DE865160C - Verfahren zur Erzeugung einer Germaniumschicht auf einem Germaniumkoerper - Google Patents

Verfahren zur Erzeugung einer Germaniumschicht auf einem Germaniumkoerper

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DE865160C DEW7362A DEW0007362A DE865160C DE 865160 C DE865160 C DE 865160C DE W7362 A DEW7362 A DE W7362A DE W0007362 A DEW0007362 A DE W0007362A DE 865160 C DE865160 C DE 865160C
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf Geräte und Methoden zur Herstellung von halbleitenden Körpern, vornehmlich Germaniumkörpern, welche sich besonders für Fernmeldeübertragungsvorrichtungen eignen.
Ein Typ von Fernmeldeübertragungsvorrichtungen, auf welchen diese Erfindung Anwendung finden kann, enthält einen Germaniumkörper mit zwei aneinander angrenzenden Zonen von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp, insbesondere N-Typ und P-Typ. Ähnliche Konstruktionen, die Germaniumkörper mit aneinander angrenzenden Zonen mit Typen entgegengesetzter Leitfähigkeit einschließen, finden in Verstärkern derjenigen Klasse Verwendung, welche jetzt alsTransistor bekannt sind.
Die Betriebsmerkmale solcher Vorrichtungen sind von bestimmten Eigenschaften, wie der Ein-Kristall-Struktur und dem physikalischen Charakter der Zonen im Körper, abhängig. Vorteilhaft ist es beispielsweise, wenn die Zonen von Ein-Kristall-Struktur und gleichmäßiger Dicke sind.
Ein Hauptziel der Erfindung ist es, die Herstellung von halbleitenden Körpern mit Zonen entgegengesetzter Leitfähigkeit und mit im voraus bestimmten Eigenschaften zu ermöglichen. Genauer ausgedrückt verfolgt die Erfindung das Ziel, die Herstellung von Germaniumkörpern eines Leitfähigkeitstyps, welche an der Oberfläche ein dünnes Häutchen von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp tragen, zu ermöglichen, ein solches Häutchen von Ein-Kristall-Struktur oder Schichten zu erzeugen, deren Kristallachsen vorteilhafterweise mit Bezug auf die Achsen des Körpers ausgerichtet sind, ein solches Häutchen von gleichförmigem Charakter
und die Verwirklichung eines solchen Häutchens mit vorbestimmten Eigenschaften zu beschleunigen. Entsprechend' einem Hauptmerkmal der Erfindung wird ein Häutchen oder Schicht aus halbleitendem Material mit einer Leitfähigkeit oder ein Leitfähigkeitstyp auf einem Körper oder Grundstoff, bestehend aus einem Material unterschiedlicher Leitfähigkeit oder einer Type mit entgegenr gesetzter Leitfähigkeit durch pyrolytische Ablagerung des Materials des Häutchens oder Schicht bei kontrollierter Temperatur und entsprechenden örtlichen Bedingungen erzeugt.
Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung wird ein einzelnes Kristallhäutchen der Germanium-N- oder P-Type auf einen einzelnen Kristallkörper der Germanium-P- oder N-Type durch pyrolytische Zersetzung einer Germaniummischung, beispielsweise Germanium-Jodid-Dampf, in einer Kammer, in welcher ein oder mehrere Körper von einzelnen Kristallen des P-- oder N-Typs gelagert sind, aufgebracht. Das Häutchen ist vollkristallin, von gleichmäßiger und kontrollierbarer Zusammensetzung und Dicke und stellt in seiner Wirkung einer Vergrößerung des Einzelkristallkörpers dar. Die Erfindung sowie die obenerwähnten Merkmale und weitere Merkmale derselben werden in Verbindung mit der folgenden· Beschreibung1 mit Hinweisen zu der Zeichnung klarer und vollständiger verstanden werden.
Fig. i- ist eine Ansicht, vorwiegend in Schnittdarstellung des Gerätes zur Herstellung halbleitender Körper nach der Erfindung;
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung der Temperaturverteilung in der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung;
Fig. 3 ist eine Seitenansicht des Germaniumkörpers, der P- und N-Typ-Bereiche aufweist .und der erfindungsgemäß aufgebaut ist.
Nach Fig. ι besteht der dargestellte Apparat aus einem vorteilhafterweise aus Quarz od. dgl. hergestellten L-förmigen Gefäß mit einem senkrechten Teil 10' und einem waagerecht geführten Teil 11. An der Verbindungsstelle der beideniTeile 1Q1 und 11 sind zwei Einlaßrohre 12 und 131 eingeschmolzen, welche in das Gefäß-hineinifuhren und durch welche geeignetes Gas in das Gefäß eingeführt werden kann', wie das im folgenden beschrieben ist. Wie man sieht, endet das Rohr 12 kurz unterhalb der Achse des- waagerechten Teils 11, während das Rohr 13 bis unmittelbar an den Boden des Teiles id herunterführt. Ein Auslaßrohr führt durch einen Stopfen 15, welcher im das offene Ende des Gefäßteils 11 eingepaßt ist.
Der senkrechte Teil 10 des Reaktionsgefäßes taucht zu einem Teil in ein ölbad, welches vermittels eines Heizkörpers 17, der seine Energie aus einer Quelle iß bezieht, auf einer gleichmäßigen Temperatur gehalten, wird.
Über.dem Gefäßteilen ist ein keramisches zylindrisches Rohr 19 mit drei Heizwiderstandswicklunigen2O, 21 und 22 .angeordnet, welche ihre Energien jeweils aus· geeigneten Quellen 23, 214 und 25 beziehen·. Wie ersichtlich, ist jeder Heizkörper einer zugehörigen Zone A, B oder C im Gefäßteil ia zugeordnet.
Im Teil Ib befindet sich auf dem Boden des Gefäßes eine Jodmenge 26. Innerhalb des Gefäßteils 11, angrenzend an die linke Seite oder den Anfang der Zone A, befindet sich eine Germaniummenge 27, welche pulverförmig ist oder aus einem Einzelstück besteht. Im Gefäßteil 11 sind außerdem mehrere Germaniumscheiben 218 angebracht. Im allgemeinen versorgen bei der Benutzung des Apparates die Energiequellen 18, 23, 24 und 251 die ihnen zugeordneten Heizelemente derart, daß innerhalb des Reaktionsgefäßes eine Temperaturverteilung1 erzeugt wird, welche der Darstellung nach Fig. 2 entspricht. Ein ständiger Strom eines geeigneten Gases, beispielsweise Wasserstoff, wird vermittels der Einlasse 12 und 13 durch das Gefäß geleitet. Der vom Wasserstoffstrom mitgeführte Joddampf reagiert mit dem Germanium 27 zu Germaniumjodid, nämlich zu GeJ2 und GeJ4.
Dieser Dampf wird pyrolytisch zersetzt, wobei Germanium auf den Scheiben 2j3i abgeschieden wird. Es hat sich gezeigt, daß bei der in Fig. 21 dargestellten Temperaturverteilung der Hauptanteil des Germaniums in Häutchenform auf den Scheiben 28 in der Mitte der Zone A und, mit Bezug auf Fig. 1, rechts davon auftritt.
Bei einer besonderen. Anwendung wurde Wasserstoff mit» 0,07 ccm/sec durch das Reaktionsgefäß geleitet, wobei der Gefäßteil 11 zylindrisch war und 2,22 cm im Durchmesser betrug. Bei Aufrechterhai tung der Temperatur des Bades 16 auf 45'°' C sättigte sich der Wasserstoff mit Joddampf. Der Wasserstoff-Jodf-Dampf strom hielt etwa 16 Stunden an und führte über die N-Germanium-Scheiben 28, die einen Durchmesser von 12,7 mm besaßen. Die Germaniummasse 27 war vom P-Leitfähigkeitstyp und enthielt i>% Gallium. Es wurden Germaniutnhäutchen in der Größenordnung von 0,076 mm Dicke auf den Scheiben 2® niedergeschlagen.
Die niedergeschlagenen Häutchen bestanden aus F-Typ-Germanium; sie besaßen einheitliche kristalline Struktur, bei gleicher kristallographischer Orientierung wie die Scheiben 28, und waren im wesentlichen spannungsfrei. Das- hergestellte Verbundprodukt ist in Fig. 3, gezeigt; es besteht aus n0 einem N-Typ-Germanium-Grundkörper oder Untergrund und einem P-Typ-Häutchen, welche zusammen den PN-Bereich / bilden. Dieser Bereich hat hervorragende Gleichrichtungseigenschaften. Beispielsweise zeigt die Verbindung des typischen n5 Musters in der in Fig. 31 abgebildeten Form ein Gleichrichtungsverhältnis in der Größenordnung von 1,000 bei 1 Volt.
Festes- Germanium und Joddampf verbinden sich bei Temperaturen um etwa 3ioo° C zu einer gasförmigen Phase. Ein· Verdünnungsmittel, Wasserstoff bei dem vorbeschriebenen Beispiel, ist vorteilhaft für einen ruhigen Ablauf der Reaktion, wobei das Verdünnungsverhältais in dem gegebenen Falle über 10 : ι hinausgeht. Es hat sich gezeigt, daß χ25 reiner Wasserstoff ein- besonders wirksames Ver-
dünnungsmittel ist, und zwar hinsichtlich der Ablagerung von. Häutchen auf den Scheiben oder Körpern 218. Beispielsweise setzt er die Zersetzungstemperatur von Germaniumjodid herab. Wenn Wasserstoff mit etwa 1 % Stickstoff verunreinigt wird, bilden sich Germaniumnadeln auf den Wänden des Gefäß teils 11.
Aus der vorangegangenen Beschreibung· und besonders aus der Fig. 2 ist zu ersehen, daß die pyrolytische Zersetzung der Germaniumjodide unter 500101C bewirkt wird; bei dieser Temperatur sind N-Typ-Germanium und Germanium mit langer Lochlebensdauer stabil.
Wenn auch die Erfindung in Verbindung mit der Ablagerung eines Ein-Kristall-Häutchens vom P-Typ-Germanium durch Anwendung einer Germaniummasse 27 mit Gallium als Nehmerverun^ reinigung beschrieben worden ist, so können andere derartige Verunreinigungen, z. B. Indium, AIuminium oder Bor, Verwendung finden. Das Verfahren kann auch zur Erzeugung von Häutchen mit N-Typ-Leitfähigkeit Anwendung finden; in diesem Falle enthält die Germaniummasse eine Geberverunreinigung, z. B. Arsen oder Phosphor, und die Scheiben 28 bestehen aus Germanium vom P-Leitfähigkeitstyp. Des weiteren kann die Erfindung dazu benutzt werden, um aufeinanderfolgende Schichten verschiedener Leitfähigkeit oder von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp herzustellen.
Beispielsweise kann nach der Ablagerung· eines Häutchens oder einer Schicht vom N-Typ eine Nehmerverunreinigung in der Form von Galliumjodid, Aluminiumjodid oder Borjodid, z. B. durch einen dem Einlaß· 1.2 ähnlichen Einlaß, in die Reaktionskammer eingeführt werden, wodurch in Abhängigkeit von dem Verunreinigungsgehalt das nächste abgelagerte Germaniumhäutchen von weniger ausgeprägtem N-Typ oder vom P-Typ sein wird. Die Geberverunreinigungen können in ähnlicher Weise eingeführt werden. In gleicher Weise kann durch Steuerung des Anteils der zugefügten Verunreinigung die Leitfähigkeit des abgelagerten Häutchens oder der abgelagerten Häutchen beeinflußt werden, beispielsweise um eine Leitfähig- keitsabstufung in dem gewonnenen Germaniumkörper in Richtung zu dem PN-Bereich und von diesem Bereich weg zu erzeugen. Die Einführung der bezeichnenden Verunreinigung kann gleichzeitig mit der Häutchenabscheidung vorgenommen werden, wodurch eine Störung und Spannung der Oberfläche und daraus sich ergebende Unvollkommenheiten der kristallinen Struktur des Häutchens vermieden werden.
Es ist gleichfalls^ zu bemerken, daß, wenn auch bei dem beschriebenen speziellen Beispiel Germaniumjodid verwendet wurde, andere Germaniumverbindungen, z. B. Bromid, Chlorid (digermane) oder Hydrid, verwendet werden können. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit der Herstellung von Germaniumkörpern beschrieben wurde, so· kann sie auch Anwendung finden, um Siliciumkörper herzustellen, welche ein oder mehrere PN-Verbindungsbereiche enthalten.
Schließlich wird es verständlich sein, daß die beschriebene spezielle Ausführungsform nur der Erläuterung dienen soll und: daß verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne dadurch von dem Umfang und Wesen der Erfindung abzuweichen.

Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE:
1. Verfahren zur Erzeugung einer Germaniumschicht auf einem Germaniumkörper, dadurch gekennzeichnet, daß über den in einer Kammer angebrachten Körper ein Germaniumhalogenid (halide) in Gasform geleitet wird, wobei die Kammer nebst Inhalt derart erhitzt wird, daß eine thermische Zersetzung des Halogenide stattfindet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Germaniumhalogenid Germaniumjodid ist.
3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche zur Erzeugung einer Schicht mit vorbestimmtem Leitfähigkeitstyp auf einem Körper, dadurch gekennzeichnet, daß das Germaniumhalogenidgas eine Verunreinigung enthält, welche den Leitfähigkeitstyp der Schicht bestimmt.
4. Verfahren nach Anspruch 3·, wobei auf dem Körper eine Schicht des N-Leitfähigkeitstyps erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die im Halogenid enthaltene Verunreinigung eine Geberverunreinigung ist.
5. Verfahren nach Anspruch 31, wobei auf dem Körper eine Schicht des P-Leitfähigkeitstyps erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die im Halogenid enthaltene Verunreinigung eine Nehmerverunreinigung ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis S, dadurch gekennzeichnet, daß das Germaniumjodid in der Kammer durch Einführen einer Germaniummenge, zweckmäßig in Pulverform, und einer Jodmenge, ebenfalls zweckmäßig in Pulverform, durch Erhitzung des Jods auf etwa 450C und Überleitung eines Gases, beispielsweise Wasserstoff, über das erhitzte Jod und über die Germaniummenge und den Körper hergestellt wird, wobei die no Kammertemperatur in der Nähe der Germaniummenge auf 410 bis 4|6o10' gehalten wird.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper ein Ein-Kristall-Körper ist.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper aus einem Körper besteht, der eine Vorbehandlung entsprechend dem Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche erfahren hat, zu dem Zweck, aufeinanderfolgende Ablagerungen auf dem Körper zu erzeugen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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