DE3106484C2

DE3106484C2 - Schiffchen für Flüssigphasenepitaxie

Info

Publication number: DE3106484C2
Application number: DE3106484A
Authority: DE
Inventors: Marc Caen Mahieu; Philippe Caen Vandenberg; Jacques Jean Troarn Varon
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1980-02-27
Filing date: 1981-02-21
Publication date: 1986-05-15
Also published as: US4393806A; JPS6023496B2; FR2476690B1; JPS56133822A; DE3106484A1; FR2476690A1; GB2070455B; GB2070455A

Abstract

Schiffchen für Flüssigphasenepitaxie zum Überziehen von Substraten mit zwei Schichten, wobei die zweite der flüssigen Lösungen, die in Kontakt mit Substraten gebracht werden, sich in einem Behälter befindet, der an seinem Boden mit einem entfernbaren Verschlußglied versehen ist. Anwendung: Industrielle Herstellung von zwei epitaktischen Schichten übereinander, insbesondere zur Erzeugung einer Doppelschicht von GaAlAs auf GaAs.

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein tiegelförmiges Schiffchen für Flüssigphasenepitaxie, dessen Boden von einem Träger mit einem Hohlraum in seinem mittleren Teil zur Aufnahme mindestens eines Substrates eingenommen wird, wobei über dem Träger ein durch eine Wand des Schiffchens hindurch in bezug auf den Träger linear verschiebbarer Schlitten "lit zwei Behältern für Schmelzlösungen angeordnet ist, von denen jeder eine Bodenöffnung aufweist.

Die Erfindung betrifft epitaktische Kristallzüchtung im allgemeinen Sinne, aber insbesondere das Züchten von Schichten aus Halbleiterverbindungen des A'"-B^v-Typs, die sich in einem industriellen Verfahren schwer erzeugen lassen.

Ein Schiffchen für Flüssigphasenepitaxie ist in der US-PS 36 90 965 beschrieben. Das in dieser Patentschrift beschriebene Schiffchen enthält drei wesentliche Teile:

— einen Behälter mit der flüssigen Lösung,

— eine erste flache Platte, auf der der Behälter ruht und die den Boden des Behälters bildet, und

— eine zweite flache Platte, die unter der vorhergehenden Platte angeordnet ist, wobei sich in einem Hohlraum derselben das zu überziehende Halbleitersubstrat befindet.

Die beiden Platten sind durch Verschiebung gegeneinander und in bezug auf den Behälter gemäß einer definierten Richtung bewegbar.

Die erste flache Platte ist mit einer Öffnung versehen, deren Form und Querschnitt nahezu denen des Bodens des Behälters gleich und auch nahezu denen des Hohlraumes gleich sind, in dem sich das Substrat befindet.

In einem ersten Schritt werden der Boden des Behälters, die genannte öffnung und der genannte Hohlraum in die gleiche Ebene gebracht. Die flüssige Lösung bedeckt dann das Substrat und füllt die öffnung aus. Anschließend werden die beiden Platten gemeinsam in bezug auf den Behälter verschoben. Das sich im Hohlraum befindende Substrat und die mit einer geringen Menge flüssiger Lösung ausgefüllte Öffnung werden dann derart von dem Behälter entfernt, daß von diesem Zeitpunkt an der Boden des Behälters verschlossen ist Ober die geringe Menge flüssiger Lösung wird dann das Anwachsen der epitaktischen Schicht auf dem Substrat durch geregelte Temperatursenkung durchgeführt

Die mit diesem Schiffchen erhaltene Schicht besitzt eine auffallend hohe Oberflächengüte. Das beschriebene Schiffchen ist aber nicht an eine industrielle Anwendung angepaßt; es ist aufwendig und läßt sich nicht einfach betätigen.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, dem Fachmann ein für eine industrielle Anwendung geeignetes Schiffchen zur Verfügung zu stellen, d. h. ein Schiffchen, das sich leicht verwenden läßt und das es ermöglicht, mehrere Substrate gieichzeitig zu behandeln.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei dem eingangs genanntea. aus der DE-OS 24 18 830 bekannten Schiffchen die Bodenöffnung des Behälters ein Verschlußglied aufnimmt das hi der Endstellung des Schlittens in eine Aussparung im Träger fällt

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Schiffchens ist die senkrecht zur Verschiebungsrichtung des Schlittens gemessene Länge des Verschlußgliedes größer als die Länge des Hohlraumes für das (die) Substrate).

In der verschlossenen Lage des Behälters für die zweite flüssige Sdanelzlösung befindet sich das Verschlußglied in einem ersten Raum, der als durchgehende Bohrung des Schlittens ausgebildet ist, und ruht auf dem genannten Träger. Wenn der Behälter mit der zweiten flüssigen Schmelzlösung geöffnet ist. befindet sich das Verschlußglied in der Ruhelage in einem zweiten im genannten Träger angebrachten Raum.

Die Unterbrechung der Behälter in einem der beiden Enden des Schiffchens ergibt den Vorteil, daß für den im Träger angebrachten Hohlraum vie! Platz zur Verfügung steht; dieser Hohlraum kann lang und breit gemacht werden, und es können darin mehrere Substrate angebracht werden, die gleichzeitig unter denselben Bedingungen behandelt werden. Das Schiffchen behält angemessene Abmessungen, wodurch die Anwendung von Ofen mit nicht zu großen Abmessungen möglich ist. Übrigens bleibt die Erhitzungszone, in der eine sehr genaue Regelung erforderlich ist, schmal, wodurch die Regelung erleichtert wird.

Der Hohlraum ist nicht tief — etwa 2 mm —, und während des Prozesses zur Züchtung der beiden epitaktischen Schichten ist er abgedeckt Die Begrenzung der Substrate durch eine nicht sehr dicke Schicht einer Schmelzlösung begünstigt die Qualität der Züchtung.

Das Schiffchen, das eine einfache Bauart aufweist, bietet auch den Vorteil einer leichten Betätigung, weil nach dem Einführen in den Ofen nur zwei Eingriffe notwendig sind.

Die mit einem Schiffchen nach der Hrfindung erhaltenen epitaktischen Schichten weisen eine hohe Güte auf und sind insbesondere durch eine Oberflächenqualität gekennzeichnet, die mit der durch Epitaxie aus der Dampfphase erhaltener Schichten vergleichbar ist.

Das Schiffchen nach der Erfindung eignet sich zur Erzeugung epitaktischer Schichten auf jedem geeigneten Substrat. Obgleich es für epitaktische Züchtung von A^m-B⁵-Materialien, insbesondere von CJaAlAs, z. B. zum Stabilisieren elektrolumineszierender Dioden, entworfen ist, eignet es sich zur Anwendung in allen Fällen, in denen Schichten aus Halbleiterverbiridungen in einem industriellen Verfahren gezüchtet werden.

Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an-

hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf ein Schiffchen,

Fig.2 einen Längsschnitt längs der Linie II-11 der Fig.l,

Fig.3 einen Querschnitt längs der Linie III-HI der F i g. 1 und

F i g. 4A bis 4C (in bezug auf die vorhergehenden Figuren etwas vereinfacht) drei aufeinanderfolgende Stufen des Verfahrens zur Erzeugung zweier epitaktischer Schichten auf Substraten. ι ο

Das Schiffchen nach der Erfindung wird in einer Epitaxievorrichtung bekannter Bauart verwendet, die insbesondere mit einem waagerechten Raum, in dem das genannte Schiffchen angeordnet ist und mit einem Ofen versehen ist Nur das Schiffchen, das den Gegenstand der Erfindung bildet, ist in den Figuren dargestellt.

Das Schiffchen 1 nach den Fig. 1, 2 und 3 ist mit einem Gefäß oder Tiegel 10 in Form eines Parallelepipeds versehen, an dessen Boden eine Platte angeordnet ist. Diese Platte, die in der Mitte mit einem rechteckigen Hohlraum 12 zur Aufnahme von Substraten, z. B. Ha!bleitersubstraten, versehen ist, bildet den Träger 11 des Schiffchens. Auf dem Träger 11 ruht eine andere Platte 13, die durch Wände 101 und 102 des Tiegels 10 geführt ist. Die Platte 13 kann eine Translationsbewegung über den Träger 11 (von rechts nach links und umgekehrt; vgl. F i g. 1 und 2), z. B. mit Hilfe eines in einem Loch 14 geführten Hakens vollführen. Vorzugsweise wird die Platte 13 in bezug auf die Verschiebungsrichtung seitlich in Nuten 15 festgehalten, die in Längswänden 103 und 104 des Tiegels 10 angebracht sind.

Die Platte 13 trägt zwei Behälter 16 und 17, die nebeneinander angeordnet sind und zur Aufnahme von Schmelzlösungen für Flüssigphasenepitaxie dienen. Das aus der Platte 13 und den Behältern 16 und 17 bestehende Gebildet stellt den oben als Schlitten bezeichneten Teil dar, der mit der Bezugsziffer 18 versehen ist.

Um die Herstellung, den Zusammenbau und die Demontage des Schiffchens zu erleichtern, sind die Seitenwände 19 der Behälter 16 und 17 in bezug auf die Bodenplatte 13 des Schlittens 18 lösbar ausgeführt. Sie bilden ein Ganzes, das in einer Nut 20 der Platte 13 angeordnet ist. Der Träger 11 ist in Form einer entfernbaren Platte ausgebildet, die in den Boden des Schiffchens 1 geschoben wird; tatsächlich wird der Boden des Schiffchens durch einen Teil des Trägers 11 gebildet.

Bei dem Schiffchen nach der Erfindung ist einer der Behälter, und zwar der Behälter 16, am Boden mit einem entfernbaren Verschlußglied 21 versehen, während der Boden des anderen Behälters 17 durch den Träger 11 gebildet wird. Der Behälter 17 dient zur Aufnahme der ersten flüssigen Schmelzlösung, die mit den Substraten im Hohlraum 12 in Kontakt gebracht werden muß. In den Behälter 16 wird die zweite Schmelzlösung eingeführt.

Der Behälter 17 hat Kontakt zum Träger 11 über eine erste rechteckige öffnung 131 in der Platte 13. Vorzugsweise sind die zur Verschiebungsrichtung des Schlittens senkrechten Ränder dieser Öffnung abgeschrägt, um die Verteilung der ersten flüssigen Schmelzlösung und die Wiederaufnahme des verbleibenden Teiles dieser Schmelzlösung in den Behälter 17 nach der Züchtung der ersten epitaktischen Schicht zu erleichtern.

Die Behälter 16 und 17, die vom einen Ende des Schiffchens zu dem anderen Ende desselben verschoben werden können, verfugen auf dem Träger U über zwei Verweilplätze 111 und ΐ 12 (rechts bzw. links in den F i g. 1 und 2), die je an einem der Enden am Rande des Hohlraumes 12 liegen.

Eine zweite öffnung 132, die in der Platte 13 dem Behälter 16 gegenüber angebracht ist und etwas größer als das Verschlußglied 21 ist, ergibt einen ersten Raum für dieses Verschlußglied. Eine Öffnung 113, die im Träger 11 angebracht ist, ergibt einen zweiten Raum für das Verschlußglied 21 in der Nähe des Verweilplatzes 112. Die Öffnung 113 ist etwas größer als das Verschlußglied 21. Das Verschlußglied 21 ist, in der Richtung senkrecht zur Verschiebungsrichtung des Schlittens 18 gemessen, langer als der Hohlraum 12 (in derselben Richtung gemessen). Dadurch kann das Verschlußglied 21, v/enn der Schlitten 18 verschoben wird, nicht in den Hohlraum 12 fallen. Der Behälter 16 bleibt während der Verschiebung des Schlittens 18, um den Behälter 17 von dem Verweilplatz 111 zu dem Verweilplatz 112 zu führen, am Boden verschlossen.

Die Teile, die das Schiffchen 1 bilden, bestehen z. B. wie üblich aus Graphit. Die Dicken des Verschlußgfiedes 21, der Platte 13 und des Trägers *1 sind derart, daß der Schütten 18 unbehindert verschoben werden kann. Im Ausführungsbeispiel nach den Fig.! bis 3 sind die Dicken dieser Elemente praktisch einander gleich, dies ist aber nicht notwendig.

Die Fig.4A, 4B und 4C stellen drei verschiedene ZeitpunKte in einem epitaktischen Züchtungsvorgang unter Verwendung des Schiffchens 1 dar. Vor der Züchtung der ersten epitaktischen Schicht befindet sich das Schiffchen 1 in der in Fig.4A dargestellten Lage. Substrate 40 ruhen im Hohlraum 12. Der Schlitten 18 ist derart dargestellt, daß die Behälter rechts in den Figuren auf dem Verweilplatz 111 angeordnet sind. Der Behälter 16 ist mit dem Verschlußglied 21 verschlossen, das sich in der öffnung 132 (vgl. F i g. 2) befindet. Die Behälter 17 und 16 enthalten eine erste flüssige Schmelzlösung 171 bzw..eine zweite flüssige Schmelzlösung 161.

In einem ersten Schritt des Verfahrens wird der durch Wände 101,102 des Schiffchens 1 geführte Schlitten 18 von rechts nach iinks bewegt, bis sich die Behälter 16 und 17 am anderen Ende des Schiffchens auf dem Verwei!?latz 112 befinden. Während der Verschiebung des Schlittens 18 bleibt der Behälter J6 durch das Verschlußglied 21 verschlossen, während aus dem Behälter 17 während seiner Verschiebung über den Hohlraum 12 wenigstens ein Teil der flüssigen Schmeizlösung 171 in den Hohlraum fließt und die Substrate 40 bedeckt.

Am Ende des ersten Schrittes nimmt das Schiffchen 1 die Lage nach Fi g. 4B ein. Der Behälter 17 ist aufs neue verschlossen. Das Verschlußglied 21, das in eine Lage oberhalb der Öffnung 113 gelangt ist, ist in diese öffnung gefallen.

Nach einer Ruheperiode, während der eine erste epitaktische Schicht auf den Substraten 40 anwächst, wird der Schlitten 18 im Schiffchen 1 von Iinks nach rechts gezogen, bis die Behälter 16 und 17 aufs neue auf den Verweilplatz 111 gelangt sind (Fig.4C). Während dieser Verschiebung gelangt überschüssige flüssige Schmeizlösung 171 aus dem Hohlraum 12 in den Behälter 17. Der Behalte 16 ist am Boden von dem Zeitpunkt an geöffnet, zu dem er sich über dem Hohlraum 12 befindet; die Schmelzlösung 161 kann frei fließen und ersetzt die Lösung 171. Dann kann zum Anwachsen der zweiten epitaktischen Schicht übergegangen werden.

Es sei bemerkt, daß der Hohlraum 12 während der beiden Züchtungssclifitte mit der Platte 13 des Schlittens 18 bedeckt ist.

Vorzugsweise ist der anfängliche Pegel der flüssigen Lösung 161 im Behälter 16 soviel höher als derjenige

der Schmelzlösung 171 im Behälter 17. daß die zweite Schmelzlösung 161 dazu beiträgt, die erste Schmelzlösung 171 während des Ersatzes der ersten durch die zweite Schmelzlösung zurückzutreiben.

Beim Schiffchen nach der Erfindung ist für den Hohlraum 12 viel Raum reserviert; dadurch ist es möglich, eine große Anzahl von Substraten gleichzeitig zu behandeln. Bei einem Schiffchen, das auf der Außenseite Abmessungen von etwa 40 χ 10 cm aufweist, nimmt der Hohlraum 150 bis 180 cm² in Anspruch, und es können z. B. acht bis zehn Substrate darin aufgenommen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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30

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40

45

50

55

60

65

Claims

Patentansprüche:

l.Tiegelförmiges Schiffchen für Flüssigphasenepitaxie, dessen Boden von einem Träger mit einem Hohlraum in seinem mittleren Teil zur Aufnahme mindestens eines Substrates eingenommen wird, wobei über dem Träger ein durch eine Wand des Schiffchens hindurch in bezug suf den Träger linear verschiebbarer Schlitten mit zwei Behältern für Schmelzlösungen angeordnet ist, von denen jeder eine Bodenöffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenöffnung (132) des Behälters (16) ein Verschlußglied (21) aufnimmt, das in der Endstellung des Schlittens (18) in eine Aussparung (113) im Träger (11) fällt
2. Schiffchen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrecht zur Verschiebungsrichtung des Schlittens (18) gemessene Länge des Verschlußghpdes (21) größer ist als diejenige des Hohlraums (12) für das (die) Substrate).