DD232576A1

DD232576A1 - Verfahren zur herstellung und anwendung von testkristallen

Info

Publication number: DD232576A1
Application number: DD26907584A
Authority: DD
Inventors: Klaus-Peter Becker; Wolfgang Beckert; Eberhard Burig; Manfred John; Herbert Koi
Original assignee: Spurenelemente Freiberg Veb
Priority date: 1984-11-05
Filing date: 1984-11-05
Publication date: 1986-01-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung und Anwendung von Testkristallen sowie zur Untersuchung der Eignung von Hilfsstoffen und der Wirkung technologischer Bedingungen durch Anwendung von Testkristallen, insbesondere von phosphorhaltigen Testkristallen. Diese Aufgabe wird dadurch geloest, dass bei der Synthese halbleitender Verbindungen, wie beispielsweise Galliumphosphid oder Indiumphosphid, mittels der SSD-Methode dem Gallium beziehungsweise Indium in der Anfangsphase des Syntheseprozesses roter Phosphor zugefuegt wird. Der Phosphor kondensiert zunaechst als weisser Phosphor im kaelteren Teil der Syntheseapparatur und wird durch eine thermische Behandlung wieder in roten Phosphor umgewandelt. Gemaess der erfinderischen Loesung entsteht ein homogenes Produkt, und die Verunreinigungen werden in das Gallium- beziehungsweise Indiumphosphid ueberfuehrt. Das Verfahren ist als Testverfahren zur Untersuchung der chemischen Qualitaet des eingesetzten Phosphors und zur Untersuchung der Eignung von Hilfsstoffen sowie der Wirkung technologischer Bedingungen gut geeignet.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Testkristallen sowie zur Untersuchung der Eignung von Hilfsstoffen und der Wirkung technologischer Bedingungen durch Anwendung von Testkristallen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Herstellung halbleitender Materialien, zum Beispiel Galliumphosphid oder Indiumphosphid, kann nach der SSD-Methode erfolgen. Hierbei wird so verfahren, daß die leichtflüchtige Komponente der zu synthetisierenden Verbindung in dem kälteren Bereich und die zugleich als Lösungsmittel fungierende schwerflüchtige Substanz in dem heißen Bereich eines

Reaktionsvolumens positioniert werden. Bei der Herstellung von Phosphiden ergeben sich dabei Schwierigkeiten, die auf unkontrollierbaren Schwankungen der Synthese- und Kristallisationsgeschwindigkeit beruhen. Verursacht wird diese Erscheinung dadurch, daß der eingesetzte rote Phosphor unterschiedliche physikalisch-strukturelle Eigenschaften aufweist und damit auch unterschiedlich schnell verdampft. Die Folge davon ist ein GaP-Kristall mit inhomogener Qualität. Zur Vermeidung dieser Erscheinung wird versucht, durch manuelles Sortieren des Phosphors einheitliche Ausgangsbedingungen zu schaffen. Das gelingt jedoch nur zum Teil, da sich die verschiedenen Phosphorsorten nur bedingt unterscheiden lassen. Bei der bisher üblichen Verfahrensweise, — Zugabe der Phosphorquelle in den kälteren Bereich —, werden die schwerflüchtigen Verunreinigungen des Phosphors nicht in das entstehende Galliumphosphid überführt. Dadurch besteht auch keine Möglichkeit, aus den Ergebnissen der mit hoher Empfindlichkeit und Genauigkeit arbeitenden halbleiterphysikalischen Untersuchungen des Galliumphosphids auf die Qualität des Phosphors, insbesondere die Anwesenheit schwerflüchtiger Verunreinigungen in dieser Komponente zu schließen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung und Anwendung von Testkristallen, insbesondere von phosphorhaltigen Halbleitertestkristallen zu entwickeln.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Das Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung und Anwendung von Testkristallen, insbesondere von phosphorhaltigen Halbleitertestkristallen zu entwickeln, wird dadurch erreicht, daß bei der Synthese halbleitender Verbindungen, wie beispielsweise Galliumphosphid oder Indiumphosphid, mittels der SSD-Methode roter Phosphor in der Anfangsphase des Syntheseprozesses dem Gallium beziehungsweise Indium zugefügt, durch Sublimation als weißer Phosphor im kälteren Teil der Syntheseapparatur kondensiert und durch einethermische Behandlung wieder in roten Phosphor umgewandelt wird. Anschließend an diesen Prozeß erfolgt eine Qualitätscharakterisierung der erfindungsgemäß hergestellten halbleitenden Verbindung durch physikalische Messungen.

Die Nachteile der bekannten SSD-Methode werden durch die erfindungsgemäße Lösung dadurch beseitigt, daß der rote Phosphor, in der Ausgangsphase des Prozesses dem Indium-oder Gallium-Reservoir zugegeben, bei Reaktionstemperatur zum kälteren Bereich als weißer Phosphor sublimiert und dort durch eine thermische Behandlung in roten Phosphor umgewandelt wird. Bei dieser Verfahrensweise entsteht ein homogenes Umwandlungsprodukt, das die Reproduzierbarkeit des

Versuchsablaufes bei der Synthese der halbleitenden Verbindung und der Ergebnisse in hohem Maße gewährleistet. Des weiteren gehen die schwerflüchtigen Verunreinigungen des Phosphors in die Gallium- beziehungsweise Indiumschmelze und bei der Kristallisation auch in das Galliumphosphid beziehungsweise Indiumphosphid über. In Verbindung mit dem reproduzierbaren Prozeßablauf und der Überführung der Verunreinigungen in das Galliumphosphid dient das der Erfindung zugrunde liegende Verfahren als Testverfahren zur Untersuchung der chemischen Qualität des eingesetzten Phosphors sowie zur Untersuchung der Eignung von Hilfsstoffen und der Wirkung technologischer Bedingungen.

Die bei der Herstellung des Halbleiterwerkstoffes üblicherweise angewendeten Untersuchungsverfahren, die in der Regel sehr aufwendig und teilweise nicht ausreichend empfindlich sind, werden durch die erfindungsgemäße Lösung ersetzt und hinsichtlich der Genauigkeit wesentlich verbessert.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll an einem Ausiührungsbeispinl äher beschrieben werden.

In einer Kieselglasampulle werden ca. 5g Gallium und 5g Phosphor eingewogen. Die chemische Analyse weist für Phosphor hohe Verunreinigungsgehalte an Cu = 10ppm, Fe > 10ppm, Sn > 10ppm und Si > 10ppm aus.

Nach der herkömmlichen Verfahrensweise gelangen diese schwerflüchtigen Bestandteile nachweislich nicht in das synthetisierte Galliumphosphid.

Es erfolgte daher die direkte Zugabe des Phosphors zur Ga-Schmelze und anschließend die Verdampfung bei 450°C innerhalb der evakuierten und abgeschmolzenen Kieselglasampulle. Während weißer Phosphor und leichtflüchtige Beimengungen an der . kälteren Stelle des Ampullenbodens bei Raumtemperatur kondensieren, werden schwerrlüchtige Verunreinigungen von der Ga-Schmelze gelöst.

Die Umwandlung des weißen Phosphors findet bei ca. 300°C statt.

Claims

Erfindungsanspruch:

Verfahren zur Herstellung und Anwendung von Testkristallen, insbesondere phosphorhaltiger Halbleitertestkristalle, zur Untersuchung der Eignung von Ausgangskomponenten, von Hilfsstoffen und der Wirkung technologischer Bedingungen, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Synthese halbleitender Verbindungen, wie beispielsweise Galliumphosphid beziehungsweise Indiumphosphid, mittels der SSD-Methode roter Phosphor in der Anfangsphase des Syntheseprozesses dem Gallium beziehungsweise Indium zugefügt wird, durch Sublimation als weißer Phosphor im kälteren Teil der Syntheseapparatur kondensiert und durch eine thermische Behandlung wieder in roten Phosphor umgewandelt wird und anschließend eine Qualitätscharakterisierung der hergestellten halbleitenden Verbindung durch physikalische Messungen erfolgt.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Testkristallen sowie zur Untersuchung der Eignung von Hilfsstoffen und der Wirkung technologischer Bedingungen durch Anwendung von Testkristallen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Herstellung haibleitender Materialien, zum Beispiel Galliumphosphid oder Indiumphosphid, kann nach der SSD-Methode erfolgen. Hierbei wird so verfahren, daß die leichtflüchtige Komponente der zu synthetisierenden Verbindung in dem kälteren Bereich und die zugleich als Lösungsmittel fungierende schwerflüchtige Substanz in dem heißen Bereich eines Reaktionsvolumens positioniert werden. Bei der Herstellung von Phosphiden ergeben sich dabei Schwierigkeiten, die auf unkontrollierbaren Schwankungen der Synthese- und Kristallisationsgeschwindigkeit beruhen. Verursacht wird diese Erscheinung dadurch, daß der eingesetzte rote Phosphor unterschiedliche physikalisch-strukturelle Eigenschaften aufweist und damit auch unterschiedlich schnell verdampft. Die Folge davon ist ein GaP-Kristall mit inhomogener Qualität. Zur Vermeidung dieser Erscheinung wird versucht, durch manuelles Sortieren des Phosphors einheitliche Ausgangsbedingungen zu schaffen. Das gelingt jedoch nur zum Teil, da sich die verschiedenen Phosphorsorten nur bedingt unterscheiden lassen. Bei der bisher üblichen Verfahrensweise, — Zugabe der Phosphorquelle in den kälteren Bereich —, werden die schwerflüchtigen Verunreinigungen des Phosphors nicht in das entstehende Galliumphosphid überführt. Dadurch besteht auch keine Möglichkeit, aus den Ergebnissen der mit hoher Empfindlichkeit und Genauigkeit arbeitenden halbleiterphysikalischen Untersuchungen des Galliumphosphids auf die Qualität des Phosphors, insbesondere die Anwesenheit schwerflüchtiger Verunreinigungen in dieser Komponente zu schließen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung und Anwendung von Testkristallen, insbesondere von phosphorhaltigen Halbleitertestkristallen zu entwickeln.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Das Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung und Anwendung von Testkristallen, insbesondere von phosphorhaltigen Halbleitertestkristallen zu entwickeln, wird dadurch erreicht, daß bei der Synthese halbleitender Verbindungen, wie beispielsweise Galliumphosphid oder Indiumphosphid, mittels der SSD-Methode roter Phosphor in der Anfangsphase des Syntheseprozesses dem Gallium beziehungsweise Indium zugefügt, durch Sublimation als weißer Phosphor im kälteren Teil der Syntheseapparatur kondensiert und durch eine thermische Behandlung wieder in roten Phosphor umgewandelt wird. Anschließend an diesen Prozeß erfolgt eine Qualitätscharakterisierung der erfindungsgemäß hergestellten halbleitenden Verbindung durch physikalische Messungen.

Die Nachteile der bekannten SSD-Methode werden durch die erfindungsgemäße Lösung dadurch beseitigt, daß der rote Phosphor, in der Ausgangsphase des Prozesses dem Indium-oder Gallium-Reservoir zugegeben, bei Reaktionstemperatur zum kälteren Bereich als weißer Phosphor sublimiert und dort durch eine thermische Behandlung in roten Phosphor umgewandelt wird. Bei dieser Verfahrensweise entsteht ein homogenes Umwandlungsprodukt, das die Reproduzierbarkeit des Versuchsablaufes bei der Synthese der halbleitenden Verbindung und der Ergebnisse in hohem Maße gewährleistet. Des weiteren gehen die schwerflüchtigen Verunreinigungen des Phosphors in die Gallium- beziehungsweise Indiumschmelze und bei der Kristallisation auch in das Galliumphosphid beziehungsweise Indiumphosphid über. In Verbindung mit dem reproduzierbaren Prozeßablauf und der Überführung der Verunreinigungen in das Galliumphosphid dient das der Erfindung zugrunde liegende Verfahren als Testverfahren zur Untersuchung der chemischen Qualität des eingesetzten Phosphors sowie zur Untersuchung der Eignung von Hilfsstoffen und der Wirkung technologischer Bedingungen. Die bei der Herstellung des Halbleiterwerkstoffes üblicherweise angewendeten Untersuchungsverfahren, die in der Regel sehr aufwendig und teilweise nicht ausreichend empfindlich sind, werden durch die erfindungsgemäße Lösung ersetzt und hinsichtlich der Genauigkeit wesentlich verbessert.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll an einem AusrührungsbeispH äher beschrieben werden. In einer Kieselglasampulle werden ca. 5g Gallium und 5g Phosphor eingewogen. Die chemische Analyse weist für Phosphor hohe Verunreinigungsgehalte an Cu = 10ppm, Fe > 10ppm, Sn > 10ppm und Si > 10ppm aus. Nach der herkömmlichen Verfahrensweise gelangen diese schwerflüchtigen Bestandteile nachweislich nicht in das synthetisierte Galliumphosphid.

Es erfolgte daher die direkte Zugabe des Phosphors zur Ga-Schmelze und anschließend die Verdampfung bei 450⁰C innerhalb der evakuierten und abgeschmolzenen Kieselglasampulle. Während weißer Phosphor und leichtflüchtige Beimengungen an der kälteren Stelle des Ampullenbodens bei Raumtemperatur kondensieren, werden schwerflüchtige Verunreinigungen von der Ga-Schmelze gelöst.

Die Umwandlung des weißen Phosphors findet bei ca. 300°C statt.