DE1268114B

DE1268114B - Verfahren zur Herstellung eines n-p-n dotierten Halbleitereinkristalls

Info

Publication number: DE1268114B
Application number: DEP1268A
Authority: DE
Inventors: Tetsuo Tsukamoto
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1957-07-26
Filing date: 1958-07-25
Publication date: 1968-05-16
Also published as: US3070465A; GB902201A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

BOIj

Deutsche Kl.: 12 g-17/18

Nummer: 1268 114

Aktenzeichen: P 12 68 114.0-43

Anmeldetag: 25. Mi 1958

Auslegetag: 16. Mai 1968

Es ist bereits ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterkristalls bekannt, bei dem ein Keimkristall in die Schmelze eines Halbleitermaterials eingeführt und danach aus der Schmelze in solcher Weise herausgezogen wird, daß geschmolzenes Material mitgeführt wird, das durch die folgende Abkühlung erstarrt. Wird eine Schmelze aus Halbleitermaterial eines bestimmten Leitfähigkeitstyps verwendet und ihr während des Ziehvorganges ein solches Material zugesetzt, welches den Leitfähigkeitstyp der Schmelze ändert, so entstehen in dem herausgezogenen Kristall getrennte Zonen von unterschiedlichem Leitfähigkeitstyp.

Beim Herausziehen können der Keim und der an diesem anhaftende Kristall um ihre Längsachse gedreht werden.

Es sind auch bereits Halbleiterbauelemente, insbesondere Kristalldioden oder Transistoren bekannt, die im wesentlichen aus Germaniumkristall vom p-Leitungstyp bestehen, auf dem wenigstens eine Elektrode mit Gleichrichtungseigenschaften durch Schmelzen aufgebracht ist, wobei die Elektrode aus Indium mit einem Gehalt an einem oder mehreren Donatoren gebildet wird, der so klein ist, daß die Härte der Elektrode unterhalb einer Vickers-Härte von 4 liegt und der andererseits so groß ist, daß die Akzeptoreigenschaften des Indiums durch die Donatoreigenschaften der Donatoren überkompensiert sind.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Basisschicht bei gezogenen Halbleiterkristallen mit doppeltem Zusatz in der Nähe der Kollektorgegend eine abgestufte Verteilung der Verunreinigung aufweist, was auf die zeitliche Verzögerung zurückzuführen ist, die beim Einmischen der Basisverunreinigung in die Schmelze auftritt.

Dadurch wird die Frequenzempfindlichkeit durch das eingebaute Driftfeld verstärkt.

Die in größerer Menge zugesetzte Antimon- und Arsenverunreinigung des Emitterbereiches kann während des Ziehens dieses Emitterbereiches in das Basisgebiet diffundieren, wodurch die kompensierte Basisverunreinigung in der Nähe des Emittergebietes abnimmt und ein Verzögerungsfeld von eingestreuten Fehlstellenträgern bildet.

Wegen dieses Verzögerungsfeldes ist die Alpha-Grenzfrequenz geringer als erwartet.

Wegen der Diffusion des Antimons wird auch die Wirksamkeit des Emitters gering, und die Gesamtverunreinigungen nehmen im Basisgebiet ab, so daß der Basiswiderstand höher wird. Phosphor hat einen geringeren Diffusionskoeffizienten als Antimon.

Verfahren zur Herstellung eines n-p-n dotierten
Halbleitereinkristalls

Anmelder:

Sony Kabushikikaisha, Tokio

Vertreter:

Dr. F. Zumstein, Dr. E. Assmann

und Dr. R. Koenigsberger, Patentanwälte,

8000 München 2, Bräuhausstr. 4

Als Erfinder benannt:
Tetsuo Tsukamoto, Tokio

Beanspruchte Priorität:

Japan vom 26. Juli 1957 (18 466)

Wenn Phosphor als Emitterverunreinigung verwendet wird, dann wird die Diffusion der Emitterverunreinigung geringer und die Auswirkungen des Verzögerungsfeldes kleiner.

Die Erfindung bezweckt ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiters anzugeben, mit dem man einen hohen Anteil brauchbarer Transistoren mit kleinen mittleren Breiten und verbesserten elektrischen Eigenschaften erhält, nämlich eine hohe Emitterwirksamkeit, eine kurze Übergangszeit, eine hohe Grenzfrequenz von 30 bis 80 MHz und einen hohen elektrischen Wirkungsgrad im Hochfrequenz- oder Radiofrequenzbereich in der Größenordnung von 400 kHz und mehr.

Demgemäß wird ein n-p-n-dotierter Halbleitereinkristall durch Herausziehen aus einer ^dotierten Schmelze, durch Umdotieren der Schmelze durch Zusatz von zunächst p-dotierenden und dann n-dotierenden Substanzen hergestellt, wenn erfindungsgemäß als p-dotierende Substanz Gallium und als n-dotierende Substanz eine Phosphor-Zinn- oder eine Phosphor-Indiurn-Legierung hinzugefügt wird.

Dadurch können auch Transistoren mit geringem Basiswiderstand und hoher Stromverstärkung erhalten werden. Zur Verdeutlichung der Erfindung soll dies an Hand von beispielsweisen Ausführungsformen sowie von in der Zeichnung dargestellten graphischen Darstellungen näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 in einem Diagramm das Verfahren zum Herstellen von Halbleitern gemäß der Erfindung;

F i g. 2 ist eine graphische Darstellung, in der die Beziehung zwischen der Basisbreite und dem Produktionsprozentsatz von gemäß der Erfindung herge-

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Claims

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stellten Transistoren im Vergleich mit nach üblichen mon in einen Schmelztiegel gegeben, der 65 g Germa-Verfahren erzeugten Transistoren dargestellt ist; nium enthält. Zur Impfung wird ein Germaniumein-F i g. 3 zeigt den »Produktionsprozentsatz« in kristall in das im Schmelztiegel enthaltene Germanium Abhängigkeit vom elektrischen Wirkungsgrad, der eingetaucht, worauf der Impfkristall während des aus den n-p-n-Halbleitereinkristallen hergestellten 5 Tauchens gedreht wird und nach 5 Minuten mit einer Transistoren im Vergleich mit in üblicher Weise her- Geschwindigkeit von 10 Mikron pro Sekunde. Nach gestellten Transistoren; 3 Minuten wird die Temperatur um 2° C pro Minute Fig. 4 zeigt den »Produktionsprozentsatz« bezug- gesenkt. Wenn der Kristall bis zu einem Stück mit Hch des Basiswiderstandes; 17 mm Durchmesser gewachsen ist, wird die Betriebs-Fig. 5 zeigt in einer graphischen Darstellung den io temperatur mit der gleichen Geschwindigkeit erhöht, »Produktionsprozentsatz«, bezogen auf die Strom- mit der sie vorher gesenkt wurde, bis eine Temperaverstärkung von erfindungsgemäßen Transistoren im tür von 21° C erreicht ist. Diese Temperatur wird Vergleich mit üblichen Transistoren, und beibehalten, während die Ziehgeschwindigkeit 0,5 Mi-F i g. 6 zeigt in einer graphischen Darstellung den krön pro Sekunde beträgt. Der zweite Zusatz wird »Produktionsprozentsatz« bezüglich des Eingangs- 15 vorgenommen, wenn der Durchmesser des Kristalls Widerstandes. 32 mm beträgt. Dabei wird eine Germanium-Gallium-In Fig. 1 ist als Ordinate die KonzentrationC Legierung mit 1,4°/o Gallium in einer Menge von der Verunreinigung und als Abszisse die Ziehzeit t 5 mg zur Bildung der Basisschicht zugesetzt. Nach abgetragen. weiteren 5 Sekunden werden als dritter Zusatz (Emit-Bei den üblichen Ziehverfahren für Germanium so terseite) 100 mg einer Phosphor-Zinn-Legierung mit vom n-p-n-Typ wird Antimon oder Arsen als erster 5% Phosphor zugesetzt.

Zusatz gegeben, so daß sich ein Kollektorgebiet C Der erhaltene Kristall hat am Umfang eine Basis-

(n-Typ) bildet, und Gallium als zweiter Zusatz im breite von 7 Mikron und in der Mitte eine Basisbreite

Zeitpunkte, gegeben, so daß sich längs der Kurve α von 10 Mikron. Die Breite der Basis kann auch auf

ein Gebiet B (p-Typ) ausbildet, worauf im Zeitpunkt 25 etwa 5 Mikron eingestellt werden. Er ist etwa 40 g

t_s ein dritter Zusatz gemacht wird, bei dem haupt- schwer, und der Kollektorwiderstand beträgt

sächlich Arsen oder Antimon als Donatorverunreini- 1,5 Ohm · cm und der Emitterwiderstand

gung verwendet wird. Man sieht in diesem Fall, daß 0,005 Ohm · cm.

Arsen oder Antimon in das Basisgebiet B eintritt, was In der Fig.
2 A ist die Häufigkeit der Basisbreite durch die in gestrichelten Linien eingezeichnete ge- 30 bei nach bekannten Verfahren hergestellten Transineigte Kurve b angezeigt ist, so daß das Basisgebiet stören dargestellt, während in Fig. 2B die Verhältkurzgeschlossen werden kann. Dies ist deshalb der nisse bei Transistoren gezeigt sind, die aus gemäß Fall, weil Arsen oder Antimon von dem Emitter- der Erfindung hergestellten Kristallen gefertigt sind, gebiet E in das Basisgebiet eindringt, wobei das Emit- Aus dem Vergleich dieser Darstellungen ersieht man, tergebiet£ während des Kristallwachstums auf Grund 35 ^{daß ein} großer Prozentsatz der Transistoren gemäß des großen Diffusionskoeffizienten von Arsen oder Fig. 2B eine kleinere Durchschnittsbasisbreite hat Antimon eine große Konzentration der Verunreini- als die nach bekannten Verfahren hergestellten Trangung hat. Aus diesem Grund hat ein in üblicher sistoren gemäß Fig. 2A.

Weise hergestellter Halbleiter den Nachteil, daß die F i g. 3 zeigt in ähnlicher Weise die Häufigkeit des Linie b sehr steil gegen die Horizontale geneigt ist, 40 Wirkungsgrades der elektrischen Leistung (in db) bei damit das Basisgebiet klein wird, wodurch der elek- 455 kHz, während F i g. 4 die Häufigkeit des Basistrische Kurzschluß verursacht wird. Widerstandes rb' (in Ohm) zeigt. Bei der Kurve A ist Wird statt dessen als dritter Zusatz Phosphor in der Basiswiderstand auf einen breiten Bereich verForm von Phosphor-Zinn- oder Phosphor-Indium- teilt, während dieser Bereich der Kurve B sehr eng ist. Legierungen zugefügt, so wird die Emitterverbindung 45 In ähnlicher Darstellung ist in Fig. 5 die Verteigenau diskontinuierlich, wie dies durch die Kurve V lung der Stromverstärkung Alpha und in Fig. 6 des in Fig. 1 gezeigt ist und der Gradient der Konzen- EingangswiderstandesR₁₁ (in Ohm) gezeigt, tration der Verunreinigung hat keinen fehlerhaften
Verlauf. Ein aus einem solchen Kristall hergestellter

Transistor hat einen guten Wirkungsgrad des Emit- 50 Patentanspruch: ters, eine kurze Übergangszeit der Elektronen, die

durch die Basis hindurchgehen, sowie eine hohe Verfahren zur Herstellung eines n-p-n-dotier-

Grenzfrequenz. ten Halbleitereinkristalls durch Herausziehen aus

Bei Verwendung von Phosphor-Zinn-Legierungen einer η-dotierten Schmelze, durch Umdotieren

beträgt der Anteil des Phosphors vorzugsweise etwa 1 55 ^der Schmelze durch Zusatz von zunächst p-dotie-

bis 5°/o und der Anteil des Zinns etwa 98 bis 95%. rendenund dann η-dotierenden Substanzen, da-

Bei größerem Phosphorzusatz kann die zuzusetzende durch gekennzeichnet, daß als p-dotie-

Menge kiemer sein, so daß in diesem Fall keine rende Substanz Gallium und als n-dotierende

Gefahr besteht, daß die Temperatur. während des Substanz eine Phosphor-Zinn- oder eine Phos-

Herstellungsverfahrens abnimmt. Bei zu kleinen Zu- 60 phor-Indium-Legierung hinzugefügt wird,

sätzen von Phosphor wird das Herstellungsverfahren

instabil, da ein zu großer Zusatz erforderlich ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

^{B e} * ^sP^{f e} ^l Deutsche Patentschriften Nr. 894 293, 944 209;

Als erster Zusatz (Kollektorseite) werden 70 mg 65 belgische Patentschrift Nr. 542998;

einer Germanium-Antimon-Legierung mit 1% Anti- USA.-Patentschrift Nr. 2 798 013.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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