DE1619961C

DE1619961C -

Info

Publication number: DE1619961C
Authority: DE

Description

3 4

Dotierungsmaterial in die η-leitende GaAs-Scheibe einer zinkdotierten Siliciumdioxydschicht aus erfolso eingebracht werden, daß Ndd^Na^Nd ist, so gen, die auf der Oberfläche der Scheibe in oxydierenbildet sich ebenfalls eine halbisolierende Schicht. der Atmosphäre gebildet wurde. Die Struktur dieses Dies ist in F i g. 4 gezeigt, die Kurven der Dotierungs- Halbleiterbauelementes ist in F i g. 6 gezeigt, woraus materialkonzentration in Abhängigkeit von der Ein- 5 man ersieht, daß eine p-leitende GaAs-Schicht gedringtiefe des Dotierungsmaterials in einer η-leiten- bildet wird, wenn die Konzentration Na des flachen den GaAs-Scheibe zeigt. Akzeptors, nämlich des p-Leitung erzeugenden Do-Wenn die η-leitende GaAs-Scheibe so gewachsen tierungsmaterials, größer ist als die Konzentration ist, daß sie Sauerstoff enthält und die Sauerstoff- N_DD des Sauerstoffs plus die Konzentration N_D des konzentration N_DD größer ist als die Konzentration io flachen Donators. Eine halbisolierende Schicht ergibt ND des flachen Donators, so ergibt die Diffusion sich also, wenn Ndd^>N_a^>N_d ist.
eines p-Leitung erzeugenden Dotierungsmaterials in Wenn nun ein n⁺-Leitung erzeugendes Dotierungsdiesen Kristall eine halbisolierende Schicht mit der material in das eben geschilderte Halbleiterbau-Bedingung N_DD > Na > N₀. Dies ist in F i g. 5 ge- element eindiffundiert wird, erhält man eine flache zeigt. 15 stark dotierte Schicht, so daß sich ein n+-pin-GaAs-

Ausgehend von einer η-leitenden GaAs-Scheibe Halbleiterbauelement ergibt.

kann ein pin-GaAs-Halbleiterbauelement durch Dif- Die η-leitende GaAs-Scheibe kann durch epitak-

fusion von Sauerstoff und einem p-Leitung erzeugen- tisches Wachstum auf einer n-, p-, n⁺- oder p+-lei-

den Dotierungsmaterial in die GaAs-Scheibe herge- tenden Unterlage gebildet werden, wodurch sich der

stellt werden. Die Diffusion kann entweder nachein- 20 Umfang der herstellbaren Halbleiterbauelemente aus

ander oder vorteilhaft gleichzeitig, beispielsweise von η-leitenden GaAs erweitert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentamnnidv hängigkeit von der Eindringtiefe des Dotierungs-Patentanspruch, materials in die GaAs-Scheibe zeigt. Die Dicke der Verfahren zum Herstellen von Halbleiterbau- halbisolierenden^: Schicht wird von den normalen elementen aus Galliumarsenid (GaAs), die zwi- Diffusionserwägungen bestimmt, sehen zwei äußeren Schichten gleichen oder unter- 5 Der Sauerstoff kann in die Oberfläche der GaAsschiedlichen Leitungstyps eine halbisolierende Scheibe bei einer Temperatur von 900° C direkt Schicht besitzen, dadurch gekenn zeich- oder durch einen Schutzfilm;; !beispielsweise Siliciumn e t, daß die halbisolierende Schicht an der einen dioxyd, hindurch eindiffundiert werden. Das Silicium-Oberfläche einer p-leitenden GaAs-Scheibe durch dioxyd wird auf die Oberfläche der GaAs-Scheibe Sauerstoffdotierung und die zweite äußere Schicht io nach dem Läppen, Polieren und chemischen Ätzen an der Oberfläche der sauerstoffdotierten Schicht der Oberfläche aufgebracht.

durch Eindiffusion des den gewünschten Leitungs- Der Sauerstoff kann als Gas geringen Drucks vortyp bestimmenden Dotierungsmaterials gebildet handen oder, um einen kleinen Partialdruck zu erhalwird. ten, mit Argon gemischt sein. Als Sauerstoffquelle

15 kann auch Wasserdampf, Arsentrioxyd in Anwesen-

heit von Wasserdampf, um die Diffusion zu beschleunigen, oder dissoziiertes Galliumoxyd in Gegenwart von Wasserdampf dienen. Andere Oxydsysteme, die

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum aber keine unerwünschten Dotierungsmaterialien in

Herstellen von Halbleiterbauelementen aus Gallium- ao das Galliumarsenid einbringen dürfen, können ebenso

arsenid (GaAs), die zwischen zwei äußeren Schichten für den Sauerstoffdiffusionsprozeß verwendet werden,

gleichen oder unterschiedlichen Leitungstyps eine Andererseits kann der Sauerstoff auch während

halbisolierende Schicht besitzen. ihres Kristallwachstums in die GaAs-Scheibe einge-

Aus der USA.-Patentschrift 3 012 175 ist zwar be- bracht werden. Er kann durch Ionenbombardement,

kannt, daß die Elemente der sechsten Hauptgruppe 25 das von einem Eindiffusionsprozeß bei höherer Tem-

des Periodischen Systems als η-Leitung erzeugende peratur gefolgt wird, eingebracht werden. Er kann

Dotierungsmaterialien auf Grund theoretischer Er- auch während des durch Kathodenzerstäubung erfol-

wägung dienen müssen. Dies ist jedoch nach Spalte 1, genden Niederschiagens einer Siliciumdioxydschicht

Zeilen 45 bis 50, problematisch, z. B. im Fall von auf die Oberfläche aufgebracht werden, gefolgt von

Sauerstoff, weil er tiefliegende Einfangniveaus für 30 einem Diffusionsprozeß, um den Sauerstoff in die

Elektronen bildet. Sauerstoff ist demnach als Dotie- Oberfläche der GaAs-Scheibe eindringen zu lassen,

rungsmaterial zur Erzeugung von η-Leitung nicht ge- Ausgehend von einer mit einer halbisolierenden

eignet. Schicht versehenen GaAs-Scheibe, die, wie oben an-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegeben, hergestellt wurde, kann ein nip-GaAs-Halb-

halbisolierende Schicht, die sich zwischen zwei äuße- 35 leiterbauelement gefertigt werden, und zwar durch

ren Schichten befindet, durch entsprechende Dotie- Eindiffusion von η-Leitung erzeugendem Dotierungs-

rung einer GaAs-Scheibe herzustellen. material in die halbisolierende Schicht. Eine dünne

Diese und andere Eigenschaften der Erfindung η-leitende GaAs-Schicht wird dort gebildet, wo die

sowie deren Einzelheiten werden unter Bezugnahme Konzentration N₀ des flachen Donators größer ist als

p-leitenden GaAs-Scheibe durch Sauerstoffdotierung 40 die Konzentration N_A des flachen Akzeptors. Die

und die zweite äußere Schicht an der Oberfläche der Schicht des halbisolierenden Materials wird gebildet,

sauerstoffdotierten Schicht durch Eindiffusion des wenn die Konzentration N_DD des tiefen Donators,

den gewünschten Leitungstyp bestimmenden Dotie- nämlich des Sauerstoffs, größer ist als die Konzen-

rungsmaterials gebildet wird. tration N_A, und zwar dort, wo die Konzentration N_A

Die Erfindung geht somit von der überraschenden 45 größer ist als N₀, aber kleiner als N_DD. Das heißt, es

Erkenntnis aus, daß Sauerstoff, obwohl er als Do- muß gelten N_DDi> N_A>N_D.

nator ungeeignet ist (s. oben), p-leitendes GaAs in Wenn p-Leitung erzeugendes Dotierungsmaterial,

halbisolierendes GaAs umzuwandeln in der Lage ist. beispielsweise Zink, anstatt des η-Leitung erzeugen-

Diese und andere Eigenschaften der Erfindung, den Dotierungsmaterials in die halbisolierende

sowie deren Einzelheiten, werden unter Bezugnahme 5° Schicht eindiffundiert wird, erhält man ein pip-GaAs-

auf die in der Zeichnung dargestellten Figuren näher Halbleiterbauelement. In diesem Falle muß die

erläutert. Oberflächenkonzentration des Dotierungsmaterials

Die Fig. 1 bis 3 zeigen Kurven der Dotierungs- größer sein als die Summe der Konzentrationen

materialkonzentration in Abhängigkeit von der Ein- N_D + N_DD, um das Überdotieren zu gewährleisten,

drmgtiefe des Dotierungsmaterials in eine p-leitende 55 Dies ist in der F i g. 3 der Zeichnung gezeigt.

GaAs-Scheibe; Wenn ein n⁺-Leitung erzeugendes Dotierungs-

die F i g. 4 bis 6 zeigen Kurven der Dotierungs- material nun in das auf die eben geschilderte Weise

materialkonzentration in Abhängigkeit von der Ein- hergestellte Bauelement eindiffundiert wird, erhält

dringtiefe des Dotierungsmaterials in eine η-leitende man eine flache stark dotierte Schicht, wodurch man GaAs-Scheibe. 60 ein n⁺-pip-GaAs-Halbleiterbauelement erhält. Die

Wenn Sauerstoff in die Oberfläche einer schwach p-leitende GaAs-Scheibe, die zum Herstellen der

p-dotierten GaAs-Scheibe eingebracht wird, bildet oben geschilderten Halbleiterbauelemente verwendet

sich an den Stellen eine halbisolierende Haut oder wird, kann durch epitaktisches Wachstum auf einer

Schicht, wo die Konzentration N_DD des tiefen Dona- p⁺-, n- oder n⁺-Unterlage gebildet werden, wotors, nämlich des Sauerstoffs, größer ist als die Kon- 65 durch sich nipp⁺-, pipn-, pipn+-GaAs-Halbleiterbau-

zentration N_A des flachen Akzeptors. Dies wird an elemente und solche mit ähnlichen Schichtenfolgen

Hand der F i g. 1 der Zeichnung erläutert, die eine fertigen lassen.

Kurve der Dotierungsmaterialkonzentration in Ab- Wenn Sauerstoff und ein p-Leitung erzeugendes