DD232576A1

DD232576A1 - PROCESS FOR PREPARING AND USING TEST CRYSTALS

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.The invention relates to a process for the preparation and use of test crystals and to investigate the suitability of excipients and the effect of technological conditions by using test crystals, in particular of phosphorus-containing test crystals. This object is achieved by the fact that in the synthesis of semiconducting compounds, such as gallium phosphide or indium phosphide, red phosphorous is added to the gallium or indium in the initial phase of the synthesis process by the SSD method. The phosphorus initially condenses as white phosphorus in the cooler part of the synthesis apparatus and is converted back into red phosphorus by a thermal treatment. According to the inventive solution, a homogeneous product is produced and the impurities are transferred to the gallium or indium phosphide. The method is well suited as a test method to study the chemical quality of the phosphor used and to study the suitability of excipients and the effect of technological conditions.

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

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.The invention relates to a method for producing test crystals and to investigating the suitability of excipients and the effect of technological conditions by using test crystals.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

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 einesThe production of semiconducting materials, for example gallium phosphide or indium phosphide, can be carried out by the SSD method. In this case, the procedure is such that the volatile component of the compound to be synthesized in the colder region and at the same time acting as a solvent low-volatility substance in the hot area of a

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.Reaction volume can be positioned. In the production of phosphides, this results in difficulties that are based on uncontrollable fluctuations in the rate of synthesis and crystallization. This phenomenon is caused by the fact that the red phosphor used has different physical-structural properties and thus evaporates at different rates. The result is a GaP crystal with inhomogeneous quality. To avoid this phenomenon, an attempt is made to create uniform starting conditions by manually sorting the phosphor. However, this is only partially possible, since the different types of phosphorus can only be distinguished to a limited extent. In the usual procedure, - adding the phosphorus source in the colder area -, the low-volatility impurities of phosphorus are not converted into the resulting gallium phosphide. There is thus no possibility to infer from the results of the high sensitivity and accuracy semiconductor physical investigations of gallium phosphide on the quality of the phosphorus, in particular the presence of low volatility impurities in this component.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung und Anwendung von Testkristallen, insbesondere von phosphorhaltigen Halbleitertestkristallen zu entwickeln.The aim of the invention is to develop a process for the preparation and use of test crystals, in particular of phosphorus-containing semiconductor test crystals.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

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.The object of the invention to develop a process for the preparation and use of test crystals, in particular phosphorus-containing semiconductor test crystals, is achieved by using red phosphorus in the synthesis phase of semiconducting compounds, such as gallium phosphide or indium phosphide, in the initial phase of the synthesis process added to the gallium or indium, condensed by sublimation as white phosphorus in the colder part of the synthesis apparatus and is converted by a thermal treatment again in red phosphorus. Subsequent to this process, a quality characterization of the semiconducting compound according to the invention is carried out by physical measurements.

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 desThe disadvantages of the known SSD method are eliminated by the inventive solution in that the red phosphorus, added in the initial phase of the process the indium or gallium reservoir, sublimated at reaction temperature to the colder area as white phosphorus and there by a thermal treatment in red phosphorus is converted. In this procedure, a homogeneous conversion product, the reproducibility of the

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.Experimental procedure in the synthesis of the semiconducting compound and the results highly guaranteed. Furthermore, the low-volatility impurities of the phosphorus go into the gallium or indium melt and during crystallization in the gallium phosphide or indium phosphide. In conjunction with the reproducible process flow and the conversion of the impurities into the gallium phosphide, the method on which the invention is based serves as a test method for investigating the chemical quality of the phosphor used and for investigating the suitability of auxiliaries and the effect of technological conditions.

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.The examination methods usually used in the production of the semiconductor material, which as a rule are very complicated and sometimes insufficiently sensitive, are replaced by the solution according to the invention and substantially improved in terms of accuracy.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll an einem Ausiührungsbeispinl äher beschrieben werden.The invention will be described in more detail on an Ausiührungsbeispinl.

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.5 g of gallium and 5 g of phosphorus are weighed in a silica glass ampoule. For phosphorus, chemical analysis shows high levels of impurities at Cu = 10ppm, Fe> 10ppm, Sn> 10ppm and Si> 10ppm.

Nach der herkömmlichen Verfahrensweise gelangen diese schwerflüchtigen Bestandteile nachweislich nicht in das synthetisierte Galliumphosphid.According to the conventional procedure, these low-volatility constituents can not be detected in the synthesized gallium phosphide.

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.Therefore, the direct addition of the phosphorus to the Ga melt followed, and then the evaporation at 450 ° C within the evacuated and fused silica glass ampoule. While white phosphorus and volatile additives at the. Condensate colder place of the ampoule bottom at room temperature, heavier contaminants are dissolved by the Ga melt.

Die Umwandlung des weißen Phosphors findet bei ca. 300°C statt.The conversion of white phosphorus takes place at about 300 ° C.

Claims

Invention claim:

Process for the preparation and use of test crystals, in particular phosphorus-containing semiconductor test crystals, for investigating the suitability of starting components, excipients and the effect of technological conditions, characterized in that in the synthesis of semiconducting compounds, such as gallium phosphide or indium phosphide, using the SSD method red phosphorus is added to the gallium or indium in the initial phase of the synthesis process, condensed by sublimation as white phosphorus in the colder part of the synthesis apparatus and converted back into red phosphorus by a thermal treatment and then a quality characterization of the semiconducting compound produced by physical measurements.

Field of application of the invention

The invention relates to a method for producing test crystals and to investigating the suitability of excipients and the effect of technological conditions by using test crystals.

Characteristic of the known technical solutions

The production of semi-conducting materials, for example gallium phosphide or indium phosphide, can be carried out by the SSD method. In this case, the procedure is such that the readily volatile component of the compound to be synthesized in the colder region and the simultaneously acting as a solvent low-volatility substance in the hot region of a reaction volume are positioned. In the production of phosphides, this results in difficulties that are based on uncontrollable fluctuations in the rate of synthesis and crystallization. This phenomenon is caused by the fact that the red phosphor used has different physical-structural properties and thus evaporates at different rates. The result is a GaP crystal with inhomogeneous quality. To avoid this phenomenon, an attempt is made to create uniform starting conditions by manually sorting the phosphor. However, this is only partially possible, since the different types of phosphorus can only be distinguished to a limited extent. In the usual procedure, - adding the phosphorus source in the colder area -, the low-volatility impurities of phosphorus are not converted into the resulting gallium phosphide. There is thus no possibility to infer from the results of the high sensitivity and accuracy semiconductor physical investigations of gallium phosphide on the quality of the phosphorus, in particular the presence of low volatility impurities in this component.

Object of the invention

The aim of the invention is to develop a process for the preparation and use of test crystals, in particular of phosphorus-containing semiconductor test crystals.

Explanation of the essence of the invention

The object of the invention to develop a process for the preparation and use of test crystals, in particular phosphorus-containing semiconductor test crystals, is achieved by using red phosphorus in the synthesis phase of semiconducting compounds, such as gallium phosphide or indium phosphide, in the initial phase of the synthesis process added to the gallium or indium, condensed by sublimation as white phosphorus in the colder part of the synthesis apparatus and is converted by a thermal treatment again in red phosphorus. Subsequent to this process, a quality characterization of the semiconducting compound according to the invention is carried out by physical measurements.

The disadvantages of the known SSD method are eliminated by the inventive solution in that the red phosphorus, added in the initial phase of the process the indium or gallium reservoir, sublimated at reaction temperature to the colder area as white phosphorus and there by a thermal treatment in red phosphorus is converted. In this procedure, a homogeneous conversion product is obtained, which ensures the reproducibility of the experimental procedure in the synthesis of the semiconducting compound and the results to a high degree. Furthermore, the low-volatility impurities of the phosphorus go into the gallium or indium melt and during crystallization in the gallium phosphide or indium phosphide. In conjunction with the reproducible process flow and the conversion of the impurities into the gallium phosphide, the method on which the invention is based serves as a test method for investigating the chemical quality of the phosphor used and for investigating the suitability of auxiliaries and the effect of technological conditions. The examination methods usually used in the production of the semiconductor material, which as a rule are very complicated and sometimes insufficiently sensitive, are replaced by the solution according to the invention and substantially improved in terms of accuracy.

embodiment

The invention will be described in a AusrührungsbeispH closer. 5 g of gallium and 5 g of phosphorus are weighed in a silica glass ampoule. For phosphorus, chemical analysis shows high levels of impurities at Cu = 10ppm, Fe> 10ppm, Sn> 10ppm and Si> 10ppm. According to the conventional procedure, these low-volatility constituents can not be detected in the synthesized gallium phosphide.

It was therefore the direct addition of phosphorus to the Ga melt and then the evaporation at 450 ⁰ C within the evacuated and sealed silica glass ampoule. While white phosphorus and volatile constituents condense at the colder point of the ampoule bottom at room temperature, low-volatility impurities are released from the Ga melt.

The conversion of white phosphorus takes place at about 300 ° C.