DE2444107A1 - Verfahren zum eindiffundieren von fremdstoffen in nitrid-halbleiterkristalle - Google Patents

Verfahren zum eindiffundieren von fremdstoffen in nitrid-halbleiterkristalle

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Description

Dipl.-lng. H. Sauerland · Dr.-lng. R. König · Dipl.-lng. K. Bergen Patentanwälte · 4goo Düsseldorf 3D · Cecilienallee 76 · Telefon 43S732
13. September 1974 29 561 B
RCA Corporation, 30 Rockefeiler Plaza, New York, N.Y. 10020 (V.St.A.)
"Verfahren zum Eindiffundieren von Fremdstoffen in Nitrid-Halbleiterkristalle"
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Eindiffundieren eines Dotierstoffes in ein Nitrid-Halbleitermaterial.
Bisher konnten Akzeptorverunreinigungen, wie Li, Mg und Zn in einen einkristallinen Nitridkörper, wie InN, GaN oder AlN, nur mit Hilfe des epitaxialen AufWachsens eingelagert werden; sämtliche Versuche, mittels Diffusion zu dotieren, waren erfolglos, was auf die Zersetzung der Nitridkristalle zurückgeführt wird. Insbesondere zerfällt ein einkristallines Nitrid, wie GaN, wenn es auf eine Temperatur oberhalb 10000C erhitzt wird; oberflächlich findet eine Zersetzung bereits bei Temperaturen von 7000C statt. Durch die Zersetzung von GaN, InN und AlN werden Stickstoffatome an die Umgebung abgegeben, so daß eine monomolekulare Schicht aus Ga, In bzw. Al zurückbleibt, die ein Eindringen der Akzeptorverunreinigungen im Falle des Diffusionsdotierens verhindert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren vorzuschlagen, mit dessen Hilfe das Dotieren der eingangs genannten Halbleiter mittels Diffusion ermöglicht wirde Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Nitridkörper während er erhitzt wird, mit dem Dotierstoff in einer Ammoniak-Atmosphäre in Berührung kommt„
5098U/1025
Anhand der beiliegenden Zeichnung, die eine zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung schematisch im Querschnitt zeigt, wird die Erfindung näher erläutert.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren geeignete Vorrichtung ist in der beiliegenden Zeichnung insgesamt mit 10 bezeichnet und besteht aus einem Diffusionsofen 12 mit einer Diffusionskammer 13 und Heizwendeln 14. Ein Wirts-Nitrid-Kristall 16 wird zusammen mit der Akzeptorverunreinigung 18 in den Diffusionsofen 12 gegeben. Eine Ammoniakquelle 20 wird mit dem Einlaß des Ofens 12 verbunden.
Um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, wird nach Einbringen des Wirts-Nitrid-Kristalls 16 und der Akzeptorverunreinigung 18 in den Ofen 12 Ammoniak vom Behältnis 20 aus in die Diffusionskammer 13 gelassene Sobald genügend Ammoniak in die Diffusionskammer 13 gelangt ist, d.ho die Atmosphäre darin völlig aus Ammoniak besteht, werden der Wirts-Kristall 16 und die Akzeptorverunreinigung 18 mittels der Wendeln 14 erhitzt. Wenn beispielsweise der Nitridkristall GaN ist, wird er in der Kammer 13 derart untergebracht, daß die Wendell 14 ihn auf eine Temperatur im Bereich zwischen 900 und 11000C erwärmen, während die Akzeptorverunreinigung 18, sofern es sich dabei um Zn handelt, so untergebracht wird, daß die Wendeln 14 sie auf eine Temperatur im Bereich zwischen ungefähr 400 und 7000C erwärmen. Die Akzeptorverunreinigung 18 wird auf eine Temperatur gebracht, bei der sie in Ammoniak-Atmosphäre verdampft und einen
—1 7S Partialdruck im Bereich von 10 bis 10^ Torr liefert.
5098U/1025
Das Erwärmen des Nitrid-Kristalls 16 auf die zum Eindiffundieren von Dotierstoffen erforderlichen Temperaturen führt zunächst dazu, daß das Stickstoffatom aus der Molekularstruktur des Nitrid-Kristalls entweicht, jedoch findet aufgrund der Erwärmung in Ammoniak-Atmosphäre eine zweite Molekularreaktion statt. Diese zweite Molekularreaktion besteht darin, daß das reaktionsfähige Ammoniak sein Wasserstoffatom für das verbleibende Metallatom des Nitrid-Kristalls austauscht. Dadurch findet an der Oberfläche des Kristalls eine Rücksynthese des Nitrids statt, und zwar im Ergebnis ohne Netto-Zersetzung. Während die molekulare Reaktion der Rekombination stattfindet, wird die in der Ammoniakatmosphäre verdampfte Akzeptorverunreinigung 18 in die Oberflächenschicht 22 des Nitrid-Kristalls 16 eingelagert und durchdringt den Nitrid-Kristall. Auf diese Weise wird der Nitrid-Kristall 16 bis zu einer gewissen Tiefe unterhalb seiner Oberflächenschicht 22 dotiert.
Um den Bereich der Oberflächenschicht 22, in den die Akzeptorverunreinigung diffundiert werden soll, zu begrenzen, kann eine Maskierschicht aus Silizium-Nitrid auf den Bereich der Oberflächenschicht 22 gegeben werden, in dem das Dotieren nicht erwünscht ist. Siliziumnitrid wird deshalb als Maskierschicht verwandt, weil es in Ammoniak-Atmosphäre stabil ist.
Die dotierten Nitridkörper können als jeweils gewünschte Halbleiterkörper hergestellt werden, die zur Schaffung verbesserter optischer Wellen- bzw. Hohlleiter, elektrooptischer Modulatoren oder als Material zum Erzeugen von Oberflächen- bzw. Bodenwellen Verwendung finden können«, Insbesondere wird Elektrolumineszenz erreicht, wenn Strom durch eine dotierte GaN-Schicht geleitet wird.
5098U/1 025
Als Nitrid-Kristalle 16 kommen für das erfindungsgemäße Diffusionsverfahren GaN, InN, AlN und ihre Legierungen vorzugsweise in Frage. Als Akzeptorverunreinigungen 18 können Zn, Mg und Li eingesetzt werden.
Sofern als Akzeptorverunreinigung Mg verwendet wird, wird der Dotierstoff auf eine Temperatur zwischen 500 und 9000C erhitzt, während er auf eine Temperatur zwischen 600 und 10000C erhitzt wird, wenn als Akzeptorverunreinigung Li zur Anwendung kommt.
50981 4/1025

Claims (2)

24U107 RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza, New York. N.Y. 10020 (V.St.A.) Patentansprüche;
1. Verfahren zum Eindiffundieren eines Dotierstoffes in einen Nitridkörper, dadurch gekennzeichnet , daß der Nitridkörper während er erhitzt wird, mit dem Dotierstoff in einer Ammoniak-Atmosphäre in Berührung kommt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Nitridkörper aus einem Material der aus GaN, InN, AlN und deren Legierungen bestehenden Gruppe hergestellt ist.
3„ Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet , daß als Dotierstoff Li, Mg oder Zn verwendet wird.
4ο Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nitridkörper aus GaN auf eine Temperatur im Bereich von 900 Ms 11000C erhitzt wird, während der Dotierstoff Zn auf eine Temperatur zwischen 400 und 7000C, der Dotierstoff Mg auf eine Temperatur zwischen 500 und 9000C, der Dotierstoff Li auf eine Temperatur zwischen 600 und 100O0C erhitzt wird.
5Q98U/1025
Leerseite
DE2444107A 1973-09-24 1974-09-14 Verfahren zum eindiffundieren von fremdstoffen in nitrid-halbleiterkristalle Pending DE2444107A1 (de)

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