DE1292258B - Verfahren zum Herstellen eines hoeheren Dotierungsgrades in Halbleitermaterialien, als ihn die Loeslichkeit eines Fremdstoffes im Halbleitermaterial zulaesst - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines hoeheren Dotierungsgrades in Halbleitermaterialien, als ihn die Loeslichkeit eines Fremdstoffes im Halbleitermaterial zulaesst

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DE1292258B DES81606A DES0081606A DE1292258B DE 1292258 B DE1292258 B DE 1292258B DE S81606 A DES81606 A DE S81606A DE S0081606 A DES0081606 A DE S0081606A DE 1292258 B DE1292258 B DE 1292258B
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Description

1 2
Bei der Herstellung optimaler Tunneldioden ist es Bekanntlich gibt es in einem ternären oder auch qua-
zur Erzielung des Tunneleffekts erforderlich, in den ver- siternären System zwei Möglichkeiten für die Auswendeten Halbleiterkristallen eine extrem hohe Träger- bildung der Löslichkeitsgrenze. Entweder wird durch dichte, etwa 1019 bis 1020 Ladungsträger pro Kubik- die Zugabe eines zweiten Fremdstoffes in einem bezentimeter, d. h. bis oberhalb der Entartungsdichte, zu 5 stimmten Halbleitermaterial eine geringere oder eine erzeugen. Ebenso sind für die Gewinnung günstiger höhere Gesamtkonzentration der Fremdstoffe in dem elektrischer Eigenschaften von Transistoren häufig Halbleitermaterial bewirkt, als es die Löslichkeit eines hohe Dotierungsgrade der Emitterzone angebracht. dieser Fremdstoffe zuläßt.
Der maximal erreichbare Dotierungsgrad ist jedoch Die beiden Möglichkeiten sind in den F i g. 1 und 2
durch die Löslichkeit des Dotierstoffes im Halbleiter- io dargestellt und werden am Beispiel der Dotierung von material begrenzt. Halbleitermaterial beschrieben.
Zudem treten beim Arbeiten in der Nähe der Lös- In den gleichseitigen Dreiecken sind die Löslich-
lichkeitsgrenze Schwierigkeiten bei der Kristallzüch- keitskurven 4 der Dotierstoffe 1 und 3 bzw. Γ und 3' tung auf, d. h., die einkristalline Struktur des Halb- im Halbleitermaterial 2 aufgetragen. In F i g. 1 beträgt leitermaterial geht hierbei oft durch Fremdkristallein- 15 die Konzentration des Dotierstoffes 3 im Halbleiterschlüsse verloren. material 2 beim Punkt 5, der der maximal möglichen,
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Dotie- durch die Löslichkeit begrenzten Konzentration entrungsgrade in Halbleitermaterialien, wie z. B. Silicium spricht, beispielsweise 1019 Atome pro Kubikzenti- oder Germanium, zu erzeugen, die höher sind, als es meter, die des Dotierstoffes 1 beim Punkt 6 etwa 1018 die Löslichkeit eines Fremdstoffes zuläßt, wobei zwei 20 Atome pro Kubikzentimeter. Die Gesamtkonzentraden gleichen Leitungstyp erzeugende Fremdstoffe in tion der Dotierstoffe, die Punkt 7 wiedergibt, beträgt das Halbleitermaterial eingebaut werden. nur etwa 1017 Atome pro Kubikzentimeter. Die Kom-
Die Erfindung, die diese Aufgabe löst, besteht darin, bination der Dotierstoffe 1 und 3 mit dem Halbleiterdaß die Fremdstoffe so ausgewählt werden, daß einer material 2 führt also nicht zu einer erhöhten Dotieder Fremdstoffe Gitterplätze und der andere Zwischen- 25 rung,
gitterplätze im Gitter des Halbleitermaterials besetzt. Dagegen zeigt F i g. 2 ein Beispiel einer Erhöhung
Es ist bereits bekannt, zur Dotierung von Silicium der Gesamtkonzentration der Dotierstoffe im Halbeine chemische Verbindung, die im Schmelzfluß in eine leitermaterial. Punkt 8 gibt die Löslichkeitsgrenze des glasartige Substanz übergeht, z. B. Borate und Meta- Dotierstoffes 3' im Halbleitermaterial 2 mit beispielsborate, durch einen Erwärmungsprozeß auf die Ober- 30 weise 10x8 Atomen pro Kubikzentimeter wieder, Punkt fläche eines Siliciumstabes aufzuschmelzen und diesen 9 zeigt die Konzentration des Dotierstoffes 1' im Halbdanach dem Zonenschmelzverfahren zu unterwerfen. leitermaterial 2 mit beispielsweise 1017 Atomen pro Auch hat man bereits auf einen p-leitenden, zinkdo- Kubikzentimeter. Im Punkt 10, dem sogenannten tierten Galliumarsenidkristall zur Herstellung eines kritischen Punkt mit der kritischen Zusammensetzung pn-Überganges eine Zinnelektrode aufgeschmolzen, 35 des ternären Systems, besitzt die Gesamtkonzentration der Zink oder Cadmium beigegeben worden ist. Nach der Dotierstoffe den höchsten Wert, im Beispiel etwa diesen beiden Verfahren erhält man jedoch keine Do- 1020 Atome pro Kubikzentimeter, tierungsgrade in den Halbleitermaterialien, die über die Nimmt die Kurve 4, die die Löslichkeitsgrenzpunkte
Löslichkeit eines Fremdstoffes hinausgehen. zweier Dotierstoffe in einem Halbleitermaterial mit-
Es ist auch bereits bekannt, mehr als einen Fremd- 40 einander verbindet, den Verlauf nach F i g. 2 oder stoff in einen Halbleiterkörper einzubauen und hierbei einen ähnlichen, beispielsweise den in F i g. 3 gezeigten solche Fremdstoffe zu wählen, die den gleichen Lei- Verlauf, dann führt die Verwendung dieser beiden tungstyp im Halbleitermaterial bewirken. Beispiels- Dotierstoffe zu einer Erhöhung der Gesamtkonzenweise gehört es zum Stand der Technik, Gallium und tration der Dotierstoffe im Halbleitermaterial, führt Aluminium zusammen mit Germanium und/oder SiIi- 45 also über die Löslichkeitsgrenze eines jeden der beiden cium als Elektrodenmaterial für eine Halbleitervor- Dotierstoffe im Halbleitermaterial hinaus, richtung zu verwenden. Hierbei ist jedoch nicht darauf Wie sich bei den der Erfindung zugrunde liegenden
hingewiesen, daß hierdurch ein besonders hoher Do- Untersuchungen gezeigt hat, lassen sich bei der Dotierungsgrad erzielt wird. tierung von Silicium oder besonders Germanium
Des weiteren ist ein Verfahren zum Herstellen einer 50 höhere Dotierungsgrade erzielen, als es die Löslichkeit hohen Dotierung von Halbleitermaterial bekannt, bei eines Fremdstoffes zuläßt, wenn die Fremdstoffe dem zur Erhöhung der durch das Einlegieren von Lithium und Phosphor oder Lithium und Arsen zum Indium erreichbaren Dotierung gallium- oder alumi- Dotieren verwendet werden. Lithium verleiht dem niumhaltiges Indium in das Halbleitermaterial einle- Silicium und dem Germanium wie Phosphor und giert wird. Die bei diesem bekannten Verfahren zum 55 Arsen bekanntlich n-Leitungstyp. Einlegieren verwendeten Fremdstoffe Indium, Gallium, Für eine hohe p-Dotierung von Germanium kann
Aluminium werden jedoch auf Gitterplätzen im Gitter nach dem Verfahren nach der Erfindung Kupfer des Halbleitermaterials eingebaut. kombiniert mit Bor, mit Aluminium oder mit Gallium
Die Erfindung vermittelt demgegenüber die Lehre, verwendet werden. Ebenso führt auch die gemeinsame wie ein derart hoher Dotierungsgrad in Halbleiter- 60 Verwendung von Zink mit Bor, Aluminium oder Galmaterialien eingestellt werden kann, der über die lium zu einem Dotierungsgrad in Germanium, der über maximale Löslichkeit des einzelnen Dotierstoffes hin- die Löslichkeit eines dieser Fremdstoffe im Germanium ausgeht. Wenn auch bei der bekannten gemeinsamen hinausgeht.
Anwendung von Gallium und Aluminium ein hoher Bekanntlich besetzen Lithium im Silicium- und im
Dotierungsgrad entsteht, so wird durch das Verfahren 65 Germaniumgitter sowie Zink und Kupfer im Germanach der Erfindung die Auswahl an Fremdstoffkombi- niumgitter Zwischengitterplätze. Phosphor, Arsen, Bor, nationen zur Lösung der gestellten Aufgabe beträcht- Aluminium, Gallium und andere besetzen dagegen lieh erhöht. Gitterplätze.

Claims (9)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen eines höheren Dotierungsgrades in Halbleitermaterialien, als ihn die Löslichkeit eines Fremdstoffes im Halbleitermaterial zuläßt, bei dem zwei den gleichen Leitungstyp erzeugende Fremdstoffe in das Halbleitermaterial eingebaut werden, dadurchgekennzeichn e t, daß die Fremdstoffe so ausgewählt werden, daß einer der Fremdstoffe Gitterplätz und der andere Zwischengitterplätze im Gitter des Halbleitermaterials besetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen von n-Leitungstyp in dem Halbleitermatericl Germanium oder Silicium die zwei Fremdstoffe Phosphor und Lithium verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen von n-Leitungstyp in dem Halbleitermaterial Germanium oder Silicium die zwei Fremdstoffe Arsen und Lithium verwendet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen von p-Leitungstyp in dem Halbleitermaterial Germanium die zwei Fremdstoffe Bor und Kupfer verwendet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen von p-Leitungstyp in dem Halbleitermaterial Germanium die zwei Fremdstoffe Aluminium und Kupfer verwendet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen von p-Leitungstyp in dem Halbleitermaterial Germanium die zwei Fremdstoffe Gallium und Kupfer verwendet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen von p-Leitungstyp in dem Halbleitermaterial Germanium die zwei Fremdstoffe Zink und Bor verwendet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen von p-Leitungstyp in dem Halbleitermaterial Germanium die zwei Fremdstoffe Zink und Aluminium verwendet werden.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen von p-Leitungstyp in dem Halbleitermaterial Germanium die zwei Fremdstoffe Zink und Gallium verwendet werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
DES81606A 1962-09-21 1962-09-21 Verfahren zum Herstellen eines hoeheren Dotierungsgrades in Halbleitermaterialien, als ihn die Loeslichkeit eines Fremdstoffes im Halbleitermaterial zulaesst Pending DE1292258B (de)

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FR947767A FR1370268A (fr) 1962-09-21 1963-09-17 Procédé pour réaliser des degrés de dopage élevés dans des substances semiconductrices
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