DE2729889C3 - Process for the epitaxial growth of doped boron phosphide on a substrate - Google Patents

Process for the epitaxial growth of doped boron phosphide on a substrate

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DE2729889C3
DE2729889C3 DE19772729889 DE2729889A DE2729889C3 DE 2729889 C3 DE2729889 C3 DE 2729889C3 DE 19772729889 DE19772729889 DE 19772729889 DE 2729889 A DE2729889 A DE 2729889A DE 2729889 C3 DE2729889 C3 DE 2729889C3
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Description

\1\1

toto

wobei M=Zn, Cd, flg. R = ein Kohlenwasserstoff rest und <"' = R oder Halogen ist. in einer Menge von 0.05 bis ίί) Mol pro Mol der Borverbindung oder Schwefelwasserstoff. Selenwasserstoff. Tellurwasserstoff in einer Menge von 10 4 bis 10 Mol pro Mol der Borv erbindung zugesetzt werden.where M = Zn, Cd, flg. R = a hydrocarbon radical and <"'= R or halogen. in an amount of 0.05 to ίί) mol per mole of the boron compound or hydrogen sulfide, hydrogen selenide, hydrogen tellurium in an amount of 10 4 to 10 moles per mole of the boron compound are added.

2. Verfahren nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß dem Reaktionsgas 0,5 bis 50 Mol der _■» Verbindungen2. The method according to claim I. characterized in that that the reaction gas 0.5 to 50 mol of the _ ■ »compounds

pro Mol der Borverbindung /.. gesetzt werden.per mole of the boron compound / ...

!. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß R eine Alkylgruppe mil I bis 4 Kohlenstoffatomen und R' eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder Chlor oder Brom bedeuten.! Method according to claim I, characterized in that that R is an alkyl group with 1 to 4 carbon atoms and R 'is an alkyl group with 1 to 4 carbon atoms or chlorine or bromine.

4. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Tragergas aus Stickstoff oder ein Edelgas, das weniger als "50 Vol. % Wasserstoff enthalt, oder aus einer Mischung davon einsetzt und Phosphortrichlorul und Diboran im Verhältnis zwischen 20 und 200 bei einer Substrattempcraliir zwischen 880 und 1100 ( umsetzt.4. The method according to claim I, characterized in that that a carrier gas made of nitrogen or a noble gas that is less than "50 vol.% hydrogen contains, or uses a mixture thereof and phosphorus trichlorul and diborane in the ratio between 20 and 200 at a substrate temperature between 880 and 1100 (converts.

5 Verfahren nach Anspruch 4. dadurch gekenn zeichnet, daß die Konzentralion des Diborans in dem pru Minulc durch das Reaktionsgefäß strömen den Reaktionsg.is zwischen 2 χ· 10 h und 5x10 ' Molbcinik'i5 The method according to claim 4, characterized in that the concentration of the diborane in the pru Minulc flow through the reaction vessel, the reaction is between 2 χ · 10 h and 5x10 'Molbcinik'i

Die I rlindiing betrifft ein Verfahren /um 'jpilakli »chen Aufwachsen von dotiertem Borphosphid .ml einem Substrat, vv >bci Borhydride oder halogenide mn Phosphor hydriden oder halogeniden hei einer fempe raliir zwischen 85(J und 11(X)-L umgesetzt werden.The I rlindiing concerns a procedure / to 'jpilakli »Chen growth of doped boron phosphide .ml a substrate, vv> bci borohydrides or halides mn Phosphorus hydrides or halides are called a fempe raliir between 85 (J and 11 (X) -L are implemented.

Gin solches Verfahren ist aus |. of Applied Physics 42 (Jan. 1071). Seiten 420 - 424 bekannt.Gin such procedure is from |. of Applied Physics 42 (Jan. 1071). Pages 420-424 known.

Ks ist schwierig, einen qualitativ hochwertigen Borphosphklkristall hcr/iistellcn, da dessen Kristall Wachstum schwieriger ist als bei anderen Elementen der Gruppe III. Vl und V des Periodensystems der chemischen Elemente (PSE). wie OaAs. GaP und dergleichen. Infolgedessen ist es außerordentlich schwierig, bei einem Dotierungsverfahren durch das Fremdatom-Element der Gruppe Ub des PSF. einen Akzeptorgehalt oder durch das Fremdatom-Element der Gruppe VIb des PSE einen Donatorgehalt zu erzeugen.It is difficult to obtain a high quality boron phosphate crystal because its crystal growth is more difficult than that of other Group III elements. Vl and V of the Periodic Table of the Chemical Elements (PSE). like OaAs. GaP and the like. As a result, it is extremely difficult in a doping process by the Ub group impurity element of the PSF. to generate an acceptor content or a donor content by the foreign atom element of group VIb of the PSE.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum epnaktischen Aufwachsen von dotiertem Borphosphid auf einem Substrat anzugeben, bei dem eine qualitativ hochwertige epitaxiale Borphosphid-Sehicht vom p- oder n-l.eitungstyp aus der Gasphase gezogen wird.The present invention is therefore based on the object of a method for epnactic growth of doped boron phosphide on a substrate to which a high quality epitaxial boron phosphide layer of the p- or n-line type is drawn from the gas phase.

Diese Aufgabe wird durch das in dem Hauptanspruch gekennzeichnete Verfahren gelöst.This object is achieved by the method characterized in the main claim.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgewachsene, dotierte Borphosphidschicht hat eine ausgezeichnete Kristallstruktur, wobei bei der reflektierenden Elektronenbeugung die Kikuchi-Banden beobachtet werden. Man erhalt eine L.idungsträgerbeweglichkeit von bis zu 50 cm-7 V. see. woraus sich ergibt, daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Borphosphidschicht ausgezeichnete elektrische Eigenschaften hat.The grown according to the inventive method, doped boron phosphide layer, said observing the Kikuchi bands at the reflective electron diffraction w ith an excellent crystal structure. A carrier mobility of up to 50 cm-7 V. see is obtained. As a result, the boron phosphide layer produced by the process of the present invention has excellent electrical properties.

Bei dem beanspruchten Verfahren werden als Borverbindung Diboran und als Phosphorverbindung Phosphin oder Phosphorchlorid, -bromid oder -jodid in einem Verhältnis PH,/B>Hb bzw. PXi(X = Halogen)/-Bill· von 10bis400bevorzugt eingesetzt.In the claimed process, diborane is preferably used as the boron compound and phosphine or phosphorus chloride, bromide or iodide in a ratio of PH, / B> H b or PXi (X = halogen) / -bill · of 10 to 400 as the phosphorus compound.

Vcneilhaft werden auch Borchlorid. -bromid. -jodid zusammen mit Phosphorchlorid, -bromid. jodid (in einem Verhältnis von PXj/2(BX;) (worin X = Halogen) von 10 bis 400 eingesetzt. Dabei wird bevorzugt bei einer Temperatur/wischen 950 und 1100 C gearbeitet.Boron chloride is also useful. -bromide. -iodide together with phosphorus chloride, phosphorus bromide. iodide (in a ratio of PXj / 2 (BX;) (where X = halogen) used from 10 to 400. It is preferred to work at a temperature between 950 and 1100.degree.

Eine weitere bevorzugte Ausführung des erfindungsgemaCen Verfahrens besteht darin, daß dem Reaktionsgas 0.5 bis 50 Mol der Verbindungen Another preferred embodiment of the process according to the invention consists in adding 0.5 to 50 mol of the compounds to the reaction gas

\l\ l

pro Mol der Bm \ erbindung zugesetzt werden.can be added per mole of the bond.

I ine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfin dungsgcmalien Verfahrens besteht dann, daß in der allgemeinen formel R eine Alkylgruppe mit I bis 4 Kohlenstoffatomen und R' eine Alkylgruppe mit I bis 4 Kohlcnsloff.iliiiiii-n oder ( hlor udcr Brom bedeutenI ine further advantageous embodiment of the inven dungsgcmalien procedure is that in the general formula R is an alkyl group with I to 4 Carbon atoms and R 'is an alkyl group with I to 4 Kohlcnsloff.iliiiiiiii-n or (hlor and bromine mean

Als Ir.igergas kann man Stickstoff oder ein I'dclg.is. das weniger als 40 VoI "Ίι Wasserstoff enthält, odc eine Mischung davon ein/usel/en und Phosphorlriehlond und Diboran im Verhältnis /wischen 20 und 200 bei einer Suhstiattcmpcraliii /vvis>hen 88(1 und IKIO ( umse'/en Dabei isl bevor/in·
I CcI^ is .in1 ilei ί ι nippe llelimn.
■iiisg< vv.ihh witil Die Konzeiiir.il
dem pin Mumie diirch il.is K· .iklmi
Kc.lklnMisg.is kann /VMs1 hen > ■ I"
The Ir.igergas can be nitrogen or a I'dclg.is. which contains less than 40% by volume of hydrogen, or a mixture of it, phosphorus and diborane in the ratio between 20 and 200 with a level of pressure 88 (1 and IKIO (umse '/ en This is preferred /in·
I CcI ^ is .in 1 ilei ί ι nippe llelimn.
■ iiisg <vv.ihh witil The Konzeiiir.il
the pin Mummy diirch il.is K · .iklmi
Kc.lklnMisg.is can hen / VMs 1 > ■ I "

Mol betragen.Moles.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des crfindungsgemä-Ucn Verfahrens besieht ferner darin, daß als Substrat ein .Silicium·, Germanium-, Siliciumcarbid-. Saphir- oder Spinell-, Einkristall- oder ein Verbund-Halbleitersubstrat verwendet wird, das aus einer Einkristallschicht aus Borphosphid besteht, die auf die Oberfläche eines Silicium-, Germanium-, Siliciumcarbid-, Saphir- oder Spinell-Einkristalls aufgebracht worden ist.An advantageous embodiment of the invention according to the invention The method also provides that a .Silicon ·, germanium, silicon carbide-. Sapphire or Spinel, single crystal or a compound semiconductor substrate is used, which consists of a single crystal layer Boron phosphide is made up on the surface of a Silicon, germanium, silicon carbide, sapphire or spinel single crystal has been applied.

lall das verwendete Xenon und Argon cn des Dibnr.ins in nsgef.ill strömenden nd clvv,ι ") » 10 'lall the xenon and argon used cn des Dibnr.ins in nsgef.ill flowing nd clvv, ι ")» 10 '

Pie Erfindung wird nachfolgend unier Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigtThe invention is explained in more detail below with reference to the drawings. It shows

Fig. I ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Temperatur vun flüssigem Diäthylzink und der Trägerkonzentration der aufgewachsenen Borphosphid-Schicht erläutert, undFig. I is a graph showing the relationship between the temperature of liquid diethyl zinc and the carrier concentration of the grown boron phosphide layer, and

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Beispiels für eine Vorrichtung zum Wachsenlassen eines Bor phosphid-Halbleiters.Fig. 2 is a schematic representation of an example for an apparatus for growing a boron phosphide semiconductor.

Das für das Wachstum des Borphosphids in der Cjjsphase verwendete Reaktionsgas umfaßt Kombinationen aus Bor- und Phosphorhydriden, Bor- und Phosphorhaiogeniden, Borhydrid und einem Phosphorhalogenid und einem Borhalogenid und einem Phos phorhydrid /u typischer. Borhydriden gehören solche der Formel BnHnt4, wie z. B. Diboran (BiH0). BifU und BioHt,. sowie solche der Formel BnHn,b. wie z.B. Tetraboran (I)4Hi0) und R-,Hn. /u Phtisphorhydnden gehören Phosphin (PH1) und Diphosphin (P>H4). Zu typischen Halogeniden gehören tiortrichlorid (BCIi). Bortribromid (BBn). Bortrijodid (BJi). Phov lhoriiiehlorid (PCIi). Phosphoriribromid (PBrι), Phosphortrijodid (PIi). Phosphorpcntachlorid (PCU). Phosphorpentabro mid (PBrO. Phosphorpeniajodid (PJs).The reaction gas used for the growth of the boron phosphide in the Cjjphase includes combinations of boron and phosphorus hydrides, boron and phosphorus halides, borohydride and a phosphorus halide and a boron halide and a phosphorus hydride / u more typically. Borohydrides include those of the formula B n H nt4 , such as. B. Diborane (BiH 0 ). BifU and BioHt ,. as well as those of the formula BnH n , b. such as tetraborane (I) 4 Hi 0 ) and R-, Hn. / u Phtisphorhydnden include phosphine (PH 1 ) and diphosphine (P> H 4 ). Typical halides include trichloride (BCIi). Boron tribromide (BBn). Boron triiodide (BJi). Phov lhoriiiehlorid (PCIi). Phosphorus bromide (PBrι), phosphorus triiodide (PIi). Phosphorus tachloride (PCU). Phosphorus pentabromide (PBrO. Phosphorpeniaiodide (PJs).

Die organische Verbindung als Verunreinigungsquel-Ie wird im flüssigen Zustand gehallen und die Menge der Verunreinigung, die dem Reaklionsgas zugeführt werden soll wird variiert, indem man den Dampfdruck der flüssigen Verbindung durch Änderung der Temperatur steuert, und indem man die Strömungsgeschwindigkeit des Tragergases fur die Aufnahme der organische ι Verbindung steuert.The organic compound as the impurity source is echoed in the liquid state and the amount of Impurity to be added to the reactant gas is varied by changing the vapor pressure The fluid compound is controlled by changing the temperature, and by changing the flow rate of the carrier gas for the absorption of the organic ι Connection controls.

Beispiele für Verbindungen der FormelExamples of compounds of the formula

Dimeihylzink. Diälhyl/ink. Di-n propylzink. Diisopru ipylzink. Di η butylzink. Di see. butylzink. Dioctylzink. Didecylzink. Didodecylzink. Distearylzink. Dipropenyl /ink. Diphenylzink. Dimethylcadmium. Diäthylcadmium. Di-n prifpylciidniuim. Di π butylc idmiuni, Dioclylcad niiiini. Didodecylcadmium. Dipropenylcadmium. Diphenyle admiuni. Dimelhylqiiecksilber. Diäihylquecksilher Di-n propy !quecksilber. Diisopmpy !quecksilber. Di η buty !quecksilber. Diovty!quecksilber. Didodecylqucck silber Dipheny!quecksilber. Melhylqiiecksilberchlorid. Methylquecksilberbronvd. Melhylquci ksilber|odid. Älhylqtiecksilberchlorid. Älhvlquecksilberbromid.Dimethyl zinc. Diethyl / inc. Di-n propyl zinc. Diisopru ipylzink. Di η butyl zinc. Di see. butyl zinc. Dioctyl zinc. Didecyl zinc. Didodecyl zinc. Distearyl zinc. Dipropenyl / inc. Diphenyl zinc. Dimethylcadmium. Diethyl cadmium. Di-n prifpylciidniuim. Di π butylc idmiuni, Dioclylcad niiiini. Didodecylcadmium. Dipropenyl cadmium. Diphenyle admiuni. Dimethylqiiecksilber. Dietary mercury Di-n propy! Mercury. Diisopmpy! Mercury. Di η buty! mercury. Diovty! Mercury. Didodecyl square silver Dipheny! mercury. Methyl silver chloride. Methylmercury bronze. Melhylquci ksilber | odid. Ethyl silver chloride. Alcohol mercury bromide.

η Propylquecksilber ehlond. Isoprupvlqueeksilberchlo ritl. η l!ulvlqiier',.silberchlond I iir die Dotierung kann cm Gemisch verwende! werden, das 2 chIit Michr Veninuinigungsclemenlc enlh.illη propyl mercury ehlond. Isoprupvlqueeksilberchlo ritl. A mixture can be used for the doping! the 2 chIit Michr Veninuinigungsclemenlc enlh.ill

Hei der Herstellung eines llnrphosphid -I lalhlcilcrs vom ρ T ν ρ durch epiukiisc. hes '.V,u hsliim eines lim phosphid Halbleiters linier V ei Wendung von Phos phortnchlorid und Diboran werden besonders vorteil hafte Ergebnisse eiz.ielt, wenn man das Krislallwaehstiim linier Verwendung von Stickstoff oder eines Edelgases, das weniger als 90 Vol.-% Wasserstoff enthüll, oder einer Mischung davon als Trägergas mit einem Zusammciisetzungsverhälinis von Phosphortrichlorid zu Diboran von 20 bis 200 und bei einer Substratlcmpcrntiir zwischen 880 und 1100"C durchführt. For the manufacture of an oil phosphide oil from ρ T ν ρ through epiukiisc. hes' .V, u hsliim one lim phosphide semiconductor line V ei twist of Phos Phosphorus chloride and diborane are particularly advantageous Adequate results are obtained by doing the Krislallwaehstiim linier use of nitrogen or a noble gas that is less than 90 vol .-% hydrogen or a mixture thereof as a carrier gas having a composition ratio of phosphorus trichloride to diborane from 20 to 200 and at a substrate concentration between 880 and 1100 "C.

Die so hergestellt-.· Borphosphid-I lalhleiterschjehtThe boron phosphide-I-lalhleiterschjeht produced in this way

vom p-Typ bildet eine spiegelnde Oberfläche und weist eine ausgezeichnete Kristallstrukiur auf und bei der reflektierenden F.lektronenbeugiing sind Kikuchi-Banden zu beobachten. Man erhält eine Beweglichkeit von bis zu 50 em-VV · see. (bei einer Dicke von I Mikron). Da Diboran beim Wachstum der Borphosphid Halbleiierschicht die Geschwindigkeit-bestimmende Stufe dar stellt, kann die Filmdicke durch bloßes Kontrollieren derp-type forms a specular surface and has an excellent crystal structure reflective electron diffraction are Kikuchi bands to observe. A mobility of up to 50 em-VV see is obtained. (at a thickness of 1 micron). There Diborane in the growth of the boron phosphide semiconducting layer is the speed-determining level, the film thickness can be adjusted by simply controlling the

in Diboranmenge genau gesteuert werden.can be precisely controlled in the amount of diborane.

Obgleich jeder der Fläehenindices (100). (110) und (111) für das Halbleitersubstrat verwendet werden kann, wird die beste Kristallinität mit der Halbleiterschicht aus dem Borphosphid. die auf einer (100)-Flache r, gebildet wird, ei zielt. Insbesondere ein BP/Si-Verbund Halbleitersubstrat, das aus einem Siliciumsubstrat mit darauf erzeugtem Borphosphid besteht, liefert innerhalb eines breiten Bereiches unter den erfindiingsgemäUen Wachstunisbedingungen eine ausgezeichnete Kristall· Ju nität.Although each of the area indices (100). (110) and (111) can be used for the semiconductor substrate, becomes the best crystallinity with the semiconductor layer from the boron phosphide. the one on a (100) surface r, is formed, ei aims. In particular a BP / Si composite Semiconductor substrate consisting of a silicon substrate Boron phosphide produced thereon provides within a wide range among those according to the invention Excellent crystal ju nity.

Fs wurde gefunden, dall eine elektrische Leitung wnn η-Typ erhallen wird, wenn unter Verwendung von nur Wasserstoff als Tragergas eine Halbleiterschichi aus Borphosphid gebildet wird, wogegen eine elektrische r, l.eitii.ig vom p-Typ erhalten wird, wenn der Wasserstoff mehr als !0 VoI-1Vo Stickstoff oder Edelgase, wie Xet.on. Argon. Helium enthält.It has been found that η-type electrical conduction is obtained when a semiconductor layer of boron phosphide is formed using only hydrogen as the carrier gas, whereas p-type electrical conduction is obtained when hydrogen is used more than! 0 vol- 1 vol nitrogen or noble gases, such as Xet.on. Argon. Contains helium.

Die F.rfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert, ohne jedoch darauf beschrankt zu seinThe invention is explained in more detail by the following examples, but without being restricted to them

Beispiel 1example 1

Fm Si-Substrat mit einer (100) (HO)- oder (111) Flache, die einer Spiegelp'ilierung unterworfen wordenFm Si substrate with a (100) (HO) or (111) face, which have been subjected to mirror peeling

ι-, war. wurde auf einen mit SiC" beschichteten C'-Träger gelegt und mittels einer Radiofrequenzinduktionserhit /ungseinrichtung. die mit einem Quarzreak'ionsrohr verbunden war. auf eine WachMumstemper..;ur von 930 C erhitzt, wodurch ein epitaktisches Wachstum beiι-, was. was on a C'-carrier coated with SiC " laid and by means of a radio frequency induction hit / ig facility. those with a quartz reaction tube was connected. heated to a wake-up temperature of 930 C, resulting in epitaxial growth

in einer B;H(,-Konzentration von 2x10 '· Mol/Min, und bei einem PHι/Β^Ηο Molverhältnis von 1 >0 bewirk! wurde. Die Temperatur des in einem Blasenzähler aus rostfreiem Stahl enthaltenen flüssigen üiälhylzinks wurde an dem gewiinsthlcn Punkt innerhalb desin a B; H (, - concentration of 2x10 'mol / min, and at a PHι / Β ^ Ηο molar ratio of 1 > 0 cause! became. The temperature of the liquid oil zinc contained in a stainless steel bubble counter was at the convenient point within the

t, Bereiches von -20 bis 50 ( gehalten, um den Dampfdruck des Diäthylzinks während des cpilakti sehen Wachstums zu steuern Wasserstoff (II.·) wurde als Aufnahmegas in der gewünschten Geschwindigkeit: zwischen > und 100 cm'/Min. zugeführt mittels einest, range from -20 to 50 (held around the Diethyl zinc vapor pressure during cpilakti see growth to control hydrogen (II. ·) was used as an intake gas at the desired rate: between> and 100 cm / min. fed by means of a

in Rohres aus rostfrv iem Stahl, das für die Einführung des Reakiionsgases hei etwa 90 ( gehalten wurde, in -las Quarzreaklionsiohr geleitet und dann mit dem Reak (ioiisgas gemischt. Die Menge des zugcfuhitcn Diäthylzinks (DFZ) wurde so gesteuert, dall cm DEZ/U>H„·in stainless steel tube used for the introduction of the Reaction gas hot about 90 (was kept in -las Quartz reaction tube and then with the reac (ioiis gas mixed. The amount of added diethylzinc (DFZ) was controlled so that cm DEC / U> H "·

>, Molverh.tltnis von 1.0 erhalten wurde.>, Molar ratio of 1.0 was obtained.

Die mit Zn donerie. in der Gasphase aufgewachsene BP Schicht hatte eine Filmdicke von 2 Mikron Nach dem \ufwachsen wurde das Si Substrat durch Λ ι /cn mittels Hl UNO, entfernt und die Tragerdiihle wurdeThe ones with Zn donerie. grown in the gas phase BP layer had a film thickness of 2 microns The Si substrate was grown by Λ ι / cn by means of Hl UNO, removed and the Tragerdiihle was

«ι nach der Van der Hmiw-MelliDtlu gemessen. Die mit /n dotierte Schicht wies eine p-Leitung iiuf. Die in der Gasphase aufgewachsene BP-Schicht, die nicht mit Zink dotiert worden war. wies eine n-Lciiung auf und die Trägerdichtc betri^ weniger als 5 κ IOlb cm '.«Ι measured according to the Van der Hmiw-MelliDtlu. The layer doped with / n had a p-line. The BP layer grown in the gas phase that was not doped with zinc. had a n-solution and the carrier density is less than 5 κ 10 lb cm '.

hi Die Fig. I der beiliegenden Zeichnungen zeigt die Beziehung zwischen der Temperatur des flüssigen Diiilhyl/.inks und der Trägcrkonzentration in der aufgewachsenen BP-Schichl. Wie aus der I ig. I zuhi Fig. I of the accompanying drawings shows the Relationship between the temperature of the liquid dichloride and the carrier concentration in the grown up BP-Schichl. As from the I ig. I to

ersehen ist, wurde bei einer Temperatur der Flüssigkeil unterhalb O C keine p-Schicht erhallen. Bei einer Temperatur oberhalb 10"C" nahm die Trägcrcliclue mit dem Anstieg der Temperatur der Flüssigkeit zu. Bei der reflektierenden Elektronenbeugung wurde keine wesentliche Verschlechterung der in der Gasphase aufgewachsenen BP-Schicht durch Zugabc des Diäthyl-/inks beobachtet. Es konnte keine zufriedenstellende ZN-Dotieriing unter anderen Bedingungen als dem oben angegebenen Temperaturbereich für das Kristallwachstum und dem Bereich für das DEZ/B2I lö-Molverhältnis erzielt werden. Der Zn-Gehalt in der aufgewachsenen BP-Schicht, der mittels eines Röntgcn-Mikroanalysators gemessen wurde, war so. daß er im wesentlichen der elektrisch gemessenen Trägerkonzentration entsprach.can be seen, was at a temperature of the liquid wedge below O C there is no p-layer. At a temperature above 10 "C" the carrier clip took with it the rise in temperature of the liquid increases. In the reflective electron diffraction, none became significant Deterioration of the BP layer grown in the gas phase due to the addition of diethyl inks observed. ZN doping could not be satisfactory under conditions other than that The temperature range given above for the crystal growth and the range for the DEZ / B2I Lö molar ratio be achieved. The Zn content in the grown BP layer, which is determined by means of an X-ray microanalyzer was measured, was like that. that it is essentially the electrically measured carrier concentration corresponded.

Beispiel 2Example 2

Unter der gleichen Verfahrensweise wie in Beispiel 1 wurde mit elementarem Cadmium aus Diäthylcadmium (DECd) dotiert, wobei das epitaktische Aufwachsen auf die (lOO)-Fläche eines Si-Substrals bei einer B2I !(,-Konzentration von 2 χ 10 5 Mol/Min., einer Wachsttimstemperatur von 930rC und einem PHj/BjUb-Moivcrhaltnis von I : 50 gearbeitet wurde. Das Molverhälinis DECd/ B2II6 betrug 1 : 5. Die dabei erhaltene aufgewachsene BP-Schicht wies eine p-Leitung auf und die Trägerdich te darin betrug 2x10 "cm !. Mit einem Rönigcn-Mikroanalysator wurden etwa lO'^x 10 'Cadmium indem BP-FiIm nachgewiesen. Die Trägerdichtc in den nichtdotierten BP-Filmen betrug stets weniger als 5 χ 1016Cm-'.Using the same procedure as in Example 1, elemental cadmium was doped from diethylcadmium (DECd), with the epitaxial growth on the (100) surface of a Si substrate at a B 2 I! (, - concentration of 2 10 5 mol / min, a Wachsttimstemperatur of 930 r C and a pH i / BjUb-Moivcrhaltnis of I:.. worked 50 the Molverhälinis decd / B2II6 was 1: 5. the thus obtained grown BP-layer had a p-conduction and the carrier you The te therein was 2x10 "cm !. With a Rönigcn microanalyser, about 10 '^ x 10' cadmium were detected in the BP film. The carrier density in the undoped BP films was always less than 5 × 10 16 cm- '.

So lange die Menge des DECd unverändert gehallen wurde (DECd/B2H6=l : 5) zeigte die Trägerdichtc keine wesentliche Änderung und blieb innerhalb eines Wachstumstemperaturbereiches von 850 bis 1000 C bei etwa 2 χ 10'* cm '.As long as the amount of the DECd remained unchanged (DECd / B2H6 = 1: 5) showed the carrier densityc no substantial change and remained within a growth temperature range of 850 to 1000 ° C about 2 χ 10 '* cm'.

Beispiel 3Example 3

Unter Verwendung von 62Hh-PCh-H2 als Reaktionsgas und unter Zugabe von DEZ zu dem Reaktionsgas wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 BP mit Zn dotiert. Ein Si-Substrai mit einer P-dotierten (lOO)-Fläche wurde auf einen mil SiC beschichteten C-Träger gelegt und durch Radiofrcqiienzinduktionserhitzen auf eine auf 1000" C eingestellte Wachstumstemperatur erhitzt und in ein Quarz-Reaktionsrohr wurde zusammen mit H2 als Trägergas B.'Hf in einer Konzentration von 2x10 ' Mol/Min, eingeleitet. Durch Einleitung von H2 als Trägergas wurde Phosphortrichlond (PCh) eingeblascn. während der Dampfdruck des PCIj durch Änderung der Flüssigkeitsiemperatur gesteuert und dann mit dem Trägergas gemischt wurde. Das Molverhältnis PCh/ B2Hl· betrug 25. Gleichzeitig wurde Diäthylzink (DEZ) auf die gleiche Wt'se wie in Beispiel 1 bei einem DFZ'BjHh-Molverhältnis von 5 in das Reaktionsgas eingeleitet, um die Einführung der Zn-Fremdatome durchzuführen. Als Folge davon wurde eine epitaklische BP-Schicht vom p-Typ einer Dicke von 2 Mikron erhalten. Die Trägerdichle betrug 2 χ 10'" cm '. Eine aufgewachsene BP-Schicht ohne Zn-Dotierung hatte eine Leitung vom η-Typ und eine Trägerdichte von weniger als 5x10I7crn \ Die Waehsluir.stcrnpcratur wurde bei der Zn-Dotierung variiert und die elektrischen F'.igcnschaften der aufgewachsenen BP-Schichten wurden gemessen, wobei gefunden wurde, daß /war inmrh.ilb des Temperaturbereiches /wischen 150 und 1100'C und bei einem DEZ./ßjllb-Molvciliällnis /wischen 0.05 und 50 zufriedenstellende Zn-doticrlc Schichten erhalten werden konnten, daß jedoch die Eigenschaften der dotierten Schichten außerhalb der < oben angegebenen Bereiche stark verschlechtert wurden. Innerhalb praktisch der gleichen Bereiche für die WachstumslempcraUir und das DEZ/B2IU-Molvcrhclltnis wurde auch eine zufriedenstellende Zn-Dotierung von BP für das BCh-PCh-I Ij-Syslem beobachtet. ir< Es bestanden keine Unterschiede in bezug auf die Dolierungseffckte von BP gegenüber den Flächenindiccs (111) und (110) in den Beispielen I und 2.Using 62Hh-PCh-H 2 as the reaction gas and adding DEZ to the reaction gas, BP was doped with Zn in the same manner as in Example 1. A Si Substrai with a P-doped (lOO) face was a mil SiC-coated carbon carrier placed and heated by Radiofrcqiienzinduktionserhitzen to a set to 1000 "C growth temperature and in a quartz reaction tube was added together with H 2 as a carrier gas B .'Hf in a concentration of 2 × 10 'mol / min. Phosphorus trichloride (PCh) was blown in by introducing H 2 as a carrier gas, while the vapor pressure of the PCIj was controlled by changing the liquid temperature and then mixed with the carrier gas / B 2 Hl · was 25. Simultaneously, diethyl zinc (DEZ) was introduced into the reaction gas in the same Wt'se as in Example 1 at a DFZ'BjHh molar ratio of 5 to carry out the introduction of the Zn impurity a p-type BP epitaxial layer having a thickness of 2 microns was obtained. A grown BP layer without Zn doping had a conductivity of the η type and a carrier density of less than 5 × 10 17 cm. The temperature was varied during the Zn doping and the electrical properties of the grown BP layers were Measured, it was found that / was within the temperature range / between 150 and 1100 ° C and with a DEC / ßjllb -Molvciliällnis / between 0.05 and 50 satisfactory Zn-doticrlc layers could be obtained, but that the properties of the doped Layers outside of the ranges given above have been severely deteriorated. Within practically the same ranges for the growth temperature and the DEZ / B2IU molecular ratio, a satisfactory Zn doping of BP was also observed for the BCh-PCh-I Ij system. ir <There were no differences with regard to the grading effects of BP compared with the area indices (111) and (110) in Examples I and 2.

Beispiel 4Example 4

r, Ein Si-Substrat mit (100). (110) und (111)-Flächen, die einer Spiegelpolierung unterworfen worden waren. wurden :iüf einen mi: SiC bcrliichieief! ί Träger geleg! und durch Radiofrcqucnzinduktionserhit/cn bei einer Wachsüimslcmperalur von 930 C gehalten, ferner wurde eine B2I !(,-Konzentration von 2 χ 10 '· Mol/Min, und ein PH)/B2H(,-Molvcrhältnis von 50 eingestclli. Gleichzeitig wurden H. S. I l2.Sc. II. Te. verdünnt nut IIj. mit dem Reaktionsgas gemischt und in ein Quarzrcaklionsrohr eingeleitet, während die /ugcführlc Menger, a Si substrate with (100). (110) and (111) surfaces that had been subjected to mirror polishing. were: iüf a mi: SiC owed! ί porters lay! and kept at a wax temperature of 930 ° C. by means of radio frequency induction, and a B2I (, concentration of 2 × 10 'mol / min, and a PH) / B 2 H (, molar ratio of 50) were simultaneously set HS II, 2nd part, diluted with the reaction gas, mixed with the reaction gas and introduced into a quartz reaction tube, while the quantity

>ϊ mittels eines Strömungsmessers kontrolliert wurde. Die dotierte '3P-Schichl wies eine Filmdicke von etwa 2 Mikron auf. Nach Beendigung ties Aufwachsens wurde das Silicium-Stibstrat durch Ätzen mit HF-HNOi entfernt und die Triigerdichte wtr'le nach der Van der> ϊ has been checked using a flow meter. the 3P doped layers had a film thickness of about 2 microns. After finishing growing up was the silicon core by etching with HF-HNOi removed and the density of triggers wtr'le according to the van der

jo Pauw-Methode gemessen. Die dotierte BP-Schicht wies eine n-Leitung auf. Eine undotierte Schicht wies eine η-Leitung sowie eine Trägerdichte von weniger als 5 χ \0'b cm ' auf. Die Gasströmungsgcsehwindigkciicn bei lOOccni/Min.. SOOccm/Min. und lOOOccm/Min..jo Pauw method measured. The doped BP layer was n-type. An undoped layer had an η conductivity and a carrier density of less than 5 χ \ 0 ' b cm'. The gas flow rate at 100ccn / min .. 50ccm / min. and lOOOccm / min ..

i> welche die Trägerdichtc für die in der Gasphase aufgewachsene BP-Schicht anzeigen und die durch Variieren der Menge des /!!geführten Dotierungsgases, bestehend aus H2Si. H2Se und II2TC verdünnt mit H2 bis auf 300 ppm. bestand, sind in der nachfolgenden Tabellei> which indicate the carrier density for the BP layer grown in the gas phase and which are carried out by varying the amount of the doping gas, consisting of H 2 Si. H2Se and II2TC diluted with H2 up to 300 ppm. are in the table below

■w I angegeben und diese Strömungsgeschwindigkeiten entsprechen jeweils dem Molverhältnis /wischen dem H2S. H2Se. H2Te und B2I !* von 0.067.0J3 und 0.67. Wie aus der folgenden Tabelle I ersichtlich, nahm die Trägcrkonzentralion mit der Erhöhung der /ugeführten■ w I are given and these flow rates correspond to the molar ratio / between the H 2 S. H 2 Se. H 2 Te and B 2 I! * Of 0.067.0J3 and 0.67. As can be seen from the following Table I, the carrier concentration decreased with the increase in the amount carried

•n Menge an H2S. H2Se. H2Te/u.• n amount of H 2 S. H 2 Se. H 2 Te / u.

Tabelle ITable I.

Beziehungzwischen derSlrömungsgeschwindigkeit von H2S, HjSe, H2Te und der TrägerdichteRelationship between the flow rate of H 2 S, HjSe, H 2 Te and the carrier density

Ϊ0 Ϊ0

TrägerdichteCarrier density

Strömungsgeschwindigkeit (cm /Min.) von
H2S. H2Se. H2Te. bezogen auf 300 ppm H;
Flow rate (cm / min.) Of
H 2 S. H 2 Se. H 2 Te. based on 300 ppm H;

100 500 1000100 500 1000

H2SH 2 S

H2SeH 2 Se

H2TeH 2 Te

8X10'8X10 '

1.5X1O!; 1.5X1O!;

2X1O1S 2X1O 1S

5X1O'S 5X1O ' S 9X1OIS 9X1O IS 8XIO'S 8XIO ' S 1.5X10'"1.5X10 '" IXIO1"IXIO 1 " 1.5XlO1"1.5XlO 1 "

Beispiel 5Example 5

Es wurde eine Dotierung von BP mit S, Sc. Te auf die gleiche Weise wie in Beispiel 4 durchgeführt unter Verwendung von B2Hi,- PCh- H2 als Reaktionsgas. Ein BP-Substrat mit einer (100)-näche für das Wachstum des Kristalls wurde auf einen mit SiC beschichtetenSpiking of BP with S, Sc. Te carried out in the same manner as in Example 4 using B 2 Hi, -PCh-H 2 as the reaction gas. A BP substrate with a (100) face for crystal growth was coated on one with SiC

C-Träger gelegt und durch Radiofrequenzinduklionserhilzcn bei einer Wachstumstemperalur von 10005C gehalten und B2H6 würde zusammen mit H2-Trägergas in einer Konzentration von 2xlO"5 Mol/Min, in ein Quarzreaktionsrohr eingeführt. H2 als Trägergas wurde in Phosphortrrchlorid (PCI3) eingeleitet, wobei der PCI3-Dampfdruck durch Änderung der Flüssigkeitstempefatur gesteuert wurde. Das Verhältnis zwischen ihospliortriclilorid und Diboran (Molverhältnis PCU' 2H6) betrug 2,5. H2S. 1I2Se oder H2Te wurde teichzeitig auf die gleiche Weise wie in Beispiel 4 in das eaktionsgas eingeführt. Als Folge davon wurde eine pitaktische BP-Schicht mit einer η-Leitung in einer frkke von 2 Mikron erhalten. Die Trägerkonzentration lir die in der Gasphase aufgewachsene BP-Schicht, die Inter Verwendung von H2S, H2Se und H2Te, verdünnt pit H2 auf 3öö ppm, ais Fremdaiom-Dotierungsgas bei Ünem Molverhältnis H2S/B2H6 von 0.067, H2Se/B2H6 (»on 0,067 und H2Te/B2H6 von 0.067 hergestellt wurde, (fctrug 1,5 χ 10" cm '. l.7xl0'qcm-J bzw. JlOxIO19Cm-3. Die Trägerdichte in der undotiert aufgewachsenen BP-Schicht betrug weniger als §x 1017 cm-3 und die Schicht wies eine η-Leitung auf. Es (»urde gefunden, daß innerhalb des Temperaturbereiches zwischen 950 und 11000C und des Molverhältnisbcleiches zwischen H2S. H2Se. H2Te und B2He von IO-4 bis •O eine zufriedenstellende, mit S. Se. Te dotierte Schicht erhalten wurde, daß jedoch die Eigenschaften der Jchicht außerhalb der genannten Bereiche sich stark •erschlechterten.C-carrier placed and kept at a growth temperature of 1000 5 C by radiofrequency induction agents and B 2 H 6 would be introduced into a quartz reaction tube together with H 2 carrier gas in a concentration of 2x10 " 5 mol / min. H2 as carrier gas was dissolved in phosphorus trichloride ( PCI 3 ) was initiated, the PCI 3 vapor pressure being controlled by changing the liquid temperature. The ratio between ihospliortriclilorid and diborane (molar ratio PCU ' 2 H 6 ) was 2.5. H 2 S. 1I 2 Se or H 2 Te became at the same time was introduced into the reaction gas in the same manner as in Example 4. As a result, there was obtained a pitactic BP layer having a η conduction in a depth of 2 microns, the carrier concentration for the gas phase grown BP layer, inter use of H 2 S, H 2 Se and H 2 Te, diluted pit H 2 to 300 ppm, as foreign atom doping gas at a molar ratio of H 2 S / B 2 H 6 of 0.067, H 2 Se / B 2 H 6 (»on 0.067 and H 2 Te / B 2 H 6 at 0.067 h was created, (fctrug 1.5 χ 10 "cm '. l.7xl0 ' q cm- J or JlOxIO 19 cm- 3 . The carrier density in the undoped grown BP layer was less than × 10 17 cm -3 and the layer had an η conductivity. It ( "urde found that within the temperature range 950-1100 0 C and Molverhältnisbcleiches between H 2 S. H 2 Se. H Te 2 and B 2 U of 4 to IO O • satisfactory, with p Se. Te doped layer was obtained, but the properties of the layer outside the ranges mentioned deteriorated greatly.

Beispiel 6Example 6

Die Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung für das erfindungsgemäße Verfahren. Ein Miit Phosphor (P) dotiertes Siliciumsubstrat 16 vom •-Typ mit einem spezifischen Widerstand von 10 ©hm χ cm und einem Flächenindex (100) wurde auf •inen mit SiC beschichteten C-Träger 15 gelegt. Dann %urde Helium-Trägergas eingeleitet durch Öffnen eines Wahne ß an p'mpr Hpliumhnmhp 1 711 pinpm Reaktion<;-R> hr 14.FIG. 2 shows a schematic representation of an apparatus for the method according to the invention. A silicon substrate 16 doped with phosphorus (P) of the • -type with a specific resistance of 10 hm cm and a surface index (100) was placed on • inen C-carrier 15 coated with SiC. Then helium carrier gas was introduced by opening a Wahne ß an p'mpr Hpliumhnmhp 1 711 pinpm reaction <; - R> hr 14.

An Wasser gekühlte Kühlschlangen 13 wurde eine Hadiofrequenzenergiequelle angelegt, um den mit SiC !^schichteten C-Träger induktiv auf die Temperatur des Substrats 16 von 9500C zu bringen. Dann wurde ein Wahn 8 geöffnet und Diboran (B2H6), verdünnt mit H2, (Wurde aus einer Bombe 3 in das Reaktionsrohr •ingeleitet Die Diboran-Konzentration betrug 2 χ 10~5 iMol/Min. Andererseits wurde durch Betätigung eines Dreiwege-Hahns 12 und eines Hahns 11 an einer Bombe 4 Wasserstoff in ein Gefäß 10 eingeleitet, in das flüssiges Phosphortrichlorid (PCf3) 5 eingefüllt worden war. Das durchperlende Gas wurde durch einen Hahn 9 in dasA Hadiofrequenzenergiequelle was applied to water-cooled cooling coils 13, to bring the! ^ Coated with SiC support C-inductively to the temperature of the substrate 16 of 950 0 C. Then, a delusional 8 was opened and diborane (B 2 H 6) diluted with H 2, (was from a cylinder 3 in the reaction tube • Total forwards the diborane concentration was 2 χ 10 -5 IMOL / min. On the other hand, by operation of a Three-way stopcock 12 and a stopcock 11 on a bomb 4 introduced hydrogen into a vessel 10 into which liquid phosphorus trichloride (PCf 3 ) 5 had been filled

Reaktionsrohr 14 eingeleitet. Das Molverhältnis zwischen dem Phosphortrichlorid und Diboran (PCl3ZB2H6) betrug 25. Die Phosphortrichlorid-Konzenlfation wurde durch Änderung der Strömungsgeschwindigkeit des durchperlenden Wasserstoffs Und durch Variieren derReaction tube 14 initiated. The molar ratio between the phosphorus trichloride and diborane (PCl 3 ZB 2 H 6 ) was 25. The phosphorus trichloride concentration was determined by changing the flow rate of the hydrogen bubbling through and by varying the

ίο Flüssigkeitstemperatur und somit des Dampfdruckes des flüssigen Phosphortrichlorids. gesteuert. Die Halbleitervorrichtung mit aufgewachsenem Borphosphid wies eine Filmdicke von 2 Mikron auf.ίο Liquid temperature and thus the vapor pressure of liquid phosphorus trichloride. controlled. The semiconductor device with grown boron phosphide had a film thickness of 2 microns.

Die Oberfläche der aufgewachsenen Schicht war spiegeiförmig und eben und sie wies eine zufriedenstellende Kristallinität auf, wenn sie unter der reflektierenden rviikroelekirunenbeugufig gcicsiei ivUruc. ivic Schicht wies eine p-Leitung auf und eine Hall-Messung ergab eine Trägerkonzentration von I χ 10"cm-3 und eine Beweglichkeit von 5 cm/5 Sek.The surface of the grown layer was mirror-like and flat, and it had satisfactory crystallinity when bent under the reflective rviikroelekirunengcicsiei ivUruc. ivic layer had a p-line and a Hall measurement showed a carrier concentration of I χ 10 "cm -3 and a mobility of 5 cm / 5 sec.

Beispiel 7Example 7

Als Einkristall-Halbleitersubstrat wurde ein BP/Si-Verbund-Halbleiter verwendet. Das Substrat bestand aus einer Borphosphid-Einkristallschicht, die auf einer (100)-Fläche eines Siliciumsubstrats vom η-Typ erzeugt worden war. Die verwendete Einkristallschicht hatte eine Dicke zwischen 500 und 10 000 A. Die Einkristallschicht mit einer spiegeiförmigen und ebenen Oberfläehe zeigte beim Betrachten unter reflektierender Elektronenbeugung Streifen und Kikuchi-Banden. die zeigen, daß es eine ausgezeichnete Kristallinität aufwies.A BP / Si composite semiconductor has been used as the single crystal semiconductor substrate used. The substrate consisted of a boron phosphide single crystal layer on top of a (100) face of an η-type silicon substrate was generated had been. The single crystal layer used had a thickness between 500 and 10,000 A. The single crystal layer with a mirror-shaped and flat surface showed when viewed under reflective Electron diffraction stripes and Kikuchi bands. which show that it had excellent crystallinity.

Auf dem obigen Substrat des BP/Si-Verbundhalblei-On the above substrate of the BP / Si composite semiconductor

ters wurde unter Anwendung der gleichen Verfahren wie in Beispiel 6 eine Borphosphid-Halbleiterschicht in einer Dicke von 5 Mikron aufwachsen gelassen durch Einführung eines Gemisches aus Wasserstoff und Helium (He/H2= 1) als Trägergas aus einer Heliumbombe 1 und einer Wasserstoffbombe 2 durch Betätigen derUsing the same procedures as in Example 6, a boron phosphide semiconductor layer was grown to a thickness of 5 microns by introducing a mixture of hydrogen and helium (He / H 2 = 1) as a carrier gas from a helium bomb 1 and a hydrogen bomb 2 through Press the

an Hähne 6 und 7 bei einer Wachstumstemperatur von 10000C. einer Diborankonzentration von IxIO-4 Mol/Min, und einem PCl3ZB2H6-Verhältnis von 20. Die Oberfläche der aufgewachsenen Schicht war spiegeiförmig und eben und wies eine zufriedenstellende Kristallinität auf. wenn sie unter der reflektierenden Elektronenbeugung getestet wurde. Die Oberfläche wies eine p-Leitung auf und die Hall-Messung zeigte eine Trägerdichte von 5xl0'7cm-3 und eine Beweglichkeit von 50 cm/V χ Sek.to valves 6 and 7 at a growth temperature of 1000 0 C. a Diborankonzentration IxIO- of 4 mol / min, and a PCl 3 ZB 2 H 6 - ratio of 20. The surface of the grown layer was spiegeiförmig and flat and had a satisfactory crystallinity on. when tested under reflective electron diffraction. The surface had a p-conduction and the Hall measurement showed a carrier density of 5 × 10 7 cm -3 and a mobility of 50 cm / V χ sec.

Hierzu 2 Blatt ZeichnunsenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (1)

Palentansprüche:Palent claims: I. Verfahren zum epitaktischen Aufwachsen von dotiertem Borphosphid auf einem Substrat, wobei Borhydride oder -halogenide mit Phosphorhydrideu oder -halogeniden bei einer Temperatur zwischen 850 und 1100°C umgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Reaktionsgemisch Verbindungen der allgemeinen FormelI. A method for epitaxially growing doped boron phosphide on a substrate, wherein Boron hydrides or halides with phosphorus hydrides etc. or halides are reacted at a temperature between 850 and 1100 ° C, thereby characterized in that the reaction mixture contains compounds of the general formula
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