DE1144932B

DE1144932B - Verfahren zum Herstellen von p-n-Schichten in Ge-Einkristallen durch Dotieren mit Bor

Info

Publication number: DE1144932B
Application number: DES59165A
Authority: DE
Inventors: Reona Ezaki; Akira Misawa
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1957-07-26
Filing date: 1958-07-25
Publication date: 1963-03-07
Also published as: GB902434A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von p-n-Schichten in Ge-Einkristallen und betrifft ein derartiges Verfahren, bei dem beim Ziehen mit konstanter Geschwindigkeit eines Ge-Einkristalls aus einer Schmelze intermittierend Bor dotiert wird.

Die Herstellung gezogener n-p-n-Einkristalle erfolgt üblicherweise nach dem Doppelbeschichtungsverfahren oder nach dem Verfahren mit veränderlicher Ziehgeschwindigkeit. Beim Verfahren mit Doppelbeschichtung werden die p-Verunreinigungen und die n-Verunreinigungen nacheinander zugegeben, so daß sich der η-Typ in den p-Typ oder umgekehrt umwandelt, wobei die Kristalle hohe Beschichtungen haben.

Als Transistorelement wird jedoch nur eine einzige n-p-n-Schicht verwendet, und es ist außerordentlich schwierig, mit diesen bekannten Verfahren eine sehr dünne Schicht zu erhalten, selbst wenn Temperatur und Ziehgeschwindigkeit genau überwacht werden.

Beim Verfahren mit veränderter Ziehgeschwindigkeit werden die η-Verunreinigungen und die p-Verunreinigungen in geschmolzenes Germanium oder Silicium dotiert, und dieses Verfahren wird derart wiederholt, daß ein verschiedenes Verteilungsverhältnis der Verunreinigungen erreicht wird. Damit lassen sich jedoch keine n-p-n-Verbindungen mit praktisch gleichmäßigen Eigenschaften herstellen. Darüber hinaus ist es auch schwierig, p-Schichten herzustellen, die praktisch gleich dick sind, da die Temperatur in den inneren und äußeren Teilen des Kristalls unterschiedlich ist, wenn das Kristall nicht sehr klein ist.

Es ist ein Verfahren bekannt, bei dem diese Nachteile dadurch überwunden werden sollen, daß beim Ziehen Bor aus einer Atmosphäre in das geschmolzene Ge dotiert wird, wobei die Konzentration abnimmt, so daß der η-Typ schnell in einen p-Typ umgewandelt wird. Dadurch ist es möglich, auch p-Schichten mit sehr geringer Dicke herzustellen. Der dabei erreichbare Konzentrationsabfall und die davon abhängige Ausbildung der Schichten ist aber relativ gering.

Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, ein derartiges Verfahren zu schaffen, bei dem ein außerordentlich steiler Konzentrationsabfall des B in der Atmosphäre durch das Dotieren des B in das Ge erreicht wird. Dies geschieht gemäß der Erfindung dadurch, daß das Dotieren mit B unter einer Stickstoff- oder Wasserstoffatmosphäre vorgenommen wird.

Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren wird durch die Bildung von Bornitrit oder Boroxyd ein

Verfahren zum Herstellen

von p-n-Schichten in Ge-Einkristallen

durch Dotieren mit Bor

Anmelder:
Sony Kabushikikaisha, Tokio

Vertreter: Dr. F. Zumstein, Patentanwalt,
München 2, Bräuhausstr. 4

Beanspruchte Priorität:
Japan vom 26. Juli 1957 (Nr. 18 467)

Reona Ezaki, Tokio,

und Akira Misawa, Kamakurayama (Japan),
sind als Erfinder genannt worden

außerordentlich steiler Konzentrationsabfall erreicht, und es ist möglich, sehr genaue Einkristalle mit sehr dünnen p-Schichten herzustellen.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 das erfindungsgemäße Verfahren in einem Diagramm darstellt und

Fig. 2 schematisch einen Einkristall vom Verbindungstyp zeigt, der gemäß der Erfindung hergestellt wurde.

Gemäß der Erfindung wird Bor als p-Verunreinigung zugesetzt.

Es ist allgemein bekannt, daß der Verteilungskoeffizient K₀ bei η-Verunreinigungen im allgemeinen kleiner als 1 ist. Andererseits ist der Verteilungskoeffizient von K₀ größer als 1.

Die Veränderung der Konzentration der Verunreinigung bei dem Kristall ergibt sich durch die folgende Formel

wobei C die Konzentration der Verunreinigung im Kristall, g die verfestigte Menge als Bruchteil, wenn die Gesamtmenge des Germaniums als Einheit betrachtet wird, und k den effektiven Verteilungskoeffizienten bedeutet.

309 538/319

Man sieht, daß die Änderung der Konzentration der Verunreinigung des Bors im Kristall rasch abnimmt, was später noch erläutert wird.

Als Zusatz kann Antimon z.B. als n-Verunreinigung verwendet werden. Der Verteilungskoeffizient k_Q des Antimons ist kleiner als 1, und die Konzentration der Vörunreiniguitg im Kristall nimmt in diesem Fall langsam zu, was später noch erläutert wird und was im Gegensatz zu dein Verhalten des Bors steht. Darüber hinaus geht Antimon in Stickstoff- und Wasserstoffgas nicht in merklicher Menge verloren, während Bor aus der Germaniumschmelze in Form von Bornitrid oder Boroxyd austritt. Die Konzentration des Bors im Germanium nimmt daher rasch ab.

Gemäß der Erfindung wird diese spezielle Eigenschaft des Bors verwendet, was später an Hand der Zeichnung noch näher erläutert wird.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Beispiel erläutert, bei dem Bor zu einem Einkristall zugegeben wird, der aus einer Antimon enthaltenden Germaniumschmelze gezogen wird.

In Fig. 1 ist längs der Abszisse der Ziehabstand d des Kristalls aufgetragen, während die Konzentrationen c von Antimon und Bor, die in dem Germaniumeinkristall anwesend sind, längs der Ordinate aufgetragen sind. Die Konzentration des Antimons im Germanium ändert sich mit dem Ziehabstand, was aus der Kurve Sb ersichtlich ist. Man sieht, daß die Konzentration des Bors allmählich größer wird. Bei diesem Verfahren wird Bor beim Ziehabstand d_x zum Kristall zugegeben. Das Germanium wird dann ein p-Typ-Germanium, wenn die Konzentration des Bors größer ist als die des Antimons.

Wie oben bereits erwähnt, ist der Verteilungskoeffizient des Bors größer als 1, und es geht in Form von Bornitrid und Boroxyd so rasch verloren, daß das Germanium wieder ein Germanium vom η-Typ wird. Die Dicke der p-Typ-Schicht kann in diesem Falle so eingestellt werden, daß sie einige oder einige 10 Mikron beträgt, was für Transistoren vom Verbindungstyp erforderlich ist.

Gemäß der Erfindung kann das oben angegebene Verfahren beim Ziehen eines Gennaniumeinkristalls wiederholt angewandt werden. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel wird das Zusetzen von Bor fünfmal wiederholt, das Bor kann nämlich bei den Ziehabständen A₁ bis d_s in sehr kurzer Zeit wiederholt werden.

Fig. 2 zeigt schematisch einen auf diese Weise hergestellten Germaniumeinkristall. Man sieht, daß dieser Einkristall f orüaufende Schichten vom n-p-n-p-n-p-... Typ hat. Darüber hinaus zeigte es sich bei der praktischen Durchführung des Verfahrens, daß Zweidrittel des Bors in der Schmelze innerhalb von 2 Minuten in der Stickstoff- und Wasserstoffatmosphäre verlorengingen. Das Verfahren könnte fortgesetzt werden, wobei die Ziehgeschwindigkeit von Antimon und Bor 2 Mikron pro Sekunde beträgt. Die Konzentration des Bors nimmt dabei so rasch ab, daß man eine sehr dünne p-Typ-Schicht erhält. Tatsächlich kann man Schichten herstellen, die nur einige Mikron stark sind. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält man den Vorteil, daß keine größeren Zusätze erforderlich sind. Bei Verfahren mit gesteuerter Ziehgeschwindigkeit ist diese Ziehgeschwindigkeit verhältnismäßig groß, so daß der Abstand zwischen einem n-p-n-Element und dem nächsten n-p-n-Element zu breit ist. Gemäß der Erfindung können jedoch leicht Einkristalle hergestellt werden, die Mehrfachschichten als n-p-n-p-... Verbindung haben, weil die Ziehgeschwindigkeit des Kristalls unabhängig reguliert werden kann.

Die elektrischen Eigenschaften von Transistoren vom Typ der n-p-n-Verbindungen, wie sie gemäß dem obigen Beispiel hergestellt wurden, sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.

Nr.	Ico (10 V)	Alpha	Cc	NF	P. G. (db)	rb'
1	1	0,970	1,5	11	32	100
2	1	0,972			36	150
3	3	0,984			38	350
4	2	0,924			37	100
5	1	0,970	1,0	8	37	200
6	1	0,976	1,5	11	34	220
7	1	0,984			30
8	1	0,938			34	130
9	1	0,980	1,2	5	36	450
10	1	0,990	1,5	9	36

In der obigen Tabelle bedeutet

Ico = Kollektorgrenzstrom,
Alpha =■ Stromverstärkungsfaktor,
Cc = Kollektorkapazität,
NF = Rauschfaktor,

P. G. = Wirkungsgrad bei der Frequenz von 455 kHz, rb' = Basiswiderstand.

Claims

PATENTANSPRUCH:

Verfahren zum Herstellen von p-n-Schichten in Ge-Einkristallen durch intermittierendes Dotieren mit B beim Ziehen mit konstanter Geschwindigkeit eines Ge-Einkristalls aus einer Schmelze, die Donatoren, z.B. Sb, enthält, dadurch gekennzeichnet, das das Dotieren mit B unter einer Stickstoff- oder Wasserstoffatmosphäre vorgenommen wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Österreichische Patentschrift Nr. 183 790.

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