DE1417736A1

DE1417736A1 - Verfahren zur Herstellung eines Halbleiters aus Verbindungen von Elementen der III. und V. Gruppe des Periodischen Systems

Info

Publication number: DE1417736A1
Application number: DE19601417736
Authority: DE
Inventors: Johnson Rowland Edward; Mehal Edward Walter
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1960-12-12
Filing date: 1960-12-12
Publication date: 1968-10-31
Also published as: DE1417736B2

Description

_s ver-

Verf ahren zur ei nes

voll j-,Leuenten der Ill. und T. -l-X"ru,11--oe des"-,.

-1leriodis(-,'iic-i,i

E---'Liii#iun"# betrifft ein -Verfallviren, zur

von #Licilbleiterverb--!-ndur-,:#-en und insbesondere von

G.z,iliuiaarsen-id.

£#a-Oleiterverbindungen, werden derzeit nach- versei-Lie-

äenen i#jetj'.ioden --gestellt. So wird s.ii. Galliumar-

senid durch Hea.;ztion von flUssige##

im Lii-t.-daLiiif-

fürrii,#em -#.rsen bei e-Lner Teuo# peratur, die,- mindestens

so hoch ist wie kJel.-#Iaelzl)u-nlx.-it von Gall:iwaar'sen-id,

Diese besittzt jedoch den Nachteil,

daztg' sie eine ver.->L-.#Ldl+,nisiaälii'.'1,- -hohe lil-le..it)era.tur erfor-

dort., was die G_#fahr der Verunreinigung das-End-

U-cert. Buße rdeia X ist diese #et.11ode, ni clit

Z u -gbc-rwincLun-'- cer vors-e-..enden chteile vor-

, r 2,

A lktion von Gallium-

",esc-L.Lla -an, rsenJd dure- Redu

oxjd -iit gas'LbrLii,-eri '.tassers#off und Arsen-

düm,-Df en einen weiteren Vorsc.>L.--La-'

werden "Talli",im .,trse#i i"rc" dann unter

3-'Lldun,-"-,des Gallii-uaarseilids "-n einer

t en Oberfläc'-1.,e

C> C.D

Jede da-- -#7orsts--.#und be"-#e-.iriebenen llethoden, sowie

wei-'.ere behannte besitzt ihra e--i"--,exien Sch-wie-

2;-:#_e #la;userstoffredit."tion von Galliumox--j-d

ist nur sc.-Liiier --ura:i#suiLi..,ren und a2ie« er-

ist stark mit Sauerstoff

T

verunreinin-t. 4ie -eaeinsame liiederschlagun,- voh G.#l-

litun und Arsen ist in der He#-;-el schvrer'kon'L:rollierbar"

da äLie beiden Bestandteile verschieden flücht-ig- sind.

Auf--abe -der Erfindung ist somit die Schaf--Un#T eines.

ID CD

verbesserten Verfahrens zur Herstellung von i'!,#-#lblei-

C-2

terverbindur.-eii-und insbesondere von Galliumarsenid.

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(#c:,j; sich #Lii -.ur -ieii.'an Ho,-- --ein

i raies Gallium biluet. et#va freie G,1-

'lium rezL#j-t;r-U --,oforü i#ii'; üoll

zu dei.i

_Lesen e'w#,

haltenen, ver.#.L# tnis 'i,#; berfl. ie in BC--

rUhrun- Dcbei G,1-

liumdichlorid l.;nci das GUllium verbindet -3icli (#ei.-

freien Arsen zu d-,*Lc,.i ii7L -L"e-

ster Porrl ist, die _L.fiedij2?-

die G D-

hLs Z u t t, i i -#_I 1,1 U #z wa r U, e i i 5. j v s t c - f

b31

sind,

-'oriie. s #_t sich 1-

1 i V.Lar s c- ii i (1 Li e c:i:Lie#:.i i,.# rC i,#- 3 jj-

der- so 1.Loch #e-#.altene Jaw -ich auch kein

Arsen 'hann.

B_#i (lem erfindun-si-e##ai#-en Verfahren Uzißt sich C-Lie «

LD e5

C*.es Produkts kontro-ILliercn. Der

lill*.-ic-,1-#i,i-I#ei-G --voll düixDfförinigeiji Gallium und

A2se - n an (#er kalten l#L'ondensationsztel-

le kann da-z,-ure,Li Rechnur-,#,--; ##etragen werden9 daß man'ainen

leichten voll -Ar-sen verwendet, sodab eine

bei der 'Li#.oildeiisationstei--ipera'Uur in

den Däpfexi verbl#,1b-G, sodaß das -.yur Bildun, von-4a1-

liumarseaid erforG-#rliche stöchioraetrische Verhältnis

nicht gestört wird. GleicIierweise ergibt sich eine

ildelic-Lii;eit der durc11'. .4#'nüerungen der Heak--

tioilste;uperatur und der 1-,ondeiisa-tions4u-emperatar oder

indeia m#Än bei höheren oder niedrigeren Wasserstoff-

driic'L#-eri arbeitet oder das Verhältnis von #Wasserstoff

zu den Heaktionsteilnehmern ändert.

Obwohl das vorstehend beschriebene Verfahren v-iiehtige

Vorteile bietet, hat-sich doch gezeigti daß die Ver-

wendung von Galliumtrich-lorid als Ausgangsbestandteil

ilisoferxi Probleme bietet,- als es leicht unter der

Eiawirkung-von :Veuchtigkeit hydrolyniert und jehr

korrodierend is#. Bei,-einer zweiten Ausführungsform

der Erfindung werden daher diese Probleiae auf ein 1-Iindestiaai# 'L-.Lerabgesetztg indem man das Gi-lliumtriohlorid erst im Reaktionsraum bildet. Gemäß dieser

zweiten Ausf#i'L.--rung2;form wird der nur den Wasserstoff

und Arsentrichlorid enthaltende Gasstroia in Berührung

mit auf 900 --11000 C erhitztei,1, -flüssig ein Gullium

gebrac.',it. Bei dieser Temperatur wird Jas Arsentri-

chlorid U`urch U'en Wasserstoff -zu dara;,.)-L-förmigem, ele-

mentarem Arsen unter Bildung von 71.L'Cl reduziert. Der bei der von A-sO1- erzeugte Ohlorwasserstoff 12 - # 2 CD reagiert Liit dem flüssigen Gallium unter Bildung von G#71liumtrichlorid. Diese Reaktion dauert solance an, bis das gesan.te Gallium in Galliumtrichlorid übergeführt ist. Alsdann bildet sich n"#-ch dem.bei der ersten Ausf Uhrun gsform der Erfindung besch-riebenen Reaktionsmechanismus Galliumarsenid.

Obwohl vorstehend die Erfindung hauptsächlich in Bezug auf-die Herstellung von Gall:Lumarsenid beschrieben wurde-9 können doch auch andere Halbleiterverbindungen -auf die gleiche Weise erzeugt werden, indem,-man von anderen Reaktionsteilnehmern, z.B. Aluminiumbromid und :Phosphor unter Bildung von Aluminiumphosphid usw. ausgehto#

Die fol:,enden Beispiele erL#utern die Erfindung.

Die'in Pig. 1 g#.zei,tc- Einrichtun,-. #"dra verliiendet. Sie

besteht aus einer. Quarzrohr .10 (25 Lul ,iußendurchmes-

ser; 22 rm Inneadurchmesser) mit -einein an- eine Wasser-

stoffzu-L'u-.r angesczilosseilen Einlaß 11 und einer Ab-

t' -

fU!irun"-I:leitun-, 12. Zur Au.frech-uerlzaltun-,- der an-ege-

b,:-,nen Teii,)er-,-4,tire.i sind 14 und 15 vorge-

Ein in eine IL'rop-L-"vorriclitung 20 endigender -Kol-

bj#-L lt ist in eine..i ab.-rezwei.;#-üoii Rohr 2#f neben el*.ll(-jla

#D

Ende des 1U vorgesehen. Bei er-

wird durch den 3iiila.. 11

Wasuerstoff ...i-G einer' von etwa 100 c

c# - Gla/

0 t 004-9, e--*-,P-f-:#-lei tet . D(-%'r "Kolben 1 eilt-

U 2' eille --isc#iuii"« a',is G-o1 lind iu

#,

-V##rnältnis von -,'-"i7.5 . 50. "*)i._- Tropfvorrilc'.Ltuii,7, 20

wird so _ere --elt, daiä sich oine l-'ropfgescii#.#iiiidi x#eit

von etwa 0,2 etwa 0,44 9/Mil'l.

(-.lil,-#uleres spezi-l-'isc-'ties 212) oder etwa

0900244 z;01/".lin. ergibt, wenn man ein

,laoleIcu1r-ri,re-"-lic#-#it von lcü zu,#,-rwide-#eGt. Dies ergibt

LD

ein -'.-olverliC-w».l-un-4s in der Reaktionszone von

wobei x leich Ga01 und Asol ist. Galliumarsenid

3

schlä..t sich -in dem innerhalb der 11eizvorrielltung 15

beflindlic.-##en 12eil des, 1.Lohrs lü nieder.

te _S

.##o"-,r 5c is-#j u',#u -,2 10. ii n d-

0

hohr j-(; --,n..c-,-:rc'LilosserLer #l-olben j2 lOG C

ces -I.xsC1-. .-Lüin In

ben 34 l#)C 0 C es Gacl die beiden

1- 1 e r c c il #on

"Ton 20 zu--L fur u'aC1., unC vc.r. 400 z-,-- Z'.tsC1 ausbil-

d(3t. lDls von J',sCl" ZU

und von 2 (#.#obci x AsC1-,

X

L,5. --In Llc-Ll zies

50 jzc'L-c--'de-- #ic.! -zb.

ur!-

-ii ve-##--endeii de-,

40 le-- #rj 4u is-#-j

ender --'olbr--r. 4?- -r, c, --Lo s en

.4C,1 bef r--

0. e t S i 0 eir. #uit GT

44.

t r it 'u i ii a s n d e e- G o -3 4'-' c- e #J i; i' n 2, s:

s Ichwind ii, --'--eit . ke s s c- -Cs bezu r et-,v.## 1

Das von LI 2 zu Äsol 3 bo,*U-rägt.etwa 76

Ami rechlten Eide des --ito-3Ira 40 schlä-;t sich Galliumar-

Senid nieder.

Die Erfindung kann weitjeheade, AbUnderungen erfahren,

ohne änß -.aüurch ihr 114a-,inen verlassen wird.

Claims

e n t a n s p r U a h a 1. Verfahr= zur 1-erstellunc## einea lialbleiters aus Ver- -en von Ialerienten der Grupp'e` III und V des Periodisc.L#ieii, Syste,-s, Caourch gekennzeichnet" da?) Lian eine da.fliDfföruiige Mischung au!3 Wasserstoff und clen Chloriuen der '._'ülerien'lie der Gru-p-üe III und der Gruppe V in eine auf hoher Tereiperatur von etwa 9#')0#o 0 gehaltene Zone einführt, wobei der stoff nit,#den O.Liloriden reagiert, -viorauf man die CD noch daijpffdrmige 1.Iißchunr #_iit einer auf etwa 200 Q()00 C gehaltenen Xondensationsfläche in BerWirung bringt, wo sich die ver#.i.-wzGltnismc;w'4ißig nicht-flüchti- geriZlemente der GrLrppe III und V in fester Porm als Verbindung niederschlagen, worauf man den- gasförmigen, nicht-umge#setzten Wasserstoff, nicht- umgesetzte Ohlaride und Chlorwas3erstoff abtrennt. 2. Verfahren zur Herstellung von Galliumarsenid" da- durch gekennzeichnet, daß man eine dampfförmige Zi- schung von Wasserstoffe Galliumtrichlorid und Arsen- trichlorid durch eine auf über 900 0 0 gehaltene Re- aktionszone leitet, wobei der Wasserstoff mit den Ohloriden reagiert, worauf man die gasförm"ige Ni- bähung mit einer auf etwa 200 - 900 0 gehaltenen*

Oberfltche in BerUhrun-. brin -tl wo sici, sonid in fester Porm -Luliuejioiert und da#" -,--L# n dann Clen- o ch M und Cliloride jbtrt,-#-,r,.tu. VorfLuron tin-,-_#iruch 2, ch Chz.,; trsentricii--',orid in . U ztber die Zur #jilüuii,1- er- -Lorderliche Verf, -r U U 11 r cl i 3 iz- e i e i e t nacil der iln eine#n vin zu C-Ler -.--d Gal--iumtrichlorid .311 `st -ren z-r -v 0 r'. GT L.,',rch da-# -au n #s Arie!-,tric lori d i-- suersto -orids etwa eir.c#i a 0 in -7, ori(1 it brin- -u das Axs-ai-*-r'c..,o--.#-d -f "uuse-.z'u unu d-l- noch h 1 --i-i 3p-rUhru..-i-- -,.yobei sich festes ,xa-Liiura:.-,rsenid &-_L dieser 0-oer'Lläc---#e

-..an Z,.*.t-icu uald