DE1417709A1 - Vrefahren zur Herstellung einer Verbindung des Types A?B? - Google Patents

Description

JDr. P. ftoßbach

Patentanwalt
r: U.V. PHlLiPS GLCEiUNiPENFABiIIEKEN

Akta: ZA/P -31 _1/177nQ

Anmeldung vom« 6. Jan. 1961 IH I / /Ua

I.T.Philip·»aioeileapenfabrieken, Eindhoren/Hollend,

"Verfahren nur Herstellung einer verbindung d··

fih^r

Si· Erfindung besieht sich auf ein Verfahren sur Herstellung einer Verbindung de· Type· AB. Mit Verbindungen de· Typea X¹¹H¹, welter auch beaeichnet al· A¹¹¹B⁷ Verbindungen, sind hler Verbindungen swischen Atoaen wenigstens eines der Eleaente aus der dritten Haupt gruppe des periodischen Systeas geaeint, also die Sleaente alt 3 Elektronen in der äußersten Schale und 8 oder 18 Elektronen in der

III nächsten inneren Sohale des freien Atone» weiter ale A Sienente beseichnet, alt einer wenigsten· nahesu gleicher Menge τοη Atoaen wenigsten· «in·· der Eleaente au» der fünften Hauptgruppe de· periodischen Systeas_t also die Eleaente alt 5 Elektronen in &·τ äußeret·» Sohale und 8 oder 18 Elektronen In der nächsten inneren Schale de· freien Atoa·, weiter al· B^T-Eleaente beaeichnet. Zu den A¹¹¹B⁷ Verbindungen gehören also auoh Mischkristallen alt sehr als einen A^IIX-£leaent und/oder B^Y-Bleaent.

Verbindungen die··· Typee Bind als Halbleitermaterial rorgeechlagen werden und aan war bestrebt, dl··· Verbindungen Beglichet rein herausteilen·

lach eine« bekannten Verfahren löat aan das B^T-Blenent fhoaphor, Arsen oder Antlaon in einer Sohaelse τοη d«a

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BAD

A^IIX-Ilement Aluminium, Gallium oder Indium nil kühlt »11-mählleh ab. Men hat euch Torgsaehlagen, «in·· dieser B*- Slemente la Dampf- oder fltasfora im der Schmelse eines der suletst erwähnten A^XIX-lleaente su lBsen. Diese 1^T-Ble*ente sind nlalioh leicht flüchtig, während die suletst erwähnten A -Elemente keine hohes Bohmel«punkte aufweisen.

lach diesen bekannten Verfahren wird ein Qeniseh der Verbindung A^XIIB^T Bit noch ungeänderte« A¹¹ ^Elemente erkalten, Tea dem die Verbindung sieh schwer trennen Iftlt·

Für eine Reaktion «wischen den Dämpfen der A- und B-Elemente, wie sie an sich s.B. swisehen swei leieht flüchtigen Elementen durchführbar ist «ad »ei der die Verbindung getrennt τοη dea ungeanderten Komponenten erhalten werden kann, braucht man sehr hohe Temperaturen sowohl an der Stelle, wo dss schwer fluchtige A -Element verdampft wird, als auch aa der Stelle, wo die Reaktion stattfindet. Weil bei diesen hohen Temperaturen die Verbindung sehr leieht in die Elemente sersetsbar ist, muß man einen sehr hohen Dampfdruck dee B^-Elementes aufrechterhalten, sei de« aber an das Gtefäl, in dea die Reaktion stattfinden würde, su hohe Anforderungen gestellt werden nüssen·

Sie vorliegende Erfindung sielt u.a. auf die Vermeidung der obenerwähnten saohteile ab· Srfindungsgeaäfi wird an einer Stelle eine Menge eines A -Elementes oder eines Oemisohes τοη A -Elementen dureh Reaktion mit einer gasförmigen Substans in eine leieht flüchtige Verbindung oder leichtflüchtige Verbindungen übergeführt, die in Gasform an einer anderen Stelle mit eine« wenigstens ein B -Element enthaltenden Oas sur Besktlon gebraeht wird, bsw. werden, wobei die Verbindung des Typee A^XIXB^T abgeschieden und die gasförmige Substans surückgebildet wird, die wieder sur

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BAD ORfGiNAL

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Beakticm ait dem A^-ELement an der ersten Stalle sur YerfUgmag steht. Auf Aiese «eise kenn dia Verbindung bei ▼erh&ltmism&Slg niedrigen Temperaturen erhalten werden, bei Imalu benutite A^II3:~Ilement nur eine niedrige Bam» fs»ittwg seigern würde und wobei nan keine extrem hohe Dampfdruck· iaa B^-Elamen
tor Xers«tsung As* Verbindung.

kehe Dampfdruck· toa B -Elemente· braucht sur Vermeidung

Bai eimer geeigneten Vafel tor Üeatände» wia Temperaturen und Tarrlohtumg IUt eich dia BiXdnngagaaehwindigkait tor Taraimdvmg aimatallan iareh geeignete fahl dar Manga Aar gaafSraigan Subatoms, «ο da« s.B. aina Terhältnieaäflig achnelle Bildung «Aar ein· langaajiara Bildung in dar Form ▼on grSiaran Kr i at allan arraicht wardan kann.

Ss wird bemerkt, AaB aa an sich bekannt war, aina achwar flüchtige Subattns durch Reaktion mit einer gasförmigen Substams am ainar Stall· in Aar Form ainar flüohtigan Yar» Bindung in Gaeform ttaarsuftfhran und an ainar anderen Stelle aus Alassr Yerbindung Aia sehwarflüohtige Suoatans abnusenr-aiAam «it Ettokaildung Aar gasförmigem Substanz, dia wieder sur Reaktion mit Aar »chwerflüohtigen Suhstans sur Yerftfgung steht· SIa gssfSrmige Suhatans dient hierbei als sogenannter "Übertrager". Ea war aber nicht bekannt, bei Aer Herstellung ainar Yerbindung des Typ« AB, ausgehend Ton seinen KomBomantan, einen aolchen übertrager su bsnutsen·

Sie Menge de« A^IX*~Elememtes wird Torsugaweiae auf eine Temperatur erhitst, bei Aar Ale Verbindung «es Typ· A¹¹V ■Ick nicht bildet, so AsB Alese Yerbindung rolletSndig getrennt Ton der Menge Asa A -Slementea abgeschieden wird am eimer Stelle, die suf eine Temperatur gebracht ist, bei Aer sieh die Verbindung wohl bilden kann.

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BAD ORIGINAL

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Vorsugswelse wird dee A -Element Ia ein Halogenid über· geführt. Sin solches Halogenid ist sieelioh leicht fltiohtig und läßt sich bei nicht «Heu hoher feoperatur bilden. Insbesondere wird das A-Element in ein Jodid übergeführt« Pie Jodide der A¹¹ -Baeeente kennen besser und bei niedrigen Temperaturen «it den B -Elenenten reagieren als die anderen Halogenide der A -Elemente. In das Resktloasge- täB kann man elementares Halogen oder ein Halogenid des A -Elementes vorher einbringen.

Das Verfahren ist besonders geeignet sur Herstellung von Verbindungen, bei denen das A -Element aus Aluminium, Gellium oder Indium besteht. Aber auoh das fast nicht verdampfbare Element Bor kann «it Halogen eine leichtflüchtige

Verbindung bilden. Vorsugsweise besteht das B -Element aus Phosphor» Arsen oder Antimon, die in feste« Sustand im ein Reaktlonsgefäß eingetragen «erden und allmfihlich verdaapft werden können oder duroh Reaktion «it der gasförmigen Substan* ebenfalle in eine gaeförmige Verbindung übergeführt werden können. Es 1st dabei möglich, ein geschlossenes Gefäß ansuwenden, aus de« die gasförmige Substans nicht entweichen kann. I« Frinslp 1st es aber auoh möglich, das

B -Element in Gasform während der Reaktion in das Reaktionsgefäfl einsutragen s.B. durch eine sehr enge öffnung daait der Verlust an gesfSraiger Subst&ns möglichst niedrig ist.

Die Erfindung wird an Hand einiger Beispiele und der Zeichnung näher erläutert/ In der Zeichnung seigt die Figur einen Tertikaien Schnitt durch eine Vorrichtung sur Bildung einer

TTT Y

_Axxi._B» _TerDindung# Beispiel I. In eine« evakuierten rohrförmigen Gefäß 1 aus Quarsglas

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BAD ORIGINAL

■it einer Läng« von 50 cm und einem Innendurchmesser γοη 20 mm, das an balden Enden verschlossen ist, befindet eich am einen Ende ein Schiffchen 2, das eine Menge 3 von etwa 12g sehr reinem Aluminium enthält» und am anderen Bnde ein Schiffchen 4» dae eine Menge 5 von etwa 12 g sehr reinem rotem Phosphor enthält. In der Nähe des Schiffchens 2 befindet aich noch eine Menge 6 von 70 mg Jod in dem Gefäß 1.

Bin Teil das Gefäßββ 1, der das Schiffchen 2 enthält, steckt in einem Ofen 7 und ein anderer Teil, der das Schiffchen enthält, steckt in einem Ofen 8. Me beiden Üfen sind vorzugsweise rohrförmig und bestehen z.B. eue einem Quarzrohr oder keramischem Bohr mit einem darauf gewickelten Wlderatandsdrafat. Sie können unabhängig voneinander beheitζt werden· Me beiden fen werden nun erhitzt, so daß das im Ofen 8 befindliche Schiffchen 4 auf eine !Temperatur von 4v)0°C und das im Ofen 7 befindliche schiffchen 2 auf eine Temperatur von 1100⁰C erhitzt wird· 3)abei stellt eich im Gefäß 1 ein Phosphordampfdruck von etwa 5 atm ein· Das Jod verdampft dabei vollständig. Las Aluminium wird als Jodid in Gasform Übergeführt und reagiert an einer Stelle niedriger Temperatur zwischen den beiden Cfen mit dem Phosphordampf, wobei Aluminiumphosphid (Al?) als fester Stoff 9 auf der wand des Gefäßes 1 abgeschieden wird. Das das bei dieser Reaktion gebildete Jod enthaltende Gas wird aufs neue elementares Aluminium in gasförmiges Jodid überführen, so daß die Bildung des Aluminiumphosphides während der Erhitzung weiter fortschreiten kann· flach 20-etündiger Erhitzung ist die Umsetzung des Aluminiums und des Phosphors nahezu vollständig, wobei das Aluminiumphosphid in iCristallfor» erhalten wird«

Beispiel II. Eine ähnliche Vorrichtung, wie sie in der Figur gezeichnet

9 ü 9 8 3 b / 1 1 γ 7 _ ₆ .

BAD

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ist, wird benutzt eur Herstellung Ton Galliumarsenid (GaAs). Dae Schiffchen 2 enthält dabei eine Menge ron 10 g Gallium und das Schiffchen 4 enthält eine Menge von 10,7 Arsen. Xn der Nähe des Schiffchens 2 ist in dea GefU 1 noch 100 g Jod angebracht· Das roIrfSraige Gefäfi 1 1st Torher eyakuiert und durch Abschmelsen Terechlossen worden. Is Ofen 7 wird das Gallium auf 110ü°C und lsi Ofen 8 wird das Arsen auf 53O°C erhltst. An einer Stelle »wischen den beiden Öfen wird Galliumarsenid abgeschieden· Wach 50 Stunden wird die Erhitzung beendet. Das Gallium und das Arsen sind dabei wenigstens nahesu Tollstöndig in Galliumarsenid uagesetxt, das in der fora τοη schwach p-leitenden Kristallen erhalten wird·

Obswar in diese« Beispiel nur die Bildung von Aluminiumphosphid und Galliumarsenid beschrieben ist, ist die Erfindung nicht auf die Bildung dieser swei Verbindungen beschränkt. Man kann s.B. in ähnlicher Weise Galliumphosphid erhalten» wobei Gallium im Schiffchen. 2 auf 90O⁰C und Phosphor in Schiffchen 4 auf 400⁰C erhltst wird, wobei ein wenig Jod vor*? er in das GefSfl gebracht worden 1st· Die Erfindung Venn «ucb benutzt werden bei der Herstellung Ton

III V anderen Verbindungen des Type· AB und Mischkristallen dieser Vorbindungen·

Patentansprüche s

6/11·/? - 7 ·

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Claims (1)

1. Patentansprüchet

   1 · Verfahren aur Herstellung einer Verbindung des

   Typ· A¹¹V, dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens ei-

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   ner Stell· eine Menge eines A -Elemente· oder eine· Gemisch·· Tom A^Ii:t-Elementen durch Reaktion mit einer gasföraigen Substanz in eine leicht flüchtige Verbindung übergeführt wird« die in Gasform an einer anderen Stelle mit einem wenigstem· «in B^Y-Element enthaltenden Gae sur Reaktion gebracht wird, wobei die Verbindung des Typ· A^II]CB^T abgesehiedem mad dl· gasförmige Substans «urückgebildet wird, dl· wieder swr Reaktion mit dem A^III-Element an der ersten Stelle smr Verfügung ateht.

   2« Verfahren nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß die Menge des A^IXI-Elementes oder des Gemisches auf eine Cemperatmr gebracht wird, bei der die abzusch-eidende Verbindung des Typs A¹¹ V sich nicht bildet·

   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenneeiohne t, dafi das A^XII-£lemont als Halogenid τοη einer Stelle mach der anderen Stelle geführt wird·

   4_# Verfahren mach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß da· A^IXI-Element als Jodid τοη einer Stelle nach der anderen Stelle geführt wird.

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   L e e r s e i t e