DD237081A3 - DIFFUSION PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF P-LEADING AREAS IN III-V SEMICONDUCTORS - Google Patents

DIFFUSION PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF P-LEADING AREAS IN III-V SEMICONDUCTORS Download PDF

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DD237081A3
DD237081A3 DD22514480A DD22514480A DD237081A3 DD 237081 A3 DD237081 A3 DD 237081A3 DD 22514480 A DD22514480 A DD 22514480A DD 22514480 A DD22514480 A DD 22514480A DD 237081 A3 DD237081 A3 DD 237081A3
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semiconductor
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zinc
iii
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Peter Mardaus
Erich Nebauer
Werner Sauer
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Peter Mardaus
Erich Nebauer
Werner Sauer
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Eindiffundieren von Elementen der zweiten Gruppe, FII, vorzugsweise Zink, in MIIIXV-Halbleiter und deren Mischverbindungen vom n-Typ, vor allem in GaAs1xPx (0x1) zwecks Herstellung von pn-Uebergaengen. Das Verfahren ist von besonderer Bedeutung fuer die Herstellung lichtemittierender Halbleiteranordnungen aus GaAS1xPx (0,35x1). Ziel der Erfindung ist es, die bei derartigen Diffusionsdotierungen haeufig auftretenden Oberflaechenerosionen, die durch unguenstige Dotandenquellen bedingt sind und die die weitere Bearbeitung der Scheiben sowie die Effizienz der Bauelemente unguenstig beeinflussen, durch ein optimiertes Diffusionsverfahren stark zu reduzieren. Beim erfindungsgemaessen Verfahren befindet sich in der Diffusionskammer neben den Halbleiterscheiben eine drei- (vier-)komponentige Quelle, wobei die Komponenten FII, MIII, XV in separaten Behaeltern sind und die Mengen dieser Elemente zueinander in einer bestimmten Relation stehen, die fuer das System Ga - P - Zn bei 650C lautet: EGa0,18 (EZn3,16 EP). Das Verfahren ist fuer GaAs1xPx (0x1) im Temperaturbereich von etwa 550C bis 950C geeignet.The invention relates to a method for diffusing elements of the second group, FII, preferably zinc, into MIIIXV semiconductors and their n-type mixed compounds, especially in GaAs1xPx (0x1) in order to produce pn transitions. The process is of particular importance for the fabrication of GaAs1xPx (0.35x1) semiconductor light emitting devices. The aim of the invention is to greatly reduce the surface erosions which frequently occur in such diffusion doping, which are caused by unfavorable dopant sources and which unfavorably influence the further processing of the disks and the efficiency of the components, by means of an optimized diffusion process. In the process according to the invention, in the diffusion chamber, in addition to the semiconductor wafers, there is a three (four) component source, wherein the components FII, MIII, XV are in separate containers and the amounts of these elements are in a certain relation to each other, which for the system Ga - P - Zn at 650C is: EGa0.18 (EZn3.16 EP). The method is suitable for GaAs1xPx (0x1) in the temperature range from about 550C to 950C.

Description

,,, bzw. AfII(mIII,xV,YV,: Einwaagen bzw. Atomgewichte der Elemente F"(M'",XV,YV); a, b, c, d: At%-Anteile F", M1", Xv, Yv im Liquidus) und das Verhältnis EFM/EXV im Bereich 3AF!l/2 AxV... (3AF!l/2 AXV)((2a +3b)/2c) liegt.,,, resp. A f II (mIII, xV, Y V,: Weights or atomic weights of the elements F "(M '", X V , Y V ); a, b, c, d: At% -seats F ", M 1 ", X v , Y v in the liquidus) and the ratio E F M / E X V in the range 3A F ! L / 2 A x V ... (3A F ! L / 2 A X V) ( (2a + 3b) / 2c).

2. Verfahren nach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß die Elemente F", M1", Xv (Yv) in einem Quarzglasbehälter oder in separaten, nebeneinanderstehenden Quarzglasbehältern oder die Elemente F", Xv (Yv) in einem und das Element M1" in einem zweiten, danebenstehenden Quarzglasbehälter angeordnet werden.2. The method according to item!, Characterized in that the elements F ", M 1 ", X v (Y v ) in a quartz glass container or in separate, juxtaposed quartz glass containers or the elements F ", X v (Y v ) in one and the element M 1 "are arranged in a second, adjacent quartz glass container.

3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Element M1" großflächig auf einen geeigneten Quarzglasträger aufgebracht wird.3. The method according to item 1, characterized in that the element M 1 "is applied over a large area on a suitable silica glass carrier.

4. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß aus einer F"-, Xv-Quelle diffundiert wird, deren EpII-, ExV-Werte der Bedingung4. The method according to item 1, characterized in that diffused from a F ", X v source whose EpII, ExV values of the condition

genügen (ς Dichte des Ill-V-Halbleiters in g/cm3; G Gesamtfläche aller Halbleiterscheiben in cm2).satisfy (ς density of the III-V semiconductor in g / cm 3 , G total area of all semiconductor wafers in cm 2 ).

5. Verfahren nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß als F"-Dotand Zink eingesetzt wird.5. The method according to item 1 to 4, characterized in that is used as the F "-Dandand zinc.

6. Verfahren nach Punkt 1 bis 3 und 5, gekennzeichnet dadurch, daß als Ill-V-Verbindung GaAs1-XPx (0,35 < χ < 1) benutzt wird, die Quelle As-frei ist und die Ga-Einwaage nach der Beziehung6. The method according to item 1 to 3 and 5, characterized in that as the Ill-V compound GaAs 1 -XP x (0.35 <χ <1) is used, the source is As-free and the Ga weigh-in the relationship

EGa == (2,16b/(2a-3c))(EZn —3,16Ep) berechnet wird.E Ga == (2,16b / (2a-3c)) (E Zn -3,16Ep).

7. Verfahren nach Punkt 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß bei Temperaturen von 550°C bis 950°C und Temperungszeiten von 15min bis 50h diffundiert wird.7. The method according to item 1 to 6, characterized in that is diffused at temperatures of 550 ° C to 950 ° C and annealing times of 15min to 50h.

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Eindiffundieren von Elementen der zweiten Gruppe des Periodischen Systems, vorzugsweise von Zink in Ill-V-Verbindungenund entsprechende Mischkristalle vom η-Typ, vor allem in n-GaAs^Px (O < χ < 1), zwecks Herstellung von planaren pn-Übergängen geeigneter Tiefe bei minimaler Oberflächenschädigung. Das Verfahren ist von besonderer Bedeutung für die Herstellung lichtemittierender Halbleiteranordnungen aus GaAs1^Px (0,35 < χ < 1).The invention relates to a method for diffusing elements of the second group of the Periodic Table, preferably of zinc into III-V compounds and corresponding η-type mixed crystals, especially in n-GaAs ^ Px (O <χ <1), for the purpose of production of planar pn junctions of appropriate depth with minimal surface damage. The process is of particular importance for the fabrication of light emitting semiconductor devices of GaAs 1 P x (0.35 <χ <1).

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Zur Erzeugung eines pn-Übergangs in η-leitenden Ill-V-Verbindungen bzw. -Mischverbindungen mittels Diffusion wird üblicherweise Zink aus einer Quelle — meist über die Gasphase — in das Halbleitermaterial diffundiert. Für die Herstellung besonders effizienter lichtemittierender Halbleiteranordnungen aus GaAs-|.xPx (0,6 < χ < 1) hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das Zink bei möglichst geringen Temperaturen, beispielsweise bei 650°C, einzudiffundieren, wobei für die Funktion der Halbleiteranordnung bei Berücksichtigung aller zur Herstellung notwendigen Abtrageschritte und zur Erzielung e :ner maximalen Lichtstärke eine Tiefe des diffundierten pn-Übergangs von 5 bis 10μηη erforderlich ist. Für derartige Niedrig-Temperatur-Diffusionstempc.ungen ist aus P. T.Lindquist, T. L. Larsen, J. Electron. Mat. 4, 567 (1975) elementares Zink als Diffusionsquelle bekannt. Die dabei aus physikalisch-chemischen Gründen unvermeidbar auftretenden Beschädigungen (Erosionen) der Oberfläche des Halbleitermaterial durch Ausbildung einer mehrkomponentigen flüssigen Phase (Liquidus) auf der Halbleiteroberfläche und/oder durch Ausdampfen der leichtflüchtigen Xv-Komponente erweisen sich als nachteilig für weitere Bearbeitungsschritte, wie Fotolithografie und Kontaktierung, bei der Herstellung der lichtemittierenden Halbleiteranordnung, und führen häufig zum Verwerfen von Halbleiterscheiben.In order to generate a pn junction in η-conducting III-V compounds or mixed compounds by means of diffusion, zinc is usually diffused from a source - usually via the gas phase - into the semiconductor material. For the production of particularly efficient GaAs | semiconductor light-emitting semiconductor devices. x P x (0.6 <χ <1), it has proved to be advantageous to diffuse the zinc at the lowest possible temperatures, for example at 650 ° C, wherein for the function of the semiconductor device, taking into account all necessary for the preparation of removal steps and to achieve e : the maximum intensity of the light requires a depth of the diffused pn junction of 5 to 10μηη. For such low temperature diffusion scannings, PTLindquist, TL Larsen, J. Electron. Mat. 4, 567 (1975) elemental zinc known as a source of diffusion. The unavoidably occurring damage (erosion) of the surface of the semiconductor material due to physical-chemical reasons by formation of a multi-component liquid phase (liquidus) on the semiconductor surface and / or by evaporation of the volatile X v component prove to be disadvantageous for further processing steps, such as photolithography and contacting in the manufacture of the semiconductor light-emitting device, and often lead to warping of semiconductor wafers.

Ein Verfahren zur Verminderung der Oberflächenerosion, die durch die elementare Zink-Quelle hervorgerufen wird, besteht in der Einbettung des Halbleiterkörpers mit Pulver aus solchem Halbleitermaterial (US-PS 3660178). Der Nachteil dieses Verfahrens ist die Kontamination der Halbleiterscheiben durch das in hoher Reinheit schwer herstellbare Pulver.One method for reducing the surface erosion caused by the elemental zinc source is to embed the semiconductor body with powder of such semiconductor material (US Pat. No. 3,660,178). The disadvantage of this method is the contamination of the semiconductor wafers by the difficult to produce in high purity powder.

Außerdem sind Ga-reiche Zink/Gallium-Quellen bekannt (DE-AS 1289035), die aber ebenfalls zu Erosionen führen und außerdem bei niedrigen Diffusionstemperaturen wegen des kleinen Zinkdampfdrucks und der damit einhergehenden langen Temperzeiten meist uninteressant sind.In addition, Ga-rich zinc / gallium sources are known (DE-AS 1289035), but also lead to erosion and also are usually of no interest at low diffusion temperatures because of the low zinc vapor pressure and the associated long annealing times.

Es ist auch bekannt, für höhere Temperaturen (T > 8000C) verschiedene Gemische von Zink und Phosphor als Quellenmaterial einzusetzen (K. Gillessen u.a., IEEE Trans. Electron. Dev. ED24,944 [1977]; A. F. Widmer, R. Fehlmann, Solid-State Electronics 14, 423 [1971]; B.Tuck, P.R.Jay, J. Phys. D. 10, 2089 [1977]). Sieführen häufig zu nichtplanaren pn-Übergängen und Oberfiächenschädigungen.It is also known to use different mixtures of zinc and phosphorus as source material for higher temperatures (T> 800 ° C.) (K. Gillessen et al., IEEE Trans. Electron Dev. ED24,944 [1977]; AF Widmer, R. Fehlmann Solid State Electronics 14, 423 [1971]; B. Tuck, PRJay, J. Phys. D. 10, 2089 [1977]). They often lead to nonplanar pn-transitions and surface damage.

ZnAs2-, ZnP2-, Zn3As2- und Zn3P2-Quellen, die vorzugsweise für höhere Diffusionstemperaturen eingesetzt wurden (J.C.Marinace, J. Electrochem. Soc. 110,1153 [1963]; US-PS 3653989; DE-AS 1261831) erweisen sich —obgleich sie auf Grund ihrer Lage im Phasendiagramm erosionsarme Oberflächen liefern können—wegen der langen Diffusionszeiten als unvorteilhaft bei der Fertigung. Beispielsweise müßte man mit einer ZnP2-Quelle bei 6500C mehr als 100 h diffundieren, um in GaP einen 6μ,ιηZnAs 2 , ZnP 2 , Zn 3 As 2 and Zn 3 P 2 sources, which were preferably used for higher diffusion temperatures (JC Marinace, J. Electrochem., Soc., 110, 1153 [1963], US Patent 3653989; -AS 1261831) - although they can deliver low-erosion surfaces due to their location in the phase diagram - prove to be unfavorable in the production because of the long diffusion times. For example, one would have to diffuse with a ZnP 2 source at 650 0 C over 100 h in order in a GaP 6μ, ιη

tiefen pn-übergang zu erreichen. Bekannt ist auch eine Zn3P2-Quelle mit zusätzlichen Gettermetallen (FR-PS 7439679), die aber.reach deep pn junction. Also known is a Zn 3 P 2 source with additional getter metals (FR-PS 7439679), but.

die genannten Nachteile nicht beseitigt.the mentioned disadvantages are not eliminated.

Bei den im flüssigphasen-freien Abschnitt des ternären Phasendiagramms arbeitenden ternären Zn-Ga-P-Quellen (S. F. Nygren,For the ternary Zn-Ga-P ternary sources operating in the liquid-phase-free section of the ternary phase diagram (S.F. Nygren,

G. L. Pearson, J. Electrochem. Soc. 116,648 [1969], US-PS 3485685 und 3753808) für GaP bzw. GaASvxPx (0 < χ < 0,6) kommt als weitere Erschwernis die aufwendige Herstellung dieser Quellen hinzu, — die langen Diffusionszeiten bleiben bestehen.GL Pearson, J. Electrochem. Soc. 116,648 [1969], US Pat. Nos. 3,485,685 and 3,753,808) for GaP and GaASv x P x (0 <χ <0.6), the further difficulty involved is the time-consuming preparation of these sources. The long diffusion times remain.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist ein Diffusionsverfahren für Zink und andere Elemente der zweiten Gruppe des Periodischen Systems (F") in MmXv-Halbleiter oder MmXv-Mischverbindungen, bei denen die Oberflächenerosion stark reduziert ist und die weitere Bearbeitung der Halbleiterscheiben ungestört von Oberflächenschädigungen erfolgen kann. Es soll die Herstellung von effizienten Bauelementen, insbesondere optoelektronischen Halbleiterbauelementen mit hoher Konstanz der Parameter sowie mit geringem Ausschußfaktor ermöglichen.The aim of the invention is a diffusion method for zinc and other elements of the second group of the Periodic Table (F ") in M m X v semiconductors or M m X v mixed compounds, in which the surface erosion is greatly reduced and the further processing of the semiconductor wafers undisturbed It should enable the production of efficient components, in particular optoelectronic semiconductor components with high constancy of the parameters and with a low rejection factor.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Diffusionsverfahren für Zink in GaAs1-XPx(O < χ < 1) insbesondere für niedrige Temperaturen so zu gestalten, daß mit minimalem Zeitaufwand erosionsarme Halbleiteroberflächen erhalten werden, wobei Kontaminationen des Halbleiters durch die Diffusionsquelle ausgeschlossen werden. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, bei dem sich in der Diffusionskammer neben den Halbleiterscheiben Quellengefäße mit hochreinem elementarem Zink, Gallium, Phosphor und gegebenenfalls Arsen befinden, wobei die Mengen dieser Elemente der Bedingung (3) genügen und wobei in jenem Gebiet des Phasendiagramms gearbeitet wird, in welchem der Liquidus, Zinkverbindung und Ill-V-Verbindung koexistent sind. Hierbei ist es vorteilhaft, das Gallium großflächig aufzubringen, da dadurch die rasche Einstellung der Liquiduszusammensetzung gewährleistet wird.The invention has for its object to make the diffusion process for zinc in GaAs 1 -XP x (O <χ <1), in particular for low temperatures so that with minimal time erosion semiconductor surfaces are obtained, with contamination of the semiconductor are excluded by the diffusion source , According to the invention the object is achieved by a method in which in the diffusion chamber next to the semiconductor wafers with high purity elemental zinc, gallium, phosphorus and optionally arsenic, the amounts of these elements of the condition (3) and satisfy in that area of the phase diagram in which the liquidus, zinc compound and III-V compound are coexistent. It is advantageous to apply the gallium over a large area, as this ensures the rapid adjustment of the liquidus composition.

Dabei wird davon ausgegangen, daß die Erosion der GaAsi.,(Px-Scheiben bei den ein-und zweikomponentigen Zink-Quellen der bekannten technischen Lösungen auf die Zersetzung der oberfiächennahen Scheibenbereiche durch den nur dort entstehungsfähigen Liquidus (Zn-, Zn +P-Quelle) bzw. durch die P-(As-)Abgabe zur Liquidus-Bildung neben dem Halbleiter (Zn-Ga-Quelle) zurückzuführen ist. Als Maß für die Schädigung der Oberfläche kann eine mittlere Erosionstiefe AXR (in /im) nach der BeziehungIt is assumed that the erosion of the GaAsi., (P x disks in the one- and two-component zinc sources of the known technical solutions to the decomposition of the near-surface disc areas by the liquidus (Zn, Zn + P) which can only be formed there. As a measure of the damage to the surface, a mean erosion depth AX R (in / im) after the., Source (or) by the P (As)) discharge for liquidus formation next to the semiconductor (Zn-Ga source) relationship

(mn — Masse der ausgelösten Ill-V-Verbindung in g (siehe Gleichung [2]), p—Dichte des Ill-V-Halbleiters in g/cm3, G — gesamte Halbleiteroberfläche in cm2) ermittelt werden.(mn - mass of the elicited Ill-V compound in g (see equation [2]), p-density of the III-V semiconductor in g / cm 3 , G - total semiconductor surface in cm 2 ).

Zur exakten Bestimmung der während der Diffusionstemperung mit dem Dotanden F" (Zn; Cd; Be etc.) aufgelösten Menge an M'"XvxYx-Halbleitermaterial, die unter Berücksichtigung der stets vorhandenen Oberflächeninhomogenitäten den Grad der Ob:!rflächenerosion festlegt, sind die in der Phasendiagramm-Region mit koexistentem Liquidus und N3"X2 V(Y2 V) relevanten Gleichungen für die Reaktionen der LiquidusbildungDefines rflächenerosion: Xv x Y x semiconductor material, taking into account the surface inhomogeneities are always present the degree of Ob "dissolved amount of M '(Cd Be etc. Zn)" to determine the exact during Diffusionstemperung with the dopants F! are the equations relevant to the reactions of liquidus formation in the phase diagram region with coexistent liquidus and N 3 "X 2 V (Y 2 V )

TiU1 (in g),TiU 1 (in g),

der P^I:EXO Y-Bildungthe P ^ I: E X O Y formation

--Ρ--Ρ

III Y sowie der M X -ZersetzungIII Y and the M X decomposition

unter Berücksichtigung der Massenbilanztaking into account the mass balance

«Μ <m ». "TT1 "TT" TP T" "T" T ι TT1 T«Μ <m». "TT 1 " TT "TP T""T" T 1 TT

IQj + IG-p = 23-p + j&-j-\ J- X + Ujpfl-L-LX + JljyVIQj + IG-p = 23-p + j & -j- \ J-X + Ujpfl-L-LX + JljyV

zu betrachten (T = ΕχΥ + (^nJ-S - (f j'f ifijto consider (T = Ε χ Υ + (^ n JS - (f j'f ifij

8 ( 8 (

o. B. d. A. χ = 1 gesetzt). Es bedeuten a, b, c: temperaturabhängige, aus der Fachliteratur bekannte At%-Anteile von F", M'", Xv im Liquidus,A: Atomgewicht, E: Einwaage, (3AFH/2 AxV) < (Epll/ExV) < (3AFH/2AxV)(2a + 3b)/3cals näherungsweise Bedingung dafür, daß man im erfindungsgemäßen Abschnitt des Phasendiagramms ist. Dies führt zu folgender Beziehung für mR (in g):o. B. d. A. χ = 1). A, b, c: temperature-dependent At% fractions known from the specialist literature of F ", M '", X v in the liquidus, A: atomic weight, E: initial weight, (3A F H / 2 A x V) < (Epll / ExV) <(3A F H / 2A x V) (2a + 3b) / 3c as an approximate condition for being in the phase diagram of the present invention. This leads to the following relationship for m R (in g):

( 2b \ /AmII ( 2b / AmII

-\2a+3b-3c~3d/ i- \ 2a + 3b-3c ~ 3d / i

\ fOa oo οΛ\ /.3A-H1IIA \ F o Λ o Oa \ /.3A-H 1 ο IIA

I . /2a-3C-3Q ). E J11 j tt I-e Y -I. / 2a-3C-3Q ). E J 11 j tt Ie Y -

Aj1IIAj 1 II

2AMIIli I 3b2A M IIli I 3b

(d At%-Anteil von Yv im Liquidus), aus welcher sich durch mR = O die Bedingung(d At% -value of Y v in the liquidus), from which by m R = O the condition

ergibt. - '-results. - '-

Bei (o. B. d. A.) meist vorgegebener EfII-, ExV- (EyV-) Beschickung der Ampulle folgt somit als Vorschrift für die EMIII-Einwaage:With (o.b. d. A.) usually given EfII, E x V (E y V) loading of the ampoule follows thus as regulation for the E M III-Einwaage:

E.JII =f1'Ar -KU - UtV-EJ -E.JII = f1'Ar -KU - UtV-EJ -

(3a)(3a)

Für das Zn-Ga-P-System ergibt sich im Temperaturbereich um 650CCFor the Zn-Ga-P system results in the temperature range around 650 C C.

EGa « 0,18 (EZn — 3,16Ep). (3b)E Ga «0,18 (E Zn - 3,16Ep). (3b)

Das Verfahren eignet sich für GaAsi.xPx |0<x<1] auf Grund der Phasendiagramm-Parameter im Temperaturbereich von etwa 550 bis 95O0C.The method is suitable for GaAsi. x P x | 0 <x <1] based on the phase diagram parameters in the temperature range of about 550 to 95O 0 C.

Aus Gleichung (2) erkennt man aber allgemein, daß die Erosion mit wachsender Temperatur, d.h. fallendem a-Anteil im Liquidus, zunimmt. Außerdem ergibt sich, daß die reinen F"-Quellen (d.h.: EmHI = EXV(YV) = 0)zu maxi maler Erosion führen. In Fällen, bei denen die Halbleiterscheiben eine geringe Oberflächenrauhigkeit AXR aufweisen können, vereinfacht sich die Ampullenbeschickung nach (3) bzw. (3a) derart, daß die M"'-Einwaage gegen Null gehen kann, sofern die F"-Xv-Einwaagen einen Arbeitspunkt im genannten Abschnitt des Phasendiagramms gewährleisten. Beispielsweise erhält man bei Zulassung einer Oberflächenrauhigkeit S0,1 μηπ bei Benutzung einer Epli-ExV-Quelle aus (1) und (2) die BedingungFrom equation (2), however, it is generally recognized that erosion increases with increasing temperature, ie falling a fraction in the liquidus. In addition, the pure F "sources results (ie: Emhi = E X V (Y V) = 0). Lead to maxi painter erosion In cases where the semiconductor wafers may have a low surface roughness AX R, is simplified Ampoule charging according to (3) or (3a) in such a way that the M "'weight can go to zero, provided that the F" -X v weigh-in ensures an operating point in the mentioned section of the phase diagram , 1 μηπ using an Epli ExV source from (1) and (2) the condition

Bei der Wahl der Einwaagen ist noch folgendes zu beachten: Bei Systemen vom Typ Zn-Ga-P wird der Dotandendampfdruck im GaP-Liquidus-ZnsPa-Teildreieck des Phasendiagramms durch den Liquidus bestimmt. Es sind solche Zn-Einwaagen anzustreben, die bei vorgegebenem Ampullenvolumen VA den maximalen Zinkdruck pmax ^ , a , D(o)In the selection of initial weights, the following should be noted: In systems of the Zn-Ga-P type, the dopant vapor pressure in the GaP-liquidus-ZnsPa partial triangle of the phase diagram is determined by the liquidus. It is desirable to have such Zn weighings which, given a vial volume V A, have the maximum zinc pressure p max , a, D (o)

(p(o). rZn -^JTb' Vzn ( p (o). r Zn - ^ JTb ' Vzn

Sättigungsdampfdruck des reinen Zinks) in etwa zu erreichen gestatten, weil sonst für eine bestimmte pn-Tiefe unnötig große Temperungszeiten erforderlich werden.Saturation vapor pressure of the pure zinc) can be achieved in approximately, because otherwise unnecessarily large annealing times are required for a certain pn-depth.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.The invention will be explained below with reference to an embodiment.

In LEC-GaP-Scheiben mit einer aufgewachsenen GaP:N-Epitaxieschicht ist zwecks Herstellung von grünen Leuchtdioden ein pn-Übergang in einer Tiefe von 5 bis 6μιη mit dem an sich bekannten Verfahren der Zink-Ampullendiffusion zu erzeugen. Dabei sollen größtmögliche Lichtstärkewerte der Dioden, glatte, erosionsfreie Oberflächen und — in nachfolgenden Prozeßschritten — guthaftende ohmsche Kontakte erzielt werden.In LEC-GaP disks with a grown GaP: N epitaxial layer, for the purpose of producing green light-emitting diodes, a pn junction at a depth of 5 to 6 μm is to be produced using the per se known method of zinc ampule diffusion. The aim is to achieve the highest possible light intensity values of the diodes, smooth, erosion-free surfaces and - in subsequent process steps - good-adhering ohmic contacts.

Hierfür wird eine gemäß Formel (1) große Anzahl von gereinigten Scheiben in eine gereinigte Quarzglasampulle gebracht. Als Zinkquelle dient eine Anordnung von zwei nebeneinanderstehenden, einige mm großen Quarzglasnäpfen; im ersten Napf befinden sich Zink und Phosphor, im zweiten ist Gallium. Diese Näpfe werden in Nachbarschaft zu den Halbleiterscheiben plaziert. Die Ampulle hat ein Volumen von = 300cm3 und befindet sich nach dem Abpumpen (10"3Pa) und Zusc.hmelzenfür die Dauer von t =15 Stunden auf der einheitlichen Temperatur von 650°C in einem Röhrenofen. Für diedreikomponentige Quelle werden folgende Einwaagen gewählt: 18mg Zn, 4mg P und gemäß Formel (3 b) knapp 1 mg Ga. In der Ampulle wirkt dann ein Zinkdampfdruck von etwa 1 900Pa, der bei den gewählten Temperatur-, Zeit-Bedingungen planare pn-Übergänge bei = 5,1 μ.ιη zur Folge hat, die Zn- bzw. p-Maximalkonzentrationen liegen bei = 3 · 1018crrT3).For this purpose, a large number of cleaned slices according to formula (1) is placed in a cleaned quartz glass ampoule. The zinc source is an arrangement of two juxtaposed, a few mm quartz glass cups; in the first cup are zinc and phosphorus, in the second is gallium. These cups are placed in proximity to the semiconductor wafers. The ampoule has a volume of = 300 cm 3 and after pumping (10 " 3 Pa) and Zustshmelzen for a period of t = 15 hours at the uniform temperature of 650 ° C in a tube furnace chosen: 18mg Zn, 4mg P and according to formula (3 b) just under 1 mg Ga. In the ampoule then acts a zinc vapor pressure of about 1 900Pa, which at the selected temperature, time conditions planar pn transitions at = 5.1 μ.ιη has the result, the Zn or p-maximum concentrations are = 3 · 10 18 crrT 3 ).

Das Abkühlen der Ampulle erfolgt relativ langsam. Mittels Chargiervorrichtung wird eine Ausfahrgeschwindigkeit von ~ 4cm/min gewählt, die Zn- bzw. Zn3P2-Niederschläge bilden sich an der vorderen Ampullenwand und die GaP-Scheiben bleiben sauber. DieEDAX-Analysedes(Zn + P)-Napfes ergab Zn3P2, welches sich, wie Kurztemperungen aufzeigten, unmittelbar nach dem Einfahren der Ampulle bildet.The cooling of the ampoule is relatively slow. By means of a charging device, an extension speed of ~ 4 cm / min is selected, the Zn or Zn 3 P 2 precipitates form on the front ampoule wall and the GaP disks remain clean. The EDAX analysis of the (Zn + P) cup revealed Zn 3 P 2 which, as indicated by short anneals, forms immediately after retraction of the ampoule.

Die mikroskopische Inspektion der Scheiben sowie die Massebestimmung der Scheiben vor und nach der Temperung ergibt Erosionsfreiheit der Oberflächen. Bei der anschließenden AuBe-Kontaktierung der p-Seite werden gute ohmsche Kontakte gebildet, die Messung der Lichtstärke der Dioden ergab die gleichen hohen Werte, die beispielsweise mit der bekannten 65O0C-Ampullendiffusion mit reiner Zn-Quelle erzielt werden, wobei letztere Quelle jedoch stärkere Oberflächenerosionen der Scheiben verursacht.The microscopic inspection of the panes and the determination of the mass of the panes before and after tempering result in erosion-free surfaces. In the subsequent AuBe contact the p-side good ohmic contacts are formed, the measurement of the light intensity of the diodes gave the same high values, which are achieved for example with the known 65O 0 C ampoule diffusion with pure Zn source, the latter source, however caused stronger surface erosion of the discs.

Entsprechende Versuche mit einer (Zn + Ga + P)-Quelle wurden auch an GaAsai5P0,85-Material, welches die Grundlage für gelbleuchtende Elektrolumineszenzdioden bildet, durchgeführt.Corresponding experiments with a (Zn + Ga + P) source were also carried out on GaAs a i 5 P 0 , 85 material, which forms the basis for yellow-lighted electroluminescent diodes.

Claims (1)

Erfindungsanspruch:Invention claim: 1. Verfahren zum Herstellen von p-leitenden Gebieten in M'"Xv-Halbleitern, bei dem Elemente der zweiten Gruppe des Periodischen Systems (F") in Verbindungen vom Typ M"'Xvund M'"XVYV durch Tempern der Halbleiterkörper mit einer örtlich getrennten, den F"-Dotanden liefernden Quelle in einem abgeschlossenen Behälter diffundiert werden, gekennzeichnet dadurch, daß eine drei- oder vierkomponentige Quelle aus elementarem F", M"', Xv (Yv) eingesetzt wird, die sich auf der gleichen Temperatur wie die Halbleiterkörper befindet, wobei bei den Ampulleneinwaagen folgende Relation eingehalten wird:1. A method for producing p-type regions in M '"X v -Halbleitern in which elements of the second group of the Periodic Table (F") in compounds of the type M "' X v and M '" X V Y V by Annealing the semiconductor bodies with a locally separate F-dopant source in a sealed container, characterized in that a three- or four-component source of elementary F ", M"', X v (Y v ) is used, which is at the same temperature as the semiconductor bodies, the following relation being maintained in the case of the ampoules:
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4847217A (en) * 1987-08-05 1989-07-11 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Method for making a semiconductor device

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US4847217A (en) * 1987-08-05 1989-07-11 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Method for making a semiconductor device

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