155192. lajstromszámú szabadalom • Eljárás félvezető célokra használható galliumarzenid egykristály gyártására
MAGYAR NÉPKÖZTÁRSASÁG ORSZÁGOS TALÁLMÁNYI HIVATAL SZABADALMI LEÍRÁS SZOLGÁLATI TALÁLMÁNY Bejelentés napja: 1965. VII. 20. (FE—646) Közzététel napja: 1968. III. 30. Megjelent: 1969. VI. 10. 155192 Szabadalmi osztály: 12 n 1500 40 d 300 Nemzetközi osztály: C 01 g 1500 C 22 f 300 Decimái osztályozás: 661.868.1/.3 669.2A8—172 Feltalálók: Dr. Papp Elemér oki. vegyészmérnök, Legáth Tibor vegyész, Dr. Zsindely Sándor vegyész, Klug Ottó oki. vegyészmérnök, Budapest Tulajdonos: Fémipari Kutató Intézet, Budapest Eljárás félvezető célokra használható galliumarzenid egykristály gyártására A találmány tárgya eljárás galliumarzenid egykristály egyetlen munkafolyamatban való előállítására zónás olvasztás útján. H. Welker felfedezése óta -(19521) ismeretes, hogy a galliumarzenid vegyület, egykristály ifor- 5 mában kiváló félvezető tulajdonságokkal rendelkezik, s mint az AIH és Bv típusú félvezető vegyületek egyik legkiválóbb képviselője, előnyös tulajdonságaiban felülmúlja a germániumot és sziliciumot. (Thuy és Wilson, Allen, 7. 1() w Hys, Ohem. Solids, 15. 134. I960) Alagút és egyéb diódák, napsugár cellák, laserek legkiválóbb alapanyaga. Ez indokolja magas árát is. (Koch and Light 1964. katalógus, 1 kg értéke 10 000 $). 15 A galliuimarzenid gyártása fémgalliumfoól és arzénből történik. A gyártás egyike az eddig ismert legnehezebb feladatoknak, mégpedig két okból. Az egyik az, hogy a V. értékű összetevő 20 (As) nyomása már 810 C°-on eléri a 37 atmoszférát, — a kész galliumarzenid olvadáspontja pedig 1238 C°-on van. A másik nehézség az elkészült galliumarzenid öntecs, vagy egykristály igen nagy tisztasági igényében rejlik. A szeny- 25 nyező atomok jelenlétének megengedhető nagyságrendje 0,1 ppm (egy tizedmilliomod rész). Különösen károsak: O, Fe, Co, Ni, Si, Cu. Számos eljárás ismeretes, mely az említett két főnehézséget igyekszik leküzdeni. 30 Így pl. egy Siemens szabadalom szerint (BRD. 1 163 559) (1964) polikristályos öntecset függőleges helyzetiben zónás olvasztással alakítanak egykristállyá. J. L. Richards (Phileo Corp. 1959) vízszintes zónázó eljárással dolgozik, ugyanígy állít elő egykristályt F. A. Cunnel (Solid State Electronics, 1960) Függőleges kristályhúzással dolgozik az Ehk Etal szabadalom (USA 3,077, 384, 1963). Bonyolult, gázfázisból történő gyártást szabadalmaztak R. E. Johnson Etal (USA 3,094, 388, 1963). Ennél AsCl3 és GaCl 3 gőzök reagálnak H2 gázzal. Valamennyi eljárás, mely fém gallium alapanyagból indul ki, a gyártás folyamán előbb polikristályos öntecset állít elő, és azt utóbb, vagy második folyamatban alakítja egykristállyá, oltóanyag alkalmazásával, vagy anélkül. A stöehiometrikus GaAs összetétel és az egykristály kinyerése biztosításához legalább két folyamat szükséges. Ezen eljárások nyilvánvaló hátránya a két folyamat nagy időigénye, továbbá az az ismert jelenség, hogy a gyártási idővel arányosan nő a szennyeződés, elsősorban a magas hőfokú kvarocső As gőz által történő parciális redukciója folytán, pl. a Si mennyisége a kényes termékben. Találmányunk e hátrányokat kiküszöböli azon felismerés alapján, hogy a csónakban helyetfoglaló fémgallium fölött elhaladó magas 155192
