928206C2 (de) | 1978-07-31 | 1979-07-12 | Vertikale Dampfphasen-Aufwachsvorrichtung |
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Families Citing this family (1)
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---|---|---|---|---|
FR2655773A1 (fr) * | 1989-12-08 | 1991-06-14 | Thomson Composants Microondes | Dispositif de support de tranches dans un reacteur d'epitaxie vertical. |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NL6700080A (de) * | 1966-01-03 | 1967-07-04 |
-
1979
- 1979-07-12 DE DE19792928206 patent/DE2928206C2/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
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