Titelaufnahme

Diese Arbeit beschäftigt sich mit Diffusionseigenschaften der Eigenpunktdefekte der beiden Halbleitermaterialien Silizium (Si) und Galliumarsenid (GaAs). In Si wurden die Diffusionseigenschaften von Kohlenstoff (C) untersucht. Der Schlüssel zum Verständnis der Eigenschaften des C liegt in der Tatsache begründet, daß C mehrere Größenordnungen über seiner Löslichkeitskonzentration in Si eingebaut werden kann. Auch nach Temperungen bei hohen Temperaturen (850°C - 900°C) bleibt C metastabil auf Gitterplätzen gelöst. In der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, daß die Ausdiffusion von C aus Bereichen, in denen C weit über seiner Löslichkeit in Si eingebaut ist, eine Untersättigung von Eigenzwischengitteratomen (I) und eine Übersättigung von Leerstellen erzeugt. Die I-Untersättigung führt schließlich zur beobachteten Reduzierung der Diffusion von solchen Dotierstoffen, wie z.B. Bor, die durch Reaktion mit I diffundieren. Ein ungeklärtes Problem der Phosphordiffusion in GaAs stellte die große Diskrepanz zwischen den sehr hohen P-Eindiffusionsdaten aus der Literatur und neuen P-Interdiffusionsdaten dar. In der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, daß bei den in der Literatur gewählten hohen P-Dampfdrücken eine Phasenumwandlung zu GaAs1-xPx an der Oberfläche stattfindet. Es wurden Versuchsbedingungen gefunden, unter denen eine solche Phasenumwandlung verhindert wird. Unter diesen Bedingungen verhält sich die P-Eindiffusion genauso wie die P-Interdiffusion. Bei der Antimon-Eindiffusion wurden für gleiche Versuchsbedingungen fast identische Diffusionskoeffizienten gefunden. Weiterhin wurde festgestellt, daß die P- und Sb-Diffusionskoeffizienten sehr gut mit As-Selbstdiffusionskoeffizienten (radioaktive Tracer) übereinstimmen. Daraus wird geschlußfolgert, daß P und Sb Tracereigenschaften für die As-Selbstdiffusion in GaAs haben. Als wichtiges Ergebnisse konnte gezeigt werden, daß die As-Diffusion von den Arsenzwischengitteratomen (IAs) bestimmt wird. Die Untersuchungen der Eindiffusion von Schwefel in GaAs hatten zum Ziel, die Diffusionseigenschaften der IAs auf indirektem Wege zu ermitteln. Hierbei gelang es, sowohl effektive Diffusionskoeffizienten der As-Diffusion als auch den Diffusionskoeffizienten und die Gleichgewichtskonzentration der IAs für mehrere Temperaturen zu bestimmen.

This work deals with diffusion properties of native point defects in the two semiconductors silicon (Si) and gallium arsenide (GaAs). In Si, the diffusion properties of carbon (C) were investigated. The key to an understanding of the properties of C is the fact that the concentration of C dissolved in Si can be several orders of magnitude higher than the equilibrium solubility concentration. Even after annealing at high temperatures (850°C - 900°C) C is dissolved metastably on Si lattice places. The present work shows that the out-diffusion of C from supersaturated regions produces an undersaturation of self-interstitials (I), and an supersaturation of vacancies. The I undersaturation leads to the observed reduction in diffusion of dopants (i.e. boron), which diffuse via an interaction with I. An unsolved problem of phosphorus diffusion in GaAs was the discrepancy between very high P indiffusion reported in the literature and the more recent much lower P interdiffusion data. In this work it is shown that high P vapour pressures as they were used in the literature experiments cause a phase transition to GaAs1-xPx at the surface. Experimental conditions were found where such a phase transition can be avoided. Under these conditions P indiffusion and P interdiffusion agree. In antimony indiffusion experiments which were conducted under the same experimental conditions nearly the same diffusion coeffcients were found. Furthermore, it was observed that P and Sb diffusion coefficients are in good accord with As self-diffusion coefficients (radioactive tracers). It can be conclude from this that P and Sb have tracer properties for the As self-diffusion in GaAs. As an important result it was shown that As self-diffusion is governed mainly by As self-interstitials (IAs). Experiments on sulfur indiffusion in GaAs aimed at an indirect investigation of the diffusion properties of IAs in GaAs. Indeed, the effective diffusion coefficients of As self-diffusion, equilibrium concentrations, and diffusion coefficients of IAs at different temperatures were successfully determined.