DE1130421B - Process for the production of the purest gallium phosphide or gallium arsenide - Google Patents
Process for the production of the purest gallium phosphide or gallium arsenideInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
A36399IVa/12nA36399IVa / 12n
A N M E L D E T A G ; 30. DEZEMBER 1960 REGISTRATION D DAY ; DECEMBER 30, 1960
BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABEDER
AUSLEGESCHRIFT: 30. MAI 1962 NOTICE
THE REGISTRATION
ANDOUTPUTE
EDITORIAL: MAY 30, 1962
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von reinstem Galliumphosphid bzw. Galliumarsenid, die beispielsweise zur Herstellung von Halbleitergeräten, wie Gleichrichter, Transistoren und Tunneldioden, verwendet werden.The invention relates to a method for the production of the purest gallium phosphide or gallium arsenide, for example for the manufacture of semiconductor devices such as rectifiers, transistors and Tunnel diodes can be used.
Es ist bekannt, Galliumphosphid bzw. Galliumarsenid durch Reaktion der Elemente in flüssigem Zustand sowie durch solche Reaktionen der Elemente herzustellen, bei denen das Gallium in flüssigem und das andere Element in gasförmigem Zustand vorliegen. Es ist ferner ein Verfahren zur Herstellung von Galliumphosphid bekannt, das in der Reaktion von Gallium(I)-oxyd mit Phosphordampf besteht. Den genannten Verfahren ist gemeinsam, daß sie in abgeschlossenen Gefäßen im Vakuum durchgeführt werden müssen und daß sie eine hohe Reaktionstemperatur benötigen.It is known to produce gallium phosphide or gallium arsenide by reacting the elements in liquid State as well as by such reactions of the elements, in which the gallium in liquid and the other element is in a gaseous state. It is also a method of manufacture known from gallium phosphide, which occurs in the reaction of gallium (I) oxide with phosphorus vapor consists. A common feature of these processes is that they are carried out in closed vessels in a vacuum must be carried out and that they require a high reaction temperature.
Es ist ferner bekannt, Galliumphosphid bzw. Galliumarsenid herzustellen durch die Umsetzung von Gallium(II)-chlorid mit Phosphor bzw. Arsen oder mit ihren Wasserstoffverbindungen. Es ist auch bekannt, Galliumphosphid bzw. Galliumarsenid auf Grund der Austauschreaktionen:It is also known to produce gallium phosphide or gallium arsenide by converting Gallium (II) chloride with phosphorus or arsenic or with their hydrogen compounds. It is also known Gallium phosphide or gallium arsenide due to the exchange reactions:
Verfahren zur HerstellungMethod of manufacture
von reinstem Galliumphosphidof the purest gallium phosphide
bzw. Galliumarsenidor gallium arsenide
Anmelder:Applicant:
Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)Public limited company Brown, Boveri & Cie., Baden (Switzerland)
Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt, München 23, Dunantstr. 6Representative: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, patent attorney, Munich 23, Dunantstr. 6th
Beanspruchte Priorität: Schweiz vom 9. Dezember 1960 (Nr. 13 796)Claimed priority: Switzerland of December 9, 1960 (No. 13 796)
Dipl.-Chem. Dipl.-Ing. Dr. Heinz-Günther Plust,Dipl.-Chem. Dipl.-Ing. Dr. Heinz-Günther Plust,
Wettingen (Schweiz), ist als Erfinder genannt wordenWettingen (Switzerland) has been named as the inventor
PCl3 + 2Ga -> GaCl3 + GaPPCl 3 + 2Ga -> GaCl 3 + GaP
3GaCL + P3GaCL + P
2GaCL2GaCL
GaPGaP
AsCL + 2Ga -^ GaCL + GaAsAsCL + 2Ga - ^ GaCL + GaAs
3GaCi, + As3GaCi, + As
2GaCl3 + GaAs2GaCl 3 + GaAs
herzustellen. Das nach diesen Reaktionen erhaltene Galliumphosphid bzw. Galliumarsenid ist nicht sehr rein, da einerseits Verunreinigungselemente als Halogenide bei der Reaktion mitgeschleppt werden und andererseits durch die sekundär auftretende Disproportionierungsreaktion wie beispielsweiseto manufacture. The gallium phosphide or gallium arsenide obtained after these reactions is not very high pure, since on the one hand impurity elements are entrained in the reaction as halides and on the other hand by the secondary disproportionation reaction such as
3GaCl2 -» Ga + 2GaCl3 3GaCl 2 - »Ga + 2GaCl 3
die erhaltenen Verbindungen nicht stöchiometrisch vorliegen. Weiterhin können niedere Phosphorchloride bzw. Arsenchloride, die bei hohen Temperaturen gebildet werden, das Reaktionsprodukt verunreinigen. the compounds obtained are not stoichiometric. Lower phosphorus chlorides can also be used or arsenic chlorides, which are formed at high temperatures, contaminate the reaction product.
Die Nachteile werden durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von reinstem Galliumphosphid bzw. Galliumarsenid vermieden, dessen Gehalt an Fremdmetallen spektrographisch nicht mehr nachweisbar ist.The disadvantages are due to the process according to the invention for the production of the purest Gallium phosphide or gallium arsenide avoided, its content of foreign metals spectrographically is no longer detectable.
Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß eine bei höherer Temperatur in Gallium und gasförmige Kohlenwasserstoffe zerfallende galliumorganische Ver-The method is characterized in that one at higher temperature in gallium and gaseous Organic gallium disintegrating hydrocarbons
bindung einer Temperatur oberhalb 600° C ausgesetzt und das infolge Zersetzung anfallende Gallium im Augenblick seiner Entstehung mit Phosphordampf bzw. Arsendampf zur Reaktion gebracht wird. Die Verwendung spezieller galliumorganischer Verbindungen gibt die Möglichkeit, zu sehr reinen Reaktionsendprodukten zu gelangen. Die galliumorganischen Verbindungen können in bekannter und einfacher Weise mit Vorteil aus den entsprechenden Quecksilberverbindungen in technischem Maßstab sehr rein erhalten werden. Erfindungsgemäß sind solche Verbindungen zu benutzen, die bei höherer Temperatur in Gallium und gasförmige Kohlenwasserstoffe oder in Gallium, gasförmige Kohlen-Wasserstoffe und Wasserstoff, jedoch keinesfalls in polymere, schwerflüchtige oder ölige Crackprodukte zerfallen. Solche Verbindungen sind beispielsweise Galliumtriäthyl, Galliumtriisopropyl und Galliumtriisobutyl. Diese zerfallen bei Temperaturen oberhalb 600° C gemäß nachstehenden Bruttoreaktionsgleichungen in Gallium sowie gesättigte und ungesättigte Kohlenwasserstoffe und Wasserstoff:bond exposed to a temperature above 600 ° C and the gallium produced as a result of decomposition is caused to react with phosphorus vapor or arsenic vapor at the moment of its formation. The use of special organic gallium compounds enables them to be very pure To arrive reaction end products. The organic gallium compounds can be known in and simply with advantage from the corresponding mercury compounds on an industrial scale very pure. According to the invention, such compounds are to be used, which at higher Temperature in gallium and gaseous hydrocarbons or in gallium, gaseous hydrocarbons and hydrogen, but never in polymeric, low-volatility or oily cracking products disintegrate. Such compounds are, for example, gallium triethyl, gallium triisopropyl and gallium triisobutyl. These disintegrate at temperatures above 600 ° C according to the following gross reaction equations in gallium as well as saturated and unsaturated hydrocarbons and hydrogen:
2Ga(C.2H5)3 -* 2Ga + 3C2H4 + 3C2H0 Ga(C2Hg)3 -+ Ga + 3C2H4 + V2H2 2Ga (C. 2 H 5 ) 3 - * 2Ga + 3C 2 H 4 + 3C 2 H 0 Ga (C 2 Hg) 3 - + Ga + 3C 2 H 4 + V 2 H 2
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der Möglichkeit, die HerstellungA particular advantage of the method according to the invention lies in the possibility of production
209 607/247209 607/247
ohne Trägergas kontinuierlich und bei relativ niedrigen Temperaturen oberhalb 600° C zu führen. Dadurch kann eine erneute Verschmutzung des Reaktionsproduktes wesentlich vermindert werden.without carrier gas continuously and at relatively low temperatures above 600 ° C. Through this renewed contamination of the reaction product can be significantly reduced.
Die Zeichnung zeigt schematisch im Schnitt ein Beispiel für eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung.The drawing shows schematically in section an example of a device for carrying out the Method according to the invention.
Die Vorrichtung umfaßt ein einseitig offenes und waagerecht liegendes Rohrl, das mit zwei Einlaßstutzen 2 und 3 versehen ist. Im Innern des Rohres befindet sich das konisch zulaufende Reaktionsgefäß 4, welches den Reaktionsraum 5 umgibt. Der sich an das Reaktionsgefäß anschließende Rohrteil 6 ist zylindrisch und weist einen Auslaufstutzen 7 auf. Das Rohrl ist durch einen das Reaktionsgefäß abstützenden Stopfen 8 abgeschlossen.The device comprises a pipe open on one side and lying horizontally, which has two inlet ports 2 and 3 is provided. The tapered reaction vessel 4, which surrounds the reaction space 5, is located in the interior of the tube. Of the The pipe part 6 adjoining the reaction vessel is cylindrical and has an outlet connection 7. The Rohrl is through a supporting the reaction vessel Plug 8 completed.
Eine nicht gezeichnete Heizeinrichtung ist um das Rohr 1 herum angeordnet und so bemessen, daß sich der Reaktionsraum S auf einer Temperatur oberhalb 6000C befindet. Der zylindrische Rohrteil 6 wird durch die Heizeinrichtung auf einer Temperatur unterhalb 450° C gehalten.A not shown heating device is arranged around the tube 1 around and dimensioned such that the reaction chamber S is at a temperature above 600 0 C. The cylindrical tube part 6 is kept at a temperature below 450 ° C. by the heating device.
Durch den Einlaßstutzen 2 wird die vorteilhafterweise gasförmige galliumorganische Verbindung in den Reaktionsraum eingeführt. Gleichzeitig wird durch den Einlaßstutzen 3 Phosphordampf bzw. Arsendampf im Überschuß in den Reaktionsraum geleitet. Vorzugsweise wird eine Reaktionstemperatur gewählt, welche dicht unterhalb dem Schmelzpunkt der Verbindung liegt. Das bei der Reaktion gebildete Galliumphosphid 9 bzw. Galliumarsenid setzt sich an der Wand des Reaktionsraumes ab. An der Wand des zylindrischen Rohrteils schlägt sich der überschüssig in das Reaktionsgefäß gebrachte Phosphor 10 bzw. das Arsen nieder. Durch den Auslauf stutzen 7 entweichen die bei der Zersetzung entstehenden Kohlenwasserstoffe und der Wasserstoff. Nach Entfernen des Stopfens 8 kann das Reaktionsgefäß aus dem Rohr 1 herausgenommen werden und das auf der konischen Wand niedergeschlagene Galliumphosphid bzw. Galliumarsenid entfernt werden. Hierbei verhindert der Schirm 11 eine Verunreinigung durch den im zylindrischen Rohrteil aufgefangenen Phosphor bzw. das Arsen.Through the inlet port 2, the advantageously gaseous organic gallium compound is in introduced the reaction space. At the same time, phosphorus vapor resp. Arsenic vapor passed into the reaction space in excess. A reaction temperature is preferred chosen, which is just below the melting point of the compound. That with the reaction Gallium phosphide 9 or gallium arsenide formed is deposited on the wall of the reaction chamber. At The excess that has been brought into the reaction vessel hits the wall of the cylindrical tube part Phosphorus 10 or arsenic. The resulting during decomposition escape through the outlet nozzle 7 Hydrocarbons and the hydrogen. After removing the stopper 8, the reaction vessel taken out of the tube 1 and the one deposited on the conical wall Gallium phosphide or gallium arsenide are removed. Here, the screen 11 prevents contamination by the phosphorus or arsenic caught in the cylindrical tube part.
Je nach der im Innern des Reaktionsgefäßes herrschenden Temperatur fäEt das Galliumphosphid bzw. Galliumarsenid feinpulverig bis kompakt kristallin an. Die Art der Abscheidung ist jedoch außerdem abhängig von der pro Zeiteinheit abgeschiedenen Menge, indem eine langsame Abscheidung zu grobkristallinen Produkten führt.Depending on the temperature inside the reaction vessel, the gallium phosphide resp. Gallium arsenide finely powdery to compactly crystalline. However, the type of deposition is also depending on the amount deposited per unit of time, adding a slow deposition to coarsely crystalline Products.
Das Verfahren gemäß der Erfindung gestattet auch eine orientierte Abscheidung (Epitaxie) von Galliumphosphid bzw. Galliumarsenid auf Grundkörper, wie beispielsweise Halbleiterkristalle, welche in den Reaktionsraum eingebracht werden.The method according to the invention also allows an oriented deposition (epitaxy) of gallium phosphide or gallium arsenide on base body, such as semiconductor crystals, which are in the reaction space be introduced.
Claims (3)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH1379660A CH410010A (en) | 1960-12-09 | 1960-12-09 | Process for the production of the purest gallium phosphide or gallium arsenide |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1130421B true DE1130421B (en) | 1962-05-30 |
Family
ID=4395401
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DEA36399A Pending DE1130421B (en) | 1960-12-09 | 1960-12-30 | Process for the production of the purest gallium phosphide or gallium arsenide |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| CH (1) | CH410010A (en) |
| DE (1) | DE1130421B (en) |
| FR (1) | FR1310155A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1176102B (en) * | 1962-09-25 | 1964-08-20 | Siemens Ag | Process for the crucible-free production of gallium arsenide rods from gallium alkyls and arsenic compounds at low temperatures |
| US3305385A (en) * | 1963-06-27 | 1967-02-21 | Hughes Aircraft Co | Method for the preparation of gallium phosphide |
-
0
- FR FR1310155D patent/FR1310155A/fr not_active Expired
-
1960
- 1960-12-09 CH CH1379660A patent/CH410010A/en unknown
- 1960-12-30 DE DEA36399A patent/DE1130421B/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1176102B (en) * | 1962-09-25 | 1964-08-20 | Siemens Ag | Process for the crucible-free production of gallium arsenide rods from gallium alkyls and arsenic compounds at low temperatures |
| US3305385A (en) * | 1963-06-27 | 1967-02-21 | Hughes Aircraft Co | Method for the preparation of gallium phosphide |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CH410010A (en) | 1966-03-31 |
| FR1310155A (en) | 1963-03-06 |
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