DE2945333C2

DE2945333C2 - Verfahren zum epitaxialen Aufwachsen einer Galliumarsenid-Schicht auf einem Galliumarsenid-Substrat

Info

Publication number: DE2945333C2
Application number: DE19792945333
Authority: DE
Inventors: Wataru Nishinomiya Hyogo Suzaki; Seburo Sanda Hyogo Takamiya; Toshio Kawabe Hyogo Tanaka
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1978-11-14
Filing date: 1979-11-09
Publication date: 1983-12-29
Also published as: JPS5567130A; DE2945333A1

Description

Γ5

Zur Herstellung von Halbleiterkristallen aus Galliumarsenid ist es bekannt, die Halbleiterkristalle aus der Flüssigphas·*. wachsen zu lassen. Nach einem in der DE-OS 2S29 747 beschriebenen Verfahren wird ein Galliumarsenid-Substrat mit einer Schmelze von Galliumarsenid in Berührung gebracht, worauf die flüssige Schmelze zum epitaxialen Anwachsen auf der Oberfläche des Substrats abgekühlt wird. Vor dem Aufbringen der Schmelze wird das Galliumarsenid-Substrat durch chemische Ätzung vorbehandelt Hierzu wird das Substrat mit Wasserstoff behandelt, dem Arsentrichlorid beigemischt ist. Im Reaktionsraum entsteht Chlorwasserstoff und gasförmiges As₄. Das As₄ wird durch in der Nähe des Substrats befindliches Gallium adsorbiert und gleichzeitig reagiert der Chlorwasserstoff mit dem Gallium unter Bildung ein-j Galliumsubhalogenids. Letzteres wird durch Wasserstoff zu dem Substrat transportiert und beseitigt dort 'orhandene Oxidfilme.

Ein Nachteil dieser Verfahrensweise liegt darin, daß eine Mindestmenge an Gallium vorhanden sein muß und daß das Substrat mit einem Galliumsubhalogenid in Berührung gebracht werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues und verbessertes Verfahren zum epitaxialen Aufwachsen einer Galliumarsenid-Schicht auf einem Galliumarsenid-Substrat bereitzustellen, bei dem keine Minüestmenge an Gallium vorliegen muß und kein Galliumsubhalogenid mit dem Substrat in Berührung gebracht wird.

Diese Aufgabe wird durch das im Patentanspruch beschriebene Verfahren gelöst, das den Gegenstand der Erfindung darstellt.

Galliumarsenid-(GaAs)-Substrate werden sehr leicht oxidiert und auch sehr leicht zersetzt, da Arsen (Ar.) einen hohen Dampfdruck aufweist. Wenn folglich GaAs-Substrate bei erhöhten Teperaturen gehalten werden, bevor sie mit der jeweiligen flüssigen Schmelze in Berührung gelangen, wird ihre Oberfläche oxidiert. Andererseits wurde auch Arsen (As) an der Oberfläche von GaAs-Substraten zersetzt. Durch die erfindungsgemäße Vorbehandlung mit Wasserstoff, dem die anspruchsgemäß definierte Menge an Arsentrichlorid beigemischt ist, wird im Reaktionsraum gasförmiger Chlorwasserstoff und gasförmiges As2/As₄-Gemisch gebildet. Der Chlorwasserstoff beseitigt duFch direkte Ätzung die gebildete Oxidschicht. Durch das As2/As₄-Gemisch ergibt sich der Vorteil der Steuerung des Arsendampfdrucks über dem Galliumarsenid-Substrat, wodurch die Bildung von Unregelmäßigkeiten und Fehlstellen an der Substratoberfläche vermieden wird. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Galliumarsenidkristalle sind somit besonders gut als

Halbleiterkristalle geeignet

In der in der Zeichnung schematisch dargestellten Vorrichtung zur Durchführung einer Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung sind ein elektrischer Ofen 10, ein in dem Ofen 10 angeordnetes Quarzreaktionsrohr 12 und ein in dem Quarzrohr 12 angeordnetes Wachstumsschiffchen 14 zum .Anwachsenlassen eines GaAs-Kristalls vorgesehen. An einer Seite, im vorliegenden Falle an der linken Seite, des Warfrtumsschiffchens 14 wird ein GaAs-Substrat 16 eingebracht Am anderen, im vorliegenden Falle rechten Ende des Wachstumsschiffchens 14 wird ein Gefäß mit einer bestimmten Menge einer flüssigen Schmelze, aus der ein Galliumarsenidkristai^lr auf das Substrat 16 aufwachsen gelassen werden soll, angeordnet

Der Ziehstab 20 wird von einem Ende, im vorliegenden Falle vom linken Ende, her in das Quarzrohr 12 eingeführt, bis er das Wachstumsschiffchen 14 berührt Wasserstoff wird über einen Strömungsmesser 22 von der anderen, im vorliegenden Falle rechten Seite her in das Quarzrohr 12 eingeführt Ferner wird über einen Strömungsmesser 24 und über eine nachgeschaltete Waschflasche 26 von derselben Seite wie der Wasserstoff Arsentrichlorid-(AsCb)-Dampf in das Quarzrohr 12 eingeführt

Auf dem Wachstumsschiffchen 14 sind das GaAs-Substrat 16 und die flüssige Schmelze 18 in der beschriebenen Weise angeordnet Das Wachstumsschiffchen 14 wird durch Betätigen des Ziehstabs 20 in dem Quarzrohr 12 in den Niedrigtemperaturbereich gebracht

Danach wird in das Quarzrohr 12 über den Strömungsmesser 22 so lange Wasserstoff eingeleitet bis die im Inneren des Quarzrohres 12 befindliche Luft vollständig durch Wasserstoff verdrängt ist Danach wird über den Strömungsmesser 24 und die Waschflasche 26 dampfförmiges Arsentrichlorid (AsCl₃) eingeleitet Gleichzeitig werden die Strömungsmesser 22 und 24 derart gesteuert, daß die Konzentration an AsCb-Dampf 7 χ 10~⁵bis 2 χ 10-³ Mol-% ausmacht

Hierauf wird das Wachstumsschiffchen 14 in den bei 800°C befindlichen Ofen 10 eingebracht Das Wachstumsschiffchen 14 und der Ofen 10 werden 1,5 h lang »in Ruhe gelassen«, bis sich die Temperatur des Ofens 10 stabilisiert hat Nun wird das GaAs-Substrat 16 mit der flüssigen Schmelze 18 in Berührung gebracht, worauf die AsCb-Dampf einleitung in das Quarzrohr 12 abgestellt wird. Nach 20 min wird der Ofen 10 langsam abkühlen gelassen. Hierbei -erfolgt das epitaxiale Wachstum des Galliumarsenids (GaAs). Schließlich wird das auf dem Substrat gewachsene GaAs zusammen mit dem Wachstumsschiffchen 14 aus dem Quarzrohr 12 durch Betätigen des Ziehstabs 20 entnommen.

Es hat sich gezeigt, daß im Hinblick auf die angegebene Glühtemperatiir und die angegebene Haltezeit bei erhöhter Temperatur die optimale Konzentration des AsCb-Damps 2,8xl0-⁴ Mol-% beträgt.

Da sich AsCl₃ bei einer Temperatur von etwa 300°C zersetzt, reagiert der eingeleitete AsCI₃-Dampf mit dem Wasserstoff im Reaktionsrohr 12 nach der Zersetzungsreaktion entsprechend der Gleichung

2 AsCl₃ + 3 H₂-* 6 HCi+ As₂.

Hierdurch ergeben sich die vorstehend erwähnten Vorteile. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird es somit möglich, mit hoher Reproduzierbarkeit auf einem GaAs-Substrat eine qualitativ hochwertige,

epitaxial aufgewachsene Schicht gleichmäßiger Grenzfläche zwischen dem Substrat und der aufgewachsenen Schicht und ohne Schichtungsfehler herzustellen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch auf ein mehrschichtiges Wachstum anwendbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum epitaxialen Aufwachsen einer GalBumarsenid-Schicht auf einem Galliumarsenid-Substrat aus der Schmelzphase durch Aufbringen der Schmelze auf das Substrat und Abkühlenlassen, wobei vor dem Aufbringen der Schmelze Wasserstoff, dem Arsentrichlorid beigemischt ist, über Schmelze und Substrat geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wasserstoff 7 χ ΙΟ-⁵ bis 2 χ ΙΟ-³ Mol-% Arsentrichlorid beigemischt werden.