DE1289035C2

DE1289035C2 - Method for diffusing a conductivity-influencing substance into a compound semiconductor body

Info

Publication number: DE1289035C2
Application number: DE1961T0020102
Authority: DE
Inventors: Jones Morton Edward
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1960-05-02
Filing date: 1961-05-02
Publication date: 1973-04-26
Also published as: DE1289035B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Eindiffundieren eines die Leitfähigkeit beeinflussenden Störstoffes in einen Verbindungshalbleiterkörper, bei welchem eine StörstofQegierung verwendet wird, in der der Störstoff mit einem Material legiert ist, das die elektrischen Eigenschaften des Verbindungshalbleiters nicht nachteilig beeinflußt, und bei welchem die Störstofflegierung und der Halbleiterkörper im Abstand voneinander angeordnet und im wesent-The invention relates to a method for diffusing in a conductivity influencing Contaminant in a compound semiconductor body in which an StörstoffQalierung is used, in which the contaminant is alloyed with a material that does not adversely affect the electrical properties of the compound semiconductor, and at which the impurity alloy and the semiconductor body arranged at a distance from one another and essentially

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Trägermaterial für den Störstoff in der StörstofOegie-In the method according to the invention, the carrier material for the interfering substance in the interfering material can be

lichen auf die gleiche Diffusionstemperatur erhitzt to rung im allgemeinen nicht das Halbleitermaterial des werden. Halbleiterkörpers selbst sein, da dieser sonst bei derIn general, the semiconductor material of the is not heated to the same diffusion temperature will. Be the semiconductor body itself, as this would otherwise be the case

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art ist die Diffusionstemperatur selbst schmelzen würde. Dies Legierung so beschaffen, daß sie sich im Zustand gilt insbesondere für Verbindungshalbleiter, die aus einer festen Lösung befindet, deren Schmelzpunkt bei einem Element der Gruppe III und einem Element der Erhitzung nicht überschritten wird, und als Trä- 15 der Gruppe V des Periodensystems bestehen. Infolge germaterial für den Störstoff in der Legierung wird der Anwendung der Maßnahme nach der Erfindung das Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers selbst befindet sich die Störstoff legierung während der verwendet, beispielsweise Germanium. Die zweite Diffusion im flüssigen Zustand, so daß die zuvor geMaßnahme setzt im wesentlichen die erste Maß- schilderten Schwierigkeiten von Fesfstoffquelkn entnahme voraus, da sonst die Gefahr bestünde, daß der »o fallen. Insbesondere kann die zur Durchführung der Halbleiterkörper selbst bei der Diffusionstemperatur Diffusion erforderliche Zeit wesentlich verringert zum Schmelzen gebracht würde. werden. Außerdem ist auch eine einfachere undIn a known method of this type the diffusion temperature would melt itself. this Alloy such that it is in the state applies in particular to compound semiconductors that are made of is a solid solution, the melting point of which is a Group III element and an element the heating is not exceeded, and exist as carriers of group V of the periodic table. As a result germaterial for the contaminant in the alloy is the application of the measure according to the invention the semiconductor material of the semiconductor body itself is the impurity alloy during the used, for example germanium. The second diffusion in the liquid state, so that the previously taken measure Essentially sets out the first difficulties of solid material swelling, as outlined above ahead, otherwise there would be the danger that the "o" would fall. In particular, the implementation of the Semiconductor body significantly reduced the time required even at the diffusion temperature diffusion melted. will. Besides, there is also a simpler and

Durch dieses bekannte Verfahren ist die Gefahr genauere Steuerung des Störstoffniveaus und der beseitigt, daß durch das Trägermaterial die Eigen- Oberflächenkonzentration möglich. Schließlich werschaften des Halbleiterkörpers nachteilig beeinflußt »5 den auch bessere Ergebnisse hinsichtlich der Reinwerden. Da es sich dabei aber um eine Diffusion mit heit und der Reproduzierbarkeit des Ergebnisses ereiner Feststoffquelle handelt, bestehen verschiedene zielt.With this known method there is a risk of more precise control of the contaminant level and the eliminates the possibility of self-surface concentration due to the carrier material. Finally work of the semiconductor body adversely affects the also better results in terms of cleaning. Since it is a matter of diffusion with unity and the reproducibility of the result There are various targets.

Schwierigkeiten hinsichtlich der optimalen Steuerung Das erfindungsgemäße Verfahren ist besondersDifficulties with regard to optimal control The method according to the invention is special

des Störstoffniveaus und der damit verbundenen vorteilhaft, wenn eines der beiden Elemente des Ver-Oberflächenkonzentrationen. Bei Verwendung einer 30 bindungshalbleiters als Bestandteil der Störstoff-Feststoffquelle zur Erzielung eines Störstoffdampfes legierung verwendet werden kann. Bei geeigneter ist es erforderlich, daß die Störstoffe aus dem festen Wahl dieses Elements läßt sich die Bedingung er- oder pulverförmigen Verbindungshalbleiter zuerst füllen, daß der Schmelzpunkt der Störstofflegierung ausdiffundieren, wodurch die Störstoffatmosphäre unter der Diffusionstemperatur liegt. Gleichzeitig ist gebildet wird. Bei niedrigen Temperaturen ist eine 35 sichergestellt, daß das Trägermaterial des Störstoffsof the contaminant level and the associated beneficial if one of the two elements of the ver-surface concentrations. When using a compound semiconductor as a component of the contaminant solid source Alloy can be used to achieve an impurity vapor. With suitable it is necessary that the impurities from the fixed choice of this element can be the condition or powdery compound semiconductor first fill that the melting point of the impurity alloy diffuse out, whereby the contaminant atmosphere is below the diffusion temperature. At the same time is is formed. At low temperatures, a 35 is ensured that the carrier material of the contaminant

beträchtliche Zeit erforderlich, damit die Störstoffe aus dem pulverförmigen Verbindungshalbleiter genügend ausdiffundiert werden, weil die Diffusionskoeffizienten niedrig sind. Je größer die Teilchengröße des pulverförmigen Verbindungshalbleiters ist, um so länger ist die Zeitdauer, die zum Ausdiffundieren der Störstoffe erforderlich ist. Zur Erzielung von verhältnismäßig gleichförmigen Ergebnissen ist es daher erforderlich, die Feinheit der pulverförmigenConsiderable time is required so that the contaminants from the powdery compound semiconductor are sufficient are outdiffused because the diffusion coefficients are low. The larger the particle size of the powdery compound semiconductor, the longer the time it takes for it to diffuse out the contaminants is required. It is therefore necessary to achieve relatively uniform results required the fineness of the powdery

die Eigenschaften des Halbleiterkörpers nicht beeinträchtigt. does not affect the properties of the semiconductor body.

Wenn beispielsweise das Verfahren bei einem III-V-Verbindungshalbleiterkörper angewendet wird, ''° wird vorzugsweise der Störstoff mit dem in dem IIII-V-Verbindungshalbleiterkörper enthaltenen Element der Gruppe III des Periodensystems legiert.For example, if the method is applied to a III-V compound semiconductor body, '' ° is preferably the interfering substance with the element contained in the IIII-V compound semiconductor body of group III of the periodic table.

Ein weiterer, sehr erwünschter Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, daß die betreffenden ElementeAnother, very desirable advantage of this measure is that the elements concerned

Störstoffqueile zu steuern. Falls der Halbleiterkörper 45 der Gruppe III des Periodensystems, insbesondere und demzufolge auch das Trägermaterial aus einem Gallium und Indium, ausgezeichnete Getter sind, die Verbindungshalbleiter besteht, ist es zur Erzielung sich mit verschiedenen unerwünschten Verunreinieiner schnelleren Ausdiffundierung der Störstoffe in gungen kombinieren, beispielsweise mit Sauerstoff; dem pulverförmigen Verbindungshalbleiter notwen- sie bewirken also eine Reinigung der Oberfläche der dig, die Temperatur über die minimale Diffusions- 50 Verbindungshalbleiter.To control impurities source. If the semiconductor body 45 of group III of the periodic table, in particular and consequently also the carrier material made of a gallium and indium, are excellent getters that Compound semiconductor exists, it is used to deal with various undesirable impurities combine faster outward diffusion of impurities in conditions, for example with oxygen; The powdery compound semiconductor necessary so they cause a cleaning of the surface of the dig, the temperature above the minimum diffusion 50 compound semiconductors.

temperatur zu erhöhen, wodurch wiederum die Zer- Das erfindungsgemäße Verfahren ist weitgehendto increase the temperature, which in turn reduces the The method according to the invention is largely

unabhängig von der Art des verwendeten Störstoffs, vorausgesetzt, daß damit die Schmelzpunktbedingung für die Störstofflegierung erfüllt werden kann. So können als Störstoffe beispielsweise Zink, Cadmium, Quecksilber, Schwefel, Selen oder Tellur verwendetregardless of the type of impurity used, provided that the melting point condition for the contaminant alloy can be met. For example, zinc, cadmium, Mercury, sulfur, selenium or tellurium are used

Setzung des Verbindungshalbleiters zunimmt, insbesondere bei Annäherung an den Schmelzpunkt, weil das stärker flüchtige Element des Verbindungshalbleiters in stärkerem Maße verdampft.Settlement of the compound semiconductor increases, especially when approaching the melting point, because the more volatile element of the compound semiconductor evaporates to a greater extent.

Es ist andererseits bekannt, eine Störstofflegierung, deren Schmelzpunkt unterhalb der Diffusionstemperatur liegt, unmittelbar in Berührung mit dem Halbleiterkörper zu bringen, so daß der Störstoff direkt in den Halbleiterkörper eindiffundiert. Dieses Eindiffundieren erfolgt jedoch nur an den durch die Oberflächenspannung der geschmolzenen Legierung bestimmten Stellen. Ferner ist dieses Verfahren nur für Halbleiterstoffe geeignet, die sich in der geschmol-On the other hand, it is known to use an impurity alloy whose melting point is below the diffusion temperature is to bring directly into contact with the semiconductor body, so that the contaminant directly diffused into the semiconductor body. However, this diffusion only takes place on the through the Surface tension of the molten alloy at certain points. Furthermore, this procedure is only suitable for semiconductor materials that are in the molten

werden.will.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen beschrieben.The invention is described below on the basis of exemplary embodiments.

Zum besseren Verständnis ist vorab zu bemerken, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das bekannte Prinzip des Raoultschen Gesetzes ausgenutzt wird, das besagt: »Der Dampfdruck eines gelösten Stoffs über einer Lösung ist direkt proportional demFor a better understanding it should be noted in advance that in the method according to the invention the known Principle of Raoult's law is exploited, which says: »The vapor pressure of a dissolved Substance above a solution is directly proportional to that

zenen Störstofflegierung nicht lösen. Daher ist dieses 65 Molanteil (oder Atomprozentsatzj des gelösten Stoffs Verfahren vor allem bei den meisten Verbindungs- in dem Lösungsmittel.«Do not loosen the contaminant alloy. Hence this is 65 molar (or atomic percentage) of the solute Process especially with most of the compounds in the solvent. "

halbleitern nicht anwendbar. Das erfindungsgemäße Verfahren soll nun in sei-semiconductors not applicable. The method according to the invention is now intended in its own

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines ner Anwendung erläutert werden, wobei als Tracer-The aim of the invention is to create an application to be explained, wherein as a tracer

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material für den Störstoff in der Störstofflegierung Indium, Gallium oder Aluminium, also ein Element der Gruppe ΠΙ des Periodensystems verwendet wird. Infolge der Anwendbarkeit des Raoultschen Gesetzes kann eine Gleichung für den Zusammenhang zwischen der Oberflächenkonzentration eines Störstoffs in einem Verbindungshalbleiter und seinem Partialdruck über dem Verbindungshalbleiter angegeben werden:material for the contaminant in the contaminant alloy indium, gallium or aluminum, i.e. an element of group ΠΙ of the periodic table is used. As a result of the applicability of Raoult's law can be an equation for the relationship between the surface concentration of an impurity specified in a compound semiconductor and its partial pressure over the compound semiconductor will:

KPKP

Darin sind C₀ die Oberflächenkonzentration in Atomen pro Kubikzentimeter, P der Partialdruck des gelösten Stoffs über dem Lösungsmittel (welcher der gleiche wie über dem Verbindungshalbleiter ist) in Millimeter Hg, T die Temperatur der Mischung in Grad Kelvin und K eine empirische Konstante, die für jeden verwendeten Verbindungshalbleiter und für jedes verwendete Diffusionsmaterial ermittelt werden muß.Therein, C _{0 is} the surface concentration in atoms per cubic centimeter, P is the partial pressure of the solute above the solvent (which is the same as above the compound semiconductor) in millimeters Hg, T is the temperature of the mixture in degrees Kelvin and K is an empirical constant that for must be determined for each compound semiconductor used and for each diffusion material used.

Der empirische Wert von K wird dadurch ermittelt, daß eine Legierung oder Mischung aus Gallium, Indium oder Aluminium mit dem gewünschten Diffusionsmaterial nach der Lehre des Raoultschen Gesetzes so hergestellt wird, daß der Partialdruck des Diffusionsmaterials bei einer gewählten Diffusionstemperatur unter einem Wert liegt, bei dem die Oberflächenkonzentration des Störstoffs in dem Verbindungshalbleiter gleich der Löslichkeitsgrenze des Störstoffs ist. (Bei dieser anfänglichen Bestimmung von K ist es erforderlich, den Dampfdruck zu schätzen; gewöhnlich ergeben aber 10 bis 20 Atomprozent des Störstoffs einen Dampfdruck, der zur Ermittlung des Werts von K innerhalb der für die Gleichung (1) erforderlichen Genauigkeitsgrenzen ausreicht.) Diese Legierung wird dann in einen Abschnitt eines geschlossenen Reaktionsgefäßes eingebracht, während der durch Diffusion zu behandelnde Verbindungshalbleiter in einem anderen Abschnitt des Gefäßes angeordnet wird. Das Gefäß wird dann evakuiert und dicht verschlossen und anschließend auf die gewählte Diffusionstemperatur weitererhitzt. Man läßt dann den Diffusionsvorgang für eine Zeit andauern, die zur Herstellung eines Gleichgewichts zwischen der Oberflächenkonzentration des Störstoffs in dem Verbindungshalbleiter und dem die Atmosphäre bei dem Dampfdruck in dem Reaktionsgefäß bildenden Störstoff ausreicht. Dies erfordert etwa 20 Minuten bis 1 Stunde. Nach Beendigung der Reaktion wird der Verbindungshalbleiter entnommen, und die Oberflächenkonzentration C₀ wird mittels eines geeigneten Verfahrens bestimmt. Ein für die Bestimmung der Oberflächenkonzentration C₀ geeignetes Verfahren ist das radioaktive Spürverfahren. Bei diesem Verfahren wird der Störstoff radioaktiv gemacht, und der Verbindungshalbleiter wird nach der Diffusion mit einem Zähler untersucht, wodurch die Zahl der Störstoffatome ermittelt wird, die in verschiedenen Tiefen in dem Verbindungshalbleiter vorhanden sind. Nachdem die Zahl der Störstoffatome in jeder bestimmten Tiefe ermittelt worden ist, liegt auch C₀ fest, und die Werte für T, P und C₀ werden dann in die zuvor angegebene Gleichung eingesetzt, die dann nach K aufgelöst wird. Es ist zu bemerken, daß auch andere Verfahren zur Bestimmung von K in der Gleichung (1) möglich sind; sobald jedoch einmal der Wert von K ermittelt worden ist, kann die Oberflächenkonzentration in engen Grenzen dadurch gesteuert werden, daß die richtige Legierung aus dem Störstoff und Indium, Gallium oder Aluminium so gebildet wird, daß sie den gewünschten Partialdruck im Diffusionsvorgang aufweist. In einigen extremen Fällen kann es vorkommen, daß das Raoultsche Gesetz für Legierungen aus Indium oder Gallium mit einem StörstoffThe empirical value of K is determined in that an alloy or mixture of gallium, indium or aluminum with the desired diffusion material is produced according to the teaching of Raoult's law in such a way that the partial pressure of the diffusion material at a selected diffusion temperature is below a value at which the surface concentration of the impurity in the compound semiconductor is equal to the solubility limit of the impurity. (This initial determination of K requires an estimate of the vapor pressure, but typically 10 to 20 atomic percent of the impurity gives a vapor pressure sufficient to determine the value of K within the accuracy limits required by Equation (1).) This alloy is then placed in one section of a closed reaction vessel, while the compound semiconductor to be diffused is placed in another section of the vessel. The vessel is then evacuated and tightly closed and then further heated to the selected diffusion temperature. The diffusion process is then allowed to continue for a time sufficient to establish an equilibrium between the surface concentration of the impurity in the compound semiconductor and the impurity forming the atmosphere at the vapor pressure in the reaction vessel. This takes about 20 minutes to 1 hour. After the reaction has ended, the compound semiconductor is removed and the surface concentration C ₀ is determined by means of a suitable method. A method suitable for determining the surface _{concentration C 0} is the radioactive tracing method. In this method, the impurity is made radioactive, and the compound semiconductor is examined after diffusion with a counter, whereby the number of impurity atoms is determined, which are present at different depths in the compound semiconductor. After the number of impurity atoms at each specific depth has been determined, C ₀ is also fixed, and the values for T, P and C ₀ are then inserted into the equation given above, which is then solved for K. It should be noted that other methods of determining K in equation (1) are also possible; However, once the value of K has been determined, the surface concentration can be controlled within narrow limits by forming the correct alloy from the impurity and indium, gallium or aluminum so that it has the desired partial pressure in the diffusion process. In some extreme cases, Raoult's law for alloys of indium or gallium with an impurity

ίο nicht gilt. Unter diesen Bedingungen ist es dann erforderlich, empirisch den Dampfdruck der Legierung dadurch zu bestimmen, daß eine Reihe von Legierungen hergestellt wird und daß ihre Zusammensetzung als Funktion des Dampfdrucks bei der gewünschten Diffusionstemperatur aufgetragen wird.ίο does not apply. Under these conditions it is then necessary empirically determine the vapor pressure of the alloy by using a number of alloys is produced and that its composition as a function of the vapor pressure at the desired Diffusion temperature is applied.

Nachdem der Faktor K für einen bestimmten Verbindungshalbleiter und ein bestimmtes Diffusionsmaterial ermittelt worden ist, kann die gewünschte Oberflächenkonzentration in engen Grenzen gewähltAfter the factor K has been determined for a specific compound semiconductor and a specific diffusion material, the desired surface concentration can be selected within narrow limits

ao werden. Wenn beispielsweise die gewünschte Oberflächenkonzentration (die üblicherweise bei 10^ie, 10", 10¹⁸ oder 10¹⁹ Atomen pro Kubikzentimeter liegt, aber allgemein irgendwo unterhalb der Löslichkeitsgrenze in dem Verbindungshalbleiter liegenbe ao. For example, if the desired surface concentration (which is usually 10 ^ie , 10 ", 10 ¹⁸ or 10 ¹⁹ atoms per cubic centimeter, but generally somewhere below the solubility limit in the compound semiconductor

as kann) und die gewünschte Temperatur des Verfahrens gewählt worden sind, wird P für die Gleichung (1) bestimmt. Nachdem der zur Erzielung der richtigen Oberflächenkonzentration C₀ erforderliche Druck P bekannt ist, kann die Menge des Störstoffs bestimmt werden, die zur Erzielung dieses Dampfdrucks erforderlich ist. Dies wird dadurch erreicht, daß zuerst festgestellt wird, welchen Dampfdruck das Störstoffelement bei der gewählten Betriebstemperatur zeigt; dies läßt sich aus einem Temperatur-Dampfdruck-Diagramm des Störstoffelements entnehmen. Derartige Diagramme sind in der Technik allgemein bekannt. Nachdem der Dampfdruck ermittelt ist, den das Störstoffelement bei der gewünschten Betriebstemperatur zeigt, kann das Raoultsche Gesetz zur Ermittlung des Atomprozentsatzes des Störstoffs angewendet werden, de^r mit dem Indium, Gallium oder Aluminium legiert werden muß, damit der errechnete Dampfdruck der obigen Gleichung (1) erhalten wird. Mit dem zuvor erläuterten Verfahren ist es somit möglich, verschiedene erwünschte Oberflächenkonzentrationen der Störstoffe auszuwählen und die gewählte Oberflächenkonzentration in einem Verbindungshalbleiter zu erzeugen.As can) and the desired temperature of the process have been chosen, P is determined for equation (1). Once the pressure P required to achieve the correct surface concentration C ₀ is known, the amount of contaminant can be determined which is required to achieve this vapor pressure. This is achieved in that it is first determined which vapor pressure the impurity element shows at the selected operating temperature; this can be seen from a temperature-vapor pressure diagram of the contaminant element. Such diagrams are well known in the art. After the vapor pressure is determined, the shows the Störstoffelement at the desired operating temperature, Raoult's Law to determine the atomic percentage may be of the impurity be applied, de ^r must be alloyed with the indium, gallium or aluminum, so that the calculated vapor pressure of the above equation (1 ) is obtained. With the method explained above, it is thus possible to select different desired surface concentrations of the impurities and to generate the selected surface concentration in a compound semiconductor.

Da die Zeit kein kritischer Faktor zur Aufrechterhaltung eines Gleichgewichtszustands zwischen der Oberflächenkonzentration des Störstoffs und dem Dampfdruck des Störstoffs in der umgebenden Atmosphäre ist, ist es ferner möglich, die Tiefe des Übergangs und die Diffusionsgeschwindigkeit durch eine Veränderung der Zeitdauer des Diffusionsvorgangs in engen Grenzen zu steuern. Dies läßt sich durchführen, ohne daß dadurch die vorbestimmte Oberflächenkonzentration des Störstoffs beeinflußt wird. Mit diesem Verfahren können verschiedene Arten von pn-Ubergängen erhalten werden, die so beschaffen sind, daß sie die für Photodioden, Sonnenzellen, Transistoren oder jegliche sonstige Art von Halbleiterbauelementen besonders erwünschten Eigenschaften haben. Ferner läßt sich das Verfahren auch zur Bildung von doppeldiffundierten Transistoren anwenden.Since time is not a critical factor in maintaining a state of equilibrium between the Surface concentration of the contaminant and the vapor pressure of the contaminant in the surrounding atmosphere is, it is also possible to determine the depth of the junction and the diffusion rate through a Control changes in the duration of the diffusion process within narrow limits. This can be done without thereby affecting the predetermined surface concentration of the contaminant. With this method, different types of pn junctions can be obtained that have such properties are that they are used for photodiodes, solar cells, transistors or any other type of semiconductor components have particularly desirable properties. Furthermore, the method can also be used to form double-diffused transistors use.

Die Verwendung von Indium, Gallium oder Aluminium als Trägermaterial ist deshalb vorteilhaft,The use of indium, gallium or aluminum as a carrier material is therefore advantageous,

weil sich diese Stoffe bei niedrigen Temperaturen verflüssigen. Es ist daher möglich, die Mengt des Störstoffs in dem Trägermaterial in engen Grenzen zu steuern. Da das Trägermaterial bei der Diffusionstemperatur flüssig ist, ist es ferner sehr viel schneller und einfacher möglich, aHe Störstoffe in die Umgebungsatmosphäre auszudiffundieren, die für die Erzielung des richtigen Partialdrucks erforderlich sind, als dies bisher mit einem pulverförmigen Trägermaterial, beispielsweise einem Verbindungshalbleiter, möglich war.because these substances liquefy at low temperatures. It is therefore possible to limit the amount of the contaminant in the carrier material within narrow limits steer. Since the carrier material is liquid at the diffusion temperature, it is also much faster and easier possible to diffuse aHe impurities into the ambient atmosphere that are necessary for the achievement of the correct partial pressure are required than was previously the case with a powdery carrier material, for example a compound semiconductor, was possible.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die Diffusion über eine lange Zeitdauer aufrechterhalten werden kann, ohne daß die Oberflächenkonzentration der Störstoffe die gewünschten Grenzen überschreitet. Dadurch wird es möglich, gesteuerte Tiefen der Übergänge und Störstoffniveaus zu erzielen.Another major advantage of this process is that the diffusion takes a long time Period of time can be maintained without the surface concentration of the contaminants being the desired Crosses borders. This makes it possible to have controlled depths of transitions and contaminant levels to achieve.

Wenn beispielsweise Galliumarsenid mit Zink dotiert werden soll und Galium als Trägermaterial für das Zink in der Störstofflegierung verwendet wird, kann folgendermaßen vorgegangen werden:For example, if gallium arsenide is to be doped with zinc and galium as a carrier material for the zinc is used in the contaminant alloy, can be proceeded as follows:

Es ist zunächst erforderlich, den Wert des Faktors K in der Gleichung (1) für den Fall von Galliumarsenid mit Zink als Diffusionsmaterial zu ermitteln. Der erste Schritt bei der Bestimmung des Faktors K besteht in der Wahl einer Temperatur, bei der dei Diffusionsvorgang durchgeführt werden soll, worauf der Dampfdruck von Zink aus einem Dampfdruck-Temperatur-Diagramm entnommen wird. Dann wird durch Anwendung des Raoultschen Gesetzes das Verhältnis von Zink zu Gallium so gewählt, daß der Partialdruck des Zinks unter dem Druck liegt, bei dem die Oberflächenkonzentration des Zinks in Galliumarsenid ins Gleichgewicht mit dem Zinkdampf bei der Löslichkeitsgrenze von Zink in Galliumarsenid kommt. Nach der Wahl der Werte für P und T wird eine Legierung von Gallium und Zink entsprechend den Erfordernissen des Raoultschen Gesetzes so hergestellt, daß sie den gewünschten Partialdruck zeigt, und diese Mischung wird dann in ein Rohr eingebracht, das reines und richtig vorbehandeltes Galliumarsenid enthält. Das Rohr wird dann evakuiert und dicht verschlossen, worauf es in einen Ofen eingesetzt wird, der die zuvor gewählte richtige Temperatur liefert. Nach einer Zeitdauer, in der die Oberflächenkonzentration des Zinks einen Gleichgewichtszustand erreicht, wird das Galliumarsenid entnommen, und die Oberflächenkonzentration C_n wird in der zuvor erläuterten Weise gemessen. Der Wert des Faktors K wird dann aus der Gleichung (1) ermittelt. Für die nachstehenden Beispiele wurde der Faktor K zu 10²⁰ festgestellt.It is first necessary to determine the value of the factor K in equation (1) for the case of gallium arsenide with zinc as the diffusion material. The first step in determining the factor K is to choose a temperature at which the diffusion process should be carried out, after which the vapor pressure of zinc is taken from a vapor pressure-temperature diagram. Then, by applying Raoult's law, the ratio of zinc to gallium is chosen so that the partial pressure of the zinc is below the pressure at which the surface concentration of the zinc in gallium arsenide comes into equilibrium with the zinc vapor at the solubility limit of zinc in gallium arsenide. After choosing the values for P and T , an alloy of gallium and zinc is made according to the requirements of Raoult's law so that it exhibits the desired partial pressure, and this mixture is then placed in a tube containing pure and properly pretreated gallium arsenide. The tube is then evacuated and sealed, after which it is placed in an oven which will provide the correct temperature previously selected. After a period of time in which the surface concentration of the zinc reaches an equilibrium state, the gallium arsenide is removed and the surface concentration C _n is measured in the manner previously explained. The value of the factor K is then found from equation (1). For the following examples, the factor K was found to be 10 ²⁰ .

Examples

Ein Galliumarsenidplätlchcn wurde der üblichen Oberflächenbehandlung unterworfen, wie Reinigung oder Ätzung zur Entfernung verschiedener Oberflächenverunreinigungen. Das Plättchen wurde dann in das eine Ende der Ouarzampullc eingesetzt, und 1,5 mg Zink wurden an einer entfernten Stelle der Ampulle .'mgcbraclit. Die Ampulle wurde dann evakuier! und dicht verschlossen. Der Diffusionsvorpann wurde in einer Apparatur durchgeführt, die dcrjeniμen nach den USA.-Patentschriften 2 900 286, 2 921905 iilinlicii war: eine dicht verschlossene Ouur/.iimpiillc mit einer geeigneten Heizvorrichtung, mit der Ausnahme, daß die Temperatur in der AmpuUe möglichst frei von Tempsraturgradienten war und für 7V* Stunden auf 800° C gehalten wurde. Es wurden zwei weitere Diffusionsvorgänge in genau der gleichen Weise wie der erste Diffusionsvorgang durchgeführt, mit der Ausnahme, daß 1,5 mg einei Legierung von Gallium mit verschiedenen Atomprozenten Zink als Diffusionsquelle verwendet wurden. Die Ergebnisse der drei Diffusionsvorgänge sind ίο in der folgenden Tabelle angegeben.A gallium arsenide plate became the usual one Subjected to surface treatment such as cleaning or etching to remove various surface contaminants. The plate was then inserted into one end of the Ouarzampullc, and 1.5 mg of zinc were .'mgcbraclit. The ampoule was then evacuate! and tightly closed. The diffusion leader was carried out in an apparatus that dcrjeniμen according to U.S. Patents 2,900,286, 2,921,905 iilinlicii was: a tightly closed one Ouur / .iimpiillc with a suitable heating device, with the exception that the temperature in the ampoule was as free of temperature gradients as possible and was held at 800 ° C. for 7V * hours. There were two more diffusion processes in exactly that Performed the same way as the first diffusion process, except that 1.5 mg was used Alloys of gallium with various atomic percent zinc were used as a diffusion source. The results of the three diffusion processes are given in the following table.

Diffu-
sions-
Vorgang
¹S Nr.Diffuse
sion
occurrence
¹ S No. DiffusionsquelleDiffusion source Dampfdruck
des Störstoffs
in der
Ampulle
(mm Hg)Vapor pressure
of the contaminant
in the
ampoule
(mm Hg) Oberflächen
konzen
tration Cu
(cm-³)surfaces
concentrate
tration Cu
(cm- ³ ) 1
2
XO
31
2
XO
3 metallisches Zink
99°/oGa-f 1 <>/o Zn-
Legierung
99,9% Ga +0,1 ^e/o
Zn-Legierungmetallic zinc
99 ° / oGa-f 1 <> / o Zn-
alloy
99.9% Ga +0.1 ^e / o
Zn alloy 280
3
0,3280
3
0.3 1020
8,7 · ΙΟ«
8,7 · 10¹⁷ 1020
8.7 · ΙΟ «
8.7 10 ¹⁷

as Bei jedem Diffusionsvorgang betrug die Menge des vorhandenen Diffusionsmaterials 1,5 mg. An Stelle von Zink können andere Elemente der Gruppe II des Periodensystems, wie Cadmium oder Quecksilber mit Gallium legiert werden, und in der gleichenAs in each diffusion process, the amount of des diffusion material present 1.5 mg. Instead of zinc, other elements of group II des Periodic table of how cadmium or mercury can be alloyed with gallium, and in the same

Weise können auch beliebige Elemente der Gruppe VI , des Periodensystems, wie Schwefel, Selen oder Tellur, mit Gallium legiert werden. Ferner können sowohl Gallium als auch Indium oder Aluminium zur Herstellung einer Störstoffquelle für jeden beliebigenAny elements of group VI, of the periodic table, such as sulfur, selenium or tellurium, be alloyed with gallium. Furthermore, both gallium and indium or aluminum can be used for production a source of contaminants for anyone

Verbindungshalbleiter verwendet werden.Compound semiconductors are used.

Bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen wurden zwar Gallium, Indium und Aluminium als die Stoffe angegeben, mit denen der zu diffundierende Störstoff legiert wird, doch können auch andere StoffeIn the above embodiments, gallium, indium and aluminum were used as the Substances specified with which the contaminant to be diffused is alloyed, but other substances can also be used

mit brauchbaren Ergebnissen verwendet werden. Zinn, Blei und andere Stoffe, deren Schmelzpunkte unter der anzuwendenden Diffusionstemperatur liegen und die die elektrischen Eigenschaften des Halbleitermaterials nicht merkbar beeinflussen, können in gleicher Weise als Bestandteil der Störstofflegierung verwendet werden.can be used with useful results. Tin, lead and other substances, their melting points are below the applicable diffusion temperature and that the electrical properties of the semiconductor material do not noticeably affect, can in the same way as part of the contaminant alloy be used.

Claims

Patent claims:

1. A method for diffusing an impurity influencing the conductivity into a

Compound semiconductor body in which an impurity alloy is used in which the impurity is alloyed with a material that has the electrical properties of the compound semiconductor not adversely affected, and in which the

Störstoillegierung and the semiconductor body arranged at a distance from one another and substantially heated to the same temperature difference are characterized by that in a well-known way a Siörstoillegierung is used, the melting point of which is below the diffusion temperature.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the sturgeon with a

77th

ment of group III of the periodic table, which is in the III-V compound half-

r will. head is included.

s

3. The method according to claim 2 for use

4. Method according to one of the preceding

r in a III-V compound semiconductor body, da- claims, characterized in that the interference

g characterized by the fact that zinc, cadmium, mercury, sulfur,

ι Group III of the periodic table, the element ver selenium or tellurium is used.

Γιε Ie ^ e ι. ie

ie ; n ie • rk- rs lie

ic ic-