DE1946930A1 - Halbleiterbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Halbleiterbauelement und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
- Publication number
- DE1946930A1 DE1946930A1 DE19691946930 DE1946930A DE1946930A1 DE 1946930 A1 DE1946930 A1 DE 1946930A1 DE 19691946930 DE19691946930 DE 19691946930 DE 1946930 A DE1946930 A DE 1946930A DE 1946930 A1 DE1946930 A1 DE 1946930A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- zone
- aluminum
- semiconductor body
- diffusion
- zinc
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 76
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 23
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 13
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 53
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 48
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 29
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical group [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 22
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 19
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 17
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 13
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium atom Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052798 chalcogen Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 150000001787 chalcogens Chemical class 0.000 claims description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 8
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 6
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011669 selenium Substances 0.000 claims description 4
- 239000005083 Zinc sulfide Substances 0.000 claims description 3
- DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N zinc;sulfide Chemical compound [S-2].[Zn+2] DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000008030 elimination Effects 0.000 claims 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 claims 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 15
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 12
- 150000003751 zinc Chemical class 0.000 description 8
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 7
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 7
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 5
- FESBVLZDDCQLFY-UHFFFAOYSA-N sete Chemical compound [Te]=[Se] FESBVLZDDCQLFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- -1 chalcogenide compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000003497 tellurium Chemical class 0.000 description 3
- PFNQVRZLDWYSCW-UHFFFAOYSA-N (fluoren-9-ylideneamino) n-naphthalen-1-ylcarbamate Chemical compound C12=CC=CC=C2C2=CC=CC=C2C1=NOC(=O)NC1=CC=CC2=CC=CC=C12 PFNQVRZLDWYSCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 101100004031 Mus musculus Aven gene Proteins 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000611 Zinc aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 2
- HXFVOUUOTHJFPX-UHFFFAOYSA-N alumane;zinc Chemical compound [AlH3].[Zn] HXFVOUUOTHJFPX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- VNDYJBBGRKZCSX-UHFFFAOYSA-L zinc bromide Chemical compound Br[Zn]Br VNDYJBBGRKZCSX-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- SKJCKYVIQGBWTN-UHFFFAOYSA-N (4-hydroxyphenyl) methanesulfonate Chemical compound CS(=O)(=O)OC1=CC=C(O)C=C1 SKJCKYVIQGBWTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052689 Holmium Inorganic materials 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 241001676573 Minium Species 0.000 description 1
- 241000549343 Myadestes Species 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000863032 Trieres Species 0.000 description 1
- YMRFPCMEZXRNKF-UHFFFAOYSA-N [Se].[Er] Chemical compound [Se].[Er] YMRFPCMEZXRNKF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IPCGGVKCDVFDQU-UHFFFAOYSA-N [Zn].[Se]=S Chemical compound [Zn].[Se]=S IPCGGVKCDVFDQU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical class [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 229940065285 cadmium compound Drugs 0.000 description 1
- 150000001662 cadmium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 150000004770 chalcogenides Chemical class 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 235000013601 eggs Nutrition 0.000 description 1
- 238000005401 electroluminescence Methods 0.000 description 1
- UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N erbium Chemical compound [Er] UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OSMPFYFHQRTXEA-UHFFFAOYSA-N erbium zinc Chemical compound [Zn].[Er] OSMPFYFHQRTXEA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- KJZYNXUDTRRSPN-UHFFFAOYSA-N holmium atom Chemical compound [Ho] KJZYNXUDTRRSPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hydrogen chloride Substances Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- VIDTVPHHDGRGAF-UHFFFAOYSA-N selenium sulfide Chemical compound [Se]=S VIDTVPHHDGRGAF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M sodium fluoride Chemical compound [F-].[Na+] PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 150000003463 sulfur Chemical class 0.000 description 1
- XSOKHXFFCGXDJZ-UHFFFAOYSA-N telluride(2-) Chemical compound [Te-2] XSOKHXFFCGXDJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
- 229940102001 zinc bromide Drugs 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S148/00—Metal treatment
- Y10S148/041—Doping control in crystal growth
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S148/00—Metal treatment
- Y10S148/064—Gp II-VI compounds
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S148/00—Metal treatment
- Y10S148/072—Heterojunctions
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S438/00—Semiconductor device manufacturing: process
- Y10S438/914—Doping
- Y10S438/919—Compensation doping
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Description
Patentanwalt
to- Ing. Wilhelm BeicheS
Fiankfurt/Main-l 6043
Pcuksiiaßel3
GENEBAL ELECTRIC COMPANY, Schenectady, N.Y. V.St.A.
Halbleiterbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf Ilb-VIb-Halbleiterverbindungen
mit entkompensierten n- und p-Zonen und einen dazwischenliegenden engen Übergang sowie ein Verfahren zum Herstellen derartiger
Halbleiterbauelemente durch Mehrfachdiffusion, wobei der Übergang zwischen der n- und p-Zone als Diffusionswand
gegenüber nativen Störstellen dient, wodurch einer zuvor kompensierten
Randzone die η-Leitfähigkeit wiedergegeben wird.
Ein übliches Verfahren zur Herstellung von HaIbleiterübergangen
besteht darin, geeignete Verunreinigungen in die verschiedenen Zonen eines aus einer geeigneten Verbindung bestehenden
Halbleiterkörpers einzudiffundieren, um dadurch die elektrische
Leitfähigkeit dieser Zonen festzulegen. Bei der Herstellung von Übergängen in Ilb-VIb-Verbindungen durch Diffusion
können jedoch native Gitterdefekte zusammen mit den erwünschten,
eindiffundierten Verunreinigungen mitdiffundieren oder
der Diffusant kann durch Defekte, die schon im Halbleiterkörper vorhanden sind, kompensiert werden, wodurch der Übergang
einen hohen Widerstand erhält und die maximale Betriebsleistung des Halbleiterbauelementes verringert wird. Um daher die
schädliche Kompensation eines absichtlich eingebrachten Dotierungsmitte
Is zu vermeiden, ist es erwünscht, in der p-lei-,
tenden Zone dee Übergange die Konzentration der nativen Akzeptordefekte
zu erhöhen und die Konzentration der nativen Donatordefekte
mögliohst klein zu machen, während für die n-leitende
Zon· des Übergänge das Umgekehrte gilt«
009813/1247 . BAD original
Ein Verfahren zur Vermeidung der Kompensation des Diffusionsmittels durch Gitterdefekte in den η-leitenden Zonen eines
Übergangs ist aus dem US-Patent Nr. 3 390 311 bekannt. Nach
diesem Verfahren wird eine bistabile, lichtemittierende Diode aus Zinkselenotellurid dadurch hergestellt; daß ein geeigneter
Halbleiterkörper in einer Zink-Aluminium-Legierung geglüht bzw.
erhitzt wird, um die die n-Leitfähigkeit verursachende Verunreinigung, d.h. das Aluminium, bis zu einer erwünschten Tiefe
eindiffundieren zu lassen, während gleichzeitig durch die während der Diffusion vorherrschende zinkreiche Atmosphäre im gesamten
Halbleiterkörper die Konzentration der nativen Akzeptordefekte
möglichst klein und die Konzentration der nativen Donatordefekte möglichst groß gehalten wird. Obwohl die nach
diesem Verfahren hergestellten Dioden bei geringen Temperaturen
einen hohen Strahlungswirkungsgrad besitzen, sind sie aufgrund
des relativ hohen spezifischen Widerstandes des Übergangs
auch durch eine hohe Verlustleistung gekennzeichnet. Der Grund für diesen Nachteil ist der, daß die p-leitende Seite des
Übergangs noch in relativ großer Konzentration native Donatordefekte, jedoch sehr wenige native Akzeptordefekte besitzt.
Die kompensierte p-leitende Seite der Diode weist daher einen
spezifischen Widerstand von mehr als 10 Ohm cm bei 77 0K
auf. .-:- ■;■'.■■ ■■■■.■-■■. . ; ■ . ■ ■· ■ - : : ■ ■ ;.' ■ . \.
Der Erfindung liegt aus diesem Grunde die Aufgabe zugrunde,
Halbleiterbauelemente aus Ilb-VIb-Verbinäungen mit kleinem
spezifischen Widerstand zu schaffen, bei denen sowohl die "'
n-1extende Seite als auch die p-leitende Seite native Gitter-•
störstellen in optimaler Konzentration besitzt und insbesondere die Konzentration der nativen Akzeptorverunreinigungen
in der p-leitenden Zone erhöht und in der η-leitenden Zone *
erniedrigt ist. Aufgabe der Erfindung ist außerdem ein. Verfahren zum Herstellen derartiger Halbleiterbauelemente für
hohe Leistungen bei geringen Temperaturen·
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen -asymmetrisch.-.:* r
leitender Übergänge in einem aus einer Ilb-VIb-Yerbindung be-
009813/1247
stehenden Halbleiterkörper ist dadurch gekennzeichnet, daß unter Herstellung einer η-leitenden Randzone ein schwacher
Donator eindiffundiert wird, anschließend in den gesamten .Halbleiterkörper zur Herstellung nativer Störstellen, die die
η-Leitfähigkeit in der mit Donator dotierten Randzone vollständig kompensieren und die p-Leitfähigkeit in der darunterliegenden Zone verbessern, ein Chalkogen bestehend aus der
Gruppe Selen, Schwefel, Tellur oder Mischungen davon eindiffundiert wird, und danach in die Randzone Zink, Cadmium oder
eine Mischung davon eindiffundiert wird, um diese Randzone durch Beseitigung der zuvor eindiffundierten nativen, durch
den ChalkogenttberschuS bedingten Störstellen wieder n-leitend
zu machen. Unter einer schwachen Donatorverunreinigung soll dabei eine solche Donatorverunreinigung verstanden werden,
die eine Ionisationaenergie von 0,05 eV oder weniger besitzt.
Als schwacher Donator wird vorzugsweise Aluminium verwendet« Die Diffusionszeit des Hb-MetaIls ist mindestens doppelt so
groß wie diejenige Zeltspanne, die dieses Metall benötigt, um die mit Aluminiua dotierte Zone des Halbleiterkörpers zu entkompenaleren«
Die nach diese« Verfahren hergestellten Halbleiterkörper des Ilb-VI-Typs sind gekennzeichnet durch eine im wesentlichen
unkompenslerte p-leltende Zone, eine im wesentlichen unkompeneierte η-leitende Zone sowie eine enge Übergangszone zwischen diesen beiden, wobei unter dem Ausdruck "im wesentlichen
unkompeneiert" verstanden wird, daß die Zonen einen spezifischen W
weisen.
sehen Widerstand von weniger als 200 Ohm · cm bei 300 0K auf-
Die Erfindung im folgenden an Hand der beiliegenden Beschreibung ausführlich beschrieben, wobei alle aus der Beschreibung
und den Abbildungen hervorgehenden Einzelheiten oder Merkmale zur Lösung der Aufgabe im Sinne der Erfindung beitragen können
und mit dem Willen zur Patentierung in die Anmeldung aufgenommen wurden. ;s .
BAD ORIGINAL 009813/1247
Die Pig. 1 zeigt die verschiedenen Verfahrenaschritte des
erfindungsgemäßen, dreistufigen Diffusionsverfahrens.
·
Die Pig. 2 zeigt die bei jedem Verfahrensschritt erhaltenen
Halbleiterkörper.
Die Pig. 3 ist eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäß hergestelltes Halbleiterbauelement.
Die Pig. 4 zeigt schematisch die Diffusionsprofile nativer
™ Akzeptordefekte in verschiedenen ZnSexTe^1_χ%-Kri-
staIlen.
Die Pig. 5 · zeigt vergleichsweise die berechneten und experimentell
erhaltenen Diffusionsprofile nativer Akzeptordefekte in ZnSexTeZ1_xy-Kristallen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen von Halbleiterkörpern
10 mit geringem spezifischem Widerstand aus Ilb-VIb-Verbindungen
(Verbindungen aus Elementen der Gruppe Hb und VIb des periodischen Systems) ist in den Figuren 1 und 2
schematisch dargestellt und besteht darin, daß ein schwacher
jfe Donator in einen Ilb-VIb-Halbleiterkörper 12 eindiffundiert
wird, um in diesem eine η-leitende Zone 14 auszubilden, die
sich in dem Halbleiterkörper 12 bis zu einer erwünschten Tiefe
erstreckt, daß anschließend ein Chalkogen in den Halbleiterkörper eindiffundiert wird, um die mit Donator dotierte Zone
vollständig zu kompensieren und eine stark p-leitende Zone 16
unterhalb der kompensierten Zone auszubilden, und daß anschließend ein Metall aus der Gruppe Hb des periodischen Systems in
den Halbleiterkörper diffundiert wird, um in der zuvor kompensierten Zone 14 des Halbleiterkörpers die starke n-Leitfähigkeit
wiederherzustellen. Der Halbleiterkörper kann dann längs der Linien a-a der Pig. 2 zerschnitten und in bekannter
Weise.mit Elektroden, d.h. mit Gold-, Silber-, Lithium- oder
009813/1247
Bleikontakten 18 auf der p-leitenden Zone 16 und einem Indium-.
oder Galliumkontakt 20 auf der η-leitenden Zone versehen werden, wodurch eine Diode 22 gemäß Fig. 3 entsteht, die sowohl
eine η-leitende als auch eine p-leitende Zone mit geringem spezifischen Widerstand sowie eine enge Übergangszone zwischen
diesen beiden aufweist.
Der Halbleiterkörper 12 ist vorzugsweise ein einphasiger monokristalliner Körper aus einer Ilb-VIb-Verbindung. Das Metall
und das Chalkogen, die für den speziellen Halbleiterkörper ausgewählt werden, hängen stark von der erwünschten Verwendungsmöglichkeit
des fertigen Halbleiterbauelementes, d.h. z.B. davon ab, ob der Halbleiterkörper in einem halbleitenden,
fotoelektrischen oder elektrolumineszenten Bauelement verwendet werden soll. Pur die meisten praktischen Zwecke besteht
das den Halbleiterkörper bildende Ilb-Metall aus Zink, Cadmium
oder deren Mischungen, während die den Halbleiterkörper bildenden Chalkogene im allgemeinen auf Selen, Schwefel, Telur
oder deren Mischungen beschränkt sind. Das erfindungsgemäße
Verfahren kann insbesondere bei der Herstellung von Übergängen
in binären Chalkogenidverbindungen wie Zinksulfid, Zinkselenid, Zinktellurid und den entsprechenden Cadmiumverbindungen sowie
bei der Herstellung von Übergängen in pseudobinären Chalkogenidverbindungen
wie z.B. Zinkselenotellurid, Zinkselenosulfid,
Cadmiumselenotellurid, Cadmiumselenosulfid usw. verwendet werden,
die ein komplexes Anion oder ein Mischkation aufweisen, um eine größere Vielseitigkeit hinsichtlich des Bandabstands
oder der erwünschten Spektralverteilungen zu erhalten. Für Elektrolumineszenzzwecke sind insbesondere Selenotelluridverbindungen
wie z.B. ZnSe Te/, χ^ mit χ zwischen 0,1 und 0,7
und vorzugsweise zwischen 0,4 und 0,5 vorteilhaft', da diese
Verbindungen durch geeignete Dotierung und Entkompensation besonders leicht stark η-leitend und stark p-leitend gemacht
werden können. Die binären Verbindungen aus der Gruppe Ilb-VIb
wie z.B. ZnSe und ZnS werden vorzugsweise dazu verwendet, Halbleiterbauelemente mit Fotoheteroübergängen herzustellen,
0 098 13/1247'
die durch eine Zone mit n-Dunkelleitfähigkeit und eine angrenzende Zone mit p=Fotoleitfähigkeit gekennzeichnet sind.
Bei Belichtung mit einer geeignet aktivierenden Quelle wie
beispielsweise einer Galliumarseniddiode wirkt der Fotoheteroübergang
als reguläre Injektionselektroluininessenzdiode.
Der II-VI-Halbleiterkörper 12 kann nach irgendeinem üblichen
Verfahren hergestellt werden, nach dem einphasige, homogene
Kristallkörper aus der erwünschten Verbindung dargestellt
werden können. Pseudobinäre Chalkogenidhalbleiterkörper wie beispielsweise ZnSepTe/.. \ können dadurch hergestellt werden,
daß Zinkselenid- und Zinktel.lurid-Pulver in einem trockenen
Wasserstoffstrom bis zur Bildung von ZnSe2Te/^_χλ geglüht
und dann bei 1025 0C gesintert werden. Die erhaltene
Masse wird dann mit elementarem Tellur und einem Zinkselenotellurid-Kristallkeim
in ein verschlossenes Quarzfohr gegeben. Das Quarzrohr wird anschließend bei etwa Zimmertempera-
—5
tür bis auf etwa 10 Torr evakuiert, worauf es einer ersten Wärmebehandlung unterworfen wird, durch die im Quarzrohr ein wesentlicher Dampfdruck bewirkt und der Kristallkeim auf eine relativ höhere Temperatur erhitzt wird, bei welcher der Kristall thermisch geätzt wird, damit eine Kernbildungsfläche für das anschließende Kristallwachstum gebildet wird. Die anschließende zweite Wärmebehandlung bewirkt dann* daß die gesinterte Mischung langsam verdampft und der Kristallkeim auf eine etwas, z.B. 5 0C, niedrigere Temperatur gebracht wird. Während der zweiten Wärmebehandlung wächst Zinkseienotellurid auf dem Kristallkeim, d.h. es bildet sich ein epitaxial gewachsener ZnSe-Te71 »-Kristall. Im Bedarfsfall kann der so gebildete Halbleiterkörper stärker p-lei'tend gemacht werden, indem eine die p-Leitung verursachende Verunreinigung wie beispielsweise Kupfer oder Phosphor in einer Konzentration von 1017 bis 1018 Atomen/cm5 gleichförmig in den Halbleiterkörper eindiffundiert -wird, ohne daß dadurch die Verwendungsmöglichkeit d@3 Halbleiterkörpers schädlich beeinflußt wird. Alternativ könnte während des Sinterschrittes in die Pulvar-
tür bis auf etwa 10 Torr evakuiert, worauf es einer ersten Wärmebehandlung unterworfen wird, durch die im Quarzrohr ein wesentlicher Dampfdruck bewirkt und der Kristallkeim auf eine relativ höhere Temperatur erhitzt wird, bei welcher der Kristall thermisch geätzt wird, damit eine Kernbildungsfläche für das anschließende Kristallwachstum gebildet wird. Die anschließende zweite Wärmebehandlung bewirkt dann* daß die gesinterte Mischung langsam verdampft und der Kristallkeim auf eine etwas, z.B. 5 0C, niedrigere Temperatur gebracht wird. Während der zweiten Wärmebehandlung wächst Zinkseienotellurid auf dem Kristallkeim, d.h. es bildet sich ein epitaxial gewachsener ZnSe-Te71 »-Kristall. Im Bedarfsfall kann der so gebildete Halbleiterkörper stärker p-lei'tend gemacht werden, indem eine die p-Leitung verursachende Verunreinigung wie beispielsweise Kupfer oder Phosphor in einer Konzentration von 1017 bis 1018 Atomen/cm5 gleichförmig in den Halbleiterkörper eindiffundiert -wird, ohne daß dadurch die Verwendungsmöglichkeit d@3 Halbleiterkörpers schädlich beeinflußt wird. Alternativ könnte während des Sinterschrittes in die Pulvar-
0 09813/1247
mischung und damit in den wachsenden Kristall Phosphor gegeben
werden. In ähnlicher Weise können andere bekannte Verfahren zum Herstellen von Hb-Vlb-Verbindungen wie beispielsweise
das aus dem US-Patent 5 243 267 bekannte Verfahren zum Herstellen des Halbleiterkörpers 12 angewendet werden. Die Herstellung
solcher^ und anderer für die Erfindung geeigneter Ilb-VIb-Verbindungen ist außerdem im Kapitel 2 der ersten Ausgabe
des Buches "Physics and Chemistry of II-VI Compounds"
von Aven und Prener beschrieben, welches 1967 von der North-Holland Publishing Company herausgegeben worden ist.
Zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Übergangs mit geringem
spezifischen Widerstand wird zunächst längs der Oberfläche des undotierten oder p-leitenden Halbleiterkörpers 12 durch Eindiffusion
eines schwachen Donators wie beispielsweise Aluminium bis zu einer Tiefe, die kleiner als die halbe Dicke des
Halbleiterkörpers ist, eine stark η-leitende Zone 14 geschaffen.
Die Diffusion kann dadurch vorgenommen werden, daß der Halbleiterkristall in eine Legierung des den Halbleiterkörper
bildenden Ilb-Metalls und der aktivierenden Verunreinigung,
z.B. Aluminium, eingetaucht und anschließend erhitzt wird,
16 bis die Verunreinigung mit einer Konzentration von 5 · 10
1Q / 3
bis 5 »10 * Atomen/car bis zur erwünschten Tiefe eindiffundiert
ist. Bei einem speziellen Ausführungebeispiel wird ein epitaxialer undotierter ZnSexTe(i_x)-Kristall von 2·2·1 mnr
in der Lösung einer Zink-Aluminium-Legierung, die 99 Gew.^
Zink, und 1 Gew.5ε Aluminium enthält, 16 Stunden lang bei
900 0C behandelt, wodurch eine stark aluminiumdotierte, n-leitende
Zone 14 entsteht, die sich im Kristall bis zu einer Tiefe von 0,1 mm erstreckt, unter welcher der undotierte, schwach
p-leitende Teil des Kristalls liegt. Die mit Aluminium dotierte
Zone weist bei Zimmertemperatur einen spezifischen Widerstand von beispielsweise 0,1 bis 100 0hm · cm auf. Andere für Hb-Vlb-Verbindungen
in bekannter Weise geeignete schwache Donatoren sind beispielsweise Halogene und gewisse seltene Erden
wie Lanthan, Holmium und Erbium, die ebenfalls dazu verwendet
00981 3/1247
-8 -;■: . ■ ::■■■- ; ■'■■.-■■ .
werden können, die η-leitende Zone 14 in der Halbleiterkörperoberfläche herzustellen. Halogendotierungen des Halbleiterkörpers
könnenbeispielsweise dadurch vorgenommen werden, daß
Zinkbromid, Chlorwasserstoff oder Gadmiumfluorid in der Dampfphase
aufgebracht werden, während die seltenen Erden vorzugsweise in Form ©liier flüssigen lib- oder Vlb-Legierung wie
beispielsweis© Zink-Erbium oder Selen-Erbium angewendet werden.
. ' ', , . . - " -..-■"
Nach der Dotierung mit dem schwachen Donator wird der Halbleiterkörper in/einer Ohalkogenatmosphäre von Schwefel, Tellur
™ oder Selen» vorzugsweise in einer gesättigten Atmosphäre des
- den Halbleiterkörper bildenden Chalkogens, geglüht. Hierdurch
wird die η-Leitfähigkeit in der mit Aluminium dotierten Zone
kompensierts während gleichzeitig in. der darunterliegenden
Zone 16 des HalbleiterkSrpers eine starke p-Leitfähigkeit erzeugt
wird* Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel wird die
etwa 0,1 m® tiefe«durch eine Aluminiumkonzentration von
1Q s "5
10 Atomen/cm . η-leitend gemachte Oberflächenschicht eines 1mm dicken 'ZnSeJHe** _\-Halbleiterkörpers durch zweistündiges Glühen bei 750 C in gesättigtem Tellurdampf vollständig kompensiert, wohingegen, im inneren Teil des Halbleiterkörpers-eine unkompensierte'Akzeptorkonzentration ausreichender Größe, Z-..B·· ■' ^ '10 Atome/c©^.'erhalten wird, durch welche die Zone 16 eine - g-Leitfäliigkeit mit einem spezifischen Widerstand von" 0,1 bis "1-00 0hm>&m bei Zimmertemperatur erhält. Außer der Herstellung der p-Leltfähigleit ka.as das Tellur auch- die Wirkung haben, die -&®hl d@.r nativ-en Donatoren im ZnSeχΤβ/- \-Halbleiterkörper ail verringe-rä-und/oder aufgrund, des Tellurüberechusses . aati¥© Akseptorea- in die Zone 16 einzubringen» Zum Glühen der " ZnSe^TeZ1 ■*-Kristall©- -iii gesättigtem Tellurdampf eignen sich basoaderas Temperatur©», stoischen 575" und 775 C8 während die Breasdaüer miaiesten® gl©l©h derjenigen 'Zeitspanne sein sollt©» die star "Biffu.sioa ä©r sativ©n9 durch'das, Überschüssige Teller
10 Atomen/cm . η-leitend gemachte Oberflächenschicht eines 1mm dicken 'ZnSeJHe** _\-Halbleiterkörpers durch zweistündiges Glühen bei 750 C in gesättigtem Tellurdampf vollständig kompensiert, wohingegen, im inneren Teil des Halbleiterkörpers-eine unkompensierte'Akzeptorkonzentration ausreichender Größe, Z-..B·· ■' ^ '10 Atome/c©^.'erhalten wird, durch welche die Zone 16 eine - g-Leitfäliigkeit mit einem spezifischen Widerstand von" 0,1 bis "1-00 0hm>&m bei Zimmertemperatur erhält. Außer der Herstellung der p-Leltfähigleit ka.as das Tellur auch- die Wirkung haben, die -&®hl d@.r nativ-en Donatoren im ZnSeχΤβ/- \-Halbleiterkörper ail verringe-rä-und/oder aufgrund, des Tellurüberechusses . aati¥© Akseptorea- in die Zone 16 einzubringen» Zum Glühen der " ZnSe^TeZ1 ■*-Kristall©- -iii gesättigtem Tellurdampf eignen sich basoaderas Temperatur©», stoischen 575" und 775 C8 während die Breasdaüer miaiesten® gl©l©h derjenigen 'Zeitspanne sein sollt©» die star "Biffu.sioa ä©r sativ©n9 durch'das, Überschüssige Teller
Aen g@mmmis®n Halbleiterkörper
009813/1247 ■ . -- ^D original
in Tellur bei Temperaturen oberhalb von 850 0C ergeben sich
jedoch irreversible .Änderungen im Halbleiterkörper, die für
einen günstigen Portlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens
schädlich sind. .
Nach der Eindiffusion der die p-Leitung hervorrufenden Verunreinigung in den Halbleiterkörper zur Herstellung der p-leitenden
Zone 16 und zur Kompensation der mit Aluminium dotierten Zone 14 wird der Halbleiterkörper in einer die n-Leitung hervorrufenden
Atmosphäre, beispielsweise Zink oder Cadmium, geglüht, um die ursprüngliche starke η-Leitfähigkeit in der
Zone H dadurch wiederherzustellen, daß die vorher eindiffundierten nativen Defekte, die auf dem überschüssigen Chalkogen
beruhen, wieder beseitigt werden. Durch vier- bis zehnminütiges
Brennen des Halbleiterkörpers in gesättigten Zinkdämpfen bei
775 0C (ein- bis elfstundiges Brennen bei 575 0G) ein alt man
eine starke η-Leitfähigkeit mit einem spezifischen Widerstand
von 0,1 bis 100 0hm · cm bei Zimmertemperatur in einer etwa
0,1 mm tiefen, mit Aluminium dotierten, durch Tellur kompensierten Zone eines 1 mm dicken ZnS^Pe/^ x-Halblelt
ohne daß sich .diese ausreichend! in die p-leitexadL© 2p&© 16
ausbreitet und die αεκΊϊΐ. G^ss>s p«B3itfäkigtei& sss'st'ir'
Das Unvermögen des li^Msatpfffis,, hei Einhaltung äsr obea -««
wähnten speziellen Diffusion*:ζ^νϊon wäarsaa ums alisößlisSe
Diffusionsstufe durefc £is ψΐ:>, ilKäiiniMMi" doti@irö® OfeoSrilfcCi
schicht des Haibleiterkörp^ris i« dl© p-lei-SsscI© lose IG ii
zudringen, ist ein unerwe^tetss i?liäaosiens w®nn Θ3ϊϊ fite
Diffus ionsgeschwind igln® it des eatkQapensieraiiäeia gißs/g
betrachtet. Gemäß dem fieIseii0i'i@E Sesetz': fein aaa &i.<*
sionsgeschwindigkeit eiass? Tsrimriäin
die folgende "Gleichung sessefeaeiis '
C(X)
C(X) die Konzentration der Verunreinigung in einem Abstand
X innerhalb des Halbleiterkörpers,
G(O) die Konzentration der Verunreinigung an der Oberfläche des Halbleiterkgrpers, '
X der Abstand innerhalb des Halbleiterkörpers,
D die Diffusionskpnstaute der eindiffundierenden Verunreinigung
und '' " . - -
t die Diffusionszeit bedeuten.
Wenn man die gesehätzten Werte für den Diffusionskoeffizienten
in die obige Gleichung einsetzt, würde sich ergeben, daß sich
die entkompensierte Zone durch Tier- bis zehnminütiges Glühen
des Halbleiterlcörpers in Zinkdämpfen bei 775 0C um eine Strecke
ausdehnen würde5 die vielmals größer ist als die Dicke der mit
Aluminium dotierten Oberflächenschicht 14» wodurch die p-Leit-fähigkeit
öei* Zone 16 wesentlich verringert würde» Wie bei-.
spielsweis© in Mg0 4A dargestellt ist,.' wird ein etwa O9S
iicfesr 2nSe f©Yt *-Kristall 24S eier homogen mit Aluminium dptiertesi
in Tsllurdampf gebrannt istj, "bis ©r vollständig korn—·
i®st ist wiä eisen lCristsll^iä©rstanö iron 10*' Ohm-bei-
sutvmiBtr (ez?aitt®lt g@iaai fies Terfaiireap das is einem
-von Mc Aw®n st "al Ib BairsieaA HeviewP BaM-1371 s
pil228 (1S65) Isessteisbea ist)s Tolistäaäig ©ntkompeii= "-""■
\°j®m ®t lsi gesättigt©® -giakäampf Trier Minuten !sag bei
- gsglülit 1-71E1Sp t?ie· aarok di© horisosatale Maie 26 ange«^..
- ■ ■ 4
i@t 3 \mä tmist ääns" eisen Wiöerstaad toh ©tws 10 Ohm.
©Hf ο BsQ 3s©aiasEL äes flurch iellar Kompensiert en g- nit Aluminium
s legist alls-.f fe 50-Sekunden- in einem auf .775-0G -befind=
iwä, fliket zu'einer Ent&oapeiisattoü d:©s:.Kristalls über .
©in© ΊΜμ§& fön etwa O8I ®as ifis Äurcfe" die Diffusionsprofil-■
ΐΓώΓΐτ©" 28- asigefi®!it©t- isto Di© arfinSpjigsgeaiäS "für. das Ilb~Metall
E2ag@u@afi@ü@ 3iffusioass©itp l5@ispi©l®i*7©is@ 1 Ma 4 "Minuten.· bat
775 θβ5. ?3ss·" !s$2£©B&p©ffif@®t*],®a äüE1 !©sie' 14 "ist ioiit min-äestens: .-
g© SdIt1J" it©-iaii Metall
ORIGINAl,
um eine durch Tellur kompensierte, aluminiumdotierte Halbleiterzone
von einer der Zone 14 entsprechenden Dicke zu entkompensier
en.
In Pig. 4B ist das komplementäre Diffusionsprofil eines 0,8 mm dicken ZnSexTeZ1^x)-Kristalls 30 dargestellt, der in Tellurdampf
bis zu einem gleichförmigen Widerstand von etwa 10 Ohm
bei 77 0K (einer zur Aufnahme genauer Diffusionsprofile in
p-leitendem ZnSe Te/, \ zweckmäßigeren Temperatur) für p-Leitfähigkeit
gebrannt ist. Nach einer Brenndauer von 30 Sekunden in gesättigtem Zinkdampf bei 775 0G ist der Kristall über eine
Länge von etwa 0,15 mm kompensiert, wie es durch die Profilkurve
32 angedeutet ist, während ein vierminütiges Brennen des Kristalls bei 775 0G zu einem vollständig kompensierten Kristall
führt, der durch die Profilkurve 34 charakterisiert ist. Die Profilkurven der Figuren 4A und 4B sind Beispiele für
typische Diffusionsprofile, die sich äurch die Eindiffusion
nativer Verunreinigungen in Halbleiter ergeben^ Wie sich jedoch
aus Pig. 4C ergibt, ist eine p-leitende Zone 36 in einem
ZnSexTeZ1 y-Kristall 38, die vollständig durch eine kompensierte,
0,15 mm dicke, mit Aluminium dotierte Randzone 40 umgeben ist, die durch Brennen des mit Aluminium dotierten
Kristalls für zwei Stunden bei 775 0G in gesättigtem Tellurdampf
hergestellt ist, während eines nachfolgenden Brennschrittes des Kristalls bei 775 0C in gesättigten Zinkdämpfen abgeschirmt
und weist nach vierminütiger Glühdauerf wie durch die
Profilkurve 42 angedeutet ist, einem Widerstand von etwa
10 0hm auf. Selbst nach sehnminiitiger Brenndauer in gesättigtem
Zinkdampf zeigt sich kein® wesentliche Widerstandsänderung der inneren p-leiten&en Zone 5β· Mena, ein Kristall 44,
der in Pig. 4D angedeutet und gleich des Kristall 38 nach
Pig· 4C ist, außer daß ein durch das Bezugsseiehen 46 angedeuteter
Teil der kompensierten, -mit Alunainii&a iotisrtea Zone 40
durch Wegfeilen des Kristalle Ms zu eiaes? Si@fe ¥©a etwa
0,17 mm entfernt worden iet, vlar Miaatea lasig ta ZisMämpfen
bei 775 0C gebrannt wird, dann saigt äas Bii£iä©i@ssp?@iil 48
QO 98 13 / 1 247
des Halbleiterkörpers einen hohen Widerstand von 10 Ohm
über die gesamte Dicke der inneren Zone des Kristalls an.
Obgleich festzustellen ist, daß die Widerstandsmessungen in
Pig. 4 unter künstlichen Bedingungen vorgenommen wurden, d.h. daß die Widerstände der verschiedenen Zonen des Kristalls bei
unterschiedlichen Temperaturen gemessen wurden und sowohl die Massen- als auch Kontaktwiderstände usw. einschlossen und
daher nicht den Widerstand der erfindungsgemäß hergestellten
Halbleiterbauelemente angeben, gestatten die gemessenen und durch die Schaubilder in Pig. 4 dargestellten Widerstände
eine genaue Ermittlung der relativen Durchdringung der Diffusionsfronten in den verschiedenen Kristallen.
Die unerwartete Verzögerung der Diffusion der nativen Störstellen, die durch die II-Metalle am Übergang zwischen einer
mit Aluminium dotierten, n-leitenden Randzone und einer pleitenden
Innenzone eines II-VI Halbleiters gefördert wird,
ist außerdem in den Kurven der Pig. 5 wiedergegeben, in der die mittels der Pick'sehen Gleichung theoretisch berechneten
Widerstände mit den experimentell ermittelten Widerständen einer unterhalb einer 0,13 mm dicken η-leitenden Zone liegenden
p-leitenden Zone verglichen sind. Bei der theoretischen
Berechnung wurden die richtigen Diffusionskonstanten, d.h. 7 ± 4 · 109 cm2/Sekunden und 7 ί 4 · 10~8 cmVsekunden für
η-leitendes bzw, p-leitendes Material in die Pick'sche Gleichung
eingesetzt und die Diffusionsprofile der Ilb-Metallverunreinigung
berechnet. Unter der Annahme, daß die Diffusion dem Pick'sehen Gesetz folgt und sich am pn-übergang abrupt ändert
n würde, wie durch die Kurven 50 und 52 der Pig. 5 wiedergegeben ist, für Diffusionszeiten von 4 und 11 Stunden das
theoretische Diffusionsprofil eines bei 575 0C in gesättigtem
Zinkdampf gebrannten Ilb-Metalls berechnet. Außerdem wurden
gemäß der obigen Beschreibung eine 2 · 2 · 1 nmr große
ZnSexTeZ1^xV-Kristalle hergestellt, die bis zu einer Tiefe
von 0,13 mm durch 16-stündiges Glühen bei 900 0C in einem
Zink und 156 Aluminium enthaltenden Legierungsbad mit AIu-
' ' 0098 13/1247
minium dotiert wurden. Nach Behandlung der dotierten/Kristalle in Tellurdampf für zwei Stunden bei 775 0C, um die
Aluminiumdiffusionszone vollständig zu kompensieren und im
gesamten Rest jedes Kristalls eine hohe p-Leitfähigkeit zu erzeugen, wurden die Kristalle für 4, 11 und 15 Stunden bei
575 0 in einer gesättigten Zinkatmosphäre gebrannt, wobei Diffusionsprofile 54, 56 und 58 entstanden. Das Diffusionsprofil des Zinks in den Halbleiterkörpern wurde dann entsprechend
dem Verfahren ermittelt, welches in dem oben erwähnten Artikel Von M. Aven et al in Physical Review beschrieben
ist. Wie sich aus einem Vergleich der theoretisch berechneten Profilkurven mit den experimentell ermittelten Profilkurven
ergibt, sind die Widerstandsprofile der p—leitenden. Innenzonen der experimentell hergestellten Kristalle bei 4 und
11 Stunden Diffusionsdauer um etwa drei Zehnerpotenzen geringer als die Widerstandsprofile, die man theoretisch für identische
Halbleiterkörper nach dem fick1sehen Gesetz berechnet.
Wenn die Versuchskristalle jedoch 15 Stunden lang bei 775 0C
in gesättigtem Zinkdampf erhitzt werden, dann nimmt der Widerstand der inneren p-leitenden Zone beträchtlich und zwar
auf etwa 5 · 10 Ohm zu, was;anzeigt, daß die eindiffundierenden
Zinkdämpfe in die p-leitende Innenzone durchgebrochen
sind, nachdem sie sich anfänglich weniger als 15, jedoch mehr als 11 Stunden lang auf der η-leitenden Seite des pn-Übergangs
gestaut bzw. angesammelt haben. Die maximale Diffusionsdauer für Ilb-Metalle bei der letzten Stufe des dreistufigen
Diffusionsprozesses gemäß der Erfindung sollte daher kleiner als 15 Stunden, d.h. kleiner als etwa das Dreißigfache derjenigen
Zeit sein, die für die Ilb-Metalle benötigt wird, eine homogen kompensierte, mit Aluminium dotierte Schicht
von der Dicke der Aluminiumdiffusionszone 14 zu entkompensieren. Im allgemeinen sollte daher die minimale Diffusionsdauer
für die Ilb-Metalle vorzugsweise größer als etwa das Doppelte derjenigen Zeit sein, die das Metall benötigt, um einen homogen kompensierten, mit Aluminium dotierten Kristall mit einer
009813/1247
* t tr
- 14 -
der Aluminiumdiffusionazone 14 entsprechenden Dicke wesentlich
zu entkompensieren, wenn eine hohe η-Leitfähigkeit in der Zone 14 sichergestellt werden soll.
Obgleich der genaue Mechanismus für das Aufhalten bzw. Sperren der eindiffundierenden Metalle der Gruppe Hb noefa nicht
ganz aufgeklärt ist, kann die Unmöglichkeit, die beteiligten Defekte bzw. Störstellen durch den pn-übergang durch kontinuierliche
Diffusion hindurchdiffundieren zu lassen, durch Verarmung, Ansammlung oder Wechselwirkung zwischen Störstellen
nahe des pn-Übergangs bedingt sein. Außerdem ist es möglich, daß mehr als ein nativer Defekt beteiligt ist. Beispielsweise besteht die Möglichkeit, daß die eindiffundierenden
Metalle der Gruppe Hb zuerst mit isoliertem oder ausfallendem
Zwischengitterchalkogen reagieren müssen, bevor sie die Leerstellen der Metalle der Gruppe Hb ausfüllen können.
Die vorteilhafte Wirkung der dreistufigen Diffusionstechnik
gemäß der Erfindung auf den Widerstand der II-VI-HaIbleiter
läßt sich an der Bildung von zwei ZnSe0 5Teo k-K^8*311611
aus der gleichen Perle zeigen. Ein Kristall· wurde durch die
Eindiffusion von Aluminium gemäß dem Verfahren der US-Patentschrift 3 390 311 zu einer Diode verarbeitet, während der
zweite Kristall nach dem erfindungsgemäßen, dreistufigen Diffusionsverfahren hergestellt wurde. Die in bekannter Weise
durch Eindiffusion von Aluminium in den Seienotellurid-Körper
hergestellte Diode benötigt eine Spannung von 200 V zum Führen eines Stroms von 0,1 mA bei 77 0K, wohingegen eine Spannung von nur 6 V ausreicht, um einen Strom von 0,1 mA bei
77 0K zu erhalten, wenn der 2 · 2 - 1 mm -Kristall bei 9QO ?G
16 Stunden lang in einer flüssigen legierung von 99 Gew.# Zink und 1 Gew.5$ Aluminium erhitzt, zwei Stunden lang bei
775 0C in gesättigtem Tellurdampf geglüht und anschließend
vier Minuten lang bei 775 0C in gesättigtem Zinkdampf geglüht wird«, Bei den besten nach dem bekannten Verfahren hergestellten
Dioden sind zum Leiten eines Stroms von 0,1 mA bei
77 0K mindestens 16 V, d.h. 10 V mehr als bei den durch das
009013/1247
dreistufige Diffusionsverfahren hergestellten Dioden erforderlich.
Bei Verwendung der nach dem erfindungsgeraäßen Verfahren
hergestellten Diode als lichtemittierende Diode, d.h. wenn die positive und negative klemme einer Spannungsquelle
an die η-leitende bzw. p-leitende Zone einer Diode 22 angelegt werden, dann wird die Lichtemission bei 77 0K selbst im
Dunklen beim Anlegen einer Spannung von 13V eingeleitet,
wohingegen die auf übliche Weise hergestellten Dioden entweder
eine äußere Lichtquelle oder.eine beträchtlich höhere Spannung, z.B. 25 V, erfordern, wenn die Lichtemission eingeleitet
werden soll. Die nach dem dreistufigen Diffusionsverfahren hergestellten Dioden lassen sich erfolgreich auch
bei Zimmertemperatur mit 8 V und 20 mA für längere Zeiträume betreiben, wohingegen die auf übliche. Weise hergestellten
Dioden nahezu sofort durchschlagen, wenn sie mit Strömen von 20 mA. belastet werden.
Die Diode 22 ist gekennzeichnet durch eine im wesentlichen
unkompensierte p-rleitende Zone 22, die beispielsweise eine
Dicke von 0,2 mm aufweist, durch eine im wesentlichen entkompensierte η-leitende Zone 62, die beispielsweise eine
Dicke von 0,1 mm besitzt, durch spezifische Widerstände von weniger als 200 0hm · cm gegenüber p- und η-Leitfähigkeit bei
Zimmertemperatur und durch eine zwischen den beiden Zonen liegende enge Ubergangszone 64.Bei 77 0K sind die spezifischen
Widerstände der p- und η-leitenden Zone der Diode kleiner als
ς
10 0hm · cm.
10 0hm · cm.
In ähnlicher Weise können ZnS-Potoheteroübergänge dadurch hergestellt
werden, daß man nach dem im Kapitel 2 des oben beschriebenen
Artikels von Aven und Prener einen ZnS-Kristall wachsen läßt und den Kristall in Konzentrationen von etwa
5 * 10 bis 5 · 10 Atomen/cnr mit Kupfer dotiert, um eine
die p-Fotoleitfähigkeit fördernde Dotierung im gesamten Kristall
zu erhalten. Der Kristall wird dann 70 Stunden lang in gesättigtem Aluminiumdampf bei 1100 0C geglüht, um eine etwa
1 mm tiefe Aluminiumdiffusionszone im Halbleiterkörperrand zu
0098-13/1247
schaffen", woraufhin der Halbleiterkörper dann zwei Stunden
lang bei 800 % in gesättigten Schwefeldämpfen geglüht wird,
um die AluTHiaiiamdiffusionszone zu kompensieren und in dem ,
darunterliegenden Teil des Hälbleiterkörpers ©ine p-vFotöleitfähigkeit"
auszubilden« Durch anschließendes Glühen des Halbleiterkörper® in flüssigem Z^ eine Stunde bei 900 0O
wird das Aluminium- entkompensiert und daa Kupfer aus der mit
Aluminium dotierten Zone des Halbleiterkörpers.extrahiert,
woraufhin der Halbleiterkörper geschnitten und·zur Herstellung einer Mod© mit einem Fotoheieroübergsng an der Aluminiumaiffusionszone
tmd der p-leitenden Zone mit geeigneten
Elektroden versehen- werden kann· -'""·.-■" ■' ·
Obgleich das ^rfindungsgetaäße Ter fahr en zum Herstellen von
Ilb-VIb-Hslfeleiterktfrpern mit besonders geringem spezifischen
Widerstand als dreistufiges Diffusionsverfahren beschrieben
worden ist.-4. "kdnnen. die einzelnen Stufen auch kombiniert werden;, ohne d&@-SMuroh-von der'Erfindung abgegangen wird. Wenn
beispielsweise ein mit Kupfer dotierter Zinksulfidkristall als Ilb-Ylb-Halbleiterkörper verwendet wird,dann können die
"Aluminiutßdiffuision-iand des Glühen in Schwefeldampf in einem
- einzigen Yeriaiirenssoliritt -dadurch kombiniert-werden, daß der
Kristall ift den Dämpfen, von Aluminium und Schwefel geglüht
wird, ,wodurch gleiohs©itig eine kompensierte-Handzone und:eine
p-fotoleiteaSe/innere 'Zone gebildet werden. Der KristäLl wird
anschlieienä in flüssigem Zink geglüht, um das Kupfer aus der
mit Aluminium dotierten Eandzone zu extrahieren und die AIuminittmdonatoreß
dadürofe zu entkompensieren* daß in der Handzone des Krist a II0 ein Überschuß an Zink gegenüber Schwefel
geschaffen, wird.«. Trotz, "öieser Alt er native bei der Kombination
der verschiedenen.- Schritte handelt es sieh immer noch um drei
Diffusionsstufen : 3 näralicfe erstens die Eindiffusion von Aluminium in die Handzone*des Kristalls, zweitens die Bindiffusion von Überschuss-ig@m Sehwefel in den gesamten Kristall und
drittens dl© Sind if fugioa von überschüssigem Zink in die redotierte
G 098.1 3 /1247 \
BAD ORIGINAL
Claims (1)
- Patentansprüche.!Halbleiterbauelement mit einem Ilb-VIb-HalbleiterkÖrper, der ine im wesentlichen unkompensierte p-leitende Zone, eine im wesentlichen entkompensierte n-leitende Zone sowie einen engen Übergang zwischen diesen beiden aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die p- und die η-leitende Zone einen spezifischen Widerstand von weniger als 200 Ohm · cm gegenüber p- bzw. n-Ieitung aufweisen.2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ilb-VIb-Halbleiterkörper aus monokristallinem ZnSexTe/- \ mit χ zwischen 0,1 und 0,7 besteht,3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ilb-VIb-Halbleiterkörper aus Zinksulfid besteht."4. Verfahren zum Herstellen eines Halblelterbauelementes nach einem der Ansprüche 1 bis 3»dadurch gekennzeichnet, daß unter Herstellung einer η-leitenden Randzone ein schwacher Donator· eindiffundiert wird, anschließend in den gesamten Halbleiterkörper zur Herstellung nativer Störstellen, die die n-Leitfähigkeit in der mit Donator dotierten Randzone vollständig kompensieren und die p-Leitfähigkeit in der darunterliegenden Zone verbessern, ein Chalkogen bestehend aus der Gruppe Selen, Schwefel, Tellur oder Mischungen davon eindiffundiert wird, und danach in die Randzone Zink, Cadmium oder .eine Mischung davon eindiffundiert .wird, um diese Randzone durch Beseitigung der zuvor eindiffundierten nativen, durch den Chalkogenüberschuß bedingten Störstellen wieder η-leitend zu machen.0 0 9 8 13/1247 BAD1 9Ä69305» Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeic h η e t , daß der schwache Donator Aluminium ist und daß die Diffusionszeit beim abschließenden Eindiffundieren des Metalls mindestens doppelt so groß wie diejenige Zeitspanne ist, die das Metall benötigt {, um in einem mit Ghalkogen kompensierten, aluminiumdotierten, homogenen Halbleiterkörper eine Zone von der Dicke der mit Aluminium dotierten Zone zu entkompensieren.6ο Verfahren nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennze i ahnet,™ daß als Ghalkogen Tellur verwendet und abschließend Zink eindiffundiert wird.7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusion in Tellurdampf bei einer Temperatur zwischen 550 und 850 0C. vorgenommen wird,8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet,daß als schwacher Donator Aluminium verwendet wird und daß die abschließende Diffusionsdauer für das Metall zwischen dem * Zwei- und Dreißigfachen derjenigen Zeitspanne liegt, die das Metall benötigt, um einen homogen kompensierten, mit Aluminium dotierten. Ilb-VIb-Kristall von der Dicke der mit Aluminium dotierten Zone Tollständig zu kompensieren.vS/Gu0098 13/1247
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US76082668A | 1968-09-19 | 1968-09-19 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1946930A1 true DE1946930A1 (de) | 1970-03-26 |
Family
ID=25060292
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19691946930 Pending DE1946930A1 (de) | 1968-09-19 | 1969-09-17 | Halbleiterbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US3549434A (de) |
| JP (1) | JPS4812670B1 (de) |
| BE (1) | BE739113A (de) |
| DE (1) | DE1946930A1 (de) |
| FR (1) | FR2018461A1 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2484702A1 (fr) * | 1980-06-16 | 1981-12-18 | Nishizawa Junichi | Procede pour la fabrication de jonction pn de semi-conducteurs |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3617929A (en) * | 1968-12-30 | 1971-11-02 | Texas Instruments Inc | Junction laser devices having a mode-suppressing region and methods of fabrication |
| US3780427A (en) * | 1969-04-25 | 1973-12-25 | Monsanto Co | Ohmic contact to zinc sulfide devices |
| US3670220A (en) * | 1971-02-26 | 1972-06-13 | Zenith Radio Corp | Pn junctions in znse, zns, or zns/znse and semiconductor devices comprising such junctions |
| US3767471A (en) * | 1971-09-01 | 1973-10-23 | Bell Telephone Labor Inc | Group i-iii-vi semiconductors |
| DE2244992B2 (de) * | 1972-09-14 | 1976-02-05 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Verfahren zum herstellen homogen dotierter zonen in halbleiterbauelementen |
| US3940847A (en) * | 1974-07-26 | 1976-03-02 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Method of fabricating ion implanted znse p-n junction devices |
| US4244753A (en) * | 1979-12-26 | 1981-01-13 | North American Philips Corporation | Method for purification of II-VI crystals |
| JPS575325A (en) * | 1980-06-12 | 1982-01-12 | Junichi Nishizawa | Semicondoctor p-n junction device and manufacture thereof |
| JPS577171A (en) * | 1980-06-16 | 1982-01-14 | Junichi Nishizawa | Manufacture of znsepn junction |
| US4422888A (en) * | 1981-02-27 | 1983-12-27 | Xerox Corporation | Method for successfully depositing doped II-VI epitaxial layers by organometallic chemical vapor deposition |
| US5150191A (en) * | 1989-11-21 | 1992-09-22 | Kabushiki Kaisha Toshiba | P-type II-VI compound semiconductor doped |
| US6143630A (en) * | 1994-06-09 | 2000-11-07 | Texas Instruments Incorporated | Method of impurity gettering |
| WO2007091500A1 (en) * | 2006-02-10 | 2007-08-16 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Light emitting element, light emitting device, and electronic device |
| CA2644536C (en) * | 2006-03-03 | 2011-11-01 | Washington State University Research Foundation | Compositions of doped, co-doped and tri-doped semiconductor materials |
| US8049178B2 (en) * | 2007-08-30 | 2011-11-01 | Washington State University Research Foundation | Semiconductive materials and associated uses thereof |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3282749A (en) * | 1964-03-26 | 1966-11-01 | Gen Electric | Method of controlling diffusion |
| US3390311A (en) * | 1964-09-14 | 1968-06-25 | Gen Electric | Seleno-telluride p-nu junction device utilizing deep trapping states |
| US3326730A (en) * | 1965-04-13 | 1967-06-20 | Ibm | Preparing group ii-vi compound semiconductor devices |
-
1968
- 1968-09-19 US US760826A patent/US3549434A/en not_active Expired - Lifetime
-
1969
- 1969-09-13 JP JP7268769A patent/JPS4812670B1/ja active Pending
- 1969-09-17 DE DE19691946930 patent/DE1946930A1/de active Pending
- 1969-09-19 FR FR6932022A patent/FR2018461A1/fr not_active Withdrawn
- 1969-09-19 BE BE739113D patent/BE739113A/xx unknown
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2484702A1 (fr) * | 1980-06-16 | 1981-12-18 | Nishizawa Junichi | Procede pour la fabrication de jonction pn de semi-conducteurs |
| US4526632A (en) * | 1980-06-16 | 1985-07-02 | Jun-Ichi Nishizawa | Method of fabricating a semiconductor pn junction |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2018461A1 (de) | 1970-05-29 |
| JPS4812670B1 (de) | 1973-04-21 |
| BE739113A (de) | 1970-03-02 |
| US3549434A (en) | 1970-12-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE1946930A1 (de) | Halbleiterbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung | |
| DE60031173T2 (de) | Misfet | |
| DE2455730B2 (de) | Feldeffekt-Transistor | |
| DE2512373B2 (de) | Isolierschicht-Feldeffekttransistor mit tiefer Verarmungszone | |
| EP0018520B1 (de) | Verfahren zur vollständigen Ausheilung von Gitterdefekten in durch Ionenimplantation von Phosphor erzeugten N-leitenden Zonen einer Siliciumhalbleitervorrichtung und zugehörige Siliciumhalbleitervorrichtung | |
| DE3688057T2 (de) | Halbleitervorrichtung und Methode zur Herstellung. | |
| DE2160427C3 (de) | ||
| DE3915321C1 (de) | Verfahren zur Bildung eines Passivierungsbereiches auf einer Halbleitervorrichtung aus einer II-VI-Verbindung und Anwendung des Verfahrens | |
| DE2065245C3 (de) | Elektrolumineszenz-Vorrichtung mit einem pn-Ubergang | |
| DE2030403B2 (de) | Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelementes | |
| DE1949161A1 (de) | Halbleiterlaser sowie Verfahren zu seiner Herstellung | |
| DE2926334A1 (de) | Verfahren zur herstellung von halbleiterbauelementen, insbesondere von ladungsgekoppelten bauelementen | |
| DE4313625A1 (de) | Gleichrichterkontakt auf Basis von amorphem Silicium auf Diamant und Verfahren zu seiner Herstellung | |
| DE2430687C3 (de) | Kaltemissionshalbleitervorrichtung | |
| DE10203820A1 (de) | Halbleiterbauelement und Verfahren zu dessen Herstellung | |
| DE2430379A1 (de) | Photoelektronenemissions-halbleiterbauelement | |
| DE1297236B (de) | Verfahren zum Einstellen der Steilheit von Feldeffekttransistoren | |
| DE102011081983A1 (de) | Solarzelle und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
| DE1963131A1 (de) | Verfahren zur Herstellung von Halbleiterelementen | |
| DE1539483B2 (de) | Halbleiterbauelement mit einer elektrolumineszenten halbleiterdiode und verfahren zu dessen herstellung | |
| DE1639359C3 (de) | Elektrolumineszente Halbleiterdiode | |
| DE69103464T2 (de) | Halbisolierende Indiumphosphid-Einkristalle und Verfahren zu ihrer Herstellung. | |
| DE2244992A1 (de) | Verfahren zum herstellen homogen dotierter zonen in halbleiterbauelementen | |
| DE3324086A1 (de) | Gruenes licht emittierende znse-diode | |
| DE2241083B2 (de) | Hochleistungs-Speicherdiode und Verfahren zu ihrer Herstellung |