CS226593B1 - Způsob nízkoteplotního legování galliumarsenidu - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu nízkoteplotního legováni galliumarsenidu.

Galiiumarsenia určený k použiti v elektrotechnice musí být legován vhodnými příměsemi, které umožní dosažení žádaného typu vodivosti. V průmyslové výrobě se monokrystaly dosud připravuji z taveniny pomocí Czochralského nebo Briďgmanovy metody (Η: T: Minden: Solid State Technology 4, 12, 25 /1969/), přičemž potřebné množství legující přísady se přidává do výchozího materiálu (T. Udagawa, T. Nakanisu: Jap. Journal Applied Physics 8, 20 L 579 /1981/).

Příprava materiálů tímto způsobem má některé limitující faktory a nevýhody. Je to jednak velké investiční nákladnost pro zařízení aparatury, dále ta okolnost, že legující přísada se hromadí ve zbytku taveniny, které naposledy tuhne, nebo zase naopak, která se podle rozdělovacího koeficientu může hromadit na začátku krystalu, takže se vytvoří koncentrační gradient příměsí v hotovém krystalu. Rovněž příměs může reagovat s částmi aparatury nebo ε taveným křemenem, protože provozní teplota je poměrně vysoká - 1 530 K. Je tomu tak při legováni zinkem, manganem nebo jinými prvky, které mají velkou afinitu ke kyslíku a narušují křemen. Dochází pak k praskání křemenného zařízení a k úniku par arsenu do okolí se věemi pracovními riziky. Je proto jen velmi obtížné a nákladné připravit galliumarsenid p-typové nebo n-typové vodivosti.

Uvedené nedostatky jsou odstraněny tímto vynálezem způsobu přípravy legovaných monokrystalů galliumarsenidu, při kterém energeticky velmi úsporné reakce probíhají v rozmezí teplot 870 až 1 170 K, což je podstatně méně než pracovní teploty dosud užívané při legování.

226 595

Předmětem vynálezu je způsob nízkoteplotního legováni galliumarsenidu v plynné fázi v uzavřené soustavě, za sníženého tlaku a v teplotním gradientu, s příměsí 1 až 50 mg volného arsenu a s přísadou halogenidu jako transportního ěinidla.

Podstatou vynálezu je pracovní postup, při kterém se jako transportní ěinidlo a současně jako legující příměs přidá 0,1 až 20,0 mg jodidu cíničitého počítáno na 1.10 ® m^ reakčního prostoru.

Výhodou vynálezu je skutečnost, že příprava legovaných monokrystalů galliumarsenidu nevyžaduje žádné nákladné investice, zařízení lze zhotovit z materiálů běžně dostupných, reakce probíhají při poměrně nízké teplotě 870 až 1 170 K a jsou energicky velmi úsporné, dalěí velkou výhodou tohoto postupu pro výzkumné úkoly je předevěím to, že poměrně rychle, během několika dnů, je možné připravit levným způsobem vzorky o centimetrových rozměrech, s definovanými vlastnostmi a s různými příměsemi. Dovoluje to velkou pružnost a variabilitu výzkumných záměrů, což je jinak velkým problémem při odběru monokrystalů galliumarsenidu z průmyslové výroby.

Dalěí výhoda spočívá v tom, že krystaly připravené transportem z parní fáze mají podstatně dokonalejěí strukturu s menší hustotou dislokací i strukturních bloků - zrn, a že výchozí materiál se nejenom neznehodnotí kyslíkem, uhlíkem aj. z kelímků a křemenné aparatury, jako při metodách vycházejících z taveniny, ale dochází k čisticímu efektu. Sníží se podstatně koncentrace nežádoucích nečistot (příměsí), které při reakčních podmínkách nejsou transportovány v důsledku nevhodných poměrů např, teploty, gradientu nebo transportního činidla. Jsou to např. kysličníky, karbidy, nitridy aj.

Tímto způsobem je možno připravit i velmi kvalitní epitaxní vrstvy pro přípravu p-n přechodů. Zařízení pro tuto epitaxi nevyžaduje nákladné aparatury, jako je tomu u kapalné epitaxe; není také nutné čištění procházejících plynů, např. vodíku, ani velmi přesné dodržováni teploty, což obojí samo o sobě je složitý technologický problém. Vynechání těchto pomocných agregátů je tedy mimořádně úsporné z hlediska nákladů na zařízení i na spotřebu energie. Regulace teploty zde postačí běžným regulátorem s přesnosti ± 5 K.

Výhody tohoto řešení jsou zřejmé z následujícího příkladu provedení, který objasňuje podstatu vynálezu, aniž by ho jakýmkoliv způsobem omezoval.

Příklad

Do křemenné ampule o vnějším průměru 3,5.10 m a délce 0,12 m se umísti polykrystalický galliumarsenid ve tvaru kousků o maximálním průměru 5.10”^ m. Ampule se vyčerpá na tlak 1.10”4 Pa a současně se zahřívá na teplotu v rozmezí 8Ό0 až 900 K, až prchavé látky a adsorbované plyny vytékají a ustaví se stálá hodnota vakua. Materiál se za tohoto sníženého tlaku ochladí na pokojovou teplotu a do ampule se přidá 5 mg volného arsenu a 4 mg jodidu cíničitého počítáno na 1.10^ m^ volného reakčního prostoru. Nato se ampule opět vyčerpá na vakuum 1.10'4 p_S) avšak bez zahřívání. Ampule se během čerpání a po opětném ustavení stélé hodnoty vakua odtaví, zataví a umístí do elektrické odporové pece o vnitřním průměru 0,04 m k tomuto účelu zhotovené, a to tak, že dolní čést ampule je v prostoru o teplotě 1 150 K a horní čést ampule se nachází v prostředí o teplotě 1 130 Κ. V horní části reakčního prostoru vznikne během 24 hodin krystalické vrstva galliumarsenidu.

Claims (1)

1. Způsob nízkoteplotního legování galliumarsenidu v plynné fázi v uzavřené soustavě, za sníženého tlaku a v teplotním gradientu, s příměsí 1 až 50 mg volného arsenu a s přísadou halogenidu jako transportního činidla, vyznačující ee tím, že se jako transportní prostředek a současně jako legující příměs přidá 0,1 až 20,0 mg jodidu cíničitého počítáno na 1.10^-6 m^ reakčního prostoru.