DE2021345A1 - Verfahren zum Herstellen von sauerstoffarmen Galliumarsenid unter Verwendung von Silicium oder Germanium als Dotierstoff - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von sauerstoffarmen Galliumarsenid unter Verwendung von Silicium oder Germanium als Dotierstoff

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DE2021345A1 DE19702021345 DE2021345A DE2021345A1 DE 2021345 A1 DE2021345 A1 DE 2021345A1 DE 19702021345 DE19702021345 DE 19702021345 DE 2021345 A DE2021345 A DE 2021345A DE 2021345 A1 DE2021345 A1 DE 2021345A1
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gallium arsenide
silicon
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    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C30B29/42—Gallium arsenide

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Description

SIEMENS AKTISHGESELLSCHAFT München 2, 30. APR. 1970
vVittelsbacherplatz
70/1 089
Verfahren zum Herstellen von sauerstoffarmem Galliumarsenid unter Verwendung von Silicium oder Germanium
als Dotierstoff.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von sauerstoffarmem, tiegel- oder bootgezogonem Galliumarsenid unter Verwendung von Silicium oder Germanium als Dotierstoff.
Bei der Dotierung von Galliumarsenidkristallen unter Verwendung von Silicium oder Germanium als Dotierstoff wurde festgestellt, daß Silicium bzw. Germanium sowohl eine p-Leitung als auch η-Leitung im Galliumarsenidkristall erzeugen kann. Zieht man beispielsweise den Galliumarsenidkristall bei einer Temperatur unterhalb von 92o C aus einer mit Gall: umarscnid versetzten Galliumschmelze, so wird das auskristallisierende Galliumarsenid p-Leitung aufweisen. Bei Temperaturen über 92o C hingegen tritt eine n-Leitfähigkeit im aus kristallisiert en Galliumarsenid, auf.
Die Dotierung mit Silicium bzw. Germanium weist aber den großen Nachteil auf, daß sich die Dotierverhältnisse sehr schwer reproduzierbar gestalten lassen, obgleich die Galliumarsenidschmelze in definierter Weise mit dem Dotierstoff Silicium bzw. Germanium versetzt ist.
Es wurde nun ,gefunden, daß diese Unstimmigkeiten auf vorhandene Sauerstoffspuren zurückzuführen sind, welche sich sehr leicht in Galliumarsenidsclimelzen befinden und bei der Galliumarsenidherstellung nicht zu vermeiden sind.
VPA 9/"Mo/0048 Edt/Au ■ .
17. April 197o
109883/U90 - 2 -
Diese Sauerstoffspuren bilden im Galliumarsenid tiefliegende Donatorenniveaus und nichtstrahlende Zentren und führen bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen wie Laserdioden oder Lumineszenzdioden zu erheblichen Ausfällen. Vermutlich lagert sich der im Galliumarsenidkristall vorhandene Sauerstoff an das Silicium- "bzw. Germaniumatom an und beeinträchtigt dadurch die elektrische Wirksamkeit dieser Dotierungsstoffe.
Die vorliegende Erfindung dient zur Lösung der Aufgabe, diese Schwierigkeiten zu vermeiden, und ist dadurch gekennzeichnet, daß der galliumarsenidhaltigen Schmelze vor dem Auskristallisieren des Galliumarsenids ein Element der III. Gruppe des Periodischen Systems, welches eine besonders hohe Affinität zu Sauerstoff hat, beigegeben wird.
Da der Sauerstoff bis zu einem Betrag vom 1o Atome/cm im Galliumarsenid gelöst sein kann, wird der Anteil des zugesetzten Elements zu der galliumarsenidhaltigen Schmelze auf 1o - 1o Atome/cm eingestellt.
Wegen seines dem Galliumatom ähnlichen Ionenradius ist das Aluminium für das erfindungsgemäße Verfahren am besten geeignet. Durch den Einbau von Aluminiumatoraen in das Galliumarsenidgitter wird der vorhandene Sauerstoff von dem Aluminium, welches eine höhere chemische Affinität zu diesem Element als das Silicium oder Germanium hat, gebunden. Dadurch wird der Sauerstoff elektrisch unwirksam gemacht und der aus Silicium bzw. Germanium bestehende Dotierstoff kommt voll zur Geltung.
Das Verfahren nach der Lehre der Erfindung ist deshalb besonders gut geeignet zur Herstellung von Galliumarsenid, welches zu Lumin^eszenzdioden weiterverarbeitet wird.
VPA 9/11o/oo48
109883/U90 " ? "
BAD ORIGINAL
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Die Durchführung des.erfindungsgemäßen ■ Verfahren? wird anhand eines Ausführungsbeisp.ie.ls und der Figur näher ■beschrieben.
Die Figur zeigt im oberen Teil eine graphische Darstellung des Temperaturverlaufes in einer im unteren Teil abgebildeten Einrichtung zur Herstellung von bootgezogenem Galliumarsenid. Diese Einrichtung besteht aus einer Quarzampulle 1, in welcher sich ein Quarzboot 2 befindet. Nach der horizontalen Bridgeman-Technik werden in dieses Quarzboot eine Mischung
To aus Gallium, Arsen, Aluminium und dem Dotierstoff Silicium oder einem anderen n-dotierenden Stoff eingewogen, das Quarzboot 2 in die Ampulle 1 eingeschmolzen, in v/elcher noch zusätzlich Arsen4 eingebracht wird. Um Reaktionen zwischen dem Arsen und den anderen Reaktiοnsteilnehmern zu vermeiden, wird die Quarzampulle 1 mit einer Trennwand versehen. Um einkristallin zu erstarren, muß an dem einen Ende des Bootes 2 ein Galliumars-enid.-Einkrist.alllce.im 6 angebracht weiten. Das Temperaturprofil wird in der mit dem Pfeil 7 angegebenen Richtung durch das Boot 2 gezogen, so daß der Temperaturgradient die Kristallwachstumsrichtung unterstützt.
1 Figur
3 Patentansprüche
VPA 9/iio/oo48 109883/U9Ö -4
BAD ORIGINAL

Claims (2)

■ - 4 -
1. Verfahren zum Herstellen von sauerstoffarmem, tiegel- oder bootgezogenem Galliumarsenid unter Verwendung von Silicium oder Germanium als Dotierstoff, dadurch gekennzeichnet, daß der galliumarsciiiidhaltigen Schmelze vor dem Auskristallisieren des Galliumarsenids ein Element"der" III. Gruppe des Periodischen Systems, welches eine besonders hohe Affinität zu Sauerstoff hat, beigegeben v/ird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des zugesetzten Elements in der galliumarsenidhaltigen Schmelze auf Io - 1o ° Atome/cm eingestellt wird.
3· Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Aluminium beigegeben wird.
VPA 9/11o/oo48
109883/1490
ORIGINAL INSPECTED
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