DE2140582B2

DE2140582B2 - Method for producing an epitaxially grown laminated body

Info

Publication number: DE2140582B2
Application number: DE2140582A
Authority: DE
Inventors: J Grandia; R M Potemski; J M Woodall
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1970-08-17
Filing date: 1971-08-13
Publication date: 1975-06-19
Also published as: NL175535C; NL7111290A; AU3240971A; CA955507A; CH548791A; SE377055B; NL175535B; GB1300187A; DE2140582A1; FR2104258A5; JPS5134391B1; AU459061B2; BE771417A

Description

rung des Niederschlags benutzt. So wurden Schmelzen von vorbestimmter Zusammensetzung gesättigt und dann mit einer bestimmten Geschwindigkeit gekühlt, um einen Niederschlag von z.B. Gallium-Aluminium-Arsenid zu erreichen. Die genaue Zusammensetzung des festen Niederschlags wurde durch die Kühlgeschwindigkeit sowie durch die infängliche Zusammensetzung der Schmelzen bestimmt.used for precipitation. Melts of a predetermined composition were thus saturated and then cooled at a certain rate in order to precipitate e.g. gallium-aluminum-arsenide to reach. The exact composition of the solid precipitate was determined by the Cooling rate and determined by the initial composition of the melt.

Nach einem anderen Vorschlag wurde eine Flüssigkeit zwischen zwei feste Körper gleicher Zusammensetzung gebracht. Wenn die Temperatur des einen festen Körpers gegenüber der des anderen erhönt wird, wird der erste feste Körper in Lösung gehen, die Substanz wird durch die Flüssigkeit diffundieren und sich auf der Oberfläche des anderen festen Körpers niederschlagen. According to another proposal, a liquid was placed between two solid bodies of the same composition brought. When the temperature of one solid body is raised compared to that of the other, the first solid body will go into solution, the substance will diffuse through the liquid and become itself precipitate on the surface of the other solid body.

Es ist bekannt, daß Ga₁^Al_xAs vorteilhafte Eigenschaften besitzt, wenn es durch Flüssigphasen-Epitaxie gebildet wird. Das epitaktische Wachstum von Ga₁ __xAl*As-Schichten aus der Flüssigphase ist bereits benutzt worden, um bestimmte Schwellwertstromdichten bei Injektionslasern zu erreichen. Das ist möglich für Übergänge zwischen verschiedenen Materialien aus GaAs und Ga_{1 x}Al^As. Dazu ist schon eine 1 μ dicke Si-dotierte P-leitende Schicht verwendet worden, wobei 0,2 < X < 0,5 war. Eine höhere Leistungsfähigkeit einer solchen Struktur kann erwartet werden, wenn die P-leitende GaAs-Schicht noch dünner gemacht werden kann. Bisher wurden Schichten in der Größenordnung von 1 μ Dicke dadurch hergestellt, daß Schmelzen verschiedener Zusammensetzungen mit der Oberfläche einer Substratschicht in Berührung gebracht wurden, von der jeweils die Flüssigkeit der vorhergehenden Schmelze mechanisch abgewischt worden war.It is known that Ga ₁ ^ Al _x As has advantageous properties when it is formed by liquid phase epitaxy. The epitaxial growth of Ga ₁ _ _x Al * As layers from the liquid phase has already been used to achieve certain threshold current densities in injection lasers. This is possible for transitions between different materials made of GaAs and Ga _{1 x} Al ^ As. A Si-doped P-conductive layer with a thickness of 1 μ has already been used for this, where 0.2 <X <0.5. Higher performance of such a structure can be expected if the P-type GaAs layer can be made even thinner. So far, layers on the order of 1 μ thick have been produced by bringing melts of various compositions into contact with the surface of a substrate layer from which the liquid of the previous melt had been mechanically wiped off.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, durch das mit Hilfe von aus der Flüssigphase aufgewachsenen Schichten definierter Zusammensetzung ein epitaktisch gewachsener Schichtkörper mit mehreren Schichten hergestellt werden kann. Dabei sollen Schichtdicken von weniger als 1 μ erreichbar sein.The object of the invention is to provide a method by which with the help of from the liquid phase grown layers of defined composition with an epitaxially grown layer body multiple layers can be produced. Layer thicknesses of less than 1 μ should be achieved be.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei dem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Schmelze, mit der das Substrat gerade in Berührung steht, mit der festen Phase im thermischen Gleichgewicht gehalten wird, und daB das Substrat so mit der nächsten Schmelze in Berührung gebracht wird, daß noch ein die Oberfläche bedeckender Teil der vorhergehend berührten Schmelze vorhanden ist und sich durch die bei der Mischung der beiden Schmelzen entstehende Übersättigung die Schicht bildet. According to the invention, this object is achieved in the method of the type mentioned at the outset by that the melt, with which the substrate is currently in contact, with the solid phase in the thermal Equilibrium is maintained, and that the substrate is thus brought into contact with the next melt becomes that a part of the previously contacted melt that covers the surface is still present and the layer is formed by the supersaturation resulting from the mixing of the two melts.

Dieses Verfahren kann unter an sich bekanntem, langsamen Abkühlen des aus den Schmelzen und dem Substrat bestehenden Systems durchgeführt werden. Darüber hinaus wurde festgestellt, daß, wenn zwei verschiedene Schmelzen gleicher Temperatur, deren jede für sich gesättigt ist, gemischt werden, eine Übersättigung eintritt und ein isothermisches Kristallwachstum erfolgt. Es ist daher möglich, durch richtiges Mischen verschiedener Schmelzen eine Kristallschicht bestimmter Dicke und Zusammensetzung aufzuwachsen. Durch wiederholtes Mischen von Schmelzen ist es möglich, Übergänge zwischen Kristallschichten aus verschiedenem Material zu erzeugen. Weiterhin ist die Herstellung mehrschichtiger Strukturen möglich mit Schichtdicken unterhalb von 1 μ. Es wird deshalb als vorteilhafte Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens angesehen, daß beim Auskristallisieren der die einzelnen Schichten bildenden Verbindungen das aus den Schmelzen und dem Substrat bestehende Systern auf der gleichen Temperatur gehalten wird.This process can be carried out with the known, slow cooling of the system consisting of the melts and the substrate. In addition, it has been found that if two different melts of the same temperature, each of which is individually saturated, are mixed, supersaturation occurs and isothermal crystal growth occurs. It is therefore possible to grow a crystal layer of a certain thickness and composition by properly mixing different melts. By repeatedly mixing melts, it is possible to create transitions between crystal layers made of different materials. It is also possible to manufacture multi-layer structures with layer thicknesses below 1 μ. It is therefore regarded as an advantageous embodiment of the method according to the invention that when the compounds forming the individual layers crystallize out, the system consisting of the melts and the substrate is kept at the same temperature.

Eine vorteilhafte Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß der epitaktisch gewachsene Schichtkörper auf ein Substrat aus Galliumarsenid (GaAs) aufgewachsen wird. BesondersAn advantageous embodiment of the method according to the invention is that the epitaxially grown Laminated body is grown on a substrate made of gallium arsenide (GaAs). Particularly

ίο vorteilhafte Verhältnisse werden erhalten, wenn beim Aufwachsen des Schichtkörpers aus Ga_1-^Al_xAs-Verbindungen ungefähr für die eine Schmelze X = ίο advantageous ratios are obtained when the growth of the layered body made of Ga _1- ^ Al _x As compounds approximately for the one melt X =

0,7 und für die andere Schmelze X = 0,5 beträgt.0.7 and for the other melt X = 0.5.

Vorteilhaft ist es ferner, daß den Schmelzen zur BiI-It is also advantageous that the melt for forming

¹S dung einer Struktur aus mindestens zwei Halbleiterschichten mit einem PN-Übergang Dotierungsstoffe zugeführt werden. ¹ S formation of a structure of at least two semiconductor layers with a PN junction dopants are supplied.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in vorteilhafter Weise so durchgeführt, daß ein SubstrathalterThe method according to the invention is advantageously carried out in such a way that a substrate holder

innerhalb einer von den Behältern gebildeten, zylindrischen Kammer gedreht wird und in eine neutrale Stellung gebracht werden kann, in der das Substrat mit der seine Oberfläche bedeckenden Schmelze nicht in Verbindung mit einer der Schmelzen steht.is rotated within a cylindrical chamber formed by the containers and into a neutral one Can be brought into position in which the substrate with the melt covering its surface does not is in connection with one of the melts.

*5 Vorteilhaft ist es ferner, daß die Dicke der jeweils aufwachsenden Schicht durch das Volumenverhältnis der einen Schmelze zu der mit dem Substrat übertragenen anderen Schmelze durch die Aufwachstemperatur und das Schmelzvolumen gesteuert wird. Beson-* 5 It is also advantageous that the thickness of each growing layer by the volume ratio of a melt to that transferred with the substrate other melt is controlled by the growth temperature and the melt volume. Special

ders vorteilhafte Verhältnisse werden erhalten, wenn zur Erzielung einer Schichtdicke von etwa 1 μ ein Volumenverhältnis der einen Schmelze zu der die Substratoberfläche bedeckenden anderen Schmelze etwa 25:1 beträgt.These advantageous ratios are obtained if a volume ratio is used to achieve a layer thickness of about 1 μ one melt to the other melt covering the substrate surface 25: 1.

Die Erfindung wird an Hand von durch die Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigenThe invention is described on the basis of exemplary embodiments illustrated by the drawings. Show it

Fig. 1 A bis IC ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum epitaktischen Aufwachsen einesFig. 1A to IC a first embodiment of a Device for epitaxial growth of a

Schichtkörpers durch Mischen zweier Schmelzen,Layered body by mixing two melts,

Fig. 2A und 2B Diagramme, die das Aufwachsen einer mehrschichtigen Struktur zeigen und in denen für zwei Betriebsarten die Molanteile der Zusammensetzung über der Dicke in Wachstumsrichtung aufgezeichnet sind,Figs. 2A and 2B are diagrams showing the growth of a multilayer structure and in which for two modes of operation the mole fractions of the composition plotted against the thickness in the direction of growth are,

Fig. 3 A und 3B ein idealisiertes thermisches Phasendiagramm für das Kristallsystem Ga,_^Al^As, wobei Fig. 3B einen vergrößerten Teil von Fig. 3 A zeigt,FIGS. 3A and 3B show an idealized thermal phase diagram for the crystal system Ga, _ ^ Al ^ As, FIG. 3B being an enlarged part of FIG. 3A shows,

F i g. 4 A bis 4 E die Herstellung einer mehrschichtigen Struktur mit der in den Fig. 1 A bis 1C gezeigten Vorrichtung, durch Darstellung der aufeinanderfolgenden Lagen des Substrathalters undF i g. 4 A to 4 E show the production of a multilayer structure with that shown in FIGS. 1 A to 1C Device, by showing the successive layers of the substrate holder and

Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vor-Fig. 5 shows a second embodiment of a pre

richtung zum epitaktischen Aufwachsen eines Schichtkörpers in schaubildlicher Ansicht.direction for epitaxial growth of a layered body in a diagrammatic view.

Ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Aufwachsen von Schichten ist schematisch im Vertikalschnitt in Fig. IA, im Horizontalschnitt inA first exemplary embodiment of an apparatus for growing layers is shown schematically in FIG Vertical section in Fig. 1A, in horizontal section in

Fig. IB und in perspektivischer Ansicht in Fig. IC gezeigt. In den Fig. IA und 1B sind ein Behälter 14 und ein Substrathalter 16 dargestellt, wobei der Substrathalter drehbar im Behälter befestigt ist. Der Behälter 14 besitzt eine Außenwand 18, eine Innenwand 20, Fenster 22a und 22b und einen Boden 19. Die Trennwände 24a und 24b teilen den Behälter 14 in zwei separate Kammern 25a und 256. Der Substrathalter 16 umfaßt einen Zylinder 30 und einen Befesti-Fig. IB and shown in perspective view in Fig. IC. 1A and 1B, a container 14 and a substrate holder 16 are shown, the substrate holder being rotatably mounted in the container. The container 14 has an outer wall 18, an inner wall 20, windows 22a and 22b and a bottom 19. The partition walls 24a and 24b divide the container 14 into two separate chambers 25a and 256. The substrate holder 16 comprises a cylinder 30 and a fastening

Jungsbereich 32, welcher das Substrat 34 trägt. Der Einschnitt 36 im Substrathalter 16 weist eine BohrungBoys area 32, which carries the substrate 34. The incision 36 in the substrate holder 16 has a bore

42 auf, in welche ein Stift hineinragt, der eine vertikale Verschiebung des Substrathalters 16 verhindert, jedoch dessen Drehung im Behälter 14 gestattet. Ein Vertikalschlitz 31 (Fig. IC) gestattet die Belüftung des Bereiches 32. Der Behälter 14 und der Substrathalter 16 sind von außen über die Welle. 40 zugänglich, die mit der Mutter 38 auf der Schraube 39 befestigt wird. Der Behälter 14 enthält in der Kammer 25a eine Schmelze M₄ einer ersten Zusammensetzung und in der Kammer 2Sb eine Schmelze M₈ einer zweiten Zusammensetzung. Zum Betrieb der beschriebenen Vorrichtung wird der Substrathalter 16 in den Raum innerhalb der Innenwand 20 eingesetzt. Der Befestigungsbereich 32 ist so angelegt, daß er bei Drehung mit den Fenstern 22a und 22b derart fluchtet, daß die Schmelze M_A und M₈ mit dem Substrat .34 in Berührung kommt. Der Substrathalter 16 kann so gedreht werden, daß das Substrat 34 durch das Fenster 22b mit der Schmelze M_ß oder durch das Fenster 22a mit der Schmelze M_A in Berührung steht.42, into which a pin protrudes, which prevents a vertical displacement of the substrate holder 16, but allows its rotation in the container 14. A vertical slot 31 (FIG. 1C) allows ventilation of the area 32. The container 14 and the substrate holder 16 are externally via the shaft. 40 accessible, which is fastened with the nut 38 on the screw 39. The container 14 contains a melt M _{4 of} a first composition in the chamber 25a and a melt M _{8 of} a second composition in the chamber 2Sb. To operate the device described, the substrate holder 16 is inserted into the space within the inner wall 20. The fastening area 32 is designed in such a way that, when rotated, it is aligned with the windows 22a and 22b in such a way that the melt M _A and M ₈ comes into contact with the substrate .34. The substrate holder 16 can be rotated so that the substrate 34 is in contact _{with the melt M β} through the window 22b or with the melt M _{A through the window 22a.}

Das Substrat 34 wird im Befestigungsbereich 32 angebracht, der Substrathalter 16 dann innerhalb der Wand 20 eingesetzt und in seiner Lage befestigt, indem der Stift durch die Bohrung 42 in die Vertiefung 36 gesteckt wird. Die Schmelze M₈ wird in die Kammer 25 b und die Schmelze M_A in die Kammer 25 a gebracht. GalHumarsenidquellen 44a und 44b werden auf den Böden der Kammern 25a und 25b befestigt. Der Zylinder 30 wird so gedreht, daß das Substrat 34 weder vor dem Fenster 22a noch vor dem Fenster 22b steht. Die in den Fig. IA und 1B gezeigte Vorrichtung ist in einer Unterdruckkammer installiert, wie im einzelnen in Fig. IC dargestellt ist.The substrate 34 is attached in the fastening area 32, the substrate holder 16 is then inserted within the wall 20 and fastened in its position by inserting the pin through the bore 42 into the recess 36. The melt M ₈ is brought into the chamber 25 b and the melt M _A into the chamber 25 a. Gall humarsenide sources 44a and 44b are attached to the bottoms of chambers 25a and 25b. The cylinder 30 is rotated so that the substrate 34 is neither in front of the window 22a nor in front of the window 22b. The apparatus shown in Figs. 1A and 1B is installed in a vacuum chamber as shown in detail in Fig. 1C.

Die in Fig. IC gezeigte Kammer 150 aus Quarz enthält den Behälter 14. Sie verfügt über eine Einlaßöffnung 154, eine Auslaßöffnung 152. zwei Dotierungsröhren 156a und 156b, eine Wellendurchführung 160 und die Führungen 102a und 102 b. Eine Gasquelle wird an die Einlaßöffnung 154 und ein Unterdrucksystem an die Auslaßöffnung 152 angeschlossen. Die Gasquelle liefert hochgradig reinen Wasserstoff an das System. Das Unterdrucksystem erzeugt einen Druck von etwa 1 Mikron Quecksilbersäule oder weniger. Die Dotierungsröhren 156a und 156b führen durch Dichtungen 167a und 167b. Das ganze System wird zunächst im Unterdruck auf eine Temperatur erwärmt, die unterhalb der Aufwachstemperatur liegt und anschließend mit Wasserstoff gespült.The quartz chamber 150 shown in FIG. 1C contains the container 14. It has an inlet opening 154, an outlet opening 152. two doping tubes 156a and 156b, a shaft bushing 160 and guides 102a and 102b. One A gas source is connected to inlet port 154 and a vacuum system to outlet port 152. The gas source supplies highly pure hydrogen to the system. The vacuum system generates a pressure of about 1 micron of mercury or less. The doping tubes 156a and 156b lead through seals 167a and 167b. The whole system is initially in the negative pressure on one Heated temperature that is below the wake-up temperature and then with hydrogen flushed.

Die in die Unterdruckkammer eingesetzte Anordnung besteht aus zwei Teilen: Dem Behälter 14 mit den drei darin befindlichen Kammern 25a, 25b undThe arrangement used in the vacuum chamber consists of two parts: the container 14 with the three chambers 25a, 25b and located therein

43 sowie einem zylindrisch geformten Substrathalter 16, der in die Kammer 43 paßt. Der Behälter 14 hat zwei separate Kammern 25a und 25b für die Aufnahme der Schmelzen, die mit der mittleren Kammer 43 durch die Fenster 22a und 22b verbunden sind. Zwei Führungen 102a und 102i> an der Außenseite des Behälters 14 halten diesen in der Kammer 150 in einer festen Lage. Der Substrathalter 16 wird in die Kammer 43 eingesetzt und hat einen Bereich 32 zum Halten des Substrats 34. Ein Einschnitt 36 auf dem Substrathalter 16 gestattet eine Drehung des Halters und verhindert eine vertikale Bewegung mittels eines in den Einschnitt hineinragenden Stiftes. Der Vertikalschlitz 31 gestattet die Belüftung der Substratkammer. Das Substrat 34 wird im Bereich 32 befestigt und zunächst mit dem Substrathalter so gedreht, daß es der Trennwand 24a bzw. 24b gegenübersteht. Die GalHumarsenidquellen 44a und 44b sind eingebracht.43 and a cylindrically shaped substrate holder 16 which fits into the chamber 43. The container 14 has two separate chambers 25a and 25b for receiving the melt, which are connected to the middle chamber 43 through the windows 22a and 22b are connected. Two tours 102a and 102i> on the outside of the container 14 hold it in the chamber 150 in a fixed position. The substrate holder 16 is in the chamber 43 is inserted and has an area 32 for holding the substrate 34. An incision 36 on the substrate holder 16 allows rotation of the holder and prevents vertical movement by means of a pin protruding into the incision. The vertical slot 31 allows ventilation of the Substrate chamber. The substrate 34 is fastened in the area 32 and first rotated with the substrate holder so that that it faces the partition wall 24a or 24b. Gal-Humarsenide Sources 44a and 44b are introduced.

Die vorgesehenen Lösungen werden in die Kammern 25a und 25b eingebracht. Eine Dotierung kann bereits zugegeben sein oder später durch die Rohre 156a und 156b eingelassen werden. Mit dem in denThe proposed solutions are introduced into chambers 25a and 25b. A doping can already added or later admitted through tubes 156a and 156b. With the in the

ίο Einschnitt 36 ragenden Stift kann sich der Substrathalter 16 frei drehen, laßt sich jedoch relativ zum Behälter 14 nicht vertikal bewegen. Die Welle 40 wird dann mit der Mutter 38 am Behälter 14 befestigt und die ganze Einheit in der Kammer 150 so abgesenkt, daß die Führungen 102a und 102b in die Führungsnuten 162a und 162b am Behälter 14 eingreifen. In der neutralen, d.h. zur Trennwand 24a bzw. 24b hin gedrehten Stellung des Substrats 34 wird das System evakuiert, angewärmt und dann wieder mit Wasser-ίο incision 36 protruding pin can become the substrate holder 16 rotate freely, but cannot be moved vertically relative to the container 14. The shaft 40 is then fastened with the nut 38 to the container 14 and the entire unit is lowered in the chamber 150 so that that the guides 102a and 102b engage in the guide grooves 162a and 162b on the container 14. In the neutral position of the substrate 34, i.e. rotated towards the partition wall 24a or 24b, becomes the system evacuated, warmed and then again with water

ao stoff gefüllt. Die Wasserstoff zuführung wird während des gesamten Aufwachsens fortgesetzt. Das System wird dann auf die vorgesehene Temperatur, z.B. 750 bis 950° C, erwärmt, und den Lösungen Μ,, und M₈ wird genügend Zeit gelassen, sich dieser Temperatur anzugleichen. Der Substrathalter 16 wird dann um 90" gedreht, so daß das Substrat 34 in eines der beiden Fenster 22a oder 22b gelangt. Die Schmelze in der jeweiligen Kammer 25a oder 25b berührt das Substrat und das Aufwachsen wird eingeleitet durch Abkühlen mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit, z. B. zwischen 0,03° C/min und 30° C/min. Wenn eine erste Schicht aufgewachsen ist, kann bei andauernder Kühlung der Substrathalter in das andere Fenster gedreht werden. Die Kühlung kann aber auch abgebrochen und ein isothermisches Aufwachsen fortgesetzt werden bei aufeinanderfolgenden Drehungen des Substrathalters in der Weise, daß das Substrat 34 sich abwechselnd in einem der Fenster 22a und 22b befindet. ao fabric filled. The supply of hydrogen is continued throughout the growth. The system is then heated to the intended temperature, for example 750 to 950 ° C., and the solutions Μ ,, and M ₈ are given sufficient time to adjust to this temperature. The substrate holder 16 is then rotated 90 "so that the substrate 34 passes into one of the two windows 22a or 22b. The melt in the respective chamber 25a or 25b contacts the substrate and growth is initiated by cooling at a predetermined rate, e.g. B. between 0.03 ° C./minute and 30 ° C./minute When a first layer has grown, the substrate holder can be turned into the other window with continued cooling upon successive rotations of the substrate holder in such a way that the substrate 34 is located alternately in one of the windows 22a and 22b.

Nachdem die gewünschte Aufwachsung erzielt wurde, wird der Substrathalter 16 in die neutrale Stellung gedreht und die Heizung wird abgeschaltet, welche mittels Zuführung eines elektrischen Stromes über die Klemmen 106 und 108 zur Heizwicklung 104 er-After the desired growth has been achieved, the substrate holder 16 is in the neutral position turned and the heating is switched off, which by supplying an electric current over terminals 106 and 108 for heating coil 104

folgt. Der Behälter 14 wird normalerweise in diesem Zustand belassen, bis er sich auf Raumtemperatur abgekühlt hat.follows. The container 14 is normally left in this state until it cools to room temperature Has.

In Fig. 2 A ist der Molanteil von AlAs in Abhängigkeit von der Dicke, gemessen in Mikron in der Wachstumsrichtung, einer Schicht aufgezeichnet, die aus der flüssigen Phase epitaktisch aufgewachsen wurde mittels nur einer Drehung zwischen der Schmelze M_A und der Schmelze M_fl. Der Nullpunkt dieser Kurve entspricht der Schnittstelle zwischen dem Galmimarsenidsubstrat und der.epitaktischen Schicht aus GaAlAs. Das Schichtprofii ist in drei Bereiche mit den Bezeichnungen I, II und ΠΙ unterteilt. Bereich I wurde aus einer Schmelze mitrelativviel Aluminium aufgewachsen, und Bereich HI resultiert aus der Abkühlung des Bereiches Π mit einer höheren als der Gleichgewichts-Abkühlungsgeschwindigkeit. Bereich I ist homogen zusammengesetzt und Bereich II relativ homogen, wogegen der Bereich m eine relativ große Veränderung in der Zusammensetzung auf-2A shows the molar fraction of AlAs as a function of the thickness, measured in microns in the growth direction, of a layer which was epitaxially grown from the liquid phase by means of only one rotation between the melt M _A and the melt M _fl . The zero point of this curve corresponds to the interface between the calamine arsenide substrate and the epitaxial layer made of GaAlAs. The shift professional is divided into three areas with the designations I, II and ΠΙ. Area I was grown from a melt with a relatively high amount of aluminum, and area HI results from the cooling of area Π at a higher than equilibrium cooling rate. Area I is composed homogeneously and area II is relatively homogeneous, whereas area m shows a relatively large change in the composition.

weist. Wie festgestellt wurde, beginnt die Abkühlung nach Abschaltung der Heizung sehr langsam und wird später schneller. Die Aluminiumkonzentration fällt daher mit zunehmender Abkühlungsgeschwindigkehshows. As has been established, the cooling begins and becomes very slow after the heating is switched off later faster. The aluminum concentration therefore falls as the cooling speed increases

)~³. Die Drehung des Substrathalters) ~ ³ . The rotation of the substrate holder

der eine Auflösung vonungefahthe one resolution of unsafe

des Subs rates auf dieof the sub-council on the

teile AlAs umgerechnet.divide AlAs converted.

_Ab- »5 _A b- »5 ^raitrait

tür, die durch das
Schmelz-Mischvertahrendoor through the
Melt-mixing process

sammemeuungengeneral messages

Täler - »^a^..*
Schmelze «»**Valleys - » ^a ^ .. *
Melt «» **

Konzentrationsprofil j R°chteck«_elle. Die Damp-. daß die «itdMnrktlol-Concentration profile j R ° chteck "rc _e. The steam. that the «itdMnrktlol-

Schicht von M,, Erstellt und derLayer of M ,, Created and the

Durchschnittswert eineAverage value one

daß das Aufwüchsen ^e'".that growing up ^e '".

zwei Schmelzen ist, da die W^two melting is because the W ^

20 Durchgänge konstant gehalten wu20 rounds kept constant

Auflösuni der Meßeinrichtung zei|Resolution of the measuring device zei |

idealisiertes Rechteckprofil. ^S°^w°^h^ ^karÄeCharakteris k der beiden Schmelzen ^ ^ schleiche Cha^ens^ _Vermischung beideidealized rectangular profile. ^S ° ^w ° ^h ^ ^ka rÄeCharakteris k of the two melts ^ ^ creeping cha ^ ens ^ _mixing both

für ungefähr 3» und M^, zeigt_«' _{h Rem welt}eres AufjVen der Schmelzen erreicM st _AbküWung beobachten, wachsen von Knsta» ^ _Schmdze .„ _emer derfor about 3 "and M ^, shows_"' _{h Rem welt} eres AufjVen the melt reached st _{Observe the cooling} , grow of art "^ _melt ." _Emer der

Das Volumenverna _BehäUers 14 zu derThe volume _{verna BehäUers} 14 to the

rn kammern ^^fl ^,f _Subetrathalter von der einenrn chambers ^ ^fl ^, f _Subetrath age of the one

einem Al/Ga-GevrichBverhakras ^an Al / Ga-GevrichBverhakras ^

Melt und zwischen 852° und 842 C aOE_KAuf. ygW.ah.rden ^ whe™Shei PhasernGrenzzusammenseKunj '»^the™'?JSL_tem. Das Phasendragramm del S^ Ga,_,Al,As-S)«tems KMelt and between 852 ° and 842 C aoE _Kauf . ygW.ah.rden ^ whe ™ Shei PhaserGrenzzusammenseKunj '» ^the ™'? JSL _tem . The phase diagram of the S ^ Ga, _, Al, As-S) «tems K

zwischen ^^^SS^^^f^ wachsen wurde. »«SdiidiftanwK _{d Aufwa}chs-Veränderangder Al-KonzCTttaüon« _{A litude} m between ^^^ SS ^^^ f ^ was growing. »« SdiidiftanwK _{d wake} -up change of the Al-KonzCTttaüon « _{A litude} m

achse mit einer <g??*£?§$_UBa**ri betragt Richtung axis with a <g ?? * £? § $ _UBa ** ri amounts to direction

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nie die gemischie Schmelze übersättigt ist und som eine Kristallisation stattfinden kann. Fig. 3B zeij schematisch die GaAlAs-FlüssigkeitsHnie 122 bei e ner konstanten Temperatur Tin der Ga-rejchen EcI des Phasendiagramms. Die Punkte A und B stell« die beiden Schmelzen M_A und M_B verschiedener ZThe mixed melt is never oversaturated and so crystallization can take place. 3B shows, schematically, the GaAlAs liquid line 122 at a constant temperature Tin of the Ga-range EcI of the phase diagram. The points A and B represent the two melts M _A and M _{B of} different values

509525/3509525/3

ίοίο

sammensetzung beim fest-flüssigen Gleichgewicht dar. Unter Gleichgewichtsbedingungen kann sich die Zusammensetzung der flüssigen Schmelze nur entlang der Bahn P_t der Flüssigkeitslinie 122 zwischen den Punkten A und B ändern. Wenn die Schmelzen M_A und M_B gemischt werden, liegt die endgültige Zusammensetzung der gemischten Schmelze auf demselben Punkt der Bahn P₂, die als Linie 124 die beiden Punkte A und B verbindet. Die tatsächliche Lage desComposition in solid-liquid equilibrium. Under equilibrium conditions, the composition of the liquid melt can only change along the path P _{t of} the liquid line 122 between points A and B. When the melts M _A and M _{B are} mixed, the final composition of the mixed melt lies on the same point on the path P ₂ , which connects the two points A and B as line 124. The actual location of the

sen des Kristalls. Die Änderung der Konzentration der Schmelze M_a hängt vom Volumen des Teils 17a und der Zusammensetzung der Schmelze M_A ab.sen of the crystal. The change in the concentration of the melt M _a depends on the volume of the part 17a and the composition of the melt M _A.

Im Idealfall wird nur die Schmelze M₄ als Schicht 5 34a niedergeschlagen. Tatsächlich hat sich eine bestimmte Menge der Schmelze M_A mit der Schmelze M_B in der Kammer 25b gemischt. Der Teil 17b der Schmelze M_B wird in Fig. 4D zur Kammer 25a transportiert. Der Substrathalter 16 wird schießlich gemäßIn the ideal case, only the melt M _{4 is} deposited as layer 5 34a. In fact, a certain amount of the melt M _{A has} mixed with the melt M _B in the chamber 25b. The part 17b of the melt M _B is transported to the chamber 25a in FIG. 4D. The substrate holder 16 is finally shown in FIG

zung A der entsprechende Festpunkt mit A und für eine Schmelze der Zusammensetzung B der entsprechende feste Punkt mit B angegeben. A, the corresponding fixed point is indicated by A and for a melt of composition B, the corresponding fixed point is indicated by B.

Punktes hängt vom Volumenverhältnis der beiden io Darstellung in Fig. 4E so gedreht, daß eine weitere Schmelzen ab. Jeder Punkt auf der Bahn P₂ in der Schicht 34b mit der Zusammensetzung 142 sich auf Linie 124 liegt jedoch bei einer Temperatur T mit der Schicht 34a niederschlägt. Es wurde festgestellt, Ausnahme der beiden Punkte A und B in einem daß die Zusammensetzung 142 der Schicht 34b der Übersättigungsbereich. Diese Übersättigung wird ab- Zusammensetzung des in F i g. 4 D gezeigten Teils 17b gebaut durch Aufwachsen des Kristalles Ga₁ _ _xW_x As. 15 der Flüssigkeit entspricht.Point depends on the volume ratio of the two io representation in Fig. 4E rotated so that a further melting from. Each point on web P ₂ in layer 34b with composition 142 is on line 124 but is at a temperature T with layer 34a precipitated. It has been found, with the exception of two points A and B in one, that the composition 142 of the layer 34b is the region of supersaturation. This supersaturation is ab- Composition of the in F i g. 4D shown part 17b built by growing the crystal Ga ₁ _ _x W _x As. 15 corresponds to the liquid.

In Fig. 3 A ist für eine Schmelze der Zusammenset- Fig. 5 zeigt eine weitere Vorrichtung zur DurchIn Fig. 3A is for a melt of the composition Fig. 5 shows a further device for through

führung des vorliegenden Verfahrens. Sie umfaßt einen Behälter 200 mit einem Innenraum 205, den Fu-conduct of the present proceedings. It comprises a container 200 with an interior 205, the foot

_ _ ßen 262a und 262b, einer konischen Bohrung 201_ _ ß 262a and 262b, a conical bore 201

Wie anschließend im Zusammenhang mit den 20 und einer Halteschraube 202. Der Behälter 200 steht Fi g. 4 A bis 4 E genauer beschrieben wird, entspricht auf dem Boden der Quarzkammer 260 und dreht sich die Zusammensetzung des Festkörpers, der bei der nicht in dieser. Der Substrathalter 204 besteht aus eiisothermischen Schmelzenmischung in einer Kammer ner flachen Scheibe mit einer Vertiefung 207 zur Aufentsteht, mehr der Schmelze, die von der anderen nähme des plättchenförmigen Substrats. Er besitzt Kammer transportiert wurde, als der Schmelze im as weiterhin zwei konische Bohrungen mit Halteschrau-Aufwachsfenster. ben 210a und 210b und eine nicht dargestellte ErheAs subsequently in connection with FIGS. 20 and a retaining screw 202. The container 200 stands Fi g. 4 A to 4 E, corresponds to the bottom of the quartz chamber 260 and rotates the composition of the solid, which is not in this. The substrate holder 204 is made of isothermal Melt mixture in a chamber of a flat disk with a recess 207 for rising, more of the melt that would take from the other of the platelet-shaped substrate. He owns Chamber was transported when the melt in the as continued to have two conical bores with retaining screw growth window. ben 210a and 210b and a not shown elevation

bung auf der Unterseite, welche auf dem Boden des Behälters 200 in einer Vertiefung 203 läuft. Weiter ist eine Belüftungsnut 211 und eine in einem Gewinde 30 endende Welle 208 vorgesehen. Die Substrathaltescheibe 216 weist ein Fenster 218 auf, welches etwas kleiner ist als das Substrat, ferner eine der Welle 208 entsprechende Mittelbohrung 224 und zwei Durchgangsbohrungen 220a und 220b, die gegeneinander um 180° und gegenüber dem Fenster 218 um 90° versetzt sind, sowie eine Belüftungsnut 222. Der Zylinder 230 mit der Mittelbohrung 242 ist auf die Welle 208 aufgesetzt. Er besitzt drei Schmelzkammern „ ^ ²³²a. 232b und 232c mit Führungsnuten 236a. 236bExercise on the underside, which runs in a recess 203 on the bottom of the container 200. A ventilation groove 211 and a shaft 208 ending in a thread 30 are also provided. The substrate holding disk 216 has a window 218, which is slightly smaller than the substrate, also a central bore 224 corresponding to the shaft 208 and two through bores 220a and 220b, which are offset from one another by 180 ° and from the window 218 by 90 °, as well as one Ventilation groove 222. The cylinder 230 with the central bore 242 is placed on the shaft 208. It has three melting chambers "^ ²³² a. 232b and 232c with guide grooves 236a. 236b

zung ist durch die Punkte 142 dargestellt. Der Sub- 40 und 236c, die sich über etwa ^: , der Zylinderlänge strathalter 16 wird dann in die in Fig. 4B gezeigte nach unten erstrecken. Die Halteschrauben 240a bis Stellung gedreht, wo ein Teil 17a der Schmelze M_A 24Or hindern die aus Quellenmaterial bestehenden zwischen dem Substrathalter 16 und der Trennwand Stangen 238 daran, in die Schmelze hineinzuragen. 24a eingeschlossen ist. Der Teil 17a der Schmelze nachdem sie in die Führungsnuten 236a bis 236r ein- M_A wird dann durch den Substrathalter 16 zum Fen- 45 gesetzt wurden. Eine Belüftungsnut 246 verläuft in ster 22b bewegt und mit der in der Kammer 25b be- Längsrichtung außen am Zylinder 230. und um 90"tion is represented by the points 142. The sub-40 and 236c, which extend about ^: the length of the cylinder strathalter 16, will then extend downward into that shown in Fig. 4B. The retaining screws 240a are turned to the position where a part 17a of the melt M _A 24Or prevents the rods 238 made of source material between the substrate holder 16 and the partition wall from protruding into the melt. 24a is included. The portion 17a of the melt after having switched into the guide grooves 236a through 236R M is _A were then placed by the substrate holder 16 for FEN 45th A ventilation groove 246 runs in the direction of movement 22b and with the longitudinal direction in the chamber 25b on the outside of the cylinder 230. and by 90 "

versetzt gegenüber den Schmclzkammern 232b und 232c befindet sich eine Belüftungsbohrung 234 auf demselben Radius wie diese. Ein Langloch 244 dientThere is a ventilation hole 234 offset in relation to the melting chambers 232b and 232c same radius as this one. An elongated hole 244 is used

gangszone mit dem Teil 17a der Schmelze M_A auf. 50 zur Aufnahme der Halteschraube 202 welche den welche in das Fenster 22b bewegt wurde. Da die Zylinder 230 in eingesetztem Zustand hält so daß er Schmelze M_B eine andere Konzentration aufweist als sich nicht im Behälter 200 drehen kann Oben auf der Teil 17a der Schmelze M_A, beginnt sich die vom der Welle 208 ist eine Mutter 214 befestigt, welche Substrathalter 16 transportierte Schmelze M₄ mit der die den Substrathalter drehende Quarzstange 40 mit Schmelze M_B in der Kammer 25b zu mischen. Wäh- 55 der Welle 208 verbindet.transition zone with part 17a of the melt M _A. 50 for receiving the retaining screw 202 which was moved into the window 22b. Since the cylinder holds in the inserted state 230 so that it has melt M _B a different concentration can not rotate in the container 200 on top of the part 17a of the melt M _A, begins by the shaft 208, a nut 214 is fastened, which Substrate holder 16 _{to mix the melt M 4 transported} with the quartz rod 40 rotating the substrate holder with melt M _B in the chamber 25b. While 55 of the shaft 208 connects.

rend dieser Mischung wird die dem Substrat 34 am Die Quarzkammer 260 hat einen ebenen BodenThe quartz chamber 260 has a flat bottom

nächsten liegende Schmelze M_A übersättigt. Diese mit zwei Anschlagstangen 264a und 264b die das Übersättigung wird aufgehoben durch das Wachsen Gefäß 200 halten. An die Quarzkammer sind ein Eindes Kristalls mit der Zusammensetzung 140 auf der laßrohr 266 und ein Auslaßrohr 268 angeschlossen. Substratoberfläche. Es wurde festgestellt, daß die Zu- 60 An der Oberseite wird sie durch eine Platte 263 sammensetzung 140 auf der Schicht 34a, die sich auf druckdicht verschlossen. Die Platte 263 weist in dei dem Substrat 34 niederschlägt, der aus dem gleichge- Mitte eine Durchführung 271 und drei weitere Durchwichtigen Aufwachsen aus einer Schmelze mit der Zu- fuhrungen 271a, 271b und 271c auf die um 90° gesammensetzung M_A zu erwartenden Zusammenset- geneinander auf demselben Radius versetzt sind, st zung entspricht. Nachdem sich der Teil 17c der 65 daß jeweils eine direkt über einer der Schmelzkam Schmelze M_A vollständig mit der Schmelze M_B in der mern 232a bis 232c im Zylinder 230 liegt Dotie Behälterkammer 25b gemischt hat, befindet sich dort rungsrohren 272a, 272b und 272c führen durch dii ein stabiles System und es erfolgt kein weiteres Wach- Dichtungen 271a, 271 b bzw. 271 c und enden so dinext lying melt M _{A is} oversaturated. This with two stop rods 264a and 264b which hold the supersaturation is lifted by the waxing vessel 200. A one of the crystal with the composition 140 on the outlet tube 266 and an outlet tube 268 are connected to the quartz chamber. Substrate surface. It was found that the top is closed by a plate 263 composition 140 on the layer 34a, which is pressure-tight. The plate 263 is deposited in the substrate 34, which consists of a feedthrough 271 and three other through-growth from a melt with the feeds 271a, 271b and 271c to the 90 ° composition M _A to be expected. are offset from one another on the same radius, corresponds to the stabilization. After the part 17c of 65 that a melt M _{A is} completely mixed with the melt M _B in the mern 232a to 232c in the cylinder 230, the container chamber 25b is located there, there are guide tubes 272a, 272b and 272c dii by a stable system and there is no further guard seals 271a, 271 b and 271 c and so forming di

Die Arbeitsweise ist schematisch in den Fig. 4A bis 4 E gezeigt, die einen horizontalen Schnitt der in der Fig. 1 gezeigten Vorrichtung in fünf verschiedenen aufeinanderfolgenden Stellungen darstellen.The mode of operation is shown schematically in FIGS. 4A to 4E, which show a horizontal section of the FIG the device shown in Fig. 1 in five different successive positions.

Gemäß Darstellung nach Fig. 4 A ist das Substrat am Fenster 22a mit der Schmelze M₄ in Berührung. Die Zusammensetzung der Schmelze ist in der Kammer 25a homogen, da die Schmelzen M_A und M_B bei der Temperatur für die isothermisch zu schmel- 35 zende Mischung ins Gleichgewicht gesetzt wurden. Die der Schmelze M_A entsprechende feste Zusammensetzung ist durch die Kreise 140 dargestellt. Die der Schmelze M_B entsprechende feste Zusammenset-As shown in FIG. 4A, the substrate is in contact _{with the melt M 4 at the window 22a.} The composition of the melt is homogeneous in the chamber 25a, since the melts M _A and M _{B have been} equilibrated at the temperature for the mixture to be melted isothermally. The solid composition corresponding to the melt M _A is represented by the circles 140. The solid composition corresponding to the melt M _B

fmdlichen Schmelze gemäß Darstellung in Fig. 4C in Berührung gebracht.Molten melt as shown in FIG. 4C in Brought in touch.

Am Anfang weist die Schmelze M₈ eine Über-At the beginning, the melt M _{8 has} an over-

rekt über den entsprechenden Schmelzkammern 232α, 232b und 232c.right above the corresponding melting chambers 232α, 232b and 232c.

Das vorbereitete Substrat wird in die Vertiefung 207 auf den Substrathalter 204 gelegt. Die Substrathaltescheibe 216 wird auf der Welle 208 so eingestellt, daß sich das Fenster 218 über dem Substrat befindet, dieses festhält und den Schmelzhohlraum bildet, der dem Hohlraum 17 in Fig. 4 entspricht. Die beiden Halteschraubcn 210a und 2106 werden bündig auf die Oberfläche der Scheibe 216 eingestellt. Der Zylinder 230, der mit seiner Mittelbohrung 242 auf der Welle 208 gleitet, wird so eingestellt, daß die Belüftungsbohrung 234 über dem Substrat 219 und dem Fenster 218 steht.The prepared substrate is placed in the recess 207 on the substrate holder 204. The substrate holding disk 216 is adjusted on shaft 208 so that window 218 is above the substrate, holds this in place and forms the melting cavity which corresponds to cavity 17 in FIG. The two Retaining screws 210a and 2106 are set flush with the surface of disk 216. The cylinder 230, which slides with its central bore 242 on the shaft 208, is adjusted so that the ventilation bore 234 stands over substrate 219 and window 218.

Die Stangen 238 aus Quellenmaterial werden in die entsprechenden Führungsnuten 236a, 236b und 236c eingesetzt und unter der Schmelzoberfläche durch die Halteschrauben 240a, 240b bzw. 240b gehalten. Der Substrathalter 204, die Welle 208, die Scheibe 216 und der Zylinder 230 werden dann in den Innenraum " 205 des Behälters 200 eingesetzt und dort durch die Halteschraube 202 in der Gewindebohrung 201 und im Langloch 244 im Zylinder 230 gehalten. Die Welle 208, der Substrathalter 204 und die Scheibe 216 sind relativ zueinander unbeweglich, können sich jedoch »5 relativ zum Zylinder 230 und zum Behälter 200 frei drehen. Wenn die Belüftungsbohrung 234 mit dem Fenster 218 und dem Substrat 219 ausgerichtet ist, fluchtet der Belüftungskanal, der aus den Abschnitten 246,222 und 211 besteht. Der ganze Belüftungskanal gestattet die Belüftung der zylindrischen Vertiefung 203 am Boden unter dem Substrathalter 204.The rods 238 of source material are inserted into the corresponding guide grooves 236a, 236b and 236c and held under the enamel surface by retaining screws 240a, 240b and 240b, respectively. Of the Substrate holder 204, shaft 208, disk 216 and cylinder 230 are then inserted into the interior " 205 of the container 200 and inserted there by the retaining screw 202 in the threaded hole 201 and held in the elongated hole 244 in the cylinder 230. The shaft 208, the substrate holder 204 and the disk 216 are immobile relative to one another, but can »5 rotate freely relative to cylinder 230 and container 200. If the ventilation hole 234 with the Aligning the window 218 and the substrate 219, the ventilation duct that emerges from the sections is aligned 246,222 and 211. The entire ventilation channel allows ventilation of the cylindrical recess 203 on the floor under the substrate holder 204.

Die Quarzstange 40 ist mit dem Behälter 200 verbunden und dient dazu, den zusammengesetzten Behälter im Innern 261 der Quarzkammer 260 abzusenken. Die entsprechenden Schmelzen werden in die Schmelzkammern 232a, 232b und 232c eingebracht, und der Behälter 200 ist für den Einsatz in die Quarzkammer 260 bereit. Die Platte 263 der Quarzkammer 260 wird dann in ihre Lage gebracht, wobei die Dotierungsröhren 272a, 272*) und 272c mit den entsprechenden Doticrungsmitteln über den Schmelzkammern 232a, 232b und 232^ geladen werden. Die Einlaß- und Auslaßöffnungen 266 und 268 werden dann mit der Wasserstoff- und der Unterdruckleitung verbunden, die nicht dargestellt sind. Nach einer entsprechenden Spülzeit wird die Wasserstoffleitung abgesperrt und die Unterdruckleitung geöffnet, so daß das ganze System einschließlich der Wasserstoffleitung entleert wird. Während dieser Periode steht die Belüftungsbohrung 234 über dem Substrat 219. Die Belüftungsnuten 246, 222 und 211 waren vorher so ausgerichtet worden, daß jetzt die Belüftung des ganzen Behälters 200 möglich ist. Wenn der Druck ungefähr 1 μ Quecksilbersäule erreicht, wird die ganze Einheit durch die Heizwicklung 280 auf etwa 200 bis 250° C erwärmt, die elektrisch über die Eingangsund Ausgangsanschlüsse 281 und 282 von einer Stromquelle gespeist wird. Die Temperatur der Vorrichtung wird für ungefähr 15 Minuten aufrechterhalten; dann wird die Vakuumleitung geschlossen und das System wieder mit Wasserstoff gefüllt. Der Wasserstoffstrom wird während des ganzen Laufes aufrechterhalten. Durch die Heizwicklung 280 wird die Vorrichtung dann auf die gewünschte Temperatur gebracht und der Behälter 200 und die Aufwachsmaterialien in den Schmelzkammern 232a, 232b und 232c hinreichend lange geheizt; im allgemeinen eine bis anderthalb Stunden. Danach erfolgt die erste Drehung. Über den Knopf 276 wird die Welle 40 um 90° so gedreht, daß der Substrathalter 204 und die Haltescheibfc 216 in die erste Schmelzposition bewegt werden. Bei Bedarf können zu diesem Zeitpunkt der ersten Schmelze Dotierungsmittel zugesetzt werden.The quartz rod 40 is connected to the container 200 and serves to hold the assembled container lower inside 261 of quartz chamber 260. The corresponding melts are in the Melting chambers 232a, 232b and 232c are introduced, and the container 200 is for insertion into the quartz chamber 260 ready. The plate 263 of the quartz chamber 260 is then placed in place, with the doping tubes 272a, 272 *) and 272c with the corresponding doping agents above the melting chambers 232a, 232b and 232 ^ are loaded. the Inlet and outlet ports 266 and 268 then connect to the hydrogen and vacuum lines connected, which are not shown. After a corresponding flushing time, the hydrogen line is shut off and the vacuum line opened so that the whole system including the hydrogen line is emptied. During this period the vent hole 234 stands above the substrate 219. The Ventilation grooves 246, 222 and 211 had previously been aligned so that now the whole ventilation Container 200 is possible. When the pressure reaches about 1 μ of mercury, the whole The unit is heated to around 200 to 250 ° C by the heating coil 280, which is electrically transmitted via the input and Output terminals 281 and 282 is fed from a power source. The temperature of the device is maintained for about 15 minutes; then the vacuum line is closed and the system is refilled with hydrogen. The hydrogen stream is maintained throughout the run. The heating coil 280 is the The device is then brought to the desired temperature and the container 200 and the growth materials heated for a sufficiently long time in the melting chambers 232a, 232b and 232c; generally one to one and a half Hours. Then the first rotation takes place. About the button 276, the shaft 40 is rotated 90 ° like this rotated that the substrate holder 204 and the holding disk fc 216 are moved into the first melting position. If necessary, at this time the first Melt dopants are added.

Abhängig von der Dicke der gewünschten Schicht wird die Vorrichtung jetzt mit ungefähr 0,1° C pro Minute hinreichend lange abgekühlt. Der Zyklus von Erwärmung und Abkühlung wird dann abgebrochen und die Umdrehungen der Welle 40 für das Aufwachsen aus der isothermischen Lösung eingeleitet. So erfolgt z.B. eine Drehung des Substrats um 90° in die zweite Schmelze der Schmelzkammer 232b, wo der Substrathalter abhängig von der gewünschten Schichtdicke zwischen 30 Sekunden und 3 Minuten stehenbleibt, und dann eine Rückdrehung zur Schmelze in der Kammer 232a. Dieser Drehbetrieb wird fortgesetzt, bis die gewünschte Anzahl von Schichten erreicht ist. Nach der letzten Drehung zurück zur Schmelzkammer 232a wird dann für etwa 30 Minuten eine Kühlung mit einer Kühlungsgeschwindigkeit von 0,1° C pro Minute durchgeführt. Nach dieser Kühlperiode wird das Substrat 219 in eine neutrale Stellung, z. B. um 45°, gedreht und der Strom durch die Heizwicklung 280 abgeschaltet.Depending on the thickness of the desired layer, the device will now run at about 0.1 ° C per Cooled down for a long enough minute. The cycle of heating and cooling is then canceled and the revolutions of shaft 40 are initiated for isothermal solution growth. So done e.g. a rotation of the substrate by 90 ° into the second melt of the melting chamber 232b, where the Substrate holder depending on the desired layer thickness between 30 seconds and 3 minutes stops, and then a reverse rotation to the melt in the chamber 232a. This shooting operation continues until the desired number of layers is reached. Back after the last turn cooling at one cooling rate is then applied to the melting chamber 232a for about 30 minutes carried out at 0.1 ° C per minute. After this cooling period, the substrate 219 is turned into a neutral position, e.g. B. rotated by 45 ° and the current through the heating coil 280 is switched off.

Bei einer anderen Betriebsart des Aufwachsens wird das Kühlprogramm nach der ersten Kühlperiode nicht abgeschaltet, sondern während der Drehung des Substrathalters 204 in die zweite Schmelzposition fortgesetzt. Jetzt kann ein Dotierungsmittel der zweiten Schmelze zugesetzt werden. Nach einer entsprechenden Abkühlungszeit in der zweiten Schmelze wird das Substrat wieder in die neutrale Stellung gedreht. Für ein weiteres Aufwachsverfahren von Festkörpern können in den Kammern 232a, 232b und 232c drei Schmelzen benutzt werden, nachdem das Aufwachsen in der zweiten Schmelze beendet ist. Der Substrathalter 204 wird für eine kurze Zeit in die dritte Schmelze gedreht und schließlich in eine neutrale Stellung gebracht, wobei die Stromzufuhr zur Heizwicklung abgeschaltet wird. Die dritte Schmelze wird zur Beendigung des Aufwachsens benutzt, so daß eine schnell gewachsene Schicht nicht auf der Oberfläche der mehrschichtigen Struktur erscheint. Nach Beendigung des Durchlaufes werden der Behälter 200 und die Quarzkammer 260 normalerweise innerhalb der Heizwicklung 280 belassen, bis beide unter Wasserstoffspülungen sich auf Raumtemperatur abgekühli haben.In another mode of waking up, the cooling program starts after the first cooling period not switched off, but rather during the rotation of the substrate holder 204 into the second melting position continued. A dopant can now be added to the second melt. After a corresponding During the cooling time in the second melt, the substrate is turned back into the neutral position. For another solid growth process For example, three melts can be used in chambers 232a, 232b and 232c after growth has ended in the second melt. The substrate holder 204 is in the third melt for a short time rotated and finally brought into a neutral position, with the power supply to the heating coil switched off will. The third melt is used to stop the growth so that one quick grown layer does not appear on the surface of the multilayer structure. After completion of the pass, the container 200 and quartz chamber 260 are normally located within the Leave heating coil 280 until both cool down to room temperature while flushing with hydrogen to have.

Hierzu 6 Blatt ZeichnungenIn addition 6 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. A method for producing an epitaxially grown layer body with different compositions Layers of Ga, _ ^ A1 ^ As compounds, a substrate which has lattice constants similar to the layers to be grown has, with the surface to be coated alternating with in separate containers housed, the respective compounds containing saturated melts, from which the compounds crystallize out, is brought into connection, characterized in, that the melt with which the substrate is in contact with the solid phase in the thermal equilibrium is maintained and that the substrate is in contact with the next melt is brought that still a part of the surface covering the previous touched so Melt is present and is caused by the mixture of the two melts Oversaturation forms the layer.

2. The method according to claim 1, characterized in that during the crystallization of the as Compounds that form individual layers consist of the melts and the substrate System is kept at the same temperature.

3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the epitaxially grown Laminated body is grown on a substrate made of gallium arsenide (GaAs).

4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that during the growth of the layer body made of Ga, _ * A1 _A As compounds approximately for one melt X - 0.7 and for the other melt A "= 0.5 .

5. Process according to claims 1 to 4, characterized in that the melts for Formation of a structure from at least two semiconductor layers with a PN junction dopants are fed.

6. The method according to claims 1 to 5, characterized in that a substrate holder within a cylindrical chamber formed by the containers is rotated and into a can be brought neutral position in which the substrate with its surface covering Melt is not in connection with one of the melts.

7. The method according to claims 1 to ft, characterized in that the thickness of each growing layer by the volume ratio of a melt to that with the substrate transferred other melt controlled by the growth temperature and the melt volume will.

8. The method according to claims 1 to 7, characterized in that to achieve a Layer thickness of about 1 μ is a volume ratio of one melt to that of the substrate surface covering, other melt is about 25: 1.

The invention relates to a method for producing an epitaxially grown layer body with differently composed layers of Ga _ vAl * As compounds, whereby a substrate, the 'hd Shiht ählih Gitt

Ga _ vAl * As compounds, being a substrate that grids similar to the layers to be grown having constant with the surface to be coated alternating with those housed in separate containers containing the respective compounds, saturated melts, from which the compounds crystallize, brought into contact will.

The method of epitaxially removing crystals from the liquid phase Growing up on a substrate has proven to be of various uses and especially one IH-V compound material proved to be superior to other methods. So it was found that GaP light-emitting diodes, GaAs laser and Si-doped GaAs light-emitting diodes have very good properties, if they have been produced from the liquid phase with the aid of epitaxy.

Growing crystals from the liquid phase is a classic process. A precipitate of liquids In any case, it causes a supersaturation of the liquid with respect to the solid to be precipitated Substance. Supersaturation can take place by cooling a melt or saturated solution Evaporation or evaporation of a solvent or by changing the concentration of a Solvent or by changing the concentration of a constituent in a solution constant temperature. Examples of crystal growth from solutions solely through cooling are epitaxy from the liquid phase and crystal pulling from the melt. An example of solvent evaporation is the growth of alum crystals from an aqueous solution. A combination of Cooling and changing the concentration of a melt was already used in the production of germanium crystals used for transistors, placing a piece of indium on the surface of a germanium substrate gmelted so that the germanium goes into solution. When the germanium cooled slowly it is precipitated from the solution doped with indium. The melt changes its concentration during cooling due to germanium precipitation. This alloying process became relative well developed to achieve uniform growth over large areas. It is commonly called Called liquid phase epitaxy. Another known application is in the growth of gallium arsenide crystals on a gallium arsenide substrate. A gallium melt is mixed with gallium arsenide saturated at some temperature and then in contact with a gallium arsenide substrate cooled, as a result of which a precipitate occurs.

Cooling the melt is the most difficult step in the known processes. The cooling off necessarily causes a change in concentration in the melt. In liquid phase epitaxy of gallium arsenide on a gallium arsenide substrate changes the concentration of gallium and arsenic in the liquid necessarily because gallium arsenide as a result of the precipitation from the Melt disappears.

For the crystalline growth of semiconductor compounds from three components, such as gallium-aluminum-arsenide, was an additional degree of freedom to achieve a certain composition