DE1285639B - Method for doping a monocrystalline semiconductor body from a combination of elements from the ó¾. and ó§. or from the ó�. and ó ÷. Group of the periodic table - Google Patents

Method for doping a monocrystalline semiconductor body from a combination of elements from the ó¾. and ó§. or from the ó�. and ó ÷. Group of the periodic table

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DE1285639B
DE1285639B DE1963J0025053 DEJ0025053A DE1285639B DE 1285639 B DE1285639 B DE 1285639B DE 1963J0025053 DE1963J0025053 DE 1963J0025053 DE J0025053 A DEJ0025053 A DE J0025053A DE 1285639 B DE1285639 B DE 1285639B
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    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B31/00Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor
    • C30B31/06Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor by contacting with diffusion material in the gaseous state
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    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dotieren eines einkristallinen Halbleiterkörpers aus einer Verbindung von Elementen aus der III. und V. oder aus der IL und VI. Gruppe des Periodischen Systems, welcher durch Ladungsträgerinjektion über den pn-Übergang direkte Rekombination zur Erzeugung kohärenter Strahlung ermöglicht, unter Anwendung der Diffusionsmethode, bei der in einem abgeschlossenen Reaktionsgefäß Dotierungssubstanz verdampft und dotierende Stoffe aus der Gasphase in die Oberfläche des Halbleiterkörpers eindiffundieren.The invention relates to a method for doping a monocrystalline Semiconductor body made from a compound of elements from III. and V. or off the IL and VI. Group of the periodic table, which is generated by charge carrier injection enables direct recombination via the pn junction to generate coherent radiation, using the diffusion method, in which in a closed reaction vessel Doping substance evaporates and doping substances from the gas phase into the surface diffuse into the semiconductor body.

Halbleiterverbindungen besitzen bekanntlich für Halbleiterbauteile bestimmte Vorteile, die man bei den einatomischen Halbleitermaterialien bisher nicht feststellen konnte. So können beispielsweise gewisse Halbleiterverbindungen der III-V-Gruppe des Periodischen Systems, z. B.. _Gallium Arsenid, kohärentes Licht erzeugen, wenn bestimmte Fabrikationsvorschriften beim Herstellen des Halbleiterbauteiles eingehalten werden.Semiconductor compounds are known to have for semiconductor components certain advantages that have not yet been found with monatomic semiconductor materials could determine. For example, certain semiconductor compounds of the III-V group of the periodic table, e.g. B. _Gallium arsenide, coherent light generate if certain manufacturing regulations when manufacturing the semiconductor component be respected.

Die Halbleitervorrichtung ist also in der Lage, als optischer Sender (Laser) bei der Umwandlung elektrischer Energie in optische Lichtenergie zu wirken. Ausgangsseitig entsteht dabei ein sehr begrenztes Wellenlängenspektrum.The semiconductor device is thus capable of functioning as an optical transmitter (Laser) to act in the conversion of electrical energy into optical light energy. On the output side, a very limited wavelength spectrum is created.

Die halbleitenden Verbindungen, einschließlich Gallium-Arsenid, ebenso wie die anderen Halbleiterverbindungen der III-V-Gruppe und einige Halbleiterverbindungen der II-VI-Gruppe sind als nützliche Halbleitermaterialien auch für andere, konventionellere Zwecke bekanntgeworden.The semiconducting compounds, including gallium arsenide, as well like the other III-V group semiconductor compounds and some semiconductor compounds of the II-VI group are also useful as semiconductor materials for other, more conventional Purposes become known.

Die übliche bekannte Methode zum Herstellen von Halbleiterbauteilen benutzt beim Einführen der Störstoffe zwecks Bildung des pn-Überganges im Halbleiterkörper die Dampfdiffusion. Will man jedoch die Dampfdiffusion beim Herstellen von Halbleiterbauteilen, deren Halbleiterkörper aus Halbleiterverbindungen bestehen, anwenden, dann muß die Diffusion bei einer erhöhten Temperatur ausgeführt werden. Dies hat aber den Nachteil, daß bei den erhöhten Temperaturen eine Zersetzung des aus einer halbleitenden Verbindung bestehenden Substrates eintritt. Bei diesen erhöhten Temperaturen muß man aber nicht nur mit einer Zersetzung rechnen, sondern das aus verschiedenen Elementen zusammengesetzte Substrat kann sich zudem noch mit den Störstoffelementen, welche sich in sehr kleinen Mengen in dem Dampfreaktionsgefäß befinden, verbinden.The usual known method of manufacturing semiconductor devices used when introducing the impurities for the purpose of forming the pn junction in the semiconductor body the vapor diffusion. However, if you want vapor diffusion in the manufacture of semiconductor components, whose semiconductor bodies consist of semiconductor compounds apply, then the Diffusion can be carried out at an elevated temperature. But this has the disadvantage that at the elevated temperatures a decomposition of the semiconducting compound existing substrate occurs. At these elevated temperatures, however, one does not have to only reckon with a decomposition, but that which is composed of various elements Substrate can also still with the impurity elements, which are in very small Quantities are in the steam reaction vessel, connect.

So besteht die von R. J. Keyes und T. M. Quist in den Proceedings of the IRE, Bd. 50, Nr. 8, August 1962, auf den Seiten 1822 und 1823 beschriebene, zur Emission von Rekombinations-Strahlungen benutzte, bekannte Gallium-Arsenid-Diode aus einem Gallium-Arsenid-Einkristall vom n-Typ und einer p-leitenden Schicht, die in einer abgeschlossenen, evakuierten Quarzröhre durch Diffusion von Zink aus einer verdünnten Lösung von Zink in Gallium hergestellt ist.So there is that of R. J. Keyes and T. M. Quist in the proceedings of the IRE, Vol. 50, No. 8, August 1962, on pages 1822 and 1823, known gallium arsenide diode used to emit recombination radiation of an n-type gallium arsenide single crystal and a p-type layer which in a closed, evacuated quartz tube by diffusion of zinc from a dilute solution of zinc in gallium is made.

Fernerhin ist ein Verfahren zum Homogenisieren und Aktivieren von Halbleiterkristallen und Halbleiterschichten, wie Cadmiumsulfid oder Indiumselenid oder Bleitellurid, bekanntgeworden, bei dem der zu behandelnde Halbleiter in ein Pulver eingebettet wird, das aus dem gleichen oder einem verwandten Grundmaterial besteht. Diesem Pulver werden in einer Vorbehandlung die Stoffe hinzugeführt bzw. die Stoffeigenschaften gegeben, welche in dem zu behandelnden Halbleiter gewünscht werden. Das Pulver mit dem eingebetteten Halbleiter wird dann auf eine solche. Temperatur gebracht, daß ein Stoffausgleich zwischen dem Halbleiter und dem Pulver infolge Thermodiffusion stattfindet.Furthermore, there is a method for homogenizing and activating Semiconductor crystals and semiconductor layers such as cadmium sulfide or indium selenide or lead telluride, in which the semiconductor to be treated in a Powder is embedded that is made of the same or a related base material consists. The substances are added or added to this powder in a pretreatment. given the material properties which are desired in the semiconductor to be treated will. The powder with the embedded semiconductor is then applied to such. temperature brought that a material balance between the semiconductor and the powder as a result Thermal diffusion takes place.

Das Erhitzen der in dem Pulver eingebetteten Halbleiter erfolgt bei diesem bekannten Verfahren in einer neutralen Atmosphäre oder in einem abgeschlossenen Behälter, der bestimmte, durch die gesamte zu behandelnde Masse festgelegte Mengen eines oder mehrerer Gase oder Dämpfe enthält, durch welche die Aktivierung oder das stöchiometrische Verhältnis der Grundsubstanzen des Halbleiters beeinflußt wird.The semiconductors embedded in the powder are heated at this known process in a neutral atmosphere or in a closed Container, the specific, determined by the total mass to be treated contains one or more gases or vapors by which the activation or the stoichiometric ratio of the basic substances of the semiconductor is influenced.

Fernerhin ist ein Verfahren zum Herstellen eines aus Gallium-Phosphid bestehenden Halbleiterkörpers eines Halbleiterbauteiles, z. B. einer Diode, bekanntgeworden, bei dem ein Reaktionsprodukt aus Gallium und Phosphor, in dem der Phosphorgehalt höchstens dem der Verbindung Gallium-Phosphid entspricht, zur Dotierung in einem geschlossenen Gefäß mit Zink und/oder Cadmium in Anwesenheit mindestens einer dieser Stoffe auf eine so hohe Temperatur erhitzt wird, bei der Zink und/oder Cadmium in das Reaktionsprodukt eindiffundiert und bei der die Temperatur der kältesten Stelle des Gefäßes wenigstens etwa 550 °C für Zink und wenigstens etwa 500 °C für Cadmium beträgt, und daß dabei in wenigstens einem Teil des Halbleiterkörpers p-Leitungstyp erzeugt wird.Furthermore, there is a method of making one from gallium phosphide existing semiconductor body of a semiconductor component, e.g. B. a diode, became known, in which a reaction product of gallium and phosphorus, in which the phosphorus content at most that corresponds to the compound gallium phosphide, for doping in one closed vessel with zinc and / or cadmium in the presence of at least one of these Substances is heated to such a high temperature that zinc and / or cadmium are in the reaction product diffuses in and at which the temperature of the coldest point of the vessel at least about 550 ° C for zinc and at least about 500 ° C for cadmium is, and that in at least a part of the semiconductor body p-conductivity type is produced.

Es ist dabei auch bekannt, den nach diesem Verfahren hergestellten und mit mindestens einem pn-Übergang versehenen Halbleiterkörper als pn-Rekombinationsstrahlungsquelle zu benutzen.It is also known that the manufactured by this method and a semiconductor body provided with at least one pn junction as a pn recombination radiation source to use.

Ein anderes wichtiges Problem besteht bei der Dampfdiffusion für Substrate aus Halbleiterverbindungen darin, daß es sehr schwierig ist, eine vollkommen gereinigte Substanz und ein hochgereinigtes Diffusand-Material in einer sorgfältig gemessenen Menge zu erzielen, um die gewünschten Resultate genau zu produzieren.Another important problem is with vapor diffusion for substrates from semiconductor compounds in that it is very difficult to completely clean one Substance and a highly purified diffusing sand material in a carefully measured one Amount to produce exactly the results you want.

Wenn beispielsweise metallisches Zink für ein Gallium-Arsenid-Substrat als Diffusand-Material verwendet wird, ist es sehr schwierig, das reine Zinkmetall ohne Zinkoxydschicht auf dem Metall zu erhalten. Fernerhin ist das Metall so hart, daß es schwierig ist, eine reine Metallprobe in kleinere Stücke zu teilen, damit man die genaue Menge für den Diffusionsprozeß exakt erhält.For example, if metallic zinc for a gallium arsenide substrate Used as a diffusing sand material, it is very difficult to get the pure zinc metal without obtaining a zinc oxide layer on the metal. Furthermore, the metal is so hard that it is difficult to divide a pure metal sample into smaller pieces with it the exact amount for the diffusion process is obtained exactly.

Das Zinkoxyd ist auf der Oberfläche des metallischen Zinkdiffusand-Materials aus vielen Gründen nachteilig. Sauerstoff ist beim Dampfdiffusionsprozeß nicht erwünscht, und das Zinkoxyd neigt dazu, eine Schutzschicht über das Zink zu bilden, was die Bildung des gewünschten Zinkmetalldampfes, der für den Diffusionsprozeß erforderlich ist, behindert.The zinc oxide is on the surface of the metallic zinc diffuse sand material disadvantageous for many reasons. Oxygen is not wanted in the vapor diffusion process, and the zinc oxide tends to form a protective layer over the zinc, causing the Formation of the desired zinc metal vapor required for the diffusion process is disabled.

Die genannten Schwierigkeiten und Nachteile der bekannten Dotierungsverfahren zu beheben, ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe.The difficulties and disadvantages mentioned of the known doping processes to remedy, is the underlying object of the invention.

Für ein Verfahren zum Dotieren eines einkristallinen Halbleiterkörpers aus einer Verbindung von Elementen aus der III. und V. oder aus der Il. und VI. Gruppe des Periodischen Systems, welcher durch Ladungsträgerinjektion über den pn-übergang direkte Rekombination zur Erzeugung kohärenter Strahlung ermöglicht, unter Anwendung der Dampfdiffusionsmethode, bei der in einem abgeschlossenen Reaktionsgefäß Dotierungssubstanz verdampft und dotierende Stoffe aus der Gasphase in die Oberfläche des Halbleiterkörpers eindiffundieren, besteht danach die Erfindung darin, daß in das Reaktionsgefäß eine chemische Verbindung des Aktivator-Kation-Elementes mit einem Anion-Element aus derselben Gruppe des Periodischen Systems wie das Anion-Element des zu dotierenden Halbleiterkörpers eingebracht ist und dort verdampft wird und daß aus diesem Dampf Aktivatorsubstanz als Zerfallsprodukt gewonnen und zum Eindiffundieren in die Oberfläche des ebenfallls in das Reaktionsgefäß an anderer Stelle eingebrachten Halbleiterkörpers gelangt, wobei ein anderes Zerfallsprodukt aus dem Dampf eine Dissoziation des Halbleiterkörpers behindert.For a method for doping a monocrystalline semiconductor body from a combination of elements from III. and V. or from the Il. and VI. Group of the periodic system, which is generated by charge carrier injection via the pn junction allows direct recombination to generate coherent radiation using the vapor diffusion method, in which a dopant is placed in a closed reaction vessel evaporates and doping substances from the gas phase into the surface of the semiconductor body diffuse, then the invention is that in the reaction vessel chemical compound of the activator-cation element with an anion element from the same group of the periodic table as the anion element of the to be doped Semiconductor body is introduced and is evaporated there and that from this vapor Activator substance obtained as a decay product and used to diffuse into the surface of the semiconductor body also introduced into the reaction vessel at another point arrives, with another decomposition product from the vapor dissociating the semiconductor body with special needs.

Die Konzentration des Akzeptor-Kationelement-Diffusanden im Dampf wird bei einem niederen Wert aufrechterhalten, so daß kein wesentliches Legieren oder Plattieren auftreten kann.The concentration of the acceptor cation element diffusand in the vapor is maintained at a low value so that no substantial alloying or plating can occur.

Die Erfindung sei nachstehend an Hand der Zeichnungen für eine beispielsweise Ausführungsform näher erläutert.The invention is below with reference to the drawings for an example Embodiment explained in more detail.

F i g. 1 enthält einen Ablaufplan mit Angabe der Materialien und der Verfahrensstufen, welche bei der Durchführung einer besonderen Form des Verfahrens nach der Erfindung benutzt werden; F i g. 2 zeigt einen Apparat, der bei der Durchführung vorläufiger Verfahrensschritte bei der Praktizierung einer bevorzugten Form des Verfahrens nach der Erfindung verwendet wird; F i g. 3 zeigt einen Apparat, der bei dem Diffusionsprozeß bei der Ausübung einer bevorzugten Form des Verfahrens nach der Erfindung zur Anwendung gelangt.F i g. 1 contains a schedule with details of the materials and the Process stages involved in the implementation of a special form of the process be used according to the invention; F i g. Fig. 2 shows an apparatus in use when performing preliminary procedural steps in practicing a preferred form of the Method according to the invention is used; F i g. 3 shows an apparatus that in the diffusion process in practicing a preferred form of the method according to the invention is used.

Nach den ausführlichen Angaben der F i g. 1 wird der Halbleiterverbindungskristall, welcher als Substrat dient, bevorzugt geläppt, poliert und chemisch poliert. Dann wird in Gegenwart des Verbindungshalbleiterkristalls in einer sorgfältig gemessenen Charge ein Akzeptor-Diffusand eingeführt, der ein Anion enthält, welches dasselbe ist wie das Kristallanion oder wenigstens aus derselben Periodischen Gruppe stammt.According to the detailed information in FIG. 1 becomes the compound semiconductor crystal, which serves as a substrate, preferably lapped, polished and chemically polished. then is carefully measured in the presence of the compound semiconductor crystal Charge introduced an acceptor diffusing sand that contains an anion which is the same is like the crystal anion or at least comes from the same periodic group.

Die beiden Materialien werden dann in ein Gefäß eingebracht, welches evakuiert wird und dann für eine gemessene Zeitdauer erhitzt wird, damit die gewünschte Dampfdiffusion entstehen kann. Der diffundierte Kristall ist vorzugsweise dann würfelförmig, so daß man ihn in eine Anzahl getrennter Systeme teilen kann und diesen Teilen dann entsprechende Elektroden anheften kann. Die Elektroden werden durch Legieren an den Oberflächen der Halbleiterbauteile oder durch sonstige bekannte Methoden angebracht. Es sei bemerkt, daß die Erfindung nicht über die beispielsweise gebrachten Vereinfachungen beschränkt ist, sondern ebenso bei Abwandlungen des Verfahrens benutzt werden kann. So können beispielsweise gewisse Verfahrensstufen mit anderen kombiniert werden oder eliminiert werden. So kann fernerhin beispielsweise die Diffusion bis zu einer Tiefe eindringen, welche die Tiefe individueller Oberflächenunvollkommenheiten einer geläppten Oberfläche überschreitet. Das Polieren kann entfallen, wenn die geläppte Oberfläche ausreichend glatt ist.The two materials are then placed in a vessel, which is evacuated and then heated for a measured length of time so that the desired Vapor diffusion can occur. The diffused crystal is then preferably cube-shaped, so that you can divide it into a number of separate systems and then those parts can attach appropriate electrodes. The electrodes are attached by alloying attached to the surfaces of the semiconductor components or by other known methods. It should be noted that the invention does not have the simplifications given by way of example is limited, but can also be used for modifications of the method. For example, certain process steps can be combined with others or eliminated. Furthermore, for example, the diffusion can be up to one Penetrate depth, which the depth of individual surface imperfections one lapped surface. Polishing can be omitted if the lapped Surface is sufficiently smooth.

Nach F i g. 1 wird eine Scheibe aus n-leitendem Gallium-Arsenid-Kristall geläppt, poliert und dann chemisch poliert, um eine sehr glatte Oberfläche für die Diffusion zu bilden. Das Kristallplättchen kann würfelförmig sein und einen Durchmesser von etwa 10 mm und eine Dicke von etwa 0,5 mm aufweisen.According to FIG. 1 becomes a disk of n-type gallium arsenide crystal lapped, buffed and then chemically polished to give a very smooth surface for the To form diffusion. The crystal plate can be cube-shaped and have a diameter of about 10 mm and a thickness of about 0.5 mm.

Nach F i g. 2 wird das Substrat 10 in eine Quarzröhre 12 eingebracht. Diese hat einen Innendurchmesser von etwa 11 mm. Sie enthält eine Charge 14 aus Zink-Arsenid (ZnAs2). Diese Zink-Arsenid-Charge wiegt etwa 0,6 mg. Die Menge der Charge kann jedoch in einem breiten Umfang von 0,01 bis zu 10 mg sein, was vom Umfang der gewünschten Dotierung abhängig ist.According to FIG. 2, the substrate 10 is placed in a quartz tube 12. This has an inside diameter of about 11 mm. It contains a batch 14 of zinc arsenide (ZnAs2). This zinc arsenide batch weighs approximately 0.6 mg. The amount of the charge can, however, be in a wide range from 0.01 up to 10 mg, depending on the extent of the doping desired.

Die Quarzröhre 12 wird bis zu einem Druck von weniger als 10-s Torr durch eine Vakuumpumpe evakuiert, die Pumpe ist in F i g. 2 mit 16 bezeichnet. Das Gefäß wird dann, wie bei 18 angezeigt ist, abgeschmolzen, so daß sich eine Rohrlänge von etwa 75 mm ergibt. Die übrigbleibende fest verschlossene Röhre besitzt dann ein Volumen von etwa 6 m3.The quartz tube 12 is pressurized to less than 10-s Torr evacuated by a vacuum pump, the pump is shown in FIG. 2 denoted by 16. That Vessel is then, as indicated at 18, melted off so that there is a length of pipe of about 75 mm results. The remaining tightly closed tube then has a volume of about 6 m3.

Das Gefäß 12 wird dann in einen Schamotteofen 20 eingebracht, der eine zylindrische Außenform und eine zentrale Öffnung 22 enthält, die etwas länger ist als das Gefäß 12. Nach dem Einbringen der Kapsel wird das Ende der Öffnung mit einem Wattebausch aus faserigem Aluminiumsilikat 24 abgedichtet und der Ofen 20 dann zusammen mit einem Schutzzylinder 26 in eine Ofenröhre eingebracht und bei einer Temperatur von etwa 850 °C erhitzt. Der Mantel 26 ist über der Öffnung 22, wie bei 28 angezeigt, angeordnet. Der Ofen 20 füllt zusammen mit der Ummantelung 26 im wesentlichen vollständig das Innere des Rohrofens aus.The vessel 12 is then placed in a fireclay furnace 20 which has a cylindrical outer shape and a central opening 22 which is slightly longer than the vessel 12. After the capsule has been inserted, the end of the opening is sealed with a cotton ball made of fibrous aluminum silicate 24 and the furnace 20 , together with a protective cylinder 26, is then placed in a furnace tube and heated at a temperature of about 850 ° C. The jacket 26 is positioned over the opening 22 as indicated at 28. The furnace 20, together with the casing 26, essentially completely fills the interior of the tube furnace.

Bei dem vorliegenden Prozeß werden vorzugsweise Temperaturen im Bereich von 750 bis 950 °C benutzt. Die erforderliche Diffusionszeit ist eine Funktion der gewünschten Diffusionstiefe und auch der aufrechtzuerhaltenden Diffusionstemperatur. Die Größe der Diffusand-Verbindungs-Charge ist eine andere diesbezügliche Variable.In the present process, temperatures in the range used from 750 to 950 ° C. The diffusion time required is a function of the desired diffusion depth and also the diffusion temperature to be maintained. The size of the diffusing sand compound batch is another related variable.

Mit den für dieses Beispiel vorgegebenen spezifischen Bedingungen kann die Diffusion über eine Dauer von 16 Stunden durchgeführt werden, um eine Diffusionstiefe von 50 #tm zu erzielen. Unter ähnlichen Umständen sind bei Cadmium-Arsenid (Cd3As2) als Diffusand-Quelle 80 Stunden erforderlich, um eine Diffusion des Cadmiums bis zu einer Tiefe von 50 #tm zu erreichen. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sind bei Halbleitervorrichtungen mit pn-Übergängen Diffusionstiefen von 5 bis 125 Etm erreicht worden.With the specific conditions given for this example the diffusion can be carried out over a period of 16 hours to a diffusion depth of 50 #tm. Under similar circumstances, cadmium arsenide (Cd3As2) as a diffusand source 80 hours are required to allow the cadmium to diffuse up to reach a depth of 50 #tm. According to the method according to the invention are in the case of semiconductor devices with pn junctions, diffusion depths of 5 to 125 .mu.m has been achieved.

Die oben beschriebene isothermische Beheizung wird vorzugsweise bei der Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung benutzt. Jedoch können auch andere Formen der Beheizung erfolgreich verwendet werden.The isothermal heating described above is preferably used at used to carry out the method according to the invention. However, others can Forms of heating can be used successfully.

Das Halbleitersubstratmaterial, welches bei der Ausübung der Methode nach der Erfindung verwendbar ist, kann irgendwelche Halbleiterverbindungen einschließen, welche bei der Produktion elektrischer Halbleiterbauteile nützlich sind.The semiconductor substrate material used when practicing the method usable according to the invention may include any semiconductor compounds, which are useful in the production of electrical semiconductor components.

Zum Beispiel können eingeschlossen werden, aber nicht notwendig hierauf beschränkt, die folgenden III-V-Verbindungen als Zusatz zum Gallium-Arsenid: Indium-Antimonid, Gallium-Phosphid, Gallium-Antimonid und Indium-Arsenid. Die Methode nach der Erfindung kann auch ausgeübt werden bei der Verwendung von Halbleitersubstraten, die aus Halbleiterverbindungen der Elemente zusammengesetzt sind, welche aus anderen Gruppen des Periodischen Systems ausgewählt sind.For example, it can be included, but not necessarily on it limited, the following III-V compounds as an additive to gallium arsenide: indium antimonide, Gallium phosphide, gallium antimonide and indium arsenide. The method according to the invention can also be exercised when using semiconductor substrates made from semiconductor compounds The elements are composed of other groups in the periodic table are selected.

Beispielsweise können II-VI-Halbleiterverbindungen, wie Cadmium-Sulphid oder Cadmium-Selenid verwendet werden. Die sogenannten Mischkristalle, welche mehr als einen Typ des Ions von einer der kombinierten Gruppen mit umfassen, können ebenfalls bei der Durchführung des Erfindungsgedankens Verwendung finden. Zum Beispiel kann in der III-V-Gruppe das Gallium Arsenid-Phosphid Ga(AsxP(l _x» verwendet werden. In dem Fall, wo eine Diffusand-Verbindung verwendet wird, hat diese einen Dissoziationsdruck, welcher höher ist als derjenige der Substrat-Verbindung. Das Anion der Diffusand-Verbindung wird immer aus derselben Gruppe des Periodischen Systems gewählt wie das Anion der Substrat-Verbindung. Außerdem wird das Kation der Diffusand-Verbindung immer aus einer niederen Gruppe des Periodischen Systems gewählt, damit dieses als Akzeptor wirksam sein kann.For example, II-VI semiconductor compounds, such as cadmium sulphide or cadmium selenide can be used. The so-called mixed crystals, which more as a type of ion from one of the combined groups can also in carrying out the idea of the invention Find use. For example, in the III-V group, the gallium arsenide phosphide Ga (AsxP (l _x » be used. In the case where a Diffusand connection is used, has this has a dissociation pressure which is higher than that of the substrate compound. The anion of the diffusand compound always comes from the same group of the periodic System chosen as the anion of the substrate compound. In addition, the cation the diffusand compound always from a lower group of the periodic table chosen so that this can be effective as an acceptor.

So ist z. B. für ein Galhum-Arsenid-Substrat das Zink-Arsenid oder das Cadmium-Arsenid sehr wirksam als Diffusand-Quelle. Die Arsen-Komponente des Diffusanden dient dazu, um eine Arsen-Dampf-Schutzatmosphäre während des Diffusionsprozesses zu bilden, und das Zink oder das Cadmium dient als Akzeptormaterial bei der wirklichen Diffusion der Halbleiteroberfläche.So is z. B. for a Galhum arsenide substrate the zinc arsenide or the cadmium arsenide is very effective as a source of diffusion sand. The arsenic component of Diffusanden is used to create a protective arsenic vapor atmosphere during the diffusion process to form, and the zinc or the cadmium serves as the acceptor material in the real Diffusion of the semiconductor surface.

Für eine II-VI-Substratverbindung, z. B. Zink-Selenid, ist ein Diffusand-Material aus Kupfer-Selenid geeignet, wobei das Kupfer als Akzeptormaterial dient.For a II-VI substrate compound, e.g. B. zinc selenide, is a diffusing sand material made of copper selenide, the copper serving as an acceptor material.

Die Verwendung einer Verbindung als Diffusand-Quelle hat eine Anzahl von Vorteilen. Wenn z. B. Zink-Arsenid an Stelle von reinem Zinkmetall als Diffusand-Quelle verwendet wird, dann ist das Zink Arsenid viel leichter zu handhaben, weil es chemisch stabiler ist und weil es viel spröder ist und leichter zu unterteilen ist, um äußerst genaue Maße von sehr kleinen Chargen zu erzielen. Fernerhin. liefert die Dissoziation des Zink-Arsenids im Verlaufe des Diffusionsprozesses einen Arsendampf im Innern der abgeschlossenen Diffusionskapsel. Dieser Arsendampf dient dazu, die Dissoziation des Gallium-Arsenids während des Diffusionsprozesses zu verhindern. Das frei gewordene Zinkmetall dient als Akzeptor-Diffusand im Gallium-Arsenid-Kristall. Vorzugsweise sollte das Anion der Diffusand-Verbindung aus demselben Element bestehen wie das Anion der Substrat-Kristallverbindung. Diese Kombination ist höchst wirksam bei der Verhinderung der Dissoziation der Kristallverbindung. Wenn jedoch das Anionelement aus derselben Gruppe des Periodischen Systems gewählt wird, dann ist das Anionelement in der Dampfdiffusionsatmosphäre noch ganz wirksam, um die Dissoziation zu verhindern, und annehmbare Ergebnisse werden erhalten. Beispielsweise ist mit Erfolg das Zink-Arsenid als Diffusand-Quelle für Gallium Phosphid-Kristalle verwendet worden.The uses of a compound as a source of diffusion sand have a number of advantages. If z. B. Zinc arsenide instead of pure zinc metal as a source of diffusion sand is used, then the zinc arsenide is much easier to handle because it is chemical is more stable and because it is much more brittle and easier to subdivide, in order to extremely to achieve precise measurements of very small batches. Furthermore. provides the dissociation of the zinc arsenide creates an arsenic vapor inside during the diffusion process the closed diffusion capsule. This arsenic vapor serves to dissociate of gallium arsenide during the diffusion process. The one that has become free Zinc metal serves as the acceptor diffusion sand in the gallium arsenide crystal. Preferably the anion of the diffusand compound should consist of the same element as that Anion of the substrate-crystal compound. This combination is highly effective at preventing the crystal compound from dissociating. However, if the anion element is chosen from the same group of the periodic table, then the anion element is still quite effective in the vapor diffusion atmosphere to prevent dissociation, and acceptable results are obtained. For example, the zinc arsenide has been successful has been used as a diffusion sand source for gallium phosphide crystals.

Die Probleme, mit denen sich die Erfindung auseinandergesetzt hat, sind äußerst schwierig gewesen und haben zu vielen Fehlern geführt. Verschiedene ältere Vorschläge zur Lösung dieser Probleme sind weitestgehend erfolglos geblieben. So hat man beispielsweise vorgeschlagen, bei der Diffusion von Gallium Arsenid-Kristallen Mengen von gestoßenem Gallium-Arsenid in das Dampfdiffusionsgefäß einzuführen gemäß der Theorie, daß der Gesamtabbau des Gallium-Arsenids durch die Anwesenheit zusätzlichen Gallium Arsenids reduziert werden würde und daß der Abbau des gewünschten Gallium-Arsenid-Kristalls daher in Grenzen gehalten würde. Diese Anordnung reduziert jedoch nur das Problem des Gallium Arsenid-Abbaues und löst nicht das Problem an sieh. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, reines metallisches Akzeptormaterial zusammen mit reinem Arsen als Schutzdampfatmosphäre einzuführen. Jedoch vereinigen sich diese beiden Materialien leicht mit dem Sauerstoff und sind in völlig reiner Form völlig frei von Sauerstoff und anderen Bestandteilen schwer zu erhalten, so daß auch dieser Vorschlag ohne Erfolg geblieben ist.The problems with which the invention has dealt have been extremely difficult and have resulted in many mistakes. Different older proposals for solving these problems have remained largely unsuccessful. For example, it has been proposed to use arsenide crystals in the diffusion of gallium Introduce amounts of crushed gallium arsenide into the vapor diffusion vessel according to the theory that the total degradation of gallium arsenide is due to the presence of additional Gallium arsenide would be reduced and that the degradation of the desired gallium arsenide crystal therefore would be kept within limits. However, this arrangement only reduces the problem of gallium arsenide degradation and does not solve the problem. It's also beautiful it has been proposed to use pure metallic acceptor material along with pure arsenic to be introduced as a protective steam atmosphere. However, these two materials combine easy with the oxygen and are completely free of oxygen in a completely pure form and other components difficult to obtain, so this proposal without Success has remained.

Im Gegensatz dazu löst die Erfindung diese Vielfachprobleme durch eine Einzelwahl eines Diffusand-Verbindungsmaterials. Das Cadmium-Arsenid und das Zink-Arsenid sind besonders günstige Diffusand-Materialien für das Gallium Arsenid. Diese Salze sind leicht zu erhalten und in reiner Form aufrechtzuerhalten, weil sie viel weniger leicht oxydieren als der metallische Akzeptor-Diffusand. Ein anderer Vorteil ist die Brüchigkeit dieser Salze.In contrast, the invention solves these multiple problems a single choice of diffuse sand bonding material. The cadmium arsenide and that Zinc arsenide are particularly favorable diffusion sand materials for gallium arsenide. These salts are easy to obtain and maintain in pure form because they oxidize much less easily than the metallic acceptor diffusing sand. Another The advantage of these salts is that they are fragile.

Claims (9)

Patentansprüche: 1. Verfahren zum Dotieren eines einkristallinen Halbleiterkörpers aus einer Verbindung von Elementen aus der III. und V. oder aus der Il. und VI. Gruppe des Periodischen Systems, welcher durch Ladungsträgerinjektion über den pn-Übergang direkte Rekombination zur Erzeugung kohärenter Strahlung ermöglicht, unter Anwendung der Dampfdiffusionsmethode, bei der in einem abgeschlossenen Reaktionsgefäß Dotierungssubstanz verdampft und dotierende Stoffe aus der Gasphase in die Oberfläche des Halbleiterkörpers eindiffundieren, dadurch gekennzeichnet, daß in das Reaktionsgefäß (12) eine chemische Verbindung (14) des Aktivator-Kation-Elementes mit einem Anion-Element aus derselben Gruppe des Periodischen Systems wie das Anion-Element des zu dotierenden Halbleiterkörpers (10) eingebracht ist und dort verdampft wird und daß aus diesem Dampf Aktivatorsubstanz als Zerfallsprodukt gewonnen und zum Eindiffundieren in die Oberfläche des ebenfalls in das Reaktionsgefäß (12) an anderer Stelle eingebrachten Halbleiterkörpers (10) gelangt, wobei ein anderes Zerfallsprodukt aus dem Dampf eine Dissoziation des Halbleiterkörpers (10) behindert. Claims: 1. A method for doping a monocrystalline semiconductor body made from a compound of elements from III. and V. or from the Il. and VI. Group of the periodic system, which enables direct recombination to generate coherent radiation by charge carrier injection via the pn junction, using the vapor diffusion method in which doping substance evaporates in a closed reaction vessel and doping substances diffuse from the gas phase into the surface of the semiconductor body, characterized in that, that a chemical compound (14) of the activator cation element with an anion element from the same group of the periodic system as the anion element of the semiconductor body (10) to be doped is introduced into the reaction vessel (12) and is evaporated there and that from this steam activator substance obtained as a decomposition product and arrives to diffuse into the surface of the semiconductor body (10) , which has also been introduced into the reaction vessel (12) at another point, another decomposition product from the steam preventing dissociation of the semiconductor body (10) . 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat (10) Gallium-Arsenid und als Diffusand (14) Zink Arsenid verwendet wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the substrate (10) gallium arsenide and the diffusing sand (14) zinc arsenide is used. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eingebrachte Diffusand-Menge 0,01 bis zu 10 mg beträgt. 3. Procedure according to claim 2, characterized in that the amount of diffusing sand introduced is 0.01 up to 10 mg. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des in das Reaktionsgefäß eingebrachten Gallium-Arsenids etwa 0,6 mg beträgt. 4. The method according to claims 2 and 3, characterized in that that the amount of gallium arsenide introduced into the reaction vessel is about 0.6 mg is. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor Beginn des Reaktionsprozesses und nach dem Einbringen des Substrates (10) und der Dotierungsstoffe (14) ein Innendruck von weniger als 10-s Torr hergestellt wird. 5. The method according to claims 1 to 4, characterized in that before the beginning of the reaction process and after the introduction of the substrate (10) and the dopants (14) an internal pressure of less than 10-s Torr is produced. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusionsprozeß bei einer Temperatur im Bereich von 750 bis 950° C durchgeführt wird. 6. The method according to claims 1 to 5, characterized in that that the diffusion process at a temperature in the range of 750 up to 950 ° C. 7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Diffusand (14) Cadmium-Arsenid oder Indium-Antimonid oder Gallium-Phosphid oder Gallium-Antimonid oder Indium-Arsenid oder Zink-Arsenid verwendet wird. B. 7. The method according to claims 1 and 3 to 6, characterized in that cadmium arsenide or indium antimonide or gallium phosphide or gallium antimonide or indium arsenide or zinc arsenide is used as diffusing sand (14). B. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 3, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat (10) Zink-Selenid und als Diffusand (14) Kupfer-Selenid verwendet wird. Process according to Claims 1, 3, 5 and 6, characterized in that zinc selenide is used as the substrate (10) and copper selenide is used as the diffusing sand (14). 9. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 3, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat (10) Gallium-Phosphid und als Diffusand (10) Zink-Arsenid verwendet wird.9. The method according to claims 1, 3, 5 and 6, characterized in that the substrate (10) gallium phosphide and the diffusing sand (10) zinc arsenide is used.
DE1963J0025053 1962-12-31 1963-12-30 Method for doping a monocrystalline semiconductor body from a combination of elements from the ó¾. and ó§. or from the ó�. and ó ÷. Group of the periodic table Withdrawn DE1285639B (en)

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