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DE1544200C3 - Process for the production of semiconductor bodies - Google Patents

Process for the production of semiconductor bodies

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Publication number
DE1544200C3
DE1544200C3 DE1544200A DE1544200A DE1544200C3 DE 1544200 C3 DE1544200 C3 DE 1544200C3 DE 1544200 A DE1544200 A DE 1544200A DE 1544200 A DE1544200 A DE 1544200A DE 1544200 C3 DE1544200 C3 DE 1544200C3
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temperature
emission
radiation
reaction
spontaneous
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Application number
DE1544200A
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German (de)
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DE1544200A1 (en
DE1544200B2 (en
Inventor
Gerald Wayne Oneonta Manley
Philip Stevenson Athens Pa. Mcdermott
Ralph James Riley
Lawrence Robert Yetter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
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Publication date
Application filed by International Business Machines Corp filed Critical International Business Machines Corp
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Publication of DE1544200B2 publication Critical patent/DE1544200B2/en
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Publication of DE1544200C3 publication Critical patent/DE1544200C3/en
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Description

3 43 4

in der Gegend von 1,25 μπι, 1,6 um und 2,25 μίτι. Mit nierungsreaktion sind an und für sich bekannt und diesen Verfahren sollen sich insbesondere örtliche werden in diesem Zusammenhang daher nicht weiter Übergänge von hohen zu tiefen Temperaturen schnei- erläutert. Es handelt sich im vorliegenden Ausfühler durchführen lassen, als dies mit den bisher be- rungsbeispiel im wesentlichen darum, daß die Diskannten Verfahren möglich war. 5 proportionierungsreaktion den Transport von Mate-Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein rialien in Form von Iodiden in der Dampfphase (Iod Verfahren zur Herstellung von Halbleiterkörpern mit- ist das Transportmittel) von den eine bestimmte Temtels Gastransportreaktion in einem Quell- und Keim- peratur aufweisenden Quellmaterialien zu dem eine elemente enthaltenden Vakuumgefäß gelöst, wobei tiefere Temperatur aufweisenden aufnehmenden Subdie zur Durchführung des Verfahrens im Bereich des io strat erfolgt.in the area of 1.25 μm, 1.6 μm and 2.25 μm. With renation reaction are known per se and these procedures should therefore not be further localized in this context Transitions from high to low temperatures are explained in detail. It is in the present probe can be carried out, as with the previous example, essentially about the fact that the disknowed Procedure was possible. 5 proportioning reaction of the transport of mate-This object is achieved according to the invention by a rialien in the form of iodides in the vapor phase (iodine Process for the production of semiconductor bodies with- is the means of transport) of which a certain Temtels Gas transport reaction in a source material having source and germination temperature to one elements containing vacuum vessel dissolved, with lower temperature having receiving subdie to carry out the procedure in the area of the io strat.

Substrats und der Quellsubstanzen erforderlichen Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah-Temperaturen durch Erwärmung des Vakuumgefä- rens erfolgt mit Hilfe der in den F i g. 1 und 2 darßes und/oder durch örtlich verschiedene Wärme- gestellten Anordnung. Die Anordnung besteht im wezufuhr eingestellt werden. Das erfindungsgemäße Ver- sentlichen aus einer aus Quarz bestehenden Reakfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Einstel- 15 tionskammer 10, die eine halbzylindrische Form hat lung der örtlichen Temperaturen zusätzlich durch und eine gerade Wand 12 aufweist. Am Ende der steuerbare Wärmeabfuhr über Kühlkörper herbei- Kammer 10 ist eine durchsichtige Quarzwand 14 angeführt wird, geschweißt, die die Kammer nach dieser Richtung Eine besonders vorteilhafte Ausbildungsform des abschließt und ein Beobachtungsfenster bildet. Die erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekenn- 20 entgegengesetzte Seite der Kammer ist ursprünglich zeichnet, daß, bei Benutzung von III-V-Verbindun- οίϊεη> so daß die verschiedenen Substanzen, die für gen, das Vakuumgefäß auf eine Temperatur zwischen. den- Aufwachsprozeß erforderlich sind, eingeführt 750 und 900° C erwärmt wird. werden können. Die Kammer wird evakuiert und an Ein weiteres besonders vorteilhaftes Kennzeichen dieser Seite mit einem Quarzpfropfen 16, wie aus des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß 25 Fl§· 2 ersichtlich, versiegelt.The process temperatures according to the invention by heating the vacuum vessel are carried out with the aid of the methods shown in FIGS. 1 and 2 represent and / or through locally different heat-provided arrangement. The arrangement consists in adjusting the supply. What is essential according to the invention from a reactor consisting of quartz is characterized in that the setting chamber 10, which has a semi-cylindrical shape, also has a straight wall 12 for the local temperatures. At the end of the controllable heat dissipation via heat sink chamber 10, a transparent quartz wall 14 is attached, welded, which closes the chamber in this direction and forms an observation window. The method according to the invention is characterized in that the opposite side of the chamber is originally characterized in that, when using III-V compounds οίϊεη > so that the various substances that are responsible for the vacuum vessel to a temperature between. the - growth process are required, introduced 750 and 900 ° C is heated. can be. The chamber is evacuated and sealed to another particularly advantageous feature of this side with a quartz plug 16, as from the method according to the invention is that 25 fl 2 can be seen.

die Temperatur der zu beschichtenden Fläche des Die Reaktionskammer 10 weist zwei Temperatur-Keimkristalls nach Anlaufen des Transportvorganges bereiche auf, die dadurch gebildet werden, daß unter und Auftreten eines Kondensats so eingestellt wird, der als Boden-Teil dienenden geraden Wand 12 der daß die abgelagerte Schicht eine einheitlich glän- Kammer zwei Metallblocke 18 und 20 angeordnet zende Oberfläche aufweist. 3<> smd, die als Wannesenken dienen1. Die Wannesenken Anschließend wird die Erfindung an Hand der JJ und 20 werden durch Bander 19 und 21 gehaltert. Figuren näher erläutert. Es zeigt Die Warmesenken werden vorzugsweise aus einer F i g. 1 die perspektivische Darstellung einer Appa- f^ten^ wie Silber hergestellt die eine gute Warmeratur zum KriLllwachsen gemäß der Erfindung, leitfähigkeit aufweist und bei den in Betracht kom-the temperature of the surface to be coated The reaction chamber 10 has two temperature seed crystals after the start of the transport process, which are formed by the fact that under and occurrence of a condensate is set, serving as the bottom part of the straight wall 12 of the that the deposited Layer has a uniformly glossy chamber two metal blocks 18 and 20 arranged zende surface. 3 <> smd, which serve as tub sinks 1. The tub sinks Then the invention on the basis of JJ and 20 are supported by bands 19 and 21. Figures explained in more detail. It shows the heat sinks are preferably from a fig. 1 as silver produced which has the perspective view of an appA f ^ th ^ a good Warmeratur to KriLllwachsen conductivity according to the invention and communication with the contemplated

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Kammer, die 35 menden Temperaturen nicht beschädigt wird,
einen Teil der Apparatur nach F i g. 1 bildet, D£ Warmesenken 18 und 20 haben Ausnehmun-F ig. 3 die schematische Darstellung einer Injek- ^2I zum Durchlauf von Flüssigkeiten, an die Flus-.. f. , -OJCCJ sigkeitsleitungen 24 und 26 angeschlossen sind, mit tionsdiode gemäß der Erfindung ■ deren Hilfe ein Kühlmittel, beispielsweise Luft, zum Fig. 4 Diagramme die die Bandbreite der durch ^ ^ Flüssigkeitsleitunspontane und durch stimuherte Emission erzeugten 4° 24 u S nd 26 sind mit d ten Vorric|t zur Strahlung einer Diode gemäß der Erfindung darstellen. lufrechterhaltung eines S Kühlmittelumlaufs verbun-F1 g._5 die schematische Darstellung der Korrela- den ^ ^ der ^. 24 verbundene vorrichtung tion zwischen der Strahlungswellenlange und der Zu- zuf AufrechterhaItung *des Umlaufs ist unabhängig sammensetzung von Dioden gemäß der Erfindung VQn der der Ld £ zugeordneten Vorrichtung, so Die Erscheinung der spontanen und der stimulier- 45 daß verschiedene Temperaturen an den Wärmesenten Strahlungsemission wurde in verschiedenen Halb- keQ 18 und 20 aufrechterhalten werden können, die leitermatenahen beobachtet. Eine der fur das Auf- durch Temperaturfühler 28 und 30 überwacht wertfreien dieser Erscheinung erforderlichen Eigenschaf- den Diese Aufgabe wu-d bei den in Fig. 1 und 2 ten eines halbleitenden Materials ist das Vorliegen in dargestellten Vorrichtungen durch Thermoelemente Form von homogenen Einkristallen von hoher Quali- 5<> ^.^ di& ^ metallischen Wärmesenken berühren tat und Vollkommenheit. Gemäß der Erfindung wer- und ^ geeigneten, nicht dargestellten Vorrichtungen den Mittel und Verfahren angegeben, durch die halb- zur Registrierung der Temperaturen verbunden sind, leitende Zusammensetzungen der Elemente der drit- Dj6 Warmesenken 18 und 20 und die ihnen zugeordten und fünften Valenzgruppe des Mendeleeffschen neten Temperatursteuer- und Anzeigevorrichtungen periodischen Systems in Form von Einkristallen der 55 ermöglichen die AufrechterhaItung zweier Bereiche gewachsen werden können, mit denen die spontane mjt veränderlichen Temperaturen innerhalb der und stimulierte Emission verwirklichbar ist. Mit Hilfe Kammer 10. Der der Senke 18 zugeordnete Bereich dieser Mittel und Verfahren wurden neue homogene sej ein Ablagerungsbereich und der der Senke 20 Einkristalle von guter Qualität und kontrollierbarer benachbarte Bereich sei ein Quellsubstanzbereich. Zusammensetzung im System In(AsxP1.*) hergestellt. 60 innerhalb der Kammer, unmittelbar über der Wärme-Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung senke 18 ist ein Substrat 32 angeordnet, auf dem der der erfindungsgemäßen Kristalle wird durch eine Gas- Kristall aufgewachsen wird. Oberhalb der Senke transportreaktion verwirklicht, bei der bei Tempera- werden Stücke 34 und 36 des Quellmaterials angeturen, die niedriger als die Schmelz-Temperaturen ordnet.
2 shows a longitudinal section through the chamber, which is not damaged at 35 mend temperatures,
part of the apparatus according to FIG. 1 forms, D £ heat sinks 18 and 20 have Ausnehmun-F ig. 3 the schematic representation of an Injek- ^ 2 I for the passage of liquids, to the Flus- .. f. , -OJCCJ fluid lines 24 and 26 are connected, with tion diode according to the invention ■ whose help a coolant, for example air, to Fig. 4 diagrams the nd the range of 4 ° 24 S u generated by ^ ^ Flüssigkeitsleitunspontane and stimuherte emission 26 are d th Vorric | t represent the radiation of a diode according to the invention. l ufrechterhaltung an S coolant circulation verbun-F1 g._5 the schematic representation of the correlation of the ^ ^ ^. 24 connected device tion between the radiation wavelength and the supply zuf AufrechterhaItung * of the circulation is independent of the invention VQN composition of diodes according to the the Ld £ associated device, so the appearance of spontaneous and stimulier- 45 that various Temp eraturen to the heat ducks radiation emission can be maintained in different halves of keQ 18 and 20, those close to the ladder mat can be observed. One of the monitors for the ascent by temperature sensors 28 and 30 of this phenomenon value-free Eigenschaf- required to this Au f reproducing wu d in th in Fig. 1 and 2 of a semiconducting material is the presence in devices shown by thermocouples form of homogeneous crystals of high quality- 5 <> ^. ^ di & ^ metallic heat sinks touch tat and perfection. According to the invention and suitable devices, not shown, are given the means and methods by which semi-connected to register the temperatures, conductive compositions of the elements of the third Dj 6 heat sinks 18 and 20 and their associated and fifth valence groups can be Mendeleeffschen Neten temperature control and display devices, the periodic system in form of single crystals of the 55 enable AufrechterhaItung two areas grown with which the spontaneous m j t variable temperatures can be realized within and stimulated emission. With the help of chamber 10. The drain 18 of the associated region of these means and methods have been new homogeneous se j e in the deposition area and the valley 20, single crystals of good quality and controllable adjacent region is a source substance area. Composition in the system In (As x P 1. *) Produced. 60 inside the chamber, directly above the heat-the inventive method for manufacturing sink 18, a substrate 32 is arranged on which the crystal according to the invention is grown by a gas crystal. Above the sink, the transport reaction is realized, at which, at temperature, pieces 34 and 36 of the source material are put on, which are lower than the melting temperatures.

der beteiligten Elemente sind, Elemente durch eine 65 Um das Wachsen eines Einkristalls hoher Qualität Disproportionierungsreaktion von einem Quellmate- und Vollkommenheit sicherzustellen, muß das Subrial auf eine Unterlage abgelagert werden. Die Grund- strat 32 sorgfältig vorbereitet werden. Es ist von lagen des Dampfaufwachsens und der Disproportio- großer Wichtigkeit, daß das Substrat 32 selbst einof the elements involved are elements through a 65 order the growth of a single crystal of high quality To ensure disproportionation reaction of a source material and perfection, the subrial must be deposited on a support. The base strat 32 must be carefully prepared. It's from The vapor growth and the disproportion were of great importance that the substrate 32 itself

5 65 6

Einkristall ist, der entlang kristallographischer Flä- etwa 0,5 bis 5 mg wird in einer Kammer von etwa 5 chen geschnitten ist, so daß eine in der gewünschten oder 6 cm3 Inhalt eine Verunreinigungskonzentration kristallographischen Ebene liegende Aufnahmefläche von etwa 4 . 1019 Trägern je cm3;Kristall erzeugt.
33 gebildet wird.' Das Substrat muß nicht aus der Als Transportmittel wird hochreines Jod venvengleichen Substanz wie der darauf zu wachsende Kri- , 5 det. Wegen des niedrigen Schmelzpunktes dieser stall bestehen, es sollte aber aus einem Material be- Substanz, muß während des Evakuierens der Kamstehen, das eine ähnliche Gitterbeschaffenheit wie die mer 10 darauf geachtet werden, daß es nicht verdes aufzuwachsenden Kristalls aufweist. dampft. Um dies zu vermeiden, wird die Kammer 10
A single crystal is cut along a crystallographic area of about 0.5 to 5 mg in a chamber of about 5 surfaces, so that a receiving area of about 4 lying in the desired or 6 cm 3 content in the crystallographic plane is an impurity concentration. 10 19 carriers per cm 3; Crystal generated.
33 is formed. ' The substrate does not have to be taken from the As a means of transport, highly pure iodine is used as a substance similar to the substance to be grown on it. Because of the low melting point, this stall should be made of a material, but during the evacuation of the chamber, which has a similar lattice structure as the mer 10, care must be taken to ensure that it does not contain any crystals that are to be grown. steams. To avoid this, the chamber 10

Als besonders geeignet zur Durchführung des er- mittels einer nicht gezeigten Vakuumpumpe vor derAs particularly suitable for carrying out the he by means of a vacuum pump (not shown) before the

findungsgemäßen Verfahrens haben sich Substrate 10 Einführung des Jods evakuiert. Das Jod wird inAccording to the inventive method, substrates 10 have evacuated the introduction of iodine. The iodine is in

aus Indiumarsenid-Einkristallen erwiesen. Diese Sub- einem besonderen Gefäß untergebracht, das ebenfallsfrom indium arsenide single crystals. This sub- housed a special vessel, which also

strate werden aus einkristallinen Blöcken geschnitten, mit der Vakuumpumpe durch eine ursprünglich ge-strates are cut from monocrystalline blocks, with the vacuum pump through an originally

die vorher mit Hilfe von röntgentechnischen Verfah- schlossene Röhre verbunden ist.which was previously connected with the help of X-ray technology.

ren ausgerichtet wurden, um in der kristallographi- Nachdem die Kammer 10 auf etwa 10~7Torr eva-ren were aligned in the crystallographic After the chamber 10 EVA to about 10 -7 Torr

schen Fläche (100) liegende Aufnahmeflächen zu er- 15 kuiert wurde, wird das Absaugrohr von der Pumpe's surface (100) receiving surfaces lying was kuiert to ER- 15, the suction pipe from the pump is

halten. Die aufnehmende Oberfläche jedes Substrats entfernt und das Ventil, das die Verbindung zumkeep. The receiving surface of each substrate is removed and the valve that connects to the

32 wird unter Verwendung einer Glasplatte und eines Jodbehälter steuert, wird geöffnet. Der Jodbehälter32 is controlled using a glass plate and an iodine container is opened. The iodine container

beispielsweise aus Siliziumkarbid bestehenden Polier- ist so klein, daß die darin enthaltene Luft das Va-Polishing made of silicon carbide, for example, is so small that the air it contains is the

mittels mit einer Korngröße von etwa 40 μΐη poliert kuum nicht weiter als auf 10~4 Torr reduziert. Nach-by means of a grain size of about 40 μΐη polished kuum no further than reduced to 10 ~ 4 Torr. To-

und anschließend mit Hilfe einer Alkoholbromid- 30 dem der Jodbehälter evakuiert wurde, wird er inand then with the help of an alcohol bromide 30 from which the iodine container was evacuated, it is in

mischung auf einem eine Korngröße von 0,1 μπι auf- flüssigen Stickstoff getaucht, um ein Sublimieren desmixture immersed in a grain size of 0.1 μm on liquid nitrogen in order to sublimate the

weisenden Pölierpapier feinpoliert. Jods zu vermeiden, und der Pumpvorgang wird bispointing polishing paper finely polished. Avoid iodine and the pumping will be up

Die Donatoren- oder Quellmaterialelemente 34 zum Erreichen eines Vakuums von 10~7 Torr in der und 36 liegen in Form von Blöcken vor, die sämtliche Kammer fortgesetzt. Dann wird die Kammer in flüs-Elemente enthalten, die in dem aufzuwachsenden 25 sigen Stickstoff getaucht und der Jodbehälter wird Kristall zu kombinieren sind. Beim Wachsen von langsam erwärmt, so daß das Jod in die Kammer 10 Kristallen des Systems In(AsxP1^.) werden Blöcke durch Destillation übertragen wird. Anschließend aus InAs und InP verwendet. Die Blöcke können wird der Pfropfen 16 zwecks Versiegelung der Kampolykristallin sein und müssen nicht entlang von mer verschweißt und die Verbindung mit der Vakristallographischen Achsen geschnitten sein. Es hat kuumpumpe wird unterbrochen. Es ist natürlich auch sich gezeigt, daß die Zusammensetzung des gewachse- möglich, andere an und für sich bekannte Verfahren nen Kristalls abhängig ist von der Größe der dem zur Einführung des Jods in die Kammer zu verSubstrat in der Reaktionskammer zugewandten wenden.
Flächen der Blöcke. Nachdem die Reaktionskammer beschickt, eva-
The donor-source material or elements 34 to achieve a vacuum of 10 -7 Torr in the and 36 are in the form of blocks, which all continued chamber. The chamber is then included in FLÜS elements sigen in the 25 to be grown nitrogen and immersed Jodbehälter crystal is to be combined. When growing slowly heated so that the iodine in the chamber 10 crystals of the system In (As x P 1 ^.) Blocks are transferred by distillation. Then used from InAs and InP. The blocks can be the plug 16 for the purpose of sealing the kampolycrystalline and do not have to be welded along the mer and the connection with the vacristallographic axes cut. It has kuumpump is interrupted. It has of course also been shown that the composition of the grown crystal is possible, other methods known per se, depending on the size of the substrate in the reaction chamber facing the substrate to be used for introducing the iodine into the chamber.
Faces of the blocks. After the reaction chamber has been loaded, eva-

Es scheint, daß der Ätzvorgang an den Quell- kuiert und versiegelt wurde, werden die Wärmesenken materialien, vornehmlich an diesen Flächen statt- 35 an ihren Plätzen befestigt und die ganze Apparatur findet, obwohl auch die oberen und seitlichen Flächen wird in einem Ofen, beispielsweise in einem Ofen 38 in gewissem Umfang geätzt werden. Der Zusammen- von der in der F i g. 1 dargestellten Art, untergehang zwischen der Größe der den Keimen züge- bracht. Der Ofen wird verschlossen und versiegelt, wandten Fläche ist aber so stark, daß man auf diese um unerwünschte Luftströmungen um die Kammer Weise die Zusammensetzung bis auf Toleranzen von 4° 10 zu vermeiden. Das Versiegeln des Ofens macht wenigen Prozenten bestimmen kann. Die Flächen 35 einen Durchblick zur Beobachtung des Innern der und 37 der Quellsubstanzblöcke 34 und 36 werden Kammer durch das Fenster 14 erforderlich. Der nachher so geschnitten, daß sie im Verhältnis der Durchblick kann beispielsweise durch eine Quarzgewünschten Zusammensetzung des Endproduktes platte an der linken Seite des Ofens 38 ermöglicht stehen. So wird beispielsweise für ein Kristall 45 werden.It appears that the etching was kuiert to the source and sealed, the heat sinks are materials, primarily Instead of these surfaces 35 fixed to their seats, and the whole apparatus takes place, although the upper and side surfaces in an oven, e.g. be etched in a furnace 38 to some extent. The combination of the in FIG. 1 shown, underlain between the size of the germs brought. The oven is closed and sealed, but the facing surface is so strong that you can avoid undesired air currents around the chamber way of the composition to tolerances of 4 ° 10. Sealing the oven makes a few percent that can be determined. The areas 35 have a view through the window 14 required for observation of the interior of the and 37 of the source substance blocks 34 and 36. The afterwards cut so that they are in proportion to the perspective, for example, by a desired quartz composition of the end product plate on the left side of the furnace 38 is made possible. For example, 45 will be for a crystal.

In(As0 5P05) die Größe der Flächen 35 und 37 Der Wachstumsprozeß wird durch Erhitzen des gleich gewählt. Soll ein In(As0 2P08)-Kristall erzeugt Ofens auf eine Temperatur von etwa 830° C eingewerden, so werden die Blöcke 34 und 36 so geschnit- leitet. Während des Erwärmungsprozesses wird man ten, daß die Größe der Flächen 35 und 37 im Ver- feststellen, daß das Innere der Kammer zunächst die hältnis 2: 8 stehen. Die Quellmaterialblöcke 34 und 5° violette Farbe des Jods und anschließend die gelb-36 werden mit Hilfe von Glasplatten und einem liehe Farbe des Indiumjodids annimmt.
Poliermittel, bestehend aus Siliziumkarbid mit einer Während die Temperatur innerhalb der Kammer Korngröße von etwa 40 μΐη poliert und mit einer wächst, werden die Kühlvorrichtungen für die Alkoholbromidlösung gesäubert, so daß sämtliche Wärmesenke 20 betätigt, um die Temperatur im Flächen regelmäßig und frei von Fremdsubstanzen 55 Quellbereich herabzusetzen. Der Durchfluß des Kühlsind. Sie werden dann in der Kammer 10 unmittelbar mittels wird so geregelt, daß die Temperatur des über der Wärmesenke 20 mit den Flächen 35 und 37 Quellbereiches etwa 1000C unter der Umgebungsin Richtung auf die Keime angeordnet. . temperatur liegt. Der Ablagerungsbereich wird nicht
In (As 0 5 P 05 ) the size of the areas 35 and 37. The growth process is chosen by heating the same. If an In (As 0 2 P 08 ) crystal is to be produced in a furnace at a temperature of about 830 ° C., the blocks 34 and 36 are cut in this way. During the heating process you will th that the size of the surfaces 35 and 37 in the ver that the interior of the chamber is initially the ratio 2: 8. The source material blocks 34 and 5 ° violet color of the iodine and then the yellow-36 are assumed with the help of glass plates and a borrowed color of the indium iodide.
Polishing agent, consisting of silicon carbide with a while the temperature inside the chamber polishes grain size of about 40 μΐη and grows with one, the cooling devices for the alcohol bromide solution are cleaned so that all heat sinks 20 are actuated to keep the temperature in the surface regular and free of foreign substances 55 Reduce the source area. The flow of cooling are. They are then controlled in the chamber 10 directly by means of is controlled so that the temperature of the swelling area above the heat sink 20 with the surfaces 35 and 37 is about 100 ° C. below the ambient in the direction of the germs. . temperature is. The deposit area will not

Die in der Reaktionskammer gewachsenen Kristalle wesentlich gekühlt. Er wird unter Umständen um sollen während des Wachstums gleichzeitig dotiert 6o einige Grad unter der umgebenden Ofentemperatur werden, so daß es notwendig ist, in der Kammer eine gehalten, um die Möglichkeit einer positiven Steuegeeignete Menge von Dotiermaterial unterzubringen. rung nach beiden Richtungen zu haben. Der Quell-DasDotiermaterial wird entsprechend der gewünsch- materialbereich wird deshalb gekühlt, um einen geten Verunreinigung des Kristalls gewählt. Zum wissen Dampftransport vom Keim zu dem Quell-Wachsen von η-leitenden Kristallen wird eine kleine 65 material zu bewerkstelligen, wodurch die Fläche 33 Menge von Tellur oder von anderen η-dotierenden gereinigt wird und um sicherzustellen, daß irgend-Substanzen, wie Selen, Silizium usw., in die Kammer welche unerwünschte bei niedrigen Temperaturen eingebracht. Beispielsweise durch eine Menge von entstehenden Reaktionsprodukte im QuellbereichThe crystals grown in the reaction chamber are substantially cooled. It may be doped by a few degrees below the ambient furnace temperature at the same time during growth, so that it is necessary to keep an amount of doping material in the chamber appropriate to the possibility of positive control. tion in both directions. The source and the doping material is selected according to the desired material area is therefore cooled in order to avoid contamination of the crystal. To know the transport of vapor from the seed to the swelling growth of η-conducting crystals, a small material has to be brought about, whereby the surface 33 is cleaned of tellurium or from other η-dopants and to ensure that any substances like selenium, Silicon, etc., introduced into the chamber which undesirable at low temperatures. For example, through a large number of reaction products formed in the swelling area

kondensiert werden und den Keim nicht vergiften. Wenn die Temperatur über etwa 500° C steigt, so ändert sich die Struktur der oberen Fläche des Keims und wird stark glänzend. Diese Änderung im Aussehen erfolgt als Folge einer Ätzung der Oberfläche durch Joddampf. Dieses Ätzen der Keimfläche reinigt sie als Vorbereitung für die nachfolgende Ablagerung und wurde als notwendig befunden, um das Aufwachsen eines Kristalls guter Qualität sicherzustellen. Während der Ätzvorgang an der Fläche des Keimes beginnt, die dem Quellbereich zugewandt ist, wird auch die Fläche 33 genügend geätzt, so daß sie gereinigt wird, bevor die Front wesentlich abgetragen wird.are condensed and do not poison the germ. If the temperature rises above about 500 ° C, so the structure of the upper surface of the germ changes and becomes very shiny. This change in appearance occurs as a result of the surface being etched by iodine vapor. This etching of the germinal surface cleans use them as preparation for subsequent deposition and was found to be necessary for growth of a good quality crystal. During the etching process on the surface of the germ begins facing the source area, the surface 33 is etched enough so that it is cleaned before the front is significantly eroded.

Der Vorätzvorgang verlangt nicht viel Zeit und kann nach etwa 10 Minuten oder nachdem die Oberfläche des Keims ein gleichmäßig glänzendes Aussehen erreicht hat, als abgeschlossen gelten. Der Vorgang wird im allgemeinen abgeschlossen sein, wenn der Ofen die Temperatur von 800° C erreicht hat. Zu diesem Zeitpunkt wird die Zufuhr an Kühlmittel zu der dem Quellbereich zugeordneten Wärmesenke herabgesetzt, so daß dieser Bereich sich der Ofentemperatur bis auf wenige Grad nähert. Zu diesem Zeitpunkt wird das Kühlmittel durch die Wärmesenke 18 im Ablagerungsbereich der Kammer 10 geleitet, um diesen Bereich zu kühlen. Während die Temperatur im Quellbereich wächst, wird ein beträchtlicher Ätzvorgang an den Quellblöcken 34 und 36 beobachtet.The pre-etching process does not take much time and can take about 10 minutes or after the surface of the germ has achieved a uniformly shiny appearance, are considered complete. The process will generally be finished when the furnace has reached 800 ° C. At this point in time, the supply of coolant to the heat sink assigned to the source area is stopped so that this range approaches the oven temperature to within a few degrees. To this At this point, the coolant is passed through the heat sink 18 in the deposition area of the chamber 10, to cool this area. As the temperature in the swell area increases, it becomes considerable Etching process on the source blocks 34 and 36 observed.

Nun wird so viel Kühlmittel durch die Wärmesenke des Ablagerungsbereiches geleitet, daß die Temperatur in diesem Bereich unterhalb des Taupunktes der in der Kammer befindlichen Jodide sinkt, was eine Bildung eines Kondensats auf der Oberfläche des Keims zur Folge hat. Wenn dies stattfindet, wird der Kühlmitteldurchfluß vorsichtig verringert, um ein langsames Ansteigen der Temperatur im Ablagerungsbereich zu ermöglichen. Nach Überschreiten der Taupunkttemperatur wird das Kondensat auf dem Keim 32 verschwinden. Diese Temperaturen, die in geringen Grenzen auf Grund gewisser Unterschiede der Abmessungen des Quellmaterials und der Dotierungskonzentrationen usw. schwanken können, können mit genügender Sicherheit durch Ablesen der Temperatur der Wärmesenke 18 zum Zeitpunkt des Verschwindens des Kondensats bestimmt werden.So much coolant is now passed through the heat sink of the deposit area that the Temperature in this area below the dew point of the iodides in the chamber sinks, which results in the formation of condensate on the surface of the germ. When this takes place the coolant flow is carefully reduced in order to slowly increase the temperature to allow in the deposit area. After exceeding the dew point temperature, the condensate is disappear on the germ 32. These temperatures, which are within small limits due to certain Differences in the dimensions of the source material and the doping concentrations, etc., vary can, can with sufficient certainty by reading the temperature of the heat sink 18 to The time at which the condensate disappears can be determined.

Nun läßt man die Temperatur des Ablagerungsbereiches geringfügig (etwa 5 bis 1O0C) über den angegebenen Taupunkt ansteigen und dann wird der Kühlmitteldurchfluß so eingestellt, daß diese Temperatur konstant gehalten wird. Diese Temperatur liegt wesentlich unterhalb der Temperatur im Quellbereich, wie aus der dritten und vierten Spalte der Tabelle I zu ersehen ist. Unter diesen Bedingungen wird auf dem Keim das Wachsen eines Einkristalls beobachtet, dessen Zusammensetzung von den Abmessungen der Quellmaterialblöcke bestimmt wird, und der mit den vorgesehenen Substanzen dotiert ist. Wenn die Randbedingungen richtig eingestellt worden sind, wird eine gute Gleichmäßigkeit des Wachstums beobachtet. Die Qualität des Kristalls kann beim Vorliegen eines gleichmäßigen glänzenden Wachstums über die ganze Oberfläche des Keims hinweg visuell festgestellt werden. Treten Bedingungen auf, die den Wachstumsprozeß hindern, was beispielsweise am Auftreten von Kondensat oder durch das Wachsen vereinzelter Kristalle bemerkbar wird, dann können kleine kompensierende Einstellungen der Temperatur der Ablagerungszone durch Steuerung des Kühlmittels vorgenommen werden. Es kann zeitweise notwendig werden, eine Vertauschung der Temperaturen in den beiden besagten Bereichen vorzunehmen, so daß der Wachstumsprozeß umgekehrt und fehlerhaft gewachsene Teile des Kristalls entfernt werden. Dies kann mit der erfindungsgemäßenNow, the temperature of the deposition area is allowed to slightly (about 5 to 1O 0 C) over the specified dew point and then increase the flow of coolant is adjusted such that this temperature is kept constant. This temperature is significantly below the temperature in the swelling area, as can be seen from the third and fourth columns of Table I. Under these conditions, the growth of a single crystal is observed on the seed, the composition of which is determined by the dimensions of the source material blocks and which is doped with the intended substances. If the boundary conditions have been set correctly, good uniformity of growth is observed. The quality of the crystal can be visually determined when there is a uniform shiny growth over the entire surface of the seed. If conditions occur which hinder the growth process, which is noticeable, for example, in the occurrence of condensate or the growth of isolated crystals, then small compensatory adjustments to the temperature of the deposition zone can be made by controlling the coolant. At times it may be necessary to swap the temperatures in the two areas mentioned so that the growth process is reversed and parts of the crystal that have grown incorrectly are removed. This can be done with the inventive

Apparatur leicht durchgeführt werden. Nach der Entfernung der besagten Substanzen werden die ursprünglichen Wachetumsbedingungen, wie weiter oben beschrieben, wiederhergestellt.Apparatus can be carried out easily. After removal of said substances become the original growth conditions, as further described above, restored.

Am Ende des Wachstumsprozesses, der nach etwaAt the end of the growth process, which after about

5 bis 20 Stunden für einen Einkristall von etwa 0,5 mg beträgt, wird die Energiezufuhr zum Ofen unterbrochen und das System abgekühlt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Kühlmittelumlauf in der Wärmesenke herabgesetzt, so daß die Temperatur im Ablagerungsbereich sich der Temperatur der Kammer nähert. Der dem Quellbereich zugeordneten Wärmesenke 20 wird so viel Kühlmittel zugeführt, daß dieser Bereich wesentlich schneller abgekühlt wird als die anderen Teile des Systems. Durch diese Maßnahme wird die Beendigung des Wachstumsprozesses am Keim sichergestellt und bewirkt, daß alle noch vorhandenen Reaktionsprodukte im Quellbereich niedergeschlagen werden, so daß eine Vergiftung des gewachsenen Kristalls ausgeschlossen wird.5 to 20 hours for a single crystal of about 0.5 mg, the energy supply to the furnace is interrupted and the system cooled down. At this point, the coolant is circulating in the heat sink decreased so that the temperature in the deposition area approaches the temperature of the chamber. The heat sink 20 assigned to the source area is supplied with enough coolant that this area is cooled much faster than the other parts of the system. By this measure the termination of the growth process on the germ is ensured and causes all that are still present Reaction products are deposited in the swelling area, so that a poisoning of the grown Crystal is excluded.

Die Randbedingungen und Einzelheiten bei einer Mehrzahl von versuchsweise durchgeführten Wachstumsprozessen von Einkristallen bester Qualität werden in Tabelle I aufgeführt. Aus dieser Tabelle ist zu entnehmen, daß jede gewünschte Zusammensetzung von der Form In(AsxP1-1) in Form eines homogenen Einkristalls bester Qualität realisiert werden kann.The boundary conditions and details of a number of experimental growth processes of single crystals of the best quality are listed in Table I. From this table it can be seen that any desired composition of the form In (As x P 1-1 ) can be realized in the form of a homogeneous single crystal of the best quality.

Tabelle ITable I.

Exemplarcopy Zusammensetzungcomposition Temperatur
des
Quellmaterials
temperature
of
Source material
Temperatur
des
Trägers
temperature
of
Carrier
Konzentration
der Dotierung
concentration
the doping
Widerstand
des Kristalls
resistance
of the crystal
Hall
Konstante
Hall
constant
MRM 18MRM 18 InAsInAs Te-3,9-10"»Te-3.9-10 "» 9,73-10-*9.73-10- * 0,1610.161 MRM 19MRM 19 In (As0 82r018)In (As 0 82 r 018 ) 820° C820 ° C 76O0C76O 0 C Te-2,3-10"Te-2.3-10 " 9,74-10-«9.74-10- « 0,2730.273 MRM 20MRM 20 In(Aso,85Pn.15)In (As o, P 85 n. 15) 840° C840 ° C 76O0C76O 0 C Te-3,3-10»·Te-3,3-10 »· 22,6 -ΙΟ-4 22.6 -ΙΟ- 4 0,1920.192 MRM 21MRM 21 In(As0,51P0,49) In ( As 0.51 P 0.49) 820°C820 ° C 785° C785 ° C Te-1,4-10»·Te-1,4-10 »· 5,79-10-4 5,79-10- 4 0,4410.441 MRM 23MRM 23 In(As0i79P0i21)In (As 0i79 P 0i21 ) 825 bis 885° C825 to 885 ° C 76O0C76O 0 C Te-2,6-10«Te-2.6-10 " 13,7 -ΙΟ-*13.7 -ΙΟ- * 0,2300.230 MRM 24MRM 24 IO(AS0,87P0,13) OK ( AS 0.87 P 0.1 3 ) 835° C835 ° C 700° C700 ° C Te-1,8-10»>Te-1,8-10 »> 1,66-10-41.66-10-4 0,3360.336 MRM 25MRM 25 In(Aso,84Pn.ic) In ( As o, 84 P n.ic) 86O0C86O 0 C 78O0C78O 0 C Te-2,2-ΙΟ"Te-2.2-ΙΟ " 6,34-10-"6.34-10- " 0,2810.281 MRM 26MRM 26 In(As0>4IP0.M)In (As 0> 4I P 0. M ) 82O0C82O 0 C 72O0C72O 0 C Te-1,4-10»·Te-1,4-10 »· 2,26-10-"2.26-10- " 0,4450.445 MRM 28MRM 28 In(AS0.18P0.S2) In ( A S 0 .18 P 0.S 2 ) 8200C820 0 C 605° C605 ° C Te-6,8-1018 Te-6.8-10 18 6,65-10-"6.65-10- " 0,9180.918

ίοίο

Bei allen in der Tabelle I aufgeführten Wachstumsprozessen wurden die oben beschriebenen Bedingungen aufrechterhalten. Die Entfernung des Keims zum Quellenmaterial wurde geringfügig geändert, war aber immer geringer als 2V2 cm. Dieser Abstand wurde im übrigen als nicht besonders kritisch befunden. Wie weiter oben gezeigt, gibt es nur eine ganz allgemeine Bestimmung der Dotierungskonzentration, wenn das Dotierungsmittel sich frei in der Kammer 10 befindet. Wird eine genauere Steuerung dieses Vorganges gewünscht, so kann ein Kristall mit Hilfe von einem Paar Quellkristallen gewachsen werden, von denen der eine vorher in einer bestimmten Weise dotiert wurde und der andere undotiert ist. Durch Veränderung der Abmessungen des dotierten und des undotierten Quellkristalls kann jede gewünschte Dotierungskonzentration erreicht werden.In all of the growth processes listed in Table I, the conditions described above were used maintain. The distance of the seed to the source material was changed slightly but always less than 2V2 cm. This distance incidentally, was not found to be particularly critical. As shown above, there is only one whole general determination of the dopant concentration when the dopant is free in the chamber 10 is located. If more precise control of this process is desired, a crystal can be used with the help of grown from a pair of source crystals, one of which beforehand in a certain way was endowed and the other is undoped. By changing the dimensions of the doped and the undoped source crystal, any desired doping concentration can be achieved.

Aus den gemäß der Erfindung hergestellten Kristallen können in an und für sich bekannter Weise Dioden hergestellt werden. Ein besonders vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung einer Diode gemäß F i g. 3 aus einem η-dotierten Kristall wird anschließend beschrieben.The crystals produced according to the invention can be used in a manner known per se Diodes are made. A particularly advantageous method for producing a diode according to F i g. 3 made of an η-doped crystal will be described below.

Der Keim mit der darauf aufgewachsenen homogenen Einkristallschicht wird zuerst mit Hilfe eines Röntgendiffraktometers so eingestellt, daß er entlang der. kristallographischen (lOO)-Ebene geschnitten werden kann. Der Kristall wird entlang dieser Ebene geschliffen und poliert, um eine von Fehlern und Störungen freie Fläche zu erhalten. Diese Fläche wird die Fläche 40 der fertigen Diode. Nach dem Polieren wird der Kristall gewaschen, getrocknet und für die Diffusion einer Grenzfläche vorbereitet.The seed with the homogeneous single crystal layer grown on it is first produced with the aid of a X-ray diffractometer adjusted so that it runs along the. crystallographic (100) plane sectioned can be. The crystal is cut and polished along this plane to one of flaws and Disturbances to get free space. This area becomes area 40 of the finished diode. After polishing the crystal is washed, dried and prepared for the diffusion of an interface.

Für die Diffusion wird der Kristall in einem Quarzbehälter eingeschmolzen, in dem eine kleine Menge von Zinkarsenid, beispielsweise 2 mg für einen Behälter von 6 cm3 Inhalt, untergebracht ist, und der anschließend auf etwa 10~7 Torr evakuiert wird. Der Behälter wird anschließend in einem Ofen auf etwa 650° C für eine Zeitdauer von etwa 2 Stunden erhitzt. In dieser Zeit diffundiert das Zink von allen Seiten einschließlich der polierten Fläche (100) in den Kristall und erzeugt im η-leitenden Kristall eine p-leitende Schicht.For diffusion, the crystal is melted in a quartz container in which a small amount of zinc arsenide, for example 2 mg for a container of 6 cm 3 capacity, is accommodated, and which is then evacuated to about 10 ~ 7 Torr. The container is then heated in an oven to about 650 ° C for a period of about 2 hours. During this time, the zinc diffuses into the crystal from all sides, including the polished surface (100), and creates a p-conductive layer in the η-conductive crystal.

Wie in F i g. 3 mit dem Bezugszeichen 42 angedeutet, wird parallel zur (lOO)-Ebene zwischen dem puhd dem η-leitenden Bereich in etwa 25 μπι Abstand von der polierten Fläche eine Grenzfläche erzeugt.As in Fig. 3 indicated by the reference numeral 42, is parallel to the (100) plane between the puhd the η-conductive area at a distance of about 25 μm an interface is created from the polished surface.

Nach der Diffusion wird der Kristall geschliffen,After the diffusion, the crystal is cut,

um eine ebene Fläche entlang der (lOO)-Ebene an der Seite des Kristalls zu erhalten, die gegenüber der ursprünglichen geschliffenen Fläche liegt. Diese Fläche wird die Fläche 44 der fertigen Diode. Der Schleif-Vorgang wird so lange durchgeführt, bis alle sich an dieser Fläche noch befindlichen Spuren von p-leitendem Material entfernt sind und der Abstand zwischen den beiden gegenüberliegenden Flächen auf etwa 120 μΐη eingestellt ist.to get a flat surface along the (100) plane on the side of the crystal opposite to the original ground surface. This area becomes area 44 of the finished diode. The grinding process is carried out until all traces of p-conductive Material are removed and the distance between the two opposing faces is up about 120 μΐη is set.

Nach dem Schleifen wird der Kristall, der jetzt als etwa 120 μΐη dickes Plättchen vorliegt, erneut gewaschen und getrocknet und mit metallischen ohmschen Kontakten 46 und 48 an den in der (100)-Ebene liegenden Flächen 40 und 44 in an und für sich bekannter Weise, beispielsweise durch stromlose Ablagerung, versehen.After grinding, the crystal, which is now available as a 120 μm thick plate, is washed again and dried and with metallic ohmic contacts 46 and 48 on those in the (100) plane lying surfaces 40 and 44 in a manner known per se, for example by currentless Deposit, provided.

Es ist wünschenswert, daß die fertige Diode Endflächen 50 und 52 aufweist, die senkrecht zu der Grenzfläche liegen und optisch eben und parallel zueinander sind. Der Zweck dieser Flächen ist, einen Teil der im Bereich der Grenzfläche erzeugten Strahlung zu reflektieren und die Emission in an und für sich bekannter Weise zu verstärken. Während diese Flächen durch Schleifen und Polieren erzeugt werden können, ist es besonders vorteilhaft, sie durch SpaltenIt is desirable that the finished diode have end faces 50 and 52 that are perpendicular to the Interface and are optically flat and parallel to each other. The purpose of these surfaces is to provide a Part of the radiation generated in the area of the interface to reflect and the emission in and for to reinforce in a known manner. While these surfaces are created by grinding and polishing it is especially beneficial to split them by splitting them

des Kristalls entlang einer kristallographischen (HO)-Ebene zu erzeugen. Das Plättchen wird so gespalten, daß der Abstand der in einer (HO)-Ebene liegenden Flächen etwa 400 μπι beträgt. Die beiden Seitenkanten 54 und 56 der fertigen Dioden werden durchof the crystal along a crystallographic (HO) plane to create. The plate is split so that the distance between the two lying in a (HO) -plane Areas is about 400 μπι. The two side edges 54 and 56 of the finished diodes are through

Sägen erzeugt.Saws generated.

Die in F i g. 3 dargestellte fertige Diode wird mit elektrischen Zuleitungen 58 und 60 versehen, die mit den ohmschen Kontaktflächen 46 und 48 verbunden werden und zur Injektion von Trägern dienen.The in F i g. 3 illustrated finished diode is provided with electrical leads 58 and 60, which with the ohmic contact surfaces 46 and 48 are connected and are used for the injection of carriers.

Die nach dem oben angegebenen Verfahren hergestellten Dioden werden als Strahlungsemittierende Anordnungen verwendet, in die über die genannten Elektroden und eine Kraftquelle 62 Strom injiziert wird. Spontane Strahlungsemission wurde mit diesen Dioden bei injizierten Stromdichten von nicht mehr als 525 A je cm2 bei einer Temperatur von 77° K und 600 A je cm2 bei Raumtemperatur erreicht.The diodes produced by the method specified above are used as radiation-emitting arrangements into which current is injected via the electrodes mentioned and a power source 62. Spontaneous radiation emission was achieved with these diodes at injected current densities of not more than 525 A per cm 2 at a temperature of 77 ° K and 600 A per cm 2 at room temperature.

Angeregte Emission oder besser gesagt Lasertätigkeit wird mit Stromdichten von nicht mehr als 6000 A je cm2 bei Temperaturen von 77° K normalerweise erreicht. Sowohl die spontane als auch, die angeregte Emission wurden in Abwesenheit von jeglichen elektrischen Feldern erreicht.Excited emission, or rather laser activity, is normally achieved with current densities of no more than 6000 A per cm 2 at temperatures of 77 ° K. Both spontaneous and excited emissions were achieved in the absence of any electric fields.

Tabelle IITable II

Dioden-
Temperatur
Diode
temperature
StromdichteCurrent density Spontane EmissiorSpontaneous Emissior 11 LinienbreiteLine width StromdichteCurrent density Angeregte EmissionExcited emission LinienbreiteLine width
Exemplarcopy A/cm2 A / cm 2 Max. Linien
Wellenlänge
Max. Lines
wavelength
μπιμπι A/cm2 A / cm 2 Max. Linien
Wellenlängen
Max. Lines
Wavelengths
μπιμπι
77° K77 ° K 10501050 μπιμπι 0,240.24 μΐημΐη MRM 18MRM 18 77° K77 ° K 28202820 3,253.25 0,120.12 MRM 19MRM 19 4° K4 ° K 33003300 2,272.27 0,080.08 MRM 19MRM 19 4° K4 ° K 24002400 2,232.23 0,130.13 MRM 20MRM 20 300° K300 ° K 600600 2,472.47 0,180.18 MRM 21MRM 21 77° K77 ° K 525525 1,711.71 0,060.06 15.40015,400 0,00230.0023 MRM 21MRM 21 4° K4 ° K 40004000 1,611.61 0,020.02 2.5002,500 1,601.60 0,00510.0051 MRM 21MRM 21 2° K2 ° K 1,591.59 620620 1,591.59 0,00040.0004 MRM 21MRM 21 40K4 0 K 12001200 0,090.09 1,591.59 MRM 23MRM 23 4° K4 ° K 39003900 2,192.19 0,140.14 MRM 25MRM 25 77° K77 ° K 15001500 2,332.33 0,050.05 14.70014,700 0,00640.0064 MRM 26MRM 26 4° K4 ° K 1,441.44 35.60035,600 1,441.44 0,00520.0052 MRM 26MRM 26 1,431.43

In der Tabelle II sind Angaben über aus nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewachsenen Kristallen hergestellten Dioden zusammengestellt. In Tabelle II enthält die linke Spalte Angaben über das Kristallexemplar aus dem die Diode hergestellt wurde. Die Tabelle I gibt Angaben über den Wachstumsvorgang des betreffenden Exemplars.Table II gives details of crystals grown by the process according to the invention assembled diodes. In Table II, the left column contains information about the Crystal specimen from which the diode was made. Table I gives details of the growth process of the specimen in question.

Bei allen oben angegebenen Exemplaren wurde die spontane Emission durch Strominjektionen in Form von Impulsen von einer Länge von 10 μβ und einer Wiederholungsfrequenz von 500 Impulsen je Sekunde erzeugt.In all of the above specimens, the spontaneous emission was shaped by current injections of pulses with a length of 10 μβ and one Repetition frequency of 500 pulses per second generated.

Angeregte Emission wurde bei allen Versuchen mit dem Exemplar MRM 26 und bei Versuchen bei 77° K mit dem Exemplar MRM 21 durch die Injektion von Stromimpulsen von einer Länge von 50 ns und einer Wiederholungsfrequenz von 60 Hz erzielt. Bei Versuchen bei 4° K und 2° K mit dem Exemplar MRM 21 wurden Impulse von 500 ns-Dauer und einer Wiederholungsfrequenz von 100 Hz benutzt.Excited emission was observed in all experiments with the sample MRM 26 and in experiments with 77 ° K with the model MRM 21 through the injection of current pulses with a length of 50 ns and a repetition frequency of 60 Hz. When testing at 4 ° K and 2 ° K with the specimen For MRM 21, pulses with a duration of 500 ns and a repetition frequency of 100 Hz were used.

Aus der Tabelle II ist der weite Bereich von Wellenlängen ersichtlich, die mit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Dioden erzielt werden können. Obwohl nicht in allen Fällen angeregte Emission erzeugt werden konnte, ist doch zu ersehen, daß eine Laserfunktion in einem sehr weiten Bereich festgestellt werden kann.From Table II, the wide range of wavelengths can be seen, which with according to the invention Process manufactured diodes can be achieved. Though not excited in all cases Emission could be generated, but it can be seen that a laser function in a very wide range can be determined.

Es wird weiterhin darauf hingewiesen, daß der Laserstrahl, der mit der Diode aus dem Material MRM 21 hergestellt wurde, bei 2° K eine außerordentlich schmale Bandbreite aufweist. Nachdem die Wellenlänge dieses Materials der eines sogenannten atmosphärischen Fensters im Infrarotbereich entspricht, ist anzunehmen, daß diese Zusammensetzung eine besonders große Bedeutung hat.It is also pointed out that the laser beam emitted by the diode from the material MRM 21 was produced, has an extremely narrow bandwidth at 2 ° K. after the The wavelength of this material corresponds to that of a so-called atmospheric window in the infrared range, it can be assumed that this composition is of particularly great importance.

Es ist weiterhin zu beachten, daß die Diode MRM 21 spontane Emission bei normalen Stromdichten und bei Zimmertemperatur aufweist. Diese Eigenschaft wurde mit keiner der bekannten Anordnungen bisher verwirklicht.It should also be noted that the diode MRM 21 spontaneous emission at normal current densities and at room temperature. This property was not found with any of the known arrangements realized so far.

In Fig. 4 wird die Emissionscharakteristik der Diode MRM 21 bei 77° K dargestellt. Es ist zu beachten, daß die die Verteilung der Emission darstellende Kurve 64 die charakteristische Glockenform aufweist. Die Linienbreite der spontanen Emission beträgt etwa 600 Α-Einheiten. Wenn der Schwellwert der angeregten Emission überschritten wird, so verengt sich die Linienbreite sehr stark (bis auf etwa 23 Α-Einheiten), wie durch die Kurve 66 angedeutet, während sich die Maximalintensität stark steigert.The emission characteristics of the diode MRM 21 at 77 ° K are shown in FIG. It should be noted that the curve 64 representing the distribution of the emission has the characteristic bell shape having. The line width of the spontaneous emission is about 600 Α units. If the threshold the excited emission is exceeded, the line width narrows very strongly (up to about 23 Α units), as indicated by curve 66, while the maximum intensity increases sharply.

In F i g. 5 werden die Maximal-Wellenlängen der verschiedenen, gemäß der Erfindung gewachsenen Kristalle dargestellt. Wie aus der Figur zu ersehen, steht ein sehr vollständiges Wellenlängenspektrum zwischen den InAs- und den InP-Wellenlängen zur Verfügung. Jede gewünschte Wellenlänge kann gemäß der Erfindung durch Einstellung des Verhältnisses As zu P in einem gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren gewachsenen Kristall erzielt werden. In Fig. 5 the maximum wavelengths of the various grown according to the invention Crystals shown. As can be seen from the figure, there is a very complete spectrum of wavelengths between the InAs and InP wavelengths to the Disposal. Any desired wavelength can be selected according to the invention by adjusting the ratio As can be achieved to P in a crystal grown according to the method according to the invention.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (2)

1 2 Patentansprüche- gänge nicht notwendigerweise durch die Anwesenheit anderer ähnlicher Photonen beeinflußt. Bei größeren1 2 claims not necessarily influenced by the presence of other similar photons. With larger ones 1. Verfahren zur Herstellung Von Halbleiter- Dichten der zugeführten Pumpenergie wird diese Ab- > körpern mittels Gastransportreaktion in einem hängigkeit aber immer größer, was zu einer VerQuell- und Keimelemente enthaltenden Vakuum- 5 engung der emittierten Bandbreiten und zu einer Vergefäß, wobei die zur Durchführung des Verfah- besserung der Kohärenz und der Richtungsbündelung rens im Bereich des Substrates und der Quellsub- führt.1. Process for the production of semiconductor densities of the supplied pump energy is this Ab-> bodies in a dependency by means of a gas transport reaction but getting bigger, which leads to a source of and seed elements containing vacuum constriction of the emitted bandwidths and to a vessel, where the implementation of the process improvement of the coherence and the directional bundling rens in the area of the substrate and the source sub- leads. stanzen erforderlichen Temperaturen durch Er- Spontane und angeregte Emission kann bei HaIbwärmung des Vakuumgefäßes und/oder durch leiterkörpern durch Injektion von Minoritätsträgern örtlich verschiedene Wärmezufuhr eingestellt wer- io durch eine pn-Grenzschicht in Durchlaßrichtung und den, dadurch gekennzeichnet, daß die in geeigneter Dichte erzeugt werden.
Einstellung der örtlichen Temperaturen zusätzlich Spontane und angeregte Emission wurde bisher bei durch steuerbare Wärmeabfuhr über Kühlkörper verschiedenen III-V-Verbindungen, wie Galliumherbeigeführt wird. arsenid, Indiumarsenid, Indiumphophit, Gallium-
Punch required temperatures through spontaneous and stimulated emission can be set locally different heat supply with half heating of the vacuum vessel and / or through conductive bodies by injection of minority carriers through a pn boundary layer in the forward direction and that, characterized in that it is generated in a suitable density will.
Adjustment of the local temperatures. Additional spontaneous and stimulated emissions were previously achieved with various III-V compounds, such as gallium, caused by controllable heat dissipation via heat sinks. arsenide, indium arsenide, indium phite, gallium
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- 15 arsenidphosphit und Indiumgalliumarsenid beobachkennzeichnet, daß bei Benutzung von Ill-V-Ver- tet. Die Strahlung dieser Verbindungen liegt im Bebindungen das Vakuumgefäß, auf eine Tempera- reich der Wellenlängen von unter 1 [xm.2. The method according to claim 1, characterized in that 15 arsenide phosphite and indium gallium arsenide are observed, that when using Ill-V-Vertet. The radiation from these compounds lies in the bonds the vacuum vessel, to a temperature range of the wavelengths of less than 1 [xm. tür zwischen 750 und 900° C erwärmt wird. In der deutschen Patentschrift 1 029 941 wird eindoor is heated between 750 and 900 ° C. In the German patent specification 1 029 941 a ■ , 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, Verfahren zum Erzeugen von Halbleiter-Einkristall-■, 3. Method according to claims 1 and 2, method for producing semiconductor single crystal dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der 20 schichten beschrieben, bei dem vor Durchführung dercharacterized in that the temperature of the 20 layers is described at which before the implementation of the zu beschichtenden Flächen des Keimkristalls nach Reaktion zunächst eine Ätzpolitur und anschließendAreas of the seed crystal to be coated, after the reaction, first an etching polish and then Anlaufen des Transportvorganges und Auftreten eine Reinigung der zu beschichtenden UnterlageStart of the transport process and the occurrence of cleaning of the substrate to be coated eines Kondensats so eingestellt wird, daß die ab- durch Abdampfen oder Zerstäuben in Hochvakuuma condensate is set so that the evaporation or atomization in a high vacuum gelagerte Schicht eine einheitlich glänzende Ober- vorgenommen wird. Die Abdampf- und Zerstäu-A uniformly shiny upper layer is made on the stored layer. The evaporation and atomization fiäche aufweist. 25 bungs-Reinigung wird im Reaktionsgefäß selbst vor-has surface. 2 5 Practice cleaning is carried out in the reaction vessel itself. genommen. Die während der Abdampf- und Zerstäu-taken. The during the evaporation and atomization bungs-Reinigupg erforderlichen Temperaturänderun-necessary temperature changes during Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel- gen werden ausschließlich durch Steuerung der lung von Halbleiterkörpern mittels Gastransportreak- Wärmezufuhr vorgenommen. Das hat den Nachteil, tion in einem Quell- und Keimelemente enthaltenden 30 daß nur Temperaturerhöhungen schnell vorgenom-Vakuumgefäß, wobei die zur Durchführung des Ver- men werden können, während Temperaturerniedrifahrens im Bereich des Substrats und der Quellsub- gungen nur durch langsames allmähliches Abkühlen stanzen erforderlichen Temperaturen durch Erwär- der ganzen Vorrichtung stattfinden können. Das mung des Vakuumgefäßes und/oder durch örtlich gleiche gilt für die deutsche Patentschrift 1 152 197, verschiedene Wärmezufuhr eingestellt werden. 35 die ein ganz spezielles Verfahren zum Übertragen der In den letzten Jahren wurde die Entwicklung von Substanz eines Quellmaterial enthaltenden Plättchens Strahlungsemittierenden Bauelementen, insbesondere auf eine zu beschichtende Ebene betrifft,
die Entwicklung von sogenannten Lasern, besonders In der deutschen Patentschrift 1124 028 und in intensiv betrieben. Im Gegensatz zu diesen Vorrich- der deutschen Auslegeschrift 1 159 407 werden Vertungen, die auf Grund angeregter Strahlungsemission 40 fahren beschrieben, bei denen die Abtragung bzw. arbeiten, weisen die Vorrichtungen mit spontaner das Aufdampfen durch die Einstellung ganz bestimm-Strahlungsemission keine so gute Kohärenz und Mo- ter Verhältnisse der den Transport bewirkenden Gasnochromasie auf; diese Eigenschaften liegen aber gemische und nicht durch wiederholte Veränderung doch in einem Umfang vor, der diese Vorrichtungen der Temperaturverteilung bewirkt wird. Diese Verfür Nachrichtenverarbeitung und Nachrichtenüber- 45 fahren eignen sich nicht zur Erzeugung von HaIbmittlung über kurze Entfernungen geeignet macht. leiterkörpern, wie sie mit dem erfindungsgemäßen
The invention relates to a method for production carried out exclusively by controlling the position of semiconductor bodies by means of gas transport reaction heat supply. This has the disadvantage that a vacuum vessel containing swelling and seed elements only increases the temperature quickly, which can be used to carry out the mixing, while lowering the temperature in the area of the substrate and the swelling substances only through slow, gradual cooling Required temperatures can take place by heating the entire device. The provision of the vacuum vessel and / or locally the same applies to German patent specification 1,152,197, different heat input can be set. 35 which is a very special method for transferring the radiation-emitting components, in particular on a plane to be coated, has been related to the development of the substance of a platelet containing source material in recent years,
the development of so-called lasers, particularly I n German Patent 1124 028 and operated in intensive. In contrast to this device, the German Auslegeschrift 1 159 407 describes cavities that drive due to excited radiation emission 40, in which the ablation or work, the devices with spontaneous vapor deposition due to the setting very specific radiation emission do not have such good coherence and Mo conditions of the gas nochromasy causing the transport; However, these properties are mixed and not by repeated change to an extent which these devices of temperature distribution are effected. These methods of processing messages and passing messages are not suitable for generating transmission over short distances. conductor bodies, as they are with the invention
Die obengenannten Erscheinungen setzen eine Verfahren hergestellt werden können,
künstliche Verteilung der Elektronen auf Energie- Im IBM Journal of Research and Development, niveaus voraus, die von der natürlichen Verteilung 4 (1960) 3, S. 288 bis 295, wird ein Verfahren zum abweichen. Diese künstliche Verteilung wird durch 5° epitaktischen Aufwachsen von Silizium auf ein Subdie Zufuhr einer sogenannten Anregungs- oder Pump- strat durch eine Transportreaktion beschneben, wobei energie bewirkt und führt dazu, daß der Anteil der darauf hingewiesen wird, daß man durch Umkehbesetzten hohen Energiezustände größer als der An- rung der Abscheidungsreaktion einen Transport vom teil der besetzten niedrigen Energiezustände ist. Die Substrat erzwingen kann, um so vor der eigentlichen Elektronen aus den höher als normalen Energie- 55 Abscheidung ein reines Substrat erzielen zu können, niveaus gehen innerhalb eines bestimmten Zeitraumes Selbst wenn durch diese Literaturstelle dem Fachin ihre normalen Energieniveaus über, wobei jeweils mann nahegelegt würde, daß das Gleichgewicht der ein Photon emittiert wird. Reaktion sich einmal nach der einen und einmal nach Im Falle der spontanen Emission werden die Pho- der anderen Seite verschieben läßt, ist es mit diesem tonen uneinheitlich emittiert, so daß die sich erge- 60 Verfahren nicht möglich, in bestimmten Bereichen bende Fluoreszenz zwar eine geringe Bandbreite auf- schnelle Temperaturerniedrigungen zu bewirken,
weist, aber doch wesentlich breitbandiger ist als die Die Erfindung hat zur Aufgabe, ein Verfahren zur Strahlung bei angeregter Emission. Die Verteilung der Herstellung von Halbleiterkörpern anzugeben, bei Strahlungsintensitäten wird durch eine Gaußsche denen spontane und angeregte Emission mit Wellen-Glockenkurve wiedergegeben, deren Halbwärtsbreite 65 längen im Bereich der sogenannten »atmosphärischen als Linienbreite der Strahlung bezeichnet wird. Fenster«, das sind Bereiche, in denen eine Übertra-Wie schon gesagt, werden bei der spontanen Emis- gung unter besonders günstigen Umständen möglich sion die zur Photoemission führenden Energieüber- ist, erfolgt. Derartige Bereiche liegen beispielsweise
The above phenomena presuppose a process that can be produced
Artificial distribution of electrons on energy In the IBM Journal of Research and Development, levels ahead of the natural distribution 4 (1960) 3, pp. 288 to 295, a method is used to deviate. This artificial distribution is described by the 5 ° epitaxial growth of silicon on a substrate, the supply of a so-called excitation or pumping strate by means of a transport reaction, whereby energy is produced and leads to the fact that the proportion of the being pointed out that one is greater by high energy states occupied by reverse as the initiation of the deposition reaction is a transport of the part of the occupied low energy states. The substrate can force in order to be able to achieve a pure substrate before the actual electrons from the higher than normal energy deposition, levels go within a certain period of time even if this literature reference suggests that the subject is their normal energy level, which would be suggested in each case that the equilibrium of a photon is emitted. Reaction once to one side and once to the other. In the case of spontaneous emission, the photo can be shifted to the other side, it is emitted inconsistently with this tone, so that the resulting process is not possible, in certain areas there is fluorescence low bandwidth to cause rapid temperature reductions,
has, but is still much broader than the The invention has the task of a method for radiation with excited emission. To indicate the distribution of the production of semiconductor bodies, in the case of radiation intensities, a Gaussian reproduces spontaneous and excited emission with a wave-bell curve, the half-width of which is 65 in the range of the so-called »atmospheric line width of the radiation. Windows «, these are areas in which a transfer, as already said, is possible with spontaneous emission under particularly favorable circumstances. Such areas are for example
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