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Dokumentenidentifikation DE69603126T2 06.04.2000
EP-Veröffentlichungsnummer 0743379
Titel Vorrichtung für epitaxiales Aufwachsen aus der Gasphase
Anmelder Shin-Estu Handotai Co. Ltd., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Habuka, Hitoshi, Maebashi-shi, Gunma-ken, JP
Vertreter Eisenführ, Speiser & Partner, 80335 München
DE-Aktenzeichen 69603126
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 26.04.1996
EP-Aktenzeichen 963029277
EP-Offenlegungsdatum 20.11.1996
EP date of grant 07.07.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.04.2000
IPC-Hauptklasse C30B 25/14

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG Bereich der Erfindung:

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Dampfphasenzüchtung eines Dünnfilms auf einem Halbleitereinkristallsubstrat.

Beschreibung des bisherigen Stands der Technik:

Bis jetzt wurde in einer vertikal angeordneten vorrichtung 1 zur Dampfphasenzüchtung, wie sie in Fig. 9 gezeigt wird, ein Suszeptor 3 zum Darauf laden eines Halbleitereinkristallsubstrats bzw. -substraten 2 (im folgenden kurz als "Substrat(e)" bezeichnet) drehbar waagrecht in einem Reaktionsgefäß 8 angeordnet, das die Form einer Glasglocke hat und auf einer Basisplatte 6 angebracht ist, und ein Ausgangsgas 9, das durch eine Gasdüse 5 in dar Mitte des Suszeptors 3 zugeführt wird, wird in das Reaktionsgefäß 8 eingebracht, während das Substrat (die Substrate) 2 unter Verwendung einer Hochfrequenzinduktionsheizspule 4 aufgeheizt wird (werden), um einen Dünnfilm auf dem Substrat (den Substraten) 2 zu züchten.

Bei der obenerwähnten Vorrichtung 1 zur Dampfphasenzüchtung strömt das Ausgangsgas 9, wenn die Gasdüse 5 in der Mitte des Reaktionsgefäßes 8 so konstruiert ist, daß sie das Ausgangsgas 9 waagrecht zum Randbereich hin zuführt, zerstreut aus der Gasdüse 5, und es wird mit zunehmendem Wachstum des Dünnfilms auf der Oberfläche des Substrats (dar Substrate) 2 verbraucht. In der Folge sinkt die Konzentration des Ausgangsgases 9 gegenüber dem Substrat (den Substraten) 2, und die Wachstumsrate des Dünnfilms darauf sinkt mit zunehmendem abstand von der Mitte des Reaktionsgefäßes 8. Es ist daher schwierig, einen Dünnfilm mit gleichmäßiger Dicke auf dem Substrat (den Substraten) 2 zu erzeugen.

Um einen Dünnfilm mit gleichmäßiger Dicke zu züchten, wurde daher das in Fig. 9 gezeigte Verfahren verwendet, bei dem es möglich ist, das Ausgangsgas 9 durch die Gasdüse 5 nach oben zuzuführen, indem die Höhe das Reaktionsgefäßes 8 vergrößert wird.

Das Ausgangsgas 9, das nach oben durch die Gasdüse 5 zugeführt wird, vollführt, wenn es den oberen Innenbereich des Reaktionsgefäßes 8 erreicht, eine Zwangskonvektion, die aus einem Aufwärtsströmen von der Gasdüse 5 aus und einem Abwärtsströmen entlang der Innenwand des Reaktionsgefäßes 8 besteht. Diese Zwangskonvektion und eine natürliche Konvektion, die aufgrund des Temperaturunterschieds zwischen dem Suszeptor 3 und dem Reaktionsgefäß 8 entsteht, erzeugen zusammen eine Konvektion 9a.

Durch vergrößern der Höhe des Reaktionsgefäßes 8 wird der Reaktionsbereich in gesteigerten Maß durch die Konvektion 9a, die in oberen Innenbereich des Reaktionsgefäßes 8 entsteht, aufgerührt, und die Konzentration des Ausgangsgases 9 kann aufgrund der Rührwirkung der Konvektion 9a gleichmäßig gestaltet werden.

Nachdem das Ausgangsgas 9 den oberen Innenbereich des Reaktionsgefäßes 8 erreicht hat, strömt es entlang der Innenwand des Reaktionsgefäßes 8 nach unten, da es von der Strömung der Konvektion 9a mitgezogen wird, und teilt sich dann in zwei Strömungen, eine Strömung 9c fließt entlang der Oberfläche des Suszeptors 3 in Richtung Rand und vom Rand des Reaktionsgefäßes 8 zu dessen Mitte hin, und die zweite Strömung 9b fließt durch einen Zwischenraum zwischen da Suszeptor 3 und der Innenwand des Reaktionsgefäßes 8 und schließlich durch eine Gasauslaßöffnung 7 in der Basisplatte 6 hinaus.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Wenn das Ausgangsgas 9 senkrecht nach oben in das erhöhte Reaktionsgefäß 8 eingebracht wird, strömt das Gas leider langsam an der Hauptoberfläche des Substrats (der Substrate) 2 und die stagnierende Gasschicht wird dicker. In der Folge wird die Atmosphäre der Hauptoberfläche des Substrats (der Substrate) 2 stark durch das Phänomen der Selbstdotierung beeinträchtigt, das von da Substrat (den Substraten) selbst erzeugt wird, so daß die Übergangsbreite, d. h. die Breite des Bereichs, in dem die Konzentration von Verunreinigungen an der Grenzfläche zwischen einem Substrat und eins Dünnfilm variiert, dazu neigt, zuzunehmen.

Diese Erfindung, die in Hinsicht auf die obenerwähnte bisherige Technik gemacht wurde, hat zum Ziel, eine Vorrichtung zur Dampfphasen-Epitaxie eines Dünnfilms bereitzustellen, die gleichzeitig eine verringerte Übergangsbreite sowie eine gleichmäßige Dicke des gezüchteten Dünnfilms ermöglicht. Dieses Ziel wird mit der Vorrichtung gemäß Anspruch 1 verwirklicht.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird besser verständlich und ihre Ziele, Merkmale und Eigenschaften zusätzlich zu den bereits obenerwähnten werden im Hinblick auf die folgende detaillierte Beschreibung deutlich werden. Diese Beschreibung bezieht sich auf die Zeichnungen im Anhang, wobei:

Fig. 1 ein schematischer Querschnitt ist, der ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Reaktionsgefäßes zeigt.

Fig. 2 eine Draufsicht ist, die den Gasfluß in dem in Fig. 1 gezeigten Reaktionsgefäß zeigt.

Fig. 3 ein Profil der Verunreinigungskonzentrationen ist, die der Filmdicke nach gemessen wurden.

Fig. 4 ein Diagramm ist, das die Verteilung der Wachstumsrate in Richtung des Durchmessers eines Substrats zeigt, die bei der Züchtung eines Dünnfilms in dem erfindungsgemäßen Reaktionsgefäß erhalten wird.

Fig. 5 ein schematischer Querschnitt ist, dar ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen Reaktionsgefäßes zeigt.

Fig. 6 eine Draufsicht ist, die eine Anordnung des Substrats und des Gasflusses in dem in Fig. 5 gezeigten Reaktionsgefäß Zeit.

Fig. 7 eine schematische Vorderansicht ist, die einen wesentlichen Teil eines Beispiels eines herkömmlichen Reaktionsgefäßes Zeit.

Fig. 8 ein Diagramm ist, in dem die Verteilung der Dicke eines Dünnfilms, der in dem in Fig. 5 gezeigten Reaktionsgefäß gebildet wurde, mit der Verteilung der Dicke eines Dünnfilms, der in dem in Fig. 7 gezeigten Reaktionsgefäß gebildet wurde, verglichen wird.

Fig. 9 ein schematischer Querschnitt ist, der ein weiteres Beispiel eines herkömmlichen Reaktionsgefäßes zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Eine Vorrichtung gemäß dieser Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie ein flaches Reaktionsgefäß umfaßt, ein Gaszufuhrmittel für die Zufuhr eines Ausgangsgases vom Randbereich des Reaktionsgefäßes, einen Suszeptor, um ein Halbleitereinkristallsubstrat(e) im wesentlichen waagrecht zu halten, Heizvorrichtungen sowie einen Reaktionsgasauslaß in der Mitte einer oberen Wand des Reaktionsgefäßes.

Das Reaktionsgefäß ist weiters in Form eines flachen Zylinders geformt, und das Gaszufuhrmittel ist mit einer Vielzahl von Gaszufuhröffnungen ausgestattet, die ausgeführt sind, um ein Ausgangsgas kreisförmig innerhalb des Reaktionsgefäßes zuzuführen. Die Gaszufuhröffnungen sind vorzugsweise in gleichen Abständen und Schrägwinkeln symmetrisch um die Achse des Reaktionsgefäßes angeordnet. Weiters sind die Gaszufuhröffnungen so angeordnet, daß das Ausgangsgas eine waagrechte rotierende Strömung im Reaktionsgefäß vollführt.

Zum Züchten eines Dünnfilms mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zur Dampfphasenzüchtung wird ein Substrat 12 zuerst im wesentlichen waagrecht auf einen Suszeptor (Trägerteil) 13 in einem Reaktionsgefäß 18 aufgebracht, wie in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigt wird, und dann wird das Substrat 12 mit Hilfe einer Heizvorrichtung (Infrarotheizlampe) 14 auf eine erforderliche Temperatur erhitzt, während gleichzeitig ein Trägergas wie Wasserstoff kontinuierlich zugeführt wird.

Wenn daraufhin ein Ausgangsgas 19 mit dem Trägergas vom Randbereich des Reaktionsgefäßes 18, das die Form eines flachen Zylinders hat, in waagrechter Richtung zugeführt wird, dann strömt das Ausgangsgas 19 im wesentlichen waagrecht in Richtung einer Gasauslaßöffnung 11 über das Substrat 12. Danach wird das Ausgangsgas 19 durch den Auftrieb aufgrund der Erhitzung zu einer leichten Aufwärtsströmung veranlaßt. Dies® Strömung des Ausgangsgases fließt jedoch rasch senkrecht nach oben und durch die Gasauslaßöffnung 11 in einer oberen Wand des Reaktionsgefäßes 18 hinaus, bevor es einen Wirbel bildet.

Da das Ausgangsgas 19 keinen Wirbel im Reaktionsgefäß 18 bildet, kann das Phänomen der sogenannten Selbstdotierung, die dadurch verursacht wird, daß die Verunreinigungen, die vom Substrat 12 in die Dampfphase geschleudert werden, entlang das Wirbels transportiert werden und sich mit dem gezüchteten Dünnfilm vermischen, verhindert werden, und dadurch kann die Übergangsbreite an der Grenzfläche zwischen dem Substrat 12 und dem Dünnfilm verringert werden.

Wenn die Gasauslaßöffnung 11 in der Mitte der oberen Wand das Reaktionsgefäßes 18 angebracht ist, nimmt die Konzentration des Ausgangsgases 19, das durch Gaseinlaßöffnungen 16 lau Randbereich des Reaktionsgefäßes 18 zugeführt wird, im Laufe das Gasflusses zur Mitte hin entsprechend dem zunehmenden Verbrauch des Ausgangsgases für die Epitaxie ab. Die Strömungsrate des Ausgangsgases 19 steigt jedoch, je geringer der Abstand zur Mitte hin wird, da das Ausgangsgas 19 sich vom Randbereich des Reaktionsgefäßes zur Mitte hin sammelt.

In dar Folge ist die Menge an Ausgangsgas selbst, das pro Zeiteinheit zugeführt wird, praktisch entlang der gesamten Hauptoberfläche des Substrats 12 gleichmäßig, und daher kann die Verteilung der Epitaxie- Wachstumsrate im gesamten Bereich des Substrats 12 gleichmäßig gestaltet werden.

Da das Reaktionsgefäß 18 in Form eines flachen Zylinders geformt ist und die Vielzahl der Gaszufuhröffnungen 16 als Gaszufuhrmittel so angebracht sind, daß das Ausgangsgas 19 kreisförmig innerhalb des Reaktionsgefäßes 18 eingebracht wird, vollführt das Ausgangsgas eine waagrechte rotierende Strömung innerhalb des Reaktionsgefäßes, so daß die Konzentration des Ausgangsgases 19 aufgrund der Rührwirkung, die durch die obenerwähnte waagrechte rotierende Strömung erzeugt wird, gleichmäßig gestaltet werden kann, und das Gas kann ruhig strömen, so daß ein sonst womöglich auftretender Konvektionswirbel des Ausgangsgases 19 verhindert werden kann.

Wenn die Gaseinlaßöffnungan 16 so geformt sind, daß sie nicht von der Innenfläche der Seitenwand 18a des Reaktionsgefäßes 18 vorstehen, ist der Gasfluß in der Nähe der Gaszufuhröffnungen ebenfalls ruhig.

Wenn die Gaseinlaßöffnungen 16 in gleichen abständen und Schrägwinkeln symmetrisch um die Mittelachse 1 des Reaktionsgefäßes 18 angeordnet sind, kann die Verteilung der Dicke des Dünnfilms, dar durch Dampfphasen-Epitaxie erzeugt wurde, weiter verbessert werden.

Im Anschluß wird nun diese Erfindung unter Bezugnahme auf die praktischen Beispiele, die in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt werden, genauer beschrieben.

[Beispiel 1]

Fig. 1 ist ein schematischer Querschnitt des Reaktionsgefäßes 18, und Fig. 2 ist eine schematische Draufsicht desselben. Das Reaktionsgefäß 18 ist aus transparentes Quarzglas in der Form eines flachen Zylinders, bestehend aus einer zylindrischen Seitenwand 18a, einer scheibenförmigen oberen Wand 18b und einer scheibenförmigen unteren Wand 18c, der waagrecht aufgestellt ist. Die Innenhöhe des Reaktionsgefäßes 18, d. h. der Abstand zwischen der Innenfläche der oberen Wand 18b und dar Innenfläche der unteren Wand 18c liegt im Bereich zwischen 10 mm und 20 zum, und der Innendurchmesser der Seitenwand 18a liegt im Bereich zwischen 250 mm und 400 mm. Im vorliegenden Beispiel wurde ein Reaktionsgefäß 18 mit einer Innenhöhe von 15 mm und einem Innendurchmesser von 300 mm verwendet.

Ein Suszeptor 13, der ein Substrat 12 im wesentlichen waagrecht hält, wird in dem Reaktionsgefäß 18 angebracht, und ein scheibenförmiges Substrat 12 mit eins Durchmesser von 200 mm wird auf dem Suszeptor 13 gehalten.

Eine Reihe von Infrarotheizlampen 14 ist außerhalb das Reaktionsgefäßes 18 installiert. Durch die Strahlungshitze der Infrarotheizlampe 14 werden das Substrat 12 und der Suszeptor 13 im Reaktionsgefäß 18 erhitzt. Die Außenwand des Reaktionsgefäßes 18 wird mittels eines Kühlmittels wie Luft gekühlt, was in der Zeichnung nicht dargestellt wird.

In der Mitte der oberen Wand 18b des Reaktionsgefäßes 18 ragt ein Gasauslaßrohr 17 mit einem Innendurchmesser von 20 mm senkrecht zur oberen Wand 15b nach oben, um das Abfließen des Reaktionsgases durch die Gasauslaßöffnung 11 senkrecht nach oben zu ermöglichen.

An der Seitenwand 18a des Reaktionsgefäßes 18 sind vier Zufuhrdüsen 15 für das Ausgangsgas 19 in gleichen Abständen und Schrägwinkeln von 90º symmetrisch um die Achse 1 des Reaktionsgefäßes 18 angeordnet, damit die Gaszufuhröffnungen 16 nicht von der Innenfläche der Seitenwand 18a herausragen.

Die vier obenerwähnten Zufuhrdüsen 15 weisen alle die selben Maße auf. Sie sind unveränderlich im selben Winkel θ (in der Draufsicht von Fig. 2 bezeichnet) von 75º angebracht, um das Ausgangsgas 19 kreisförmig innerhalb des Reaktionsgefäßes 18 zuzuführen. Die Zufuhrdüsen 15 haben einen Innendurchmesser von 10 mm, so daß der Gesamtbereich der Öffnungen der vier Zufuhrdüsen 15 zum Zuführen des Gases gleich groß ist wie der Öffnungsbereich des Gasauslaßrohrs 17.

Trichlorsilan, das als Ausgangsgas 19 mit einer Rate von 5 g/Minute zugeführt wird, und Wasserstoffgas, das als Trägergas mit einer Rate von 100 Litern/Minute zugeführt wird, werden gemischt, und das Gasgemisch wird gleichmäßig durch die vier Zufuhrdüsen 15 in das Reaktionsgefäß 18 geleitet. Das Ausgangsgas 19, das mit dem Trägergas vom Randbereich des Reaktionsgefäßes 18 kreisförmig innerhalb des zylinderförmigen Reaktionsgefäßes 18 zugeführt wird, strömt über das Substrat 12 und erzeugt gleichzeitig eine waagrechte rotierende Strömung, und nachdem es seine Rolle als Auslöser der Dampfphasen-Epitaxie auf dem Substrat erfüllt hat, strömt es nach oben durch die Gasauslaßöffnung 11 hinaus.

Auf dem Substrat 12 im Reaktionsgefäß 18, das aus Einkristallsilizium besteht, dem Bor zugesetzt ist und das eine Kristallorientierung von (100) und eine Verunreinigungskonzentration von 5 · 10¹&sup8; cm&supmin;³ aufweist, wurde ein Siliziumdünnfilm, dem Bar zugesetzt ist und der eine Verunreinigungskonzentration von 1 · 10¹&sup5; cm&supmin;³ aufweist, mit einer Dicke von 1,5 um durch Dampfphasen- Epitaxie bei einer Temperatur von 1100ºC in einer Minute gezüchtet. Die verunreinigungskonzentration des Dünnfilms wurde der Tiefe nach analysiert. Das so erhaltene Profil der Konzentration wird in Fig. 3 gezeigt.

Zum Vergleich wurde mit der in Fig. 9 gezeigten herkömmlichen Vorrichtung zur Dampfphasenzüchtung 1 auf da Substrat 12 im Reaktionsgefäß 18, das aus Einkristallsilizium besteht, den Bar zugesetzt ist und das eine Kristallorientierung von (100) und eine Verunreinigungskonzentration von 5 · 10¹&sup8; cm&supmin;³ aufweist, ein Siliziumdünnfilm, dem Bor zugesetzt ist und der eine verunreinigungskonzentration von 1 · 10¹&sup5; cm&supmin;³ aufweist, mit einer Dicke von 1,5 um durch Dampfphasen- Epitaxie bei einer Temperatur von 1100ºC in einer Minute in der gleichen Weise wie im vorhergehenden Beispiel gezüchtet. Die verunreinigungskonzentration des Dünnfilms wurde der Tiefe nach analysiert. Das so erhaltene Profil dar Konzentration wird ebenfalls in Fig. 3 gezeigt.

Aus Fig. 3 wird ersichtlich, daß die Übergangsbreite W2, die durch Epitaxie im Reaktionsgefäß 18 der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Dampfphasenzüchtung 10 erhalten wird, 0,8 um beträgt, während die Übergangsbreite W1, die durch Epitaxie in einer herkömmlichen Vorrichtung zur Dampfphasenzüchtung 1 erhalten wird, 1,3 um beträgt. Dies zeigt, daß mit dieser Erfindung eine bedeutende Verbesserung der Übergangsbreite erzielt wird.

Fig. 4 zeigt das Profil der Wachstumsrate in Richtung des Durchmessers des Substrats 12 im erfindungsgemäßen Reaktionsgefäß 18, die bei der Züchtung eines Dünnfilms auf dem Substrat 12 erhalten wird. Die wachstumsrate wird errechnet, indem die Dicke an jedem Punkt jeweils durch die Wachstumsdauer geteilt wird. Wie aus dieses Diagramm klar ersichtlich ist, wird durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Dampfphasenzüchtung eine bedeutende Verbesserung der Übergangsbreite erzielt, und gleichzeitig kann dadurch ein Dünnfilm von gleichmäßiger Dicke und mit gleichmäßiger Verteilung der Wachstumsrate auf der gesamten Hauptoberfläche des Substrats 12 gebildet werden.

Im oben zitierten Beispiel 1 bestand die Vermutung, daß sich Teilchen, die durch eine Nebenreaktion der Dampfphasen-Epitaxie entstehen, wegen der Lage des Gasauslaßrohrs 17 über dem Substrat 12 an dem Gasauslaßrohr 17 anhaften, von dort auf das Substrat 12 fallen und Mängel auf der Oberfläche des gebildeten Dünnfilms erzeugen. In der Praxis wurden jedoch keine Defekte wie vorstehende Teile auf der Oberfläche des Dünnfilms gefunden.

Um die obenerwähnte Entstehung von Teilchen durch eine Nebenreaktion zu beschränken, genügt es zum Beispiel, die durchschnittliche Aufenthaltszeit des Ausgangsgases 19 im Reaktionsgefäß 18 zu regulieren, indem die Durchflußmenge des Gasgemischs aus dem Ausgangsgas 19 und dem Trägergas von der Zufuhrdüse 15, der Innendurchmesser des Gasauslaßrohrs 17, das Innenvolumen des Reaktionsgefäßes 18 usw. passend festgesetzt werden.

Im Fall des obenerwähnten Beispiels 1 wurde ein Substrat 12 mit einem Durchmesser von 200 mm in ein Reaktionsgefäß 18 eingebracht. Es kann natürlich auch eine Vielzahl von Substraten mit einem kleineren Durchmesser gleichzeitig in das Reaktionsgefäß 18 zur Dampfphasen-Epitaxie eingebracht werden. Fig. 5 zeigt eine Vielzahl von Substraten 22, die zur Dampfphasen- Epitaxie eingebracht sind. In diesem Diagramm bezeichnet 20 eine Vorrichtung zur Dampfphasenzüchtung, 21 einen Widerstandswärmeofen und 29 ein Ausgangsgas. Teile, die auch in Fig. 1 vorkommen, werden im Diagramm mit den gleichen Referenzzahlen bezeichnet.

Dieses Züchtungsverfahren ist besonders effektiv, wenn Dünnfilme wie GaAs, GaP und GaAsP auf Substrat(en) 22 aus GaAs, GaP und GaAsP gezüchtet werden, da diese(s) Substrat(e) 22 einen kleineren Durchmesser haben als Substrat(e) aus Silizium.

Im folgenden wird nun das Züchten eines GaAsp-Dünnfilms für eine orange Leuchtdiode auf einem Substrat aus GaP unter Bezugnahme auf Fig. 5 bis Fig. 8 beschrieben.

[Beispiel 2]

Das Reaktionsgefäß 18 in Fig. 5 weist dieselbe Form und Konstruktion wie das Reaktionsgefäß 18 in Fig. 1 auf. Es unterscheidet sich jedoch von dem anderen Reaktionsgefäß dadurch, daß der Widerstandswärmeofen 21 so gestaltet ist, daß er die obere Wand 18b und die untere Wand 18c des Reaktionsgefäßes 18 umschließt. Das Reaktionsgefäß 18 hat einen Innendurchmesser von 250 mm und eine Innenhöhe von 20 mm. Die Gestaltung des Widerstandswärmeofens 21 in der oben beschriebenen Weise dient dazu, Ablagerungen auf der Wand des Reaktionsgefäßes 18 zu verhindern, indem die Wände aufgeheizt werden.

Zuerst werden im Reaktionsgefäß 18 von Fig. 5 sechs Substrate aus GaP mit einem Durchmesser von 50 mm konzentrisch zur Seitenwand 18a des Reaktionsgefäßes 18 eingebracht. Ein Gasgemisch aus Galliumchlorid (GaCl), Arsin (AsH&sub3;) und Phosphin (PH&sub3;) als Ausgangsgas 29, Ammoniak (NH&sub3;) und Schwefelwasserstoff (H&sub2;S) als Dotierstoff und Wasserstoffgas als Trägergas wurden bei einer Durchflußgeschwindigkeit von 14 Litern/Minute zugeführt. Dieses Gasgemisch enthält GaCl bei einer Rate von 110 ml/Minute, AsH&sub3; bei einer Rate von 26 ml/Minute, PH&sub3; bei einer Rate von 48 ml/Minute, NH&sub3; bei einer Rate von 600 ml/Minute und eine sehr geringe Menge (wenige ml/Minute) von H&sub2;S.

Durch die Verwendung des Ausgansses 29 wurde eine n- GaAsp-Schicht mit einer Filmdicke von etwa 40 im bei einer wachstumsrate von 0,2 im/Minute gezüchtet. Etwa 60% der Filmdicke Von 40 um dienen als Schicht zur Abstufung der Zusammensetzung, um eine allmähliche Veränderung der Kristallzusammensetzung von GaP des Substrats zu GaAsP zu ermöglichen.

Die Dicke des durch die obenerwähnte Epitaxie erhaltenen Dünnfilms wurde von der Aufwärtsströmungsseite zur Abwärtsströmungsseite des Flusses der Ausgangsgases gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 8 dargestellt. Im Diagramm von Fig. 8 ist die horizontale Achse eine Skala für die Meßposition der Filmdicke auf dem Substrat, und die vertikale Achse ist eine Skala für die Dicke des Dünnfilms, die durch die Messung bestimmt wurde. Im Diagramm repräsentiert der Punkt "0 mm (Aufwärtsströmung)" auf der horizontalen Achse den Randbereich A des Substrats, welcher der Saitenwand 15a des Reaktionsgefäßes 18 am nächsten ist, der Punkt "25 mm (Mitte)" repräsentiert den mittleren Bereich B des Substrats und der Punkt "50 um (Abwärtsströmung)" repräsentiert den Endrand C des Substrate, welcher der Mitte des Reaktionsgefäßes 18 am nächsten ist.

Bei einem Vergleichsbeispiel wurde ein Suszeptor 33 in einem in Figur T gezeigten Reaktionsgefäß 30, das für die herkömmliche Züchtung eines Dünnfilms aus Verbindungshalbleitereinkristall konstruiert ist, angebracht, und sechs Substrate 22 wurden jeweils in den oberen und unteren Bereich des Suszeptors 33 eingebracht, und das Ausgangsgas 29 wurde in einer Abwärtsströmung zugeführt, um Dampfphasen-Epitaxie auszulösen. Die Bestandteile, Zusammensetzung und die Durchflußmenge des Ausgangsgases 29 pro Substrat waren gleich wie beim obenerwähnten Beispiel 2.

Die Dicke des Dünnfilms, der durch die Dampfphasen- Epitaxie im obenerwähnten herkömmlichen Reaktionsgefäß 30 erhalten wurde, wurde von der Aufwärtsströmungsseite zur Abwärtsströmungsseite des Flusses des Ausgangsgases gemessen. Die Ergebnisse sind ebenfalls in Fig. 8 dargestellt. Im Diagramm repräsentiert der Punkt "0 mm (Aufwärtsströmung)" den oberen Randbereich D des Substrats, der Punkt "25 mm (Mitte)" repräsentiert den mittleren Bereich E des Substrats, und der Punkt "50a (Abwärtsströmung)" repräsentiert den unteren Endbereich F des Substrats.

Aus Fig. 8 wird klar ersichtlich, daß bei der in Fig. 7 dargestellten herkömmlichen Vorrichtung, bei der das Ausgangsgas 29 verbraucht wird, während es von der Aufwärtsströmungsseite zur Abwärtsströmungsseite fließt, die Dicke des Dünnfilms von der Aufwärtsströmungsseite zur Abwärtsströmungsseite hin allmählich abnimmt, genau gesagt von einer Dicke von etwa 60 um am Punkt D an der Aufwärtsströmungsseite zu einer Dicke von etwa 37 um am Punkt F an der Abwärtsströmungsseite, da die zu geringe Gaszufuhr aufgrund des Verbrauchs nicht durch Regulierung der Durchflußmenge ausgeglichen werden kann. Die Epitaxie- Dicke weist daher ein großes Gefälle auf. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus Beispiel 2, die in Fig. 5 und Fig. 6 gezeigt wird, beträgt die maximale Dicke des Dünnfilms etwa 45 um und die Mindestdicke etwa 38 um, was zeigt, daß die Verteilung der picke des Dünnfilms im gesamte Bereich des Substrats deutlich gleichmäßiger ist.

Aus der obigen Beschreibung ist klar ersichtlich, daß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Dampfphasen- Epitaxie das Phänomen der sogenannten Selbstdotierung, die dadurch verursacht wird, daß die Verunreinigungen, die vom Substrat in die Dampfphase geschleudert werden, entlang des Wirbels transportiert werden und sich mit dem gezüchteten Dünnfilm vermischen, verhindert werden kann, und dadurch kann die Übergangsbreite an der Grenzfläche zwischen dem Substrat und dem Dünnfilm verringert werden, da das Ausgangsgas rasch senkrecht nach oben durch die Auslaßöffnung in der oberen Wand des Reaktionsgefäßes hinausfließt, bevor es einen Wirbel bildet, und in der Folge kann es zu keiner Wirbelbildung des Ausgangsgases kommen.

Darüberhinaus können bei der erfindungsgemäßen vorrichtung zur Dampfphasen-Epitaxie die Verteilung der Epitaxierate und die Verteilung der Filmdicke im gesamten Bereich des Substrats gleichmäßig sein, da die zugeführte Menge des Ausgangsgases pro Zeiteinheit praktisch über die gesamte Hauptoberfläche des Substrats hinweg gleichmäßig gestaltet werden kann. Daher kann mit dieser Erfindung eine Verringerung der Übergangsbreite erzielt werden, und gleichzeitig kann der Dünnfilm mit gleichmäßiger Dicke auf dem Substrat gebildet werden.


Anspruch[de]

1. Eine Vorrichtung zur Dampfphasen-Epitaxie eines Dünnfilms, bestehend aus einem flachen Reaktionsgefäß (18), einem Gaszufuhrmittel (15) zur Zuführung eines Ausgangsgases (19, 29) von einem Randbereich des Reaktionsgefäßes (18), einem Suszeptor (13), um zumindest ein Halbleitereinkristallsubstrat (12, 22) im wesentlichen waagrecht zu halten, einer Heizvorrichtung (14, 21) und einem Reaktionsgefäßauslaß (11), dar in dar Mitte einer oberen Wand (18b) des Reaktionsgefäßes (18) bereitgestellt ist; dadurch gekennzeichnet, daß:

das Reaktionsgefäß (18) in der Form eines flachen Zylinders geformt wird, und das Gaszufuhrmittel (15) eine Vielzahl von Gaszufuhröffnungen (15) umfaßt, die ausgelegt sind, um das Ausgangsgas kreisförmig innerhalb des Reaktionsgefäßes (18) einzuspeisen.

2. Vorrichtung zur Dampfphasen-Epitaxie gemäß Anspruch 1, wobei die Gaszufuhröffnungen mit Abständen bei gleichen Schrägwinkeln angeordnet sind, so daß sie um eine Achse des Reaktionsgefäßes symmetrisch sind.

3. Vorrichtung zur Dampfphasen-Epitaxie gemäß Anspruch 1, wobei die Gaszufuhröffnungen (15) derart im Reaktionsgefäß (18) angeordnet sind, um eine waagrechte, rotierende Strömung des Ausgangsgases (19) zu erzeugen.







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